Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ВЛИЯНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЫБРОСОВ НА КОМПОНЕНТЫ БАЛАНСА АЗОТА И ФОСФОРА И ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "ВЛИЯНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЫБРОСОВ НА КОМПОНЕНТЫ БАЛАНСА АЗОТА И ФОСФОРА И ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ"



МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛИМНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ вмени М.В.ЛОМОНОСОВА

Факультет почвоведения

На правах рукописи

ШКАРОБ Шпага Иванович

УДК 631.811:631.472,56:502,55(21)

ВЛИЯНИЙ ШШШШШ ВЫБРОСОВ НА КОШОНШГЫ БАЛАНСА АЗОТА И ФОСФОРА И ОРГЙШЧШКОЕ ВЕЩЕСТВО

дшюаочкдзсишст почв

Специальность 06.01.03 - почвоведение

АВТОР В» ЕР АТ диссертации на соискание учеиов степени : кандидата йжодогоческкх каух

Москва - 1966 г.*

с^с&г, ^

работа выполнена на кафедре общего почвоведения факультета почвоведения Московского государственного университета ижени И*В Ломоносова.; ^

Ваучный руководитель: доктор биологических наук, профессор -¡иАЛ^ншнаа

Офицяадьные оппонента:

. доктор бжаяогнчоских ваук, профессор А. Д.Фокин .кандидат биологических наук; ст.в.с. Д.В.Коргун

Ведущее учреждение: Днепропетровский государственный университет»

Зашита диссертации оостоится"/^" 158 £ г.

в 15 ч. X мяв. в аудитории И-2 ва заседании специализированного совета К 053.05.16, МГУ и«. М.В.2оионосова, 119899» Москва, ГСП, Ленинские горы,. МГУ; факультет почвоведения. Ученый совет.

С дассертавдей маино ознакомиться в библиотеке фаяуэсмёта почвоведения Ш7.

Автореферат разослан 1Э8 ?г.

Приглашала Вас принять участке в осуждении диссертации на васедынжи специализированного совета, а отзывы на автореферат в 2-х экземплярах просим направлять до адресу: 119699« Москва, ГСП, Ленинские горы, МТУ, факультет почвоведения, Ученые совет. - -;-■ .* "

Ученый се«- ■ ■ ■ •_- ;■ .■ -\.'>: -.'■.''.■ ■ —

V опецнажнчи^л;--;V ' Й.И.Бабьева

Общая характеристика работы

Дктуалъяость теш. В связи с возрастащими масштабами загрязнения окружавдей среда выявление направления и глубины воздействия прошвшешак вабросов на биогеоценозы и почвы, как та

роль лесных биогеоценозов в сохранении экологического равновесия и нормального функционирования биосферы определяет необходимость проведения всесторонних исследований влияния на них промшшеяяшс выбросов. Изучение закономерностей воздействия промышленного.загрязнения на Сиогеохимические цшиш вахке&вих элементов минерального питания растений, на состав в свойства органического вещества почвы имеет первостепенное значение, поскольку они во многой определяют устойчивость биогеоценозов, уровень их продуктивности и качество растительной продукции. Количественное исследование такого воздействия позволит выявить лабильные и устойчивые к промышленному загрязнении компоненты почвы, установить признаки, которые ыогут служить показателями состояния почв при проведении экологического мониторинга.: ■.

рель д дааачи исследования. Целью настоящей работа является изучение влияния промышленных атмосферных выбросов на закономерности поступления, иигращш и аккумуляции азота и фосфора а дерново-подзолистых почвах» на состав и свойства органического вещества почвы, изучение роли гумусовых кислот в связывании дополнительных количеств поступающих из атмосферы азота и фосфора. В задача работы входило: .

X. Определение количеств азота в фосфора, постуваыда: в поч- ■ ш загрязненных и фоковых территорий с, атмосферными осадками.

2. Изучение влшшия ироыыилекнш; выбросов ва аккумуляцию

азота и фосфора в деряово-подзслистых почвах.

3. Опредвденве влияния промышленных выбросов ^-содерешше,

Ни. К. Д.

кошонеят, имеет большое научное и прикладное значение. Ваяа&я

азота л фосфора в растениях в оценка роля растительного опдиа в аккумуляции дополнительных количеств азота в фосфора в верхней часта почвенного профиля.

4. Изучение закономерностей миграции аэога и фоофора с 1ра-вятациотшип волами в дер: 1 ово-подэ олистшс почвах загрязненных я фоновых территорий.

5. Определение качестьенного состава органического вещества □очны в его рола в связывании азот,а и фосфора, поступавдих в состава атмосферных промышленных выбросов.

6. Изучение состава и свойств Гумилевых кислот дерпово-под-эолзстт почв загрязненных в фоновых территорий*

1 Нат^ная росизна. В работе впорвые оценено влияние промышленных выбросов комплексного состава на естественные днгла азота а фосфора в лесвнх биогеоценозах. Показала роль органического во« щества почвы в связывания дополнительных количеств поступающих из атмосферы азота и фосфора. Показана устойчивость основных -свойств гушновых кислот к плняниз промышленного аэрозагряэненяя изученной интенсивности в продолмзт елъности.

Графическая пепность. Количественная и качественная оценка поступления промышленных выбросов соединений азота и $осфора в лесные биогеоценозы ыохет Сыть использована для прогноэ кровшшз изменений биогесосвмических циклов важнейших элементов минерального пятаная растений в условиях промышленного загрязнеявя. Подчеркнута роль лесной подстилки, как аккумулятора промышленных выбросов к индикатора загрязнения. Показала возможность участия лро-мшшаешшх атмосферных выбросов в вагряэнениа природных род минеральными соединениями азота.

Ати^авдя -работы. Основные положения вассертацин база доло-»еиы и обсуждены на Всесоюзно! лколе "Влияние происаленянх предприятий на одрухаюиую среду" (Звеаигород, 1984), на У11 контрен-

цин пололи ученых факультета почвоведения МГУ (Москва,■19Й5).

Диссертация апробирована на заседании ка£едры о&одго почвоведения факультета почвоведения МГУ 16 октября 1ЭН5 года.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 работу я 5 работ сдано в печать.

