Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

МИНЕРАЛИЗАЦИЯ И ГУМИФИКАЦИЯ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОСТАТКОВ В ПОЧВАХ ЛЕСНОЙ ЗОНЫ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "МИНЕРАЛИЗАЦИЯ И ГУМИФИКАЦИЯ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОСТАТКОВ В ПОЧВАХ ЛЕСНОЙ ЗОНЫ"

• МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА Л2ЯІШ, ОРДША ОКТЯБРЬСКОЙ J OûtftpЛ РЕИШЦЦИ И ОРДЕНД ТРУДОВОГО КРАСШГО ЭШСЙЗНК ^ '¿¿l/bSf ІШШРСТВЕШЬІЯ УНИВЕРСИТЗГ имаи М.В. ЛШОНОСОЕА

Факультет почвоведения

Ца срава% рукопи(?и

НОПЦИК Галваа Николаевна

УДК 631.4X7.2

шнкр.шащия и тшішдия растительных остатков

В ІДОВДХ ЛЕСНОЙ 30ш

' Скешальпооть 06.01.03 - почвоведе кие

Азтэ реферат

диссертации на соїгскадоз ученой степени кандидата биологических яцуд

Мэсяза, 1985

Работа выголяена на каТе^і/,' с г'лзго почвоведения факультета почвоведения Шокозоу. го государственного университета' теки И.З.Ломоносова. ;

НаучннЭ руководитель - доктор биологических наук,

профессор Л.А.Гршина.

Офипкальаке оппоненты - доктор биологических каук, ■

профессор Л.О.Карпачевский;

кандидат биологических: наук JL3. Моргун.

Ведуне учрездензэ - Днепропетровский государственный

университет»

jj- 3 вдет а состоится -/г?- I98ir. в 15 час. 30 мин.

г- їяторнЕ Vt-2 на заседания спеанализированного совета ^ .05Л6; 1Т7 имвяа М.В. Ломоносова; II9899, Москва, ГСП, " 'ickes гора, 1.Т7, факультет почвоведения, Учений совет.

* О диссзртацией шкго ознакомиться в библиотеке факультета ■' .озо де кия ЮТ.

- Автореферат разослал "

"ч

Приглашаем Вао^принять участш в обсуждении диссертации " заседании специагагзироваяного совета, а отзывы на автореферат Sx экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по jcy: IISSS9, Москва, ГСП, Лэнгнские горн, МГУ, факультет . почвоведения, Уч'єенЗ совет.

~енп2 секретарь _

ллкзпроЕакного совета '' И.П.Бабьева

Актуальность теш. Процессы минерализации и гумификации растительных остатков представляет важнейшие звенья биологического круговорота веществ. Они обеспечивают устойчивость биогеоценозов /БГЦ/ и биосферы в целом, влияют на почвообразование и плодородие естественных и окультуренных почв, продуктивность растительных сообществ.

Изучение направления и интенсивности трансформации растительных остатков необходимо для разработки рекомендаций по регулированию гуцусного состояния и питательного режима почв, для регулирова-. ния состава и свойств лесной подстилки и лесорастительных свойств лесных почв.-

В связи с возрастающими масштабами промышленного загрязнения среды особое значение приобретает выявление изменения направления и скорости трансформации органического вещества под воздействием аэроэагряэнения. Для контроля и прогнозирования уровня загрязнения» фонового мониторинга необходима разработка показателей ранней диагностики загрязнения почв..

Цель и задачи работы. Цель работы - оценить скорость и направление трансформации растительных остатков в естественных биогеоце--нозах и агропенозах лесной зоны для обоснования теоретических представлений, о формировании компонентов почвенного плодородия и выявления воздействия токсикантов на эти процессы.

В связи с этим в работе решены следующие задачи:.

1. Проведено обобщение существующих представлений о динамике, скорости, механизме трансформации органического вещества и об определяющих их факторах.

2. Исследована скорость' разложения основных фракций растительного опада и целлюлозы в почвах, выявлены зональные особенности и биогеоценотические различия.этого процесса.

3. Проведена оценка биологической активности почв в динамике.

4. Изучены изменения элементного и компонентного химического состава, оптических свойств опада в процессе разложения.

5. Исследована динамика группового состава новообразованных гуцусовых веществ и их оптические свойства.

6. Дана оценка влияния промышленного аэроэагряэнения разного состава на направление и скорость трансформации органического вещества, выявлены индикаторные признаки загрязнения.

