DisCollection.ru

Авторефераты и темы диссертаций

Поступления 08.08.2011

Материалы

загрузка...

Карбонатно-кальциевый режим и гумусовое состояние черноземов лесостепи ЦЧР

Стекольников Константин Егорович, 08.08.2011

 

длительном применении удобрений и дефеката

Вариант Глубина, см мг на 100 г гуминовых кислот

Fe2O3 Al2O3 P2O5 B2O3 CaO MgO K2O SO3 CuO ZnO

Контроль 0-20 34,5 65,2 97,3 1,2 132,3 3,5 18,6 478,5 37,2 6,0

20-40 41,3 179,5 77,9 3,3 171,1 28,8 13,0 580,5 43,8 5,1

Фон 40т/га

навоза 0-20 33,8 41,3 83,8 8,3 66,4 3,4 12,3 441,1 36,8 3,7

20-40 28,0 123,7 73,5 4,9 113,8 2,3 15,2 426,5 48,4 0,4

Фон + N60P60K60 0-20 39,9 146,9 108,7 3,3 62,2 4,6 20,0 630,5 23,3 5,3

20-40 32,6 110,3 68,9 13,5 104,8 1,2 11,5 421,4 42,1 0,0

Фон + N120P120K120 0-20 39,2 50,1 83,3 1,5 252,0 15,6 18,6 794,7 42,0 4,3

20-40 49,4 68,4 78,6 15,4 262,0 14,6 19,8 797,5 41,3 0,0

Фон + дефекат 0-20 32,8 43,5 70,7 2,5 220,8 13,0 26,2 727,1 47,3 1,8

20-40 37,9 62,1 71,2 7,6 256,5 22,4 22,8 705,9 45,0 5,1

Дефекат + N60P60K60 0-20 32,8 43,5 70,7 2,5 220,8 13,0 26,2 727,1 47,3 1,8

20-40 37,9 62,1 71,2 7,6 256,5 22,4 22,8 705,9 45,0 5,1

За исключением слоя 20-40 см контрольного варианта, содержание Mg в ГК первых трех вариантов изменяется от 2.27 до 4.64 мг MgO/100 г ГК. Это количество магния в составе ГК можно считать низким. Более высокое количество Mg в ГК двух последних вариантов связано с внесением его с дефекатом. Более высокое содержание магния в ГК почвы варианта «фон+N120P120K120», вызвано более высоким мобилизующим действием МУ на минеральную глинистую часть черноземной почвы, в результате которого возможен выход Mg в ионную форму и поглощение его ГК.

Количество меди среди исследуемых препаратов ГК колеблется в небольших пределах – 36.82-48.40 мг CuO/100 г ГК. Исключением является вариант «фон+N60P60K60» в ГК почвы, которого содержится всего лишь 23.30 мг CuO/100 г. Цинк, как микроэлемент, присутствует в ГК в крайне малом количестве – 4.28-6.01 мг ZnO/100 г ГК. В слоях 20-40 см фонового варианта, с одной и двойной дозами МУ этот элемент вообще отсутствует в составе ГК или находится в крайне малом количестве. Наиболее обеспечены этим элементом ГК контрольного варианта – 6.01-5.07 мг ZnO/100 г ГК. Содержание железа в изучаемых ГК небольшое. Оно изменяется по вариантам в пределах 32.64-49.39 мг Fe2O3 /100 г ГК. Низкая степень обеспеченности ГК железом наблюдается в почве фонового варианта – 33.78 мг в слое 0-20 см и 28.0 мг Fe2O3/100 г ГК в слое 20-40 см. Более высокая обеспеченность ГК железом наблюдается в почве варианта «фон+N120P120K120» – 39.19 мг в слое 0-20 см и 49.39 мг Fe2O3/100 г ГК в слое 20-40 см.

Наиболее высоким содержанием алюминия характеризуется зольная часть ГК варианта «фон+N60P60K60» – 146.91 мг Al2O3/100 г ГК в слое 0-20 см и 110.27 мг Al2O3/100 г ГК в слое 20-40 см. На контроле в ГК из слоя 0-20 см, содержится 65.17 мг Al2O3 /100 г ГК. ГК вариантов с дефекатом низко обеспечены алюминием. Если низкое содержание этого элемента в ГК варианта «фон+дефекат» объясняются тем, что внесение дефеката создает нейтральную реакцию, при которой образование комплексно-гетерополярных солей затруднено, то низкое содержание алюминия в составе ГК варианта «фон+N120P120K120» (50.15-68.38 мг Al2O3/100 г ГК) можно объяснить более высокой подвижностью алюминия при кислой реакции этого варианта.

Содержание серы колеблется в пределах 421-797 мг SO3/100 г ГК. По содержанию серы в ГК все исследуемые почвы можно разделить на группы. В первую группу входят варианты контроля и фона, где содержание серы в ГК изменяется от 426 до 580 мг SO3/100 г ГК. Наиболее высокое количество серы содержат ГК вариантов с двойной дозами МУ и с дефекатом – 705-797 мг SO3/100 г ГК. Третью группу ГК представляет вариант «фон+N60P60K60», содержание серы в ГК почвы которого равняется 630 мг в слое 0-20 см и 421 мг SO3/100 г ГК в слое 20-40 см.

Содержание фосфора значительно меньше, чем серы. Оно колеблется по вариантам опыта в пределах 68-97 мг Р2О5/100 г ГК. Главным аккумулятором этого элемента в ГК являются нуклеотиды, фосфатиды, которые образовались в растительных организмах и перешли при гумификации в состав молекул ГК.

