Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ВЛИЯНИЕ ОБМЕННЫХ КАТИОНОВ НА ПРОЦЕССЫ ГУМИФИКАЦИИ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОСТАТКОВ И ПОГЛОЩЕНИЕ ВОДОРАСТВОРИМЫХ ПРОДУКТОВ ГУМИФИКАЦИИ МИНЕРАЛЬНОЙ ЧАСТЬЮ ПОЧВЫ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "ВЛИЯНИЕ ОБМЕННЫХ КАТИОНОВ НА ПРОЦЕССЫ ГУМИФИКАЦИИ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОСТАТКОВ И ПОГЛОЩЕНИЕ ВОДОРАСТВОРИМЫХ ПРОДУКТОВ ГУМИФИКАЦИИ МИНЕРАЛЬНОЙ ЧАСТЬЮ ПОЧВЫ"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

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

^ Ь~6 63

На правах рукописи

Валентина Васильевна РАССОХИНА

ВЛИЯНИЕ ОБМЕННЫХ КАТИОНОВ НА ПРОЦЕССЫ ГУМИФИКАЦИИ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОСТАТКОВ И ПОГЛОЩЕНИЕ ВОДОРАСТВОРИМЫХ ПРОДУКТОВ ГУМИФИКАЦИИ МИНЕРАЛЬНОЙ ЧАСТЬЮ ПОЧВЫ

(Специальность 06.01,03 — почвоведение)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

МОСКВА — 1977

Работа выполнена на кафедре почвоведения Московской ордена Ленина н ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева.

Научные руководители; доктор сельскохозяйственных наук профессор И. С. Кауричев, кандидат сельскохозяйственных наук доцент К. Ф. Ганжара.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук профессор Д. С- Орлов, кандидат сельскохозяйственных наук старший научный сотрудник Л. К. Шевцова.

Ведущее предприятие — Ленинградский сельскохозяйственный институт, —

Защита состоится У. » ЦЯ/КМФрЧ . . \97fr.

в 4 V. » час. на заседании Специализированного совета К-120-35-01 в Московской сельскохозяйственной академии им. К- А. Тимирязева.

Адрес: 125008, Москва А-8, ул. Тимирязевская, 49. Сектор защиты диссертации ТСХА. ^^

С диссертацией можно озигуфмиться в ЦГ]И ТСХА.

Автореферат разослан « /Г» . Щ?л$РМ • . 197СПГ

Ученый секретарь Специализированного

совета кандидат биологических наук Л. А. Дорожкнна

Актуальность,работы; Роль;гумуса в почвообразовании и плодородии - иочв общеизв е стн а. Необходимость дальнейшего ¿изучения процессов гумусообразования связана с';проведением. широкого комплекса^мелиоративных мероприятий, предусмотренных: в программе ■ развития сельскохозяйственного ; производства, принятой на;ХХ\Лсъезде КПСС.

В СССР насчитывается-около 40 млн. га пахотных почв, ; нмеющих^повышенную кислотность, и около 100 млн. га почв ' солонцовых комплексов,; которые в естественном состоянии . ■ обладают -невысоким- плодородием^-. Проведение известкования, кислых почв .и .гипсования засоленных вызывает измене-;ние направленности биологических и биохимических- процессов, а также изменение химических и физико-химических свойств почв,,в частности,< состава поглощенных катионов.

■Вопрос о-влияннн обменных* катионов на процессы гуму-¿-.-сообразовакия в :литературе.отражен слабо. Между тем изучение данного вопроса представляет большой научный' интерес,! что объясняется многогранностью влиянии обменных катионов "на процессы гумусообразования. С одной стороны, 7 поглощенные катаоны: определяют реакцию среды, которая в " свою очередь\оказывает решающее влияние на развитие различных групп микроорганизмов и на процессы разложения и ; гумификации растительных остатков. С другой стороны, об-Цменные катионы определяют^ характер поглощения иГзакреп-~ лення образующихся гумусовых веществ.

'г' Исследования, проводймые^в'даннбм направлении (Чижевский, Хлустикова, '1933; гПонтович, 1938; Кононова; 1940; • ЛепкшБоп, 1965;; ри^сНаи£оиг,у 1975), касались в: основном ' изучения скорости; Минерализации отдельных химических компонентов и "растительных остатковв целом, а также'основывались н а -,а н ал и з е^п р оцессо в гумусообразования в природ-но-климатических;условиях,'Где наряду с составом поглощенных-катионов, на, формирование ^гумуса оказывает- влияние --. целый комплекс , взаимосвязанных г факторов: состав растительных остатков, гидротермический режим, состав »! интенсивность жизнедеятельности микроорганизмов и г. д. .

йшр. л'-*»

Ис

: №

Исследование влияния обменных катионов ira скорость и направленность процессов разложения растительных остатков представляет большой интерес it в связи с применением последних в качестве органических удобрений.

Цель работы. Основной задачей работы было следующее: 1. Изучить влияние обменных катионов водорода, кальция, магния и натрия на процессы разложения и минерализации растительных остатков, динамику и интенсивность жизнедеятельности различных грушг микроорганизмов и на состав образующихся гумусовых веществ. 2. Установить различия в процессах гумификации растительных остатков при разложении их в песке и суглинке, при розных значениях реакции среды. 3. Изучить влияние обменных катионов водорода, кальция и магния на поглощение и прочность закрепления новобразованных гумусовых веществ минеральной частью почвы (бентонитом и суглинком).

