Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ОСОБЕННОСТИ ГУМУСОВЫХ ВЕЩЕСТВ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА СОРБЦИЮ ФОСФАТОВ ПОЧВАМИ РЕСПУБЛИКИ МАЛИ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "ОСОБЕННОСТИ ГУМУСОВЫХ ВЕЩЕСТВ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА СОРБЦИЮ ФОСФАТОВ ПОЧВАМИ РЕСПУБЛИКИ МАЛИ"

$-22>Ч96

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОПРОМЫШЛЕННЫЙ, КОМИТЕТ СССР

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

На правах рукописи

СОПБА ДИАРРА

УДК 631.417.2/662.1/

ОСОБЕННОСТИ ГУМУСОВЫХ ВЕЩЕСТВ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА СОРБЦИЮ ФОСФАТОВ ПОЧВАМИ РЕСПУБЛИКИ МАЛИ

Специальность 06.01.03 — почвоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА —1987

пмссс-ст

Работа выполнена на кафедре почвоведения Московской ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева.

Научные руководители — доктор биологических наук, профессор А. Д. Фокин; доктор сельскохозяйственных наук, профессор В. А. Черников.

Официальные оппоненты — доктор сельскохозяйственных наук, профессор О. В. Сдобникова; кандидат биологических наук, старший научный сотрудник В. С. Горбатов.

Ведущее предприятие— Университет Дружбы Народов имени П. Лумумбы.

Защита диссертации состоится « \о » 1987 г.

в /лглллчасов на заседании Специализированного совета

. У\ ( £ Р' рЗ~«. О1 в Московской сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева.

Адрес: 127550, Москва И-550, Тимирязевская ул., 49, Ученый совет ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью, просьба направить в двух экземплярах.

Автореферат разослан « >1- » л1лаШ/л\лХл . 1987 г.

Ученый секретарь /1 в*

Специализированного совета • Ра б ЛИ на С -11-» ' ] /УА*

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Проблема рационального использования почв в условиях интенсификации земледелия становится для республики Мали все более актуальной. Есть основания считать, что в ближайшие годы в стране может начать ощущаться нехватка земель, если не будет существенно повышена производительность пахотных угодий. В стране намечается реализация программы ирригации и химизации сельскохозяйственных угодий, однако проведение этих работ требует всесторонних почвенных обследований.

Известно, что органическое вещество почв оказывает разностороннее влияние на функционирование и плодородие почв, на их взаимодействие с агрохимикатами. Характер этого влияния определяется химической структурой гумусовых соединений, их взаимодействиями с минеральной частью почвы и другими факторами. Однако исследований в данном направлении с почвами республики Мали проведено крайне мало.

Таким образом, актуальность выполненного исследования определяется необходимостью получения сведений об особенностях строения и свойств гумусовых веществ и их влияния на взаимодействие с различными компонентами минеральных удобрений, в частности,-с фосфатами. Эти сведения помогут, в первую очередь, решению вопросов рационального использования почв и минеральных удобрений, а также понять особенности генезиса и современного функционирования почв в условиях естественных и сельскохозяйственных ценозов.

Цель и задачи исследования. Основной целью работы являлось изучение особенностей гумусового состояния и структуры гумусовых веществ основных типов почв республики Мали и установление характера-влияния гумусовых соединений на взаимодействие почв с фосфатами. Для выполнения поставленной цели решались следующие конкретные задачи. " 1. Оценка основных показателей, характеризующих гумус -ное состояние исследуемых почв республики Мали.

2. Выделение и подготовка к анализу препаратов гумино-вых кислот и фульвокислот исследуемых рр^чв,,

3. Характеристика препаратов-гумусовых веществ, выделенных из различных почв республики методом инфракрасной спектроскопии.

4. Характеристика гумусовых веществ методами ДТА и ТГА.

5. Оценка влияния гумусовых веществ на кинетику сорбции фосфатов почвами.

6. Оценка влияния гумусовых веществ на качественный состав сорбированных фосфатов и прочность их закрепления.

Новизна полученных результатов состоит в. следующем: 1. Методом ИК-спектроскопии выявлены степень обогащения различных групп гумусовых-веществ исследуемых почв отдельными структурными фрагментами (карбоксильные и карбонильные группы, СНз- и СНг-группы, аминогруппы, аро-' матические соединения и др.). 2. Впервые для тропических почв с помощью дериватографического метода удалось выявить ряды почв по снижению термостабильности, гуминовых и фульвокислот. Этим же методом установлена однородность периферических фрагментов гуминовых кислот и, наоборот, четко выраженная неоднородность периферических фрагментов фульвокислот. 3. Выявлена специфическая для некоторых из исследуемых почв особенность влияния гумусовых веществ на сорбцию фосфатов, заключающаяся в возрастании сорбируемое™ и доли прочносвязанных фосфатов под влиянием гумусовых веществ. Дана количественная оценка этого явления.

