Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ЗАПАСЫ, СОСТАВ И СВОЙСТВА ГУМУСА ЮЖНЫХ КАРБОНАТНЫХ ЧЕРНОЗЕМОВ ЦЕЛИНОГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ В СВЯЗИ С ИХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "ЗАПАСЫ, СОСТАВ И СВОЙСТВА ГУМУСА ЮЖНЫХ КАРБОНАТНЫХ ЧЕРНОЗЕМОВ ЦЕЛИНОГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ В СВЯЗИ С ИХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

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

На правах рукописи Анатолий Михайлович КАШКИН

ЗАПАСЫ, СОСТАВ И СВОЙСТВА ГУМУСА ЮЖНЫХ КАРБОНАТНЫХ ЧЕРНОЗЕМОВ ЦЕЛИНОГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ в связи С ИХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

(специальность 06.01.03 — почвоведение)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

МОСКВА — («78

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

Научные руководители: кандидат сельскохозяйственных наук доцент ГД. ||. меоштПн доктор сельскохозяйственных наук и. о. профессора Н. Н. Поддубный.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук В. А. Носин, кандидат химических наук доцент В. А. Черников.

Ведущее предприятие — Всесоюзный институт удобрении и агропочвоведекия им. Д. Н. Прянишникова.

Автореферат разослан > с^е^е^К^^ .^1975 г.

Защита состоится « . * ^г^. , 1975 г.

на заседании Ученого совета факультета агрохимии и почвоведения ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА (10-й корпус).

Просим Вас принять личное участие в работе указанного Совета или прислать отзыв и замечания в двух экземплярах, заверенных печатью, но адресу: 125008, Москва А-8, ул. Тимирязевская, 49, корпус 8. Сектор зашиты диссертаций ТСХА.

Наша страна располагает обширным земельным фондом. Забота об охране земли* о повышении ее плодородия — непременное условие дальнейшего подъема сельского хозяйства, увеличение производства продуктов питания для населения н сырья для промышленности.

В соответствии с директивами XXIV съезда партии по плану развития народного хозяйства СССР на 1971—1975 гг. сельское хозяйство страны должно поставлять ежегодно не менее 195 млн. тонн зерна.

За последние годы по производству зерна Казахстан превратился во вторую житницу страны, став крупнейшим зерновым районом СССР, давая ежегодно не менее 1 млрд; тф-дов зерна. Ведущее значение в выполнении этих задач при; надлежит земледелию Северного Казахстана.

В комплексе факторов, способствующих выполнению поставленных задач, наряду с внедрением передовой технологии производства, рациональным применением удобрений и использованием высокопродуктивных сортов н гербицидов, решающее значение принадлежит повышению почвенного пло-' дородия, изменяющемуся под влиянием целенаправленной хозяйственной деятельности человека. Эта деятельность должна основываться на дифференцированном применении агротехнических приемов в соответствии с местными природными условиями.

При разработке дифференцированной агротехники особое внимание должно быть уделено вопросам изучения органического вещества, являющегося важнейшей частью почвы.

Ученые на протяжении многих десятилетий стремятся проникнуть в сущность процессов гумусообразования, раскрыть природу гумуса и познать вопросы количественного и качественного изменения органического вещества почвы в связи с хозяйственной деятельностью человека.

В настоящее время накоплен большой материал по изучению органического вещества для черноземов .Европейской части СССР, но весьма мало для черноземов Северного Казахстана.

В связи с этим, мы поставили своей целью изучение:

■ ¡\ ¡.Л,)(,

/Р ■ ¡сел

— изменений состава и свойств гумуса южных карбонатных черноземов Целнноградской области под влиянием сельскохозяйственного производства;

— темпов разложения растительных остатков в полевых и лабораторных условиях;

— некоторых вопросов биологической активности почв исследуемого района;

— изучение состава и свойств препаратов гумусовых кислот почв; ' ,

— свойств гумусовых веществ, образующихся в результате разложения растительных остатков.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Обзор состоит из двух разделов. В первом рассматриваются вопросы, связанные с изучением изменений свойств черноземов в связи с их сельскохозяйственным использованием на основании работ П. А. Костычева (1889), В. В. Докучаева (1936), И. В. Тюрина (1937), М. М. Кононовой (1949, 1963), М. И. Рубинштейна (1959), В. Л. Францессона (1963), Н. А. Афанасьевой (1904), П. Г. Адернхина (1964), Л. П. Мер-шина (1956, 1964), И. Д. Громыко с соавт. (1961), А. М. Грнн-ченко с сотр. (1965, 1970), В. И. Кирюшина и И. Н. Лебедевой (1972).

Во втором разделе уделяется внимание вопросам гумусо-образования черноземных почв, нашедшим свое отражение в работах И. В. Тюрнна (1937, 1965), М. М. Кононовой (1951, 1963, 1970), В. В. Пономаревой (1962, 1974), Л. Н. Александровой (1962),Н. И. Лактионова (1962, 1974) и лр., и вопросам изучения изменений свойств гумусовых веществ под влиянием сельскохозяйственного производства по исследованиям О. А, Найденовой (1951), М. М. Кононовой (1956, 1963, 1968), А. Ф. Драгуновой (1957), Д. С. Орлова (1959, 1968, 1970, 1974) и др. г -V

ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Весь комплекс полевых исследований проводился в пределах землепользования опытного хозяйства Всесоюзного научно-исследовательского института зернового хозяйства (ВНИИЗХ), расположенного в Шортандннском районе Целиноградской области Казахской ССР.

