Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ВОДОРАСТВОРИМЫЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА ПОЧВЫ - ­ ИХ СОСТАВ И МИГРАЦИЯ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "ВОДОРАСТВОРИМЫЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА ПОЧВЫ - ­ ИХ СОСТАВ И МИГРАЦИЯ"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРЛЕНА_,ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ

СЕЛЬСКОХОЗ^ИстЩШНа^ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

"

На правах рукописи - ЯШИН Иван Михайлович

ВОДОРАСТВОРИМЫЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА ПОЧВЫ — ИХ СОСТАВ И МИГРАЦИЯ

*

(Специальность 06.01.03 — Почвоведение)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

МОСКВА — 1074

■ г.

Диссертационная работа выполнена на кафедре почвоведения Московской ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева.

Научный руководитель — доктор сельскохозяйственных наук профессор И. С. Кауричев. ,

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук И. А, Соколов; кандидат химических наук А. И. Карпухин.

' Ведущее учреждение —кафедра почвоведения, факультет . иочвонедения'МГУ имени М; В. Ломоносова.

Автореферат разослан . . ,. , 1974 г.

■ Защита состоится . . . . . 1974 г.

К М* "час. на заседании Ученого совета факультета агрохимии и почвоведения ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА (корпус 10). ' V

Просим принять личное участие в работе Совета Л'ибо прислать отзыв, заверенный печатью, в 2-х экземплярах по адресу: 125008, г. Москва А-8, Тимирязевская ул., д. 47, корпус 8. Ученый совет ТСХА. Телефон 216-24-92. \

.Ученый секретарь Совета академии — ^^

доцент Ф. А. Девс^чкин.

ВВЕДЕНИЕ

В генезисе большинства типов почв и формировании их свойств органическим соединениям, бесспорно, принадлежит ведущая роль. В связи с этим понятен интерес исследователей к этому вопросу на всем протяжении развития "почвоведения как наук». В изучении органического вещества почвы достигнуты значительные успехи. Вместе с тем можно отметить, что особенности участия водорастворимых органических соединений в процессах почвообразования освещены еще недостаточно полно. В частности, слабо разработаны вопросы трансформа-пни компонентов водорастворимого органического вещества в процессе разложения и гумификации растительных остатков н их миграция в профиле почвы.

Изучение данных вопросов важно как для познания современной направленности и интенсивности развития почвы, так и для разработки рациональных приемов регулирования почвенного плодородия.

В связи с этим в задачу наших исследовании входило;

1. Совершенствование и теоретическое обоснование метода лизиметрических хроматографических колонок с целыо изучения состава и миграции индивидуальной н специфической групп водорастворимого органического вещества в профиле подзолистого типа почв.

2. Проведение лабораторных опытов по изучению сорбции—десорбции на окиси алюминия и активированном угле основных компонентов водорастворимого органического вещества почвы. ч

3. Исследование-состава-, водорастворимых органических веществ из некоторых природных объектов (поч вен но-грунтовые и лизиметрические воды, водные вытяжки из растительного опада) методом адсорбционной хроматографии на угле.

4. Постановка полевых наблюдений за миграцией водорастворимых органических. со«лппеинй-в-некоторых почвах.

Раздел I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Раздел состоит из двух глав. В первой рассмотрены вопроси состава водорастворимых органических веществ на основании рабог отечественных н зарубежных исследователей {И, В. Тюрин, 1937, 1941, 1944; А. А. Роде, 1941; И, Прох, 1960; И. Н. Антнпов-Каратаев н Г, И, Цюрупа, 19С1; В. В. Пономарева, 1964; II. С. Каурнчов, 1958, 1965; К. В. Дьяконова, 1964, 1967; Л. И. Александрова, I960, 1968; Н. Ф. Ганжара, 1970; Bloom-field С„ 1053, 1954, 1957; Coiilson, 1960) н их роль в миграции и аккумуляции химических элементов в зоне гнпергенеза (И. В. Тюрин, 1940; В. В. Пономарева, 1949, 1951; А. П. Виноградов, 1950; К. В. Всрпгина, 1950; В. В. Щербина, 1955; С. П. Ярков, 1961; И. С. Кауричев, 1965), а также d гумусо-образованнл (И. Прох, I960; К. И. Чекалов н В. П. Иллювнева, 1962; Simonart, 1958; Scheffer F. u Ulrich В., I960).

Изложены вопросы исследования природы водорастворимого органического вещества методами хроматографического анализа с помощью адсорбционной (С. Т. Цинцадзе, 1948; Д. В, Хан, 1951; С. С. Драгунов, 1953; В. В. Вильяме, 1965; Б. Г. Мурза ков, 1969; Hock, 1937; Forsyth, 1947; Scholz G., 1957; Scheffer и Ziechmann, 1959), ионообменной (Т. В, Дроздова, M. Д. Рыдалевская, J961; К. В, Дьяконова, 1964; О. А. Найденова. 1966) и гель-хроматографнн (В. Н. Дубин и В, А. Фнль-ков, 1968; Н. Ф. Ганжара, 1968; А. И. Карпухин, 1970; ВаШу М., 1967; Schnitzer M., 1968). Дана оценка вышеуказанным хроматографнческим методам. Прн рассмотрении хроматогра-фическнх методов отмечено, что деление на фракции водорастворимых органических веществ чисто условное; при этом реагенты и сами сорбенты способны воздействовать на компоненты разделяемой смеси, частично изменяя структуру и свойства выделенных фракции.

