Содержание и динамика соединений марганца и железа в подзолистых почвах южно-таежной подзоны Кировской области

Зубкова, Ольга Александровна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Содержание и динамика соединений марганца и железа в подзолистых почвах южно-таежной подзоны Кировской области
ВАК РФ 03.02.13, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Содержание и динамика соединений марганца и железа в подзолистых почвах южно-таежной подзоны Кировской области"

На правах рукописи

ЗУБКОВА Ольга Александровна

СОДЕРЖАНИЕ И ДИНАМИКА СОЕДИНЕНИЙ МАРГАНЦА И ЖЕЛЕЗА В ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВАХ ЮЖНО-ТАЕЖНОЙ ПОДЗОНЫ КИРОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Специальность: 03.02.13 - почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

005542293

Москва 2013

2013

005542293

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Зональный научно-исследовательский институт сельского хозяйства Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого Россельхозакадемии

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук Ш их о в а Людмила Николаевна

Официальные оппоненты: Лыткин Иван Иванович - доктор с.-х. наук,

ГНУ Почвенный институт им. В.В. Докучаева, ведущий научный сотрудник

Ведущая организация: ФГОУ ВПО РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева

Защита состоится «26» декабря 2013 года в 11-00 часов в актовом зале на заседании диссертационного совета Д 006.053.01 при ГНУ Почвенном институте им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии: 119017, Москва, Пыжевский пер., дом 7, стр. 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ Почвенного института им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии

Автореферат разослан «25» ноября 2013 года

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 119017, Москва, Пыжевский пер., дом 7, стр. 2. Диссертационный совет. Факс: 8 (495) 951-50-37; E-mail: lubimova@agro.geonet.ru

Ученый секретарь диссертационного совета,

Уланов Анатолий Николаевич - доктор с.-х. наук, ФГБОУ ВПО Вятская ГСХА, профессор кафедры экологии и зоологии

доктор сельскохозяйственных наук

И.Н. Любимова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Элементный состав почв — важнейший показатель их химического состояния, свойств и генезиса. Железо и марганец являются одними из наиболее распространенных и важнейших компонентов почв. Они могут существенно влиять на процессы почвообразования и активно в них участвовать. Химические элементы также необходимы для жизнедеятельности растений. Как недостаток, так и избыток Мп и Ре приводит к специфическим заболеваниям растений. Марганец и железо являются элементами с переменной валентностью. Их подвижность может изменяться при смене окислительно-восс-тановигельных условий, что характерно для южно-таежной подзоны.

В подзолистых почвах содержится высокое количество как валовых, так и подвижных (извлекаемых ацетатно-аммонийным буферным раствором с рН 4,8) соединений Мп и Ре. Исследованию динамики подвижных соединений Мп и Ёе уделяется мало влияния. Однако изменение их содержания в течение вегетационного периода и под влиянием сельскохозяйственной деятельности может оказывать влияние на кислотность почвы, процессы гумусообразования, развитие растений и др. В свою очередь, содержание подвижных соединений марганца и железа зависит от типа почвы и ее факторов: кислотности, содержания и трансформации органического вещества, микробиологической деятельности, влажности и др.

Степень разработанности темы. Процессы изменения содержания подвижных и кислоторастворимых соединений марганца и железа по профилю почвы и в течение вегетационного периода до настоящего времени изучены недостаточно. В научной литературе мало сведений о содержании и закономерностях сезонной динамики подвижных и кислоторастворимых соединений марганца и железа в подзолистых почвах Северо-Востока Европейской части России. Имеющиеся научные публикации по этому вопросу касаются, как правило, либо других регионов, либо других типов почв.

Таким образом, изучение содержания и поведения марганца и железа в почве является важным направлением в исследованиях генезиса подзолистых и дерново-подзолистых почв.

Цель работы. Исследовать динамику содержания подвижных и кислоторастворимых соединений марганца и железа в подзолистой почве под лесом и в ее антропогенно измененном аналоге - агродерново-подзолистой почве в течение вегетационного периода.

Задачи исследований:

1. Изучить содержание, запасы и распределение по почвенному профилю подвижных и кислоторастворимых соединений марганца и железа в почвах под лесом и под пашней.

2. Исследовать сезонную динамику подвижных и кислоторастворимых соединений марганца и железа, кислотности, влажности почвы, содержания общего и лабильного углерода гумуса в почвах под лесом и под пашней.

3. Оценить связь между содержанием подвижных и кислоторастворимых соединений Мп и Ре и свойствами почвы.

Научная новизна. Впервые изучено изменение содержания подвижных и кислоторастворимых соединений марганца и железа в подзолистых почвах Кировской области в течение вегетационных периодов. Определены их запасы по горизонтам и по слоям почвы. Исследована связь между изучаемыми элементами и свойств почв, погодными условиями, влияние антропогенной деятельности (сельскохозяйственное освоение) на содержание и динамику данных элементов в течение вегетационного периода.

Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные данные позволяют углубить теоретические знания по содержанию, профильной и сезонной динамике подвижных и кислоторастворимых соединений марганца и железа в подзолистых и агродерново-подзолистых почвах Кировской области. Выявленное содержание подвижных и кислоторастворимых соединений марганца и железа и их динамика дополняют данные экологического мониторинга почв Кировской области. Полученные данные могут быть использованы при изучении генезиса подзолистых почв, для практического применения почвенно-агрохимическими и мелиоративными службами региона.

Положения, выносимые на защиту. 1. В подзолистых почвах содержание подвижных соединений марганца и железа имеет выраженную сезонную динамику в течение вегетационного периода.

2. Кислоторастворимые соединения марганца и железа являются относительно консервативными в течение вегетационного периода.

3. Сезонная динамика содержания подвижных соединений марганца и железа имеет общие тенденции в разные годы исследования, несмотря на различия гидротермических условий.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность полученных результатов подтверждается использованием общепринятых в почвоведении методов отбора и анализа проб и использованием методов статистической обработки данных (дисперсионного и корреляционного анализов). Результаты работы доложены и обсуждены на всероссийских научно-практических конференциях "Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития", Киров, 2008; "Современные проблемы биомониторинга и биоиндикации", Киров, 2010; "Биологический мониторинг природно-техногенных систем", Киров, 2011; на молодежных чтениях "Почвы в условиях природных и антропогенных стрессов", Санкт-Петербург, 2011; "Законы почвоведения: новые вызовы", Санкт-Петербург, 2013. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 2 из них в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 200 страницах, содержит 2 таблицы, 62 рисунка. Работа состоит из введения, 5 глав, выводов. Список литературы включает 175 источников, в т.ч. 16 на иностранных языках.

Выражаю свою огромную благодарность Л.Н. Шиховой, Е.М. Лисицыну, И.А. Устюжанину, Е.В. Дабах, A.C. Фриду, Н.Б. Хигрову за участие и содействие в исследованиях, помощь в выполнении отдельных анализов, критические замечания, а также моральную поддержку.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

На основании литературных источников рассмотрено содержание различных соединений марганца и железа в подзолистых и дерново-подзолистых почвах, в том числе в почвах Кировской области (Сердобольский, 1953; Виноградов, 1957; Зырин и др., 1974; Любимова, 1979; Петухова, Шимко, 1982; Ка-бата-Пендиас, Пендиас, 1989; Кузнецов, 1994; Шихова, Егошина, 2004). Показано их распределение по профилю почвы и динамика в течение вегетационного периода (Пономарева, 1964; Антонова и др., 1972; Орлов, 1985; Мотузова, 1999; Канев, 2002; Дабахов и др., 2005; Чернов, Шабанов, 2007; Водяницкий и др., 2011; Азаренко, 2012).

Охарактеризовано влияние различных почвенных факторов на содержание и поведение марганца и железа: гидротермических условий, окислительно-восстановительного потенциала, кислотности органического вещества, а также воздействие антропогенного фактора и растительности (Кауричев, Орлов, 1982; Ковда и др., 1959; Крым, 1981; Зонн, 1982; Базилевич, Семенюк, 1984; Перель-ман, 1989; Ярков, 1961; Яшин и др., 2001; Добровольский и др., 2003; Муха, 2004; Пристова, Забоева, 2007; Ефремов, 2008; Зайдельман, 2009; Небольсин, Небольсина, 2010; Владыченский и др., 2012; Porter et al., 2004; Millaleo et al., 2010). Рассмотрено влияние марганца и железа на почвенные факторы и развитие растений, а также их участие в биогеохимическом круговороте (Пейве, 1961; Авдонин, 1969; Титлянова, Тесаржова и Др., 1991; Панин, Королев, 2006; Лукина и др., 2012; Foy, 1984; Post, 1999).

Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Объекты исследования.

Почвы подзолистого типа занимают свыше 80% территории Кировской области, среди них широко распространены легкие почвы. Их общая площадь составляет 3 млн. га. Причем на долю легких подзолистых и дерново-подзолистых почв пашни на двучленных отложениях приходится примерно две трети распаханных супесчаных и песчаных почв (Тюлин, 1976).

Кировская область расположена в северо-восточной части европейской территории России, на значительном удалении от морей. Объект исследования расположен в центральной части области, в Кирово-Чепецком районе, в 15 км южнее г. Кирова.

Климат центральной части Кировской области характеризуется как умеренно-континентальный с продолжительной холодной зимой и умеренно теплым коротким летом с неустойчивой по температуре и осадкам погодой. Средняя годовая температура воздуха составляет 1,6°С, среднее годовое количество осадков 550-600 мм (Френкель, 1997).

В Кировской области почвообразующими породами почти повсеместно являются четвертичные отложения, весьма разнообразные по генезису и соста-

ву. В районе исследования породы четвертичной системы представлены в основном флювиогляциальными песками и супесями, покровными суглинками и глинами, моренными суглинками и песками. В пределах области часто встречаются двучленные отложения, где верхняя толща сложена легкими наносами, преимущественно флювиогляциального происхождения, а нижняя - тяжелыми породами разного генезиса (Геологическое строение Кировской области / Под ред. Кассина, 1941 ; Тюлин, 1976; Кузницын, 1997).