Климат исследуемого района характеризуется сухостью н резко выраженной континентальностью. Континенталькость обусловлена резкими колебаниями суточных, месячных и се-

зонных температур воздуха, неравномерным распределением в течение года небольшого количества атмосферных осадков на фоне усиленной ветровой деятельности. Среднегодовая температура воздуха 1;1°С. По многолетним данным самым жарким месяцем является июль со среднемесячной температурой воздуха "19,5°С, самым холодным'—январь—19,5°С.-Средняя сумма активных температур (свыше 0°С) составляет 2517% а эффективных (свыше 5°С)— 1800е. За 36-летний период, в среднем за год выпадает 350,5 мм осадков, причем в течение года осадки распределяются неравномерно. Около 50% годовой нормы осадков выпадает в летний период,'причем, максимум приходится на июль, август.

Рельеф района исследований увалнсто-равпнппый с отдельными всхолмлениями' и - преобладанием абсолютных высот до 400 м над уровнем моря (Б. Л. Федорович, 1960),

Почвообразующнми породами являются лессовидные карбонатные суглинки и глины, подстилаемые третичными желто-бурыми глинами, '

Исследуемая'территория в основном представлена южными карбонатными черноземами, занимающими плоские водораздельные пространства и пологие склоны к понижениям. Южные карбонатные "черноземы Северного Казахстана отличаются от аналогичных почв Европейской части СССР небольшой мощностью гумусового горизонта (Л+ В( в среднем составляет -15 см) ?и быстрым падением содержания гумуса, заметной обособленностью генетических горизонтов, ярко выраженной языковатостью. Формирование-почв с таким профилем связано со специфическими для Северного Казахстана гидр отер ми чсскимн условиями, характеризующимися длинной, холодной и малоснежной' зимой, большими амплитудами колебания температуры и неравномерным распределением осадков в течение года.

Гипс встречается в виде чешуек и-друз. Гипсоносньш горизонт отмечается на глубине 90—130 см: Мощность его колеблется от 15 до 20 см. Как правило, в этом слое сосредоточено максимальное количество водорастворимых солей.

Содержание карбонатов по профилю довольно высокое; уже в гумусовом горизонте С02 карбонатов может достигать .3%. ' ^

Сумма поглощенных оснований составляет 30—34 мгркв. на 100 г. почвы. Из поглощенных основании преобладают кальций и магний.

Среди исследуемых черноземов преобладают тяжелосуглн-нистые и глинистые разности, содержащие в горизонте Л гумуса от 4,5 до 6,0%, азота—ог 0,25 до 0,40%, фосфора—от 0,15 до 0,20% и калия — от 2,0 до 2,3%. Состав гумуса характеризуется узким отношением Сг. к : Сф. ■ —1,5—1,7 н значитель-

ним содержанием гумниов— 50—60%, Запасы гумуса составляют 200—350 т/га.

Объекты исследований. Б наших исследованиях сопоставлялись как почвы, развивающиеся под естественной растительностью (контрольные варианты), так и почвы, находящиеся иод воздействием культурной растительности (пахотные варианты). Они располагались в однотипных условиях: но рельефу, почвообразующнм и подстилающим породам;: гидрогеологическим условиям и строению почвенного профиля. Пахотные почвы использовались в 4-нолыюм севообороте: пар (отвальный или плоскорезнын) и 3 года яровая пшеница. Исследовались следующие варианты: заповедная целина (разнотравно-ковыльно-типчаковал ассоциация),. 14-летняя пашня, обрабатываемая отвальными- орудиями на глубину 22—24 см, 14-летняя безотвальная пашня, обрабатываемая плоскорезнымн орудиями на глубину 12—14 см и 10-летняя

лесополоса, состоящая из вяза и клена: .....

•, На исследуемых объектах целина была распахана в 1950 г, и до 1959 г. обрабатывалась отвальными орудиями на глубину. 22—25 см: С 1959 г. на опытных полях ВНИИЗХ были заложены опытыс применением отвальной (на; 22—25 см) и безотвальной (на 12—14 см): обработками.

По гранулометрическому составу почвы относятся к тяжелосуглинистым разновидностям. Такие почвы Е. Н. Иванова и Н. П. Розов (1967)' относят к среднемощным южным карбонатным черноземам. * .

Методика исследований. Полевые и лабораторные исследования нами проводились с 1968 по 1974 гг. При выполнении экспериментальной' работы использовались полевые и лабораторные методы, а также моделирование. Для установления пространственной однородности почвенного покрова 'стационарных площадок на каждом варианте подбирались пять точек, из которых отбирались образцы (послойно через 10 см до'глубины 60 см), в которых определялось содержание гумуса и подвижной Р2С>5. Результаты анализов обрабатывались статистически, выровненпость почвенного покрова характеризовалась стандартным отклонением и коэффициентом вариации (Б. А. Доспехов, 1973). ,

Полевые исследования. Для изучения . агрохимических свойств, содержания органического вещества распаханных черноземов отбирались смешанные образцы почвенным буром через каждые 10 см до глубнны 100 см. Смешанные образцы составлялись из 10 почвенных проб и отбирались в августе месяце. - ' . .

Учет растительной массы и ее фракционирование проводилось но методике Н. 3. Станкова (1964). В полевых условиях

были проведены опыты по разложению растительных остатков целинной (типчаково-ковыльной). и", культурной (яровая пшеница) растительности. Вегетативная и корневая масса разлогалась в различных -условиях: на поверхности, на глубине 15 и 25 см; в чистом виде и в смеси с почвой, , . Лабораторные .исследования выполнялись, общепринятыми методами в 3—4-кратной повторности.' Химические анализы почв осуществляли? методами: ■ рН — потенцнометрнче-ским; поглощенные, основания — по К. К. Гедройцу; СОа кар- 5 бонатов— газоволюметрическнм; общий азот — по ,,Къельда-1лю; гидролизуемый азот — по> И. В. Тюрину и М. М. Кононовой;. обменный калий — по-П. В. Протасову; подвижный фосфор— по Б. П. Мачигину; гумус — по И, В. Тюрину в модификации В. Н. Симакова; фракционный состав гумуса — по И. В, Тюрину в модификации В. В. Пономаревой и Т. Л. Плотниковой. . . - .

