Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Взаимодействие корней травянистых растений с почвами

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Взаимодействие корней травянистых растений с почвами"

о ч

АКАДЕМИЯ НАУК Сибирское отделение Институт почвоведения и агрохимии

На правах рукописи

№

ЮЛ КО В Олег Инсанович

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КОРНЕЙ ТРАВЯНИСТЫХ РАСТЕНИЙ С ПОЧВАМИ

03. 00.27 - почвоведение

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

НОВОСИБИРСК - 1992

Работа выполнена на кафедре почвоведения и агрохимии Казанского государственного университета им. В. И. Ульянова-Ленина

Научный руководитель:

заслуженный деятель науки Татарстана, кандидат биологических наук, доцент К Ш. Шакиров

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

Титлянова A.A.;

кандидат биологических наук Шарков И.Н.

Ведущее учреждение;Тюменский аграрный университет

на заседании специализированного Совета К-002.15. 01 по присуждению ученой степени кандидата биологических наук при Институте Почвоведения и Агрохимии СО АН СССР (^630099, Новосибирск, 99, ул. Советская 18, конференц-зал),

С. диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института почвоведения и агрохимии СО АН СССР

Автореферат разослан " /"7 " CWiätyfi 199?. г.

Защита состоится

Ученый секретарь специализированного совета

В. В. Реймхе

Актуальность. Прогнозирование состояний почвенного покрова', изменений, происходящих в системё гумусовых веществ почвы во времени и в пространстве, необходимо для более эффективного и рачительного использования почв, улучшения ее гумусного состояния. Без выявления закономерностей происходящих флуктуации, связи их с факторами почгообразования невозможно обосновать практические рекомендации по охране и возобновлению природных ресурсов биосферы. Требуют всестороннего углубленного изучения вопросы как формирования всего почвенного профиля, так и изучения скорости отдельных почвообразовательных процессов, соотношения темпов, направленности и интенсивности почвообразования на самых разных уровнях, от, процессов, протекающих за несколько тысяч лет до элементарных, происходящих ежедневно.

Для составления таких прогнозов необходимы детальные исследования изменений свойств органо-шнерального комплекса почв, его отклик на действие различных факторов почвообразования.

Особый интерес здесь представляет изучение гумусного состояния почв в зависимости от биоритмики метаболизма растений. Процесс гумусообразования тесно связан с механизмом питания .растений. Обладая определенными механизмами питания, а именно¡выделение органических комплексообразователей, подкксление среды и постоянное обновление субстрата за счет роста, растения активно воздействуют на почвенные агрегаты, а значит и на гумусовые вещества (Иот11е1с1 1937,Во1^2ег 1587 ), изменяя ИХ структуру И свойства. Это хошшо можно проследить на почвах, сформированных под степной растительностью, где минеральное питание растений осуществляется исключительно через почву. Существует представление, что гумус черноземов в процессе жизни степного фитоценоза минерализуется не с постоянной скоростью во времени, а ритмично, в тесной связи с ритмикой жизни степных трав. Процесс аккумуляции органического вещества происходит во время вегетации не только за счет опада корней, а в большей степени за счет выделения корнями различных органических веществ - корневых эк-зудатов, обладающих большой биохимической активностью [Пономарева, Плотникова 1980 ) . Их количество за период вегетации достигает 10$ и более от растительной массы для агроценозов, в естественных ценозах эта величина во много рад больше (' Зя'иегЪеск 1977 ) •>

Вопросы влияния корневых выделений на гумусовые вещества

почвы, изменение фракционного состава за короткие промежутки времени роста растений практически не изучены. Нет применимых в таких исследованиях методов детектирования изменений.

Цель работы. Выявить закономерности изменения фракционного состава гумуса чернозема и темно-серой лесной почвы в зоне контакта с корневыми окончаниями растений ячмзня (Hordeum vulgare L.) в процессе их роста.

Основные задачи исследования:

- На оснований анализа литературных данных, касающихся экскреторной деятельности корневых окончаний травянистых растений

и'роли катионов поливалентных металлов в стабилизации гумусовых компонентов органо-минерального комплекса почв, разработать рабочую гипотезу влияния взаимодействия корневых окончаний с орга-■ но-минеральным комплексом почв на фракционный состав гумусовых веществ.

