Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Состояние микроэлементов (Mn, Cu, Zn) в бурых лесных почвах чайных плантаций Черноморского побережья Краснодарского края

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Состояние микроэлементов (Mn, Cu, Zn) в бурых лесных почвах чайных плантаций Черноморского побережья Краснодарского края"

- з ММ»

На правах рукопис?

МАЛКЖОВА Люлмила Степановна

СОСТОЯНИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ (Мп, Си, Zn) В БУРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВАХ ЧАЙНЫХ ПЛАНТАЦИЙ ЧЕРНОМОРСКОГО ПОБЕРЕЖЬЯ КРАСНОДАРСКОГО КРАЯ

(Специальность 03.00.27 - почвоведение)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических паук

Москва - 1997 год

Работа выполнена во Всероссийском институте цветоводства и субтрс пнческнх культур.

Научный руководитель:

кандидат биологических наук, старший научный сотрудни Малинина М.С.

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор А. С. Владыченский; кандидат биологических наук Е.А. Карпова .

Ведущее учреждение:

Всероссийский научно-исследовательский институт удобрений и агропочвоведения

Защита состоится " ¿ОО&ъЛг 1997 г. па заседании диссертации ного совета К 053.05.16. в МГУ им. М.В. Ломоносова.

Адрес: 119899, Москва, ГСП, Воробьевы горы, МГУ, факультет почво ведения, Ученый совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвове дения МГУ.

Автореферат разослан

- // " ахб/^а^ 1997 г.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседа нии диссертационного совета, а отзывы на автореферат в двух экземпляра: просим направлять по адресу: 119899, Москва, ГСП, Воробьевы горы, МГУ факультет почвоведения. Ученый совет.

Ученый секретарь диссертационного совета

Г.В. Мотузова

Актуальность работы. Для правильного и эффективного использованю микроэлементов в земледелии нужно знать потребности определенных видо! растений и обеспеченность их необходимыми микроэлементами в конкрет ных хозяйственных и почвенных условиях. На настоящий момент исследова иий по вопросам содержания и геохимии марганца, цинка и меди в буры: лесных почвах чайных плантаций Черноморского побережья Краснодарско го края нет. Однако показано, что длительное применение минеральны: удобрений на чайных плантациях в условиях влажных субтропиков Россш помимо положительных результатов (увеличение урожайности, обогащени почв подвижными формами азота, фосфора и калия), привело к ряд)' нега тлвных явлений, а именно увеличению почвенной кислотности и подви» ности ряда элементов. И хотя использование минеральных макроудобрени увеличивает урожай чая в 5-8 раз, при увеличении урожая макроэлемент! способны снижать качество получаемой продукции, за счет снижения в сырь таннинов, экстрактивных веществ и других компонентов, характеризуют!] основные биохимические достоинства чая. Использование микроудобрени способно интенсифицировать физиологические и биохимические процесс культуры чая и в конечном итоге привести к повышению урожайност растений и качества продукции. Поэтому необходимость исследований с< держания и состояния микроэлементов очевидна и представляет больше теоретический и практический интерес в целях обоснования рационально! применения удобрений.

Цель работы. Установить главные закономерности поведения маргаип меда и цинка в бурых лесных почвах фоновых территорий п чанных плат

иий. Выявить основные компоненты почв, контролирующие миграцию металлов по почвенному и геохимическому профилям. Оценить влияние длительного внесения минеральных удобрений на подвижность металлов в исследованных почвах. Выявить основные показатели химических свойств почв, оказывающих влияние на урожай и качество чайного растения.

Задачи работы. 1. Исследсзан, закономерности распределения микроэлементов по почвенному и геохимическому профилям бурых лесных почв чайных плантаций и фоновой территории. 2. Установить основные закономерности влияния минеральных удобрений и культуры чая на физико-химичеекпе свойства исследуемых почв. 3. Оценить влияние минеральных удобрений на мнкроэлементныи состав почв. 4. Выявить связь между содержанием в почве подвижных форм микроэлементов, урожаем и качеством чая.

Научная новизна. Впервые проведено детальное сравнение химическогс состава бурых лесных кислых почв фоновых территорий и чайных плантаций в зоне влажных субтропиков России. Достоверно показано влияние ми неральных удобрений на химический состав исследуемых почв чайных план таций. Установлены основные компоненты почв, регулирующие поведение микроэлементов в почвенном и геохимическом профиле бурых лесных кис лых почв. Выявлены основные макро- и мнкрокомпоненты питания, а такж< химические свойства почв, оказывающие доминирующее влияние на урожа1 и качество чайного растения.

Практическая ценность. 1. Полученные результаты являются осново! для разработки научно-обоснованных приемов регулирования питательной

режима бурых лесных почв для чая. 2. Результаты работы войдут в блок данных для организации и проведения почвенного мониторинга в отношешп-тяжелых металлов.

Апробация работы. Результаты работы доложены на 1-ом Вссроссийшп совещании по теме: "Современные методы планирования эксперимента I проблема агроэкологического мониторинга в ландшафтном земледелии"; ш краевой научно-производственной конференции молодых ученых "Развит» социально-культурной сферы Кубани", на научно-практической конферен нии молодых ученых "Основные проблемы научного обеспечения развита цветоводства, садоводства и субтропического растениеводства в условия рыночной экономики".