Во второй главе представлена характеристика метода лизиметрических хроматографнческнх колонок; автором дано его теоретическое обоснование (на основании экспериментов по сорбщш—десорбции); рассмотрены физико-химические свойства некоторых сорбентов, используемых для сорбции водорастворимых веществ из почвенных растворов н природных вод.

Глава 3. Объекты и методика исследований

Исследования проводились в лабораторных и полевых условиях 1969—1973 гг. Для нолевых наблюдений выбирались стационарные площадки, расположенные па типичных почвах. Исследования осуществляли в течение сезона, вегетационного периода, одного года.

В подзоне средней тайги наблюдения проводились в Коп-Аотюжском районе Карельской АССР (заповедник «Кпоач») 2

к.

на двух площадках, представленных торфянистым песчаным пллгавналъно-гумусово-железнстым подзолом на безвалуином песке и поверхносгао-глееватой с л аб о сот од з ол е ¡1 н о Г: почвой на ленточных глинах; площадки расположены в сосновом бору н спелом еловом лесу.

В подзоне южной тайги исследования проводили в Дмитровском районе Московской области на 3-х стационарных площадках, представленных снльноподзолнстой, торфяно-иодзоли--сто-глеевой и болотной торфяно-глеевой почвами, сформировавшимися на покровных суглинках. Почвы площадок приурочены к ельнику мертвопокровному, осоково-сфагповому и сфагновому болотам.

В Средне-Русской провинции лесостепной зоны наблюдения проводили в Мичуринском районе Тамбовской области на 2-х площадках, расположенных на дерново-подзолистой почве II выщелоченном черноземе. Площадки расположены в бекма-ннево-кмпренной западине и в березово-дубовой лесополосе.

В диссертации представлена подробная морфологическая и физико-химическая характеристика почв площадок. Для оценки органического вещества почв стационарных площадок методом адсорбционной хроматографии на угле изучался состав водорастворимого органического вещества почвешю-груитовых и лизиметрических вод, природных вод открытых бассейнов (ручьи, рекп), а также водных вытяжек нз опада лесных подстилок. При изучении состава н миграции водорастворимого органического вещества в рассматриваемых почвах применяли метод лизиметрических хромдтографнческих колонок, В качестве сорбента использовали животный активированный уголь марки «карболен» и основную окись алюминия {Ыа+-форма), которые являются энергичными поглотителями водорастворимых форм органического вещества с кислотными свойствами (Ф. М. Шемякин с сотр., 1955; В. В. Рачннский, 1953). Опад лесных подстилок отбирали дважды; весной п осенью. Лизиметрические хроматографические колонки были установлены на 3 весенне-летних месяца н на год в двух повторностях (У1/1971—У1/1972). Почвенпо-грунтовые воды и воды открытых бассейнов отбирали в августе 1971 г. и в октябре 1972 г.

Раздел И. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Глава 4. Сравнительное изучение сорбции н десорбции водорастворимых органических веществ почвы

активированным углем и «безводной» окисью алюминии

(Ыа^-форма)

Сорбент, используемый в лизиметрической хроматографп-ческой установке для сорбции органических веществ, должен удовлетворять ряду основных требований; иметь высокую

сорбцнонную емкость но отношению к извлекаемому пещест-ну почвенного раствора. обратимый характер сорбции н отсут-ст1Шо химического взаимодействия с сорбируемым веществом.

Анализ литературы по хроматографии, а также эксперименты, проведенные нам», показал», что указанным требованиям и п а »больше» мере отвечают активированный уголь и окись алюмшши. Ниже рассмотрены результаты опытов по кинетике, статике и динамике сорбции органических веществ почвенных растворов, а также их десорбция с окиси алюминия н угля » динамических условиях. Названные попроси не нашли должного отражения и литературе.

Для опытов мы использовали растворы индивидуальных органических веществ (танннна, щавелевой и галактуроновои кислот), приготовленные из химических препаратов, квалификации (ч, д. а.). Эти соединения был» выбраны потому, что он» являются главными компонентами с кислотными свойствами в индивидуальной группе водорастворимых органических веществ, для которых имеются достаточно эффективные методы количественного анализа, Фулыюкнслоты выделены из горизонта Л[ дерпово-подзолистой почвы (Лесная опытная станция ТСХЛ) по общепринятой схеме (М. М. Кононова, 1963) с последующей сорбцией на угле.

