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"

А-

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 03.00.16 — экология

' Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1994

Диссертация выполнена в Московской сельскохозяйственной академии имени К А Тимирязева

Научный руководитель — доктор сельскохозяйственных наук, профессор В. А. Черников.

Научный консультант — кандидат химических наук, доцент В. А. Кончиц.

Официальные оппоненты* доктор биологических наук, профессор А. И. Карпухин, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник И. Г. Платонов.

Ведущее предприятие — Институт почвоведения и фотосинтеза РАН ^

Защита диссертации состоится «

и^оу-Я, 1994 г

в час на заседании специализированного совета

К 120 35 06 Мо< ковской сельскохозяйственной академии имени К. А Тимирязева

Адрес: 127550, г Москва, И 550, Тимирязевская у л , 49 Ученый совет ТСХА

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА

Автореферат разослан « Т.» _ 1994 г

Ученый секретарь

специализированного совета — кандидат биологических наук

■ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Л ' 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 . пло-ч дородия в целом. Потери гумуса повлекли за собой ряд нежела- ■ тельных количественных, и качественных изменний черноземных - почв, наложив специфический отпечаток на характер черноземо-образователЬного процесса. ОднйЙ из важнейших факторов в уп-

■ равлении гумусовым состоянием почвы является контроль за качественным состоянием органического вещества.

В настоящее • время потенциальное плодородие черноземов уже не может,быть преимущественным критерием их продуктивности. К общепринятым приемам повышения продуктивности обрабатываемых почв относятся и такие,как минимальная обработка, . применение , минеральных удобрений и правильный севооборот. Изучение изменения качественного состава и свойств гумусовых кислот ; выщелоченного чернозема под влиянием разных систем обработки почвы,. различных севооборотов и применения удобренийимеет важное значение не только для диагностики 'процессов трансформации гумуса, но и для выбора наиболее рациональной . системы" обработки почвы и агрономически более ценного предшественника на фоне минеральных удобрений и без их применения. • . . -. " , , , ;

, : Применение минеральных удобрений и агротехника - мощный фактор воздействия на почву и агроландшафт в целом. Однако^ минеральные удобрения крвме наличия в них полезных элементой, содержат тяжелые металлы, которые являются естественными, примесями, содержащимися;в исходном сырье.В связи с этим, актуальным является изучение содержания и миграции тяжелых металлов в почве. ; > ■'.

' Цель, и задачи. .Цель работы заключается в выявлении рати различных снособов обработки, почвы, ■ разных., севооборотов' и

■ минеральных : удобрений.' в изменении качественного ..состава и свойств гумусовых кислот.. Основная задача- установить - качественные изменения' органического вещества:под действием разнообразных; факторов1 техногенеза в процессе окультуривания выщелоченного чернозема и выявить- основные процессы, ... вызыва-

: ; ' .центральная. .

' НАУЧНЛР

Мозч» солискочо?. ач адемии

ющие его трансформацию, научить влияние агротехники и минеральных удобрении на накопление тяжелых металлов в почве И органическом веществе.

Научная новизна Впервые на основе комплекса современных методов физико - химического анализа было изучено влияние механической обработки и севооборотов на состав и свойства гумусовых кислот, полученных методом предельного извлечения без разделения на фульво- и гуминовые кислоты, что дает возможность получить более об'ективную информацию о гумусовом состоянии выщелоченного чернозема. Доказано, что длительное применение минеральных удобрений, различных способов обработки и разных севооборотов не привело к существенному увеличению тяжелых металлов в почве.

Практическая значимость. Полученные результаты позволяют понять качественные изменения, происходящие в гумусовых кислотах в результате длительного сельскохозяйственного использования выщелоченного чернозема, что имеет значение при выборе наиболее оптимальной системы обработки почвы и севооборота, способствующих сохранению и воспроизводству плодородия данных почв.

Апробация работы. Основные результаты диссертации были доложены на научной конференции молодых ученых МСХА в 1993 году.

