Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Состав и свойства глинистого материала дерно-подзолистых почв в разной степени окультуренности и его роль в формировании структурных отдельностей

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Состав и свойства глинистого материала дерно-подзолистых почв в разной степени окультуренности и его роль в формировании структурных отдельностей"

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

СОСТАВ И СВОЙСТВА ГЛИНИСТОГО МАТЕРИАЛА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ РАЗНОЙ СТЕПЕНИ ОКУЛЬТУРЕННОСТИ ИЕГОРОЛЬ В ФОРМИРОВАНИИ СТРУКТУРНЫХ ОТДЕЛЬНОСТЕИ

Специальность: 03.00.27 — Почвоведение

На правах рукописи

РАХМАТУЛЛИНА Альфия Расимовна

УДК 631.445.24(043.3)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ-ПУШКИН 1992

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном аграрном университете.

Научные руководители: доктор сельскохозяйственных наук, профессор И. Н. Донских; кандидат сельскохозяйственных наук, доцент А. К. Суворов.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук Б. П. Градусов; кандидат сельскохозяйственных наук А. В. Литвинович.

Ведущее предприятие — Центральный музей почвоведения имени В. В. Докучаева.

Защита диссертации состоится 18 июня 1992 года в 14 час. 30 мин.

на заседании Специализированного совета К 120.37.10 по присуждению ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук в Санкт-Петербургском государственном аграрном университете по адресу: 189620, Санкт-Петербург—Пушкин, Ленинградское шоссе, д. 2, ауд. 444.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПГАУ.

Автореферат разослан «

»

1992 года.

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат сельскохозяйственных наук

В. П. Царенко

ОБШ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Почва представляет собой сложную поликомпонентную и полидисперсную систему. Наиболее активной частью ее являются саше високодисперсные фракции - ил и коллоида. Исследованию состава и свойств этих фракций до сих пор уделяется недостаточное внимание. Не изучен минералогический состав ила и коллоидов дерново-подзолистых почв развитых на моренных суглинках. Между тем именно глинистые минералы этих (фракций определяют важнейшие свойства почвы:.емкость поглощения,удельную поверхность .и другие сорбшюнные характеристики. От количества и минералогического состава коллоидной фракции зависит способность почв к агрегированию. .

Механизму образования агрегатов посвящено большое количество исследований. В них главным образом рассматривается количественное содержание почвенных агрегатов. Однако природа и ■ механизм 'формирования структурных отдельностей неясен. Известны лишь основные клеющие вещества, агрегатирующие элемептар- ■ ные почвенные частицы. Таковыми являются органические вещества, высокодаслерсные минералы и поглощенные катионы. В работе сделана попытка исследовать минералогический состав высокодисперсных фракций в дерново-подзолистых почвах разной степени " окультуренности и установить влияние его на структурное состояние почв.

Цель и задачи исследования. Цель работы: изучить вероятный механизм образования структурных агрегатов в дерново-подзолистых почвах.

В соответствии с поставленной целью решались задачи: •I. Изучить состав и свойства шсокодислерсных фракций дер-пово-подзолистых почв разной степени окультуренности;

2. Установить пути трансформации минералов илистой фракции при окультуривании;

з; Изучить взаимозависимость структурных агрегатов от сос-, тава и количества гумусовых веществ, глинистых минералов и ■других параметров почв;

Научная новизна. Изучен минералогический состав илистой и коллоидной фракций дерново-подзолйстнх целинных и окультуренных почв, развитых на моренных суглинках.' Исследованы пути, трансформации глинистых минералов в процессе почвообразования и окультуривания. Предложен вербятный механизм образования •

структурных агрегатов дерново-подзолистых почв.

Практическая ценность состоит в том, что основные вывода диссертации могут быть использованы при прогнозировании хара! тера изменений структуры и тесно связанных с ней физических свойств почв при их интенсивном сельскохозяйственном использовании. . ■ .

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и о< суждены на конференциях молодых ученых и студентов ЛСХИ в 1990 г.' и профессорско-преподавательского состава и аспирантов ЛГАУ в 1991 и 1992 гг.

Публикации. По материалам исследований опубликовано 3 работы.

Объем работы. Диссертация изложена на ¡/т'«- страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы (176 наименований). Работа содержит 24 таблицы, иллюстрирована 17 рисунками.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ , I. Характеристика объектов и методов исследования

Объектом исследований послужили дерново-подзолистые суглинистые почвы различной степени окультуренности. Почвы сформированы на однородных по генезису и гранулометрическому составу моренных отложениях в Гатчинском районе Ленинградской области.

Для общей сравнительной характеристики целинной и пахотныз почв в послойно отобранных.по профилю образцах были определены основные показатели. Перечет их приведен в диссертации. Выделение илистой и коллоидной фракций проводили методом дробной пептизации: путем насыщения почвы натрием из раствора сернокислого натра,' последующим трехкратным разминанием и дальнейшей диссолюционной пептизацией. Методика выделения высокодисперсных фракций детально описана в диссертации.

