Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

СОДЕРЖАНИЕ И СОСТАВ ВОДОРАСТВОРИМЫХ КРЕМНИЕВЫХ СОЕДИНЕНИИ ЦЕЛИННЫХ И МЕЛИОРИРОВАННЫХ СОЛОНЦОВ ЗАВОЛЖЬЯ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "СОДЕРЖАНИЕ И СОСТАВ ВОДОРАСТВОРИМЫХ КРЕМНИЕВЫХ СОЕДИНЕНИИ ЦЕЛИННЫХ И МЕЛИОРИРОВАННЫХ СОЛОНЦОВ ЗАВОЛЖЬЯ"

Д-28ВЧ6 '

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

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

На правах рукописи ОКОНСКИЙ Александр Игоревич

\ УДК 631.445.53 : 631.41 : 631.6

Ч, . V "...

СОДЕРЖАНИЕ И СОСТАВ ВОДОРАСТВОРИМЫХ КРЕМНИЕВЫХ

СОЕДИНЕНИИ ЦЕЛИННЫХ И МЕЛИОРИРОВАННЫХ СОЛОНЦОВ ЗАВОЛЖЬЯ

Специальность 06.01.03 — почвоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА — 1987

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

Научный руководитель: академик ВАСХНИЛ, доктор с.-х. наук, профессор Н. П. Панов.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Б. Г. Розанов, кандидат химических яаук, доцент В. В. Краснощекое.

Ведущее предприятие — Почвенный институт им. В.. В. Докучаева. А?

Защита состоится 1988 г. в

час. на заседании Специализированного совета К.120.35.01 в Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева.

Адрес: 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 49, сектор защиты диссертаций ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан < 20 » ¿¿¿/- Л^г^-^ , 1988 г.-

Ученый секретарь А ^

Специализированного совета (✓¿¿А-А. С. М. Саблина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В решениях XXVII съезда КПСС особое место отводится реализации Долговременной, программы мелиорации земель, а также химизации сельского хозяйства для повышения плодородия почв, л увеличения урожайности всех сельскохозяйственных культур.

Важным объектом мелиорации являются солонцы и почвы оолшцовых комплексов, занимающие в нашей стране более 100 млн. га. Для успешной разработки мероприятий по освоению и рациональному использованию солонцов необходимы ясные представления о причинах, вызывающих и поддерживающих неблагоприятные солонцовые свойства. Между тем генезис солонцов, особенно малонатриевых, еще не нашел всестороннего объяснения. Существуют предположения, что высокая агрегативная устойчивость высокодисперсных частиц иллювиального горизонта определяется, наряду с обменным натрием, природой этих частиц и присутствием в почвенном растворе таких стабилизаторов, как силикат «атрия и кремниевая кислота. Однако результаты исследований о закономерностях и интенсивности аккумуляция и миграции кремнекислоты в почвах солонцовых комплексов немногочисленны и дискуссионны. Данные по распределению и .накоплению подвижных кремниевых соединений в почвах солонцовых комплексов свидетельствуют об их участии в формировании солонцового горизонта, однако морфологическая неоднородность надсолонцового и особенно солонцового горизонтов, аккумуляция аморфной кремнекислоты в элювиальном горизонте диктуют необходимость изучения распределения водорастворимых кремниевых и других соединений на мезоуровне. Недостаточно данных и о влиянии различных форм кремниевых соединений на свойства солонцов. В литературе накоплен большой материал по влиянию химической мелиорации на свойства солонцов. В связи с вышеизложенным изучение влияния различных по природе и дозам химических мелиорантов на содержание легкоподвижных кремниевых соединений будет существенным дополнением к проблемам генезиса и мелиорации солонцовых почв.

Цель и задачи исследований. Целью исследований было изучение закономерностей аккумуляции и состава водорастворимых кремниевых соединений .в почвах солонцовых комплексов и мелиорированных солонцах в связи с явлениями солонцеватости.

В задачи исследований входило: 1) выявление закономерностей распределения кремниевых и других легкоподвижных соединений в основных компонентах структурной организации почв солонцовых комплексов, а также возможности миграции соединений кремния в виде кремнийгумусовых комплексов; 2) изучение действия различных форм и доз кремниевых соединений на подвижность водорастворимых соединении, а также некоторые свойства мало- л многонатриевых солонцов; 3) влияние различных по.природе и дозам химических мелиорантов на содержание водорастворимых кремниевых и других соединений, физ-ические и физико-химиче-. ские свойства солонцов Заволжья.

