Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ВЛИЯНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ НА СОРБЦИЮ И МИГРАЦИЮ ИОНОВ КАЛЬЦИЯ В ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВАХ АРХАНГЕЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "ВЛИЯНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ НА СОРБЦИЮ И МИГРАЦИЮ ИОНОВ КАЛЬЦИЯ В ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВАХ АРХАНГЕЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

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

На правах рукописи ПЛАТОНОВ Иван Григорьевич

УДК 631.421 + 631.452

ВЛИЯНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ НА СОРБЦИЮ И МИГРАЦИЮ ИОНОВ КАЛЬЦИЯ В ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВАХ АРХАНГЕЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ

(Специальность 06.01.03 — почвоведение)

Автореферат диссертации на соискание'ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА —1985

/

г ■ л

,Cj>i . tf 'k*

dadora; выполнена «а кафедре почвоведения Московской ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева.

Научный руководитель — кандидат химических наук, доцент А. И. Карпухин.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук J1. О. Карпачевский, кандидат химических н-аук А. В. Кузнецов.

Ведущее предприятие — Всесоюзный научмо-иссл едова-тельский институт удобрений и агропочвоведения.

Защита диссертации состоится «<ЭО> J-MX&. - 1985 г.

ув/О

» часов на заседании (Специализированного совета К 120.35.0 lv & Московской ордена Ленина' и ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева.

Адрес: 127550, Москва, И-550, Тимирязевская ул., 49, Ученый Совет ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан « JQ » anpejiSL 1985 г.

Ученый секретарь ,

Специализированного совета ;— &/) кандидат сельскохозяйственных —

наук П Н. А. Гончарова

\ ЦЕНТРАЛЬЮ 1ДЯ .....

Í _ НАУЧНАЯ БИо,"И07Ь.ЧЛ : МОСК. СОЛЬСНСХСГ! П г-

< «м- К. А. Тим ¡.i .«J*■ . ' '

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Решениями XXVI съезда КПСС, майского (1982 г.) Пленума ЦК. КПСС и Продовольственной-программой СССР поставлены большие задачи по дальнейшему увеличению производства продуктов питания на базе повышения интенсификации агропромышленного комплекса. Химическим средствам мелиорации земель отводится достойное место в решении этих задач. В настоящее время большое ■внимание уделяется известкованию почв с целью создания положительного баланса кальция и магния в почвах Нечерноземной зоны РСФСР для получения высоких и стабильных урожаев сельскохозяйственных культур. Исследование поведения кальция всегда привлекало внимание ученых в целях повышения плодородия почв. Вместе с тем целый ряд теоретических и практических вопросов до настоящего времени изучен недостаточно. Необходимо дальнейшее изучение некоторых аспектов образования, природы и состава соединений кальция с органическими веществами почв.

Разрознены и фрагментарны сведения об устойчивости этих соединений и их роли в миграции кальция в ландшафтах. К настоящему времени накоплено много данных о масштабах миграции кальция в почвах гумидных областей; но недостаточно выяснены вопросы сорбционного взаимодействия соединений этого элемента с генетическими горизонтами почв.

Кальций—важный биафильный элемент, потребляемый растениями в значительных количествах. Поэтому особый интерес представляет изучение доступности Са из соединений с органическими веществами.

Исследование сорбционных параметров, миграционной способности, доступности соединений кальция растениям и эффективности разных способов химической мелиорации является важной частью проблемы по разработке и усовершенствованию научных основ и способов повышения плодородия почв -в условиях интенсивного земледелия.

Цель и задачи исследований. Цель работы состояла в изучении поведения кальция в подзолистых почвах и измене-

ния свойств этих почв при различных способах внесения-известкового материала. Для разрешения этой дели необходимо было решить следующие задачи:

1. Выяснить природу взаимодействия ионов кальция с фульвокислотами почв, главным комплексообразующим агентом .природных вод таежно-лесной зоны;

2. Определить состав и свойства соединений -кальция с органическими веществами почв;

3. Изучить сорбционные параметры и'миграционную способность разных форм кальция в подзолистых целинных и освоенных почвах;

•. 4. Исследовать трансформацию извести и влияние разных способов внесения мелиоранта на физико-химические свойства и состав гумуса подзолистых почв;

5. Выяснить доступность растениям Са из различных ор-гаио-минеральных соединений.