Научная и практическая значимость полученных результатов состоит в установлении ряда специфических особенностей состава и строения гумусовых веществ недостаточно изученных почв республики Мали и влияния соединений гу? мусовой природы на сорбцию фосфатов почвами. В частности, исследования, проведенные с использованием деривато-графического метода, в первом приближении позволяют оха- *-рактеризовать, устойчивость гумуса в натурных условиях. Обнаруженная, в исследованиях однородность периферических фрагментов гуминовых. кислот и неоднородность у фуль-вокислот, очевидно, является результатом особенностей формирования и функционирования гуматно-фульватного комплекса исследуемых почв.

Исследование по влиянию гумусовых веществ на сорбцию фосфатов свидетельствует, что увеличение уровня гумусйро-ванности исследуемых почв едва ли можно рассматривать в качестве средства оптимизации режима взаимодействия фосфорных удобрений с данной группой почв. Однако полученные результаты не исключают положительного влияния органических веществ негумусовой природы (растительные

остатки, органические , удобрения). Целесообразно проведение исследований в данном направлении.

Быстрая и протекающая в значительных количествах сорбция фосфатов на красно-бурой гидроморфной, буро-красной ожелезненной и бурой тропической почвах дает основание рекомендовать на этих почвах дробное внесение фосфорных удобрений в умеренных дозах.

Свойства исследуемых.почв и особенности состава сорбированных фосфатов (за исключением буро-красной ожелез-ненной почвы) дают основание для проведения исследований по эффективности использования фосфоритной муки.

1. Краткая характеристика почв республики Мали

и некоторые вопросы их рационального использования

В'диссертации приводится краткая характеристика факторов -почвообразования на территории республики: климата, геологических условий и возраста поверхностных отложений, представляющих почвообразующие породы, которые являются различной мощности коры выветривания (Зонн, 1974), рельефа и растительности. Отмечается ярко выраженная неоднородность факторов-почвообразования, приводящая к формированию разнообразного почвенного покрова, тесно связанного, прежде всего, с биоклиматическими факторами. Распределение почв обусловлено преимущественно степенью и характером увлажнения и растительности (Глазовская, 1983; Радченко,1983). На почвенной карте республики Мали выделено 9 типов почв (Радченко, 1966). В то же время номенклатура и классификация почв Мали до настоящего времени: разработаны недостаточно. Значительное место в почвенном покрове республики занимают красно-бурые и бурые тропические почвы.

Для лучшего понимания генезиса и современных процессов, происходящих в почвах республики, для регулирования процессов взаимодействия почвы, с удобрениями и химическими средствами защиты растений необходимы глубокие знания по химии почв, в:частности, по химии органического вещества, по вопросам взаимодействия почв с отдельными компонентами минеральных удобрений. Этими причинами обусловлена необходимость решения сформулированных выше задач данной работы.

2. Объекты и методы исследования

Объектами наших исследований являлись почвы фермы Оаманко, расположенной к юго-востоку от г. Бамако на аллювиальной равнине р. Нигер, и хозяйства СХИ, расположенного в 3,5 км от г. Куликоро на левом берегу р. Нигер. Для экспериментов были взяты следующие почвы: 1. Красно-бу-

рая — хозяйство СХИ; 2. Красная лессивированная— ферма Саманко; 3. Буро-красная ожелезненная — ферма Саманко; 4. Красно-бурая гидроморфная — хозяйство СХИ; 5. Бурая тропическая — хозяйство СХИ.

В работе приводится краткое описание морфологического строения этих почв. Отмечаются светлые тона гумусовых горизонтов, что связано с незначительным гумусонакоплением. Исключение составляет бурая, тропическая почва, у которой темный тон гумусового горизонта соответствует повышенному содержанию гумуса (табл. 1).

По механическому составу горизонты А во всех почвах, кроме бурой тропической, представлены крупнопылевато-иловатым средним суглинком, а у последней почвы — тяжелым суглинком. Нижние горизонты всех почв имеют более тяжелый механический состав.

Все исследуемые почвы отличаются весьма широким соотношением 8102/Я203 в верхних горизонтах, которое постепенно сужается с глубиной. Почвы очень бедны. Са,М§ (в сумме < 1 %), валовыми и подвижными формами азота, фосфора и кзлия. Емкость поглощения всех почв также низкая — 3—10 мг-экв. на 100 г почвы. Верхние горизонты всех почв, за исключением буро-красной ожелезненнои, имеют кислую и слабокислую реакцию (рНСОл. 3,7—5,9).