В качестве объектов исследования были выбраны два ключевых участка, расположенных на территории Кировской области в 15 км к югу от г. Кирова. Территория района относится к южно-таёжной подзоне. Почвы ключевых участков подзолистые, супесчаные, сформированы на водно-ледниковых отложениях, подстилаемых суглинками. Общий рельеф территории волнисто — увалистый; водораздельное плато.

Ключевой участок №1 - ельник — кисличник. В соответствии с «Классификацией и диагностикой почв России» (Шишов и др., 2004) почва на данном участке относится к подзолистой типичной.

Ключевой участок №2 — пашня под бобовыми травами - козлятник. В соответствии с «Классификацией и диагностикой почв России» (Шишов и др., 2004) почва на данном участке относится к агродерново-подзолистой. Для общей характеристики изучаемых почв на каждом участке был заложен почвенный разрез (табл. 1).

Таблица 1. Физико-химическая характеристика изучаемых почв

Разрез (участок) Горизонт (глубина, см) рНка N, % р2о5 мг/кг к2о мг/кг Обменная кислотность по Соколову, смоль(экв)/кг С общ, % Кислоторас-творимые соединения, мг/кг

а13+ Ы Мп Fe

№1 (Лес) ао (0-5) 3,54 1,09 171 150 4,26 0,18 14,06 484 1072

аг (5-13) 3,21 0,04 50 26 3,52 0,2 1,21 17 548

в (20-48) 3,97 0,03 25 16 2,85 0,13 0,53 22 1384

ВС (48-62) 5,37 0,04 41 26 - 0,15 - -

с(62-110) 5,97 0,02 97 18 - - 0,09 - -

D(110) 5,89 0,03 296 96 - 0,09 - -

№2 (Пашня) Ал (0-28) 5,16 0,09 56 46 - 0,07 0,88 303 1433

а2в, (28-46) 4,93 0,04 80 30 - 0,09 0,27 149 1372

в2 (46-81) 3,82 0,04 195 75 5,06 0,24 0,20 49 2130

вс (90-110) 5,5 0,03 55 20 - - - - -

С(110) 6,0 0,02 110 24 - - - - -

2.1.1. Погодно-климатические условия в годы исследования. Исследования проводили в 2009 и 2010 гг.

2009 г. охарактеризовался как теплый, с некоторым недобором осадков на преобладающей территории области. Зима преимущественно очень теплая и

умеренно снежная. Весна поздняя, холодная в первой и теплая во второй половине с небольшим дефицитом осадков. Лето неустойчивое, с преобладанием теплой погоды. Осень теплая с дефицитом осадков в первой, с избытком во второй половине. Среднегодовая температура воздуха по области составила 2-4,5°, что на 1-1,5° выше климатической нормы. Годовое количество осадков в центральной части области составило от 80 до 90% годовой нормы.

В 2010 г. зима преимущественно умеренно-холодная и холодная, весна теплая и с дефицитом осадков (температура воздуха в мае на 5,5° выше климатической нормы), лето - преимущественно жаркое с атмосферной и почвенной засухой, осень - теплая и сухая в первой половине и неустойчивая с частыми осадками во второй. Среднегодовая температура воздуха по области составила 2-4,5°, что на 1-2° выше климатической нормы. Годовое количество осадков составило 80-100% нормы (Региональный доклад..., 2011 г.).

2.2. Методы исследования. Для изучения сезонной динамики пробы почвы отбирали с помощью почвенного бура из трех верхних горизонтов. В почве под лесом: из органогенного горизонта или подстилки (Ао); элювиального (А2), и иллювиального горизонта (В). В почве под пашней: из пахотного горизонта (Ап); переходного (А2В,) и иллювиального горизонта (В2) (ГОСТ 17.4.3.01-83). Отбор проб осуществляли в 2009 и 2010 гг. в период с мая по июль каждую неделю и с июля по сентябрь каждые 2-3 недели. Размер площадки 20 х 20 м. Повторность отбора пятикратная, метод отбора рандомизированный (случайный). Пробы почв готовились для анализа общепринятыми методами (ГОСТ 17.4.4.02-84). В них определяли следующие показатели: полевую влажность почвы - термостатно-весовым методом (ГОСТ 28268-89); рН солевой вытяжки - потенциометрически (ГОСТ 26483-85); обменные ионы А13+ - по Соколову (ГОСТ 26485-850); содержание общего углерода гумуса - по методу И.В. Тюрина (Аринушкина Е.В., 1970); содержание лабильного углерода гумуса - в 0,1М нейтральной пирофосфатной вытяжке при соотношении почва : раствор 1:2 по методике Почвенного института им. В.В. Докучаева (Рекомендации для исследования..., 1984); окислительно-восстановительный потенциал -потенциометрически (Практикум по почвоведению, 1980); плотность почвы -методом режущих цилиндров в пятикратной повторности (ГОСТ 5180-84); подвижный фосфор и обменный калий по А.Т. Кирсанову в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26207-91); азот методом Къельдаля (ГОСТ 17444-76); подвижные соединения железа и марганца - в ацетатно-аммонийном буферном растворе с рН 4,8 методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии (Аринушкина Е.В, 1970; Практикум по агрохимии, 2001); кислоторастворимые соединения элементов - в 1 М азотной кислоте при соотношении почва : раствор 1:10 (Методика выполнения измерений массовых концентраций токсичных металлов в пробах почв атомно-абсорбционным методом, 2001).

Глава 3. ПРОСТРАНСТВЕННОЕ ВАРЬИРОВАНИЕ И ДИНАМИКА СВОЙСТВ ПОЧВ КЛЮЧЕВЫХ УЧАСТКОВ

Пространственное и сезонное варьирование свойств почв под лесом и под пашней представлено в табл. 2.

Таблица 2. Статистические показатели свойств почв ключевых участков

Свойство почвы Горизонт Статистические показатели

минимальное значение медиана максимальное значение хер б

Подзолистая почва под лесом

Влажность, % Ао 13,3 45,39 170 54,6 11,2

а2 2,4 10,3 29,2 10,5 2,3

в 3,4 9,82 20,5 10,3 1,6

рНка Ао 3,0 3,57 4,20 3,56 0,11

а2 2,5 3,21 3,92 3,21 0,13

в 3,4 3,97 4,37 3,97 0,10

^общ? ^ Ао 2,7 12,7 27,8 14,0 4,07

а2 0,18 1,38 3,02 1,39 0,40

в 0,11 0,51 1,11 0,54 0,14

Слаб. % Ао 0,51 1,93 15,61 2,30 1,54

а2 0,04 0,30 0,89 0,30 0,11

в 0,04 0,21 0,63 0,25 0,08

Агродерново-подзолистая почва под пашней

Влаж-. ность, % Ап 3,3 10,7 33,1 10,7 1,9

а2в, 2,6 7,8 15,9 8,1 1,6

в2 4,2 20,8 38,5 20,5 3,0

рНка Ап 3,5 5,5 6,56 5,42 0,27

а2в, 3,2 4,8 6,48 4,98 0,25

в2 3,2 3,8 4,37 3,82 0,11

СобЩ5 ^ Ап 0,29 0,90 1,57 0,88 0,17

а,в, 0,027 0,26 0,70 0,29 0,09

в2 0,041 0,19 0,48 0,2 0,05

Слаб, % Ап 0,01 0,12 0,29 0,13 0,03

а2в! 0,003 0,07 0,18 0,08 0,02

в2 0,004 0,04 0,20 0,05 0,02

Примечания. Хф среднее арифметическое; 8 - усредненное среднее квадратичное отклонение, С0бщ - общий углерод гумуса, Слаб - лабильный углерод гумуса.

Влажность почвы. Распределение влажности по профилю отличается в почвах под лесом и под пашней. В подзолистой почве под лесом наиболее влажной является подстилка, в агродерново-подзолистой почве под пашней -иллювиальный горизонт.

В обеих почвах происходит постепенное снижение влажности в летний период и ее увеличение в осенний период.

Окислительно-восстановительный потенциал (ОВП). Исследования ОВП проводились с мая по июль 2010 г.

В минеральных горизонтах подзолистой почвы под лесом значения ОВП в течение сезона варьировали от 335 до 530 мВ. Минимальные значения потенциала наблюдались в конце мая и в середине июля.

ОВ-условия в почве под пашней отличаются от таковых в почве под лесом. Максимальное значение ОВП в почве под пашней зафиксировано в иллювиальном горизонте. Для всех горизонтов отмечена значительная амплитуда колебаний ОВП: 359 - 466 мВ для горизонта Ап; 369-474 -А2В, и 473-543 - В2. В пахотном горизонте увеличение ОВП наблюдалось во второй половине мая, а минимальное значение - в первой половине июня. Наименьшее значение ОВП в переходном и иллювиальном горизонтах было зафиксировано во второй декаде мая.

Кислотность. В изучаемой подзолистой почве самые низкие значения рНкс! характерны для элювиального горизонта, наиболее высокие - для иллювиального. В 2010 г. в горизонте В выявлена обратная корреляция рНка с влажностью почвы (г = -0,69).

В дерново-подзолистой почве под пашней также наблюдается достоверная динамика почвенной кислотности в почвенном профиле. Почва под пашней, по сравнению с почвой под лесом, является менее кислой и рНкс! уменьшается в ней вниз по профилю. В 2009 г. в иллювиальном горизонте выявлена отрицательная корреляция pHKci с содержанием ионов А13+ (г = -0,53). В 2010 г. в горизонте Ап обнаружена достоверная положительная корреляция pHKci с влажностью почвы (г = 0,73) и отрицательная — с содержанием Слаб (г = -0,69).