Научная новизна и практическая ценность работы. Впервые с использованием современных физико-химических методов проведено систематизированное изучение Са-органичес-ких соединений. Определены природа, состав, свойства Са-ор-ганических соединений, приготовленных (на основе препаратов фульвокислот и их молекулярно-массовых фракций. Полученные результаты исследования состава и свойств Са-фуль-ватных соединений расширяют наши представления о механизме взаимодействия щелочноземельных металлов с органическими веществами почв и их роли в процессах почвообразования.

На основании исследования сорбционных взаимодействий кальция с почвами и результатов полевых экспериментов установлено, что ведущая роль в миграции Са ¡принадлежит диффузионным процессам и его передвижению с гравитационными потоками воды. Натурными экспериментами с использованием изотопа 45Са установлено усиление выщелачивания этого элемента из пахотного горизонта лри совместном внесении извести с навозом и торфом. Проведенные исследования позволили разработать научно обоснованные рекомендации по сокращению потерь Са из освоенных подзолистых почв при их химической мелиорации.

В радиовегетационных опытах с водными культурами показана доступность растениям меченого кальция из Са-орга-нических соединений различной природы.

Реализация результатов работы. Разработала методика последовательного изучения природы, состава и свойств каль-цийорганических соединений, которая может быть использована в других научно-исследовательских организациях. Методические разработки и практические рекомендации используются в совхозе «Вилегодский» Архангельской области, где

(Соискателем были проведены основные стационарное исследования и полевые опыты, и Котласским объединением «. С ел ь х о з х ¡га и я ».

Апробация полученных материалов. Результаты исследований доложены на научных конференциях ТСХЛ (Москва, 1980, 1981, 1982 годы), «Генезис и регулирование плодородия почв» (Горький, 1982 г.). научной сессии, посвященной 125-летию со дня рождения Н. М. Сибирцева (Архангельск, 1085 г.) и опубликованы в 6 статьях.

Объем и структура. Содержание диссертации изложено на 167 стр., включая 36 таблиц, 42 рисунка и состоит из введения, обзора литературы, раздела «Объекты и методы исследований», 4 глав экспериментальной части, выводов, приложения и практических рекомендаций. Список цитируемой литературы содержит 267 источников, в т. ч. 74 зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В главе 1 — «Формы кальция и их поведение в подзолистых почвах»—кратко .излагаются литературные дамные, касающиеся общего содержания, форм и поведения кальция в почвах. Приводятся сведения об основных этапах исследований сорб-ционных процессов и степени изученности этого вопроса в настоящее время. Особое внимание уделяется рассмотрению закономерностей взаимодействия ионов кальция с органическими веществами и проблем, возникающих при известковании кислых почв. Отмечается недостаточная изученность влияния органических веществ на процессы, определяющие поведение кальция в ландшафтах. В частности, у исследователей нет единого мнения о природе взаимодействия ионов кальция с гумусовыми веществами, мало сведений о составе, и свойствах Са-органических соединений.

Глава 2. «Объекты и методы исследований». В качестве объектов исследований были выбраны автоморфные и глее-вые подзолистые легкосуглинистые почвы и их освоенные аналоги. В качестве источников органических веществ использо--вали водорастворимые органические вещества природных вод и фульвокислоты, выделенные из горизонта А0Аь Химические анализы почв выполняли по общепринятым методикам. Механический состав определяли по Качинскому, углерод органических веществ — по Тюрину, азот общий — по Кьельда-лю, рН — электрометрически, обменные основания и водород — по Гедройцу, гидролитическую кислотность —• по Каппену, обменную кислотность — по Соколову, калий — по Масловой, фосфор •— по Кирсанову, содержание металлов и кремния в органических веществах — на атомно-абсорбцион-ном спектрофотометре Perkin — Elmer mod-503.

Систематизированную гельхроматографию применяли для молекулярно-массового фракционирования фульвокислот (ФК), выделенных на угле по методу Форсита (1947).

Для аналитических и препаративных целей были использованы тели G-10 и G-50 фирмы «Reanal».

Оптические свойства молекулярно-массовых фракций фульвокислот и продуктов их взаимодействия с Са в УФ и видимой части спектра снимали на спектрофотометре Hitachi EPS-3T, ИК-спектры — на lasco IR-S.

