Распределение гумуса и минералов по гранулометрическим фракциям

В свете развития сельскохозяйственного производства и усиления антропогенного воздействия на почву проблема изменения органо-минерального состояния пахотных почв имеет первостепенное значение. Знание и понимание путей трансформации гумуса и минералов позволит правильно оценить и выявить направленность процессов, имеющих место в пахотных почвах. Органо-минеральное вещество почвы всегда вызывало пристальное внимание ученых-почвоведов всего мира и к настоящему времени изучено довольно подробно. Интерес к изучению органической части почвы и, в первую очередь, гумусовых веществ обусловлен их значением для свойств почв и плодородия. Гумус играет важную роль в формировании водопрочной структуры, от которой зависят водный, воздушный, биологический режимы почв, их противоэрозионная устойчивость. Вместе с тем гумус является главным источником азота, углекислоты, отчасти фосфора и калия. В 100 граммах гумуса содержится 3-4% азота, 0,5-1,5% Р2О5, 1,5-2,0 К2О. От содержания гумуса, его состава и запасов зависят практически все агрономически ценные свойства почв (Алешин, Шаймухамедов, 1962). В последнее время вопрос изучения гумусовых веществ в связи с массовой потерей гумуса пахотными почвами на территории как России, так и стран СНГ, приобретает особое значение. По обобщенным данным ВАСХНИЛ, потери гумуса за период 1975-1995гг. были следующими: в Нечерноземной зоне - 0,5 % (абсолютные величины от массы почвы), в Центральночерноземном районе - 0,15 %, на Северном Кавказе - 0,4 %, в Восточной Сибири и Дальнем Востоке - 0,5 %. По сравнению с материалами В.В. Докучаева (1883), гумусированность черноземов ЦЧР снизилась почти вдвое -от 10-14 % до 7-10 % (Макунина, 1989). Данная проблема достаточно актуальна и для Ростовской области: по обобщенным данным, ежегодные потери гумуса черноземами типичными составляют 2,2-3,0 т/га, черноземами южными - 0,56 т/га. Черноземы южные характкризуются высокими потерями гумуса (Орлов, Бирюкова, 1996; Караваева, Герасимова, 1997). Явление потери гумуса почвами, уменьшения его запасов грозит катастрофическими последствиями: по данным Д.С. Орлова и О.Н. Бирюковой (1996), при существующих темпах потерь уже в 2025 году в некоторых почвах вообще не останется гумуса. В связи с этим вопросы распределения гумуса и минералов по гранулометрическим фракциям, его качественного состава в них, а также изучение механизма закрепления гумусовых веществ в почве в виде органо-минеральных соединений представляет особый интерес как для России, так и для Ростовской области. Цель и задачи исследований. Изучить распределение органического и минерального вещества в гранулометрических фракциях основных типов почв Ростовской области при различных антропогенных нагрузках. - оценить влияние антропогенных факторов на гумус-минералогические отношения. 1. Сопряженное изучение в почвах минералов и гумуса определяется высоким их сродством. Практически 80 - 95% гумуса и глинистых минералов функционально связаны во фракциях физической глины как глино-металло-органические комплексы. 2. В результате антропогенного воздействия на черноземы и почвы каштаново-солонцеватого комплекса разрушаются преимущественно средне- и крупнопылеватые гранулометрические фракции. 3. Процесс разрушения средне- и крупнопылеватых гранулометрических фракций сопровождается изменением иловатости/пылеватости физической глины, ее фульватизацией и смектизацией. 