Научная новизна. Получены новые данные по установлению, закономерностей распределения некоторых форм подвижных соединений кремния, а также алюминия и железа, в. основных компонентах структурной организации почв солонцовых комплексов. Показан различный характер распределения водорастворимого кремния на мезоуровне в солонцах и зональных почвах. Получены новые данные ло строению и составу конкреций осолоделых солонцов Заволжья с использованием растровой электронной микроскопии и микрозондирования.

Использование методов инфракрасной спектроскопии, систематизированной гелевой хроматографии, атомно-абсорб-ционной сиёктрофотометрии, а также методики с применением активированного угля ОУ марки Л позволило установить факт возможности взаимодействия кремниевых соединений с водорастворимым органическим веществом и миграции их в солонцах в виде кремнийгумусовых комплексов. Показано, что кремниевые соединения (мономерная орто-кремниевая кислота, силикат натрия, аморфный кремнезем), внесенные в небольших количествах (до 25 мг кремния/100 г почвы), приводят к пентизации почвенной массы, ухудшению физических свойств солонцов."

Впервые проведены модельные и полевые исследования в динамике по изучению содержания и масштабов выноса кремниевых и других водорастворимых соединений в солонцах Заволжья при использовании химических мелиорантов различной природы (гипса, фосфогипса, пирита, серной кислоты).

Практическая значимость работы. Обоснована и разработана методика но разделению кремниевых соединений, свя-

заниЫх с водорастворимым органическим-, веществом, от их минеральных форм, с использованием активированного угля ОУ марки Л.

Показана возможность установления сроков проведения повторной мелиорации солонцов по данным содержания водорастворимого кремния в контроле и мелиорируемых солонцах. I

Апробация работы. Результаты исследований доложены на конференциях молодых ученых ТСХЛ; г- Москва, 1985, 1986 гг.; научно-методическом и координационном Совете по мелиорации солонцов в Почвенном институте им. В. В. Докучаева, г. Москва, 1987 г.

Публикация работы. По материалам диссертационной ра" боты опубликовано три статьи.

Объем работы. Диссертация изложена на 219 страницах машинописного' текста, включает 26 таблиц, 19 рисунков. В списке литературы — 245 источников, в том числе 33 — иностранных.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИИ

Полевые исследования проводились в северо-западной части Прикаспийской низменности на территории землепользования совхоза «Красный Октябрь» Палласовского района Волгоградской области. Объектами исследований служили почвы трехкомпонентного целинного солонцового комплекса Заволжья — лугово-степные светло-каштановые солончаковые солонцы, зональные светло-каштановые солонцевато-солончаковатые почвы, лугово-каштановые (темноцветные) почвы микрозападин, а также орошаемые солонцы.

Эффективность химической мелиорации изучалась на целинных светло-каштановых солончаковых , средненатриевых солонцах (25% обменного натрия), характеризующихся высокой карбонатностью и засоленностью подсолонцового го. ризонта, сформированных на желто-бурых карбонатных суглинках. Повторность вариантов 5-кратная; делянки рендо-мизированы. Из мелиорантов использовались 76%-ный раствор технической отработанной серной кислоты Камышин-скопо ХБК и гипс. Условия — орошаемые, норма орошения — общепринятая в хозяйстве. Модельные опыта заложены на кафедре почвоведения ТСХЛ.

В опыте по изучению влияния различных доз водорастворимого органического вещества на содержание легконодвиж-них кремниевых соединений гумусовых и иллювиальных горизонтов многонатрневых (50% обменного натрия) каштановых солонцов и светло-каштановых почв использовалось

органическое вещество, полученное при аэробном разложении черной полыни, В опытах по исследованию влияния различных форм и доз кремниевых соединений на содержание водорастворимых элементов и физические свойства солонцов применялись мономерная ортокремниевая кислота, наногид-рат метасилнката натрия и аморфный кремнезем. В опыте ло изучению действия химической мелиорации в условиях орошения на содержание и вынос водорастворимых кремниевых л других соединений многонатрневых солонцов Заволжья было .предусмотрено внесение фосфогнпса, .пирита и серной кислоты в дозах, рассчитанных по обменному натрию. В опыте по кислованию солонцов был использован широкий диапазон доз серной кислоты с целью выявления оптимальных доз мелиоранта, не оказывающих разрушительного действия на почву.

