Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ЗАКОНОМЕРНОСТИ СОРБЦИИ ЖЕЛЕЗООРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ПОДЗОЛИСТЫМИ ПОЧВАМИ

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "ЗАКОНОМЕРНОСТИ СОРБЦИИ ЖЕЛЕЗООРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ПОДЗОЛИСТЫМИ ПОЧВАМИ"

АгЗоШ

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи ШУВАЕВА Людмила Витальевна

УДК 631.417(470.11)

ЗАКОНОМЕРНОСТИ СОРБЦИИ ЖЕЛЕЗООРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ПОДЗОЛИСТЫМИ ПОЧВАМИ

Специальность 03.00.27 — почвоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

/

МОСКВА 1992

/

I к «--

I

Работа пы"ош ча на кафедре почвоведения Московской ордена Ленина . ордена Трудового Красного Знамени сель-скохозяйсп еннои академии имени К А Тимирязева

Научные руководители "октор сельскохозяйственных наук, профессор И. С. Кауричев, доктор биологических наук, про-феееор А. И. Карпухин.

Офипиалтые оипот нты доктор биологических наук, старший на\чьь.м ютичдник Л. О. Карпачевскии, кандидат сельскочочяйст I иных иа\к, доцент А. М. Гасанов.

Ведущее претирньтш — Санкт Петербургский государст венный аграрный университет

Защита диссертации еоегоится » -^/Ц"1! 1992 г в часов на заседании епедиализированного сове-

та К 120 35 01 в Московской сельскохозяйственной академии им К. А. Тимир^ ¡сва

Адрес 127550, Москва И 550 Тимирязевская ул , 49 Ученый совет ТСХА

С диссертацией молчно ошакомиться в ЦНБ ТСХА

Отзывы на автореферат, заверенные печатью, просьба направлять в дв\х экземплярах

Автореферат разослан « с/?ев. 1992 г.

Ученый секретарь специализиров.1 иного совета — кандидат биоло!ткских наук.

с. н с.

М. В. Вильяме

ОБЩАЯ: ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОМ

Актуальность темы. Отличительной чертой подзолообразования в 'таежно-лесной зоне является формирование почв с элювиально-иллювиальным профилем. Существенная роль в генезисе и эволюции почв элювиального ряда принадлежит водной миграции, которая представляет собой "сложный сорбционно-десорбционный процесс при направленном движении фаз. Главными компонентами веществ, образующихся при подзолообразовании, являются, органо-минеральные соединения, среди, которых нема: ловажная роль принадлежит воднорастворимым комплексным железооргани-ческим соединениям. Данные соединения является активными продуктами подзолообразовательного процесса и могут служить диагностическими показателями его интенсивности и масштабов. Однако, закономерности и,условия межфазного распределения воднорастворимых железоорганичес-ких соединения исследованы недостаточно. Изучение этих закономерностей позволяет определить - максимальную сорбционнуи

ёмкость поглощения, скорость взаимодействия сорбента и сорбтива, равновесное распределение веществ, оценить-механизм взаимодействия же-лезоорганических ' .соединений с подзолистыми почвами, а такче даёт возможность: прогнозировать: поведение вещества-'в-почве; •

Щв'ув ■ й,- задачи-.'исслеяований.' Цель» настоящих исследований было изучение основных .параметров.: сорбции келезоорганнческих соединений подзолистыми-почвами - -неоднородного механического состава - и. разной стёпени-гидроморфности.,,.■■ : -- • -•"'..'..

. •; • "Црогрмвга;исследования,-предусмат^ив'ала:; •, . .- ; ■■ '■

; I)1 изучение кинетики сорбции и■установление.механизма погдозенлд - воднорастЕОсиммх.-келеэсорганических соединений' подзолистом почве.«ля( 2) исследование'статики:сорбции и расчет максимально» со*Зшк>нноЯ ёмкости генетических горизонтов годзаллстых шчв;: '3).' изучение динамики .сорбции- вознорастг:ор;»г:.-:х ?е;:озоор',аш1чесиих со-

ЦЕНТРАЛЬНАЯ МАУЧЧАЯ БИБЛИОТЕКА Моск. ссльотохоз. академия ш. Я. А^нмда^!

И«','.. На Д ТЖ

единени? о различными молекулярными массами в изучаемых почвах; 4) определение масштабов миграции -келезоо^ганических соединений в ис-С1ад^ечых объектах;

а) изучение доступности воднорастворимых железоорганических соединения для корневого питания растений и влияния данных соединений на поступление фосфора растениям.

Научная новизна. Впервые проведено системное изучение сорбции железоорганических комплексов подзолистыми почвами, различаюцихся по механическому составу и степени гидроморфности. Определены основные параметры кинетики сорбции и механизм вэаимодеРствия сорбтива с компонентами различных генетических горизонтов исследуемых почв. ГЬлученные изотермы сорбции железоорганических соединений позволили установить условия мекфазного распределения и емкость поглощения сорбента. Натурные исследования динамики сорбции позволили определить масштабы миграции воднорастворимых железоорганических комплексов. В естественных условиях исследовано пространственно-временное распределение воднорастворимых железоорганических соединений с различными молекулярными массами.

В радиовегетационных оштах изучена доступность воднорастворимых железоорганических комплексов для корневого питания и выявлено их влияние на доступность фосфора и фотосиктетичесую активность растений пшеницы.

