Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Изменение качественного состава гумусовых кислот выщелоченного чернозема под влиянием различных факторов техногенеза

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Изменение качественного состава гумусовых кислот выщелоченного чернозема под влиянием различных факторов техногенеза"

Б ОД

НЮ!! 183*1 МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА

И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи ПТИЦЫ НА Ольга Анатольевна

УДК 631.25 .-631.445.24 .-631.61

ИЗМЕНЕНИЕ КАЧЕСТВЕННОГО СОСТАВА ГУМУСОВЫХ КИСЛОТ ВЫЩЕЛОЧЕННОГО ЧЕРНОЗЕМА ПОД ВЛИЯНИЕМ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ ТЕХНОГЕНЕЗА

Специальность 03.00.1G — экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1994

Диссертация выполнена в Московской сельскохозяйствен ной академии имени К. А. Тимирязева.

Научный руководитель —доктор сельскохозяйственны •наук, профессор В. А. Черников.

Научный консультант — кандидат химических наук, дс цент В. А. Кончиц.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, прс фессор А. И. Карпухин, кандидат биологических наук, ста]: ший научный сотрудник И. Г. Платонов.

Ведущее предприятие — Институт почвоведения и фоте синтеза РАН.

Защита диссертации состоится «оА/ » 1994

в «'/ — а час. на заседании специализированного совет К 120.35.06 Московской сельскохозяйственной академии им« ни К. А. Тимирязева.

Адрес: 127550, г. Москва, И-550, Тимирязевская ул., 45 Ученый совет ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан" « _-^¿-¿¿^Л_ 1994 ]

Ученый секретарь

специализированного совета — кандидат биологических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

• Актуальность темы. Черноземные почвы обладают высоким естественным плодородием. Вместе с тем их длительное интенсивное сельскохозяйственное использование приводит к потере значительной части органического вещества,агрофизической деградации и в конечном счете к- существенному снижению плодородия в целом. Потери гумуса повлекли за собой ряд нежелательных 'количественных- и качественных изменний черноземных почв, наложив специфический отпечаток на характер черноземо-образовательного процесса. Одн^ из важнейших факторов в управлении гумусовым состоянием почвы является контроль за качественным состоянием органического вещества.

В настоящее время потенциальное плодородие черноземов /же не может быть преимущественным критерием их продуктивности. К общепринятым приемам повышения продуктивности обра-5атываемых почв относятся и такие,как минимальная обработка, 1рименение минеральных удобрений и правильный севооборот. Изучение изменения качественного состава и свойств гумусовых кислот выщелоченного чернозема под влиянием разных ;истем обработки почвы, различных севооборотов и применения одобрений имеет важное значение не только для диагностики гроцессов трансформации гумуса, но и для выбора наиболее ра-доональной системы обработки почвы и агрономически более энного предшественника на фоне минеральных удобрений и без к применения.

Применение минеральных удобрений и агротехника - мощ-:ый фактор воздействия на почву и агроландшафт в целом. Од-:ако, минеральные удобрения крвме наличия в них полезных лементос содержат тяжелые металлы, которые являются естест-енными примесями, содержащимися в исходном сырье.В связи с тим актуальным является изучение содержания и миграции тя-елых металлов в почве.

Цель и задачи. Цель работы заключается в выявлении роли азличных способов обработки почеы, разных севооборотов и инеральных удобрений в изменении качественного состава и войств гумусовых кислот. Основная задача - установить ка-ественные изменения органического вещества под действием азнообразных факторов техногеиеза в процессе окультуривания ^щелоченного чернозема и выявить основные процессы, вызива-

ющие его трансформацию, изучить влияние агротехники и мине ральных удобрений на накопление тяжелых металлов в почве органическом веществе.

Научная новизна. Впёрвые на основе комплекса совремеь ных методов физико - химического анализа было изучено влия ние механической обработки и севооборотов на состав и свойс тва гумусовых кислот, полученных методом предельного извле чения без разделения на фульво- и гуминовые кислоты, что д£ ет возможность-получить более об'ективную информацию о гуму совом состоянии выщелоченного чернозема. Доказано, что дл? тельное применение минеральных удобрений, различных способе обработки и разных севооборотов не привело к существенно», увеличению тяжелых металлов в почве.

Практическая значимость.. Полученные результаты позвс ляют понять качественные изменения, происходящие в гумусовь кислотах в результате длительного сельскохозяйственного ис пользования выщелоченного чернозема, что имеет значение nf выборе наиболее оптимальной системы обработки почвы и севос борота, способствующих сохранению и воспроизводству плодорс дия данных почв.