Научная новизна* - Впервые экспериментально оценена скорость разложения основных фракций растительного опада и целлюлозы в различных типах почв биогеоценозов лесной зоны. Комплексно оценены изменения скорости пррцесса^;:«1^^|Ш?Ся11 морфологических характеристик разлагающегося органического ^ЩЧРТ^ сопряженно в лес-

|Мо;ч. сельснахо-;. акадомии им. К. а. Тимирлэеад _Иип.

них а окультуренных, фоновых в загрязненных почвах. Показаны возможные изменения направления и скорости трансформации органического вещества в почвах при окультуривании в промышленном загрязнении. Шявяеиа зависимость этого процесса от состава токсикантов и уровня загрязнения.

Практическая ценность. Материалы исследований могут служить для рехулирования породного состава древостоев в лесных биогеоценозах в целях поддержания и повышения продуктивности лесов.

Методы учета скорости трансформации пожнивных растительных остатков могут оказаться полезными для разработки системы удод-рений и чередования культур в целях создания бездефицитного баланса гумуса и улучшения питательного режима в дерново-подз олис-тых почвах о невысоким уровнем потенциального плодородия.

Ис пользованные в работе показатели скорости распада органических веществ и биологической активности почв могут применяться в качестве дополнительных признаков в системе показателей гумусного состояния почв для почвенно-генетических исследований. Эти показатели м'огут быть использованы в качестве индикаторов равней диагностики загрязнения почв и рекомендованы для фонового мониторинга.

Дтуу(яттшт тмґіптц. Основные результата работы доложены и обсуждены на У Всесоюзном съезде почвоведов /Минск, 1977/, на Всесоюзных совещаниях "Структурно-функциональные особенности естественных в искусственных биогеоценозов" /Днепропетровск, 1978/, "Пути и методы лёсорастительной оценки почв и повышения их продуктивности" /Цушкино, 1980/, по микроморфологии почв /Харьков, I960/, "Роль подстилки в лесных биогеоценозах" /Красноярск, 1983/, на Всесоюзной конференции "Еиогеохимический круговорот веществ" /Пушино, 1982/, 'на УШ Международном симпозиуме " Humul ei f&n&i" /Прага, 1983/. на X Всесоюзной симпозиуме "Биологические проблемы Севера" /Магадан, I9S3/, на Всесоюзной школе "Влияние промышленных предприятий на окружающую среду" /Звенигород, 1984/ и др.

Публикаций. Основные результаты опубликованы в 13 работах.

- Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения , пяти глав и заключения, изложенных на страницах машинописного текста. В диссертации рисунков и ^/*таблиц, список литературы включает && наименований..

ТоаноФогиатрр растительных остатков в почвар.

дия?"4 ж обобщение литературных данных по морфологии и скорости разложения опада и подстилок лесных почв /Зонв, 1954; Ре-

мезов, 1961; Соколов, 1962; Каряачевсяий, 1977,- 1981; Чертов, 1983 в др., всего более 70 источников/ позволили'нам обнаружить сильное изменение скорости распада растительных остатков и целлюлозы - в зависимости от экологических условий, а также рассчитать период их полуразложения и полного разложения / л/ , 194Э \ 0&>сп. -,

1963 и др./.. Хвойный опад теряет воловину своей массы за І-І7 лег, лиственный - за 0,3- 12 лет, травяной - за 9-ІІ мес., моховой -за 2,5—4 года. Изучение натериалов по трансформации я гумификации растительных остатков в почвах /Тюрин, 1937; Кононова, 1951, 1963; Александрова, 1980; Орлов, 1974; Фокин, 1974, 1978; Гришина, 1983/ показало, что да фоне изученности основных зональных закономерностей трансформации растительных остатков особое значение приобретает регионально-экологическая характеристика этого процесса..Малоисследованным остается такие влияние возрастающего промышленного загрязнения на направление и интенсивность трансформации органического вещества.

Таким образом, изучение:скорости трансформации растительных. остатков и судьбы ее продуктов в почве требует дальнейших.исследований. Необходима количественная характеристика скоростей распада и гумификации различных растительных остатков в почвах конкретных биогеоценозов с учетом зависимости их от качественного состава остатков, биологической активности почв, экологических условий,' Периодическая оценка скорости трансформации органического вещества' может быть использована дій контроля за гущеним состоянием почв,-дяя фонового мониторинга.

