Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ВЛИЯНИЕ ОРОШЕНИЯ НА ПРИРОДУ И СВОЙСТВА ГУМУСОВЫХ. КИСЛОТ СТЕПНЫХ ПОЧВ НИЖНЕГО ПОВОЛЖЬЯ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "ВЛИЯНИЕ ОРОШЕНИЯ НА ПРИРОДУ И СВОЙСТВА ГУМУСОВЫХ. КИСЛОТ СТЕПНЫХ ПОЧВ НИЖНЕГО ПОВОЛЖЬЯ"

Й-2В333

Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. М. В. Ломоносова

- Факультет почвоведения

На правах рукописи Околелова Алла Ароновна •

УДК 631.417,2:631.587

ВЛИЯНИЕ ОРОШЕНИЯ НА ПРИРОДУ И СВОЙСТВА ГУМУСОВЫХ КИСЛОТ СТЕПНЫХ ПОЧВ НИЖНЕГО ПОВОЛЖЬЯ

Специальность 06.01.03 — еочво веден не

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандйдата биологических наук

Москва 1985

Работа выполнена на - кафедре химии почв факультета почвоведения Московского государственного университета им. М. В, Ломоносова и в лаборатории Поволжского почвенно-мелиоратнвного отдела Почвенного * института им. В.. В. Докучаева г, Волгограда.

Научный руководитель — доктор .биологических наук, профессор Д. С. Орлов...

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор А. Д. Фок ии, кандидат биологических наук старший научный сотрудник С. А, Николаева,

Ведущее учреждение — Всероссийский научно-исследовательский институт орошаемого земледелия г. Волгограда.

Защита состоится" « Я > О^Л^а.ОлХЛ _198^ г..

х в ч<Ь: час. 3О ' мин, на заседаний-специализированного совета К 053.05.16 МГУ им. М. В., Ломоносова; [19899, Москва; В-234, Ленгоры, МГУ, факультет почвоведения. Ученый совет,

диссертацией можно .ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ. . ' -л "

Автореферат разослан < О/) > р^МЛлХС'¡Х/Л 198^* г.

Ученый секретарь специализированного совета И. П. Бабьева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальности проблемы. Развитие мелиорации и повышение ее эффективности выдвигается партией как важнейшая общегосударственная задача. Возможность получения гарантированных урожаев на орошаемых землях требует контроля за гумусным состоянием почв, глубоких исследований природы гумусовых веществ, которые играют значительную роль в почвообразовании и обусловливают плодородие почв. Регулирование гумусного состояния возможно путем управления процессами гумификации поступающих в почву растительных остатков. В связи с этим большое значение имеет исследование природы гумусовых кислот, основного продукта процесса гумификации.

Природа гумусовых кислот степных почв Нижнего Поволжья, отличающихся малогумусностью, что связано с их провинциальными особенностями, не исследована. Изучение влияния орошения на природу гумусовых кислот позволит вскрыть особенности и характер процессов гумификации при дополнительном искусственном увлажнении почв, что даст возможность прогнозировать процессы гумификации в орошаемых условиях и регулировать гумусный режим и гумус-пое состояние почв.

Целью работы явилось исследование природы гумусовых кислот сопряженного ряда степных почв Нижнего Поволжья и их изменения в условиях орошения. Намеченная цель достигалась постановкой н решением следующих задач.

Задачи исследований. К Изучить природу гумусовых кислот главных генетических горизонтов неорошаемых степных почв Нижнего Поволжья {элементный состав, кислородсодержащие группы, характер инфракрасных и электронных спектров поглощения, молекулярно-массовое- распределение, а также некоторые особенности строения гуминовых кислот).

2. Установить влияние орошения на природу гумусовых кислот сопряженного ряда степных почв Нижнего Поволжья.

3. Изучить гумусное состояние степных почв Нижнего Поволжья и его изменение в условиях орошения. 4. Повысить

информативность некоторых методов изучения гумусовых кислот.

Научная новизна. Впервые исследована природа гумусовых кислот генетических горизонтов неорошаемых степных почв Нижнего Поволжья. Изучено влияние орошения на природу гумусовых кислот степных почв Нижнего Поволжья, что вносит определенный вклад в исследование и прогнозирование процессов гумусообразования в условиях орошения. Введен и обоснован показатель «степень бензоидности» как основная характеристика строения гумнновых кислот, отражающая условия их формирования. Предложена градация гуминовых кислот по степни бензоидности. Разработан способ оценки степени бензондности гумнновых кислот. Усовершенствованы1 некоторые операции при выделении прспаратои фульвокислот (ФК) и окислении гумнновых кислот перман-ганатом калия в щелочной среде.