Об'ем работы Диссертация изложена на 188 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, 8 глав экспериментальной части, выводов, списка литературы (253 наименования,в том числе 50 зарубежных).В работе содержится 9 таблиц, 5 рисунков

ОБ'ЕКТЫ И МЕТОГЫ ЬССГсЛСВАНИЙ Образцы почв были отобраны с двух длительных полевых стационарных опытов по обработкам почв и севооборотам, заложенных в КНИИЗХ Курганской области

Первый опыт по изучен™ влияния раалич^ых способов обработки и длительного применения минеральных удобрении был заложен в 1572 г. на Центральном опытом поле КНИИЗХ в Л к кратной повтсрлости

Нам, д„"ч исследовании .были нред^таъльны кра i ше варианты опыта, в которых изу шли влилнut двух ^ист^м сбрс£~гки ПОЧВЫ - ежегодной ОТВАЛЬНОЙ На [-л'сГ.Ш!/ :.7 I м 6ej

УДиСр Ulli" И О ИХ ПрИМеНеН,^ Ч .1 »U А ..¡f Jw-lXJpt ,,.lull С/Сра - 2 -

. â... «1 л

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 г 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 зернотраяноЙ - 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 констаи^^скорости^шбухания по Васильеву в моди-' фикации С.Н.Алешина', ' кисЖтно-солевое 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(микрометодами), качественный состава функциональных групп и атомных группировок методом ИК-спектрос-копии, " термоустойчивость'- (дериватографический анализ, Дери-ватограф 0 - 1500, ВНР)

-.'.'./'" РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ' ■ . .

ИЗМЕНЕНИЕ КАЧЕСТВЕННОГО СОСТАВА'. ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО ЧЕРНОЗЕМА ПОЛ ВЛИЯНИЕМ РАЗЛИЧНЫХ' СПОСОБОВ ОБРАБОТКИ ' И.-РАЗНЫХ СЕВООБОРОТОВ НА -ЮНЕ- ШНЕРАЛЬКЫХ' УДОБРЕНИЯ И БЕЗ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ.•' :. ...."' -.--. ; . . :

*'. Длительное■ -испольссвание г.очьы обусловило потерю гумуса.

от 16.2 до 14.4 2 в вариантах с отвальной вспашкой, от 6.7 до 10.1 X в вариантах с плоскорезнои обработкой в 1-ом опыте, от 18.3 до 16.6 X - в вариантах зернопарового и от 15 7 до 9.3 X в вариантах зернотравлного севооборота бёз удобрений и с их применением соответственно

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

Гидрофидьность почвы практически не изменяется при переходе от одной системы основной отработки почвы к другой. Внесение минеральных удобрении вызывает рост показателей От и К в варианте с минимальной обработкой, оказывая положительное влияние на изменение гидрофильности почвы.

В опыте с разными системами севооборотов б* варианте с аернопаровым севооборотом наблюдается некоторое увеличение максимальной емкости набухания. В то время в составе гумуса варианта с применением удобренйй возрастает доля свеже-обрааованных гумусовых кислот, на что указывает увеличение константы гидрофильности (К). Йри применении минеральных Удобрении в зернотравяном севообороте также наблюдается тенденция к увеличению максимальной емкости набухания и константы скорости набухания.

Увеличение этих показателей свидетельствует об увеличении гидрофильности почвы.

Самые выебкие значения величины максимальной емкости йайухания отмечаются для варианта плоскорезной обработки с "внесением минеральных удобрении для первого опыта, и для варианта зернотравяного севооборота с примьнением удобрении ■для' второго опыта.

Анализируя фракционно-групповой состав, можно отметить невысокую степень гумусированности исследуемых ооразцоь. Общее содержание углерода в почве изменяетсч от 1,95 на контрольном варианте с отвальной вспашкой до 2,17 X на контрольном варианте с минимальнои обработкой в I опыте И ст 1,90 X в эернопаровом севообороте Свз применении удобрении до С,11 в ""ернотраышыл с применением . Бь^ешк, минеральных

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 негидролиэуемого остатка-при отвальной вспашке происходит вовлечение в процесс минерализации инертных форм гумусовых кислот. При плоскорезной обработке формируется агрономически более ценный гумус ( увеличивается содержание группы гуминовых кислот и в их составе 2-ой фракции, связанной с кальцием, раАиряется отношение Сгк:Сфк, уменьшается подвижность органического вещества ).