(¡¡утууктура и оф-ьом стссету^ют. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов. Материалы дассортадап изложены на страницах машинописного текста (ь том числе таблид рисун-

ков -/¿>). Список литератур! включает УЙУ работ на русском языке и - на иностранны* языках.

Объект и метода исследования Объектом исследования послужили дерново-слабоподзолиотый почвы осинников в ольшаников в района действия комбината по производству минеральных удобрений. Опытные участки, приуроченные и зонам разной степени поражения растительного покрова, были заложены на расстоянии 0,8, 1,5, 5,0 я 40 (фоновые) кы от источника атмосферных прсишаленнюс выбросов.

Исследуемые почвы имеют типичный для дерново-подзолистых цоч» валовой состав, для которого характерны обогеденность опод-. золенного горизонта окисью кремния ^возрастание содержания полуторных окислов в нижних горизонтах профиля.

Содержание углерода в гумусовом горизонте почв составляет 2,0-3,0 %, азота 0,19-0,30 фосфора 0,03-0,05 %. Вниз по профилю содержание углерода, азота и фосфора резко уменьшается я составляет в горизонте Ш 0,10-0,36 %, 0,02-0,05 % и 0,01 соответственно. Почвы кислые, ненасыщенные основаниями. Наибольшая кислотность (рНО^О) 4,3-5,0, рНСИД) 3,3-4,3) и ненасшденность (29-СО %) характерны дли подгоризонтов подстилки и гуму-

сового горааонта.

В делом химический состав к свойства дерлоъо-слабоподзолас-

тых почв всех ommiux участков близки, что позводяйт нспольэо-оать эти почвы для выявления изменений свойств и процессов в них под слиянием промышленных выбросов,

В работе применен широкий набор химических в шструменталь-ннх методов исследования почв, природных вод, растений и органического вещества почв (Шилова, 1955, Арпнушгагаа, 1970, Орлов, 1975, Нзлъбова, Церликг, 1977, Строганов, Бузинова, 1977, Орлов, Гришина, 1981). Основные результаты*обработаны методами математической статистики.

Результаты исследований

Содержание азота ц tfroofropa в tyrMoeftemux осадках Атмосферные осадки являются важным источником поступления элементов в биогеоценозы, Атмосферпыа осадки фоновых участков содержат 1,1-2,1 кг/л аммонийного азота и.0,4-0,8 мг/л азота нитратов, Нитратного* азота содержится не более 0,001 иг/л, фосфора-не более 0,01 мг/л, что характерно для атмосферных осадков, не-подвержекных активному ароьашианноиу загрязнении.

Вблизи источника атмосферных продолбленных выбросов содерха-1ше азота z фосфора в осадках возрастает в результате поступления в атмосферу азот- и фосфорсодержащих соединений. Содержание аммонийного азота достигает 8,2-11,5 мг/л, азота нитратов - 1,1-2,6 мг/л, нитритов - 0,02-0,04 мг/л, фосфора - 0,0-3,0 ш*/л. Доздь имеет более внеокув ишераяиэадиэ в сравнении со снегом. Наибольшее содержание азота и фосфора характерно для осахков на расстоянии до 1,5 км от источника атмосферных выбросов, однако ibSoi содержание фосфора еще значительно превышает фоновый уровень.

СРтеПУ-з^иЗ пляжных соединений а?от^ и fopefropg. .; в детаор о-я одзолдстых почвах Дерново-подзолистые почвы осинника и ольшаника фоноьых участков а целен охвечаят вмевщимся представлениям" о сог.еркагащ в

дерново-подзолистих почвах подвижных соединений элементов минерального питания растений (Ковригин, 1952, Смирнов, 1958, Смир- . нова, Глазунова, 1958, Тарарш, Тарарина, 1970, Александрова, Вячкелев, 1974, Федоред, 197?, Коротков, Агапова, 1У03, Попова, 1983, Сахарцев, 1983 в др.). Для них характерно невысокое содержание подвижных минеральных соединений азота и фосфора (табл. I). Значительная часть водорастворимых азота и фос^гора предстаплена органическими соединениями. В листовом подгоризонтв подстилки на доош водорастворимых органических веществ (DOB) приходится 49 -65 % водорастворимого азота, в нижних подгоризонта* подстяляи а в гумусовом горизонте - 22 - 49 %. Фосфор ВОВ абсолютно преобладает в составе водорастворимых фосфатов, на его доле приходи1ся 70 - 93 % водорастворимого фосфора в подстилке а гумусовом гори* зонте дерново-подзолистых почв.

Скмбиотнческад азотфиксация в корнях ольхи способствует обогащению почвы азотом и более интенсивной трансформации растительного озада. Поэтому в почав ольшаника содержится болыно нитритов, нитратов, аммонийного азота, а доля органического азота в составе водорастворимых форм снижена. Преойладапцой формой водорастворимых минеральных соединенна азота в почве осинника являются соли ашопия. В ольшанике аммонийный азот преобладает только в листовом подгориэонте подстилки. Выраженный максимум содержания нитратов, нехарактерный для почв других лесных сообществ, отмечается в нижних подгори зонт ах подстилки ольшаника".

Вблизи источника атмосферных промшшешшх выбросов почвы содержат повышенное количество подвижных соединений элементов минерального питания. Ижсюл/гл содержания подвижных соединений азота и фосфора отмечается в почвах на расстоянии 0,8 км от источника .шбросов. Под влиянием ирсммпиешшзс выбросов нэ происходит существенного изменения содержания DOB и связанных с ними азота и фосфо-

. . Тайлзда I.

Содержание подгвлннх соединений азота а фосфора в дерново-подзолистоЛ почве, игДоо )

Растит. Расст. от кст. Гори- Н-КП^ Р н-;;о2 В орг. Р игн. Р орг.