Для .представления о формах миграции и аккумуляции кремниевых соединений в солонцах проводились гель-хрома-тографические исследования. Применялись гели-молселекты Г-10 и Г-50 (Венгрия) с пределами разделений по молекулярным массам 0—700 и 500—10000 соответственно. Для исследований использовались концентрированные водные вытяжки иллювиального (Bj) горизонта каштанового и черноземного солонцов. Оптическая .плотность различных фракций водорастворимого органического вещества измерялась фотометрически (на приборе К ФК-2), кремний — на атом-но-абсорбционном спектрофотометре. .

Для доказательства возможности взаимодействия водорастворимого органического вещества с кремниевыми соединениями применялись методы систематизированной гелевой хроматографии .и инфракрасной спектроскопии. Объектами исследований были малозольные (0,3—2,0%) препараты фульво- и гуминовых кислот и раствор силиката натрия. Съемка ИК-спектров проводилась на приборе «Jasko-IRS» (Япония). Содержание «свободных» и связанных с органическим веществом водорастворимых соединений кремния, алюминия и железа определялось по разработанной методике с использованием активированного угля ОУ марки А с атомно-абсорбционным окончанием.

Изучение структуры конкреций из гумусово-элювиального горизонта солонцов Заволжья проводили с помощью растрового электронного микроскопа HSM-2A (Hitachi, Япония). Вещественный состав микрозон конкреций определяли на рентген-флуоресцентном энерго-дисперсионном анализаторе «МЕ КА-10-40» (Link Systems, Англия)*

В исследуемых образцах целинных почв, а также полевых и модельных опытов проводились определения: содержание кремния, алюминия, железа, марганца, щелочных и

Ч

щелочноземельных катионов—на атомно-абсорбционном спектрофотометре «Регкт-Е1тег-503»; реакции водных вытяжек — потенциометрически; щелочность — методом потен-циометрического титрования; аморфная кремнекислота — в 5%; КОН-вытяЖ|Ке ,по К. К. Гедройцу; механический состав — по методу Н. А. Качинского; агрегатный состав — по Сав-винову; гумус — по Тюрину; набухание — на приборе А. М. Васильева;, водоиептизируемый ил (для расчета степени дисперсности) выделялся ссдиментационным методом без' предварительной физической и химической обработок с последующим выпариванием илистых суспензий; водные вытяжки готовились при соотношении почва : вода= 1 :5 с последующим суточным настаиванием. Математическая обработка полученных результатов проводилась на ЭВМ «СМ-4-20». '

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Содержание, состав и особенности распределения ' кремниевых соединений в почвах солонцовых комплексов

В связи с ярко выраженной морфологической неоднородностью солонцового горизонта распределение водорастворимых соединений кремния, алюминия и железа исследовалось в основных компонентах структурной организации почв целинного солонцового комплекса ' Заволжья: внутрнпедной массе (ВПМ), боковой поверхности педов (БПП), скелетане, новообразованиях.

Исследования показали ярко выраженный иллювиальный характер распределения указанных соединений в солонцах и элювиально-иллювиальный — в зональных почвах (табл. 1). В пределах солонцового горизонта количество кремнезема заметно изменяется, что обусловлено различным содержанием водорастворимых солей, так как между этими двумя показателями существует тесная, отрицательная корреляционная связь. Повышенное содержание водорастворимого кремния (до 16 мг/100 г) в иллювиальном горизонте светло-каштановой почвы связано с ярко выраженной солон-цеватостью.

Следует подчеркнуть, что распределение водорастворимого кремния во внутрнпедной массе (ВПМ) и боковой поверхности педов (БПП) изучаемых почв носит различный характер. В солонцах БПП обогащена кремнием по сравнению с ВПМ, в зональных почвах обеднена им, что связано с различным характером распределения гумуса в почвах. Так, ВПМ светло-каштановой почвы содержит гумуса на 0,3—0,5% больше, чем БПП, в то время как для солонцов

Таблица I

Содержание водорастворимого кремния в солонцах и светло-каштановых почвах Заволжья (мг/100 г почвы)

Солонец мелкий Солонец среднестолбчатьш Светло-каштановая сильносолонцеватая

Горизонт Глубина, см Кремний Горизонт Глубина, см Кремний; Горизонт Глубина, см Кремний

ВПМ БПП ВПМ БПП ВПМ БПП

А! 1-4 2,1 Я1 А, 1—4 4,6 4,6 А 1—5 4,1 4,1"