Для изучения состава и свойств ила и. коллоидной части поч! определяли' следующие показатели: состав глинистых минералов -методом рентгендифрактометрии и дериватографии, а также -'по ■данным валового химического состава; содержание гумуса - па методу Тюрина; удельную поверхность различных.гранулометрических фракций - методом Кутелика; величину емкости поглощения методом Бобко-Аскинази в модификации.Уваровой,

Для исследования механизма структурообразованга определили следующие показатели: агрегатный состав - методом Саввино-ва; состав глинистых минералов в агрегатах различного размера; содержание гутдуса в агрегатах - методом Тюрина; фракциок-но-групповой состав гумуса - по методу Пономаревой-Плотниковой; содержание несиликатных форгл келеза - методом Мера-Лдек-сона, алюминия - хромазуроловым методом.

2. СОСТАВ И СВОЙСТВА ВЫСЖОДИСПЕРСШХ ФРАКЦИЙ-ДЕИЮВО-ПОЛЗОЛИС1ЫХ ПОЧВ

Минералогический состав илистой фракции. В составе илистой фракции целинной почвы преобладают структурнонабухающие смек-титовые минералы типа гидрослюда-монмориллонит. Гидрослюды, каолинит присутствуют в меньших количествах; хлорит отсутствует. Кроме того, илистая фракция содержит кварц и полевые шпаты. В пахотных горизонтах окультуренных почв преобладают минералы со стабильной кристаллической решеткой. Так, в илистой фракции хорошоокультуретгой почвы преобладают гидрослюда, каолинит, хлорит. Смешанно-слойные образования типа гидрослв-да-хлорят, гидрослюда-монтмориллонйт ,присутствуют в небольших количествах. Илистая фракция пахотного горизонта среднеокуль-гурешгой почвы, в отличие от хоропгоокультуренной характеризуется большим содержанием каолинита (рис.1). Это подтверждавт-ся данными валового химического состава.

Состав глинистых минералов подзолистого и пахотного горизонтов в качественном отношении идентичны. Однако в подзолистом горизонте содержится больше хлорита; об этом можно судить по высокому содеряанию оксида алюминия в этом горизонта. В составе ила иллювиального горизонта и почвообразующей породы наблюдается увеличение содержания смешанно-слойных минералов и уменьшение содержания минералов группы каолинита. В отличие оз? состава глинистых минералов гумусового горизонта, ил почвообразующей порода содержит монтмориллонит. Хлорит отсутствует^ Почвенные хлориты, входящие в состав илистой фракции гумусового горизонта, можно рассматривать как продукт хлоратизации трехслойных, силикатов.

Отличие минералогического состава пахотных почв от целинных проявляется .как в качественном составе глинистых минералов, так и в их количественном соотношении. В процессе почвообразования и при сельскохозяйственном использований в иахо'т-

Рис.1, Рентгендифрактограммн илистой фракции це рн ово-пол золисть почв разной степени окультуренности: 1 - хорошоокультуренной, П. - среяйзокультуренной, Ж - целинной, а - исходный образец; б препарат насыщенный магнием; в - препарат прокаленный при 550 °С.

¡шх почвах происходят накопление гидрофильных минералов со стабильной1структурой таких как гидрослюды, хлорит и каолинит. В целинной почве увеличивается содержание структурно-подвижных, смешанно-слойных минералов и происходит разупоря-дочение структур всех глинистых минералов.

Минералогический состав коллоидной фракции. По составу глинистых минералов коллоидная фракция существенно отличается от илистой. Преобладающим компонентом в ней являются наи- . более высокодисперсные минералы: монтмориллонит, смешанно-слойкые минералы.гидрослюда-монтмориллонит и.гидрослюда-хлорит. Гидрослюды, каолинит, хлорит присутствуют в небольших количествах (рис.2).

Минеральные коллоиды целинной и пахотных почв по качественному составу глинистых минералов близки между собой. Они состоят из монтмориллонита, смешанно-слойных образований,гидрослюд, каолинита, хлорита. Присутствуют кварц и полевые шпаты. Коллоиды пахотных почв содержат больше гидрослюд, каолинита, хлорита и меньше - смектитового компонента.

Оценивая вклад коллоидной фракция в дифракционную картину, полутаемус ог илистой фракции, можно.отметить следующее. В верхней части профиля дифракционная картина илистой Фракции . создается в основном лредкодлоидной фракцией, содержащей хо-шо окристаллизованный каолинит, хлорит и гидрослюды. Это связано с незначительным содержанием коллоидной фракции в данных . горизонтах. В нижней части профиля вклад коллоидной фракции в дифракционную картину ила возрастает. Этот вклад заключается в появлении дифракционных максимумов монтмориллонитовой группы и от смешанно-слойяого слюдисто-смектитового разбухающего минерала. •

Минералогические составы илистой и коллоидной фракций согласуются с данными валового я термического анализов.

Содержание гуцуса в иле и коллоидах. Содержание гумусовых веществ в илистой фракции и их характер взаимодействия с по- ; ,верхностыо минеральной части обусловлены природой самого органического вещества и поверхностными свойствами глинистых минералов. Большое влияние оказывают «акже реакция среды и состав поглощенных катионов.

