Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Содержание, состав и свойства гуминовых кислот в черноземах южных карбонатных Северного Казахстана

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Содержание, состав и свойства гуминовых кислот в черноземах южных карбонатных Северного Казахстана"

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ - АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ ИМ. У.У.УСПАНОВА

На правах рукописи

ЕРМЕКБАЕВА ГУЛЬБАРШИН АЛИМХАНОВНА

СОДЕРЖАНИЕ, СОСТАВ И СВОЙСТВА ГУМИНОВЫХ КИСЛОТ В ЧЕРНОЗЕМАХ ЮЖНЫХ КАРБОНАТНЫХ СЕВЕРНОГО КАЗАХСТАНА

Специальность 03.00.27 - почвоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Алматы - 1986

Работа выполнена в Институте почвоведения МН-АН Республики Казахстан и Гос.ШМ Биосинтеза белковых веществ (Москва)

Научные руководители - доктор биологических наук

Мурзаков Б.Г.

доктор биологических наук Мадаутов 2.У.

Ведущая организация - Казахский Государственный национальный

Университет ш. Дль-4гараби, каф.экологии и почвоведения ,

ОХвциальныв оппоненты - доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Рубинштейн М.И. - кандидат биологических наук, додевт Калдыбаев С.

Зашита состоится "А 3 " _1396 г. в " ^ " часов

на заседании специализированного совета Д 53.21.01 при ' Институте почвоведения ЫН-АН Республики Казахстан по адресу: 480060, Алматы,- Академгородок

С диссертацией мсано ознакомиться в библиотеке Института почвоведения МН-АН Республики Казахстан.

Автореферат разослан " ^ " 1996г.

Ученый-секретарь специализированного совета, доктор сельскохозяйственных наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Дктталъность тетлы. Органическое вещество всегда занимало ведущее место в процбссе формирования и. функционирования почв. Кто-содорлзляе :: качественна состав обусловливает агронсмэтоскив свойства и плодородие пота, обеспечивает устойчивость почвенного покрова, "нтенсинное использование земель в сельском хозяйстве приводит к глубоким количественным и качественным изменениям гумуса. Отсюда изучение основных процессов гут.тусообраэозания к раз-работ '/.а практических предложений по гациояальнот.у использованию гугусового фонда почв безусловно являются веема актуальными. Необходимо разработать такую систему, которая способствовала бн улучшению гуцгеового режима почв. Эта задача моясет быть резана на основе углубленного изучения различных аспектов природа и свойств гумусовых веществ. Несмотря на многочисленные исследования по оргаяическому веществу почв недостаточно изучены вопросы гумусообразования в условиях интенсивного антропогенного воздействия на почву, трансформации органического вещества при земле- ' дельческом исследовании почв и возобновления гумуса. При этом становится все более очевидным тот факт, что микробиологическое изучение почвенного гумуса является неотьегляемой частьп изучения состава гумусовых веществ и их свойств*

Цель и задачи исследований,, Цель работы - изучение содержатся, состава, свойств гуминовых кислот черноземов ганых карбонатных Северного Казахстана при различных сроках освоения, способах обработки и исследование-их микробной деструкции.

Лля достижения указанной цели были поставлены следущие задачи:

- изучить состояние гумусовых веществ целинных и освоенных

черноземов;

- разработать метод фракционирования почвенных гуминовых кислот, выделить фракции в изучить их физико-химические свойства;

- установить влияние различных фракций гумусовых веществ

на .ючвенную микрофлору и определить степень микробиологической деструкции гумуса черноземов кшшх карбонатных;

- выявить основных деструкторов гумусовых веществ.

Научная новизна. Впервые автором (в соавторстве) разработан

>.:> год 1 рткциоязтроваяия гутишбвых кислот черноземов вжшх карбо-пагдах, определены '-изическив и химические свойства выделенных фракций. Метод позволил установить в составе, гумуса фракции, сти-

мулируащнх и иягибирувднх жизнедеятельность почвенных микроорганизмов, Сформулировано положение об основных группировках микроорганизмов, осуществляющих разложение гумусовых веществ. Установлено наличие в составе гумусовых вешеств "лабильных" фракций гуминовых raí слот, снижающих свое содержание в зависимости от способа обработки и срока освоения, и "стабильных" фракций, количество которых при этом не снижается.

Ртактическая значимость. Выделение фракций гуминовых кислот и их изучение позволяет прогнозировать направленность почвенных процессов и управления ими. При этом легкометаболизируе-мые фракции обеспечивают активное развитие микроорганизмов, то трудноразлагаемые фракции создают фонд потенциального почвенного плодородия. От соотношения данных фракций могут быть зависимы как урожайность сельскохозяйственных растений, так и фонд почвенного плодородия. Если ставится цель - повысить урожайность сельскохозяйственных культур - требуется обеспечить условия для -интенсивного разложения легкоминерализуемых фракций, а при создании фонда гумуса необходимо добиться накопления в почве труд-норазлагаешх соединений. Это может быть достигнуто путем регулирования жизнедеятельности прежде всего нокардиеподобных микроорганизмов.

Защищаемые положения:

1. Метод фракционирования почвенных гуминовых кислот.

2. Содержание, состав и свойства фракций гуминовых кислот.