со-оОщ. БИбр., км зонт [ЙЕКИ) (0,2нНС1) водорастворимые форш

0,8 А0ь 103+7 182+19 0,54+0,15 25,0+3,8 27,6+3,2 12,1+1,1 19,2+1,4 1,89+0,21

А0?+н 77+9 169+27 0,011+0,002 12,9+1,5 11,5+1,2 4,4+0,5 7,6+0,7 0,35+0,07

1 А1 13+1 11+2 0,001 1,0+0,2 1,0+0,1 0,8+0,2 1Д+0.2 0,07+0,01

О 40 А0Ь 42+4 19,4+5,2 0,011+0,002 0,55+0,11 6,3+0,6 12,7+1,4 0,44+0,09 1,86±0,30

28+2 9,9+1,4 0,007+0,001 0,23+0,04 4,5+0,4 4,4+0,4 0,04+0,01 0,46+0,03

Я 9+1 2,6+0,3 0,001 0,32+0,06 0,7+0,1 0,6+0,1 0,01 0,08+0,02

0,8 А0Ь 106+9 184±19 0,44+0,12 30,4+5,1 31,5+4,6 13,0+1,3 21,0+1,4 1,41+0,22

70+10 178+23 0,010+0,004 13,9+1,0 7,9+0,6 2,8+0,3 7,9+0,6 0,31+0,04

ч АХ 13+1 0,002 0,6+0,1 1,0+0,1 0,7^0,I 1,3+0,1 0,08+0,01'

% 8 40 А0Ь 45+7 17,2+1,7 0,44+0,12 2,8+1,3 13,7+2,0 16,1+2,0 0,69+0,10 1,59+0,26

30+3 9,0+2,2 0,011+0,003 9,0+1,0 4,3+0,6 4,0*0,6 0,04+0,01 0,40+0,10

А1 8+1 1,6+0,2 0,001 0,9+0,2 0,7+ОД 0,7+0,1 0,01 . 0,09+0,01

pa в подстилке н гумусовом горизонте дерново-подзолистых почв. Снижение относительного содержания азота в фосфора ВОВ связано с резким повывенпем содержания их минеральных форм. Особенно резко снижается относительное содержание фосфора BOB, составляющего 49 % водорастворимого фосфора в подстилке и гумусовом горизонте.

На расстоянии 1,5 км от источника атмосферных выбросов содержание подвижных соединений азота и фосфора в почвах снижает« ся, однако повышенное накопление некоторых из них наблюдается и. на расстоянии 5 км, где содержание подвижного аммония в листовом подгоризонто подстилки в 1,4 раза, а фосфора в 2 раза превышает фоновый уровень. В наибольшей степени на поступление биогенных элементов реагирует лесная подстилка. Достоверное увеличение содержания большинства изучений соединений азота и фосфора в гумусовом горизонте отмечается лишь в непосредственной близости от источника атмосферных выбросов..

Соцержднде азот^ и ftoorfcpfl в ля^им^ур'^чес^аг^; и. rpYFipDwy Pffltt

Содержание минеральных соединений азота и фосфора в лизиметрических водах дерново-подзолистых почв - осинника и ольшаника фоновых участков близко к их содержании в атмосферных осадках. Исключением является повышенное содержание нитритов н нитратов в лизиметрических водах почвы ольшаника, где они-образуются в достаточно большом количестве при трансформации растительных остатков, обогащенных азотом. Водорастворимые органические соединения имеют большое значение в миграции азота и фосфора в профиле дерново-подзолистых почв. Лизиметрические воды из подстилки и гумусового горизонта содержат 17-йЗ мг/л углерода ВОВ, с которыми-' связано около 2 мг/д азота и 0,2-0,3 кг/л фосфора. Преобладающей формой миграции азота в почве ольшаника являются нитрата, в виде которых из подстилка выкосится около 50 JC, а из гумусового гори-

зонта - свыше 70 азота. Среди шгрирушкх соединений азота в почве осинника преобладают органические и аммонийные, на долю которых приходятся евшие 00 % мигрирующего азота в подстилке и око-до 00 % - в гумусовом горизонте. Миграция фосфора по профилю дерново-подзолистых почв ограничена. В лизиметрических водах из лесной подстилки содержится 0,3-0,4 мг/л, а в водах из гумусового горизонта около 0,2 мг/л фосфора, предетавленного преимущественно

*

органическими или органо-минерольными соединениями.

Вблизи источника атмосферных промышленных выбросов нигршия соединений азота и фосфора в почвенном профиле значительно возрастает.. В результате активной нитрификации в лесной подстилке нитраты преобладают среди мигрирующее соединений азота. Содержание азота нитратов в лиэизетричоских водах составляет 15-18 мг/л, В целом в составе мигрирующих азотсодержащие соединений преобладают минеральные, на долю которых.приходится около 90 % от суммы шгрврую-щего азота. Фосфор в. лизиметрических водах представлен главным образом минеральными фосфатами, содержание которых возрастает в сравнении с почвами фоновых участков в 26-52 раза. На долв фосфора' органических соединений приходится лишь 8-12 % в лизиметрических водах из лесной подстилки и 27-33 % - из гумусового д-оризонта.

Легкорастворимые соединения азота свободно мигрируют с Г]шэя-ташонными водам» до уровня подстнлащей породы, на водоупоре которой большую чпоть вегетацпонного периода вскрывается уровень_ почвонно-грунтовнх вод. Содержание иитригного азота в почвенно-грунтовых водах вблизи источника выбросов достигает 0,7-1,4 иг/л, . нитратного - 19,6-26,2 мг/л. Содержание аммонийного азота обычно не превышает 0,2-0,4 мг/л, а фосфора содертатся менее 0,01 мг/л.

Сопсысаот . а эрг а и (ЕосФотж в тстеняя^- .

Содержание азота и фосфора в дгетьяж деревьев не остается постоянном на протяжении вегетадаоккого периода, В естестьчнкьж

условиях для всех изученных видов (береза пушистая - ВвШа ри-Ъевсепя Ыи-Ь., осина - Рори1из 1геаи1п Ъ,, ольха серая - А1лиз Шсвпа ) Повлек ) характерно постепенное снижение содержания . азота и фосфора от начала к концу вегетации и кщишадьнов содержание в опадаицих листьях. Содержание азота в опадающее листьях березы составляет 33 % от его содержания с начала ввгеташюшюго , периода, осины - 21 ольхи - 61 а содержание фосфора и опа-давдих листьях всех видов составляет 16-2в % от начального. Сим-биотическая фиксация атмосферного азота а кор[Шх ольхи устраняет дефицит этого важного биогенного элемента в почвах ольшаников, а пониженная реутилизация азота в листьях ольхи способствует обогащение ни опада и накоплению азота в верхней части почвенного профиля.