Радиометрические измерения в лабораторных условиях проводили на жидкостном сцинтилляционном радиометре Рак-бета и на установке типа ПП-8 с газоразрядным счетчиком Т-25 БФЛ. В полевых экспериментах использовали полевой радиометр М-30 со счетчиком СБТ-13. Исследования с радиоактивными индикаторами проводили на кафедре прикладной атомной физики и радиохимии ТСХЛ.

В главе 3 — «Природа, состав и свойства соединений кальция с фульвокислотами»—представлены результаты исследований элементного состава молекулярно-массовых (ММ) фракций фульвокислот, а также содержание в них металлов и кремния. Применением ряда физико-химических методов (ионообменная хроматография, гельхроматография, кинетика изотопного обмена, И1\-спектроскоиия), в сочетании с методом меченных атомов, доказывается образование гетеропо-лярных и комплексно-гетерополярных солей кальция со всеми ММ фракциями фульвокислот. Емкость поглощения и комплексообразующая способность ФК возрастают с увеличением их молекулярной массы (табл. 1). Причем 89—94% Са связывается ФК по обменному тину. Максимальная емкость связывания фульвокислотами ионов кальция по комплексному типу увеличивается от 0,27 для фракции с. ММ 430 до 1,15 мг Са на грамм органического вещества для фракции ФК с ММ>10000.

Природа взаимодействия фракций фульвокислот с ионами кальция

•Таблица 1

Фракции

Молекулярная масса

Количество ФК, сорбированных на анионите, мг С/г, сор-

Распределение Са2-*-Кальций, по формам связи, % связанный' -

ФК' мг/г обменные К°1П:

комплексно-связанные

бента

II Ш IV V

>10000

2S0

«а

8Ш 2.903'

3..10 4,ОН 3»94 3,09

1 22

4,»76 3,32 4,70i 5,46 9,14

93,3

92„&

S9.& 88,8'

6,1

7„5

IÜ5 1:1,2

Проведенные исследования ПК-спектров соединений ММ фракций ФК с ионами кальция выявили смещение полос поглощения в область 1600—1700 см-1 по сравнению с 1700— 1800 см-1 исходных препаратов ФК и увеличение пика поглощения в области 1400 см-1, что позволяет предположить наличие электровалентных и, возможно, координационных форм связи меду органическим веществом и кальцием.

Оценку устойчивости комплексных соединений кальция с ММ фракциями фульвокислот проводили методом кинетики изотопного обмена (Фокин Л. Д., Карпухин Л. И., 1967, 1972). Полученные данные (табл. 2) показывают образование двух групп комплексов кальция с фульвокислотами с константами изотопного обмена, для относительно медленнообменивающе-го меченого кальция порядка 10~4 сек-1 и быстрообмениваю-щегося — Ю-3 сек-1. Константы устойчивости выделенных групп комплексов определяли методом ионообменной хроматографии, сравнивая величину Я! исследуемых соединений и эталонных комплексов. Для этих целен хроматографирование проводили на ионообменной пластине «Фикснон» — 50x8 (Венгрия) в 0,1 М раствореСаС1С>4 при рН 10. В качестве эталонных комнлексообразователей использовали этилендиа-минтетрауксусную кислоту (рК 10,59), лимонную кислоту (рК 4,68), серную кислоту (рК 2,31), уксусную кислоту (рК 0,77—0,98) н азотную кислоту (рК 0,28).

Таблица 2

Состав и устойчивость Са-фульватных комплексов, определенных различными методами

Изотопный обмен Ионный обмен

3 ¿й константы обмена, сек-1 периоды полуобмена Тиг, час 1 группа комплексов 2 группа комплексоз

г_ ¿¿а его о И быстро-обмени-вающег.

< п Г2 ЯГ РК Ш РК

и'

I II III IV V 3,92. Ю-4 2,00 • Ю-4 1,52. 101-4 1,14'. Ш-4 1„10. ю-4 4,36. .10-3 2Д2. Ю-3 1.6 . 1СН 4,1 -Ю-4 1,1 - ю-3 0,49 0.91 1,27 1.Й9 1.7Д 0,014 0,083 0,119) Д.175 0201 <132 0,49 О/Л 0,84 6,1 11,0 16.,8 22,4 28,1 0Д> 0.06 а.оз 0.07' 0,0« 1,3 •1,6 1.7 1.8 2,3

Константы устойчивости кальциифульватных соединений возрастают с увеличением ММ фракций ФК для первой группы комплексов от 6,1 до 28,1, для второй от 1,3 до 2,3.