Практическая ценность работы; Выявлено влиянне орошения на природу гумусовых кислот и гумусное состояние почв. Предложен способ определения доли углерода алифатических структур по данным элементного состава и по результатам окисления ГК. пермаиганатом калия в щелочной среде. Предложенный способ определения степени бензондности гумнновых кислот (ГК) по данным элементного состава и количества кислородсодержащих групп повышает информативность элементного /состава и позволяет уменьшить объем аналитических работ.

Апробация. Материалы н результаты работы доложены и обсуждены на конференциях молодых ученых ВСХИ (1981, 1982, 1985 гг.), молодых ученых ВНИИОЗа (1980, 1984 гг.), заседании общества НТО (1985 г.), конференции «Химия гумусовых кислот» (Тюмень, 1981 г.), заседании кафедры химии почв МГУ (Москва, 1981 г.), региональном совещании «Орошенне и мелиорация почв в Поволжье» (Волгоград, 1981 г.). VI съезде почвоведов (Тбилиси, 1981 г.), заседаниях Поволжского почвенно-мелиоратнвного отдела Почвенного института им. В. В. Докучаева (1979—1985 гг.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 9 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 8 глав, выводов и практических рекомендаций. Материал диссертации изложен на 144 страницах, включая 11 рисунков, 27 таблиц, 1 приложение. Синеок литературы содержит 126 названий, 2

Глава 1. ВЛИЯНИЕ ОРОШЕМИЯ НА ПРОЦЕСС ГУМИФИКАЦИИ И ГУМУСНОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВ

(литературный обзор)

Рассмотрены гипотезы процессов гумификации Д\. М. Кононовой, В, Фляйга, Л. Н. Александровой, которые основаны на представлениях о биохимических механизмах гумификации. С термодинамических позиций гумификацию можно рассматривать как такой природный естественный процесс, когда превращение растительных остатков останавливается на соединениях, оказавшихся наиболее устойчивыми в конкретной обстановке. Направленность процесса приводит к накоплению в почве группы гумусовых кислот, но не позволяет оценить его конечный результат; по Д. С. Орлову глубина гумификации зависит от биоклиматическнх параметров среды и может быть объяснена с позиции кинетической теории гумификации.

В главе приводится обзор литературы, характеризующей гумус главных типов почв, изменение процессов гумусообра-зовання под влиянием орошения, и показано, что орошение неоднозначно воздействует на гумусное состояние почв. Сделать окончательные выводы о влиянии орошения на природу гумусовых кислот почв только по, литературным данным не представляется возможным.

Для решения вопроса о влиянии орошения на процесс гумусообразования необходимо экспериментально выявить роль орошения в каждой конкретной зоне при конкретной системе земледелия, изучить влияние орошения в конкретных агроэкологических условиях не только на гумусное состояние почв, но и на природу гумусовых кислот..

Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектами исследования послужили неорошаемые и орошаемые (с 1934—1936 гг.) степные почвы Нижнего Поволжья: черноземы обыкновенные суглинистые (Куйбышевская область, Безенчукскнй район), темно-каштановые тяжелосуглинистые (Саратовская область, Ершовскнй район),светло-каштановые тяжел осу глинистые (Саратовская область, Питерский район). Подбору участков-аналогов предшествовало детальное изучение истории полёй, имеющихся в литературе сведений о

свойствах почв исходных участков, идентификация их по онтологическому составу. Выяснено, что под действием орошения увеличивается мощность гумусового горизонта, улучшается его структура, окраска становится более темной и равномерной, плотность возрастает.

Методы исследования. Пробы почв для определения гумуса по if, В. Тюрину отбирали послойно каждые 10 см до глубины 1,5 м в черноземах и темно-каштановых почвах п до 0,7 м — в светло-каштановых. Пробы почв для определения фракцнонно-группового состава гумуса и выделения препаратов гумусовых кислот отбирали по генетическим горизонтам; состав гумуса определяли по И. В, Тюрину в модификации В. В. Пономаревой и Т. А. Плотниковой (1969), Выделение препаратов гумусовых кислот проводили по Д. С. Орлову (1969) с модификацией некоторых операций но очистке фульвокислот. В результате были получены препараты гумниовых кислот с зольностью 3,5%, фульвокислот — 7,5%, Элементный состав гумусовых кислот (С, Н, N) определяли на анализаторе фирмы «Perkin Elmer» (США), кислородсодержащие группы гумниовых кислот — по Д. С. Орлову (1969), фульвокислот — по О. Л. Найденовой (1968), Инфракрасные спектры поглощения гумусовых кислот снимали на приборе ИКС-29 с применением КВг-техинкн, электронные спектры — па спектрофотометре СФ-14. Молекуляр-по-массовос распределение изучали фильтрацией раствороз гумниовых кислот (0,1, и, NaOH) через сефадекс Г-100, фульвокислот (НгО) — через ссфадексы Г-50 и Г-75; в элю-атах измеряли оптические плотности в видимой и ультрафиолетовой областях спектра. Окисление гумниовых кислот до беизолнолнкарбоповых кислот проводили по Д. С, Орлову непрерывно в течение 22 часов в термостате, растворы бариевых солей фильтровали после их охлаждения.