- Модифицировать ср1ествутащую методику фракционирования гумусовых веществ методом последовательного растворения щелочными растворами хлорида лития уменьшающимися концентрациями таким образом, чтобы была возможность сопоставления данных не только оптической плотности, но и путем определения содержакття органического углерода во фракциях.

- Экспериментальным путем выявить особенности изменения фракционного состава гумуса темно-серой лесной почвы и чернозема, выщелоченного при выращивании проростков растений ячменя через короткие промежутки времени( 1-2 дня).

Научная новизна и практическая значимость работы. Б экспериментах с выращиванием растений ячменя (Hordeum vulgare) Д° стадии Ютгдневннх проростков на образцах из гумусовых горизонтов чернозема выщелоченного и темно-серой лесной почвы впервые показано, что во фракционном составе гумуса почв в зоне непосредственного контакта с корневыми окончаниями происходят закономерные изменения, выраженные в увеличении оптической плотности фракций гумусовых веществ и приросте содержания органического углерода.

Модифицирована и апробирована методика анализа фракционного состава гумуса путем последовательного растворения гумусовых веществ щелочными растворами сульфата лития уменьшающихся концентраций, позволяющая достоверно и количественно детектировать подобные изменения как по оптической плотности, так и по содержанию органического углерода. Короткое время анализа,

автоматическое выполнение и высокая воспроизводимость дают методу преимущество, перед существуййдами методами определения фракционного состава гумуса при проведении экспериментов по исследованию гумусовых веществ за короткие промежутки времени. .

Защищаемые положения:

1. В зоне контакта корневых окончаний ячменя с почвенными агрегатами происходят изменения во фракционном составе гумуса за короткие промежутки времени.

2. Одним из механизмов изменений фракционного состава гумуса является выделение корнями ячменя органических комплексообра-зователей.

Апробация. Основные положения диссертационной работы доложены на конференции молодых ученых КГУ в 1990, 1992 гг, ХЁ1 ' конференции почвоведов, агрохимиков и земледелов Среднего Поволжья и Урала (;Казань 1991 г.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и приложения. Работа изложена на 104 страницах машинописного текста, включает 12 таблиц, 19 рисунков, 2 фотографии, Список используемой литературы включает 116 наименований, из них на иностранных языках 46.

Рабочая гипотеза

В процессе жизнедеятельности растения выделяют в почву большое количество различных соединенийСкоу1га 1969, Гродзинс-кий 1979,Rougier.Chaboud 1985). Рядом авторов (Sauerbeck,Johnen 1977 и др.) показано, что общее количество углерода в почве, поступившее от растений за период их роста* на 20-50$ превышает таковое в корневой массе. Эти данные иллюстрируют высокую интенсивность процессов трансформации органического вещества, идущих в зоне контакта корень-почва, роль которых не ограничивается лишь функциями метаболизма самих растений. Роль корневых выделений в процессах гумусообразования и гумификации высказывалась многими исследователями (Орлов 1977, Пономарева, Плотникова 1980,Böttger, Rench 1987).

Данные литературы по физиологии корня свидетельствуют о том, что места выделения различных органических соединений в зоне корневого окончания строго локализованы(Рг1п,Иоие1ег 1986, Pearson, Parkinson 1961,vfeisenseel и др. 1979) и по мере продвижения корня в почве, почвенные агрегаты подвергаются последо-

вательной химической обработке различного рода органическими ко-мллексообразователями. По аналогии с делением корневого окончания на чехлик, зону растяжения и зону корневых волосков, можно выделить по крайней мере, три стадии последовательной химической (биохимической) обработки почвенных агрегатов корневыми выделениями, которые могут приводить к мобилизации катионов переходных металлов твердых фаз почвы. Взаимодействие слизистых выделений корневого чехлика с почвенными агрегатами может приводить к мобилизации катионов поверхности агрегатов и концентрированию их во внутреннем объеме слизи вместе с катионами из окружающего почвенного раствора. Начиная с зоны растяжения и до зоны корневых волосков наиболее эффективным механизмом мобилизации является обработка агрегатов водорастворимыми хелатообразователями. Слизь на поверхности корневых волосков способствует концентрированию катионов, дополнительным же фактором мобилизации может быть подкисление среды (выходящий ток протонов} .

