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"

А-ъоЪЧ1

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи УДК 631.417.2.631.821 АХМАД АБДУЛ ХАМИД

ВЛИЯНИЕ ИЗВЕСТКОВАНИЯ НА ГУМУСОВОЕ СОСТОЯНИЕ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ

Специальность 03.00.16 — экология

о

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1993

ЦОМ

Работа выполнена на кафедре ^ко погни в Московской сельскохозяйственной академии имени К \ Тимирязева

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

Официальные оппоненты доктор сельскохозяйственных наук В. А. Касатиков, кандидат бш лог [ческих наук, старший научный сотрудник И. Г. Платонов.

Вед\<щее учреждение — Почвенный институт имени В. В Докучаева.

Защита состоится « т л }КГ(У)Л С/Хс- . 1993 г УЛ ЗО /

в «'"»^Часов на заседании специализированного совета

К 120 35 06 в Московской сельскохозяйственной академии име

ни К А Тимирязева

Адрес 127550, Москва, у л Тимирязевская, 49

УченыЛ совет ТСХ \

С диссертацией молно ознакомиться в ЦНБ ТСХА

Автореферат разослан «¿-V . ^^Г^-нуХл,- . . 1993 г

Ученый секретарь спсциализирс валного совета — //

кандидат бислиги кслих наук /(.Ас^-!

\

Л. В. Мосина

. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В реяении задач, поставленных перед сельским хозяйством, важное место принадлежит рациональному использовании пои- . венного плодородия, поискам приемов его сохранения и повышения.

Одним из'главных показателей плодородия является гумусовое сос-■ тояние почгы, следовательно, все мелиоративные приемы должны быть направлены на его улучшение. В настоящее время существующие агросис- , темы в болычой степени нарушены, так как агротехнические приемы,особенно сряаанные с химизацией . приводят к гоячикнове.нию экологически • опасных ситуаций,снижающих аг{к> экономическую 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 урожеЛность сельскохозяйственных культур и его качество.

,. Однако; дерново-подзолистые почвы, как правило, бедны гумусом и ■ , доступными для растений питательными веществами. Структура таких почв непрочная, поэтому онй лег1Ю заплывает после дождей, что затруд- . няёт доступ воздуха и снижает интенсивность микробиологических процессов, которые в целом отражается на. гумусовом состоянии, происходит деградация, снижается плодородие.' В этой связи данная темя является вполне актуальной. \* - ■ ' 4

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

• Г. Дать количественную и качественную/оценку гумусового'состоя-. ння черново-среднепопзолистой среднесуглинистой лочгы при известковании ее различными дозами СаСОзИ СаСОН^. . •

2. Сравнить действие различнах форм извести на качественный сос- • тав;гумуса с целью изучения и разработки методов предупреждения и снижения негативного -воздействия удобрений на объекты агроэкосистем.

ТОЧНАЯ БИБЛИОТЕКА I "«адвмим

» ц. А Тимирязев;,

I Инв. ыяЛ-ЗлЯу-У

~~ЦЕС IР А Л ЬНД}7"

'Цила г-. ...

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 длительное использование дерново-среднеподзолистой среднесуглинистой почвы под культурные пастбища привело к потерям гумуса. При внесении Са003 потеря гумуса составила 6,2-17,7%, а при внесении Са(0Н>2 - потеря гумуса значительно меньше - 2,7-12,

Опыты показывают, что органическое вещество почвы при известковании СаСОд становится более подвижным, чем при внесении СаСОН^.Наибольшая подвижность наблюдается на фоне минеральных удобрений и ичвемк.

Установлено, что внесение извести в форме СаСОд вызывает более существенные различия в содержании как гумусовых кислот,(65,6-70,С* известкование бет удобрений; 47,1-68,09! известно вание+№К), так и гу-матов (соответственно 2У,4-44,4% и 32,0-52,ЭД). Известкование положительно влияет на содержанке'и&сро- и микроэлементов (Са,Мо,К,Р£).Уве-

%

личивается 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 вьгоких урожаяв сельскохопяйственных культур на среднееуглинистых дерново-подзолистых почвах необходимо, наряду с широким примененирм минрралъных удобрений, рногить итгесть и црлрнапраг-

>

равлвнно улучшать гумусовое состояние почвы. На современном этапе развития сельскохозяйственного производства внесение извести и минераль них 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 ТСЭСА.

