Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

МИКРОЭЛЕМЕНТЫ В ОРГАНИЧЕСКОМ ВЕЩЕСТВЕ ЧЕРНОЗЕМОВ И ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "МИКРОЭЛЕМЕНТЫ В ОРГАНИЧЕСКОМ ВЕЩЕСТВЕ ЧЕРНОЗЕМОВ И ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ"

Академия иа?к СССР. ./СИ« рс ко в ' -' о I дв лв в ■ в

ОБЪЕДИНЕННЫЙ УЧЁНЫЙ СОВЕТ ПО БИОЛОГИЧЕСКИМ ШЯШ

Не прааа1 рукописи Мария Дмитривваа Степанова

МИКРОЭДЕМЕНТЫ В ОРГАИНЧЗСЮИ ВЕЩЕСТВЕ ЧЕРНОЗЕМОВ И ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ

(06.01.03 -почэоведееие)

Автореферат

диссертации ва соиснавие ученой степени кандидата биоюгичесвих наук

Новосибирск 1974

Лкй&екяя наук СССР С ЩIр о ««« >1111)61)

ОБЬЕДИНШШЙ УЧИШв СОВЕТ ПО БЮЛОГИЧКЖИИ НАШИ

Мария Дмитриевна Степанова

МИКРОЭЛЕМЕНТЫ В ОРГАНИЧЕСКОМ ВВВйСТВЕ ЧЕШЭШЗВ И ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ

(06.01.05 - почвоведам«)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

На правах рукописи

Новосибирск 19 7'+

Диссертациоинан работа выпоив на в Лаборатория биогеохимии и агрохимии микроэлементов Института почвоведения и агромкий СО АН СССР в период с 1969 по 1973 ГГ.

Наичный руководитель — доктор биологических наук,

профессор в.Б.ИЛЬИН

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

С.С.ТРОФИМОВ,

кандидат сельскохозяйственен!

BSjk Г.П.ГАМЗИКОВ

На официальное рецензирование диссертация направлена в Ленинградский сельскохозяйственный институт на кафедру почвоведения .

Автореферат разослан " 4J " оентября 1974 г.

Защита диссертации состоятся " октября 1974 г, на ^п -¡tWtf^i заседании Объединенного Ученого Совета по биологическим наукам СО АН СССР в ковферанд-гале Институте цитологии и генетики СО АН СССР.

Просим отэы1и и замечания посылать в двух экземплярах по адресу: 630090, Новосибирси-90, Проспект Науки, 17. Объединенный Ученый Совет по биологическим наукам 00 АН СССР.

С диссертацией ноуио ознакомиться в библиотеке Института цитология и генетики СО АН СССР.

Ученый секретарь Объединенного ученого совета по биологическим наукам СО АН СССР, доктор биологических наук

/И.Ю.Ко рапа чявскя й/

Введение

Выяснение суццости явлений жизни к биологических закономерностей развитая органического мира, разработка различных способов упраллевая казненными процессами - вот далеко ве полный перечень важных проблей, над ре вен не к который работают сейчас учение.

В свете этих задач больное значение в настоявде время приобретает азучеяае микроэлементов. Редкие элейевты лграпт мсклвчитежьную роль в жнэви растений, животвых и человека.Оаи участвуют а различных физиологаческих и биогимаческих процессах, таких как фотосинтез, синтез белков, процессах окислевея-восстановления, плодообразования, размножения.

Среди круга вопросов, относящихся к проблеме микроэлементов первостепенное значение, несомненно, имеют биогеохимачес-кие исследования. Разним сторонаи этой проблема посвящены многие работы советских а зарубежных ученых; Б.И.Вернадского, А.П.Виноградова, П.Н,Власова, 8.В.Козельского, в.Д.Ковды, Я.В.П#йве, Н.Я.Пкольвака, Р.Мнтчелла, А.Пирсона, Е.Илахтинга, А.Сяика к др.

Содержание ыивроэлементов в почве контролируется кноги-ми факторами. Количество В, Мл, Си., Но н 2п тесно связано с гравудометрмческим а минералоги честим состава и к почвенного субстрата, направлением и глубиной процесса почвообразования. Благодаря току, что процессы биохимического превращаем рв-чвств приурочены главным образом к верхним горизонтам почэа, становится явным, что наличке здесь органического вещества, способного образовывать комплексные и внутрикоыплексные соединения должно существенно влиять на поведение а распределение иинрсзлеиеитов. Об асом свидетельствуй работы, опубликованные а нааеП стране м за рубежом (Илихткнг, 1955; Дроздова, Еиелья-аова, 1960; Рудаиская, 1962; Хураллева, 1965; Орлов, Еровнчедо, 1967; Ильин, 1573).

Имеются сведения л о теш, что связывание редких элементов органический веществом почв отрицательно влияв! на поглощение их растениями (Бамберг, 1956; Каталымов, 1965; Ринькис, 1972).

Для обоснования конкретных мероприятий по .использование в сельском хозяйстве микро^добрений, аеобходимо знать не только уровень содержания микроэлементов в отдельных компонентах ландшафта, во и фории существования элементов и условия образования этих форм.

В наст он шей работе предпринята попытка определить наличие, размер и силу связи В,Си-,Мп,Мо я 2.п. 0 органическим веществом двух иироко распрос»раненных почв - черноземов и дарно-во-подзолистых,

I. Задачи, объекты я «моды исследования

В задачи навях исследование входило:

1} провести сравнение ряда методов, используемых для извлечения микроэлементов, связанных с органическим веществом иочв, и выявить наиболее эффентивный из них;

2) определить количество иикроэлеиентов^ связанных с органическим вевеством двух кироко распространенных и геохимичео-ки контрастных почв - чернозема и дерново-подзолистой;

3) определить темпы освобождения микроэлементов из фито-массы - одного из основных источников злемеито» в почвах;

4} выяснить некоторые условия образования малорастворимых (или нерастворимых) соединений микроэлементов с органическим вецеством почв; определите лодвижяоеть элементов, закрепленных гумусовыми веществами черноземов и дерново-подзолистых почв;

5} научить влияние подвижной фракции органического Вещества почв на поступление микроэлементов в растения.

