Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ТОРФЯНЫХ, ТОРФЯНО-ГЛЕЕВЫХ И ТОРФЯНИСТО-ПОДЗОЛИСТО-ГЛЕЕВЫХ ПОЧВ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ТОРФЯНЫХ, ТОРФЯНО-ГЛЕЕВЫХ И ТОРФЯНИСТО-ПОДЗОЛИСТО-ГЛЕЕВЫХ ПОЧВ"

¿'ММ

к

ФАКУЛЬТЕТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ

На правах рукописи

ГОРЕЛОВА ТАИСШ АНДРЕЯНОВНА

ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ТОРФЯНЫХ, ТОРФЯНО-ГЛЕЕШХ И ТОРФЯНИСТО-ПОДЗОЛИСТО-ГЛЕЕВЫХ

ПОЧВ

Специальность 06.01.03 - почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук

ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА* 1982

¿а—ТгС- О

Работа выполнена на кафедре химии почв факультета почвоведения Московского Государственного Университета им.М.В.Ломоносова

Научный руководитель - доктор биологических наук,

профессор Д.С.Орлов

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук

И.Н.Скрынникова кандидат биологических наук . Л.Г.Богатырёв

Ведущее учреждение - институт торфа АН БССР

Защита состоится на заседании Учёного Совета факультета почвоведения [ЛГУ 19<Л2т. в Малой аудито-

рии зоны "Д".

С диссертацией мояшо ознакомиться в библиотеке факультета.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании Учёного Совета, а отзывы на автореферат яросим направлять (в двух экземплярах) по адресу: 1X7234,Москва, МГУ, факультет почвоведения.

Автореферат разослан

Учёный секретарь Специализированного Совета, доцент

И.П.БаСьева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Широко, распространённые в Нечерноземной зове РСФСР торфано-болотвые почвы характеризуются чётко выраженными особенностями; это почвы избыточного увлажнения, резервуары влаги и регуляторы водного режима; уровень накопления органического вещества в них достигает 90-955. Решение вопросов генезиса торфяно-болотных почв, их рационального использования требует изучения особенностей процесса гумусообразования в условиях избыточного увлажнения.

Исследованиями В.Н.Сукачева, С.Н.Твремяова, Н.Я.Каца, И.Н.Скреншиковой, Н.И.Нейштадта и др. вскрыты общие закономерности заболачивания. Накоплен материал по режиму влажности торфяно-болотных почв, выполнены исследования окислительно-воостановит едьных процессов (Н.И.Нейртад, Ф.Р.Зайдельман, Н,И.Пьяв-ченко, И,И.Лиштван, И.М.Нестеренко), но крайне недостаточно исследован процесс гумификации. Литературные данные по характеристике органического вещества, как правило, относятся к отдельным образцам торфа (С.С.Драгунов, М.Н.Никонов, С.И.Перлин, В4В. Пономарева, Т.¿.Николаева, Н.Н.Баыбалов), мало изучен гумусовый профиль торфяно-болотных почв.

По интенсивности и направлению процессов гумусообразования переувлажнённые лочвы существенно отличаются от почв автоморф-ных ландшафтов. Анализ экстремальных условий гумификации, характерных для торфяно-болотных почв, имеет и общее генетическое значение, позволяя полнее оценить факторы и выявить механизм формирования специфических гумусовых веществ. В связи с задачами правильного и более интенсивного использования и мелиорации почв Нечерноземья, выдвинутыми постановлениями ЦК КПСС и Совета Министров СССР, а также ХХУ1 съездом КПСС, исследования гумуса торфяно-болотных почв приобретают большое практическое значение.

Цели и задачи исследования. Закономерности процесса гумусообразования в торфяно-болотных почвах могут быть вскрыты при изучении органического вещества всего почвенного профиля и в связи с условиями их формирования. Дня понимания характера гумуса торфяно-болотных почв, формирующихся в условиях избыточного увлажнения, необходимо сравнительное изучение органического вещества почв сопряженных ландшафтов и сопоставление органического вещества торфяно-болотных и минеральных почв. В работе были пос-

г; в.!. г я. смп-з

тавлеш следующие задачи:

X. Изучить закономерности накопления и распределения гумуса в почвах сопряжённых ландшафтов, сменяивдхся под влиянием усиливающегося увлажнения.

2. Выявить особенности состава гумуса гидроморфных почв.

3. Исследовать природу специфических гумусовых кислот, обуславливающих характер гумуса дерново-подзолистых и торфяно-болотвнх почв, формирующихся в резко различных условиях увлажнения.

4. Выявить взаимосвязи показателей гумусного состояния для торфов различного генетического типа.

5. Обосновать понятие "степень гумификации" применительно к торфам.

Научная новизна результатов исследования. Установлено, что гумусообразование в почвах сопряжённых ландшафтов существенно зависит от характера увлажнения. Изменение степени гидроморфиз-ма вызывает изменение количества органического вещества и его профильного распределения, а также качественного состава. Изменение количества органического вещества по мере нарастания гидроморфизма от дерново-подзолистых до торфяных почв соответствует изменение качественного состава гумуса: при накоплении органического вещества состав его меняется в сторону большей гуматности. Резко различаясь по составу органического вещества в количественному содержанию гуминовых кислот, дерново-подзолистые и торфяные почвы характеризуются близким уровнем сформи-рованности ("зрелости") гуминовых кислот. Гуминовые кислоты изученных почв отнесены к бурым гумияовым кислотам восстановленным. Установлены предела колебаний показателей состава органического вещества торфа. Предложен показатель гумификации торфа для определения степени гумификации и разработана шкала для оценки гумификации торфа.