Во втором опыте применение минеральных удобрений на фоне зернопаравого севооборота сопровождается увеличением, содержания общего углерода, но при этом уменьшается содержание фракции' гуминовых кислот и в их составе 2-ой фракции. Учитывая увеличение содержания общего углерода и увеличение негидролиэуемого остатка можно предположить,' что внесение минеральных удобрений создает в почве условия,способствующие более интенсивному разложению мобильных (подвижных) фракций гумуса.

По данным фракционно - группового состава агрономически более ценным является гумус'зернотравяного Севооборота с внесением удобрений. Наблюдается увеличение содержания ГК с 44,3 до 47,8 и в их составе 2 - ой фракции с 21,6 до 25,1 . Общее содержание фульвокислот снижается, отношение Сгк: Сфк этого варианта максимальное для данного опыта.

Органическое вещество рассматриваемых вариантов обоих опытов находится в солевой форме, судя по величине показателя гуматности. .... •

-, Сравнивая действие разных способов обработки без гне-сения удобрений следует отметить,.что при плоскорезной обработке образуется-более ценный гумус.: В его составе содержание гуматов выше на 9,32' по. сравнению с вариантом отвальной вспашки, а содержание ' гумусовых, кислот соответственно ниже. Такое преобладание гуматов.над гумусовыми кислотами приводит к уменьшению подвижности органического вещества и закреплению его минеральной' частью почеы.. ' ; • '

Действие минеральных удобрений проявляется в увеличении -подвижности органического'вещества почвы. Следует отметить,что- хотя' внесение; удобрений и при отвальной ,и при

плоскорезнои вспашке увеличивает подвижность гумуса, минимальная обработка более предпочтительна, она увеличивает экологическую устойчивость агроэкосистем.

Органическое вещество почвы варианта зернотравяного севооборота менее подвижно,чем зернопарового, на что указывает величина отношения гуматов к гумусовым кислотам Кислотно-солевое отношение увеличивается и достигает максимального значения - 3,05. Следует отметить, что в этом варианте формируется наиболее ценный гумус по сравнению с другими вариантами данного опыта, что согласуется с данными фракцион-но-группового состава.

Интересен также и тот факт, что во втором опыте внесение удобрений в разных севооборотах изменяет кислотно-солевое отношение гумусовых кислот в прямо противоположных направлениях. Так, если в зернопаровом оно уменьшается, а подвижность органического вещества увеличивается, то в варианте зернотравяного севооборота наблюдается увеличение кислотно-солевого отношения, т.е. уменьшение подвижности органического вещества и закрепление его минеральной частью почвы. Таким образом,все рассматриваемые факторы техногенеза изменяют кислотно-солевое отношение гумусовых кислот. Показатель гуматности характеризует изменение качества гумуса и может быть использован в почвенном мониторинге, так как отражает величину экологического барьера оттока Са из агроэкосистемы.

Следует отметить отсутствие резких колебаний содержания всех определяемых элементов и в первом, и во втором опытах* ,

Все гумусовые киалати отличаются невысоким содеркянием углерода. Из соотношения Н/С следует, что все гумусовые кислоты обоих опытов характеризуютя слабо развитой периферической частью. Гумусовые вещества варианта ежегодной вспашки без внесения удобрений характеризуются максимальным для данного опыта отношением С/Ы - 15,0. Можно предположить, что в данном варианте происходит усиленней мобилизации а~юта органического вещества почвы и самое высокое для данного опыта отношение С/Н показывает на то, что прл годной вспашке с оборотом пласта происходит обеднение гючьц ерглничьегим азотом и трьбуется дополнительное его ьнс~ -ние

Необходимо отметить ОолЬи1,ю, чьи в других в ¡^лаах обоглщеннед-ть а„огеи гуму-^ьы/ ^а^.к-лта п.