По Материалам диссертации опубликована одна научная статья.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из ввецения;3 глав, .заключения по работе и основных выводов. Список использованной лите-; ратури ¡Ï79: Общий объем диссертации составляет 180 страниц, в том числе 161 страница основного текста, таблиц II и рисунков 8.

Ife» благодарны руководству института кормов мм. 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 основеработыведущих ученых (Кореньков, 1990; Йззов,19в4; Добровольский, Ï986; Шитов ,1985; Розанова,1987; Орлов,19в1;Шильников,1969 и др.V раскрываются особенности влияния извести на количественный и качественный состав гумуса; Критический анализ строится на■собственном понимании проблемы и предлагается путь.решения этих вопросов.

Ряд авторов (Возбуцкая А.Е., Гришина Л.А., 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 t системе удобрений минеральных компонентов, усиливает минералйэационные функции микробного ценоза. / -;■..-....■'..■■..;■••■■.■■

■ Исследователями установлено, что на вынос кальция вяиявт.внесенные-

попы извести, при увеличении нормы извести с 3 до 12 т/га привело к возрастающему увеличении потери кальция из почвы в б раз. Опыты показывают, что высокая доза извести увеличивает содержание подвижных фосфатов, аммиачного азота и марганца.

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

Глава П. Объекты и методы исследования.

Образцы почв отбирались с опытного участка института кормов Им. В.Р.Вильямса, расположенного на типичной для данного района дерново-

ъ

среднеподзолистой среднесуглинистой почве, сформированной на покровных суглинках и имеет следующую агрохимическую (по данным А.И.Семенова) характеристику: гумус - 2,03*; азот общий - 0,12%; PgOg по Кирсанову -6-7 мгДОО г п.; Н^О по Пейве - 3-4 мг/100 г п.; ftí(KCj) - 4,3; Н20 - 5,3-6,7.

Опытный участок залужался следующей травосмесью: клевер красный -З'кг; клевер белый - 2 кг; тимофеевка луговая - 4 кг; овсяница луговая -10 кг; лисохвост луговой - 3 кг; костер безостный - Зкг; мятлик луговой- Зкг на гектар. Известкование почвы проводилось перед залуякием.

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/ra СаОЭ3; 12 т/га СаС03; 24 т/га СаС03; ;2 т/га СаС03; 60 т/га Са(0Н)2; 120 т/га CaCOHÍg* На Фоне извести вносились минеральные удобрения в следующих нормах: WjgQpgQKgQ на фоне 6 т/га CaCQ3; 72 т/га СаС03 и 120 т/га CaíCHij, Контрольным вариантом был определен "запогецник". Минеральные удобрения вносились п Нормах: - аммиачная cy"r,y4ietViT просо'' гранули-

рованный; - хлористый калий. Повторность полевых опытов четырехкратная. Плоцадь опытной делянки 75 м ? "

Для Определения качественного состана органического вещества почвы выли отобраны почвенные образцы всех вариантов опыта в 4-х кратной повторности. Исследования п^эоводили как в почренных образцах, так и*в препаратах гумусовых'кислот*.-:

• .Елёг«дно;пррк>дили цва укосаг I укос в фазуцветения злаков; П укос - осенняя отава. При■выполнении лабораторных анализов почв бы- : ли использованы комплекс физико-химических методов: определение общего углерода проводили по Тюрину; фракционно-группового состава гумуса, по Тюрину в модификации Пономаревой-Плотниковой; агрохимичебку» характеристику почв по общепринятым методам. '." •

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

* .' 4 ■ 'к " т 1 ' т •

ропроводимости промывных вод 1,24-2,85x10 ом см"А, близкой к удельной' электропроводности/дистиллированной воды - 1,4-7,8х10~®ом~*см""*. Также определяли емкость набухания почвы нарушенного сложения., Использорали при этом метод Васильева в модификации Алешина. Кис-;яотно-солелые отношения определяли методом Алешина и Нанитаявили. определение содержания макро- и микроэлементов в почве проводили методом Алексеера. - . : • ' • ^ - ■ • ' • ■ '

Определение элементного > состава С, Н, Ы , проводили на препаратах гумусовых кислот, без разделения на ^уминопые и Фульвокислоты.' Содержание кислорода вычисляли по разности. Степень окисленности вычисляли по Орлову, К'даишым элементного анализа была-применена графико-статие-тическая обработка по Вал Крепелену; Для определения качественного сос тава функциональных групп и атомных группировок использовали метод , ИК-спектроскопии.^ Образцы" гототош методом проссоканил таблеток* Дифференциально-термический (ДТД>; и тепиогравиуотрияееквй-:(ДГРУ янадюн :

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

Статистическая обработка данных проводилась методом дисперсионного анализа, рачработанного 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 окультуривании.