Практическая ценность работы. Результаты проведённых исследований предлагается использовать при решении теоретических вопросов почвоведения и для классификации торфяно-болотных почв.

Полученные нами результаты могут быть применены при оценке плодородия торфяно-болотных почв, при разработке наиболее рациональных приёмов использования торфяно-болотных почв и применения удобрений. Определение степени гумификации торфа имеет

практическое значение при оценке качества торфа и позволяет четко подразделять различные торфе по сельскохозяйственной пригодности.

Аггрг^ятрга, Диссертация рассмотрена и рекомендована к защите яа заседании кафедры пиа почв факультета Почвоведения МГУ в октябре 1981 г. и на заседания отдела изучения торфа и торфяных почв Центральной торфо-болотной опытной станции в ноябре 1981 г.

Материалы диссертации были доложены на 1У конференции молодых учёных института Агрохимии и Почвоведения АН СССР Шущино Московской обл., 1978), на II зональной семинере-оовещении по проблеме "Охрана природа Нечерноземной зоны РСФСР в связи с программой её мелиорации" (Иваново, 1978 г.),на III научной конференции молодых учёных МГУ в 1979 г., на научно-технической конференции "Химия гумусовых кислот, их роль в природе а перспективы использования в народном хозяйстве" (Тшень, 1961).

Публикация» По результатам исследований опубликовано 4 работы.

Объём работе.Диссертационная работа изложена н&jtcf страницах машинописного текста, включает <tS таблиц и рисунков. Она состоит из введения, 6 глади выводов. Список использованной литературы насчитывает 2SS~ работ отечественных и 3иностранных авторов.

Глава I. ОСОБЕННОСТИ ГУМУСООЕРАЗОВАНШ В ПЩРШОРФНЫХ ПОЧВАХ И ТОРФЯНИКАХ.

Гвдроморфные почвы широко распространены на земном шаре во всех почвенных зонах. Это груша почв различных типов, которые в настоящее время или в относительно недавне» прошлом переживали значительное влияние избыточного увлажнения (гидроморфизм) (Коцца, Лобова, Розанов, 1967; Ковда, 1973). Гидроморфвые почвы отличаются от автоморфных условиями увлажнения и типом баланса веществ (Роде, Смирнов, 1962; Качинсхий, 1970; Ковда, 1969; 1973; Перельмая, 1975).

Проявления почвообразовательного процесса в условиях пироморфизма сильно зависит от общеклиматических усЛовиЙ, Б таежно-лесной зоне бореального пояса СССР, для которой характерно малое испарение и значительное количество осадков, условия гидро- .

морфиэма возникают в результате застоя поверхностных или выклинивания грунтовых вод различного химического состава. Характерные черты гвдроморфного почвообразования в условиях таёжао-лес-ной зоны - явления восстановления минеральных соединений и торфо-накопление (Веригина, Ыаксимюк, 1940; Оглезнев, 1966; Роде, 1972; Ковда, 1973; Зайдельман, 1975). Характеристика гвдроморфных почв □о специфике минеральных компонентов разработана достаточно хорошо (Зайдельман, 1975). В то ке время особенности гумусного состояния гидроморфных почв изучены явно недостаточно, а опубликованные материалы зачастую противоречивы.

Органическое вещество гвдроморфных почв болотного гида изучали многие исследователи (С,С„Драгунов, 1948, 1963; Б.Е.Раков-скийидр., 1967..1959, 1962, 1965; Т.Т.Ефремова, 1971; М.Г. Басилькова, 1973). В этих работах охарактеризованы особенности торфов различных генетических типов: низинных, переходных,верховых; а групп - моховых, травяных и древесных. Однако, чёткий взгляд на особенности органического вещества торфяных дочв и торфяников отсутствует и нет объяснения составу органического вещества их как гидроморфных образований, а также не установлена связь между составом органического вещества и условиями их формирования.

По мнению одних авторов (Дречина, 1970; Корибская, 1970; Дзядевнч, Матинян, 1975; Дзядевич, 1975) при увеличении степени увлажнения нарастает содержание гуминовах кислот в составе гумуса; в связи с этим отношение Сгв : С^ возрастает.

Другие авторы (Кауричев, Ноздруяова, 1960; Кахаткина, 1975) полагают, что в результате усиления увлажнения содержание гуминовых кислот уменьшается, увеличивается доля фульвокнелот и отношение Срк : С^ снижается.

Цротиворечавость взглядов о влиянии избыточного увлажнения на состав гумуса гидроморфных почв, вероятно, объясняется тем, что сочетание одновременно действующих факторов в условиях гвдро-морфизма мелеет быть разнообразным и попытка вычленить влияние только условий увлажнения, если не учтены другие Ьакторы и история развития, не может дать однозначного ответа.

Глава XX. ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, МЕТОДИКА. И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

Объектом исследования послужили последовательные ряда почв сопряжённых ландшафтов по возрастанию степени увлажнения. Эти ряда начинаются автоморфными дерново-подзолистыми почвами и заканчиваются гицроморфвыми торфяными почвами на торфяниках. Нами изучены почвы трёх геоморфологических профилей в Московской и Новгородской областях. Ряды почв выдраны с учётом различий по механическому составу, растительности, по кислотности и ботаническому составу торфов. Разрезы закладывались на различных элементах сопряжённых ландшафтов. Степень увлажнения нарастала от водоразделов вниз по склону к замкнутым понижениям и оценивалась по увеличению признаков гидроморфности - оглеению и оторфован-ности почвенного профиля.