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 работы, 4 сданы печать. Объем р?боты. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводо] заключения, двух приложений, содержит 173 страницы машинописного тек« та, 27 рисунков, 23 таблицы. Список литературы составляет 234 наименов( ния, в том числе 62 на иностранных языках.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Район исследования расположен в прибрежной зоне Большого Сочи (

Уч-Дере, ЛО "Дагомыечай"). Участок расположен па юго-западном скло! крутизной 15°. Коренные породы представлены глинистыми сланцами ни; немелового периода. Элюво-делювий этих пород, сложенный желто-бурык ненасыщенными глинами составляет основную почвообразугощую пород} ГТочвы бурые лесные кислые теплые малогумусные мощные глинистые ) элюво-дешовии глинистых сланцев. Для сравнения снойет почв фонол!

территорий и чанной плантаций на площади около 1 га было заложено дв геохимических профиля, отобрано по два базовых разреза на одинаковы элементах рельефа: фоновый участок трагоитно-элювиальньш ландшаф: фоновый участок транзитно-аккумулятшшый ландшафт, чайная илантаци транзитно-элговиальный ландшафт, чайная плантация транзитне аккум}'лятпвный ландшафт, отбор потаенных образцов был проведен осенний период. На чайной плантации с 1986 года проводится длительны многофакторный опыт, включающий 16 вариантов с различными соотнош« ниями доз минеральных удобрений (NPK). Для исследований отобрань кроме контрольного (ООО), вариант с максимальными дозами удобрени (333), а также два варианта (202 и 311) с высокими показателями урожая, Ва рнант 333 — N - 360 кг/га д.в., Р2О5 — 180 кг/га, КоО — 150 кг/га; вариан 202 — N- 240 кг/га и 100 кг/га К?0, фосфор отсутствует; 311 — N- 360 кг/гг 60 кг/га Р-О5 и 50 кг/га KiO. Размер опытной делянки — 50 м2. Удобрени BHOcfum согласно схеме : 60 % азота, фосфор и калий в марте, 40 % азота : июле. Форма удобрений: мочевина, двойной суперфосфат, калийная сол! Отбор почвенных образцов по гам опыта проведен в 3 срока в 10-tj

кратной повторности на глубину 0-20 и 20-40 см: начало вегетации (апрель после внесения удобрений и начала интенсивной вегетации (май), конец вегс тационного периода (ноябрь). Растительные образцы были отобраны в срока (май, июль) с целью определения содержания макро- и микроэлемеи тов, а также качества чая. Для изучения распределения микроэлементов п органам чайного куста было выделено 3 модельных куста, разлнчающихс

но уровню обеспеченности питательными элементами I варианты: ООО, 333 202). В конце вегетационного периода проведен отбор образцов цветков, се мян, зрелых листьев, ветви, корни.

Исследование элементного состава почв (валовое содержание) выполне но на энергодисперснонном рентгенофлуоресцентном спектрометре. По движные формы марганца, меди и цинка определяли в ацетатно-аммоннйно] вытяжке (рН 4.8) методом атомно-адсорбцнонной спектрофотометр«! (АА8-Г|. Схема фракционирования металлов основана на избирательно! выделении различных компонентов почвы и связанных с ними элементов 1 на воздействии на почву различных экстрагентов (НгО, 0.01н. СаСЬ, ААБ рН 4.8, 1н. 1Ь804. вытяжка Тамма) с разной экстрагирующей способность! по отношению к иссттедусмым элементам. Все экстракции, за исключение: вытяжек Гамма-Эндреди и Н^Од, исчерпывающие — четырехкратные. р1-гумус, легкогндролизуемый азот, кислотность водной вытяжки, бихроматна окисляемость, подвижный алюминий, гидролитическая кислотность, содс! жание кальция, магния определяли по общепринятым методика ( Агрохимические методы исследования почв, 1975). Содержание подвижнот фосфора и калия в почвах определено методом Ониани, аморфного желе: было определено 35 вытяжке Тамма на приборе С-115-М 1, удельная повер: нисть — методом Кутелика. Для определения микроэлементов в р а сипел; ных образцах использовали метод сухого озоления, с последующим опред лением методом атомно-адсорбцнонной спектрофотометрип (С-115-М1 Экстрактивные вещества определены по методу В.Е. Воронцова (1946). га. нины — по Левинталю с пересчетным коэффициентом 582 (по Джем\ \ад че).

Математическая обработка данных, (выбраковка. проверка нормаль ности выборок, статистическая обработка, одаофакторныи и многофактор ный анализы, коэффициент корреляции по Спирмену) проведена с использо ванием пакета Statgraphics и персонального компьютера IBM -386.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БУРЫХ ЛЕСНЫХ КИСЛЫХ ПОЧВ И ИХ ИЗМЕНЕНИЕ ПРИ ВОЗДЕЛЫВАНИИ КУЛЬТУРЫ ЧАЯ

При использовании почв под чайную культуру существенных измененш

в валовом элементном составе не происходит за исключением содержали; железа. Показано уменьшение содержания железа в почвах чайной планта цин (3.86-4.27%) по сравнению с фоном (4.23-5.11 %). Также под чаем про цесс вмывания или образования ила на месте идет интенсивнее, поскольку i горизонте lim значительно больше илистых частиц ( 28.26-30.90 %) и физи ческой глины (64.42-82.74 %), чем в фоновых ( 18.30-34.99 и 59.11-73.22 % со ответственно ). Почвы малогумусные (1.4-5.1% С), содержание гумус, уменьшается с глубиной, водорастворимое органическое вещество равномер но распределяется по почвенному профилю: составляя 20-47 % от общего уг лерода, что говорит о высокой подвижности органического вещества в бу рых лесных почвах.