Глава 4. «Сорбция и миграция ионов кальция в подзолистых почвах». Кинетику сорбции изучали в статических уело-

Таблица 3

Кинетические параметры сорбции разных форм кальция почвами

Сорбент (почва, горизонт) Раствор СаС12 Фульваты кальция Гуматы кальция

Р сек-1 Т1/2 час 'равя- час Д см2/сск Р сек-1 Т1/2 час ^равн- час Д см2/сек Р сек-1 Т1/2 час 'равН' час Д см2/сек

А0А1 П,лП ^ С 1,2. Ш-4 ■1,0 • 10-4 1,1-10-« олз. ю-5 1,6 1,9 1.8 .3,1 10,6 12,7 11,6 20„1 3,0- Ю-13 2,0.10-" 2,8. 1 От12 1,6. ю-12 1,9.10-4 1,6-Ю-4 1,8. 10-4 1,0 1Д 1,1 6,7 8,0 7,1 4,8. 10-" 7,6 • Ю-12 Я9"10-12 1,2. 10-4 1,8. Ю-4 1,3. ю-4 1,6 1,1 ■1,5 146 7.1 9,8 3,0. Ю-" 4,6- Ю-12 3,3.10-12

■Апах П°4лП С 1,5 - 1СМ 2,2-10-" 1,1 . ю-4 7,5- Ю-5 :1.3 0,9 1*8 2,0 8,5 5,9 11,6 17,1 3,8-10-" 5,6.10-" 2,8. 10~12 1,9 • 10-" 5,1. Ю-5 2,7-Ю-4 1,8.10-4 1,4.10-4 3,6 0„7 1,1 1,1 2Д7 4,7 7,1 9,1 1„4 -10-" 6,0- ю-1« 3,6.10-12 3,6.1 о-12 и • ю-4 1,2. Ю-4 1,4. Ю-4 1,7 . Ю-4 |1„8 1,6 1,4 1,1 11,6 10,6 9,1 2,8.1<Н° 3,0.10-" 3,6. 10-» 4,3. Ю-12

Апах Пог3лП С(С) 0,9 • 10—4 1,1 . ю-4 ,8„2 • т-5 8,9- Ю-5 •2Д 1,8 2,4 2,2 Н.2 11,6 15,6 14,,4 |Ц8.1 От" 2,8 - Ю-10 2,9-Ю-12 2,5.10~12 13-10"4 Ц8 • 10~4 1,3-ю-4 5,6-10-5 1,1 1Д -1,5 3,4 7,1 7,1 9.8 22,9 4,6.10-" 4,6.10-" 5,6-Ю-15 8,7,- Ю-12 5,8 • Ю-5 1,8.4 О-4 2„2. Ю-4 5,4. Ю-5 ЗьЗ 1,1 0,9 3,6 22,1 '7,1 Д.9 23.7 1„5.10-" 4^. 10-" 10,8-10-^ 5^6 • 10-»

виях. Время установления сорбционного равновесия изменяется в широких пределах — от 4,7 до 23,7 часов и зависит от природы генетического горизонта, состава и свойств сорбти-ва (табл. 3). При этом 80—90% кальция поглощается в первые 30 минут взаимодействия. Графико-математический способ разложения экспериментальных кинетических кривых сорбции позволил установить наличие двух сорбцнонно-кине-тических групп с константами кинетики р^Ю-4—Ю-5 сек-1 и р2= в пределах Ю-1 сек-1. Для групп с медленной кинетикой скорость сорбции определяется скоростью проникновения внутрь почвенных частиц с Д в пределах Ю-10—10~12 см2/сек, причем скорость диффузии для гуматов и фульватов кальция, как правило, в 2—3 раза выше, чем для ионных форм.

Статику сорбции изучали методом переменных концентраций.