В качестве объектов изучения были взяты Ь, И п., Си, Мо и Ъп. . Выбор обусловлен двумя обстоятельствами: I) ^иаиологической вам ость» этих эле центов для растений и животных и 2) недостатком сведений о их связи с органическим венеотвои почв.

На Присалаирской древироваввой равмие и на Садамреком кряже были заложены разрезы ва типичвах с точки эревия комплекса прыродвых условий участках. Позвеяные образцы брала из генетических горизонтов почв по общепринятой методике. Для изучения влияния орга в и чес кого ве те ег га ва потребление рас гениями микроэлементов выл проведен вегетапиовный опыт.

Валовое содержание и водвмжнув форм; кеда, марганца, молибдена и цинка в яочдах, а также количество этих же минро -элементов д растениях определяли до прописи Г.Я.Ринькиса (1963). Валовой бор в почве бил определен спектральный методой на дифракционном спектрографе ДФС-В. Определение бора в растевкях ж подвижной формы элемента в почве проводили по метода Еергера и Труога.(1939). Ошибки воспроизводимости при определении микроэлементов составляли 5 - 10$.

йлиступ фракцию для экспериментов отмучивали по Н.И.Горбунову (1960). Определение содержания гумуса в почве, порога коагуляции и оптической плотноота гумусовых веществ проводили по методам, рекомендовавши II,и.Кононовой (1965). Групповой состав гумуса н определение углерода в экстрактах органичес -ких веществ выполнены по прописи Д.С.Орлове, Л.А.Гришиной и Н.Л.Ероиичевой (1969). Органическое веаество для экспериментов и для вегетационного опыта извлекали с помощью 0,1 н Ж<,0Н. рн годной вытяжки из почвы устанавливала поте манометрически.

Цифровой матерная подвергался статистической обработке в соответствии с указаниями Н, А „Л л ох ¡¡некого (1961).

2. Сравнение методов определения микроэлементор в органическом веществе почв

Экстрагент для извлечения микроэлементов, связанных с ор-ганичеокям веществом, должен отвечать следующим ос ков ним требованиям:

1) извлекать из почвы, по возможности, больную часть органического вещества;

2) не выщелачивать микроэлементы из минеральной частя почвы;

Таблица I

СРАВНЕНИЕ МЕТОДОВ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ, СВЯЗАННЫХ С ОРГАНИЧЕСКИМ ВЕЩЕСТВОи ПОЧВ (ЭКСТРАГЕНТЫ - ЩЕЛОЧНЫЕ ^АСТВОРЫ ПЯРОФОСФАТА НАТРИЯ (I) И ЭДХА (2)

Метод Горизонт С, % от обмего В ( Си. | Ип. | Мо

кг/кг

I 0,1 а ^»ОН* 0,1 и Л4цР,07 А С 83 ив ОПрвД, 24 40 10,6 1.7 37 0 0,6 0,6

2 0,5 н Л1>.0Н+ 0,01 и ЭДТА А С 79 не олрод. ив одред 1,5 0,1 27 0 1,2 0.2

Таблица 1,а

СРАВНЕНИЕ МЕТОДОВ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ, СВЯЗАННЫХ С ОРГАНИЧЕСКИМ ВЕКЕ ОТ ВОИ, ПОСЛЕ ОКИСЛЕНИЯ ПОЧВЫ ЛЕШИСЫ) ВОДОРОДА (3) И ПРОКАЛИВАНИЯ В НМЕЛЕ (4) С ПОМОЕНО ИНДИВИДУАЛЬНОГО ДЛЯ КАЖДОГО ЭЛЕМЕНТА РАСТВОРИТЕЛЯ

Метод Горизонт в Си. Пп, \ Мо

растгсфииые в

i и нее 0,1 н Н^О, оксалахнои растворителе

иг/кг

3 Окисление («0 Кипячение с Н^О (в) Разность (а-б) С С с 1.1 0,1 0,9 0,1 0,2 0 18,0 17,0 7.5 7,1 10,5 9,9 699 256 656 246 43 10 0,8 0,1 0,6 0.1 0.3 0

4 Прокаленная поч- 1.0 г,9 104 1.1

ва (а) с 0.4 г«о 51 0.-6

Непрокалеввая 0,9 3,3 123 0,5

почва (б) с 0,1 г,? 69 о.г

Раэвост* (а-б) 0,1 -0,4 -19 0,6

п и 0,3 -0,7 -Зв 0,4

б

3) быть удобный для определения микроэлементов существуй-шиш методами;

4) дозволять обходиться без декадьаирования почвы, ведущего к потере микроэлементов.

Для извлечения органического вещества почвы '¿ами били испытаны два экстрагента: 0,1 +■ 0,1 н -Л&ОН , реко-мендовешшй М,М.Кононовой я Н.П.Бельчнковой и 0,01 и ЗДГА + 0,5 н -ЖхОК , предложении! Н.фытте (1967), Выбирая эти снеси, мы знали заранее лииь то, что они отвечав! только первому из упомянутых требований. Для сравнения были взяты еще два метода: окисление почв перекисью водорода и прокаливание навески в муфеле пря Ь я адО - 450е* Анализировали образца из гор.А и почвообразуидея породы (гор.С). Гориасит С включали в эксперимент два определения влияний условий опыта на мине -ральную часть лочвы.

