ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2004, № 7, с. 819-827
ХИМИЯ ПОЧВ
УДК 631.411
ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ БУФЕРНАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОЧВ В ОТНОШЕНИИ КАЛИЯ (НА ПРИМЕРЕ РАВНИН ПРИАМУРЬЯ)
© 2004 г. Е. А. Жарикова
Биолого-почвенный институт Дальневосточного отделения РАН, Владивосток, пр. 100 лет Владивостока, 159 Поступила в редакцию 17.06.2002 г.
Определены термодинамические параметры в отношении калия в наиболее распространенных почвах Приамурья. Величина потенциальной буферной способности в отношении калия и количество подвижного калия внутри каждого типа почв зависят от гранулометрического состава и окульту-ренности. Выявлено наличие тесных взаимосвязей между экстенсивными и термодинамическими параметрами калийного состояния почв.
ВВЕДЕНИЕ
По современным представлениям почва является открытой термодинамической системой, пребывающей в стационарном состоянии. При этом сохраняются постоянными значения ее термодинамических функций, а обменные реакции в почве - типичный случай гетерогенного химического равновесия. Использование законов химической термодинамики позволяет с помощью расчетных методов прогнозировать многие стороны химического состояния почв, включая изменение их при антропогенном воздействии [8, 13]. Поскольку интенсивность поступления калия, находящегося в почве в обменно-поглощен-ном состоянии, из твердой фазы в раствор зависит от энергии реакции обмена, то при оптимизации калийного режима следует учитывать как экстенсивные, так и термодинамические параметры.
Одной из характеристик энергетического баланса калия в почве является калийный потенциал (КП), характеризующий интенсивность перехода калия из твердой фазы почвы в раствор и обратно, независимо от того, в какой форме он содержится [3, 13]. Первоначально градации изменения свободной энергии (калийного потенциала) были предложены Вудруффом [23], отечественными исследователями по результатам многолетних опытов установлены иные шкалы для отдельных типов почв [3, 12, 17].
Но для оценки условий калийного питания (КП) растений недостаточно учитывать только фактор интенсивности без учета фактора емкости (содержания в почвах кальция и калия). Оба этих фактора дополняют друг друга, характеризуя состояние ионов в почве с разных сторон. Связующим звеном между ними является потенциальная буферная способность почв в отношении калия (ПБСк) - способность почвы противо-
стоять изменениям в содержании доступного калия, обусловленным действием естественных и антропогенных факторов, способность поддерживать в растворе определенное соотношение активностей ионов в ходе ионообменных реакций с участием катиона калия и щелочноземельных катионов на свойственном данной почве уровне [19]. Буферность почв на коллоидно-кристалло-химическом уровне связана с действием сорбци-онно-десорбционных механизмов. Она считается очень низкой при величине < 20, низкой от 20 до 50, средней при величине от 50 до 100, повышенной - от 100 до 200 и высокой - > 200.
Изотермы буферной способности почв позволяют оценить свойства обменного комплекса со стороны энергии связи обменных катионов с твердой фазой, так как сняты при постоянной ионной силе раствора. Форму кривой ПБСк по всему профилю определяет минералогический состав тонкодисперсных фракций [16].
Различаются две группы адсорбционных мест в ППК. Это энергетически однородные места с меньшей энергией связи, вероятно, отвечающие обменным катионам на неспецифических позициях в почвенном поглощающем комплексе, расположенным на внешних поверхностях кристаллов - р-места и места с большей, но не одинаковой между собой энергией связи - е-места, вероятно, на ребрах, углах, выступах поверхности, "специфические" обменные позиции [14]. Калий, адсорбируемый на р-местах, считают непосредственно доступным растениям (-ДКо). Занимающий е-места калий относят к труднодоступному подвижному калию (-КХ). В сумме два этих параметра дают общее количество запасов подвижного (лабильного) калия в данной почве (-КЬ).
ПБСк показывает, что в зависимости от минералогического состава почвы с одинаковым отношением активностей, при котором почва де-
819
4*
Рис. 1. Изотермы ПБСК для бурых лесных (А) и луго-во-бурых отбеленных почв (Б). Условные обозначения: горизонта 1 - А1; 2 - АВ; 3 - В1; 4 - В2; 5 - ВС; 6 - А дер; 7 - А2д; 8 - В1д; 9 - В2д; 10 - ВСд.
сорбирует или сорбирует одинаковое количество калия (АЯо), способны отдавать в раствор разное количество легкодоступного калия. Эта величина зависит: во-первых, от содержания в почве обменного и необменного калия, во-вторых, от количества тонкодисперсных фракций, прежде всего илистой, и свойств внешней поверхности почвенных частиц, на которой протекает обмен ионов [7, 12, 17, 19-21]. Параметры потенциальной калийной буферной способности в пределах одного почвенного типа обусловлены преимущественно гранулометрическим составом [18].
Чем выше ПБСк, тем устойчивее равновесие между калием твердой фазы почвы и почвенного раствора, тем больше способность почвы сохранять присущий ей уровень плодородия. Но увеличение ПБСк не всегда является положительным фактором, так как при сильном калийном истощении свидетельствует о мобилизации малодоступных резервных форм калия, ведущей к снижению плодородия [1, 5, 9]. ПБСк также способна изменяться в течение вегетационного периода, при внесении удобрений и известковании [2, 9, 11]. Анализ причин отклонения ПБСк от характерного для данной почвы уровня дает возмож-
ность судить о направленности изменения плодородия почв.