Длительное (с 1935 года) испольчование дерново-подзолистой почвы под культурные пастбища приводит к гозникновению новых по своим свойст-гам почг. Антропогенный фактор вочдействия на почву существенно изменяет химические, физические и биологические свойства почвы (табл. I).

Таблица I

Агрохимические показатели почвы

Варианты опыта

умус

рН

Подвижные формы

вод, сол.

Р2°5 «2°

мг на 100гп

Поглощенные основания

Са** М<

2Г

мг-экв на ГОР г.п.

Гидролитическая кислотность Нг

Заповедник

6 т/га СаСОо без удобр. °

6 т/га СаСОо с удобр.

12 т/га СаСОо беч удобр.

24 т/га СаООо беч удобр.

/2 т/га СаССЦ без удобр.

/2 т/га СаООо с уцобр. °

3,72 3,94 3,33

3.48

3.49 3,48 3,06

60 т/га Са(ОН)? беч удобр. л 3,62

120 т/га Са(0Н)? без удобр. *■ 5,58

120 -/ а Са(0Н)о с уюгр

7,54

5,99

5,68

5,98

6,36

7,30

7,33 /,27

\ЬТ

6,96

4,51

4,07

4,60

5,00

6,11

6,42 6,33 ЛОХ

12,00

1,27

6,88*

1,32

2,00

3,30

16,25 3,30

I , 0

19,35

13,10

10,10

II, 60

9,30

9,30

9,50 8,90 Э.Ы) Г0,(Л

11,56 0,00 4,44 2,15 2,75 3,75 4,81 1,69 6,е8 0,63

11.05 1,10

10,63 0,81

10.06 0,44 12.81 0,31

0,60

5,03

6,75

4,52

3,48

1,12

1,31 1,26 0,42 0,56

•Почва на контрольном варианте "заповедник" отличается от других вариантер опыта высоким содержанием углерода (3,72*?), нейтральной реакцией среды, значительным содержанием полвижнътс гЬорм PgOg и KgO, высоким содержанием и минимальной величиной гидролитической кис-

лотности. Данные позволяют утверждать, что естественные экосистемы отличаются от почв созданных человеком агроценоэов 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 свежеобразованных продуктов гумификации.

■ На варианте с.внесением б т/га CaOOg 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. G уреличением дозы извести отмечается уменьшение содержания KgO в почрё. В.М.Татмяина (1967), И.А.Шильникоп (1989) отмечали, что при известковании; калий труднорвстворймь1* минералов переходит в более подвижнее соединения. Однако, вследствие антагонизма между кальцием й калием усвоение их растениями не увеличигается, что и приводит к его;потерям. Отмечается резкое увеличение содержания.Са^+, что находится; в прямой зависимости от дозы извести. Внесение минеральных удоб-.рений, несмотря на высокие дозы■извести, вызывают уменьшение'содержания гумуса (3,06°f) дерново-подзолистой почьм за счет усиления процесса минерализации органического вещества. Следствием чего является увеличение содержания питательных элементов и, в первую очередь, Р2%-' • Сравнивая результаты аг^юхимического обелелова:{ия почв» при воздействии. CstCO-j ;с данными, полученными при внесении CalOOg, мн выявили слеяуящйе собственные различия." Во-периых, при пнесении Са(Ш)2 отмечается стабилизация содержания гукуса ь\ titrate,; причем независимо" от . дозы извести (табл.: Г). Со держание гумуса в эти х »ариан rax со ётаяляет

3,6?!, что незначительно отличается от контрольного варианта - "Заповедник". Во-вторых, при внесении ичвссти в дозе 60 т/га CatOH^ и 72 т/га Са(Х>з сознаются равны«, условия.

Установлено, что почвы опытного участка бедны магнием, что в общем-то характерно цля дернопо-поцчолие,кх почв, где обменного магния в 4-6 рат меньше, чем кальция. В этих почвах основная часть кальция и магния находится в Форме труднорастворимых минеральны* соединений -карбонатов, сульфатов, силикатных и алюмосиликатных минералов. Следо-гательно, на таких типах почр внесение извести как источника кальция и магния может иметь важное чначение для питания растений.

