Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Трансформация органического вещества мелиорированных солонцов

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Трансформация органического вещества мелиорированных солонцов"

• , ■

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ

На правах рукописи

КАРПОВА Дина Вячеславовна

УДК 631.455. 52

ТРАНСФОРМАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА МЕЛИОРИРОВАННЫХ СОЛОНЦОВ

03. 00. 27—Почвоведение

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Алма-Ата 1992

Работа выполнена в ордена Трудового Красного_Знамени Институте почвоведения Академии Наук Республики Казахстан

Научный руководитель - кандидат сельскохозяйственных наук

ä JL Яцынин

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук

Т. Т. Тааабеков

кандидат биологических наук

Р. и. Бильдебаева

Ведущее учреждение: Казахский Институт земледелия

им. & Р. Вильямса

. Защита диссертации состоится " 0 " eUa.'l 1992 года в " jfl *"" часов на заседании специализированного совета К 008.07.01. в ордена Трудового Красного Знамени Институте поч-, воведения при АН Республики Казахстан по адресу: 480032, Алма-Ата, Академгородок,. Институт почвоведения АН республики Казахстан.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института почвоведения АН Республики Казахстан.

Автореферат разослан " 15 " a.nkui.1 1992г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат с. -х. наук

Н. JL

Яцынин

a* II

лртаций

Общая характеристика работы

яктуапыюоть проблемы. Солонцы один из наиболее олоишх

почвенных объектов по диагностическим признакам и мелиоративным приемам. Освоение солонцов требует глубокого познания их генетических и агрономических свойств.

В последние десятилетия было установлено, что мелиорация солонцов на основе эквивалентного замещения катиона натрия на кальций с учетом специальной агротехники и культур-освоителей носит цикличный характер я не всегда дает ожидаемый эффект.

Развитие теоретических направлений в области изучения генезиса солонцовых почв в республике, проведенных в Институте почвоведения АН Республики Казахстан и ряде других научных-учреждений страны, свидетельствует о том, что главной причиной негативных агрономических свойств солонцов является активизация гидрофильной коллоидной плазмы» которая не ингибируется традиционными приемами мелиорации. С позиций новых представлений о высокодисперсных фазах солонцов а их коллоидно-полимерном комплексе (КПК), роль органических соединений практически но изучена.

D связи с этим изучение и разработка рациональных приемов мелиорации солонцов за счет использования более аффективных химических соединенйй представляется актуальной проблемой Мелиоративного почвоведения.

Диссертационная работа обобщает экспериментальный материал, полученный автором в 1986-1991 гг., при выполнении научо-ис-следовательских работ лаборатории генезиса солонцов ИП АЙ КазССР темы 01.05. Н2 "Разработать рекомендации по повышению плодородия целинных', распаханных и мелиорированных солонцов" (Р1. Трансформация органического вещества почва).

Цель и задачи исследований. Цель исследований - изучить закономерности трансформации органического вещества мелиорированных солонцов и установить компоненты гумуса, определяющие неблагоприятные агрофизические свойства почв.

В задачу исследований входило решение следущйх вопросов:

1.Изучить состав, свойства я функциональные особенности органического вещества солонцов;

2.Определить элементный соста? и функциональную структуру гуминовчх кислот.

- г -

3,Установить влияние мелиорантов на трансформацию органического вещеотва в солонцах.

Научная новизна. Изучены особеннности состава, свойств и функциональное структуры органического вещества, входящего в коллоидно-полимерный комплекс солонцов. Впервые выявлены структуры специфической гумусовой природы, определяющие отрицательные свойства почв и свидетельствующие о присутствии в солонцах слабоароыатизированшх высокоминерализовашшх органо-минераль-ных коллоидных комплексов.

Установлено, что традиционное гипсование солонцов приводит к заметному снижении свободных гуминовых кислот и увеличению гуыатов и фульватов кальция, показано, что отрицательные физические свойства солонцов обуславливаются, в основном, структурно-механическим фактором агрегативной устойчивости коллоидов, которая снимавтся при наличии в составе органического вещества гидрофобных высокомолекулярных соединений.

обосновано использование в качества мелиорантов солей алюминия, железа и искусственных полимеров.

Научно - практическое значение. На примере лугово-степно-го средненатриевого солонца обоснован выбор.мелиорантов, содержащих влипший и железо,' направленно регулирующих гидро-фобизашио органического вещества коллоидно-полимерного ком-, плакса почв. ■

Для прогнозирования изменения агрофизических свойств солонцов от структуры -органического вещества разработаны модели зависимости различных групп и фракций гумуса от коэффициента фильтрации.