3.- Стимулирующее и ингибирувщее действие фракций гумусовых вешеств на почвенную микрофлору.

Дпробзцяя работы. Материалы исследований были представлены на У1 Республиканской конференции почвоведов (Алма-Ата, 1987), на Мекдународном симпозиуме " Нияия et pienta » (íCGP, Hparas 1988), на У111 Всесоюзном съезде почвоведов (Новосибирск, Т989), на конференции молодых ученых (Ташкент, 1990), на X съезде почвоведов Казахстана (Алма-Ата, 1Э90), на Европейском конгрессе по биотехнологии (Дания, Копенгаген, 1990).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объектов, методов исследования и методической разработки, изложения результатов экспериментальных исследований, заключения, выводов и списка литературы. Работа изложена на í'Zo страницах машинописного текста, включает

Х.0 таблиц, /V рисунка. Список литературы представлен /^/наименованиямп, в том числе иностранными/^

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объектами исследований являлись черноземы шиш о карбонатныес------ ------

расположенные на территории опытного хозяйства КазНИИЗХ имени А.П.Бараева (Шортандиис!жй район Акмолинская область) и били ' использованы общепринятые, а также разработанный метод исследования ЛОЧВеННКХ ГУКИ'ЛОВ!IX кислот.

Объекты исследованкЛ. Исследования проводились на черноземах хнвдых карбонатных целинных и различного срока освоения и способах обработки.

Территория опытного хозяйства ЛээНШШ зашп/ае? восточную часть Атбасарской наклонной увалистой равнины Донтральяо-Казахо-танского молкосоп очника (Николаев, 1972) и продставляет собой цокольно-денудационкую равнину с общим незначительным уклоном к ТенгизскоЯ впадкна. Почвообразующие породы представлены покровными карбонатными лессовидными суглинками и палеогеновыми глинами. Почвенный покров отличается неоднородностью, что обус-томйео разнообразном рельефа, почвообразупщнх пород и характера увлажнения. По {шяко-хлшчесхим свойствам черноземы шяыз карбонатные довольно неоднородны. Они отличаются высоким содэр-ханием гумуса (в горизонте А его количество составляет 4,9 -§,!&). В верхних горизонтах тип гумуса фульватно-гуматный, в тютей части профиля количество фульвогсислот возрастает. Содержание негидролизуемого остатка'до 40-55^, отношение С:У = 0-13." Обеспеченность элементами питания подвижными формами азота высокая, подвижным ¡осIором - низкая.'Из поглощенных оснований преобладают обивппиэ кальций и магний. В предалах гуьусойого горизонта засоление отсутствует, щелочность до 0,058%. По механическому составу черноземы тные карбонатные тялселосуглинистнв и легкоглинистые ыелкопылевато-иловатне. Мощность гумусового горизонта (А+В) составляет 65 см. Весь профиль языковатый и сильно трегпнопат, иногда трещины достигает глубины 80-105 см.

При освоении черноземов кггд?'" карбонатных морфологическое стропило этих псча практически не .изменилось. Существенных из-гппп'п;! при обработке претерпевает лишь горизонт А. Б освоенных почвах в;,:есто гсрязонта А выделяется пахотный горизонт, который образуется из горизонта А и припаханной верхней чести подгоря-зонта 13г. Мощность пахотного слоя составляет в среднем 25 см с

колебаниями от 14 до 40 см. Под пахотным горизонтом в той же последовательности, что и в целинном, выделяются горизонты В (о подгоризонтаки Вц и В2), ВС и С. В распаханных почвах больше гумусовых затеков и мощность гумусового горизонта в них более растянута, чем у долинных почв. Хотя и произошли в черноземах шных карбонатных под влиянием обработки существенные изменения по сравнению с целинными в сторону снижения уровня их плодр-родая, почвы эти обладают довольно благоприятными физико-химическими свойствами и в достаточной степени обеспечены элементами питания.

Дот сравнения влияния сроков освоения и способов обработки наблюдения проводились на следующих вариантах: целина, пашня различного срока освоения (10 лет, 22 года, 54 года) и способах обработки (плоскоразная и отвальная).

Мот от исследований. Определение содержания гумуса проводили по "Корину в модификации Цыпленкова (1983) на автоматизированной линии "Контифло". Одновременно определяли содержание гумино-вых кислот спектрофотометрическим методом. Для качественной оценки степени конденсирозаннос^и гуматов вычисляли отношение величины оптической плотности (Е^/Еб) (Орлов и др., 1969).

Гумусовые вещества из почвы экстрагировали по методу В.В.Пономаревой (1968), фракционирование фульэокислот производили по методике, описанной Б.Г.Мурзаковым (1970).

Выделение и учет почвенных микроорганизмов проводили классическим методом на следующих средах: бактерии на мясо-пептонном агаре (МПА), микроскопические грибы на сусло-агаро (СА), актино-мицеты на крахмало-аммиачном агаре (КАА), споро образующие бактерии на Ш1А+СА. Для культивирования гуматразрушавдах микроорганизмов использовали среду по Д.И.Никитину (1965). Автохтоннуг микрофлору выявляла на рроде по (МЬНиноградокому (1952).

