Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние известкования на гумусовое состояние дерново-подзолистой почвы

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Влияние известкования на гумусовое состояние дерново-подзолистой почвы"

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ

АХМАД АБДУЛ ХАМИД

ВЛИЯНИЕ ИЗВЕСТКОВАНИЯ НА ГУМУСОВОЕ СОСТОЯНИЕ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ

Специальность 03.00.16 — экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1993

Работа выполнена на кафедре экологии в Московской сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева.

Научный руководитель-—доктор сельскохозяйственных наук, профессор В. А. Черников.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук В. А. Касатиков, .кандидат биологических наук, старший научный сотрудник И. Г. Платонов.

Ведущее учреждение — Почвенный институт имени В. В. Докучаева.

• ■>и 1111X1 VII V- 1 л.*х и«!!!^!!^ ч/и 1111 V 1 V1 и

К 120.35.06 в Московской сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева.

Адрес: 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 49.

Ученый совет ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА. Автореферат разослан « » .. . . 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета —

кандидат биологических наук

Л. В. Мосина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В решении задач, поставленных перед сельским хозяйством, важное место принадлежит рациональному использованию почвенного плодородия, поискам приемов его сохранения и повышения.

Одним из главных показателей плодородия является гумусовое состояние почпы, следовательно, все мелиоративные приемы должны быть направлены на его улучшение. В настоящее время существующие агросис-темы в больиой степени нарушены, так как агротехнические приемы,особенно сряэанные с химизацией, приводят к гопиикновению экологически опасных ситуаций,снижающих агроэкономическую эффективность почв.

Известкование кислых почв - один из важнейших приемов повышения их плодородия. При правильном применении нормы и форм извести, особенно в дерново-среднеподзолистой среднесуглинистой почве гумусовое состояние почвы улучшается, возрастает урожайность сельскохозяйственных культур и его качество.

Однако, дерново-подзолистые почеы, как правило, бедны гумусом и доступными для растений питательными веществами. Структура таких почв непрочная, поэтому они легко заплывают после дождей, что затрудняет доступ воздуха и снижает интенсивность микробиологических процессов, которые в целом отражаются на гумусовом состоянии, происходит деградация, снижается плодородие. В этой связи даннач темя является вполне актуальной.

Цель и задачи исследований. Основной целью настоящей работы является изучение влияния известкования на гумусовое состояние дерново-среднеподзолистой среднесуглинистой почрьг.В задачи исследований входило:

I. Дать количественную и качестпенную оценку гумусового состояли дериово-среднеподзолистой среднесуглинистой почгк при известковали ее различными дозами СаСОдИ СафН^-

. 2. Сравнить действие различнах форм, извести на качественный состав гумуса с целью изучения и разработки методов предупреждения и сни-сения негативного воздействия удобрений на объекты агроэкосистем.

3. Выявить влияние длительного применения минеральных удобрений вносимых на фоне извести, на содержание, состав и свойства гумусовых кислот.

Научная новизна. В стационарных опытах установлено, что длителЬ' ное использование дерново-среднеподэолистой среднесуглинистой почвы под культурные пастбища привело к потерям гумуса. При внесении СаООд потеря гумуса составила 6,2-17,7%, а при внесении Са(0Н>2 - потеря гумуса значительно меньше - 2,7-12,4%.

Опыты показывают, что органическое вещество почвы при известковании СаСОд становится более подвижным, чем при внесении СаКЭН^.Наи-большая подвижность наблюдается на фоне минеральных^цобрениР и.иавес Установлено, что внесение извести в форме СаСХЦ вц^ывает более

о - -а- ' ' 4 ' ( " ''

существенные различия в содержании как гумусовых кислот,(55,6-70,6% известкование без удобрений; 47,1-68,0?) известнование+МРК), так и гу-матов (соответственно 2У,4-44,4% и 32,0-62,9%). Известкование положи-тельно'влияет на содержанйеЧ^акро- и микроэлементов (Са,М^,К,Р1),Увеличивается содержание железо^органических комплексов, уменьшается подвижность Си и Мп.

Показано, что сочетание ароматических структур и алифатических компонентов в составе "гумусовых кислот в большей степени зависит от дозы и формы известковых удобрений и в меньшей степени от внесения минеральных удобрений на фоне извести.*

Установлено, что окультуривание почвы способствует переводу карбоксильных групп в солевую форму. Отсутствие свободных карбоксильных группировок в вариантах внесения средних доз СаС0д(12,24 т/га), а тЙкже 60 т/га Са(0Н)2 указывает на низкую аккумулятивную способность органического вещества.

Практическая значимость работы. В интенсивном земледелии для получения стабильных и вугоких урожаев сельскохозяйственных культур на среднесуглиниетых церново-поцэолистых почвах необходимо, наряду с широким применением минеральных удобрпний, вносить ияьость и целенапраг

-г-

равленно улучшать гумусовое состояние почвы. На современном этапе развития сельскохозяйственного производства внесение извести и минеральных удобрений связаны с экологическими проблемами. Выполненная работа показывает, что их можно избежать, если использовать данные о гумусовом состоянии. Заложены возможности для создания банка по фракциям гумуса и гумусового состояния.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на научной конференции в ТСХА.

По материалам диссертации опубликована одна научная статья.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения,3 плав, заключения по работе и основных выводов. Список использованной литературы 279. Общий объем диссертации составляет 180 страниц, в том числе 161 страница основного текста, таблиц II и рисунков 8.