Научная новизна. Впервые проведено комплексное изучение влияния обменных катионов на процессы разложения и гумификации растительных остатков, на состав микроорганизмов, принимающих участие в данных процессах, на характер образующихся гумусовых веществ н на процессы поглощения и закрепления новообразованных гумусовых веществ минеральной частью почв. Установлена тесная связь между составом и интенсивностью жизнедеятельности микроорганизмов и качественным составом образующихся гумусовых веществ. Показано, что количественные закономерности сорбции новообразованных гумусовых веществ минеральной частью почвы в значительной степени зависят от насыщающих ее катионов.

Практическая ценность и реализация результатов исследований. Результаты исследований могут 6ыте. использованы для объяснения скорости н направленности разложения растительных остатков, вносимых в качестве органических удобрений на кислых, произвесткованных, карбонатных и солонцеватых почвах. Результаты работы позволяют рекомендовать внесение органических удобрений на кислых почвах после их предварительного известкования. Полученные результаты свидетельствуют о том, что на легких песчаных н супесчаных почвах накопление гумуса от внесения органических удобрений и известкования может происходить при дополнительном применении глиновання данных ночв.

.Апробация. Результаты работы докладывались на конференции молодых ученых в Почвенном институте им. В. В. Докучаева, 1975 г.; на совместном совещании кафедр почвоведения ТСХЛ и Варшавской сельскохозяйственной академик, Варшава, .1975 г.; на научной конференции Московской сель-

скохозяйственной.академии,им. К. Л. Тимирязева, ,1976 г.; на V делегатском съезде ВОП, 1977 г.

Публикация, По результатам проведенных исследований' опубликовано 2 статьи. . . *.'

,.. Объем работы. Работа изложена на 149 страницах машинописного текста, включает 38 таблиц, 25-рнсунков, список литературы из 252 наименований советских и зарубежных авторов и 19 приложений, '

Объекты и методика исследований. В природных условиях практически невозможно изучить влияние какого-либо одного фактора на процесс гумусообразования. Поэтому изучение влияния обменных катионов на процессы минерализации и гумификации растительных остатков, а также на поглощение и закрепление продуктов гумификации проводилось в лабораторных опытах путем постановки серии модельных опытов. '' •

В модельных опытах I и 2 изучали влияние обменных катионов водорода, кальция, магния и натрия на процессы гумификации растительных остатков при их разложении в песке, а также на процессы гумификации растительности в суглинках, имеющих разное значение рН.

В опытах 3 и 4 изучали влияние обменных катионов водо-. рода; кальция и магния на процессы поглощения и прочность закрепления • водорастворимых новообразованных «гумино-: вых кислот» и «фульвокислот» бентонитом и суглинком. ;

Объектами исследования в опытах 1 и 2 была наземная-часть злаковой смеси- (костер безостый, ежа сборная, мятлик луговой, вейник наземный), собранной в фазе цветения на Лесной опытной станции ТСХЛ. Отношение углерода к-азоту составляло 29,5. ■

Водорастворимые органические вещества, использованные в опытах 3 й 4, получали из прокомпостированного в течение 40 дней опада смешанного леса Лесной дачи ТСХЛ и наземной массы ежи сборной, прокомпостированной 60 дней. Отношение растительного материала к воде составляло 1:25. Смесь взбалтывали на ротаторе в течение часа, фильтровали через плотный фильтр и очищали на свечах Шамберлена.

Исследования проводились с образцами почвообразукудих пород и минералов. Покровный суглинок был взят в Московской области с глубины 100—120 см. Он имеет кислую реакцию среды (рН волн. —4,2), высокую гидролитическую кислотность (8,03 м.-экв на 100 г), содержание <С=0,17%. Лессовидный суглинок взят в Курской области' с глубины- 140—-150 см. Он карбонатный, имеет слабощелочную реакцию среды {рН водн. — 8,2) г емкость поглощения— 24,9 м *экв на 100 г, содержаиие;С — 0,29%. Бентонит получен из коллекции .Геолого-минералогического музея имени-' Ферсмана, является

карбонатным, емкбсть поглощения ^ 82 м-экв на 100 г, в составе обменных катионов преобладает кальций и Натрий.

Для получения суглинка и бентоинта-в Н-, .Са- li Mg-фор-ме исходные по к ров ныл суглинок и бентонит измельчали, просеивали через сито ОД мм. и промывали 0;05 п. HGI, а затем насыщали 1 й. раствором хлористых солей. После этого образцы отмывали от хлора дистиллированной водой. '

В модельных оиытах.,1 и 2 проводили комиостирование злаковой смеси в массе песка и суглинка в отношении 1 : 20. Растительность измельчали до размера 5—10 мм. Суглинок просеивали через сито 3 мм. Компостирование, проводили при влажности 60% от ПВ, и температуре 24—26°С. В ком-посты с песком вносили в.заданном количестве ионообменную смолу КУ-23, насыщенную катионами Н+, Ca2+t Mg2+, Na+. Использование ионообменной смолы в качестве нсточ-. нпка катионов позволяет избежать действия анионов на процессы гумификации.

Схема опыта t. I — контроль, (растительность+несок); 2—1+5 м • экв Н+ на 100 г компоста; 3— 1 + 10 м-экв Н+; 4 — 1 + 15 м-экв Н+; 5—1 + 10 м*экв Са21*; 6 — 1+20 м-экв Са24-; 7—1+30 м-зкв Саа+; 8,9, 10 — компостирование в-суглинке с реакцией среды (р К м,ди J соответственно: 4,2; 7,0; 8,2.' " ■ . ' ,. '

В варианте 2 использовали исходный .покровный суглинок," в 9-М— нейтрализованный Са(ОН)г> в 10-м — лессовидный суглинок.

•' Схема опыта 2. 1 =—контроль (растительность + песок); 2—1+ 10 м'экв Mg2+; 3—1 + 10 м-экв Na+ на 100 г компоста.