Апробация и публикации. Материалы диссертации доложены на научной конференции профессорско-преподавательского состава КазСХИ (Алма-Ата, 1988), на.1 съезде почвоведов Казахстана (Алма-Ата, 1990), Всесоюзных и республиканских конференциях молодых ученых (Алма-Ата,1989; Кокчетав,1985; Ташкент,1989гг.).

По теме диссертации опубликовано шесть работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов и практических предложений по их реализации, . списка использованной литературы (170 наименований), приложений. Работа изложена на 118 стр. машинописного текста, содержит 15 таблиц, иллюстрирована 9 рисунками.

- 3 -

Объекты и методы исследований.

Исследования проводили на солонцовом стационаре "Кодоо", расположенном в восточной части Кокчвтавско^ области.

Рельеф местности - наклонная к северу слабоволнистая равнина, сложеная, в основном, третичными отложениями, перекрытыми плащом четвертичных глин.

Материнские породы - карбонатные лессовидные суглинки, почвообразупцие порода - послетретичные бурые глины. Климат- -резкоконтинентальный. Годовое количество осадков - 265 - 340 мм, две трети из которых выпадает в весенне-летний период. Средняя температура января -15-19 °С. Весьма часты ранневесенние заморозки, засухи, сильные ветры и морозы в зимний период.

Растительный покров солонцовых комплексов представлен, в основном, полынно-типчаковой ассоциацией с участием керыека, грудницы, остреца.

Грунтовые воды залегают на глубине 3,5-Бм. Степень минерализации слабая (1,6-3,1 г/л) с преобладанием хлорида натрия.

Общий фон почвенного покрора - черноземы пжные солонцеватые, на которых формируются лугово-степные солонцы и их комлек-сы. Исследования проводились на лугово-степных солонцах различной степени освоения. Объектом исследования были целинные и мелиорируемые солонцы. Мелиорация проведена путем гипсования в 1966 году рассчетной нормой гипса - 17 т/га. Характерным морфологическим признаком изучаемых почв является наличие на глубине 9-25 см солонцового горизонта. Надсолонцовый горизонт (0-9 см) отличается понизенным содерзаниам илистой фракции (6,9%). В контрольном варианте (зональная агротехника) максимум содержания ила в горизонте, по глубине соответствувдему солонцовому (10-25см) - 61,7%. В варианте с мелиорацией более равномерное ' распределение ила по профиго.

По содерзанив обменного натрия это срвднвнатриевые солонцы (в горизонте В1 поглощенный натрий составляет 16,59%, а в горизонте В2 - 28,1% от емкости катионного обмена). Мелиорация солонцов гипсом снизила содержание обменного На до 1,93« от емкости катиойного обмена. Сйдераание обменного Щ - высокое в солонцовом горизонте (49,818), падает до 30,08« в мелиорированном варианте, одновременно вдвое увеличивается поглощенный Са.

' По степени засоления (нас интересовал слой 0-40 см) изу-

чаемыо солонцу относятся к слабозасолегашм, после молиорации -к незаселенным. В контрольном варианте изменился тип засоления хлоридный на содово-сульфатный.

Гипс обнаруживается во всех вариантах с глубины 30-40 см, а карбонаты - в подсолонцовом горизонте. По характеру распределения и содержания гипса и карбонатов солонцы относятся к высокогипсовым и высококарбонатным.

В почвенных образцах, отобранных из генетических горизонтов, выполнялись следующие анализы:

- механический состав-методом пипетки, водная вытяжка и гипс - по Годройцу, С0г карбонатов - газоволюмотрическим (каль-циметром), поглощенный кальций и магний - тригонометрическим, поглощенные натрий и калий - но Гедройцу и на пламенном фотометре, обций гумус, групповой и фракциошшй состав гумуса - по Тюрину, подвижный фосфор - по Мачигину, подвижный калий - по Протасову, степень и тип засоления - по средневзвешенному содержанию солей (Базилович и Пашсова, 1970, Михайличонкои др., 1972), элементный состав гуминовых кислот - микромотодом, оптическую плотность гуминовых кислот - на спектрофотометре БРЕСОШ), юйракрасшо споктры гуминовых кислот - на инфракрасном спектрофотометре ГО-20, пользуясь КВг-тохникой, термический анализ -на дериватографе в воздушной среде (навеска образца - 20 мг, скорость нагревания - 10°С/мин).

