Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЙ РЕЖИМ В ОСУШЕННЫХ ПОИМЕННЫХ ПОЧВАХ СЕВЕРНОЙ ЛЕСОСТЕПИ БАШКИРИИ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЙ РЕЖИМ В ОСУШЕННЫХ ПОИМЕННЫХ ПОЧВАХ СЕВЕРНОЙ ЛЕСОСТЕПИ БАШКИРИИ"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

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

На правах рукописи ГАББАСОВА Илюся Масгутовна

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЙ РЕЖИМ В ОСУШЕННЫХ ПОИМЕННЫХ ПОЧВАХ СЕВЕРНОЙ ЛЕСОСТЕПИ БАШКИРИИ (Специальность 06.01.03 — почвоведение)

Автореферат диссертации иа соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

МОСКВА — 1980

■Работа выполнена -в лаборатории физики и эрозии почв 'Института биологии башкирского филиала АН СССР.

Научные руководители: доктор сельскохозяйственных -наук лауреат Государственной премии профессор Кауричев И, С., кандидат биологических наук заслуженный деятель Башкирской АОСР старший научный 'Сотрудник Гарифуллин Ф. III.

Официальные огшоненты: доктор географических наук Скрынникова И. Н„ кандидат сельскохозяйственных наук Ларешин В. Г.

■Ведущее предприятие—' Башкирский сельско.чозяй-ствен-иый институт. -

* Зашуа состоится ..... 1980 г.

в « час. на заседании Специализированного совета К-120.35.01 в Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева, Адрес: 127550, Москва" И-550, ул. Тимирязевская, 49. Сектор защиты диссертаций ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться ъ ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан «е/Г» . . . . . 1980 г.

Ученый секретарь Спещгалмз-крованного совета кандидат б но

Л. А. ДОРОЖКИ НА

Актуальность темы. Увеличение посевных площадей и расширение кормовой базы для животноводства б Башкирии.в значительной степени связано с осушением и освоением заболоченных пойменных почв. В настоящее время в республике имеется 147 тыс. га заболоченных и переувлажненных земель. В северной лесостепи (районе наших исследований) 34 тыс. га нуждается в осушении.

В соответствии с постановлением июльского Пленума ЦК КПСС (1976 г.) центральной задачей является коренное улучшение использования, повышение плодородия мелиорированных земель, ликвидация отставания их хозяйственного освоения.

В свете этах задач важное значение имеет изучение различных свойств и режимов почв после мелиоративного воздействия. Чрезвычайно-важную и разностороннюю роль в ■превращениях как органических, так и минеральных соединений играют окислительно-восстановительные (ОВ) процессы в почвах, составляющие существенную сторону генезиса почв и развития их плодородия.

Для осушаемых шчв, а также -почв постоянного и временного избыточного увлажнения важное значение имеет создание оптимального окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) (как травило, на практике чаще требуется его увеличение). Повышение ОВЛ почв может быть проведено путем осушения, рыхления, продувания воздуха и кислорода, при применении регуляторов окислительно-восстановительного состояния почв. Для прогнозирования изменения ОВП под влиянием осушения или применения регуляторов ОВ-состоя-ния необходимо знание буферных свойств почв а окислительно-восстановительном интервале.

Цель м задачи исследования. Целью данной работы явилось изучение окислительно-восстановительного режима и факторов его определяющих в пойменных лугово-зернистых, торфяно-глеевых и иерегно&но-торфяных,почвах после осушения и освоения и его изменение в процессе- сельскохозяйственного использования. В соответствии с целью исследований были поставлены следующие задачи:

ЦШр. Щ1Ш Шштек» '1

Кося, орд. Лзшг шш).

шд.1м. к. А, Тиишзг»

__

1. Изучение морфологических, водно-физических и arpo* химических свойств осушенных пойменных почв.

2. Изучение гидрсггермического и воздушного режимов в свя-зи с изменением ОВ-процессов в почвах в вегетационные периоды первых трех лет после осушения.

3. Изучение биологической активности осушешшх пойменных почв в связи с изменением тидротермических и ОВ-ус-ловий.

4. Изучение сезонной динамики содержания элементов переменной валентности (железа н маргавца) © осушенных ■пойменных почвах в связи сизменением- гидротермических'условий и О.ВП;

5. Изучение буферности осушенных пойменных почв в ОВ-интервале и выяснение возможности регулирования ОВП в пойменных «почвах путем внесения высокоокнсленяых' соединений.

Научная-новизна. Впервые в условиях БАССР и Южного Урала: 1. Проведено изучение основных режимов {окислительно-восстановительного, гидротермического и воздушного), ¿.пойменных почвах после воздействия осушительной мелиорации. 2.' Выявлен характер и теснота зависимости' ОВП от факторов, его определяющих. Вычислены уравнения регрессии, Отражающие эти зависимости (в определен« ых-л им итахнара-метров). 3. Изучегна способйость почв противостоять окисле-Лию к восстановлению и возможность р егул и ров а ни я - G В -со -стояния-почв. ' ' " !

* Практическая ценность. Знание ОВ-свойств почв с учетом требований растений, установление оптимальных параметров ОВ-оостояния почв ¡i разработка методов егорегулирования имеют важное значение для создания и сохранения- высокоурожайных культурных сенокосов на мелиорируемых пойменных почвах.