3.2. Исследование гидрофильности дерново-подзолистой почвы

Опыты показали, что при внесении CaCQg в дозе 6 т/га без РК максимально возрастает набухание (Q„). Увеличение гидрофильности почвы обусловлено привнесенным свежим 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 (Ю. При увеличении дозы извести, соответственно до 1<,24 и 72 т/га уменьшается величина емкости набухания, что можно объяснить Образованием солей гумусогых кислот с Са. Внесение ипвести в доче т/га СаСОд на Фоне минеральных удобрений уменьшают величину QM с 121 до 116 х 10^ мм.

При рнесении Са(0Н)2 в дозе 60, 120 т/га на Фоне минеральных удобрений величина набухания значительно воэрвстет.

. Таблица 2

. . Набухание и константа скорости набухания почвы Варианты опыта ' ' " Гумус, %0М х 10* мм К

Заповедник 3,72 113 0,008

6 т/га СаС03 без удобрений 3,94 164 0,006 •

6 т/га Сь003 + NPK 3,33 . III 0,009 •

12 т/га СаС03 без удобрений 3,48 131 . 0,007

24 т/га СаС03 без удобрений : 3,49 90 0,018

72 т/га Са003 без удобрение 3,48 121 0,008

72 т/га Са003 + HPK 3,06 116 0,008

60 т/га Са(0Н)2 без удобрений 3,62 132 0,007

120 т/га Са(0Н)2 без удобрений 3,58 87 0,010

120 т/га Са(0Н)2. +NPK 3,26 130 0,018

В заключение следует отметить» что по сравнению с контролем (заповедник), видно» что почва в отсутствии антропогенной нагрузки обладает меньшей гидрофильностые. 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 Q,, и К могут служить критериями процессов изменения как в целом почвы, так и ее гумусового состояния при использовании ее в сельскохозяйственном производстве.

3.3. Трансформация бракционно-группового состаря гумуса дерново-подзолистой почвы при известковании

,' . Исследованиями было установлено, что состав гумуса на контроле (заповедник) прежде всего отличается довольно высоким содержанием органического углерода (2,16%), что, вероятно,связано с ежегодным поступлением луговой растительной массы. В составе гуминоeux кислот преобладает 2-я Фракция, сьязанная с кальцием. В целом гуминовые кислоты составляют 38,9% от общего углерода. В составе фулыюкислот наибольшее содержание (6,47f.) составляет 1-я фракция и фракция 1а (4,63^), которые наиболее, подвижны,; легко минерализуются и участвуют в процессах питания^ микроорганизмов и растений. На долю %ульпонислот приходится 16,2% от общего содержания углерода. Такой, состач ryvyca.характеризуется высоким ^^^ otHomniiar C,,K:CÎK -.2,4. йусловч*х. отсутствия .

антропогенной нагручки в состаге органического вещества накапливаются компоненты, обладающие наибольшей устойчивостью, на что укачивает почтенное содержание неги^роличуемого остатка (44,9#).

Внесение извести в дозе о т/га приводит к увеличению содержания органического вещества п почре. Наиболее резко увеличивается содержание 1-й фракции гумусовых кислот с 9,26 до 27,7?, т.е. более чем в 3 раза. Содержание гуматов Са при этом уменьшается почти в 4 раза. Уменьшение П-й фракции гуминовых кистот мы связываем с активной минерализацией той часи, которая содержит больше азота, что подтверждается данными элементного состава гумуса. Отношение Сгя:Сфк в этом варианте уменьшается за счет значительного увеличения фульвокислот в составе гумуса (20,1?).

Уреличение позы ичвест.1 цо \¿ и 24 т/га приводит к уменьшению содержания общего углерода, причем не отмечается влияния вносимой дозы. В составе гуминовых кислот данных варипнтов существенных различий не наблпцается, топа как содержание 2-й фракции Фульвокислот возрастает более чем в 2 рапа при угеличении цочы извести. Такое ичменгние соста-ра гумуса приводит к уменьшению отношения СГК:С^К с 2,1 до 1,6. Содержание негицропизуемого остатка для -<тих рариантор колеблется в пределах 36,2-35,0".

