АГРОХИМИЯ, 2015, № 9, с. 67-74
УДК 631.417:631.445.24:631.821.1
МИГРАЦИЯ ВОДОРАСТВОРИМЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
ИЗ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ СУПЕСЧАНОЙ ПОЧВЫ, ПРОИЗВЕСТКОВАННОЙ РАЗЛИЧНЫМИ ДОЗАМИ МЕЛИОРАНТА
© 2015 г. А.В. Литвинович1, О.Ю. Павлова1, В.М. Буре1, 2, А.В. Лаврищев3
Агрофизический научно-исследовательский институт 196600 Санкт-Петербург-Пушкин, ш. Подбельского, 7, Россия
2Санкт-Петербургский государственный университет 199034 Санкт -Петербург, Университетская наб., 7-9, Россия 3Санкт-Петербургский государственный аграрный университет 196601 Санкт -Петербург-Пушкин, Петербургское шоссе, 2, Россия E-mail: avlavr@rambler.ru
Поступила в редакцию 16.01.2015 г.
В работе прослежены изменения содержания водорастворимых органических веществ (ВОВ) спустя 5 лет после известкования кислой дерново-подзолистой супесчаной почвы различными дозами мелиоранта (конверсионного мела). Выявлено, что в варианте опыта с научно обоснованной дозой мелиоранта количество Сорг, извлекаемого водой при комнатной температуре, не изменялось, а при извлечении кипящей водой - снижалось на 24% по сравнению с неизвесткованной почвой. При использовании мелиоранта в дозе 2.5 Нг выход Сорг, извлекаемого водой при t = 20°C, увеличивался на 17%, извлекаемого кипящей водой - снижался на 22%. Показано, что увеличение дозы мела в 2.7 раза усилило потерю ВОВ в результате миграции в 1.2 раза. При 1-3-й промывке, вне зависимости от варианта опыта, происходило резкое снижение содержания Сорг по экспоненциальному типу. Начиная с 4-й промывки, отмечена сложная нелинейная динамика изученного показателя. Предложены эмпирические модели, адекватно описывающие общую тенденцию динамики вымываемого ВОВ. Индекс оптической плотности элюатов ВОВ (Есмг/мл), просачивающихся сквозь почву, был характерен для растворов фульвокислот и менялся вне зависимости от варианта опыта от 0.4 до 2.2 ед.
Ключевые слова: миграция, водорастворимые органические вещества, дерново-подзолистая супесчаная почва, известкование, мелиорант (конверсионный мел).
ВВЕДЕНИЕ
Согласно современным представлениям, функционирование системы гумусовых веществ в почвах поддерживается благодаря наличию и определенному соотношению в органическом веществе почвы лабильных и устойчивых (стабильных) форм гумуса. Лабильное органическое вещество, в том числе и лабильные гумусовые соединения, легко подвергается биодеструкции и быстро минерализуется, выполняя защитные функции в отношении устойчивых форм гумуса и всей системы гумусовых веществ [1].
Содержание водорастворимых органических веществ (ВОВ) признается всеми исследователями в качестве наиболее лабильной, доступной для питания растений и микроорганизмов части гумуса и является весьма информативным показателем эффективного плодородия почв [1-5].
Поэтому при изучении лабильных форм органического вещества определение содержания ВОВ является обязательным элементом анализа [3].
К настоящему времени в литературе накоплен определенный фактический материал, посвященный изучению содержания ВОВ в почвах различного генезиса [1, 5, 6-8]. Установлено, что доля растворимого органического вещества в органическом веществе почвы невелика и составляет всего 0.05-1%, что обусловлено его повышенной миграционной способностью и лабильностью [9-11]. Внесение минеральных и органических удобрений существенно увеличивает содержание Сводн [5, 12-16].
Лизиметрические воды, дренирующие почвенный профиль, можно рассматривать как аналог Сводн. Многочисленными исследованиями установлено, что в составе ВОВ доминируют фульво-
кислоты (ФК). Низкомолекулярные органические кислоты занимают лишь незначительную часть.
Изучение ряда объектов Карельского перешейка (ручьев, рек) показало, что основная масса органического вещества, растворенного в поверхностных водах, представлена группой гумусовых веществ, относящихся к ФК. Их содержание, вычисленное по бихроматной окисляемости, было равно 85-70% органического вещества [17]. В результате изучения состава органического вещества в р. Нева установлено, что на долю ФК приходится 90% общего содержания ВОВ [18]. По данным Фокина с соавт. [19], в составе Сводн почв подзолистого типа содержание ФК составляет 80%. Количество низкомолекулярных кислот индивидуальной природы (щавелевой, янтарной, фумаровой и др.), а также таннидов и уроновых кислот не превышает 20% от общей суммы Сорг.
По данным [20], в ВОВ почв содержится всего 3-6% низкомолекулярных органических кислот. В работе [21], используя метод бумажной хроматографии, в почвенном растворе были обнаружены индивидуальные органические вещества в микроколичествах.
На сегодняшний день в литературе имеются материалы о влиянии известкования на ВОВ почв подзолистого типа, полученные в длительных полевых опытах [1, 15]. Вместе с тем сопряженное изучение влияния известкования на ВОВ кислых дерново-подзолистых почв с установлением масштабов их миграции после полного растворения мелиорантов в почвах ранее не проводили. Не разработаны также математические модели, описывающие процессы вымывания ВОВ из известкованных почв.