¡•1 оЕШиаокая кзз Работкд. Отдатьныв препараты гумусовых ьещсетв можно полуЧйгь юс раэдмонием при- помощи различных методов органической химии, поскольку обеда свойством.гумяновых и фульвокасяот является ах гетерогенность и возможность выделении различных индивиду ал ышх в химическом отношении фракция, отличада-вдсся доуг от друга по своей природе и свойством (Вщшшс, 1965; Мурзаков, 1970), В &тш шгано цмедеся работы по фракционированию Фулшоюшяот и изучена» юс'свойств, а попытка'детализации туми- . новых кислот считается незавершенной до конца (Семенова,. 1363).

- ? -

В связи с этим была поставлена цель - разработать метод фракционирования гуминовых кислот, выделанных из изучаемых вариантов почв, идентифицировать полученные фракции, изучить их свойства и воздайствие почвенной иякро$лора п установить динамику "одноименных" фракций в зависимости от типа окультуривания потен.

Предлагаемый метод (Мурзакоэ, Ерлекбаева, 1987) является развитием сущоствуюких способов разделения гртусовых веиеств и основал на кскблкировашшй метод последовательной экстракции, дробного оса^згпя и колоночно-адсорбционаоД хроматографии. Считаем необходимом более подробно изложить суть данного метода (ряс.1): гумкновке кислота, остаотиогл па фильтра поело отдэ-лепил от фульвокислот, промывали растворял Ы^О^ до обес-

цвечивания промывных вод. После втого гуминовые кислоты многократно растворяли в подкисленном 50$-кок растворэ ацетона (аде— тоя + 0,02 /Vh^SQ^) до получения сяабоокралаппого раствора. Полученные при этом растворы объединяли, избыток ацетона отгоняли на роторном испарителе и оставшийся сернокислотный раствор про- • пускали через колонку о активированным углем. Все окрашенные вещества задерживались на адсорбенте; колонку придавали водой до нейтральной реакции и адсорбированные вещества элшровали 2%-ят водным раствором /VH40H. После удаления аммиака выпариванием на водяной баяв полученную фракцию высушивали лиофилизаци-ей до порошкообразного состояния (фракция Ij). Несмываемуа с колонки 2^-ным //Н40Н часть адсорбированных органических веществ элшровали 0,1N раствором " //аОН (фракция l£).

Нерастворившиеся а 50£-яом серяо-кислотном растворе ацетона остатки гуминовых кислот многократно экстрагировали подкисленным 1Ъ%-тм раствором ацетона. После отгонки ацетона и адсорбции вещества на колонке с активированным углем попученн фракции IIj и II о элюированпем растворяя aï.o,атака и щелочи. Фракции IIIj и Ш2"получаля аналогично - путем многократной экстракции остатка гугашовых кислот а подкисленною 90«-ном серно-кислогном растворе ацетона, адсорбцией на угле и влщрованием с угля растворами аммиака и гидроокиси натрия. _

Нерастворимый в Эй'^-прм растворе ацетона остаток гуминовых кислот растворяли в 0,05ж водном растворе /V Н^ОН а после удале-н:>я лкмяка и упаривания рлотворл на водяной бане добавляли 5-храенн.'; объпи ацетона. При этом образуется хлопьевидный коричневый осядок я томя о-красный маточный раствор. Осадок после цен-

" в -

РиоД Схема фракционирования почвенных гуюшовых кислот

трифугировакия а промывания ацетоне;; высушивали на фильтра (фрак-

щя !"/■[_), а каточпий раствор после удаления ацетона на роторном ггепзеттэле лйсфияизиропалл (Фрзкдал П.^).

Квлочныэ фракции И^ я 111^ нейтрализовала раствором Н.>'04 п перед ляо^идизпцнвй освобоздали от неорганических солей путем диализа через адллефаяовуя) пленку против дистиллированной """ вода (к-«трота па понн 50^" по реакции с ВаС12). 3 итоге Сала получены по 8 фракции из яаздого изучаемого образца почв.

Потако!.яонентность полученных фракций гумлновых кислот опре-~01кл;; г'.';тодом бумажной хромат огрызи, элементный состав - на стандартном приборе, регистрация аифра-краенк* спектров проводилась да ^гАъ-ппия -20. Степень утилизации фракций гуминовых кислот яенгэтггой мякос-Тлоро,*? определяла пс пкявтгоютз СО? газохрома-тограЮТоски на колонка (2,5x5 мм) с лораляяом дст2ятс|р - ка-тарометр, скорость газа-носителя гелия 60 мл/шш, температура ¿0°,

ЭКСЕЕКИЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Густсовое состояние черноземов юдных карбонатных. В качество исходных данных для рассмотрения состояния гумуса в освоенных почвах взяты показатели гумусированности целинного варианта (табл.1). Лт приведенных дапя«х э таблице видно, что здеоь четко прослеживается строгая законстлерность 1 распределении гумуса по горизонтам. Максимальное эиачонио содержания гушяовых кислот (ГК), наиболее ценной в агрономическом отношении фракции гумуса, такжэ в счоо 0-10 см, с глубиной их относительный вклад в суммарное гуму-сопое вещество снимется. Показатель степени сложности в кондеп^-сиреззнностн ароматических ядер гумусовых веществ - коэффициент цветности с глубиной растет. Полученные данные подтверздавт выводы ранее проведенных исследований (Емельянов, 1256; Вишневская, 1973; Бильлебаева, 1977; Ярославцева, 1992).