В опыте 1 комносты снимали через 3, 30, 60, 90, 120, 180, 270, "540, 720 дней, в опыте 2 — 3, 30, 90* 120 дней. Для каждого срока компостирования были заложены отдельные сосуды.. ' ■ " ' "

В свежих нсвысушенних компостах проводили учет микроорганизмов (методики изложены в практикуме но микробиологии под редакцией Е. 3. Теппер, 1973): 1) сапрофитных на мясо-пептон ном агаре (МПЛ); снорообразующнх на МПЛ + СА; 3) микроскопических грибов на сусло-агаре (СА); 4) микроорганизмов, использующих минеральные формы азота, на крахмало-аммиачном агаре (КАЛ); 5) микроорганизмов, разлагающих клетчатку, па среде Л. Л. Имшенецкого и Л. Н, Солнцевой. Посев на всех твердых средах, кроме СЛ, проводили глубинным методом. ; ~ - * ■ ■

Определение ОВП ком постов проводили при помощи пла^ тннового проволочного и каламельного электродов на потен-циометрё рИ-340 в" четырех кратной-повтор к ости. ■ ■

Биохимический анализ растительных остатков определяли по схеме Кизеля (рабочая методика составлена М. Кононовой, 1951). Новообразованные гумусовые вещества .извлекали водой и раствором пирофосфата натрия (рН~10,2), ;"а также проводили последовательную экстракцию водой, 0,1 м Ма4Рг07 и 0,1 н. КаОН. Во всех вытяжках определяли общий углерод по Тюрину в модификации Симакова, углерод-веществ, осаждаемых Н^ЭО« при рН=2—3, условно называемых «гуминовыми кислотами». Не осаждаемую кислотой группу гумусовых веществ, условноотнесенную к «фульво-ккслотам», определяли по разности. Соотношение навеска компоста: экстрагент составляло 1:5, соотношение расти: тельные остатки: экстрагент при этом равнялось 1 : 100. ■

Глава 1. РОЛЬ ОБМЕННЫХ КАТИОНОВ | В ПРОЦЕССАХ МИНЕРАЛИЗАЦИИ И ГУМИФИКАЦИИ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОСТАТКОВ

^ I. Влияние обменных катионов Н+, Са2*-, М£2+, на процессы разложения растительных остатков н состав микрофлоры, участвующей в этих процессах

'1 • 1""

В развитии всех определяемых групп микроорганизмов наблюдалась периодичность, которая связана с последовательным разложением компонентов растительных остатков, а также с накоплением продуктов жизнедеятельности микроорганизмов, тормозящих<их дальненшийрост. ,

Численность гнилостных микроорганизмов (табл. 1) во всех вариантах максимальная в 3-дневных компостах. Цз поглощенных катионов наибольшее влияние на рост микроорганизмов данной группы оказал обменный водород. С увеличением его количества, а следовательно, с понижением величины рН, численность гнилостных микрорганизмов ..резко снижалась. Обменные катионы Са^ и М^ оказали незначительное влияние:на рост микроорганизмов данной группы. В компостах с добавлением обменного Ыа численность микроорганизмов на МПА во все сроки определения, кроме 90-дневного, выше, чем в контроле. В составе микроорганизмов на МПА до" 30 дней разложения растительностигосподствующими были неспброносиые флюоресцирующие бактерии и желтые пигментные бактерии. Бациллы появлялись после 30-дневного срока. Максимум их количества на МПА и МПА+СА отмечен на 60- и 90-й:день определения (табл. 1).

Развитию бактерий и актиномнцетов на КАЛ в значительной степени способствовали обменные катионы кальция, в меньшей — магния, и натрия. Обменный водород угнетал

Таблица 1'

Влияние обменных водорода н кальция на численность микроорганизмов, выявленных на МПА, МПА+СА, КАА и СА

(в млн. клеток на I г компоста) "

Сроки компостирования, дни

Варианты 3 30 60 90 120 (80 270 . 510 720

МПА

Контроль . . , ', 501,00 307,00 05,10 132,00 19,18 59,05 15,49 7,44 4,48

» + 5 м-экв И* . . . , 9,80 132.00 122,00 29,39, 50.13 50,75 8,23 1,19 1,42 '

» + 10 м-экв И+ . \ . , — 30,10 21,24 0,96 0,07 — — — —'

> + 15 м-экв Н+ , , , , _ 11,00 27,СО ■. — " 0,04 — — — —

» + 10 м-экв Са'+ ... 813,00 101,00 80,18 28,51* 62,73 32,20 16,10 17,08 не опр.

» + 20 м-экв Са*+ ... 1010,00 173,00 289,10 38,80 22,14 23,91 27,07 10,65 6,71

» + 30 м-экв Са2+ . 455,00 49,80 114,00 49,60 30,87 22,57 24,80 5,47 не опр.

МПА+СЛ V

Контроль' . , . . ; . *. 1,33 не опр. 9.76 1,01 ■0,49 4.60 : 1,05 0,37 0,61

* + 5 м-экв 11+ , не опр. 3,76 не олр. 1,05 0,02 5,32 0,09 0,19 0,18

» ■■ + 10 м-экв 11+ , — 0,17 — 0,03 0,03 0,03 _ — —■

» + 15 м-экв Н+ . ... — 1 0.16 — : 0,07 '* 0,02 0,03 — — ,0,15

... ^ +10 м-экв Са4+ . . . 2,46 не опр. 2,31 3,73 0,27 2,42 0,83 ' 0,99 не опр.

» + 20 м-экв СаН .". . 1,61 не опр. ■ 2,93 1,57 ; 1,56 3,75 1.27 0,02 0.59 '

> + 30 м-экв Са5+ , 0,49 3,14 4,80 4,18 0,02 5,63 , 0,89 0,41 ке опр.