С увеличением степени дисперсности частиц возрастает и количество закрепляемого гумуса. Так, содержание гумуса 8 коллоидной фракции значительно превышает количество гумуса в'почве

Рас. 2, Рвнтгендифракгограшы коллоидной фракции дерново-подзолистых почв разной степени окультуренности: 1 - хо-рошоокультуренноа, II-средне окультуренной, ЗП-целинной.

а - исходный образец; б - препарат насыщенный магнием; в - препарат прокаленный при 550 °С.

в целом. Наибольшее содержание гумуса (3&.4$) обнаружено в коллоидах гумусо-аккуадулятявного горизонта целинной почвы (табл.1).

Таблица I. Содержание гумуса в дерново-подзолистых почвах,%

Горизонт; глубина, см • Почва Илистая фракция Коллоидная фракция

Хорошоокультуренная

Апах АзВ 0-20 3.30 16.70 21.80

40-50 0.35 2.80 3.85

В 60-70 0.18 1.20 1.03

С 100-120 0.16 1.02 0.72

Среднеокулыуренная

Апах ■' А^ 0-14 . г. эо 7.80 26.60

17-40 0.22 2.30 3.05

В 40-72 0.16 1.30 1.00

С . 120-140 0.17 Цзлинная 0.94 1.10

А1 3-9 . 6.65 Г4.00 36.40

А2 13-23 0.60 5.00 3.42

В 58-68 0.20 1.80 1.84

С Г00-120 0.Г7 Г.40 0.90

Накоплению органического вещества в целинной почве способствовало совместное влияние минералогического состава и кислой реакции среды. Коллоидная фракция целинной почвы, в отличие от пахотных, обогащена подвижными смешанно-слойными минералами и минералами смектятового типа, характеризующимися высокой степенью дисперсности. В условиях кислой и нейтральной реакции среды эти минералы способны закреплять значительное количество гумусовых веществ. Окультуривание дерново-подзолистых почв способствует уменьшению содержания гумуса. Так, в коллоидной фракции хоропоокультурэняой почвы содержание гумуса достигает 21.80$, средяеокулмуренной - 26.60$. Снижение содержания гумуса обусловлено изменением минералогического состава почв в 1 •процессе окультуривания. В пахотных почвах начинают преобладать минералы с жесткой, кристаллической решеткой,обуславливающие меньшее-закрепление гуодса. Коллоиды среднеокультуренной почвы содержат больше гумуса,чем коллоиды-хорошоокулыуренной. Это связано с белее высоким содержанием в коллоидах,среднеоку-льтуренной почвы монтмориллонита и смеиайно-слойных образо-. ваний. ' ' .

Преобладание в составе глинистых минералов илистой фракции среднеокулътуренной почвы минералов со стабильной структурой обуславливает меньшее содержание гуцуса в этой фракции по сравнению с хорошоокультуренной почвой.

Удельная поверхность высокодисперсных частиц. Удельная поверхность всех исследуемых почв закономерно повышается с уменьшением размера частиц. Значения удельной поверхности приведены в таблице 2.

Таблица'2. Удельная поверхность гранулометрических фракций дерново-подзолистых почв, м2/г

Горизонт; _Фракция,

глубина, см ' 0.25- 0.01- 0.001- 0.0002-/п пппт

_0.01 0.001 0.0002 0.0001 <о-оош

Хорошоокультуренная

А^ 0-20 25.6 104.1 170.7 S72.3 402.3

С 100-120 2.2 ^ 24.6 203.4 353.1 459.6

Среднеокультуреиная

Апах <Н4 ' К.? Ш.4 215.9 232.2 413.2

Целинная

Ах '3-9 29.3 80.5 189.2 376.6 . 482,7

Окультуривание дерново-подзолистых почв способствовало . уменьшению удельной поверхности высокодисперсных фракций. Так. удельная поверхность коллоидной фракции пахотного горизонта хорошоокультуренной почвы составила 402.3 м~/г, среднеокул-ьту ренкой - 413.2 и целинной - 482.7,м2/г. Это снижение связано с уменьшением содержания гумуса и с изменением состава глинистых минералов. В пахотных почвах происходит.накопление минера лов со стабильной структурой: гидрослюд, хлорита, каолинита, которые способствуют уменьшении внутренней удельной поверхнос ти. В гумусовом горизонте целинной почвы преобладают минералы с подвижной кристаллической решеткой, характеризующиеся высокой удельной поверхностью. Удельная поверхность высокодисперсных фракций пахотного горизонта среднеокультуРунной почвы меньше по сравнению с. удельной поверхностью внсокодисперста фракций материнской породы. Их значения составляют соответственно 232.2 и 353.1 м2/г. Это различие обусловлено наличием в гумусовом горизонте большого количества минералов с жесткой кристаллической решеткой - хлорита, каолинита и гидрослюд. В - более крупных фракциях (>0.001 мм) удельная поверхность целинных и пахотных почв превышает величину удельной поверхности

материнской породы. Это,вероятно,связано g преобладанием в материнской породе маловиветреннкх первичных минералов. Более высокое значение удельной поверхности фракции песок-пыль целинной почвы, по.сравнению с пахотными, обусловлено большим содержанием в ней гумуса.