Мы благодарны руководству института кормов им. В.Р. Вильямса за предоставленную возможность провести исследования на базе института.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава I. Обзор литературы.

В обзоре литературы рассматриваются основные вопросы, связанные с внесением минеральных удобрений и извести в дерново-подзолистые почвы. На основе работы ведущих ученых (Кореньков, 1990; Розов,1964; Добровольский, 1986; Шишов,1985; Розанова,1987; Орлов,1981;Шильников,1989 и др.) раскрываются особенности влияния извести на количественный и качественный состав гумуса. Критический анализ строится на собственном понимании проблемы и предлагается путь ренения этих вопросов.

Ряд авторов (Возбуцкая А,Е.. Гришина JI.A., Орлов Д.С. и др.) указывают на возможность интенсивного распада гумуса, вследствии систематического внесения высоких доз минеральных удобрений, не компенсируемого его новообразованием. То есть, преобладание р системе удобрений минеральна компонентов усиливает минерализационные функции микробного ценоза.

Исследователями установлено, что на вынос кальция влияют внесенные

цояы извести, при увеличении нормы извести о 3 до 12 т/га привело к возрастающему увеличению потери кальция из почвы в 6 раз. Опыты показывают, что высокая доза йэвести увеличивает содержание подвижных фос фатов, аммиачного азота и марганца.

Анализ литературного материала показал,.что необходимо изучение влияния системы удоорений, известкования, на качественные изменения органического вещества почв, так как данных по влиянию факторов техно генеза на изменение состава гумусовых соединений в литературе практически нет. В первую очередь,это касается мобильных соединений гумуса^ как наиболее подверженных управлению в плане регулирования их состава и свойств.

■Глава П. Объекты и методы исследования.

Ойразцы почв отбирались с опытного участка института кормов.им, В.Р.Вильямса, расположенного на типичной для данного района дерново-среднеподзолистой среднесуглинистой почве, сформированной на покравньп суглинках и имеет следующую агрохимическую (по данным А.И.Семенова) характеристику: гумус - 2,03%; азот общий - 0,12%; Р2О5 по Кирсанову -6-7 иг/100 г п.; %0 по Пейве - 3-4 мг/100 г п.; eH(kci> - 4,3; HgO - 6,3-6,7.

Опытный участок залужался следующей травосмесью; клевер красный -*3'*г; "клевер белый - 2 кг; тимофеевка луговая - 4 кг; овсяница луговая -10 кг; лисохвост луговой - 3 кг; нЪстер бездетный - Зкг; мятлик луговой- Зкг на гектар. Известкование почвы проводилось веред эал)»мв

В опыте изучалась эффективность действия известковых удобрений на кислотность почвы и формирование лугового травостоя в зависимости от -дозы и формы извести. Варианты по извести были такими; б т/га CaOOg*, 12 т/га Са003; 24 т/га Са003; 72 т/га Са003; 60 т/га Са(0Н)2; 120 т/га Са(0Н)2> Ф°не извести вносились минеральные удобрения в следующих нормах: ^20^0^90 на í>0He 6 Т//га с,1®3-' 72 т/га СаС°з и 120 т/га Са(СН) Контрольным вариантом был определен "запопецник". Минеральные удобрени вносились п Нормах: - аммиачная селитра; супорФосЪят простой гранули-

рованный; - хлористый калий. Повторность полевых опытов четырехкратная. Площадь опытной делянки ?5 м ?

Для определения качественного состава органического вещества почвы были отобраны почвенные образцы всех вариантов опыта в 4-х кратной повторности. Исследования поводили как в почвенных образцах, так и в препаратах гумусогых кислот.

.Ежегодно провопили два укоса: I укос в фазу цветения злаков; П укос - осенняя отава. При выполнении лабораторных анализов почв были использованы комплекс физико-химических методов: определение общего углерода проводили по Тюрину; фракционно-группового состава гумуса по Тюрину в модификации Пономаревой-Плотниковой; агрохимическую характеристику почв по общепринятым методам.

Препаративное выделение'гумуса проводили 0,1н раствором ЫаОН. Полученный экстракт упаривали до объема I литр при температуре 40°С. Для выделения гумусовых кислот от избытка солей проводили диализ через двойной слой целофана. Диализ заканчивали при значении удельной злект-

с т т

ропроводимости промывных вод 1,24-2,85x10 ом см , близкой к удель-

—а т т

ной электропроводности дистиллированной воды - 1,4-7,8x10 ом см . Также определяли емкость напухания почвы нарушенного сложения.

Использорвли при этом метод Васильева в модификации Алешина. Кис-лотно-солепые отношения определяли методом Алешина и Наниташвили. Определение содержания макро- и микроэлементеп в почве проводили методом Алексеева.

Определение элементного состава С, проводили на препаратах

гумусовых кислот, без р!зделения на гуминовре и Фулыто кисло та. Содгр-жание кислорода вычисляли по разности. Степень окисленности вычисляли по Орлову. К данным элементного анализа была применена грлфско-статис-тическая обработка по Ван Кренелену. Для определения качестпенчого состава функциональных групп и атомных группировок использовали метод ИК-спектроскопии. Обраацч готовили методом прассоганил таблеток. Ди$-ферен«иельно-те}5мический {ДГЛ' и тегоогр-гмуетричеекп? (ДГГ) анализы

определяли на дериватографе Д-1500, ЬНР. Навеска гумусовых кислот в среднем была равна 50 мг. На основании данных ДТГ-анализа было определено соотношение компонентов периферической и центральной части.