Таблица 1

Элементный состав гумусовых кислот выщелоченного чернозема . (ат.п^абсолютно сухое беззольное вещество) • ,

Варнан** опытов " ; - 1 1 I е.. | Г 1 Н • Я 1 V 1 0. 1 - _ . .1 . . . 1 1 Н/С | О/С 1 с/я | «1 1 1 1 1

Отвальная, вспашка б/у •. 1 1 1 35,8 | 1 1 36,1 2.4 25.7 1 1 . .. 1 1 1.01 I 0.72 | 15.0 1+0,431 | 1 I I 1

2. Отвальная вспамка К }ьРЛо I 35.0'| 1 1 35.6 2.6 26,8 1 1 1 1 1.02 | 0,77 | 13.3 1+0,515 | Г 1 I 1

3. Плоскорезная вспашка б/у 1 1 ;| 35,6 | 1 ' 1 36.3 2.8 25.2 1 1 1 1 1,02 | 0,71 |,13,0 |+0,399-| I 1 I 1

4. Плоскорез*^ вспашка Л^Р^ I 35.1 I I- 1 36,4 2.5 26,1 1 1 1 1 >1,04 | 0,74 | 14,0 1+0,452 I I I 1 1

5. Зернопаровой с/о б/у 1 34.2 | ! 1 37,2 2.5 26.1 1,09 | 0,76 | 13,7 1+0,439 | 1 I* - 1 1

6. Зернопаровой с/о ' 1 1 34.3 | 1 1 36,0 2.5 27.0 I I 1 1 1,05 | 0,79 | 13,7 |+0,525 | 1 1 1 1

7. Зеркотравяной с/о б/у 1—■ ■ -г I 34.6 | II 36.6 2.6 27,0 1 1 1 1 1.06 | 0,78 | 13,2 1+0.503 | III 1

.8. Зернотравяной Н^Р^ 1 1 1 34.8 | 1 1 36.7 1 2,8 26.2 1 '- 1 1 1 1 1.05 | 0.75 Г 12.4 1+0.451 | 1-1 1 1

обработки без внесения удобрении -£,8 <*т. х. Это содержание является максимальным среди всех вариантов данного опыта. По всей вероятности остающиеся на поверхности почвы корневые и пожнивные остатки при обрабог Оез оборота пласта являются источниками азота лабилыюи части гумуса Отношение C/N для данного варианта самое низкое в этом опыте и составляет 13,0. Варианты с внесением удобрении характеризуются расширением отношения О/С и увеличением степени окисленности гумусовых кислот, что возможно при подавлении микробиологичес-кои деятельности.

Во втором опыте, элементный состав гумусовых кислот варианта зернотравяного севооборота без внесения удобрении существенно не отличается от варианта зернопарового с вооборо-та с применением удобрении, за исключением отношения C/N, которое уменьшается.

Для гумусовых кислот варианта зернотравяного севооборота без внесения удобрении характерна минимальная потеря органического углерода и азота Отношения Н/С, О/С и C/N в этом варианте минимальные для данного опыта

Применение графо-статистического анализа к данным элементного состава как первого, так и второго опытов показало, что интенсивность протекающих процессов небольшая,о чем свидетельствует близкое расположение экспериментальных точек в Системе координат Н/С - О/С.

Для гумусовых кислот варианта минималььои обработки без внесения удобрении не обнаружено редких различии по сравнению с вариантом ежегодной от есть пси велики без внесения удобрении. Следует только отметить, что длл них несколько менее выражен процесс окисления го отиолениы ко всем другим варианта данного опыта

Основными процессами, выбывающими тр-лефэрмацию гумусовых КИСЛОТ при внесении удобрении ЧБЛгШТСЛ ppoueui ы гидратации и присоединение конечных CHjii групп, по сравнению с таковыми вариантами Oed уа->0рении. со ьете¿ьешю

Г>Ы>сС1_Ые ПИЛОТЫ Ь vl\ur:_l u (.HuP^vofcOi О I ebOCtepera Сеи внесении ударении имич^и!^! l jui j висели с t еЛеьыи гидратации На диаграьч iTcmiI^x ort ш a ut Н/С О'С г v-'v