Глава 3. ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ 11 КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИЕ ГРУППЫ ГУМУСОВЫХ кислот

Гумнповые кислоты неорошаемых черноземов по сравнению с ГК неорошаемых каштановых почв более обуглероже-..;. ны, меньше содержат водорода, более бензондны (косвенно но Н/С), больше содержат кислорода, более окислены, в их составе выше доля карбоксильных групп и ниже — феноль-

ных_ гидрокснлов, меньше доля азота. Вниз по профилю Неорошаемых каштановых почв возрастает доля водорода, снижается. обуглерожснность, возрастают отношения Н/С. Профильная дифференциация элементного состава ГК неоро1 шаемого чернозема выражена-слабо. Орошение способствует формированию более обуглерожеиных гуминовых кислот с меньшим содержанием водорода, кислорода, менее окисленных, с высокой беизондностью. Изменения элементного состава ГК орошаемых почв в зональном ряду и по профилю сохраняют закономерность, свойственную гумпновым кислотам неорошаемых почв. Характерно - уменьшение степени окнслепности ГК орошаемых почв при еннженин доли общего кислорода и кислорода карбоксильных групп, тогда как доля кислорода фепольных гидрокснлов возрастает {табл. I).

Таблица 1-

Состав н свойства гуминовых кислот степных почв Нижнего Поволжья

Гори- С Н 1 О ! N tu соон| ОН 1 С4

зонт Атомные проценты г-экв/100 г [

Алях ■

Д. В,

в*

л,

в, в.

в,

л +

в,

ВС

л па*

A,

B, В*

Ai В, В,

А + В,

В,

ВС

Черноземы неорошаемые

43,95 31,06 22,36 2,63 +0.31 0,48 0,15 0.119 0,48

42,79 31,55 23,06 2,59 +0,34 0.46 0,10 0.124 0,33

43,14 31,65 22,59 2,62 +0,31 0,43 0,14 0,118 0,40

43,05 32,03 22.31 2.61 +0,29 0,47 0,21 0,116 0,45

Темно-каштановые неорошаемые почвы

42,20 33,96 20,81 3,27 +0,18 0,38 0,24 0,074 0.39

42,40 34,21 20,29 3,03 +0,15 0,42 0.24 0,082 0,41

41,05 35,32 20,60 3,05 +0,14 0,44 0,20 0,082 0.34

Светло-каштановые неорошаемые почвы

40,19 36,02 £0,97 3.21 +0,15 0,41 0,23 0.078 0.27

39,04 38,38 19,72 2,87 +0,00 0,34 0,14 0,077 0.15

39,19 38,61 19,23 2,96. 0,00 0,36 0,21 0,070 0,20

Черноземы орошаемые

45,57 30,75 - 21,08 3.35 + 0,25 0,45 0,18 0,121 0,66

45,35 31,22 21,17 2,26 +0,24 ■ 0,43 0,19 0,133 0,61

45,71 30,61 21,22 2,46 +0,27 0,41 0,20 0,124 0,64

43.85 31,66 22,10 2,39 +0,29 0,46 0,29 0,122 0,56 Темно-каштановые орошаемые почвы

44,69 32,60 19,87 2,84 + 0,16 0,3 Г 0,29 0,117 0,62

43,73 33,60 19,98 2,64 + 0,14 0.36 0,32 0,1)0 0,58

42.86 34,20 19,56 3,38 +0,11 0,37 0,29 0,073 0.52 Светло>каштановые орошаемые почвы

+2,55 35,41 18,84 3,16 —0,05 0,37 0,24 0,096 0,48

41,52 36.35 18,73 3,40 +0.03 0.32 0,19 0,093 0,36

40,30 37,59 18,58 3,53 —0,01 0,29 0,22 0,091 0,28

По элементному составу гуминовые кислоты черноземов и каштановых почв относятся к группе серых- (по градациям Д. С. Орлова). По степени окнсленностн ГК четко прослеживается зональность, проявляющаяся в непрерывном возрастании окнсленностн от светло-каштановых почв к черноземам. ■