1, Кинетика сорбции водорастворимых органических веществ

Опыты по кинетике сорбции, проведенные в статических условиях, показали, что ход кинетических кривых для использованных компонентов водорастворимого органического вещества (щавелевой и гллактуроновой кислот, таинина н фулыю-кнелот) неодинаков. Можно выделить следующие основные особенности сорбции органических веществ во времени:

1. На активированном угле начальная стадия сорбции протекает сравнительно быстро (1—3 часа), а сорбцнонное равновесие устанавливается за 3—10 часов, Ннзкомолекуляр-ние соединения — щавелевая н уроновая кислоты поглощаются углем весьма активно, а равновесие устанавливается за 3—6 часов (при этом соответственно поглощается 85,0% и 92,0% указанных кислот). Более высокомолекулярные вещества (танннн и фульвокнелоты) поглощаются углем в количестве — 80% л ~90%, а еорбииоиное равновесие устанавливается за 6—10 часов.

2. На окиси алюминия сорбция водорастворимых органических веществ х ар актер нзуется сравнительно быстрым начальным периодом сорбции (диффузией попов н молекул сорбируемых соединений к частицам сорбента), протекающим

часа; окончательное установление сорбционного равновесии наблюдается в течение 1—1,5 и более суток. Окись алюминия активно сорбирует исследуемые водорастворимые органические вещества почвы: щавелевая кислота поглощается 4

п количестве 80% (от исходного содержания и растворе), галактуропонан —80%, танннн —92%, а фульвокислоты — 75-84%,

2. Статика сорбции водорастворимых органических веществ

Результаты опытов но определению емкости поглощении окиси алюминия и активированного угля для основных компонентов водорастворимого органического вещества почни позволяют правильно рассчитать навеску сорбента в лизиметрической хром атогр аф i¡ческой колонне.

Емкость поглощения исследовали методом переменных концентраций, в статических условиях с начальной концентрацией вещества в растворе Со = 0,02—0,16 М/л. Важно изучить сорбцию вещества в возможно более широком интервале концентраций. Сорбционное равновесие устанавливалось 2-е суток.

Полученные данные позволяют констатировать следующее:

1. На активированном угле в выбранном интервале коп-' исптрашп"1 предельного насыщении сорбента водорастворимыми органическим» веществами не достигается. Кривые сорбции водорастворимых органических веществ на угле характеризуются линейным типом, что свидетельствует о наличии большого числа свободных сорбшюнных мест на поверхности сорбента, которые не могут быть насыщены небольшим количеством молекул веществ, находящихся в растворе.

2. На окисн алюминия кривые сорбции водорастворимых органических веществ имеют выпуклую форму (лэигмюров-ский тип); величина полной обменной емкости (ПОЕ) сорбента но отношению к щавелевой и галактуроновой кислотам, тппнииу и фульвокпелотам соответственно оказалась равна; 0,42 М/г; 0,53 М/г; 87,6. мг/г и 05,8 мг/г. Таким образом, результаты эксперимента свидетельствуют о сорбцнонном преимуществе угля в сравнении с окисью алюминия.

Я. Динамика сорбции водорастворимых органических веществ активированным углем и основной окисыо алюминия

При выполнении опытов по динамике сорбции проводили фильтрацию компонентов водорастворимого органического вещества из равновесного раствора с концентрацией вещества 0,2 М/л, а для фульвокнелот — 22,08 мг/л (по «С») с последующим изучением характера их распределения но слою сорбента, Кривые распределения вешеств по' слою сорбента представляют важную предварительную информацию о пове-.деннн органических веществ при их сорбции из почвенных растворов сорбентом в лизиметрической хроматограф) [ческой

установке. Актуальность подобных исследований состоит и то.\(, что на их основании определяют оптимальную величину слоя сорбента в лизиметрической хроматографической установке. Динамический метод изучения сорбционных параметров сорбента в сущности является хроматографпчеекпм методом, так как при фильтрации через слой тонкодиснерсно-го сорбента смеси водорастворимых веществ наблюдается образование отдельных зон веществ в силу неодинаковой сорбции компонентов аналнз1фуемой смеси поглотителем. Основные теоретические положения динамики сорбции изложены в трудах О. М. Тодеса (1945); В. В. Рлчинского (1964) и других авторов.

Исследованиями установлено: ,

1. IIa активированном угле падение концентраций изучаемых водорастворимых органических веществ от исходной до нулевой отмечено в слое 7,15 см.

2. На окиси алюминия сорбция водорастворимых органических веществ протекает также довольно активно, при этом отсутствие органических веществ отмечено в слое 10,5 см. Следовательно, защитное действие угля более эффективно, чем окиси алюминия.

4. Десорбция водорастворимых органических веществ

Исследованиями установлено следующее:

1. Сорбированные углем водорастворимые органические вещества индивидуальной-природы (щавелевая и галактуроно-ван кислоты, тлиннн) количественно могут быть вытеснены 90%-ным раствором водного ацетона н водой (до 80—100%), фульвокнелоты вытесняются слабым раствором щелочи (на 60—100%). Раствор минеральной кислоты вытесняет очень малое количество водорастворимых органических веществ с угля; при этом обнаружено гидролитическое воздействие 0,1 и. HCl па сорбированные фульвокнслоты.