Стабилизирующие свойства высокомолекулярных соединений оценивали по выходу водно-пептизируомого ила, выход которого учитывали по Горбунову.

Изучение влияния различных гумусовых соединений на агрофизические показатели почвы проводили согласно лабораторным опытным методикам, описанным в работе Н.Л.Яцыгаша (1900).Фильтрационную способность почв определяли с помощью трубки Освальда.

Действие различных видов химических соодщюний как перспективных мелиорантов изучали в модельном опыте по схоме: почва-(50г) солонцового горизонта (9-26 см) целинного солонца (разрез 239) (сито 1 мм), обрабатывали 0,1н растворами А1С13, А1£(Б0д)3, РеС13, Гег(БОд)3, РеБ04, СаБ04, а такжо полимер1шми структорами полиакриламидом (ПАА) и К4. Соотношение почва : раствор -1:5, экспозиция обработки - 72 часа. В последущем проводили отмывку солей декантацией до отрицательной реакции на анионы. В высушенных препаратах определяли групповой и фракци-

- 5 -

онный состав по схеме И.В.Тюрина.

Математическую обработку аналитических дошшх проводили о использованием стандартного минского пакета компьютерных программ, пакета "STEPR". "MldlOSTA", "ACnOPHOS" на ЭВМ ЕС-1036 и IBM PC/AT.

Состав, свойства и функциональные особенности органического вещества солонцовых почв при их освоении Солонцовые почвы характеризуются средним содержанием гумуса (3,2-4-52), резко убыващим с глубиной. Установлено, что в естественных солонцах профильное содержание гумуса убывает сравнительно равномерно, но более резко на границе горизонтов А и В1, незначительно накапливаясь в иллювиальном горизонте В2. Гумус -фульватно-гуматпыЯ в веригах и гуматно-фульватный в нижних ярусах гумусового профиля. Свободные и связанные с подвинны-ш полуторными окислами гууиновыо кислоты присутствует в значительных количествах в Еерхних горизонтах (19$), декальцинат в нижних (27-32%). Содержание гушшов стабильно - колеблется в пределах 20-34S. Обогащешюсть гумуса азотом и степень гумиГн-кации почвы, максимальные в надсолопцовом и иллювиальном горизонтах, с глубиной снижаются.

Изучение влияния различных способов освоения солонцовых почв на структуру органического вещества показало, что обычная агротехника (без мелиорации гипсом) приводит к снижению содержания гумуса до 3$. D структуре гумуса снижается фракция свободных и связанных с подвижными полуторгаши окислами гуминовых кислот и увеличивается фракция ГК, связанных с кальцием. Наблюдается увеличение декальцината и фульвокислот, связанных с полуторными окислами и глинистыми минералами. В мелиорируемых солонцах отмечена средняя и низкая степень гумификации по профилю, тип гумуса не изменяется. В структуре гумусовых кислот но обнаружено свободных и связанных с подвижными полуторными окислами гуминовых форм, наоборот, увеличилась агрономически ценная их группа, связанная с кальцием до - 16,68% (табл. 1). Возросло количество углерода гумина (нерастворимого остатка), достигнув 48,9%.

Установлено, что содержание водорастворимого гумуса в верхних слоях целинной почвы составляет 0,13-0,2 мг/кг и замет-

Таблица 1

Групповой и фракционный состав гумуса

' N раз р. Глубина образца, см Орган, углерод в почве г Содержание, X к органическому углероду

не раствор остаток дека-льци-нат гидро лизат гуминовые кислоты фульвокислоты Общая сумма Сгк Сфк