Апробация работы. Основные результаты диссертации бьи доложены на научной конференции молодых ученых МСХА'в 19£ году.

Об'ем работы. Диссертация изложена на 188 странице машинописного текста, состоит из введения, обзора литерату ры,8 глав экспериментальной части, выводов, списка литерату ры (253 наименования, в тгом числе 50 зарубежных). В-работе сс держится 9 таблиц, 5 рисунков.

ОБ ' ЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Образцы почв были отобраны с двух длительных полевь стационарных опытов по обработкам почв и севооборотам, зале женных в КНИИЗХ Курганской области.

Первый опыт по изучению влияния различных способов оС работки и длительного применения минеральных удобрений бь заложен в 1972 г. на Центральном опытном поле КНИИЗХ в 4-кратной повторности. . ■ . '

Нам, для исследований.;,были предоставлены крайние вар* анты опита, в которых изучали влияние двух систем ойработь почвы - ежегодной отвальной вспашки на глубину 25-27 см бе удобрс-иий и о их применением и ежегодной шюикоро^юй обр;

- 2 -

ботки на глубину 12-15 см без удобрений и с их применением.

Использовали следующие минеральные удобрения: аммиачную селитру и двойной суперфосфат в дозе

Обработки почвы изучаются в севообороте пар-пшеница-пшеница-овес-пшеница. Удобрения вносятся строго по схеме. Образцы отбирались осенью 1988 года в паровом поле.

Второй опыт с разными севооборотами был заложен в 1967 году с целью выявить агрономическую роль предшественника. Чередование культур в зернопаровом севеообороте пар-пшеница-пшеница-овес; в зернотр'авной - вико-овес на сено-пшеница. Повторность этого опыта также четырехкратная. Изучались варианты с внесением удобрений в форме аммиачной селитры и двойного суперфосфата.

Образцы почвы взяты в 1988 году после уборки урожая второй культуры севооборота.

Почва - маломощный малогумусный среднесуглинистый выщелоченный чернозем.

В почвенных образцах проводили следующие анализы: общий углерод по И.В.Тюрину, фракционно-групповой состав гумуса по И.В.Тюрину в модификации В.В.Пономаревой- Т.А.Плотниковой, величину и константу скорости набухания по Васильеву в модификации С.Н.Алешина, кислотно-солеЕое отношение по методике кафедры физической и коллоидной химии без разделения гумусовых соединений и с заменой спектрофометрического окончания на гравиметрическое, содержание макро- и микроэлементов в почве и препаратах проводили по методам предложенным, Соловьевым Г. А.

В полученных препаратах определяли: элементный состав гумусовых кислот(микреметодами), качественный состава функциональных групп и атомных группировок методом ИК-спектрос-копии, термоустойчивость (дериватографический анализ, Дери-ватограф С} - 1500, ВНР)

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

ИЗМЕНЕНИЕ КАЧЕСТВЕННОГО СОСТАВА ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО ЧЕРНОЗЕМА ПОД ВЛИЯНИЕМ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ 0БрАЕ0ТКИ И РАЗНЫХ СЕВООБОРОТОВ НА 'МНЕ ШПЕРЛЛЬПЖ УДОБРЕНИЯ И БЕЗ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ. ' .

Длительное испсш.ось<шие г.очыд обусловило потере гумуса

от 16.2 до 14.4 % в вариантах с отвальной вспашкой, от 6.7 до 10.1 % в вариантах с плоскорезной обработкой в 1-ом опыте, от 18.3 до 16.6 % - в вариантах зернопарового и от 15:7 до 9.3 % в вариантах зернотравлного севооборота бёз удобрений и с. их применением соответственно.

При внесении минеральных удобрений в вариантах с отвальной вспашкой наблюдается -увеличение величин емкости набухания 0 и константы скорости набухания К. " Увеличение гид-рофильности при внесении- минеральных удобрений, по всей видимости можно объяснить более значительным поступлением органического вещества в почву в данном, варианте, и, следовательно., увеличением .числа поглощающих'^центров. •

Гидрофильность почвы практически не изменяется при переходе от одной системы основной отработки почвы к другой. Внесение минеральных удобрений вызывает рост показателей 0д1 и К -в варианте с минимальной обработкой, оказывая положи-■ тельное влияние на изменение ¿идрофильности почвы'.

В опыте с разными системами севооборотов & варианте с зернопаровым се'вооборотом наблюдается некоторое увеличение максимальной емкости набухания. В то ^е время в составе гу-•муса варианта с применением удобрешш возрастает доля'свежеобразованных ' гумусовых' кислот, на что указывает увеличение ■константы гидрофильности (К). Йри применении минеральных -Удобрений в зернотравяном севообороте также наблюдается тенденция. к увеличению максимальной емкости набухания и константы скбрости набухания.