2. Сорбированные основной окнсыо алюмшнш галактуро-иовая кислота, ташшн и часть фульвокнелот вытесняются раствором 1 п. fbSO« (процент десорбции соответственно равен 83, 90, 40—60); ннзкомолекулярпые органические кислоты наиболее полно десорбируются 75%-иым раствором водного этанола ('—85%) и 1 % -ньщ водным аммиаком (— 60%). При этом полного вытеснения этих веществ (так же, как и гу-мнновых кислот) пе происходит, так как некоторое количество органических соединений поглощается необменно.

Из опытов,следует, что уголь может быть использован для изучения миграции и состава водорастворимых органических веществ почпы; окись алюминия — лишь для учета миграции органических' продуктов и установления нх качественного состава, fi.

Глава 5. ФРАКЦИОНИРОВАНИЕ ВОДОРАСТВОРИМЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОСТАТКОВ МЕТОДОМ АДСОРБЦИОННОЙ ХРОМАТОГРАФИИ НА УГЛЕ

I. Состав водорастворимых органических веществ, мобнлизирующихся в раствор при компостировании растительных остатков в условиях избыточного увлажнения

Результаты модельного лабораторного эксперимента по компостированию растительного опада в условиях избыточного увлажнения представлены в таблицах 1 и 2. Фракционирование водорастворимых органических веществ проводили по известной схеме В. Форсит» (1947), частично индонзменнв ее. Общин водорастворимый углерод в растворе определяли

Т аб л и ц а 1

Фракционирование водорастворимою органического вещества

иэ листьев дуба (в числителе) и xdoii ел» (в знаменателе) методом адсорбционной хроматографии на активированном угле

Углерод, мг/л

вытеснении Ii с угля Индивиду-алыше о])-гаиич, вещества (г/о) СдЛ'н

Сроки определении (дни) 06uuifi водорастворимый углерод <мг/л) 0,1 н. HCl *, полон и 90%-ним ацетоном (сумма) (1*л фракция) 1% N11,011 (гумусовые ве шее г па) (2-я фракция) 0+2) фракции

410,5 390.5 12,0 403,5 9G.5

1 684,1 326,8 .48,0 374,8 47,7

10 540.0 316,5 171,0 487,5 58,0

565,7 219,3 145,0 361,3 38,7

30 1100.6 539,8 398.0 937,8 49,0

1119,9 565,0 109,5 764,5 50,1

то 385.7 274,0 101.0 375.0 71,0

1440,0 755,0 101,0 856,0 52,4

210 1599.9 779.0 333,0 1112.0 48,7

111)9,9 532,0 633,0 1065,0 44,3

270 111,4 57,0 32.5 89,5 51.1

300,0 138,0 128,0 26G,0 46,0

330 102.0 36,5 61,5 98.0 ■ 35.8

273,7 38,4 171,2 209,6 14,0

* В холостом определении после обработки раствора 0,1 н. HCl 1 ir. AgrNOj иона хлора обнаружено не было.

по Тюрину. Количественное определение некоторых компонентов водорастворимых органических соединении проводили по следующим метод л д;: тшптды — с фосфородюлибденовон кислотой (по Розснблагу и Пелыоозо, 1941), уроиовые кислоты — с кароззолон (по П. М, Филиппову, 1970), низкомолекулярные органические кислоты — по методике, описанной И. С. Кауричелым, Т. М. Циановой и Е. М. Ноздруношш (1963), аминокислоты— методой бумажной распределительной хроматографии (Б. П. Плешкс-э, 1968).

Данные таблицы 1 позволяют заключить, что общее содержание водораствори:>гы£ органических веществ в растворе прогрессивно увеличивается до 210 дня опыта, затем наблюдается резкое уменьшение их концентрации. Содержание органических веществ в аодо-ацетоновой и аммиачной фракциях колеблется примерно в расиы.х соотношениях, за исключением 1-го и 4-го сроков определения.

Таблица 2

Состяо индивидуальных органических веществ (и числителе — ¡гз листьев луба; и знаменателе — из л пои ели)

= з? о ^ = ее - = 5 -^-ч о Е и^ 5 и * ч> ч м 2 „

£ • и <и 2 О-в 3 ¿2 Л а о л а и . '-1 ь; о > 4> (¿. 3 £ К — а вО ^ ч « га - Ь». Ё о в з 2 2 о — Зк ^ ^ £ И ? са о И. * = 'г ст ои •а ¿Л X . 3 — ~ г- 3 зЯ э3 ^ й

« г( и: = ¿ = >1 к О а о о

396,5 66,0 10,0 0.8 120,0 12.6 2.5 207,5

1 326,8 52,0 15,8 38,0 2 2 78,0 10,3 0,85 168,9

10 316.5 197,0 33.3 «0,0 4,8 93.0 12,7 3.4 373,4

219.3 151,0 ¡37,8 98,0 8,1 61,0 12,0 0,65 310,7

30 539.8 223,0 22 1 78.0 2,7 102,0 8.1 2,20 405.2

56.1,0 168,0 15,7 122,0 4,1 81,0 6,2 0,70 371,7

ш> 274,0 . 268,0 52,4 120,0 8,3 174.0 27.4 2,10 564,(

755,0 175,0 12,4 131,0 3.3 85,0 . 4,8 1,50 392,5

210 779,0 199,0 13,7 76,0 1.8 120,0 6.6 1,6 396,6

532.0 145,0 14,6 110,0 3,» 39,0 3,3 0,4 294,4

270 57.0 44.0 41,2 53,0 ■ 17,7 42,0 34.5 0,4 139.4

138,0 106,0 41,0 101,0 13,8 54,0 16,9 0,5 263,5

330 36,5 12.0 17,8 3,6 1,9 24,0 28.2 1,1 . 40.7

38,4 21,0 54,7 11,6 5.6 18,0 20,0 0.7 51,3

Динамика определения основных индивидуальных компонентой п водных экстрактах из растительного опада синде-