Практическая значимость. Полученные результаты оттеняют особенности генезиса подзолистых почв разной степени увлажнения неоднородного механического состава, а также могут быть использованы для уточнения диагностических показателей полугидроморфных почв, Расчи-танные параметры сорбции ■келезоорганических соединений представля-" ют интерес при оценке заохривания дрен, при разработке мелиоративных систем.

Результаты определения доступности железоорганических комплек-

сов могут быть использованы при изучении минерального питания растений, в борьбе с хлорозом, а также при создании новых органо-минераль-ных удобрений с заданным составом и свойствами.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на научных конференциях молодых уче!шх и специалистов ТСХА (июнь 1985), Университета Дружбы народов (декабрь 1986) и Пе£(%Ькогй: сельскохозяйственного института ( март 1988).

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 6 печатных работах. . •.

- Объем' работы. Диссертация изложена на ^/стр. машинописного текста, включает таблицы, рисунков, уравнений. Состоит из введения, Л глав, выводов и приложений. Список использованной литературы включает ^^"наименований, из них ^^ на иностранных языках.

• ' ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

В качестве объектов исследований были выбраны почвы: сильнопод-• золистая тяжелосуглинистая на покровных суглинках ( стационар кафедры почвоведения ТСХА "Белый Раст") и слабоподзолистая супесчаная на древнеаллювиальных отложениях ( стационар - "Вербняки") - автоморф-ные и полугидроморфные.

Воднорастворимые органические вещества природных поверхностных вод, препараты фульвокислот; в эксперименте использовали также водно раствормые органические вещества, полученные при компостировании органических остатков ячмеия, тотально меченых

Природные воды

отбирали из естественных микрозападин стационарных площадок, характеризующихся сочетанием подзолистых и болотно-подзолистых почв.

Анализ химического состава поверхностных вод проводили общепринятыми методами. Содержание металлов - на атомно-адсорбционном спектрофотометре, качественный состав - по методике М.В.Новицкого (1973).

■ Для получения препаратов фульвокислоты извлекали из гор. АоАт

иче.. ^та^лонЕра "Ьв-'Ы. Роит" гутем ЗКСТрСКЦЛИ 0,1н N аОН. Гуминовъ е к ю оть ^сс'дагл путе" подкис"ения витячки 0,1н Н^СЪ до рЬ I. Очис-тк, детвора ^пьв~клс проводит по методике ^ Го г & (1947). ?ота ьно мечаные органические вещества полутени по методике

л.Д.£ок1.на \ 197о). «очзкулч^но-маосовое ^.акционирование фучьвокисло» .1 Еоднорастворль'ых органическ IX веществ проводим при помоги систематизирование" х-ечеЕс4 хр^магог^афли с испо ьзованием гелей 5 -10 и -Ь0 фирмы "Еевпа!" чиенгрия).

Основные иесчедования ььг.очнены с искуственно приготовленными "е1,езоорганическ,1ми комплекса».»!, где С:?е составляло 1:0,3. Для их П1игстовления лепо-гьзевс;0^).

Разно зарт*енш.е -'.етезофу 1ьватные комплексы поручали путем .электрофореза л гелей марок Санионит) , рМ-оО \катионит).

д1ри изучении кинетики и статики сорбции воднорастворимых келезо-органических соединений сорбентами служи-.! образцы из горизонтов ав-томорфных и полугидроморфных подао чистых почв обоих стационаров и минералы: монтмориллонит, каоллнит и мусковит.

Кинетику, статику и динамику сорбции исследовали по методика, разработанной на кафедре применения изотопов и радиации в сельском хозяйстве (.В.В.Рачинский, 19Ь4).

Доступность •г.елезсорганических соединений с различными молекулярными массами и зарядами растениям пшеницы (сорт "Московская 35"), влияние данных соединений на поступление фосфора растениям изучали постановкой микровегетациооных опытов с использованием радиоактивных изотопов ( 14С, 32Р).

Действие различных ^елезоф^чьватных соединений на фотосинтетичес-к/ю активность растенл? лзуча^ л по методике А.С.Пешкова и Б. А. Яго айна (1982).

' OCHOBHbiE РАЗУЛЬТАТЫ . ИССЛЕДОВАНИЙ' . " I. Состав и свойства воднорастворимых железоорганических соединений подзолистых почв. - -' . Природные поверхностные воды-имели кислую реакцию среды (рН 4,31 -4,73). Содержание углерода.составляло.100мг/л (стационар "Белый Раст") и.150 мгЛя (стационар "Вербйлки"),. Насыщенность'катионами была-доста- . • то-но высока: на 1г углерода органических веществ поверхностных вод . .'. : приходилось от 1086,9. мг. до 1316,8мг металлов. . >

' ■ Поверхностные воды обоих ..стационаров представлены веществами как -специфической,'так и индивидуальной природы. Основное количество угле ' рода приходилось на долю фульфокислот - 42,0% (стационар "Белый Раст") и:34,4Й (стационар "Вербилки") от общего содержания. Так*е в составе ' ■ природных вод обнаружены низкомолекулярные кислоты, сахара, аминокислоты и фенольные соединения. .. ' „ : ..-.-'■' 1.

Результаты фракционирования воднорастворимых.органических веществ 'с помощьв систематизированной гелевой хроматографии- приведены в таблице I. Полученные данные,свидетельствуют, что .в составе препаратов фульвокислот.и органических веществ поверхностных-вод обоих стационаров обнаружено до '5 различных молекулярно-массовых фракций. Основная масса фульвокислот представлена относительно высокомолекулярными фракциями { ММ >700), содержание которых достигает 71,6%. Значительная' часть органических веществ природных поверхностных еод состоит из относительно низкомолекулярных соединений С i.M¿700), 'на долю которых приходится от 50 Д'З (стационар "Вербняки") до 54,2^ (стационар "Белый Раст").Высокомолекулярные фракции-поверхностных вод, очевидно, представлены веществами фульватноЯ природы.