Увеличение этих показателей свидетельствует об увеличении гидрофильности почвы.

Самые выс&кие значения величины максимальной емкости набухания отмечаются для варианта плоскорезной обработки, с "внесением "минеральных удобрений для первого опыта, и для варианта зернотравяного ■ севооборота с применением удобрений "-для" второго опыта. ..... .■■.--.•

Анализируя'фракционно-групповой состав, . можно отметить "невысокую степень гумусированности исследуемых образцов. Общее содержание углерода в почве изменяется, от-1,95. на контрольном варианте с отвальной вспашкой до 2,17 X на контрольном варианте с минимальной обработкой в 1 опыте'. И от 1,90 X в зернопаровом севообороте без применении удобрений до '2,11 в. зернотравяном с применением Н,^. Внесение миноргшьных

удобрений во всех вариантах, за исключением варианта с отвальной вспашкой увеличивает общее содержание углерода. По всем вариантам как первого, так и второго опыта тип гумуса характеризуется как гуматный, что следует из соотношения Сгк : Сфк. Судя по величине негидролизуемого остатка'при отваль-¡юй вспашке происходит вовлечение в процесс минерализации инертных форм гумусовых кислот. При плоскорезной обработке 1юрмируется агрономически более ценный гумус ( увеличивается содержание группы гуминовых кислот и в их составе 2-ой фрак-дии,связанной с кальцием, ра<Й1иряется отношение Сгк:Сфк, /меньшается подвижность органического вещества ).

Во втором опыте применение минеральных удобрений на [юне зернопарового севооборота сопровождается увеличением содержания общего углерода, но при этом уменьшается содержите фракции гуминовых кислот и в их составе 2-ой фрак-1ии. Учитывая увеличение содержания общего углерода и увеличине негидролизуемого остатка можно предположить, что внесение минеральных удобрений создает в почве условия,способствующие более интенсивному разложению мобильных (подвижных) эракций гумуса.

По данным фракционно - группового состава агрономичес-си более ценным является гумус зернотравяного севооборота с ¡несением удобрений. Наблюдается увеличение содержания ГК с 14,3 до 47,8 и в их составе 2-ой фракции с 21,6 до 25,1 . )бщее содержание фульвокислот снижается, отношение Сгк:Сфк »того варианта максимальное для данного опыта.

Органическое вещество рассматриваемых вариантов обоих >пытов находится в солевой форме, судя по величине показате-[я гуматности.

Сравнивая действие разных способов обработки без гне-:ения удобрений'следует отметить, что при плоскорезной оора-ютке образуется более ценный гумус. В его составе содержа-[ие гуматов выше на 9,3% по сравнению с вариантом отвальной ¡опашки, а содержание гумусовых кислот соответственно инее. Такое преобладание гуматов над гумусовыми кислотами при-юдит к уменьшению подвижности органического вещества и оак-»еплению его минеральной частью почвы.

Действие минеральных удобрений проявляется в увеличе-Шй подвижности органического вещества ясчвы. Следует отме-'ить.что хотя внесение удобрений и при отвальной ,и при

плоскорезной вспашке увеличивает подвижность гумуса, мин* мальная обработка более предпочтительна, она увеличивав экологическую устойчивость агроэкосцстем.

Органическое вещество почвы варианта зернотравянот севооборота менее подвижно,чем зернопарового, на что указь вает величина отношения гуматов к гумусовым кислотам.Кислот но-солевое отношение увеличивается и достигает максимально: значения - 3,05. Следует отметить, что в этом варианте фо{ мируется наиболее ценный гумус по сравнению с другими вар* антами данного опыта, что согласуется с данными фракцио* но-группового состава.,

Интересен также и тот факт, что во втором опыте внес« ние удобрений в разных севооборотах изменяет кислот ¡ю-со ле вое отношение гумусовых кислот в прямо противоположных наг равлениях. Так, если в зернопаровом оно уменьшается, а по; вижность органического вещества увеличивается, то в вариант аернотравяного севооборота наблюдается увеличение кислот но-солевого отношения, т.е. уменьшение подвижности орган* ческого вещества и закрепление его минеральной частью почвь Таким образом,все рассматриваемые факторы техногенеза изме няют кислотно-солевое отношение гумусовых кислот. Показател гуматности характеризует изменение качества гумуса и може быть использован в почвенном мониторинге, так как отражае величину экологического барьера оттока Са из агроэкосистемь Следует отметить отсутствие резких колебаний содержа ния всех определяемых элементов и в первом, и во втором опь тах. /