Продолжение таблицы 1

Сроки компостирования, дни

Варианты 3 30 СО да 120 180 270 540 720

,, - КАА

Контроль , . ....... 4,38 42,00 90,10 58,31 26,44 3,57 12,22 15,25 0,10

» + 5 м-экв И+ .... 0,05 5,14 20,81 50,43 25,01 3,42 1,82 0,95 0,05

» + 10 м-экв Н+ , . « 0,04 7,20 16,52 6,48 3,05 8,23 . 7,20 3,00 4,88

» + 15 м-экв 11+ . , , , 0,03 не опр. 12,00 5,90 5,23 7,75 9, СО 4,45 ■ 5,41

» + 10 м-экв Саг+ . , . 8,86 33,80 40,59 68,32 33,30 1,71 12,32 22,69 не опр.

+ 20 м-экв Са*^ . . . 18,72 19,50 51,86 76,50 33,14 4,15 39,93 18,88 2,93

> + 30 м-экв СаН . . , 30,50 101,00 58,80 СА 11,16 40,81 8,93 13,52 9,12 не опр.

Контроль . . ■ ...... 1,21 не опр. 0,59 0,19 0,000 0,03 0,05 0,01 0,0002

5 м*экв И+ ". , . . 3.23 не опр. 3,78 5,17 1,09 0,08 0,44 0,99 0,37

» + 10 м-экв Н+ , . . . 4,95 не опр. 4,78 5,И 3,81 1,88 6,35 0,80 0,54

» + 15 м^экв 11+ ... , 10,20 не опр. 9,30 10,88 1,03 2,02 9,78 0,41 0,12

> + 10 м-экв СаН . .. , 2,09 не опр. 0,60 0,45 0,12 0,13 0,49 0,000 не опр.

» + 20 м-экв СаН . .. . 2,17 не опр. 0,98 0,45 0,10 0,29 0,14 0,02 0,006

: » . + 30 м-экв СаН , . , 2,40 не опр. 0,39 0,42 0.14 0,27 0,32 0,005 не опр.

развитие микроорганизмов данной группы. В вариантах с 10 и 15 м • экв Н+ жизнедеятельность бактерий и актнномицетов была почти полностью подавлена, на данной среде развивались грибы.

На развитие целлюлозоразлагающих микроорганизмов обменные катионы оказали такое же влияние, как и на микроорганизмы, прорастающие на КАЛ.

Максимальное количество грибов (табл. 1) отмечено в вариантах с 10 и 15 м * экв Н+, где реакция среды но срокам определения колебалась в пределах рНВодн. =2,6—3,2. В вариантах с разным содержанием обменного кальция численность грибов различалась незначительно, но была выше, чем в контроле. Обменные формы магния и натрия не оказал» заметного влияния на численность микроскопических грибов.

С характером развития микрорганизмов тесно связано изменение биохимического состава исходной растительности. Наиболее отчетливо прослеживается разложение гемнцеллю-лозы и клетчатки, которое происходило очень быстро в контроле и в вариантах с обменным кальцием, характеризующихся высокой биогенностью. В вариантах с обменным водородом, отличающихся низкой микробиологической активностью, разложение клетчатки и ге м и цел л ю ло з ы в сильной степени замедлялось. Разложение гемиделлюлозьг и клетчатки в вариантах с обменным кальцием происходило интенсивнее, чем в контроле. Так, к 180-дневному сроку гем»целлюлозы осталось в контроле 8,05%, в вариантах с обменным кальцием — 2,5—7,0 %.

Разложение белковых веществ происходило замедленно, что связано с вторичным ресинтезом их микроорганизмами. Во всех вариантах опыта наблюдалось относительное обогащение компостируемого материала лигнином. Это объясняется, по мнению С. Л. ВаксмаНа (1937), М. М. Кононовой (1951), Е. 3. Тенпер (1954), его устойчивостью к разложению микроорганизмами.

Динамика развития микроорганизмов и изменение биохимического состава растительных остатков находит отражение в изменении окислительно-восстановительного потенциала и реакции среды. Бурный рост микроорганизмов сопровождался понижением потенциала и подщелачиванием среды.

2. Состав новообразованных гумусовых веществ

Особенности развития микроорганизмов и разложения растительных остатков оказали влияние на образование гумусовых веществ. Изучение содержания и состава водорастворимых органических веществ из компостов показало, что наибольшее их количество (2,74% С) извлекается из исход-

с

г.о 1.0

%

.-»шиновив кислота

"фудьвоаисяота

С "г.к,"/ с « *.я.

Л> Ы> $0 ЛО И0. С» ¿40 ' ?20

сроки кокпосшровакия (дни)

Рис 1. -ДИНШКА "ГШШОВИХ ИйСГОГ , НИЬВИЩСДиГ И

ОТНОШЕНИЯ С "Г.*.*/ С "фли-ИЭ КШПОСГОВ С РЛЗШ С0ДЕР1АННЕК. ОБНШЮШ ВОДОРОДА И КШцИЯ ^

■;. контроль;----+5 мг-акв Н*;-——+■ 10 иг-экв Н ;

15 КГ-ЭКО Н*;

20 кг-зкв

1ЛК./Ш

ной растительности, к 270-дневному сроку содержание этой группы веществ уменьшается до 1,52% С. По данным определения группового состава органических воществ и гютешшо-метрического титрования, в составе водорастворимых органических веществ в вариантах с обменным водородом преобладали кислые продукты; в контроле и в вариантах с обменным-кальцием — соли ннзкомолекулярных органических кислот и новообразованных гумусовых кислот.