_ В составе препаратов воднорастворимых органических веществ, меченых ^С,, преобладали' низкомолекулярные фракции, их содержание достигало 69,9t. Среднеэфлюктивная молекулярная i.:acca колебалась в пределах

Таблица I

Молекулярно-массовый состав водорастворимых органических веществ

Органический Номер Содержание углерода, Молекулярная Среднеэф-лиганд фракции % от Собщ. масса (ММ) фективная Ш

Фульвокислоты, стационар "Белый Раст"

1 11,9

2 16,5,

3 13,7

4 -30,5 ~ 5 27,4

Поверхностные I 24,7

вода, стационар 2 29,5

"Белый Раст" 3 22,8

4 ' 14,2

5 ... 8,8

• Поверхностные I 17,1.

воды, стационар 2 33,0

3 ; 28,3

4 15,8

5 . 5,8

1 /5,9

2 53,7

3 7,4

4 23,0

"Вербилки"

Органические вещества, меченные 14с

240 562 1995 4898 >10000 316

• 501 2238 \ 3715

>10000 .-.. .282 437 . 1698 2818 >10000 200 .354 1122

• 5011 ,

4629

2055

1498

1458

- ТЛ

от 1458 (органические вещеетЕа, мечение С ) до 4629 в случае с « фульБокислотами. " .

- &■

Для изучаемых -челезоорганических комплексов константы устойчивости- { рК ) находились в пределах 13-26. Наименьшей термодинамической устойчивостью обладали яелезофульватные соединения, образованные органическими веществами фульвокислотной природы с ЫМ-* 240. Устойчивость желеэоорганических соединений увеличивалась с возрастанием ;.£! исходных .органических веществ и достигала значений рК=26 в комплексе, образованном фракцией фудьвокислоты с ММ >10000."

Использование ИК-спектроскопии водно растворимых органических веществ поверхностных;вод показало наличие ряда.полос поглощения , вызванных колебаниями: карбоксильных диссоциированных групп С00 - (полоса .поглощения 1400 'см-*), ароматических группировок С=С и С=4/ (полоса поглощения 1590-1660 см-*). Поглощение"в-области 1700-1725 см"* вызвано .колебаниями карбоксилов С=0 в -С00Н. Отмечена полоса поглощения 3000-3500 см-*, которую возбуждают валентные колебания ОН-групп, связанных мвямолекулярннми'водородными связями. 11ри образовании комплексного соединения челеза с,органическими:веществами поверхностных вод

т '

в ПК-спектрах, появляется характерная полоса поглощения 1390 см ,. ука-

КС ы+имциочной

зывашая: на -участие ' связи между ионамг железа и органичес-

ким веществом при формировании комплексов. , .

" . 2.. Химический .и минералогическиг: состав подзоллст1Х почв.

' Изучаемые почва,характеризовались кислой реакцией среды (№.„„„, =4,5-4,9)", ненасьвденн0отью'0сн(званиями''сумыа'сс5нэннь1х катионов составляла 0,6-6,7 мг-акв/ЮОг с^о;1. почеы. Содержание углерода в ор- . ганогенньэс горизонтах изменялось от 1,4 до 52,Й*/ и резко п?дало с -глубиной. Содержание 5*« в- гор,Ас, тяхегосугдиниотоа- почви составляло ■83,2"'; Ге203 - 2,6'!,'А1203 - II,П. В н;пне;Г чести иллювиального- горизонта .происходило накопление РёрОд--»|. АГ^Сд.. В 'слабопаизол/.зтоЯ"почве. дифференциация мзнеэ четкая. ... : . .. .

ВисетрнЕйняе ми.нгралов напботее £.кт::гно. проявлялось г. сильного2- .

золисто/? лосугл:й«:Сто»}• иачвс..Виспх.ег;еле!км (</гО,СХкк) в

го^.и колсхлыло таким образом, что до 60,11 его еодерчачось во ^ым/и крупного песка , а в гор.А-, ешг*.атоеь до 22,и >. »¡листая фрак-

0, СО1мм) гог.С состоч;а в основном лзлабичьных силикатов. Интенсивное протекание поязотсобрсцзовате'ьного процесса обусчовило ^азрусение глинистых минерачов и накопление в и!исто,* фракции гор.А2 тонко дисперсно го кварца. Илистая фракция гор.С с чабогюдзо -исто'1 почвы представлена глдрослюцыли, сме „аннасюЛным мокт'чор'лпонит-глдрослю-дистьл матерка чей. В го^-.^ проксход.'Ю ^азру^енш чаби-хьньх гидро-с-юдлстых л х-'оритовы^ иикера."ав и относительное накопление каолинита.

3. Ла/'<екие кинетики, статики и динамика сорбции.

•1ри изучении кинетики сорбим чо «куну но-массовых фракци,. железо £у"ьввтных соединений образцами генетических горизонтов подзотас-тых почв получены счо.кные кривые кинетики сорбции, напоминающие экспоненту. Это позволите применить графико-математически? прием разложения экспериментальных кинетических экспонент. Образны почв всех изучаемых генетических горизонтов характеризовались наличием нескольких рсрбционно-кинетических групп (, на основании чего мо.?-но сдечать вывод о спорном механизме взаимодействия железоорганичес-ких соединений с сорбентами {табдицы 2 и 3). .