Реализация результатов исследований. Предложены реко-мендацйи по рациональному использованию осушенных пойменных иочв северной лесостепи Башкирии. Они приняты к внедрению в производство в колхозе «Сигнал» Балтачевского р.айона, а также учтены при составлении планов дальнейшей хозяйственной деятельности «а осушенных пойменных землях Управлением сельского хозяйства исполкома Балтачевского райсовета БАССР.

Апробация.работы. Результаты исследований доложены на конференции молодых ученых Института биологии; БФАН> СССР'В'1978 г. в г. Уфе, на Республиканской' конференции по проблемам минерализации ц эрозии торфа: в11978т. в Минске, на - научно-стронзводственной конференции Балтачевского района БАССР в 1979 г,

Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы а 5 статьях и изложены в 3-х научных отчетах.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоят из введения, четырех глав, общих выводов, заключения и практических предложений, изложена на 239 страницах машинописного текста, содержит 10 рисунков, 25 таблиц, а также 18-таблиц в приложении. Описок литературы состоит ш 212 наименований отечественных и. зарубежных. авторов.

Объекты исследований и их характеристика. Для изучения СШ-режима осушенных пойменных почв в (полевых условиях нами было заложено ,в 1976 т. четыре стационарные площадки в -пойме реки Быстрый Танып Балта-чевского района БАССР. На данном участкелоймы в 1975 году было завершено сооружение осушительной -сети на площади 260та. Минеральные ¡почвы осушаются ^гончарным закрытым дренажем и открытыми каналами, торфяные почвы — только открытыми каналами.

. Стационарная площадка ^Ма I заложена в центральной пойме; угодье — луг разнотравно-злаковый; почва-—лугово-зернмстая глее вата я, тяжелосуглинистая на, аллювиальной желто-бурой глине.

Стационарная площадка № 2—заложена в центральной пойме, угодье—рашаханный луг, посев травосмеси лод покров овса; почва — лутово-зернистая глееватая, тяжелосуглинистая на аллювиальной ¡желто-бурой глине.

Стационарная площадка №3 — заложена в притеррасной пойме, участок (представляет собой осушенное закочкареиное осоковое болото, нераспаханное; .почва — пойменная лерегной-йо-торфяная на аллювиальной гли-не.

Стационарная площадка № 4>—-заложена в притеррасной пойме, угодье — пашня, осушенное, раскорчеванное осоково-кустарниковое болото, шосев многолетних трав; почва — пойменная торфяно-глеевая на аллювиальной глтае.

Методы исследований. Для определения ОВП в 5—6 основных горизонтах юсех площадок было установлено но 4—б платиновых электродов, изготовленных из гладкой платиновой проволоки диаметром 0,5 мм (по Д. С. Орлову, 1975). Измерения ОВП проводились с помощью переносного потенциометра ППМ-'ОЗМ, электродом сравнения служил хлор-серебряный электрод. Полученные -значения ОВП приводились к нормальному водородному электроду (+212 мв).

В тех же горизонтах, только в другую стенку разреза, помещались датчики (по 2 шт.) для измерения температуры, что проводили с щомоихью эл ект ро термом ет р ов АМ-2М.

В двух-трех метрах-от разреза в соответствующие горизонты -были установлены трубки для отбора -проб почвенного

воздуха, в Двух Пйвторностях. Ето состав определяли на газоанализаторе типа ВТИ-2.

Для намерения количества выпавших осадков были установлены дождемеры: два в пойме п три на первой надпойменной террасе.

Для наблюдения за уровнем грунтовых вод в районах стационарных (площадок были пробурены специальные скважины и установлены обсадные трубы,

■Влажность определялась термовесовым методом; содержание (подвижного окисного и записного железа в 0,1 н. Н2304 вытяжке с «—« дипиридиллом по .Коптевой; подвижный марганец — персульфатньгм методом; рН водной и солевой суспензии—'.потенциометрически; выделение С02 из почвы (дыхание)—,по Макарову. Эти показатели определяли каждые 16 дней в течение вегетационных периодов 1976— 1978 гг.

■Для характеристики физических, химических и биологических свойств почв выполнялись анализы и опыты то общепринятым .методикам (Аринушклиа, 1970; Кауричев, 1973; Хазиев, 1976). Почвенные образцы отбирались методом смешанного образца нз 5 повтори остей.

Определение ОВ-буферностн и ОВ-буферной емкости было проведено ло методам, разработанным сотрудниками кафедры .почвоведения ТСХА (Савич, 1967; Латфуллина, 1975; Кау-ричев и др., 1974, 1975; Савич и др., 1978).

При выявлении зависимости ОВП от элементов, определяющих ОВ-состоянне 'почвы, проводились: лолный корреляционный анализ, оценка параметров уравнения регрессии методом наименьших квадратов, оценка .параметров уравнений множественной линейной регрессии ■методом наименьших квадратов и проверка существенности влияния исследуемых ■факторов, Сравнение частных средних величин оценивали ало критерию .Стьюдента. Достоверность коэффициещтов корреляции и действий факторов определялась по критериям Стьюдента и Фишера (Дмитриев, 1972; Савич, 1972; Розепберг, 1976).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИИ

1. Гидротермический режим и его связь с сезонной динамикой

ОВП

(Климатические условия трех лет, в течение которых .проводились исследования, не были идентичными. Наиболее сухим был вегетационный период 1976 года (261 мм), -среднемесячная температура воздуха была в пределах нормы и только в июле она была на 2,4—2,7° ниже средиемн оголетней. Беге-

тационныс -лсрибды 1977 и 1978 гг. были более влажными, общее количество осадков превысило среднемиоголетнюю величину на 38 и 42 мм соответственно, но 1977 год был самым теплым (среднемесячная температура обычно превышала норму на 0,5—2°), а 1978 год — самым холодным (среднемесячная температура в яючве была на 1,5—2,5° ниже нормы).