5.12 Гидролиз гумусовых кислот, строение и компьютерные

модели продуктов гидролиза

Результаты исследования оптических и кислотно-основных свойств фракций ГК и ФК позволяют выявить связь между их химическим строением и изменением состава гумусовых кислот в процессе выделения из почв. Одним из химических свойств гетероцепных высокомолекулярных соединений является гидролиз связей между отдельными звеньями молекул. В первую очередь должны гидролизоваться амидные связи. В результате этого процесса от молекулы ГК отщепляются аминокислоты и низшие пептиды. Образовавшиеся низкомолекулярные азотсодержащие вещества частично формируют состав ФК, по-видимому, их фракции В, молекулы которой обладают по данным УФ-спектроскопии алифатическим характером. При этом несколько повышается относительное содержание в ней углеводных фрагментов, что подтверждено данными ИК-спектроскопии. Повышение кислотности среды вызывает дальнейший гидролиз. При этом за счет разрыва сложноэфирных связей от молекулы ГК частично отщепляются углеводные фрагменты, которые могут одновременно окисляться. Окисление углеводного фрагмента может параллельно протекать и в молекулах ГК, не подверженных гидролизу.

В результате этих процессов возрастает ароматичность молекул ГК, что показано их оптическими исследованиями, а в растворе образуются алифатические дикарбоновые окси- и оксокислоты, которые входят в состав фракции В ФК. Одновременно возможно протекание частичного гидролиза простых эфирных связей. Это приводит к образованию низкомолекулярных ароматических соединений, формирующих фракцию А ФК, что подтверждается спектроскопическим данными, и олигомерных соединений, имеющих как ароматические, так и алифатические структуры. Состав этих олигомерных соединений соответствует собственно фульвокислотам и образует фракцию Д ФК. Предполагаемый состав продуктов гидролиза ГК показан на рисунке 16.

Данный состав фракций ГК и ФК, содержание карбоксильных групп и фенольных гидроксилов различной силы в молекулах фракций А и Д ФК также подтверждено данными потенциометрии.

Рисунок 16 – Продукты гидролиза ГК

Глава 6. Влияние удобрений и мелиорантов на изменение физико-химических свойств и поглотительную способность почв

6.1 Влияние удобрений и мелиорантов на изменение

физико-химических свойств чернозема выщелоченного

Наряду с изучением гумусного состояния мы выполнили изучение физико-химических свойств. Отмечаемое нами в отдельные годы вскипание в пределах гумусового горизонта является нетипичным для чернозема выщелоченного, однако в нашем случае оно обусловлено не высоким залеганием карбонатов, а их сезонной миграционной формой. Водный режим черноземов выщелоченных характеризуется значительным преобладанием в летний период восходящих токов влаги над нисходящими. Восходящие токи влаги вызывают протекание реакции: СаСО3 + СО2 + Н2О ? Са(НСО3)2 и перенос хорошо растворимого гидрокарбоната кальция из карбонатного в нижнюю часть гумусового горизонта, что и обусловливает проявление в нем сезонного вскипания.

В широком диапазоне варьирует величина гидролитической кислотности 1.5-6.2 мг-экв/100 г почвы. В исходном состоянии изучаемая почва имела высокую сумму обменных оснований – 29.5-38.0 мг-экв/100 г почвы и значительное колебание степени насыщенности основаниями – 82-94%.

В целинном аналоге, который находится под луговой растительностью, ЕКО в гумусовом горизонте колеблется в пределах 24.83-27.57 мг-экв /100 г почвы. Возделывание с.-х. культур без внесения удобрений (контроль) способствовало значительному уменьшению показателей ЕКО. В пределах профиля они изменяются от 23.60 до 20.81 мг-экв/100 г почвы. Уменьшение величин ЕКО равняется 4 мг-экв/100 г почвы.

Использование органических удобрений в течение 20 лет не замедлило темпов снижения ЕКО. Применение МУ обусловило заметное снижение ЕКО в пределах гумусного слоя. Внесение дефеката совместно с органическими удобрениями значительно улучшило физико-химические свойства чернозема, ЕКО в почве этого варианта достигает в пределах профиля 24.45-28.48 мг-экв/100 г почвы, практически превышает целинный аналог.

По отношению к целине на всех вариантах опыта, за исключением вариантов с дефекатом, отмечается снижение содержания обменных оснований в пахотном слое на 2.68, 3.08, 4.78 и 7.03 мг-экв/100 г почвы на вариантах контроля, с одной и двойной дозами МУ соответственно. С увеличением протонной нагрузки возрастают потери обменных оснований. Таким образом, дефекат, внесенный по органическому фону, практически компенсирует подисляющее воздействие МУ. Это эффект несколько ниже на варианте «дефекат+N60P60K60».

Величина гидролитической кислотности в пахотном слое возросла по сравнению с целиной на вариантах опыта на 2.34, 3.11, 4.04 и 5.55 мг-экв/100 г почвы соответственно на вариантах контроля и с МУ. На варианте с дефекатом по органическому фону она ниже, чем на целине на 0.43, и 0.21 мг-экв/100 г почвы на варианте с дефекатом с МУ.

Эти закономерности хорошо согласуется с нашими данными по изучению функционального состава ГК и ФК. Если суммарное содержание функциональных групп в гумусовых кислотах целины составляет 17.61 ммоль/г, то на варианте с максимальной протонной нагрузкой – двойной дозой МУ - 15.90 ммоль/г, а на варианте с дефекатом по органическому фону - 18.52 ммоль/г.

Установлено, что систематическое применение МУ приводит к существенному подкислению черноземов. Поэтому использование известкового мелиоранта совместно с органическими и МУ привело к существенному улучшению физико-химических свойств. Реакция становится нейтральной в верхних горизонтах и близкой к нейтральной в более глубоких горизонтах изучаемого чернозема.

6.2 Влияние пульсационно-миграционных процессов карбонатов

на физико-химические свойств чернозема выщелоченного