Экспериментальные изотермы сорбции кальция образцами генетических горизонтов ночв подзолистого типа в интервале концентраций 0,001—о мг Са/.мл имеют линейную форму. Рассчитанные значения эмпирических констант (К) сорбции ионов кальция почвенными горизонтами возрастают в ряду: Апах яЛ2<С<В, Результаты определения максимальной величины емкости сорбции (табл. 4) показали, что она

Таблица 4

Эмпирические константы изотерм сорбции кальция почвами

Сорбент (почва, горизонт) СаСЬ Фульваты кальция Гуматы кальция

К 5гаах К ^тах К Зщах

П,лГ1 Л0Л1 Л, в с 17,3 от 7 2115 86Л 113,5 107.5 23,9 30.3 кш 3*4,3 119,5 151..5 200,0 181,5 оа.о 26,1 57.,7 40,6 4(50,0 132,0 2&Ч5 20Д,0

Г1Э4.тГ1 Апах Л, В с 11,0 12,7 ЗЮ,0 21,5 5з,а 63,5 |15Э.О 122,5 42.9 37,3 57„<1 5),а 214,5 180,5 285.0 275,0 9.5 7,3 44,8 21 ° 47,5 36„5 221,0 1ое,о

П3 огл11 ^пах вг С(СЗ> 7,3 7,7 .36,7 34,2 30,5 ЗЯ5 .183,5, .171.0 3.4,0 ЗЩ> 50„0 43,0 173,0 15^5 2ЭД/11 215,0 16,5 15,0 37,2 21,7 82,5 7,5.0 186,0 1045

* Значения- 5тах рассчитаны для концентрации 5 мг Са в мл раствора.

7

зависит от природы горизонта и формы кальция. Причем емкость сорбции почв в случае внесения кальция в форме фуль-ватов и гуматов, как правило, возрастает в 2—3 раза по сравнению с раствором СаС12.

Изучение сорбции органических веществ генетическими горизонтами почв в зависимости от карбонатности почвооб-разующих пород позволило установить, что время установления равновесия, коэффициент диффузии (Д) органических веществ и сорбции кальция образцами почв заметно зависят от карбонатности материнских пород. Так, Д водорастворимых органических веществ (ВОВ) в образцах подзолистых ночв на покровных бескарбонатных суглинках в 2—3 раза выше, чем в образцах аналогичных почв >на карбонатных моренных суглинках. Максимальная емкость сорбции ВОВ иллювиальными горизонтами составляет 6,6—7,6 мг С/г для подзолистых почв, развитых на карбонатной морене, и 12,5— 13,3 мг С/г для аналогов на бескарбонатных покровных суглинках.

Миграция кальция. Изучение миграции различных форм кальция проводили в натурных условиях с использованием изотопа кальция-45. Миграционная способность исследуемых форм 'кальция (раствора СаС12 и порошка СаСОз) зависит от гидрологических условий и уровня сельскохозяйственного использования почв (табл. 5). Наибольшей миграционной способностью обладает кальций, внесенный в виде раствора СаСЬ. Максимальная глубина миграции отмечается на- почвах под лесной растительностью. Кальций, внесенный в форме порошка СаСОз, на большую глубину проникает в полу-гидроморфных почвах.

Применение меченого кальция показало, что миграция ио-

Таблица 3

Некоторые параметры ринамики сорбции кальция

Максималь- .Мощ- S в го-

Почва Форма ная глуби- ность Ширина ризон- Упочвы,

на проник- слоя на- фронта, тальной

кальция новения, сыщения, см плоскос- см3

см см ти. см2

П4лП СаСЬ 8 5 М 119 7,74

СаСОз е 3 12 1>Ю 630

П(глГ1 ,СаС12 8 3 13 170 «30

П,°лГ1 СаСЬ 4 п< 10 9t 376

СаСОз 4 1 14 18t 485

Пз°гдП СаСЬ 4 9 77 .340

СаСОз .5 о 14 1ЭЯ 665

нов этого элемента происходит за счет процессов диффузии, переноса с гравитационным током воды и с помощью корневой системы растений.

Совместное внесение кальция с навозом и торфом приводит к усилению выщелачивания этого элемента из пахотного горизонта освоенных подзолистых почв нормального увлажнения. В переувлажненных почвах подзолистого типа наблюдается закрепление Са в местах внесения.

В главе 5—«Влияние разных способов внесения извести на свойства почв»—изложены результаты исследований по выявлению влияния поверхностного и внутрипочвенного внесения разных форм известковых материалов на физико-химические свойства почв и фракционно-групповой состав гумуса. Наиболее быстрое изменение физико-химических свойств почв происходит при тщательном перемешивании мелиоранта с пахотным горизонтом, причем положительное действие в этом случае активно проявляется уже через 2,5 месяца после внесения. Через год после известкования кальций включается в водорастворимые, обменные, органические и прочносвязан-ные с почвой формы: Через 2 года наибольшее количество Са переходит в обменную форму, достигая 58—70% от внесенного количества.