Сравнивая а анализируя результаты, полученные четырьмя разными методами, необходимо отметить следующее.

Щелочной пирофосфат натрия извлекает из гор.а значительные количества углерода и микроэлементов (табл.1). В вытяжках из почвоосразуяще й породы также обнаружеяо довольно много Б, Но и Си. „ 5то указывает яа то, что раствор пирофосфата способен энергично выщелачивать микроэлементы из минерального субстрата. По этой причине разницы в содержании молибдена в вытяжках из почвы и- породы не обнаружено, а концентрации бора в экстракте из гор.! оказалась почте в 2 раза ниже концентрации в экстракте из образца гор.С. В пхрофосфатнув вытягку аз почвы переходила линь малая доля Мп. из почвообраэующеи породы элемент не переходил вовсе. Разница ие«ду найденными ко-лич^ском Си- в гор.А л в гор.С высокая и достоверная ( п.»?;

* С 27,5).

В вытяжке по Ч&итт* найдено около 60% углерода от его общего содержания в почве1). Точный учет С в растворе ЭДТА не представляется возможным м сведения, полученные в опыте, дают нам право судить о закономерности содержания, в но об абсс-лигкои количестве углерода в вытяжке.

При расчете углерод, содержащийся в ЗДТА, емчяталя.

Концентрации микроэлементов в вытяжке по ^¿¿/швд оказались значительно меньшими, чем в пирофосфатной вытяжке. Обработка образцов из гор.С смесь» ЭДТА о vtiiOH показала, что (I минерального субстрата экстрагент совсем не выщелачивает марганец и сравнительно немного - медь а молибден. Разница содержаний Си. к Мо между го р. А и гор.С достоверна (Си- : п. в в; t - 25,6; Мо ; n 3 g, t . 4,0). Содержание бора в вытяжке по Чкитта. установить не удалось. Определенно элемента по Еергеру и Труогу в вытяжках полочного раствора ЭДТА меяает, по-видимому, присутствие неизвестных как соединений, обусловливающих появление при жолориметрировании окраски, не свойственной данному методу.

Результаты анализов, полученные после окисления почвы Ht0a близки к данным эксперимента с использованием метода '¡¿■гхтте. £табл.1,а). Содержание микроэлементов в ButhKse из окисленной

почвы выве, чем в вытяжке из неокяслвнао*. Эта разница для Си. н Мо оказалась достоверной, а для В и Мо. -недостоверной (Ох : п. * 12; t • 12,3; Ио : п, = 12; ш 2,8; Ил : п » 12; ь »0,8; В : л = 12;

t = 0,3). Длительное нагревание проб с Ht0i способствовало энергичному переводу валовой кеда в подвижное состояние, на что указывают высокие концентрации этого элемента в вытяжке из окислмны! навесок из гор.С. Однако разница концентраций не да между гор.А и гор.С достоверная ( П. =• 8; t » 6,0).

Количество извлекаемо! ив почвы В,Си. и Пп. после прокаливания не увеличивалось. Исключение составил молибден: разница между содержанием молибдена в вытяжках из прокаленной и непрокаленной почв значительна н достоверна ( п. » 12, t * 5,3).

Выполненные исследования послужили основанием к использовании реагента УъЬптя. для экстракции микроэлементов, связанных с органическим вевествой почв.

3. Краткая характеристика почв

Исследовались две почвы: чернозем и дерново-подзолистая. Такой выбор был сделав по следувяим обстоятельствам: во-первых, черноземы и дерново-подзолистые почвы вироко раслространены в

СССР; во-вторых, эти почвы геохимически контрастны, что должно способствовать выявлению осоСениостей взаимодействия микроэлементов о органическим веществом почв.

Для изучения были взяты по одном; представителю этих почв; чернозем. внщелаченинй Прясалаирской дренированной равнины и дервово-глубокеонодэоленная лочва Сахаира.

Чернозем выщелоченный имеет модный (40-45 см) перегнойно-аккуиуаятивяый горизонт о высоким содержанием гумуса (табл.2,3) По механическому составу профиль его однородный, реакция среды близка к нейтральной, карбонатный горизонт располагается на глубине 75 см. В гумусе черноземов содержание гуминовых кислот почти в 4 раза превыиает количество фульвокиолот. Большая часть гуминовых кислот связана с кальцием (табя.З). Гуминовые кислоты имел« высокую оптическую плотность (Е^, '• Е6 = и сравни -тельно низкий порог коагуляции (10 мг-экв. Со.С£& на I д гу-ната натрия). See это свидетельствует о калов подвижности органического вещества рассматриваемой почвы.