Средняя температура за вегетанионный л ер под в 1970 году в пойменных почвах была 13—15,5° в верхних горизонтах и 8—10° — в.нижних; самая высокая температура наблюдала се, в 1977 году—15,0—17,5° и 8,5—11,6' н самая низкая —12,1— 14,3° и 8,2—10,2е соответственно в 1978 году.

Водный режим изученных <почв определяется как погодными условиями (осадками н температурой), так и наличием весеннего паводка, действием дренажной -системы, обуславливающих уровень грунтовых вод в зюйме; водный режим зависит также от рельефа и свойств почвы.

В пахотном слое лугово-зерннотой почвы влажность в течение первых двух лет после осушения сохранялась в оптимальных лределах (60—80% НВ), но на третий год она возросла и до середины июля превышала НВ.

В целинной лугово-зерн и стон -почве в первые два года также сказывалось влияние осушения: влажность верхних горизонтов изменялась в диапазоне ВРК-НВ, лишь в отдельные периоды достигала 100% НВ. Но на третий год она значительно возросла и до середины июля равнялась полной влагоемкости. Капиллярный подток влаги в лугово-зерн истых почвах не нарушался, влажность нижних слоев в первые два года была в пределах ИВ-КВ, однако -на третий год даже на распаханном варианте в горизонте В£3 (90—100 см) она сохранялась в лределах полной влагоемкости в течение всего вегетационного ■периода. Влажность верхних горизонтов целинной перегнойно-торфяиой почвы в первые два года после мелиорации изменялась от ВРК до НВ, но на третий год значительно возросла (100—120% НВ). Нижние (с 70 см) слои этой почвы остаются насыщенными водой в течение всего периода Для распаханной торфяно-глеевой почвы характерно контрастное изменение влажности по профилю. Если в пахотном слое влажность колеблется в пределах ВРК-НВ, то на глубине 30—40 см она часто достигает полной влагоемкости. Это обусловлено наличием плотного глеевого слоя на глубине 54— 76 см, который сдерживает просачивание воды вниз.

Гидротсрмические условия почвы окалывают определенное влияние на величину ОВ-П н ее сезонную динамику (рис. 1), В наших исследованиях обнаружена отрицательная связь между количеством выпавших осадков и ОВП. При одинаковых осадках {в пределах 1,8—67,5 мм выпавших за 2-недель-

иые Сроки в течение вегетационного периода 1976 года), диапазон изменения ОВП и влияния на него осадков различны, в зависимости от генетического типа почвы и ее культурного состояния. Так, наиболее существенно изменение ОВП в целинной . лугово-зернистой почве (коэффициент регрессии Ry:* и—4,35),.в распаханных почвах, где меньше плотность, а скорость фильтрации и скважность выше, влияние осадков на ОВП сказывается слабее, причем в торфяно-глеевых почвах коэффициент регрессии (Rwr =■—2,89) ниже, чем в луго-во-зерннстых (Rj>> =—3,58).

Влияние гндротермичсских условий на ОВП не всегда существенно. Коэффициент детерминации (R5) превышает 60%, как правило, при варьировании изученных параметров в'достаточно широком диапазоне, когда ОВ-условия меняются от восстановительных до окислительных. Так, в пахотном слое лугово-зернистой почвы устойчивые окислительные условия сохраняются в первый и второй год после осушения (ОВП = 508 мв, V=il8,2% и ОВП =450 мв, V = 23% соответственно). В такой обстановке влияние изменения температуры и влажности на динамику ОВП несущественно (Ra = 13,0—44,9%), Прн ухудшении ОВ-режнма на третий год (ОВП опускается до 50 мв в середине нюня и не превышает 380 мв в сентябре) динамика ОБП на 70% определяется гидротерм ическими условиями, причем 50% 'варьирования t обусловлено влажностью лочвы и 14% температурой.

В нижних слоях лугово-зернистых'почв изменение ОВП в широком диапазоне на 60—70% определяется гидротермиче-скимн условиями. При совместном влиянии влажности и температуры варьирование ОВП, в отличие от верхних слоев, больше определяется температурой (до 60—75 против 3—8%), что связано с' постоянной насыщенностью этих слоев влагой. В .торфяных почвах также влаго насыщенность определяет превалирующее значение температуры. Ее влияние на ОВП неоднозначно. Прн расчете характера и'тесноты этой связи в верхних слоях, по данным трехлетних исследований, выявляется прямая пропорциональная зависимость.