Необходимость исследования термодинамических параметров калийного состояния для каждого региона очевидна, но в настоящее время группировки почв по их термодинамическим показателям выполнены лишь для Среднерусской возвышенности и Западной Сибири [2, 7, 12, 15]. Буферные свойства почв в отношении калия для Восточной буроземно-лесной области не изучались, хотя полная энергетическая характеристика почвенного плодородия имеет преимущество перед традиционными емкостными методами. Поэтому цель данной работы - определить потенциальную калийную буферную способность наиболее распространенных почв Приамурья и выявить факторы, на нее влияющие.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
В качестве объектов исследования были выбраны основные типы почв Среднеамурской, Ар-харо-Буреинской и Зейско-Буреинской равнин, приуроченные к различным геоморфологическим элементам рельефа: бурые лесные, бурые отбеленные, лугово-бурые отбеленные, лугово-бурые, лугово-бурые черноземовидные и луговые глеевые (по классификации Иванова [6]). Подробная характеристика содержания и распределения различных форм калия в исследуемых почвах выполнена ранее [4]. Потенциальную буферную способность почв в отношении калия (ПБСк) (линейную) определяли по Беккету [14]. Гранулометрический состав почв - пирофосфат-ным методом. Оценка величины калийного потенциала выполнена по градациям Вудруффа [23].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В расположении изотерм сорбции потенциальной калийной буферной способности бурых лесных почв нашли отражение особенности гранулометрического и минералогического состава (рис. 1). С наименьшим углом наклона легли кривые наиболее легких переходных к почвообразующей породе горизонтов, ПБСк в которых имеет наименьшие значения, с наибольшим - горизонтов средней части профиля, где наблюдается характерное для данного типа почв утяжеление гранулометрического состава (табл. 1). В поверхностных слоях значения ПБСк, как правило, средние и высокие, в глубоких - низкие и даже очень низкие. Значения калийного потенциала в большинстве изученных разрезов близки к оптимальным, но большие их значения свойственны средней части профиля.
Количество наиболее подвижного (-АКо) и лабильного калия (-КЬ) в верхних горизонтах до-
Таблица 1. Потенциальная буферная способность в отношении калия и содержание физической глины в бурых лесных и лугово-бурых отбеленных почвах
Горизонт Глубина, см ПБСк АЯо х 10-3 М/ла5 -ДКо -КЬ -КХ КП Содержание фракций, %
мг-экв/100 г почвы <0.001 мм <0.01 мм
Бурая лесная маломощная на аллювиальных отложениях, разр. 136
А1 0-10 56.6 5.12 0.29 0.63 0.34 2.29 10 23
АВ 10-22 60.9 4.12 0.25 0.29 0.04 2.38 16 30
В1 22-38 35.2 5.12 0.18 0.24 0.06 2.29 12 38
В2 38-60 29.6 5.40 0.16 0.22 0.06 2.26 10 37
ВС 60-87 19.7 7.09 0.14 0.15 0.01 2.15 5 24
Бурая лесная на крупном песке, разр. 56
А пах 0-20 47.2 6.23 0.29 0.52 0.23 2.21 7 24
В1 20-37 68.5 5.45 0.37 0.41 0.04 2.26 6 18
В2 37-64 62.9 5.41 0.34 0.40 0.06 2.27 9 18
ВС 64-80 25.5 5.93 0.15 0.17 0.02 2.23 1 6
Бурая лесная маломощная на аллювиальных отложениях, разр. 19
А1 0-9 79.2 5.45 0.43 0.57 0.14 2.26 19 32
АВ 9-19 124.3 4.14 0.51 0.66 0.15 2.38 24 40
В1 19-33 78.1 4.94 0.39 0.46 0.07 2.30 22 39
В2 33-58 46.3 5.82 0.27 0.28 0.01 2.23 24 37
ВС 58-76 27.3 6.23 0.17 0.18 0.01 2.21 19 29
То же, разр. 9
А пах 0-22 75.8 5.09 0.31 0.44 0.13 2.29 16 30
АВ 22-40 102.6 4.12 0.42 0.49 0.07 2.38 22 38
В1 40-63 64.3 4.15 0.28 0.34 0.06 2.38 10 32
В2 63-93 36.6 4.64 0.17 0.24 0.07 2.33 6 22
ВС 93-130 30.9 5.93 0.18 0.21 0.03 2.23 10 23
Лугово-бурая отбеленная на легких глинах, разр. 4
А дер 0-10 74.8 6.23 0.47 0.58 0.11 2.21 14 40
А2§ 10 -18 67.4 4.04 0.27 0.45 0.18 2.39 35 44
В^ 18-55 67.0 4.14 0.28 0.46 0.18 2.38 28 57
В2§ 55-90 112.0 4.03 0.45 0.58 0.13 2.39 30 59
BCg 90-150 128.8 3.27 0.42 0.55 0.13 2.49 29 59
То же, разр. 20
А дер 0-25 89.2 3.81 0.34 0.49 0.15 2.42 15 45
А2§ 25-33 82.0 3.47 0.29 0.38 0.09 2.46 33 46
В^ 33-66 146.9 3.45 0.51 0.69 0.18 2.46 27 68
В2§ 66-93 119.1 3.67 0.44 0.64 0.20 2.44 29 56
вольно велико, с глубиной резко падает. Минимум калия, находящегося на "специфических" обменных позициях (-КХ), также приурочен к гор. ВС, в составе которого отмечается значительное количество крупных частичек слабовыветрелых слюд, в гумусовом горизонте его содержание очень велико, может превышать 50% от КЬ, вероятно, из-за большей степени выветрелости по-
верхностного слоя в условиях промывного режима и окислительной среды (БИ лежит в пределах 510-740 мВ), а также биогенного перехвата калия в органн
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.