'.........., Таблица 1

Общий углерод и групповой состав гумуса исследуемых почв

Почва

1. Красно-бурая.......

2. Красная лессивированная .

3. Буро-красная ожелезненная

4. Красно-бурая гидроморфная 5 . Бурая тропическая ....

Примечание: в числителе — кС,общ-

сг-- 8. *б ¥

£ 2 <а $&%

по

0.60 0.36 69,23

0,53 0.43 68,25

0,55 0,59 67,81

0,74 0.74 67,27

0,65 0.98 56,32

% от массы почвы, в знаменателе —

х- 3 - яЗ и О 3

* г Я о и . ж ек а - т и О - Щ * > и

0.16 0.06 0.10

30,76 11,53 19,23

0.63 0,20 0.07 0.13

31.75 11,11 20.63

0.87 0.28 0.10 0,18

32,18 11,49 20,68

1,10 0.36 0,15 0.21

32,72 13,63 19,09

1,74 0.76 0,30 0,46

43,67 17,24 26,43

В табл. 1 приведены данные по содержанию общего углерода органических веществ и групповому составу гумуса исследуемых почв, которые показывают, что рассматриваемые почвы при общей бедности различаются по содержанию гумуса, которое лежит в пределах 1 % (красно-бурая почва) — 3% (бурая тропическая почва). Тип гумуса исследуемых почв также различен, хотя формально по соотношению С,к/Сфв, лежащему в пределах 0,5—1, все они принадлежат к одной. группе почв с гуматно-фульватным составом гумуса. Наиболее близок состав гумуса к фульватному у. красной лсссиви-рованной и буро-красной ожелезнениой почв, наименее — у красно-бурой гндроморфной; Для всех исследуемых почв характерно значительное содержание негндролизуемого остатка (>50% от Собш..), что свидетельствует о закреплении большого количества гумусовых веществ минеральной частью почвы.

Для общей аналитической характеристики почв использованы общепринятые методы. Механический анализ почв выполнялся по Качинскому, валовой — химическими методами после сплавления почвы с углекислыми солями (Арииушки-на, 1066), определение суммы обменных оснований по Кап-пену-Гнльковицу, рН — потенциометричсскнм методом, содержание подвижных форм элементов минерального питания — методами, принятыми для исследуемых почв.

При проведении экстрагирования и подготовке препаратов гумусовых веществ к анализам также использовались общепринятые методы, многократно описанные в литературе (экстрагирование растворами щелочей, концентрирование и очистка на активированном угле, диализ, концентрирование упариванием и др.). Методика подготовки препаратов для ИК-спектроскопии и дериватографин и почв для изучения: сорбции и десорбции фосфатов подробно описаны в соответствующих главах диссертации.

3. Инфракрасная спектроскопия гумусовых веществ

Несмотря на сложность однозначной интерпретации данных ИК-спекторскопии для таких сложных соединений как гумусовые,- имеющийся опыт использования метода позволил получить ценную информацию о характерных структурных особенностях этих соединений (Кононова, Орлов, Черников, Хмельницкий и др.). В ИК-спектроскопии гумусовых кислот удается различать около 20 отдельных полос. По этим данным составлена сводная таблица частот полос для гумусовых веществ и сопутствующих компонентов (Орлов, Шуль-ман, Юхнин, 1972), которая использована при интерпретации полученных данных.

Как уже указывалось, в работе использовались обычные

приемы выделения, очистки и-подготовки препаратов гумусовых "веществ для ИК-спектроскопин. Однако, не во всех случаях удалось получить препараты как гуминовых, так и фуль-вокислот с низкой зольностью (порядка 4—5%), поэтому в риле, случаев в работе использовались .препараты с зольностью выше 10%, а два препарата (ГК. красной лесснвиро-ванной почвы и ФК буро-красной ожелезненной почвы) име-.ли зольность 30% и более. . .

ИК-спектры снимались на двухлучевом спектрофотометре иЯ.— 20 (ГДР) методом таблетировання с КВГ в диапазоне волновых чисел 4000—2600 и 1900—400 см-1.

В диссертации приводятся полученные спектры, анализ которых позволяет отметить следующее. По набору полос поглощения и соотношению их ннтенсивностей гуминовые кислоты исследованных почв можно разделить на три группы. К первой относятся гумииопые кислоты красно-бурой, гидро-морфной и бурой тропической почв. У этих почв спектры сходны, в частности, можно отметить следующие особенности гуми-новых кислот этих почв: наличие значительного количества кислородсодержащих группировок (полосы поглощения при 1210, 1170 и 1160 см-1), включая свободные карбоксильные.группы (1710 см-1), ионизированные карбоксильные группы: наличие полос, обусловленных присутствием аминогрупп.