Под влиянием высоких доз минеральных удобрений в корнеобитаемо! толще бурых' лесных кислых почв чайной плантации кислотность водной вы тяжки достоверно заканчивается на 0.07-0.11 мг-экв/100 г и обусловлена н; 60-80 % водорастворимыми органическими кислотами (табл. 1). рНсол. вы тяжки снижается на 0.2-0.4 единицы. Обменная кислотность возрастает rrpi внесении высоких доз макроудобрсний на 2-4 мг-экв/100 г. содержание по

движного алюминия при эхом также увеличивается на 2-5 мг-экв/100 : (рис. 1). Гидролитическая кислотность возрастает в верхнем корнеобпта;:,:.^ слое в почвах чайной плантации на 6 мг-экв/100 г. Изменение кислотносп преимущественно определяется величиной доз азотных удобрений. Выявлен ные изменения приводят к обогащению почвенно-поглощатощего комплекс почв нонами водорода и алюминия при соответствующем уменьшении . почвенио-поглощаюшсм комплексе доли кальция я магния.

Изучение динамики этих показателей в течение вегетационного период показало, что достоверное увеличение кислотности происходит уже к кони вегетационного периода на вариантах с внесением высоких доз минеральны удобрений, то есть, идет быстрый процесс подкисления почв при интенеш ном возделывании монокультуры чая.

Внесение высоких доз макроудобрений сопровождается накоплением верхних горизонтах почв чанной плантации подвижных форм азота и фо> :|юра (табл. 1). Содержание легкогндролизуемого азота увеличивается в по1 (ах чайной плантации в 1.5-3 раза, содержание подвижного фосфора прель пает фоновое содержание для данной территории в 5 - 23 раза. Содержание ючве подвижного азота и фосфора зависит от доз азотных и фосфорнь одобрений, подвижность элементов регулируется кислотностью почв. Вер: 1яя толща почвенного профиля почв чайных плантаций обедняется амор( 1ым железом сравнению с фоновыми (табл. 1).

МАРГАНЕЦ, МЕДЬ И ЦИНК В ПОЧВАХ И ПОРОДАХ

Марганец. Почвообразующне породы чайной плантации содержат 175 мг/кг марганца, фоновой территории — 1884 мг/кг. Содержание марганца почвенном профиле фонового участка колеблется от 2610 до 6004 мг/кг, окультуренных почвах под чаем уменьшается до 2018 - 3876 мг/кг. Максиму] содержа!' аккумулятивные горизонты, с глубиной содержание уменьшаете Для геохимического профиля чанной плантации выявлено обеднение элювг альньтх ландшафтов марганцем по сравнению с почвами транзитне аккумулятивной области . Выявленные различия указывают на наличие мш рационных потоков марганца в условиях сильнокислой среды агробиоценоз с поверхностным и внутрипочвенным стоком.

Результаты фракционного анализа показали, что содержание марганц; связанного с глинистыми и первичными минералами составляет в завис! мости от горизонта 11-25 %. Небольшие количества марганца, связанного этой фракцией могут быть обусловлены преимущественным содержанием этих почвах каолинита, который в меньшей степени фиксирует марганец, че другие глинистые минералы (рис. 2), Максимальные количества элемент связаны с фракцией оксидов и гндроксидов железа и алюминия, в почва чайной плантации они несколько ниже (53-58 %). Это связано со снижение

1 ¿¿Ч^.'ДШ-ЦЬ* ж

Химическая характеристика бурых лесных почв фонового участка и чайной плантации

Гори- Глуби- Гумус, рНсол. Общая Кнсл.ог Обмен- Под- Аморф- Азот Подв. Подв.

зонт на, см % КИСЛ.ВО- орган. ная вижный ное же- легко- фосфор калий

дн.выг., кисл., кисл., алюми- лезо мг- гндр., по по

мг- мг- мг- ний,mi - экв/ЮОг мг/100г Ониани Ониани

зкв/iOOr эки/Ю0г зкв/ЮОг зкв/100- иг/100 г мг/ЮОг

Фоновый участок транзитно-элюв мльный ландшафт

Лд 0-6 6.90 4.25 0.19 0.12 не опр не опр 400.0 5.70 8.60 8.50

А 6-27 4.10 3.94 0.14 0.10 4.38 4.79 460.5 2.50 4.90 5.50

Elm 27-70 2.40 3.85 0.12 0.0$ 9.57 9.50 346.6 1.70 2.9С 3.9С

1JC 70-105 1.90 3.82 0.13 0.09 8.79 8.71 339.7 1.40 1.7 С 3.4G

Фоновый участок транзитно-аккумулятивный ландшафт

АД. 0-33 3.60 4.46 0.13 0.05 0.19 0.12 596.2 1.90 4.50 4.10

ЛИ 33-72 3.10 4.46 0.09 0.05 0.16 0.10 530.9 2.00 2.40 4.7С

Bill 72-150 2.90 4.45 0.10 0.05 0.21 0.15 599.7 1.60 2.50 4.50

ПС 150-170 1.70 4.49 0.12 0.06 0.29 0.21 308.5 ! .70 2.60 4.90

Чайная плантация трагоитио-элювнальный ландшафт

АД. Лпл. 0-6 6-28 6.80 3.10 3.90 3.79 0.26 0.15 0.23 0.10 не опр. 4.43 не опр. 3.60 372.6 422.9 14.40 8.30 128.50 54.10 8.90 4.90