Динамика обменной кислотности в течение вегетационного периода прослеживалась в оба года исследования в обоих типах почв. При этом рНка и его значение в почве под лесом отличается от таковой в антропогенно измененном аналоге. Характер динамики в 2009 и 2010 гг. различается как в почве под лесом, так и в почве под пашней, что связано с разными гидротермическими условиями в данные годы. В целом 2010 г. характеризуется менее выраженной сезонной динамикой рНксь чем 2009 г. Однако общим трендом является увеличение рНкс1 в середине сезона.

Органическое вещество. Максимальное количество общего углерода гумуса (Собщ) в почве под лесом приходится на органогенный горизонт. С глубиной профиля его содержание резко уменьшается.

Сезонная динамика содержания общего углерода отличается в годы исследования. В 2009 г. его наибольшее содержание было зафиксировано в подстилке в летний период, в элювиальном горизонте - в летние месяцы и в сентябре. Выявлена корреляция содержания С^щ с влажностью почвы (г = 0,58) в подстилке. В 2010 г. в горизонте Ао максимум содержания С^щ наблюдался в конце мая и в августе, в элювиальном - в конце июня и в августе. В горизонте В динамика Собщ выражена слабо.

Антропогенное воздействие оказывает значительное влияние на содержание и качество гумуса. В почвах под пашней по сравнению с естественными аналогами количество Собщ снижается.

В 2009 г. максимальное содержание С0бщ в горизонте Ап наблюдалось в июне и сентябре. Наибольшее его содержание в переходном горизонте наблюдалось в конце июня и начале октября, в иллювиальном — в июне и во второй половине сентября. В 2010 г. максимальное содержание С06И в горизонте Ап наблюдается весной. Характер динамики содержания общего углерода гумуса в горизонте А2В1 близок к динамике в горизонте Ап. Сезонное изменение содержания С обо, в горизонте В2 выражено слабо. Выявлена положительная корреляция содержания общего углерода и рНка (г = 0,63) в пахотном горизонте.

Таким образом, динамика содержания общего углерода гумуса в почвах под лесом и под пашней имеет разные тенденции в годы исследования. При этом можно выделить некоторые общие закономерности: в 2009 г. в обоих типах почв минимальное значение С06Щ было в мае, а в 2010 г. снижение произошло в сентябре.

Лабильное органическое вещество является наиболее изменчивой частью органического вещества и оказывает большое влияние на подвижность элементов. Лабильный углерод гумуса (Слаб) является наименее устойчивым к процессам минерализации компонентом гумуса.

В исследованных почвах достоверно отмечается профильная динамика Слаб- В лесной подзолистой почве максимальное количество Слаб наблюдается в подстилке. В нижележащих горизонтах содержание Слаб резко падает.

Выявлена достоверная динамика содержания Слаб по месяцам в годы наблюдения. Несмотря на то, что годы исследования были разными, можно отметить тенденцию увеличения содержания Слаб в середине сезона исследования.

Сельскохозяйственное использование подзолистых почв оказывает значительное влияние на содержание и трансформацию органического вещества, в том числе и лабильной его части, а также на качество гумуса. Содержание лабильного углерода гумуса в почве под пашней снижается по сравнению с ее целинным аналогом. В почве под пашней отмечается достоверная профильная динамика содержания Слаб- Максимальное количество лабильного углерода гумуса приходится на пахотный горизонт. В нижележащих горизонтах его содержание снижается.

Отмечается достоверная сезонная динамика содержания лабильного углерода гумуса во всех исследуемых горизонтах в 2009 и 2010 гг. Несмотря на разные гидротермические условия в 2009 и 2010 гг. можно отметить общее направление увеличения содержания лабильного углерода гумуса в весенний период.

Таким образом, содержание и динамика Слаб в течение вегетационного сезона в почве под лесом отличаются от таковых в ее антропогенно измененном аналоге. Но, несмотря на отличия, были выявлены и некоторые общие тенденции: увеличение содержания лабильного углерода в весенний период и его снижение в конце вегетационного периода.

Глава 4. ДИНАМИКА СОДЕРЖАНИЯ ПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ МАРГАНЦА И ЖЕЛЕЗА В ПОЧВАХ КЛЮЧЕВЫХ УЧАСТКОВ В ТЕЧЕНИЕ ВЕГЕТАЦИОННОГО ПЕРИОДА

Динамика содержания подвижных соединений марганца. По литературным данным содержание подвижных соединений Мп в подстилке дерново-подзолистой почвы может достигать 440 мг/кг (Кузнецов, 2004; Шихова Л.Н., Егошина, 2004). В изучаемой подзолистой почве под лесом количество подвижных соединений марганца в подстилке составляет 100 - 400 мг/кг. В минеральных горизонтах количество подвижных соединений Мп резко уменьшается: 2-30 мг/кг в горизонте А2 и до 20 мг/кг - в горизонте В. Наибольшее содержание подвижных соединений Мп в подстилке закономерно, так как он является элементом - биофилом.

Распределение содержания подвижных соединений Мп по почвенному профилю несколько отличается от данных других исследователей. По литературным данным, в подзолистых почвах прослеживается 2 максимума содержания Мп: в гумусовом и иллювиальном горизонтах (Мотузова, 1999; Безносиков и др., 2007). В нашем случае 2-го максимума в горизонте В не отмечено.

Выявлена достоверная динамика содержания подвижных соединений марганца в течение вегетационного периода во всех исследованных горизонтах в обоих типах почв (рис. 1 а-е).

В 2009 г. максимальное содержание подвижных соединений марганца в подстилке подзолистой почвы было зафиксировано во второй половине периода исследования (рис. 1 а). Это связано с усилением процессов трансформации органического вещества в летний период, когда количество Со6[ц было наибольшим, а в конце июня - начале июля произошло увеличение содержания Сла5. Марганец связан с органическим веществом и высвобождается при его разложении. Кроме того, увеличение концентрации органического вещества приводит к восстановлению оксида Мп (IV) (Линник, Набиванец, 1986; Водя-ницкий, 2009). Переходу марганца в подвижное состояние способствовало увеличение влажности почвы в октябре. По литературным данным, накопление Мп осенью в подстилке происходит в результате замедления процессов разложения подстилки (Забоева и др., 1976). На подвижность Мп значительное влияние также оказывает кислотность почвы. С одной стороны, восстановление оксидов марганца происходит при рН<5,5 (Millaleo et al., 2010). С другой стороны, при повышении рН создаются более благоприятные условия дня трансформации органического вещества (Мишустин, 1972), что способствует увеличению подвижных соединений марганца. В данный период произошло увеличение pHKci в лесной подстилке.

В горизонте А2 достоверное увеличение содержания подвижных соединений Мп наблюдается только в конце июля - начале августа (рис. 1 в). Повышение количества подвижных соединений марганца связано с увеличением содержания Сла6 в данном горизонте. С одной стороны, гумусовые кислоты, особенно подвижные, образуют с Мп органоминеральные комплексы, способные

мигрировать по почвенному профилю (Черных и др., 2001; Водяницкий, 2005; Небольсин, Небольсина, 2005). Это способствовало их поступлению в элювиальный горизонт из верхнего горизонта. С другой стороны, гумус в условиях кислой среды способен восстанавливать окись марганца (Ковальский, Андрианова, 1970; Чухров и др., 1990). Кроме того, высвобождение марганца происходит при разложении органического вещества. В иллювиальном горизонте увеличение количества подвижных соединений марганца произошло в конце летнего периода и в осенний период (рис. 1 д).

В 2010 г. максимальное содержание подвижных соединений Мп в подстилке было зафиксировано в начале мая и в августе (рис. 1 б). Данный факт связан с трансформацией органического вещества, так как в начале мая произошло увеличение содержания Сла6, а в августе - Со6щ. Химические элементы

Мп, мг/кг

Мп,

мг/кг 600 т-

500 — 400 -300 -200 -100 --

• мин. НИ"* ср. арифм

мин. ср. арифі макс.

макс.

28.3.09 17.5.09 6.7.09 25.8.09 14.10.093.12.09 _ а Дата отбора

2.5.10 21.6.10 10.8.10 29.9.10

^ Дата отбора

мин.

тяже

21.6.10 10.8.10 29.9.10 Дата отбора

Мп, мг/кг

• мин.

ср. арифм

• мин, •НИ— ср. арифм

мг/кг

макс.

малс.

28.3.09 1 7.5.09 6.7.09 25.8.09 14.10.09 3.12.09 _ , _ Дата отбора

13.3.10 2.5.10

21.6.10 е

10.8.10 29.9.10 Дата отбора

Рис. 1. Сезонная динамика содержания подвижных соединений марганца в подзолистой почве под лесом: а,в,д- 2009 г.; б, г, е- 2010 г.

входят в состав органического вещества и высвобождаются при его разложении. Наибольшее содержание подвижных соединений марганца в горизонте А2 наблюдалось в летний период, в горизонте В - в начале мая и в конце августа (рис. 1 г, е). Причиной стало их поступление в минеральные горизонты из органогенного горизонта с почвенной влагой. Миграция воды является одной из основных движущих сил трансформации ионов ряда тяжелых металлов (Яшин и др., 2012). В июне выпало большое количество осадков, а в мае и августе повышению содержания подвижных соединений Мп в минеральных горизонтах способствовало их увеличение в горизонте Ао.

Таким образом, динамика содержания подвижных соединений марганца в 2010 г. в лесной подстилке отличается от 2009 г. тем, что их увеличение произошло только в конце лета, а в 2009 г.- в более ранний срок (в середине лета). Вероятно, это связано с гидротермическими условиями в годы исследования. В 2010 г. на протяжении двух месяцев: июля и августа, наблюдалась почвенная засуха (высокая температура и низкое количество осадков). Данные факторы способствуют угнетению разложения подстилки, а также окислению марганца (Цыпанова, 1970; Шихова, Егошина, 2004). Но наблюдаются некоторые общие тенденции: увеличение подвижных соединений марганца произошло в летний период, уменьшение - в конце весеннего периода и в начале осеннего периода.