А, 4—а 2,0 2,0 А1 4-9 6,0 6,0 А S-10 8,6 8,0

в, 8—9 5,2 5,2 А, 9-15 9,7 9,7 А 10—15 9,3 9,3

в» 9-18 16,3 22,3 В! 16-16 36,4 36,41 В, 15-20 10,9 7,4)

в< 18-23 2,3 4,6 в, 22—32 ¡49,8 54,4 . В, 20—30 15.8 112,1

В2 23-33 1,0 1,2 в, 32-35 61,5 77,9 в( 30—40 116,0 11,8

в2 33—41 0,8 0,9 ;В2 38—48 1.5 Я4 в2 50-60 1,2 1,8

Вк 50—60 0,3 0,4 (В2 55-65 0,7 1,6. . Вк 76-85 1,2 2,0

вк 70—80 1,0 0,9 ВС 85-95 0,5 0,7 с 100—110 0,4 0,4

ВС SODICO 0,9 1,0 С МО—120 1,5 us

достоверных различи» не обнаружено. Очевидно,' гумусовые вещества блокируют .поверхность почвенных частиц, уменьшая тем самым щелочной гидролиз и, следовательно, вынос продуктов разрушения (в частности, кремния) в почвенный раствор. Данные модельного опыта подтверждают уменьшение содержания водорастворимого кремния в солонцах и зональных почвах при увеличении доз вносимого водорастворимого органического вещества. -

Содержание легкоподвижного кремния' в солевых новообразованиях не превышает 1,4 мг/100 г почвенно-солевой массы. При изучении форм водорастворимых кремниевых соединений и органического вещества солонцовых горизонтов гель-хроматографическим методом установлено, что кремне-кислота присутствует как в виде низкомолекулярных соединений, так и в виде более полимеризованных форм (табл. 2).

Таблица 2

Молекулярно-массовый состав водорастворимых форм органического вещества и кремнекислоты иллювиального горизонта солонцов

Почва Органическое вещество Кремнекнслота

фракции ММ % от общего содержания фракции ММ % от общего содержания

Солонец • .] 640 19,3 1 200 54,3

каштановый 5&90| 80,8 а (400 37,1

э 660 4,7

4 58<30 ЗД

Солонец ,1 , 350 1.3,0 1. 160 |46,7

черноземный 2 .490 25,1 , а ,490 23,4

Р 3470 J6I-.3 э 112.0 19,1

4 3470 10,8

Как видно, часть кремния связана с водорастворимым органическим веществом почв.

Для непосредственного разделения «минеральных» и связанных с водорастворимым органическим веществом форм кремния была разработана методика с использованием активированного угля ОУ марки А. Оказалось, что уголь сорбирует фульвокислоты из их водных растворов, при рН~1 —1,5, но не поглощает кремнекислоту. При добавлении кремнекислоты в раствор фульвокислоты сорбируется значительная часть кремния. Таким образом, уголь ОУ марки Л сорбирует гумусовые и кремнийгумусовые соединения и не поглощает минеральные формы кремния, то есть является избирательным сорбентом. На основании приведенных исследований рекомендуется методика по разделению, минеральных и орга-

нических форм .кремния. Характерно, что максимальное количество водорастворимого кремния, связанного с органическим веществом, приурочено у солонцов к иллювиальному (В 1), а у зональных почв — к гумусовому горизонту (табл. 3).

Таблица 3

Распределение водорастворимой и аморфной кремнекислоты в почвах солонцового комплекса Заволжья

Горизонт Глубина, см Кремнекислота

Водорастворимая, мг/100 г почвы . Аморфная, %

Всего Связ. с ОВ* Свободная Связ. а . ЛШз

Солонцы

Л, 0—4 4,0 0,0 2,55 • . ОД 4)