4. При орошении черноземов и каштановых почв Ростовской области отмечается гидрослюдизация почти всей почвенной толщи, как отражение интенсивного выветривания первичных минералов и трансформации смектитовой фазы в гидрослюдистую. Научная новизна исследований. Впервые для почв Ростовской области проведено совместное изучение органической и минеральной части в гранулометрических фракциях в системе: целина - богара - орошение. Практическая значимость исследований. Результаты исследования в перспективе могут быть использованы в практике сельскохозяйственного производства Ростовской области при составлении мероприятий по сохранению и повышению плодородия почв. Г Л А В А 1. Обзор литературы 1.1. Взаимосвязь органического и минерального вещества в почвах Гумусовые кислоты, их состав и свойства оказывают ключевое влияние на фундаментальные характеристики почвы в целом. Однако в "чистом" виде гумусовые кислоты в почвах представлены, вероятно, в весьма ограниченном количестве. Как правило, они присутствуют в форме различных органо-минеральных производных, различающихся по растворимости, составу и природе взаимодействия. Формирование органо-минеральных производных гумусовых кислот - обязательное основное звено любого типа почвообразовательного процесса, обуславливающее развитие почвенного профиля. Тонкодисперсные минералы, гумусовые вещества (ГВ) и двух- и поливалентные катионы существуют в почве как единое целое - "глино-металл-органический комплекс" — от строения и свойств которого прямо или косвенно зависит протекание всех почвенных процессов (Хан, 1950, 1969; Орлов, 1974). 1.1.1. Взаимодействие тонкодисперсных минеральных компонентов и гумусовых веществ как основной фактор формирования почвенных Гетерополярные и металл-гумусовые соединения играют важнейшую роль в формировании генетического профиля почв и их плодородия. По В.Р. Вильямсу (1974), процессы подзолообразования и глееобразования обязаны различным металло-гумусовым соединениям. По определению Л.Н. Александровой с соавт. (1974), основными компонентами минеральной части почвенных коллоидов являются глинистые минералы, несиликатные полуторные окислы и кремнезем, находящийся в коллоидной степени дисперсности, а органическими компонентами — гумусовые вешества и разнообразные промежуточные продукты разложения растительных и микробных остатков. Через взаимодействие тонкодисперсных минеральных фракций с высокомолекулярными органическими веществами (главным образом ГВ) в почве формируются агрегаты и поры, совокупность которых дает структурное состояние почвы. Это важнейший фактор продуктивности почвы, поскольку процессы, связанные с ионными равновесиями, корневым питанием, микробным метаболизмом (имеющим решающее значение при трансформации растительных остатков) и др. регулируются в основном размерами и распределением пор (Flaig, 1978). Образование комплексных соединений катионов различных металлов с ГВ имеет принцпиально важное значение для решения проблем почвоведения. Хорошо известно, например, что растворимость многих почвенных алюмосиликатов, оксидов, гидроксидов, сульфидов, карбонатов крайне низка. Многочисленные исследования выполненные в разных странах, однозначно показали, что миграционная способность таких элементов, как железо, кремний, отчасти медь, алюминий, их доступность растениям в значительной мере, или даже преимущественно, связаны с образованием растворимых комплексных металл-гумусовых соединений (Орлов и др., 1988). Исключительно большое значение таким соединениям в почвообразовании и плодородии почв придавал В.Р. Вильяме. Он считал, что образование органо-минеральных производных является сущностью почвообразовательного процесса (Фокин, 1996). 1.1.2. Существование тонкодисперсных алюмосиликатов и гумусовых веществ в почве как единого целого глино-металл-органического История изучения гумусовых кислот насчитывает уже почти 200 лет со времен работы Ачарда и изложена в ряде монографий (Александрова, 1954, 1955; Кононова, 1956; Тюлин, 1938). Практическое значение гумусовых веществ уже вышло за пределы почвоведения, геохимии и сельского хозяйства (Орлов, Пивоварова, 1974). Гуминовые кислоты вводятся в глинистые суспензии используемые в буровой технике. Гуматы предупреждают коагуляционное загустевание этих суспензий, резко увеличивают разжижение. Предполагается, что компоненты гуминовых кислот образуют соединения с поверхностными атомами кристаллической решетки минералов, экранирующие коагуляционные воздействия. Гуминовые кислоты также испопьзлотся как наполнители пластмасс, для окраски бумаги и облагораживания древесины (Степанов, 