При освоении почвы претерпевают существенные изменения; во-первых, освоенные почвы отличается меньшим содержанием гумуса; ' во-вторых, если на целине содержание гумуса раз ко снижается с глубиной, то на освоенных почвах это снижение боле'е равномерное, Нятенсклнач шлорализация гумуса наблюдается в 0-20 см слое почин. На глубине 20-30 ом гумус наименее подвержен изменениям.' Снижений концентрации гуминовых кислот наблюдается только э верхнем ог горизонте. Ио-вадашзу, с глубиной растет доля пысояокоп-денскрсзанлюг гут.яновых кис тот к гуминов, что пэдаверздчется дан-

Таблица I

фиусовое состояние черноземов южных карбонатных

Глубина, Содержание! Концентрация! Коэффициент ¡Плотность ¡Запасы см ¡гумуса, IX % ¡цветн. ед. ¡почвы,о ¡гумуса,

! г/су

Целина

0-10 5,20 0,534 . 4,00 1,03

10-20 4,05 0,422 4,08 1,19

20-30 3,30 0,288 4,46 1,19

0-30

Пашня, 10 лет освоения. плоскорезная обработка

0-10 4,18 0,418 ' 3,88 0,87

10-20 3,83 0,491 3,93 1,00

20-30 3,47 0,387 4,04 1,24

0-30

Пашня, •10 лет освоения, отвальная обработка

"о-ю 3,57 0,443 3,77 0,85

10-20 4,04 0,431 3,84 1,00

20-30 3,29 0,450 4,08 1,05

0-30

Пашня, 54 года

0-10 3,76 0,56 3,9 1,07

10-20- 3,12 0,46 4,0 1,08

20-30 3,36 0,55 7,2 1,10

(Ж.

58,7 48,2

40.2

147.1

36,4

38.3 43,0 117,7

31.3

40.4

34.5

106.2

40,2 33,7 37,0

0-30 110,3

ными по коэффициенту цветности.

Обвшо запасы гумуса в слое .0-30 см целинной почвы - 147,1 т/га. В аналогичном слое почвы 10-летнего освоения - 117,7 т/га при плоскорозной обработке и 106,2 т/га при отвальном способе обработки. За 54 года сельскохозяйственного использования запасы гумуса "снизались до Т10,9 т/га. Таким образом, за 10-летнее использование черноземов хшшх карбонатных расход гумуса под пшеницей составил 20$, а за.54 года - 25% от исходного содержания гумуса. Полученные данные показывают, что в' первые года освоения происходит наиболее интенсивное уменьшение запасов гумуса в почвах, при этом отвальная обработка почвы способствует в большой степени минерализации гумуса. _

Уетерогеннооть гтшновпх кислот. Длительное сельскохозяйственной использование йочв влияет не только на количественный

состав гуцуса, но и на его качественное состоящие. Поэтому возникла необходимость изучения механизма этих изменений и кх .влияния на компонентный состав гуминовых кислот. Следовательно, основной задачей проведенных исследований било изучение гуминовых клсяот как гетерогенной системы, .вклкгсавд&й в свой состав фракции, випсдшпяпяв различные назначения в многообразных-процессах..

Об эффективности разработанного мзтода фракционирования гуминовых кис тот можно судить по степени отличия ^зико-химячоскнх свойств полученных фракций. Характерно, что такие отличия наблюдаются даже при визуальном сравнении конечных препаратов:

Фракция - слегка блестящее, липучее мелко дисперсное аморфное темно-коричневое вещество, легко растворимое в воде.

Зракцкя - блодпо-*е»гтый, очень легкий мелко дисперсный t*

порошок, хорошо растворяется р вод».

Фракция IIj - черное аморфное вещество со слабым корзгшевум оттенка/, хорошо растворяется в воде.

Фракция Hg - белое аморфное мелко дисперсное вещество, обладает липучестью, легко растворяется в воде.

Фракция IHr - темно-коричневое мелко дисперсное аморфноэ вещество, лизгь частично растворяется в вода.

2ракшм IXI2 ~ светло-желтое вещество келко дисперсной ков-слстенция, хорошо растворяется в поде.

фракция 1УТ - черного цвета, блестящее, ломкое аморфное вещество, не обчадаот липучестью, медленно расторяется в воде, при скачивании сильно кабухаот., в избытке воды растворимость полная.

Фракция 1У,- ~ коричневого цвета, липучее мелко дисперсное аморфное вещество, легко растворяется в вода.

Данные, порученные относительно поликомпонентностя выделенных препаратов показывают, что'фракции отлетаются по своей гетерогенности: наиболее геторогеяпа фракция Пт, дающая на хромато-гр-иже 4 четкяе зоны люминесценции, а наименее - фракции IIIj и III«, полностью перемещающиеся с фронтом растворителя.