Шли исследованы следующие ряда почв: профиль I (Московская ойяасть, пахотные почвы) - дерново-среднеподэолистая, дерново-подзолистая глеевая, торфинисто-гле-евая, торфяно-глеевая, торфяная; по механическому составу почвы легкосуглинистые, торфяные горизонты сложены низинными древесво-травянистыми торфами;

профиль II (Новгородская область, целинные почвы) - дерково-подзоашстая слабосформированная, дерново-подзолистая контактно оглеенная, торфянисто-подзолисто-глеевая. торфяно-глеевая, торфяная; почвы данного профиля сформированы под елышком-кислич-ником, по механическому составу - супесчаные, торфяные почвы сложены переходными древесно-сфагновыми торфами;

црофиль В (Новгородская область, целинные почвы) - дерново-подзолистая слабо сформированная, дерново-подзолистая глееватая, торфяно-глеевая, торфяная; почвы сформированы под со снятом-з еле -помощником, по механическому составу - супесчаные, торфяные почва сложены верховыми сфагновыми торфами.

Помимо почв сопряжённых ландшафтов наш исследован набор торфов (50 образцов) различного ботанического состава, степени ' разложения и кислотности.

Матодо исследования. Для того, чтобы получить ответ на поставленные в работе вопросы, были выполнены следующие виды анализов и исследования:

¿-¿¿О

а) общая физическая и химическая характеристика почв и общая характеристика торфов;

б) исследований содержания и состава гумуса;

в) специальные исследования гумусовых кислот.

Физические и химические характеристики почв и торфов были

получены следующими методами: морфологические признаки минеральных горизонтов оценивали в полевой обстановке визуально, ботанический состав торфов определён визуально под мщфоскопом, а степень разложения в соответствии с ГОСТ 10650-72, общее содержание органического углерода в минеральных горизонтах определено по методу И.Б.Тюрина с фенилантраниловой кислотой в качестве индикатора, в торфяных горизонтах - по методу Анстета в модификации В.В.Пономаревой и Т.А.Николаевой.

Были выделены препараты гумусовых кислот из торфяных горизонтов (торфяных почв), сложенных сильно разложившимися торфами, в остальных почвах - из верхних минеральных горизонтов по описанной Д.С.Орловым методике (Орлов и др.,1969). В препаратах был определён элементный состав (С и И микрометодом Прегля, * - по Дша, 0 - по разности), сняты спектры поглощения в видимой области на спектрофотометре Сф-14 и ПК-спектры на приборе ИКС-14 с призмой *аС1, определено содержание углеводов фенолоернокис-лым методом Дюбуа, расчёт количественного содержания фракции РЕ проведён по методу Сато и Осани.

К вопросу о методах изучения состава гумуса почв сопряжённых ландшафтов. Характеризуя состав гумуса почв с различной степенью увлажнения, мы анализировали торфяные и минеральные горизонты. Для сопоставления данных по составу гумуса торфяных и минеральных горизонтов необходимо использовать такой метод извлечения гумусовых кислот, который приемлем как для торфяных, так и для минеральных горизонтов. Метод должен удовлетворять нескольким требованиям. Он должен включать приём, позволяющий удалить обменный кальций, с которым гуминовые кислоты образуют плохо растворимые в щёлочи гуматы кальция, и извлечь соединения, из которых при воздействии щелочных растворов возможно искусственное образование гуминоподобных продуктов. Это достигается путём обработки образцов разбавленными растворами минеральных кислот только на холоду. Метод должен также обеспечить полное извлечение гумусовых веществ, что является необходимым условием ври иссле-

довании торфяных горизонтов; это достигается многократной щелочной экстравшей. Нами было проведено методическое исследование и сопоставление полученных результатов показало, что оптимальным является вариант метода И.В.Тюрина (Д.С.Орлов и др., 1969), который включает: а) декалькирование, б) ыногократнул исчерпывающую щелочную экстракцию, в) извлечение гумусовых веществ на холоду. Этот метод был использован в дальнейших работах.

При изучении торфов и других объектов, содержащих неполностью гумифищрованные остатки, даже этот метод не гарантирует полного исключения возможности искусственной гумификации. Однако, есть основания считать, что это нежелательное явление в наших экспериментах было минимальным, а использование единой методики для минеральных и органогенных горизонтов обеспечивало сопоставимость результатов.

Глава Ш. СОДЕРЖАНИЕ И СОСТАВ ГУМУСА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛКС1Ш И ТОРШНО-БОЛОТНЫХ ПОЧВ.

Закономерности гумусонавопления в ряд? почв с возрастающей степенью гидиоморфизма. Анализ гумусонакопления показал однотипный характер изменения содержания органического вещества и распределения его по генетическим горизонтам по мере возрастания степени пироморфизма почв (рисЛ). Крайние члены изученных рядов почв различаются между собой количеством органического вещества и его распределением по почвенному профилю: дерново-подзолистые аэтоморфные почвы характеризуются низким или средним содержанием гумуса в верхнем горизонте и регрессивно-аккумулятивным типом распределения его по профилю; торфяные почвы характеризуются очень высоким содержанием органического вещества в различных горизонтах и относительно равномерным распределением его по профилю. По мере увеличения степени увлажнения от дерново-подзолистых почв к почвам торфяяо-болотного типа процесс гумусона- • < копления изменялся следующим образом.