фракцю 1 фракции

1 2 3 1 2 3

1 г» 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

239

240

241

роль

0-9 2 641 28,36 9.76 5,48 19.00 5,18 6,05 13.32 5,64 3,67 95,56 1,33

9-26 1 692 34.27 15.30 8,57 4,90 6,44 4,49 9,92 13,03 2,71 99,63 0,62

26-36 0 845 20,82 27,45 9,58 следы 8,16 5,91 7,45 14,55 2,95 96,86 0,56

36-46 0 579 27,46 32,12 5,35 следы 5,87 3,97 7,59 12,43 3,10 97,87 0,42

0-10 1.834- 48,90 4.47 5,88 следы 16,68 6,59 7,47 1,69 8,28 99,96 1,33

10-25а 1 637 32,37 28,10 4.21 следы 11,36 3,72 6,41 9,95 3,17 99,29 0,77

10-256 1, 310 .32.67 21,67 4,80 следы 13,70 5,95 4,19 12,90 2,97 98.85 0,98

25-35 1, 233 42,97 42,49 2,35 следы 15,16 4,46 4,46 14,51 3,40 99,80 0.87

0-10а 1, 746 32,47 11.85 11,51 2,46 13,00 6,93 6,81 6,70 5,21 96.94 1,19

0-106 1,637 26,63 12,64 17,22 следы 18,75 6,16 8,73 2,38 7,39 99,90 1.34

10-25 1, 473 18,46 29,66 5,70 следы 13,84 5,43 8,62 8,68 6,17 96,56 0,82

25-39 0, 748 24,33 29,54 11,36 следы 6,28 4,14 7,62 10,02 4,14 97,43 0,47

о

* а - гомогенная почва, б - солонцовые комочки.

но снижается с глубиной. Диспергация почвы, обусловленная проведением глубокой вспашки солонца, способствует резкому увеличению этого компонента по всему профилю почвы. Мелиорация гипсом, изменяя состояние коллоидной системы солонца, приводит к снижению водорастворимого гумуса (табл.2).

Количество гуминовых кислот (ГК), перешедших в 0,1н вытяжку невелико и обнаруживается только в верхнем горизонте (19$), где много новообразованных гумусовых веществ, а величина рН не превышает 7,0. Вниз по профилю доля этой фракции снижается до 4,9$, а затем резко падает.Б контрольном варианте ГК 1фракции обнаруживаются только в верхнем горизонте в гомогенной почве, в .солонцовых отдельностях этой фракции нет.

Таблица 2

Изменение содержания водорастворимого гумуса в солонцовых почвах различной степени освоения

Разрез 239 Разрез 240 Разрез 241

(целина) (1Тт/га гипса) (контроль)

Слой с. Слой . с. Слой С,

почвы,см мг/вг почвы,см мг/кг почвы,см мг/кг

0-9 0,13 0-10 # 0,08 0-10(а) 0,16

9-26 0,20 10-25(а) 0,07 0-10(6) 0,16

26-36 0,09 10-25(0) 0,11 10-25 0,27

36-46 0,04 25-35 0,11 25-39 0,15

46-69 0,02 • 35-75 0,06 39-75 0,04

69-120___ _0Х01___ 75-120 0.02 75-120 0,02

* а - гомогенная почва, б - солонцовые комочки.

Элементный состав и функциональные особенности гуминовых кислот Гуминовые кислота целинного солонца содержат 38 атомных процентов углерода, 2 атомных процента азота, 36 атомных процентов водорода, 24 атомных процента кислорода (табл. 3).

- Доля углерода возросла в мелиорированном и контрольном вариантах. Так, в целинном варианте на одой атом углерода приходится примерно один атом водорода, в контрольном варианте -0,6, в мелиорированном - О,8.В контрольном варианте идет процесс де-

Таблица 3 Элементный состав ПС солонцовых почв

Образец Содержание в весовых % Содержание в атомных X Отношения W

С N Н 0 С N н 0 Н:С С:0 С:М

Р-З 239

целина 50,5 3,2 4,1 42,2 3G 2 36 24 1,03 1,59 18,4 0,31

9-26 СМ Р-З 240

(ГИПС 55,4 2,9 4,3 37,4 40 2 32 20 1,08 1,97 22,3 0,07 17 т/га)

10-25CM Р-з 241

(конт- 52,2 3,0 2,6 44,2 44 2 26 28 1,69 1,57 20,3 0,7 .роль) ;10-25СМ

гидрогенизации, в мелиорированном - процесс восстановления ГК, что также соответствует степени окисленности (Я), которая; в ГК целинного солонца составляет 0»31, мелиорированного - 0,07. Обогащениость гумуса азотом увеличивается в направлении целина —> контроль —> мелиорация.

Изучение оптических (меньшей интенсивностью светопог-лощения характеризуются гуминовые кислоты нижних горизонтов гумусового профиля, последние отличаются более высоким удельным весом алифатических компонентов и пониженным содержанием ароматических компонентов в составе макромолекулы), термических свойств и функциональной структуры гуминовых кислот показало характерный принцип их строения специфической гумусовой природа (диапазоны амид один и амид два, карбоксильные, метальные, метиленовые, гидроксильные группировки, углеводно-полисахаридаые компоненты (рис.1). Высокая зольность препаратов (в ГК.солонцового горизонта достигает 17*) на фоне невысокой обуглерокенности свидетельствует о наличии в солонцах слабоароматизированных высокоминерализованных орга-но-мшерапьных.коллоидных комплексов, условно относящихся к бу-

-О-'

Рис. 1. Инфракрасные спектры гуминовых кислот.