Загрязнение атмосферы комплексом фитотог.епчних газов и накопление в почве биогешшх элементов приводит к нарушения природных закояоиерностей перераспределения азота и фосфора в листьях деревьев, Различия в содержании огога и фосфора в листьях растений зоны загрязнения в фонового участка становятся хорошо выражонннми и носят сходный характер у разных вадов во второй половине вегетации. В вто время в листьях растений зоны загрязнения содержится повышенное количество азота и фосфора. В середине вегетационного периода в поврежденных листьях, в отличие от нормальных, преобладают процессы накопления, а не выноса биогенных элементов. Максимальное накопление азота в фосфора происходит в листьях березы, наиболее обедненных этими элементами в естественных условиях. В поврелдевннх листьях н&рушдогсл закономерности реутилизации азота в фосфора перед листопадом. Существенное ее снижение обуславливает повышенное содержание азота и фосфора в опадающих листьях . (табл. 2) и ведет к обогащении лесной подстилки биогенными элементами. Опад ольхи.богатый азотом и в естественных условиях, не

Содержание азота и фосфора в опадшсдас листьях, % на а<5с. сухой вес

Вид Эл-Т 0.4 0,8 1,5 5,0 40 к»

V 2,24 2,18 1,59 1,56 1,29

Х^и^а риЬеэсепя Р 0,30 0,36 0,32 0,15 0,12

У 2,22 1,80 1,24 1,33 1,23

ГориГив ^епи1п ? 0,24 0,31 0,23 0,19 0,13

2,66 2,55 2,96 2,92 2,57

А 1л из 1лсепа Е 0,37 0,39 0Д6 0,15 0,13

проявляет заметной его аккуагуляшш нра загрязнении.

Накопление дополнительных количеств азота и фосфора происходит и в травянистых растениях вблизи источника выбросов. Большое относительное обогащение характерно для видов, содержала меньше азота И фосфора В естественна условиях - 15еесЬетара1а соеэрИ;о-аа (I.) Веаит., Аееороа1т роЗасгагАа Ь.

■ Д^та^хтр^ ^зота и Д-осДот в почао В почва фоновых участков с атмосферными осадками поступает за год 19 кг/га азота, что близко к .средним за вегетационный период запасом водораствордкых соединений азота в подстшхкб и гумусовой горизонте дерново-подзолистых почв. Фосфор, поступатшЯ с атмосферными осадками (0,08 кг/га в год), имеет меньпее значение в пополнении запасов его подвижных ферм в почве. Средние запасы водорастворимого фосфора в подстилке л гумусовом горизонте почв осинника и ольшаника в 2,3 раза превышают количество фосфора, но-ступавшое о осадками. .

Вблизи источника азот- и фосфорсодерчадих атмосферных выбросов суяеств&нным источником поступления в почву биогенных елем^п-тов является осаждашаяся пыль,'содериащая 0,9 % азо?я к 2,4 % фосфора. Суммарное поступление авота с атмосферными осадкшк к гллыо составляет 97 кг/га, а фосфора окаю 35 п?/га в год. Та*-^'

Поступление азота и фосфора в почву с атмосферными осадками и вынос с фильтрующимися водами, кг/га в год. II скобках - с учетом поступления с питью

Растит, со-общ. Расст. от ист выбр., км II СН02) и (пор и 1! орг. Р мен, Р орг.

Поступление 0,0 40 0,2 15,2 3,9 76.0 15.1 91,4 (97,5) 19,0 17,9 0,08 <34,3) о, ой

1 Вынос из АО 0,8 40 0,4 ОД 94,8 2,4 34,7 12,7 13,1 12,4 143,0 27,6 18,3 0,4 1.5 1,2 19,6 1,6

Вынос из А1 0,8 40 0,3 0,02 44,7 2,9 7,4 4,1 6,4 5,8 58.7 12.8 • 0,9 0,03 0,4 0,5 о,с

1 Вынос из АО 0,6 40 0,2 од 108,3 20,8 33,8 9,4 15,0 12,6 157,3 42,9 17,1 0,6 2,4 1,7 19,6 2,3

Вынос из А1 0,8 40 0,2 0,04 45,0 18,3 7,6 1.4 6,6 5,0 59,4 24,7 1,6 0,03 0,6 0,5 2,2 0,5

образом,из атмосферы поступает азота а фосфора больше, чем с листовым опадом древесно-кустарннкового яруса в 1,8 и 3,7 раз соответственно. Поступление азота в 2,3-3,7 раз, а фосфора в 1,4-1,8 раза превышает средний запас юс водорастворима форы в верхних • горизонтах профиля.

Активная миградая нитратов обуславливает интенсивный вынос , азота из подстилки и гумусового горизонте (табл. 3). Низкая миграционная -способность фосфатов обуславливает незначительный вынос фосфора с фильтрующимися водами. Лаке из подстилки его выносится меньше, чем поступает из атмосферы, а в гумусовом горизонте по-ступшций фосфор задерживается практически полностью. Ведущее значение в перераспродалмши важнейших биогенных элементов в поч-- венном профиле принадлежат растительности, - обогащенный азотом и фосфором опад которой приводит к значительному накоплению их в подстилке. ~

■ В результата постуш^шя азота в фосфора в составе атмосферных п^омшаденкых выбросов в подстилке и гумусовом горизонте почвы дополнительно накопалось свышо 500 кг/га азота. В подстилке, несмотря на поьышотшй вынос с фильтрующимся водами, накопилось около половины общего количества азота. Дополнительное накопление фосфора превысило 400 кг/га. Около половшш фосфора накопилось в гумусовом горизонте и несколько больше' половины - в лесной подстилке, где количество накопившегося фосфора в 3 раза превысило его исходные запаси.