В дерново-подзолистых яочвах на легкосуглинистых и песчаных породах в весеняе-летне-осенний сезон в течение периода с температурой выше +10°С влажность верхнего слоя почвы 0 - 30 см находится в интервале ВЗ-ППВ. Такой интервал влажности является оптимальным для автоморфных дерново-подзолистых почв.

ff s

содержанке органического вещества, %

уровни влажности в течение-периода с температурой выше +1СгС

При увеличении влажности в течение периода о температурой выше +10°С до 0,8 ПВ (что характерно для дерново-подзолистых оглееяных и дерново-подзолистых глееватых почв), содержание гумуса и характер его распределения принципиально не меняется по сравнению с автоморфными почвами.

Дальнейшее нарастание влажности, которое в течение периода с температурой выше +Ю°С сохраняется на уровне БРК-ПВ, вызывает увеличение содержания гумуса в поверхностном слое дочвы (дерново-подзолистая глеевая) и изменение характера его распределения по профилю почв - усиливается дифференциация гумусового профиля.

Выход на поверхность грунтовых вод и сохранение такого состояния влажности в течение периода с температурой выше +Ю°С сопровождается резким скачком накопления органического вещества в верхнем слое почвы.

Качественный состав органического вещества. При изучении органического вещества автоморфных и гидроморфаых почв нами были обнаружены все характерные группы веществ, свойственные почвенному гумусу.

В исследованных дерново-подзолистых почвах содержание ли-лидов существенно не различается: относительное содержание ли-пидов колеблется от 7 до 13$ и отвечает максимальным значениям данного показателя, установленным для почв зонального ряда. Вниз по профилю содержание липидов уменьшается. Относительное содержание лшщцов в торфяных горизонтах торфяно-болотных почв изменяется от 3 до 17$, т.е. от минимальных до максимальных значений данного показателя, установленных для почв зонального ряда, и свидетельствует о различных механизмах накопления липидов в отдельных торфяных слоях. Накопление лшщцов в торфяно-болотных почвах обусловлено, главным образом, различной интенсивностью биохимических процессов и степенью разложения торфа.

Значительная часть органического вещества почвы представлена специфическими гумусовыми веществами - гуминовыми кислотами и фульвокислотами.

В составе органического вещества гумусового горизонта изученных дерново-подзолистых почв относительное содержание гумвно-вых кислот соответствует низкому и среднему уровням. По мере нарастания степени гицроморфизма в дерново-подзолистых оглеенных и 3-&13

глееьых почвах уровень содержания гумяношх кислот не меняется. Изменение относительного содержания гушшовых кислот в поверхностных торфяных горизонтах при резком накоплении органического вещества в почвах различных профилей неодинаково - в целинных снижается до очень низкого уровня, в пахотных - увеличивается до высокого (рис. 2).

Рис, 2. Изменение относительного содержания Срк в поверхностных горизонтах почв: I, 2, 3... обозначения почв (см. рис.1)

I - почвы профиля I, II - почва профиля II, III - почш

профиля III

Такой характер изменения содержания гуминовых кислот в ряду почв от дерново-подзолистых к торфяным ми связываем с уровнем биохимической активности.

Изменение относительного содержания фульвокислот по мере нарастания увлажнения поверхностных горизонтов почв, в отличие от гуминовых кислот, однотипно: относительное содержание $улъ-вокислот снижается от 33 - 39? в гумусовом горизонте дерново-подзолистых почв до 7 - 20$ в торфяных горизонтах (рис. 3).

сфк' * к Собщ.

12 3 4 5 6 7

Рис. 3. Изменение относительного содержания С^ в поверхностных горизонтах дачв: I, 2, 3....обозначения почв (см.рис.1)

I - шчвн профиля I, II - ¡точвн профиля II, III - почвы дрофкдя III

Состав гумуса дерново-подзолистых почв гуматно-фульватвый, отношение Сгк:СЛк меньше единицы. В поверхностных торфяных горизонтах состав органического вещества меняется в широких пределах - от йульватногО до фульватяо-гуматяого, а отношение СГ„:С„_

от величин меньше единицы до величин больше единицы (рис. 4).

Вниз но профилю всех исследованных почв дерново-подзолистого типа увеличивается относительное содержание фульвокислот, снижается количество гуминовнх кислот, в результате чего отношение Сря^Ак уменьшается от 0,72-0,60 до 0,42-0,23.

Сгк : Сфк

......»...1 ........ — ■

1 2 3 4 5 6 7

Рис. 4. Изменение отношения CrR;СфК в поверхностных горизонтах почв по мере нарастания гвдроморфизма: I, 2, 3...обозначения почв (см,рис.!)

I - почвы профиля I, II - почвы профиля II, III - почвы профиля III,

Если поверхностный горизонт почвы торфяннА, тогда профильное изменение отношения С^гС^ происходит в соответствии с содержанием органического вещества: очень высокому содержанию органического вещества в нижележащих минеральных горизонтах соот-

ветствует уже гуматный и фульватно-гуматяый состав гумуса, среднему и очень низкому содержанию органического вещества - гумат-* яо-фульватный и фульватннй состав.