' Зависимость' ОВП от'влажности "в торфяно-глесвой'почве наблюдается только в пахотном слое в 1978 году, когда влажность почвы меняется в широком диапазоне — от 70% ВРК до полной влагоемкости и ОВП — от 100 до 500 мв. Уравнение связи'ОВП с температурой (х() и влажностью (Xa) прн одновременном их влиянии нмет вид: у = 592,664- I8,62xi— 3,87ха, коэффициент множественной регрессии 2 = 0,94. Интересно Отметить, что уменьшение ОВП на 3,87 мв при возрастании влажности на 1%, выявленное для торфяно-глеевой почвы, в наших исследованиях хорошо согласуется с приводимой Т. Т. Евремовой (1978) величиной 3,34—3,46 мп для верхних

ига 480 ш

Ш - Ш)

2в9 4bb ibs

E3S*mi97E Qx±mi3i9

Pec. I. Изменение ОШ в профилях целинной (А) г распаханной (Б) лугово-з ернистой, целкнной перегнойно-торфяаой (В> в распаханной торфяно-глеевой (Г) почи.

слоев торфяно-перегнойно-глеевых почв ори изменении влажности и ОВП примерно в тех же диапазонах.

В первый год после проведения осушительной мелиорации в пойменных почвах создается оптимальный ОВ-режим. Величина ОВП в распаханных как лугово-зернистых, так и торфя-но-глеевых почвах (508—565 V=18% и 438—530 мв, V«=20% соответственно) указывает на стабильные окислительные условия в верхних слоях. В неосвоенных как лугово-зернистых, так и. перегнойно-тор|фяных почвах в первый год сказывается влияние осушения: диапазон изменения ОВП (от 220 до 600-мв) характеризует условия от переходных к окислительным до окислительных.

На второй и третий год после мелиорации происходит последовательное снижение ОВП и сдвшг условий до преобладания восстановительных (—3—200 мв) на целинных почвах и изменения от восстановительных условий (50—195 мв)*в ран-нелетние сроки до окислительных: (350—500 мв) к концу лета в пахотных слоях как лугово-зернистых, так и торфяио-глее-вых почв. * " * '

2. Воздушный режим и его связь с сезонной динамикой ОВП

.После отвода избытка влаги дренажной системой воздушный режим пойменных почв коренным образом изменяется. При снижения уровня грунтовых* вод уменьшается влажность почвы, возрастает объем лор, занятых воздухом, увеличивается скорость диффузии внутрипочвенных газов, причем концентрация углекислоты уменьшается, а кислорода — увеличивается.

* В наших исследованиях выявляется'обрагная зависимость содержания углекислоты в почвенном воздухе от урозня грунтовых вод.

В лугово-зернистых почвах изменение уровня грунтовых вод в меньшей степени, чем в торфяных почвах, влияет на состав почвенного воздуха, причем в распаханной почве в связи с нарушением капиллярного поднятия влаги коэффициент регрессии ниже, чем в целинной (R*;* —0,013 против —0,04). ' <

При исследовании сезонной'динамики влажности'и состава почвенного воздуха в пойменных почвах по отдельным горизонтам и годам обнаружена: 1. Положительная связь между влажностью и СОг и отрицательная — между влажностью и 02. Эта связь характерна для верхних слоев лугово-зернистых почв, где влажность изменяется в диапазоне ВР.К-НВ содержание СОг — от 0,5 до 7,% и теснота связи определяется -высоким коэффициентом корреляции: г—0,89—0,94.

2. Отрицательная связь между влажностью и CO¡¡ (г =

—0,92—0,94) н положительная — между влажностью и Ог (г = 0,61—0,80). Этот тип связи встречается только в верхних слоях целинной перетнойно-торфяной почвы, где имеет значение поступление кислорода с осадками на фоне низкого содержания его в лочзе.

3. В пахотном слое торфяно-глеевой почвы, а также в нижних горизонтах других >почв ори изменении влажности и состава почвенного воздуха в относительно небольшом диапазоне достоверной зависимости этих факторов не отмечается.

Интенсивность процесса образования углекислоты и потребления кислорода в значительной степени обуславливается температурой в почве, так .как от нее 'зависит уровень процессов жизнедеятельности микроорганизмов. В наших исследованиях обнаружена тесная связь между температурой и содержанием С02 и Оа в почвенном воздухе. При увеличении температуры содержание СОг повышается (г = 0,99), а Оа — .падает (г= —0,95, Р = 0,99).

В целинной лугово-зернистой почве в соответствии с гид-ротермшческими и ОВ-условиямн в 1976 первый год ¿после осушения концентрация С02 меняется ог 0,5 до 2,6%, достигая 3,3—4,8% лишь в середине июля, когда возрастание интенсивности биохимических процессов и деятельности корней на фоне повышенной температуры и влажности приводит к обогащению почвы углекислотой. Содержание кислорода при этом снижается до 16,8—12,5%. Подобный пик в середине июля характерен для сезонной динамики С02 и Оа воздуха всех изученных ¡пойменных почв.

В последующие 2 года влияние дренажной сети в этой почве ослабевает; последствия паводкового переувлажнения сказываются до середины июля и концентрация СОг возрастает до 8—10%, а Оа — падает до 5—8% в верхних слоях.