Наибольшее количество сорбционных групп ( до 4-х) обнаружено в образцах гор.АоА^- подзолистых почв и вторичных минерала?, порядок констант кинетики сорбции ( ¡Ьп , с~Ъ колеблется от с~*(отнссй-течьно "быстрая" сорбция) до 10 с Относительно "медленная" сорбция); 8 подзолистых горизонтах - только до 2-х сорбцлонно-кинетических групп с порядком констант р * Ю-2 £ Ю-"3 Для подзолистых почв тя'»ечогс механического состава наблюдается увеличение сорбционных мест и порядка кинетических констант. Так при сорбции четезофульват-° ного соединения ( иа~о000) горизонтом В^ почвы легкого механического состава сбнар/^ены 2 сорбционныа группы (3 »10"^ т 10"^ с-1, л

■Л г.

У* ут-

<-о

. ■ Таблица 2

Кинетические параметры .сорбция -елезофульватных соединений (¿£<¡¿700) •

Го:, ззнг.*-

г.Ьразн.' ' ,12гавн: {зравн. . ^ ' . Цавн.

Слабояодзолистая супесчаная почва ","6 ля.гяп-т я ¿¿.тггч то яп«"'. «1

О

А0Ат 1,36«Ю- 38,09сут.' 6,44;10"^ 19,Э0ч ■ ' . 4,48-10"^ 2,85ч . 1,зЗ-Ю~^ 0,06 ч

1 ::.6,64• Ю'7 80,22сут.; ■ 1,29«-. 4,13сут:; 4,63-Ю-4 2,76ч 0,80- 1С"3 0,22ч

А2 ' сЛо'ТО"4 1,8М0"? 0,07ч

'■-'■/■/ . 7,54'Ю"4 1.69ч ГТ.бо-Ю"6 0,07ч ' ,

'•'.'Ьт-.: В.ЗЗ'ГО-5 15,36ч • 1,33-1С"3 0,9о-т 9,99-:0"3 0,14ч 'Л ■ 7,55-10"° 16,75ч. , 4,21-10"? 3,03ч : ••' 5,09-Ю"3 0,25ч

■ С •■•■ ТчбЗ'Ю"4 7,71? 1.43 •ГО"3 О.боч*

• 1,32-10"^ 9,20ч 1?30'Ю"3 0,58ч • -, '

' ' Сильпоцзолистая тяжело суглинистая почва . '

А-,Аг 1.17-Ю"5 43.40аут. 1.04«1(Го- 5.12сут, 7.93-Ю"6 16.04ч . 1,5а-10"^ р,СЗч„ ''1,15<Ю"° 4о,08сут. 6,56-10-^ в,20сут. . 1,54:1(Г* 8,31ч • 1,33'КГ? 0,96ч • З.бО'Ю-*' 2.29ч " 1.13-10"2 0,11ч

п„ . —I------ -г-_ —1-п —>-—

А э,42-Ю"? 2,Зоч 1,22-10 • 0,12ч . '

3 1,р5-:С"4' 7,о7ч ' 0,70.;'10"3 08,89-10"^ 0.01ч „ 1,52-Ю"3 8,42ч . -бДрЮ-1. 2,09ч 5,51-Ю~* 0,02ч

с ■ 3^9ч \ 1,18'10"3' 1,08ч "

1 32' 10 9,64ч о.ой'хО-'! ■

числитель - ввтокорфная, знаменатель - полугиароусррып почза

Таблица 3

Кинетические параметры сорбции железофудьватных соедлненли I Т.! > 10000)

Горизонт

р1'с~1 Ьравн. ¿2^авн- рЗ'с~1 ¿31 авн.

А0А1

I

О

Ыинераты:

монтмориллонит

мусковит

каолинит

;"6

1,26-10 8,84 '10"е

не еорб.ц| не сорб

4,07-10

не сорб 1,13-10

1,09«10

■Г

Слабоподзолистая супесчаная почва

44,4сут. б.Обсут.

не сорб. не сорб

не сорб. 27,40"

не сорб. 11,30ч

6,97-Ю"5 18,3бч

не сорб. не сорб.

1,03'10

гЗ

1,2йч

45,80сут. 1,31-10"°

не сорбируется 5,29-КГ& 9,04сут,

не сорб. не_совб._ 3,00 1СГ3 0,43ч

4,07сут. 7,91'10"° 16,84ч

2,96-10

,-3

1,э4»Ю"

0,43ч 0,834

3,29-Ю-3 0,38ч

6,07'Ю"4 1,91ч

. Числитель - автоморфная, знаменатечь - полугидъоморфная почва.

4. <-„ . 1

в .горизонте В ^ тяжелосуглинистой почвы;во взаимодействие вовлекается дополнительная группа с ЛЪ =Ю"5 с"1.. Подобная закономерность отмечается при переходе от автоморфных к полуг'идроморфным почвам. На долю участия в•сорбционных процессах "медленной" кинетики сорбции приходилось 4-72!з. Именно эта труппа лимитировала время установления сорбционного равновесия, которое варьировало от 1,70ч (сорбция ' "-гор.'А^ супесчаной почвы низкомолекулярного железофульватного комплекса) до 93,8 сут. (сорбция гор.АдАт супесчаной почвы железофульватного-•соединения с Ш2000). -

Для минеральных горизонтов медленное течение сорбционных про- . цессов наблюдалось для соединений железа, образованных органическими веществами поверхностных вод или смесью исходных фульвокислот.