Емкость поглощения.»Емкость катионного обмена (ЕКО) изученных дерново-подзолистых суглинистых пота характеризуется типичными для данных почв показателями: хорошоокулыуренная- 15.0; среднеокулмуренная - 14.9; целинная - 12.4 мг-экв/100 г (табл.3). Это объясняется различным гранулометрическим составом и неодинаковым содержанием в них гумуса. Хорошоокулыуренная почва содержит больше коллоидов (11.7$) по сравнению с целинной (8.3$). С-увеличением степени дисперсности частиц возрастает и показатель ЕКО. Так, ЕКО илистой фракции значительно выше величины ЕКО почвы в целом.

. Окультуривание дерново-подзолистых почв вызвало увеличение ЕКО почвы в целом. Однако ЕНО высокодисперсных фракций уменьшились. Так, ЕКО илистой и коллоидной фракций хорошоокульту-. ренной почвы составили, соответственно 46.6 и 56.5, целинной-50.0 и 63.4 мг-экв./100- г. Высокие' значения ЕКО высокодисперсных фракций целинкой почвы обусловлены как присутствием минералов с подвижной кристаллической решеткой, так и большим количеством гуцуса в этих фракциях. ЕКО коллоидов пахотного горизонта среднеокультурениой почвы выше, чем ЕКО коллоидов хо-рошоокультуренной того же горизонта. Это превышение обусловлено некоторым увеличением в составе глинистых минералов средне-окультуренной почвы монтмориллонита, который имеет более высокую удельную поверхность и более высокую емкость поглощения.

Величина емкости поглощения всех исследуемых почв слабо дифференцирована по почвенному профили (табл.3), Это связано с тем, что. с глубиной по профилю происходит увеличение содержания высокодисперсных минералов. Если ЕКО в верхних горизонтах зависит от органического вещества и состава глинистых ми-; .нералов, то в нижней части профиля - только от минералогичес-. кого состава глинистого вещества. В нижней части профиля, преобладают минералы-с подвижной•структурой, обеспечивающие большую поглотительную способность. •

Таблица 3. Емкость поглощения дерново-подзолистых почв разной степени окулыуренности, мг-экв./КЮ г

Горизонт; глуби- -—.-:-

на> см почва ил коллоиды

Хорошоокультурепная

Ацах 0-20 15.0 46.6 56.5

АзВ 40-50 12.6 42.4 72.6

В 60-70 15.5 48.5 68.2

С 100-120 20.7 42.4 64.5

Среднеокулмуренная

АПах 0-14 - 14.9 45.1 60.4

А^ 17-40 10.3 30.7 57.0

В 40-72 14.9 48.3 67.7

С 120-140 13.4 43.0 64.5

Целинная

А1 3-9 12.4 50.0 ' . 63.4

ь 13-23 10.3 57.2 69.8

в 58-68 19.0'. 50.2 68.0

0- 100-120 . 18.2 ' 43.2 ■ 65.1

3. ВЕРОЯТНЫЕ ПУТИ ТРАНСФОРМАЦИИ ГЛИНИСТЫХ МИНЕРАЛОВ' ПРИ (ЖУДЬТУРИВАНИИ ,

Исходя из результатов минералогического-состава изученных дерново-подзолистых почв выявлены основные пути трансформации глинистых минералов.

Трансформацию глинистых минералов каждой .почвы рассматривали по двум направлениям: I - в пределах одного профиля от материнской породы к гумусовому горизонту, 2 - в пределах'трех почв в последовательном ряду: целинная, средне- и хорошоокуль-туренная почвы.

Анализ данных позволяет выявить роль почвообразования и' окультуривания дерново-подзолисшх почв в изменении состава глинистых минералов. В первом случае в процессе почвообразования под хвойным лесом в условиях кислой реакции среды происходят разрушение кристаллической решетки хлорита и трансформационные изменения слюдистых минералов в сгрукаурноподвижные смешанно-сдойные минералы и минералы смектитового типа. Обязательным условием развития реакции перехода слюдистых межслоевых промежутков в промежутки смектитового типа в кислой среде 10

является низкое содержание палия в растворе (Граду сов,1976). В целинной почве это условие имеет место вследствие малой емкости биологического круговорота по калию, осуществляемого лесной растительностью.

Во.втором случае данные показывают влияние степени скулыу-ренности на характер изменения минералов. В пахотном горизонте среднеокулътурепной почвы,по сравнению с гувдховым горизонтом целинной,отмечено увеличение содержания гидрослюд за счет агра-дации монтмориллонита. Необходимыми предпосылками протекания процесса иллитизации являются наличие повышенного содержания калия в почвенном растворе и присутствие в составе почвообра-зующих пород минералов, способных к фиксации калия. Такие предпосылки имеются в среднеокультуренной почве. В пахотном горизонте хорошоокультуренной почвы процесс.трансформации глинистых минералов протекает более интенсивно. В отличие от средне-окультуренной почвы, в составе глинистых минералов хорошоокультуренной происходит накопление гидрослюд и хлорита. Этому способствуют внесение больших доз минеральных удобрений и фульва-тно~гуматный состав гумуса. При этом органические кислоты являются донорами протонов, которые вытесняют не только калий, но и алюминий октаэдрических и тетраэдрических позиций. В результате этого гидрослюда переходит в монтмориллонит с межпакетны-. ми прослойками алюминия, или непосредственно - в хлорит.