Ичвесткование высокими дозами CaOOj (/2 т/га) почти не оказывает влияния на содержание общего углерода. .Чанное положение хорошо согласуется с литературными данными (Удалоп и д4 ., 1988). нРи внесении минеральных удобрений на фоне /2 т/га CaCO-j отмечается уменьшение содержания общего углерода п„чеы с 2,02 до Следовательно, даже высокие дочы ичвоси не устраняют негативные послс-дстгия действия минеральных удобрений.

При внесс.нии ичвести в }юрмр Са(ОН)^ няояюдаится другая картина изменения качественного состага гумуса. Так, при ьчеернии 60 т/га Са(ОН)^ грз минеральных ¿"огрени-' о *чи > > (угрдичрнир С011"Р««Н,1Я оЛтцр \) у-чрр,-);. » , , г г i "1 ЩГ^М, LH4-

. сили 72 т/га CaOOg (2,02%).Необходимо отметить относительное увеличение негидролизуемого остатка е 37,1 до 39,5? и как следствие, умень-' пение подвижности гумуса П = 0,76; Возможно, при внесении извести в форме Са(ОН)£ 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 ОгООд - 72 т/га мы Формируем агрономически более ценный гумус.

Установлено, что при внесений минеральных удобрений на фоне 120 т/га Ca(0H)g, отмечается уменьшение содержания общего углерода с 2,1 до-1,9?-. При внесении 6 т/га СаСОд на Лоне минеральных удобрений потери общего углерода составили 17%, при внесении 72 т/га CaOOg-12^, а при внесении 120 т/га Ca(0H)¿> - 9Í 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, являв'ся следствием процесса перегруппировки в составе самих фракций. При внесении извести, как в форме СаОО^, так и Са(0Н)2 увеличивается подвижность органического вещества почвы, что особенно проявляется при внесении минеральных удобрений. Наиболее благоприятно известкование CatOf-Og, в результате которого формируется агрономически более ценный гумус. -

3.41 Изменение кислотно-солевого отношения ryvycorrx кислот ' дерного-подзолистой почпы п зависимости от. факторов •• техногенеяа. •

На вярианте с гнесениеу CnOOg в дозе 6 т/рп отмрчпртся резкое ; увеличение- содержания гунусотых. кислот- и гсоч^е (с 23,1 чо 65,0^). Содержание гуматоп при этом снижается с 76,9 до 35,0°'.. Кислотно-ео-' яёвов • отношение в этом иариантр. еостаиляёт 0»54. В то ке время гне-

сечие этой дочы извести на Фоне минеральныхуцобрений способстгует урепиченив содержания подвижных гумусовых кислот с 65,0 до 66,0. Значение кислотно-солевого отношения уменьшается до 0,47.

Опыты показывают, что при внесении а почву высоких доз извести (12; 24; ?2 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 СаСОд в сочетании

различных дот вызывает более существенные различия в содержании как

гумусовых кислот (55,6^-70,6^ - известкование без удобрений; 47,1ч

68,0 - известкование + NPK), так и гуматов (соответственно 29,4-

I

44,4$ и 32,0-52,9?). В то же кремы, при ичвестколании почвы в форме Са(СН>^, как с минеральными удобрениями, так и без них отмечается устойчивое содержание гуматов и гумусовых кислот, т.е. наблюдается относительная стабилинация гумусогого состояния почвы. Показатель кислотно-солевого отношения четко отражает изменения качестра гумуса и может быть испольчован г 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 чагрязнением среды тяжелыми металлами. Это явление особенно вызывает тревогу в культурных ландгаафтач, когда заметно снижается продуктивность сельскохозяйственных культур, нарушается естественно сложившийся феноценоз, нарушаются процессы органогенеза (Скар-лыгина-Уфимцрва, 1980). В конечном итоге ото приводит к ухудшению гигиенического качества греды обирания человека, включая и качество процуктов сельского хозкДстеа..

В этой связи была принята попытка оценить влияние различных доз и Форм ичьести на ени^енир повд.«то<.тн, -.е. ?итотоксичности, тяжецдх металлов ъ псч^^с к/чьтурныг rmi-r-n, кач единили етроэко-

системы.