Если принять во внимание ту роль, которую играют катионы двух и трехвалентных металлов в связях-гумусовых веществ с тонкодисперсным минералами и друг с другом, то становится очевидным, что те изменения катионного состава глино-металло-органиче-ского комплекса почвы, которые могут происходить в результате деятельности корневых систем растений, должны сопровождаться адекватными изменениями фракционного состава гумусовых веществ (рис 3J.

"объекты и методн исследования

В качестве объекта исследования для целей данной работы были взяты верхние гумуснне горизонты темно-серой лесной почвы лесостепной зоны Западного Закамья и чернозема выщелоченного лесостепной зоны восточной части Закамья. Темно-серая лесная почва расположена на территории Билярского ГСУ на землях с-за им. Бутлерова, чернозем выщелоченный - на территории СарманоТзского ГСУ (базовое хозяйство,- совхоз "Нуркеевский") республики Татарстан. Подробная характеристика свойств почв дается в почвенно-агрохи-мических очерках Билярского и Сармановского ГСУ.

В-качестве растительного объекта наш было выбрано растение ячменя (Hordeum vulgare ) сорт "Одесский".

Корни ячменя широко используются для сбора и изучения корневых выделений, исследования ионной адсорбции. Имеетеt много работ по качественному и количественному составу корневых экзудатов

Рис. 1. Вероятная схема ппоцессов мобилизации катионов переходных металлов твердых фаз почвы выделениями различных участков корневого окончания: 1 - корневой чехлик; 2 - зона растяжения; 3 - зона корневых волосков зона всаснвшшя - корневые выделения;? - катионы металлов Меп+(Си 1'п Ре2+ ...), МеЬ - комплексно-связанные металлы; а - слизистые выделения корневого чехлика; б -аминокислоты и карбоновые кислоты; в - слизистые выделения корневых ЕОЛОСКОВ.

(Rovira 1969, Райе 1978, Weiaenaeel 1979)-, поэтому перечисленное делает данное растение интересным в качестве объекта наблюдения для целей нашей работы.

Для предварительного изучения почвенных объектов йсследо-вания были использованы общепринятые методики: определение гумуса по Тюрину,- сумма обменных оснований, pH водная и солевая, и т.д. Для изучения корневых выделений брали растение амаранта багряного (Amarantus cruentus},выращенного в.стерильных условиях.

Почву длн опытов-готовили следующим образом: среднюю пробу растирали, пропускали через сито, диаметром 1.00 мм. Затем навески почвы (около 500 г) помещали в пластиковые емкости высотой 3 см. ровным слоем. На подготовленную таким образом почву высаживались растения ячменя (Hordeum vulgare) сорт "Одесса". За 4 дня перед посадкой почву поливали. Растения выращивались до стадии 15-дневных проростков, при контролируемых условиях освещенности^ 10 000 люкс) , температуре 20-22°С и влажности 60%.

Параллельно ставился контроль,'почва без растений,инкубируемая при тех же условиях.

Через день растения извлекали из почвы, стараясь не повредить корни, по 10 шт. из кавдого сосуда. Корни осторожно стряхивали от приставших комочков почвы и в результате оставались только те агрегаты, которые плотно прилипли к поверхности, образуя так называемые четочные структуры на поверхности корня. Можно предположить, что именно эти агрегаты подвержены в наибольшей степени обработке корневыми выделениями. Корни с прилипшими на них агрегатами переносили в чашки Петри и в них корни отмывали от почвы посредством смыва струей воды( Т 40°С) из промывалки. После этой процедуры смывы ставились в сушильный шкаф с принудительной вытяжкой и высушивались при Т 50°С во избежание деструкции гумусовых веществ. Вместе с тем высушивание почвы позволяет избежать изменений результатов фракционирования вследствие ее набухания. Почва после высушивания растиралась в ступке пестиком о резиновым наконечником и пропускалась сквозь сито диаметром 1.00 мм. Вместе с тем брался контроль почвы до посадки и подготавливался таким же образом. Далее из всех образцов брались навески на фракционирование гумусовых веществ весом 0.3 г.