• - - Биологический и газовый режимы в почвах изучались методами: нипертаза определялась по Л. Ш. Галстяну; интенсивность выделения1 СОг с поверхности почвы— по В. И. Штат-нову; выделение СОз и поглощение 0$ почвами —прибором

■ Варбурга. Выделение' препаратов гумусовых' кислот "из почвы проводили по методу М. М. Кононовой (1963).

С целью изучения; процессов гумификации и минерализации растительного ^материала ставились модельные опыты. Различный растительный материал компостировался в смеси с' карбонатным лессовидным суглинком при соотношении 1:10 в стеклянных банках. Опыт проводился в течение одного года при температуре 20°С й влажности 60% от полной влагоемкости. ^ ^ ^

: Для извлечения - новообразованных гумусовых кислот .из .гумифицированных г растительных остатков, и . получения их препаратов использовали 0,02 н.ЫаОН при соотношении растительного материала к,растворителю 1 : 20 ,(Л- Н. Александро-

• ва, 1970). Фракционирование, фульвокислот проводилось по методу Л. Л, Юхнина и Д. С. Орлова (1972) с некоторым нзме- , пением. Предварительно с угля снимались фракции 2% МН4ОН; и,50%. ацетоном. Полуденные- препараты исследовали следующим образом: оптическая плотность гуматов и фульва-

-тов натрия определялась>в видимой части спектра на приборе марки «Эреко!» (ГДР), ИКСпектры препаратов снимались в •диапазоне от 700 до'4000 см-1 на'инфракрасном спектрофотометре \JR-20 (ГДР).-Образцы гумусовых-кислот таблетнзи-•ровались с КВг-в соотношении 1 :300 мг. Элементный состав • определяли мцкрометодами; Н и С — по Ф. Преглю в модификации М. О.! Коршун,1 Н'. Э;< Гельман . и В. А. Климовой (1967); N — по Дюма (1967); О вычислялся но разности;

сумма функциональных групп в гумусовых кислотах.— по Л. Ф. Драгуновой (1957), а карбоксильные группы — по Т. С. Кухаренко (1957). ,

ИЗМЕНЕНИЕ. СВОЙСТВ ЮЖНЫХ КАРБОНАТНЫХ ЧЕРНОЗЕМОВ

ПРИ ИХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ

• t

В,результате освоения целинных почв под посевы сельскохозяйственных культур в них огмечаютел некоторые изменения, приуроченные в основном к пахотному и подпахотному слою почвы. В пахотных почвах улучшаются водно-физические свойства, повышается скважность, уменьшается объемный вес, увеличивается водопроницаемость.

При распашке наблюдается некоторое перемещение карбонатов в 10 см слое. Наибольший вынос карбонатов наблюдается в лесополосе но сравнению с целинной и особенно с пахотной почвами. Сумма поглощенных оснований при распашке существенным изменениям не подвергается. При распашке и дальнейшем сельскохозяйственном п сп о л ьзо з з ди 11 черноземов в 20 см слое пашни упеличнвается колЛч&гтв??азота на 8—10%, а подвижного фосфора в среднем в 1,5 раза. Претерпевают изменения в той или иной степени все элементы питания растений, в том числе^калий. Содержание обменного калия несколько выше на целине, чем на пашне, при этом заметные различия отмечаются в верхнем 20 см слое почвы, где величины калия составляют 72,0 и 58,9 мг на 100 г почвы соответственно. В нижележащих слоях, наоборот, содержание обменного калия выше на пашне, чем на целине. Это можно объяснить потреблением его сельскохозяйственными культурами и отчуждением с урожаем. Изучение водно-физнческих и химических свойств целинных и пахотных почв показывает, что при распашке целины наряду с улучшением водно-воздушного режима (В. Л. Францессон, 1963; И. Д. Громыко и др., 1958; X. X. Сюндюков, 1958; А. П. Мсршин и др., 1970) происходит мобилизация питательных элементов (особенно азота и фосфора), благодаря чему улучшается пищевой режим.

БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ПОЧВ

В диссертации рассматривается вопрос изучения биологической активности почвы. Многие авторы (В. Ф. Купревич, 1958; А. Ш. Галстян, 1959; К. А. Козлов, 1902; А. И. Чунде-рова/ 1968; Р. М. Латыпова, 1968) указывают, что ферменты, * участвуя в процессе превращения органических веществ, благоприятно влияют на мобилизацию питательных веществ, чем и способствуют повышению плодородия почв!

А. Ш. Галстян:(1965) и Л. Т. Егиазарян (1968) указывают, что при оценке биологической активности и степени плодородия внутри одного типа или подтипа почв можно ограничиться определением лишь активности одного фермента: нз гидролаз почвы целесообразно определять активность иивертазы. В диссертации обобщаются 2-летние экспериментальные наблюдения," проводимые на южных карбонатных черноземах различных угодий (14-летняя пашня с различными способами обработки, участок пашни с посевом многолетних трав, лесополоса и участок заповедной целины) по оценке бно-у логической активности исследуемых почв (табл. 1).