Цели работы - в длительном вегетационном опыте с различными дозами мелиоранта изучить влияние известкования на ВОВ кислой дерново-подзолистой почвы; в модельном опыте на колонках установить масштабы миграции ВОВ при многократном промачивании мелиорированной почвы спустя 5 лет после известкования; разработать математические модели, описывающие процессы миграции ВОВ из почвы, произвесткованной разными дозами мелиоранта.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектом исследования служила дерново-подзолистая супесчаная почва, отобранная под естественным многолетним лугом. Физико-химическая характеристика почвы следующая: рНкс1 4.1, Нг - 5.4 ммоль-экв/100 г, гумус - 3.02%, содержание частиц <0.01 мм - 18.6%.
В качестве мелиоранта использовали конверсионный мел - побочный продукт азотнокислой обработки фосфатного сырья при производстве минеральных удобрений. Содержание СаС03 в меле равно 90%. Мелиоративные свойства мела подробно описаны в работах [22, 23].
Почвы известковали дозами мела, соответствующими 0.9 и 2.5 от полной дозы, рассчитанной по гидролитической кислотности. Дозу применения, соответствующую 2.5 Нг на практике не используют, но такое скопление мелиоранта может иметь место в отдельных очагах почвы при неравномерном рассеве мелиоранта по поверхности поля [24, 25].
Произвесткованную почву помещали в сосуды для проведения вегетационного опыта. Продолжительность опыта - 5 лет. Повторность трехкратная. Методика и условия проведения вегетационного эксперимента подробно описаны в работах [26, 27].
После завершения вегетационного опыта и полного разложения мела почву извлекали из сосудов и помещали в колонки для промывания. Динамика разложения мела в сосудах опыта за 5 лет изучения прослежена авторами в работе [28]. Масса почвы в каждой колонке - 600 г. Высота почвенного слоя - 18 см. Плотность набивки в сосуды - 1.0 г/см3. Повторность опыта четырехкратная.
Для каждой промывки использовали 400 мл дистиллированной воды. Расчет необходимого количества воды, используемого для одной промывки, приведен в работе [29]. Всего проведено 16 промывок. Продолжительность эксперимента - 1.5 мес. Перерыв между отдельными промывками - 1-2 сут.
Физико-химические показатели почвы устанавливали общепринятыми методами. В настоящее время существуют две основные методики определения ВОВ: после извлечения из почвы при температуре воды 20°С [3] и при кипячении на водяной бане в течение 1 ч [30]. Содержание Сводн, извлекаемого горячей водой, является хорошим критерием содержания в почве легкотранс-формируемого органического вещества, которое тесно коррелирует со степенью окультуренности почв, урожайностью сельскохозяйственных культур и биологической активностью почвы [1]. Считается, что Сводн, экстрагируемый из почвы при кипячении, наиболее тесно зависит от микробной биомассы. Экстракцию ВОВ из почвы проводили, используя оба этих метода.
Индекс оптической плотности элюатов определяли по методике [31].
Данные определения обработаны статистическими методами. Для построения математических моделей использовали программу MS Excel [32].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Исходная целинная почва характеризовалась высоким содержанием водорастворимого углерода, извлекаемого при t = 20°С - 36.0 мг/100 г почвы [3, 5]. Содержание С, экстрагируемого при кипячении, было в 2 раза больше - 74.3 мг/100 г почвы. Такое высокое содержание Сводн объясняется значительным запасом легкоминерализуемо-го органического вещества корневых остатков в почве под многолетними травами. По данным [34], запасы биомассы корней в дерново-подзолистой супесчаной почве, занятой луговым разнотравьем, в слое 0-27 см составляют 17.4 т/га.
Известкование дозой мела, соответствующей 0.9 Нг, не повлияло на содержание Сводн, извлекаемого при комнатной температуре. Спустя 5 лет после известкования его содержание составило 37.2 мг/100 г почвы, при кипячении снизилось до 56.5 мг/100 г почвы, т. е. уменьшилось по сравнению с целинным вариантом на 24%.
При применении мела в дозе 2.5 Нг установлено некоторое увеличение выхода Сводн, извлекаемого водой при t = 20°С: за 5 лет эксперимента его содержание возросло с 36 до 42 мг/100 г почвы или на 17%. При использовании в качестве экстрагента кипящей воды, напротив, выход этой группы органических веществ снизился с 74.3 до 58.0 мг/100 г почвы, или на 22%.
В обоих вариантах опыта спустя 5 лет после известкования содержание водорастворимого С, извлекаемого дистиллированной водой при кипячении, установилось на уровне 56-58 мг/100 г почвы. Это указывало на различную доступность ВОВ для разложения микроорганизмов. Действительно, согласно данным [34], ВОВ в почвах представлено двумя пулами: медленно минерализуемой частью, которая в некоторых почвах может достигать 56-90% от общего количества, и быстро минерализуемой частью, содержание которой меняется от 10 до 44%.
В целом известкование кислой дерново-подзолистой почвы супесчаного гранулометрического состава вне зависимости от дозы применения мела спустя 5 лет после мелиора
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.