COI.Ue КИСЛОТЫ jTol О Bdplu^TJ w iHl'MaJO l Ы-^ЧН^ Гсл ia-

НИе

r(M,'CcbJb t ЮГЫ 4'tut.a « tili P^t-J с ^c-L »iXpUU. <-

внесением удобрении подвержены трансформации в ходе процессов карбоксилирования и окисления по сравнению с вариантом, где удобрения не применяли

Гумусовые кислоты варианта зернотравяного севооборота без внесения удобрении по сравнению с вариантом зернопарово-го севооборота без удобрений более окислены. Изменение севооборота привело также к развитию процессов потери СН$ -групп и- карбоксилирования Наличие данных процессов способствует формированию гумусовых кислот с меньшим количеством алифатических компонентов, а те в несколько большей степени представлены кислородосодержащими функциональными группировками.

У всех гумусовых кислот выщелоченного чернозема, как первого, так и второго опыта периферическая часть развита слабо (в ИК-спектрах всех гумусовых гаслот обоих опытов в области 3500-2900 см'отмечаются три широкие слабоинтенсивные полосы поглощения), наиболее характерными полосами поглощения, независимо от изучаемых факторов т^хногенеза, являются полосы, присущие ароматическим группировкам, образующим центральную часть (1600 см'1); карбоксилат-ионам (1400 см ' ) кислородсодержащим группировкам внеплоскостным деформационным колебаниям С-Н бензольных колец, в которых замещено два или более атомов водорода

Можно сделать предположительный вывод о том, что при переходе от ежегодной отвальной вспашки к минимальнои обработке в I опыте и от зернопарового к зерйотравдному севообороту во втором опыте увеличивается содержание ароматических структурных элементов и азотсодержащих структур в молекулах гумусовых кислот В остальном же, изучаемые факторы техноге-неза не сказали существенного влияния на. состав структурных элементов и типов связей в них. Изменения носили в оснсвисм количественный характер Резких различии между исследуемыми образцами Еч-ех рассматриваемых вариантов опыта не отмечено.

Удаление адсорбционной воды V гумусовых кислот всех вариантов опыта с равными системами обработки почвы достигают максимальном скорости при 100-110*0 и сопровождаются потерей месы в пределах 1о,5 - ¡.О,а % ог ссдеи потери массы.

X ! гумуооьил кислот ьар/анта , где вносили минеральные •>ехмечаегел на*м<Л1ее 1рочНая сызь адсорбционной 1-^ди и-тчрл ма»-сц д;-1 этого и^р.иш:^ максимальная И оостав-лг М.^Д, а температура реагц>ы Асгидритации уменьшаъ.и

на 5'С, т.е. данного варианта характеризу-

ются наивысшим содержанием адсорбционной.воды, которая в свою очередь отличается менее прочной связью. ' .

. . Таблица 2 •

Термогравиметрическая характеристика гумусовых кислот . * выщелоченного чернозема г ,

1 1 , , 1 ' 1 Варианты | низкотемпе- | высокотемпературная i . 1 ; / | коэф.

'„ | ратурная,*С | 1 1 область,'С Г г .

| ; потеря массы, X "Т ... 1

вспашка 105. ' 300-375: I 496 550 . 735 770 - 0,506

б/у 16,5 28,0 16,4 31,5 5,49 2,44' : v

вспашка 100 290 ' ■ 475 575 695 725 760 - 0,410 '

Njtli, 20,3 23,0 . . 18,9 25,0 3,38 4,05 4,73!