Профильное изменение состава органического вещества исследованных торфяных почв коррелирует со степенью разложения торфа: вниз по профилю увеличивается степень разложения и нарастает отношение Ср^гС^. Самые высокие величины отношения Сгк:Сфр;, ' достигающие 2-3, отвечают наиболее разложившимся торфам. Рост отношения 110 мере повышения степени разложения происхо-

дит преимущественно за счёт увеличения относительного содержания гуминовых кислот (колеблется от 2,6 до 33:5), относительное содержание фульвокислот остаётся в различных горизонтах одной почш практически на одном уровне (рис,5). Эта закономерность установлена для торфяных почв, но не характерна для почв зонального ряда. В торфяных горизонтах различных почв выявляется тенденция изменения относительного содержания фульвокислот как функция количества минеральных компонентов. Уровень содержания фульвокислот в торфяных почвах значительно ниже, чем в дерново-подзолистых почвах, что также косвенно подтверждает роль минеральных компоненте в накоплении фульвокислот.

Оптические свойства растворов гуминовых кислот. Е - величины растворов гуминовых кислот, полученных в ходе проведения анализа группового состава органического вещества поверхностных горизонтов дерново-подзолистых и торфано-болотных почв, колеблются от 0,042 до О,117. Характер изменения Е-веллчин гуминовых кислот поверхностных горизонтов неодинаков. Изменение Е~веяичин происходит в соответствии с изменением относительного содержания гуминовых кислот - увеличение количества гуминовых кислот сопровождается ростом Е-величин. Можно думать, что уровни Е-велячин гумкнових кислот поверхностных горизонтов изученных почв, как и содержание гуминовых кислот, объясняются различными условиями формирования и, прежде всего, различным уровнем биохимической активности. Вниз по профилю всех торфяных почв оптические плотности растворов гуминовых кислот остаются практически одинаковыми. Это свидетельствует о близкой или даже единой пр!фоде гуминовых кислот в различных торфяных горизонтах.

Рис. 5. Изменение относительного содержания С и по профилю торфяных почв:

I - раэр.5 (профиль I), II - разр.Ю (профиль II), III - разр,14 (профиль III).

Глава 1У. СВОЙСТВА ГУМИНОШХ кислот

Элементный состав гуминовых кислот. Препараты гуминовых кислот из торфяных и дерново-подзолистых почв по содержанию углерода, водорода и кислорода существенно не различаются. Средний элементный состав гуминовых кислот почв дерново-подзолистого типа может быть выражен следующими величинами: С = 52,5$. Н »- 5,7$, X = О = 37,3$. Торфянйе гуминовые кислоты имеют следующий

элементный состав; содержание С = 53,4/2, Н = 5,4$, JC = 2,8$, О = 38,4$. Различия достоверны только по содержанию азота - в торфяных гуминовых кислотах содержание азота ниже.

Сходство элементного состава подтверждается и при вычислении результатов в атомных процентах. По количеству углерода ( 32,7- 36,9 ат.$ ) гуминовые кислоты дерново-подзолистых и торфяных почв мы отнесли к бурш гуминовым кислотам восстановленным ( Орлов, 1974 ). Исправленные отношения Н:С.о учётом кислородных фикций в молекуле гуминовых кислот исследованных почв находятся в пределах от 1,66 до 1,98, что отвечает циклопарафи-нам или смеси алифатических и ароматических структур. Подсчёт вероятного содержания углерода в алифатических цепях показывает, что углерод гуминовых кислот приблизительно на 79 - 98$ должен быть представлен алифатическими цепями. Согласно данный элементного состава гуминовые кислоты дерново-подзолистых и торфяных почв характеризуются слабовыраженннм ядром и сильно развитой периферией.

Электронные спектры поглощения гуминовых кислот. Гуминовые кислоты как дерном-подзолистых, так и торфяных почв характеризуются низкими величинами оптической плотности. Е-величины гуминовых кислот дерново-подзолистых почв изменяются от 0,039 до 0,048, а коэффициенты поглощения гуминовых кислот торфяных почв - от 0,032 до 0,048. В пределах каждого типа почв наблюдается зависимость величины оптической плотности от отношения С:Н, но при сопоставлении торфяных и дерново-подзолистых почв эта зависимость не выявляется. Гуминовые кислоты торфяных и дерново-нод-золистых почв различаются по величине отношения E^/Eg (коэффициент цветности) : исследованные торфяные гуминовые кислоты характеризуются более высокими значениями коэффициента цветности.

На спектральных кривых некоторых препаратов гуминовых кислот торфяных и дерново-лодзолистых почв отмечены максимумы пог-

лощения б области 625 нм., что указывает на присутствие акции ,Pg . Присутствие фракции Р& в гуминовых кислотах торфяных и дер-ново-подзсюшстых почв, формирующихся в одинаковых биоклиматических условиях, а также' близость гуминовых кислот по спектральным характеристикам подтверждает выводы, сделанные на основе данных элементного состава о том, что торфяные гуминовые кислота по сравнению о гуминовыми кислотами дерново-подзолистых почв не представляют собой резко обособленных соединений со специфическими признаками.