Статистическая обработка данных проводилась методом дисперсионно! анализа, разработанного для однофакторных опытов (Доспехов, 1977),

Глава Ш. Экспериментальная часть. ■

Сравнение действия различных форм и' доз извести на качественный состав органического вещества дерново-подзолистой почвы.

3.1. Изменение агрохимических показателей почвы при окультуривая!

Длительное (с 1935 года) использование дерново-подзолистой почвы поц культурные пастбища приводит к гозникновению новых по своим свой! гам поч!>. Антропогенный фактор воздействия на пбчву существенно изменяет химические, физические и биологические свойства почвы (табл.,1),

,. . Таблица I

Агрохимические показатели "'почвы

Варианты опыта рн Подвижные формы Поглощенные основания Гидролт • ческая кислотнс Нг

вод. СОЛ. Р2°5 Ca¿+ uf

мг на ЮОгп МГ'-ЭК£ 100 на г.п.

Заповедник 3,72 7,54 6,96 12,00 19,35 11,56 0,00 0,60

6 т/га СаСОо

без уцобр. 3;94 5,99 4,51 1,27 13,10 4,44 2,15 5,03

6 т/га CaCOq

с уцобр. 3,33 5,68 4,07 6,88 10,10 2,75 3,75 6,75

12 т/га СаСОо

бея Удобр. 3,48 5,96 4,60 1,32 11,60 4,81 1,69 4,52

24 т/га СаООо

без удобр. ° 3,49 6,36 5,00 2,00 9,30 6,ее 0,63 3,48

72 т/га СаООо

без удобр. ° 3,48 7,30 6,11 3,30 9,30 11,05 1,10 1,Т2

72 т/га СаСОо

с уцобр. ° 3,06 7,33 6,42 16,25 9,50 10,63 0,81 1,31

60 т/га Са(0Н)?

бея удобр. с 3,62 7,27 6,33 3,30 8,90 10,06 0,44 1,26

120 т/га Са(ОН) О

без уцобр. 3,58 7,82 7,01 7,75 9,50 12,81 0,31 0,42

120 т/га Са(ОН)

с упобр. /,61 б,еу 11,00 10,00 10,75 0,50- 0,56

Почва на контрольном варианте "заповедник" отличается от других вариантов опыта высоким содержанием углерода (3,72^), нейтральной реакцией среды, значительным содержанием подвижных гЬдрм Р^Од и К^О,

о.

высоким содержанием Са и минимальной величиной гидролитической кислотности. Данные позволяют утверждать, что естественные экосистемы отличаются от почв созданных челояеком агроценозов устойчивой сбалансированностью звеньев биологического круговорота, т.е. процессы синтеза и десинтеза находятся в равновесии и обеспечиваются, в первую очередь, за счет процессов разложения растительных остатков и свежеобрапованных продуктов гумификации.

На варианте с внесением 6 т/га СаСОд без удобрений отмечается некоторое повышение содержания общего углерода в почве (3,94%), возможно, за счет увеличения массы растительных остатков.

Увеличение кислотности на вариантах внесения различных доз извести сопровождалось значительными потерями Р, К, Са за счет увеличения их подвижности. С увеличением дозы извести отмечается уменьшение содержания К^О в почре. В.М.Татыпмна (1967), И.А.Шильникоп (1989) отмечали, что при известковании калий труднорастворимых минералов переходит в более подвижные соединения. Однако, вследствие антагонизма между кальцием и калием усвоение их растениями не увеличивается, что и прикопит к его потерям. Отмечается резкое увеличение содержания Са^+, что находится в прямой зависимости от дозы извести. Внесение минеральных удобрений, несмотря на высокие дозы извести, вызывают уменьшение содержания гумуса (3,06%) дерюво-подзолистой почьы за счет усиления процесса минерализации органического вещества. Следствием чего является увеличение содержания питательных элементоп и, с первую очередь, Р2О5.

Сравнивая результаты агрохимического обслелояяния почыг при воздействии СаСОд с данными, полученным при внесении СаСОН^, мы выявили следующие существенные различия. Во-первых, при внесении Са(0Н)2 отмечается стабилизация содержания гумуса в почве, причем независимо от дозы извести- (табл. П. Содержание гумуса в этих гариакгах составляет

3,6$, Что незначительно отличается от контрольного варианта - "Заповедник". Во-вторых, при внесении извести в дозе 60 т/га Са{0Н)<> и 72 т/га СаС03 создаются раьные условия.

Установлено, что почвы опытного участка бедны магнием, что в общем-то характерно для дерново-подзолистых почь, где обменного магния в 4-6 раз меньше, чем кальция. В этих почвах основная часть кальция и магния находится в (Тюрме труднорастворимых минеральных соединений -карбонатов, сульфатов, силикатных и алюмосиликатных минералов. Следовательно, на таких типах почр внесение извести как источника кальция и магния может иметь важное значение для питания растений.