1.Р.239 ( 0-9 см) "4. Р. 240 (10-25 см)а б. Р. 241 (0-10 см)а

2. Р. 239 ( 9-26 см) '5. Р. 240 (10-25-см)б 7. Р. 241 (0-10 см)б

3. Р. 240 (0-10 см)

- 10 -

рым гуминовым кислотам по классификации Стивенсона-Гоха.

В ГК мелиорированного гипсом солонца уменьшилось количество алифатических частей в молекуле и увеличилась доля ароматических структур по сравнению с препаратами ГК, выделенными из других образцов.В этом же варианте наблюдается экзотермический эффект в области 550 °0, где, вероятно, происходит деструкция конденсированных, ароматических фрагментов, выделение углерода с последующим его окислением.

Исследования показывают, что использование традиционно принятой технологии освоения солонцов на основе зональной агротехники "оставляет " высоким содержание "агрессивной" фракции фульвокислот - декальцината, а также первой и второй фракций фульвокислот, которые, наряду с обменным натрием, играют роль молекулярных соединений - стабилизаторов коллоидных мицелл (Яцынин, 1939). Снять некоторую напряженность этих процессов способно гипсование солонцов, но тем не менее сохраняется острая необходимость дальнейшего совершенствования теоретических подходов и методов изучения выявленных закономерностей трансформации органического вещества и поиск дифференцированных практических приемов мелиорации, ингибирущих пептизацию и стабилизацию почвенных коллоидов и повышающих уровень плодородия почвы.

Влияние различных мелиорантов на трансформацию органического вещества солонцовых горизонтов.

Сравнительное, изучение группового и фракционного состава гумуса солонцового горизонта целинной почвы без мелиорации и прошедшей мелиорацию показывает, что при одинаковом, в целом, количестве углерода (1,65-1,9856), мелиорация оказывает заметное влияние на структуру органического вещества (табл.4).

В исходном образце почвы сумма гуминов равна 37% от содержания углерода. Углерод декальцината составляет В,6%. В составе гуминовых кислот преобладает фракция, связанная с кальцием. Фракция гуминовых кислот, связанных с устойчивыми полуторными окислами составляет 6* от общего углерода, а, так называемые, бурые гуминовыа кислоты - 3,6% от общего углерода.

Содержание фульвокислот (ФК) 2 фракции, связанных с кальцием - 12,6%, свободных и связанных о подвижными полуторными окислами -11*, а минимально количество фульвокислот, связанных с закрепленными полуторными окислами - 2,7*. Тип гумуса исход-

Таблица 4

Групповой и фракционный состав гумуса промелиорированного солонцового горизонта

Лай. Н Внесенный мэлиор. Орган, углерод в почве % Соде] засание, % к почве / % к органическому углероду

нэра-створ остаток дека-льци-нат гидро лизат гуминоша кислоты фульвокислоты Общая Сгк Сфк

фракции фракции сумма

1 . 2 3 1 2 3

.. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

1- Д1С13 2. A12(S0J

3

4

.6 т 8

4'3

CasOj FeCl„

5 Pe£<SO^)3

FeSO^

K4

ТТАД

9 СОЛОНЦ.

rog. Ö/O „

1,957 1,792 1,957 1,988 1,766 1,935 1,773 1,708 1,699

.НСР,

05

0,631 32,24 0,580 32,36 0,681 34,79 0,598 30,08 0,598 33,86 0,648 33,48 0,586 33,05 0,529 30,97 0,629 37,02 0,03 4-,88 0,09

0,071 3,62 0,071 3,96 0,434 22,17 0,071 3,57 0,065 3,68 0,071 3,66 0,291 16,41 0,291 17.03 0,146 8,59 0,01 9,3 0,06

0,322 16,45 0,358 19,97 0,211 10,78 0,429 21,17 0,250 14,15 0,250 12,91 0,207 11,67 0,284 16,62 0,145 8,53 0,02 7,6 0,08

0,280 14,30 0,234 13,CS 0,0 0,0 0,234 11,77 0,206 11,65 0,210 10,85 0,137 7,72 0,069 4,03 0,061 3,59 0,01 8,3 0,05

0,138 7,05 0,090 5,02 0,214 12,31 0,101 5,08 0,101 5,71 0,058 2,99 0,054 3,04 0,020 1,1? 0,123 7,23 0,01 10,3 0,03