Вероятные трансформационные ' изменения глинистых минералов в процессе окультуривания дерново-подзолистых почв можно выразить следующей схемой:

Гидро- гидрослюда- ■ монтмо- монтмо-

слюда монтморил- —* рилло- -"—.рилло- —- хлорит

L' лонит • нит ниг-

• хлорит

гидрослюда-хлорит хлорит

4. ВЛШШ ЕСТЕСТВЕННЫХ- СТРУН ТУР ООЕРАБОВАТШЕ!!

НА ФОРМИРОВАНИЕ АГРЕГАТОВ ПОЧВ

Содержание агрономически ценных агрегатов. Все исследуемые почвы имеют удовлетворительную оструктуренность. Так.ноэффиии-, ент структурности хорошоокультуренной почвы равен 1.9; средне-.окулыуренной и целинной - 1.4. Потенциальная способность изученных почв к структурообразованию невысокая, о чем свидетельствует показатель структурности. В хорошоокультуренной почве

далный показатель равен 30.среднеокультуренной - 21.0 и целинной .-18.25?.

В хорошоокультуренной почве содержится больше агрономически ценных агрегатов (66.7$ от массы почвы),чем в верхних горизонтах среднеокультуренной и целинной почв (58.5$)(табл.4)•

Таблица 4. Структура дерново-подзолистых суглинистых почв разной степени окультуренности •

Горизонт; глубина, см

Размер агрегатов,мм; и их содержание от _массы воздушно-сухой почйы_

>10 10-7 7-5 5-3 3-1

I- 0.50.5 0.25

<0.25

0.2510

Хорошоокультуренная

6.5 8.1 10.0 31.8 6.3 4.0 20.7 66.7

7.0 9.2 Г7.0'24.3 2.5 5.2 19.3 65.2

12.0;12.6 7.3-14.2 2.1 5.2 15.1 53.7

20.2^ 10.0 3.2 4.8 4.1 1.7 19.6 44.2

Среднеокультуренная

8.3 7.0 7.0 20.5 8.2 7.5 28.0 58.5

12.4 11.1 12.6 23.0 2.8 5.4 14.9 67.3 14.0 6.5 3.4 15.0 4.3 5.2 ,6.2 . 48.4

10.5 6.3 7.0 10.8 3.9 4.6 6.8 53.1

Целинная

3.9 3.2 8.8 20.7 9.9 II.9 25.9 58.5

Н.О 7.6 9.6 21.4 4.2 4.8 15.5 58.8

Ю.Ь 9.3 15.6 15.7 1.9 6.8 12.0 59.6

9.7 12'.2 22.8 8.2 5.0 7.5 15.8 45.3

В отличие от целинной и среднеокультуренной почв, в хорошоокультуренной почве наблюдается тенденция к увеличению фракции размером 1-3 мм при одновременном снижении содержания пыли и песка. Вероятно,в процессе окультуривания дерново-подзолистых почв фракции пыли и песка вовлекаются в состав наиболее крупных агрегатов. В окультуренных почвах по сравнению с, целинной отмечается большее' содержание агрегатов размером 10-7 и 7-5 мм.' " '

Состав глинистых минералов в почвенных агрегатах. Для выяснения значения минералов в образовании структурных отдельнос-тей исследованы агрегаты размером от 0.25 до 7 мм. Агрегаты .подвергались грануломе три че скому анализу с последу ид им определением минералогического состава. В хорошоокультуренной почве содержание ила уменьшается по'мере увеличения размера агрега-

Апах 0-20 14.6

А2В. 40-50 15.6

В 60-70 31.2

с 100-120 36.2

Апах 0-14 13.5

17-40 . 17.8

В 40-72 45.4

С 120-140 40.1

А1 3-9 15.7

а2 13-23 25.7

В 58-68 28.4

С! ; 100-120 38.9

тов. Так, если в агрегатах с размерами 7-5 ш содержание ила .составляет 9.3$, то в агрегатах меньшей величины (0.5-0.25 мм) ил содержится в количестве II.4$, Независимо от степени окуль-туренности, наибольшее содержание ила обнаружено в агрегатах разменом 1-3 мм.

Минералогический состав фракции песок-пыль (0.25-0.01 мм). Минералогический состав исследуемой фракции представлен преимущественно первичными минералами. Вторичные минералы занимает в ней подчиненное значение. Различие в составе минералов фракций песок-пыль целинной и пахотных почв состоит в том,что целинные почвы содержат больше кварца'и амфибол. Кроме того,в составе минералов целинной почвы присутствуют смешанно-слой-ные слюда-смектитовые образования. Пахотные почвы отличаются повышенным содержанием слюд, каолинита и хлорита. Почвообразу-ющая порода, в отличие от вышележащих горизонтов, содержат, несколько меньше кварца.