• Время установления сорбционного равновесия возрастает с увеличением молекулярных масс желеэофульватных комплексов и степени'гид-роморфности почв., .

Расчитанные.константы позворлили оценить механизм взаимодействия сорбтивов с сорбентами. На первых:стадиях сорбции ( Ьравн#"0,014-1,82 происходило химическое взаимодействие сорбента и сорбтива. Его участие в сорбционном процессе может достигать-65!?..

. С увеличением времени взаимодействия сорбента и сорбтива скорость химических реакций замедлялась и начинали преобладать диффузионные процессы. Расчитанные коэффициенты диффузии (, см^/с) свидетельствуют о том,' что первоначально происходит внешнедиффузионное взаимодействие яелезофульватных комплексов,с сорбентами, где ^=10"®- см^/с. В сорбентах, как правило, присутствовало несколько сорбционных.групп, участвующих .В'этом взаимодействии. Время . -установления'внешнедиффузионного равновесия зависит от ЬЫ исходных фракций органического вещества и свойств сорбентов. На данной стадии для минеральных горизонтов супесчаной почвы-и мусковита процесс сорбции ■заканчивался.>При.взаимодействии воднорастворамнх железоо-гани-

,е ¡'.л ч.иеСШсНЛ> l. ЬН-МЛ оирЗеНТЫЛ lipOLo-C Щ >PÜJ "Ш „rf i! 011-

Я то o

¿едеЧ си > e ьнуч'^ eHHfe.'' nníiftjjiie), где •< = 10 - Ю-1-*" u/V< . ДТ0 ЬЕорлт о том, lio изучаемое комплексные соецшенш ч^чеза способны Проникааь ен^ь зерьн ч-ОрОентов, за ИоК" ¡ .ьниеч tu^ou ¡t."0 i.HcJX комплексов, образованные fpakunef ьу шеок ic oibi с ¡A ? ic0c0, которые способны к внугридифлузи^нноу/ ВЗЬ ШОД«! СТ6ИЮ 101ЬК() Ь о хуч^е с млне-„ t, ^ми с t acu tL nü4ev\.H ie_i_TKj. 'монтаори joHur, ка>11нит) .. гог j-1.цим компчексои rot изонтов AqAj подзоллсть почв.

i и *ученн а зксперименть-ьн е lijuTtípi/j исс .ыд/fciit. ммп иксных BoaHopacTBOt лмых соединен!" i е ел. ич„гл ьапук /- , с4аооьып^к уя, ьог-Н/Тую Л ПрпМО 1Н8. 1vJt t. I i чОНОБчШЫ OOolíTC 1 рСД^Г-Е ен и статике coj бцли шо пр^дполо т..ь, 'то в ciyi ае с выпу<с шги лзотерныи ьзаимодегствио селезо^ганических веществ с ко1.понент-"и гене^ лчоски* горизонтов подзочистых почв протекав щи благоприятных /сювиях, с больпо i энергией связи. Вогнутые изотер vsi оорбции коп ексных соединение характерны для гумусово-аккумучлтивньх горизонтов (AqAt) и свиделель-ствовалл о гом, что происходила конедренцля за сорбциооные места раз-ллчных компонентов сорбтива. Jiлнеиная Лорча изотермы характерна дчя элювиальных горлзонтов.

Эмпирические изотермы удовчетворительно описывались уравнением Ленгмвра. Функции лыечи чинеРныГ характер во всем интервале исходных концентраций. Значение наксимачьноР сорбционнои емкосаи почв изменялось от 0,Об до 4 мг комплекса на I г сорбента, поглотительная способность зависит от сво!ств сороенга и природы органичесчого вещества, ы.жость сорбции водноpacTsojiiMKX чепезооргс-нических соединена сш^а Е—ie у гум^сово-аккумучятлЕНых горизонтов л горизонта С т.-tíeюеупи-нлето4 подзолисто" почвы (таблица .). Изучение статлки (.о^оцш, пик*.-« за го, что налбо ibj.e ! способностью к сорбцил ^Очада-м ко:; 'екснь'- сое-длнения нелезь, обра„ов£ннь.е органическим Еицеотвом поБе.хностнаХ еод. С^дионньн способность ^ечею5учьввдн,->' озед ненл уненьи ^

-JZ-

Td.fi 1Ица

Некоторые эмпирические константы сорбши тс-езоо. гвнлческлх комплексов сильнопоцзолисто! тетелос/пинлсто/ по «о и мшегилами.

Г нзт^ес-

ит Г01И-НТи,

Органп^ескле и и н ц ч

Сргмич. ь-ва : Смесь фульвокис-: Ж, ^ 7*С поЕер:н. вод : лот :

Ж, .Л > 10000

мгс_: >с-э "Тг"

и I мгС : 1 I :г, мгС : .» I :

к йгС Тг * нгС Ь- 1? 11 тт:

с

игС

I

К, ^

I

"0*1 1,6Ь С,13 1,о6 ч ,сз С,С2 I 0,09

1,60 0,04 1,60 0,06 2,оС 0,02 1,2С с,1С

А2 1.38 0,70 0,3о С.ЬЗ 0.21 С,37

2,31 0,63 0,95 С, *ь 1,0С 0,09 С,4э 0,36

Ь 2,70 0.18 2.21 0.14 С,о2 1,20 С,С1

3,75 0,76 2,33 0,12 3,13 0,16 1,о0 0,03

л 3,2^ см 3,00 у .00 с.с: :,2с С '7

3,02 >дС г с т V. . ж ^ «л.

-¡лнерачь.:

ионтморил^о- - - - _ - - 23,С

Н1Т

> 0-ЧНЛ1 - - - - - - не соре не со,

г кс ь ит - - - - - -

•штель - автсыо^ние, ; энаыьн-г-п - П ГЛО. г„

• Таблица 5

Параметры миграционной способности г.елезоорганических соединзшй в. подзолистых почвах \

Показатели,

Супесчаная почва

: Тяжелосуглинистая почва

размерность / Иоле

к у л я р н я м а. с с а фракции

200 354 1122 5011 200 354 1122 оОП

Глубина проникнове- 9,5 . 10,0 „9,0 9,0 • Л9. 7,0 8,0 6,0

ния метки, си 13,5 . 11,5 10,5 9,0 9,0 9,5 8,5 7,5

11лочадь распростране- 80. 42 .■ . '56 М 39 52 _28 . 39.

ния комплекса по по- 108 80 65 70 68 59 '49 64

верхности, см2

Объем распространения 472 388_ 188'

в почве, см . 512 249 170 ' .170 . 138

5530 .498 ' 554 • 454 334 "295 236 224

Глубина максимального 3^5 2,0 3,0 ЛЛ 2.0 1,0

счета, см 4,5 2,0 2,0 2,0 3,0 2,5 2,0 2,0

Боковое смещение, см _ 1.0 - _ ' _ _ - - •

- 3,0 2,0 1,0

Зона насыщения, см 4,Ь 5Г0 3,0 2,5 3,0 3.5 М- ■

8,0 4,5 4,5 '3,0 4,0. 4,5 4,0 3,5

Зона размытия, см 5,0 5.5 . М. ' 6.0 • 4,5 4,0 4,5 3,0

5,5 7,0 6,0 6,0 5,0 ' 5,0 5,0 3,5

Числитель - автоморфная, знаменатель - полугидроморфная почва

с ростом мо"ек/лч;ноР массы ^уьвоклс от. Г^к, . ). .AgA- глуг/т. -морфноР тт'.елооуп ihuctoí почвы споссоен сорблроеать чг/.л _ .\¡-лексного соецлнения с 1Л1 < 700 л то 'ько 1,20 - о Л у ЮьОС.

Исследование динамики сорбции »в гезоорган tnccK.ix соед/нени • •i неоднородного молекуч^рно-ь'ассового состава (1'эченых 1 т;) пр^во.;л"\:

в натурных условиях на Есех изучаемых почвенных разностях. Экспе^ -ментальные птодадчи закладывал i на |азллчных элементах ре-ьефс, схватывающие разнообразные блогеохлмические услоь м миграции.

Для получения сравнительно:1 хар^кте^ ict jk t параметров Kirpsa-'CH-ной способности в подзолистых почвах йр'ганс-минс1.-т,ьнсгх комплексоь закладывали счп. экспериментов с лспо льзованием -¿.ганецо^ ганичезкого соединения (меченого ^Яп) и фульватных комплексов л 137СЪ Неод-

нородного молекулярно-массового состава.

Результаты исследования миграции челезоо^ганических соединен I/ показали, что их подвижность уменьшалась с улетом ыол^кулярно. массы фракции исходного органического вещества ,таолица ü). Уменьшалась также и площадь распространения комплексов по поверхности л ооъем, занижаемой ими почвы. На глубину проникновения комплексных соединений в почву оказали влияние также ее механический состав и степень гидро-морфности. Что подтвердили и полученные параметры миграционной способности фульватных комплексов, образованных 90S¿ и I37CS . i Наибольшей подвижностью среди лселезоорганических соединений об-

ладали соединения, образованные исходной фракцией с Ш ~ 200. Глуби-щф^ на миграции в полугидроморфной почве легкого механического состава * достигала 13,5 см в год (максимальная скорость счета на глубине

4,5см), в автоморфной - только 9,а (3,0) см; для тячелосуглинисто.» почвы-9,0 и 7,0 см. Объем почвы, занимаемый комплексом, уменьшался соответственно с бЬО до Ы2 и с 334 до. 170 см3. С увеличением '2! соединения площадь его растекания по поверхности почвы легкого мвханл-

W 0,5

РисЛ.Пространственно-временное.распределение ^С из состава железорсганического соединения (' fiCJ^SOO) в слабоподэо- . листои атоморфной гупесу-аной по^ве (I -вертикальное распределение; II - горизонтальное.распределение, сечение сделано. через ело Г. почвы в I см; ИХ — относительная сум> мат-ная. £ктиеность слоев по горизонта!.!; 1У - относитель-'-ная вктиеность с горизонтальна сечением}.---

Рис.2 Пространственно-временное распределение Хь*С »и состава ».ечезоо^ганического соединения (ИЙ~Ь0С0 ) е слльноподзолистов автоморЛноИ тяжело суг ынисто"» почве.

цеского состава уменьшалась с 80-108 см^ (Ш~200) до 50-70 см^ (Ш~2000). Некоторые результаты пространственно-временного распределения яелеэоорганических.соединений в почвах представлены на рис.1 и2. Максимальное количество комплексов закреплялось в верхнем 3-х сантиметровом слое почвы.

■ Меньшей подвижностью в подзолистых почвах обладали марганецорга-нические соединения, способные мигрировать на глубину 9,0 (супесчаная почва) - 7,0 см (тягкелосуглинистая почва) в год.