Солепу.ауие пзота н в гумусор»х тсро/уаз;

дрпкоро—пот:? о.тппую; рочз Содеря^ние азота и фосфора. в спешфгческлх гумусовых кислотах почв изменяется в определимых пределах и зависит от общих условаИ гумусообразошния. В то ге время гумус оше кислоты способны связывать дополнительное количество азота при взаимодействии о другими азотсодержащими соединениями (Степанов, 1969, Мань И Др., 1579, Кегп-1ог*\Г, ЫоЬп1*гег, 1979).

• В составе гумнновых кзелот (ГК) и фульвокаслот (ФК) изученных дерново-подзолистых почв преобладают кх первые фракцот. Промысленные выбросы не оказывай? существенного влияния на степень гушфикации (Сгк:С0(5щ *100 %), которая составляет 6-9 % б лесной подстилке и 20-27 % в гумусовом горизонте, м отноигенее Сгк:Сф,( 4 равное 0,8-0,9 и 0,7-0,8 соответственно в подстилке и гумусовом горизонте. ВблиБК источника промышленных выбросов гумусовые кислоты относительно обогащены азотом и фосфором. Отношение С;И в них уменьшается о 13-14 до 11-12. Отношение С:Р в ГК и КС кз лесной подстилки.меняется незначительно, в гумусовой яо горизонте происходит резкое снижение этого откоиения: з ГК о 40-44 до 2831, в ФК о 63-75 до 42-46. С цель» определена форм мож^еютя депйлнЕГйяьных; количеств аэота и фосфор л в молекулу 1Т. я с-лредз-

ленжя прочности образующихся связей били вндолены препараты ГК, определен их состав и свойства.

ростав и сврйдтвд румян^ии кислот дерново-подзолистнх поч? Промышленное загрязнение почв может явиться фактором, изменяющим состав и свойства гумусовых кислот (Hutchinson, whitty, 1977. KerndorfГ, Schnitzer, 1979)..

ГК из подстилок и гумусовых горизонтов дерново-подзолистых почв существенно различаются по химическому составу. Для первых, характерно пониженное содержание углерода и повышенное водорода, что ведет к расширению отношения Н:С и свидетельствует о большей участии алифатических группировок в построении молекулы (табл.4). ГК из лесных подстилок гидролизуются 6 н HCl в среднем на 43,3 %,

тогда как из гумусового горизонта лишь'на 33,8 5». Содержание не-

j

гадрслизуемого остатка находится в прямой корреляции с содержанием углерода (г=0,84) и в отрицательной корреляции с атомным отношением Н:С (г=-0,72), что соответствует большей устойчивости более конденсированных ГК. Значения коэффициентов экстинкции находятся в высокой положительной корреляции с содержанием углерода, ( г=0,7б), негидролизуемого остатка ( г=0,92) и в отрицательной корреляционной связи с атомным отношением Н:С (г=-0,64). Полученные результаты хорошо согласуются с современными представлениями о изменении обуглерожеяности и степени копденсироваяности-в процессе "созревания" новообразованных ГК (Александрова, Румянцева, 1970,. Хигуноз, Симаков, 1977, Назарова, 1977 к др.)..

Содержание кислорода и азота близко в ГК подстилок в гумусового горизонта, однако ГК из лесных подстилок относительно обогащены азотом и имеют более узкое отношение С:К , Отношения Н:С и--С:к связаны отрицательной зависимость» (*=*-0,61), свидетельству-гедеЯ о батьпей обогащениести азотом менее конденсированных ÜK. ГК, выделенные из яэчв разных растительных сообиестл» нес—

Таблида'4;.

Элементный состав гуминовых кислотдарново-подзодистых. вочв, атомные %

Растит. со-Общ. Го-риз. Расст. от ист ВЫбр., кы- С Н 0 Я тс 0*11

АО 0,8 36,07 43,79 17,99 2,15 1,21 16,78 -0,22

1.3 36,77 42,82 18,31 2,10 1,16 17,51 -0,17

а » 5,0 36,95 41,34 19,64 2,07 1,12 17,85 -0,06

1 40 35,56 41,60 19,77 2,07 1.14 17,66 -0,06

А1 .0,8 39,19 41,79 16,99 2,03 1,07 19,31 -0,20

1.6 ЗЭ.77 40,68 18,47 2,08 1,05 18,64 -0,10

40 40,22 33,33 19,29 2,15 0,95 18,71 +0,01

АО 0,8 35,34 44,93 17,55 2,16 1,27 16,21 -0,28

1.6 36,28 43,54 17,94 2,23 1,20 16,27 -0,21

И: 5,0 35,18 43,93 18,70 2,19 1,25 16,06 -ОД9

1 40 35,82 18,83 2,12 1,21 16,90 -0,25

Я АХ 0,8 37,41 41,37 18,91 2,31 1,11 16,19 -0,09

1,5 37,60 42,75 17,55 2,09 1.14 17,99 -0,20

40 37,91 40,59 19,33 2,17 1,0? 17,47 -0,05

колъко различается по составу и свойствам (различия наиболее выражены в ГК из лесных подстилок). Для ГК из подстилки.осинника характерны повышенное содержание углерода/ пониженное - водорода, х суженное в связи с этик отношение К:С. ГК из подстилок и гумусового горизонта почв осинников гидролизуются в меньшей степени * ' ' '

х.имеют более высокие коэффициенты экстияицяи^ что соответствует отмеченной вше связи с обутлероженностьп а конденсировакностью ГК. Вероятно, особенности химического состава опада ольхи и процессов "его трансформации способствуют образованию ГК с более развитой периферической часть». ГК из почв ольшаников содержат больше азота и имеют более узкое отношение Са), что, очевидно, связа-* »

но о прямым влиянием обогащенного азотом растительного спада.