Физико-химические характеристики йгаклиД гуминовых кислот. При определении элементного состава наличие гигроскопической вода в составе с^эяции вызывает существенные ошибки. Поэтому, праяде чем проводить элементный анализ определили гигроскопичность фрякции по методике, списанной Б.Г.Мурзаковым (1970). Наи-ыеньщий пока? чт ель гигроскопичности потучен дет фракции II 2>

максимальный - для фракции Ij. Для всех фракций гуминовых кислот отмечена закономерность при которой значения гигроскопичности повышаются при переходе к фракциям, выделенным из нижележащих горизонтов. С учетом показателей гигроскопичности фракции проведен расчет элементного состава.

Проводилось определение С, Н, .V п процентное содержание кислорода, полученное по разности от суммы перечисленных показа- талей. Анаша полученных данных показал, что "одноименные" фракции гуминовых кислот, выделенные из различных вариантов почв, подчиняются одним и тем же закономерностям: I. Ярко выраженных различий в элементном составе "одноименных" фракций не отмечено, что показывает идентичность строения веществ фракций. 2. Наименьшее количество углерода содержится во фракциях Ij, наибольшее -во фракциях 1У2* Наименьшее содержание азота - во фракциях с индексом "2" (Ig, Н2.И III2), наибольшее - во фракциях с индексом "I" (Ij, IIj и IIIj), во фракциях I7j и 17z наоборот. 4. Окисленность фракций последовательно снижается по этапам фракционирования.

Такасе рассматривались атомные соотношения, полученные из данных элементного анализа, согласно которым можно сделать предварительное заключение относительно структуры вещества: по содержанию азотсодержащих веществ, ароматических структур, окислен' ности соединений. Особенно наглядно динамики изменения состава фракций црослвживаются на графика. Как показывают представленные кривые изменения фракций, выделенных из целинной почвн, различные фракции отличаются друг от друга по степени конденсироваянос-ти, содержанию азота на атом углерода (рис.2). Максимальное значение С/W согласуется с высокой конде нсированностыо ароматического ядра фракций Ilg. По степени окисления фракции с индексом "2" являются более окисленными.

Ультра-фиолетовке спектш всех фракций представляют собой пологие кривые с постепенным уменьшением оптической шготкости от 185 до 322 пм, что, вообще говоря характерно для гуминовых соединений (Орлов, 1974). Спектры поглощения препаратов в видалой области регистрировали на фотоэлектроколориметре'ЗЭК-Н-57, оказалось, что для каждого из исследуемых" веществ характерен спвциТа-. ческий характер поглощения при различных волн (это ыо^ет быть доказательством эффективности выбранного метода фракционирования),

Инфра-красные споктры (ИКС) фрагадоЛ гуминовых кислот, пату-

слабины горизонта

Рис. горивке изменения степени конденсированности франций Гууииовых кислот (почва - целина) '

ченные пани, позволяют презда всего сделать два существенных вывода: во-пэрвых, общая структура "одноименных" фракций идентична; во-вторых, способ выделения фракций из общей суммы гуминовых кислот отражается на картине ИКС: Фракций 1^, Н^ и Ш^- отличаются по характеру спектров от фракции 1£, Из и ^г» ^Р^110^®1 1?2 по характеру спектра близка к фракциям с иядексш "I", а Фракция дает очень сложную картину спектров, неподдающуюся идентификации.

Содержание фракций гуминовых кислот, выделенных из верхнего горизонта (0-10 см) всех вариантов почв, определяли весовым методом,' исходя из объемов элюатов, полученных для различных навесок почвенных образцов (табл.2).

Таблица ?,

Содержание фракций гуминовых кислот

варианты

опыта'г» ;Е9Р<?М9Д. Дар {Нация,, 1р ^етЩашця, 22 у, Шашня, Целина ¡плоек.! отвал, ¡плоек, ¡отвал, ¡плоек, 'отвал.! 54 годг Фракции ГКг!_! обр-ка! обр-ка! обр-ка! обр-ка! обр-ка! обр-ка 1_

II?

III,

1Ут

1Ус

0.179 0.220

г?72~ жрг

Ш &91 № ад

095

0.1 1Й7

ад1 адв» Ш2 Ш2 Ш ^

ад» адр «й1

; V т ад» ш

Сумка ГК 1,04 &;80 0,73 0,87 0,81 0,70 0,61 0,33 В числителе: % к массе почвы, в знаменателе % к суше ГК.

Представленные данные показывает,что суммарное содержание фракций гуминовых ^ислот снижается с длительностью сельскохозяйст-

вонного использования почв: при 10-летнем использовании содержание гуминовых кислот снизилось на 11% при плоскорезной и 22% при отвальной обработке, при освоении более 20 лет - на 33% и 41% соответственно,., при 54-летнем освоении - яа 67%.

При исследовании содержания фракций- гуминовых кислот были выявлены их "лабильные" формы, количество которых снижается с длительностью освоения почвы, и "стабильные" - не снижавшие своего содержания. К "лабильным" можно отнести фракции 11^, IIIj, I/j и ту2, остальные фракции (Ij, Ij>, IIj и HIj) относятся к "стабиль-пим". Распашка почвп под пар способствует в большей степени минерализации "лабильных" фракций в составе гуминовых кислот (табл.3).