Различия между фульвокислотами степных почв Нижнего Поволжья проявляются в основном по содержанию кислорода; более окислены ФК чернозема (табл. 2). Отчетливо

Таблица 2

Состав и свойства фульвокислот степных почв Нижнего Поволжья

Горн-зонт с Н | О ( N (К соон| ОН Л'Е«

Атомные проценты Г-9КВ;100 Г

Черноземы неорошаемые

Лиах 23,80 41,79 27,52 1,88 +0.46 0,64 0.63 3,50

Л, 30,03 41,90 26,12 1.96 + 0,34 0,62 0,49 5,83

в, 30.81 41,68 25,47 2,04 + 0,30 0,59 0,46 6,50

ва - 26,67 42,93 28,54 1,06 +0,53 0,67 0,57 4,75

Темно-каштановые неорошаемые почвы

л, 23,75 44,36 22,96 4,17 - +0,05 0,71 0,71 6,33

в, 31,03 40,43 24,40 4,14 +0,27 0,67 0.80 6,00

ва 32,68 38,28 24,78 4,26 +0,34 0,68 0,70 ■5,33

Светло-каштановые неорошаемые почвы

Л + В( 28,94 43,53 23,74 3,79 + 0,14 0,79 0,66 6,75

В* 30.91 40,92 ' 24,83 3,34 + 0,28 0.62 0,53 4,33

ВС 31,57 40,07 25,33 3,04 + 0,34 0,51 0,53 4,00

Черноземы орошаемые

ЛПЙ* ■ 29.93 40,83 27,34 1,90 +0,46 0,55 0,45 4,33

л, - 31,01 40,07 27,09 1,83 +0,46 0,59 0,50 8,00

В] 30,82 41,02 26,18 1,97 +0,37 0,60 0,52 6,67

вг 27,63 40.61 29,91 1,84 +0,70 0,67 0,52 5,50

Темно-каштановые орошаемые почвы

л, 32,23 39,21 26,05 2,46 +0,40 0,63 0,61 5,50

В| 29,17 40,71 27,60 2,52 +0,50 0,75 0,42 6,00 ■

Ва 26,45 41,57 28,52 3,46 - +0,5» 0,88 0,61 7,67

Светло-каштановые орошаемые почвы

Л + В, ■ 32.11 40,75 24.83 2,31 +0,28 0,69 0,48 4,60

Вг 30,73 41,38 25,68 2.22 + 0,32 0,76 0,49' 5,20

ВС 25,77 42,21 28,42 3,60 +0,57 0,81 0.59 6,67

прослеживается тенденция профильной дифференциации фульвокислот по элементному составу- в каждом типе изу-

ченимх Неорошаемых ночи (вниз по профилю повышается обуглерожетюсть, снижается содержание водорода, карбоксильных групп, отношения Н/С. В черноземе профильная

- Гк' Щ№Ш -■— Зелеги/шрсёшл*

----/у т§„И0.хаштйм1шпм£.--— Вевц&гхсищмЖамя

--------ГКеЬтм-хшитмс&ьипсчЕ-----дегидратация ^

о орошаемые * неорошаемые

Рнс. [. Диаграмма атомных отношений гумусовых кислот;

а — гуминовые кислоты; б —> гумнновые кислоты (ГК) и фульво-кислоты (ФК)

дифференциация выражена слабо. Элементный состав ФК изученных почв соответствует среднестатистическим показателям. По содержанию углерода (в среднем 30 ат. %) их можно отнести ко второй подгруппе. Орошение усиливает н изменяет профильную дифференциацию фульвокислот по элементному составу в каштановых почвах.

По элементному составу гумусовых кислот были оценены типы химических реакций, влияющих на их формирование (рис, 1). Переход от ГК светло-каштановых почв к гуминовым кислотам черноземов может быть описан реакцией деметилнрования. Уменьшение числа карбоксильных групп в гуминовых кислотах от черноземов к светло-каштановой почве согласуется с возрастанием влияния декарбо-кснлирования в указанном ряду. условиях орошения в

большей степени проявляются процессы декарбокснлирова-

. / *

пня и деметилирования (рис, 1,а). Основная закономерность >' изменения свойств ФК н неорошаемых каштановых почвах проявляется в усилении деметнлирования. Это согласуется с уменьшением отношений Н/С и коэффициентов цветности вниз но профилю, что вызвано отщеплением метнльных и метиленовых групп алифатических структур фульвокислот. Процессы деметнлирования, декарбокенлпрования, дегидратации в большей степени уча-ствуют в формировании гуми-иовых кислот, процессы окисления характерны для фульвокислот (рис. 1, б).