В составе гумусовых веществ пирофосфатнон вытяжки (рис. 1) с увеличением количества обменного водорода умень-шастся количество веществ типа «гумнновых кислот» и увеличивается фракция «фульвокислот>. Добавление в компо-сты обменных Саг+ и Мдг+ способствует ускорению разложения растительных остатков, а также минерализации новообразованных гумусовых веществ, что ведет к меньшему образованию «гуминовых кислот» по сравнению с контролем (табл. 2, рис. !)■ Обменный ■натрий (табл. 2) не оказал значительного влияния на качественный состав образующихся

Таблица 3

Влияние обменных катионов магния и натрия на групповой состав гумусовых веществ ком постов

Сроки компостирования, дни

Варианты до разложения 3 30 90 120

С общий, %

Л,67 2,39 2.16 3,44

» +10 м-экв . . . 4,67 2,08 1,68 1,74

» +10 м-экв Ла ... 4,67 2,00 2,42 3,24

Контроль.......

» +10 м-экв Л1£г+ » +10 М'^кв Ма-г

Контроль .

» +10 М-ЭКВ + » +10 м*экй Ыа+

Контроль

+ 10 м-экв Ме»-" + 10 м-экв +

%

0.2Э 0,38 0.95 1,61

0,20 0,44 1,56 0,79

0.2У 0,35 1.П 2,05

к,'

%

1,87 0,82 1,94

■1,37 2,01 1,21 1,83 0,75

■1,37 1.64 1.12 0,95 0,64

4,37 1Л5 1,31 1,19 0.93

Сг.к. 'С 4>. к.

0,07 0,19 0,78 0,88 2,50

0,07 0,27 0.50 0,83 0,38

0.07 0,21 0,84 1,72 2.10

гумусовых .веществ.: Диспергирующее его действие, вероятно, проявляется - ¡в , процессе1 : взаимодействия " с минеральной частью почвы: Отношение Ст 'к;: Сф. к. во всех вариантах опыта возрастало'с увеличением степени разложения растительности! ;в 'основном, за. счет! роста веществ типа гуминовых -

КИСЛОТ. >"" • •■''-." ••' • '■■*"■■"■'■.';■ " ' : ..."

При-сопоставлении группового .состава новообразованных: гумусовых веществ с качественным составом микроорга- . низмов; ■ разлагающих растительность, следует отметить, что образованию веществ типа «гуминовых кислот»" способствует развитие;грибной;и бактериальной микрофлоры.■ Развитие только грибной микрофлоры в вариантах с сильнокислой реакцией'. среды: (рН веди. =2,6—3,2) приводит к замедленному'. разложению растительности, процессы синтеза прнэтом почти полностью отсутствуют. Медленная и неполная гумификация приводят к образованию слабополимеризованных составляющих,(главным образом, веществ.типа фульвокислот.

• Глава 2. РАЗЛОЖЕНИЕ И ГУМИФИКАЦИЯ

-РАСТИТЕЛЬНЫХ ОСТАТКОВ В СУГЛИНКЕ .....^ЗАВИСИМОСТИ ОТ РЕАКЦИИ СРЕДЫ

■ ' Известно, что- интенсивность-разложения и направленность: процессов гумификации растительных остатков значительно различаются~в суглинистых н песчаных почвах. Изучение процессов гумификации в суглинке при разном значении рН показало, что в процессе разложения растительности заданные значения рН и первоначальный уровень окислительно; восстановительного потенциала значительно изменяются. До 90—120; дней компостирования происходило подщелачивание среды нападение потенциала, что связано с интенсивной деятельностью микроорганизмов, потребляющих легкодоступные вещества, и с высвобождением продуктов распада, имеющих щелочную; природу. Затем происходило понижение величины рН и повышение ЕЙ при-последующей стабилизации данных показателей. Наибольшую величину ОВП 'на протяжении всего периода разложения растительности'имел кислый суглинок. Однако лучшими окислительными условиями характеризовался вариант, 'где компостирование проводилось в-лессовидном суглинке. Показатель гНг в первом случае равен 28,0—34,2; во втором —28,2—36,6. Так же как и при компостировании растительности в песке с разной реакцией среды, [микробиологическая активность компостов с суглинком, ; имеющих разную реакцию среды, сильно различалась. - Компостирование ¡растительности в кислом суглинке приводило кугнетению микроорганизмов на МПЛ, МПЛ+СА, КАЛ,

а также микрорганизмов, разлагающих целлюлозу, и к интенсивному развитию микроскопических грибов.

Следует отметить, что компостирование в лессовидном суглинке привело к некоторому уменьшению численности микроорганизмов на МПА и КЛЛ, особенно в начальные сроки разложения, но сравнению с компостированием растительности в нейтрализованном покровном суглинке. Это связано со слабощелочной реакцией среды лессовидного суглинка и наличием свободных карбонатов, которые могут угнетать развитие микроорганизмов.

С особенностями развития микроорганизмов связано изменение биохимического состава растительных остатков. Установлено, что с увеличением рН компостов разложение протеинов, клетчатки и гемицеллюлозы ускоряется,-Следует подчеркнуть, что скорость минерализации гемицеллюлозы и клетчатки при компостировании в суглинке в начальные сроки разложения была выше, чем при компостировании в песке при близких значениях рН. Это связано с более интенсивным развитием перечисленных выше групп микроорганизмов при компостировании растительности в суглинке.

Компостирование растительности в суглинке привело к значительному снижению водорастворимых органических веществ по сравнению с компостированием в песке, что связано с поглощением водорастворимых продуктов разложения суглинком и образованием нерастворимых в воде органо-ми-неральных соединений. Из состава водорастворимых органических веществ поглощаются полностью вещества, осаждаемые серной кислотой, и частично, не осаждаемые кислотой. Следует отметить, что водорастворимые органические вещества присутствовали на протяжении всего времени наблюдения. В варианте с кислым суглинком содержание водорастворимых органических веществ было несколько ниже по сравнению с двумя другими вариантами.