Все гумусовые киалоты отличаются невысоким содержание углерода. Из соотношения Н/С следует, что все гумусовые кис лоты обоих опытов характеризуютя слабо развитой периферичес кой частью. Гумусовые вещества варианта ежегодной вспаши без внесения удобрений характеризуются максимальным для дай ного опыта отношением С/М - 15,0. Можно предположить, что данном варианте происходит усиленная мобилизация азота орга нического вещества почвы и самое высокое для данного опыт отношение С/И показывает на то, что при ежегодной вспашке . оборотом пласта происходит.обеднение почвы органическим азе том и требуется дополнительное его внесение.

Необходимо'отметить большую, чем в других варианта обогащенность азотом гумусовых кислот варианта плоскорезнс

----... А

Элементный состав гумусовых кислот выщелоченного чернозема абсолютно сухое беззольное вецество)

• .-.■•• 1 Вариант« впитов е.. 1 Н | N 1 1 0 Н/С ....... о/с 1 ------------ 1 С/К | и | 1 1

1. Отвальная, вснавка б/у 35,8 36, 1 | 2.4 25,7 1.01 0.72 1 .„„ — | 15,0 1+0,431 | 1 I

2. Отельная вспашка N ц?1о 35,0 35, 6 1 2,6 26.8 1.02 0,77 1 11 1 13,3 1+0.515 | | 1

3. Плоскорезная, вспашка б/у 35,6 36, 3 1 2.8 25,2 <1 1,02 0,71 1 1 .13,0 1+0,399 | 1 1

4. Плоскорезы^ вспашка И^Р^д 35,1 36 4 1 2.5 26,1 .1.04 0.74 1 1 14,0 1+0.452 I

5. Зернопаровой с/о б/у 34,2 37 2 1 2.5 26,1 1,09 0,76 13,7 1+0.439 | " г I 1

6. ЗерноГгаровой с/о N ^Р^ 34.3 36 0 1 2.5 • 27.0 1,05 0.79 1 1 13,7 1+0,525 | 1 1

7. Зернотравяной с/о б/у 34,6 36 а| 2,6 27,0 1,06 0,78 1 1 13,2 1+0,503 I I 1

8. Зернотравяной Н 34,8 36 I ,7 1 1 2, 8 26,2 1 1.05 \ 0.75 1 - 12.4 1+0.451 | 1 1

обработки без внесения удобрений'-2,8 ат. %. Это содержали является максимальным среди всех вариантов данного опыта. Г всей вероятности остающиеся на поверхности почвы корневые пожнивные остатки при обработке без оборота пласта являютс источниками азота лабильной части гумуса. Отношение С/Ы дл данного варианта самое низкое в этом опыте и составляв 13,0. Варианты с внесением удобрений характеризуются расши рением отношения О/С и увеличением степени окисленности гу ■мусовых кислот, что возможно при подавлении микробиологичес кой деятельности.

Во втором опыте, элементный состав гумусовых кислот ва рианта зернотравяного севооборота без внесения удобрений су ществе'Нно не отличается от варианта зернопарового севооборо та с применением удобрений, за исключением отношения С/И которое уменьшается.

Для гумусовых кислот варианта зернотравяного севооборот без внесения удобрений характерна минимальная потеря органи ческого углерода и азота. Отношения Н/С, О/С и С/И в это ■варианте минимальные для данного опыта.

Применение графо-статистического анализа к данным эле ментного состава как первого, так и второго опытов показало что интенсивность протекающих процессов небольшая,о чем сви детельствует близкое расположение экспериментальных точек бистеме координат Н/С - О/С.

Для гумусовых кислот варианта минимальной обработки бе внесения удобрений не обнаружено резких различий по сравне "йию с вариантом ежегодной отвальной вспашки без внесени, удобрений. Следует тсйько отметить, что для них аескольк менее выражен процесс окисления по отношению ко всем други вариантам данного опыта.

Основными процессами, вызывающими трансформацию гумусовых кислот при внесении удобрений являются процессы гидрата ции и присоединения конечных СН3.и СО^групп, по сравнению с таковыми вариантами без удобрений, соответственно.

Гумусовые кислоты варианта зернопарового севооборот; без внесения удобрений отличаются самой высокой степеиы гидратации . На диаграмме, атомных'отношений Н/С - О/С гумусовые кислоты этого варианта занимают самоо верхнее положение.