Инфракрасные спектры гуминовых кислот. Инфракрасные спектры исследованных гуминовых кислот сходны со спектр шли, полученными ранее другими авторами для гумусовых кислот почв и торфов ( Дубин, 1968; Бамбалов, 1968; Рождественский, 1969; Юркевич, 1972; Stevenson, Hob, 1971 ). В инфракрасных спектрах поглощения гуминовых кислот обнаружены все полосы, характерные для данной группы соединений. По отдельным полосам поглощения в составе периферической части молекул идентифицированы карбоксильные, фенолгцц-роксильные, карбонильные и другие функциональные группы, сопряжённые двойные углеродные связи циклических группировок. Гуминовые кислоты торфяных и дерново-подзолистых почв оо инфракрасным спектрам различаются мало. Соотношение интенсивное!ей поглощения в областях, характерных для ароматических связей и в областях, обусловленных колебаниями алифатических цепей, свидетельствует о сильно развитой периферической части молекул исследованных гуминовых кислот, что соответствует данным элементного анализа и оптической плотности.

Углеводные компоненты гуминовых кислот. Содержание углеводов в исследованных гуминовых кислотах составляет 8 - 12$, Различия по содержанию углеводных компонентов между торфяными гуминовыми кислотами и гуминовыми кислотами дерново-подзолистых почв недостоверны.

В гуминовых кислотах на долю углерода углеводов приходится от 6 до 10$ общего углерода препарата. Можно полагать, что роль углеводных компонентов в построении молекул гуминовых кислот торфяных и дерново-подзолистых почв значительна.

Глава У. ОСОБЕННОСТИ ГУМУСООЕРАЭОВАНИЯ В ПОЧВАХ РАЗЛИЧНЫХ СТЕПЕНЕЙ 1ВЛАЯНЕНШ

Ниже даётся характеристика этапов и механизмов гумусообра-зования в гидроморфных почвах.

По мере увеличения гццроморфизма происходит изменение характера гумусонакоплеяия: дерново-подзолистые автоморфные почвы характеризуются низким или средним содержанием гумуса в верхнем горизонте и регрессивно-аккумулятивным типом распределения по профилю. Нарастание увлажнения сначала приводит к сравнительно постепенному увеличению содержания гумуса в верхнем горизонте и усилению дифференциации гумусового профиля почвы. При дальнейшем нарастании увлажнения, вплоть до появления грунтовых вод на поверхности почвы, количественные изменения переходят в качественные : скачкообразно накапливается органическое вещество на поверхности в виде торфа и нарастает вверх мощность торфяного слоя.

Изменение степени гвдроморфизма вызывает не только изменение количества органического вещества и его профильного распределения, но и его качественного состава. В составе гумуса дерново-подзолистых почв фульвокислотн ^еобладают над гуминовыми кислотами, отношение Сгк:С^ меньше единицы, и уровень относительного содержания гуминоинх кислот не превышает среднего. Состав органического вещества торфяных почв, резко отличающихся от дерново-подзолистых почв количеством органического вещества, меняется в широких пределах - от фульватного до гуматного, а уровень относительного содержания гуминовнх кислот - от очень низкого до высокого.

Изменение качественного состава органического вещества торфяных почв происходит закономерно, в зависимости от отедии про- . песоа разложения - в процессе разложения увеличивается относительное содержание гуминовых кислот и состав органического вещества меняется в сторону большей гуматности. Особенность процесса гумификации в исследованных торфяно-болотных почвах состоит в том, что количественные изменения состава органического вещества не сопровождаются качественными изменениями природы гумусовых веществ - оптические плотности гуминовых кислот, полученных в ходе ааализа группового состава органического вещества в

различных торфяных горизонтах остаются практически одинаковыми. Это указывает на единую природу гуминовых кислот в различных торфяных горизонтах торфяной почва.

Поскольку процесс разложения торфа носит стадийный характер, состав органического вещества хорошо разложившихся торфов наиболее полно отражает особенности процесса гумификации в условиях пироморфизма. Особенностью органического вещества торфяных почв, сложенных сильно разложившимся торфом, является преобладание в его составе гуминовых кислот над фульвокислотами, уровень относительного содержания гуминовых кислот отвечает высокому, а отношение сгк!сфк достигает нескольких целых чисел. Такой состав органического вещества торфяных почв резко отличается от состава гумуса дерново-подзолистых почв. Изменение количества органического вещества по мере нарастания гидроморфизма сопровождается изменением качественного состава гумуса: яри резком накоплении органического вещества состав его меняется в сторону большей гу-матности.

Своеобразие процессов гумификации органического вещества в торфяных почвах заключается « том, что фульвокислоты остаются сравнительно постоянной частью торфяной массы, причём, она значительно ниже, чем в дерново-подзолистых почвах. Поэтому изменение состава органического вещества торфяных почв в сторону большей гуматности происходит за счёт относительного накопления гуминовых кислот. В отличие от автоморфных условий в гидроморфных условиях происходит накопление и другой группы веществ - лшшдов.

Резко отличаясь по составу органического вещества и количественному содержанию гуминовых кислот, дерново-подзолистые и торфяные почвы характеризуются близким уровнем оформированности самих гуминовых кислот. Молекулы гуминовых кислот дерново-подзолистых и торфяных почв характеризуются слабо конденсированным ядром а сильно развитой периферически частью. Слабая сформирований сть гуминовых кислот этих почв, вероятно, определяется общими биоклиматическими условиями, интенсивностью процессов трансформации органического вещества. Интенсивность ( ;г ) определяется числом актов реакции (и ) в единицу времени ( * ) и может быть выражена через отношение J=n*t или через интегральное изменение концентрации реагирующих вещества - * .до

Для торфяных и дерново-подзолистых почв, формирующихся в

близкой биоклиматической обстановке» общим фактором, ограничивающим скорость процесса, является температура ( сравнительно холодное лето ). В таких условиях интенсивность трансформации органических остатков слабая, отбор устойчивых продуктов гумификации 1фоисходит неактивно, периферическая часть гуминовых кислот слабо минерализуется, потому они слабо обуглерожены и в них велика доля периферических алифатических цепей.