Таблица 2

СОДЕРЖАНИЕ ГШ УСА а ИЛА, GxCOj, ШРОЭЛЮШТОВ И ЗНАЧЕНИЕ рН В ПОЧВАХ

Генетический гори -зонт Глуби- Гумус Ил ГлСО, рн Ь Па Си. По Zn

на, см % водный мг/нг

Чернозем выщелоченный

5-30 12,42 20,6 нет 6,5 46,6 833 40,8 2,5 68,8

АХВ В1 в2 45-55 2,88 33,3 6,5 45,2 793 23,6 1.8 65,4

60-65 1,65 32,6 J1. 6,4 47,6 683 16,9 1,7 58,8

80-90 0,46 34,6 5,6 7,5 45,0 683 19,7 66,3

С I50-20C 0,73 32,9 7*2 7.8 45,8 680 20,7 1.5 54,2

Де рн ов о-гл у бо ко олодзоле н вая

Ll 2-13 4,2.4 15,0 нет 4,4 43,0. 1010 18,7 1.6 57,2

кг 20-30 1,86 12,0 4,7 35,3 890 15,0 1,1 46,2

45-55 0,93 34,7 4,9 47,7 870 21,7 I.I 44,5

В1 80-90 0,87 38,8 4,6 40,0 650 34,4 1.2 53,5

в2с 140-160 0,50 40,7 2,1 5,9 44,6 720 40,6 I.* 53,0

С 200-210 0,40 31,6 2,8 5,8 51,3 715 41,3 1,3 59,0

Особенности морфологического строевая дерно-глубоко-оиодаолешшх почв следующие: I) болышя мощность почвенного 11^филя при малой мощности перегнойно-аккумулятявного горизонта; 2) растянутость иллювиального горизонта и обилие гумусовых натеков в ней. Лерново-глуЗокооподзоленяые почвы имеют кислую реакцию среды. Они обеднены карбонатами и содержат повиненное количество илистых частиц в иллювиальном горизонте. Данные почвы слабо гумускровавы (табл.2), В составе гумуса преобладает группа фульвокислот, среди гуминовых кислот преобладает фракция свободных гумиковых кислот (табд.З). О высокой дисперсности, гидрофильное*и и слабой выраженности ароматического ядра и, в целом, о больной подвижности гумуса дериово-глубокооподзоленних почв свидетельствуют низкая оптическая плотность гуииновых кислот ( Е^ ; Е, * 4,6) и значительная устойчивость их к осаждающему действию электролита (полная коагуляция при 19-20 мг-экв СмС£к на I л гумата).

Важно заметить, что основные свойства органического вещества изученных нами почв совпадают с таковыми, отмеченяыми ранее другими исследователями (Орлов, 1960, 1962, 1963; Кононова, 1963: Коновалова, 1966; Траваев, 1968) у черноземов и дерново-подзолистых почв СССР.

Влияние типа почвообразования на содержание микроэлементов в почвах особенао ярко проявляется при изучении их пере-гнойно-аккумулятивного горизонта. Б черноземе максимальное количество микроэлементов наблюдается в перегнойно-аккумулятивном горизонте. В гумусовом горизонте дерново-подзолистой почвы содержится значительно меньве -молибдена и цинка и наблюдав тся накопление етих элементов в иллювиальном горизонте. Яонцентрирование марганца в перегнойно-аккумулятиэном горизонте дерново-подзолистои почвы происходит благодаря интенсивному оогдощенив элемента древесной растительностью и переходу его в малоподвижное состояние при освобождении из отмераей фято-массы. На распределение бора в почвенной профиле процесс подзолообразования оказывает слабое влияние (табл.2).

Косвенным подтверждением того, что степень гумуслрован-ности играет заметную роль в закреплении микроэлементов в верхней части профиля исследованных почв, могут служить коэффиаи-

Т а б л я ц а 3

групповой cqcîib гшса в чшозш вшеючшш

И ДЕРНОВО-ШВОКООПО ДЭО ЛЕНШ)Й ПОЧВЕ1'

Почва Гори-BOHÏ Глубина взятия образ-ад, си С орг п оч ян Гуиус, /Ь к почве Биту-иы Вещества де-кальцг-вата Гунвновыа кислоты Фу л ьвокмс лоты- Оста- сг.к.

свободные фракции I фракции ¡1 всего фракции I Фракции П всего г"4 V«*

Чернозем вв-целочевны! АХ 5-30 6,71 11,67 0,10 0,12 1,79 0,40 2,П 0,29 2,80 41,75 0,61 9,09 о,до 1.49 0,71 10,56 2,98 44,4] 3,94

100 1,49 5,96 31.« 4,32

Дерново-му-бскооподэо -лвивл А1 2-13 г, H 100 4,24 0,15 6,14 0,09 3,68 0,53 13,52 0 2,46 0,39 Ц98 0,52 21,31 0,09 3,69 0,61 25,0 1,30 40,30 0,63

В числителе; С в S от seca почвы, в э на иенами; С в jt от общего содержания С.

енты корреляции между содержание* элементов и углерода в горизонте

Так, для меди и молибдена установлена сильная связь; дль ^лнка - близкая к средней, для марганца - сильная, но обратная связь с углеродом. Корреляции между борой и углеродом |;в установив во •

Микроэлементы в органическом веществе черноземов выщелоченных и дерново-гдубоко-оподаоденаых почв

Установлено, что оргаяическое вещество изученных почв концентрирует значительные количества микроэлементов (табл.4).

Лреобладающая часть микроэлементов, связанных с гумусом, содержится в фульвокислотах (кислия фильтрат после осаждения гуминовых кислот). Это явление вполне закономерно, поскольку Лульвокислоты содержат большее число функциональных групп,чен гуаииовые кислоты, что обеспечивает им высокую способность к ко мп ле кс оо бра э ованив.

Однако органическое вещество черн.^еыа в противоположность органаческому веществу дерново-глусокооподзолэнной почвы концентрирует более высокие количества Си.,2п. и особенно Мо. в меньшей мере гумус черноземов закрепляет марганец (табл.4). Эти факты - результат двух контрастных процессов почвообразования.

Чернозем о образование способствует интенсивному накоплению органического вещества в перегясЕио-аккумулятивном горизонте, что обусловливает некоторый количественный перевес фульвокиелот в черноземе, по сравнению с дерново-глубокоопод-эоленяой почвой, даже ори очень высоком соотношении в нем Сг_: Сф. Крохе того, в составе органического вещества черноае-иа преобладает малоподвикные гунаты Са и Мд. , создающие мощный гумусовый экран, способный накапливать микроэлементы в верхней части почвенного профиля.

При подзолообразовании в составе органического вещества превалируют фульвокиелоты. Высокой подвижностью характеризуются и гуыиновые кислоты дернсго-подзолистой почвы. В связи

Таблица 4

СОДБШЙИЕ ИИ К РО ЭЛЕМЕНТОВ В ОРГАНИЧЕСКОМ ВЕЩЕСТВЕ ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО (I) И ДЕРНОВО-ГЛУБОКООПОД-ЭОЛЕННОЙ ПОЧЩ (II)

Почва Содержание микроэлементов в почв органической части !