Изменение элементного состава гумусовых кислот в условиях орошения происходит неодинаково. Если в ГК при орошении снижаются содержание кислорода и степень окис-ленностн, то в фульвокислотах эти показатели возрастают. Орошение способствует нарастанию обуглероженностн и дифференциации гумусовых кислот на группы ГК и ФК, а также увеличению бензондностн гуминовых кислот.

Глава 4. ИНФРАКРАСНЫЕ СПЕКТРЫ ПОГЛОЩЕНИЯ ГУМУСОВЫХ КИСЛОТ

Общин характер ИК-спектров гуминовых кислот неорошаемых и орошаемых почв однотипен, но выявлены различия по интенсивности полос поглощения: в спектрах ГК орошаемых почв понижена интенсивность полос поглощения карбоксильных групп (что согласуется с их аналитическим определением), менее выражены полосы поглощения метнльных и метиленовых групп, спиртовых гидроксилов.

Инфракрасные спектры фульвокислот показали, что в неорошаемых почвах вниз по профилю снижается интенсивность полос поглощения групп СНз и СНг, СООН л ОН, в орошаемых почвах она возрастает.

Согласно полученным данным гумусовые кислоты характеризуются одинаковым набором .атомных групп, типов связей.

Глава 5. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГУМУСОВЫХ КИСЛОТ

Коэффициенты экстинкцнн гуминовых кислот, возрастают от светло-каштановых почв к черноземам (см. табл. 1). Оро-8

Шепне способствует формированию оптически более плотных ГК. Е-велнчниы гуминовых кислот орошаемых свстло-кашта-новых ночв приближаются к коэффициентам экстинкшш ГК орошаемых темно-каштановых почв, а они, в свою очередь, к таковым гуминовых кислот неорошаемых черноземов.

Значения коэффициентов экстинкшш и цветности мало различаются для фульвокнелот неорошаемых и орошаемых почв. Выявлена тенденция изменения коэффициентов цветности ФК в каждой почве вниз по профилю. В неорошаемых и орошаемых черноземах минимальные значения Е4/Ее фульвокнелот характерны для верхней части профиля, а наибольшие — для средней. В неорошаемых каштановых почвах прослеживается снижение коэффициентов цветности фульвокне-лот вниз по профилю. Коэффициенты цветности ФК орошаемых каштановых почв возрастают с глубиной (см. табл. 2),

Глава 6. МОЛЕКУЛ Я РНО-МАССОВОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ГУМУСОВЫХ КИСЛОТ

По молекулярно*массовому распределению гуминовые кислоты каштановых почв наиболее гетерогенны. Для ГК неорошаемых лочв характерен следующий набор фракций: высокомолекулярная — 40800—70500 в черноземах, 70500 в темно-каштановых, 38 500—70500 .в светло-каштановых почвах; средняя — 13400 в темно-каштановых и 23000 — в светло-каштановых почвах. Орошение практически не изменяет гетерогенности ГК черноземов, но увеличивает наибольшие значения молекулярных масс до 124 000. При орошении каштановых почв возрастает гетерогенность гуминовых кислот, увеличивается число фракций (с 2 до 4), В орошаемых каштановых почвах ГК содержат, высокомолекулярные фракции (70500—124000 в темно-каштановых и 124000 — в светло-каштановых почвах) и средние (соответственно. 23000 л 40 800).

Фульвокнслоты неорошаемых степных почв по сравнению с гумпновыми кислотами более однородны, им свойственен один отчетливый пик на гельхроматограммах. Значения молекулярных масс фульвокислот находятся в пределах 5000— 13000. ФК по молекулярно-массовому распределению не различаются в ряду неорошаемых почв, но для них характерна отчетливая-профильная дифференциация, которая выражается в уменьшении молекулярных масс с глубиной. При ороше-

пни молекулярные массы Ф1< вниз по профилю возрастают. Вероятно, происходит своеобразное фракционирование, и в иижлие горизонты поступают фульвокислоты с большими значениями молекулярных масс.

Таким образом, орошение неодинаково влияет на моле-кулярно-массовое распределение гумусовых кислот: для ГК более характерно увеличение числа фракций н значений молекулярных масс каждой фракции, для ФК — профильная дифференциация по значениям молекулярных масс.