тельствует о том, что условия апаэробиозпса способствуют активному образованию и накоплению в растворе соединении с кислотными свойствами, среди которых преобладают во всё сроки опыта танниды н уроновые кислоты; ннзкомолекуляр-ные органические кислоты присутствуют в растворе в меньших количествах (таблица 2). В качественном составе органических карбоновых кислот преобладают щавелевая, фумаро-вая и янтарная кислоты. Среди аминокислот наиболее часто определены — аспарагиновая, валин и лейцин.

2. Особенности сорбции некоторыми сорбентами продуктов взаимодействия водорастворимых органических веществ лесной подстилки с породой

В данном модельном лабораторном опыте были исследованы состав водорастворимых органических веществ, образующихся при анаэробном компостировании опала лесной подстилки с породой (покровным суглинком), десорбция ш огле-ешгой породы некоторых химических элементов (Йе, А1, 51, Са и №), а также сорбция органических и минеральных соединении сорбентами. Моделирование указанных процессов проводили путем компостирования растительных остатков и породы в стеклянных колоннах (3,2x51 см). Для учета сорбции из раствора водорастворимых соединений использовали сорбенты: окись алюминия, активированный уголь, силнка-гель, катиопит КУ-2 (Н+-форма) и анноиит АВ-17 (ОН--форма). Контролем служили растительные остатки ц порода, компостированные без сорбента. Органические вещества определяли до спуска вод н в фильтрате, а минеральные соединения — только после фильтрации через сорбенты, 80-дневное компостирование подстилки из сфагнового мха и хвои ели в. условиях апаэробиозпса привело к образованию в растворе большого количества органических соединений кнелогнон природы— таинндов н ннзкомолекуляриых оргаинческнх кислот (соответственно — 498,0 мг/л и 50,1 мг/л).

Опыты показали, что наиболее активно водорастворимые органические вещества поглощаются углем и окисью алюминия, а енликагель количественно сорбировал лишь органические карбоновые кислоты. Отмечено, что растворы, пройдя через поглотители, претерпевают изменение реакции сроил. Водорастворимые органические вещества активно извлекают (десорбнруют в раствор) Ре, А1, Са и другие элементы из минералов оглееннон породы.

3. Состав водорастворимых органических веществ | водных вытяжек из опада лесных подстилок V

Данные таблицы 3 свидетельствуют о переходе в раствор из растительного опада подстилки (/V) больших количеств

водорастворимых органических соединений, причем индивидуальная и специфическая группы органических веществ определены примерно о равных соотношениях. Компонентны Г) состав органических продуктов -верховодки пион: в нем больше соединений индивидуальной природы. Последнее положение, очевидно, связано с длительным^выщелачиванием из опа-да лесной подстилки органических веществ ТГеще сравнитель-по невысокой деятельностью микроорганизмов.

.__———- - - ---------------Т а б л и ц а 3

Фракционирование водорастворимых органических а с тест и водных вытяжек из спада лссных подстилок и верховодки методой адсорбционном хроматографии на угле

Углерод, мг

(%) к »сходному

\рбьектн И С Г.ТОД1 >U Л L1U <1 Ги О он a: U а, си У.ГЯ1 61 эТ О S- с, О Я з; о а» К о и М G П Rg к fi Вв и гз в а «J и о • Ci (Н Säs ■ш Sis о V s; X ® & о s ^ s d 3 Зой и Ж з а ~ £ iu ¿ЛЯ® "еЗ is ¡г SO ri % вЯ-S- Ы ■ А <11 t-И н Ь о s й а а =

Москопскал область, с. Белый Pact

Водна« т.ггнжка п.} леской нодетвдки Л"« (V— 1972): — слои oil ..... 4.05 Г) 17,1 51,7 1,8 23,7 24,1 1.8

100 3,5 45,8 47,2 3,5

— сфагновой .... •1,75 над 21.8 0,0 8.8 11.8 1S

100 40,3 54.1 2,6

Цсрхоооякп ил лссных подстилок (IV—1973): — слово)! ..... 3,20 72,0 144,0 0,0 86,9 36,0 21.1

100 60,4 25,0 14,6

— ocoiioDO-ci]ianiouoft , 5,85 40,5 91.0 0,0 53,8 28.5 8,7

100 58,6 31,3 9,5

— смеша! tu oft (Cepeao-во-еловой) .... 5,70 124,5 121.1 0.0 90.0 31J5 2,6

_—— - ----- 100 _ 72,5 25,2 2,1

Водные вытяжки из опэда лесных подстилок <лл , как

правило, содержат больше веществ специфической природы и имеют более низкую концентрацию общего водорастворимого органического углерода, 10