- Гумусовые кислоты варианта зернопарового севооборота <

-В -

внесением удобрений подвержены трансформации в ходе процессов карбоксшшрования и окисления по сравнению с вариантом, где удобрения не применяли.

Гумусовые кислоты варианта зернотравяного севооборота без внесения удобрений .по сравнению с вариантом зернопарово-го севооборота без удобрений более окислены,. Изменение сево-эборота привело также к развитию процессов потери СН^ -групп л- карбоксшшрования. Наличие данных процессов способствует формированию гумусовых кислот с меньшим количеством алифати-jecKHX компонентов, а те в несколько большей степени представлены кислородосодержащими функциональными группировками.

У всех гумусовых кислот выщелоченного чернозема, liait 1ервого, так и второго опыта периферическая часть развита слабо (в МК-спектрах всех гумусовых кислот обоих опытов в области 3500-2900' см"'отмечаются три широкие слабоинтенсивные юлосы поглощения); наиболее характерными полосами поглоще-1ия, независимо от изучаемых факторов техногенеза, являются юлосы, присущие ароматическим группировкам, образующим (ентральную часть (1600 см''); карбоксилат-ионам (1400 см"' ) "кислородсодержащим группировкам внеплоскостным деформационном колебаниям С-Н бензольных колец, в которых замещено два [ли более атомов водорода.

Можно сделать предположительный вывод о том, что при [ереходе от ежегодной отвальной вспашки к минимачьной обра-ютке в I опыте и от зернопарового к зерйотравяному севообо-юту во втором опыте увеличивается содержание ароматических ¡труктурных элементов и азотсодержащих структур в молекулах умусовых кислот. В остальном же, изучаемые факторы техноге-еза не оказали существенного влияния на состав структурных лементов и типов связей в них. Изменения носили в основном оличественный характер. Резких различий между исследуемыми бразцами Есех рассматриваемых вариантов опыта не отмечено.

Удаление адсорбционной воды у гумусовых кислот всех ва-иантов опыта с разными системами обработки почвы достигают аксимальной скорости при 100-НОС и сопровождаются потерей accu в пределах 16,5 - 20,3 Z от общей потери массы.

Для гумусовых кислот варианта , где вносили минеральные добрения отмечается наименее прочная связь адсорбционной оды. Потеря массы для этого варианта максимальная и состав-яет 20,3%, а температура реакции дегидратации уменьшается

на 5'С, т.е. гумусоьыс'кислоты данного варианта характеризуются наивысшим содержанием адсорбционной воды, которая I свою очередь отличается менее прочной связью.

Таблица 2

Термогравиметрическая характеристика гумусовых кислот выщелоченного чернозема

Варианты 1 1 | низкотемпе- | ратурная.'С 1 - высокотемпературная область, 'С коэф. г

1 1 1 потеря массы, % |

вспашка б/у 105 16,5 300-375 28,0 496 550 735 770 16,4 31,5 5,49 2,44 0,506

вспашка ад* 100 20,3 290 23,0 . 475 575 695 725 760 . 18,9 25,0 3,38 4,05 4,73. 0,410

плоскор. б/у 110 17,9 290 ' 25,4 465 750 790 830 40,5 10,4 2,31 1,15 0,448

плоскор. ад* 110 16,5 305-370 28,5 475-540 710 770 47,4 3,17 3,8 0,409

з/п с/о б/у 105 17,9 290-370 26,9 490 550 740 780 19,5 22,7 8,95 3,16 0,480

з/п с/о ад» 105 18,2 290 19,4 490-535 750 36,4 20,0 0,284

з/т с/о б/у 105 18,9 290 390 18,9 4,58 480 615 740 815 ' 22,9 3,92 22,2 8,5 0,409

з/т с/о МЛ 105 18,6 290-350 25,5 480-530 740 790 32,5 13,7 5,6 0,472

Гумусовые кислоты варианта ежегодной вспашки- без удбб-рений претерпевают термодеструкцию в ходе 6 реакций.На кривой ДТГ в низкотемпературной области отмечается два эффекта , что свидетельствует о разнокачественном составе периферической части, т.е. о наличии различных по термостабильности компонентов.Потери массы при этом составляют. 28Х от обшей потери массы. Центральная часть гумусовых кислот этого варианта разрушается в ходе четырех реакций. Доля циклических структур составляет 55,83 % от общей потери массы. Причем, на долю менее термоустойчивого компонента, деструкция которого протекает при 495'С приходится 16,4 % потери массы. При температуре 550'С теряется 31,5 % от общей потери массы. Доля наиболее термоустойчивых компонентов, в составе гумусовых кислот невысокая. Коэффициент 1 ( отношение потери массы в низкотемпературной области к потере массы в высокотемпературной ) для гумусовых кислот данного вароианта составляет Э,506 , что указывает на значительное преобладание в составе гумусовых кислот структурных фрагментов центральной части.