Глава 7. ПРИРОДА ГУМИНОВЫХ КИСЛОТ НЕОРОШАЕМЫХ И ОРОШАЕМЫХ ПОЧВ

Одной из важнейших характеристик природы ГК является соотношение ароматических и алифатических фрагментов в их молекулах. Для определения; структурных особенностей ГК было проведено окисление гуминовых кислот пер-манганатом калия в щелочной среде. При доработке техно-логин процесса окисления получен выход бензолноликарбо-новых кислот (А), близкий к теоретически возможному (при окислении ГК неорошаемого чернозема среднее содержание бензолполикарбоновых кислот (ВПК) равно 72%). Это позволило найти исходное (до окисления) количество ароматических и алифатических фрагментов ГК по доле углерода (Сврои и С,я). Известно, что в основном бензолполикарбо-новые кислоты представлены тетрабензолкарбоновыми. кислотами (ТБКК Поэтому функции углерода можно определять как по ТБК, так и по выходу ВПК при их полной идентификации:

(1); Сарой =2 А, А, (2); С„= ~ С'р0", (3) МтБК 1-1 ^йбщ

где М«с. Мтбк — соответственно молекулярные массы углерод] юга скелета бензольного кольца и тетрабжзолкарбоновой кислоты; к — отношение молекулярных масс углерод-

■ ного скелета бензольного кольца к молекулярным массам бензолполикарбо-

■ новых кислот; величина постоянная для каждого типа ВПК;

1 — показатель, учитывающий существова-' ' ■ ние шести типов БПК: моно-, ди-, три-,

тетра-, пента- п гексабензолкарбоновы* кислот.

Содержание углерода ароматических фрагментов, найденное по формуле (1), увеличивается от гуминовых кислот неорошаемых светло-каштановых лочв (10,77%) к ГК черноземов (21,49%), а в условиях орошения — соответственно от 11,27 до 24,26%.

Относительное обогащение гуминовых кислот алифатическими фрагментами можно оценить по данным элементного состава, используя формулу Д. Кревелена (1951) с введением коэффициента учета кислородных функций. Были рассчитаны варианты, в которых принималось, что ароматическая часть ГК может быть представлена: 1) четырехзамещен-нымн бензольными кольцами, Н/С = 0,33; 2) двухзамещен-нымн ароматическими системами, Н/С = 0,67; 3) конденсированными ароматическими системами, Н/С = 0,(ш Сопоставление полученных результатов с другими показателями дало возможность установить наиболее реальный вариант расчета углерода алифатических структур, в котором за основу ароматической части принято четырехзамещенное бензольное кольцо, а иеидентифицированный кислород находится в молекуле в виде карбонильного.

В ходе работы между величинами См и Е+ гуминовых кислот установлена обратная линейная зависимость, которая описывается уравнениями регрессии. Если принять, что основу ароматической части ГК составляют 4-замещенные бензольные кольца, уравнение обретает физический смысл:

У = 95,50 —246,71х, (4)

где У — доля углерода алифатических структур гуминовых

КИСЛОТ Сал ;

х — коэффициенты экстлнкции гуминовых кислот при 465 нм Е*.

При х = 0 У = 95,5, т. е. при содержании углерода алифатических структур равном 95,5% значения Е* равны нулю, соединение практически не окрашено. Это соответствует положению о том, что цветность ГК обусловлена в основном наличием сопряженных С = С связей ароматических фрагментов, Найденная зависимость между Сал и Е4 сохраняется для гуминовых кислот различного происхождения, сведения о которых приводятся в научной литературе.

Сопоставление значений С»* гуминовых кислот, определенных по выходу БПК (формула 3).н по данным элемент-

ного состава, показало высокую сходимость результатов расчета, что позволяет оценить долю углерода алифатических структур ГК непосредственно по элементному составу, бел использования трудоемкого процесса окисления гуминовых кислот до бензолполикарбоновых кислот.

При снижении доли углерода алифатических фрагментов в составе гуминовых кислот отмечается увеличение степени окисленностц ГК, эта зависимость проявляется в зональном . аспекте.

О терминологии в химии гумуса. Для оценки.относительной обогащенности гуминовых кислот ароматическими фрагментами часто используют термины «степень конденсированное™», «степень ароматизации», «степень ароматичности-*. Учитывая строение гуминовых кислот, считаем целесообразным для опенки доли углерода ароматических фрагментов гуминовых кислот употреблять термин «бензоидность», введенный Д. С. Орловым (1974), а для обозначения соотношения ароматических и алифатических фрагментов (по содержанию в них углерода) — «степень бензоидности», предложенный Д. С. Орловым (1974).