Модификация метода последовательного растворения

При изучении характеристик гумусовых веществ исследователям приходится сталкиваться с проблемой стандартизации методик фракционирования гумусовыу веществ и получения воспроизводимых

i _ 7 _

результатов. Большое разнообразие методов изучения гумусовых веществ говорит о неоднозначности-подходов и задач в исследованиях (Орлов 1977, Ширшова 1991). Невозможность получения достоверных данных при изучении фракционного состава гумуса обычными методами фракционирования позволило нам выбрать оригиналь ый метод разделения гуйусовых веществ на фракции путем последовательного растворения их уменьшающимися концентрациями солей лития и калия, как наиболее отвечающий задачам исследования (Эллиот 1971, Шинка-рев с соавт. 1990). Для препаративного фракционирования гумусовых веществ ГВ ряд исследователей ( Орлов 1976, Teng et. all.968 ) успешно использовали методы дробного осаждения ГВ электролитами (т.наз. методы дробного высаливания) . Методы высаливания основаны на том, что растворимость макромолекул в полярных растворителях обусловлена их сольватированностью, и при достаточно высокой концентрации электролита, ионы настолько прочно связывают молекулы растворителя, что те не могут сольватировать находящиеся в растворе -макромолекулы, которые при этом уходят из раствора. Это дает увеличение растворимости макромолекул при низкой ионной силе и эффект высаливания при высокой ионной силе( Эллиот 1971).

Взятый за основу метод позволяет проводить сравнительную характеристику ГВ из нативной почвы и не может рассматриваться , как альтернатива общепринятым методам анализа группового и фракционного состава гумуса, однако сравнительный анализ принципов, положенных в их основу, показывает, что они во многом подобны ( Шинкарев с соавт. 1988,1990). Основными его преимуществами перед существующими являются полная автоматизация процесса, короткое время анализа, малая величина навески, контролируемость условий элюирования , температура, скорость прокачки . Необходимо было сравнить полноту экстрагирования ГВ по разработанному методу с общепринятыми приемами извлечения ГВ обработкой почвы 0.1 м/лИаОНпосле декальцирования 0.05 м/л H2so4 или смесью 0.1м/л NaOH с пирофосфатом Na . С этой целью образцы почвы были обработаны экстрагентами при 23°С и отношении почва:раствор 1:10 в течение 24 часов при периодическом помешивании. После центрифугирования, в аликвотах экстрактов определяли углерод по методу Тюрина. Результаты анализов, приведенные в таблице 1, показывают, что при использовании разработанного метода полнота извлечения ГВ оказывается более высокой для системыКР *кон чем для двух предыдущих (Шинкарев A.A., Гиниятуллин К.Г., Волков О.И., Перепелкина Е.Б. 1990 ) .

Таблица 1

Сравнение полноты экстракции при использовании общепринятых приемов выделения ГВ и при последовательном растворении щелочными растворами КР^^О уменьшающихся концентраций.

Содержание Приемы экстракции

углерода в _

образце, 0.1 моль/л 0.1 моль/л наон последователь-

мг/г %Д?2.°7' 10Н2° после Д6158^,-,, ноя ПЯСТВОПР-

мг/г вКИй.'ИаОН^ цирования 0.05М Н09 Растворе-

н2ёо4 ние кр

мг/г % от С общ. мг/г % от С общ. мг/г % от С общ.

69.30 34.78 50.18 34.08 49.18 36.97 53.35

Существующий метод последовательного растворения ГВ уменьшающимися концентрациями щелочных солей ЫС1«Ы0Н позволял измерять оптические показатели изучаемых фракций ГВ; при этом терялась значительная часть информации. Поэтому была предпринята попытка разработки такой прописи анализа, при которой количественная оценка выхода фракций была бы основана не только на измерении оптической плотности, но и на содержании органического углерода.