Таблица , I

Активность иивертазы в течение вегетационного периода 1969 г. в слое 0—10 см, в мг глюкозы на I г сухой почвы за 24 часа

Объект Яровая пшеница Многолетни« травы

.Месяц Целина Лесополоса Л <3 г а Я1® и о >а К ООО с ¡сю ¿«1 |5 .з РЗ а О ЯЩ с в 5 -а • с; л а с 2 3 О Р о V я: ^О п о. - . » И! ^ я« О (1 ч с 1- а

Июнь . . 13,9 2.0 7,7 8,в 5.9 5.1 5,0

Июль 14,9 4.0 9,9 О,в 8,3 6,7

Август . 15,6 6,0 «7 юл 5,9 6,5

Наибольшая активность обнаружена на заповедной целине. Под полевыми культурами (яровая пшеница и многолетние травы) активность фермента несколько ниже и составляет 5—10 мг глюкозы на—1 г почвы. Самая низкая активность иивертазы наблюдалась в лесополосе.

Как показали наблюдения, активность иивертазы весьма динамична в течение сезона под различными угодьями. Наши исследования соответствуют данным других авторов (В. Ф. Ку-превич, 1958; К. А. Козлов, 1966; А. III. Галстян, 1965), которые показали, что ферментативная активность динамична на протяжении вегетационного периода и сильно изменяется в зависимости от почвы, культуры и вносимых удобрений. По нашим данным, способы обработки почвы мало отразились-на данном показателе, но характер поступающих растительных остатков, по-видимому, играет наиболее существенную', роль в активизации иивертазы,

В диссертации также приводятся данные по изменению активности иивертазы по профилю почвы до глубины 50, см,

которые показывают, что с глубиной активность фермента падает,, независимо, от объекта,' наблюдается взаимосвязь распределения инвертазы по профилю" с количеством;-корней и •запасом гумуса.

Для изучения изменения поглощения Ог п выделения СОг южным карбонатным черноземом в результате распашки был использован метод Варбурга; В результате исследований было установлено,.что южный карбонатный чернозем выделяет углекислого газа меньше, чем поглощает кислорода (ДК<1). Это можно объяснить тем, что в почве происходит неполное •окисление органического вещества.

Определялась также интенсивность выделения С02 с поверхности почвы, которая по определению В. И. Штатнова {1952) .является одним из.объективных показателей бпологи-ческон-актнвности почвы. Было выявлено, что этот показатель биологической активности почв очень динамичен. Установлено, что наиболее биологически активным месяцем на пахотных, почвах является июль, а для целины и лесополосы — август. По этому показателю ярко выделяются объекты целины и лесополосы, являющиеся, объектами наименее и наиболее биологически активными; пахотные почвы занимают промежуточное положение. Нами также было выявлено влияние климатических условий года на биологическую активность.

ИЗМЕНЕНИЕ ЗАПАСОВ И СОСТАВА ГУМУСА ЮЖНЫХ ЧЕРНОЗЕМОВ ПРИ РАЗЛИЧНОМ ИХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ

Распашка целинных земель н вовлечение их под посевы сельскохозяйственных культур оказывают существенное влияние на процессы почвообразования. Наблюдения показывают, что при длительном сельскохозяйственном использовании целинных земель разложению подвергаются не только растительные.остатки, но и гумус почвы, что приводит к снижению общих'запасов гумуса и азота; ■■>-■■■

' Наши исследования показали, что за М лет содержание гумуса в слое 0—20 см снизилось на безотвальной пашне на 18,2%, а на пашне с отвальной обработкой — на 23,3%. Содержание азота снизилось соответственно на 10,7 и 11,7%'; " Более интенсивное разложение растительных остатков в пахотных почвах приводит к тому, что в них сужается отно: шенне углерода к азоту/в нашем случае с 12,4 до 10,6. Одновременно с изменением'запасов гумуса происходит некоторое изменение его качественного состава (табл.-2),

Изучение фракционного состава гумуса'показало, что в пахотных почвах наблюдается относительное увеличение гу-

• в '

Таблица 2

Групповой и фракционный состав гумуса южных карбонатных черноземов, в % от общего углерода *

Объект Глубина, см СобЩі %' Гуминовие кислоты Фульвокислоты Сг. к. Г у мини

1 2 3 2 и 1 2.. ■ Сф1 к-

Целина :о—ло (О—20 3,94 ■■; 2,81 - 5,53 '4,13 23,93 20,50 7,03 5,13, 35,60 29,74 2,60 2,73 4,00 2,77 8,83 10,5? 7,03 5,60. 22,46 21,67 1,58 -11,37 4154 48,59

Пашня безотвальная с-^о 10-20 2,68 2,47 ; 3,43, 2,81 23,98 22,49 5,41: 33,72 30,71 2,(11 аоа 4,49 3,37 7,91 8,19 5,33 5,27 19,51 19,41 1,72 1,59 - 46,74 49,88

Пашня отвальная 0—10 10—20 2,56 2,54 3,10 2,97 23.60 23,14 6,31 5,86 33,01 31.97 2,08 2,28 3,79 3,91 7,94 8,61 4<9Г 4,47 18,72 19,27 1,76 1,66 4в,27 48,76

-■і ^Среднее ИЗ 3;Х разрезов.

миновых кислот и уменьшение содержания фульвокислот; отношение гумнновых кислот к фульпокнслотам в слое 0— 10 см составляет на целине 1,58, на пашне с отвальной, обработкой—1,76, а пашня с безотвальной обработкой занимает промежуточное положение (1,72).

В составе гумпновых кислот резко преобладает вторая фракция, связанная с кальцием, второе место занимает третья фракция, связанная с глинистыми минералами и устойчивыми формами полутораокисей, и последнее — первая фракция подвижных гумнновых кислот (табл. 2).

В составе фульвокислот преобладают вторая и третья фракции, связанные с Са, глинистыми минералами и устойчивыми формами полутораокисей. Это означает, что фульвокис-лоты южных карбонатных черноземов являются малоподвижными.