Т а б л [г ц а 1

Состав водорастворимы* органических веществ некоторых природных объектов (фракционирование проведено по методу Форснта)

Углерод — МГ

к исходному

Объекты исследования Область, раной а о ё э з _ о. Ь 3, '=2^3 О с. V в о а . а 5 2 й 2 41 - 5 2 г г с* а; ЗЕ 5 с о г = а е я = в а ¡X А И ж с О о о Н ь- 5 (7 (Ч и с

в и ^ аЗ 3 £3 —Н О = ~

Воды (IX—1972)

— реки Супа Карельская 635 15,1 28.1 1,4 ИЗ 123 2,1

АССР, Кон- 100 1.9 42,0 45,5 7,6

— «Чсчкина» ручья допожскш"! 5,10 30,2 41.7 6,2 15,8 17,2 2.5

100 14,8 37,0 41,2 6,0

— низинного болота р-н, заповед- 5,80 55,2 72,3 22,6 22,2 22,9 4.6

ник «Кивач» 100 31,2 30,7 31,6 0,5

— лесного (замкнутого) зара- 6,60 23.7 29.2 0,0 7,4 10,6 5,2

стающего озера 100 25,1 56,9 17,7

4. Состав органического вещества природных почвенно-грунтовых вод и вод открытых бассейнов

(ручьев, рек и озер)

В органическом веществе реки Суна, ручье и в дренажных водах низинного болота (взятых в X—1972 г. в районе заповедника «Кнвач» Карельской'АССР) содержится примерно рапное количество органических.^соединений индивидуальной и специфической природы. Лишь в водах замкнутого лесного (зарастающего) озера отмечено преобладание соединении специфической природы (таблица 4). Среди 'индивидуальных органических соединений преобладают полнуроиовые кислоты, количество углерода которых колеблется от 8% До 10%, углерода тлннндога— от 2% до-23%, а углерода илзкомолекулярных органических кислот— 1,6 до 9%.

Фракционирование на угле органического вещества из дренажных вод подзолистых почв подзоны южной тайги (отобранных в мае) выявило его фульвокнслотнын состав (80%' органического углерода перешло с угля в аммиачный элюат). В водо-ацетоновом алюате (после десорбции с угля) идентифицированы н количественно определены следующие органические соединения: танниды—16,00 мг/л; уроновые кислоты— 11,00 мг/л; ннзкомолекулярные органические кислоты (в пересчете на Н^СгО*)—7,00 мг/л и аминокислоты—0,82 мг/л. Установлено, что органические вещества дренажных вод (н индивидуальной,-и специфической природы) но насыщены Ие и Л1. Так,- в группу веществ индивидуальной природы Fe.it Л1 входят соответственно в соотношении 0,001 н 0,0001 мг на 1 мг органического вещества, а в группу веществ специфической природы—0,0076 мг (для Ре) и 0,011 мг (для Л1) на 1 мг органического вещества. Указанное явление, по-видимому, объясняется одновременным присутствием в «свежих» весенних водах свободных фулызокнслот н индивидуальных веществ, а также некоторой доли их органо-минеральных соединений. Отметим, что и Ре, и Л1 в растворе были полностью связаны с органическим веществом.

РАЗДЕЛ 3. ПОЛЕВЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ

ИЗУЧЕНИЕ МИГРАЦИИ ВОДОРАСТВОРИМЫХ В Е Щ Е СТ ВЕ КОТОРЫХ^ Ш Л X 1ЮЧВ

Глава б! а) Состав и миграция водорастворимых органических веществ в некоторых типах почв

Сравнивая миграцию и состав водорастворимого оргашще-ского вещества в почвах различных почвенно-клнматнческнх зон, можно указать на следующие особенности ^проявления этих процессов (таблица 5):

Т а 6.1 н н а 5

Состав н миграция водорастворимых органических веществ \ в профиле почвы ^ \

(сорбент — актнвйр«шянныйоголь; экспозиция I год: * 972 гг./Ч,

IX—1971^1Х

-ч

Генетнч. Углерод, мг/л

горизонт и глубина (см) за-

кладки я у

колонок § в И 3§| «а з? 2 О ^ »Рте — о я >- сч £ X П

Почва, угодье, .Чв разреза

, о

О

й Я й

5

¿яи Я а. *

¿.г

с о

-э-з

о г

□ аз

* г.

