Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОБЫЧНОЙ И ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТОК ПРИ СКЛОНОВОМ ЗЕМЛЕДЕЛИИ НА КАЧЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ

ВАК РФ 06.01.15, Агроэкология

Автореферат диссертации по теме "ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОБЫЧНОЙ И ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТОК ПРИ СКЛОНОВОМ ЗЕМЛЕДЕЛИИ НА КАЧЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ"

А-ъ1эез

На правах рукописи

АРИСТОВА Ольга Игоревна

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОБЫЧНОЙ И ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТОК ПРИ СКЛОНОВОМ ЗЕМЛЕДЕЛИИ НА КАЧЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ Специальность 06.01.15 — Агроэкология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

МОСКВА 1998

%

0%

—/V

Работа выполнена в Московской сельскохозячстпс шоп академии К А Тимирязева

Научные руководители доктор сельскохозяйственных наук, профессор В. А. Черников и кандидат биологических наук, доцент С. Э. Старых.

Официальные оппоненты доктор биологических наук, главный научный сотрудник Л. К. Шевцова, кандидат биологических наук, доцент И. Г. Платонов.

Ведущее учреждение — Факультет почвоведения Носков ского государственного университета им М В Ломоносова

Защита состоится 29 апреля 1998 года в 6С час

на заседании диссертационного совета К 120 35 0Ь в Чосков ской сельскохозяйственной академии имени К А Тнмиря зева по адресу 127350 Москва, ул Тимирязевская, 49 Ученый совет ТСХА

С диссертацией можно о ¡накомиться в ЦНБ ТСХА

Автореферат разе _ ! I

- 'г

марта 1ЧЧ8 г

Ученый секретарь диссертационного совета — кандидат биологических наук

у / ' УУ '

Л. В. Мосина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы: Почва - важнейший компонент и уникальное образование биосферы. Долговечность наземной части экосистемы во многих случаях зависит от биологических, химических и физических свойств органического вещества. почвы. Совершенно очевидно, что органическое вещество почвы, как и любой другой компонент экосистемы, может изменяться под воздействием различных факторов. Среди острейших проблем сельского хозяйства важное место занимает деградация почвенного покрова вследствие водной эрозии. Водная эрозия представляет собой не просто разрушение почвы-и пород под действием водных потоков, а является сложным физико-географическим процессом, последствия которого проявляются не только в частных нарушениях, но ■ и в перерождении целых природных комплексов. Первостепенное значение в комплексе прогивоэрозионных мер в условиях склонового земледелия придается обработке почвы.

Актуальным является изучение трансформации качественного состава гумуса смытых почв, так как для разработки моделей адаптивно-ландшафтных систем земледелия, при определении мер по восстановлению плодородия эродированных почв в рамках агроэкологического" мониторинга склоновых земель недостаточно периодической оценки количественного уровня содержания органического вещества.

Цель и задачи исследований. Целью работы являлось выявление трансформационных изменений органического вещества на структурном уровне." вызваемых длительным применением различных способов противоэрозионной обработки почвы при склоновом земледелии. В соответствии с целью исследований были поставлены следующие основные задачи: оценить влияние обычной и поверхностной обработок, а также крутизны склона (4° и 8") на фракционно-групповой состав гумуса и гидрофильные свойства дерново-подзолистой средне- и слабосмытой почвы: выявить направленность процессов трансформации гумусовых кислот под действием изучаемых факторов современными физико-химическими методами.

Научная новизна. Получены5 новые данные по фракционно-групповому составу гумуса и гидрофильным .свойствам почвы длительного стационарного опыта на склонах различной крутизны, заложенного в 1980 году для выявления количественных характеристик развития водной эрозии в условиях интенсивного земледелия Нечерноземной зоны и для изучения эффективности противоэрозионных мероприятий (И.П. Макаров и др., 1987; Кочетов И.С.,1989; Пунтус М.М., 1990).

Существует достаточное число исследований, в которых количественно оценивалось изменение содержания гумуса на склоновых землях, однако все потери относились только за счет эрозионных

НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА

Моск.. и.,-, и.

'-адемии '•-••Р.зева

процессов. В нашей работе предпринята попытка охарактеризовать транслокационные процессы на склонах различной крутизны, оснопываясь на качественном изменении состава и • сгруктурных преобразованиях органического вещества в слое 0-10 и 10-20 см.

Впервые на основе комплекса современных методов физпко-химического анализа (элементный анализ. ИК-спектроскопня, термический анализ) изучено влияние способов обработки почвы и эрозионных процессов на качественный состав и свойства гумусовых кислот, полученных методом предельного извлечения без разделения на фульво- и гуминовые кислоты. Такой метод дает возможность получить более объективную информацию о гумусовом состоянии дерново-подзолистой почвы различной степени смытости. Прямое определение содержания серы в препаратах гумусовых кислот частично снимает долю неопределенности с кислорода, вычисляемого по разности.

Впервые изучено влияние естественных эрозионных процессов на качественный состав органического вещества почв склонов.