3.2. Исследование гидрофильности дерново-подзолистой почвы

Опыты показали, что при внесении СаСОд в дозе 6 т/га без РК максимально возрастает набухание (QM). Увеличение гидрофильности почвы обусловлено привнесенным спежим органическим веществом, находящимся на ранней стадии гумусификации, на что указывает максимальное для данного варианта значение содержания гумуса (табл. 2), В варианте с внесением извести на фоне минеральных удобрений наблюдалось значительное уменьшение набухания, которое по всей видимости связано с потерей гумуса в результате увеличения его подвижности. В то же время в составе гумуса возрастает доля свежеобразованных гумусовых кислот, о чем. свидетельствуют увеличение константы гидрофильности (К), При увеличении дозы извести, соответстгенно до 1<?,24 и 72 т/га уменьшается величина емкости набухания, что можно объяснить Образованием солей гумусогнх кислот с Са. Внесение извести в дозе 72 т/га Са003 на фоне минеральных удобрений уменьшают величину QM с 121 до 116 х I02 мм. .

При внесении Са(0Н)2 б дозе 60, 120 т/га на фоне минеральных удобрений величина, набухания значительно воэрйствт.

3,72 ИЗ 0,008

3,94 164 0,006

3,33 III 0,009

3,48 131 0,007

3,49 90 0,018

3,48 121 0,008

3,06 116 0,008

3,62 132 0,007

3,58 87 0,010

3,26 130 0,018

Таблица 2

Набухание и константа скорости набухания почвы

Варианты опыта Гумус, % 0М х 10 мм

Заповедник

б т/га CeCOg без удобрений б т/га Са003 + NPK 12 т/га СаСОд без удобрений 24 т/га CaCOg без удобрений 72 т/га CaOOg без удобрений 72 т/га Са003 + NPK 60 т/га Ca(0H)g без удобрений 120 т/га Са(Ш>2 без удобрений 120 т/га Са(0Н)2 + NPK

В заключение следует отметить, что по сравнению с контролем (заповедник), видно» что почва в отсутствии антропогенной нагрузки обладает меньшей гидройильностью. Причиной видимо являются пленки органического вещества, покрывающие минеральные компоненты почвы и то, что гумусовые вещества находятся на более глубокой стадии гумификации. Из изложенного следует, что показатели QM и К могут служить критериями процессов изменения как в целом почвы, так и ее гумусового состояния 1ри использовании ее в сельскохозяйственном производстве,

3.3. Трансформация йракционно-группового состава гумуса дерноро-подзолистой почвы при известковании

Исследоганиями было устяноплоно, что состяп гумуса на контроле ^заповедник) прежде всего отличается дорольно высоким содержанием органического углерода (2,16"?), что, вероятно, связано с ежегодным пос-•уплр.кием луговой растительной массы. В составе гумикоунх кислот преоб-[адает 2-я фракция, связанная с кальцием. В целом гуминовые кислоты юстарляют 38,9% от общего углерода. В состаье Фульпокислот наибольшее :одержание (6,47л) составляет 1-я фшкция и Фракция 1о (4,63^), кото-ие наиболее, подвижны, легко минерализуются и участвуют в процессах итания, микроорганизмов и растений. На долю Фульпокислот приходится 6,2?. от общего содержания углерода. TaKoií состпч гумуса хярактеризует-я высоким значением очмощения С, - 2,4. Буслоячяч отсутствия

антропогенной нагрузки в состаге органического вещества.накапливаются компоненты, обладающие наибольшей устойчивостью, на что указывает повышенное содержание негидролилуемого остатка (44,9^).

Внесение извести в дозе 6 т/га приводит к увеличению содержания органического вещества в почте. Наиболее резко увеличивается содержание 1-й фракции гумусовых кислот с 9,26 до 27,77., т.е. более чем в 3 раза. Содержание гуматов Са при этом уменьшается почти в 4 раза. Уменьшение П-й фракции гуминовых кислот мы связываем с активной минерализацией той части, которая содержит больше азота, что подтверждает ся данными элементного состава гумуса. Отношение Сгк:Сфк в этом вариа те уменьшается за счет значительного увеличения фульвокислот в состав гумуса (20,1%).

Увеличение дозы известл до и 24 т/га приводит к уменьшению содержания общего углерода, причем не отмечается влияния вносимой дозы. В составе гуминовых кислот данных вариантов существенных различий не наблюдается, тогда как содержание 2-й фракции фульвокислот возрастает более чем в 2 раза при увеличении дозы извести. Такое изменение соста на гумуса приводит к уменьшению отношения Ст,к:с 2,1 до 1,6. Соцер жаннё негидрояизуёмого остатка для этих гариантор колеблется в пределах 36,2-35,0*.

Известкование высокими дозами СаСОд (72 т/га) почти не оказывает влияния на содержание общего углерода. ,%нное положение хорошо согласуется с литературными данными (Удалов и д^., 1968). пРи внесении минеральных удобрений на фоне 72 т/га СаСОд отмечается уменьшение содер жания общего углерода п^чвы с 2,02 до 1,78%. Следовательно, даже высокие дозы извести не устраняют негативные последствия действия минеральных удобрений.

При внесении извести в форме Са(0Н)£ наблюдается другая картина изменения качественного состава гумуса. Так, при внесении 60 т/га Са(0Н>2 без минеральных удобрений отуечагтея некоторое увеличение содержания обще!» углерод» (2,1*) по ьг-шло с вдриантом, где вно-

-У0-

сили 72 т/га CaCOg (2,02$). Необходимо отметить относительное увеличение негидролизуемого остатка с 37,1 до 39,57- и как следствие, уменьшение подвижности гумуса П = 0,76. Возможно, при внесении извести в Аорые Ca(0H)g в почве создаются условия, способствующие более интенсивному разложению подвижных фракций гумуса с высвобождением питательных элементов.