Условиям удовлетворяли соли КР и Ь^бо^. Для определения содержания органического углерода был выбран метод Тюрина. Проверка применимости метода была проведена.- путем определения углерода в стандартных растворах сахарозы в 8 моль/л КР .2Н20, в 0.2 моль/л КОН, содержащих 0.4, 0.32, 0.24, 0.16, 0.08, 0.04, и 0.02 мг. С/мл. Аликвотные части растворов выпаривали 10 мл , переносили во фторопластовые емкости, высушивали при 105°С под тягой ( при нагревании происходит выделение КР). После охладде-ния содержимое емкостей переносили в колбы на 250 мл. посредством смыва дистиллированной водой, разбавляли водой л проводили титриметрическое определение остатка Сг^" .

Существенными недостатками данного определения были выпадение нерастворимого обильного осадка соли ^бо^, который мешал титрованию растворов с молярностью 10 ,8 М.,и 6 М. В случае определения углерода в растворах Ы^БО^-ЫОН ч'рН11), факторов, мешающих определению,не было. Полученные данные показали возможность определения содержания органического углерода в щелочных экстрактах ГВ для системы ы2зо4»ЫОН .

Фракционирование проводилось в системе для жидкостной хроматографии, готорая представляет собой термостатируемую коленку,

микронасос, термостат, коллектор фракций, процессор по времени и систему кранов( рисунок 2).

Рис.2. Принципиальная схема устпойства для выполнения фракционирования гумусовых веществ методом последовательного растворения: 1. Почва в смеси с кварцевым молотым стеклом.

2. Кварцевое стекло (0 0.3-0.5 мм ) .

Пропись анализа выглядела следующим образом: навеску почвы 0.3 г. смешивали с 1.5 см^ кварцевого стекла (размер зерен 0.3- -0.5 мм.) и набивали ею хроматографическую колонку 0 0.8x12 см. Колонку терностатировали при Т 40°С. Элюировали снизу вверх со скоростью 1.2 мл/мин. последовательно по 46 мин. щелочными растворами КР*кон уменьшающихся концентраций ЗМ, 1М, 0.2М. Элзо-аты собирались на коллекторе фракций.

Каждая фракция (примерно 20 мл.) сливалась в мерную колбу

объемом 50 мл.', раствор доводился до метки дистиллированной водой и колориметрировался на спектрофотометре specol 11 при длине волны 450 нм.

Определение органического углерода: полученные вышеописанным способом фракции ГВ помещались в мерные колбы на 100 мл. К ним приливали по 25 мл. хромовой смеси, раствор перемешивали и ставили в .сушильный шкаф для сжигания при 150°С на 30 мин. с момента установления температуры. Параллельно ставился контроль с хромовой смесью. По'сле выполнения'данной процедуры колбы вынимали из сушильного шкафа, остужали и доводили до метки дистиллированной водой. После этого раствор перемешивали и колориметриро-вали на ФЭКе при длине волны 590 нм. в кюветах 50.70 мм. .•

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Временные изменения в составе гумуса в процессе роста растений ячменя

Для выявления изменений, происходящих в процессе роста проростков ячменя, во фракционном составе гумуса мы использовали три различных системы элюирующих растворов: hcl, kp, n2so4.

1.1 Детектирование изменений фракционного состава гумуса темно-серой лесной почвы в системе LiCl.

..Используя систему ЫС1для фракционирования ГВ в смывах темно-серой лесной почвы, находящейся в непосредственном соприкосновении с корнями проростков ячменя, росших в течение 10 дней, мы попытались выявить саму возможность получения данных, по которым можно судить об изменениях во фракционном составе гумуса, а -также фиксирования изменений для начальной и конечной точек опыта. В полученных растворах фракций ГВ измерялась оптическая плотность ( в o.e.). Для фракционирования были выбраны 4 элтоирующих раствора: 4M, 2М, IM, 0.5М. Соответственно фракции ГВ, полученные в результате фракционирования,назовем 4Ф, 2Ф, 1Ф,_ 0.5Ф и в дальнейшем будем придерживаться данных обозначений.