0,075 0,188 3,83 9,60 0,0850,238 4,74 13,28 0,094 0,069 4,80 3,52 0,112 0,298 5,63 14,98 0,112 0,292 6,33 16,53 0,114 0,288 5,89 14,88 0,069 0,188 3,89 10,60 0,165 0.147 9,66 8,60 0,102 0,188 6,00 11,CK 0,0СГГ 0,01 8,5 4,9 0,02 0,01

0,108 5,51 0,028 1,56 0,155 7,92 0,0371,86. 0,037 2,09 0,122 6,30 0,170 9,50 0,172 4,21 0,215 12,65 0,001 8,7 0,03

0,122 6,23 0,095 5,30 0,051 2,60 0,051 2,56 0,051 2,88 0,093 4,80 0,042 2,36 0,073 4,27 0,046 2,70 0,06 9,3 0,01

0,195 98.83 1,779 99,21 1,909 98,98 1,931 96,70 .1,712 96,89 1,854 95,76 1,744 98,32 1,650 96,56 1,655 97,37

1,17 1,13 1,12 1,15 1,10 0,75 0,65 0,86 0.63

НСР - нашаньшая существенная разнлца

- 12 -

ного образца гуматно-фульватный (Сгк : Сфк = 0,60-0,65).

Использование в качестве мелиорантов поливалентных металлов и полимерных структоров в значительной ме^ю снижает содержание гуминов в составе органического вещества до 30-343, и в большинстве случаев.обуславливает преобладание в составе гумусовых кислот гуминовых. В результате тип гумуса, за\ исключением сульфата двухвалентного железа, изменяется на фульватно-гумат-ный (Сгк : С$к = 1,10-1,17).

В связи о втш разработана принципиальная схема (рис. 2) и структурные блоки (приводим фрагменты а и б, рис. 3) трансформации органического вещества солонцов при использовании гипса, полимерных структоров и нетрадиционных мелиорантов (соли поливалентных металлов - железа и алхмшшя), позволяющие выявить различные механизмы их действия.

К груше интенсивно протекающих процессов отнесены: переходи первой фракции гуминовых в фульвокислот во фракции гу-ыатов и фульватов кальция и гуминовых и фульвокислот, связанных о устойчивыми полуторными окислами, а также обратные переходы. Вполне вероятными процессами етой группы представляются взаимопереходы: декальцинат - свободные гуминовые и фульвокислоты; гидролизат - Гуматы и фульваты устойчивых полутораокисей.

Слабо выраженной представляется непосредственная взаимосвязь декальцината со второй и третьей грушами гуминовых и фульвокислот.

Невыраженным представляется распад гуминов с сопутствующим синтезом собственно гумусовых кислот, однако етот процесс вполне допустим (Дергачева, 1984). По всей вероятности, гумины следует рассматривать как источник поступления структур макромолекул органического вещества, обеспечивающих надстройку системы в целом.

При внесении различных мелиорантов выраженными являются следующие потоки процессов трансформации органического вещества:

- внесение гипса значительно увеличило содержание гуматов и фульватов кальция, максимальное количество декальцината;

- применение полимерных структоров ПАА и Кд обеспечило максимум свободных гуминовых и фульвокислот за счёт распада гуматов и фульватов кальция и частично гуминовых кислот, связанных с устойчивыми полуторными окислами;

Рис. 2. Блок-схема трансформации органического вещества солонцов.

- трехвалентные катионы алюминия и железа обуславливают трансформацию гуматов, фульватой кальция, интенсивный переход декальцината в формы гуматов и.фульватов первой и третьей, (связанных с полуторными окислами) фракций, а .также в форму гидролизата, который по своей природе близок к фульвокислотам третьей фракции.

Подобное концептуальное рассмотрение системы органического вещества солонцов представляет интерес на только для статического изучения, но для прогнозирования ее состояния в динамике.

Влияние органического вещества коллоидно-полимерного комплекса (КПК ) солонцов на itx агрегативную устойчивость и водйо-физичесюгэ свойства.

В серии модельных лабораторных опытов с образцами несолон-

Рис. 3. Блок-схемы трансформации органического вещества под влиянием мелиорантов (Фрагменты а.и б).

цового горного чернозема (5-15 см) и солонцового горизонта целинного солонца (9-26 см) установлено, что органическое вещество способствует сохранению благоприятных агрономических свойств почвы (табл. 5).