Таким образом, внося в дерново-подзолистую почву меньшими дозами Ca(0H)g - 60 т/га по сравнению с СяСОд - 72 т/га мм йормиругм агрономически более ценный гумус.

Установлено, что при внесении минеральных удобрений на фоне 120 т/га Ca(0H)2i отмечается уменьшение содержания общего углероца с 2,1 до 1,9?. При внесении 6 т/га CaCOg на фоне минеральных удобрений потери общего углерода составили 17%, при внесении 72 т/га СаСОд-12^, а при внесении 120 т/га Ca(0H)g - 9$ по отношению-к соответствующим вариантам, где удобрения не вносились.

На основании изучения влияния различных доз и форм извести на содержание и состав гумуса дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы можно отметить, что увеличение содержания 2-й фракции гуминовых кислот, связанных с кальцием, являе- ся следствием процесса перегруппировки в составе самих фракций. При внесении извести, как в форме CaCO-j, так и Са(0Н)£ увеличивается подвижность органического вещества почвы, что особенно проявляется при внесении минеральных удобрений. Наиболее благоприятно известкование Ca(0H)g, в результате которого формируется агрономически более ценный гумус.

3.4. Изменение кислотно-солевого отношения гумусогкх кисло1.'1 дерного-ползолистой почты п зависимости от Факторов техногенеза.

На варианте с внесением СяООд дозе б т/т отмеччртся резкое увеличение содержания гумусотых кислот п почве (с 23,1 до 65,0^1. Содержание гуматоп при этом снижается с 76,9 до 35,0*.. Кисл-с^но-солевое отношение в этом варианте составляет 0,54. Й то кв вр»>мя вне-

сение этой долы извести на Люне минеральных уюбрений способстгует увеличению содержания подвижных гумусовых кислот с 65,0 до 68,0. Значение кислотно-солевого отношения уменьшается до 0,4?.

Опыты показывают, что при внесении в почву высоких доз извести (12; 24; 72 т/га) вызывает уменьшение содержания гумусовых кислот. Кислотно-солевые отношения при этом колеблются в пределах от 0,42 до 0,80.

Установлено, что внесение извести в форме СаООд в-сочетании различных доз вызывает более существенные различия в содержании ка гумусовых кислот (55,6^-70,6/? - известкование без удобрений; 47,168,0 - известкоьание + ЫРК), так и гуматов (соответственно 29,444,4% и 32,0-52,9%). В то же время, при иявесткЬвайии'почвы в форме Са(0Н>£, как с минеральными удобрениями, так и без них отмечает

ся устойчивое содержание гуматов и гумусовых кислот, т.е. наблюдав к

ся относительная стабилизация гумусогого состояния почвы. Показатель кислотно-солевого отношения четко отражает изменения качества гумуса и может быть использован р почвенном мониторинге.

3.5. Изменение содержания макро- и микроэлементов в почве в связи с применением различных форм и доз извести

Нарушение экологического равновесия в природе связано отчасти с загрязнением среды тяжелыми металлами. Это явление особенно вызы ■ вает тревогу в культурных ландшафта*, когда заметно снижается продуктивность сельскохозяйственных культур, нарушается естественно сложившийся феноценоз, нарушаются процессы органогенеза (Скар-лыгина-Уфимцева, 1980). В конечном итоге это приводит к ухудшению гигиенического качества среды обитания человека, включая и качеств' продуктов сельского хозяйства.

В этой связи была принята попытка оценить влияние различных доз и форм ипьести на снижение подвижности, т.е. фитотоксичности, тяжелых металлов I почтах культурных пастбищ, как единицы агроэко-

-уг -

системы.

Исследования показали, что почва контрольного варианта (заповедник) характеризуется высоким содержанием таких элементов как Са (1949 мг/кг), Ре (755 мг/кг), Mg (221 мг/кг) и К (214 мгу/кг), что свидетельствует о благоприятном содержании в ней питательных веществ. Содержание Мл составляет 152 мг/кг почвы. Подвижные формы марганца имеют важное экологическое значение, поскольку его содержание я растениях определяется количеством растгюримого в почвах Мп (табл. 3).

Следует отметить, что оксиды и гидроксиды Мл способны свя:-зывать такие металлы как Со, Си , , Мо, тем самым снижая их фитотоксичность. Установлено, что почва контрольного варианта характеризуется низким содержанием микроэлементов PS, Си, Со, Cz. ," Col И достаточно высоким Са, Fe, 2r> , Mg, Мп , К.

В то же время, при внесении б т/га СаСОд в почве увеличивается содержание таких элементов как Вп (32 мг/кг), Ге (760 мг/кг), Мп (196 мг/кг), что по всей вероятности, связано с увеличением содержания органического вещества в почве. По сравнению с контролем на этом варианте содержание Са уменьшилось в два раза.

С увеличением дозы извести (СаСОд) до 12 т/га в почве возрастает содержание Са (1002 мг/кг), Мд (213 мг/кг) и К (92 мг/кг)......

Такая же картина наблюдается при внесении СабОд в дозе 24 т/га. Здесь, Са возрастает до 1163 мг, Мс| до 219 мг, К до 97 мг, и Fe до 768 мг/кг почвы. Аналогично происходи? процесс при внесении в поч-ру извести в дозе 72 т/га.