Кроме содержания подвижных соединений марганца, также были определены их запасы по горизонтам за оба периода наблюдений. Количественное распределение запасов подвижных соединений Мп в почвенных горизонтах варьирует в течение вегетационного периода и составляет: в лесной подстилке - 0,06-0,50 т/га; в элювиальном горизонте - 0,06-0,59 т/га; в иллювиальном — 0,03-0,94 т/га. В целом наибольшие запасы данных соединений Мп содержатся в горизонте В, наименьшие - в горизонте А2. Данное распределение определяется различной мощностью горизонтов, особенностями их состава и свойств. Помимо определения запасов подвижных соединений марганца в горизонтах, было определено их суммарное количество по слоям почвенного профиля в годы исследования. В целом в слое 0-80 см запасы составляют 0,39-1,96 т/га.

В результате антропогенного воздействия происходят изменения физических, химических и физико-химических свойств почвы. Все это оказывает влияние на содержание и динамику химических элементов. В результате наших исследований выявлено, что содержание подвижных соединений марганца в почве под пашней в целом значительно меньше, чем в почве под лесом и варьирует в следующих пределах: в пахотном горизонте - 25,9-59,5 мг/кг; в переходном - 5,3-35,1 мг/кг; в иллювиальном - 0,5-16,6 мг/кг. Данные значения не превышают ПДК подвижных соединений Мп для дерново-подзолистых почв с рН 5,1-6,0: 80,0 мг/кг (ГН 2.1.7.2041-06). Наибольшее количество подвижных соединений Мп приходится на пахотный горизонт. Более низкое содержание подвижных соединений марганца в почвах под пашней, по сравнению с почвой под лесом было отмечено и другими исследователями (Липкина, 1991; Протасова, Щербаков, 2003).

Выявлена достоверная динамика содержания подвижных соединений марганца в течение вегетационного периода во всех исследованных горизонтах в обоих типах почв (рис. 2 а-е).

Мп, мг/кг

28.3.09 1 7.5.09

28.3.09 1 7.5.09 6.7.09 25.8.09 14.10.0 9 3.12.09 Дата отбора

6.7.09 25.8.09 14.10.093.12.09 Дата отбора

Мп, мг/кг

Д2В1 ср.арифм.

__й макс.

-мин.

"тгргарнфм.

28.3.09 17.5.09 6.7.09 25.8.09 14.10.09 3.12.09

Дата отбора

Мп, мг/кг

Ап

—И— ср. арифм.

13.3.10 2.5.10 21.6.10 10.8.10 29.9.10 , Дата отбора

13.3.10 2.5.10

21.6.10 10.8.10 29.9.10 Дата отбора

Рис. 2 . Сезонная динамика содержания подвижных соединений марганца в агродерново-подзолистой почве под пашней: а, в, д - 2009 г.; б, г, е -2010 г.

В 2009 г. было отмечено 2 относительных максимума содержания подвижных соединений Мп в пахотном горизонте: в конце летнего периода и в осенние месяцы (рис. 2 а). Причиной является активизация трансформации органического вещества вследствие поступления свежего опада в конце вегетационного периода, в результате чего происходит высвобождение ионов марганца, входящих в состав растительных остатков, и образование подвижных органо-минеральных комплексов. С одной стороны, органическое вещество образует с ионами металлов растворимые комплексные соединения, что повышает под-

вижность микроэлементов в почве (Мамонтов и др., 2000). С другой стороны, при гумификации органических остатков элемент, не связанный с ними прочно, быстро освобождается и фиксируется в форме диоксида, пополняя запасы минеральных соединений марганца (Мотузова, 1999). В летний период наблюдалось увеличение содержания С0бщ- Повышению подвижности Мп в октябре способствовало увеличение влажности почвы.

Максимальное содержание подвижных соединений Мп в переходном горизонте было зафиксировано в конце октября, что связано с повышением влажности почвы (рис. 2 в). Наибольшее количество подвижных форм Мп в горизонте В2 зафиксировано в конце июня и начале августа (рис. 2 д). Данный факт связан с трансформацией органического вещества и миграцией подвижных соединений марганца, к которым относятся и органоминеральные комплексы, вниз по профилю с током влаги. Выявлена достоверная корреляционная связь с содержанием Собщ в переходном горизонте (г = 0,89).

В 2010 г. увеличение количества подвижных соединений Мп в пахотном горизонте произошло в мае и во второй половине лета (рис. 2 б). Причиной послужило активизация процессов трансформации органического вещества, так как содержание СШ6 было наибольшим в данные периоды. Именно с лабильными компонентами гумуса образуются наиболее подвижные органоминеральные комплексы. Наибольшее количество подвижных соединений марганца в переходном горизонте наблюдалось во второй декаде мая и в августе; в иллювиальном горизонте - в мае (рис. 2 г, е). Данное увеличение связано с ми1рацией органического вещества, содержание и трансформация которого оказывает непосредственное влияние на количество подвижных соединений Мп. Выявлена достоверная связь содержания подвижных соединений марганца с содержанием С0бщ в данном горизонте (г = 0,84).

Таким образом, увеличение подвижных соединений Мп в пахотном горизонте в 2009 г. произошло в конце лета, а в 2010 г. - во второй половине лета. Вероятно, более высокая температура в июле 2010 г. способствовала активизации биохимических процессов, минерализации растительных остатков и высвобождению марганца. Следовательно, характер динамики подвижных соединений марганца отличается в годы исследования в почве под пашней. Несмотря на это, общим трендом является увеличение содержания подвижных соединений марганца в конце летнего периода.

Были определены запасы подвижных соединений марганца по горизонтам за оба сезона наблюдений. В горизонте Ап они составили - 1,13-2,12 т/га; в переходном горизонте- 0,15-1,01 т/га; в иллювиальном горизонте - 0,15-0,67 т/га. Наибольшее количество приходится на пахотный горизонт, наименьшее -на иллювиальный горизонт. Кроме запасов подвижных соединений марганца по горизонтам были подсчитаны запасы по слоям в оба года исследования. В целом в слое 0-80 см запасы составляют 1,47-3,57 т/га.

Таким образом, количество подвижных соединений марганца изменяется в почвах под лесом и под пашней в течение вегетационного периода в годы исследования. При этом характер динамики отличается в годы изучения.

Несмотря на это, общим трендом является увеличение содержания подвижных соединений марганца в конце летнего периода и их уменьшение в начале осеннего периода.

Динамика содержания подвижных соединений железа. Содержание подвижного железа в подзолистых и дерново-подзолистых почвах составляет до 280мг/кг (Шихова, 2005). Для данного элемента характерен элювиально-иллювиальный тип распределения (Орлов, 1985). При этом некоторые исследователи отмечают, что максимальное содержание обменного и водорастворимого железа приходится на органогенный горизонт (Структурно-функциональная организация почв и почвенного покрова европейского Северо-Востока / Отв. ред. Зайдельман, Забоева, 2001).

В наших исследованиях выявлено, что содержание подвижных соединений железа в подстилке подзолистой почвы под лесом колеблется от 20 до 80 мг/кг; в элювиальном горизонте - от 37 до 214 мг/кг; в иллювиальном горизонте - от 81 до 331 мг/кг. Таким образом, максимальное количество подвижных соединений Fe приходится на иллювиальный горизонт, а минимальное - на органогенный горизонт. Более высокое содержание подвижных соединений железа в элювиальном горизонте по сравнению с органогенным горизонтом отмечается и другими исследователями и связывается с разрушением минералов, накоплением биогенных форм и железа конкреций (Безносиков и др., 1989; Пристава, Забоева, 2007).

Выявлена достоверная динамика содержания подвижных соединений железа в течение вегетационных периодов в годы исследования (рис. 3 а-е).

В 2009 г. динамика содержания подвижных соединений железа в горизонте Ао выражена слабо (рис. 3 а). Увеличение подвижности произошло только в конце сентября, что связано со снижением рНка в данный период. При подкислении почвы происходит существенное повышение содержания железа в почве (Митрофанова, 2009).

Максимальное содержание подвижных соединений Fe в минеральных горизонтах отмечено в конце периода исследования (рис. 3 в, д). Данное явление связано с активным преобразованием органического вещества, в результате чего образуются органические кислоты, влияющие на подвижность железа. Так, по литературным данным органические кислоты воздействуют на силикатные минералы и оксиды, образуют органоминеральные комплексы, которые мигрируют в нижележащие горизонты (Водяницкий, 2003; Чернов, Шабанов, 2007). Кроме того, при трансформации органического вещества происходит высвобождение ионов железа, входящих в его состав. Это также способствует увеличению количества подвижных соединений Fe. В конце периода исследования отмечалось увеличение содержания Собщ и Слаб в элювиальном горизонте.

В 2010 г. максимальное количество подвижных соединений Fe в подстилке было зафиксировано в мае (рис. 3 б). Вероятно, на увеличение их содержания оказала влияние восстановительная способность подстилок (Сапожников, 1968; Канев, 2011). Кроме того, активное высвобождение подвижных соединений Fe происходит в результате интенсивных микробиологических процессов

разложения органического вещества. Бактерии, потребляющие органические соединения, активизируются при оттаивании почвы (Тен Хак-Мун, Федорова, 1972). Выявлена достоверная обратная корреляционная связь содержания подвижных соединений железа с содержанием Сла6 (г = -0,79).

Рис. 3. Сезонная динамика содержания подвижных соединений железа в подзолистой почве под лесом: а, в, д - 2009 г.; б, г, е — 2010 г.

В элювиальном горизонте максимальное содержание подвижных соединений железа было зафиксировано в конце периода исследования (рис. 3 г). Это связано с увеличением количества Собщ, содержание и трансформация которого оказывает непосредственное влияние на подвижность Ре. В иллювиальном горизонте наибольшее количество подвижных соединений данного элемента наблюдалось в конце мая и в августе (рис. 3 е). В конце мая произошло снижение ОВП, что способствовало восстановлению железа. Увеличению содержания подвижных соединений железа также способствует преобразование органического вещества и образование гумусовых кислот. В конце

периода исследования наблюдалось увеличение содержания Сла6. Выявлена обратная корреляция содержания подвижных соединений Fe с ОВП в горизонте В (г = - 0,75).