В условиях поступления промышленных выбросов происходят некоторые изменения состава и свойств ГК. Достоверным является уменьшение окисленноети ГК. Кроме того наблюдается тенденция к уменьшению содержания углерода, повышению - водорода, расширения отношения Н:С и более узкому отношению С:И в ГК загрязненных почв. - Меньшая конденсированноеть л окисленноеть ГК в условиях поступления промышленных выбросов может быть связана со снижением микробиологической я ферментативной активности почв, замедляющим процессы "созревания"ГК. Тенденция к повышению содержания азота и сужению отношения С:В объясняется обогашенностью азотом гумифицирующегося материала - растительного опада т протеканием процесса гумификации в среде, обогащенной азотом. Слабая тенденция к относительной обогащенностя азотом ГК загрлзненнщ; почв может быть связана как с ограниченным временем влияния промышленных выбросов соеданекиЗ азота, недостаточным для прочного закрепления его в молекуле ГК, так и с потерей слабо связанного азота в процессе очистки препаратов ГК.

ГК из загрязненных» фоновых почв не имеют закономерных достоверных различий по гидролязуемости, значениям коэффициентов экстевкщщ и имеют сходный характер поглощения в инфракрасной ойлзсти.

Фоогм соеттегпгй азота в гут/итговкт тслоуах;

Соотношение отдельных,форм азота в ГК колеблется в широких пределах, что связало с типовыми различиями ГК почв и несколько раэличагаддатся условиями проведения анализа (Овчинникова,. 1965, • Орлов, 1974, Назарова, 1977, Александрова, 1900, вгегтег, 1955,. "(вгаадЫ*«, Ак1£Л, 195-5, ^пкП. 1971, КЬоп, ^окавп/'.

1372, Котг^1епко, 1973, 1з«1:аи>с1, Кииа+зикв. 1975).

Бодьазя часть азота ГК хеелкх лэдсгилок и гулусового горизонта дерново-подзолистых:почз ыходкт в.состав гсдрогизуема со-

единений* ГК из лесных подстилок гидролазуются по азоту в сродней на 75,7 %, а вэ гумусового горизонта на 64,9 % (табл. 5). Гвдролизуемостй PK по весу и азоту находятся в тесной корреля-'дионной связи ( г=0,90). Следовательно повышение устойчивости ГК по мере их гумификация сопровождается повышением содержания менее лабильных соединений азота. Аммонийный азот я азот аминокислот составляет более 90 % суммарного гидролизуемого азота. • Большая пасть гидролизуемого азота представлена аминокислотами: 61-76 % в гидролязате ГК лесных подстилок и 43-64 % в гидроли-зате ГК гумусового горизонта. Среднее содержание аминокислотного азота в ГК гумусового горизонта составляет 35,6 % от общего содержания азота. Значительно большая часть азота (50,7 %) представлена аминокислотами в ГК вз лесных подстилок, что свидетельствует .о обогащенности аминокислотами "молодых" ГК.

Среднее содержание аминокислот в ГК гумусового горизонта составляет 9,6 % ала 762 ыгааоль/т. Гораздо больше аминокислот содержится в составе ГК на лесной подстилка - 14,1 % или 1157 . кимоль/г. ГК из подстилки и гумусового горизонта различаются не -только по абсолютному содержанию аминокислот, но в по соотношению отдельных их групп. ГК нз гумусового горизонта содержат мень-"ш нейтральных, таеишчесхих и оксикислот, больше дикарбоношх, ' основных н серосодержащих аминокислот. Все эти различия достоверны при вероятности 0,-999 или 0,99. Увеличение содержания суммы. двкарбоновых аминокислот в ГК гумусового горизонта свидетельствует о активном участии аминокислот в процессе карбоксидирова-вкя ГК вр£ их "созревании".

' Аммонийный азот также составляет сущрственнув часть гидролизуемого в общего азота ГК, При практически равном абсолютном содержали аммонийного азота в ГК подстилки в гумусового горизонта его относительное содержание существенно выше в гидролазате ГК

Форш соединена*! азота s гуминошк кислотах дврново-подзолистыг почв

Рас-ТМ. со-oöq. Гори-зопт Расст. от ист. вшЭр., км и оба. * р к-аминокислот ¿:í гидролиз.

% ; ote -к гидр. £ Olli общ. % %'otí Ь'ПШр, £ от % % от ¡i общ.

- АО 0,8 3,60 0,94 32,4 24,7 1,85 64,1 49,0 2,90 76,3

1,5. ■ 3,61 0,63 30,7 23,0 1,66 61,5 46,0 2,70 74,8

5,0 0,85 31,3 24,2 1»71 62,9 48,6 2,72 77,3

40 ■ 3,55 0,78 28,9 22,0 1,83 67, Ь 51,6 2,70 76,X

i AI 0,8 3,47 0,94 42,0 27,1 0,95 42,9 27,7 2,24 64,6

о 1,5 3,52 0,82 35,7 23,3 1,38 60,0 39,2 2,30 65,3

5,0 3,60 0,73 33,0 20,3 1,36 61,5. 37,8 2,21 61,4

40 3,56 0,83 35,8 23,3 1,03 44,4 28,9 2,32 65,2

АО 0,8 3,90 0,90 30,9 23,1 1,92 66,0 49,2 2,91 74,6

1,5 3,92 0,83 30,1 22,5 1,93 66,1 49,2 2,92 74,5

5,0 3,85 0,71 24,5 10,4 2,08 71,7 54,0 2,90 75,3

■л 40 3,70 0,77 27,1 20,8 2,15 75,7 53,1 2,84 76,8

1 д 0,8 3,89 1,00 33,7 25,7 1,25 49,6 32,1 2,52 64,8

в 1*5 3,69 0,80 32,4 21,7 1,44 58,3 39,0 . 2,47 66,9

5,0 3,78 0,81 32,4 21,4 1,59 63,6 42,1 2,50 66,1

40 3,71 о,es 35,7 23,2 1,42 58,9 38,3 2,41 65,0

' — ы> —

гумусового горизонта за счет снижения роли аминокислот в построении молекулы.

Определенные различия наблюдштся в содержании отдельных

*

форм азота в ГК из почв разшх растительных сообществ. : Достоверным является повышенное содержание общего, гвдролкзуемого и аминокислотного азота в ГК из лесных подстилок ольшаников. Повышенное содержание аминокислотного азота, вероятно, связано с более . интенсивной микробиологической деятельностью по трансформации обогащенного, азотом растительного оиада. Близкое содержание аммонийного азота в ГК из почв осинников и ольшаников подтверждает низку» специфичность его участия в построении моле)сулы ГК, которое определяется, по-видимому, осйцю.щ условиями гумификации.