Таблица 3

Изменение содерааняя фракций гуминовых кислот (% к суше ГК)

-варианты 1 Зтакиин~\! Целина ! Бессмен. ! Палшя, !пар,10 лет! 10 лет ! Пашня, ! 22 года ! Пашня, ! 54 года

h 17,2 28,1 26,0 37,3 28,1

Ч 12,0 6Д 7.8 16,9 19,8

пт 10,4 18,1 16,8 20,3 37,3

По Л 6,3 2,6 4,1 0,7 2,4

L Г X т X 13.9 24,5 12,2 . 10,1 9.5

ш2 10,0 0,9 1,7 1,9 1.6

ТУ1 27,8 18,5 26,7 4,6 0,9

1У? 2,2 0,01 5,1 0.4 Р,3

Ззап?,:ротношапие Зтхшгчй гумусовых ветеств, и микрофлоры т:счл. Различные фракции гумусовых веществ, выделенные методом кояоясгсно-йдсорбгионной хроматографии из черноземов южных карбонатных, изучаюсь как факторы, оказывающие воздействие на численность некоторых физиологических групп, почвенной микрофлоры. Предварительная химическая идентификация показала, что по элементному составу, содержанию функциональных групп, молекулярным массам, ряду к-:Ч'?отпеч¡г-ж реярциЯ и спсггаяльннм характеристикам фракции 6, II и ГЗ ц-о-ую сгнести к истшюкм фупьвокаслотам, в ¿о вгггл рак 'ра-.'.'ттг-г ' представляет собой почвенные полчеахаркд;!, я Фракции 5 ;г 10 - одь'шв гллкозпды растительного происхождения ( Кур-заков, .1.070), фракции 1, 2К 3, 7, 8 и 9, обьеданяечке под обпям

названием воско-смолы, не изучали. Суша гуниновых кислот разделена на 8 фракции. Характер стимулирования или ингибирования, роста и размножения устанавливали по количественного учету колоний, вырастающих на агарнзованнкх средах при посеве суспензии ив опытных и контрольных вариантов опытов после 78-суточного инкубирования почвенных обрззцов с добавлением к ним различных фракций гумусових веществ.

Следует отметить, что при добавлении фракций гумусовых веществ численность почвенных микроорганизмов снюхается по сравнению с исходным количеством. По-видимому, для сохранения первоначальной численности микроорганизмов слабое увлажнение почвы было недостаточным.

Результаты исследований показали, что изученные £ра:сции существенно отличаются друг от друга по своему физиологическому действию. Обнаруживаются группы гумусовых веществ стштулиругезпс и икгибирующих жизнедеятельность микроорганизмов по сравнению с контролем - смачиванием образцов почвы определенным количеством воды. Фракции фульвокислот и сумма гу:,<иновых кислогг во всех вариантах.опыта проявляют стимулирующий эффект при всех испытанных концентрациях, ингибирутазим действием обладают веспецяфичес-кие вещества (фракции 4, 5 и 1П) (табл.4).

Таким образом, гумусовые соединения обладает регулирующим действием почвенных микроорганизмов, при этом основную роль играет не только химическая природа вещества,'по и его концентрация.

При одновременном добавлении к почвенным образцам соответствующих фракций гумусовых веществ и 0,1$-яой глюкозы в качестве' легксметаболизируемого субстрата были установлены примерно тага-е же закономерности, но вместе с тем и различия. Число клеток, сохранивших жизнеспособность через 78 суток, в контрольном варианте выше и четче проявляются действия отдельных фракций. В присутствии глюкозы гуминовые кислоты в большей степени стимулируют численность почвенных микроорганизмов. Вышеизлатанное позволяет сделать вывод, что ингибирующим действием на жизнедеятельность почвенной микрофлоры обладают не собственно гумусовые вещества, а специфические органические соединения, образующиеся в почве при разложении растительных остатков.

Был проверен комплекс исследований по изучению степени раэ-тгоченпя отдельных фракций гугусовкх веществ методом газоаой хро-

1 Таблица 4 .

'£:сленность жхр 5ог.гзнлзмов (х 10° клеток/г почвы), зкраставпих на "гартБ гнилее средях после действия ка почзэклые образца различных <анцвнтрагЕи2 фракций гумусовых венеств (почва - цаглна)

''¿г. седа ■ ! Г5ТА ! ~~СА ! Ш ■ ! ?.ЕА',+ СА

г^'тсовых !-!--—!-!-;-

з^'-отв !0,10,?!0дз:?!0,203 !ОДО;^!0,13^10,20% !0,102 !0ДЗ£ 13,20% !0Д0* ! 0,132 !0,20Й

✓7льэокислоты: - 1

5 3,15 2,90 2,75 4,33 4,24 2,70 4,82 4,24 3,31 3,64 4,24 3,82

II 3,т: 2,Э4 4,08 3,36 3,62 4,27 4,21 4,13 4,95 2,94 3,26- 4,12

13 . 4,32 2,35 2,04 3,33 ЗД2 2,24 2,96 4,94 4,96 2,45 4,80 2,56

Стаг.-л рубиновых 1

:<лслот 2,2 6 2,52 2,94 1,9В 2,12 2,34 2,12 2,15 2,04 3,22 3,25 3,34

Цэспэцифическив !