Спектроскопическая характеристика гуминовой кислоты красной лесенвированной почвы несколько отличается от'та-КОМ для первой группы. Для нее характерно наличие в спектре интенсивной полосы поглощения в области 400 см-1, обусловленной примесью минеральных компонентов, четкие, но малоинтенсивные полосы поглощения карбоксильной группировки и кзрбокенлат-иона и достаточно четкие полосы поглощения валентных колебаний СНз- и СНг-групп. При этом следует отметить, что полосы поглощения карбоксильной группировки интенсивнее, чем полоса поглощения карбокси-лат-нона при 1620 см-1, в то время кзк для гуминовых кислот первой группы характерна обратная картина.

Гуминовая кислота буро-красной ожелезненной почвы по своим спектроскопическим свойствам существенно отличается от гуминовых кислот первых двух групп почв. Наиболее интенсивной полосой в спектре данной гуминовой кислоты является полоса поглощения карбонильной группировки. Полосы поглощения минеральных компонентов отсутствуют, а полосы поглощения-валентных колебаний СНз- и СН2-групи сравнимы по интенсивности с полосой поглощения карбо-нилыюй-группировки. Можно допустить, что гуминовые кислоты данной почвы в наибольшей степени содержат в своем составе алифатические группировки, что хорошо согласуется с данными термического анализа. • ..

Фу львокнсл оты (ФК) исследуемых почв существенно отличаются от гумнновых кислот.'Общим для фульво-кислот является слабая выраженность' полос -1 поглощения валентных колебаний в области 4000—2000 см-1. Валентные колебания СНз- и СН2-групп при 2930 см-1 и 28в0 см-1 отмечаются лишь в виде небольших выступов. То же самое отме; чается в области 3050 см-1 (соединения ароматического характера).

В области спектра 1900—400 см-1 у всех фульвокислот, кроме ФК буро-красной почвы, имеются три интенсивных полосы поглощения при 1570—1590 см-1, 1400 см-1 и 10Б0— 1110 см-1. Из этих полос наиболее интенсивной является полоса поглощения при 1400*см-1. Первые двеполосы обусловлены карбоксилат-ионами, а последняя — наличием кислородсодержащих группировок. В отличие от остальных почв, фульвокислоты буро-красной ожелезнснион почвы характеризуются отсутствием полосы поглощения при 1580 см-1, а полоса поглощения при 1110 см-1 интенсивнее, чем при 1400 см-1. Кроме того; у фульвокислот этой почвы имеется полоса поглощения в области 1700 см-1. В области 800— 400 см-1 отмечается несколько полос поглощения, обусловленных наличием минеральных примесей и сульфат-нона, и интенсивность этих полос хорошо согласуется с данными термического анализа и величиной зольности анализируемых препаратов. ;. -

4. ~ Дериватографическое исследование гумусовых веществ

Для оценки термостабилыюсти и некоторых структурных особенностей строения гумусовых кислот почв удобными и доступными являются дифференциально-термический (ДТЛ) и термо-гравиметрический (ДТГ) методы анализа. Для количественной оценки участия термостабильных компонентов в построении молекул гумусовых веществ предложено использовать данные ДТГ. Такую оценку можно провести по отношению потерн массы в низкотемпературной области к потере мзесы в высокотемпературной области, определяемому как показатель Ъ (Хмельницкий с соавт., 1977; Черников с соавт., 1977).

Для работы использовались те же препараты, что и при съемке ИК-спектров. Съемка дериватограмм осуществлялась на приборе «Дериватограф» системы Па улик, Эрдеи (ВНР) при свободном доступе воздуха в печное пространство с автоматической регистрацией кривых. Навеска препарата составляла в среднем 95 мг. Полученные результаты обобщены в таблицах 2 и 3.

Проведенные дериватографические исследования обнаружили общие черты и характерные особенности гумусовых ве-

Почва

1. Красно-бурая......

2. Красная лесснвированная

3. Буро-красная ожелезненная

4. Красно-бурая гидроморф-ная . .' .......

Дериватографическая характеристика 1уминовых кислот

ДТА

Эндоэффекты Экзоэффекты

90°

' 90°, 160° (очень слабый)

90°

80°

90°

5. Бурая тропическая . .