Таким образом, в 2009 г. максимальное количество подвижных соединений в подстилке наблюдалось в конце сентября, а в 2010 г. - в мае. Вероятно, это связано с гидротермическими особенностями в годы исследования. В мае 2010 г. средняя температура воздуха была на 5,5°С выше климатической нормы. Более высокая температура способствует более быстрому прогреванию почвы и активизации биохимических процессов, что способствует увеличению подвижных соединений железа. Кроме того, более раннее просыхание почвы в 2010 г. могло способствовать накоплению железа в подстилке, а не его миграции вниз по профилю. При этом в 2010 г. также наблюдалось увеличение содержания подвижных соединений Fe в конце сентября. Во всех исследуемых горизонтах в оба года повышение их содержания наблюдалось в конце вегетационного периода. Данный факт связан с поступлением свежего опада и усилением микробиологической деятельности в конце вегетационного периода, в результате чего подвижность элемента увеличивается.

Кроме содержания подвижных соединений железа, также были определены их запасы по горизонтам за оба периода наблюдений. Наибольшие запасы содержатся в иллювиальном горизонте: 7,56-30,8 т/га, минимальные — в лесной подстилке: 0,02-0,05 т/га. В элювиальном горизонте запасы подвижных соединений Fe варьируют в следующих пределах: 0,85-4,88 т/га. Помимо определения запасов подвижных соединений железа в горизонтах, было определено их суммарное количество по слоям почвенного профиля в оба года исследования. В целом в слое 0-80 см они составили: 3,56-36,0 т/га.

В агродерново-подзолистой почве под пашней содержание подвижных соединений металла меньше, чем в почвах под пологом леса, что обусловлено специфическим составом органического вещества и ролью лесной подстилки (Комплексная химическая характеристика почв Нечерноземья / Под ред. Орлова, 1987). По нашим данным, количество подвижных соединений железа в почве под пашней в целом отличается незначительно по сравнению с почвой под лесом. Профильная динамика сохраняется. Для агродерново-подзолистой почвы под пашней характерно следующее содержание подвижных соединений Fe: в горизонте Ап - 18,3-98,1 мг/кг; в горизонте А2В, - 28,0-121 мг/кг; в горизонте В2- 103-309 мг/кг.

Выявлена достоверная сезонная динамика подвижных соединений железа в годы исследования (рис. 4 а-е).

В 2009 г. в пахотном горизонте динамика содержания подвижных соединений Fe выражена слабо (рис. 4 а). Достоверное увеличение их содержания наблюдалось только в середине мая и в конце июня, что связано с более низкими значениями pHKci в мае и увеличением влажности почвы в июне. На подкисление почвы и увеличение подвижности железа оказывает влияние деятельность почвенной микрофлоры, носящей ярко выраженный сезонный характер (Аристовская, Зыкина, 1979; Goates et al., 1998; Небольсин, Неболь-

сина, 2010). Весной в почвах под пашней происходит интенсивное развитие микроорганизмов, что связано с обилием легкодоступного органического вещества (Канев, 2011).

Ие, мг/кг

Ге, мг/кг

мин. •нак ср. арифм.

"■■А"1" макс.

макс.

Бе, мг/кг

А2В1

Ре, міУкг

140 -

120 ---

100--

А2В1

мин.

макс.

. # мим.— Чіг-ср. арифм А макс.

28.3.09 1 7.5.09 6.7.09 25.8.09 14.10.09 3.12.09 __Дата отбора

2.5.10 21.6.10 10.8.10 29.9.10 __Дата отбора

НД— ср. арифм.

Ре, мгУкг

350 ---

300 ——

250 --

200 ---

150--

100--

Ре, мг/кг

макс.

мин.

28.3.09 17.5.09 6.7.09 25.8.0

- д __

14.10.09 3.12.09 Дата отбора

13.3.10 2.5.10

21.6.10

- Є —

10.8.10 29.9.10 Дата отбора

Рис. 4. Сезонная динамика содержания подвижных соединений железа в агродерново- подзолистой почве под пашней: а, в, г -2009 г.; б, д, е - 2010 г.

Увеличение содержания подвижных соединений железа в горизонте А2В, наблюдалось в конце июня и в конце августа - начале сентября, что связано с их поступлением в переходный горизонт из пахотного с почвенной влагой (рис. 4 е). Из пахотного горизонта нисходящими токами воды выносится большое количество соединений железа (Цыпанова, 1970). Наибольшая амплитуда колебаний содержания подвижных соединений железа отмечается в горизонте В2 (рис. 4 д). Максимальное количество наблюдалось летом и осенью. Это связано

Органические кислоты разрушают железосодержащие силикаты и оксиды (Во-дяницкий, 2003).

В 2010 г. в пахотном горизонте максимальное содержание подвижных соединений Fe отмечено в конце периода исследования (рис. 4 б). В 2010 г. в течение июля и почти всего августа была засуха, поэтому увеличение влажности почвы в конце августа могло повлиять на микробиологическую деятельность и увеличение количества подвижных соединений Fe. Так, по литературным данным наиболее четко зависимость численности и биомассы от влажности прослеживается при выпадении осадков после продолжительной засухи (Campbell, Biederbeck, 1976).

Наибольшее содержание подвижных соединений железа в переходном и иллювиальном горизонтах наблюдалось в августе и сентябре (рис. 4 г, е). Причиной послужила активизация преобразования органического вещества, а также перемещение подвижных соединений Fe из верхнего горизонта в нижележащие с атмосферными осадками. Выявлена корреляционная связь содержания подвижных соединений Fe с pHKCi в иллювиальном горизонте (г = 0,87). Горизонт В2 является кислым (рНка 3,82), поэтому снижение кислотности могло способствовать усилению микробиологической деятельности и, следовательно, трансформации органического вещества и увеличению подвижности железа

Таким образом, отличие динамики содержания подвижных соединений Fe в 2010 г. по сравнению с 2009 г. наблюдалось только в пахотном горизонте. В 2010 г. количество подвижных соединений железа увеличилось в конце периода исследования, в 2009 г. - в мае и июне. Причиной послужили разные гидротермические условия в годы исследования. При этом в переходном и иллювиальном горизонтах выявлено общее направление увеличения содержания подвижных соединений железа в конце вегетационного периода.

Были определены запасы подвижных соединений железа по горизонтам за оба сезона наблюдений. В горизонте Ап они составили - 1,34-4,06 т/га; в переходном горизонте - 1,82-5,08; в иллювиальном горизонте - 4,81-12,6 т/га. Кроме запасов по горизонтам были подсчитаны запасы по слоям в оба года исследования. В целом в слое0-80 см они составили - 8,62-20,9 т/га.

Таким образом, характер динамики содержания подвижных соединений Fe отличается в обоих типах почв. При этом выявлено общее направление увеличения содержания подвижных соединений железа в конце периода исследования.

Глава 5. ДИНАМИКА СОДЕРЖАНИЯ КИСЛОТОРАСТВОРИМЫХ

СОЕДИНЕНИЙ МАРГАНЦА И ЖЕЛЕЗА В ПОЧВАХ КЛЮЧЕВЫХ УЧАСТКОВ В ТЕЧЕНИЕ ВЕГЕТАЦИОННОГО ПЕРИОДА

Динамика содержания кислоторастворимых соединений марганца (КРСМ). Кислоторастворимые соединения химических элементов можно считать общим резервным количеством, способным переходить в мобильную подвижную форму. Количество данных соединений близко к валовому содержанию элементов в почвах. Так, доля кислоторастворимых форм марганца в почвах колеблется до 80% от валового количества (Ильин, Сысо, 2001). В подзолистых и дерново-подзолистых почвах содержание марганца может достигать значительных величин (1000 мг/кг и больше) (Кузнецов, 1994; Шихова, Егоши-на, 2004).

Вьивлена достоверная профильная динамика кислоторастворимых соединений марганца в подзолистой почве под лесом. Она соответствует распределению подвижных соединений элемента по профилю почвы. Наибольшее количество кислоторастворимых соединений Мп (КРСМ) в подзолистой почве под лесом приходится на подстилку: от 220 до 1428 мг/кг. В минеральных горизонтах содержится: в элювиальном - в среднем 22 мг/кг, в иллювиальном -25 мг/кг кислоторастворимых соединений Мп. В 2010 г. содержание КРСМ в почве под лесом в целом меньше, чем в 2009 г. и их значение колеблется в следующих пределах: в горизонте Ао - 42-511, в горизонте А2 - 5-31, в горизонте В-13-31 мг/кг.

Достоверная сезонная динамика кислоторастворимых соединений марганца в 2009 г. выявлена только в органогенном горизонте. Амплитуда колебаний содержания КРСМ небольшая. Максимальное количество кислоторастворимых соединений элемента было зафиксировано в августе и октябре. Это связано с активизацией трансформации органического вещества в результате поступления свежего опада.

В 2010 г. достоверная сезонная динамика данных соединений Мп обнаружена только в лесной подстилке и элювиальном горизонте. Максимальное количество КРСМ в горизонте Ао было зафиксировано в августе, а в горизонте А2 - в конце августа. Причиной послужило снижение кислотности в этот период, что способствовало развитию почвенной микрофлоры и активной трансформации органического вещества. Выявлена достоверная прямая корреляция содержания кислоторастворимых соединений Мп с рНКа. (г = 0,86) в подстилке.

Кроме того, были подсчитаны запасы кислоторастворимых соединений марганца по горизонтам за оба года наблюдений. В подзолистой почве под лесом они составили: в горизонте Ао - 0,24-1,57 т/га; в горизонте А2 -0,19-1,09 т/га; в горизонте В -1,97-2,78 т/га. Таким образом, максимальные запасы КРСМ приходятся на иллювиальный горизонт, минимальные - на элювиальный горизонт. Были подсчитаны запасы КРСМ по слоям за оба года исследований. В целом в слое 0-80 см они составили: 2,65-4,44 т/га.