Значительное количество гумусовых веществ (до 58%) составляет «негндролизуемый остаток гумусовых веществ» или гумни. Высокое содержание его в изучаемых почвах обусловливается тяжелим механическим составом почв и высоким содержанием в них илистой фракции. В результате распашки целинной почвы происходит относительное увеличение содержания гумнна в слое 0—10 см. Это, по-видимому, связано с более быстрой минерализацией гумнновых и фульвокислот по сравнению с гумпнамн почвы,

ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ ПРЕПАРАТОВ ГУМУСОВЫХ

КИСЛОТ ЮЖНЫХ КАРБОНАТНЫХ ЧЕРНОЗЕМОВ В СВЯЗИ С СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОЧВ

Изучение фракционного состава гумуса сопровождалось определением оптических свойств фракций гумнновых кислот в видимой части спектра. Гумшювые кислоты сходны но характеру своих спектров, что свидетельствует об однородно* сти химической природы исследуемых соединений. Однако, в обрабатываемом слое почвы сосредоточены гумнновые кислоты с наиболее простым строением, так как их оптнческая-ллот-иость меньше, чем у гумпновых кислот целинных почв. Видимо, это явление можно объяснить более интенсивным новообразованием гумпиовых кислот в пахотной почве (М. М.1 Кононова, 1963; Д. С. Орлоп, 197-1). Все изменения качественного состава гумуса свидетельствуют о приобретении почвой более устойчивых свойств.

Для более глубокого изучения природы гумусовых кислот н возможного влияния деятельности человека на их природу были выделены препараты гумнновых и фульвокислот из верх-

него (0—10 см) н нижнего (50—60 см) слоев чернозема различного сельскохозяйственного использования (целина, пашня, многолетние травы и лесополоса). Частично данные элементного состава представлены в табл. 3.

Как можно судить но приведенным данным, элементный состав гумусовых кислот различных вариантов выравнен по содержанию углерода, а по содержанию Н, N и О наблюдаются некоторые изменения. Под участком 40-летней лесополосы наблюдается повышенное содержание водорода и азота в препаратах фульвокислот. По степени окисленностн (Д. С. Орлов, 1970) эти соединения представляют собой слабо восстановленные вещества. В элементном-составе гуминовых кислот пашни уменьшается содержание азота. Степень окпсленности гуминовых кнслот пашни выше, чем степень окпсленности гуминовых кислот целины и лесополосы.

Содержание функциональных групп в препаратах гуминовых кислот примерно одинаковое и колеблется в пределах от 780 до 970 му^кв, на 100 г, вещества. На участках целины, многолетних трав и лесополосы наблюдается увеличение общего количества функциональных групп. Количество функциональных групп во, фракциях фульвокислот колеблется в пределах 320—560 мркв.на 100 г. вещества.

Гуминовые кислоты южных карбонатных черноземов, различных по сельскохозяйственному использованию, имеют сходный характер спектров оптической плотности, что свидетельствует об однотипности химической природы исследуемых соединений. Однако, наблюдаются некоторые различия в оптических плотностях. Так, происходит увеличение оптической плотности с глубиной. Выявлены различия в оптических плотностях гуминовых кислот в слое 0—10 см по вариантам. Самая низкая оптическая плотность у гуматов почвы под лесополосой, чуть более высокая — у гуматов почвы под многолетними травами. Среднее значение имеют гуматы под целинной и саман высокая оптическая плотность у гуматов почвы, занятой пашней.

Рассчитанные значения Е<: Ее, которые характеризуют степень конденсированностн ароматического ядра гумусовых веществ н соотношение в молекулах ароматических и алифатических структур (Л^. М. Кононова, 1963), позволяют выявить некоторые различия в строении гумусовых веществ, выделенных из почв пашни и целины. Это, видимо, можно объяснить более интенсивным новообразованием гумусовых соединений в почвах под древесными растениями, чем в почвах, занятых целинной травянистой растительностью, так как более «молодые» в химическом отношении гумусопые вещества имеют меньшую оптическую плотность, нежели более «зрелые» представители этой группы (М. М. Кононова, 1963).

п

Таблица 3

¡5 Элементный состав гумусовых кислот южных карбонатных,черноземов

при различном нх сельскохозяйственном использовании в слое 0—10 {в % на сухое беззольное вещество)

Объект, препарат ■Зольность, % ; С н N 0 С н С " N С 0 Степень окислен-[¡ости

. : Г ііи и дав ые кислоты . . . 4.3С , £0,57 . : 4,54 ■ 39,93 0,86 , 13,02 .. 1,09 +0,02

■ й .. ¡Е-■ К -Фульвокиелоты -фр. I . . ' , . , 4,98 . 40,61 - ті 6.71 • 3,94 49,74 о,к> 12,03 1.С0 +0,17

: фр. п., .... . . 4,17 42,43-; • 5.54 , ; ,.3,98 ■ :4Й.05 ■ 0,04 12,43 , 1,1в

! ЕС , Гум к новые' к и слоты , .* . 4,74 49,55 .' і- ■ "' -4,84 • ; 3,33 ■ 42,28 0,87 ■17,35 Г,53 +0,12

Д » * СС л !С к; з 1 Фульвокиелоты фр. 1 . ... , ■ 6,29 40,62 - 5,54 - - <15 . 49,69 0,62 11,40 . 1,09 +0,21

1 » С о " ."ФР- П. • .. . • • ■ 2,91 , 40,97- 5,29 - . 4,32 .49,42 0,65 идо 1,10 ' +0,28

: а ы Гумниовые кислоты . . . 4.35 .49,00- : 5.12 4,84 41,04 /Хй> ; 11,82 1,59 , +0,01

:1. Фульвокиелоты ..Фр. I........ • ! 5,(Х> ; 33,10: 6,80 6,12 -53,98 0,41 - 6,32. ... 0,82 .-0,01