Примечание. W —потеря массы '(%)■

320° (пл.), 485° 305°, 415° (плечо)

385°, 425° (пл.), 485°

310° (пл.), 480° 325° (пл.), 475°

ДТГ,

W%

90° • 305° 365°. 460°

П,5%. 8,6% 11,5% 64,3%'

90° 280° 415° ' 485°

18,5% 27,9% 19,7% 33,7%

85° 280° 415° 485°

14,4% 12,8% 28,7% 43,1%

80° 310° 360° 475°

17,1% 13,6% • 6,43% 61,5%

90° 300° 360° 465° '

12,2% 12,8% 11,5% 63,5% •

0,315

0,523

0,963

0,309

0,540

Почва

Дериватографическая характеристика фульвокислот ДТА

Эндоэффскты Экзоэффекты

ДТГ,

\Ы%

1. Красно-бурая 80", 175", 275' 210', 525' 60° 130° 165° 205' 275° 525'

4.84 2,69 7,52 13,5 36.0 35,5

2. Красная лессивировакная . 90', 175', 260', 535° 75' 175° 210* 260° 315° 535°

290' 6,75 7,38 10,7 19,5 23,5 32,2

3. Буро-красная (ожелешенная) 90', 205', 275' 470' 90' 205° 275° 295' 470°

6,35 13,5 31,7 27,0 21,4

4. Красно-бурая гидроиорфная 60°, 160°, 270° 210°, 495°(плечо),525° 80° 180° 210° 270° 525°

6.17 Ш 8.03 37,0 37,0

5. Бурая тропическая 60°, 120°, 160° 540' 80° 120° 175° 200° 250' 295°

3,7 540° 3,7 11,1 13,0 11,7 9,25

47,5

1,68 1,90 3,54 1,53 1,03

ществ (ГК и ФК) исследуемых почв. По термостабильности гумусовые соединения всех почв четко обнаруживают в своем составе стабильные (ядерные) и' лабильные (периферические) фрагменты. По соотношению термолабнльных и термостабильных структур фульвокнслоты всех почв существенно отличаются от гумнновых кислот.

Общей чертой гуминовых кислот (ГК) всех исследуемых почв является относительная однородность периферических фрагментов, претерпевающих термическое разрушение в процессе одной или двух реакций.

Периферическая часть фульвокисл'от' всех исследуемых почв, наоборот, представлена разнородными фрагментами, которые разрушаются в процессе трех-пятн реакций. На этом сходство исследуемых препаратов заканчивается.

Отметим специфические особенности гумусовых веществ различных почв, обнаруживаемые методом дериватографни.

Красно-бурая почва. Одна из почв с наиболее стабильным гумусом как гуминовых, так и фульвокислот, о чем свидетельствует низкая доля периферических фрагментов, -

Красная лессивированная почва. В отличие от предшествующей почвы характеризуется несколько более низким относительным содержанием стабильных ядерных фрагментов и, соответственно, более развитой периферической частью.

Буро-красная, (ожелезненная) почва. Характеризуется наиболее развитой периферической частью, в особенности у фульвокислот, и более «рыхлым» сложением ядерных фрагментов, о чем свидетельствует их разрушение в относительно более низких температурных областях. В этой почве устойчивость ядерных фрагментов фульвокислот и гуминовых кислот приблизительно равны, в отличие от других почв, в которых фульвокнслоты характеризуются "повышенной устойчивостью ядерных фрагментов по сравнению с гуминовыми кислотами. Возможно, что повышенная зольность выделенных препаратов фульвокислот этой почвы связана с хорошо развитой периферической частью, способной закомплексовать многие минеральные элементы.

Красно-бурая гидроморфная почва по сравнению с другими характеризуется наименее развитой периферической частью гуминовых кислот, а также сла'бым развитием периферических фрагментов фульвокислот.

Бурая тропическая почва характеризуется средним развитием периферической части гуминовых кислот и минимальным развитием периферических фрагментов фульвокислот.

Конечно, было бы весьма интересно сопоставить полученные данные с особенностями генезиса и современного функционирования исследуемых почв. Однако четких связей и зависимостей такого рода обнаружить не удалось.

5. Влияние органического вещества на сорбцнонные - взаимодействия фосфатов с почвами республики Мали >

Теоретические представления и литературные данные свидетельствуют, что органическое вещество должно оказывать заметное влияние на фосфатный режим тропических почв. Приведенные исследования структурных особенностей гумусовых веществ" методами "ИКС и дериватографии показывают, что гуминовые кислоты и фульвокислоты из различных почв обладают в различной степени развитой периферической структурой и системой функциональных групп. Следовательно, в различных почвах гумусовые кислоты в разной степени могут-взаимодействовать с активными минеральными поглотителями фосфатов — железом, алюминием, кальцием и другими. [Следствием этого может быть различный характер и прочность закрепления фосфатов почвой. .