В распаханной лугово-зернистой почве, в отличие от целинной, благоприятные воздушные условия сохраняются на второй год (скважность аэрации 21—32%, содержание С02 не превышает 1,9%, а кислорода — не опускается ниже 19%), но на третий (1978 год) —ухудшаются. Содержание С02, равное 2,6%, при снижении 02 до 16,8% приближается к порогу токсичности для культурных растений. Величина ОВП также доходит до критического значения {+200 мв). Влажность почвы в верхних слоях превышает НВ, а на глубине 60—70 см составляет ПВ,

В целинной перегнойно-торфяной почве, в отличие от лу-гово-зернистых, сохраняются характерные для переувлажненных земель условия, несмотря на косвенное воздействие осушительной сети. Оптимальные концентрации 02 наблюдаются только в верхнем 0—10 см слое, а с глубиной содержание 02 падает.почти до 0.

В распаханной торфяно-глеевой почве повышенные концентрации ССЬ (до 7,8% при снижении 02 до 14,4%) наблюдаются уже на второй год после мелиорации, что связано с уплотнением почвы из-за отсутствия обработки и интенсивной пастбищной нагрузкой.

3. Биологическая активность пойменных почв и ее связь с гидротермическими условиями и ОВП

Для характеристики биологической активности почв определяли как потенциальную, так и актуальную полевую активность, Исследования показали, что пойменные почвы облада* ют высокой биогенностъю. Численность бактерий на МПА и КАЛ колеблется от 20 тыс. до 7,5 .млн., актиномнцетов— ог 20 до 47 тыс., спорообразуюгцих— от 13 до 74 тыс. По шкалам для оценки степени обогащен но сти почв ферментами (Звягинцев, 1978) изученные почвы относятся к очень богатым но фосфатазной активности, богатым и средиеобогащенным по активности сахарозы, уреазы, дегидрогеназы и каталазы. Только в лугово-зериистых почвах отмечается низкая активность сахаразы и дегидрогеназы. В целом для пойменных почв характерны более высокие значения ферментативной активности и «дыхания» для распаханных участков, чем целинных. Это связано с усиленной минерализацией органического вещества при распашке пойменных почв, которая сопровождается высоким потреблением Ог и выделением СОг, особенно в торфяно-глеевых и лерегиойио-торфяных почвах. При изучении ферментативной активности пойменных почв в динамике отмечается ее повышение в весенние сроки наблюдений. К середине лета активность сахаразы и фосфатазы несколько снижается, а уреазы и дегидрогеназы — возрастает. Однако сезонное изменение ферментативной активности происходит в незначительном диапазоне, что говорит об относительной стабильности ферментного уровня в пойменных почвах. В этой связи в исследованных почвах редко отмечается статистически значимая связь между изменением гндротермических и ОВ-ус-лозий, с одной стороны, и ферментативной активностью— с Другой.

В отличие от потенциальной, актуальная биологииеская активность в значительной степени определяется гндротерми-ческимн и ОВ-условнямн, Сезонная динамика выделения СОа как на органогенных, так и минеральных почвах достаточно выражена и в смысле тенденций имеет сходный характер. Интенсивность «дыхания» выше на торфяно-глеевой и перег-нойно-торфяной почвах (0,88—2,95 кг/га в час), чем на луго-во-зернистых (0,48—>2,67 кг/га в час). Обнаруживается уве-

лнчение выделения С02 с раннелетиего периода к середине июля —началу августа и снижение — к октябрю. 1

•Положительная зависимость между выделением СОд из почвы и ОВП и отрицательная — с влажностью <почвы выражается уравнением параболы, что отражает общую картину сезонной динамики всех окислителыю-восстановитсльных ус-ловий.в почве,

4, Динамика содержания подвижных форм железа и их взаимосвязь с ОВП

Исследования локазали, что затоплешие поймы паводковыми -водами в мае ведет к созданию анаэробных условий в почве, что.способствует .переходу железа в подвижные формы. Наиболее общей особенностью их сезонной динамики является снижение содержания закисного железа,, его доли в сумме и увеличение содержания о кис кого железа от весны к лету, при общем усилении окислительных процессов. По -мере снижения температуры осенью, притзатухании биологической жизни в точве, содержание .подвижных форм железа уменьшается с преобладанием окисных форм в лугово-зерн истых и закненых — в торфяно-глеевой и перегнойной торфяной почвах".

Общее содержание подвижных форм железа в связи с осушением и освоением пойменных почв уменьшается. В лугово-зернистой (почве содержание закисного железа снизилось с 41,3 мг/100 г почвы в пахотном слое и 46,8—21,2 мг/100 г почвы в нижних горизонтах в 1976 до 17,5 и 16,2—43,9 мг/100 г почвы в 1978 г. соответственно. В органогенных почвах содержащие закисного железа значительно выше (до 500—700 мг на 100 г почвы), чем в минеральных и в соответствии с ОВ-об-становкой в профиле этих почв его содержание увеличивается вниз ло профилю, а окисного — ■снижается.. В связи с осушением содержание подвижных форм железа в этих почвах также уменьшается, но на третий год процесс затормаживается. Если на второй год количество закисного железа в пахотном слое снизилось со 112,7 до 52,7 мг/100 г почвы, то на третий-— существенной разницы не наблюдается (54,0 мг/100 г почвы).