0<3ъектш/и исследования послужили основные фракции хвойного и лиственного опєла, дошнантов кустарничкового, травяного и мохового ярусов, подгоризонты подстилки лесных ЕГЦ Валдайской возвышенности, Московской и Тульской областей, а также торф, используемый как органическое удобрение, и чистая целлюлоза.-

Исследования проводили на Валдайской возвышенности в слабоподзолистой почве сосняка бруснично-з еленошшного, в дерново—скрц— топодзолистой почве ельника кисличного с неморальним разнотравьем и их. окультуренных аналогах, а такте на полуострове Яілал в тундровой глеевой типичной и остаточно-торфяной почвах; на Кольском полуострове в иллввиально-гумусово-железистом подзоле; в Московской области в сальноподзолистых, дерново-сильноподзолистой и бурой* -лесной слабооподзоленной почвах; в Тульской области в светло-серой лесной и серой лесной и в других почвах. . '

даЗХорн цдодерования. Модельные опыты по изучению скорости -

разложения растительных остатков и целлюлозы была зажжены по стандартной методике Международной биологической программы /(¡!рисЗаМ , 1974/. Про изучении трансформации растительных остатков был использован широкий набор методов: химические, в той числе метода определения•элементного и компонентного химического состава растительных остатков, группового состава гумуса; спектроскопические, включая спектрометрию в видимой области и инфракрасную спектроскопию; хроматографические; электронно-микроскопические; методы определения биологической активности почв /Орлов, Гришина, 1978, 1981; Е^ауно, Брауво, 1964; 1978;

Ъи&иА, ¡¿ул-еЛ, 1960; Залроиетов, 1971; Кауричев, Ноздрунова, 1962; Добровольский, Шоба, 1978; Мищустин, Петрова, 1963/, Бее экспериментальные результаты были обработаны статистическими методами /Дмитриев, 1972/..

Скорость распада растительных остатков в почвах лега^й

Потери веса органического вещества составляв? 0,6-14 % за год в тундровых почвах. Они значительно возрастают в шиговиально-гумусово-железистоы подзоле северной тайги /23-2955/ и в почвах хвойных БГЦ Валдайской возвышенности /27-45# за год/* В почвах Валдайской возвышенности.деструкшюнные процессы интенсивнее протекают в дерново-скрытоподзолистой почве ельника по сравнению со слабоподзолистой почвой сосняка и в дерново-подзолистой сильноо-культуренной почве агроценозов по сравнению с лесными. Скорость распада органического вещества в сильноподзолистых почвах хвойных БГЦ Шсковской*области близка к.скорости распада в почве сосняка и замедлена по сравнению со скоростью распада в почве ельника Валдайской возвышенности. Скорость деструкции максимальна в серых лесных почвах /43-100%/.

В зависимости от качествеиного состава органического вещества скорость распада уменьшается в ряду: кислица обыкновенная -печеночница благородная — тгаяд^ш майский - хвощ луговой-листья лшш сердцевидной - линвея северная - листья клена широколистного - листья дуба черешчатого - листья черники - листья брусники -листья березы повислой.- хвоя ели-обыкновенной - хвоя сосны обыкновенной - целлюлоза - вайи щитовника австрийского - корневища щитовника - зеленые мха - ветви ели - шишки сосны - ветви сосны — корня щитовника — шишки ели /рис. I/.

В ельнике кисличном с вешральшш разнотравьем Валдайской возвышенности деструкционные процессы интенсивнее протекают в

ХОС| Вес остатка, %

7 12

24 шс.

Рио. I. Дпншжка разложения органического вещества в слабопод-эолиетой почве сосняка ВаздаЯской возвышенности: I - хвоя, 2 — ветви, 3 — шишки сосны обыкновенной,

4 — листья брусники,

5 ~ листья черники,

6 — линная северная,

7 - ландыш майский,

8 - ІЇЬилсшшп-іклі/ , 9 -

, 10 - дал-

люлоза.

парцелле "окна" с малиной, крапивой, звездчаткой по сравнении с основной елово-кислично-хвощевой парцеллой.

Интенсивность распада органического вещества изменяется по профилю почв. Максимальной напряженность!) процесса характеризуются ферментативный н гумусовый подгоризонты подстилки деснах почв и пахотный горизонт почв агроценозов.

Наиболее интенсивный распад идет в начальный период. За первый год растительные остатка теряют в весе втрое больше, чем за второй. Напряженность деструкционшх процессов нарастает от весны к концу лета, снижается к осени, не затухая и в зимний период.