1977). Были поставлены опыты по использованию гуминовых кислот в медицинских целях, а также в аккумуляторной промышленности. Значение гумуса для всего живого на земле трудно переоценить. Уайльд отвечает на вопрос "Что есть гумус?" следующим образом: "Дух почвы. Продукт и источник жизни. Уже не падающие листья, но еще и не соль земли. Река жизни, переносящая энергию из почвы в растение, в животное и обратно в почву. Один из компонентов почвы, который подобно философскому камню и гомункулусу был таинственным вопросом алхимиков и который до сих пор остается им, несмотря на электронные анализы" (Александрова и др., 1970). Однако, какой бы важной ни была роль гумуса почв, далеко не последнюю роль играет и их минеральный компонент. Особю роль минереального в синтезе органического вещества подчеркивал Е.П. Троицкий (1949); он писал: "Основное участие минерального в синтезе органического сводится к каталитическому воздействию на процесс, к инициированию (зачинанию) цепных реакций окисления". Одна из форм воздействия на гумификацию заключается в участии "микроэлементов, в частности меди и цинка, которые в форме внутрикомплексных соединений активизируют полифенолоксидазную функцию и непосредственно участвуют в окислении предшественников гуминовых веществ..." (Ершова, 1968). Не меньшее значение Е.П. Троицкий придавал и силикатным компонентам почвы, которые, по его мнению, способны образовывать "своеобразный внутренний комплекс, в котором роль минеральной части выполняется не одним атомом металла, как в обычных внутрикомппексных соединениях, а целой мицеллой силикатного минерала" (Ершова, 1968). Эти комплексы (или симплексы), по Е.П. Троицкому, построены по типу ферментной частицы и являются основной вещественной частью почвы. Почва с этих позиций представляет собой некую своеобразную ферментную систему. Эти взгляды (тезисы) Е.П. Троицкого имеют фундаментальное значение. Исследования последних лет подтвердили каталитическцую роль минеральных компонентов. Внесение монтмориллонита (бентонита) увеличивало численность и биомассу микроорганизмов, их активность, количество образовавшихся гумусовых веществ, способствовало усложнению их строения и вхождению азота в состав гумусоподобных продуктов, влияло на динамику разложения глюкозы (Flaig, 1978). Таким образом, минеральная часть почвы является очень сложной и гетерогенной по составу и дисперсности системой. Главнейшие компоненты ее, участвующие в процессах взаимодействия с органическими веществами почвы, представлены первичными и вторичными силикатами, несиликатными окислами Si, Fe и AI, поглощенными катионами почвенных коллоидов и минералами простых кислородосодержащих солей, среди которых главнейшее значение имеют карбонаты. Все эти компоненты, находясь в основной массе в составе твердой фазы почы, вступают в различные реакции взаимодействия с гумусовыми кислотами и промежуточными продуктами разложения органических остатков (Александрова, 1944, 19546, 1960, 1962, 1968, 1970). Во всем многообразии этих реакций можно выделить две основные категории их: реакции, обуславливающие мобилизацию компонентов минеральной части почвы с образованием различных органо-минеральных соединений, мигрирующих по профилю почвы, и реакции образования и аккумуляции в почве органо-минеральных коллоидов и других более крупных органо-минеральных гранулометрических фракций, обуславливающих накопление в профиле этих продуктов (Александрова, 1980). Органическая часть почв также не является однородной. Изменчивость состава и свойств гумусовых кислот отмечалось давно. И.П. Жолцинский (1914) писал: "Гуминовые вешества почвы и, в частности, гуминовые кислоты, далеко не однородный химический индивидуум, а сложный комплекс различных по составу и свойствам веществ... о том же свидетельствует и крайне изменчивый состав гуминовой кислоты, выделенной из одной и той же почвы, а нередко даже из одного и того же образца". Это свойство гуминовых кислот было названо гетерогенностью (Александрова, 1955). Основными причин

 

Hosted by uCoz