В отличие от лугово-зерн истых почв, где распределение содержания подвижного железа в профиле более равномерно и диапазон изменения ОВП относительно узок, в целинной перегной но-торфяной и распаханной торфяно-глеевой почвах выявляется статистически значимая (при Р = 0,999) зависимость изменения содержания закисного железа в профиле этнх'иочв в сезонной динамике от ОВП, которая выражается линейными уравнениями регрессии с параметрами, различ-10-

нычи для разных почв и диапазонов измен енняОВП и содержания Рег+\ Так, для иелиннойперетнойно-торфяной почвы:

1. у = 391,14—0,80х (г = — 0,76; п = 48), где у меняется от 20—30 до 600—700 мт/100 г почвы,.а х —от —130 до +660 я в (1976 г.).

2. у—212,63—0,41х (г =.—0,62; п=54), где у-меняется от 40—50 до 400—500 мт/100 г почвы, а х — от —>100 до +600 мв (1977 г.).

В условиях преобладания восстановительных процессов в 1078 году лри изменении ОВП от —100 до +250 мв достоверной зависимости между содержанием Ре!+ и ОВП не выявляется.

При исследования взаимосвязи ОВП и окисной формы железа статистически значимая связь выявляется только в перегнои но-торфяной (в 1976 -году г = +0,65 при Р=0,999) и тор-фяно-глеевой (в 1976 году г= +0,36, при Р=>0,95) почвах при изменении этих параметров в сезонной динамике и ло профилю. Однако при исследовании взаимосвязи содержания за-кисной и окисной формы железа и ОВП в-сезонной динамике в отдельных горизонтах почв без изменения в профиле почвы тесной связиле наблюдается. Лишь в отдельных горизонтах почв в разные годы коэффициенты корреляции существенны. Можно сказать об общей тенденции к положительной связи между окисным железом и ОВП, содержанием кислорода, температурой и отрицательной — с влажностью почвы (в определенных пределах), содержанием углекислого газа.

5. Динамика содержания подвижного-марганца и его взаимосвязь с ОВП

Результаты исследований показали, что содержание подвижного марганца в пойменных почвах изменяется-как в пространстве, так и во времени и зависит от генетических особен» ностей почв, предыстории их развития и культурного состояния.

В сезонной динамике подвижного марганца выделяются весенний и осенний максимумы, связанные прежде всего с переувлажнением почвы в этн периоды и понижением ОВП.

В неосвоенных как лутово-зернистых, так и перегнойно-торфяных почвах подвижного марганца содержится больше, чем на распаханных вариантах, что связано с более благоприятными условиями аэрации и преобладанием окислительных процессов на пашне. • * *

На третий год после проведения осушительной мелиорации содержание подвижного марганца в верхних слоях лутово-зернистых почв снизилось с 52,7—54,6 на целине и 11,6 на пашне до 30,2—36,6 л 9,5 мг/100 г почвы соответствен по, со

105,8—200,9 до 87,4—66,6 мт/100 г почвы в целинной перегноЙ-но-торфяной и с 27,6 до 15,8 мг/100 г почвы в распаханной торфяно-глсевой почвах. Однако уменьшение количества подвижного марганца, как и железа, с годами затормаживается.

В наших исследованиях выявляется обратная связь между содержанием подвижного марганца и ОВП (эта связь достоверна при Р = 0,95 только в отдельных горизонтах, в других случаях'имеет выраженную тенденцию). Содержание подвижного марганца имеет также тенденцию к отрицательной зависимости с количеством 02 в почзениом воздухе, температурой и положительную — с влажностью и количеством С02.

6. Изменение кислотности в осушенных пойменных почвах и ее взаимосвязь с ОВП

В наших исследованиях на изменение кислотности пойменных почв оказывает влияние как поемный процесс, так н наличие дренажной сети, обуславливающей промывной режим в освоенных почвах.

В лугово-зер-ннстых почвах отмечается снижение рН до в верхних слоях распаханной почвы относительно целинной, что связано в значительной мере с выщелачиванием оснований под действием дренажного стока. На вынос щелочноземельных металлов указывает также большая величина общей щелочности {6,72 против 5,90 мг-экв/л) грунтовых вод под распаханной почвой по сравнению с целинной, а также большее содержание кальция и магния (16,0 против 11,0 мг*экв/л) летом 1978 года.

В сезонной динамике кислотности в лугово-зернистых почвах подкисление почвенного раствора ог весны к лету и последующее подщелачивание к осени не всегда существенно при доверительной вероятности 0,95; но в смысле тенденции этот процесс выражен в течение всего исследованного периода.

В освоенной торфяно-глеевой почве, в отличие от лугово-зернистой, заметного подкисления в пахотном слое не отмечается, что связано, в определенной степени, с интенсивностью протекающими в верхних слоях минерализационными процессами, а также высокой буферностью торфа в окислительном интервале.

В пойменных почвах в связи с незначительными колебаниями рН в течение вегетационного периода тесной связи между изменением кислотности и ОВП, а также динамикой содержания подвижных форм железа и марганца не отмечается. Только в пахотном слое лугово-зернистой почвы, когда изменение рН от весны к лету и от лета к осени в условиях 1978 года достоверны (при Р = 0,95, Ъ/ =6,75; 5,33 соответственно выявляется обратная связь между изменением рН до 11 ОВП

12

<г =—0,79) и прямая (г—0,97—0,99)—между изменением рН 1^0 и содержанием закисной формы железа и марганца).

7. Буферные свойства пойменных почв в ОВ-интервале

ОВ-буферность пойменных почв, по данным сезонной динамики, колеблетсоя в значительных пределах и часто можно говорить только о .порядке величин.