Распределение кальция по формам нахождения зависит от степени увлажнения и сельскохозяйственного использования почвы. Так, органические формы, например, резко преобладают в освоенных почвах (21,9—25,7%) по сравнению с целинными (8,1 — 10,1 %).

Внесение извести в виде суспензии с водорастворимыми органическими веществами природных 'Вод оказывает наиболее быстрое положительное влияние на агрохимические свойства почв на начальном этапе по сравнению с внесением сухого препарата мелиоранта. Через 2 года эффективность этого способа снижается. Так, например, сумма обменных оснований при добавлении извести в виде сухого порошка через 2 года составляет 6,8—8,0 мг-экв на 100 г почвы, а при применении суспензии — 6,3—6,7 мг-экв. на 100 г'иочвы. Поверхностное внесение известкового материала (без заделки в почву) не оказывает влияния на агрохимические свойства даже после двухлетнего-периода.

Активное взаимодействие ионов кальция извести с гумусовыми веществами почв происходит уже через 2,5 мес. после мелиорации. При этом в молекулярно-массовых фракциях фульвокислот увеличивается содержание этого химического элемента. В фракционно-груниовом составе гумуса возрастает доля гуминовых кислот, связанных с кальцием (фракция 2). Отмечается некоторое усиление минерализации гумуса в произвесткованных. почвах., В начальный..период взаимодействия

извести с почвой происходят незначительные изменения в фракционно-групповом составе .гумуса, соотношении м опеку-лярно-массовых фракций фульвокислот. и содержании органо-минеральных производных почвы. Черезйгодапосле внесения извести в виде порошка отношение ПК:ФК* в автоморфной почве расширяется с 0,74 до 1,20 за счет увеличения доли новообразованных гуминовых кислот и уменьшения содержания фульвокислот. Одновременно снижается и количество негид-ролизуемого остатка. В освоенных подзолистых глеевых почвах также отмечается увеличение отношения ПК:ФК от 0,67 в исходных почвах до 0,93 в произвесткованных.

На основании изучения оптических свойств гумусовых веществ установлено, что известкование в первую очередь влияет на органические вещества, непрочносвязанные с .минеральной частью почвы. Отношение Е4/Е6 гумусовых веществ в первой фракции расширяется с 2,0—2,3 в исходных почвах -до 3,0—3,1 в произвесткованных.

Глава 6. «Изучение доступности кальция для растений из состава комплексных соединений с гумусовыми кислотами». В радиовегетационных опытах, с растениями подсолнечника (с помощью метода водных культур) изучено влияние различных органических соединений (гуминовые кислоты, фуль-вокислоты, лимонная кислота, этилендиаминтетрауксусная кислота) на поглощение растениями ионов кальция, меченных радиоактивным изотопом 45Са, Внесение в питательный раствор Кноппа Са-фульватных соединений в дозе 40 мг/л оказывает положительное действие на рост и развитие подсолнечника. Применение гуматов кальция в такой же дозе приводит к угнетению растений. Искусственные комплексоны не оказывают существенного влияния на растения подсолнечника. Все испытанные формы кальция доступны растениям. При этом наиболее интенсивно меченый кальций поглощается растениями в первые 30 минут из минеральных солей, а в течение суток — больше из Са-фульватных соединений (табл. 6). За неделю поглощается одинаковое количество кальция из ионной формы, Са-фульватных соединений и Са-ЭДТЛ комплексов. Доступность Са-гуматных соединений значительно уступает другим исследуемым формам этого элемента. Причем Са-гуматные соединения снижают поглощение кальция корнями уже на первом физиологическом барьере, действие которого накладывает отпечаток и на передвижение кальция по органам растений. По доступности подсолнечнику испытанные формы образуют следующий ряд: Са-ЭДТА> >Са-фульватные соединения>лимоннокислый Са>Са-гу-матные соединения.

* ГК : ФК — соответственно.гуминовые и. фульвокислоты.