Исследования показали, что почва контрольного варианта (чапо-вецник) характеризуется высоким содержанием таких элементов как Са (1949 иг/кг), Fe (755 мг/кг), Mg (221 иг/кг) и К (214 мгу/кг), что свидетельствует о благоприятном содержании в ней питательных веществ. Содержание МЛ составляет 152 мг/кг почвы. Подвижные форты марганца имеют важное экологическое значение, поскольку содержание в растениях определяется количеством растворимого в почвах Мп (табл. 3).

Следует отметить, что оксиды и гидроксиды Мп способны связывать такие металлы как Со, Cu , Wt , Мо, тек самым снижая их фитотоксичность. Установлено, что почва контрольного варианта характеризуется низким содержанием микроэлементов РВ, Си, Со, Сг Caí и достаточно высоким Са, Fe, , Mg, Ми , Я.

В то же время, при внесении б т/га СаСОд в почве увеличивается содержание таких элементов как ¿n (32 мг/кг), Fe (760 ыг/кг), Мп (195 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 иг/кг), Mg (213 мг/кг) и л (92 мг/кг). Такая тсе картина наблюдается при внесении СайОд в доче 24 т/га. Здесь, Са возрастает до 1163 мл, Mcj до 219 мг, -С до 97 мг, и Fe до 768 мг/кг почвы. Аналогично происходи? процесс При внесении r почву извести в дозе ?2 т/га.

Установлено, что при известкогалии дерново-подзолистой почвы СаСОд отмечается как увеличение содержания ряда микроэлементов в почве (Са, Мд, К, Pií ), что возможно связано с внесвнием этих «элементов ьмьсте с известковыми удобрениями и слабой их поачитно&гью

• - Таблица 3

" ' ' ' ♦ ' ■

Содержание подвижных форм макро- и микроэлементов в почге •

■ 'мг/кг)

Варианты . ' С ^ рН' Р1? Си Со Сг Сс1 Са ?е 2П «д . и Цп 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. 2^29 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 1,0 1,7 1,8 0,1 632 853 32 195 7 4 81

12.т/га Са003 б/уд. ' ; 2,02 5,96 11,2 4,1 4,8 0,4 0,1 1002 750 . 19 2ТЗ 13 184 ; 92

24 т/га СаС03 б/уд. 2,03 6,36 7,3 4,1 5,2 0,7 0,1. 1163 768 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 1486 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(СЙ)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 т/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 ( Ll, CU , Со) усиленной агропроизводс,венной деятельностью (табл. 3).

Внесете извести в форме Са(Ш)2 в дозах 60, 120 т/га способствует стабилизации содержания таких микроэлементов как Са, Мо, Fe, Cu на уровне контрольного варианта, тем самым обеспечивают растения основными элементами питания. Основной особенностью действия Са(0Н)2 является увеличение содержания Мл при внесении минеральных удобрений, тогда как при внесении СаСО^ интенсивность выноса этого элемента из агрола^дшаЛяа увеличивается.

Опыты показал;., что в результате длительной сельскохозяйственной деятельности содс^тание гумусовых веществ в почвах уменьшается, что вызывает одновременно снижение содержания в них подвижных йэрм микроэлементов, как правило, составляют 5-20* от их валового коли» чества и являются источником питания растений.

3.6, Микроэлементный состав органического вещества почры в зависимости от дозы и Формы извести

Проведенные опыты показали, что известкование почвы CaOO-j вызывает изменения в характере Фиксации металлов органическим веществом почвы. Отмечается устойчивое увеличение содержания Fe - 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. Дяя остальных элементов (Рй , Со, Сг. , Ли , L l ) не прослеживается каких-либо закономерностей в закреплении их органически реществом почвы, так как содержание подвижных форы элементов в почве является Функцией многих переменных.

При известковании почвы СаСОН^ в различных догах содержание основных биогегшых элементов, снязанных с гумусовыми кисто-лмц, находится на уровне контрольного варианта. Исключение сос-n пчн- ~оль-

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

Сравнивая действие СаСОд и Са(0Н )>> на сорбцию металлов органическим веществом почвы, можно сделать заключение, что известкование различными дозами Са(0Ноказывает менее негативное воздействие на образование органо-металлических комплексов, содержание которых сущестсенно не отличается от уровня контрольного варианта.