Характеризуясь близкой степенью сформированное™, гумдаовые кислоты дерново-подзолистых и торфяных почв отличаются количественным их содержанием в составе органического вещества; в торфяных почвах накапливается больше гуминовых кислот, чем в дерново-подзолистых. Накопление гуминовых кислот в процессе разложения торфа объясняется тем, что в процессе разложения торфа и погружении его при нарастании нового слоя торфа интенсивность процессов трансформации, благодаря уменьшению биохимической активности, снижается ;г~0. Гумшовие кислоты, образовавшиеся в момент времени , при интенсивности процессов трансформации органического вещества <7, в последующий момент времени ь ^ при ¿2 < ^ сохраняются, поскольку не подвергаются активной микробиологической минерализации. Накопление гуминовых кислот в процессе разложения торфа и их сохранение в условиях глубоких слоев неосушенных торфяных почв обязано высокой биохимической устойчивости торфяных гуминовых кйслот, а также тому, что наиболее доступны микроорганизмам периферические фрагменты гумусовых кислот, но в анаэробных условиях глубоких торфяных горизонтов они не подвергаются активной микробкологической минерализации С Курбатов, 1962; Фокин, 1974 ). Б процессе разложения торфа, несмотря на снижение интенсивности биохимических процессов, продолжается образование новых количеств гуминовых кислот, которые накапливаются в течение времени, т.е.

2[пс] = [ш]31Н + ......

где [гк} - содержание Тумановых кислот, сформировавшихся при J и за время % .

Содержание гуминовых кислот возрастает по мере увеличения абсолютного возраста горизонта. Можно предложить, что в отдельные периода, на определённой глубине, когда сг— О, возраст горизонта уже не будет играть никакой роли, и процесс грансформа-

иди органического вещества прекратится. Именно этим и объясняется наблюдаемая часто на определённой глубине консервация торфа.

Глава У1. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ОЕГАШНЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ТОРФА

При использовании торфяных почв возникает необходимость оценки качества их органического вещества. Качество органического вещества зависит от состава и свойств гумусовых веществ. Состав органического вещества и свойства гумусовых веществ торфяных почв меняются в широких пределах и тесно связаны с разложенностью органических остатков. Характеризуя развитие процесса разрушения органического вещества, используют понятие "степень разложения" или "степень гумификации" торфа. Однако, чётких критериев определения этих понятий нет.

Если процессы разложения, гумификации и минерализации обозначить общим понятием 1раноформация органического вещества, то разложение - это один из процессов трансформации органического вещества, заключающийся в распаде исходных растительных остатков. Гумификация - это также один из процессов трансформации органического вещества, приводящий к образованию и накоплению специфических гумусовых веществ, формированию и усложнению строения самих гумусовых веществ. С этих позиций под степенью разложения следует понимать изменение морфологического строенчя растительных остатков. Степень разложения следовательно может быть измерена, с помощью показателя, который характеризует содержание бесструктурной массы по отношению ко всей массе растительных остатков в торфе С Раковский, Дигулевокая, 1978 ). Степень гумификации - это степень преобразования исходного органического вещества в специфические гумусовые вещества и степень их химической зрелости. Поскольку гумифицированные вещества являются носителями наиболее важных и специфических свойст почв - поглотительной способности, структурного состояния, благоприятных тестовых свойств и других, то определение степени гумификации следует считать не менее важным для определения качества органического вещества торфа, чем степень разложения.

Для определения степени преобразования органических веществ в специфические гумусовые и для характеристики самих гумусовых веществ торфа предложены различные способы С Uelln, Oden, 1916;

£рг1л£вг, 1940; Пономарева, Николаева. Т959уаеДДп, Ко*аилак1,1970; 1вв1г1вап, 1970; Пах&.Ш., 1974|ВаесотЪ в.а., 1977). Однако, конкретные количественные меры "степени гумификации" до сих пор не разработаны.

Нами выявлено, что в торфяных почвах показатели, характеризующие степень преобразования органического материала в гумусовые вещества не сноррелированы с показателями, характеризушими степень сфэрмированяости, «химической зрелости" гумусовых веществ. Поэтому мерой глубины гумификации органического вещества торфяных почв целесообразно использовать два признака, один - для оценки количественной стороны процесса гумификации, степени превращения органических остатков в гумусовые вещества, другой - для оценки качественной сторона этого процесса, процесса "химического* созревания", формирования самих гумусовых веществ.

На основе установленных нами пределов колебаний параметров состава органического вещества торфов различного дроисхоадения для измерения глубины гумификации в качестве меры количественной сторона процесса гумификации выбрано относительное содержание гу-миновых кислот, а в качестве показателя качественной стороны этого процесса - Е-величины гуминовах кислот, измеренные при анализе Группового состава органического вещества.