Минералогический состав пыли (0.01-0.001 мм). Фракция пыли, в отличие от фракции песок-гшль, обогащена слоистыми силикатами за счет уменьшения количества полевых шпатов дсварца, амфибол. Пыль хорошоокультурегшой и целинной почв содержит гидрослюды, каолинит, хлорит, смешанногслойные образования. Целинные почвы, в отличие от пахотных .обогащены смешанно-слой-ными образованиями и обеднены хлоритом. '

' Минералогический состав илистой фракции (0.001-0.0002 мм). Илистая фракция по сравнению с более крупными фракциями обеднена кварцем и полевыми шпатами и обогащена каолини том,гидро-слюдами и смешанно-слойными- подвижными образованиями. Пахотная почва, в отличие от целинной, в составе глинистых минералов содержит хлорит. Монтмориллонит присутствует только в поч-вообразующей породе. • . - • ' .

Минералогический состав коллоидной фракции $).0002 мм) .Коллоиды существенно отличаются по составу глинистых минералов от илистой фракции. Преобладающим компонентом в них являются •наиболее, высокодисперсные минералы: монтмориллонит и смешанно-слойные минералы типа гидрослюда-монтмориллонит. Каолинит,гнд-рослюды, хлорит присутствуют в небольших количествах. Коллои-■ ды пахотных почв отличаются от целинной большим содержанием тидрослюд, каолинита и хлорита. В коллоидах целинной почвы, в отличие от пахотных присутствуют смешанно-слойные образования.

На основании полученных результатов можно сдйлать вывод,

что глинистые минералы оказывают заметное влияние на структуру почз. В дерново-подзолистых почвах в условиях низкого со-' держания гумуса и преобладания в минералогическом составе высокодисперсных фракций'гидрослюд, каолинита и хлорита формируются кубовидные агрегаты. В результате создается ореховато-комковатая структура.

Содержание и состав гумуса в почвенных агрегатах. Содержание гуьусовых веществ уменьшается с увеличением размера агрегатов Крупные агрегаты- (3-10 мм) обогащены песком и пылью, поэтоцу в них гумусовые вещества представлены отдельными фрагментами, сорбированными на наиболее выветренных участках полевых шпатов и слюд (Воронин,1986). Наибольшее содержание гумуса отмечено в агрегатах целинной подаы. Меньшее содержание гумуса в пахотных почвах связано с более интенсивной минерализацией, вследствие улучшения аэрации.

Для того, чтобы установить какие компоненты органического вещества в наибольшей степени участвуют в агрегировании почвы, был определен фракционно-групповой состав гумуса. Наибольшее содержание гуминовых кислот обнаружено в крупных агрегатах. Вероятно, это обусловлено коагуляцией гуминовых кислот в условиях кислой реакции среды под влиянием катионов кальция, водорода и магния. В агрегатах хорошоокультуренной почвы преобладает группа гуминовых кислот, непосредственно связанная с глинистыми минералами'и устойчивыми формами полуторных ок- ■ сидов. По мнению Б.Г.Розанова (1988) наиболее прочными являются связи, в которых органическое вещество адсорбировано на поверхности глинистых минералов через ионогенные группы полуторных оксидов железа и алюминия. Менее прочная связь образуется за счет сил Ван-дер-Ваальса между ребрами минералов и гуцусовыми веществами. В результате возникают органо-минера-льные соединения, лежащие в основё формирования структуры почв. .

Содержание несиликатных форм железа и алюминия в почвенных структурных агрегатах. Распределение несиликатного железа по . агрегатам почв находится в соответствии с содержанием в них .илистой фракции. По мере увеличения размера агрегатов содержание железа в них снижается (табл.5). В почвообразующей по' роде больше железа содержится в крупных агрегатах. Следовательно; в образовании агрегатов_в материнской породе при почти полном.отсутствии гумусовых веществ, ведущую роль играют ок-

Таблица 5. Содержание несиликатного железа в почве,

___% к воздушно-сухой почве___;____

Горизонт; _Размер агрегатоз, мл_

глубина, см ?_5 5_з 3_1 1_0.5 0.5-0.25'

0.71 0.67 £.67 0.65

0.52 0.59 0.67 0.65

0,52 0,65 0.10. 0.65

сады железа. Последние осаждаются на минеральных частицах и связывают их между собой. Образующиеся связи очень слабы и поэтому агрегаты материнской породы характеризуются неводо-■ прочностью.