Нами проводилось изучение кинетики сорбции в динамических условиях с использованием радиоактивного фосфора *Р32 по методике, предложенной для почв Л.Д.Фокиным (1963). Радиометрические измерения проводились дискретно, без непрерывной.записи.. В колонку подавался раствор фосфата КН2РО4 с концентрацией 2,5 мг Р2О5 в литре. Такая концентрация имеет тот же порядок, что и вл почвенных

растворах._. . -. • • -

Для изучения химического состава сорбированных фосфатов последние вымывались из колонки различными растворами, принятыми в методе Чанга-Джексона. Экстрагирование проводилось до постоянной активности слоя почвы в к-олонке. Полученные кривые вытеснения, вместе с графиками- по кинетике сорбции, откладывались на общей диаграмме, по которой оценивалась доля (в %) каждой химической формы вытесненного фосфата.

, Исследования кинетики сорбции состава сорбированных фосфатов осуществлялись с образцами исходных почв, а также после окисления в них основной части органического вещества путем многократной обработки почв в фарфоровых чашках при нагревании на водяной бане. Таким путем 70% исходного органического вещества было удалено. . . • . .В табл. 4 приведены значения величин сорбции Б . при достижении сорбшюнного . равновесия .для всех исследуемых образцов. •

Отметим основные особенности полученных результатов. 1. Кривые имеют, в общем, типичный характер. В первом приближении можно считать, что сорбция протекает как бы в две стадии: очень быстрая первая стадия, на которой"сор-бируется 70—90% от всего сорбируемого фосфора при установлении равновесия, которая заканчивается уже послепер-

и

вых • 3—5 - минут взаимодействия; медленная последующая стадия, заканчивающаяся не менее чем * через час взаимодействия.

Таблица 4

Значения величин сорбции при установлении равновесия (Б/- ) • • мг Р205. Сорбция фосфатов из 0,01 н. раствора КН2РО« в динамических условиях

Почва Исходные образцы После удаления части органического вещества Н202

• 1. Красно-бурая....... 2. Красная лессивированная , . 3. Буро-красная' (ожелезненная) . 4. Красно-бурая'' гидроморфная . 4,8 4.5 21,0 25,8 10.6 7,2 7.7 6.9 8.0 4.8

2. Обработка перекисью водорода приводит к более резкому переходу, от одной стадии к другой, кривые приобретают более выраженный Г-образный характер.

3. Исходные почвы очень сильно различаются по.сорби-руемости фосфатов. Особенно выделяются по величине сорбции красно-бурая и буро-красная (ожелезненная) почвы, что, по-видимому, объясняется состоянием в них полуторных окислов. Слабее других сорбировала фосфаты красная лес-сивированная почва, что объясняется, скорее всего, пониженным содержанием в ней аморфных полуторных окислов, являющихся активными поглотителями фосфатов.

4. Обработка почв Нг02 существенно изменила их сорб-ционные свойства по отношению к фосфатам. Характерно, что почвы, исходные образцы которых слабо сорбировали фосфаты (красно-бурая и красная лессивированная) после обработки их перекисью водорода увеличили сорбируемость, а остальные, наоборот, снизили, причем довольно существенЛ но — в 2—3 раза. Такой результат, очевидно, связан с исходным состоянием-полуторных окислов и спецификой их изменения под. влиянием обработок перекисью водорода.

Во всех случаях кинетика сорбции фосфатов может быть описана уравнениями внутренней диффузии, начиная со времени взаимодействия от 2—4 минут.

♦ Для красно-бурой почвы вся кинетическая кривая укладывается в рамки одного процесса, характеризующегося одним значением кинетической константы, и коэффициента внутренней диффузии. Эта особенность сохраняется и после обработки. исходного образца - перекисью водорода. Все остальные кривые Б1=Г(1) состоят из двух линейных участков, что го-

Таблиц'а 5

„ . (мг РА/г

Состав сорбированных фосфатов 1— ^

Почвы

Группы фосфатов Исходные ••• Обработанные Н,02

• .

1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

а) Общее количество сорбирован- 4,8 4,5 21,0 25,8 10,6 7,2 7,7 6,9 8,0 4,8

100 100 100 100 100 100 100 100 100 100

б) Рыхлосвязанные фосфаты , . 3,9 3,0 1и 11,0 3,6 5,6 5,3 4,0 5,0 3,3

81 65 54 43 34 77" 69 60 63 68

0,2 0,9 7,6 8,0 0,4 • 0,9 1,6 2.0 1.9 0,7

5 21 36 31 4 12 ' 21 29 24 14

г) .Фосфаты Ре....... 0,2 0,1 0,6 3,9 0,6 0,1 0 0,6 0,3 0,2

4 3 3 15 5 2 0 8 4 .....4

д) Фосфаты Са . • . •, . . , . 0 0 0,6 0,6 0 0,1 0,3 0.1 0,3 0.4

0 0 3 2 0 2 4 1 3 9

е) Неэкстранируемые фосфаты . 0,5 0.5 0,9 2,3 6,0 0,5 0,5 0,2 0,5 0,2

10 11 4 9 57 7 6 • 2 6 5

Обозначения почв: 1 — красно-бурая, 2 — красная лессивированная, 3 —; буро-красная (ожелезнениая), 4 —. крас». но-бурая гидроморфная, 5 — бурая тропическая. .