л, 4—7 3,4 0,4 2,48 0,39

Л(Аа 7—10 з,а >м 3,21 0,51

В! Ц0—1И {16,9 10,4 2,64 0,47

в( 11<—Ш £2,6 18,5 1',65 1.М 0,49

В, 1а—(25 7,9 А7 . . 0,58

В! 25—32 1,5 10,1 1,08 о,5а

Вз за—40 1,1 о,з 1,26 . 0,52

В2 50-60 1,0 0,0 1,47, . 0,44

ВЦ 70—85 1,0 р,э 1,23 |0,37

с 115—125 0,6 о.а - - 0,30

Светло-каштановые солонцеватые почвы

Л 2—II 4.Э 0,6 2,72 0,47

Л 11'—17 5,4 2,4 2,38 - 0,44

В, 121'—31 2,0 0,4 1,57 0,54

Вк .50—80 1,71 0,5 1,25 0,38

с 1 СО—120 1,1 ¡0,4 1,25 0,28

Темно цветные п эчвы микроза падин

л 3—25 3,8 '0,4 3,19 0,65

В, 25—45 1,6 0,5 2,13 0,47

ва . 50—70 1,6 0,6 1,37 0,37

Вк - 90—100 1,9 0,5 1,30 0,36

с 120—140 1.9 0,7 1,12 0,35

* ОВ — органическое вещество«

Характер распределения аморфной кремнекислоты (по Гедронцу) у всех почв солонцового комплекса Заволжья указывает на ее биогенное происхождение. . • 8

Для выяснения наличия химической связи при взаимодействии гумусовых веществ и водорастворимых силикатов применяли метод инфракрасной спектроскопии. Кремннйгу-мусовые соединения получали растворением малозольных препаратов фульвокислот (зольность 0,3%) и гуминовых кислот (2%) в водном растворе силиката натрия. Избыток непрореагировавшего силиката натрия отделяли на- геле «Молселект Г-10». Установлено, что по сравнению с исходными гумусовыми кислотами в полученных соединениях ослабляется интенсивность полос поглощения амидных групп (1650—1640, 1550—1540 и 1305 см"1), исчезает полоса поглощения МН-групп в виде уступа в области 3200 см-1. Это подтверждает предположение А. В. Фотиева (1971), что одним из возможных направлений образования кремнийгуму-совых комплексов может служить реакция между гндро-ксильными группами силикатов и амидными группами гумусовых кислот.

Гель-хроматографические исследования (Г-10) показыва-.ют, что при добавлении к экстракту полыни и к концентрированной водной вытяжке черноземного солонца силиката натрия часть внесенного кремния выходит со свободным объемом- колонки вместе с органическим веществом, то есть имеет ММ>700. Исследования, проведенные на гелевой колонке «Г-50», также подтверждают возможность взаимодействия водорастворимых силикатов с гумусовыми веществами.

Обогащение солонцового горизонта кремниевыми соединениями (табл. 1, 2) является одной из причин поддержания активной дисперсности солонцового горизонта. Внесение не-.больших количеств мономерной ортокремниевой кислоты, аморфного кремнезема, силиката натрия приводит к заметному ухудшению физических свойств солонцов, выражающемуся в увеличении степени дисперсности, набухания, снижении водопроницаемости почвы. Высокие концентрации используемых соединении обладают коагулирующим действием (табл. 4).

Происходят изменения не только в показателях степени, но •и кинетики набухания. Приведение гиперболических кривых набухания орошаемых образцов к уравнению прямой показало, что процесс набухания представлен не одной, а тремя различными прямыми, характеризующимися собственными константами набухания. В неорошаемых условиях тремя прямыми представлены только варианты с внесением кремниевых соединений, остальные же образцы характеризуются лишь двумя прямыми линиями.

Внесение указанных количеств кремниевых соединений не приводит к заметному увеличению содержания водорастворимого кремния вследствие образования труднораствори-

\ Таблица 4

Влияние кремниевых соединений на степень набухания солонцового горизонта

Варианты Внесено элементов, мг/100 г почвы : '-.*;'■ • - «V, %,

Орошаемые к- -условия : Неорошаемые условия

51 иЧа ,через 2 часа максимальная через 2 часа максимальная

Контроль О. ■ 0 10,0 113,3 10,2 11,1

БЮ^ (аморф.) ; 23, Э .0 , 10,3 15,6 10,5 10,6

ЗЮ2" (аморф.) '233 .' 0 11,6 12,8 14,5 20,8

Ыа^Юа • 9 НгО 23,3' 384 - . 9,5 . 16,7 22,0 1 25,6

№25Ю3-9Н20 -, 233 . 384-' V 8,5 11,4 11,7 * Ц'4,9

Ка250| 0 - , 38.4- 9,6 , 12,8 10,3 11,1

.Ка2504 а 384" 8,6' 8,7 9,5 10,0

мых форм силикатов кальция и магния, а также сорбции -кремнекислоты высокодисперсными почвенными частицами.