Изменение геохимических условий оказывает значительное влияние ■ на подеит.ность в подзолистых-почвах органо-минеральных соединений, что подтвердили экспериментальные исследования с искуственно созданными : геохимическими барьерами путём локального внесения в "почву СаСОд, М'^РО^ или глюкозы (В.Т.Емцев, О.Д.Сидоренко, 1968; В.И.Савич и др., 1984). Из используемых химических добавок увеличению подвижности органо-минеральных соединений в подзолистых почвах способствовала глюкоза. Действие СаСОд и Ю^РО^ обратно действию глюкозы. _ . •

4. Доступность комплексных соединений яелеза:для растений..

В проведенных опытах установленочто максимальной доступностью . растениям гшеницы обладали положительно заряженные комплексы Спогло-цалось 100^ С и 94*3 Ре). Поглощение растениями молекулярно-массовых фракций происходило слабее, заряженных. При. увеличении молекулярной л массы фракции количество железа и углерода.,. поступивших-в-растения,•' уменьшалось. Так, если'из нязкомолекулярно?; фракция <(1 вариант), растения использовал-.! 64,углерода и 67,9^ :хелез?., то из высокомолеку- Ч» лярноГ: (4 вариант) - соответственно 43,9 и о1,5*< (таблица б). Отпечено достоверное зяаяниз »лзллчных форм железа на увеличение-фотосинтети- >. ческой "активности растекл;*.. Н&ибольш!?; эффект получен при использовании.-пенно;; .формы уе.-еза. Изменение светопогло-дения хлоропластов под его влиянием• ссст^гя-го 2,о' I в контроле- - 0,7огГ). На Фотосинтез тжз&: '

-и-

Таблица 6

Поглощение растениями гаенлцы железофулььатных комплексов

Вариан- : Формы железа : Исходное : Исходное "Поглощено

: содержание : содержание :растениями, ^

ты ; - : углерода в . железа, в .от исходного

; . растворе, растворе, :-.--

• . • мг/мл-. • мг/мл - * С : • Ге

•

Железофульватные комплексы сразличными молекулягнши массами

I ЫМ 700 0,165 0,057 64,8.. 67,9

22 Ш ~ 2000 • 0,167 0,060 61,1 63,9

3 ИМ — 5000 0,175 0,062 54,3 ' 58,1

4 Ш >-10000 0,180 0,065 43,9 51,3

5 смесь 0,170 0,066 40,0 39,4

Заряженные железофульватные комплексы

6 отрицательно. 0,200 0,072 88,0 88,9

7 положительно 0,204 0,072 100,0 94,0

8 нейтральные 0,200 • 0,070 73,5 73,0

9 . ионное железо НСР 0,05 0,070 17,0 66,7

активно влияли положительно и отрицательно заряженные железофульватниз комплексы,' причем, первые в большей степени, чем вторые. ИспользоЕанле молекулярно-массовых фракций желеэофульватных соединений уменьшало то'синтетическуга активность растений. ;

Келезофульватные'соединения значительно влияли на доступность фосфора растениям пменицц, особенно отрицательно заряженное. Среди коып-лексов с различными молекулярными массами лучшему поступлении Р в растения способствовала фракция с 700. До 85,5;$ поглощенного РпО^ закреплялось в корнях растений (таблица 7).

Таблица'?

Влияние комплексных соединений железа на поглощение, фосфора растениями пшеницы

Варианты : Препарат :. Активность ^2Р,: Содержание фосфора в,

: имп/100с/мл , : растворе к концу опыта: * ^Р^О^мг/мл Йот ис'х. :

Исходная активность 1681 13,0-Ю-2 100,0

1 Фосфат-анион 558 ' 4,4- КГ2 ' 33,1,

2 Ионное железо 537 4,1-Ю-2 31,9 Заряженные железофульватные соединения - , ' , -.

3 Отрицательно 303 3,9-Ю"2 29,9

4 Положиельно 693 Ь.З^Ю-2 41,2

5 Нейтральные ' 799 6,2=10~2 47,5 .

6 Смесь 1270 . 9,8-Ю"2 75,7 Железоорганические соединения, меченые V

7 . №¿>700 915 7,1'Ю-2 53,7.

8 Ш < 700 1141 8,7-19~2 67,8

НСР0)05 57 . ' 12'6 '

2,2 РА ¿38,9 0,05 ' Ф '

Выводы " . ;

1. Дрименение систематизированной гелевой хроматографии показало на- . личие в составе препаратов фульвокислот как относительно низкомолекулярных ГШ- 240), так и высокомолекулярных фракций (¡.Ы 710000). Устойчивость (рЮ Еоднорастворимых телезоорганических комплексов изменялась от 13 до 26. Наименьшей устойчивостью обладали ниэкомолеку-лярные комплексное соединения (рК =13), с ростом молекулярной массы органического вещества величина рК увеличивалась. . - , ',

2. Органические ведества природных поверхностных вод представлены сое-'

-го- ■ ■

цинениями как специфической (42 > с?ы~лона,- "Ее*!. Р^ст" л о4,-> С стационар "Веролгкл"), т^к л лндивидуа^ьно. прир^.и ({хзно-^,, нлл-о-молекуля. ные кислоты, сахара, ам ток юлоты).