Тогда степень гумификации торфов может быть измерена с помощью показателя гумификации (ПГТ), который предлагается вычислять по формуле

ПГТ = Сгя . Е ,

где Сгк - относительное содержание углерода гуминовых кислот, найденное в ходе анализа группового состава органического вещества, Б - оптическая плотность растворов гушшовых кислот, содержащих I мг ГК в 100 мл р-ра при длине волны 465 и длине кюветы 1см.

Предложена шкала для оценки гумификации торфа по величине показателя гумификации.

Пределы величин, характеризующие степень гумификации имеют значения целых чисел и ровный шаг:

показатель гумификации (ПГТ) степень гумификации менее 0,5 очень низкая

0,5 - 1,5 низкая

1,5 - 2,5 средняя

2,5 - 3,5 высокая

3,5 - 4,5 очень высокая

ВЫВОДЫ

1. В почвах сопряжённых ландшафтов, характер гумусообразовавши существенно зависит от характера увлажнения. Нарастание увлажнения почв дерново-подзолистого типа! начиная от оптимального, которое находится в интервале ВЗ-ППВ, влечёт за собой постепенное увеличение содержание гумуса в верхнем горизонте и усиление дифференциации распределения гумуса по почвенному профиле. При нарастании увлажнения вплоть до выхода на поверхность почвы грунтовых вод количественные изменения переходят в качественные:'при переходе от почв дерново-подзолистого типа к почвам торфяно-бо-лотного типа скачкообразно нарастает содержание органического вещества. В торфяных почвах дифференциация содержания органического вещества по профилю почвы не выражена.

2. Почва с явно выраженными признаками гидроморфизна отличаются от автоморфшх дерново-додэолнсткх почв по составу гумуса: в почвах дерново-подзолистого типа гумус фульваткыЁ или гу-матяо-фульватный, в почвах торфяно-болотных - тип гумуса охватывает все возможные варианты - от фульватного до гуматяого.

3. В почвах. дерново-подзолистого типа отношение сгк:сфк снижается вниз по профилю и состав гумуса меняется соответственно в сторону большей фульватности. В торфяных почвах отношение сгк=сфк вяиз по профилю, как правило, расширяется и в нижних горизонтах достигает величин порядка 2-3.

4. В органическом веществе торфяно-болотных почв относительное содержание фульвокислот остаётся более или менее постоянным

и отношение Сгк:СфК обусловлено изменением относительного содержания гуминовых кислот.

5. Увеличение отношения сгк:вниз по профилю торфяных почв объясняется увеличением времени течения процесса трансформации органического вещества и степени разложения торфа в нижележащих горизонтах. «

6. Гумияовые кислоты торфяно-болотяых почв по составу и строению аналогичны гуминовым кислотам дерново-подзолистых почв. Гуминовде кислоты торфяно-болотяых а дерново-подзолистых дочв близки по элементному составу, величинам оптической плотности, по характеру инфракрасных спектров и содержанию углеводных компонентов. Они относятся к бурым гуминовым кислотам восстановленным.

7, Установлены пределы колебаний показателей состава органического вещества торфов: относительное содержание гуиияовых кислот меняется о* очень низкого до очень высокого уровня« тип гумуса - от фульватного до гуматяого, оптическая плотность - от очень-низкой до средней. Выбраны параметры для измерения степени гумификации почв торфяко-болотного типа при сравнении о почвами зонального ряда. f

6. Для оценки степени гумификации торфа предложено использовать показатель гумификации, который вычисляется по формуле

ПГТ = Срк ■ Е,

где Срк- содержание углерода гуминовых кислот в $ к С^^, Б - оптическая плотЬость растворов гумияовых кислот, полученных в ходе проведения анализа группового состава органического вещества и содержащих I мг гуминовых кислот в 100 мл раствора при длине волны 465 см-"*" и длине кюветы I см.

9. Разработана шкала оценки степени гумификации торфа до величине ПГТ:

пределы величин ПГТ степень гумификации

менее 0,5 очень низкая

0,5 - 1,5 низкая

1,5 - 2,5 средняя

2,5 - 3,5 высокая

3,5 - 4,5 очень высокая

10. Торфяно-болотные почвы характеризуются очень низкой или низкой степенью гумификации. Степень гумификации торфяно-бодот-ннх почв соответствует степени гумификации дерново-подзолистых

и серых лесных почв.

Материалы диссертации опубликованы в работах:

1. Сравнительная характеристика органического вещества дерново-подзолистых и торфяных почв сопряжённых ландшафтов. Вестник МГУ, сер, почвоведения, № 2, 1978 (в соавторстве).

2. Сравнительная характеристика гуминовых кислот торфа и дерново-подзолистых почв. Тезисы.докладов Республ, Конференции по проблемам минерализации и эрозии торфа. Минск, 1978 г.

3. Новый способ оценки качества органического вещества торфа. Сб. "Проблемы сельскохозяйственного освоения торфяных место-

рождений". Москва, 1980 г.

4. К вопросу об оценке степени гумификации торфов. Тезисы научно-технической конференции "Химия гумусовых кислот, их роль в природе и перспективы использования в народном хозяйстве". Тюмень, 1981 г.

Поди, к печати ¿¿^7-Й/Л - 40$К*

♦к», п. л. ¿5 Уч.-ни, * Яд

Заки Тираж /ЛО

Иэд-ю Московского уаивероггета. Москва, К-9.

ул. Герцем, 6/7. Типография Изд-ва МГУ/ Москва, Ленгоры