Влияние химической мелиорации на содержание водорастворимых" соединений'солонцов'Заволжья'

Химическая мелиорация солонцов-в условиях-орошения приводит к заметному-снижению содержания водорастворимых соединений кремния,' алюминия, и железа вследствие коагуляции; высокодисперсной части .почвы и уменьшения интенсивности протекания;щелочного гидролиза. Происходит и уменьшение; выноса легкоподвижного кремния (табл. 5). -Характерно, что.:использование>органических удобрений приводит к ослаблению выноса,кремнекислоты, что подтверждает вывод о блокировании гумусовыми- соединениями почвенных частиц и уменьшении интенсивности ^гидролиза алюмосили-катной части почвы.,,'.; V ;

Большое влияние на содержание водорастворимых соединений оказывает... доза * мелиоранта: ¡Применение широкого диапазона доз серной кислоты (от 2 до 100 т/га) для мелиорации иллювиального (ВО,<горизонта- солонцов, позволило установить, что с возрастанием доз происходит сначала снижение, а затем и; увеличение-содержания водорастворимых кремниевых соединений. .Точка перегиба кривой на графике •соответствует оптимальной дозе, рассчитанной по порогуг коагуляции высокодисперсных частиц. Применение высоких доз кислоты (более 20—25 т/га)сопровождается разрушением почвенно-поглощающего комплекса почвы с интенсивным" высвобождением соединений железа; алюминия, марганца в поч--венный раствор. " . !

-10 V С;- , ;";

Таблица 5

Влияние химической мелиорации в условиях орошения на содержание водорастворимых соединений и выпос кремния из солонцового горизонта

(модельный опыт)

Вариант Доза, т/га рНв.з. А1 Ре Вынос I полив кремния, П полив мкг/100 г III полив почвы Всего

мг/100 г почвы

Контроль . .... — 7,92» 12,33 3,65 5,71 249,0 38,0 6,4 293,4

Фосфогипс , . . < „ . 21 7,74 1,эа 0,00 0,01 101,3 -58,1 ,13,9 173,3

Пирит . 21 7,72 6,15 ■1,22 2,40 160,2 61,2 23,2 243,6

Серная кислота . • . . . 12 7,37 5,80 0,00 0,08 62,7 54,4 42,2 169,3

100 7,86* М ,70 3,43 5,55 40,0 15,1 9,0 64,1

Фосфогипс +.' навоз . , , , 21 + 100 7,64 2,47 0,00 ,0,07 71,8 15,9 7,9 95,6

Пирит+навоз...... 21 +100 7,61 2,93 о.оа 0,42 38,0 ■12,0 26,0 76,6

Серная кислота + навоз . . 12+100 7,31 5,22 0,05 0,02 21,5 36,5 14,0 72,0

Проведение полевых исследовании в динамике позволило выявить ряд закономерностей. При орошении солонцов без их химической мелиорации происходит" энергичная пептиза-ция почвенной массы, ухудшение физических свойств,,.дегу-мификация пахотного горизонта. На фоне общего рассоления почвы усиливается щелочной гидролиз ее алюмосиликат-ной части с высвобождением продуктов распада, в том числе водорастворимых «- форм кремния, алюминия, железа в почвенный раствор (табл. 6). Между содержанием легко-

- . Таблица 6

Влияние химической мелиорации на содержание водорастворимых соединений (мг/100 г почвы) орошаемых солонцов Заволжья 1: (полевой опыт)

Срок мелиорации

Вариант 1год ; И год ■ III год : 1год II год ЛИ год

. ■ ■ >,

л св.. -, л ..сз ■ _ л св . . Л " м

- о о , .О ■ о о -•о- о . о = О . У ' .а . ' о ~ - и О В а й> • о О ; а и

Кремний

Железо„'

Контроль 2,612- 3,83 4,79 16,13 г 0,56 0,92 1,88

Навоз 2,24 2,98 '4,20 • 9,77 - 0,10 0,46 3,02.