В агродерново-подзолистой почве под пашней содержание элементов несколько отличается от подзолистой почвы под лесом. По литературным данным, среднее содержание подвижного Мп в пахотных горизонтах почв Кировской области меньше, чем в лесной подстилке (Шихова Л.Н., Егошина, 2004). Но пахотные почвы богаче валовыми формами металлов (Дубенок и др., 2011). По нашим данным, содержание кислоторастворимых соединений Мп в целом в почве под пашней больше, чем в почве под лесом и составляет: в пахотном горизонте - 233-486 мг/кг; в переходном горизонте - 79-407 мг/кг; в иллювиальном - 25-109 мг/кг.

В 2009 г. в пахотном и иллювиальном горизонтах максимальное содержание КРСМ наблюдалось в конце вегетационного периода, а в переходном горизонте - только в октябре. Причиной стала активизация трансформации органического вещества в результате поступления свежих растительных остатков. Выявлена достоверная обратная корреляционная связь содержания КРСМ с количеством Сла5 в горизонте Ап (г = -0,82) и прямая связь их содержания с количеством Собщ в переходном горизонте (г = 0,88).

В 2010 г. в горизонте Ап увеличение содержания КРСМ было зафиксировано в мае, в июле и в начале августа. В весенний период их количество увеличилось в результате активизации микробиологической деятельности с наступлением теплого периода и усиления трансформации органического вещества. На увеличение содержания КРСМ в середине исследуемого периода оказало влияние повышение содержания лабильного углерода гумуса. Это свидетельствует о процессах деструкции гумуса и его разрушающем влиянии на минеральную часть почвы, в результате чего часть валового марганца становится подвижной (Шихова, Егошина, 2004). В переходном и иллювиальном горизонтах максимальное количество КРСМ наблюдалось в мае. Это связано с их поступлением с почвенной влагой в данные горизонты из пахотного, в том числе в составе органоминеральных комплексов. Выявлена положительная корреляционная связь содержания данных соединений Мп с количеством Общ (г = 0,91) в горизонте АгВь

Были подсчитаны запасы КРСМ за оба года наблюдений. В горизонте Ап они варьируют в пределах 9,67-20,1 т/га; в горизонте АгВь 2,26-11,7 т/га и в горизонте В2: 1,24-5,52 т/га. Таким образом, максимальные запасы приходятся на пахотный горизонт, минимальные - на иллювиальный горизонт. Кроме запасов по горизонтам, были подсчитаны и запасы КРСМ по слоям. В целом в слое 0-80 см в течение вегетационного периода они варьировали в следующих пределах: от 14,2 до 33,2 т/га.

Следовательно, и в почве под лесом, и в почве под пашней отмечается общее направление увеличения содержания кислоторастворимых соединений марганца в конце летнего периода.

Динамика содержания кислоторастворимых соединений железа (КРСЖ). Подзолистые и дерново-подзолистые почвы содержат большие валовые запасы железа: 2...6% от веса почвы (Небольсин, Небольсина, 2005; Шихо-

ва, 2005). В дерново-подзолистых почвах содержание кислоторастворимого железа может достигать 3000 мг/кг и больше (Канев, 2002).

В результате исследований выявлено, что наибольшее количество ки-слоторастворимых соединений железа в подзолистой почве под лесом (КРСЖ) содержится в иллювиальном горизонте и варьирует в пределах от 787 до 1770 мг/кг. Минимальное количество КРСЖ приходится на элювиальный горизонт и составляет: 244 - 642 мг/кг. Это закономерно, так как в подзолистых почвах для железа характерно вымывание из элювиального горизонта. В лесной подстилке КРСЖ содержится 787 - 983 мг/кг. В 2010 г. их количество в лесной почве было выше, чем в 2009 и составило в среднем: в горизонте А0 - 1246 мг/кг; А2 - 643 мг/кг; В - 1717 мг/кг.

Содержание КРСЖ менее динамичный показатель, чем содержание подвижных соединений железа. В 2009 г. сезонная динамика содержания кислото-растворимых соединений элемента была достоверной только в минеральных горизонтах. Амплитуда колебаний содержания кислоторастворимых соединений железа в минеральных горизонтах небольшая. В горизонте А2 максимальное значение содержания наблюдалось в августе и сентябре, а в горизонте В -только в сентябре. Причиной стало активное разложение органического вещества в конце вегетационного периода в результате поступления свежих растительных остатков. Выявлена положительная корреляция содержания КРСЖ с содержанием С0бщ (г = 0,82) в элювиальном горизонте. В 2010 г. сезонная динамика КРСЖ не выражена.

Были подсчитаны запасы КРСЖ по горизонтам за оба года. Их количество варьировало в следующих пределах: в подстилке - 1,18-1,57 т/га; в элювиальном горизонте - 8,59-22,47 т/га и в иллювиальном горизонте - 95,7-199 т/га. В целом наибольшие запасы данных соединений железа содержатся в горизонте В. Данный факт связан с тем, что горизонт В является наиболее мощным и в нем содержится максимальное количество КРСЖ. Кроме запасов КРСЖ по горизонтам, было подсчитано их количество по слоям за оба года. В слое 0-80 см их содержание варьировало в пределах: 109-229 т/га.

Таким образом, за оба года исследования в подзолистой почве под лесом прослеживается тренд увеличения содержания кислоторастворимых соединений Ре и их запасов в конце летнего периода.

В почвах под пашней содержание подвижных оксидов железа при окультуривании практически не изменяется (Муха, 2004). Но содержание металлов в них может увеличиваться в результате использования техники для обработки почвы, применения удобрений и химикатов (Шихова, Егошина, 2004).

В агродерново-подзолистой почве под пашней содержание КРСЖ в целом значительно выше, чем в подзолистой почве под лесом. При этом их максимальное количество также приходится на иллювиальный горизонт и колеблется в пределах: от 1205 до 2048 мг/кг. В пахотном и переходном горизонтах значения КРСЖ отличаются незначительно и составляют: 798-1362 и 811-1386 мг/кг соответственно. В 2010 г. количество КРСЖ в почве под пашней было выше,

чем в 2009 г. и варьировало в пределах: в горизонте Ап - 1367-1968 мг/кг; в горизонте АгВ] - 1314-1888 мг/кг; в горизонте В2 - 2138-3456 мг/кг.

В 2009 г. выявлена достоверная динамика кислоторастворимых соединений железа во всех исследуемых горизонтах. В пахотном и переходном горизонтах максимальное количество КРСЖ было зафиксировано в конце мая. Это связано с кислотностью почвы, так как значение рНка в этот период было минимальным. В иллювиальном горизонте максимальное содержание КРСЖ было в мае. Причиной стало вымывание подвижных соединений Ре в составе орга-номинеральных комплексов в нижележащие горизонты и высокая влажность почвы в иллювиальном горизонте в весенний период. Значительная часть железа в виде органоминеральных соединений приобретает подвижность (Зайдель-ман, 2009). Выявлена прямая корреляция содержания КРСЖ с содержанием Слаб (г = 0,80) и влажностью почвы (г = 0,81) в горизонте В2.

В 2010 г. динамика содержания КРСЖ в течение вегетационного периода является достоверной в пахотном и иллювиальном горизонтах. Наибольшее количество КРСЖ в горизонтах Ап и В2 зафиксировано в августе и сентябре. Причиной стало активное преобразование органического вещества в результате поступления свежего растительного опада.

Были подсчитаны запасы кислоторастворимых соединений железа по горизонтам за оба года исследования. Их содержание колебалось в следующих пределах: в горизонте Ап- 56,7-81,5 т/га; А2В1 - 58,9-84,6 т/га; В2- 86,8-129 т/га. Кроме содержания запасов КРСЖ, были рассчитаны и запасы по слоям. Их значение в слое 0-80 см составило 197-291 т/га.

Таким образом, в подзолистой почве под лесом прослеживается общее направление изменения содержания КРСЖ в течение вегетационных периодов в годы исследования, а в агродерново-подзолистой почве под пашней характер динамики содержания кислоторастворимых соединений элемента отличается: в 2009 г. увеличение наблюдалось в весенний период, а в 2010 г. - в конце летнего периода.

ВЫВОДЫ

Л. Марганец и железо имеют разный характер профильного распределения в исследованных подзолистой и агродерново-подзолистой почвах Кировской области. Подвижные и кислоторастворимые соединения марганца - аккумулятивный.. Подвижные соединения железа - элювиальный тип распределения. Для кислоторастворимых соединений железа характерно относительное накопление в органогенном горизонте на фоне общего элювиального типа распределения,

2. Содержание подвижных соединений марганца и железа значительно изменяются в течение вегетационного периода. В подзолистой почве под лесом наибольшая амплитуда динамического изменения содержания подвижных соединений марганца отмечается в органогенном горизонте (52-457 мг/кг), подвижных соединений железа - в иллювиальном горизонте (29-331 мг/кг). В агродерново-подзолистой почве под пашней амплитуда изменений содержания

подвижных соединений марганца выше в пахотном горизонте (27-68 мг/кг), подвижных соединений железа - в иллювиальном горизонте (84-254 мг/кг). Ки-слоторастворимые соединения марганца и железа являются более консервативными. Их сезонная динамика также наблюдается, но она выражена слабее.

3. В наблюдаемый период (2009-2010 гг.) общим трендом сезонной динамики подвижных и кислоторастворимых соединений марганца в подзолистой почве под лесом и агродерново-подзолистой почве под пашней является увеличение их содержания в летний период. Общий тренд увеличения содержания подвижных и кислоторастворимых соединений железа в почвах ключевых участков отмечается в конце вегетационного периода.

4. Основное влияние на сезонную динамику подвижных и кислоторастворимых соединений марганца и железа в летний период оказывают гидротермические условия и трансформация органического вещества. ОВП повлиял на изменение подвижных соединений железа в весенний период в иллювиальном горизонте почвы под лесом; кислотность почвы — в подстилке в осенний период, в пахотном горизонте в весенний период.