ворст о наличии-двух качественно различных сорбционных центров, характеризующихся различными значениями кине-.тических констант В и коэффициентов внутренней диффузии. При'.обработке почв перекисью водорода двойственность сорбционных мест сохраняется, но существенно изменяются коэффициенты В и Б1,а также время, характеризующее переход от преобладания одного типа сорбции к преобладанию другого. В общем можно считать, что обработка перекисью водорода приводит к более четкому проявлению сорбции, описываемой двумя различными параметрами В и Бь Для удобства сравнения данные по составу сорбированных фосфатов в абсолютных н относительных величинах обобщены в табл. 5. Эти данные показывают, что все почвы, за исключением бурой тропической,-характеризуются относительно благоприятным режимом взаимодействия с фосфатами, о чем свидетельствуют высокие значения величин для доли рыхло -связанных фосфатов, а также относительно, доступных для растений фосфатов, экстрагируемых из почвы 0,1 н. КИ4Б — вытяжкой. .

Для всех почв-характерно крайне низкое участие соединений кальция в сорбции фосфатов, что связано с малым содержанием данного элемента в исследуемых почвах.

Обработка почвы перекисью водорода привела к несколько неожиданному результату, в частности, к относительному увеличению доли рыхлосвязанных и.снижению неэкстрагн-руемых фосфатов. Как мы уже отмечали,.возможно, что перекись водорода вызывает перестройку минеральных компонентов, являющихся активными поглотителями фосфатов. Если это так, то перекись водорода не всегда может-быть использована в экспериментах по оценке влияния гумуса на какие-либо процессы в почвах.

Выводы

1..Дана.оценка основных показателей, характеризующих. гумусное состояние пяти почв сельскохозяйственных районов республики Мали. Отдельные группы гумусовых веществ охарактеризованы методами ИКС, ДТЛ и ТТЛ. Оценено влияние гумусовых веществ на кинетику сорбции фосфатов почвами и дан качественный состав сорбированных фосфатов.

2. Все исследуемые почвы отличаются низким уровнем гумусированности, не превышающим в большинстве случаев 2%. Только бурая тропическая почва содержит 3% гумуса.

Своеобразие группового состава гумуса исследуемых почв состоит в преобладании негидролизуемого остатка, количество которого составляет от 56 до 69% от общего углерода. Групповой состав- всех исследуемых почв характеризуется как гуматно-фульватный (соотношение Сгк : СфК в пределах

И

0,5—1,0) и приближается к фульватному в красной лессиви-рованной и буро-красной (ожелезненной) почвах (Сгк: СфК соответственно 0,53 и 0,55). • - •

Крайне низкое содержание в исследуемых почвах кальция (валового не более 0,4%), высокое содержание негидро-лнзуемого остатка дают основание предполагать, что значительная роль во взаимодействии гумусовых веществ с минеральной частью почвы принадлежит, полуторным- окислам. Об этом же свидетельствует состав: золы в выделенных препаратах-. гумусовых веществ:(преобладание полуторных окислов, в особенности железа).. --•'-. "..♦.' - -3. Стандартные-методы-выделения, подготовки и очистки препаратов гумусовых.веществ исследуемых почв (щелочная экстракция, центрифугирование, обработка, щелочами.и кис< лотами.насорбентах, хроматография, диализ и пр.) не.по-зволили в ряде случаев получить препараты а низкой золь» ностью, особенно для гуминовых кислот, В связи с этим-в дальнейших исследованиях использовались как препараты, с относительно низкой зольностью (4—5%),.так_и.с высокой, составляющей десятки процентов.

. 4. Инфракрасные спектры-выделенных препаратов характеризуются типичным"!! полосами поглощения, характерными для гумусовых-, веществ. В качестве специфических- особен» ностей строения: отдельных групп соединений, обнаруженных методами. ИК-спектроскопин, отмечаются следующие:

— наличие: значительного, количества кислородсодержащих группировок преимущественно свободных и ионизированных карбоксильных групп в гуминовых. кислотах красно» бурой, красно-бурой гндроморфной и бурой тропической почв; . . _ . ...