Межзональные и межвидовые различия потерь веса органического вещества в почвах достоверны с доверительной вероятность!] 0>95 и выше, биогеоцзнотическиэ различия достоверны с доверительной вероятность!) 0,90.

Результаты-оценки биологической активности почв с помощью аппликационного метода подтвердили закономерности, выявленные при определении скорости распада органического вещества.

Наблюдения в сканиругщем электронной микроскопе выявили, что морфологические изменения растительных остатков, плотность заселения их микроорганизмами возрастают в процессе разложения, изменяется состав микрофлоры. Наибольшее разнообразие и насыщенность микроорганизмами характерны для лиственного и травяного опада.

минимальное - для шишек и мхов, поверхность которых практически стерильна на начальных стадия! разложения.

Изц^и^рие химического состава растительных остатков при

разложении в почва^ Вадаайской возвышенности.

Распад растительных остатков сопровождается как абсолютными, так и относительными потерями калия, магния, фосфора. При уменьшении абсолютного содержания азота и кальция происходит относительное накопление их в разлагающихся остатках /табл. I/. Железо и марганец накапливаются и относительно,и абсолютно. По скорости освобождения из опада элементы образуют ряд: Только разлагащийся опад хвои ели дает за год почти 8 кг/га азота, 7 кг/га кальция, почти 3 кг/га калия и 2,5 кг/га фосфора. Интенсивность высвобождения элементов при разложении дожнивно-корне-вых остатков ячменя в'почвах агроценозов значительно выше по сравнению' с одадом хвойных лесов. К следующему вегетационному периоду высвобождается 168-185 кг/га азота и зольных элементов.

Распад органического вещества начинается с быстрого расщепления и утилизации водорастворимых соединений /рис. 2/. Резко снижается количество низкомолекулярных органических кислот и полифенолов, более постепенно - солей органических кислот. Содержание углеводов убывает от единиц до десятых долей процента, а <|евольных соединений - от десятых долей процента до 0,05-0,22^. Процесс распада белков протекает одновременно с их ресинтезом микроорганизмами, что затрудняет выявление скорости процесса. При заметной относительном накоплении белков'абсолютное содержание их уменьшается в ходе разложения растительных остатков. Распад лшшдов сопровождается как абсолютным, так и относительным уменьшением их количества. Скорость процесса максимальна в течение первого полугодия и замедляется со временем, по-видишцу, за счет различной устойчивости фракций вещества к разложению. Скорость разрушения хлорофилла обратно пропорциональна интенсивности распада растительных остатков. Медленное снижение абсолютного содержания лигнина на начальных стациях разложения сопровождается его относительный накоплением, со временем скорость минерализации возрастает*

Лиственный опад травяно-кустарничкового яруса в широколиственных пород характеризуется более быстрым распадом водорастворимого органического вещества /БОБ/, лшшдов и накоплением белков по сравнению с хвойным опадом. Скорость распада лигнина на начальных стадияхобратно пропорциональна содержанию питательных веществ.

Табл. I

Содержание азота и зольных элементов в опаде и его изменение при разложении / % на сухое вещество/

Обьект Срок разложения, мес. Зольность н и ■щ а Р й ли

Оосва обыкно- 0 1,96 0,57 0,75 0,05 0,08 0,05 0,01 0,08

венная, хвоя 7 3,96 0,65 0,01 0,05 0,07 0,05 0,04 0,П

12 3,30 0,75 1,05 0,04 0,08 0,06 0,03 0,10

24 7,14 1,00 . 0,81 о;о4 0,10 0,09 0,05 0,11

Щитовник ав- * 0 8,72 1,60 0,53 0,18 2,81 0,23 0,01 0,12

стрийский, вайи " 7 4,61 2,93 1,07 0,36 0,26 0,14 0,03 0,26

12 6,72 2,93 1,25 0,31 0,24 0,11 0,11 0,23

24 9.97 3.79 *.2в 0,16 Я.Р . -Р.99- 9.20- 0.25

Рас. 2, Динамика компонентного химического состава хвои сосны при разложении: I - опад, П - 7 мес. Ш - 12 мес., 1У - 24 мес. разложения: I - углевсда ВОВ, 2 - фенольные соединения ВОВ, 3 - белки, 4 - лйпяды, 5 - лигнин, 6- иеидентв$яцированвнй остаток.