Таблица 5

Влияние различных способов химического воздействия на содержание водно-пептизируемого ила

Способы обработки образцов Содерж. водно-пептигируемого ила, %

Чернозем горный, 5-15 см Солонец (р.239), 9-26 см

Без обработки 0,07 10-25

Насыщение натрием

N801 . 10,71 -

КагС0з .11,60

Обработка препара-

ратом ГК из солон- 1,03 -

цового горизонта

Обработка препара-

том Ж из солодо- 1,34 -

вого горизонта

Экстракция гумуса

0,1 н ШОН 23,62 46,06

То же + СаБОд - * 6,38

Удаление гумуса

0,4 н К2Сг207 2,18 4,01

А1С13 - , 1,93

РеС13 - 2,30

Ре2(50,)3 0,50

Удаление гумуса приводило к значительному выходу водно-пептизируемого ила не только в солонцах (46%), но и в черноземе (до 24%), в результате значительно ухудшаются фильтрационные свойства почвы (табл. б).

Известно, что стабилизаторами высокодпсперсной фазы в солонцах являются, наряду, с обменным натрием, и высокомолекулярные соединения, частью которых является органическое вещество почвы. Их действие объясняется структурно-механическим фактором,

принцип которого сводится к тому, что при адсорбции на поверхности гидрофобных дисперсий молекулярных и поверхностно-активных веществ вокруг коллоидной мицеллы образуется структурированная оболочка. Она не выдавливается и препятствует коагуляции.

Таблица б

Влияние органического вещества на фильтрационную способность почвы

Способу обработки образцов Коэффициент фильтрации, мл/мин

Чернозем горный, 5-15 см Солонец (р.239) 9-26 см

Без обработки 1,30 отсутствует

Экстракция гумуса

0,1 н NaOH 0,04 отсутствует

Экстракция гумуса 0,1 н

NaOH + обработка CaS04 0,26 0,10

Обработка CaSO^ - 0,14

В процессе выделения препаратов ГК и 4К происходит деструкция значительной части соединений кремния, алюминия и железа за счет более низкого энергетического уровня этих связей, чем у углерода, и ГК и ФК приобретают свойства поверхностно-активных веществ и вызывают пептизацию и стабилизацию коллоидных частиц чернозема (выход водно-пептизируемого ила в черноземе увеличился при обработке препаратом ГК солонца с 0,07% до 1,03%, а при обработке ФК солонца - до 1,34Ж) (табл. 5).

Применение традиционных кальциевых препаратов не снимает полностью отрицательных агрофизических свойств, тек как сущность процесса мелиорации должна сводиться не к коагуляции, которая достигается изменением заряда мицеллы коагулянтом кальцием, а к фшокуляции, которая достигается переводом гидрофильной плазмы в гидрофобную введением в систему мелиорантов, необратимо осаждающих макромолекулы органического вещества КПК солонцов. При внесении в солонцы мелиорантов, содержащих трехвалентные катионы алюминия и железа и полимерные структоры, структура органического вещества сдвигается в сторону образования гидрофобных высокомолекулярных соединений (гуматы алюминия и

колоза, фульваты устойчивых полуторных окислов), но способных к ' свмошптизпции и стабилизации гидрофильной коллоидной плаЗмы. Применение в качестве флокулянтов солей поливалентных металлов подтверадается также максимальным снижением выхода водио-пеп-тизируемого ила (табл. 5) и улучшением фильтрационной способности почвы (табл. 7).

По действию испытываемых мелиорантов на фильтрационную способность почвы их мояно расположить в убивающий ряд:

ПАА > А1С13> А12(Б04)3 > ГеБОд, ГеС13, Ре2(30д)3 > СаБОд

Таблица 7

Влияние различных мелиорантов на фильтрационную способность солонца (слой 9-26см)

Мелиоранты

Коэффициент фильтрации, мл/мин

А1г(Б0д)3 Са30д

?еС1з Ре2(50д)3

Без обработки отсутствует

А1С1., 0,40

0,30 0,014 0,18 0,14

РеБ0д 0,20

ПАА 0,50

■ С использованием комплекса методов математической интерпретации экспериментальных данных смоделированы взаимосвязи между отдельными компонентами органического вещества солонцов и изменением их водно-физических свойств.

Наболее положительное влияние на улучшение фильтрации в почве оказывает содеряание в ней гидрофобных соединений гуматов А1 и Ре, гидролизата, отрицательное - декзльцината и фульватов кальция.