5. Максимальные запасы подвижных и кислоторастворимых соединений марганца в подзолистой почве под лесом приходятся на иллювиальный горизонт, в агродерново-подзолистой почве под пашней - на пахотный горизонт. Запасы подвижных и кислоторастворимых соединений марганца в подзолистой почве под лесом в слое 0-80 см составляют 0,39-1,96 т/га и 2,65-4,44 т/га, соответственно; в агродерново-подзолистой почве под пашней - 1,47-3,57 т/га и 14,2-33,2 т/га, соответственно.

6. Наибольшие запасы подвижных и кислоторастворимых соединений железа в обеих исследованных подзолистых почвах под лесом и под пашней приходятся на иллювиальный горизонт. Запасы подвижных и кислоторастворимых соединений железа в подзолистой почве под лесом в слое 0-80 см составляют 3,56-36,0 т/га и 109-229 т/га соответственно; в агродерново-подзолистой почве под пашней - 8,62-20,9 т/га и 197-291 т/га соответственно.

Работы, опубликованные по теме диссертации

1. Шихова JI.H., Зубкова O.A., Русских Е.А., Корякина Е.В. Динамика запасов углерода в почвенном ярусе лесной таежной экосистемы / JI.H. Шихова, O.A. Зубкова, Е.А. Русских, Е.В. Корякина // Вестник Удмуртского ун-та. Серия Биология. Науки о Земле. 2011. Вып. 4. С. 31-39.

2. Шихова JI.H., Зубкова O.A. Изменение содержания подвижных соединений Мп в подзолистых почвах в течение вегетационного периода / JI.H. Шихова, O.A. Зубкова // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2012. № 2 (27). С. 35-39.

3. Зубкова O.A., Корякина Е.В., Шихова JI.H. Динамика содержания лабильного органического вещества в подзолистых почвах разной степени антропогенной нагрузки / O.A. Зубкова, Е.В. Корякина, JI.H. Шихова // Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития. Сб. материалов

VII Всероссийской научно-практической конференции в 2 частях. Часть 2. (г. Киров 1-2 декабря 2009г.). - Киров: ООО "Лобань", 2009. С.102-105.

4. Шихова Л.Н., Зубкова O.A. Марганец в дерново-подзолистых почвах европейского северо-востока России / Л.Н. Шихова, O.A. Зубкова // Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития. Сб. материалов VI Всероссийской научно-практической конференции с международным участием в 2 частях, (г. Киров 25-27 ноября 2008г.). - Киров: Изд-во "О-Краткое", 2008.

5. Зубкова O.A., Русских Е.А. Динамика подвижных соединений ТМ в подзолистых почвах с разной степенью антропогенной нагрузки / O.A. Зубкова, Е.А. Русских // Почвы в условиях природных и антропогенных стрессов. Сб. материалов XIV Докучаевских молодежных чтений (г. Санкт-Петербург, 1-4 марта 2011 г.). - Под редакцией Б.Ф. Апарина. - СПб.: Издательский дом С.-Петербургского государственного университета, 2011. С. 29-30.

6. Зубкова O.A., Русских Е.А., Шихова Л.Н. Динамика содержания органического вещества в подзолистых почвах разной степени антропогенной нагрузки / O.A. Зубкова, Е.А. Русских, Л.Н. Шихова // Науке нового века - знания молодых. Материалы Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и соискателей посвященной 80-летию Вятской ГСХА: Сборник научных трудов. В Зч. 4.1. Агрономические науки. - Киров: Вятская ГСХА, 2010. С. 60-63.

7. Зубкова O.A., Русских Е.А., Шихова Л.Н. Динамика запасов подвижных форм свинца и железа в лесной почве / O.A. Зубкова, Е.А. Русских, Л.Н. Шихова // Биодиагностика состояния природных и природно-техногенных систем. Сб. материалов X Всероссийской научно-практической конференции с международным участием в 2 частях. Книга 2. (г. Киров, 4-5 декабря 2012 г.). -Киров: ООО "Лобань", 2012. С. 80-82.

8. O.A. Зубкова, Е.А. Русских, Е.В. Корякина. Сезонная динамика запасов углерода в почвенном ярусе таежных экосистем / O.A. Зубкова, Е.А. Русских, Е.В. Корякина // Почва как природная биогеомембрана. Сб. материалов XV Докучаевских молодежных чтений (г. Санкт-Петербург, 1-3 марта 2012 г.). - Под редакцией Б.Ф. Апарина. - СПб.: ВВМ, 2012. С. 121-123.

9. O.A. Зубкова, Е.А. Русских. Динамика подвижных соединений кадмия и марганца в пахотной почве / O.A. Зубкова, Е.А. Русских // Законы почвоведения: новые вызовы. Сб. материалов XVI Докучаевских молодежных чтений (г. Санкт-Петербург, 4-6 марта 2013 г.). - Под редакцией Б.Ф. Апарина. - СПб.: Издательский дом С.-Петербургского государственного университета, 2013. С. 53-54.

10. O.A. Зубкова, Л.Н. Шихова. Динамика подвижных форм железа в лесной подзолистой почве в течение вегетационного периода / O.A. Зубкова, Л.Н. Шихова // Инновационные технологии возделывания сельскохозяйственных культур в Нечерноземье. Сб. докл. Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 75-летию образования Владимирского НИИСХ Россельхозакадемии в 2 т. Т.1 (Суздаль, 2-4 июля 2013 г.). - Под ред. В.В. Окоркова, Л.И. Ильина. - Иваново: ПресСто, 2013. С. 216-220.

Подписано в печать 18.11.2013 г. Формат 60х841лб. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 57

Отпечатано с оригинал-макета Типография ГНУ НИИСХ Северо-Востока Россельхозакадемии 610007, г. Киров, ул. Ленина, 166-а

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата сельскохозяйственных наук, Зубкова, Ольга Александровна, Киров

Государственное научное учреждение Зональный научно-исследовательский институт сельского хозяйства Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого Российской академии сельскохозяйственных наук

На правах рукописи

04201451127

Зубкова Ольга Александровна

Специальность: 03.02.13 - почвоведение

Диссертация на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель:

доктор сельскохозяйственных наук

Л.Н. Шихова

Киров - 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ Стр.

ВВЕДЕНИЕ..........................................................................................................................................5

Глава 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ..............................................................................................................9

1.1 Содержание различных соединений марганца и железа в подзолистых почвах, их распределение по профилям почв..............................9

1.2 Динамика подвижных соединений марганца и железа в подзолистых почвах в течение вегетационного периода..............................................12

1.3 Влияние различных факторов на содержание и динамику марганца и железа в почве..........................................................................................................................14

1.4 Влияние марганца и железа на почвенные факторы и рост растений и их участие в биогеохимическом круговороте......................................28

Глава 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ........................................................33

2.1 Объекты исследования..............................................................................................................33

2.1.1 Географическое положение..................................................................................................36

2.1.2 Климат....................................................................................................................................................36

2.1.3 Растительность................................................................................................................................38

2.1.4 Рельеф................................................................................................................................................................40

2.1.5 Геоморфология и почвообразующие породы........................................................42

2.1.6 Почвенный покров........................................................................................................................43

2.1.7 Погодно-климатические условия в годы исследования..............................44

2.2 Методы исследования..............................................................................................................47

Глава 3 ПРОСТРАНСТВЕННОЕ ВАРЬИРОВАНИЕ И ДИНАМИКА

СВОЙСТВ ПОЧВ КЛЮЧЕВЫХ УЧАСТКОВ....................................................50

3.1 Варьирование свойств почв ключевых участков................................................50

3.2 Динамика влажности почв ключевых участков в течение вегетационного периода..............................................................................................................................51

3.3 Динамика окислительно-восстановительного потенциала в течение вегетационного периода....................................................................................................56

3.4 Динамика обменной кислотности почв ключевых участков в те-

чение вегетационного периода............................................. 59

3.5 Содержание и динамика углерода гумуса в почвах ключевых участков.......................................................................... 65

3.5.1 Динамика содержания общего углерода гумуса...................... 65

3.5.2 Динамика содержания лабильного углерода гумуса................. 73

Глава 4 ДИНАМИКА СОДЕРЖАНИЯ ПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

МАРГАНЦА И ЖЕЛЕЗА В ПОЧВАХ КЛЮЧЕВЫХ УЧАСТКОВ В ТЕЧЕНИЕ ВЕГЕТАЦИОННОГО ПЕРИОДА........................ 80

4.1 Динамика содержания подвижных соединений марганца............ 80

4.1.1 Динамика содержания подвижных соединений марганца в подзолистой почве под лесом...................................................... 80

4.1.2 Динамика содержания подвижных соединений марганца в агро-дерново-подзолистой почве под пашней................................ 90

4.2 Динамика содержания подвижных соединений железа............... 98

4.2.1 Динамика содержания подвижных соединений железа в подзолистой почве под лесом......................................................... 98

4.2.2 Динамика содержания подвижных соединений железа в агродер-ново-подзолистой почве под пашней..................................... 106

Глава 5 ДИНАМИКА СОДЕРЖАНИЯ КИСЛОТОРАСТВОРИМЫХ СОЕДИНЕНИЙ МАРГАНЦА И ЖЕЛЕЗА В ПОЧВАХ КЛЮЧЕВЫХ УЧАСТКОВ В ТЕЧЕНИЕ ВЕГЕТАЦИОННОГО ПЕРИОДА................................................................................ 114

5.1 Динамика содержания кислоторастворимых соединений марганца.............................................................................. 114

5.1.1 Динамика содержания кислоторастворимых соединений марганца в подзолистой почве под лесом........................................ 114

5.1.2 Динамика содержания кислоторастворимых соединений марганца в агродерново-подзолистой почве под пашней.................... 119

5.2 Динамика содержания кислоторастворимых соединений железа... 125

5.2.1 Динамика содержания кислоторастворимых соединений железа в

подзолистой почве под лесом..........................................................................................125

5.2.2 Динамика содержания кислоторастворимых соединений железа в

arpo дерново-подзолистой почве под пашней....................................................130

ВЫВОДЫ..........................................................................................................................................136

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ........................................................................................................138

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ......................................................................................................139

ПРИЛОЖЕНИЯ................................................................................................................................158

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Почва является неотъемлемой частью биогеценоза. Элементный состав почв - важнейший показатель их химического состояния, свойств и генезиса. Элементы в ней находятся в виде минералов, легкорастворимых солей, свободных ионов, входят в состав органических веществ.