Торфяные почвы обладают в определенных пределах большей буферностью против увлажнения, чем лугово-зерйистые, в то время как скорость изменения ОВП в зависимости от температуры у тех и других почв близка и с повышением ее (в июле-августе) скорость падения потенциала возрастает. Полученный порядок величин близок к данным других авторов (Тарарина, 1971; Кауричев и др., 1975). Более точные величины получаются в модельных опытах. Избыточное увлажнение, как правило, приводит к тем большему падению потенциала в почве, чем меньше буферность и буферная емкость почвы.

Таблица 1

Окислительно-восстановительная буферность почв по данным модельного

опыта (мв в сутки)

Горизонт, глубина, см Затоплгниг

с I по 6-й день с 1 по 39-й день с 31 по 39-Й день

Л угсво-зери м ста я (пашня)

Ап 0—20 20—40

А1В 0—20 Атк 20—10

+ 6.6

—0,0 -0.8

Торфяно-глеевая (пашня)

—10.6 +1,1

—7,1 —■2,1

-2,0 -3.0

5,4 -2.3

Как видно из полученных данных (табл. 1), минимальной буферностью обладает пахотный горизонт торфяно-глеевой почвы. Для этого горизонта четко проявляется закономерность резкого падения потенциала в первый период и более слабого падения потенциала в последующие периоды. Однако теоретически возможен и другой вариант изменения ОВП. Если окисл!Ггельно-восстановительна я буферная емкость почв очень велика, то в первый лериод потенциал может не изменяться или даже несколько увеличиваться в связи с освобождением отдельных окисленных группировок. Максимальное падение потенциала будет наблюдаться в последующие

периоды. Подобное явление наблюдается в нашем опыте в лу-.гоао-зернистой почве и подпахотном слое торфяно-глеевой.

Титрование почвенных суспензий окислителями и восстановителями. (табл. 2) показало, что наибольшей буферной

Таблица !

ОВ-буферпая.емкость почв

Изменение Eh почв при

титрованни '

0,1 н. 0,1 Н.

KalFe(CN).] Kj[Fe(CN),]

MB

мт • экв титр ант а.

Горизонт

Количество тигранта в мг-экв, необходимое для сдвига ОВП на 150 мв

0.1 it HCl

0.1 н NaOH

Количество легко окисляемых веществ чсэкв/100 г почвы

Лугово-зернистая ■ (целина)

В'

в*;

Ат-п

A«

Atn

А«

30.8 9.2

27,3 7,3

69.3 583

62,0 36,5

3.2 8.0

9.2 3,2

е.*

■4,4

Лугово-зеркистая (пашня)

6,0 14,0

4,2 3,2

6,3 4.S

Перегнойно-торфяная (целина)

И .2 19,6

1.2 0,6

Торф я но-глеевая (пашня)

13.8 11J5

4.1

3,7

6,8 10,7

12.1 8.2

29,0 17.0

25 0 3,0

4П.5 25.0

ЗЯС 28,6

емкостью в окислительном интервале обладают перегнойно-торфяные и торфяно-глеевые почвы. Об этом свидетельствует также большее содержание в них л егкоо к исл я е м ых веществ.

Оглеенные горизонты лугово-зернистых почв обладают меньшей буферностью в окислительном интервале и большей в восстановительном. Так, в горизонтах В е\ по сравнению с Л( и Ап для сдвига ОВП на 150 мв необходимо больше мг-экв. NaOH и меньше HCl, в них меньше легкоокисляе-мых^ веществ. Для горизонта В е характерно меньшее изменение Eh при добавлении восстановителя K«lFe(iCN)6]. При добавлении же окислителя K4Fc(CN)6l эти горизонты больше буферны, чем горизонты Л| и Л„, но меньше, чем верхние слон перегнойно-торфяной и торфяно-глеевой почв. Данные определения OB-буферной емкости (табл. 2) в определенной степени согласуются с данными таб-т, I. В торфяно-глеевой

почве, обладающей меньшей буферностью в восстановительном интервале, в большей степени снизился ОВЛ при затоп-. лении.

8. Регулирование ОВП пойменных почв внесением высокоокисленных соединений -

Для выяснения возможности регулирования ОВЛ нами был проведен модельный опыт. В стаканчики поместили по 100 г торфяной и лугово-зернистой почвы, взятой из горизонтов 0—20 см и 20—40 см. Вносили следующие окислители из расчета 5 ц/га в пересчете на кислород: железо 'сернокислое' оки'сное, перекись натрия, суперфосфат, перекись ■ содородз, серную кислоту и кислую воду (отход нефтеперерабатывающей (промышленности). Почву в -стаканчиках заливали дистиллированной водой и через каждые 5—6 дней измеряли ОВП с помощью платинированного электрода марки ЭТИЛ и рН на потенциометре рН 340. Опыт проводился в 3-х повтор-ностях.

По полученным данным, лучшее влияние на ОВП оказало внесение Ре2(50«)э. По сравнению с контролем сдвиг ОВП на 6-й день при его внесении в лугово-зернистую почву составил +(116 и +226 мв для слоев 0—20 и 20—10 см соответственно и +84 и —13 в торфяно-глеевой почве. На 39-й день эти значения были; +44 и +267 мв, ^+182 и —59 мв соответственно; Положительный результат оказало также внесение перекиси водорода и суперфосфата.