Степень бензоидности. Для определения степени бензоид-. ностн я гуминовых кислот нами предложены формулы

л = « = (0<«<1). (5)

Как видно из формулы (5), суть определения степени бен-зоидиости сводится к установлению доли Сал, которая рассчитывается по данным элементного состава. Для этого мы предлагаем использовать формулу Д. Кревелена с учетом функции кислорода и того, что ароматическая часть гуминовых кислот представлена в основном четырехзамещенными бензольными кольцами.

Таким образом, имея данные элементного состава к кислородсодержащих групп, можно определить степень бензоидностн гуминовых кислот.

Степень бензоидности ГК степных почв Нижнего Поволжья, найденная предлагаемым методом, возрастает от светло-каштановых почв к черноземам и в условиях орошения (см, табл. 1).

Степень бензоидности гуминовых кислот главных типов почв СССР изменяется в следующем ряду:

Дерново-подзол истые.......0.15

Серые лесные . . . . . - - 0Д9

Черноземы

Каштановые

Сероземы

0.50 0,19 0,26

Нами предлагается следующая градация гумниовых кислот по степени бензоидности;

Очень низкая Низкая

Средняя Высокая Очень высокая Наивысшая

0,10—0,20 0,21—0,30 0,31—0,40 0,41—0,50 0,51—0.60 Выше 0,60

Степень бензоидности гумниовых кислот может быть использована для оценки роли гумуса в плодородии почв и как одни из параметров кинетической теории гумификации в качестве показателя термодинамической устойчивости («зрелости»), Гуминовые кислоты с более высокой степенью бензоидности являются наиболее термодинамически устойчивыми, Степень бензоидности отражает условия формирования гумниовых кислот.

Глава 8. ВЛИЯНИЕ ОРОШЕНИЯ НА ГУМУСНОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВ И ПРИРОДУ ГУМУСОВЫХ КИСЛОТ

Анализ гумусного состояния почв по критериям, предложенным Д. С, Орловым, позволяет сделать следующие заключения, Изученные почвы отличаются малым содержанием к низкими запасами гумуса, что обусловлено их провинциальными особенностями. В пахотном слое в почвах Нижнего Поволжья запасы гумуса низкие: в черноземах — 88,5 т/га, в темно-каштановых и светло-каштановых почвах — соответственно 71,9 н 49,4 т/га. Степень гумификации органического вещества оценивается как средняя в неорошаемых каштановых почвах и очень высокая в неорошаемых черноземах. Гумусовые кислоты неорошаемых почв в основном представлены фракциями,' связанными с кальцием. Тин гумуса черноземов можно квалифицировать как гуматпый, каштановых почв — как фульватно-гуматиый.

Статистическая обработка полученных данных показала, что орошение гидрокарбонатно-кальциевыми водами способствует увеличению^ содержания и запасов гумуса, степени гумификации' органического вещества, отношения СКг: Сфк, росту количества фракций гумусовых кислот, связанных с кальцием; В 0,5-м слое орошаемых почв запасы гумуса возросли на 25—40 т/га. Степень гумификации органического вещества увеличилась при орошении черноземов на 3—4%, каштановых почв —: на 6—8%, ■

В условиях орошения формируются более обуглерожеи-ные с более высокой оптической плотностью гумнновые кислоты, которым свойственна меньшая окисленность, меньшая доля алифатических структур в составе молекул, обобщенность ароматическими фрагментами.

Орошение усиливает и изменяет профильную дифференциацию фульвокнслот по элементному составу, оптическим свойствам, молекулярно-массовому распределению, особенно в каштановых почвах.

Следует отметить неодинаковость изменения гуминовых кислот и фульвокнслот в условиях орошения. Изменения свойств ГК проявляются в зональном ряду, а ФК — но профилю почвы.

ВЫВОДЫ

1. Орошение гидрокарбонатно-кальциевыми водами способствует улучшению гумусного состояния степных почв Нижнего Поволжья: увеличиваются содержание и запасы гумуса, доля гуминовых кислот и нх фракции, связанной с кальцием, что приводит к возрастанию степени н глубины гумификации органического вещества,

2. Орошение степных почв Нижнего Поволжья приводит к изменению природы гуминовых кислот: растет обуглеро-женность, снижаются доли 'атомов водорода, кислорода, степень окнслеиностн, величина Н/С, доля углерода алифатических структур; гумнновые кислоты становятся более оптически плотными, возрастает полидисперсность гуминовых кислот каштановых почв.