Одними из наиболее распространенных и важнейших компонентов почв являются марганец и железо. Они могут существенно влиять на процессы почвообразования и активно в них участвовать. Так, Мп и Ре принимают участие в образовании глин и синтезе коллоидов, оглеении, гумусообразовании и т.д. Кроме того, они могут отражать направление и особенности почвообразовательного процесса, например, процесс подзолообразования. Оксиды и гидроксиды данных элементов являются минеральными пигментами, определяющими почвенную окраску. Они также оказывают влияние на содержание и поведение других элементов в почве. Соединения железа выступают и как достаточно активные структу-рообразователи.

Химические элементы также необходимы для жизнедеятельности растений. Они входят в состав ферментов, гормонов, витаминов и других важных соединений. Железо и марганец участвуют во многих биохимических процессах: в обмене веществ, процессах фотосинтеза, окислительно-восстановительных реакциях. Их недостаток приводит к специфическим заболеваниям растений. Но в больших количествах Мп и Бе также являются токсичными для растений.

В почвах железо и марганец, как и другие химические элементы, могут находиться в разных степенях подвижности: подвижные и неподвижные. Наибольший интерес представляют именно подвижные формы элементов (извлекаемые ацетатно-аммонийным буферным раствором с рН 4,8), так как именно они участвуют во многих почвенных процессах, образуют органоминеральные комплексы, фиксируют другие элементы и являются доступными для растений.

Содержание и поведение изучаемых элементов зависит от типа почвы и ее свойств: кислотности, окислительно-восстановительного потенциала, содержания органического вещества и др. Марганец и железо являются элементами с переменной валентностью. Их подвижность может изменяться при смене окислительно-восстановительных условий, что характерно для южно-таежной подзоны.

Типичными почвами Кировской области являются подзолистые почвы, занимающими основную часть территории. Для них характерно высокое содержание как валовых, так и подвижных соединений железа и марганца, часто в количествах, токсичных для сельскохозяйственных растений. Подвижные соединения элементов являются динамичными и могут значительно варьировать в течение вегетационного периода под влиянием различных факторов.

Основной интерес для сельского хозяйства представляют почвы под пашней. Дерново-подзолистые почвы под пашней образованы из подзолистых почв под лесом в процессе окультуривания, что оказывает непосредственное влияние на содержание и динамику изучаемых элементов. Поэтому, в представленной работе исследуются и сравниваются по содержанию и динамике подвижных соединений железа и марганца почва под лесом и ее антропогенно измененный аналог-почва под пашней.

Таким образом, изучение содержания и динамики марганца и железа в почве является важным направлением в исследованиях генезиса подзолистых почв.

Целью работы является исследование динамики содержания подвижных и кислоторастворимых соединений марганца и железа в подзолистой почве под ле-

сом и ее антропогенно измененном аналоге — агродерново-подзолистой почве в течение вегетационного периода.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

3. Оценить связь между содержанием подвижных и кислоторастворимых соединений Мп и Бе и свойствами почвы.

Научная новизна исследований. Впервые изучено изменение содержания подвижных и кислоторастворимых соединений марганца и железа в подзолистых почвах Кировской области в течение вегетационных периодов. Определены их запасы по горизонтам и по слоям почвы. Исследована связь между изучаемыми элементами и свойствами почв, погодными условиями, влияние антропогенной деятельности (сельскохозяйственное освоение) на содержание и динамику данных элементов в течение вегетационного периода.

Теоретическая и практическаязначимость работы. Полученные данные позволяют углубить теоретические знания по содержанию, профильной и сезонной динамике подвижных и кислоторастворимых соединений марганца и железа в подзолистых и агродерново-подзолистых почвах Кировской области. Выявленное содержание подвижных и кислоторастворимых соединений марганца и железа и их динамика дополняют данные экологического мониторинга почв Кировской области. Полученные данные могут быть использованы при изучении генезиса подзолистых почв, для практического применения почвенно-агрохимическими и мелиоративными службами региона.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность полученных результатов подтверждается использованием общепринятых в почвоведении методов отбора и анализа проб и использованием методов статистической обработки данных (дисперсионного и корреляционного анализов). Результаты работы доложены и обсуждены на всероссийских научно-практических конферен-циях"Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития", Киров, 2008; "Современные проблемы биомониторинга и биоиндикации", Киров, 2010; "Биологический мониторинг природно-техногенных систем", Киров, 2011; на молодежных чтениях "Почвы в условиях природных и антропогенных стрессов", Санкт-Петербург, 2011; "Законы почвоведения: новые вызовы", Санкт-Петербург, 2013. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 2 из них в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Содержание соединений марганца и железа в подзолистых почвах, их

распределение по профилям почв

Существует большое разнообразие форм элементов, в том числе железа и марганца, находящихся в почве. Условно все почвенные соединения элементов можно разделить на три группы (Зырин Н.Г. и др., 1974):

1. Мобильные соединения;

2. Прочно фиксированные формы;

3.Элементы, входящие в состав минералов.

К соединениям первой группы относятся легкорастворимые соли, свободные ионы элементов, находящихся в почвенном растворе. Здесь могут быть соединения, растворимые в воде и слабых кислотах. Содержание элементов в такой форме довольно незначительно (Любимова И.Н., 1979), а иногда и совсем не обнаруживается (Петухова Н.Н, Шимко Г.А., 1982). В эту группу также входят обменные формы элементов, входящие в состав почвенного поглощающего комплекса (ППК). Мобильные соединения элементов являются подвижными и доступными для растений (Кузнецов М.Ф., 1994).

Вторая группа соединений является ближайшим резервом подвижных форм. Особое место среди них занимают элементы, которые входят в состав органических комплексов и становятся доступными для растений лишь в результате распада этих соединений. В необменной фиксации элементов также участвуют карбонаты и полуторные оксиды. Данные формы элементов составляют значительную часть их общих запасов в почве (Кузнецов М.Ф., 1994).

Марганец находится в почве в виде 2-, 3- и 4-валентных соединений. Средний кларк марганца в почве составляет 850 мг/кг по А.П. Виноградову. Он выделяет две формы Мп: усвояемую (легкоподвижную), к которой относятся легкорастворимые соли и обменный марганец и неусвояемую (неподвижную), к кото-

рой относятся органические соединения и минералы (Виноградов А.П., 1957). При этом большая часть почвенного марганца представлена оксидами и гидро-ксидами (Пейве Я.В., 1961; Кабата-Пендиас А., Пендиас X., 1989).

Железо — один из наиболее распространенных химических элементов, занимающий 4е место по содержанию в земной коре после кислорода, кремния и алюминия. Соединения железа в почве представлены окислительными состояниями: Fe (II) и Fe (III) (Сердобольский И.П., 1953; Орлов Д.С., 1985). Зонн C.B. выделяет в почве следующие формы Fe: 1. Силикатные; 2. Несиликатные: окри-сталлизованные формы (сильно, слабо); аморфные формы (железистое; гумус-железистое); подвижные соединения (обменные; водорастворимые) (Зонн C.B., 1982).

Содержание и распределение элементов в почве обусловливается многими причинами, в том числе направленностью и интенсивностью процессов почвообразования (Антонова Г.Г. и др., 1972; Черных Н.А. и др., 2001). Но количество валового марганца в дерново-подзолистых почвах мало зависит от интенсивности проявления подзолистого процесса. Наиболее высокие концентрации в пределах подтипа обнаружены в дерново-среднеподзолистых суглинистых почвах (Кузнецов М.Ф., 1994).

Тип распределения марганца и железа в профиле подзолистых и дерново-подзолистых почв характеризуется как элювиально-иллювиальный или аккумулятивно-элювиально-иллювиальный (Пономарева В.В., 1964; Орлов Д.С., 1985; Гущина A.M., Дабах Е.В., 2003).

Валовое содержание элементов зависит, прежде всего, от почвообразующей породы. Наиболее важный — минералогический состав, наличие в породе собственных минералов того или иного элемента (Ильин В.Б., Сысо А.И.,2001).

Значительное влияние на распределение элементов также оказывает гранулометрический состав почвы. Практически во всех ее типах максимальная концентрация металлов, в том числе Fe, наблюдается в более тяжелых по гранулометрическому составу горизонтах. Мощным накопителем элементов в почве являются глинистые минералы, более слабым — ил и гумус (Мотузова Г.В., 1999;

Дабахов М.В. и др., 2005; Азаренко Ю.А., 2012). В легких почвах содержание элементов низкое, даже иллювиальные горизонты могут быть обеднены ими (Во-дяницкий Ю.Н. и др., 2011).

Для марганца приуроченность к илистой фракции встречается редко. Она была зафиксирована только при его низком содержании в легкой почве, когда высока доля силикатной формы элемента (Мотузова Г.В., 1999; Водяницкий Ю.Н., 2009). Марганец относится к типичным элементам-биофилам. Особенностью его миграции в почвенном профиле является аккумуляция в верхних гумусовых горизонтах и лесной подстилке. Данная закономерность пролеживается для валовых и подвижных соединений марганца, максимум содержания которых приходится на перегнойно-аккумулятивные горизонты, и имеет место как под естественной, так и под культурной растительностью. Следующий максимум приходится на и�

Информация о работе

Зубкова, Ольга Александровна
кандидата сельскохозяйственных наук
Киров, 2013
ВАК 03.02.13

Диссертация

Содержание и динамика соединений марганца и железа в подзолистых почвах южно-таежной подзоны Кировской области - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы