Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Закономерности распределения и взаимосвязи микроэлементов в системе почва-растение в условиях юга Западной Сибири
ВАК РФ 03.02.13, Почвоведение
Автореферат диссертации по теме "Закономерности распределения и взаимосвязи микроэлементов в системе почва-растение в условиях юга Западной Сибири"
На правах рукописи
Азаренко Юлия Александровна
ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ И ВЗАИМОСВЯЗИ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В СИСТЕМЕ ПОЧВА-РАСТЕНИЕ В УСЛОВИЯХ ЮГА ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
03.02.13 - почвоведение
Автореферат 005552890
диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук
25 СЕН 2014
Тюмень - 2014
005552890
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Омский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина»
Научный консультант: доктор сельскохозяйственных наук, профессор,
заслуженный деятель науки РФ Ермохин Юрий Иванович
Официальные оппоненты: Сысо Александр Иванович,
доктор биологических наук, с.н.с.,
Институт почвоведения и агрохимии СО РАН,
зам. директора по научной работе
Пузанов Александр Васильевич,
доктор биологических наук, профессор, Институт водных и экологических проблем СО РАН, зам. директора по научной работе
Протасова Нина Алексеевна,
доктор биологических наук, профессор, Воронежский государственный университет, профессор
Ведущая организация: Институт общей и экспериментальной
биологии СО РАН
Защита состоится 19 ноября 2014 г. в 10-00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.064.01 в ФГБОУ ВПО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья по адресу: 625003, г. Тюмень, ул. Республики, 7, тел./факс (3452) 46-87-77, E-mail: dissTGSHA@mail.ru
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте Государственного аграрного университета Северного Зауралья www.tsaa.ru
Автореферат разослан «11» сентября 2014 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат с.-х. наук
Г
Рзаева Валентина Васильевна
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Микроэлементы выполняют уникальные функции в биосфере (Пейве, 1961; Бобко, 1963; Каталымов, 1965; Школьник, 1974; Чернавина, 1970; Berger, 1949 и др.), в связи с чем проблема микроэлементов выходит далеко за рамки растениеводства и не теряет актуальности до настоящего времени.
Связующим звеном биогеохимических процессов, в т. ч. миграции микроэлементов является почва (Ковда, 1985). Неоднородность почвенно-геохимической среды приводит к формированию биогеохимических провинций с недостатком, избытком, несбалансированным содержанием химических элементов, вызывающих эндемические реакции живых организмов (Виноградов, 1952, 1957; Ковальский, 1977, Ильин, 1973). Исследования баланса микроэлементов в земледелии показывают, что в целом ряде регионов России и в мире микроэлементы выступают в качестве фактора, определяющего потенциал продуктивности возделываемых культур. По данным агрохимической службы Омской области 98 % пашни имеет дефицит содержания Zn, 70,2 % - Со, 47 % - Си, 11,6 % - Мп (Красницкий, Цырк, 1996), который может усугубляться низким уровнем применения минеральных, органических удобрений, эрозионными процессами. В то же время более 1,9 млн. га почв Омской области содержат избыточные концентрации В, что снижает продуктивность и качество растений (Азаренко, 2007). Нередко отмечается несбалансированный по макро-и микроэлементам состав кормов, низкое содержание в них Си, Zn, Со, I (Красниц-кий, Янович, Ищук, 2008).
Следовательно, проблема оптимизации микроэлементного состава почв и растений является актуальной для повышения и сохранения продуктивности земель и улучшения биогеохимической обстановки. Она может быть реализована только на основе знаний о закономерностях распределения и взаимосвязей микроэлементов в почвенном покрове н комплексной характеристики современного состояния микроэлементного состава почв и растительности региона. Не смотря на значительное количество исследований в области биогеохимии Мп, Си, Zn, Со, Mo и В в почвах Западной Сибири, многие вопросы для территории Омского Прииртышья остаются слабо изученными и требуют дальнейшей разработки.
Цель исследований — комплексная характеристика микроэлементного состава почв и растений юга Западной Сибири в пределах Омского Прииртышья на основе закономерностей распределения и взаимосвязей микроэлементов (Мп, Си, Zn, Со, Mo и В) в системе почва-растение с учетом региональных особенностей почвообразования.
Задачи исследовании:
- Установить закономерности распределения валового содержания, прочиосвя-занных кислоторастворимых и подвижных форм микроэлементов в почвах разного генезиса и факторы, определяющие их пространственную и внутрипрофильную дифференциацию;
- Выявить взаимосвязи и дать эколого-агрохимическую оценку содержания микроэлементов в системе почва-растение;
- Оценить влияние борного засоления почв на продуктивность сельскохозяйственных культур юга Западной Сибири; разработать шкалу бороустойчивости растений, выявить факторы, влияющие на устойчивость растений к бору;
- Установить влияние и механизмы действия гипса и фосфогипса на содержание бора в системе почва-растение при химической мелиорации солонцов;
- На основе установленных географических закономерностей распределения микроэлементов в почвенном покрове провести почвенно-геохимическое районирование территории Омской области.
Научная новизна исследований. Представлены новые данные о закономерностях распределения прочносвязанных и подвижных форм микроэлементов в почвах разного генезиса, а также содержании микроэлементов в растениях, характеризующие микроэлементный статус территории Омского Прииртышья на юге Западной Сибири. Исследованы закономерности распределения бора в почвах солонцового и засоленного рядов, влияния борного засоления на растения. Разработаны система показателей диагностики токсического влияния элемента на растения, шкала бороустойчивости растений. Выявлены факторы, влияющие на бороустойчивость растений. Впервые экспериментально исследованы механизмы влияния гипса и фосфогипса на содержание бора в солонцах при мелиорации, получены количественные параметры влияния мелиорантов на содержание элемента в системе почва-растение. Проведена оценка потенциала поступления микроэлементов в растения, которую следует учитывать при нормировании доз микроудобрений в агроценозах и при техногенном загрязнении почв. Предложена схема почвенно-геохимического районирования территории Омской области по содержанию микроэлементов в почвах как основа для биогеохимического районирования и оптимизации микроэлементной обстановки.
Теоретическая значимость результатов исследования. Представленные данные вносят вклад в развитие биогеохимии микроэлементов в почвенном покрове юга Западной Сибири. Значительно расширены данные о геохимии бора в почвах и растениях. Выявлены некоторые причины токсического влияния элемента на растения и закономерности поступления элемента в растения на солонцовых почвах. Разработаны подходы к решению проблемы борного засоления почв на юге Западной Сибири.
Практическая значимость результатов исследования и их реализация. Полученные результаты являются основой для решения проблемы оптимизации микроэлементной обстановки на территории Омского Прииртышья. Данные о содержании микроэлементов в почвах и растениях и разработанная схема почвенно-геохимического районирования Омской области рекомендуются при проведении эколого-геохимического мониторинга и биогеохимического районирования, разработке систем удобрений.
Разработанная система нормальных и токсических уровней содержания бора в почве, растениях, соотношения в них Са/В позволяют прогнозировать влияние элемента на почвах с его избыточным содержанием как в природных борных биогеохимических провинциях, так и при техногенном загрязнении почв. Предложенная шкала бороустойчивости растений дает возможность повышения продуктивности агроценозов на почвах с борным засолением.
Установленные характеристики взаимосвязей содержания микроэлементов в системе почва-растение могут использоваться в целях оптимизации минерального питания растений, нормировании доз микроэлементов, исключающих избыточное их накопление в растениях и почвах.
Полученные материалы предназначены для использования агрохимической, ветеринарной, медицинской, экологической службами, сельскохозяйственными предприятиями. Данные исследований могут быть использованы для издания учебных пособий, справочников. Результаты исследований переданы в ФГБУ «ЦАС «Омский», используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО ОмГАУ им. П.Л. Столыпина.
Защищаемые положения:
1. Распределение микроэлементов в почвах и растениях юга Западной Сибири (Омского Прииртышья) обусловлено влиянием зональных биоклиматических и ин-тразоналышх геолого-геоморфологических факторов, исходного уровня их концентраций в почвообразующих породах, степени дисперсности субстрата, химических и физико-химических свойств почв и характера процессов почвообразования, что доказывается установленными взаимосвязями содержания микроэлементов в системе почва-растение.
2. Борное засоление почв на юге Западной Сибири является существенным фактором снижения урожайности и качества растений, в связи с чем разработаны параметры диагностики токсического влияния бора на растения и шкала их бороустой-чивости. Выявлены почвенные факторы, влияющие на поглощение бора растениями и устойчивость их к избыточным концентрациям элемента, к числу которых относятся концентрация легкорастворимых солей, а также марганца и цинка в почве. Химическая мелиорация солонцов приводит к значительному снижению степени борного засоления, обусловленному усилением процессов выщелачивания и физико-химического поглощения соединений бора под действием кальция гипса и фос-фогипса.
3. Значительное варьирование содержания микроэлементов в почвах и растениях по природным зонам и геоморфологическим районам отражено в схеме почвен-но-геохимического районирования Омской области. Выявленные закономерности и взаимосвязи микроэлементов в системе почва-растение являются основой для разработки мероприятий по оптимизации микроэлементного состава почв и растений, улучшению биогеохимической обстановки, управлению почвенным плодородием.
Апробация исследований. Основные результаты исследований обсуждались на Съездах общества почвоведов им. В.В. Докучаева (Новосибирск, 2004; Петрозаводск, 2012), Международных научно-практических конференциях: (Омск, 1997, 2008, 2009, 2013; Москва, 1999; Алматы, 2005; Иркутск, 2007; Абакан, 2013), Всероссийских (Новосибирск, 2009, Москва 2012), региональных (Омск, 2000, 2001, 2002, 2004), ежегодных (1992-2012 гг.) профессорско-преподавательского состава и аспирантов ФГБОУ ВПО ОмГАУ им. П.А. Столыпина.
Объём и структура диссертации. Диссертация изложена на 346 страницах основного текста, состоит из введения, 8 глав, выводов, 56 приложений, содержит 108 таблиц, 25 рисунков. Библиографический список включает 377 источников, в том числе 74 - на иностранном языке.
з
Публикации. Материал, представленный в диссертации, отражен в 49 публикациях, включая 14 статей в ведущих научных изданиях и журналах, перечень которых утвержден ВАК Министерства образования России.
Личный вклад автора. Автору принадлежит формулирование проблемы, разработка программы исследований, выполнение экспериментальной части, анализ, обобщение, интерпретация полученных результатов.
Кроме собственных исследований в работе использованы данные ФГБУ ЦАС «Омский» и ФГБУ ЦАС «Тарская» по содержанию микроэлементов в почвах и растениях, а также опубликованные ранее данные по проблеме микроэлементов в Омской области (Гамзиков, 1967; Орлова, 1968, 1973, 1980, 1990, 2007; Агеев, 1980 и ДР-)-
Исследования по теме диссертации проводились в соответствии с планом научно-исследовательской работы факультета агрохимии, почвоведения и экологии по темам «Эколого-геохимические аспекты развития почв черноземно-солонцовых комплексов лесостепных и степных ландшафтов юга Западной Сибири при их сельскохозяйственном использовании и улучшении», № 01200611654 и «Оценка современного состояния почвенного покрова естественных и антропогенных ландшафтов Западной Сибири, № 01201256676.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность за научно-методическое руководство и всестороннюю помощь научному консультанту, д.с,-х.н., профессору, Заслуженному деятелю науки РФ, лауреату государственной премии имени акад. Д.Н. Прянишникова Ю.И. Ермохину, а также за ценные советы и консультации к.с.-х.н., доценту Э.Д. Орловой.
Автор искренне признателен за помощь при проведении исследований директору ФГБУ ЦАС «Омский», д.с.-х.н., профессору В.М. Красницкому, начальникам отделов Г.Д. Авериной, А.Ф. Цырку, В.Д. Янович и другим сотрудникам организации.
Автор благодарит коллектив кафедры почвоведения и факультета агрохимии, почвоведения и экологии ФГБОУ ВПО ОмГАУ им. П.А. Столыпина за помощь при проведении исследований и выполнении диссертации.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1 Современное состояние проблемы микроэлементов. Ключевые особенности биогеохимин микроэлементов в почвенном покрове юга Западной Сибири
В главе рассмотрено современное состояние проблемы микроэлементов в России, Сибири и за рубежом. Дан анализ истории развития исследований физиологической роли микроэлементов, их содержания в почвах и других компонентах окружающей среды. Ключевая роль в развитии исследований микроэлементного состава почв и растений принадлежала биогеохимической концепции В.И. Вернадского, развитой трудами А.П. Виноградова, В.В. Ковальского. Освещен вклад В.А. Ковды, И.В. Якушевской, А.Н. Тюрюканова, В.В. Добровольского, М.В. Каталымова, Я.В. Пейве, Е.В. Бобко, Н.Г. Зырина и др. в изучение геохимии микроэлементов в почвенном покрове страны, В.Б. Ильина, О.В. Макеева, В.К. Бахнова, А.П. Аникиной, А.И. Сысо и др. в исследовании микроэлементов в ландшафтах Сибири, Г.П. Гамзи-кова, Э.Д. Орловой, В.А. Агеева и др. ученых в изучение микроэлементного состава почв Омской области. Показан вклад ученых ОмСХИ (А.З. Ламбина, Э.Д. Орловой,
Ю.И. Ермохина и др.), СибНИИСХ в развитие вопросов питания растений микроэлементами. Проанализированы современные актуальные направления в исследовании микроэлементов в Западной Сибири, России, других странах. Освещены геохи-( мические особенности соединений микроэлементов, как внутренние факторы их миграции в почвенном покрове. Изложены основные черты геохимии прочносвязан-ных и подвижных форм марганца, меди, цинка, кобальта, молибдена, бора в педо-сфере и растительном покрове.
2 Условия, объекты и методика проведения исследований
2.1 Характеристика природных условий Омского Прииртышья как факторов миграции микроэлементов в ландшафтах
2.1.1 Геологическое строение и рельеф. Территория Омской области расположена на юге низменной Западно-Сибирской равнины, имеющей в основании складчатый фундамент из палеозойских магматических и метаморфических пород, перекрытый мощной толщей мезозойско-кайнозойских осадочных отложений морского и континентального генезиса (Геоморфология Западно-Сибирской равнины, 1972; Западно-Сибирская равнина, 1970). С геологическим строением связан общий равнинный характер Западной Сибири и Омской области, редкая гидрографическая сеть, слабая расчлененность поверхности, незначительная и неравномерная дрени-рованность территории, которая входит в состав геоморфологических структур Ва-сюганской, Ишимской, Прииртышской, Кулундинской равнин и Барабинской низменности. В пределах выше названных структур в Омской области выделено 18 геоморфологических районов (Прудникова, Рейнгард, 1975).
2.1.2 Почвообразующие породы. Почвообразующими породами являются четвертичные отложения разного генезиса, возраста и литологического состава. Преобладают элювиально-делювиальные, озерно-аллювиальные, озерно-болотные породы, преимущественно тяжелого гранулометрического состава, часто карбонатные и засоленные в лесостепи и степи.
2.1.3 Гидрологические условия. Гидрографическая сеть на территории области выражена слабо, представлена р. Иртышом и его притоками р. Омь, Тара, Ишим, Оша и др. Их дренирующая роль незначительная. Грунтовые воды находятся на глубине от 1-3 м до 5-15 м на юге области и активно участвуют в почвообразовании.
2.1.4 Биоклнматнческие условия. Климат области континентальный с продолжительной холодной зимой и коротким жарким летом (Агроклиматические ресурсы Омской области, 1971; Атлас Омской области, 1996). Среднегодовая температура воздуха изменяется от - 0,8" С на севере области до + 1,2° С на юге с годовым количеством осадков соответственно от 400-490 до 270-300 мм.
2.1.5 Почвенный покров. В условиях равнинного рельефа четко прослеживается широтная зональность почвенного покрова. По природным условиям территория Омской области входит в состав трех зон: таежной (подзоны южной тайги) (51,7 тыс. км2, 36,6 %), лесостепной (62,8 тыс. км2, 44,4 %) и степной (26,6 тыс. км2, 19 %). На почвообразование существенное влияние оказывают интразональные факторы: слабая расчлененность, выраженный микрорельеф, незначительная дренированность территории, тяжелый гранулометрический состав, слоистость, многочленность, час-
тое засоление и карбонатность почвообразующих пород, близкое расположение грунтовых вод (Богданов, 1977; Мищенко, 1991).
Среди типов почв в Омской области преобладают черноземы и лугово-черноземные почвы (25,9 % площади). На подзолистые и глееподзолистые почвы приходится 21 %, болотные и лугово-болотные - 16,6 %, серые лесные и серые лесные глеевые 7 %, черноземно-луговые и луговые - 8 %, аллювиальные — 1,4 %. Почвы засоленного ряда, солонцы и солончаки занимают 10,4 %, солоди — 8 %. Наиболее сложной структурой почвенного покрова отличается лесостепная зона, к центральной части которой приурочены максимальные площади распространения солонцов (Горшенин, 1955; Градобоев, Прудникова, Сметанин, 1960; Березин, 2009).
2.2 Объекты и методика проведения исследований. Для решения поставленных задач в период с 1991 по 2012 гг. применяли комплекс методов исследования: сравнительно-географический с закладкой ключевых точек в разных зонах и геоморфологических районах Омской области и отбором образцов почв, растительности, грунтовых вод; аналитические методы исследований микроэлементного состава почв, растений и грунтовых вод; стационарные наблюдения за содержанием микроэлементов в почвах, в том числе изучению влияния мелиорантов на содержание подвижного бора в солонцах; вегетационные и мелкоделяночные полевые опыты с растениями; лабораторные опыты; математико-статистические методы исследования (статистический и корреляционно-регрессионный анализ выборок аналитических данных и показателей урожайности растений), выполненные в программе Excel.
Дана характеристика свойств изученных почв природных зон как объектов исследования. Всего за время исследований автором было заложено и проанализировано более 60 разрезов и 12 скважин (430 почвенных образцов), по 70 образцов естественной растительности и грунтовых вод. Проведено 6 полевых, 16 вегетационных и 10 лабораторных опытов с анализом 200 почвенных и 400 растительных образцов. Дополнительно в анализируемую выборку почв и растений были включены данные по 35 реперным участкам ФГБУ ЦАС «Омский» и САС «Тарская».
Определение содержания микроэлементов в почвах проведено следующими методами. Валовое содержание бора (В) после сплавления почвы с содой при температуре 900° С (Аринушкина, 1961); содержание кислоторастворимых форм Мп, Си, Zn и Со взаимодействием с 5М HN03 при температуре 100° С (РД 52.18.191-89).
Подвижные формы Мп, Си, Zn, Со по Крупскому и Александровой в модификации ЦИНАО (ГОСТ Р 50683-94; ГОСТ Р 50685-94; ГОСТ Р 50886-94) с 1н ацетат-но-аммиачным буфером (ААБ), рН 4,8. Подвижный Мо определен по Григгу в модификации ЦИНАО (ГОСТ Р 50689-94), подвижный В по Бергеру и Труогу в модификации ЦИНАО с азометином-Н (ГОСТ Р 50688-94). Подвижные формы Мп, Си и Со в почвах южной тайги и северной лесостепи в ФГУ САС «Тарская» выполнены методом Пейве и Ринькиса с использованием индивидуальных экстрагентов (ГОСТ Р 50682-94; ГОСТ 50684-94; ГОСТ 50687-94).
В растительных образцах микроэлементы определяли после сухого озоления при температуре 525±25° С: Си, Мп, Zn, Fe и Со атомно-абсорбционным (ГОСТ 27998-88; ГОСТ 27997-88; ГОСТ 30692-2000), В - колориметрическим, (Методические указания..., 1971), Са- трилонометрическим методом с флуорексоном.
Содержание гумуса в почве определяли по Тюрину в модификации Симакова с дополнениями Никитина, гранулометрический состав пирофосфатным методом, pH водной суспензии почвы потенциометрически, солевой состав водной вытяжки по ОСТ 46-52. Состав обменных катионов по Шолленбергеру с последующим определением Са2+ и Mg2+ трилонометрическим, Na+ - пламеннофотометрическим методами. Нитратный азот определяли по Грандваль-Ляжу с дисульфофеноловой кислотой, подвижный фосфор в черноземных почвах по Чирикову, в солонцах по Мачигину, калий в этих же вытяжках на пламенном фотометре.
Исследования соотношения форм соединений В в солонцах и лугово-черноземных почвах проведено в 3 лабораторных опытах (1995, 2010 гг) с использованием методов параллельного и последовательного (Hou, Evans, Spiers, 1996) экстрагирования соединений микроэлемента.
Для изучения влияния высоких концентраций В на растения и факторов, влияющих на поступление бора в растения и их бороустойчивость, в 1991-2005 гг. была проведена серия вегетационных и полевых опытов с культурами, часто возделываемыми на солонцах и других почвах засоленного ряда: ячменем (Hordeum vulgare) сортов «Целинный-5» и «0мский-90», суданской травой (Sorghum sudanense) сорта «Бродская», викой мохнатой (Viccia villosa) сорта «Юбилейная», рапсом (Brassica napus) сорта «Радикал», кострецом безостым (Bromopsis inermis) «СибНИ-ИСхоз-1», донником желтым (Melilotus officinalis) сорта «Омский».
В вегетационных опытах создавали искусственное борное засоление путем внесения в почву В в форме буры (Na2B407- 10Н20) и борной кислоты (Н3В03), действие которых на растения было близким, в концентрациях, часто встречаемых в солонцах: 5-20 мг/кг. Опыты проводили на лугово-черноземной почве и солонцах корковых и мелких с разным содержанием В в сосудах типа Вагнера вместимостью 0,63,0 кг абсолютно сухой почвы, повторность 3-6-кратная. Ячмень выращивали до фаз кущения-выхода в трубку, суданскую траву до фазы кущения, вику до фазы ветвления.
Бороустойчивость костреца и донника исследована в мелкоделяночных полевых опытах на лугово-черноземной среднемощной среднегумусной тяжелосуглинистой почве опытного поля ОмГАУ (1992-1995 гг). Бор в форме Н3В03 вносили в слой почвы 0-20 см в дозах по 5, 10, 15 мг/кг. Размер делянки 1 м2, повторность 4-кратная. Укосы костреца проводили в фазы выхода в трубку и колошения, донника -в начале цветения.
Изучение влияния гипса и фосфогипса на содержание В в системе почва-растение (1991-2007 гг.) проводили в полевых, лабораторных и вегетационных опытах. Многолетние полевые стационарные опыты лаборатории химической и агротехнической мелиорации солонцов были расположены в разных геоморфологических районах лесостепной зоны: Барабинской равнине (Калачинский район, Измайловский стационар, опыты 4а, 8), Омь-Иртышском междуречье (Омский район, Давыдовский стационар, опыты 14а, 146), Ишимской равнине (Любинский район, Го-лубковский стационар, опыты 11,15). Для изучения механизмов влияния мелиорантов на содержание подвижного В в солонцах проведено 6 лабораторных опытов.
3 Закономерности распределения валового содержания н количества
кислоторастворнмых прочносвязанных форм микроэлементов в почвах Омского Прииртышья
Для характеристики общих запасов микроэлементов в почвах определяют их валовое содержание. В последнее время в почвенно-агрохимических исследованиях используют метод определения кислоторастворнмых форм микроэлементов-металлов извлечением их из почвы 5М НХ:03, количество которых считается близким к валовому. В то же время содержание микроэлементов, определенных данным методом, в почвенном покрове юга Западной Сибири изучено слабо.
В главе представлены данные о содержании в почвах разных зон кислоторастворнмых Мп, Си, 7.п и Со. Наши результаты свидетельствуют о том, что 5М НЫОэ извлекает из почв значительное количество прочносвязанных соединений микроэлементов. Сравнительный анализ данных показал, что количество кислотораство-римых Си, Zn, Со близко к их валовому содержанию, концентрации Мп составляют 60-70 % валового.
Для почв южной тайги и северной лесостепи мы располагаем данными по содержанию кислоторастворнмых Си и Zn. Их концентрации зависели от степени развития элювиальных и биогенно-аккумулятивных процессов, гранулометрического состава, содержания гумуса. В верхних горизонтах дерново-подзолистых и серых лесных почв было обнаружено пониженное количество Си (5-7,7 мг/кг), в черноземах выщелоченных оно было выше (до 17,5 мг/кг). Содержание Ъп среднее и повышенное: в дерново-подзолистых 23,5-33,5, в серых лесных и черноземах выщелоченных 33,5-55 мг/кг.
Более подробно нами было изучено содержание микроэлементов в почвах лесостепной и степной зон в связи с их более интенсивным сельскохозяйственным использованием. Результаты исследований показали, что содержание микроэлементов в черноземных и солонцовых почвах, преобладающих по площадям, высокое (табл. 1). Это обусловлено значительной обогащенностыо почвообразующих пород юга Западной Сибири микроэлементами (Ильин, 1973; Сысо, 2004), их тяжелым гранулометрическим составом, карбонатностью, частой засоленностью.
Приведенные значения концентраций элементов, в целом, согласуются с ориентировочным региональным фоновым валовым содержанием элементов для черноземов юга Западной Сибири: Со 8-12 мг/кг, Си 20-30 мг/кг, Мп 550-800 мг/кг, Ъъ 53-75 мг/кг (Ильин и др., 2003).
В первую очередь уровень микроэлементов в почвах определялся содержанием их в материнских породах, о чем свидетельствуют существенные связи между этими показателями для Мп, Си, Ъл, Со, В (г = 0,62-0,83). В процессе почвообразования произошло перераспределение соединений элементов в почвенном субстрате, в результате чего в большинстве почвенных разрезов концентрации Мп, 7_п и Си были существенно выше в гумусово-аккумулятивных и срединных горизонтах и уменьшались к почвообразующей породе. Значения элювиально-аккумулятивных коэффициентов Кэа в горизонтах А, АВ составляли для Мп 1,2-2,7, Си 1,1-1,5, Хп 1,1-2,3. Распределение концентраций Со по профилям почв слабо дифференцировано.
Таблица 1 - Содержание кислоторастворимых форм микроэлементов (мг/кг) в почвах лесостепной и степной зон Омской области
Горизонт Черноземы, п = 12-26 Лугово-черноземные, п=20-38 Солонцы, п = 6-12
Пш | 5±ях | У,% Нт | З+Эх | У,% Пт 1 З+Б, 1 У,%
Мп
А+АВ* 226-950 508+38,3 34,5 350-1100 608+24,6 24,3 1 485-718 618+48,6 15,7
Вк 146-810 420±29,9 36,3 221-780 481+19,8 25,3 118-656 465+64,0 38,2
Ск | 133-550 346+38,5 40,1 219-700 434+23,8 24,5 223-521 367+63,5 38,7
Си
А+АВ* 12,0-23,0 19,1±0,8 19,9 5,4-25,4 20,3+0,8 22,1 17,4-23,8 21,1+1,5 14,5
Вк 10,5-22,6 18,0+0,8 23,0 5,3-25,6 19,1+0,6 19,6 16,0-25,0 19,9+0,9 12,7
Ск 9,9-20,3 15,9+1,1 23,4 4,5-23,7 17,7+1,04 26,4 17,9-19,9 18,7+0,4 4,2
гп
А+АВ* 27,4-63,3 50,7±2,7 23,9 20,1-69,4 53,7+1,9 | 21,2 43,5-64,6 55,4+3,4 15,8
Вк 22,0-60,0 45,4+3,6 38,3 13,5-60,1 48,9+1,5 18,8 40,2-64,8 50,8+2,5 14,2
Ск 20,3-54,9 39,9+3,4 29,6 12,3-57,5 43,5+2,6 27,1 39,9-48,3 44,5+1,6 8,2
Со
А+АВ* 5,5-15,8 11,2+0,6 24,0 9,2-14,0 12,3+0,2 10,5 11,8-14,4 13,2+0,5 8,1
Вк 4,1-18,5 11,0+0,6 29,0 8,9-19,2 12,1+0,3 16,3 10,6-14,2 12,9+0,4 9,4
Ск 4,0-22,2 10,8+1,2 41,6 7,6-18,0 12,1+0,7 27.1 11,2-13,8 12,7+0,4 7,8
* - В солонцах А1, Ап
Концентрации Мп в гумусово-аккумулятивных горизонтах лугово-черноземных почв и солонцов были значительно выше по сравнению с черноземами (^=2,2 при 1о5=2,0), солонцы отличались более высоким содержанием Со (^=2,56).
Кроме исходного содержания микроэлементов в почвообразующих породах, факторами, влияющими на уровень их концентраций в почвах, являются свойства, определяющие сорбционную способность: содержание ила и физической глины, ЕКО, гумуса. Для слоя 0-20 см почв более тесная связь обнаружена между содержанием Си и Хп с количеством ила (г = 0,65-0,68, п = 0,77) и величиной ЕКО (г = 0,580,79, г) =0,66-0,85). Для Мп и Со сданными параметрами связь была слабой (г = 0,350,55, г) = 0,38-0,54).
На распределение микроэлементов по генетическим горизонтам более сильное влияние оказывало содержание физической глины: для Си и Ъп г = 0,75-0,80, г| = 0,87-0,89, для Мп и Со г = 0,42-0,46,1] = 0,42-0,48. В то же время связь с илом была слабее (для Си, Ъп г = 0,55, г) = 0,69-0,71), особенно для Со и Мп (г = 0,17-0,29, г| = 0,17-0,30), соединения которых аккумулируются в более крупных механических фракциях почв. На содержание Си и Тл\ в профилях почв определенное влияние оказывала величина ЕКО (г = 0,53-0,55, т) = 0,60-0,65). Гумус влиял более слабо как на концентрацию элементов в пахотном слое почв, так и на их внутрипрофильную дифференциацию (г = 0,31-0,40), его связь с Со отсутствовала.
Выявлено, что существенную роль в распределении прочносвязанных форм микроэлементов в почвах играет геохимическое сродство и ассоциирование их друг с другом и с Ре. Наиболее тесные взаимосвязи установлены для Бе, Ъп и Си (табл. 2). В целом, внутрипрофильная дифференциация микроэлементов обусловлена совокупным влиянием всех рассмотренных факторов.
Таблица 2 - Коэффициенты парной корреляции между содержанием _химических элементов в почвах (п =174, для Ре п =109)_
Элементы Мп Си Хп Со Ре
Мп 1,0 0,42±0,07 0,52±0,06 0,51 ±0,07 0,51±0,08
Си - 1,0 0,91±0,03 0,42±0,07 0,84±0,05
Ъп - - 1,0 0,49±0,07 0,83±0,05
Со _ - - 1,0 0,60±0,08
Яе - - - - 1,0
Распределение валовых Мо и В в почвенном покрове было более контрастным. Имеющиеся данные по валовому содержанию Мо в почвах Омской области свидетельствуют о неодинаковом уровне его в разных типах почв: в дерново-подзолистых почвах 1,3 мг/кг, в черноземах 1,6 мг/кг, в солонцах 2,6 мг/кг (Орлова, 1967; Даерба-ев, 1970).
Наиболее существенные различия между почвами разных типов почвообразования наблюдаются по содержанию бора. Среди зональных почв наименьшее количество элемента находится в дерново-подзолистых (13,3-21,0 мг/кг), больше его в серых лесных (18,5-20,0 мг/кг), наиболее высокий уровень содержания микроэлемента присущ черноземам и лугово-черноземным почвам (34,1-50,0 мг/кг). Содержание валового В как в почвообразующих породах (г = 0,69±0,17; п = 20), так во всем профиле почв (г = 0,67±0,08; п = 48) в первую очередь зависело от количества физической глины.
Бор является легкоподвижным водным мигрантом, что обусловливает его активное участие в процессах галогенеза. В связи с этим солонцовые и засоленные почвы содержат значительно больше В по сравнению с зональными почвами. По его содержанию (мг/кг) почвы образуют ряд: солонцеватые лугово-черноземные и луговые почвы (51,6-64,2), солонцы глубокие (50,4-61,2) < солончаковатые лугово-черноземные и луговые почвы (56,0-94,4), солончаки (49,7-97,2) < солонцы мелкие и корковые (57,3-126,1). Дифференцированный тип распределения В наблюдался в профиле солончаковатых почв и солончаков с аккумуляцией его в солевых горизонтах и солонцов с элювиально-иллювиальным типом распределения элемента.
4 Закономерности содержания и распределения подвижных форм микроэлементов в почвах
Подвижные соединения микроэлементов выполняют важные почвенно-агрохимические и экологические функции, участвуя в процессах миграции в почвах и питании растений. Ранее на юге Западной Сибири при определении подвижных форм микроэлементов в почвах всех зон использовали метод Пейве и Ринькиса, рекомендованный для почв таежно-лесной зоны. В настоящее время в агрохимической службе подвижные Мп, Ъъ, Со, Си в черноземных, карбонатных, солонцовых почвах лесостепи и степи определяют по Крупскому и Александровой с использованием группового экстрагента 1н ААБ, рН = 4,8. При этом закономерности распределения данной формы микроэлементов в почвенном покрове изучены слабо.
4.1 Марганец. Содержание подвижного Мп в дерново-подзолистых и серых лесных почвах южной тайги (по Пейве и Ринькису) среднее и высокое (32-77 мг/кг),
в черноземах выщелоченных северной лесостепи среднее (45-51 мг/кг). Из черноземных и солонцовых почв ААБ извлекает Мп значительно меньше, примерно 13,325,9 % в сравнении с 0,1 н Н2804 (табл. 3).
Таблица 3 — Содержание подвижных форм (1н ААБ, рН = 4,8) микроэлементов (мг/кг) в почвах лесостепной и степной зон Омской области
Черноземы, п = 4-22
lim
S±s„
V,%
Лугово-черноземные, n=6-35
lim
S±sx
V,%
Солонцы, n = 3-7
lim
S+s.
V,%
Mn
A+AB* 4,9-44,7 16,7+3,7 82,6 3,7-37,6 11,0+2,0 84.5 3,2-25,8 7,5+3,1
108
Bk
7,9-40,0
21,8+7,0
64,2
5,9-30,5
16,4+4,4
65,2
7,0-55,3
18,9+8,2
63,0
Ck
55,4-118
69,6+12,2
38,9
5,3-65,7
42,7+8,2
51,0
49,3-51,8
50,4+0,7
2,5
Cu
A+AB* 0,08-0,18 0,12+0,01 22,5 0,05-0,15 0,11*0,01 20,9 0,1-0,12 0,11+0,003 6,4
Bk
0,1-0,68
0,17±0,1S
182
0,07-0,81
0,30±0,13
106,7
0,1-0,43
0,20+0,06
52,0
Ck
0,44-1,75
0,82+0,24
64,6
0,08-1,23
0,65+0,15
62,3
0,67-1,00
0,88+0,1
20,5
Zn
A+AB* 0,2-0,5 0,33+0,01 20,6 0,14-0,72 0,34+0,02 29,4 0,3-0,:
0,40+0,08 48,8
Bk
0,12-0,52
0,41+0,15
61,0
0,22-0,63
0,40+0,07
45,0
0,19-0,42
0,32+0,06
36,2
Ck
0,42-1,31
0,74+0,20
52,7
0,34-0,78
0,53+0,05
26,4
0,71-0,86
0,77+0,04
10,1
Со
A+AB* 0,08-0,22 0,13+0,01 30,8 0,07-0,25 0,12+0,01 37,5 0,11-0,13 0,12+0,004 3,3
Bk
0,09-0,18
0,12+0,02
33,3
0,09-0,34
0,16+0,04
64,6
0,09-0,15
0,11+0,01
24,5
Ck
0,13-0,52
0,29+0,08
64,5
0,12-0,34
0,20+0,03
37,3
0,18-0,23
0,21+0,02
13,8
- В солонцах Al, An
Наиболее высокие концентрации элемента обнаружены в черноземах, несколько меньше в лугово-черноземных почвах и солонцах. Особенностью распределения Мп по профилям почв является возрастание его концентраций с глубиной, достигающих максимума в карбонатных горизонтах почвообразующей породы. На долю подвижной формы приходилось от 6,2-19,8 % в гумусовых горизонтах до 22,0-85,5% количества прочносвязанных соединений микроэлемента в горизонтах Ск. Содержание Мп в почвах отличается высокой динамичностью (в гумусовых горизонтах V = 81,6-108,0 %), обусловленной трансформацией соединений в зависимости от физико-химических, гидротермических и биологических процессов.
На распределение подвижной формы элемента в профиле почв слабое влияние оказывало содержание физической глины (г = 0,48±0,17), ила (г = 0,41±0,13) и рН (г = 0,41±0,13). В почвах засоленного ряда (солонцах, солончаках, солончаковатых лугово-черноземных и луговых) обнаружена связь концентраций микроэлемента с количеством легкорастворимых солей (г = 0,73±0,19).
4.2 Медь. Содержание элемента (1 н ААБ) в почвенном покрове уменьшалось при движении с севера на юг. Больше обменной Си содержали ненасыщенные основаниями кислые дерново-подзолистые (1,0-1,2 мг/кг) и серые лесные почвы (0,9-1,1 мг/кг) южной тайги и северной лесостепи, значительно меньше - нейтральные черноземы, лугово-черноземные, щелочные солонцы центральной и южной лесостепи и степи (табл. 3). Из дерново-подзолистых и серых лесных почв в ААБ переходит 20,8-39,3 %, в черноземах и солонцах 2,7-3,5 % количества Си, определяемого в 1н
НС1 (метод Пейве и Ринькиса). На долю подвижных соединений Си в черноземных и солонцовых почвах приходится от 0,55-1,42 % в гумусовых горизонтах до 3,210,7% кислоторастворимой формы в горизонтах Ск.
Распределение подвижной Си в гумусовых горизонтах спектра зональных почв от подзолистых до черноземов в первую очередь определялось реакций среды (г = -0,7 ¡±0,13). В лесостепи и степи концентрация элемента в них зависела только от содержания кислоторастворимой формы Си (г = 0,47±0,19).
На распределение микроэлемента (1н ААБ) по профилям почв оказывало влияние содержание фракций ила (0,52±0,12) и рН (г = 0,53±0,12). Для почв засоленного ряда установлена тесная связь содержания Си, как и Мп, с количеством легкорастворимых солей (г = 0,73±0,19), что свидетельствует об участии подвижных соединений микроэлемента в процессах гидрогенной миграции.
4.3 Цинк. Концентрации элемента, определенные методом Крупского и Александровой, во много раз выше по сравнению с определяемыми в 1н КС1. Наиболее существенные различия содержания элемента наблюдаются для почв ненасыщенных и насыщенных основаниями. Концентрации подвижного 2п (1 н ААБ, рН 4,8), как и Си, в почвенном покрове юга Западной Сибири уменьшаются от почв южной тайги до степной зоны. Максимальные концентрации его (1,3-4,6 мг/кг, 3,5-11,8 % кислоторастворимой формы) характерны для дерново-подзолистых, серых лесных почв и выщелоченных черноземов. Черноземы, лугово-черноземные и луговые почвы, солонцы, солончаки с высоким содержанием кислоторастворимого Хп (в среднем 50,7-55,4 мг/кг) имеют низкие количества его подвижной формы (0,14-0,88 мг/кг) (табл. 3). На долю подвижных соединений элемента приходится 0,6-2,5 % в верхней и средней частях профилей, 1,0-3,6 % горизонтах Ск.
Подвижность соединений микроэлемента в почвенном покрове контролирует величина рН, связь между которыми более выражена для гумусовых горизонтов почв разных зон (г = - 0,69±0,13) по сравнению с почвами лесостепи и степи (г = - 0,41±0,19). Распределение Хп по профилям почв слабо коррелировало с содержанием физической глины (г = 0,40±0,18). Как для Мп и Си, в профиле почв засоленного ряда выявлена связь элемента и легкорастворимых солей (г = 0,69±0,20).
4.4 Кобальт. В почвах южной тайги и северной лесостепи наиболее высокие концентрации подвижного Со (1н Н1Ч03) находятся в торфяных горизонтах болотных низинных почв (2,15-2,60 мг/кг), остальные типы почв имеют более низкие концентрации элемента (0,38-1,35 мг/кг), зависящие от гранулометрического состава, содержания в почвах гумуса, степени развития элювиальных процессов. Из черноземных и солонцовых почв ААБ извлекает ориентировочно менее 10 % количества Со, определяемого ранее при экстракции 1н НЫ03. Концентрации его в черноземных почвах и солонцах низкие (0,12-0,13 мг/кг), доля подвижных соединений составляет 0,6-6,2 % кислоторастворимой формы элемента (табл. 3).
Содержание подвижного Со (1н НМСЬ) в дерново-подзолистых, серых лесных почвах и черноземах выщелоченных северной лесостепи зависело от величины рН (г = 0,65±0,25). На распределение Со (1н ААБ) в профилях почв лесостепной и степной зон слабое, но существенное влияние оказывало содержание физической глины (г = 0,44±0,18). Для пахотного слоя черноземных и солонцовых почв проявлялась
зависимость концентраций подвижного Со от содержания ила (г = 0,44±0,19) и количества кислоторастворнмой формы элемента (г = 0,41 ±0,19).
4.5 Молибден. В связи с геохимическими особенностями Мо мобильность его соединений в почвах более значительная. На долю подвижной формы приходится 12,8-23,8 % валового содержания в черноземах и 10-30 % в солонцах. Наиболее низкое содержание подвижного Мо наблюдается в дерново-подзолистых почвах (0,060,20 мг/кг). Среди почв лесостепной и степной зон максимальное содержание элемента находилось в профиле солонцов, в черноземных почвах его значительно меньше (табл. 4).
Таблица 4 - Содержание подвижного Мо в почвах лесостепной _и степной зон (мг/кг)__
Горизонт Черноземы, п = 4-22 Лугово-черноземные, п=6-35 Солонцы, п = 3-7
Нт Нт 5±зх Нт 8±5х
А+АВ* 0,11-0,33 0,17±0,02 34,1 0,06-0,31 0,20±0,06 30,0 0,18-0,27 0,23±0,01 15,0
Вк 0,08-0,11 0,09±0,01 15,6 0,06-0,18 0,12±0,02 41,7 0,25-0,62 0,36±0,06 44,4
Ск 0,10-0,53 0,28±0,09 71,4 0,04-0.58 0,22±0,08 95,5 0,36-0,42 0,38±0,02 7,9
* - В солонцах А1, Ап
Высокие концентрации элемента содержатся в солончаках (0,30-0,44 мг/кг). В распределении подвижного Мо по профилям черноземов и лугово-черноземных почв отмечается общая тенденция к обогащению элементом верхних гумусовых горизонтов, снижению его концентраций в горизонтах В, Вк и возрастанию содержания элемента в почвообразующих породах, связанному с повышением растворимости соединений элемента в щелочной среде. Факторами, влияющими на содержание подвижного Мо в гумусовом слое почв является содержание гумуса (г = 0,46±0,16 для совокупности почв разных зон, 0,41±0,19 для почв лесостепи и степи) и величина рН (г = 0,41 ±0,16). На внутрипрофилыюе распределение элемента в почвах лесостепи и степи слабое влияние оказывает количество ила (г = 0,37±0,14).
4.6 Бор. Распределение В в почвенном покрове юга Западной Сибири наиболее контрастное. Содержание его подвижных соединений в почвах увеличивается с севера на юг. Наиболее низкое содержание микроэлемента имеют подзолистые почвы (0,22-0,38 мг/кг, 1-2 % валового количества), что связано с преобладанием элювиальных процессов в условиях кислой реакции среды, промывного водного режима, усиливающихся при легком гранулометрическом составе почв и пород. Несколько больше В содержат серые лесные почвы (0,25-1,80 мг/кг, 2,5-5,0 % валового). Значительно более высокий уровень содержания микроэлемента имеют дерново-карбонатные (0,61-1,49 мг/кг), дерново-глеевые почвы (2,15-3,0 мг/кг), торфяные горизонты болотных низинных почв (3,4-5,5 мг/кг).
Усиление биогенно-аккумулятивных процессов, непромывной или периодически промывной тип водного режима, нейтральная реакция среды, высокая ЕКО, насыщенность Са и почв способствуют аккумуляции более высоких концентраций подвижного В в черноземах, лугово-черноземных и луговых почвах (1,5-3,1 мг/кг), в которых надолго подвижных соединений элемента приходится 4,7-8,7 % валового.
Распределение подвижного В в профиле зональных почв определялось валовым содержанием элемента (г = 0,83±0,07, п = 65) и рН (г = 0,74±0,04, п = 138). Выявлено существенное влияние на содержание В в слое 0-20 см почв количества гумуса (г = 0,66±0,28 для почв южной тайги и северной лесостепи, 0,42±0,16 для совокупности почв) и величины рН (0,49±0,16). В то же время концентрации подвижного В в пахотных горизонтах почв лесостепной и степной зон контролировались содержанием фракций ила (г = 0,66±0,16) и физической глины (г = 0,52±0,18).
В отличие от ранее рассмотренных элементов В проявляет наиболее тесную связь с миграцией легкорастворимых солей, благодаря чему засоленные и солонцовые почвы содержат подвижного В в 2-7 раз больше, чем черноземы. Исследованиями Виноградова (1957), Ильина, Аникиной (1974) выделена область борного засоления почв на юге Западной Сибири. Более детальное изучение нами распределения В в почвах солонцовых комплексов, занимающих на юге Западной Сибири 9,9, в Омской области 1,9 млн. га, показывает, что концентрации его уже в верхних горизонтах почв достигают и превышают порог борного засоления - 5 мг/кг (табл. 5). Значительная часть валовых запасов В (7-30 %) в засоленных почвах представлена подвижными соединениями. Существенную роль в формировании борного засоления почв играют грунтовые воды. По нашим данным, содержание В в грунтовых водах солонцов и залегающих с ними в комплексе почв Барабинской и Ишим-Иртышской равнин высокое: 0,76 ± 0,3 мг/л при содержании элемента в речных водах Иртыша и Оми 0,12-0,22 мг/л.
Почвы солонцовых комплексов по возрастанию концентраций В можно расположить в ряд: солоди < лугово-черноземные и луговые солонцеватые < лугово-черноземные и луговые солончаковатые < солонцы, солончаки. В солонцах содержание элемента зависит от интенсивности солонцового процесса: солонцы глубокие (2,2-6,0 мг/кг) < мелкие (2,9-10,6 мг/кг) < корковые (4,4-37,2 мг/кг).
Таблица 5 — Вариационно-статистические показатели содержания подвижного В в засоленных и солонцовых почвах (1991-2009 гг.)
А1, Ап В1 В2к-В4к Ск
В, мг/кг | V, % В, мг/кг | V, % В, мг/кг | У,% В, мг/кг | У,%
Солонцеватые лугово-че эноземные и луговые, п = 5-6
4,5±0,3 3,8-5,3 17,0 5,3±0,6 3,0-5,4 22,0 6.4±0.4 5,5-7,7 15,9 9,6±1,9 6,3-14,8 38,5
Солончаковатые лугово-черноземные и луговые, п = 6-8
5,6±1.3 2,1-12,5 65,1 8.6±2,3 3,1-17,7 69,3 11,8±3.2 4,7-22,2 65,5 9,6±1,5 3,9-15,2 38,7
Солончаки, п = 5-8
12,4±2Л. 1 44,3 5,2-22,0 | 9,9±1,2 7,4-15,0 30,0 8.4±1.2 5,8-16,2 40,0 6,3±0,6 5,2-8,0 20,7
Солонцы, п = 23-54
9,5±1,3 4,0-23,7 60,1 15,0±2.1 3,5-37,2 63,7 15,8±1,8 4,0-27,6 46,1 10,8±0,5 4,5-15,9 26,5
Солоди, п = 5
8,6±1,3 2,0-10,9 26,7 1,5±0,5 0,5-2,6 48,3 2,0±0,3 1,0-2,6 28,0 2,4±0,4 1,6-5,4 30,0
Над чертой - под чертой — Пт.
Корреляционный анализ выявил наиболее тесную зависимость содержания подвижного В в почвах солонцовых комплексов от валового его количества (г = 0,74±0,10, п = 49) и рН (г = 0,74±0,07, п = 103), что связано с возрастанием мобильности его соединений в щелочной среде.
Установлена существенная связь концентраций В в солонцах с их типом засоления. Содержание элемента в почвах, засоленных содой, значительно выше, чем в солонцах с нейтральным типом засоления, что подтверждается связью концентраций микроэлемента с содержанием ионов С032~ и НС03' (г = 0,65±0,07, п = 125) и объясняется усилением растворимости соединений В при возрастании величины карбонатной и гидрокарбонатной щелочности (табл. 6).
Таблица 6 - Содержание подвижного В в слое 0-100 см солонцов разных _типов засоления (tos = 2,2; - 5,5) _
Тип засоления п S±sx lim V,%
Сульфатно-хлоридный, хлоридно-сульфатный 28 9,5±0,5 8,1-11,1 12,1
Содово-сульфатный, сульфатно-содовый, содовый 39 19,3±1,7 11,2-23,6 23,2
Тесная связь миграции В и солей проявляется в контрастном распределении его подвижных соединений в сопряженных геохимических ландшафтах Ишимской равнины и Омь-Иртышского междуречья, усилении аккумуляции в почвах трансаккумулятивных позиций в сравнении с трансэлювиальными и элювиальными. Динамика содержания подвижного В в почвах солонцового комплекса тесно связана с водно-солевым режимом почв.
4.7 Формы бора в почвах. В связи с широким распространением почв с борным засолением определенный интерес представляло изучение форм соединений В в почвах с разным его содержанием. Исследование форм В и его связей с почвенными компонентами может дать информацию о соединениях элемента, доступных для растений.
В лабораторных опытах 1,2 методом параллельного экстрагирования определяли В водорастворимый (извлекаемый холодной водой и представленный борными кислотами и боратами щелочных металлов), подвижный (извлекаемый кипящей водой, экстрагируется большинство боратов щелочных металлов, наиболее подвижные бораты кальция и магния и часть борорганических соединений), кислотораствори-мый (0,1 н НС! при кипячении (опыт 1) и холодная 1н НС1 (опыт 2)). Кислота дополнительно извлекает часть боратов кальция и магния, а также наиболее легкорастворимые алюмоборосиликаты типа датолита и условно характеризует количество несиликатных соединений элемента.
Установлено, что в почвах преобладают труднорастворимые соединения В в составе алюмоборосиликатов (силикатный В): в лугово-черноземной почве 86,693,7% валового содержания, в солонцах значительно меньше: 60-86,9 % (табл. 7).
Таблица 7 — Распределение форм В в профиле лугово-черноземной почвы и солонца лугово-черноземного коркового (опыт 2, 2010 г.)
Горизонт, Несиликатная форма В Силикатный В Валовое
глубина, Водора- Подвижная Кислото- содержа-
см створимая растворимая мг/кг % ние,
мг/кг % мг/кг % мг/кг % мг/кг
Лугово-черноземная почва
А, 0-14 1,79 3,6 3,40 6,8 4,48 9,0 45,5 91,0 50,0
В2, 35-56 0,90 1,3 3,12 4,7 4,18 6,3 62,6 93,7 66,8
Ск, 100-130 3,58 5,5 8,69 13,3 8,76 13,4 56,4 86,6 65,2
Солонец корковый
В1, 0-17 6,27 8,4 16,6 22,1 19,1 25,5 55,9 74,5 75,0
В2, 17-33 10,5 10,0 21,0 20,0 22,1 21,0 82,9 78,9 105,0
Ск, 123-140 2,67 4,1 6,6 10,2 8,55 13,2 56,5 86,9 65,0
Солонец характеризовался более высоким уровнем содержания всех форм В и высокой мобильностью его соединений. Холодная вода извлекала из него уже 4,714,9 % валового (23,5-47,5 % несиликатного В), горячая - 12-31 % валового, из лу-гово-черноземной почвы соответственно 1,3-3,6 и 4,7-6,8 %. В горячую воду переходит значительное количество несиликатных соединений В как в солонцах (6095%), так и в лугово-черноземной почве (52-76 %).
В опыте 3 изучено содержание фракций В, связанных с различными компонентами почвы, по схеме последовательного экстрагирования (Hou, Evans, Spiers, 1996).
В наших экспериментах основные различия между лугово-черноземной почвой и солонцом отмечались по величине фракций легкорастворимого и специфически адсорбированного В, количество которых в солонце было в 6,2-10,9 раз выше (табл. 8).
Таблица 8 - Распределение фракций В в лугово-черноземной почве и _солонце лугово-черноземном корковом (опыт 3, 2010 г.)_
Горизонт, Фракция 1 Фракция 2 Фракция 3 Фракция 4 Фракция 5
глубина, см мг/кг % мг/кг "/0 мг/кг % мг/кг % мг/кг %
Лугово-черноземная почва
А, 0-14 1,3 3,0 0,8 1,8 6,6 15,0 4,0 9,1 31,3 71,1
В2, 35-56 1,3 1,9 1,1 1,6 4,1 6,1 1,4 2,1 58,9 88,2
Ск, 100-130 3,3 5,1 3,6 5,5 3,0 4,6 0,8 1,2 54,4 83,6
Солонец корковый
В1, 0-17 8,1 10,8 7,3 9,7 8,2 10,9 7,3 9,7 44,1 58,8
В2, 17-33 14,2 13,5 9,4 9,0 6,6 6,3 4,4 4,2 70,4 67,0
Ск. 123-140 4,6 7,1 3,0 4,6 3,1 4.8 1,0 1,5 53,3 82,0
Фракция 1 - легкорастворимый В; фракция 2 - специфически адсорбированный; фракция 3 - связанный с оксидами А1, Ре, Мп; фракция 4 - связанный с органическим веществом; фракция 5 - остаточный В.
Сопоставление данных, полученных при параллельном и последовательном экстрагировании, показывает, что количество водорастворимого и легкорастворимого В в лугово-черноземной почве близки. Подвижные соединения элемента в солонце были представлены преимущественно фракциями легкорастворимого и специфически адсорбированного В, в лугово-черноземной почве они составляли 61,8-79 %.
Значительная часть соединений В в почвах связана с оксидами Fe, Al, Mn (10,915,0) и органическим веществом (9,1-9,7 %). На остаточные фракции В, представленные наиболее прочносвязанными соединениями алюмоборосиликатов приходилось 71-88 % в лугово-черноземной почве и 59-67 % в солонце.
4.8 Оценка содержания подвижных форм микроэлементов в почвах и диагностика потребности растении в микроудобрениях. Имеющиеся градации оценки уровней содержания микроэлементов в почвах разработаны в Европейской части страны, что затрудняет их использование в почвенно-климатических условиях юга Западной Сибири. Дана оценка содержания подвижных форм микроэлементов в почвах с учетом результатов полевых опытов с микроудобрениями, проведенными в Омской области (Орлова, 1968, 2007; Агеев, 1980; Ермохин, 1995; Смирнова, 2003; Склярова, 2008 и др.).
Показано, что все почвы южной тайги и северной лесостепи имеют в основном средний уровень содержания подвижного Мп, низкие концентрации В и Мо, низкие и средние концентрации Со и Си.
В почвах центральной, южной лесостепи и степной зоны содержание подвижного Zn низкое для всех культур. На черноземных почвах с концентрациями его менее 1 мг/кг (1н ААБ, рН 4,8) цинковые удобрения были эффективны при выращивании кукурузы, пшеницы, семян овощных культур.
Содержание подвижного Мп оценивается как среднее для зерновых культур, низкое и среднее для овощных. Эффективность марганцевых удобрений в полевых опытах на лугово-черноземных почвах наблюдалась для суданской травы, томатов, огурцов, свеклы.
Содержание подвижной Си в черноземных почвах оценивается как среднее для зерновых культур, низкое и среднее для овощных. Для зерновых культур достаточным является содержание Си (1н ААБ) 0,2-0,3 мг/кг. Применение медных удобрений на черноземах эффективно под огурцы и томаты. Содержание подвижного Со в почвах лесостепи и степи низкое и среднее. Положительное влияние Со на урожай зерновых культур проявлялось при содержании его в почве 0,10-0,12 мг/кг. Концентрации Мо средние и высокие в черноземах, высокие в солонцах. Молибденовые удобрения эффективны под бобовые культуры при содержании микроэлемента в почве менее 0,3-0,4 мг/кг.
Не смотря на высокое содержание подвижного В в черноземных почвах выявлена отзывчивость свеклы, подсолнечника, люцерны, семенных посевов капусты на применение борных удобрений. В солонцах и засоленных почвах концентрации подвижного В избыточны для растений и являются фактором снижения их продуктивности. Предлагается внести корректировку в шкалу оптимальных уровней содержания подвижного В в почве: 1-2 мг/кг для зерновых, 2,0-3,0 мг/кг для овощных культур, 3-4 мг/кг для семенных посевов капусты.
Предложены корректировочные формулы расчета (1) доз микроудобрений (Д, кг/га) по содержанию подвижной формы микроэлемента в почве (Сп, мг/кг) на основании установленных ранее в полевых опытах оптимальных доз (До, кг/га) при соответствующем уровне содержания микроэлемента в почве (Со, мг/кг).
Д, кг/га = (До • Со) / Сп (1)
Одним из факторов, определяющим действие внесенных микроэлементов являются процессы поглощения, трансформации и миграции их соединений в почве. По данным лабораторных и полевых опытов установлено, что в разных почвах наиболее сильно иммобилизовались соединения Ъп (38-98 %), Мп (54-80 %), Си (26-67%), более слабо В в форме буры и борной кислоты (0-34 %). Коэффициенты интенсивности действия «Ь» внесенных в почву микроэлементов в дозе 1 мг/кг на содержание их подвижной формы (мг/кг) в почве, составляли для Мп 0,38, Си 0,36-0,55, 7.п 0,02-0,58, В 0,72-1,1 мг/кг. Для повышения концентрации подвижной формы микроэлементов на 1 мг/кг в слое 0-20 см тяжелосуглинистых черноземных почв требуется внести В 3,3, Мп 6,3, Си 6,7, Тп 10 кг/га («Ь'»).
Зная фактическое содержание микроэлемента в почве Сф (мг/кг), оптимальное значение его Со (мг/кг) для культуры и коэффициенты интенсивности действия микроудобрений Ь и Ь' можно установить их дозу (кг/га) по формулам 2, 3.
Д = (Со-Сф)/Ь (2) Д = (Со - Сф) • Ь' (3)
5 Макроэлементы в системе почва-растение в условиях юга Западной Сибири
5.1 Эколого-агрохимнческая оценка содержания микроэлементов в растениях на почвах Западной Сибири. Материал исследований свидетельствует о зависимости содержания микроэлементов в растениях от их биологических особенностей и почвенных условий.
В южной тайге и северной лесостепи растения содержат невысокие концентрации микроэлементов. На дерново-подзолистых, серых лесных и болотных почвах содержание Мп в естественной травянистой растительности в фазу цветения составляло 11,6-29,5 мг/кг, в зерне и соломе овса, овсяно-гороховой смеси 14,4-36,8 мг/кг абс. сухой массы при необходимом уровне элемента в кормах не менее 20 мг/кг. Содержание Си в растениях было низким (2,3-3,9 мг/кг) при оптимальном для животных уровне элемента в корме 10-20 мг/кг, и недостатке менее 6 мг/кг (Скуковский, 1978). Не смотря на сравнительно высокую подвижность 7.п в почвах, содержание его в зерне и соломе зерновых, овсяно-гороховой смеси, естественной мятликовой растительности (14-29 мг/кг) часто находилось на уровне нижнего предела биологической нормы для животных (не менее 20-30 мг/кг). Концентрация Со в корме, имеющего важнейшее значение для животных, должна быть не менее 0,25 мг/кг, при этом содержание элемента в исследованных растениях изменялось от очень низкого (0,01-0,06 мг/кг) в зерне и соломе овса, овсяно-гороховой смеси и укосах травянистой растительности (0,03-0,14 мг/кг) до среднего (0,39 мг/кг) в клевере. В укосах травянистых растений содержалось очень мало Мо (0,01-0,11 мг/кг), что обусловлено невысоким содержанием его подвижной формы в почвах и связыванием их Мп, Ре, А! в кислой среде в труднорастворимые соединения. В соответствии с дефицитом в почвах В в растениях также наблюдался низкий уровень его содержания: 0,30,8 мг/кг в овсе, 1,2-2,3 мг/кг в травянистой растительности, 5,1 мг/кг в клевере. Таким образом, на почвах северных районов области растительность часто характеризуется недостаточным уровнем содержания элементов для животных, что согласуется с ранее проведенными исследованиями (Коровин, 1969).
Содержание микроэлементов в биомассе естественной и культурной растительности в лесостепной и степной зонах было выше, что связано с увеличением их общих запасов в почвах. В надземной биомассе растений естественных травостоев в фазе колошения-цветения, представленных преимущественно мятликовыми, на поч-
вах черноземно-солонцовых комплексов концентрации элементов варьировали в широких пределах: Мп 17-67, Ре 37,5-150, Си от 1,0-2,0 до 7,2-19,0, Ъп 10-71, Со 0,13-0,34 мг/кг. Следует обратить внимание на возможный дефицит Си и Со в растениях для животных.
Содержание В в мятликовых (Роасеае) растениях на почвах черноземно-солонцовых комплексов находилось в пределах 1,9-10,5 мг/кг. Существенно больше (20,5-51,8 мг/кг) его было в растениях семейств бобовые (РаЬасеае), астровые (Ая-¡егасеае), яснотковые (Ьттасеае), капустные (Вгах.чЬасеае), норичниковые (8сго-рИи!апасеае). Много В (27,5-51,9 мг/кг) аккумулируют растения-гапофиты: полыни, кохии, солерос, астра солончаковая. В растениях на солонцах с избыточными концентрациями В содержание элемента выше в 1,5-3,0 раза, чем на незасоленных В почвах. Для животных наибольшую опасность с точки зрения повышенного поступления бора в пищу (условная норма в корме до 30 мг/кг) представляют растения на засоленных и солонцовых почвах в ранние фазы развития. Необходимо учитывать, что токсичность В для животных усиливается при увеличении содержания в почве соды и сульфатов натрия (Грачев, Родина, 1971), что характерно для засоленных и солонцовых почв лесостепной зоны юга Западной Сибири. Неблагоприятная геохимическая ситуация может усугубиться повышенным содержанием В и легкорастворимых солей в грунтовых водах, используемых в питьевых целях.
В сельскохозяйственных культурах лесостепной и степной зон находится среднее содержание микроэлементов: Мп в зерновых (пшеница, ячмень, овес) 37,4-68,6, в костреце 69,5-121 мг/кг; Си и '¿п в зерне 4,1-5,0 и 21,2-33,9, в соломе 2,2-6,0 и 10,016,2 мг/кг соответственно. Содержание Си н 2п в зерновых культурах на черноземах лесостепи и степи выше по сравнению с данными культурами, произрастающими на черноземах выщелоченных и серых лесных почвах северной лесостепи и коррелировало с величиной рН (г = 0,58-0,78).
5.2 Особенности биологического поглощения микроэлементов растениями на почвах лесостепной и степной зон Омского Прииртышья. В системе почва-растение величина коэффициента биологического поглощения (КБП) характеризует степень вовлечения общих запасов микроэлементов из почвы в биогенную миграцию. В условиях ландшафтов лесостепной и степной зон Омской области наиболее высокой степенью биологического поглощения характеризуются Мо, Zn, Си и В. Марганец - элемент слабого биологического поглощения и среднего захвата, наименьшую интенсивность биологического поглощения имеют Ре и Со. По величине КБП мятликовыми растениями микроэлементы образуют ряд: Со (0,1-0,4), Ре (0,20,7) < Мп (0,3-2,3) < В (0,1-3,2) < Си (1,0-18,3), Ъх\ (2,6-36,7). Бобовые растения более интенсивно поглощают В (КБП = 6,3-14,6). К элементам энергичного биологического поглощения относится Мо, КБП его для мятликовых 10,4-32, для бобовых 11,6-86,2.
5.3 Оценка потенциала поступления микроэлементов в растения в зависимости от их концентрации в почве. Оценка потенциала поступления микроэлементов в растения необходима для прогноза их поведения в системе почва-микроудобрение-растение и при техногенном загрязнении почв. Для этой цели нами на основании обобщения собственных экспериментальных исследований и данных опытов, проведенных на почвах Омской области (Орлова, 1971, 1973, 1975, 1978) была дана сравнительная характеристика интенсивности поступления элементов в растения по следующим показателям: 1) распределение микроэлементов по органам растений; 2) величинам коэффициентов накопления (КН) элементов органами рас-
тений в зависимости от их дозы (КН - отношение содержания микроэлемента в растениях в варианте с внесение его в почву и на контроле); 3) величинам коэффициентов интенсивности действия внесенного в почву микроэлемента в дозе 1 мг/кг на содержание его в растении «Ь», мг/кг; 4) наличию физиологических механизмов, препятствующих избыточному поступлению элемента в надземную биомассу; 5) степени иммобилизации соединений микроэлемента в почве; 6) влиянию высоких доз микроэлементов на урожайность растений.
По величине коэффициентов интенсивности действия «Ь» внесенных в почву микроэлементов (дозы Мп 20-300, Си 30-300, Мо 1-20, В 5-15, Хп 4-15 мг/кг) на концентрацию их (мг/кг) в биомассе различных культур, элементы образуют ряд: В (28,9-91,9) > Мо (1,96-17,5) > Мп (0,05-9,5) > 2п (0,08-1,0) > Си (0,03-0,27).
Максимальным потенциалом поступления в растения обладают В и Мо, слабо иммобилизуемые твердыми фазами почв. При испытуемых дозах они накапливались в растениях выше допустимых уровней для животных, что создает определенную экологическую опасность. При высоких концентрациях В в питательной среде (5-15 мг/кг) корневая система не препятствовала избыточному поступлению элемента в растения, который сильнее всего аккумулировался в надземных органах (КН = 3,643,9), особенно листьях. Мо интенсивно поступал во все органы растений, включая генеративные, как на кислых малобуферных, так и на нейтральных высокобуферных почвах.
Мп и Си имеют более низкий потенциал поступления в растения. Избыточное поступление их в растения на черноземах ограничивается процессами закрепления их соединений почвой. Функционирование физиологического барьера при поступлении Си в растения в условиях высоких ее концентраций в почве проявляется в виде аккумуляции элемента корневыми системами (КН = 1,8-17,6), концентрации Си в листьях, зерне, плодах оставались сравнительно постоянными (КН = 1-3,3). При высоких концентрациях Мп в почве он поступал как в корни, так и в листья до определенного уровня содержания (КН = 1-3,7).
Среди рассматриваемых элементов наиболее высокой токсичностью для растений обладает В, который в дозах 5-15 мг/кг существенно снижал биомассу растений. Все остальные элементы в испытуемых дозах, вплоть до экстремальных (200-300 мг/кг), не оказывали отрицательного влияния на продуктивность культур или положительно влияли на нее.
Полученные величины коэффициентов «Ь» позволяют рассчитать ориентировочные предельные дозы микроэлементов (ПДЭ, мг/кг) под разные культуры, исключающие превышение ПДК (мг/кг) микроэлементов в органах растений: ПДЭ = (ПДК - Сф) / Ь (4)
где Сф - фактическое среднее содержание (мг/кг) микроэлемента в растении на данном типе почвы; Ь - коэффициент интенсивности действия дозы микроэлемента 1 мг/кг на содержание его в растениях.
6 Борное засоление почв как фактор продуктивности растений в условиях юга Западной Сибири 6.1 Влияние высоких концентраций бора на поступление его в растения и их продуктивность. В связи с широким распространением на юге Западной Сибири почв с борным засолением изучение бороустойчивости растений имеет не только теоретическое, но и практическое значение. Как было показано выше, В имеет высокий потенциал поступления в растения. В вегетационных опытах с дозами В 5-20
мг/кг наблюдалась сильная связь между содержанием его в почве и растениях ячменя, суданской травы, люцерны, вики мохнатой, рапса (г = 0,82-0,93). Наиболее высокая интенсивность поступления В наблюдалась для мятликовых растений (до 1300 мг/кг, КН = 4-32), более низкая для бобовых (КН = 3-14). Увеличение концентрации В в надземной массе сопровождалось резким уменьшением соотношения Са/В при необходимости определенного баланса данных элементов для нормального развития растений (Школьник, 1974). Нарушение баланса элементов проявлялось в форме визуальных признаков борного токсикоза (хлороз, краевые ожоги листовых пластинок, их засыхание). В результате при концентрациях подвижного В 5-7 мг/кг почвы уже начиналось снижение биомассы мятликовых культур, а при содержании элемента 617,5 мг/кг снижение биомассы ячменя достигало 6-34, суданской травы 22-39 %. Количество колосьев ячменя сокращалось на 36-45 %.
Бобовые растения более устойчивы к борному засолению почвы и снижали урожайность (на 5-20 %) при концентрациях В более 12-15 мг/кг. Одной из причин их более высокой бороустойчивости является высокое содержание в тканях Са (1,41,5 %) и менее резкое снижение в биомассе Са/В.
В полевых опытах при искусственном борном засолении лугово-черноземной почвы концентрация микроэлемента в костреце первого года жизни в фазу выхода в трубку возрастала в 4-14 раз (до 66-204 мг/кг) по сравнению с контролем (14,2 мг/кг), соотношение Са/В снижалось с 227 до 74, что являлось причиной снижения урожайности на 16-54 %. Кострец второго года жизни в фазу колошения поглощал В значительно меньше (до 50 мг/кг при максимальной степени борного засоления), дисбаланс между Са и В несколько сглаживался, хотя и оставался значительным, урожайность снижалась на 4-15 %.
Степень накопления В донником, как первого, так и второго года жизни в условиях борного засоления почвы была значительно ниже. Концентрации микроэлемента в нем увеличились всего в 1,3-1,6 раз (до 40-61 мг/кг при 39-41 мг/кг на контроле). Содержание Са в тканях донника возрастало в 1,3-2 раза, а соотношение Са/В оставалось относительно постоянным, в результате чего урожайность надземной массы культуры в фазу бутонизации-цветения снижалась только при дозе элемента 15 мг/кг на 19-20 %.
По результатам полевых опытов была установлена тесная зависимость между дозами В (Дв, мг/кг), содержанием его подвижных форм в почве (Свп, мг/кг) в слоях 0-20 и 0-40 см, поступлением в растения (Сер, мг/кг) и их урожайностью и выведены
уравнения связи.
1 год Свп (0-20 см) = 0,65Дв + 2,73; г = 0,95 (5)
2 год Свп (0-20 см) = 0,37Дв + 2,92; г = 0,91 (6) 2 год Свп (0-40 см) = 0,35Дв + 2,64; г = 0,96 (7)
Кострец, 1 г., выход в трубку Сер = 7,8 Дв - 2,0; г = 0,94 (8)
2 г., колошение Сер = 3,2 Дв + 1,2; г = 0,94 (9)
Донник 1,2 г. (ветвление) Сер = 5,0 Де + 34,8; г = 0,83 (10)
1,2 г. (цветение) Сер = 3,3д<г + 32,3; г = 0,83 (11)
Снижение урожайности культур 1 года жизни (У,%) зависело от данных параметров следующим образом:
Кострец У = 3,36Де- 1,02; г = 0,86 (12); У= 5,04Сви- 14,2; г = 0,80 (13) Донник У= 1,45Дв-2,67; г = 0,79 (14); У = 2,28Се/г - 9,18; г = 0,80 (15) Кострец У = 0,26Сер + 1,39; г = 0,80 (16)
Полученные результаты позволяют осуществить прогноз содержания подвижного В в черноземных почвах в условиях применения борных удобрений по формулам 5-7, а также 17:
Сап = Си + Дв • Ь (17)
где Свп - исходное содержание подвижного В в почве, мг/кг; Дв — доза В, мг/кг; Ь - коэффициент интенсивности действия дозы В 1 мг/кг на содержание его подвижных форм в почве (0,65 в год внесения для слоя 0-20 см и 0,35-0,37 на второй год после внесения для слоев 0-20 и 0-40 см).
Уравнения регрессии (8-11) позволяют ориентировочно прогнозировать накопление В в растениях костреца и донника (у, мг/кг) в зависимости от концентрации его в почве (х, мг/кг). Снижение урожая культур (%) при повышении содержания В в почве и биомассе растений можно установить по уравнениям 12-16. Увеличение концентрации В в биомассе костреца на 33 мг/кг от исходного уровня содержания на контроле приводит к снижению урожайности культуры на 10 %. По обобщенным данным уменьшение продуктивности донника на 19-20 % происходило при накоплении микроэлемента в надземной массе растений более 75 мг/кг в фазу ветвления и более 65 мг/кг в фазу цветения.
Предлагается группировка сельскохозяйственных культур по степени их боро-устойчивости с учетом установленных величин критических уровней содержания подвижного В в почве, при которых начинается снижение продуктивности растений. Слабой устойчивостью к В обладают просо и горох (критический уровень В в почве 3-4 мг/кг); средней - ячмень, пшеница, суданская трава, кострец (5-7 мг/кг); сильной -донник, люцерна, вика мохнатая, свекла столовая, томаты, рапс (12-15 мг/кг).
Сравнение степени снижения урожайности культур с содержанием В в почве, надземной массе растений и соотношением в ней Са/В позволило установить ориентировочные значения нормальных и токсичных уровней данных показателей, необходимые для прогноза влияния В на растения на почвах с борным засолением (табл. 9).
Таблица 9 — Нормальные и токсические уровни содержания В в почве,
растениях, величины Са/В в надземной массе (обобщенные данные, 1991-2005 гг.)
Фаза В, мг/кг
в слое 0-20 см почвы в надземной массе растений са/и
нормальное токсическое нормальное токсическое нормальное токсическое
Ячмень
Кущение Колошение 2,1-2,7 2,1-2,7 >6,0 >6,0 29 40 >200 >250 167 155 <25 <40
Суданская трава
4-5 листьев 2,7-3,1 >7,0 20,8 >80 462 < 100
Кострец безостый, 1 год жизни
Кущение Вых. в трубку Колошение 2,6-3,0 2,6-3,0 2,6-3,0 >6,6 >6,6 >8,5 14,0 16,0 14,0 >40 >50 >50 227 420 < 120 < 130
Люцерна, 1 год жизни
Ветвление 2,7-3,1 58,3 >500 330 <30
Вика мохнатая
Ветвление 2,6-2,9 >15,0 59,0 >350 195 <30
1 онник, 1 год жизни
Ветвление Цветение 2,6-3,2 2,6-3,2 >12^5 > 12,5 50,0 48,6 >80 >60 536 310 <370 <290
6.2 Факторы, влияющие на поступление бора в растения и их устойчивость к высоким концентрациям элемента. На засоленных и солонцовых почвах действие избыточных концентраций В на растения проявляется на фоне комплекса специфических свойств, одним из которых является высокое содержание легкорастворимых солей. В связи с этим в вегетационных опытах было изучено их влияние (ЫаС1, КС1, СаС12, N32804, Ка2СОэ) на поступление В в растения и их бороустойчи-вость.
Важной особенностью поведения В в системе почва-растение является установленное в экспериментах явление антагонизма между борат-ионами и ионами легкорастворимых солей (СГ, 8042", С032'), в результате которого снижается поглощение В растениями на солонцах даже при очень сильной степени борного засоления. Обобщенные данные показали, что хлорид (СГ 0,11 %), сульфат натрия (8042" 0,34%) и сода (С03" 0,25 %) способствовали снижению поступления В в ячмень на 57-97 %, в вику на 29-69 % (рис. 1).
Ячмень Вика мохнатая
BNaCl Ш Na2S04 0 Ыа2СОЗ И Сумма солей
Рисунок 1 - Снижение поступления В (%) в надземную биомассу растений под действием легкорастворимых солей при борном засолении (5-15 мг/кг) лугово-черноземной почвы (обобщенные данные вегетационных опытов 2000-2003 гг.)
Нами показано, что легкорастворимые соли существенно влияют на устойчивость растений к избытку В в среде. При слабой и средней степени засоления почвы легкорастворимыми солями токсическое влияние В на ячмень, обладающий высокой солеустойчивостью, но средней бороустойчивостью, снижалось. Биомасса его на фоне борного засоления почвы (5-15 мг/кг) под воздействием солей не изменялась и даже повышалась на 6,8-33 %. Продуктивность вики мохнатой, обладающей высокой бороустойчивостью, но слабой солеустойчивостью, ограничивалась концентрацией легкорастворимых солей. На фоне высоких доз В легкорастворимые соли уменьшали биомассу культуры на 13-27 %.
Поскольку на подвижность соединений В в почвах определенное влияние могут оказывать Mn, Zn, а также гипс, используемый для мелиорации, нами исследовано влияние этих факторов на бороустойчивость растений. В наших опытах применение Мп (200 мг/кг) и Zn (5 мг/кг) уменьшало поступление В в ячмень соответственно на 20-36 и 75-79 % в зависимости от фазы развития и не влияло на концентрацию элемента в вике. На солонце дозы Zn 5-10 мг/кг снижали концентрацию В в надземной массе ячменя на 27-40 %. На продуктивность растений в условиях борного засоления почвы Мп и Zn не влияли. Наиболее существенным фактором улуч-
шения условий развития растений в опытах на солонцах являлся гипс, под действием которого поступление В уменьшилось на 24-30 %, а за счет улучшения свойств почвы значительно повышалась биомасса ячменя.
7 Бор в системе почва-растение при мелиорации солонцов гипсом и фосфогипсом
В полевых стационарных опытах (1991-2006 гг.) на полугидроморфных и гид-роморфных корковых многонатриевых солонцах Барабинской, Ишимской равнин и Омь-Иртышского междуречья выявлено существенное снижение содержания подвижного В в слое 0-20 см (на 17-57 %) под действием гипса и фосфогипса. Установлена прямая зависимость между концентрациями подвижного В и водорастворимого Ыа (г = 0,71 ± 0,14; п = 28), обратная - с содержанием водорастворимого Са (г = -0,64 ± 0,15; п = 27), а также дозами гипса Дг (г = - 0,64 ± 0,14, п = 40) и фосфогипса Дф (г = - 0,77 ± 0,20, п = 24), что позволяет рассчитывать уровень содержания подвижного В (мг/кг) в солонцах после их мелиорации по уравнениям 18-21. В = 11,37 - 0,55Са (мг-экв/100 г) (18) В = 1,48Ыа (мг-экв/100 г) + 5,93 (19) В = 16,75-0,21 Дг (т/га) (20) В = 29,1 - 0,15Дф (т/га) (21)
На основе данных, полученных в длительных полевых стационарных опытах, установлены количественные параметры действия мелиорантов на содержание подвижного В в корковых солонцах, рекомендуемые для практического использования при оптимизации борного питания растений на солонцах. С учетом содержания подвижного бора в солонце (В ф, мг/кг), величины ПДК микроэлемента для культуры (ПДКв мг/кг), коэффициентов «Ь» (0,21 для гипса, 0,15 для фосфогипса) доза мелиорантов может быть скорректирована по формулам 22, 23:
Дг, т/га = (Вф - ПДКв) • 4,76 (22) Дф, т/га = (Вф - ПДКв) • 6,7 (23) Для изучения механизмов снижения количества подвижного В при мелиорации были проведены лабораторные исследования. Данные опытов, проведенных методом компостирования солонцов в течение 1-12 месяцев с разными дозами гипса (17,5-60 т/га) в сосудах типа Вагнера и Митчерлиха показали, что даже при оптимальном увлажнении, позволяющем гипсу наиболее полно контактировать с почвой, закрепление мобильных фракций В и, соответственно, уменьшение содержания его подвижных форм без оттока влаги из почвы не происходило.
Для выяснения возможности химического осаждения боратов солями Са был проведен лабораторный опыт, в котором изучали влияние сульфата (60 и 120 т/га) и хлорида кальция в эквивалентных дозах на концентрацию В в растворах Н3В03, ^а2В407-10Н;0 и суспензии солонца. Существенное снижение содержания В (на 2738 %) наблюдалось в суспензии солонца, при этом гипс и хлорид кальция действовали приблизительно одинаково. В растворах борной кислоты и буры соли Са снижали концентрацию элемента всего на 3-6,2 %. Более эффективное снижение растворимости соединений В в почвенной суспензии по сравнению с растворами борной кислоты и буры дает основание предположить, что механизм снижения подвижности микроэлемента в солонцах при мелиорации не сводится лишь к химическому осаждению боратов кальцием, а опыты по компостированию солонцов с различными дозами гипса указывают на важную роль процессов выщелачивания В по почвенному профилю мелиорированных солонцов.
Для исследования процессов вымывания соединений бора из солонцов под действием гипса проведены лабораторные опыты на солонцах содово-сульфатного типа
засоления с разным содержанием бора (17,3 и 4.5 мг/кг) и степенью засоления. В результате последовательных промывок водой немелиорированных солонцов (5 промывок малонатриевого, 3 промывки многонатриевого) содержание солей снижалась в многонатриевом солонце на 21,7 %, в малонатриевом - на 34,6 %; концентрация В, соответственно, на 34,7 и 27,3 % (табл. 10).
Таблица 10 - Влияние промывок и гипса на содержание подвижного бора _и легкорастворимых солей в солонцах, лабораторный опыт 5_
Исходные показатели В конце опыта после промывок
рН | В, мг/кг | сумма солей, % вариант | рН | В, мг/кг | Сумма солей, %
Солонец сульфатно-содовый сильнозасоленный многонатриевый*
8,9 17,3 ± 0,30 0,622 контроль гипс, 30 т/га 9,0 8,0 11,3 ±0,43 8,9 ±0,10 0,487 0,368
Солонец содово-сульфатный слабозасоленный малонатриевый**
7,0 4,5 ± 0,19 0,205 контроль гипс, 12 т/га 6,6 6,7 3,27 ± 0,20 3,94 ±0,15 0,134 0,160
tos = 2,8; Для разницы между исходным содержанием бора в почве и в конце опыта после промывок: * I ф = 22,2 (контроль) и 26,3 (гипс 30 т/га); ** t ф~ 4,5 (контроль) и 2,3 (гипс ¡2 т/га)
Однако в полевых условиях при недостатке атмосферного увлажнения, непромывном типе водного режима и неблагоприятных водно-физических свойствах процесс вымывания солей, в том числе и боратов из верхних горизонтов солонцов крайне затруднен. Под действием гипса (30 т/га) улучшались фильтрационные свойства и усилился процесс вымывания элемента из многонатриевого сильно засоленного В солонца на 21 %. В солонце малонатриевом со слабым борным засолением усиление вымывания В под действием мелиоранта и уменьшение его содержания по сравнению с вариантом без гипса не наблюдалось, что свидетельствует о более прочном физико-химическом закреплении элемента твердыми фазами почвы.
Снижение степени борного засоления солонцов при мелиорации вызывало уменьшение поступления В в растения. В полевых опытах гипс и фосфогипс значительно снижали содержание микроэлемента в надземной массе мятликовых культур (в ячмене в 1,8-1,9, в костреце безостом — в 2,1 раза). В вегетационных опытах на солонцах в растениях ячменя наблюдались низкие величины отношений Са/В (9,4 на многонатриевом, 168 на малонатриевом), неблагоприятные для развития растений. Применение гипса способствовало возрастанию доли Са в тканях растений (соответственно до 14,9 и 232) и снижению отрицательного действия высоких концентраций В на мелиорированных солонцах.
8 Почвенно-геохимическое районирование территории Омской области
Установленные закономерности распределения микроэлементов в почвах и растениях позволили наметить схему почвенно-геохимического районирования территории Омской области, являющегося начальным этапом биогеохимического районирования. Предлагаемая схема выделения почвенно-геохимических районов основана на материалах физико-географического, почвенного, геоморфологического районирования, карты почвообразующих пород Омской области (Градобоев, Прудникова, Сметанин, 1960; Прудникова, Рейнгард, 1975, 1980). Кроме собственных ис-
следований использованы опубликованные данные по содержанию микроэлементов в почвах Омской области (Гамзиков, 1967, 1969; Даербаев 1970; Сказалова, 1973; Агеев, 1980 и др.), а также результаты мониторинговых исследований ФГБУ ЦАС «Омский» и ФГБУ САС «Тарская».
Под ночвенно-геохимическим районом мы понимаем территорию с характерным сочетанием зональных и интразональных процессов почвообразования, внешних факторов миграции химических элементов, структуры почвенного покрова, свойств почв, содержания и распределения в них микроэлементов. В результате районирования было выделено 10 почвенно-геохимических районов (рис. 2). В южной тайге выделено 3 почвенно-геохимических района: 1 - Васюганский южнотаежный водораздельный слабодренированный почвенно-геохимический район гидро-морфных органо-аккумулятивных и кислых элювиально-глеевых почв;2 — Васюганский правобережный южно-таежный дренированный почвенно-геохимический район авто-морфных элювиальных кислых и гидроморфных органо-аккумулятивных почв; 3 -
Иишм-Иртышский южно-таежный Щ .¿Зр' слабодренированный почвенно-
_ ...____геохимический район гидроморфных
'^'Т-ч органо-аккумулятивных, полугидро-
•у" ; морфных кислых и слабокислых
^ южной тайги в зависимости от сте-
морфных подзолистых, глееподзо-"^З^^^Я^^тгШ^^н^^' ^¿^-¡ТХ листых, болотных почв. Лимити-
агрохимическими факторами являются кислая реакция среды, неблагоприятный состав обменно-поглощенных катионов, часто недостаточное и несбалансированное содержание в почвах подвижных ТЧ, Р, К, ряда микроэлементов. В почвах наблюдается невысокий уровень, как валового содержания, так и подвижных форм Си, Мо. В, Со. Дефицит микроэлементов наиболее выражен на легких почвах с малым содержанием гумуса.
Рисунок 2 - Схема почвенно-геохимического районирования Омской области по содержанию микроэлементов почвах (Азаренко, Рейнгард, 2012 г.).
Естественная растительность характеризуется недостаточным уровнем содержания Си, Мо, В, Со. Концентрации Мп и Хп в ней часто находятся на уровне ниж-
него предела биологической нормы. Низкими запасами подвижных форм микроэлементов характеризуются болотные почвы. Таким образом, эколого-геохимическая обстановка в южной тайге характеризуется недостаточным содержанием макро- и микроэлементов в почвах и растениях. Биологические реакции организмов могут быть связаны с недостатком Са, Р, К, частым дефицитом Со, Си, Мо, В.
Оптимизация почвенно-геохимической обстановки должна быть направлена на регулирование кислотно-основных свойств, состава поглощенных катионов, улучшения питательного режима растений путем известкования, применения макро- и микроудобрении на основе данных агрохимического обследования почв и растений. В агроценозах на дерново-подзолистых почвах перспективным является применение Мо, Си, В под бобовые, В под лен, Си и Со под зерновые культуры.
Лесостепная зона (44,4%) отличается наиболее сложной почвенно-геохимической структурой, обусловленной значительным влиянием интразональ-ных факторов почвообразования, в пределах ее выделено 5 почвенно-геохимических районов.
4 — Ишим-Иртышский сеееро-лесостепной слабодренированный почвенно-геохимический район автоморфных и полугидроморфных слабокислых, нейтральных гумусово-аккумулятивных и щелочно-дифференцированных почв; 5 - Прииртышско-Тарский лесостепной хорошо дренированный почвенно-геохимический район автоморфных и полугидроморфных нейтральных гумусово-аккумулятивных почв; 6 - При-омьский лесостепной хорошо дренированный почвенно-геохимический район автоморфных и полугидроморфных нейтральных гумусово-аккумулятивных почв; 7 — Бара-бинско-Иишм-Иртышский лесостепной бессточный почвенно-геохимический район автоморфных, полугидроморфных и гидроморфных нейтральных гумусово-аккумулятивных и щелочно-дифференцированных почв; 8 - Ишим-Иртышский южнолесостепной слабодренированный почвенно-геохимический район автоморфных и полугидроморфных гумусово-аккумулятивных, щелочно-дифференцированных и голоморфных почв. В почвенном покрове преобладают почвы черноземного ряда, а также засоленные, солонцовые и гидроморфные интразональные почвы. В черноземах, луго-во-черноземных почвах и солонцах находится довольно высокое содержание валовых Мп, Хп, Си, Со, Мо и В. Для серых лесных и черноземов выщелоченных 4 района отмечаются случаи дефицита подвижного В. В почвах центральной и южной лесостепи содержатся низкие концентрации подвижного низкие и средние Со и Си. Солонцовые и засоленные почвы отличаются более высоким содержанием валового и подвижного Мо и В при недостатке подвижного Zn, среднем и высоком содержании Мп, низком и среднем содержании Си и Со.
Во всех почвенно-геохимических районах лесостепи распространено борное засоление почв, обусловленное первоначально высоким уровнем содержания В в почвообразующих породах, несущих признаки морского генезиса, доминированием процессов аккумуляции боратов и легкорастворимых солей в условиях слабой дренированное™ территории, неустойчивого атмосферного увлажнения с периодическими засухами, близкого залегания фунтовых вод с повышенным содержанием элемента.
Засоление почв боратами имеет мозаичный характер, обусловленный структурой пространственного распределения засоленных и солонцовых почв. Наибольшие площади почв с борным засолением и более сильная его степень присущи для 7
Ишим-Иртышского лесостепного района с широким распространением сульфатно-содовых и содово-сульфатных солонцов. В связи с этим при выращивании растений на почвах солонцовых комплексов необходимо учитывать степень их борного засоления и бороустойчивость растений. Гипсование солонцов способствует не только оптимизации их свойств и режимов, но и улучшению почвенно-геохимической обстановки, в том числе ослаблению степени борного засоления и негативного влияния его на растения.
В растениях лесостепных районов отмечается среднее содержание Мп, часто пониженное содержание Си и Тп, вероятен дефицит Со. На солонцах растения содержат больше В, чем на черноземных почвах. Повышенное накопление его в растениях наиболее вероятно в ранние фазы развития. Оптимизация питательного режима черноземных почв лесостепи должна быть направлена на устранение дефицита И, Р, ряда микроэлементов с учетом биологических особенностей культур и свойств почв. На основании проведенных полевых опытов установлена высокая эффективность применения на черноземных почвах Мп, Си, В под овощные культуры, 7.п под зерновые культуры, семенные посевы капусты, Со и Мо под бобовые культуры.
9 - Ишгш-Иртыгиско-Курумбельский степной слабодренированный почвенно-геохгшическчй район автоморфных и полугидроморфных нейтральных гумусово-аккумулятивных, щелочно-дифференцированных и голоморфных почв. Почвенно-геохимическая обстановка степной зоны определяется дефицитом влаги, ослабляющим гумусово-аккумулятивные и усиливающим гидрогенно-аккумулятивные процессы. Для черноземов обыкновенных, южных, лугово-черноземных почв характерен дефицит подвижных Р, 7.п, иногда Со, Мп, Си. В засоленных и солонцовых почвах содержатся избыточные для растений количества подвижного В. Оптимизация почвенно-геохимической обстановки должна включать влагосберегающие и проти-воэрозионные мероприятия, направленные на сохранение запасов гумуса и элементов питания в почве. Улучшение минерального питания растений на черноземных почвах должно осуществляться за счет применения азотных, фосфорных, цинковых, марганцевых, кобальтовых, медных и борных удобрений под индикаторные культуры.
10 - почвенно-геохимический район аллювиальных почв поймы Иртыша и его притоков представлен поймой р. Иртыш и его притоков. Для почв характерны динамический режим поверхностного и грунтового увлажнения, окислительно-восстановительных процессов, в результате чего создаются особые геохимические условия для миграции химических элементов в профиле почв и между сопряженными ландшафтами. Аллювиальные почвы имеют средний и повышенный уровень подвижных Си, Zn, Мп, средний и низкий Со, низкий Мо, концентрации В в зависимости от содержания гумуса и гранулометрического состава почв изменяются от низких до высоких. В естественной травянистой растительности в фазу цветения-колошения на аллювиальных почвах южной тайги (Тарский р-н) обнаружено нормальное содержание Мп (94 мг/кг), В (2,3 мг/кг), низкое количество Си (2,6-2,8 мг/кг), Ъп (17,5-18,2 мг/кг), Со (0,04 мг/кг) и Мо (0,05 мг/кг).
выводы
1. Общее количество микроэлементов в почвенном покрове Омского Прииртышья значительно варьирует в зависимости от зональных и интразональных условий почвообразования и современной почвенпо-геохимической обстановки. Зональные почвы южной тайги отличаются высоким содержанием Мп, средним и повышенным Хт\, средним и низким Си и Со. Черноземные и солонцовые почвы лесостепи и степи имеют высокое содержание данных элементов. Валовое содержание В увеличивается в ряду почв: подзолистые < серые лесные < черноземы и лугово-черноземные < солонцовые и засоленные почвы с максимумом содержания в солонцах, превышающим его концентрации в черноземах в 1,5-3,5 раза.
2. Содержание общих запасов микроэлементов в почвах в первую очередь определяется их исходным содержанием в почвообразующих породах и степенью дисперсности субстрата. Как внутрипрофильное распределение, так и концентрации элементов в слое 0-20 см почв контролируются содержанием физической глины, ила, величиной ЕКО, в меньшей степени содержанием гумуса. Установлено наличие сильных взаимосвязей Си, 2п и Ре в распределении их по профилям почв.
3. В распределении подвижных форм микроэлементов в почвенном покрове Омского Прииртышья выявлено закономерное уменьшение концентраций Си и 7п и, напротив, увеличение содержания Мо и В при продвижении с севера на юг от дерново-подзолистых до черноземных и солонцовых почв. На распределение микроэлементов в гумусном слое почв разных зон наиболее существенное влияние оказывает величина рН: для Си и Ъп г = - 0,71-0,69, Со и Мо 0,41-0,65, В 0,74. Связь с валовым содержанием наблюдалась только для подвижного В (г = 0,83). Установлено участие подвижных Мп, Си, 7п, В в процессах гидрогеной миграции, подтверждаемое наличием связей (г = 0,69-0,70) с содержанием легкорастворимых солей по профилям почв засоленного ряда.
4. Засоленные и солонцовые почвы, занимающие площадь более 1,9 млн. га, характеризуются различной степенью борного засоления. По среднему содержанию В они образуют ряд: солоди < солонцеватые лугово-черноземные и луговые < солон-чаковатые лугово-черноземные и луговые < солончаки < солонцы глубокие < солонцы мелкие и корковые. Наиболее тесная связь для подвижного В наблюдается с валовым его содержанием, рН (г = 0,74), количеством ионов С032" и НС03" (г = 0,65). Максимальные концентрации В характерны для солонцов с содово-сульфатным и сульфатно-содовым типом засоления, что обусловлено усилением мобильности соединений микроэлемента с повышением общей щелочности.
5. В отличие от незаселенных лугово-черноземных почв солонцы отличаются высоким содержанием мобильных соединений В, значительное количество которых
извлекается холодной и кипящей водой (4,7-14,9 % и 12-31% валового в сравнении с 1,3-3,6 % и 4,7-6,8 % в лугово-черноземной почве). Подвижные соединения элемента, наиболее доступные для растений, в солонцах представлены преимущественно фракциями легкорастворимого и специфически адсорбированного В. Значительное количество В в почвах связано с Бе, А1 и Мп (до 15 % в лугово-черноземной почве, до 10,9 % в солонце) и органическим веществом (9,1-9,7 %).
6. На дерново-подзолистых почвах растения испытывают дефицит В, Мо, Со, Си. В агроценозах на черноземных и солонцовых почвах наблюдается низкий уровень содержания подвижного 7,п для всех культур. Потребность в Си могут испытывать овощные культуры, в Мп - овощные и суданская трава, в Со и Мо - бобовые культуры. Не смотря на высокое содержание подвижного В в черноземных почвах применение борных удобрений эффективно под овощные и бобовые. Предлагается внести корректировку в шкалу оптимальных уровней содержания подвижного В в почве: 1-2 мг/кг для зерновых, 2,0-3,0 мг/кг для овощных культур, 3-4 мг/кг для семенных посевов капусты. Оптимальный уровень содержания в почве Си (1н ААБ) для зерновых культур должен быть снижен до 0,2-0,3 мг/кг.
7. Соединения микроэлементов в черноземных почвах иммобилизуются в неодинаковой степени (в % от дозы): Тп (77-98) > Мп (54-80) > Си (40-63) > В (0-34). Для повышения концентрации микроэлементов на 1 мг/кг в слое почвы 0-20 см тяжелосуглинистых черноземных почв требуется внесение В 3,3 кг/га, Мп 6,3 кг/га, Си 6,7 кг/га, Тп 11 кг/га.
8. Растительность на кислых дерново-подзолистых и серых лесных почвах характеризуется средним содержанием Мп, средним и пониженным Ъл, недостатком Со, Мо и В, в связи с чем животные могут испытывать дефицит данных элементов. Уровень содержания микроэлементов в естественной растительности и сельскохозяйственных культурах на черноземных и солонцовых почвах более высокий: содержание Мп и Ре среднее, В и Мо высокое. В ряде случаев отмечается недостаток в растениях '¿п и Си, вероятен дефицит Со. На солонцах растительность имеет более высокий уровень В, чем на зональных почвах, что может негативно отразиться на качестве кормов.
9. В ландшафтах юга Западной Сибири микроэлементы имеют разную степень вовлечения их в биогенную миграцию, в первую очередь обусловленную физиоло-го-генетическими особенностями растений. Естественными и культурными растениями наиболее сильно поглощаются Си, Тп и Мо (КБП = 1-86), не смотря на низкие запасы их подвижных соединений в почвах. Бобовые растения более интенсивно поглощают В (КБП = 6-14,6) по сравнению с мятликовыми (0,1-3,2).
10. При внесении микроэлементов в почву наиболее высоким потенциалом поступления в растения обладают В и Мо, которые могут накапливаться в них в избы-
точном количестве, что представляет опасность с экологической точки зрения при нерациональном применении микроудобрений и техногенном загрязнении почв. Даже при высоких дозах Мп, Си и Ъл поступают в растения менее интенсивно. Величины коэффициентов интенсивности действия внесенных в почву микроэлементов на содержание их в растениях позволяют нормировать дозы под разные культуры с учетом ПДК в органах растений. Наиболее сильной токсичностью для растений обладает В, снижающий их биомассу уже при концентрации его в почве 5-15 мг/кг.
11. Борное засоление почвы приводит к накоплению избыточных концентраций В в тканях растений, нарушению в них соотношения Са/В и как следствие снижению их урожайности. При возделывании растений на почвах солонцовых комплексов, а также территориях с техногенным загрязнением бором, необходимо учитывать содержание его в почве и бороустойчивость растений. Просо и горох рекомендуется выращивать при концентрации В в почве < 4 мг/кг, ячмень, пшеницу, суданскую траву, кострец < 7 мг/кг. Донник, люцерна, вика, свекла, томаты, рапс не снижают урожайность при содержании В до 12-15 мг/кг. Для прогноза токсического воздействия элемента на растения следует использовать показатели нормальных, критических и токсических уровней содержания В и Са/В в почве и растениях.
12. Наличие в почве ионов легкорастворимых солей СГ, во/", С032" выступает в качестве фактора, снижающего доступность для растений и избыточное накопление в них В на солонцах даже при сильной степени борного засоления. Устойчивость растений к избытку В будет проявляться в зависимости от их солеустойчиво-сти, степени и типа засоления почвы. Уменьшению поступления В в растения и ослаблению токсического влияния его высоких доз способствуют соединения Мп и Ъх\. Наиболее существенным фактором повышения продуктивности и бороустойчи-вости растений на солонцах является гипс.
13. При мелиорации солонцов гипсом и фосфогипсом содержание подвижного бора в слое 0-20 см снижалось на 17-57 % при существенной зависимости его концентраций с водорастворимыми (г = 0,73), Са2+ (г = - 0,70) и рН (г = 0,59). Применение 1 тонны мелиорантов снижало содержание В в почве на 0,07-0,15 мг/кг, в растениях на 0,03-0,3 мг/кг. Причинами снижения концентраций В при мелиорации является более интенсивное выщелачивание соединений элемента из мелиорированного слоя в результате улучшения фильтрационных свойств, а также усиление физико-химических процессов поглощения В твердой фазой почвы под действием Са мелиоранта.
14. В связи с дифференциацией природной обстановки, структуры почвенного покрова, микроэлементного состава почв на основе выявленных закономерностей распределения микроэлементов в системе почва-растение на территории Омской области выделено 10 почвенно-геохимических районов. Проведенное районирова-
ние является основой для разработки мероприятий по оптимизации микроэлементного состава почв и растений, рациональному применению микроудобрений и улучшению биогеохимической обстановки.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Публикации в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ:
1. Азаренко Ю.А. Поступление бора в растения и урожайность костреца и донника в зависимости от уровня борного засоления почвы / Ю.А. Азаренко, Э.Д. Орлова//Агрохимия. 2000. № 11. С. 14-20.
2. Азаренко Ю.А. Влияние высоких концентраций бора и легкорастворимых солей на поступление микроэлемента в растения и их продуктивность / Ю.А. Азаренко, О.Л. Гаврильченко // Омский научный вестник. 2003. № 3(24). С. 176-179.
3. Азаренко Ю.А. Содержание бора в почвах солонцовых комплексов Омского Прииртышья и бороустойчивость растений / Ю.А. Азаренко // Почвоведение. 2007. №5. С. 562-573.
4. Азаренко Ю.А. Влияние легкорастворимых солей, марганца и цинка на бороустойчивость растений / Ю.А. Азаренко // Достижения науки и техники в АПК. 2009. №3. С. 9-12.
5. Азаренко Ю.А. Содержание бора в системе почва-растение при химической мелиорации гипсом и фосфогипсом солонцов Омской области / Ю.А. Азаренко // Агрохимия. 2010. № 5. С. 39-49.
6. Азаренко Ю.А. Влияние факторов почвенной среды на устойчивость растений к бору / Ю.А. Азаренко // Агрохимия. 2011. № 8. С. 67-74.
7. Азаренко Ю.А. Эколого-агрохимическая оценка содержания микроэлементов в почвах и растениях лесостепной и степной зон Омской области / Ю.А. Азаренко, В.М. Красницкий, Ю.И. Ермохин // Плодородие. 2010. № 5(56). С. 49-51.
8. Азаренко Ю.А. Влияние процессов почвообразования на содержание и распределение микроэлементов в почвах лесостепной и степной зон Омской области / Ю.А. Азаренко // Вестник АГАУ. 2011. № 3(77). С. 26-31.
9. Азаренко Ю.А. Содержание микроэлементов в растительности на почвах солонцовых комплексов Омской области / Ю.А. Азаренко // Вестник АГАУ. 2011. № 10 (84). С. 28-33.
10. Азаренко Ю.А. Содержание и соотношение форм бора в почвах с разной степенью борного засоления Омь-Иртышского междуречья / Ю.А. Азаренко // Вестник КрасГАУ. 2012. № 8. С. 38-43.
11. Азаренко Ю.А. Содержание микроэлементов в почвах и почвенно-геохимическое районирование Омской области / Ю.А. Азаренко, Я.Р. Рейнгард // Омский научный вестник. 2012. № 1(108). С. 188-192.
12. Азаренко Ю.А. Закономерности содержания и распределения микроэлементов (Mn, Си, Zn, Со, Мо, В) в почвах лесостепной и степной зон Омского Прииртышья / Ю.А. Азаренко // Омский научный вестник. 2012. № 2(114). С.218-223.
13. Азаренко Ю.А. Оценка потенциала поглощения микроэлементов растениями в зависимости от их концентрации в почве / Ю.А. Азаренко, Ю.И. Ермохин // Омский научный вестник. 2012. № 2(114). С. 150-154.
14. Леонова В.В. Альгофлора почв борного засоления юга Западной Сибири / В.В. Леонова, Ю.А. Азаренко, Я.В. Парфенова // Омский научный вестник. 2013. № 1(118). С. 188-192.
Монография
15. Азаренко Ю.А. Закономерности содержания, распределения, взаимосвязей микроэлементов в системе почва-растение в условиях юга Западной Сибири / Ю.А. Азаренко. Омск: Вариант-Омск, 2013. 232 с.
Свидетельство
16. Азаренко Ю.А. Зависимость бороустойчивости растений от содержания легкорастворимых солей в почве (свидетельство на интеллектуальный продукт). Свидетельство № 73200800001, зарегистрирован ФГУП «ВНТИЦ» 16 января 2008 г.
Публикации в других изданиях
17. Орлова Э.Д. Бор в растениях, выращенных на почвах с разным его содержанием / Э.Д. Орлова, A.A. Клипперт, Ю.А. Азаренко // Изменение свойств почв чер-ноземно-солонцового комплекса Западной Сибири в результате мелиоративного освоения: Сб. тр. / ОмСХИ. Омск, 1992. С. 9-14.
18. Азаренко Ю.А. Содержание бора в растениях на почвах Омской области / Ю.А. Азаренко // Почвы, удобрения, урожай: Сб. тр. / ОмГАУ. Омск, 1996. С. 25-28.
19. Азаренко Ю.А. Особенности геохимии бора в почвах солонцового комплекса Омской области / Ю.А. Азаренко // Экологическое состояние почв и растений Западной Сибири и проблемы их качества: Сб. тр. / ОмГАУ. Омск, 1997. С. 19-27.
20. Орлова Э.Д. Влияние высоких доз бора на поступление его в растения и продуктивность костреца и донника / Э.Д. Орлова, A.A. Неупокоев, Ю.А. Азаренко // Экологическое состояние почв и растений Западной Сибири и проблемы их качества: Сб. тр. / ОмГАУ. Омск, 1997. С. 32-37.
21. Азаренко Ю.А. Экологические аспекты геохимии бора в ландшафтах Омской области / Ю.А. Азаренко, Э.Д. Орлова // Роль России и Сибири в развитии экологии на пороге XXI века: Матер, междунар. конф. по экологии. Омск, 1997. С. 170-171.
22. Ермохин Ю.И. Критические уровни и оптимальные соотношения бора в почве и растениях при борном засолении почв / Ю.И. Ермохин, А.И. Парфенов, Ю.А. Азаренко // Вторая всероссийская школа: Геохимическая экология и биогеохимическое районирование биосферы. М., 1999. С. 137-138.
23. Азаренко Ю.А. Особенности геохимии бора в почвах солонцовых комплексов Омского Прииртышья и влияние его на растения / Ю.А. Азаренко, А.И. Парфенов, Э.Д. Орлова // Значение минерально-сырьевой базы в социально-экономическом развитии Омской области. Омск, 2000. С. 136-137.
24. Азаренко Ю.А. Особенности возделывания сельскохозяйственных культур на почвах солонцовых комплексов Омской области в условиях их борного засоления / Ю.А. Азаренко, Э.Д. Орлова // 400 лет землепашества Омского Прииртышья: Сб. тр. Омск, 2000. С. 6-7.
25. Парфенов А.И. Особенности геохимии бора в почвах солонцовых комплексов Западной Сибири и влияние его на растения / А.И. Парфенов, Ю.А. Азаренко, Э.Д. Орлова // Бюллетень ВНИИ удобрений и агропочвоведения. 2001. № 115. С. 120-122.
26. Азаренко Ю.А. Особенности геохимии бора лесостепных ландшафтах Омской области / Ю.А. Азаренко // Природа, природопользование и природообустрой-ство Омского Прииртышья. Омск, 2001. С. 144-145.
27. Азаренко Ю.А. Поглощение бора растениями на почвах с разным его содержанием // Ю.А. Азаренко // Вестник ОмГАУ. 2004. №3. С. 56-60.
28. Азаренко Ю.А. Влияние разных уровней борного и хлоридного засоления почвы на поступление бора в растения и их продуктивность / Ю.А. Азаренко // Сб. тр., посвящ. 90-летию со дня рождения Н.Д. Градобоева. Омск, 2004. С. 125-132.
29. Азаренко Ю.А. Борное засоление почв солонцовых комплексов Омского Прииртышья и бороустойчивость растений / Ю.А. Азаренко // Почвы - национальное достояние России: IV съезд Докучаевского общества почвоведов. Новосибирск, 2004. Кн. 1.С. 445.
30. Азаренко Ю.А. Содержание бора в системе почва-растение при мелиорации солонцов гипсом и фосфогипсом / Ю.А. Азаренко // Состояние и перспективы развития почвоведения: Матер, международ, науч. конф., посвящ. 60-летию образования ин-та почвоведения им. У.У. Успанова. Алматы, 2005. С. 157-158.
31. Azarenko Yu.A. The boron content in soils of solonetzic complexes in the Irtysh region of Omsk oblast and the boron resistance of plants / Yu.A. Azarenko // Eurasian Soil Science. 2007. T. 40. № 5. C. 512-521.
32. Азаренко Ю.А. Бор в почвах лесостепной и степной зон Омского Прииртышья / Ю.А. Азаренко // Научное обеспечение АПК Сибири, Монголии и Казахстана / РАСХН. СО. Новосибирск, 2007. С. 50.
33. Азаренко Ю.А. Устойчивость растений к высоким концентрациям бора в зависимости от степени хлоридного засоления почвы / Ю.А. Азаренко // Агрохимическая наука - Сибирскому земледелию: Сб. тр. / Сиб. НИИСХ. Омск, 2008. С. 18-23.
34. Азаренко Ю.А. Оценка токсического влияния бора на растения, выращиваемые на почвах солонцовых комплексов / Ю.А. Азаренко // Реализация гос. программы развития сел. хоз-ва и регулирование рынков с.-х. продукции, сырья и продовольствия: инновации, проблемы, перспективы: Сб. тр. Омск, 2009. С. 11-12.
35. Азаренко Ю.А. Устойчивость растений к высоким концентрациям бора в почве в зависимости от содержания легкорастворимых солей / Ю.А. Азаренко // Агрохимические свойства почв и приемы их регулирования. IV Сибирские агрохимические Прянишниковские чтения: Сб. тр. Новосибирск, 2009. С. 355-360.
36. Азаренко Ю.А. Особенности микроэлементного состава почв солонцовых комплексов Омской области / Ю.А. Азаренко // Проблемы экологии агроэкосистем: пути и методы их решения: Сб. тр. Новосибирск, 2009. С. 3-5.
37. Убогов В.И. Агроэкологическая оценка, свойства и мелиорация солонцов Омской области: учеб. пособие / В. И. Убогов, В.Е. Кушнаренко, Ю.А. Азаренко. Омск: Изд-во ФГОУ ВПО ОмГАУ. 2009. 107 с.
38. Азаренко Ю.А. Содержание микроэлементов в солонцах Омь-Иртышского междуречья Омской области // Проблемы агрохимии, почвоведения и экологии: Сб. тр. Омск: Вариант-Омск. 2009. С. 130-134.
39. Азаренко Ю.А. Влияние содержания бора в почвах на урожайность кормовых культур / Ю.А. Азаренко, О.Н. Пономаренко // Россия и Европа. Единое экономическое пространство: Сб. тр. Омск: Ом. ин-т РГТЭУ. 2010. С. 335-336.
40. Азаренко Ю.А. Особенности микроэлементного состава почв и растений лесостепной и степной зон Омской области / Ю.А. Азаренко // Диагностика и управление минеральным питанием растений: Сб. тр. Омск: Вариант-Омск. 2010. С. 1924.
41. Азаренко Ю.А. Закономерности распределения микроэлементов в почвенном покрове Омской области и подходы к ее почвенно-геохимическому районированию // Почвы Сибири: особенности функционирования, использования и охраны: Сб. тр. Красноярск: КрасГАУ. 2012. С. 85-90.
42. Азаренко Ю.А. Закономерности распределения и оценка содержания микроэлементов в почвенном покрове Омской области / Ю.А. Азаренко // Почвы России: современное состояние, перспективы изучения и использования: Сб. тр. VI съезд Общества почвоведов им. В.В. Докучаева. Петрозаводск, 2012. Кн. 2. С. 87-88.
43. Азаренко Ю.А. Агрохимическая оценка содержания микроэлементов в черноземных почвах Омского Прииртышья / Ю.А. Азаренко // Почвоведение в России: вызовы современности, основные направления развития: Сб. тр. М. 2012. С. 854-858.
44. Азаренко Ю.А. Борное засоление как фактор продуктивности растений в условиях юга Западной Сибири / Ю.А. Азаренко // Проблемы безопасности. Технологии и управление: Сб. тр. Омск, 2012. С. 3-6.
45. Азаренко Ю.А. Влияние высоких концентраций бора на альгофлору почв черноземно-солонцового комплекса / Ю.А. Азаренко, В.В. Леонова, Я.В. Парфенова // Проблемы безопасности. Технологии и управление: Сб. тр. Омск, 2012. С. 108112.
46. Азаренко Ю.А. Оценка содержания микроэлементов в почвах Омской области при разработке мероприятий по поддержанию почвенного плодородия // Реализация гос. программы развития сел. хоз-ва и регулирование рынков с.-х продукции, сырья и продовольствия: инновации, проблемы, перспективы: Мат. второго междунар. науч.-тех. форума. Омск, 2013. С. 29-31.
47. Азаренко Ю.А. Микроэлементы в системе почва-растение в полузасушливых условиях юга Западной Сибири / Ю.А. Азаренко // Почвы засушливых территорий, их рациональное использование, предотвращение деградации и опустынивания: Сб. тр. РАСХН СО, НИИ аграрных проблем Хакасии. Абакан, 2013. С. 121-126.
48. Азаренко Ю.А. Микроэлементы в почвенном покрове Омской области и почвенно-геохимическое районирование территории / Ю.А. Азаренко // Развитие почвоведения и проблемы рационального использования почв Сибири: Сб. тр. Омск: ЛИТЕРА. С. 18-24.
49. Азаренко Ю.А. Особенности биогеохимии микроэлементов (Мп, Си, Zn, Со, Мо, В) в ландшафтах Омского Прииртышья / Ю.А. Азаренко // Биогеохимия химических элементов и соединений в природных средах: Сб. тр. Тюмень, 2014. С. 142147.
Подписано в печать 27.06.2014 г. Тираж 120 экз. Печать трафаретная. Заказ 061. Отпечатано в печатном цехе «Ризограф» Тюменского Аграрного Академического Союза 625003, г. Тюмень, ул. Республики, 7
-
Азаренко, Юлия Александровна
-
доктора биологических наук
-
Тюмень, 2014
-
ВАК 03.02.13
- Микроэлементы в болотных почвах Восточного Присаянья
- Поведение и взаимодействие микроэлементов в системе
- Тяжелые металлы в почвах и растениях юго-западной части Алтайского края
- Диагностика потребности корнеплодов в цинке, никеле, кадмии на лугово-черноземной почве Омского Прииртышья
- Накопление микроэлементов в железо-марганцевых конкрециях почв юга Дальнего Востока