Установлено, что при известковании дерново-подзолистой почвы СаСОд отмечается как увеличение содержания ряда микроэлементов в почве (Са, Мд, К, Рй ), что возможно связано с внесением этих элементов вместе с известковыми удобрениями и слабой их подвижностью

/ я. ,

— J

Таблица 3

Содержание подвижных форм макро- и микроэлементов в почге (мг/кг)

Варианты С общ. •Й рн РЙ Си Со Сг Cd Са Fe г/1 Мд Li Мл К

Заповедник 2,16 7,54 10,9 4,0 5,6 0,7 0,1 1949 755 28 221 13 152 214

6 т/га СаС03 б/уд. 2,2У 5,99 8,1 3,9 4,4 1,0 0,1 924 760 32 210 12 195 88

6 т/га СаС03 с уд. 1,УЗ 5,68 10,3 т,0 1,7 1,8 0,1 632 853 32 195 7 4 81

12 т/га СаС03 б/уд. 2,02 5,98 11,2 4,1 4,8 0,4 0,1 1002 750 19 213 13 184 92

24 т/га СаС03 б/уд. 2,03 6,36 7,3 4,1 5,2 0,7 0,1. 1163 766 36 219 12 160 97

72 т/га СаС03 б/уд. 2,02 7,30 9,9 3,5 5,6 0,4 0,1 1612 737 28 299 .12 181 76

72 т/га СаС03 с уд. 1,78 7,33 12,3 0,9 3,5 1,1 0,03 I486 719 41 224 6 14 96

60 т/га Са(0Н>2 б/уд. 2,10 7,27 9,9 4,8 5,1 1,6 0,0 1457 781 32 215 II 199 93

120 т/га Са(0Н)2 б/уд. 2,08 7,82 8,0 3,3 5,8 2,9 0,1 1918 770 30 214 II 202 81

120 г/га Са(0Н)2 с уд. 1,89 7,61 9,4 0,6 4,0 2,6 0,1 1762 875 32 210 7 291 91

в данных условиях, так и выносом микроэлементов (Li, Си , Со) усиленной агропроизводс1венной деятельностью (табл. 3).

Внесение извести в форме Са(0Н)2 в дозах 60, 120 т/га способствует стабилизации содержания таких микроэлементов как Са, Mo, Fe, Си на уровне контрольного варианта, тем самым обеспечивают растения основными элементами питания. Основной особенностью действия Са(Ш>2 является увеличение содержания Mil при внесении минеральных удобрений, тогда как при внесении CaOOg интенсивность выноса этого элемента из агроладдшафта увеличивается.

Опыты показали, что в результате длительной сельскохозяйственной деятельности содержание гумусовых веществ в почвах уменьшается, что вызывает одновременно снижение содержания в них подвижных форм микроэлементов, как правило, составляют 5-20"' от их валового коли» чества и являются источником питания растений.

3.6, Микроэлементный состав органического вещества почвы в зависимости от дозн и формы извести

Проведенные опыты показали, что известкование почвы CaCOg вызывает изменения в характере Фиксации металлов органическим веществом почвы. Отмечается устойчивое увеличение содержания Ре - органических комплексов при увеличении дозы U, особенно, в случае внесения минеральных удобрений. Наблюдается значительное уменьшение подвижных Си и Мп при применении минеральных удобрений, причем отмечается 100% фиксация остаточных количеств металлов гумусовыми веществами почвы. Для остальных элементов (Р£ , Со, Сг , ¿ft, Li ) не прослеживается каких-либо закономерностей в закреплении их органически веществом почвы, так как содержание подвижных Форм элементов в почве является функцией многих переменных.

При известковании почвы Ca(0H)g в различных дозах содержание основных биогенных элементов, связанных с гумусовыми кислотамц,, находится на уровне контрольного Еарианта. Исключение составляет толь-

ко Ре, который увеличивается с 24 до 49 мг/кг почвы, что возможно связано с увеличением доли новообразованного гумуса.

Срагнипая действие СаСОд и СаЮН)^ на сорбцию металлов органическим веществом почвы, можно сделать заключение, что известкование различными дозами Са(0Ноказывает менее негативное воэ-• действие на образование органо-металлических комплексов, содержание которых существенно не отличается от уровня контрольного варианта.

В результате применения различных доз СаСОд отмечается уменьшение сорбции металлов гумусовыми кислотами, причем для некоторых элементов (Си , ¿Л ) она значительно ниже контрольного варианта. Следует отметить, что качество гумуса и состояние среды (рН, ЕЬ )

А

накладывает отпечаток на поведение микроэлементов в почве и их связь с органическим веществом, что особенно проявляется при внесении СаСОд

3.7. Элементный состав гумусовых кислот дерново-подзолистой почвы при воздействии различных форм и доз извести.

Во всех вариантах внесения в почву извести в форме СаСОд содержание основных элементов гумуса колеблется (табл. 4), в пределах: утлсроц - 25,7-27,7%; водород - 47,7-49,0%•, азот - 2,3-2,6%; кислород - 21,3-23,0% (данные выражены в атомных процентах). При внесении извести в форме Са(Ш)£ основные элементы гумуса в почве составляли: углерод 26,7-26,8%; водород - 46,9-50,2?.; кислород - 20,6-23,7%. На контроле (заповедник) их содержание было таким жп: углерод 27,9%; водород - 47,9%, соотношение Н/С составляло 1,/," (табл. 4). Следует отметить, что элементарный состав гумусовых кислот в естественных условиях представлен более химически сло>»лыми содеинениями с повышенной долей циклических группировок в их составе.