В распределении алюминия по агрегатам почв не обнаружено ; каких-либо закономерностей. Яесиликатные формы алшнния содержатся во всех агрегатах примерно в равных количествах. Их • содержание в исследуемых почвах составляет от 17.3 до 21.2$ (А1203>. ■

Деструкция агрегатов, выделенных из дерново-подзолистых , ■ почв, не-позволила четко установить вклад каждого'агента в образование структурных отдельносгей. Поэтому, для решения' данной задачи был поставлен специальный модельный опыт. • Влияние различных структурообразователей на формирование агрегатов почв (модельный опыт). В качестве структурообразо-вателей были-выбраны следующие компоненты: I - гуминовые кислоты, выделенные из торфяных почв; 2 - фульвокислоты, выделенные из подзолистых альфа гумусовых, почв; 3 - растительные остатки, представленные надземными частями тимофеевки луговой; 4 - известковая мука (СаСОд); 5 - хлористое железо в виде по-

Л1 V

В С

Лгах

В С

-^пах АзВ В С

Целинная

3-9 0.67 0.68 0.70 0.69

13-23 0.80 0.94 0.83 0.59

58-68 0.99 - 0.69 0.79 0.75

100-120 0.85 0.85 0.76 0.69 Среднеокул муре иная

0-14 ■ 0.45 0.50 0.53 0.48'

17-20 0.71 0.60 0.8 1 0.75

40-70 0.99 0.69 0.79 0.75

120-140 0.85 0.85 0.76 0.69 Хорошоокультуреиная

0-20 0.46 0.47 0.42 0.47

40-50 0.64 0.68 0.74 0.60

60-70 0.81 0.91 0.98 0.97

100-120 0.83 0.92 0.82 0.74*

рогка (РеС1^ ); 6 - монтмориллонит; 7 - каолинит; 8 - смесь всех вымеуказанных веществ.

Гуминовые, фульвокислоты и растительные остатки вносились из расчета 0.4 г углерода на 100 г почвы- Такое количество углерода поступает с растительными остатками в почву за 10 лет под многолетними злаковыми травами. Соли кальция и железа вносили в почву в виде порошков в количествах, соответствующих 0.5 н растворам, т.е. 5 г СаСОд и 5р г (РеС1э)на 100 г почвы. Монтмориллонит и каолинит вносили из расчета 10% от массы почвы. *

Моренные суглинки просеяли через сито с отверстиями диаметром 0.25 мм и помещали их в массе 0.5 кг. в сосуды с дренажными отверстиями, предварительно введя в них структурообразова-тели. Повторность опыта трехкратная'. Продолжительность опыта 6 месяцев. Влажность почвы поддерживалась на уровне 60% от полной влагоемкости. Сосуды с почвой находились в термостате при температуре 20-22°С.

Наибольшее количество агрономически ценных агрегатов образовалось в вариантах с растительными остатками, гуминовыми кислотами, монтмориллонитом и "смесью" (табл.6).

Таблица 6. Содержание почвенных агрегатов при воздействии . различных структурообразователей

Вариант

Содержание агрегатов, %

>10 10-7 7-5

5-3 3-1 1-0.5 О;25<0-25 5б25"

Контроль

Растительные остатки

Гуминовые кислоты

Фульвокислоты

Обменный кальций

Обменное железо

Каолинит

Монтмориллонит

' Смесь всех компонентов

16.7 ИЛ 15.8 13.9 24.0 2.7 5.4 10.4 72.9

15.8 18.1 15.5 16.6 27.0 3.0 3.0 1.1 83.1

16.6 12.8 22.1 18.8 27.7 0.4 1.1 0.5 82.9

47.3 20.5 10.8 9.6' 7.3 2.5 1.3 0.7 52.0

18.9 Г7.0 16.6 17.6 23.9 1.4 2.3 2.3 78.8

66.7.13.3 5.8 4.6 4.7 2.5 1.6 0.8 32.5

19.2 17.4 18.7 13.7 20.8 6.0 2.6 1.6 79.2

10.4 12.4 21.4 16.4 28.1 1.9 4.9 4.5 85.1

11.4 17.8 16.0 17.7 35.9 0.3 0.4 0.5 88.1

Снижение количества агрономически ценных агрегатов в вариантах с. фульвокислотами и обменными формами железа вызвано

увеличением в них доли макроагрегатов. При наличии большого .количества в почвенно-поглощавцем комплексе обменного железа последнее может либо покрывать поверхности почвенных частиц, либо связывать элементарные почвенные частицы между собой. В результате образуется глыбистая структура. Благодаря хорошей растворимости в воде, фульвокислоты легко проникавт между частицами и связывают микроагрегаты в макроагрегаты. Гумино-вые кислоты, в отличие от фульвокислот, менее растворимые, поэтому они вызывают образование агрегатов меньших размеров. Среди глинистых минералов ведущую роль в образовании агрегатов почв играет.монтмориллонит. Каолинит оказывает менее заметное влияние.

На оснований вышеизложенного можно предположить, что в материнской породе и гумусовом горизонте дерново-подзолистых почв формирование агрегатов протекает под влиянием различных веществ. В материнской породе структурные отдельности образуются в процессе слипания минеральных частиц меаду собой. Слипание минеральных частиц происходит как за счет остаточных, валентностей и вследствие коагуляции, так и за счёт склеивания частиц гидрокисдами железа; алшиния и обменного кальция. Таким образом, в материнской породе образуются неводопрочные агрегаты. В гумусовом горизонте происходит упрочение (цементация) почвенного агрегата при помощй кл'еющих веществ. Роль "клея" выполняют гумусовые вещества и их соли. Гумусовые вещества с водой проникают между частицами, обволакивают их и создают условия максимального тесного контакта между поверхностями микроагрегатов почвы.