ГК варианта внесения минеральных удобрений при ежегодной отвальной вспашке в отличие от такового варианта без применения удобрений, характеризуются менее разнокачественной и термоустойчивой периферической частью, в то время, как <абор компонентов "ядерной" части был более разнообразен, но также менее термоустойчив, чем в варианте, где удобрения не вносились. '

Изменение'системы обработки существенно.изменяет характер термического разрушения гумусовых кислот. Прежде всего ;ледует отметить, что содержание менее, термостабильных фраг-<ентов оказалось ниже при минимальной обработке, чем содер-сание более устойчивых к действию возрастающих температур 'руппировок варианта■ ежегодной вспашки с оборотом пласта.

Высокотемпературная область на кривых ДТГ рассматривае-юго варианта характеризуется таким же количеством эффектов ( потерей массы, как и в варианте отвальной вспашки. Заре-'истрировано четыре термоэффекта. Деструкция гумусовых кис-:от данного варианта в области высоких температур оказалась олее растянутой, по сравнению с другими вариантами этого 'Пыта. Ее начало, отмеченное при 465*С, что на 30°ниже, чем варианте отвальной вспашки, сопровождалось большей потерей ■•■"■■ ■ - II -

массы (40,5%). Но при этом доля более термоустойчивых компонентов в составе центральной части гумусовых кислот выше у составляет в сумме 13,9 % , против 7,9 % в варианте отвальной вспашки, что свидетельствует об увеличении ароматических и, по всей видимости, азотистых гетероциклов в ее составе. Йри этом следует отметить, что температура, при которой заканчивается деструкция центральной части гумусовых кисло! варианта, где проводили безотвальную вспашку, на 50'выше пс отношению к сравниваемому варианту. Соотношение потери массь в низкотемпературной области к потере массы в высокотемпературной равно 0,448. Можно предположить, что при минимальное обработке без внесения удобрений в почве создаются наиболее благоприятные условия для микробиологической деятельности, что способствует формированию термостабильных структур I составе гумусовых кислот, приводящих к закреплению гумуса е почве.

Сравнивая между собой варианты отвальной и безотвальжм вспашки с внесением минеральных удобрений, следует отметин наличие в составе гумусовых кислот варианта минимальной обработки более высокое содержание алифатических компонентов, которые способны быстрее вовлекаться в процесс минерализацю-и тем самым защищать стабильную ядерную часть от биологической деградации. Хотя доля более термоустойчивых компонента! больше в варианте отвальной вспашки, их устойчивость к термодеструкции ниже, чем в варианте, где применяли минимальнук обработку.

Во 2 - ом опыте термическое разрушение периферически* группировок гумусовых кислот варианта зернопарового севооборота без внесения удобрений происходит в результате двух реакций ,что свидетельствует о достаточно разнокачественно». составе периферической части гумусовых кислот. В составе центральной части гумусовых кислот этого варианта преобладают менее термостабильные структурные фрагменты.

При внесении минеральных удобрений характер кривой ДТГ заметно изменяется. Низкотемпературная область представленг всего лишь одним компонентом, разрушающимся при температуре 290*С с потерей массы 19,4%, что на 7,5% меньше, чем в варианте зернопарового■севооборота, где удобрения, не вносили. Периферическая часть гумусоьых кислот рассмагриваемого варианта отличается менее разнокачественным составом с преобла-

анием наименее термостабильных элементов по сравнению' с эугими вариантами данного опыта. Соответственно компоненты штральной части гумусовых кислот этого варианта являются в шьшей степени защищенными от деградации, чем другие.

' Переход к^другой системе- севооборота существенно влияет i термографические характеристики гумусовых кислот. Tac, . в варианте зернопарового севооборота наблюдается от-'тствие четкой дифференциации компонентов периферической юти по термоустойчивости. Основные изменения в термодест-гкции гумусовых.кислот варианта зернотравяного севооборота, йлюдаются в области .температур свыше 400* С.. В составе нтральной части гумусовых кислот варианта зернотравяного вооборота отмечается значительное преобладание наиболее рмоустойчивых компонентов, в отличие, от варианта зернопа-вого севооборота, где -наблюдается прямо противоположная ртина.