3. В степных почвах Нижнего Поволжья четко выявляется профильная дифференциация фульвокнслот, вниз по профилю неорошаемых почв нарастает их обуглероженность, убывают доля водорода, содержание карбоксильных групп, 14

величины Н/С, Е*/Е6, значения молекулярных масс. В орошаемых почвах с глубиной снижается обуглероженность фульвокислот, возрастают доля водорода, содержание карбоксильных групп, отношения Н/С, коэффициенты цветности, значения молекулярных масс.

4. В зональном аспекте при снижении доли алифатических фрагментов в составе гуминовых кислот увеличивается степень их окисленности.

5. Выявлена обратная линейная зависимость между содержанием углерода алифатических фрагментов и коэффициентами экстинкцин гуминовых кислот, которая подтверждает, что цветность гуминовых кислот обусловлена в основном ароматическими фрагментами.

6. Выявлено неодинаковое влияние орошения на природу гуминовых кислот и фульвокислот, что проявляется при сравнении содержания кислорода и степени окисленности: при орошении эти показатели уменьшаются в гуминовых кислотах и возрастают в фульвокислотах,

7. Обоснованы термины «бензоидность» и «степень бензо-идностн» гумусовых кислот. Строго очерчены предметные области терминов «конденснрованность», «степень конденснро-ванности», «ароматизация», «степень ароматизации», ароматичность», «степень ароматичности».

8. Разработан способ определения показателя «степень бензоидности» почвенных гуминовых кислот по данным элементного состава и кислородсодержащих групп. Предложена градация гуминовых кислот почв по степени беизонд-ностн. .

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Предложены способы определения углерода алифатических структур гумусовых кислот по данным элементного состава и по выходу бензолполикарбоповых кислот при окислении гуминовых кислот перманганатом калия в щелочной среде. Рекомендован прием определения содержания алифатических фрагментов по элементному составу гуминовых кнелот, не прибегая к трудоемкому процессу их окисления,

2, Предложено использовать показатель «степень бензоидности» гуминовых кислот для оценки их строения, соотношения между ароматическими к алифатическими фрагментами их молекул.

3. Даны рекомендации по использованию терминов «степень конденснрованности», «степень ароматизации», «степень ароматичности», «степень бензоидности» гумусовых кислот.

По теме диссертации: опубликованы следующие работы:

К Степень полидисперсности и молекулярно-массовое распределение гумусовых кислот степных почв Нижнего Поволжья. — В кн.: Химия гумусовых кислот, их роль в природе и перспективы использования в народном хозяйстве.— Тюмень, 1981, с. 27 (в соавторстве).

2. Особенности процессов гумусообразования при орошении в степных почвах Нижнего Поволжья. — В кн.: Тезисы докладов VI делегатского съезда ВОП, 1981, т. 2, с. 35 (в соавторстве).

3. Влияние орошения на свойства гумусовых кислот чернозема. — Научн. докл. высш. школы. Биологические науки. 1982, № 4, с. 8&—88 (в соавторстве).

4. К методике выделения препаратов гумусовых кислот.— В кн.: Орошение и мелиорация почв в Поволжье. — Волгоград, 1982, с. 38—45 (в соавторстве).

5. О степени окисленности гуминовых кислот почв Нижнего Поволжья. — В кн.: Участие молодых ученых и специалистов сельского хозяйства в выполнении постановления майского (1982 г.) Пленума ЦК КПСС. — Волгоград, 1983, с. 93.

6. О процессах гумусообразования в орошаемых степных-почвах Нижнего Поволжья. — Studies about Humus Transactions of the Vill-th international Symposium «Humus et Planta», Praha, 1983, т. 2, с. 214—215 (в соавторстве).

7. Изменение свойств гуминовых кислот степных почв под влиянием орошения. — Studies about Humus Transactions of the Vlll-th international Symposium «Humus et Planta», Praha, 1983, т. 2, с. 308—310 (в соавторстве).

8. Электронные спектры поглощения гуминовых кислот черноземов и каштановых почв и их изменение при орошении. — Агрохимия, 1983, № 11, с. 92—95.

9. Элементный состав гумусовых кислот степных почв Нижнего Поволжья. — Почвоведение, 1984, Ks 9, с. 35—44 (в соавторстве).

НМ 00565, Подписано к печати 1ДМ1 1985 г. Формат 60X84 1/1в, - Уч.-изд. л. I. Тир. 100, Зак, 908. , . ■ Типография Волгоградского сельскохозяйственного института