3. Изучение члнетики сороцгл выявило для всех генетлческлх го^лзон.оь изучаемых почв наличие нескольких сорбционно-клнетических групп

( , с-1), что указывает на сложный механизм взаимоде! ствия те ь-зорганических комплексов с сорбентами. Наибольшее количество сорс>м.»~и-

ных групп (до 4-х) обнаружено в горлзонтах АдА^ с константами клне-

2 7 С

тики сорбции от 10 (относительно "быстрая сорбция") до 10"с\о ни-

ситечьно "медленная сорбцлл").

4. црлмененле гра£ико-матечатического приема р^з о 'енлн акспе» .1 тальных кинетических экспонент гозволило установить .1 I механизма взаимодеГствия комплексных челезоорганических соецлнениц с кош. н<д-тами генетических горизонтов почв: химическое, внешня л „нн и диффузия.

Э. Количество сорбционныч мест возрастало прл переходе <.г почв ко го механическою состава к почвам тяжелого механического состава, о. увеличением степени гицроморфностл почв и мо-екулл^ных масс изучаемых железоорганических комплексов. На долю "медленной" кинетики Сорокин прлходилось 4-72^. Эта группа лимитировала время установления сорбционного равновесия, которое варьировало от 1,7 часа до 93,6 ^уток.

6. На первых стадиях сорбции ("Ь равн- =0,014-1,82ч) происходилохамл-ческое взаимодействие ( до об') сорбента л сорбтива. В да ¡ьне.шеч скорость реакции оамедчпась и начлнала. преобладать внедияя дифс^ллч (О) =10~° г Ю-7 см2/с), аЬ равн_ достига\а 27,ч, ча. В тяже .о ,,г-линистой почве дальнер^зеа протекание сорбции обусловлено внутренне) диффузие,. ( "Й = Ю-8 г 10"12сы2/с).

7. Изучение статики сорбцли позволило показать, чю максима ьная сорбцлонная емкость почв изменялась от 0,06 до4 мг углерода комплексов на 1 г сорбента, наибольших значений она длгтлга// í г-<> С

Поглотительная способность увеличивалась с возрастанием степени гидроморфности почв и с переходом к почвам тяжелого механического состава.

- 8. Исследование динамики сорбции железоорганичесикх соединений в натурных условиях с применением метода меченых атомов показало, что их миграционная способность уменьшается с увеличением ММ органического лиганда. Относительно низкомолекулярные соединения (iЛ 200) способны мигрировать .в почвах легкого механического состава на глубину 13,5 см, а в почвах тяжелего механического состава - до 9,0 см в год.

9. В и«р:овегетационных опытах установлены достоверные различия в поглощении растениями яровой пшеницы нелезофульватных комплексов. Большей доступностью для растений обладали положительно заряженные комплексные соединения, из которых поглощалось 100^ углерода и 94% железа. При этом обнаружено положительное влияние на фотосинтетическую активность растений положительно и отрицательно заряженных же-лезофульватных соединений, причем, первых сильнёе, чем вторых.

■ Ор

10. Увеличений? доступности фосфора растениям пшеницы способствовали отрицательно заряженные железофульватные комплексы (поглощалось 70,2% фосфора исходного содержания). При использовании смеси железофульватных комплексов поглощалось растениями 24,3$ Р^Од. В корнях закреплялось до 85,5^ фосфора. -..'.Научно- практические рекомендации-

1. Результаты исследований рекомендуется.использовать при прогностических расчетах влияния органических лигандов на поведение железа, марганца и других металлов в подзолистых почвах. ,

2. Оценка доступности зелезоорганических комплексов и их влияние

на поступление макроэлементов позволит более точно оценивать поведение фосфора в системе почва-растение. . .

-ZZ-

Слисок работ, опубликоЕанньх по мс.териа~ам дкгсертацл! ШуваевоЯ Л.В.

1. Карпухин А.И., Нуваева Л.В. Влияние геохимических бары на миграцию в подзолистых почвах маргашда-Ь4, поступающего лз о, нических остатков. - 3 сб.:Актуальные вопросы почвоведения. П., ТС.СА, 1987, с.18-26.

2. Шуваева Л.В. Влияние ^азнозаряяенных челезофульватных соединений на доступность фосфора растениям. - Тезиса докладов научно-технической конференции молодых ученых л специалистов "Путл повышения эффективности сельскохозяйственного пролзводстьа в системе АПК". Пермь, 1988, с.Ь-9.

3. Карпухин А.И., шуваева Л.В., Вадкерти К. Шгло^ение яровой пшеницей различных комплексных соединений телеза. - Известия Ю Л, 1989, вып.Ь, С.47-Ы.

4. Карпухин А.И., куваевь Л.В., Вадкерти К. Влияние разшчарн-яенных железофульватных соединений на доступность фосвора растениям. - В сб.: Состав, свойства и плодородие почв. П., ТСХА, 1990,

с.115-120.

5. Шуваева Л.В., Карпухин А.И. Поглощение различных чселезофуль-ватных комплексов растениями пшеницы. - Тезисы докладов к научно-производственной конференции Одинцовского района Московской области (январь, 1989 г.) "Молодые ученые - сельскому хозяйству Нечерноземной зоны". М., ЕНИПГИХШ, 1990, с.30.

6. Карпухин А.И., Нуваева Л.В., Корягина И.В. Минералогический состав подзолистых почв разного механического состава. - В сб.: Управление плодородием почв в усовиях интенсивного их использования. И., ТСХА, Г991, с. 74-<й.

i

*

1

Обьсч 1V. n i

Заказ 2540

Тираж 100

Гипографип Московской с х академии им К А Тимирязева 127550 Москва И 550 Тимирязевская ул, 44

Бесплатно

! -1