Прошплеккие выбросы оказывают некоторое влияние на содер-1 жание форм азота в ГК, которое в большей степени прослеживается в ГК из лесной подстилки. Достоверным является увеличение абсолютного содержания аммонийной. фракции с 0,78 до 0.0Э % и уменьшение относительного содержания азота аминокислот о 53 до 48 % в ГК загрязнении* лесных подстилок. Механизм увеличения содержания аммонийного азота, вероятно, связан с поглощением и закреплением в молекуле ГК ашошш из почвы, содержащегося здесь в повышенных „количествах. Уменьшило абсолютного и относительного содерзшшя. азота аминокислот может быть связано со снижением микробиологической активности, почв вблизи источника выбросов. Взаимодействие ГК с поотуп&эдимн в почву аммонийными соединениями, вероятно, имеет более широкие масштабы. Потеря части поглощенного ашония могла произойти в процессе получения препаратов ГК, подвергавшихся достаточно жестким условиям очистки.

^ .Содержание ДооДЮра в тадноваг кислотах

Согласно современным представлениям фосфор ГК почв- имеет двойственную природу и представлен органофосфатаыи веспецафичес-

Kofi природы или продуктами их трансформации, входящими в состав молекулы ГК, а также продуктами взаимодействия ПС с минераяьны-: ми соединениями фосфора (Александрова, 1956, Фокпп, Синха, 1969, 1970, Бацула, Кривоносова, 1973, Сокин, 1975, Гинзбург, 1981, Andere©», Некое, 1963, Vi'eir, Soper,'1963, Lereaque, Schnitter, ■1966, .1967, Ьетеядие, 1969, Ko-v^Lenlto, 1978).

Содержание фосфора в препаратах ГК из лесных подстилок составляет 0,2-0,3 %. Накопление фосфора в подстилке вблизи источника атмосферных выбросов не приводит к увеличению его абсолютного содержания в ГК. В то же время доля фосфора в золе ГК возрастает с 13-14 до I5-IS Обработка I н HCl полностью удаляет "избыточный" фосфор из ГК лесных подстилок.

В визхозолышх (0,7-1,4 % золы) пр*епаратах ГК из гумусового горизонта содерскится 0,14-0,25 % фосфора при одинаковом содержании в золе в условиях загрязнения и при его отсутствии. Совершенно иная картина складывается при изучении зольных препаратов (8 -12 % золы). Содержание фосфора в золе ГК загрязнении* почв составляет 11-14 % против 7 % в золе ГК почв фоновых участков ' t (табл. 6). Обработка зольных препаратов I н HCl не приводит к существенному снижению содержания фосфора, ГК из почв загрязненных участков по-прежнему содержат значительно больше фосфора.

Кислотный гидролиз переводит в раствор 83-67 % фосфора низ-коэольш« препаратов и 91-96 % фосфора золышх препаратов. Содержание фосфора в негидролизуемой части ГК составляет 0,02-0,04 % и является устойчивой характеристикой. 60-65 % фосфора кизкозоль-. ных и 78-90 % фосфора зольных препаратов переходит в гидролззат в виде ортофосфата (легкогидролизуемый фосфор) а соответственно' * . 19-25 % и 6,-14 % фосфора гидоолизуется до других фосфорсодержа-шх соединений (труднопшролизуеда^Й фосфор). Весь "избыточный" фосфор гвдро.тазуется до орто-Т/эсАата, псгтолу относительное со-

Таблица в.

Сорыа фосфора в гушнош! кислотах дерново-водзожсткх почв

таг. ео- оОн, Горизонт Расст. от ист шйр., та Зола Р общ. Р. % Р лэгкогздроляз. Р труднОГЕДрОЛЕЗ. £? ГЕДрОЛЕЗ.

* д * от золы % • % 0T2. Р гидр. % от Р общ % % ore Р гидр. * от Р обп; * * % от Р обо

- АО 0,6 1,93 0,29 15,0 0,19 70,0 65,5 0,06 24,0 20,7 0,25 86,2

1.5 1,70 0,26 15,3 0,17 77,3 65,4 0,05 22,7 19,2 0,22 84,6

5,0 1,39 0,27 14,0 0,17 73,9 63,0 0,06 26,1 22,2 0,23 85,2

к 40 2,10 0,27 12,9 0,17 73,9 63,0 0,06 26,1 22,2 0,23 85,2

о Я 0,8 0,71 0,14 19,7 0,09 75,0 64,3 0,03 25,0 21,4 0,12 85,7

О П,77 1,30 11,1 1,16 92,8 89,2 0,09 7,2 6,9 1,25 96,2

40 .1,04 0,20 19,2 0,12 70,6 60.0 0,05 29,4 25,0 0,17 85,0

8,93 0,66 7.4 0,52 86,7 78,8 0,08 13,3 12,1 0,60 90,9

АО 0,8 1,40 0,25 17,9 0,16 76,2 64,0 0,05 23,8 20,0 0,21 84,0

1.5 I.4I 0,23 16,3 0,15 75,0 65,2 0,05 25,0 21,7 0,20 87,0

5,0 1,80 0,23 12,8 0,14 73,7 60,9 0,05 26,3 21,7 0,19 82,6

| 40 1,96 0,25 12,8 0,15 71,4 60,0 0,06 28,6 24,0 0,21 84,0

В б Я 0,8 1,40 0,25 17,9 0,16 76,2 64,0 0,05 23,8 20,0 0,21 84,0

3 11,00 1,51 13,7 1,36 93,8 90,1 0,09 6,2 6,0 1,45 96,0

40 1,42 0,23 16,2 0,14 73,7 60,9 0,05 26,3 21,7 0,19 82,6

8,01 0,59 7.4 0,46 85,2 78,0 0,08 14,8 13,6 0,54 91,5

держание легкопщролизуемого фосфора в низкозольных, а также абсолютное в относительное его содержание в зольных препаратах' выше в ГК из почв загрязненных участков. Таким образом, ГК при- -нныаюг участие в связывании минеральных фосфатов в почве о образованием фосфат-гумусовых соединений. Большая часть этих соединений теряется в процессе получения визкозашпк препаратов ГК

твоим ' .