о = Г о

Подзона южной танги (Московская обл., Белый Раст)

СнлмюиОдздднсгп« тлжелосугли-лист.-) я ил покровном суглинке. Разрез Лес — елышк мертио-покровный

Тор ф я н н сто • ¡кш ол ис пи. I ее и ая на покромюм суглинке, разрез 10; (заболоченная низина) _

Ло— 3 1481,2 193,8 21,0 11,(1

Лг—14 132,6 75,8 0,6 сад

Л; 11—32 261,2 164,2 (1,2 57,7

Л3Т~6 _ 603,3 12,(3 8.0 2,0

Л ¡Да—! "> 492,6 107,1 7,4 17,9

ЛзЧ—35 328,4 278.0 0.7 45,8

Ли'— 8 207,0 330,1 5,10 (И, 7

Лг—11 37,6 368.9 3,51 90,7

Б |,—33 45,2 425,3 4,09 90,1

Ли— 2 75,3 733,5 7,03 90.0

Л1 Л;(|— 1 0 139,3 225,8 3,10 62,0

Л}В<]-29 52,7 492,0 4.74 90,3

Подзона средней тайги (Карелии, заповедник «Кнвач»)

Торфянистый подзол маломощный песчаный нллювналъно-гумуеово-желеэнетин на безвалунном песке, разрез 18 (лес соснпк брусничной)

Поверхности о-глееватая елабо-оиодзоленная почва на ленточных глинах; разрез 16 (лес — ельник чершиншк-зеленомошинк)

Средне.Русская провинция лесостепной зоны (Тамбовская область, учхоз им. М. И. Калинина)

Дерново-ереднепо.ишлнстаи на темно-буро и глине; разрез 14; (блюдиеобразная западина)

Чернозем выщелоченный на лессовидном суглинке; разрез М (бе-реэо во-дубовая лесополоса)

Лчт—- 6 347,3 157.9 6,50 31,2

150,0 95,7 3,13 38,8

Л-Б я—33 62,2 62,2 1,40 50,0

Ли— 2 55.3 14,2 1,30 44,4

Л,— 8 18.9 9,5 0,37 33,3

Л,-30 15,8 31,7 0,01 66,6

* Сорбцнониыс колонны находились в почве с VIII—1971 но V— 1972 гг.

1. В подзолистых почвах подзоны южной тайги наблюдается значительное содержание (в-водах из подстилки — Л0) индивидуальных органических веществ (таннидое, уроновых и низкомолекулярных органических кислот); в почвенных рас-

1 творах переходного Л2В (разрез; 5) и элювиально-оглеенного горизонтов (разрез 10) отмечено увеличение соединений специфической природы — фульвокислот. В процессе миграции происходит почти полное поглощение таннидов минеральными горизонтами почвы, уроновые и низкомолекулярные органические кислоты способны к заметному передвижению в профиле почвы. Глеевый процесс ухудшает поглощение органических соединении, продуцируемых, из подстилки в раствор и благоприятствует их выносу за пределы почвенного профиля (см. разрез 10).

2. Состав органического вещества лизиметрических вод подзолистых почв подзоны средней танги характеризуется преобладанием специфических водорастворимых органических веществ. Установлено, что количество индивидуальных органических веществ в растворах невелико и лишь в водах из-подстилки (разрез 18) и из горизонта Л|Л2 (разрез 16) достигает 30% от общего водорастворимого углерода. Это явление объясняется, вероятно, особенностями биохимического превращения органических веществ растительного опада лесных подстилок, зависящего от бедности опада азотом и щелочноземельными основаниями, а также от характерных гидро-термнческпх условии его разложения и ярко выраженного промывного типа водного режима,

3. В оподзоленных почвах западин Средне-Русскоп провинции лесостепной зоны состав органического вещества лизиметрических вод характеризуется наличием больших количеств индивидуальных органических веществ, что связано с периодическими анаэробными процессами разложения растительных остатков и контрастным проявлением окислительно-вос-становнтельных условий.

В выщелоченных черноземах отмечен незначительный вынос органических веществ (из подстилки Л0—1,30 г/мг), при этом с глубины'30 см а лизиметрических водах содержатся преимущественно водорастворимые гумусовые вещества; также отмечено полное отсутствие в растворах органических кар-боновых кислот.

Л, В качественном составе индивидуальной группы водорастворимых органических веществ (в почвах стационарных площадок) преобладают танниды и уроновые кислоты, В меньших количествах определены низкомолекулярные органические кислоты. . .

6) Форма к масштаб миграции железа и алюминия и некоторых типах почв

Наблюдения за формой и масштабом миграции Ре и Л1 в исследуемых почвах проводили с помощью метода лизиметрических хрома то графические колонок. Сорбент — активированный уголь. Указанные химические элементы определяли после десорбции с угля органических лешести 90%-ным подлым ацетоном н водой, а также 1 %-ным МН4ОН соответствующими аналитическими методами: алюминий — с алюминоном (Е, М, Ноздруиова, 1969); железо — титанометрически — с роданистым калием.

Исследователями установлено:

1. Основной <|юрмон миграции железа и алюминия являются устойчивые водорастворимые органо-минеральиые соединения; причем миграция железа происходит как в составе индивидуальной, так и специфической групп водорастворимого органического вещества. Алюминий же в большей мере выносится со специфическими соединениями.

2. Масштаб миграции железа и алюминия (характеризующий интенсивность их мобилизации в почвенный раствор) различен для рассматриваемых объектов; в подзолистых почвах подзоны южной тайгн и Средне-Русской .провинции лесостепи более интенсивно выражен вынос железа, нежели алюминия; в почвах подзоны средней тайги, наоборот, миграция алюминия проявляется более активно, чем'железа.