В первые 2 дня происходило увеличение оптической плотности во фракции 0.5Ф, через 6 дней наступало снижение до 0.771 и увеличение в дальнейшем до 0.890 o.e. Аналогичные, но более слабо выраженные изменения можно наблюдать во фракции 1Ф. По процентному содержанию во фракции ,4Ф прирост составил 28$ от первоначальной цифры, хотя из-за невысоких значений оптической плотности разница выражена была не так заметно. При суммировании всех показаний оптической плотности для каддой фракции в отдёльности при-

- 11 -

рост оптики составляет 18.55? или 0.262 o.e.

1.2 Детектирование' изменений фракционного состава гумуса темно-серой лесной почвы в.системе KP

Фторид калия позволяет.более, дробно разделять гидрофильные фракции ГВ, чем LiCl, вследствие лучшей растворимости. Кроме того, методика позволяет определять содержание органического углерода непосредственно в вытяжках, но из-за перечисленных в разделе "Объекты и методы исследования" методических особенностей мы проводили измерение только оптических показателей. На фракционирование было взято 4 пробы за время опыта и один контроль до начала опыта. В результате фракционирования было получено 5 фракций ГВ для каждой из проб. Они были обозначены 10Ф,6Ф," 4Ф, 2Ф, 0.2Ф. По полученным данным видно,, что во фракциях 10Ф и 6Ф, где находятся по нашим предположениям наиболее легкорастворимые фракции ГВ, наблюдается постоянное увеличение оптической плотной-ти от 0.'264 до 0.415 и от 0.466 до 0.601 в 6Ф. Для"фракции 2Ф изменения незначительные. Во фракции 0.2 Ф при общем увеличении оптики, к концу опыта показания достигают величины контроля. Суммирование цифр по каждой пробе в отдельности показывает общее падение показаний оптической плотности в первые дни роста растений, а затем увеличение к концу опыта. Таким образом, используя две различные системы элюиругацих растворов, можно предположить, что во фракционном составе ГВ темно-серой лесной почвы происходят изменения, выраженные в приросте показаний оптической плотности.

1.3 Детектирование изменений фракционного состава гумуса темно-серой лесной почвы и чернозема выщелоченного в системе LigSO^ .

В данной части работы была сделана попытка выявить изменения во фракционном составе гумуса как в ростовых экспериментах на темно-серой лесной почве, так и на черноземе выщелоченном.

Было получено 3 фракции для каждой из проб ЗФ, 1Ф, 0.2Ф . Для темно-серой лесной почвы общее количество проб составило 5, для чернозема выщелоченного - 6." Данные представлены в виде кривых распределения оптической плотности фракций, выраженных в единицах оптической плотности. Данные для темно-серо?, лесной почвы приведены на рисунке 3. Как и в предыдущих опытах заметно снижение показаний сразу после контроля для ЗФ. от 0.331 до 0.23. В 0.2Ф наблюдался более резкий скачок от 0.523 до 0.288. Далее

Рис. 3 Изменение показаний оптической плотности фракционного состава гумуса темно-серой лесной почвы, смытой с кор-нёй__проростков ячменя при фракционировании в системе Li2SO^( где 0«2Ф - фракция ГВ, выделенная 0.2М раствором ETj-so^f 1Ф _ фракция ГВ, выделенная 1М раствором Ь12з°д ЗФ - фракция ГВ, ввделенная ЗМ раствором Li 2 SÖ4.

следует увеличение в обоих фракциях к концу опыт?.. Распределение оптической плотности в 1Ф в течение опыта имеет другую картину. Вначале следует возрастание за первые 2 дня, понижение к пятому дню опыта до 0.295 o.e. и плавное повышение к концу опыта. Суммарный прирост оптической плотности составил 0.126 o.e. или 9.7% по сравнению с контролем.

Было проведено' определение содержания органического углерода во фракциях (цифры представлены в мг. С в 100 мл. раствора) .Рис4. Наиболее резкое возрастание его количества было во фракции ЗФ (3.44 мг/100 мл.) к концу опыта . В двух других фракциях отмечались более слабые изменения в показаниях в отличие от показаний оптической плотности, где наибольший прирост был во фракции С.2Ф. Суммарный прирост содержания органического углерода был 1 мг/100 мл. или 415.% от общего выхода.