В окультуренных почвах, наряду с вышеуказанными факторами .структурообразования, имеют значения проводимые агротехнические мероприятия.' • - ■

вывода

• I. Исследования по сравнительной оценке целинной и пахот-.ных дерново-подзолистых суглинистых почв, сформированных на однородных по механическому составу моренных суглинках показало, что пахотные почвы заметно отличаются по морфологическим признакам и физико-механическим свойствам. Они имеют большой по мощности гумусовый горизонт и характеризуются слабокислой-реакцией и высокой степенью насыщенности основаниями.

2. Минералогический состав илистой фракции дерново-подзо-

листых суглинистых почв представлен гидрослюдами, смектитами, каолинитом, хлоритом а смешанно-сдойяыми минералами, кварцем и полевыми шпата?,1га. В пахотных почвах накапливаются наименее гидрофильные минералы со стабильной структурой: гидрослюды, каолинит и хлорит. В целинной почве преобладают структурно-подвижные смешанно-слойные слюда-смектитовые образования.

. 3. Минералогический состав коллоидов дерново-подзолистых суглинистых почв существенно отличается по составу глинистых минералов от минералогического состава илистой фракции. Преобладающими компонентами в них являются смешанно-алойные слюда-смектитовые образования и смектиты, в небольших количествах присутствуют гидрослюдм, каолинит, хлорит.

4. Емкость катионного обмена илистой и коллоидной фракций высокая. В пахотных почвах по сравнении с целинной она неско--лько меньше за счет присутствия в большом количестве минералов с жесткой кристаллической решеткой. Емкость катионного' обмена хорошоокультуренной почвы в целом возросла вследствие увеличения общего количества'высокодисперсных фракций.

5. Величина удельной поверхности высокодисперсных фракций очень высокая (402.3-482.7 иГ/р). В пахотных почвах'по сравнении с целинной, вследствие меньшего содержания гумуса и набухающих минералов, илистые и коллоидные частица имеют более низкую удельную поверхность.

6. Вероятные трансформационные изменения глинистых минера- . лов в процессе окультуривания'дерново-подзолистых почв происходят по следу щей схеме:

гидро-__ гидрослюда- моятмо- монтморилло- ' тпппи„

слвда' монтморил- рилло- нит-хлорит . ' ллирш '. | • ЛОНЙТ нит

гидрослюда-хлорит —«• хлорит

В пахотных почвах трансформация' глинистых минералов протекает более интенсивно. Это связано с воздействием на них вноси,шх органических и минеральных удобрений, известковых материалов и механической обработки.

7. Пахотные и целинная почвы имеют удовлетворительную осг-руктуренность. Пахотные почвы,в отличие от целинной, содержат больше агрономически ценных агрегатов и потенциальная способ-

'ность их к структурообразованию вше.

8. Главнейшими компонентами, формирующими структуру дерново-подзолистых почв, являются гидроксиды железа и алюминия, глини-

стаз минералы и гумусовые вещества.

• '" 9. Гидроксиды железа и алюминия играют ведущую роль в формировании агрегатов почвы в материнской породе. В гумусовом горизонте главнейшими структурообразователями являются гуму-совце,вещества. Гидроксиды железа и алюминия играют подчиненное значение.

' ,10. Глинистые минералы оказывают заметное влияние на структуру дерново-оподэолистых почв. Важная роль в образовании аг- . регатов почв, как показал модельный опыт, принадлежит ?мзкти-там.

II. Исследования по деструкции почйенных агрегатов показали, что структурные отдельности различного размера существенно различаются содержанием и составом гумуса, количеством несиликатных форм железа и алюминия,, гранулометрическим и минералогическим составом.

■ 12. Наиболее высокое содержание гумуса характерно для мелких агрегатов дерново-подзолистых почв. Однако в крупных агрегатах увеличивается содержание гуминовых кислот. В агрегатах пахотных почв преобладает группа гуминовых кислот,1'непосредственно связанная с глинистыми минералами и устойчивыми формами полуторных оксидов.

13. Исследования, проведенные по агрегатированию почвенной массы различными структурообразователями', полностью подтвердили вывод о большой роли в образовании агрегатов смектитов, гуминовых и фульвокислот, обменных форм железа.' !

По материалам диссертации опубликованы работы:

.. I. Рахматуллина А.Р. 0 составе структурных отдельностей 'дерново-подзолистых суглинистых почв//Тез.докл.к конференции молодых-ученых: и .студентов ЛСХИ.-Л. , 1990;-0.20.\

2. Оуворов А.К., Рахматуллина А.Р., Нарбекова З.Р. О составе и свойствах глинистого материала дерново-подзолистых почв Ленинградской области // Органическое вещество почв и методы его исследования: Записки ЛОХИ.-Л.,1990.- С.Ш-П6.

. 3. Оуворов А.К..Рахматуллина А.Р..Нарбекова З.Р. О составе и превращении глинистых минералов в дерново-подзолистых поч-■ вах // Основные направления Получения экологически чистой про-

' • I

РПГгПакВМР;

Подписано к печати ' 1992 г.

Формат 60x90^/16П.л.1. Заказ рп. Тираж 100; .