Цикл разложения ВОВ имеет длительность около года /до 2,6-4*7 лет лишь для трудноразлагаемых фракции опада/, лшщдов - 1,5-6 лет, белков - 2,5-20 лет, лигнина — ,10-63 года. Применительно к белках и липидам расчет имеет лишь относительное значенре в связи с возможным их ресинтезом микроорганизмами.

Гумификация растительных остатков в почвар лгепнц^

биогеоценозов Валдайской возвышенности.

Гумификация растительных остатков сопровождается ослаблением интенсивности отражения света, снижением коэффициента отражения.

Изменение элементного состава в ходе гумификации характеризуется тенденцией к повышение содержания углерода, уменьшением количества водорода* возрастанием содержания кислорода и азота /табл. 2/. Отношение Н:С характеризует степень ароматизации вещества» Метод ван Кревелена разработан только для углеводородов; он не учитывает кислородных функций. Растительные остатки содержат значительное количество кислорода. Прямое определение карбонильных групп карбоксилов позволило нам минимально учесть кислородные функции и найти исправленное значение Н:С. Отношение Н:С и рассчитанная по неыу доля углерода алифатических цепей в молехулах снижаются в ходе гумификации.' Видимо, вдет гидролитическое отщепление метальных и метиленових групп. Данные ИКС подтверждают вероятность этого процесса. Отношение С:N,характеризующее степень обогащенное-ти вещества азотом, также снижается при гумификации. Растительные остатки имеют заметно восстановленный характер, в ходе гумификации степень окисленности возрастает.

Использование графико-статистического анализа по ван Кревелену позволяет сделать вывод о многообразии процессов трансформации растительных остатков, о зависимости их характера от вила растительных остатков и экологических условий гумификации. На начальных стадиях гумификации преобладают деметшшрование и дегидратация /первый год/, сменяющиеся окислительным карбоксилировашеы. Использование видоизмененного метода ван Кревелена /Глебова, 1930/, позволяющего избежать влияния воды в растительных остатках, обнаруживает обогащенность растительных остатков водородом и шиьщую относительную степень окисленности их по сравнению с гуминовыми кислотами /ПС/. Видимо, для растительных остатков характерно сильно выраженное развитие линейных цепей, причем углеводных и углеводород-кос, несущих немного кислородсодержащих груш. По мере гумификации область расположения точек, отвечающих составу растительных

ИЗМЕНЕНИЕ ЭЖЕНТШГО СОСТАВА РАСТЕГЕЛЬЖ ОСТШОВ ПРИ ШШКАДИИ / % на сухое беззольное вещество/

Объект . Срок гу- Весок» процента Атоикне проценты

И Hr¿-ln РтТт шн. «ее. С Н 0 N С Н 0 N Н-.С С: Л и)

Сосняк йотснично-зелешюшннй

Сосна ойык- 0 '54,34 7,17 37,88 0,61 32,24 50,58 16,87 0,31 1,57 104,00 -0,52

новенаая, хвоя 7 56,15 7,17 36,03 0,65 33,22 50,45 16,00 0,33 1,52 100,67 -0,56

ABWÍl 12 55,49 6,99 36,73 0.79 33,25 49;82 16,53 0,40 1,50 63,13 -0,50

24 53,49 6,32 39,13 1,06 33,66 47,28 18,48 0,57 1,40 59,05 -0,31

AOL 55,44 6,99 36,70 0,87 33,23 49,61 16,51 0,45 1,50 73,64 *0,51

AOF 49,35 5,98 43,34 1,33 32,02 46,13 21,11 0,74 1,44 43,27 -0,12

№ 46,95 5,78 46,06 1,21 31,04 45,42 22,86 0,68 1,46 45,65 40,01

Ельник кисличный с некомипныи иаанотгавмм

Ель обык- 0 50,14 6,56 42,04 1,26 31,16 46,51 19,63 0,67 1,56 46,54 -0,30

новенная, -хвоя 7 51,74 6,29 40,53 1,44 32,71 47,28 19,23 0,78 1,45 41,94 -0,27

12 50,47 6,19 41,98 1,36 32,19 46,96 20,10 0,74 1,46 43,50 -0І2І

24 48,59 5,66 43,93 1,62 31,83 45,65 21,61 0,91 1,43 34,98 -0,08

Щи то вши 0 49,17 6,64 42,30 1,69 30,45 48,87 19,67 1,00 1,60 30,45 -0,31

австрй- лууі ти^ / л 7 45,92 5,71 45,57 2,80 30,53 45,12 22,75 1,60 1,48 19,06 +0,01