ФР. И...... 4,03 : ; 33,06 6,84 ; 5,» 54,20 0,4! • 6^1 . 0,81 -0,01

С глубиной выявленная тевденцня изменения в структуре гумусовых веществ по вариантам сохраняется.;

С помощью инфракрасной спектроскопии мы попытались изучить свойства гумусовых соединений различного пропс-, хождения. -ПК-спектры большинства гумусовых, кислот , имеют одинаковый характер, что подтверждает мнение преж- . ннх исследователей о, единстве основ их строении. Однако у фульвокислот спектры поглощения отличаются большей интенсивностью в области поглощения ОН-групп (3600— 3200 см-') и в области 1150—1000 см-1, характерной для спиртов, а. возможно для Сахаров и глюкозидных связей. Кроме того фульвокислоты не имеют четко выраженной полосы поглощения при 1710 см-1. По вариантам опыта в ПК-спектрах гумусовых веществ сильных различий не наблюдалось.

НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ГУМУСООБРАЗОВАНИЯ : В ЮЖНЫХ КАРБОНАТНЫХ ЧЕРНОЗЕМАХ л. 1 СЕВЕРНОГО КАЗАХСТАНА

Несмотря на то, что многие исследователи изучали процессы разложения растительных остатков, в настоящее время все еще мало данных по разложению корневых растительных, остатков в этих почвах.

Растительные остатки являются основным^ материалом для образования перегноя в почве и служйУ^стбчннко:^ получении минеральных веществ для растений.:

Данные по количественному учету биомассы целинной и культурной растительности представлены в таблице 4.

" Из таблицы 4 видно, что на южных карбонатных черноземах* с ■ типчаково-ковыльной растительностью больше нара-

Т а бл и ц а 4

Растительная масса целинной и культурной растительности в метровом слое южного карбонатного чернозема (числитель —ц/га,'знаменатель — процент от биомассы)

Растительность а ч г £ м _ П ^ ^ (й м и гни т « О 3 эт а и г о. КЗ Г] к иг - Э г; <> 3 ^ • сэ _ Е » £ 2 .¿у. У Я о г И к •= = •= о £ и о а; = ^ ^ и п о ™ п О Ьй Ж в

Тип ча ково -ков ы л ь и а я Яровая пшеница ад' ■ 412.7 52.5 ■ 5.0 490.3 18,5 ' 2,0

4.1 49.7 84,2 101,8 10,7 16Д 1,0 ¡10.2 100,0 178.1

9.2 100,0

* Для целинной растительности — опад надземной части,

■ ■' . 13

щивается корневая,,и меньше надземная масса, тогда как с культурной растительностью. (яровая;пшеница)-больше наращивается надземная,» меньше корневая:масса. Рост ^развитие надземной и кор'невой:массы растений во многом зависит от погодных условий (табл. 5). 1970 год был годом с количеством осадков ниже нормы:'(сухим); а 1972 —годом с количеством осадков выше нормы (влажным). ■>.,' ■ " ¿г*" , ; 'ь ■ Т а б л н ц а 5

Запасы биомассы растений в южном карбонатном черноземе лрн различных погодных условиях вегетздионого периода (ц/га)

Растите ль пості.

■ Объекты исследований * типі ахов о-иоз ыль-. ..нан яровая пшеница-

- 1970 1972 1970 1972

Надземная масса . . ■ - .. Корневая масса в слое 0—100 см 1 , Отношение корневой массы к надземной массе . . ■. . . . . . . Количество осадков, мм / .. . , ' в, 2 ' : 4С5,а 55,б" 351,7 * 20.1 '456,2 ' "" 23.1 465,5 . - ! 118,0 2,8 ■ 35К7 49,5 ,101,8 ■ 3-° 405,0

. Как видно из таблицы," количество выпадающих осадков влияет на рост биомассы.культурной растительности. Биомасса яровой пшеницы в «засушливый» 1970 год уменьшилась п 2,2 раза, в то время как биомасса естественной растительности уменьшилась всего на один процент. Таким образом, накопление биомассы растительности зависит не только от биологических особенностей* но и от экологических условий окружающей среды. V*" , ; Двухлетний полевой опыт (1970—1972), целью проведения .которого служило изучение „скорости разложения растительной массы, показал, что после 2 лет (разложения растительных остатков неразложившнмнся'остались от 13 до 60% органических остатков; По-интенсивности разложения во всех вариантах первое место занимают корневые-органические остатки яровой пшеницы. Медленнее происходит разложение корневых остатков, целинной растительности. . Это объясняется наличием в их составе старых огрубевших корней.

В целом но результатам опытов' можно говорить о том, что наиболее энергично процесс,разложения происходит в нижней части пахотного слоя, где создаются лучшие условия увлаж-«нения. Интенсивность разложения выше в начале опыта, со временем скорость ; разложения замедляется, что связано, по-видимому, с процессами минерализации и гумификации растительных остатков. ч V / '' ' 14 ' ■

Для изучения новообразованных гумусовых КИСЛОТ Н ВЛИЯНИЯ химического состава растительного материала на природу этих соединений мы проводили лабораторный опыт по общепринятой методике. В процессе компостирования через 60,МО, 360 дней, а также в начале опыта выделялись препараты новообразованных соединений из растительных остатков: листьев клена и вяза, стеблей целинной растительности и полыни, соломы яровой пшеницы и корней целинной растительности.

Для определения элементного состава, функциональных групп, оптических свойств н снятии ИК-спектров поглощения приготовляли чистые препараты гумнновых кислот. Дли этого щелочной раствор (0,02 и NaOH) гуминовой кислоты, очищенный от минеральных частиц почвы, подвергался' электродиализу, а затем чистый осадок гумииовон кислоты выпаривали и высушивали в термостатированном шкафу при +38 С, Динамика изменении элементного состава гумнновых кислот в процессе гумификации представлена в таблице 6.

Исследования показали, что по элементному составу новообразованные гумусовые вещества различаются. Так, лпгно-фульвоноиые кислоты имеют в своем составе меньше углерода н больше И, N, О. В процессе гумификации наблюдается лишь постепенное уменьшение количества углерода и азота при постепенном обогащении кислородом. Рассматривая атомные отношения но вариантам, видно их различие, что, ио;вндимому, связано с различным происхождением веществ. Наблюдается закономерность в увеличении отношения С:Н и уменьшении С: N и С: О, что связано с относительным увеличением доли углерода в препаратах. Рассчитанный коэффициент окислен-ности в процессе гумификации увеличивается, У препаратов лигнофульвоновых кислот и фульвокислот этой четкой направленности процесса не наблюдается.

Изучение оптических свойств новообразованных гуминовых кислот показало, что но мере гумификации их оптическая плотность во всех вариантах увеличивается, причем это увеличение особенно отчетливо заметно в красной части спектра. Наблюдается прямая связь между оптической плотностью и степенью обуглерожениости, на что ранее обращала внимание Л. Н. Александрова (1970).

Одной из важных характеристик гумусовых кислот является наличие в их молекуле функциональных групп. Общее количество карбоксильных и фенолгндрокенльных групп в новообразованных кислотах в значительной степенн зависит от состава.растительного материала. Фенолгидроксильиые группы в гумнновых кислотах преобладают над карбоксильными по всем вариантам н во всех сроках компостирования, Hanls •

ч " ■ ■■ ' . ^ ■

. "".'■.*':■ ' ' " . Таблица 6 Элементный состав новообразованных гумусових кислот,

выделенных из разлагающейся-растительной массы* - ~ ■ 'І ■■";

Гумиковие КІКЛОШ ■* Лигнофульвомовие КИСЛОТЫ

Объект, Ш которого виде леи препарат гі 5 РЗ а. к~ процент кз сулое беззэльсое вещество •V а томные' отношения Л я «и продет на суло; бозз-ольнос вещество ■ а го иные отношения і

м = о ~ - с н N С С С (У е; 5 Л«® О О ® _С„, • И N. 0 С С с Зі ^ я Л й 5 О о ж

Ой О - н N 0 Н N 0

Корни це- • . лннной растительности ^. ■. л 1 ' О со 140 т 5255 ■ 52,44 50,32 48,94 - 6,02 5,73' 5,735,35 5,1 Г1 3,83. 3,32 3,17, * 36.02 37,95 40.03 42.53 0,73 0.77. ,0,77; и,ад 1Ь8а 17,70 18,00 1,85 1.05 . ІМ 1: ■ - —052 М>,15 —0,01 44,51 4402 44,83 48.С9 7.12 6,46 5.£Э 6,45. і • ' " 7,24 6.83 5,77 5,<Й . ^ 41,1046,09 43,51 <0,43 0,52 0£3 0,04 0,63 " І- 7,15" 6.04: . 9, СО Л, 15 1,45 1.13 1,37 '■і-®?: -0,53 -051 -Ц12 -0,31

Стебли це-: линлой растительности о, оо 140 ЗЄ0 55,47 51,50 52,31 ■ Є.8І 6,05550' 5,01 см 3.584.09 3,61 31,(0 38йі: 344739,25 0.72 :а85' .088 'т 10,89 14,90' 16,80 ¿381,781,81.1.78. ^-0,63 и),28 -0,09 МХ02 0 46,67 40.07 42,22 4$,43 7,05 6,70 6,42 6,18 4,(53 4,01 3,88 3,55 41,7449,19 47,43. 41ДІ ¿,55-0,51 0,55 0,й3 Ї1.72 11^0 12,70 15,90 (1.49 1,10 1.19 1,5 ( ^ола -0,12 -0,21

Солома яровой птеншш О ■«>. 140' 350 5-1.51 48,аа 46.74 52,41 6.40 5^72: 5.81' 5,і5- 5£}. 5,30 3,70 4.00 ЗЗДГ 40,10 43,75 з;,аг .'¿72 ■0,72' 0.63 0,77 1250 1480 14,75 1557 >2,13-1,03 1 1.431.85 ^0,48 —0,17 -0,08 —0.02 43,0Г 42,47 40,33' 48,02 (ДО 6,32 С,4б 6,92 3,23 4,06 5,7? 47,01^ 47,60 49,17 38,67 0,56 0.53 № 15,40 13,70 І1.С0. Е^80 1І25" •НШ 1,10 ш г-0,21 —О,С0 -o.es

* Представлена часть таблицы из диссертации.

большее количество фенолгидрокснльных* групп содержится в негумнфнцируемом растительном материале.'

Характерно, что во всех вариантах содержание карбоксильных групп по мере гумификации увеличивается; что говорит об увеличении степени окисленностн гумифнцируемого мате, риала, т. е. усложнении)* ёго.'строения. Выделенные нз гумифи-цированных растительных остатков фульвокислоты отлнчают-,.ся от гумнновых кислот меньшим содержанием углерода и большим количеством Н, и более высокой степенью окнслен-ности. , ,, " ! '

. Отмеченная. ранее тенденция «созревания» у' гумнновых кислот, для, ф ул ь в ок исл от, не, на б л юд а'етс я. Это связано, .по-видимому, с большей мобильностью'фульвокислот и их большей восприимчивостью к биохимическим процессам, протекающим; в компостах. ' \ ...V