♦ — наличие четких-полос поглощения .карбонильной груп»_ пын валентных, колебаний СН3- и СНг-групп в препаратах" гуминовых кислот красной лесснвированной и буро-красной ожелезненной почв,, что свидетельствует о достаточно высоком' содержании в них. алифатических фрагментов;

— слабая выраженность полос поглощения, характерных для ароматических-фрагментов и наличие четких полос кис* лородсодержащих. группировок, карбоксилат-иона, а также' минеральных.прнмесей для всех фульвокислот. • •

5. Дериватографические исследования выделенных препаратов гумусовых.веществ обнаружили -четкое деление всех соединений на.ядерные и периферические фрагменты, однородность периферических фрагментов гуминовых кислог и, наоборот, разнородность периферических фрагментов фульвокислот. .... .. По снижению термостабильности гумусовых веществ-ис-следуемые почвы образуют следующие ряды.--- . . - .'

- а) Для гуминовых кислот!

Красно-бурая - Красно-.> Красная лес- А Бурая А Буро-красная' гидроморфная бурая сивированная тропическая ожелезненная

б) Для фульвокислот:

Бурая > Красно-бурая • > Красно- > Красная лес- > Буро-красная тропическая гидроморфная бурая сивированная ожелезненная

Термостабильность фульвокислот значительно ниже термостабильности гуминовых кислот.

6. Исследуемые почвьг значительно (в 4—5 раз) различаются по сорбируемости фосфатов.,В наибольших* количествах сорбировали фосфаты буро-красная ожелезненная и красно-бурая гидроморфная почвы. Менее других сорбировала фосфаты красная лессивированная почва.

. .7. Гумусовые вещества окзывают существенное, но неоднозначное влияние на сорбцию фосфатов исследуемыми почвами. Удаление гумусовых веществ из почв, слабо сорбирующих фосфаты (красно-бурая и красная лессивированная), приводит к возрастанию сорбции (в 1,5 раза), что дает основание считать, что гумусовые вещества этих почв прочно связывают часть полуторных окислов, способных после освобождения увеличить сорбцнонную способность почвы. Удаление органического вещества из остальных почв приводит, наоборот, к существенному (в 2—3 раза) снижению сорбируемости фосфатов. В данном случае в сорбции фосфатов значительную роль играют, по-видимому, минерально-гумусовые соединения, разрушение которых перекисью водорода и приводит к снижению сорбции фосфатов.

8. Гумусовые вещества оказывают влияние на качественный состав сорбированных фосфатов. Частичное удаление гумуса с помощью Н2О2 приводит к возрастанию доли рыхло-связанных фосфатов, а также к незначительному возрастанию доли фосфатов кальция.

Таким образом, гумусовые вещества, в целом, не оказывают заметного положительного влияния на режим сорбированных фосфатов, как это имеет место в почвах умеренной .зоны. Возможно, что такой эффект связан со спецификой самих гумусовых веществ или особенностями их взаимодействия с полуторными окислами, которое приводит не столько к блокировке последних, сколько к их активизации.

9. Кривые кинетики сорбции фосфатов исследуемых почв имеют типичный «двустадийный» характер с быстрым протеканием процессов сорбции в первые минуты взаимодействия и замедленным на последующих этапах. Обработка НаОг приводит к. более резко выраженной «двухстадийной» сорбции.

10. После 2—4 минут взаимодействия кинетика сорбции фосфатов на всех исследуемых почвах лимитируется процес-

сами внутренней диффузии. Удаление органического вещества из почв с помощью перекиси водорода приводит к 2— 3-кратному снижению коэффициентов, что, очевидно, связано с изменением кристаллических параметров почв. Природа этого явления и участие в нем конкретных минеральных соединений требуют дальнейшего изучения.

Рекомендации по использованию результатов исследований

1. Данные о специфических особенностях структурных фрагментов, содержании кислородсодержащих и алифатических фрагментов в гумусовых веществах, об их термостабильности, об особенностях сорбции фосфатов рекомендуем использовать в курсах лекций и на семинарских занятиях при изучении тропических почв.

2. Неоднозначность результатов по влиянию гумусовых веществ на сорбцию фосфатов исследуемыми почвами даег основание рекомендовать проведение исследований в области изучения влияния органических веществ негумусовой природы (растительные остатки, органические удобрения) на сорб-ционные взаимодействия и режим фосфатов в исследуемых почвах.

3. Ввиду значительной и быстрой сорбции фосфатов целесообразно дробное внесение фосфорных удобрений в умеренных дозах, особенно ' на красно-бурой гидроморфной, буро-красной ожелезненной и бурой тропической почвах.

4. Свойства почв и особенности состава сорбированных фосфатов (кислая реакция, крайне низкое содержание фосфатов кальция) дают основание предполагать высокую эффективность фосфорных удобрений типа фосфоритной муки (за исключением буро-красной ожелезненной почвы). Целесообразна экспериментальная проверка этого предположения.

Объем I1/* п. л.

Заказ 619.

Тираж 100

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

Бесплатно