Таблица 4

Элементный состав гумусовых кислот Ыт.%%)

Варианты. с Н N 0 Н/С О/С C/N

Заповедник 27,9 47,9 2,6 21,7 1.7 0,8 10,9 -0,2

6 т/га CaCOg б/уд. 26,6 48,7 2,7 21,9 1,8 0,8 9,7 -0,2

6 т/га CaCOg с уд. 26,6 48,6 2,4 22,4 1,8 0,8 11,0 -0,1

12 т/га СаС03 б/уд. 27,1 47,7 2,4 22,8 1,8 0,8 11,0 -0,1

24 т/га СаС03 б/уд. 25,7 " 49,0 2,3 23,0 1,9 0,9 И,2 -0,1

72 т/га СаС03 б/уц. 27,7 48,2 2,8 21,3 1,7 0,8 9,9 -0,2

72 т/га СаС03 с уд. 27,3 48,0 2,6 22,8 1,8 0,8 10,6 -0,1

60 т/га Са(0Н)2 б/уд. 26,7 50,2 2,6 20,6 1,9 0,8 10,4 -0,3

120 т/га Са(0Н)2 б/уд. 26,8 46,9 2,7 23,7 1,8 0,9 У,8 0,0

120 т/га Са(0Н)2 с уд. 26,8 48,4 2,7 22,1 1,8 0,8 10,1 -0,2

В то же премя, окультуривание дерново-подзолистой почвы посредством известкования СаС03, Са(0Н)2 в разных дозах приводит к обогащению гумусовых кислот периферическими алифатическими цепями. При этом на вариантах с внесением СаСОд отмечается изменение содержания всех основных элементов (С, Н, О,М ), входящих в состав гумусовых кислот, тогда как применение Са(0Н)2 оказывает стабилизирующее действие на содержание углерода и особенно азота (табл. 4).

В процесс минерализации в наибольшей степени вовлекаются гумусовые кислоты варианта, где вносились 24 т/га СаСО^. Для них характерна мацсимальная потеря органического углерода и азота. Применение извести в форме Са(0Н>2 вызывает увеличение доли алифатических стружтур в составе гумусовых кислот, обладающих высокой способностью к минерализации, что предохраняет инертные формы гумусовых соединений от деградации.

В заключение следует отметить, что сочетание ароматических структур и алифатических компонентов в большой степени зависит от дозь' и г'ормы известковых удобрений и в меньшей степени от внесения минеральных удобрений. Гумусовые кислоты всех вариантов опыта, согласно их элементного состава, откосятся к классу циклопара-финор и, возможно, циклоелконов. Колебания величины атомного отношения Н/С 1,72-1,91 можно трактовать как преобладание алифатических цепочек в молекуле гумусовых кислот при наличии 25-40$ ароматических структур.

4.8. Инфракрасные спектры поглощения гумусовых кислот дерново-подзолистой почвы

Полученные инфракрасные (ПК) спектры поглощения гумусовых кислот, сформированных в условиях воздействия различных форы и доз извести, а также минеральных удобрений, согласно наличию полос пог-

лощения можно условно разделить на 2 области: 4000-2600 и 1900700 см-*, что указывает на их двучленное строение.

В области 4000-2600 см-1 в спектре гумусовых кислот варианта "заповедник" имеется 4 полосы поглощения: 3400, 3270, 2930, 2860 Полоса поглощения в области 3400 см~* определяется

валентными колебаниями ОН-групп адсорбционной воды. Полоса поглощения при 3270 видимо обусловлена валентными колебаниями гидроксильных групп ОН, преимущественно связанных межмэлекуляр-нкми водородными связями. В области 2930 и 2860 см~* обусловлены симметричными валентными колебаниями С-Н в метиленовых группах.

На-вариантах, где вносились СаСОд и СаСОН^ как на фоне минеральных удобрений, ч'ак и без них характер спектра гумусовых а кислот несколько изменяется и их. можно было бы связать со следующими выводами: во-первых, наиболее характерными полосами поглощения для гумусовых кислот дерново-подзолистой почвы, независимо от формы и дозы известковых удобрений, являются валентные и деформационные колебания метиленовых группировок, колебания С-М в гетероциклических ароматических группах N —Н первичных и вторичных амидов, а также кислородсодержащих группировок и колебания, присущи« кярбоксилат-ионам; во-вторых, внесение как СаС03,.так и Са(ОН) о» увеличивает долю алифатических цепей в составе гумусовых кислот, особенно если известь вносят на фоне минеральных удобрений.

В заключение следует отметить, что качественный состав гумусовых веществ, т.е. различие в развитии их периферической и центральной части, количество функциональных группировок, играет существенную роль в изменении свойств гумусовых кислот, и, следовательно, потенциального плодородия почвы.

3.9. Влияние применения различных доз и форм извести

на термографические характеристики гумусовых кислот

Дифференциально-термический (ДГА) и дифференциально-термогравиметрический (ДГГ) анализы позволяют обнаружить различия между аналогичными структурными фрагментами гумусовых кислот разного происхождения.