зедества:

4(полпсахарида)1,31 1,02 1,06 1,24 1,08 1,42 0,60 0,66 0,84 1,04 1,24 1,31

5 анальные г такозиды) 1,94 0,93 1,02 1,02 1,64 1,10 1,02 1,03 1,02 1,12 1;38 1,92

10 (фенолъны« глткозида).0,92 О,96 1,02 1,25 1,48 1,10 0,74 0,62 0,-12 1,16 1,36 1,28

Централь (5 г поч- зы + I мл 320) . 1,08 1,32 0,43 1,2

Исходная численность микроорганизмов 5,75 (10»7 ¿авток/г почвы) до действия на почвы -^рагаш гумусовых весеств £ ТТ 2,32 | 3,35

I

маг аграфии и установлении корреляции между интенсивностью выделения углекислого газа (С02) и численность» почвенной микрофлоры. Эксперименты проводили как с отдельными фракциями гуминовых ж фульвокислот, так и с суммой гуминовых кислот. В опытах с фракциями фульвокислот практически во всех случаях максимум С02 наблюдается меаду 20 и 40 сутками. При добавлении в почвенные образ-цьг-разных фракций количество образующегося С02 было заметно выше контроля (почва, смоченная водой). Судя по выделении углекислого газа сумма гуминовых кислот тоже подвергнута разложении почвенной микрофлорой. При одновременяда внесении в почву равных концентрации гумусовых веществ и глюкозы выделение С02 больше, чем во всех остальных случаях, более существенно выражены и различия по выделению его между разными фракциями гумусовых веществ (рис.3) Результаты опыта, поставленного с отдельными фракциями гуминовых кислот показали их подверженность к микробному воздействию. В условиях этого опыта максимальное выделение С02 наблюдается в основном после месячного цитирования, причем иятенсивност! его растет с длительностью инкубирования. Полученные данные исследований подтверждают протекторное действие глюкозы в разложен® фракций гумлновых кислот. Количество выделенной углекислоты коррелирует с численностью микрофлоры, выявленных на разных питательных средах.

По результатам проведенных исследований установлено, что среда Фракций гуминовых кислот наиболее доступными источниками "питания для почвенной микрофлора являются фракции Ш2, и 1У, Для определения основных групп микроорганизмов, участвующих в разложении гумусовых веществ провели эксперименты с фракциями гуминовых и фульвокислот. Результаты экспериментов показали, что фракции гумусовых вещает обладают различной стабильностью к дейс вию микрофлоры. Удалось установить приблизительную приуроченности микроорганизмов, к отдельным фракциям. Изолирование, очистка и идентификация установила, что выделенные культуры микроорганизмов относятся преимущественно к двум родам: рееиаоаопаа и ц0-садч11а. Заметный рост этих культур наблюдался не на всех изученных фракциях гумусовых веществ. Хороший рост отмечен на средах с фракциями 6. II и 13 фульвокислот и фракциями П12 и IУ| гуминовых кислот. Интенсивность'роста микрооргачизмор следоет отнести за счет разложения гумусовых веществ, так как в опктпх одан-стзеннш источником уперода к азота являются внесенные фракции.

>ио. 3,- Дяиаыгаа гздолешя СО? кз почвенных образцов при знооонаи в них растворов фракций гумусовых веществ, а - фракция II; б - фракция 13 и гушновые кислоты; в - фракция В: г -фракция '10; п - фракция 4; е - фракция 5. I - ОД^нни раствор; Я - 0,^-ный раствор; 3 - 0,Х*~!Шй раствор ¿умусоваго во-тоства 0,1^-яыЯ раствор глюкозы; 4 - 0,1%-ннл раствор гу-млпопнх кислот; 5 - 0,2'£-1Шй раствор горновых кислот; б -ОДД-яыЯ раствор гтмипо'шх кгслот + 0,1%~пий раствор глзкозн;

7 - контроль (Н20)

Фракции гумусовых веществ по скорости разложения и урожаю биомассы микроорганизмов отличались между собой. Чаиболее доступными к микробной деструкции оказались фракции 6 и 13 фульвокислот и гуминовых кислот. Дополнительная информация о деструкции фракции гумусовых веществ, полученная определением содержания углерода в начале и конце опыта соответствуют кривым роста выделенных культур.

ВЫВОДЫ

1. При длительном сельскохозяйственном использовании черноземов южных карбонатных происходит не только снижение запасов гумуса, но и содержания гуминовых кислот.

2. Разработанный метод фракционирования гуминовых кислот путем дробной экстракции и колоночно-адсорбционкой хроматографии позволяет получить препараты для более углубленного изучения свойств гуминовых кислот.

3. Новым методом фракционирования выделаны В фракции гуминовых кислот, отличающихся между собой по физико-химическим свойствам. Среда фракций гуминовых кислот установлены "лабильные' формы, содержание которых снижается в зависимости от длительности освоения.

4. Различные фракции гумусовых вешеств обладшэт стимулирую-вдм и ингибиругацим действием на почвеш1ую микрофлору, которое создает в почве физиологический эффект, присущий конкретному

. варианту.

5. Фракции гумусовых веществ, не проявляющие ингибирухлцего эффекта, являются источником питания для жизнедеятельности различных физиологических групп почвенных микроорганизмов.