AB 28-50 2.40 3.89 0.09 0.07 9.41 9.20 346.6 2.10 2.70 4.50

Вт 50-70 1.40 3.77 0.09 0.05 12.71 12.50 217.0 1.10 1.60 5.10

ВС 70-100 1.40 3.77 0.11 0.06 10.38 10.23 243.2 0.30 2.30 4.70

Чайная плантация транзитно-аккумулятивный ландшафт

А/;. 0-6 7.10 3.75 0.24 0.20 4.13 4.02 421.5 5.10 138.00 7.10

Лил. 6-42 5.10 3.75 0.20 0.12 2.62 2.50 44G.2 3.30 98.20 7.30

л В 42-55 3.80 :,з:>. 0.11 0.07 6.50 6.41 592.7 1.60 4.30 4.50

Ьт 65-88 3.10 3.80 0.10 0.07 7.93 7.83 295.7 1.40 10.20 4 4С

ПС 88-100 2.30 3.75 0.08 0.05 8.39 8.26 232.8 0.80 7.60 5.10

в почвах под чаем валового и аморфного железа (табл. 1). Из изучении; элементов Мп обладает наименьшим сродством к органическому веществ} (рис. 2). Кислая среда ведет к высокой подвижности органического веществг в почвах, однако, по мнению ряда авторов (Линпик, Набнванец, 1983; Ка бата-Пендиас, 1989) комплексообразование марганца с органическими ли гандами в природных водах не является доминирующим. Наиболее подвижные соединения Мп были определены в вытяжке 1н. Нг304 Подвижная фракция Мп. как и других изученных микроэлементов, опрсде лена условно, поскольку вытяжка 1н. ШЗО.» обладает высокой экстраги рующей способностью и в нее переходит помимо легкорастворимой и об менной фракции, также фракция свободных и связанных с полуторным! окислами фульвокислот. В почвах чайной плантации содержание марганца I этой фракции увеличивается, в связи с увеличением общей подвижносп элемента: в 2 рачя увеличивается доля водорастворимого Мп, в 1.5 раза — обменного, в 2 раза — специфически сорбированного (табл. 2). Максималь ное количество подвижного Мп накапливается в аккумулятивных горизон тах (34-137 мг/100г). Для верхней толщи почв чайной плантации набшо дастся увеличение содержания подвижного Мп в полтора - два раза по срав нению с фоном. Подвижность марганца (процент содержания подвижны; форм марганца от его валового содержания) снижается вниз по почвенном] профилю и выше в почвах чайной плантации (0.4-6.2 %), по сравнению фоном (0.3-2.8 %).

1 - кислотность, обусловленная водорастворимым

органическим веществом;

2 - общая кислотность водной вытядаи;

3 - обменная кислотность;

4 - содержание подвижного алюминия.

Рис. 1. Влияние внесения минеральных удобрений па показатели кислотности почв чайной плантации

На вариантах с внесением высоких доз удобрений (333, 311) содержание подвижного марганца в почвах увеличивается по сравнению с контролем (рис. 3). Очевидно, главным контролирующим фактором подвижности металла в бурых лесных кислых почвах является рН-фактор и содержание аморфного железа (г=+0.90 и г=+0.70). В условиях кислой среды, в присутствии значительных количеств аморфного железа, Мп присутствует в основном в обменных позициях.

Для подвижного Мп отмечена высокая отзывчивость на изменение условий окружающей среды: изменение влажности, температуры, влияние культуры чая в процессе изменений его фаз роста. Начало вегетации чая характеризуется очень высокой подвижностью элемента, обусловленной низким окнслительно-восстановительным потенциалом (ОВП) почв в апреле, периоде продолжительных интенсивных дождей и высокой микробиологической активности. По многолетним наблюдениям профиль бурых лесных почв в этот период промачивается до почвообразугощих пород по микро-грещинам и порам. Об изменении в это время значений ОВП исследуемых почв свидетельствует наличие в почвенном профиле с поверхности и по всей глубине различного рода марганцевых примазок. Содержание подвижных форм марганца в ноябре снижается (рис. 3), поскольку этот период характеризуется малым количеством осадков и поэтому высокими значениями окислительно-восстановительного потенциала в почвах.

подвижная фракция

связ. с орган.в-вом с оксидами Го и А1 с глии.и перв.мин.

Рис. 2. Марганец в различных компонентах бурых лесных почв (% от валового содержания)

Количество мобильных соединений марганца зависит прежде всего о окислительно-восстановительных условии (Fujimoto, Sherman, 1949; Кабата Пендиас, 1989) и реакции среды (Линник, 1986; Кабата-Пендиас, 1989). П данным Т.А. Рудаковой (1986) при рН ниже 5 концентрация марганца в поч венных растворах контролируется растворимостью гидрофосфата двух в г лентного марганца. В нашей работе эта связь не установлена: на вариантах высоким содержанием подвижного фосфора, содержание марганца такж увеличивается. По нашему мнению, в бурых лесных кислых почвах чайны плантаций главным является рН фактор (г=-0.97). Кроме того. рН, которы реально существуют в бурых лесных почвах соответствуют началу выпаде ния гидроксидов железа (рН 5.5) и алюминия (рН 4.1). Поэтому через ки< лотность среды подвижность марганца и его содержание опосредованно 6} дут связаны с процессами образования аморфных форм гидроксидов желез и алюминия.

Цинк. В почвообразугощих породах фоновой территории содержат: цинка выше (91 мг/кг), чем в породах почв под чаем (79 мг/кг). По содерж; нию цинка почвы чайной плантации (69-91 мг/кг) достоверно не отличаготс от почв фонового участка (60-109 мг/кг). В почвенном профиле отмечаете два максимума накопления элемента - в горизонтах А и Вш. В бурых леснь; кислых почвах связь Zn с органическим веществом по влиянию на элемег сравнима с окевдамн железа (рис. 4). С глинистыми минералами связан н большой процент элемента.