. Реакция среды, при которой проводилось компсстирова-, пне растительных остатков, оказала значительное влияние на состав гумусовых веществ пнрофосфатной вытяжки (табл. 3)./ Компостирование в кислом суглинке задерживало раз лож е- ( ннё растительных остатков и привело к незначительному на-' коплению веществ тина гуминовых кислот. В то время как в других вариантах происходило постепенное увеличение веществ .типа гуминовых кислот, в кислых условиях до 540-дневного срока компостирования содержание «гуминовых кислот» изменялось незначительно. Только в конце наблюдения (540 и 720 дней), когда процессы минерализации в .вариантах с нейтральным суглинком и лессовидным начинают преобладать над процессами гумификации, что сопровож-

" л ¡У 1 1 ^ ■ Групповой состав гумусовых веществ иирофосфатной вытяжяя шкдипостов ссугл инком р

У; ____' . V' ' ; ' '• ' ' (р % к навеске растительности) • "'''С.'-'.. \-Л?'

Таблица-3

•' - -> -с- -.. . - .

Варианты, рИ^оц,. -

Покровный- суглинок,* 4,2 Покровный суглшюк, 7,0 /1сссовидний суглинок, 8£

•«• ' '"..". V' ' '.' -

.. ъ; - :. ■

Покровный 'суглинок,' 4,2 Покровный суглшюк, 7,0 Лессовидный суглинок, 8,2

. Покровный суглинок, 4.2 Покровный суглинок, * 7.0 Лессовидный суглинок, 8,2

■ , ■ . , " <,-3 лу . ■ . ,з-

"■>Покровный-: суглинок,.4,2 -' ; Покровный ¡суглинок, - 7,0',. Лессовидный,суглинок, 8,2

г' ; г Сроки компостирования. дни —.'-с, -ггг:,-"

до разло жения з 30 60- ■ 90 ■120 ' 180 ■270' .510 720

С общий, % , : , ' .м Г Л

■ - 4,24 " .4.24 , 4,21;. 2,48 ■ -2,29 . ': 1,75„ : 1,98 . : 1.42 •: 2,22 ' 1,63 . 1,96 -> 1.74 . ■ 2.35' ' 2,12 2,12 1,С0'- 1,71 1.79 2,15 1,81 цо 1,26 1,24 1,31 ' 1,41 ■'1.40; 1.11, -1,30 1,28 ;0,85

; С *гумнновы* - кислот», % "." с':'*; с

.0,21 : 0,21 . 0,21- .0,74. , 0,71 ■ 0,60. . . 0,35 --0.53 ' ' 0,02 0,41 " 0,63 0,63 ™ 0,530,66. ' 0,74 0.41 "0,65' • 0,80- 0.48 0,78 "0,81 Г.' 0.45 0,68 0,08 ; 0,62 .0,44 0,44' 0.65 0,50 0,52

; С €ф ульвокислот», ■ - ; ~ ■ • "У.

' 4,03" ■ 4,03 : :,4.03. . 1,74 • ' 1,58 -:-;135 , 1.63 \ 0,89 1,со ; ~ 1,22: 1,33 1.11. , 1,82: 1,46' 1.34' ' "я ► 1,19: 1,06 -; 0.93; :1,67 1,03 ■ 0,99 0.81 0,56 .0,66 0Л2' 0^)0 0,67 0,65 0,78 В, 33

'с 0,06". ';0,05. . '.0,42 ' 0.45 '■"-0,52 / ■■ "0,22 ■ 0,59:. ;. о,зэ ф.кн " 0,34' - : 0,47; / 0,57 0.29: ' 0,73' .-0,55- ;. .т; ' ' 0,31'' 0,61..' ,. 0,91 ' '0,29 ; 0,75 0,66* 0,56' 1,22 1,03 "0,76' .0,46 0,66. 1,00 0,64 :1,57 . .'

дается уменьшением новообразованных гумусовых веществ, в кислых условиях происходит некоторое увеличение «гуМи-новых кислот». В вариантах с нейтральной и слабощелочной реакцией среды количество 1 образующихся' гумусовых ' веществ и их качественный состав во все сроки определения * имеет близкие значения (табл.3). ■

Следует отметить, что при компостировании растительности в суглинке меньше образовывалось веществ'типа гуми-новых кислот по сравнению с компостированием в песке при близких значениях рН. Это связано с большей скоростью минерализации растительных остатков в суглинке, а также, по мненню;Л. А. Александровой .(1966)» с частичным расщеплением очень мобильных новообразованных гумнновых кислот в процессе их взаимодействия с компонентами минеральной части суглинка.

Глава 3. ВЛИЯНИЕ ОБМЕННЫХ КАТИОНОВ НА ПОГЛОЩЕНИЕ ВОДОРАСТВОРИМЫХ ГУМУСОВЫХ ВЕЩЕСТВ СУГЛИНКОМ И БЕНТОНИТОМ

К Кинетика и статика сорбции. Изучение кинетических и статических закономерностей сорбции водорастворимых органических веществ суглинком, насыщенным катионами Н+, Саа+ и Мй1+, показало значительное их влияние на механизм сорбции. Максимальная скорость сорбции самого медленного сорбционного процесса имеет суиглинок в Са-форме (константа, кинетики сорбции £1 = 7,5-10~5 сек~'). Он же характеризуется наименьшим периодом установления сорбционного равновесия (17,2 часа). Период установления сорбционного равновесия у суглинка в Н- и М^-форме соответственно равен 32,3 и 57,6г часа. По влиянию на количество адсорбированных органических веществ катионы располагаются в ряд:

2. Поглощение новообразованных водорастворимых «гумнновых кислот» и «фульвокислот» суглинком и бентонитом.