Общие-выводы

1. Направленность ОВ-процессов в осушенных пойменных почвах определяется в основном их гидротермическим н воздушным режимом. Существенная обратная зависимость ОВП от влажности почвы, содержания углекислого газа в почвенном воздухе, а также прямая зависимость ОВП огг температуры почвы, содержания в почвенном . воздухе кислорода проявляются в условиях среды,- меняющихся в широком диапазоне—'от резко восстановительных до явно окислительных.

2. Оптимальные концентрации углекислого газа при прочих равных условиях наблюдаются в /горфяно-глссвых почвах при залегании грунтовых вод в пределах 90—140 см, а в целинных лугово-зернистых — ниже 170 см.

3. Осушенные пойменные почвы обладают высокой потенциальной биологической активностью. В то же время четкого соответствия сезонной динамики ферментативной активности о к ислителыю* восстановите лыюм у состоянию почв не выявляется.* Актуальная биологическая активность этих почв в зна-

читслыюй степени определяется гидр отер мнчсски ми и ОВ-условиями. Отмечается существенная положительная связь интенсивности «дыхания» почвы с ОВП, температурой и отрицательная— с влажностью почвы.

4. Содержание и динамика подвижных форм железа, п марганца зависят от ОВ-условий р почве. Содержание их записных форм положительно коррелирует с влажностью почвы, количеством углекислого газа в почвенном воздухе и температурой; и отрицательно — с ОВ.П, содержанием кислорода в почвенном воздухе. Однако.в связи с многофакторной зависимостью величина.коэффициента корреляции часто невелика и зависит от лимитов величин указанных внешних факторов, предыстории развития и гистерезиса.

5. Установлено, что осушительная мелиорация пойменных почв ведет к возникновению благоприятных для роста и развития сельскохозяйственных растений водно-воздушного и ОВ-режимов: однако неправильная эксплуатация как дренажной системы, так и созданных на осушенных участках культурных сенокосов приводит к точу, что на лугово-зерни* стых почвах на третий год после осушения, а на торфяных — на второй, окислительные условия приобретают крайне неустойчивый характер, отмечаются явления переувлажнения, накопление критических концентраций углекислоты, затормаживается процесс снижения содержания закисных форм железа н марганца.

6.-Актуальная и потенциальная кислотность пойменных почв в течение вегетационного периода изменяется незначительно. Достоверная обратная связь между рН ц,о и ОВП и прямая — между рН н<о и содержанием закисной формы железа и марганца выявляется лишь для пахотного слоя лугово-зерни сто и почвы, где изменение рН н.о существенно.

7. Способность почв противостоять окислению » восстановлению характеризуется ОВ-буфсрной емкостью почв. Из изученных почв большой буфсрностью в восстановительном интервале обладают оглеенные минеральные горизонты почв, а в окислительном интервале1—-торфяные горизонты.

8. Окислительно-восстановительный потенциал можно направленно регулировать внесением высокоокнсленных соединений. Положительные результаты дает пр|гменснне железа сернокислого окисного, перекиси водорода и суперфосфата.

9. ОВП, являясь интегральной характеристикой ОВ-со-стояния почв, находится в сложной многофакторной зависимости с количеством выпавших осадков и уровнем грунтовых вод в почве, влажностью и температурой почвы, ее аэрацией, содержанием СОа и Оа в почвенном воздухе, ее биологической активностью, содержанием органического вещества и элементов переменной валентности (железа и марганца), актуальной

н потенциальной кислотностью и другими факторами, которые, в свою очередь, находятся также в сложной взаимосвязи друг с другом.

Практические предложения ;и рекомендации

1, Для сохранения культурных сенокосов на мелиорируемых .почвах -необходимо периодически (через три года) проводить очистку и ремонт дренажной системы,

2, При осушении пойменных торфяных почв рекомендуется сооружение комбинированной регулируемой системы дренажа,

3, Вьгпа'С скота после укосов на поймах должен быть строго регулирован и через каждые 2 года необходимо производить подсев высокоценных компонентов смеси трав.

4, Для сохранения экологического равновесия в природе не следует осушать шлейфовые болота и 'Притеррасные участки пойм.

б. На торфяных почвах, обладающих незначительной бу-ферностью в восстановительном интервале, .целесообразно использование окисленных (суперфосфат, калийная селитра, сульфат аммония ,и др.), нежели восстановленных (аммиачная вода) форм минеральных удобрений.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Окислительно-восстановительные свойства пойменных торфяно-болотных и лугово-зернистых почв. В кн. Водно-воздушный режим и химизм целинных и пахотных почв Башкирии. Уфа, 1978 (в соавторстве).

2. Влияние осушения на окислнтелвно-'восста нови тельные условия и содержание ¡подвижных форм железа в пойменных торфяных почвах. Тезисы докладов Республиканской конференции по проблемам минерализации и эрозии торфа. Минск, 1978 (в соавторстве).

3. Содержание подвижного марганца и его связь с окислительно-восстановительными условиями в осушенных пойменных почвах. Тезисы докладов конференции молодых ученых. Уфа, 1979.

4. Генетическая интерпретация гистерезиса окиелнтельно-лююстановительного состояния почвы. Изв. ТСХА, 1979, № б

(в соавторстве).

Объем 1'/« п. я.

Заказ 338.

Тираж 100

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