-----р 1 г 1 ■ п 12 46,50 5,77 44,94 2,79 30,75 45,35 22,31 1,56 1,47 19,46 -0,02

24 46,01 5,83 42,91 3,25 31,52 45,50 21,15 1,83 1,44 17,22 -0,10

A0L 49,01 5,92 43,49 1,58 31,95 45,69 21,26 0,88 1,44 36,31 -0,10

AOf 46,59 5,68 45,56 2,17 31,02 44,97 22,77 1,24 1,45 25,02 +0,02

МП 44,87 5,37 46,01 1,75 30,68 43,66 24,64 1,03 1,42 29,79 +0,16

0.4 0,6 0:C 4t,4 - 0,2 0 +0,2 + -а---6-----в

Ргл.З. Диаграммы зависимости шнду атомными отйошнгоши (I) и шжду атомными отношениями HrC к относительной степенью окполеннооти (2) хвои сосны разной оте пени гумификации: Г - опад, 2-7 шс., 3 -12 ікс., 4 - 24 мае. гумификации, 5 - AOL-,.6 - АОГ, 7 - AQH; а -

остатков, сближается с таковой ПС /рис. 3/.

Величины емкости поглощения растительных остатков значительно ниже таковых ГК почв и составляет 37-113 мг. экв/100 г. Гумификация сопровождается увеличением емкости поглощения,достигавшим максимальных значений в гумусовых подгоризонтах подстилок.

В ходе гумификации растительных остатков характер ИК-спект-ров приближается к таковому гуминовых кислот /рис. 4/. Увеличивается интенсивность поглощения в области 1720-1700 см-1 /карбо-ншш карбоксильных групп/, что подтверждает вывод о карбоксилиро-вании, сделанной на основании анализа - элементного состава к функциональных групп. Возрастает интенсивность поглощения при 1650 и 1540 см"1 /амид I и амид Д/, свидетельствуя об обогащении азотом. Убывает интенсивность поглощения при 1440-1460, 1370-1380, 2920 я 2850 см-1 /метиленовые и метальные группировки/, что подтверждает вывод о деиетилировании растительных остатков при гумификации.

При анализе группового состава новообразованных хтмусовых веществ установлено образование их на ранних стадиях трансформации растительных остатков /I тс./. Абсолютное содержание их во все сроки наблюдения не превышает 13%, относительное -25-40?. Обнаружена тенденция повышения содержания новообразованных гуминовых кислот и снижения — фульвокислот, увеличения степени гумификации органического вещества от очень слабой до слабой за 2 года гумификации. Тип гумуса - гуматно-фульватыый. Шявлено нарастание оптической плотности новообразованных гумусовых кислот и снижение отношения оптических плотностей Л465/ ^650 в 2:оде гумификации.

. рдшршэ прощайте вного аэгоэ агпяз не еия на трансформацию органического вещества.

: Изменение интенсивности трансформации органического вещества в почвах при их загрязнении зависит от состава токсикантов /рис.5/. Поступление апатито-нефелиновой шли в больших количествах вызывает замедление распада целлюлозы и снижение биохимической активности почв. Мощность слоя почвы, испытывающего влияние эапыленин, уменьшается с удалением от хвостохранидищ и резко ослабевает на расстоянии 1,5 км.

Сильное загрязнение почв окислами серы, азота, серной кислотой, аммиаком, органическими компонентами торшзит скорость распада целлппозы и накопление аминокислот на ткани в почве;- ослабление воздействия загрязняющих компонентов с удалением от промышленного источника загрязнения /1,5 км/ приводит к резкому росту интенсив-

зос

200

IOQ

Накопление аминокислот, мкг/г ткани

к

у/л

L

W

к

0,3 0,5 1,5

J* в

A0(F*H)J S

/ /

/

/ /

/

0,05 3 ш

i mvpormr пап я

ES32 ущг

ю

ö

Рис, 5. Влияние промышленного аэрозагрязнения на биологическую активность почв (I) и скорость распада даллюлозн (П): а - апатлто-нефелгновой пш; б - выбросов комбината "Азот"; в - тяжелых металлов и токсичных окислов; г - органических соединений; I - AOL, 2 - A0F, 3 - АСК, 4 - A0CF+H), 5 - АХ, 6 - AIA2, 7 - А2, 8 - загрязненный, 9 - промежуточный, 10 - фоновый участки.