В результате применения различных доз СаООд отмечается умень гаение сорбции металлов гумусовыми кислотами, причем для некоторых элементов (Си , ¿П ) она значительно ниже контрольного варианта. Следует отметить, что качество гумуса и состояние среды (рН, ЕЬ накладывает отпечаток на поведение микроэлементов в почве и их. связь с органическим веществом, что особенно проявляется при внесении СаООд 1

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 СаООд содержание основных элементов гумуса колеблется (табл. 4), в пределах: углерод - 25,7-27,7%; водород - 47,7-49,0%; азот - 2,3-2,8%; кислород - 21,3-23,0% (данные выражены в атомных процентах). 1 При внесении извести в форме Са(0Н)£ основные элементы гумуса в почре составляли: углерод 26,7-26,8%; водород - 46,9-50,2%;.кислород - 20,6-23,7%. На контроле (заповедник) их содержание было

• - ф *

таким *е: углерод 27,9%; водород - 47,9%, соотношение Н/С составляло 1,7," (табл. 4). Следует отметить, что элементарный состав гумусовых кислот в естественных условиях представлен более химически сло^ними содеинениями с повышенной долей циклических группа рогок в их составе. 4 .

-Уб-

Таблица 4

Элементный состав гумусовых кислот (ат.^%)

Варианты С Н N 0 Н/С О/С C/N 03

Заповедник 27,9 47,9 2,6 21,7 1,7 0,8 10,9 -0,2

б т/га СаС03 б/уд. 26,6 48,7 2,7 21,9 1,8 0,8 9,У -0,2

6 т/га СаС03 с уц. 26,6 48,6 2,4 22,4 1,8 0,8 П.О -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 СаСО^ б/уд. 25,7 49,0 2,3 23,0 1,9 0,9 II,2 -0,1

72 т/га Са003 б/уд. 27,7 48,2 2,8 21,3 1,7 0,8 9,9 -0,2

72 т/га Са003 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 Ca(ffl)2 б/уд. 26,8 46,9 2,7 23,7 1,8 0,У 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 время, окультуривание дерново-подзолистой почвы посредством известкования CaCOg, CatOH^ 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, 0,N ), входящих в состав гумусовых.кислот, тогда как применение Ca(0H)g 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 CaCOg. Для них характерна максимальная потеря органического углерода и азота. Применение извести в форме Ca(OH)j> вызывает увеличение доли али-. ■ фатических структур в составе гумусовых кислот, обладающих высокой способностью к минерализации, что предохраняет инертные фор- . мм гумусовых соединений от деградации;

В заключение следует отметить, что сочетание ароматических структур и алифатических компонентов в большой степени зависит от > дозы И г*-ормн известковых удобрений и в меньшей степени от внесения минеральных удобрений. Гумусовые кислоты всех вариантов опыта, согласно их элементного состава, относятся к классу циклопара-финог» и, возможно, циклоалконов. Колебания величины атомного отношения Н/С 1,72-1;91 можно трактовать как преобладание алифати- . ческих цепочек в молекуле гумусовых кислот при наличии 25-40% арома тических структур. '. . •. ■ .у ■

Л.8; Инфракрасные спектсы поглощения гумусовых кислот ,. дерново-подзолистой почвы ... ■ • . •

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

лощения можно условно разделить на 2 области: 4000-2600 и 1900/00 см"1, что указывает на их двучленное строение.

В области 4000-2600 см~* и спектре гумусовых кислот варианта "заповедник" имеется 4 полосы поглощения: 3400, 3270, 2930, 2860 см-*. Полоса поглощения в области 3400 см"1 определяется валентными колебаниями ОН-групп адсорбционной воды. Полоса поглощения при 3270 см"* видимо обусловлена ралентными колебаниями гидроксильных групп ОН, преимущественно связанных меясмолекуляр-ными водородными связями. В области 2930 и 2860 см-* обусловлены симметричными галентными колебаниями С-Н в метиленовых группах.

На вариантах, где вносились СаСОд и СаСОД^ как на Фоне минеральных удобрений, 1ак и без них характер спектра 1умусовых ф 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-И в гетероциклических ароматических группах М-Н первичных и вторичных амидов, а также кислородсодержащих группировок и колебания, присущи« карбоксидат-ионам; во-рторых, внесение как СаСО^, так и Са(0Н)г>, увеличивает долю алифатических цепей в составе гумусовых кислот, особенно если известь вносят на фоне минеральных удобрений.

В -»включение 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) й дифференциально-терыограви-мвтрический (ДГГ) анализы позволяют обнаружить различия между аналогичными структурными фрагментами.гумусовых.кислот разного происхождения. . . ■■ - - .