Содержание подвижных соединений 7м в вытяжке 1н. Н;8С>4 уменьшает ся в почвах чайной плантации по сравнению с почвами фона в 1.5 раза Снижение подвижности элемента в почвах чайной плантации, вероятно свя зано с высоким сродством цинка к органическому веществу. Количество 2л\ связанного с твердыми фазами органического вещества возрастает в почва? чайной плантации . Наибольшая доля цинка находится в ионообменном со стоянии (вытяжка 0.01н. СаСЬ) по сравнению с последующими вытяжкам! (ААБ с рН 4.8 и 1н. Н^РЮ*). Максимальной подвижностью обладает I верхних органогенных горизонтах, содержащих большое количество агрессивных органических кислот, образующих с Ъп хорошо подвижные соединения (табл. 2). Водорастворимое органическое вещество играет значительную роль в миграции соединений цинка (г=+ 0.71). Для геохимического профиля выявлена следующая тенденция : содержание подвижного 7.п и подвижность увеличивается в почвах транзитно-аккумулятшзного ландшафта для почв фоновой территории и чайной плантации. Основным контролирующим фактором подвижности элемента в интервале рН 4-5 является рН почв (г=-0.86 ). Различные дозы минеральных удобрений не оказывают существенного влияния на содержание подвижных форм 7л.

Медь. Содержание Си в почвообразугощих породах составляет 59 мг/кг для фонового участка, снижаясь на чайной плантации до 34 мг/кг. Однако в почвах чайных плантаций валовое содержание Си (32-166 мг/кг) в два раза превышает фоновое (21-61 мг/кг). Верхний максимум накопления элемента

Вариант ООО Вариант 202 Вариант 311

га

Вариант 333

дишшннл

V ' XI

I содержании

Рис. 3. Влияние минеральных удобрений на содержание подвижного марганца в почвах чайной плантации

совпадает с перегнойно-аккумулятивным горизонтом. Тенденция увеличения содержания Си в почвах чахшон плантации характерна для всего геохимического профиля, особенно ярко проявляется этот процесс на почва? транзитно-аккумулятивного ландшафта, где содержание металла в горизон те Апл. достигает 166 мг/кг. Накопление Си в верхних горизонтах почленно го профиля почв чайной плантации обусловлено антропогенным воздей станем: 25 лет назад этот участок был занят яблоневым садом, который 4-. раз в год обрабатывался "бордоеской жидкостью" (смесь раствора медног< купороса и известкового молока), что привело к загрязнению почв медью.

Из всех изученных металлов особенно прочные комплексные соединеии с почвенным оргашгческим веществом способна давать медь. Медь такж проявляет большую способность образовывать соединения с железо: (рис. 5). Концентрация меди в глинистых минералах илистой фракции буро лесной почвы невелика.

Содержание меди в вытяжке 1н. НгЯС^, условно называемой нами п< движной, для почв фонового участка значительно ниже, чем содержание м> талла в других фракциях (6.9-15.2 %). Для почв чайной плантации содерж; ние меди в подвижной фракции увеличивается по сравненшо с фоновой те] риторией. Основной процент меди в подвижной фракции (1н. ШЗО^ прих* дится на обменную медь (0.01н. СаСЬ) и фракцию, предположительно св занную со свободными фульвокислотами и связанными с полуторными о сидами. Для чайной плантации обеспеченность подвижной медыо очень в] сокая и значения превышают ПДК ( 3 мг/кг). Поведение элемента кон грол

руегся кислотностью почв (г=+0.83) и содержанием гумусовых веществ (г=+0.84).

Итак, распределение мифоэлементов, связанных с различными компонентами твердых фаз бурых лесных почв фонового участка зависит от химических особенностей элементов. Мп в наибольшей степени связан с оксидами железа и алюминия. Роль глинистых минералов в закреплении Мп невелика, твердые фазы органического вещества также в меньшей степени контролируют поведение элемента. В бурых лесных кислых почвах связь гп с органическим веществом по влиянию на элемент сравнима с оксидами железа. С глинистыми минералами связан небольшой процент элемента. Из всех изученных металлов особенно прочные комплексные соединення с почвенным органическим веществом способна давать медь. Медь также проявляет большую способность образовывать соединения с оксидами железа. Концентрация меди в глинистых минералах илистой фракции бурой лесной почвы невелика.

Структура соединений подвижной фракции металлов следующая: а) доля марганца и мели в водорастворимой фракции невелика и составляет 0.601.00% и 0.07-0.20% от валового содержания, соответственно, б). Содержание обменного марганца составляет 7-14%, цинка 5-9%, меди — 1-3%. в). Доля специфически сорбированного цинка составляет — 5-7 %, марганца — 0.5-2.3 %, меди — 0.7-2.5 %.

Таблица 2

Подвижные микроэлементы, мг/кг в бурых лесных почвах

Гори- Глуби- Водо- Ионо- Спепиф. Остаток Экстр а-

зонт на, раство- обмен- сорби- гиру-

см римые ные рован. емые

1н.