Общие выводы

1. Сравнительное изучение процессов сорбции — десорбции основных компонентов водорастворимого органического вещества почвы на активированном угле и основной окиси алюминия позволило установить, что активированный уголь в отличие от окиси алюминия характеризуется более быстрым периодом установления сорбционного равновесия, более высокой сорбшкжной емкостью, при этом сорбцнонныо процессы на угле носят почти обратимый характер.

2. Сорбционно-десорбцнонные особенности активированного угля позволяют применять данный сорбент для фракционирования водорастворимого органического вещества на две группы соединений (1-я группа — индивидуальной, а 2-я — специфической природы) как при анализе полных вытяжек из растительного материала, опада лесных подстилок и вод открытых бассейнов (ручьи, реки н озера), так н при изучении количественного соотношения указанных выше групп органических соединений при их миграции в профиле почвы.

3. Анаэробные условий разложения растительного материала— но данным лабораторного эксперимента — благопрн-

; ятны для образования и накопления в растворе значительных количеств индивидуальных органических веществ, среди которых преобладают соединения типа таниндов в уроновые кислоты. Количество низкомолекулярных органических кислот и растворе невелико, причем доля углерода данной группы веществ не превышает 18% от общего водорастворимого углерода. К копну опыта (330 дней) отмечено, заметное возраета-

' ние в растворе специфической группы водорастворимого органического вещества,

4. Воды, дренирующие районы распространения подзолистых почв с сезонным поверхностным переувлажнением в подзоне южной тайги, характеризуются преобладанием в нх составе соединений типа фульвокпел'от, доля углерода которых составляет 80% от общего, водорастворимого углерода. Сре-. дн индивидуальных органических ^соединений преобладают танннды и уроновые кислоты, но концентрация этих компонен-

" тов не превышает 16,0 и 11,0 мг/л. -

Воды открытых водных бассейнов подзоны средней тайги (реки и озера) содержат примерно равное количество индивидуальных и специфических продуктов. В водах болотных почв заметно возрастает доля специфических органических веществ.

5. При миграции водорастворимых органических веществ в подзолистых почвах подзоны южной тайги и Средне-Русской проппнцш! лесостепи отмечается заметное увеличение дол» специфических органических компонентов (фульвокнелот) в нижних горизонтах почвы и в почвенно-грунтовых (дренажных водах).

6. Миграционная способность основных, компонентов водорастворимого органического вещества различна. Наибольшей способностью к миграции отличаются вещества специфической природы: в группе веществ индивидуальной природы наиболее мнграцнонны уроновые и ннзкомолекулярные органические кислоты, Танннды крайно слабо мигрируют в исследуемых типах почв. У вел ичеиищ-подпижностн. водорастворим ого органического вещества способствуют процессы оглееннн

Vпочвы. —" ~--.

7. Водорастворимые органические вещества индивидуальной и специфической природы представляют срйдИиресьма дн_-иамнчный комплекс, соединении, различных по строению и молекулярному весу. На наш взгляд, деление данной группы веществ в значительной мере условно и определяется схемой хроматографического фракционирования, причем на характер разделения влияют как сами сорбенты, так и химические рас-; творителн. ■ ■ ."*': , *

1С '

8. Миграции железа н алюминия в исследуемых ночвах нропсходит и форме устойчивых водорастворимых органо-мн-неральных соединении как в составе индивидуальной, так н специфической групп органических веществ. В почвах подзолистого типа подзоны южной тайги и Средне-Русской провинции лесостепи вынос железа значительно превалирует над выносом алюминия; в подзоне средней танги, наоборот, интенсивнее выражена миграция алюминия преимущественно в составе специфических органических соединений.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Сорбция н десорбция органических веществ почвы актн-пирсвапиым углем и «безводной» окисью алюминия. Известия ТСХЛ, вып. 6, 1972.

2. Фракционирование водорастворимых органических веществ растительных остатков методом адсорбционной хроматографии на угле. Известия ТСХЛ, вып. 1, 1973 (в соавт, с И. С. Кауричевым).

3. Адсорбция некоторых соединений почвы различными сорбентами. Доклады ТСХЛ, вып. 183, 1972 (в соавт. с И. С. Кауричевым).

4. Состав органического вещества, состояние 1?йОз и фосфатов в водах, дренирующих подзолистые почвы. Известии ТСХЛ, вып. 2, 1973 (в соавт. с Л. Д. Фокшшм, В. Л. Аргуновой и И. С, Кауричевым).

5. Теоретическое обоснование метода лизиметрических хроматографпческнх колонок. Известия ТСХЛ, вып. 3, 1973 (в соавт. с И. С. Кауричевым).

Сделан доклад на совещании по вопросам применения лизиметрических методов исследования в почвоведении, агрохимии, бногеохнмии. (Ленинград, март, 1972).

Объем РЛ л, л.

Заказ 364.

Тираж 150

Типография Московской с.-х. академии им. К. Л. Тимирязева 125008. Москва Л-8, Тимирязевская ул., 44