Дия получения дополнительной информации о качественном сос-

таве фракций, был вычислен показатель соотношения углерода к оптической плотности для каждой фракции. По полученным результатам можно предположить, что фракция 3£ имеет фульвокислотную природу.

С (ыг/100 мл)

Рис.4 Изменение содержания органического углерода фракционного состава гумуса темно-серой лесной почвы, смытой с корней проростков ячменя при фракционировании в системе Ы^зо^

Динамика показаний оптической плотности для чернозема выще-эченного носит более выраженный ритмический характер. Наблюдают-и 2 пика в течение опыта, повторяющиеся через 3 дня. Прирост ор-анического углерода к концу опыта для чернозема выщелоченного был злее высокий, чем для темно-серой лесной почвы и составил 40.4$ ) сравнению с началом опыта или 1.7 мг./ЮО мл. Кривые имели так-з ритмический рисунок. Прирост углерода наблюдался и для каждой закции в отдельности.

1.4 Математическая обработка данных и данные по контролям.

При построении кривых по полученным.нами экспериментальным -шным использовался метод кубического интерполяционного сплайна. ?от метод позволяет рассчитать кубические уравнения для каждого ?резка кривой и вычислить наиболее достоверные значения для каж-

дого отрезка кривой.

В данный раздел включены сравнительные данные по контролям рис. 5 . Во избежание ошибок в интерпретации результатов был про-

Рис.5 Сравнительное данные по оптической плотности фракционного

состава гуглуса контрольных (почва инкубируемая без растений) и опытных образцов темно-серой лесной почвы: -^-'контрольный образец , -я-»- опытный образец.

веден анализ фракционного состава гумуса гз проб почвы, инкубируемой в аналогичных контролируемых условиях, но без растений и проб взятых из объема почвы, не находящегося в непосредственном контакте с корнями. Кривые позволяют сделать вывод, что несмотря ир многообразие процессов, приводящих к изменениям в 1Б почвы, в наших опытах мы имеем дело с изменениями во фракционном составе гумуса, обусловленными процессами, идущими в зоне контакта корень-почва.

2. Изменение растворимости гумусовых веществ при действии различных комплексообразователей

В главе 2 описываются исследования влияния различных органи-

ческих комплексообразователей (ЭДГА(Па) , глицина, цифГ)ата и ацетата) на растворимостьСи из темно-серой лесной почвы. Анализ кривых, построенных по полученным данным предполагает два типа процессов, определяющих растворение меди из почвы: линейные процессы растворения, в которые входит хелатирование и быстрые первоначальные процессы десорбции.

Все перечисленные вещества растворяли медь из почвы в значительных количествах от 40$ до 80% от теоретического количества насыщения. Основная часть катионов.переходит в раствор за первые 1015 мин. реагирования почвы с элюентом.

Являясь составной частью корневых выделений изучаемого нами растения ячменя( по данным Rovira 1969, Vancura 1964) такие вещества, как глицин, цитрат, ацетат могут служить агентами, вносящими по нашим предположениям, изменения во фракциях ГВ данной почвы, поэтому была предпринята попытка фракционирования ГВ в той. же навеске методом последовательного растворения растворами ЫС1 уменьшающихся 'концентраций. В полученных фракциях измерялась оптическая плотность и содержание меди методом атомной абсорбции.

Был зафиксирован прирост оптической плотности во фракции 6Ф с 0.08 o.e. до 0.149 o.e. после обработки ЭДГА(Иа) и до 0.136 o.e. после обработки глицином(0.1Н). Увеличение оптической■плотности наблюдалось также во фракции 4Ф. И наоборот, снижение показаний оптической плотности наблюдалось во фракции 0.2Ф после прокачки глицина. Содержание меди после обработки комплексообразователями навески во фракциях было незначительным и суммарно составляло 14.263 мкг.после элюирования глицином и 9.25 мкг. после элюиро-вания ЭДГА(иа) . •

вывода

1. Показаны изменения фракционного состава гумуса в зоне контакта корень-почва в опнтах с проростками- ячменя.