ности деструкционннх процессов, превышающей таковую фонового учао-тка. Видимо, положительный эффект воздействия дополнительного поступления питательных элементов в слабозагрязненных почвах превышает отрицательное влияние токсикантов.

Загрязненные тяжелыми металлами и токсичными окислами почвы, характеризуются пониженной интенсивностью трансформации органического вещества.

При загрязнении почв органическими соединениями в верхних горизонтах возрастает скорость распада органического вещества и биологическая активность, что связано с активным развитием групп микроорганизмов, использующих в качестве субстрата органические загрязнители.

Максимальное воздействие загрязнителей испытывает'подстилка исследованных почв. Математическая обработка давннх показала достоверность наблюдаемых различий.

Результаты позволяют рекомендовать аппликационный.метод и метод определения скорости распада органического вещества для ранней диагностики загрязнения почв промышленными. выбросами и оценки уровня загрязнения при условии сравнения с соответствующими ^фоновыми почвами, для фонового мониторинга.

выводи

Основные результаты работы сводятся к следующему:

1. Еыявлева достоверная зависимость скорости распада органического вещества от зональных, биогеоценотических, парцеллярных различий, окультуренности почв. Установлен последовательный ряд из почв 12 исследуемых биогеоценозов по скорости деструкшюнных процессов, расчетный период полуразложения органического вещества уменьшается от десятков лет в тундровых почвах до 1-2 лет в почвах подзолистого типа, достигает.минимума /до 3 нес./ в серых лесных почвах,'

2. Впервые 'количественво оценена скорость распада основных фракций опала доминаитов древесного, вустарничкового, травяного и мохового ярусов исследуемых биогеоценозов лесной зоны. Обнаружена четкая корреляция скорости распада растительных остатков с общим содержанием в них зольных элементов, азота и фосфора /особенно тесная па начальных стадиях разложения/, а также кальция, увеличивающаяся на последующих стадиях. Показано, что максимальной интенсивностью распада органического вещества характеризуются ферментативный и гумусовый подгориэонты подстилки лесных ночв и пахотный го-

риэонт почв агроценозов. Деструкционные процессы наиболее интенсивно протекают в начальный период. За первый год растительные остатки теряют в весе втрое больше, чей за второй.

Результаты определения биологической активности исследуемых почв с помощью аппликационного метода подтвердили закономерности, выявленные при изучении скорости распада органического вещества.

3. Показано, что распад растительных остатков сопровождается как абсолютными, так и относительными потерями калия, магния, фосфора. При уменьшении абсолютного содержания азота и кальция происходит относительное накопление их в разлагающихся остатках. Железо к марганец накапливаются и относительно, и абсолютно. - Половина массы калия высвобождается из травяного спада за 2-3 месяца, из хвойного - за 1,5 года, .магния и фосфора - за 0,5-3 года, азота -за 0,5-6,5 лет, кальция - за 0,7-17 лет.

4. Установлено, что изменение компонентного состава растительна! остатков в процессе распада характеризуется быстрыми потерями, водорастворимого органического вещества,- в том числе низкомолекулярных органических кислот, углеводов и фенольных соединений

в его составе, - снижением содержания липвдов, уменьшением абсолютного содержания белков и лигнина при ох относительном накоплении. Половина массы водорастворимого органического вещества разлагается за 1-3 месяца /до 7-13 месяцев для трудноразлагаемых фракций опада/ белков - за 0,5-4,5 года, липидов - за 0,4-1,5 года, лигнина - за 3-15 лет.

5. Обнаружено, что гумификация растительных остатков сопровождается ослаблением интенсивности отражения света, изменением элементного состава и характера ИК-спектров, увеличением емкости обменного поглощения.

В ходе гумификации выявлены - тенденция ,к.повышению содержания углерода, уменьшение количества водорода, возрастание содержания: кислорода н азота. Отношения Н:С, С:Н и доля углерода алифатических цепей при этом стаскаются, а степень окисленности:возрастает.