Проведенные эксперименты показали; что•внесенная в почву ■ - -известь в виде СаСОд оказывает более существенное влияние на из- • менение термостабильности компонентов, входящих в состав гуму- ■ совых кислот, чем внесение минеральных удобрений на (?оне извести.' ~ Наиболее благоггриятные условия для развития процесса гумификации складываются при внесений 24 т/га СаООд. Во-всех вариантах, где вносились минеральные удобрения отмечается увеличение температуры эндоэффекта, что свидетельствует об усилений;прочности связи адсорбционной воды в молекулах гумусовых киcлoт¿. V

Применение СаСОН)^ в качестве известкового'удобрения сущест- > венно изменяет термографические характеристики гумусовых кислот ■-• по сравнению с вариантами, где вносили СаОО^ Наиболее существенным здесь является то, что СаСОН)^ в меньшей степени влияет на . ' процесс деградации, чем применение СаСО^.-

В целом сравнивая влияние двух форм СаООд и СаСОН^ на изменение термографических характеристик гумусовых кислот, были выяплены следующие отличия: во-первых, при внесении 60 т/га Ся(0Н >2 отмечается один эффект при 2У0°С, характеризующий деструк- ' цию а г. риторической чести, тогда как при внесении 72 т/га СаООд . периферическая часть рязругаается в ходе трех:реакций. Таким обра-. . зом, состав компонентов периферической части /гумусовых кислот при внесении СаЮН^ более однороден, на их долю приходится 36,3*. по сравнению с 37,в варианте внесения ?2 т/га СаООз» . " . .)

Результаты, полученные с помощью ДГА и ДГГ-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 плстбища 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 внесении Са(0Н)2 потеря гумуса составляет 12,4-2,7%. В то же время

•

при внесении в почву Са 00д 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 антропогенной 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 СаСОН)^ 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 5,5-19,6% от общего углерода, а при'внесении С&(Ш)£ - 2-я фракция составляет 24,Т-26,9?.

С ' 4. При известковании дерново-подзолистой почвы содержание - »

ряда макро- и микроэлементов возрастают: при внесении СаООд - • увеличиваются содержания Са, К,Рв , а на вариантах с Са(ОН)^ соответственно Са, Ре, Си. В то же время, известкование наменяет характер фиксации металлов органическим веществом почвы/

При внесении СаООд отмечается возрастание Те в органике и уменьшение содержания Са и Мд особенно при внесении минеральных удобрений. Применение СаСОН}^ оказывает меньшее воздействие на ^ образование органо-металлических комплексов. ' .

5. Известкование почвы, приводит к увеличению в^ со ставе гумусовых, кислот компонентов периферической части алифатической ■ ' природы,>выраженный уменьшением содержания углерода.аэота и увеличением водорода и кислорода. ■

Установлено, что сочетания ароматических структур и алифа- , ткческкх компонентов в составе гумусовых кислот в большей степени зависит отдоэым формы известковых удобрений и в меньшей от внесения минеральных удобрений на фоне извести«.

б; Известкование почвы СаСО^ приводит к развитию процессов гидратации, присоединения конечных СНд- и СН^-групп и окисления. В то же время при внесении в почву Са<Ш?2 нроцвссыпротегавт несколько иначе, присоединяются СЯд- и СН^-группы, частично происходит декарбоксилирование и окисление.

Установлено, «то наиболее характерными полосами поглощения являются валентные и Деформационные колебания С-Н метил«новых . групп, карбоксилат-иона,азота и кислородсодержащих группировок.

Окультуривание почвы способствует переводу карбоксильных . групп в солевую форму- Отсутствие свободных карбоксильных груп- -пировок в вариантах внесения СаСО^ и- Са^Ш)^ указывает на широкую

аккумулятивную способность органического вещества. В то же время, внесенные в почву СаОО^ и CafOHJg увеличивают долю алифатических компонентов, причем в первом случае отмечается большая зависимость от дозы известковых удобрений. При внесении Са(0Н)2 на фоне минеральных удобрений, а также без 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 равных дозах и формах извести. Известия ТСХА, вып. I, 1993 г. с. 69-74

-2J

Ofrbevi l1 п л

Заказ 1052

Тираж 1MJ

Ти юграфия Мпскивской с x академии им К А Тимирязева 127350 Москва И 5С0 Тичир езил ул, 44