1. Атмосферные выбросы комбината по производству минеральных удобрений вносят изменения в естественные циклы азота и фосфора в лесных биогеоценозах в радиусе до 5 зд от источника выбросов. Содержание азота в атмосферных осадках вблизи комбината повышается в 5-6 раз, фосфора на два порядка- Поступление дополнительных .количеств азота в фосфора в почвы приводит к накоплению их в верхней части почвенного профиля и существенному уменьшению отношений С:Н и С:Р.

2. Дерново-подзолистые почвы ольшаников в естественных условиях отличаются повышенным в сравнении с почвами осинников содержанием минеральных соединений азота в связи с более интенсивное трансформацией обогащенного азотом растительного опада. Б условиях поступления азота в составе атмосферных промышленных выбросов содержание минеральных соединений азота в лесной подстилке z гумусовом горизонте дерново-подзолистых почв возрастает, природные различия в содержании соединений азота в почвах разных растительных сообществ стираются.

3. Лесная подстилка н верхний минеральный горизонт почвы в равной мере аккумулируют поступашие с промышленными выбросами . соединения азота'я фосфора. Увеличение процентного содержания ■ азота и фоофора в лосной подстилке выражено значительно лучше, ' * что позволяет использовать поз'-азатели химического состава под— ' стилки для мотштортнга данного глтп промышленного загрлзношя.

4. В естественных условиях нитраты являются преобладающей формой шорашоа азота в дерново-подэолястой почве ольшаника, а едеонжйныа и органические соединения - в почве осинника, В условиях поступления в почву азота в составе промышленных выбросов его миграция в почве значительно возрастает. Среди .'мигрирующих ооединений азота преобладают минеральные,. а среди последних -нитраты.

5. В отсутствие промышленного загрязнения фосфор в дерново-подэолнстых'почвах мигрирует преимущественно в составе органических или органо-минеральных соединений. Поступление в почву фосфорсодержащих промышленных выбросов значительно повышает миграцию фосфора в верхней части почвенного профиля. В составе мигрирующих соединении фосфора преобладают минеральные фосфаты.

6. Растения я растительный опад в условиях поступления атмосферных промышленных выбросов обогащены азотом я фосфором. Большее относительное обогащение характерно для видов, содержа** щах меньше азота в фосфора в естественных условиях ( Веги1а. рчЬеесвпя, Аейорс>|11ии рос1ййтаг1а )« Растительный спад является -■ определяющим фактором обогащения лесной подстилки дополнительным количеством поступающих в составе промышленных, выбросов, азота и фосфора.

7. Состав и свойства гумшгсвих кислот лесных подстилок в

большой степени определяются составом растительного спада в ос о*

бениостями его трансформации. По мере дальнейшей гумификации различия в составе в свойствах гумзшовых кислот лесных подстилок разных растительных сообществ стираются. Происходит увеличена а содержания углерода, уменьшение водорода и азота, увели* (

читаются значения коэффициентов вкстишщия н уменьшается доля азота аминокислот в составе азотсодержащих соединений.

в, Гуминовые кислоты дерново-подаолнстых почв устойчивы к влиянии атмосферных промышленных выбросов. Их элементный состав, оптические свойства, аминокислотный состав ке претерпевают суцэст-вешшх изменений га 10 лет воздействия промышлегашх выбросов.. При этом для гуминовых кислот лесных подстилок в условиях поступления промышленных выбросов отмечена тенденция к уменьшению окно-ленностя, расширению отношения Н:С и сужению отношения С:К . среди форм соединений азота гуминовых кислот возрастает деля оммо~. кнйного и уменьшается доля азота аминокислот,

9. Гуминовые кислоты гумусового' горизонта дерново-подзолистых почв в отличие от гуминовых кислот лесных подстилок образует прочные фосфат-гумусовые соединения и участвуют таким образом в с&язиванш дополнительных количеств поступающих с атмосферными промышленными выбросами минеральных фосфатов,

10. Интенсивность поступления минеральных с оеданешй азот а в фосфора в составе промышленных выбросов, содержание подвижных форм минеральных соединений азота и фосфора в почвах и природных водах следует использовать в системе показателей состояния почв вря проведения почвенного мониторинга.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Влияние предприятий по производству комплексных удобрений на окрухашую среду. - 1) кн. : Влияние щромышгенных предприятий на окружающую среду. Йуптио, 1964, с. 49 - 51 (в соавторстве)

2. Изменение биологической активности почв при аэровагрлгше— ниц. - В кн. : Тезисы докладов У11 делегатского съезда Всесоюзного общества почвоведов. Часть 2, Таыкент, 1905, с. 186 (в соав-. ' тсрстэе).. ; .

3. Влиянхе аэрозагрягношш на гвожчеда почвы. — В кн. : Теснен докладов УН долзгатскего съезда Всесоюзного общества почво- , волов. Часть 4, , 10УЗ, с. 23 (в соазторстве).

4. Динамика содержания элементов минерального питания о дерцово-подэолистых почвах, подверженных промышленному загрязнении. - в сб. : Труда У11 конференции молодых ученых ф-та почвоведения МГУ. М., 1985 (в печати).

5. Содержание азота и фосфора в растениях в условиях про- , мысленного загрязнения.атмосферы и почвы, - Сестн, Моск. ун-та.

,Сер. 17..Почвоведение (о соавтором, в печати). .

6. Влияние - промышленного загрязнения на содержание фосфора в гушновых кислотах дерново-иодзолистых почв. - Ваотн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение (в печати).

7. Исследование влияния аэрозагрязнения на почвы с цельв пояска показателей для фонового мониторинга. - В кн.; Влияние промышленного загрязнения на о!фужащув среду (в соавторстве, ь печати).

8. Аминокислотный состав гуминогиы кислот дерново-подзолистых почв фоновых и техногенных ландшафтов. - Биологические науки (в соавторстве, в печати).

V .

Л-,89Свв Ог |«,01.1евв М Заи» 1303 Тарам 100 Формат 60*М/1в ' . Мес«ьл. Тип.' ВАСХНИЛ