В результате комплексных исследований получена система диагностических показателей трансформационных изменений гумусовых веществ под действием обычной и поверхностной обработок.

Практическая значимость. Результаты исследования могут служить исходными данными для изучения характера и направленности процессов трансформации гумусовых соединений под влиянием исследуемых факторов.

Предложенная система диагностических показателен (Черников В.А.,1984), может быть положена в основу агроэкологического мониторинга за качественными изменениями гумуса склоновых земель, а полученные параметры могут быть использованы при разработке моделей адаптивно-ландшафтных систем земледелия, оптимизированных по условиям стока. С этой точки зрения полученные результаты могут служить исходными данными для обоснования прогнозных изменений в будущем. •

Результаты исследования качественного состава- и свойств гумусовых кислот по предлагаемым параметрам имеют важное значение не только для диагностики процессов трансформации гумуса, но и для обоснования и выбора наиболее рациональной противоэрозионной системы обработки почвы. Изучение структурных особенностей гумусовых соединений позволит ближе подойти к регулированию состава и свойств органического вещества почв при развитии эрозионных процессов. .

Работа является одной из составляющих цикла исследований, результаты которых мо1уг служить теоретической основой (банком данных) для изучения гумусового состояния почв в системе экологического и почвенно-агрохнмичсского мониторинга, а также для

изучения гумуса как одного из важнейших энергетических компонентов биосферы.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены на научной конференции молодых ученых ТСХА в 1995 году и конференциях молодых ученых в ВНУА (1995-1997).

Публикации по результатам работы. По материалам диссертации • опубликовано четыре печатные работы. _

Структура диссертации. Диссертация содержит А&Ф страниц., машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследования, шести глав экспериментальной части, выводов и списка литературы СЗ^работ, в том числе зарубежных). В работе содержится 19 таблиц и 44 рисунка.

Работа выполнена на кафедре физической и коллоидной химии и на кафедре экологии и безопасности жизнедеятельности Московской сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева. Автор выражает благодарность сотрудникам кафедры земледелия и методики опытного дела за предоставленные почвенные образцы и материалы по истории опыта.

Глава 1. КРАТКИЙ ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР В литературном обзоре рассмотрена роль почвы в биосфере. Перечислены функции гумусовых кислот как важнейшего компонента биокосного тела наземных экосистем.

Отмечено, что изучение почвенных эрозионных процессов началось и осуществляется в России параллельно со становлением и развитием почвоведения как науки. Масштабы эрозии на современном этапе достигают глобальных размеров. Л. Браун считает эрозию почв «тихим кризисом планеты», а деградация почв и падение их плодородия, по его мнению, самая главная экологическая проблема современности после проблемы ядерной войны (Brown L R, 1984; Brown L. 1987). Обобщены многочисленные данные об. изменении морфологических, агрохимических и биологических свойств почвы в результате водной эрозии (Баздырев Г.И., Лютов В.Н.,1988; Каск Р.П.,1958; Макаров И.П. с соавт.,1984; Садршщинов A.A., 1980; Симонян М.М., Бабаян Л.А.,1997; Шурикова В.И., Федосенков В.А.Д985 и др.) Приведена классификация дерново-подзолистых почв по степени эродированности и охарактеризованы основные диагностические признаки степени смытосги, среди которых наиболее часто используются содержание гумуса в А..«, % и запасы гумуса в А»«, т/га. ■■-...'

. Подчеркивается, что основной задачей полевых экспериментов а условиях эрозионного рельефа является установление соотношений влияния природных и антропогенных процессов на экологические изменения агроландшафтов. Наиболее полно этому отвечают длительные стационарные многофакторные нолевые опыты,

проводимые на склоновых землях.

Освещены проблемы, связанные с сельскохозяйственным освоением м-окультуриванием почв, подверженных водной эрозией. Подробно рассмотрено влияние процессов водной эрозии на содержание гумуса в различных типах почв. Дан анализ имеющихся результатов исследований о влиянии систематического применения почвозащитных технологий на уровень потенциального и эффективного плодородия склоновых земель (Азаров Б. Ф. и соавт.,1997; Горбачева .А.Е., Усатенко Ю.И., 1984; Кашинская В.К.,1980; Никифоренко Л.И.,1984; Скрябина O.A., 1991; Тихонов A.B., 1979; Шикула Н.К.. Гнатенко А.Ф., 1985). '

В заключение отмечается, что существуют, достаточно четкие представления о' количественных изменениях' органического вещества смытых почв под влиянием способов обработки. В,то же время работы по установлению трансформационных изменений гумуса на структурном уровне под влиянием изучаемых факторов носят единичный характер, а. . полученные сведения ограничены и нередко противоречивы. Наиболее информативным при проведении подобных исследований является применение комплекса современных методов физико-химического анализа. . '

Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Объектом исследований являлась дерново-подзолистая среднесуглинистая слабо- и среднесмытая почва длительного полевого стационарного опыта учхоза «Мнхайловское» ТСХА, заложенного в •1980 г. на склоне южной экспозиции крутизной 8° и 4й. На опыте развернут -почро'защнтный пятипольный зернотравяной севооборот: овес, ячменъ с родсевом,многолетних трав, многолетние травы 1-го и 2-го года-пользования, озимая пшеница. Минеральные удобрения «применяются • в- дозах, .рассчитанных на положительный баланс питательны* элементов. Повторность опыта - трехкратная. Общая ■площадь • делянок' первого порядка (11,5x240=2760 м2), учетная -(4,2x240= »008. м2); второго порядка - общая (11,5x120=1380 м3), учетная (4,2x120=504 м1). •

Нами для - исследований были отобраны варианты обычной отвальной вспашки на глубину 20 см и поверхностной обработки (лущение на 10 см).' Отбор смешанных почвенных образцов проводили * осенью по посевам озимой пшеницы с глубины 0-10 и 10-20 см в верхней и нижней •lacni каждого склона; также были отобраны образцы с прилегающих, залежных участков в верхней и нижней частях ¿клона, которые обозначены как естественные варианты - К1 и К2 (схема 1).

В почвенных образцах определяли общий углерод по Тюрину; фракционно-групповон состав гумуса по методу Пономаревой-Плотниковой; величину и константу набухания по методу Васильеву в . модификации Алешина.

Поверхностная обработка

Обычная обработка

*К1

05

Иу У.

.0.1/ \ 08/ ЙдА--- *

слой 0 -10 см "1-\Х]слой 0 -10 см

слой 10-20 см/ *К2 \ слой 10-20 см

Схема I. Отбор почвенных образцов и обозначения вариантов опыта. К1 и К2 - варианты в естественных условиях.

С ыгнстичсскмо обработку данных проводили mhoiофакторным днссперсионным анализом

В препаратах гумусовых кис.юг опредехяли элементный состав (С.Н Ы.Ч-анализатор фирмы «Carlo Frho» моде ib 1106 Италия) качественный состав функциональных ipynn и атомных группировок методом ИК-спектроскопин («СПЬКОРД М &0» ГДР), термоустоичивость (дерива тографическнн анализ, дериватограф Q - 1500 D ВНР)

РЕЗУЛЬТАТЫ ИС СМРДОВАНИИ Глава % 1 Гндрофнльносгь лерново-подзолистои средне: и слабосмытои почвы при различных способах обработки На склоне крутизной 8° применение обычной и поверхностно» обработок спосооствусг уменьшению емкости набухания по сравнению с вариантом в естественных условиях KI Оабл I).

В иольшеи мере по прояв гнется в нижней части сктона при обычной обработке

Таблица 1

( одержание ryMvui набухание и константа скорости набухания дерново-подзолистой почвы прн обычной и поверхностной обработках

В фиант | ГУМУС | Qm х 10" ми К

ск .он крутизной S°

К 1 I S5 162 0 16

СИ 1 44 75 О 40

П1 1 55 71 0 18

02 1 55 S « 16

П2 IJ7 v 2 0 14

ОЗ 1 <0 JS 0 21

ПЗ 1 76 6*. о :o

С4 1 51 61 0 16

П4 1 71 0 "0

1К юн К()\ Ш31И II »

05 1 51 21 0 19

П5 1 76 62 0 07

CG \ (»7 <■7 0 14

П6 1 Ч 0 P

07 I 07 *. 0 17

П7 : <(> 0 05

02 1 UI 17 0 27

П8 1 "II i) 16

■\2 , S-. 1 0 H

Константа набухания при обычной вспашке в слое 0-10 см заметно увеличивается.

-Поверхностная обработка существенно не влияет на гидрофильность почвы. Однако в нижней части склона (слой 10-20 см) От увеличивается,- по сравнению с естественным вариантом, почти в два раза, что может свидетельствовать'об относительном накоплении гидрофильных компонентов в нижней части склона крутизной 8" при поверхностной обработке.

Различия по емкости набухания в большей мере присуши вариантам, расположенным на склоне крутизной 4°. При поверхностной обработке почва обладает большей способностью к набуханию. Очевидно, что в данном случае органическое вещество содержит в своем составе достаточное число гидрофильных компонентов, находящихся на ранней стадии гумификации. В нижней части склона, в слое 0-10 см, при поверхностной обработке установлено резкое уменьшение константы скорости набухания, это свидетельствует о том, что почвенные агрегаты более структурированы и ориентированы.

Глава 3.2. Фракиионно-грутшовон состав гумуса дерново-подзолистой почвы Длительное применение отвальной вспашки на склоне крутизной 8й вызывает снижение содержания гумуса, на склоне крутизной 4" его содержание несколько превышает уровень естественного варианта (табл. I). При применении поверхностной обработки наблюдается увеличение содержания гумуса почти во всех вариантах опыта. Определение фракционно-группового состава гумуса показало,' что оба вида обработок способствуют уменьшению, по сравнению с естественными вариантами, 2 ГК в составе органического вещества, как на склоне крутизной 8°, так и крутизной 4° за счет уменьшения содержания 2 фракции ГК, предположительно связанных с Са, и фракции 3 ГК, прочносвязанных с полуторными окислами.