6. В деструкции и минерализации фракций гумусовых веществ принимают 'участие псевдомонада, нокардкя и олиготрофы.

7. Комплексное изучение по рекомендуемой методике фракционного состава гукиповкх кислот и состава почвенной микрофлоры позволяет прогнозировать направленность почвенных процессов и оценивать, состояние почвенного плодородия.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЗРТАЦИ!: I. Мурзоков Б,Г., Ерлокбаева Г.А. Метод фракционирования почвенных гушновнх кпслот//тезисы докладов 71 Республике-?с-коЛ копТ'Оренцш! почвоведов Казахстана. Ал*:а-Ата, 1907. с.:л)5_

206.

- а -

2. Мурзаков Б .Г., Мамутов К.У., Ермекбаева Г.А., Аристархова В.й. Фракции фульвокислот как факторы, регулирующие размножение почвенных микроорганизмов//Вестник АН КазССР, 1988. М.

с. 55-59.

3, Мурэаков Б.Г., Ермекбаева Г.А, О фракционировании гуминовых кислот черноземной почвы Северного Казахстана//?? сб.: Плодородие почвы. Алма-Ата, 1389. с.75-84.

-i. Ермекбаева Г.А. Изменение количественного состава фракций ryi/иновнх кислот чернозема Северного Казахстана при длительных севооборотах//Тезисн докяадов конференции молодых ученых. Так.чонт, 1889. с.39.

5. Мурзаков Б.Г., Семенов A.M., Горчшсоаа A.B., Ермекбаева Г.А, Saicïcsa фракций перегний них соэдинений на почвенную микро-фчсчг//л,:.1кробиологил, 19УО. т.59. с.20-96.

6. Ерлокбаэва Г.А., Мурзаков Б.Г. Выделение С02 как показатель микробиологического разложения фракций гуминовых кислот южных черноземов Целиноградской области/Дезисы докладов

I съезда почвоведов Казахстана. Алма-Ата, 1990. с.34. Wuraakov В., Brraekbaeva О. Heterogeneity of soil humic acides/International ßymposiua "Huraue et Plant* IX". Prague, 19S8. p.1«5.

?!urn«kov В., Andreeva N., Brraekbaeva G. The aspects of aoil-microbio) monitoring and kontrol for intensifs açrophvtocu-np"es. 5t.n.lEuroppon Congreso on Biotechnology, Copenhagen, ti.

Ермекбаева Гулбаршя Эл1мхашшзы GoottctIk Казакстаннвд карбснатты ohtyctIk кара тогшрагындаагы гумин кышкеддарыныц шлшер!» ктрамы жэне касиеттер! биология гылывдарынын кандидаты - 03.00.27-топырактану

Болшектеп экстракод ялау жэне колонкалы адсорбвдялы хроматография тзс1л1мйн шыгарылган топырак гуман кышкылдарнн фракциялау ,9д1с1 осы кышкылдардыч касиеттер!н терец! ре к зерттеуге мгмк!нд!к тугыэады. Керсет1лген топырактан жаца эд1спен фиэика-хишялык касиеттер! женГнен езара аяыратылатын 8 фракция бвл!н!п алынды.

Осы фравдиялар арасывда топырактын игер!лу мерз 1ы! не байла-нысты малагер1н азайтатын ттрлор! мадызда. Гумус заттарыныч ерттр-л! фракцлялары топырак шкрофлорасына тура жэке кер! эсер етедЬ Kepi веер керсетпейт!н фракциялар микроорганязмдерге хорек бола аяадн. ГУм/с заттаришн ыдырауына аэне минералдануына псевдома-наАтар, нокардиалер аэне оляготрофтар катысады. Осы аталган единен гумян кышкыддарьчшч фракциялык кграмы мен химиялше касиеттер!к шкрофлорасымен кешзнд! эорттеу топырак югбшшетарыныч багытын болжап кунарлылык жагдайын багалауга м*кк1нд!к беред!.

Gulberehla Aiimkhaiiovn? Ercekbsevp

Content, cooposition and properties of hu=ic acids in southern eerboaate chernozems of the North Kazakhstpa.

Hpster of Biological Science 05.00.27 - Roil Science

She oethod vorSed out for fractionation of soil huaic acids by fractional extraction end column-absorbing chromatography даЫев to receive actual materials fop more detailed study of hunic acids' properties. 8 fractions of hunic acids thai differ froo each other due to their physico-chemical properties were isolated froa southern carbonate chernoseraa of the North KaiaJchstaa by a new method.

Anong the fractions of huaic ecids the most valuable forms are "labile" ones, the content of vhich decreases depending on fcha duration of developnent. Different fractions of humic Batter have Stimulating and inhibiting action that create physiologicpl effect in soil, inherent in a concrete variant. Fractions of huraic matter that don't have inhibiting effect are a source of nutrition for vital activity of soil microorganisms in different groups. Pseudo-monads, nocardia, oligotrophs participate in destruction end mineralisation of fractions in fiuaic matter.

Complex study enables to prognose the direction of soil process and to evaluate the condition оС soil fertility according to the recommended method of fractional'., composition and cheaicel properties of hunic acids and composition of soil nicroflors.