, ■ Внесение минеральных удобрений на " фоне зернотравяного вооборота изменяет, характер ДТГ кривой. Если эффекты в ва-анте,' где удобрения не применялись имеют четко выраженные ксимумы.то при внесении удобрений эффекты в низкотемпера-рной области не дифференцированы. В • составе центральной сти гумусовых кислот при внесении удобрений резко увеличимся доля менее термоустойчивых компонентов и уменьшается иболее термоустойчивых.

Сравнивая между собой варианты зернопарового и зернот-вяного севооборотов с внесением удобрений следует отметь, что гумусовые кислоты второго варианта (как централь-j, так и периферическая части) по количеству термоэффектов эактеризуется более разнообразным составом. Таким образом, кно предположить, что при зернотравяном севообороте в иьшей степени устраняется негативное действие ■ минеральных збрений. ' ; -

Поступление тяжелых металлов и закрепление их в почве зеделяется множеством факторов,важнейшими из которых явля-:я удобрения, свойства почвы и динамика почвенных процес-

По■нашим экспериментальным данным на исследуемых поч-; с колебаниями рН от 6.72 до 5.97 в 1-ом опыте и от 5.87 6.35 - во'втором имеется тенденция накопления тяжелых ме-шов в вариантах отвальной вспашки с внесением удобрений и

зернопарового севооборота с удобрениями соответственно п опытам.

При анализе экспериментальных данных применяли диспер сионный метод (Плохинский,1968,Доспехов,1985). Обработк статистических данных значимых различий не обнаружила. Отме • ченная нами тенденция касается таких микроэлементов, как Сг Зе, Со й РЬ. Однако количественное'их выражение таково, чт экологической опасности или загрязнения почвы тяжелыми ме таллами не происходит.

Несмотря на то, что реакция рН в вариантах плоскорезнс обработки ниже, оставление стерни на поверхности почвы вле чет за собой не только общее увеличение органического ве щества, но и повышенную активность гумусовых кислот за сче того,что в их составе увеличивается доля новообразованног органического вещества,функциональные группы которого обла дают высокой активностью. И при отвальной и при минимально обработке прослеживается тенденция увеличения фиксации Ре Сс1 и N1. В общем, плоскорезная обработка оказывает более блэ гоприятное воздействие на содержание органо-металлически комплексов.

/

Сравнивая действие двух севооборотов на содержание органическом веществе тяжелых металлов, зернотравяной севос борот оказывает на содержание органо-металлических комплек сов менее негативное воздействие. В результате действия ми неральных удобрений прослеживается увеличение фиксации орге ническим веществом ряда микроэлементов и тяжелых металлов РЬ, Со, Сг, Сс1, 2п и Мп, что, вероятно, связано с увеличен« ем доли гумусовых кислот, а также с увеличением при внесени удобрений содержания органического вещества и рН.

ВЫВОДЫ

1. Длительное сельскохозяйственное использование выще лоченного чернозема в условиях интенсивной антропогенно нагрузки привело к значительным потерям гумуса. Внесение ми неральных удобрений способствует замедлению процессов дегу мификации, тем не менее исходный уровень его содержания н был достигнут ни в одном варианте.

2. С точки зрения повышения гидрофильности, которая яе ляется одним из объективных показателей окультуренности поч бы, оптимальными являются в 1-ом опыте вариант плоскорезнс

- И -

Зработки с внесением удобрений, во втором - вариант аернот-авяного севооборота с внесением удобрений. Во всех вариан-зх с внесением минеральных удобрений отмечается увеличение ак емкости набухания, так и констатнты скорости набухания.

3. Применение удобрений на фоне минимальной обработки и эрнотравяного .севооборота вызывает увеличение содержания уминовых кислот в составе органическогр вещества, тогда как ри отвальной вспашке и зернопаровом севообороте наблюдается 5ратное их действие. При отвальной вспашке происходит вов-эчение в процесс,минерализации инертных форм гумуса, что эебует разработки приемов экологической стабилизации агроэ-эсистем.

4. Гумусовые кислоты всех вариантов 1-ого и 2-ого опы-эв более чем на 60% представлены солевыми формами. Примене-ле минимальной обработки, и зернотравяного севооборота вызы-зет увеличение содержания гуматов по сравнению с вариантами гвальной вспашки и зернопарового севооборота соответствен-з. При внесении минеральных удобрений во всех вариантах шта отмечается увеличение содержания свободных гуминовых юлот, что свидетельствует о меньшей стабилизации гумусово-э состояния почвы, по сравнению с- неудобренными вариантами.