Н2304

Мп, фоновый участок

Ад. 0-6 45.80 813.40 135.30 312.80 1307.30

Л 6-27 47.90 545.00 75.00 404.40 1072.30

Бш 27-70 30.10 371.20 33.00 167.60 602.00

вс 70-105 30.70 345.30 22.20 179.10 577.00

Мп, чайная плантация

Ад. 0-6 60.70 697.60 31.40 177.20 966.90

Апл. 6-28 35.90 487.00 20.20 104.40 647.30

АВ 28-50 42.70 404.20 16.60 51.40 514.90

Вт ¿0-70 24.30 350.60 29.40 104.10 508.40

Zn, фоновый участок

Ад. 0-6 не опр. 5.70 4.10 2.00 11.80

А 6-27 не опр. 5.00 4.40 1.20 10.60

Вт 27-70 не опр. 4.80 4.10 2.40 11.30

ВС 70-105 не опр. 3.10 3.90 3.90 10.90

Ъ\\, чайная плантация

Ад. 0-6 не опр. 4.60 4.10 5.20 13.90

Апл. 6-28 не опр. 4.80 2.80 2.00 9.60

АВ 28-50 не опр. 4.00 3.70 0.40 8.10

Вт 50-77 не опр. 5.20 1.70 2.60 10.60

Си, фоновый участок

Ад. 0-6 0.04 0.58 0.22 4.16 5.00

А 6-27 0.03 0.44 0.47 2.16 3.10

Вт 27-70 0.04 0.39 0.58 1.99 3.00

ВС 70 105 0.05 0.59 0.52 0.64 1.80

Си, чайная плантация

Ад. 0-6 0.05 2.00 1.40 8.25 11.70

Апл. 6-28 0.09 6.80 3.30 11.31 21.50

АВ 28-50 0.05 0.14 1.70 5.21 7.10

Вт 50-77 0.05 0.68 1.20 0.77 2.70

53®

подвижная фракция

связ. с орган.в-вом

с оксидами Ге и А1 {-(—1—М

с глин.и перв.мин.

Рис. 4. Цинк в различных компонентах бурых лесных почв (% от валового содержания)

ЧАЙНОЕ РАСТЕНИЕ И ЭЛЕМЕНТЫ ПИТАНИЯ

Результаты измерения биомассы чайного куста показали, что макроудобрения оказывают огромное влияние на рост и развитие чайногс растения (рис. 6). Соотношение питательных элементов на варианте 201 (урожай— 110 ц/га) во много раз увеличивает биомассу чайного куста пс сравнению с контролем (ООО, урожай — 30.7 ц/га) и вариантом максимальной нагрузки (333, урожай — 74.0 ц/га).

Внесение высоких доз минеральных удобрений приводит к увеличении в различных органах чайного растения содержания азота, в меньшей степени фосфора и практически на одном уровне по содержанию находится калий Микроэлементы главным образом аккумулируются в листьях и стебле (табл. 3). Интенсивное поглощение марганца и накопление его связано с физиологическими особенностями чайного растения, марганец используете? для построения специфических биохимических веществ (таннины). По содержанию марганца отдельные органы чая располагаются в следующие убывающий ряд: цветок, лист, стебель, плод, корень. По меди: цветок, стебель, лист, корень, плод; по цинку: стебель, цветок, лист, корень, плод.

При внесении высоких доз макроудобрений корни чайного растения поглощают и накапливают высокие количества марганца, железа, цинка и меди, что обусловлено увеличением содержания подвижных соединений элементов в почвенном растворе, а впоследствии и в растении. Получено, что с уменьшением рН поглощение растешь;,;!! микроэлементов увеличивается (Мп, Си, Zn) - г=-0.76; -0.80; -0.95, соответственно.

Таблица 3

Распределение металлов по различным органам чайного растения |'мг/кг сухой массы)

Вариант Металл Органы чайного куста

опыта

корень стебель листья цветы плоды

ООО Мп 180.0 1125.0 1600.0 1845.0 553.0

Ре 265.5 76.0 59.5 46.0 не опр.

Си АЛ 8.0 6.3 17.3 6.4

Ъъ 1.5 29.7 6.5 7.0 3.8

333 Мп 225.0 14207.0 2200.0 2050.0 не опр.

1-е 408.0 103.0 83.0 41.0 не опр.

Си 7.1 9.4 6.7 10.7 не опр.

2л 8.6 15.6 7.2 14.9 не опр.

202 Мп 215.0 1100.0 1745.0 1545.0 не опр.

Ре 333.0 90.5 95.0 54.0 не опр.

Си 6.9 10.0 6.7 10.5 не опр.

9.9 12.5 6.8 11.9 не опр.

Накопление микроэлементов в 3-х листных флешах чайного растения—

процесс очень динамичный. Установлено, что концентрация меди и цинка больше во флешах в начале вегетации, а марганца наоборот в конце вегетации. Это результат физиологической особенности чайного растения: марганец используется для построения таннинов, содержание которых также уве-шгишается к концу вегетации (табл. 4). В конце вегетации происходит процесс перераспределения элементов питания между вегетативными и генеративными органами чайного растения, что, очевидно, снижает содержание цинка и меда в 3-х листной флеши.

Для всех изученных элементов прослеживается тенденция снижения содержания микроэлементов в 3-х листной флеши на вариантах с внесением

подвижная фракция связ. с орган.в-вом с.оксидами Ге и А1 с глин.и перв.мин.

61,Н

Рис. 5. Медь в различных компонентах бурых лесных почв (% от валового содержания)

Таблица 4.