оОкее содержание в гуминовых 1 9 фульвикислотах кислотах (кислый фильтрат).

% от валового |

Молибден !

I 1 11 [ 6Ь, 3 34,7 24,0 6,3 ц.шк 44.3 I 26.4 ;

I Л ! 37,5 15,4 13,1 5,1 Медь 25,8 10,3 ;

I ■ п : зз,2 ) %г 5,1 Марганец 26,0 6,5 | )

I (! 1 | 6,0 | 11,5 0 следы 0,0 1 11,2

с этак, в данных почвах происходит вынос микроэлементов «а гор.А с нисходящим током влаги под запитой подвижных органических кислот. Грячмыа никоторого накоплении марганца в гумусе дернозо-гл^Эйкосподаопзнной почвы, вероятно, связана с интенсивным поглощением Нгт. древесными растениями и замедленным процессом иинеЕ®лиэаиии (итомассы в условиях иэгатэч-Нйго увлажнения.

Наряду с органическим веществом важный ¿актора, влия-пшш на распределение иикроэлементов в почвах, казнится иди-

Таблица 5

СОДЕРЖАНИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ ВШИВ ОРГАНИЧЕСКОМ ВЕЩЕСТВЕ ИЛА ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО (I) .1 ДЕРНОВО-ГЛУБОКООГЩЗОДЕННОа ПОЧВЫ (¡1)

Почва Содержание микроэлементов в илистой фракции

общее содержание, мг/кг в органическом веществе в гумкяовых кислотах в фульйо- няслотах (кислый фильтрат)

% от общего содержания

Модисдев

1 4,5 37,3 1£,2 19,1

П 3,1 23,1 7,7 15,4

Цинк

I 116,1 35,7 2,9 32,8

и 80,0 55,5 19,5 36,4

Медь 1

I 90,6 36,5 4,0 32,5 !

II 40,3 2,7 37,6

Бор

I 93,3 29,1 не опр. яе опр.

11 95,5 16,3

Мапганец

I 1110 23,6 следи 22,9

и 1830 16,8 2,3 14,4 |

стые частицы (Пейве, 1?60; Добровольский, Якушевская, I960; Ильин, I96B, 1969, 1973). Тонн а дисперсны е частицы изученных почв нонцентрируют болыше количества микроэлементов. Уто можно объяснить двумя причивами: ойогаданностью ила глинными минералами, содержащими микроэлементы и способностью тонко-дисперсвых частиц ?«ергячно адсорбировать производные гумусовых кислот и микроэлементов. По мнению Л.Н.АлександровеИ и Др.. (1970) в последнем случае фориируптсй адсорбционные комплексы гумусовых некоств с минеральноЯ часта» почвы.

Выявлено, что в органической веществе илистой фракции черноземов содержатся я о выше вике количества Б,Мп,Мо , причем Но>В>Мп, . Напротив, гумусовые вещества ила подзолистых почв более интенсивно связывают Zn. и несколько слабее, но все же заметно -Си, (табл.5).

5. Те^пы освобождения В.Мо.Сч.Мп. из растительных остатков

Одним иэ источников иикроэлементов в почве служит разлагавшаяся фйтомасса.

К настоящему времени проведены многочисленные лабораторные и полевые опыты по исследование скорости разложения растительных остатков (Кононова, 1951, 1963, 1973; Александрова, 1966, 1967, 1972 и Др.).

На фоне хороаей изученности общего характера разложения фитомассы пока еие мало внимания уделяется исследовании темпа освобождения кз раститглььих остатков элементов питания (в том числе микроэлементов).

Для выяснения скорости освобождения микроэлементов из рас-тктелмгы* остатков вами совместно с В.Б.Ильиным был залогев лабораторией омыт, который продолжался ISO суток. £ опыт включили набор доминантных растений Праеалаирсной дренированной равнины и Саяаирсяого ярма.

Скорость разложения растительных остатков различного химического состава в нашем опыте примерно соответствовала темпам разложения, установленным И.М.Кононовой (1963), Л.Н.Алек-

Рис Л, Интенсивность перехода углерода н микроэлементов з фильтрат при реаложеяии листьев клевера

сан дров ой (1970) И.С.Кауричевым и Н.Ф.Ганжаровой (1971). Наиболее быстро разлагались растительные остатка, богатые протеином * бедные лигнином - лясгья {рис.1) и стебли клевера. Наоборот, медленно разлагались фитомасса злаков костра и овса и листьев березы, относительно обогащенные лигнином. Разложение хвои пихты, по-видимому, задержавалось из-за обилия в ее ooois-ве смолистых вепеств. Довольно медленно разлагался гипнум.

В итоге за 160 суток.вес иатенсивно разлагаопейся фитомас-сы уменьиился на 65-75%, тогда пак медленно гумяфицирушиася растительные остатки потераля 30-50%.Потеря веса была вызвана не только разрувением органического вещества, но и выщелачиванием больного количестве легкорастворимых солоИ.

Неодинаковый химический состав растительных остатков создавал различные условия, контролирующие развитие микрофлоры. В вариантах с клевером за 30 суток фитомасса подвергалась энергичному разложение, в фильтрат переила значительная часть ( в некоторых случаях 30 - 70% исходного содержания) микроэлементов, В дальнейшем освобождение микроэлементов здесь ало медленными темпами. Менее энергично и более равномерно накапливались в фильтрате микроэлементы ори разложении листьев березы, хвои пихты, соломы овса, костра, гипнума.