Качественная неоднородность водорастворимых органических

веществ предполагает различия в поглощении. их фракций.

Результаты исследований показали, что при использовании водорастворимых органических веществ с концентрацией 330 мг/л, представленных в основном не, осаждаемой кислотой фракцией (отношение С г, к.: С ф.к, =0,19), вещества типа гуминовых кислот поглощаются суглинком в количестве 68—91%', бентонитом—94—100% от. исходного, их содержания в вытяжке. Фульвокислоты поглощаются сорбентами в значительно меньшем количестве (20—45% от их содержания в исходной вытяжке). При использовании вытяжки с концентрацией водорастворимых органических веществ 1050 мг/л

: (в„том. числе содержание «веществ .типа ,. гу м и н ов ых ;. кис л от 782,5^м г/л; типа ;фульвокислот: 267,5 мг/л) -вещества-типа гу-; мнновых, кислот о б о и ми.'со рбе нт а м и также-:\иоглощаются;лв'; большем количестве, чем"фульвбкислоты. Однако.впересчете -'на' и х I и сход н ое. со д е р жа н в вытяжке "ве.'дества типа гумино-^вых:/кпслот и фульвокислот поглощаются примерно: в ,одйна-ковом'.количестве.(таблЛ4).';Отсюда следует,,что на колячестве иные закономерности1 сорбции веществ 'типа »гуминовых/ .; к и слот.'и ' фул ь вок 11 сл от; в ли я ет, их соотношение и, концентра- ; цня ¿'исходном растворе! . ..",..■' ■ ^^ Ч^.

V .• ,■ : ' * •;:'"!': ^ .:■■' 4 ■ ■ ^ , ^ Таблица 4

' .'/ Пеглощение, "водорастворимых? органических веществ в зависимости ' '

; I от насыщающего катиона и реакции среды исходного раствора V

; Ы 1—6,2 рИ — 8,2

■ '¿'V " X в том числе в'.том числе

< — • я я -,

V >¿1 Насыщающий катион* ••••г.'1" ••.'• , ■-, » " / ■.'-: ^ 10 в?« В ■7« а I» и я 5 Э-Й и.о « ' ' ' А "М- : * А « Ц г а п 5 а Ь; и 3 О £1. а с о а '-Г 1-, > г* , иг. * М е 7 ■■ ^.

-у ' " ■ ■■ 1 1' Л1 ■ ; мгС на 100 г сорбента "

204, Г- 162,8 42.3 191.8" ¡41.6 -50.2'

> 19,4 20,8 15,8- 18,2'. -18,1' 18,8;,

186.8 156.) 30.7 ' 170,2 122,9: 47,3'

■17,8 20,0 .11,5 - 16,2 ■15,7 17,6 *

156,0 110,5 45.5 120.6 83,3 ; 37,3

ИсходныЛ • •/'^■'Т •т-"' - * • * ' 14,9 14,1 ,17,0 ■ 12,0; ; Ю.7., 14,0 .

'' ■. '-1 174.9 126,5 48,0 132,4' 103,1 .29,3 V

' 16,6, .16,2 .18.0 12,6 13,2; 11,0 ^

При меча ни е.' В Знаменателе -- % поглощенного С; от С обще--' го, Сг „ и С * „ в исходном растворе. - : ;

■ '' По влиянию на количество поглощенных данным|| "сор-Я; беитами.веществ типа гуминовых кислот и' фульвокислот ка-/;£ тиоиы образуют ряд (в порядке возрастания) Са?+;-;

Н+.'- Поглощение гумусовых" веществ происходит'по типу фн-н ,зико-хнмическои и физической адсорбции. Различия в погло-^ .щеннй гумусовых .кислот'бентонитом и' суглинком,' насыщен-'! ■ ных* катионами Са н Мд- по нашему мнению, связаны с явле-*; : ниямй- физической адсорбции; на величину которой ;влияет" заряд поглощенного катиона^ Магний; ионный радиус -кото-'1 ; рог'о меньше, чем I у кальция, придает поверхности Чорбентов;; больший заряд, что ведет;-к усилению ' электростатического! отталкивания между молекулами водорастворимых-органиче-г;

IV • • ."•" • ; '•"'•'" -'V '

ских, веществ». нов ерх н ост ью - м и н ер а л а,. Из у ч е н и е поглощения водорастворимых «гумшювых кислот» и «фульвокислот» при' реакции; ,среды :г11сходнь1х" . растворов — рН 6,2 ,, и . 8,2 (табл. 4) показало,;что,при рН 8,2 суглинок, насыщенный ка; тионами Ы4",' Саг+: HVMgf.fi:'.поглощает меньшее количество как водорастворимых органических, веществ в целом, 'так-и "^отдельных его7фракций но сравнению с нейтральной вытяжкой.* ...'. ... . ;

.3. Прочность закреплення водорастворнмых органических веществ суглинком, и бентонитом. Прочность связи адсорбированных органических веществ оценивали путем определе-. ния нх растворимости ;в; воде, 0,1 м Ма4Р20? и 0,1 н.- ЫаОН. . Водой снимается1 атабо1адсЬрбнрованиая часть' органических веществ, ■^■.■"лу; ■ .... -' ■. - Л