Содержание макро- и микроэлементов в 3-х листной флеши чайного растения и ее качество

Элемент, Вариант опыта

качество ООО 333 202 311

май

Азот, % 4.7 5.4 5.7 5.6

Фосфор, % 1.4 1.5 1.4 1.4

Калий, % 2.8 2.9 2.7 2.7

Мп, мг/кг 659.8 533.2 500.4 603.6

Ре, мг/кг 41.3 33.3 40.0 28.4

Си, мг/кг 17.3 14.6 15.8 15.0

7,п, мг/кг 39.2 36.5 34.1 34.2

Таннин, % 28.1 24.6 27.1 27.1

Экстр.в-ва, % 39.8 39.0 39.3 40.2

июль

Азот. % 4.6 5.3 5.7 4.8

Фосфор, % 1.2 ■ 1.7 1.2 1.2

Калий.% 2.8 2.6 2.6 2.8

Мп, мг/кг 750.7 557.3 457.1 599.3

Ре, мг/кг 43.8 34.6 30.5 37.6

Си, мг/кг 13.9 12.2 13.4 13.2

Ъп, мг/кг 26.1 23.8 22.0 27.5

Таннин,% 32.6 26.3 27.6 27.9

Экстр.в-ва, % 41.7 40.4 41.3 41.5

удобрений (табл. 4). Это обусловлено влиянием питательного режима почв

на содержание микроэлементов в 3-х листной флеши. При увешгченни содержания подвижного аз^та в почве уменьшается содержание марганца и меди в растении (г=-0.80). Это вызвано тем, что высокое содержание подвижного марганца на вариантах с внесением высоких доз удобрений стимулирует поглощение азота, поскольку, по мнению ряда авторов, (Чернавина, 1970; Кабата-Пендиас, 1989) существует связь между активностью элемента и ассимиляцией азота растениями. С увеличением в почве подвижного алюминия содержание меди и цинка в 3-х листной флеши снижается (г=-0.80 и -0.90 ), поскольку антагонизм Си-А1 ослабляет поступление меди и цинка в растение. Уменьшение содержания железа в 3-х листной фле-

ши связано с увеличением в почве азота (г=-0.92) и фосфора (г=-0.87). Вза^ имодеиствие Fe-N выражается главным образом во вторичном разбавлении связанном с ростом биомассы при внесении больших количеств азотньи удобрений. Анионы фосфора из-за сильного сродства к ионам Fe3* могут конкурировать с растениями за железо, поэтому фосфор мешает поглошентс и переносу железа в растении.

Содержание в 3-х листной флеши макро- и микроэлементов, их соотношение коррелируют с биологическими показателями качества чая. Содержание таннина уменьшается от контроля к варианту максимальных доз удобрений (табл. 4). Содержание экстрактивных веществ несущественно различается по вариантам опыта. Получено, что соотношение элементов в 3-х листной флеши на контроле обусловливает наилучшее качество чая. На вариантах с внесением высоких доз минеральных удобрений наблюдается дисбаланс в поглощении основных биогенных элементов, увеличивается доля макроэлементов в составе 3-х листной флеши, что снижает ее качество , поскольку получены высокие отрицательные коэффициенты корреляции показателей качества чая с соотношением элементов питания: N/Mn, P/Mn, К/Мп, N/Cu, P/Cu, K/Cu, P/Zn, K7Zn, N/Fe, P/Fe, K/Fe (r=-0.8- 0,-0.85, -0.80, -0.95, -0.95, -0.95, -0.82, -0.90, -0.80, -0.95, -0.80, соответственно).

Получено, что положительное влияние на качество чая оказывает содержание марганца (г=+0.80 для таннина и экстрактивных веществ). Азот и фосфор оказывают неблагоприятное воздействие на качество чая (г=-0.80 и -0.77 соответственно.

10-

8-/

в I

& I 6+

цлеток

га

3-х лист.флешь лист стебель корень

Варианты:000,333,202

Рис. 6. Влияние внесения минеральных удобрении на биомассу чайного растения

Положительное влияние на содержание экстрактивных веществ оказывает- увеличение соотношения Мп/Си (г=+0.80), Мп!Ъп (г=+0.95), Ре/2г (г=+0.90).

ВЫВОДЫ

Проведенные исследования впервые для зоны влажных субтропиког России позволили получить достаточно обширный экспериментальный материал о содержании и состоянии в почвах и чайном растении таких микроэлементов как марганец, медь и цинк. Установлено, что:

1. Исследованные почвообразугошие породы (глинистые сланцы) обогащены марганцем, его содержание составляет — 1757-1884 мг/кг. Количество меди и цинка соответствует кларковому и составляет соответственно 34-59 и 79-91 мг/кг. Содержание марганца в бурых лесных кислых почвах естественных ландшафтов исследуемого района (2610-6004 мг/кг) наследует высокое содержание в породах и превышает среднее фоновое содержание в почвах. Содержание меди и цинка не превышает фоновое содержание и со-сгавхшет соответственно — 69-91 мг/кг и 21-61 мг/кг. Тип распределения элементов в профиле этих почв равномерный с относительной аккумуляцией в верхних горизонтах.

2. Распределение микроэлементов, связанных с различными компонентами твердых фаз бурых лесных почв фонового участка зависит от химических особенностей элементов:

2.1. С оксидами железа и алюминия в наибольшей степени связан марганец (61-73 %). Доля соединений цинка, связанного с этой фракцией почв

несколько меньше (39-58 %). Обнаружены наименьшие относительные количества меди в этой фракции (19-61 %).

2.2. По содержанию элементов, во фракции органического вещества исследованных почв металлы располагаются в следующем порядке Си (1543 %) > Ш (7-28 %) > Мп (1-5 %).

2.3. Фракция первичных и глинистых минералов играет меньшую роль в закреплении элементов. С ней связано Zn — 14-17%; Си — 15-28%; Мп — 11-15 % от валового содержания.

3. Структура соединений подвижной фракции металлов следующая:

3.1 Деля марганца и цинка в водорастворимой фракции невелика и составляет 0.60-1.00 % н 0.07-0.20 % от валового Мп, соответственно.