плоскор. 110 290 465 - 750 790 830

б/у 17,9, ,25,4 . 40,5 10,4 2,31 1,15

0,448

плоскор. 110 .ад, 16,5

305-370 • 28,5

475-540 710 770 47,'4 3,17 3,8

0,409

3/П с/о 105 290-370 490 550 740 780

б/у. 17,9 26,9 19,5 22,7 8,96 3,16 0,480

3/П с/о ' 105 290 490-535 750

ад, ' 18,2 19,4^ ' 36,4 " 20,0- 0,284

3/Т С/0 105 290 390 480 615 ' 740 815

б/у 18,9 18,9 4,58 22,9 3,92 22,2 8,5 0,409

з/Т С/0 105 290-350 480-530 ,740 790 N^ 18,6 25,5 . 32,5 13,7 5,6 •

0Г472

Гумусовые кислоты варианта ежегодной вспашки без удбб-рений претерпевают термодеструкцию в ходе 6 реакции. 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 282 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 7. потери массы. При температуре 550'С теряется 31,5 X от общей потери массы. Доля наиболее термоустойчивых компонентов, в составе гумусовых кислот невысокая. Коэффициент 2 ( отношение потери массы в низкотемпературной области к потере массы в высокотемпературной ) для гумусовых кислот данного вароианта составляет 0,506 , что указывает на значительное преобладание в составе гумусовых кислот структурных фрагментов центральной части.

ГК варианта внесения минеральных удобрении при ежегодной отвальной вспашке в отличие от такового варианта без применения удобрений, характеризуются менее разнокачественной и термоустойчивой периферической частью, в то время, как набор 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 следует отметить, что содержание менее термостабильных фрагментов оказалось ниже при минимальной обработке, чем содержание более устойчивых к действию возрастающих температур группировок варианта ежегодной вспашки с оборотом пласта.

Высокотемпературная область на кривых ДТГ рассматриваемого варианта характеризуется таким же количеством эффектов и потерей массы, как и в варианте отвальной вспашки. Зарегистрировано четыре термоэффекта. -Деструкция гумусовых кислот данного варианта в области высоких температур оказалась более растянутой, по сравнению с другими вариантами этого опыта Ее начало, отмеченное при 465'С, что на 30*ниже, чем в варианте отвальной вспашки, сопровождалось большей потерей

массы (40,5%). Но при этом доля более термоустойчивых компонентов в составе центральной части гумусовых кислот выше и составляет в сумме 13,9 X , против 7,9 X 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 кислот варианта, где проводили безотвальную вспашку, на 50'выше по отношению к сравниваемому варианту. Соотношение потери массы в низкотемпературной области к потере массы в высокотемпературной равно 0,448. Можно предположить, что при минимальной обработке без внесения удобрений в почве создаются наиболее благоприятные условия для микробиологической деятельности, что способствует формированию термостабильных структур в составе гумусовых кислот, приводящих к закреплению гумуса в почве.

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

Во 2 - ом опыте термическое разрушение периферических группировок гумусовых кислот варианта зернопарового севооборота без внесения удобрений происходит в результате двух ре* ~ акций ,что свидетельствует о достаточно разнокачественном 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 представлена всего лишь одним компонентом, разрушающимся при температуре 290*С с потерей массы 19,4%, что на 7,5% меньше, чем в вари-' акте зернопарового- севооборота, где удобрения; не , ёносили.. Периферическая часть. гумусоЕых кислот рассматриваемого варианта отличается менее разнокачественным составом с преобла^

данием наименее термостабильных элементов по сравнению с другими вариантами данного опыта. Соответственно компоненты« центральной части гумусовых кислот этого варианта являются в меньшей степени защищенными от деградации, чем другие

" Переход к>другой системе- севооборота существенно влияет на термографические характеристики гумусовых кислот. Та)«, есш в варианте зернопарового севооборота наблюдается отсутствие четкой ^ дифференциации ^^змпонентов части по тершустоичивос^^теновн1^и?кл1н1ния в термодеот-рукции гумусовых кислот варианта зернотравяного севооборота •наблюдаются в области температур свыше 400* С. В составе центральной части гумусовых кислот варианта зернотравяного севооборота отмечается значительное преобладание наиболее термоустойчивых компонентов, в отличие от варианта з^рнопа рсвого севооборота, где наблюдается прямо противоположная картина.

Внесение минеральных удобрений на фоне зернотравяного севооборота изменяет, характер ДТГ кривой. Если эффекты в варианте, где удобрения не применялись имеют четко выраженные максимумы,то при внесении удобрений эффекты в низкотемпературной области не дифференцированы. В составе центральной Части гумусовых кислот при внесении удобрений резко увеличивается доля менее термоустойчивых компонентов и уменьшается наиболее термоустойчивых.