Проведенные эксперименты показали, что внесенная в почву известь в виде СаСО^ оказывает более существенное влияние на изменение термостебильности компонентов, входящих в состав гумусовых кислот, чем внесение минеральных удобрений на Фоне извести. Наиболее благоприятные условия для развития процесса гумификации складываются при внесений 24 т/га СаСОд. Во всех вариантах, где вносились минеральные удобрения отмечается увеличение температуры эндоэффекта, что свидетельствует об усилении прочности связи адсорбционной воды в молекулах гумусовых кислот.

Применение СаСШ)^ в качестве известкового удобрения существенно изменяет термографические характеристики гумусовых кислот по сравнению с вариантами, где вносили СаСОд. Наиболее существенным здесь является то, что Са(Ш)£ в меньшей степени влияет на процесс деградации, чем применение СаСОд.

В целом сравнивая влияние двух форм СаСОд и Са(0Н)2 на иэ>" меноние термографических характеристик гумусовых кислот, были вияиленн следующие отличия: во-первых, при внесении 60 т/га Са(0Н>2 отмечается один эффект при 2У0°С, характеризующий деструкции периферической части, тогда как при внесении /2 т/га СяСОд пг.|,иуррическая часть разрушается в хоце трех реакций. Таким образом, состав компонентов периферической части гумусовых кислот при внесении Са.(0Нболее однороден, на их долю приходится 36,3% по сравнению с 37,3% в варианте внесения 72 т/га СаСОд, ;

Результаты, полученные с помощью ДГА и ДТГ-анализов хорошо согласуются с данными элементного анализа, инфракрасной спектроскопией, характеризуют идентичную направленность процессов трансформации гумусовых кислот.

ВЫВОДЫ

1. Длительное использование дерново-среднеподзолистых сре-днесуглинистых почв под культурные пастбища привело к потерям гумуса. В вариантах опыта с применением СаООд потери гумуса составили от 6,2$ до .17,7%. Максимальные потери гумуса наблюдаются на фоне извести при применении минеральных удобрений. При вне-сгнии Са(0Н)£ потеря гумуса составляет 12,4-2,7%, В то же время

*

при внесении в почву Са ОО3 возрастает кислотность, особенно гидролитическая, что обуславливает потерю Р, К и Са за счет увеличения их подвижности. Внесение Са(0Н)2 особенно не влияет на рН почвы.

2. Почва на контрольном варианте в отсутствие антропоген-

*

ной нагрузки обладает меньшей гидрофильностью по сравнению с остальными вариантами опыта, что указывает на более глубокую гумификацию органического вещества почвы. Почва на вариантах внесения СаСОд в дозе б, 12, 72 т/га характеризуется резким увеличением емкости набухания, а на вариантах Са(0Н)£ это явление прослеживается слабо.

3. При внесении в почву СаСОд содержание 2-й фракции гумусовых килот, сильно зависит от дозы удобрений. Количество ее колеблется в пределах 5,5-19,8$ от общего углерода, а при"внесении Са(0Н>2 - 2-я фракция составляет 24,Т-2б,9$.

4. При известковании дерново-подзолистой почвы содержание

ряда макро- и микроэлементов возрастают: при внесении СаООд -увеличиваются содержания Са, К, Р6 , а на вариантах с Са(0Н)2 соответственно Са, М^, Ре, Си . В то же время, известкование изменяет характер фиксации мзталлов органическим веществом почвы.

При внесении СаСОд отмечается возрастание Ре в органике и уменьшение содержания Са и Мд особенно при внесении минеральных удобрений. Применение Са(0Н)2 оказывает меньшее воздействие на образование органо-металлических комплексов.

5. Известкование почвы приводит к увеличению в составе гумусовых кислот компонентов пери^ргческой части алифатической природы, выраженный уменьшен/ем содержания углерода, азота и увеличением водорода и кислорода.

а

Установлено, что сочетания ароматических структур и алифатических компонентов в составе гумусовых кислот в большей степени зависит от дозы и форт известковых удобрений и в меньшей от внесения минеральных удобрений на фоне извести.

6. Известкование почвы СаСО^ приводит к развитию процессов гидратации, присоединения конечных СНд- и Ш2-групп и окисления* В то же время при внесении в почву Са(0Н)2 процессы протекает несколько иначе, присоединяются СНд- и СН2-группы, частично происходит декарбоксилирование и окисление.

Установлено, что наиболее характерными полосами поглощения являются валентные и Деформационные колебания С-Н метиленовых групп, харбоксилат-иона, азота и кислородсодержащих группировок.

Окультуривание почвы способствует переводу карбоксильных групп в солевую фор<у. Отсутствие свободных карбоксильных группировок в вариантах внесения Са003 и Са(Ш)2 указывает на широкую

-22- .

аккумулятивную способность органического вещества. В то же время, внесенные в почву СаСОд и Са(0Н ^ увеличивают долю алифатических компонентов, причем в первом случае отмечается болыпая зависимость от дозы известковых удобрений. При внесении Са(Ш)£ на фоне минеральных удобрений, а та!кже"бёз них,■ наблюдается дифференциация компонентов периферической части по термоустойчивости, что является защитной мерой по отношению к компонентам центральной части.

По материалам диссертации опубликованы следующие статьи.

I. Черников В.А., Ахмад Абдул Хамид // Качественный состав гумусовых кислот дерново-подзолистой почвы при разных дозах и формах извести. Известия ТСХА, вып. I, 1993 г. с, 69-74