Из совокупности апробируемых моделей зависимости изменения коэффициента фильтрации почвы от структуры органического вещества наибольпую адекватность обеспечивает:

У*10 = 0.35Х, + 0,28Х^ .1,8Х3 - 1,51Х6 - 0.6Х7 t 4,03^ +

11,5 (П=0,999) ; где V - копффициент фильтрации (мл/мин); X,- декалыш-

нат,*; гидролизах, X; Х3- гуминовая кислота 1 фракции, *; Х6-фульвокислота 1 фракции, %; Х^и Хд- фульвокислоты 2 и 3 фракции , % (цо методу Тприна).

Результаты проведенных исследований показывают на то, что мелиорация солонцов, направленная на улучшение агрофизических свойств должна иметь целью снижение агрегативной устойчивости золей коллоидно-полимерного комплекса за счет гидрофобизации коллоидных мицелл и высокомолекулярных соединений органического вещеотва. В атом плане необходим поиск аффективных мелиорантов промышленного производства, либо синтез новых химических соединений, направленно регулирующих структуру органического вещества солонцов. В настоящее время можно рекомендовать для широкого внедрения 9 производство применение мелиорантов, содержащих трехвалентные катионы алюминия и железа, а также полимерных структоров с расширением сети опытов по изучению рациональных доа их и аффективной технологии внесения, обеспечивающих восстановление у солонцов благоприятных агрофизических свойств.

Вывода:

1.Лугово-степаде солонцы Северного Казахстана формируются под влиянием воздействия солей, однако процесс на завершается насыщением поглощающего комплекса натрием, а сопровождается синтезом высокомолекулярных боединений, обуславливающих отрицательные агрофизические свойства, поэтому мелиорация солонцов, в основа которой заложен принцип замещения натрия на кальций, не завершается в ряде случаев за один мелиоративный цикл.

2. Гумуо лугово-степных солонцов относится к фульватно-гу-матному типу в верхних горизонтах и гуматно-фульватному в ник-

.них горизонтах гумусового профиля. Под. действием гипса возрастает количество гуминовых кислот, связанных с кальцием и . негидролизуемого гумуса. Под влиянием мелиоративных мероприятий происходит формирование гуминовых кислот с более развитой ароматической частью ядра.

3. Мелиорация солонцов должна быть направлена на улучшение агрофизических свойств за счет снижения агрегативной устойчивости золей коллоидно-полимерного комплекса солонцов путем фяо-куляции высокомолекулярных соединений органического вещества.

4. Показано, что влияние мелиорантов-структоров - полиакрил амида и солей трехвалентных металлов - железа и алюминия изменяет структуру органического вещества с образованием высо-

комолекулярных соединений (фу ль ваты и гуыаты алпшшя и же лава), обаопвчиващих формирование агрономически ценных водопрочных агрегатов.

5. Разработанная в процессе исследований концептуальная блок-схема трансформации органического вещества позволяет объективно оценивать направленность мелиоративного процесса и прогнозировать необходимость своевременной корректировки мелиоративных мероприятий и конкретных агротехнических приемов для формирования гуматного состава молекулярных соединений коллоидно-полимерного комплекса.

6. Установлена отрицательная корреляция между содержанием декальцината и первой фракцией гуминовых кислот, а также гума-тов кальция с фульвокислотами первой фракции.

Разработана множественная регрессионная модель зависимости изменения коэф5ициента фильтрации почвы от структуры органического вещества.

Материалы диссертации опубликованы в работах:

1. Особенности гумуса лугово-степных средненатриевых солонцов. //Материалы республиканской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов в г.Кокчетаве.-Алма-Ата, 1985.

С.64.

2.Некоторые свойства гуминовых кислот лугово-степного сред-ненатриевого солонца. //Тезисы докладов конференции молодых ученых Академии Наук Казахской ССР. -Алма-Ата,1986. С.172.

3. Изменение свойств гумуса лугово-степного средненатриево-го солонца при окультуривании. //Материалы научно-практической конференции /Вклад молодых ученых и специалистов в интенсификацию сельскохозяйственного производства.- Алма-Ата, 1989. С.55.

4. Трансформация органического вещества солонцовых почв Северного Казахстана в щхэцессе освоения. //Тез. докл./Проблемы повышения плодородия почв в условиях интенсивного земледелия. -Ташкент, 1989. С.46.

5. Гидратация молекулярных соединений коллоидно-полимерного комплекса солонца. //Известия АН КазССР,серия биологическая. Алма-Ата, 1990. С:65-б9, (в соавторстве). .'

6. Органические соединения коллоидно-полимерного комплекса солонцов. //Тезисы докладов первого съезда почвоведов Казахстана. Алма-Ата, 1990. С.85, (в соавторстве)