Темпы освобождения микроэлементов совпадают с интенсивностью перехода углерода в фильтрат (рио.1) и потери биомассы. Основное количество элементов найдено в фильтрате первого срока (спустя 30 суток от начала опыта), Фитомасса различного происхождения за время проведения опыта отдавала неодинаковое количество микроэлементов (табл.6).

Результаты показали, что наиболее интенсивно освобождается из растительных остатков Си. и В . В некоторых вариантах больше половины содержания данных элементов в растительности перешло, минуя микробный барьер, в фильтрат. Менее подвижным, чем Си. н В , оказался Мо , хотя выход его иэ бобовых и листьев березы га 180 суток составил соответственно 33 и 50% от исходного содержаиля. Нааменьпую нэ изученных элементов миграцию показал И п.. В окружаюпую среду смогло перейти линь очень невольное его количество.

Таблица б

ПЕРЕХОД МИКРОЭЛЕМЕНТОВ ИЗ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОСТАТКОВ В ФИЛЬТРАТ ЗА ВРЕКЯ ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТА (180 суток), % ОТ ИСХОДНОГО СОДЕРКАНЯЯ

Макроэлемент Клевер, листья Клевер, стебли Костер, надземн. часть Овес, солома Пихта, хвоя Береза, листья Гипвум, все растение

Си. 80 60 78 60 13 18 8

& 45 42 63 50 20 39 35

Мо 33 33 II 25 0 50 17 г

- Мп» II 0 0 II 3 7 0

Дальнейшая судьба микроздемевтов, освободивижхсв в результате разложения зависит от почвенных условий, а которые они попадает. Большую роль здесь, по-видимому, играм: реакция среды, соотношение органического вещества и микроэлемента, химические свойства элемента я др.

6. Условия осаядевяя »иамэлеиснтов с органическим вавдотвоч почв и подвижность микроэлементов в образованны! рргаво-минеральных осадках

Работы многих исследователей ( ¡Ьшптл. с соавторами, 1946; Клгшал , ХЭ54; /ГШСлл „ОЬ&ифдв. 1959; Ор-

лов с соавторами, 1965, 1970; Александрова, 1970) позволят считать окончательно установлена ни, что органическое вецостю почв образует комплексные соедивевия с определенными химическими элементами. Высказано предположение, что некоторые из поливалентных металлов входят в состав нерастворимых комплексных соединение - халатов и практически недоступны растениям.

Кенее ясен механизм взаимодействия анионов с гумусовыми кислотами. Однако из аналитической химии известно {Нл&пллоеги,, 1959; Анкуднмова, 1959; Бусел, и др.), что анионы малябде-

новой я бори ой кислот взаимодействуют с веществами, имеющими ароматическую природ; и обре ajut комплексные соединения.

В своих исследования! ны сделали попытку выявить осаовине условия образования нерастворимых (или слаборастворимых) соединений при взаимодействии и 2п о органичес-

кий веществом чернозема и дераово-подэолистой почвы и количества микроэлементов, связанных при этом взаимодействии.

В экспериментах был использован принцип метода ftl.ichrufzez 11 (1963) для оценки комплексупщей силы орга-

нического вещества в отношения к At к Ге . В его основу положено изучение вэаииодействия Fe и АС с органическим веществом почв в условиях строго заданных рН.

Эксперименты проводили о тремя фракциями органического веивства (органическое вещество в 0,1 и vVa,0H -вытяжке, гу-мивовые кислоты, фульвохислоты), при трех уроввях рН (2,5,7) и pes личном соотношении органическое вещество / элемент ( от 0,66/1 до-IO/I), при t = 20-25° и времени установления рав-аовесия 24 часа.

Установлено, что Си. - наилучший коагулятор гумусовых веществ (рис.2). Самое высокое соотноиение органическое вещество/ Си. , при котором наблюдалась полная коагуляция, было зафиксировано в системах со слабокислой реакцией среды, где органическое вещество присутствовало в форме гуминоэых кислот.

Несколько по-иному, чем Си. , ведет себя Zrv : неивыс-isee коагулирующее действие элемента проявилось ори сильнокислов реакции среды. Осаждение органического вещества в 0,1 н ■Мь.ОН -вытяжке и выпадение осадка гуминовых кислот происходило от добавления цинка и при рН 7, но в мевьаеИ степени,чей при р9 2. В условиях слабокислой реакции среду в присутствии элемента осадок выпадал только в одной из испытуемых фракции -0,1 и vVaOH -вытяжке.

Самое широкое соотношение органическое вещество/ Мп, , при котором происходило осаждение органических веществ, было зафиксировано'также, как и для Ztv в сильнокислих условиях в системах с 0,1 a ■A'a-DH -вытяжкой и гумивовыми кислотами.-; Наиболее сильно коагулировали в этом случае фракция органического вещества из черноземов. Слабокислая же реакция

овы

ВГмг? «-

9 ■ \

ОВ(мг> Сч1»<1

а

к -»■

I ■

7

\ Л

7

5 ч з г

г

\

б -I ■ ч -

г ■

1

о

Рис.2. Кривые соосаждевия микроэлементов и органического веяества (ОВ) в зависимости от условий опыта. I - комнатная, время установления равновесия - 24 часе.

Условные обозначения; - - чернозем;---- дерново-

глу боте оподзоленная; I - 0,1 и ЛЪ-ОН -вытяжка; 2 - гуми-новые кислоты; 3 - фульвокислоты

среды способствовала осаждавио гумусовых веществ в присутствии Мл. только при соотношении органическое ведество/Мп меньше I, Исключеяке составило органическое вевество 0,1 в «ЛЫ)Н - вы-тяжии из чернозема, где это соотношение было более широким.