Сравнивая между собой варианты зернопарового и зернотравяного севооборотов с внесением удобрении следует отметить, что гумусовые кислоты второго варианта (как центральная, так и периферическая части) по количеству термоэффектов характеризуется более разнообразным составом. Таким образом» можно предположить, что при зернотравяном севообороте в большей степени устраняется негативное действие минеральных удобрений.

Поступление тяжелых металлов и закрепление их в почве определяется множеством факторов,важнейшими из которых являются удобрения, свойства почвы и динамика почвенных процессов.

По нашим экспериментальным данным на исследуемых почвах с колебаниями рН от 6.72 до 5.97 в 1-ом опыте и от 5.87 до 0.55 - во втором имеется тенденция накопления тяжелых металлов й вариантах отвальной вспашки с внесением удобрении и

зернопарового севооборота с удобрениями соответственно по опытам.

При анализе экспериментальных данных применяли дисперсионный метод (Плохинский,1968,Доспехов,1985). Обработка статистических данных значимых различий не обнаружила. Отмененная нами тенденция касается таких микроэлементов, как Сг, 5е, Со и РЬ. Однако количественное'их выражение таково, что1 экологической опасности или загрязнения почвы тяжелыми металлами не происходит. . , . '

Несмотря на то, что реакция рН в вариантах плоскорезной обработки ниже, оставление стерни на поверхности почвы влечет за собой не только общее увеличение органического вещества, но и повышенную активность гумусовых кислот за счет того,что в их составе увеличивается. доля новообразованного органического вещества,функциональные группы которого обла- . дают высокой активностью. И при отвальной и при минимальной обработке прослеживается тенденция увеличения фиксации Ге, Сс1 и N1.8 общем,. плоскорезная обработка оказывает более благоприятное воздействие на содержание органо-металлических комплексов.

Сравнивая действие. двух севооборотов . на содержание в органическом веществе тяжелых металлов; зернотравяной севооборот оказывает на содержание органо-металлических комплек-. сов менее негативное воздействие.. В результате действия минеральных удобрений прослеживается увеличение фиксации орга-. ническим веществом ряда микроэлементов и тяжелых металлов: РЬ, Со, Сг, Сс1, 7л и М1, что,: вероятно, связано с увеличением доли гумусовых" кислот, а также с увеличением при внесении удобрений содержания органического вещества и рН.

выводы.. , • " ' : г-: ." * Л .

1, Длительное сельскохозяйственное использование, выщелоченного чернозема в условиях интенсивной.антропогенной нагрузки привело к значительным потерям гумуса. Внесение минеральных удобрений способствует замедлению процессов дегу-мификации, тем не менее исходный уровень его содержания не был достигнут ни в одном варианте. . .г,

2. С точки зрения повышения гидрофильности, которая является одним из объективных показателей окультуренности почвы, оптимальными являются в 1-ом опыте вариант,плоскорезной

- -

обработки с внесением удобрений, во втором - вариант зернот-равяного севооборота с внесением удобрений. Во всех вариантах с внесением минеральных удобрений отмечается увеличение как емкости набухания, так и констатнты скорости набухания.

3. Применение удобрении на фоне минимальной обработки и зернотравяного .севооборота вызывает увеличение содержания гуминовых кислот в составе органического вещества, тогда как при отвальной вспашке и зернопаровом севообороте наблюдается обратное их действие. При отвальной вспашке происходит вовлечение в процесс минерализации инертных форм гумуса, что требует разработки приемов экологической стабилизации агроэ-косистем.

4. Гумусовые кислоты всех вариантов 1-ого и 2-ого опытов более чем на 60Х представлены солевыми формами. Применение минимальной обработки- и зернотравяного севооборота вызывает увеличение содержания гуматов по сравнению с вариантами отвальной вспашки и зернопарового севооборота соответственно. При внесении минеральных удобрении во всех вариантах опыта отмечается увеличение содержания свободных гуминовых кислот, что свидетельствует о меньшей стабилизации гумусового состояния почвы, по сравнению с неудобренными вариантами.