5. Доля ароматических и алифатических компонентов в зставе гумусовых кислот практически не меняется под влияни-ь рассматриваемых факторов техногенеза. Отношение Н/С ко-эблется в первом опыте от 1,01 до 1,04 и во втором от 1,05 э 1,09.' Это указывает на то, что в гумусовых кислотах пре-Зладают ароматические структуры и на то, что периферическая ють развита слабо. Варианты отвальной вспашки и зернопаро-эго севооборота характеризуются меньшим содержанием азота,. ?м варианта минимальной обработки и зернотравяного севообо-эта, что свидетельствует об обеднении почвы этих вариантов зганическим азотом. Внесение минеральных удобрений проявляйся в увеличении в составе гумусовых кислот кислородосодер-вдих группировок,' за исключением варианта зернотравяного 5вооборота. ■''■-.'

6. Гумусовые кислоты вариантов отвальной вспашки менее гметелированы. При внесении удобрений ГК вариантов и той и эугой обработки почвы претерпевают изменения в ходе процес-эв окисления и карбоксилирования. Во втором опыте гумусовые юлоты варианта зернотравяного севооборота претерпевают из-

менения в процессе присоединения конечных ОНгрупп. Внес« ние удобрений на фоне этого севооборота приводит к раавит! процессов окисления и карбоксилирования, тогда как на фо! зернотравяного севооборота ГК наиболее • дегидратированы восстановлены.

7. Установлено, что в гумусовых кислотах всех варианте периферическая часть развита слабо; Наиболее характерны» полосами поглощения для гумусовых кислот выщелоченного че| ноэема являются- колебания карбоксилат-иона, кислородосоде] жащих группировок, валентные и деформационные колебания С-бензольных колец, (при 2-х и более замещенных атомов Н) ,С= ароматических структур. При минимальной-обработке и зерно1: равяном севообороте наблюдается увеличение содержания' азо^ содержащих компонентов и ароматических структурных элементе в молекулах гумусовых кислот по сравнению с вариантами о: вальной вспашки и зернопарового севооборота. Внесение удо( рений не оказывает существенного влияния на состав гумус; Присутствие во всех вариантах свободных карбоксильных гру1 указывает на высокую аккумулятивную способность, органическс го вещества выщелоченного чернозема.

8. Выявлено влияние исследуемых факторов техногенеза I качественный состав гумусовых веществ в плане изменения I устойчивости к разрушению. В составе гумусовых кислот все вариантов преобладают компоненты центральной части.. Примеш ние отвальной вспашки в большей степени влияет на процес дегидратации, чем минимальная обработка, что может вызват деструкцию наименее устойчивых компонентов периферическс части.

При минимальной обработке с внесением удобрений в опыте и в варианте зернотравяного севооборота с удобрения» во 2-ом опыте наблюдается дифференциация компонентов перифе рической части по термоустойчивости, что является защит мерой по отношению к центральной части. Наличие наибол« термостабильных компонентов центральной части характерно д.) вариантов плоскорезной обработки (в 1-ом опыте) и зернотрг вяного севооборота (во 2-ом опыте), где удобрения не прим« нялись. Можно предположить, что при минимальной обрабоп без внесения удобрений в почве создаются наиболее благопр1 ятные условия для микробиологической деятельности, что спс собствует формированию термостабильных структур в соста!

гумусовых кислот, приводящих к закреплению гумуса в почве. Негативное действие минеральных удобрений в большей степени устраняется при минимальной обработке (в 1-ом опыте) и при зернотравяном севообороте (во 2-ом опыте).

9. При внесении минеральных удобрений в почве отмечается увеличение содержания таких макро- и микроэлементов, как Са, Ре, Си, Мп и М^ во всех вариантах обоих опытов, за исключением варианта отвальной вспашки, где для Ре, Мд и Мп наблюдается обратная тенденция. При минимальной обработке (в 1-ом опыте) и зернотравяном севообороте (во 2-ом) наблюдается увеличение фиксации металлов N1, РЬ, Си, Со и С(1 органическим веществом по сравнению с отвальной вспашкой и вариантом зернопарового севооборота соответственно.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Черников В. А., Старых С. Э., Кончин В. А., Хлыстовский А. Д., Птицына О. А. Изменение качественного состапа гумуса дерново-подзолистой почвы при длительном лрименешш удобрений // Изв. ТСХА.—1988. Вып. 4,—С. 52—57.

2. Черников В. А., Птицына О. А., Старых С. Э. Влияние различных факторов техногенеза на изменение качественного состава гумуса выщелоченного чернозема.//Доклады ТСХА. 1994.—Вып. 1.—С. 14—19.

Тираж 100

Заказ 762

Объем 1 п. л.

Типография Московской с.-х. академии имени К. А. Тимирязева 127550, Москва И-550, Тимирязевская ул., 44