, Исследования,показалй7 что 'водой снимается с суглинка 17—25%' С ;; от ;|поглощённого'' и 8—17,% с бентонита, причем в основной снимаются ;; вещества тина фульвокнелот. С 'сор-. , бейтов, : насыщенных { водородом,: 'десорбировалось' ' больше органических' веществ, по',сравнению с суглинком .и бентонитом в Са-^н^МЕ'фо'рмс^ПирофЬсф.ат натрия снимает от 30 до 80% С органических,»веществ от поглощенного,г." щелочь ~ 10—30%." Следует ответить, что пирофосфат натрия десорбирует с бентонита . меньшее»■'количество органических• веществ, чем с суглинка,.что,"свидетельствует.о значительном' влиянии минералогического состава' на прочность образующихся орга-но-минеральных - соединений.' Общее количество десорбиро-ванных .гумусовых веществ; в том числе гумнновых ; кислот, зависит'.от'нас'ыщакк.цепу сорбент. катиона и возрастает в ряду:' С аг М^2 +," Н+ *--' со р С е н т. ■'

Т аки м о б р азо м, в [б о л ыием количестве поглощаются водорастворимые. органические;вещества и отдельные-их -группы суглинком и ;бентонйтом"в Н-форме; в меньшем —при насыщении сорбентов Оа^: н'М8г?..Однпко сорбент в'Н-форме непрочно закрепляет гумусовые вещества; при обработке 0,Гм Ыа4Р20г н'О.Шн: ИаОН они почти полностью экстрагируются.-/Прочнее связывают- поглощенные органические вещества ■ сорбенты;-; насыщенные ^двухвалентными катионами, особенно кальцием; ,' • - г . ■

, ' . Выводы '

, I - В условиях "модельных опытов изучено влияние обменных катионов-Н+,;,Саг;(:,'.М£2"!;, N3+на процессы разложения н гумификации растительных:остатков, а.также.на закрепление новообразованных^гумусовых'веществ. Установлено, что^скоростью минерализации основных компонентов -* растительных остатков сильно'заторможена1р..црнсу.тствии„обМ€ННого. водо-^ода,-ускоряется1В^среде,-обогащенной _обменный!_л(альцием.

2. Изучение микробиологической активности компостов показало, что обменный водородподавляет жнзцедеятель- ( еюсть бактериальной^микрофлоры_и_стнмулнрует„ развитие/ грибной. В вариантах.с 10 и 15 м-экв Н+ разложение расти-' тельных остатков .происходило только под действием грибов. Обменный-кальцшин в меньшей степени магний способствуют развитию целлюлозоразлагающих_микроорганизмов, грибов,/ микроорганизмов,.использующих, минеральные формы азота, особенно актином нцетов, что приводит к интенсивной.минера^ лизации как. растительных остатков,.так и новообразованных гумусовых веществ. Обменный натрии способствует развитию гнилостных микроорганизмов и несколько подавляет грибную микрофлору.

3. В составе водорастворимых органических вешсств в} компостах с разным содержанием обменного водорода преоб-1 ладают кислые продукты, н контроле п в вариантах с обмен-: ным кальцием преобладают солн ннзкомолекулярных кислот к новообразованных гумусовых кислот. В составе новообразованных гумусовых веществ ннрофосфатной вытяжки с увеличением количества обменного водорода снижается содержание веществ тина гуминовых кислот к увеличивается содержание фульвокислот. Обменные кальций и магний ускоряют минерализацию растительных остатков и новообразованных гумусовых ве/цеств, что ведет к меньшему образованию «гуминовых кислот» по сравнению с контролем. Обменный натрий не оказал значительного влияния на качественный состав! образующихся гумусовых веществ.

4. Установлено, что скорость минерализации растительных остатков в суглинке вначале разложения несколько выше, чем в песке. При близких значениях рН количество новообразованных гумусовых веществ, особенно веществ тина «гуминовых кислот», в суглинке меньше, чем при компостировании растительности в неске.

5. Наблюдалась тесная связь динамики состава новообразованных гумусовых веществ с динамикой значений рН и НЬ, численности и состава микрофлоры, биохимического состава растительных остатков. В динамике перечисленных показателей было выделено четыре периода, которые соответствуют стадиям гумификации растительных остатков.

6. Изучение кинетических и статических закономерностей сорбции водорастворимых органических ве/деств показало, что кинетические н статические параметры сорбцни определяются составом поглощенных катионов. Наибольшее сродст- • во к водорастворимым органическим веществам имеет кальций, о чем свидетельствует наибольшая скорость сорбпни и наименьший период установления сорбциониого равновесия.

16 1 .

7. По влиянию на количество поглощенных водорастворимых новообразованных гумусовых веществ, в том числе «гуминовых» и■ «фулъвокислот» суглинком н бентонитом, катно-' ны располагаются в ряд: Н"н>Са24">ЛД^2*. Количество поглощенных «гуминовых кислот» н «фульвокислот» возрастает с увеличением нх концентрации в исходном растворе и с понижением реакции среды.

8. По влиянию на прочность закрепления поглощенных новообразованных гумусовых веществ обменные катионы располагаются в ряд: Са2*>Мй2+>Н+.

Особенности гумификации растительных остатков, поглощения и закрепления новообразованных гумусовых веществ в зависимости от обменных катионов обусловливают значительное накопление гумуса, а в его составе гуминовых кислот, в почвах, обогащенных кальцием и магнием, н невысокое содержание гумуса с преобладанием в его составе фульвокис-лот в кислых почвах.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы

1. Влияние обменных форм водорода и кальция на гумификацию растительных остатков. Известия ТСХЛ, вып. 2, 1977 (в соавторстве).

2. Влияние поглощенных катионов на процесс гумусообразования. В сб. «Особенности почвенных процессов дерново-подзол истых почв». Изд. ТСХЛ, М„ 1977 (п соавторстве).

ОЛьем РД п. л.

Зака.1 1700,

Тираж 1 СО

Типография Московской с.-х. академии нч. К. Л. Тимирязепа 125008, Москва Л-8, Тнмнрязепская ул., 44