2. На основании анализа литературы по корневым выделениям предложена схема последовательной биохимической обработки почвенных агрегатов экзудатами корневых окончаний для поглощения элементов питания, в результате которой могут происходить изменения в структуре гумусовых веществ.

3. Модифицирован метод последовательного растворения гумусовых веществ из почвы щелочными солями сульфата лития, позволяющий определять оптическую плотность растворов и содержание органического углерода во фракциях. Метод обладает высокой точностью и полностью автоматизирован.

4. Показано, что за время опыта (10 дней) , суммарный прирост органического углерода по сумме фракций составил 3.3 мг/г сухой почвы в темно-серой лесной почве, а для чернозема выщелоченного 5.7 мг/г. Также получен прирост и в показаниях оптической плотности 33$ для чернозема выщелоченного и 9.7$ для темно-серой лесной почвы по сумме фракций.

5. Корневые выделения ячменя способны высвобождать катионы переходных металлов из органо-минерального комплекса почв. Модельные корневые выделения, при.прокачивании их через почву, растворяли до 80$ от общего количества ионов меди.

'6. Одним из путей изменения фракционного состава гумуса может служить взаимодействие корневых окончаний травянистых растений (на примере .ячменя) с твердыми фазами почвы.

7. При помощи предложенной методики можно осуществлять контроль за .гумусовым состоянием почвы в течение вегетации, прогнозировать изменения в системе гумусовых веществ в результате сельскохозяйственной, деятельности и проводить оперативную диагностику.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы

1. Шинкарев A.A., Волков О.И., Гиниятуялин К.Г. 0 роли корневых выделений в процессах мобилизации катионов переходных металлов тверды^ фаз почвы. Казан.ун-т. - Казань, 1989 - 15с. - Библиогр. 39 назв. - Рус. - Деп. в ВИНИТИ. 01.11.89 № 6620-В 89.

2. Шинкарев A.A., Гиниятуллин К.Г., Волков О.И., Перепелкина ТЗ.Б. Использование метода последовательного растворения гумусовых веществ почвы. Казан, ун-т.- "Казань,1990. - 17 с.-Библиогр. 13 назв. - Рус. - Деп. в ВИНИТИ. 16.01.91 № 280-В 91. '

3. Шинкарев A.A., Мельников Л.В.,' Гиниятуллин К.Г., Волков О.И. Модификация адсорбционных свойств темно-серой лесной почвы путем гидрофобизации дихлорметилсиланом. Казан, ун-т. - Казань, 1990.10 с.-Библиогр. 7 назв. - Рус. - Деп. в ВИНИТИ. 16.01.91. № 282-В 91.'

4. Волков О.И., Асафова Е.В. Анализ корневых выделений амаранта багряного, выращенного в стерильных условиях// Возделывание и использование амаранта в СССР. Материалы I Всесоюзной научной конференции. Изд-во Казан, ун-та.- Казань,1991ГС. 94-98.

■ 5. Волков О.И., Гиниятуллин К.Г. Изучение десорбции Qiиз тем--но-серой лесной почвы некоторыми низкомолекулярными органическими веществами. ■ // Тез. докл. XII конференции почвоведов, агрохимиков и земледелов Среднего Поволжья и Урала,- Казань,1991гС. 9.

6.' Волков О.И,, Гиниятуллин К.Г., Шинкарев A.A. Влияние корневых систем проростков ячменя на фракционный состав гумусовых веществ темно-серой лесной почвы // Тез. докл. XII конференции почвоведов, агрохимиков и земледелов Среднего Поволжья и Урала. Изд-во Казан, ун-та. - Казань, 1991. - С., 62.

Автор выражает сердечную благодарность А.А.Шинкареву, доценту кафедры почвоведения и агрохимии Казанского университета, за неоценимую пог.ощь в создании работы. Также спасибо всем, кто оказывал поддержку в подготовке и написании диссертации.

Сдано в набор 10.08.92 г. Подписано в печать 20.08.92 г. Форм.бум. 60 х 84 I/I6. Печ.л.1. Тираж 100. Заказ 447.

Лаборатория оперативной полиграфии КГУ 420008 Казань, Ленина, 4/5