Изучение ИК-спектров поглощения гумусовых' кислот показало, что'природа этих соединений одна, но в'процессе, гумификации происходят некоторые, изменения в поглощении некоторых групп. Степень поглощения полосы с'м'акснмумом . около 2940 см-1. и 1460 см~' (колебания СН2 н СН3' групп) усиливается по мере гумификации, С увеличением срока компостирования уменьшается интенсивность полосы с максимумами вблизи. 1270 см"1 и 1230 см-1 (колебания СО в простых ..эфирах), а.также с максимумами в области 1200—1100 см-1, отвечающих колебаниям спиртовых группировок. Отчетливо видно уменьшение поглощения полосы сг максимумом около 1730 см-1 (карбоксильные группы), что свидетельствует „об усилении взаимодействия гумнновых кислот с минеральной частью. Область поглощения в интервале ' 1600—1640 см-1 (карбоксильные группы хинонов) смещается до 1660 см-1 в процессе гумификации и усиливается степень ее поглощения. Степень поглощения почти всех групп соединений с длительностью гумификации увеличивается,, что, с нашей точки зрения, может подтверждать ранее высказанные предположения, что происходит «созревание» гумусовых соединений к концу компостирования. _ ,

ИК-спеетры фульвокислот имеют меньший набор полос „поглощения, чем ИК-спектры гумнновых кислот" Четких различий для ИК-спектров фульвокислот не удалось обнаружить, как для гумнновых кислог. , .

г_____ ОБЩИЕ .ВЫВОДЫ ,, .. .....

1. Гумус исследуемых*черноземов гуматного; тнпа, отличается .сравнительно высоким содержанием гумнновых кислот (22—37%) и нерастворимого остатка почвы'—50—60%.

2. Сельскохозяйственное использование южного карбонат-

17

ного чернозема в течение 14 лет без внесения органических и минеральных удобреннй-'ирпводит ^уменьшению содержания гумуса и азота. Этот-процесс Ус наибольшей интенсивностью проявляется в биологически активном слое почвы (0—20 см), где содержание гумуса снизилось на 18,2—23,3%,~ а азота на .10,7—11,7%. .. ■

-. 3. Введение безотвальной -обработки почвы на глубину 12—14 см обусловливает снижение темпов потерн содержания' гумуса и азота. За период, рыхления почвы 'в слое 0—20 см запасы гумуса сннзйлнсь^на 18,2%,,азота — на 10,7% против 23,3 н,11,7% на пашне с отвальной обработкой;

• 4. За 14-летннй^период использования почв под зерновые^ каких-лпбо существенных качественных изменений в составе гумуса.не обнаружено, но отмечена тенденция к некоторому относительному увеличению . группы гуминовых кислот н уменьшению группы фульвокислот в 20 см слое почвы. -

5. Исследования свойств гуминовых ; кислот изучаемых почв показывают,; что за короткий, период сельскохозяйственного использования почв: не; проявляются резкие изменения состава гумусовых веществ. Отмечается тенденция к увеличению степени; ОбуГЛерОЖеННОСТН ^ ГуМИНОВЫХ'КИСЛОТ' пашни и повышение оптических свойств их, что, по-видимому, связано с усложнением строения ароматического ядра кислот.

6. ИК-спектры vi поглощения-гумусовых веществ, выделенных из почв с различным: сельскохозяйственным использованием, имеют сходный, характер, но отличаются по интенсивности поглощения отдельных полос. На вариантах пашни в ИК-спектрах существенных различий не выявлено. •

7. Изучение бнологнческих'свойств целннных и пахотных черноземов показало, что'онн, изменяются не,только от вида угодий, но и от способа обработки почвы. Биологическая активность пашни с безотвальной обработкой ниже биологической активности пашни с отвальной обработкой. Процессы- поглощения кислорода и-выделение углекислоты, а так же активность пнвертазы в верхней части гумусового горизонта карбонатных черноземов выше, чем в нижней его части как для целины, так и для пашни, причем на пашне эти процессы протекают более активно.- -

8. Целинная (типчаково-ковыльная) растительность накапливает в 2,7 раза больше биомассы, чем яровая пшеница; в составе биомассы тнпчаково-ковыльной растительности живых корней в 4 раза больше,'чем в биомассе яровой пшеницы.

9. Интенсивность разложения остатков культурной растительности наибольшая в, нижней части-пахотного слоя. Быстрее всего разлогаются.корневые, растительные остатки и среди них — корневые остатки яровой пшеницы?

Ю."Изучение лабораторным путем динамики образования

18 • Ч f.

гумн нов »подобных соединений в процессе компостирования различной растительной массы показало, что эти вещества образуются на протяжении всего периода гумификации, но количество их со временем уменьшается, что связано, по-видимому, с закреплением их на поверхности глинистых частиц.

11. Элементный состав новообразованных гумусовых кислот изменяется в течение гумификации в сторону увеличения относительного содержания С и О, а также уменьшения содержания Н и М, увеличивается количество карбоксильных групп, а следовательно, и степень окисленнасти препаратов,

12. Новообразованные гумусовые кислоты имеют приблизительно одинаковый состав и свойства, но отличаются от препаратов, выделенных из изучаемых почв, меньшим содержанием карбоксильных групп.

13. Химический состав растительного материала в начальный период компостирования влияет на состав и свойства гумусовых кислот, но к концу процесса гумификации этн различия сглаживаются. Отмеченные закономерности подтверждаются характером ИК-спектров.

По теме диссертации опубликованы следующие работы ;

1. Содержание гумуса и биологическая активность южного карбонатного чернозема Казахского мелкосопочника. Доклады ТСХА, в. 181, 1972.

2. Растительные остатки целинной и культурной растительности на южных карбонатных черноземах Северного Казахстана. Доклады ТСХА, в. 193, 1973 (в соавторстве).

Объем 1'/« п. л. _Заказ 958-__Тираж 150

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