Коагуляция органического вещества при добавлении бора наглодалась в вариантах с гуминоввдк кислотами и 0,1 в ЛЬ.0Н -вытяжкой даже при саком айролои соотноиении компонентов, используемом в опыте, но в уоаовяях сильнокиолой реакции среда (рН г>

Осаждение молиб дева с гумусовыми веществами было замечено лишь при рй меяее 2. При снижении рД до I в 0,1 и -АЬ-ОН -вытяжке была зафиксировала ползая, а в гумнковых кислотах частичная коагуляция.

фульвокислога, извлеченные из чернозема и дериово-глубоко-опожзоленвой почвы вели себя в отношении к Си. и 2п- * одинаково. ови осаждались от добавления этих элементов в условиях нейтральной реакции среды и только при иаименьвем соотношении

го

ОВ {0,1 н -Л&.ОН -вытяжка) чернозема выщелоченного

си

рН 5

т ь мг мо

2Г РН 7

[—| 6 Ми

ОВ (0,1 н ЛЫЖ -вытяжка) дерново-глубокооподэоленной почва

рН 5

6 Мп Мо

О гл рН 7

* МП гп

| | е> мо

Ряс.5. Количество микроэлементов, осажденных с органический леществоы почв, % от добавленного к органическому веществу (ОВ)

фульлокмслоты/микроэяемент. В отличие от иедк и цинка, марганец при рН 7 довольно сильно осаждал фудьвокислоты.

В присутствии бора и молибдена фульвокислоты оставались в растворе.

Для того, чтобы выяснить, какая часть микроэлементов, добавленных в системы, была осаждена с гумусовыми веществами, мы провели определение элементов в полученных осадках и равновесных растворах.

Установлено, что количество осажденных элементов почвенным органическим веществом зависит, в первую очередь, от реакции среды н ионной формы микроэлемента (рис.3), а также от соотнованин органическое вещество/элемент и от формы органического вещества, то есть закрепление микроэлементов гумусовыми веществами определяется свойствами почвы.

5 почвах с нейтральной реакцией среды может связываться с гумусовыми веществами больное кол»частво Си , 7л, к даже Мп.. В кислых же почвах возможно закрепление органическим веществом значительного количества Си. , невольного количества

OB 10,1 и \A/oJ> H - вытяжка) чернозема вы щелочен а о го

рН 2

С"

I—I zn мН Ш

рН 5

См

DL

в Мп Ив ZtT

С МП

гп

ра ?

-г^й?

ОВ [0,1 н ЛЬ.0Н -вытяжка) дерново-глубояооподзоленвой почлы

^ 6

scr м

ОС 20 в

рН 2

zrt

■ Си

рН 7

2ft "й (10

PKC.ii. Содержание податной формы микроэлемента в органо-минеральном осадке, % от обоего содержания микроэлемента в осадке. ,

Примечание: ~—'—- не осаждается с ОВ.

2л я совсем не фиксируется Mix , Бор и молибден оря рН, характерных для почленного раствора, не образовывали с органическим веществом нерастворимых соединений. В условиях сильнокислой среды {рН « 2) органическое веиество осаждает до ь% добавленного в систему бора, а при рЯ 1-20% молибдена.

Чтобы еыявить подвижность элементов, осажденных с гумусовыми веществами была проведена экстракция микроэлементов из осадков с использованием индивидуального для каждого элемента растворителем (Си. - I н НС£ ; Ип.- 0,1 н HtSG:, ; Mo -отсалатный растворитель, Ztv - I и КС£ ; Ь - кипячая вода). Данные экстрегенты выбран» нами не случайно: они вироко используется в настоящее время в агрохимии для оценки доступности микроэлементов растениям.

На основании полученных данных (рис.4) можно сделать следу юпее заключенно.

Прочность нерастворимых сое дай вне я, образ а ванных К ,Мп., Си, , Мо ■ 2ги с гумусовыми веществами почв различная. Первостепенная роль I образовании прочных связей между этими компонентами принадлежит реакции среды и природе микроэлементов.

Выявлено, 450 прочность связи цинка при осаждении с органический веществом почв и его основными компонентами возрастает с повышением рН среды (рис.4). Возможно, это является основной причиной высокого содержания оОмеиного Еп. в дерново-подзолистых почвах и очень низкого в чернозема!. Напротив, прочном; закреплению Си- органическим вепествоц почв способствуют слабокислые и особенно сильнокислые условия, т.е. условия, характерные для почв подзолистого типа. Марганец и бор в пределах изученных нами рН не образует прочных связей с переоадиши в гель гумусовыми веществами.

Основываясь на сказанном, можно предположить, что органическое вещество влияет на содержание в почвах подвижной формы только Си. и

7. Влияние органического вещества на поступление микроэлементов в растения

Связывание ми 1фоэлементов гумусовыми веществами, вероятно, отражается на их поступлении в растения. По данным Г.Я.Ринь-киса (1972), гуминогые кислоты, добавленные в питательный субстрат, тормозили поглощение в растения многих элементов питания.

Чтобы установить влияние растворимой части органического вещества на поглощение В,Мп,Си.,Мо и в растения был заложен вегетационный опыт с ячменем в песчаной среде. Под влиянием добавленного в субстрат органического вещества (0,551 от веса) в надземных органах растения в фазу кущения снижалась концентрация всех изученных элементов, особенно бора (табл.7). Орисутсивие органического вещества тормозило и поступление в ' ячмевь Мп-, Си. я 2л. . Исключение из изученных элементов составил Мо : гумусовые вещества слабо влияет на поглоща -мне элемента.