Поглощение кальция'растениями происходит в течение всего исследуемого периода неравномерно. Наиболее интенсивно кальций поступает в растущие части растений. Различные формы кальция оказывают неодинаковое влияние и на

•Таблица 6

Поглощение кальция корнями подсолнечника из различных соединений

Время поглощения Са|(МОзЪ распад/мин Са-фульватные Са-.гуматные

распад/мин % ог контроля распад/мин % от контроля

10 мин 137± 16 91±' 15 66,4 7.5± 13 Ги-1,7

20 мин 27Д± 17 2Ж1± 18 90/3 Шва:, 25 62,2

30 мин ,Э63± .20 435 ±: 20 119,8. 2Й8± 38 79,3

1 час. 7312: за 73а± 28 100,9 417й± 61 64.7

3 часа .1589^102 61Ж±1 93 3:59,0 1316± 73 «2.8

3 часа 2492:= 114 7665±103 307.5 |1й13± 78 60.7

4 часа 3065. 121 100692:109 3(29,21 2в72± 84 93,7

241 часа 7!6Э05|±158 135866±2.72 17161,6 1353а±'135 17„6

распределение этого элемента по органам растений. В частности, Са-ЗДТА и Са-фульваты способствуют более интенсивному передвижению и накоплению Са в точке роста. Са-гуматы и лимоннокислый кальций замедляют поступление Са в-молодые части растений.

Выводы

'1. Органические вещества почв активно взаимодействуют с ионами кальция и определяют его поведение в ландшафтах.

2. Системой физико-химических методов (ионообменной хроматографии, гелевой фильтрации, изотопного обмена и ИК-спектроскопии) показана сложная химическая природа продуктов взаимодействия ионов кальция с фульвокислота-ми. Фульвокислоты и их молекулярно-массовые фракции с кальцием образуют гетерополярные и комплексно-гетеропо-лярные соли. При этом 89—94% кальция вступает в реакции с фульвокислотами по ионообменному типу. Емкость комплексного связывания варьирует ог 0,23 мг Са/г фракции фульвокислот с ММ 430 до 1Л2Гмг Са/г фракции ФК с ММ> >10000.

3. Методами изотопного обмена и ионообменной хроматографии в тонком слое установлено наличие двух групп комплексных ионов кальция с фульвокислотами с константами изотопного обмена Г1 = Ш-4 сек-1 и г2=Ю~3 сек-1 и логарифмами констант устойчивости соответственно 6,1—28,1 и 1,3—2,3. Стабильность органоминеральных- комплексов воз-

растает с увеличением молекулярной массы фракций фульво-кислот. . •

4. Изучение кинетики.' сорбции различных- соединений кальция образцами подзолистых почв показало, что время установления сорбционного равновесия изменяется в широких пределах — от 4,7 до 23,7 часов и зависит от природы генетического горизонта, состава и свойств сорбтива.

о. Графико-математическим методом установлено существование двух сорбпионно-кинетических групп с константами кинетики 01 = 1О-4—10~5 сек-1 и р2 в пределах Ю-1 сек-1. Для сорбционных групп с медленной кинетикой скорость сорбции определяется диффузией сорбтива внутрь почвенных частиц с Д=Ю-10—10"12 см2/сек..

6. Коэффициенты диффузии соединений кальция с гуми-новыми и фульвокислотами и емкость сорбции этих веществ образцами подзолистых почв возрастают в 2—3 раза по сравнению с ионными формами этого элемента. При этом карбонатность почвообразующих пород существенно влияет на время установления сорбционного равновесия, скорость диффузии органических веществ и максимальную емкость поглощения.

7. Изотермы сорбции кальция минеральными горизонтами подзолистых почв, в интервалах концентраций 0,001—5 мг/мл, имеют линейную форму. Значения эмпирических констант (К) сорбции ионов кальция возрастают в ряду: ЛПах«Аг< <С<В и определяются генезисом почвенных горизонтов и их механическим составом.

8. Основная масса (80—90%) меченого кальция после одно* и двухлетнего периодов распределяется в 3—'5 см слое целинных и 1—2 см — на освоенных подзолистых почвах. Исследование трансформации соединений Са в процессе их взаимодействия с почвами показало, что кальций включается в водорастворимые, обменные, органические и нрочносвязанные формы. Большая часть этого элемента через 2 года включается в обменную форму (58—70%).

'9. Использование 45Са в натурных условиях позволило установить, что кальций, внесенный на поверхность подзолистой почвы в виде раствора СаСЬ, обладает большей миграционной способностью по сравнению с кальцием, внесенным в виде порошка СаСОз. Максимальная глубина миграции ионной формы за год достигала 8 см на целинных и 4—5 см на освоенных подзолистых почвах.