В процессе гумификации характер ИК-спектров растительных, остатков приближается к спектрам гуминовых кислот, что свидетельствует о процессах карбоксилирования, демонтирования и обогащения азотом,

6. Установлено образование румусоподобннх веществ на ранних: стадиях /І мес./ трансформации растительных остатков. Абсолютное содержание их во все сроки.наблюдения не превышает 13$, относительное - 25-40?. Тип гуцуса - гуматно-фульватшй. Шявлено на-

.15

I

растание оптической плотности новообразованных гумусовых кислот и снижение отношения оптических плотностей Д455/ Д$5о в ходе гумификации. I

7. Установлена зависимость скорости распада органического вещества в биологической активности почв от состава токсикантов при промышленном аэрозагрязнении. Загрязнение почв тяжелыми металлами и токсичными окислами, адатито-нефелиновой пылью вызывает замедление деструкдаовных процессов. Загрязнение почв органическими соединениями и окислами азота, серы в не значительных количествах приводит к ускорению трансформации органического вещества. Максимальное воздействие загрязнителей испытывает подстилка исследуемых почв.

8. Показано, что использованные в работе метод определения скорости распада органических веществ и аппликационный метод могут эффективно применяться в системе показателей гумусногс состояния почв ддя почвенно-генетических исследований. Использование этих методов целесообразно для ранней диагностики загрязнения почв промышленными выбросами и оценки уровня загрязнения при условии сравнения с соответствующими фоновыми почвами, для фонового шниторинга.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации.

1. Процессы минерализации органического вещества в почвах коренных лесов н агроценозов Валдая. Тезисы докладов.? Всесоюзного съезда почвоведов, кн. 5. Ыияск, 1977, с. 22-23 /в соавторстве/.

2. Скорость минерализации растительных остатков в естественных и искусственных биогеоценозах Валдая. В сб. Структурно-функциональные особенности естественных и искусственных биогеоценозов* Тезисы доклада Всесоюзного совещания. Днепропетровск, 1§78,

о. 65 /в соавторстве/.

3. Использование растровой электронной микроскопии для изучения процессов разложения спада. В сб. Экспериментальная биогеоце-нология и агроценозы. Тезисы докл. Всесоюзного совещания. Рэс-тов-на-Дону, 1979, о. 10-11 /в соавторстве/.

4. Использование аппликационного метода доя оценки лесораститель-ных свойств почв. В сб. Цутн и методы лесорастительной оценки почв и повышения их продуктивности. Тезисы докл. Всесоюзного совещания. М., 1980, с. 58-59 /в соавторстве/.

5. Процессы минерализации и гумификации растительных остатков в

условиях коренных лесов и агроценозов Валдая.. В кн.-Почвы я. . продуктивность растительных сообществ., вып. 5. М., иэд-во ИГУ, 1981, е..143-160 /в соавторстве/.

6. Шкроиорфология органического вещества подзолистых лесных почв. Почвоведение,-1981, Ä II, с. 24-29 /в соавторстве/.-

7. Скорость деструкции органического вещества в почвах разных природных зон. В сб. йогеохимяческий.круговорот веществ. Тезисы докл.. Всесоюзной конференции. - II. . Наужа, 1982, с. 87-88.

8. ЪиламСеЬ tf ptfäAie- m^atüv tra^iArc^ta^^ -üv

¿уЬь ¿oiü. зк- Мшиа afvui fiu+m4. Hfc-atUAtt-Urp- ^ 4Л& Intt&ui&cMt Аулибс&шя 'fkuitai et- Wasiia, ¿£¿/7, itkafca, <f№t />: 36A.

9. Гумусовые кислоты подстилок лесных биогеоценозов Валдая. В сб. Роль подстилки в лесных биогеоценозах. Тезисы докл. Всесоюзного совещания. М., Баука, 1983, с. 202-204.

10. Морфология органопрофидейшдзолистойндврново-скрытоподзолис-той.почв. В кн.. 1Дикроморфологическая диагностика почв и почвообразовательных процессов. Ы., Наука, 1983, с. 69-88 /в соавторстве/.

11.- Влияние аэрозагрязнения на Сиологическув активность дерново--подзолистых почв.. Биологические натки, , 1984, * 12,. с. 83-88 / в соавторстве/.

12. Влияние прокшшЕенного эаррязненая на процессы трансформации органического вещества. В сб. Влияние промышленных предприятий на окдожапцую среду; Тезисы докл. Всесоюзной школы. Пущине, 1984,. с. 51-53 /в соавторстве/.

13. Изменение биологической активности почв при аэрозагрязнении.

• Тезисы докладов 711 Всесоюзного съезда почвоведов /в соавторстве, в печати/..

Л-10096» 21.6.85 г.

12 ЦТ МО

Бесплатно. 3ik. 5000