5. Доля ароматических и алифатических компонентов в составе гумусовых кислот практически не меняется под влиянием рассматриваемых факторов техногенеза. Отнсление Н/С колеблется в первом опыте от 1,01 до 1,04 к во втором от 1,05 до 1.С9. Это указывает на то, что в гумусовых кислотах преобладают ароматические структуры и на то, что периферичеисая часть развита слабо Варианты отвальной вспашки и зернопарового Севооборота характеризуются меньшим содержанием азота, чем варианта минимальном обработки и зернотравяного севооборота, что свидетельствует об обеднении почвы этих вариантов органическим азотом Внесение минеральных удобрении проявляется в увели 1ении в составе гумусовых кислот кисдородосодер-чащих группировок, за исключением варианта зернотравяного севооборота

6 Г>мусовые кислоты вариантов отвальной вспашки менее деметелирсваны При внесении удобрении ГК вариантов и той и др>гси обработки почвы претерпевают изменения в ходе процес сов окисления л карбоксшщрования Со втором опыте гумусовые I ииюты варианта зернотравяного севооборота грекрпеваят ис

менения в процессе присоединения конечных СН4-групп. Внесение удобрений на фоне этого севооборота приводит к развитию процессов окисления и карбокоилирования, тогда как на фоне зернотравяного севооборота ГК наиболее -• дегидратированы и восстановлены. ' .■■■'...

7. Установлено, что в гумусовых кислотах всех вариантов периферическая часть развита слабо: Наиболее характерными полосами поглощения для гумусовых кислот выщелоченного чернозема являются- колебания карбоксилат-иона, кислородосодер-жащих группировок, валентные' и деформационные колебания С-Н • бензольных колец, (при 2-х и более замещенных атомов Н) ,С=С, ароматических структур. При минимальной обработке и зернот-равяном севообороте наблюдается увеличение содержания"азотсодержащих компонентов и ароматических структурных элементов

в молекулах гумусовых кислот по сравнению с вариантами отвальной вспашки и эернопарового севооборота. . Внесение удобрений: не оказывает существенного влияния на состав гумуса. Присутствие во всех вариантах свободных карбоксильных групп указывает на высокую аккумулятивную способность органическот го вещества выщелоченного чернозема.. , . „л

8. Выявлено влияние исследуемых факторов техногёнеза на качественный состав гумусовых веществ в плане изменения ' их устойчивости к разрушению. В составе гумусовых кислот всех ' вариантов преобладают компоненты центральной части.. Применение отвальной . вспашки в;большей степени;влияет, на процесс дегидратации, чем минимальная обработка,• что может вызвать деструкцию наименее устойчивых компонентов периферической части. • • '" ' -.-'-. ■ . ■

При минимальной- обработке с внесением удобрений в 1 опыте и в варианте зернотравяного:севооборота с .удобрениями во 2-ом ^лыте наблюдается•дифференциация компонентов периферической части по термоустойчивости, ; что" является защитной■ мерой по отношению к центральной части. Наличие наиболее термостабильных компонентов центральной части характерно для вариантов ' плоскорезной обработки -(в 1-ом опыте) и зернотра-' . вяного севооборота (во 2-ом опыте), где удобрения не применялись. Можно предположить,- что при минимальной"обработке без внесения удобрений в почве создаются наиболее- благоприятные условия для микробиологической деятельности,- : что способствует формированию термостабильных .структур в составе

гумусовых кислот, приводящих к закреплению гумуса в почве Негативное действие минеральных удобрении в большей степени устраняется при минимальней обработке (в 1 ом опыте) и при зернотравяном севообороте (ьо 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, Мя и М.п наблюдается обратная тенденция При минимальной обработке (в 1 ом опыте) и ".ер.ютравяном севообороте (во 2 ом) наблюдается увеличение фиксации металлов N1, РЬ, Си, Со и Сс1 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, Кончиц В А, Хлыстовский А Д. Птицына О. А Изменен е качественного состава г>м>са дерново подзолистой почвы при л1ите1ьном применении удобрении // Изв ТСХА—1988 Вып 4—С 52—57

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

OGbcM 1 п л Tups к 100 Заказ 7Ь2

Тппсрсфия Hockcbcioi с ч -'а чем и пмеш К А Тимирязева 127550, \lotma П GoJ Ti шр зевсхал ут, 44