10. Навоз и торф усиливают выщелачивание кальция из мест внесения на автоморфных освоенных подзолистых почвах н способствуют закреплению на переувлажненных аналогах. По влиянию на подвижность кальция в почвах органические вещества, образуют.ряд:опилки<на1воз<торф.

11. Изучение влияния разных-способов , внесения извести ла агрохимические свойства почв показало, что известкование оказывает довольно быстрое положительное действие только при тщательном перемешивании извести с почвой. Активное взаимодействие кальция с гумусовыми кислотами отмечается уже через 2,5 мес. после внесения мелиоранта. Однако положительные и достоверные изменения фракционно-группового состава гумуса на почвах нормального увлажнения происходят через 2 года. Так, например, отношение ГК.:ФК расширяется с 0,74 до 1,20.

>12. Внесение извести в виде суспензии с водорастворимыми органическими веществами природных вод оказывает более эффективное действие на изменение ряда агрохимических показателей почв в начальный период (через 2,5 мес.). Через 2 года эффективность этого приема внесения извести уступает обычной форме использования мелиоранта. Поверхностное применение известкового материала (без заделки в почву) не вызывает достоверных положительных изменений агрохимических свойств почв в течение двух лег 'наблюдений.

13. С помощью'метода радиоактивных индикаторов пока- . зана доступность кальция из состава всех испытанных соединений с органическими веществами. По интенсивности влияния на поступление кальция в вегетативные органы посолнеч-ника органические соединения образуют следующий ряд: ЭДТА>фульвокислоты>лимонная кислота>гуминовые кислоты. Установлено, что соединения Са с фульвокислогами и ЭДТА способствуют передвижению и накоплению элемента в растущих органах, а гуминовые кислоты и лимонная кислота замедляют поступление Са в точку роста и листья подсолнечника.

Рекомендации производству

На основании проведенных лабораторных экспериментов и натурных опытов в производственных условиях, для уменьшения потерь калышя из пахотного горизонта и повышения эффективности химической мелиорации кислых почв, заделку извести рекомендуется проводить на 4—5 см меньше принятой глубины основной вспашки поля. Наиболее эффективно вносить мелиорант под фрезерную обработку, что позволяет получить более равномерное перемешивание извести с пахотным горизонтом. Этот прием устраняет такое нежелательное явление, как сброс извести на дно борозды, наблюдаемое при отвальной вспашке, и в короткий срок получить положительное действие известкового материала на агрохимические свойства пахотного горизонта.

1 Список опубликованных работ

1. Карпухин А. И., Платонов И. Г., Плаксина Г. В. Кинетика сорбции органических веществ подзолистыми остаточно-кар'бонатными почвами Архангельской области. — Сб.: Генезис и плодородие почв. М., 1981, с. 15—20.

2. Карпухин А. И.,,Платанов И. Г. Трансформация и миграция кальция извести в подзолистых почвах Архангельской области. — Депонировано во ВНТинформцентре 02.83., 0.012276, 6 п. л.

3. Платонов И. Г., Шуваев В. А. Статика сорбции органических веществ подзолистыми почвами Архангельской области.—Сб.: Органическое вещество и плодородие почв. М., 1983, с. 71—76.

4. Кащенко В. С., Савич В. И., Заболотнов Б. В., Платонов И. Г. Влияние органического вещества на растворимость извести. — Сб.: Органическое вещество и плодородие почв. М., 1983, с. 57—61.

5. Карпухин А. И., Кащенко В. С., Платонов И. Г., Шуваев В. А. Закономерности сорбции водорастворимых органических веществ подзолистыми почвами. — Сб.: Генезис и плодородие земледельческих почв. Горький, 1983, с. 56—57.

6. Карпухин А. И., Кащенко В. С., Платонов И. Г.,'Яшин И. М. Влияние разных приемов известкования на состав и свойства освоенных подзолистых почв Архангельской области. — Изв. ТСХА, 1984, вып. 1, с. 87—93.

Л-75236 15/1У—85 г. Объем 1 п. л. Заказ 976. Тираж 100

Типография Московской с.-х. академии им. К. А. Тимирязева ,127550, Москва И-550, Тимирязевская ул., 44