Н^О, 2,16 3,43 3,13 5,91 0,06 0,10 0,92

Н25С>4+навоз 1,82 3,27 3,06 3,5-1 0,03 0,15 0,52

Типе 1,31. 1,90 2,03 2,14 0,04 0,22 0,08:

Гипс+навоз 1,65 21,42 .2,90 2,78" • 0,05 0,23 0,05

НСРссз 0,65 0,51; ; 1,43 4,93*. , 0,37 0,26 1,14

л. 1ЮМИНН ГГ . • " Мар ганец*

Контроль 0,30 0,69 •■ 0,97 3,35 0,01 0,03 0,00:

Навоз 0,09 0,29^ 1,16 2,22 0,04 0,02 0,00

Н250, 0,05 0,18 0,45 0,95 0,41; 0,07 0,00

НгБО^-К навоз 0,02 '0,20 0,16 0,59 0,02 0,07 0,00

Гипб 0,05 '0,17.; •0,19 0,18 0,00 0,05 о,оо:

Гипс+навоз • . 0,11 .0,21 ■0,22 0,20 0^00 0,04 0,00-

НСРссз • 0,21, 0,30 .0,53; 1,17 0,11 0,0!,

2,19 : 1,43 0,79 . 0,50

:о,оа •0,02 0,87

0,00 :о,оо • 0,00 0,00 0,00 0,00

Примечание: почва до мелиорации содержала: кремния — '1,46; Ре — 0,09; А1 — 0,08; Мп — 0,02, мг/100 г почвы.

подвижного кремния и . суммой водорастворимых щелочных и щелочноземельных катионов существует отрицательная корреляционная связь (г =—0,76). Химическая мелиорация (доза гипса 15,'кислоты — 9, навоза — 100 т/га) приводит к заметному . уменьшению содержания легкоподвижных

форм кремния, алюминия и железа из-за уменьшения интенсивности щелочного гидролиза вследствие коагуляции коллоидов и улучшения водно-физических свойств почвы, коагуляции высокомолекулярных форм .кремнекислоты, образования труднорастворимых силикатов щелочноземельных металлов. Однако к третьему году мелиорации наблюдается постепенное повышение степени дисперсности и обогащение водорастворимым кремнием не только в контроле, но и в мелиорированных солонцах, особенно при кисловании, что является следствием частичной реставрации неблагоприятных солонцовых свойств. Установлено, что в мелиоративном отношении гипс более эффективен, чем кислота, и повториое кислование необходимо будет проводить раньше, чем гипсование. На основании проведенных исследований рекомендуется оценивать эффективность мелиоративного процесса и сроки .проведения повторной химической мелиорации путем сравнения данных содержания водорастворимых кремниевых соединений в исходных и мелиорируемых солонцах.

Общие выводы

1. Распределение водорастворимых соединений кремния, алюминия и железа по профилю зональных почв имеет элювиально-иллювиальный, в солонцах. — ярко .выраженный иллювиальный характер, достигая максимума в солонцовом горизонте. Содержание указанных соединений находится в обратной зависимости от количества водорастворимых солей. ■ 2. Исследование содержания легкоподвнжных соединений в основных компонентах структурной организации почв солонцовых комплексов Заволжья показало, что распределение кремнезема во внутрипедной массе (ВПМ) и боковой поверхности педов (БПП) . солонцов и светло-каштановых почв неоднотипно. БПП солонцов обогащена водорастворимыми кремниевыми соединениями .по сравнению с ВПМ, в зональных почвах это соотношение обратное, что обусловлено различиями в характере распределения гумуса в компонентах структурной организации исследуемых почв.

3. Максимальное количество' аморфной кремнекислоты характерно для гумусовых'горизонтов всех почв солонцового комплекса Заволжья, что указывает на биогенное ее происхождение. Обогащение аморфным кремнеземом верхней части солонцовых столбчатых отдельностей является следствием процесса осолодения.

4. Диагностическим признаком осолоделых солонцов Заволжья является наличие железо-марганцевых конкреций на поверхности почв и в верхней части гумусово-элювиаль-ного горизонта. Конкреции имеют концентрическое строение

с чередующимися черно-сёрыМи и Желто-бурыМи слоями. По данным растровой электронной'микроскопии, светлые участки конкреций .представлены рыхлоупакованной массой зерен первичных минералов, сцементированных глинисто-жёлезис-тым материалом; темные участки'имеют более плотный и однородный глинистый состав. Электронное" микрозондирование показало, что темная окраска обусловлена сегрегацией соединений марганца. Конкреции обогащены водорастворимым кремнием и аллофанадш. . -

Характер распределения конкреций"по* профилю почв, их микроскопические особенности свидетельствуют об их современном происхождении. ■' . /.г.'