Таблица

СОДЕРЖАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПИТАНИЯ В УРОЖАЕ ЯЧИЕНЯ И

В СУБСТРАТЕ В КОНЦЕ ВЕГЕТАЦИИ,

иг/сооуа

% ог содержания в субстрате

Элемент

Варианты

кварцевый песок + ЛТК 1- микроэлементы

кварцевый носок + ЛФК + микроэлементы + 0,5% органического вевдегва

ваеоево поглодано

внесено

поглощено

внесено поглокено

внесено поглощено

внесено

поглоиено

О.» 100

0,05 13

"•О 100

0^1 13

0.50 100 0,04 8

2.0 100

0.29

14

0.0? 100

о

0,51 100

следы

ыа-

100

0.06 I

0.5»

100

о.ох

100 5

0.03 100

0.0

Таким образом, добавление растворимого органического вещества в питательный субстрат препятствовало поглощение растениями элементов питания, дасе если последние образовывали только растворимые органо-мвн ера льны е соединения.

Надо полагать, что действие в почвах растворимых гумусовых веществ на потребление растениями микроэлементов усиливается или ослабляется в зависимости от условий (количества и природы гумусовых веществ, рН почвенного раствора, содержания гидретированних форм полуторных окислов и т.д.).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные исследования показали, что валовое содержание В,Мл.,Си. ,Мо и 2п. в почвах зависит от генетических особенностей почв и, в первую очередь, от содержания и состава органического вещества.

Между содержанием гумуса и валовым количеством Си.,Но и 2п в изученных почвах имеет место положительная корреляция большой силы. Корреляция между валовым содержанием бора и гумуса отсутствует. Концентрация Мп, находится в прямолинейной, но обратной зависимости от наличия органического вецества.

Стремление определить концентрации микроэлементов непосредственно в органической части почв заставило нас проверить пригодность для этой цели нескольких методов. Установлено, что смесь 'Л&ОИ и ЭДТй слабо пептиэирует минеральную часть почв, извлекает большое количество органического вещества. Применение этого реагента возможно для экстракции микроэлементов, но с' включением в опыт контрольного варианта.

Было найдено, что гумус черноземов пс сравнению с гумусом дерново-подзолистых почв о Со га иен Мо, Си. и 2п. , но в нень-«еЙ степени концентрирует Мп. . Обнаруженное различие иы объясняем разницей в поведении гумусовых веществ при черноэемообра-зоваиии и водаолообразовавии.

Наряду с органическим веществом существенным фактором, определяющий уровень содержания микроэлементов в почве, является илистая фракция. Илистые частицы обладают способностью энергич-

но адсорбировать производные гумусомх яиолот в иикроэлемен-тов, Установлено, что органическое вещество илистой фракции черноземов содержит по вы венные количества В, Мгг и Но причем, tto>b'Mrv . Напротив, при подзолообразовании органическое веаестло ила аяачителыго закрепляет шик и более слабо -медь.

Важна И источник ыивро элементов - разлагаете он растительные остатки. Выход угверода и освобождение микроэлементов из растительных остатков идут параллельно а осуществляются преиму-пественно в первую стадию гумификации. ЯаибольиеЬ скорость» освобождения из разлагавшейся фитомассы обладают Си. в. В , менее лодвизныаи оказались Мо и Ми,,

Поступающие в почвенный раствор органическое вещество и микроэлементы взаимодействуют при определенном рИ а строгом количественном соотношении, они мэгут образовывать елаборастворимые (или нерастворимые) органо-мннеральвые соединения. Органическое веадство гуматного типа в условиях нейтральное реакции среды закрепляет значительные количества Cu.,2n. и даже связывают марганец. Гумус, в составе которого преобладают фульвокис-лоту, при кислом рн фиксирует заметное количество Си., слабо закрепляв^ к» образует нерастворимых соединений с марганцем. Осаждение & л Мо с органический веде с твои (органическим веществом в 0,1 н vVo-OH - вытяхке и гуиявовымя кислотами) возможно только при снижении рН до 1-2; в диапазоне рН от 5 до 7 в присутствии гумусовых вецеств эти элементн остаются в растворе.

Прочность связи микроэлементов с органический веществом в комплексах неодинаковая, она уменьшается в ряду: zn.**cu.-* Мп. — Мо — &.

Ко выпзленвой подвижности микроэлементов, связанных с гумусовыми веществами, нельзя еще судить о их доступности для растений. Было установлено, что присутствие в питательной суо-страте подвижной фракции гумуса аадерхнвало, но э различной степени (В* Итх *Cu.»Zrt >Мо ), поступление в растения микроэлементов. Следовательно,, органическое вещество почв при определенных условиях может снижать положительное действие микре-у добре ни И.

Список работ автора до т^ио диссертапии

1. О влиянии микроэлементов ва деятельность целкплоэоразру-шавщкх микроорганизмов и темпах освобождения 6,Мо,Саа и И п. из растительных остатков (в соавторстве). йзв. СО АН СССР, еер.бяол., 1970, вып.1, )в 5.

2. Некоторые закономерности распределения молибдена в почвах южной части Засадной Сибири (в соавторстве). В сб. "Микроэлементы в почвах, раститедьности и водах одной части Западной Сибири1*. Изд-во "Наука", Сиб.отд, Новосибирск, 1971,

3. Определение микроэлементов, связанных с органический веществом почв. Агрохимия, * 7, 1971.

4. X вопросу о прочности связи микроэлементов с органическим веществом почв. Изв. СО АН СССР, сер.биол. , 1974, вш.П, й 10.

5. Некоторые вопросы биогеохимии и агрохимии микроэлементов в исследовании лакдаафтов Западной Сибири (а соавторстве). Докл. сибирских почвоведов к X Международному конгрессу почвоведов. Изд-во "Наука", Сиб.отд., Новосибирск, 1974.

Полинсшо н печет« 9 сентября 1974 г. Формат бумаги €0x34/16. Лирах ¿2Û экз.

_За^аз »,163_

г-йояос«й*рск, ро ran реи ИГД СО АН ССОР