Содержание 2 ФК в составе гумуса как при обычной, так и при поверхностной обработке, увеличивается. На склоне крутизной 8" при обычной обработке это связано с увеличением содержания агрессивной фракции (1а) и фракции ФК, предположительно связанных с кальцием (фракция 2). В то же время в составе гумуса при поверхностной обработке, помимо увеличения фракции агрессивных ФК, отмечается и увеличение содержания фракций 1 и 3 - подвижных и прочносвязанных с полуторными окислами ФК. На склоне крутизной 4" при поверхностной и отвальной вспашке £ ФК в составе органического вещества также увеличивается за счет фракций 1а и 2 ФК, причем в верхней части этого склона наблюдается увеличение содержания фракции 2 ФК в составе гумуса как в слое 0-10, так и в слое 10-20 см. Однако, при поверхностной обработке отмечается увеличение содержания и фракции 3 ФК в верхней

части lit юна крутизной 4' Глким образом aiuaiEuiiuic отшчне вшиння ,mv \ способов oôp ботки на фракционно-групгювон состав rvMvta uk почаегся в преобладании в составе rvwvcu при поверхностной обработке фракции 3 ФК прочноевчзаниых с полуторными окислами (как на ск тоне круги шои H1 tjk и на (.клоне крути ими 4 )

Содержание негидропизуеуюго остатка в составе ryvtvca при применении поверхностной обраоогкп существенно выше чем при обычной вспашке то есть поверхностная обработка способствует закреплению гумуса а при отвалыюи вспашке происходит вовлечение в процесс минерализации инертных форм rv mvcohmx веществ На ехчоне крутизной 8° при поверхностнон обработке содержание негидроли ¡у сую го остатка в составе ryyivca в необраба гываемом слое (1020 см) существенно выше чем в счое 0-10 см а на екюне крутизной 4° наблюдается обратная закономерность Пол действием овальной вспашки отличии в содержании негияро шзуемого остатка в составе органического вещества по слоям 0-10 и Ю-20 см не прослеживается

В естественных условиях в верхней части екчона крутизной 8° формируется фульватно-гуматныи, а в нижнем части екчона кругизнои 4° - rvMdTHO фульватныи тип гумуса Сельскохозяйственное использование почвы приводит к изменению типа гумуса При отвальной обработке тип гумуса становится гууштно-фульватным, при поверхностной обработке -ф\ 1ьвазным

Гтава 3.3 Очементныи состав гумусовых кислот дерново-подзотнетои почвы Опредезение элементного состава гумусовых кисло г (габл 2) показало что в естественных условиях в верхней части склона кругизнои V в ссспве гумусовых кислот идет огоор наибочее устойчивых коушонентов цикпическои структуры < И/С=1,2Я) причем до 1Я кислородсодержащих фр u mchior незн 1чи1етьна (О/С-О ^7) Вниз по склгну ття ГК сформированных в естесгренных условиях отмечается увели leime показателя отношении НС и О С, что обысняется некоторым снижением доли атомов уперода и водорота в составе гумусовых кислот данного варианта Рот к кислород i а составе гумусовых кислот возрастает По степени окисленности вниз по склону [-умусоаые соединения переходят из восстановлена! ix н окислсннь е

Отсутствие резких котсб шии в содержании С H.N О и S в составе гумусовых кисло г ири поверхностной t ир |бозке сии,.е1с.1ьствуег о мспьиеи мере ее в шяния на структуру opi шичс-скою ггшестьа в обраб iTLia tSMOM слое (<• 10 см) чем ( бычнои вспашки

На ск оне круппнои 4 как при оби шеи так и при п< верхноепша обри">гке о:меч»егся \«;ньииш. сложенности 1уму>.оцых кис.'01, а.» ср 1 »не шю с 1\муеов1 ми кислотами по t чл естественною i фи ut! i

ч

Таблица 2

Элементный состав гумусовых кислот, ат.%.

Вариант С Н N 0 | Б Н:С 0:С С:К (!)

склон крутизной 8°

К1 34.0 43.4 2.52 19.5 0.49 1.28 0.57 13.5 -0.13

01 31.7 45,1 2.42 19.9 0.89 1.42 - 0.63 13.1 -0.17

П1 30.6 43.0 2.19 23.4 0.76 1.41 0.77 13.9 +0.12

02 32.3 43.6 2.87 20.7 0.49 1.35 0.64 11.3 -0.07

П2 30.4 42.2 1.95 25.0 0.42 1.39 : 0.82 15.6 +0.26

03 33.7 41.7 2.20 21.7 0.68 1.24 064 15.3 +0.05

ПЗ 31.9 43.8 2.05 21.8 ] 0.41 1.37 0.68 15.6 -001

04 34.2 ■ 43.8 2.27 19.3 0.48 1.28 0.56 15.1 -0.15

П4 33.5 45.3 1.83 18.6 0.79 1.35 0.55 18.3 -024

склон крутизной 4"

05 30.2 44.0 2.22 23.1 0.58 1.46 0.77 13.6 +0.07 '

П5 31.5 43.1 1.67 23.0 0.75 1.37 ; 0.73 18.8 +0.09

06 30.5 44.6 1.96 22.3 0.65 1.461 0.73 15.5 . 0.00

П6 30.2 42.9 0.89 25.4 0.63 1.42 0.84 36.4 +0.26

07 30.7 44.0 2.55 22.2 0.58 1.43 0.72 12.0 +0.01

П7 32.5 42.9 1.75 22.4 0.42 1.32 0.69 18.6 +0.06

08 31.0 44.3 2.12 22.1 0.41 1.43 0.71 14.7 0.00

П8 32.4 42.8 1.55 24.0 0.33 1.32 0.74 20.9 + 0 16

К2 29 5 41.1 2.45 26 2 0.79 1.39 0.89 12.0 +0 39

В верхней части склона крутизной 8". как в слое 0-10, так и в слое 10-20 см. оба'вида обработок способствуют увеличению отношения Н/С и О/С, что указывает на преобладание в составе.гумусовых кислот разветвленных алифатических' цепочек и повышении роли кислородсодержащих группировок. В нижней части склона при обычной и поверхностной обработках создаются условия для накопления более сложных форм ' гумусовых веществ, однако обедненных азотом (уменьшение отношения Н/С и увеличение C7N).

I la склоне крутизной 4П при обычной обработке атомные отношения Н/С и О/С существенно превышают значения в естественных вариантах, что может быть связано с увеличением алифатических компонентов и повышением доли участия кислородсодержащих фрагментов в составе гумусовых кислот слоев 0-10 и 10-20 см. Необходимо отметить отсутствие различий по величине отношения Н/С. в слоях 0-Ю и 10-20 см при отвальной вспашке на склоне крутизной 4°. При поверхностной обработке, особенно в нижней части склона крутизной 4", создаются условия для отбора и "накопления более устойчивых структур гумусовых соединений с одновременным уменьшением доли кислородсодержащих компонентов в их составе, по сравнению с ГК, сформированными в естественных условиях, и в вариантах опыта, где применялась обычная вспашка.

Применение графико-статистнческого анализа к данным элементного состава гумусовых кислот показало существенную интенсивность протекающих процессов, обусловленных обработкой почвы, о чем свидетельствует значительный разброс экспериментальных точек в системе координат Н/С - О/С (рис. 1).

Гумусовые кислоты естественного варианта в верхней члетц склона крутизной 8° занимают самое нижнее положение на диаграмме, то есть он» отличаются высокой степенью дегидратации и декарбокенлирования, а гумусовые кислоты почвы естественного варианта, расположенного в нижней части склона крутизной 4П, занимают крайнее правое положение, т.е. они наиболее гидратированы, карбоксилированы и окислены.

• На склоне крутизной 8°, в слое 0-10 см, под влиянием обычной обработки гумусовые кислоты претерпевают изменения в ходе процесса гидратации. Переход с верхней части склона в нижнюю сопровождается существенной потерей конечных СНз- и СН>- групп в их составе. При поверхностной обработке формирование гумусовых кислот в слое 0-10 см протекает при развитии процессов карбоксилирования, гидратации, и-, возможно, сопровождается отщеплением конечных СН}- и СНг- групп. В нижней части этого склона процессы трансформации гумусовых кислот выражаются в дегидратации и декарбоксилировании.

Под действием отвальной вспашки на склоне крутизной 4°, (умусовые кислоты слоя почвы 0-10 и 10-20 см наиболее гидратнрованы

. Рис. 1. Диаграмма атомных отношении Н/С - О/С

дерново-подзолистой средне- и слабосмытой ночны. Обычная и поверхностная обработка. А - слой 0-10 см; Б - слой 10-20 см.

и занимают самое верхнее положение на диаграмме. Вниз по склону ГК ? формируются под воздействием процессов декарбокснлирования и дегидратации.

В нижней части склона крутизной 4°, в слоях 0-10 и 10-20 см, процессы трансформации ГК в естественных условиях и при различных способах обработки существенно отличаются. При обычной вспашке гумусовые кислоты претерпевают процессы декарбокислировання и в меньшей степени дегидратации, а при поверхностной обработке - прямо противоположенные по направленности процессы гидратации и карбоксплированин.

Глава 3.4. Инфракрасные спектры поглощения гумусовых кислот дерново-подзолнстон почвы

Исследование ГК методом ИК-спектроскопии показало, что наиболее характерными полосами поглощения для гумусовых; кислот, независимо от способа обработки почвы, являются полосы, присущие ароматическим, метильным, метиленовым и кислородсодержащим группировкам.

В естественных условиях, в нижней части склона крутизной 4° формируются гумусовые кислоты с более разветвленной алифатической цепью, чем в верхней части склона крутизной 8° (появление в ИК-спектре полосы поглощения при 2968 см-')- Следует также отметить, что роль кислородсодержащих группировок в, составе ГК вниз по склону возрастает, на что указывает усиление" интенсивности полосы поглощения при 1120 см-'. Эти данные хорошо согласуются с результатами элементного анализа гумусовых кислот.

При обычной вспашке в верхней части склона крутизной 8° в ¡умусовых кислотах слоев 0-10 и 10-20 см (рис, 2) отмечается уменьшение количества ароматических структур (отсутствие полос поглощения при. 1070, 780 см-') с одновременным увеличением доли кислород- и азотсодержащих группировок в их составе (появление полосы 3392 см-' и увеличение интенсивности полосы поглощения 1120см-').

В нижней части склона крутизной 8° (слой 0-10 см) при обычной вспашке увеличивается разветвленность алифатических цепей - наличие полосы поглощения асимметричных и симметричных валентных колебаний С-Н в свободных СНз-группах при 2960 см-'. Однако присутствие полосы поглощения с максимумом при 1264 см-1 в ИК-спектре гумусовых кислот данного варианта может служить косвенным доказательством наличия ароматических структур и увеличения компонентов центральной части в составе гумусовых кислот этого варианта, так как сдвиг полосы в высокочастотную область типичен для ароматических эфиров. ■ Отмечается также усиление интенсивности полосы поглощения, обусловленной валентными колебаниями двойной связи ароматического углерода. .

В верхней части склона крутизной 8° (слои 0-10 и 10-20 см) под действием поверхностной обработки в составе гумусовых кислот отмечается уменьшение доли ароматических компонентов, по сравнению с ГК естественного фона, на что указывает уменьшение интенсивности полосы поглощения при 16!0 см'. Это согласуется с данными элементного анализа (отношение Н/С увеличивается с 1,28 до 1,41). Однако, в нижней части склона крутизной 8° при поверхностной обработке отмечается увеличение ароматических компонентов в составе гумусовых кислот слоев 0-10 и 10-20 см.

На склоне крутизной 4и, как в верхней, так и в нижней части в слое 0-10 см обычная обработка способствует формированию гумусовых кислот с разветвленной алифатической структурой, тогда как в слое 10-20 см отмечается некоторое преобладание ароматических компонентов в составе " гумусовых кислот с одновременным уменьшением кислородсодержащих и увеличением азотсодержащих группировок. При применении поверхностной обработан на склоне крутизной 4°, особенно в сдое 10-20 см, в составе гумусовых кислот преобладают ароматические компоненты (рис.3). При этом доля кислородсодержащих компонентов незначительна. В целом, интенсивность ИК-спектров гумусовых кислот почвы, расположенных на склоне крутизной 4°, в слое 10-20 см, существенно снижается.

На склоне крутизной 8° как прн обычной, так и при поверхностной обработках в спектрах гумусовых кислот отмечается увеличение интенсивности полос поглощения, характерных для кислородсодержащих группировок. Для гумусовых кислот вариантов опыта, расположенных на склоне крутизной 4°, отмечается уменьшение интенсивности поглощения данных группировок.

Глава 3.5. Термографическая характеристика гумусовых кислот дерново-подзолистой почвы Термодеструкция ГК, сформированных как в естественных условиях, так и в условиях различных почвенных обработок в опыте, происходит в области температур 140-400 °С (разрушение периферической части) и свыше 400 "С (разрушение центральной части). Удаление адсорбционной воды отмечается в области температур до 140"С (табл.3). В таблице: числитель - максимальная температура экзоэффектов, знаменатель -потеря массы, % от общей.

В естественных условиях происходит отбор наиболее термостабильны.х фрагментов как периферической, так и центральной части гумусовых кислот, причем величина Ъ для гумусовых кислот нижней части склона крутизной 4° оказалась минимальной* среди опытных вариантов, что свидетельствует о преобладании циклических компонентов их центральной части при большей разнокачественности ее состава.

Таблица 3

Термогравиметрическая характеристика гумусовых кислот. Обычная и поверхностная обработка. Слой 0- 10

Удаление ДТГ

Вариант адсорбированной воды Низкокмпера-турная область 140°-400" потерь массы Высокотемпературная область 400" - 850° потерь массы г

склон крутизной Я®

К1 105 ' 5.75 140 260 310 3.40 19.6 19.1 42.1 480 550 585 670 715 740-750 34.0 3.14 1.31 3.14 1.31 9.15 52.1 0.81

01 105 9.67 190 265 4.03 34.6 38.6 425 750 825 9.67 37.1 1.61 48.4 ; 0.80

П1 80 21.9 265 350 28.1 3.13 31.2 440 610 760 11.7 0.23 29.7 41.6 0.75

03 90 13.3 160 270 296 31.9 34.9 425 620 765 830 11.1 5.93 31.! 1.48 49.6 0.70

пз 80 17.8 170 270 4.97 33.5 38.5 440 660 770 8.38 5.50 26.2 40.1 0.96

склон крутизной 4° 1 '

05 90 . '. 16.9 275 45,1 45.1 630 760 810 5.88 29.4 0.65 35.9 1.26

П5, 100 21.1 280 26.8 26.8 400 615 660 780 835 940 121 3.95 5.79 25.5 4.74 263 54.7 0.49

07 130 8.43 225 265 6.74 34.7 41.4 415 500 600 650 760 820 . 7.42 4.54 3.89 Гб9 27.0 1.69 46.2 0.90

П7 85 25.2 260 329 32.9 410 730 825 9.08 29.9 1.01 40.0 0.82

К2 100 15.4 210 275 350 1.70 26.1 6.70 34.5 415 495 650 775 800 840 3.66 11.6 5.61 22.4 4.39 4.15 51.8 0.67

Под влиянием длительного применения обычной вспашки на склоне крутизной 811 периферические цепочки ГК упрошаются их разрушение происходит в ходе двух реакции - для ГК слоя 0-10 см, и в ходе одной - для ГК сдоя 10-20 см Качественный состав «ядра» с точки зрения термоустоичивости формирующих его ыруктурных фрагментов, менее разноооразен, по сравнению с ГК естественного варианта и их доля в составе органического вещества уменьшается В нижней части склона крутизной 8° формир\ются гумусовые кислоты термоустоичивость компонентов периферическои и центральной части которых увеличивается

В верхней части сктона крутизной 4" при отвальной вспашке гумусовые кислоты слоя 0-10 см характеризуются отсутствием дифференциации компонентов периферической части по гермоустоичивости, хотя, в целом ее доля в составе гумусовых кислот существенна (45,1%) Именно этот фа к г указывает на деградацию центральной части гумусовых кислот почвы данного варианта о чем и свидетельствует величин 1 2. (1,26) В нижней части ек юна кругизнои V (слои Ю-20 см) в составе ГК формируется наиботее разветвленная р инокачественная периферическая часть

При I очерхностнои обработке формирование как периферическои так и I сшр ыыкш ч 1еги тум\совых кислот осушесгвтяегея за ечег бочее К( чостаби н ных компонентов

III (..рчпем у метке склона крешзнои Ь при поверхностной сор ¡ботке (как и слое 0-10 гак н п спое 10-21) см) в составе гумусовых кис ют прчоб 1111 от струкгхрные фр к мент иенгра 1ьнои ч или за счет ччешалшя до 1И ¡,М( мента периферической На верхнем ччасткь с> иш I крмшнои •» ормирчютсл г\ч\совые кислены плюральная чип И)!о;| и п, ^ !сг I» 1еи I ришчммми но термо>ешнч1№<>ск1 I1, рл ч,п| I ш н I , о но ьтир< IX прихо »не* в с то,. 0-10 см - 54 7 ив сю 10 <0 см '</'3 от I ошен потери м ксы

Ир I ср чтении термичеекич с «шип (1С «юс .с мн010 1с1Нею 1МИ) н \ нт «ч> 1чнон н поверхностной <>Ор тотки нычв 1епо (как па а юне чрмизнои гак и на ск опе крчппнои 4) \а<_1И1енпе [ ток I нхгиенносги перифери теской ч »сти тучу«.овы\ кие 101 почин при поверхностной оораооткс чю прсдахраняет их нейтральную ч 1е1ь от деградации

ВЫ НОЛЫ

I < едьекохозяиственное испо н.» жание дерново подк> шетон почвы при ооычнои се оори о!Кс ньипиае! шачтпе-тьные потери тумуеа Применение поверхностной оирюотки чгшы С1вует ыме нишю процесса дет чмнфнкаиии и приводит к уве шченню оошею со тср-кання органическою нешества почвы

2. Различия : во влиянии двух способов обработки на гндрофильность почвы в полной мере проявляется на склоне крутизной 4й. Применение поверхностной обработки способствует значительному -увеличению гидрофильное!и почвы, т.е. , органическое вещество, в данном случае, содержит в своем составе большее количество компонентов, находящихся на ранней стадии гумификации, чем на склоне крутизной 81>.

3. В естественных условиях в дерново-подзолистой почве в верхней части склона крутизной 8° формируется фульватно-гуматный, а в нижней части склона крутизной 4° - гуматно-фульватный тип гумуса. Сельскохозяйственное использование почвы приводит к изменению типа гумуса. При отвальной обработке тип гумуса становится гуматно-фульватным, при поверхностной обработке - фульватным. Выявлено, что наряду с увеличением суммы ФК в данных почвах, они характеризуются устойчивым увеличением фракции ФК, связанных с полуторными окислами, негидролизуемого остатка и, в целом, содержания органического вещества. При обычной обработке, хотя.и отмечается более высокое содержание.суммы ГК в составе гумуса, но в то же время он представлен наиболее подвижной фракцией ГК 1. При этом в составе органического вещества резко уменьшается содержание негидролизуемого остатка. Следовательно, поверхностная обработка является защитной мерой при склоновом земледелии, предохраняющей стабильные формы гумуса от деградации. ,

4. Установлено, что поверхностная обработка в наименьшей мере влияет на структуру гумусовых кислот в обрабатываемом слое. Влияние обычной обработки заключается в увеличении алифатических компонентов в гумусовых кислотах, особенно в слое 0-10 см. На склоне крутизной 4° не наблюдается существенных различий по элементному составу гумусовых кислот при вспашке на глубину. 20 см, то есть ежегодное перемешивание пахотного слоя способствует формированию сходных по элементному составу гумусовых кислот при менее выраженных эрозионных процессах. Влияние поверхностной обработки заключается в увеличении ароматичности структуры гумуса и понижении роли кислородсодержащих компонентов, что характерно для слоя почвы 0-10 см. В случае менее выраженной эрозии (4°) создаются условия для накопления циклических соединений в составе гумусовых кислот, обогащенных азотсодержащими компонентами.

5. Основными процессами, вызывающими трансформацию гумуса . при обычной обработке почвы, являются гидратация и потеря конечных СН}- и СНг- групп. Гидратация гумусовых кислот в слое 10-20 см менее выражена, но отмечается развитие процесса карбоксилирования. Вниз по склону трансформация -гумусовых кислот осуществляется в . ходе процессов декарбоксилирования и дегидратации. .Под влиянием поверхностной обработки (на склоне крутизной 8°) формирование

гумусовых кислот протекает при развитии процессов карбоксшшрования, гидратации и, возможно. сопровождается отщеплением конечных СНэ- и СНз- групп. Вниз ио склону имеют место процессы дегидратации и, частично, декарбоксилироиания. При поверхностной обработке процессы трансформации гумусовых кислот в слое 10-20 см заметно отличаются от таковых в слое 0-10 см, где, как при обычной вспашке процессы, идущие на разной глубине, имеют много общих черт.

6. Наиболее характерными полосами поглощения для гумусовых кислот дерново-подзолистой средне- и слабосмытой почвы, независимо от способа обработки, являются, полосы, присущие ароматическим группировкам, валентным колебаниям' метиленовых группировок, кислород- и азотсодержащим функциональным группировкам. В естественных условиях формируются гумусовые кислоты, характеризующиеся высокой интенсивностью полос поглощения алифатических компонентов и кислородсодержащих группирово". Интенсивность полос поглощения ароматических компонентов в составе гумусовых кислот уменьшается под воздействием обычной вспашки. Поверхностная обработка, в основном, способствует увеличению в ИК-спектре интенсивности полос поглощения, характерных для компонентов периферической части. В спектрах гумусовых кислот, как при обычной, так и при поверхностной обработках, на склоне крутизной 8" отмечается увеличение интенсивности полос поглощения кислородсодержащих группировок, что свидетельствует об их значительной роли в построении гумусовых кислот. Для гумусовых кислот, сформированных в пределах склона крутизной 4", их роль существенно уменьшается.

7. В естественных условиях происходит отбор наиболее термостабильных фрагментов как периферической, так и центральной части в составе гумуса. Под влиянием обычной вспашки периферическая часть гумусовых кислот становится менее сложной, се доля в составе органического вещества уменьшается. Отмечается уменьшение термоустоичивост» компонентов периферической части, что ведет к деструкции центральной части, компоненты которой разрушаются при более низкой температуре. Под влиянием поверхностной обработки формирование как периферической, так и центральной части гумусовых кислот почвы слоя 0-10 см осуществляется за счет более термостабильных. компонентов. Гумусовые кислоты в слое 10-20 см при поверхностной обработке характеризуются хорошо развитой центральной частью .(увеличение числа фрагментов). которая представлена более термоустойчивыми компонентами, по сравнению с гумусовыми кислотами, сформированными в условиях обычной вспашки. Таким образом, усиление разнокачественное™ состава гумусовых кислот,-

сформированных в условиях поверхностной обработки, предохраняет фрагмент ы их центральной части и, в целом, гумуса от деградации.

Список опубликованных работ по теме диссертации:

1. Аристова О.И. Экологические параметры оценки гумусового состояния дерново-подзолистой почвы в длительном опыте // Эффективность применения средств химизации и продуктивность с.-х культутр: Тез. докл. XXX конф. (4-5 апр.1995 г. Москва) / ВИУА. -М.,1995- С.14-15.

2. Аристова О.И. Влияние поверхностной обработки на фракционно-групповой состав гумуса дерново-подзолистой почвы склонов различной крушзны II Эффективность применения средств химизации и продуктивность сельскохозяйственных культур: Тез. докл. XXXI конф. (26-28 марта 1996 г. Москва) / ВИУА.-М..1995,-С.28.

3. Аристова О.И.,Черников В.А., Старых С.Э. Элементный состав гумусовых кислот как один из диагностических показателей экологического мониторинга дерново-подзолистых почв II Акту ал. проблемы развития сел. хоз-ва.-М.,1996.-С.101-111.

4. Аристова О.И. Влияние поверхностной обработки на гидрофильные свойства дерново-подзолистой почвы склонов различной крутизны II Бюл. ВИУА.-1997.-№110.-С.46.

Объем 1 <(* п л

Заказ 187

Тираж 100

Типография Из ытелы-тва ЧСХ\ 127550, Москва, Тимирязевская ул, 44