5. Миграция водорастворимого кремния, по данным гель-хроматографических исследований, может осуществляться как .в виде низкомолекулярных соединений (мономер-димер-ных форм кремнекислоты, силикатов натрия и калия), так и в виде более полимеризованных форм с молекулярной массой 400—700, 1100;'3500'и 5900.

6. Установлено, что'значительная часть легкоподвнжного кремния в солонцах представлена кремнегумусовыми комплексами. Для разделения кремниевых соединении, связанных с водорастворимым органическим' веществом, и их «минеральных» форм, разработана"методика с использованием активированного угля ОУ марки Л. Одним из путей образования кремнегумусовых соединений может быть реакция между гидроксильными группами силикатов и амидными группами гумусовых кислот, что подтверждается данными инфракрасной спектроскопии. Гёль-хроматографические исследования подтверждают возможность миграции водорастворимого кремнезема в виде кремнегумусовых комплексов.

7. Кремниевые соединения, в зависимости от формы и дозы, по-разному влияют на свойства солонцов. Небольшие количества . (до 25 мг крёмния/100 г почвы) мономерной ортокремниевой кислоты," аморфного кремнезема и силиката натрия играют роль пептнзаторов почвы. Указанные соединения .поддерживают и повышают дисперсность солонцового горизонта, выход водопёптизируемого ила, степень набухания почвы, изменяют, кинетику ■ .набухания, Высокие дозы (более 200 мг кремния/100 г почвы) оказывают, как правило, коагулирующее действие, ...

. Внесение указанных доз кремниевых соединений не приводит к заметному появлению водорастворимого кремнезема по сравнению, сV контролем вследствие образования труднорастворимых силикатов'кальция и магния, а также сорбции кремнекислоты почвенным частицами.

8. Орошение солонцов без .предварительной химической мелиорации вызывает дополнительную, пептизацию почвенной

массы, ухудшение водопроницаемости почвы, постепенную дегумификацию пахотного горизонта. Создаются условия для интенсивного протекания щелочного гидролиза, проявляющегося в заметном обогащении солонцов водорастворимыми соединениями кремния, алюминия и железа.

9. Химическая мелиорация солонцов приводит к коагуляции коллоидов, десорбции обменного натрия, улучшению физических свойств почв. Происходит снижение содержания легкоподвижных соединений кремния, алюминия и железа, что является свидетельством ослабления интенсивности гидролиза алюмосиликатной части почвы.

Однако к окончанию срока действия мелиорантов отмечается некоторое накопление легкоподвижного кремния и в мелиорированных солонцах, что является следствием повышения степени дисперсности почвы, реставрации неблагоприятных солонцовых свойств. В связи с этим предлагается уточнять срок .проведения повторной мелиорации по данным количества водорастворимого кремния в исходных и мелиорируемых солонцах.

Рекомендации производству

1. Необходимым приемом повышения плодородия солонцов Заволжья при ирригационном освоении является их химическая мелиорация. С целью более эффективного улучшения физико-химических и агрофизических свойств солонцов, сохранения и закрепления гумуса, уменьшения интенсивности протекания щелочного гидролиза, применение химических мелиорантов необходимо сочетать с внесением органических удобрений.

2. Оценку эффективности мелиоративного процесса и действия химических мелиорантов, сроков повторной мелиорации рекомендуется проводить путем сравнения данных по содержанию водорастворимого кремния (как показателя интенсивности щелочного гидролиза) на мелиорированных и контрольных массивах солонцов Заволжья.

Список опубликованных работ

1<. О к о к с к и й А. И., Гончарова Н. А., Рыбакова Б. А., Шафирян Е. М. Влияние различных форм и доз кремниевых соединений на свойства некоторых типов почв//Физико-химические свойства и плодородие почв. — 14., 1983. — С. 8—17.

2. О к о н с к и й А. И., Гончарова Н. А., Н и к о н о п а А. В. Состав и свойства компонентов структурной организации почв солонцового комплекса Заволжья. —. М., 1986. — 33 с. (Рукопись депонирована в ВНИИТЭИагропром. № 331 ВС-80 Дсп.).

3. Панов Н. П.. Рыбакова Б. А., Шафирян Е. М, Гончарова Н. А., О конский А. И. Особенности миграции различных сое-' динений кремния в почвах солонцовых комплексов//Изв. ТСХА. — 1987. — Вып. 4. — С. 74—801

Л 56754 21/ХН—87 г.

Объем 1 п. л.

Заказ 3526. Тираж 100

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

Бесплатно