3.2 Содержание обменного марг анца составляет 7-14%, цинка 5-9%, меди -1-3 %.

3.3 Доля специфически сорбированного цинка составляет — 5-7 %, марганца — 0.5-2.3 %, меди — 0.7-2.5 %.

4. При длительном возделывании культуры чая и интенсивном применении минеральных удобрений в почвах произошли следующие статистически значимые изменения:

а) усиление дифференциации почвенного профиля по содержанию физической глины; б) возрастание всех видов почвенной кислотности; в) значительное преобладание в верхних горизонтах почв подвижного алюминия и его доли в почвенно-поглощающем комплексе; г) повышение обеспеченности почв азотом; д) накопление общего фосфора и его подвижных соединении в

верхних горизонтах почв; е) снижение содержания валового и аморфноп железа.

5. Показано, что длительное применение минеральных удобрении н< бурых лесных кислых почвах достоверно увеличивает содержание подвижного марганца и меди. В связи с высокой вариабельностью химически? свойств почв достоверные различия по подвижности этих элементов не был* получены, однако тенденция отмечена.

6. Подвижность металлов в почвах чайной плантации зависит как от свойств почв, так и от химических особенностей элемента. Содержание подвижного марганца в бурых лесных почвах определяется различными видами почвенной кислотности (г=+0.90) и содержанием аморфного железа (г=+0.70). Содержание подвижного цинка также зависит от кислотности бурых лесных почв и содержания водорастворимого органического вещества (г=+0.71). Подвижная медь в почвах чайной плантации коррелирует с кислотностью (г=+0.83) и содержанием гумуса (г=+0.84).

7. Внесение различных доз минеральных удобрений увеличивает биомассу чайного растения в 3.5-4 раза. Наиболее высокий урожай отмечен на варианте 202. Одновременно применение удобрений приводит к увеличению в корнях чайного растения азота, марганца, цинка и меди. Однако, при этом происходит снижение концентрации металлов и повышение содержания азота в 3-х листной флеши (в среднем в 1.2-1.5 раза).

8. Содержание микроэлементов в 3-х лигшой флеши связано с питательным режимом почв. Получено, что при снижении рН почвы поглощение

растениями микроэлементов увеличивается (Mn, Cu, Zn) — г=-0.76; -0.80; 0.95, соответственно. Однако высокое содержание азота в почве уменылас содержание марганца, меди и железа в растении (г=-0.80). Содержания желе за в 3-х листной флеши отрицательно коррелирует с содержанием в почв! подвижного алюминия (-0.77) и фосфора (-0.87).

9. Содержание в 3-х листной флеши макро- и микроэлементов, их соот ношение коррелируют с биологическими показателями качества ча; (таннин, экстрактивные вещества). Получено, что при внесении минераль ных удобрений в 3-х листной флеши чая увеличивается соотношение макро элементов к микроэлементам, что безусловно ухудшает качество чая. Этс подтверждается высокими отрицательными значениями коэффициетш корреляции

(г = -0.80-0.95). Из изученных вариантов соотношение элементов с наилучшим качеством чая в мг/кг: N (46000) : Р (12000) : К (28000) : Мп (751) : Ft (44): Zn (26): Си (14) имеется на варианте без удобрений.

НАУЧНО-I ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ ДЛЯ ВНЕДРЕНИЯ

На основании полученных результатов рекомендуется:

1. В зоне влажных субтропиков России на бурых лесных кислых почвах при возделывании культуры чая с целыо получения высоких урожаев хорошего качества необходимо внесение следующих доз макроудобрений: азот — 240 кг/га д.в.; калий—100 кг/га д.в. Ежегодное внесение фосфорных удобрений при высокой обеспеченности почв этим элементов нецелесообразно. По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Принципы оптимального программирования урожаев чая и нолуче ния качественной продукции при разработке экологически безопасных систем питания// Сб. научных трудов ВНИИЦиСК, 1994 г. Вып. 38. С. 182-189 (в соавт.).

2. Содержание марганца в бурых лесных почвах Черноморского побережья Краснодарского края. Тезисы докладов краевой научно-практической конференции молодых ученых "Развитие социально-культурной сферы Кубани" I . Горячий ключ, 1994, С. 55-56.

3. Содержание и особенности миграции цинка в бурых лесных почвах Черноморского побережья Краснодарского края. Тезисы докладов краевой научно-практической конференции молодых ученых "Развитие социально-культурной сферы Кубани" г. Горячий ключ, 1994, С. 57-58.

4. Состояние меди и цинка в бурых лесных почвах чайной плантации Черноморского побережья Краснодарского края// Химия в сельском хозяйстве, 1995, № 5, С. 28-30.(в соавт.).

Сданы в печать следующие работы:

1. Состояние и организация научного эколого-агрохимического мониторинга в условиях агроэкосистем чайных плантаций Краснодарского края."(в соавт.). Материалы межд. конференции по спасению Черного моря г.Сочи, 1997.

2. Влияние длительного применения минеральных удобрений на состоять марганца в системе почва-чайный куст." (в соавт. ). Зб1рник наукових праць. 1иституту землеробства украшсько1 академии аграрних наук, Киев, 1997.

3. Влияние длительного применения минеральных удобрении на кислотность бурых лесных пота чайных плантаций." Тез. докл. научно-практической конференции молодых ученых "Основные проблемы научного обеспечении развития цветоводства, садоводства и субтропического растениеводства в условиях рыночной экономики", г. Сочи, 1997.

4. Особенности поведения цинка в лесных подстилках северо-таежных экосистем, (в соавт.). Почвоведение, 1997.