WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

КУЗЕЛЕВ Михаил Михайлович

ТРАНСФОРМАЦИЯ СОЕДИНЕНИЙ ОРГАНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА И ФОСФОРА В ОБЫКНОВЕННЫХ ЧЕРНОЗЕМАХ КАМЕННОЙ СТЕПИ ПОД

ВЛИЯНИЕМ АНТРОПОГЕНЕЗА

Специальность 03.00.27 – почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва – 2008

Работа выполнена на кафедре почвоведения Российского государственного аграрного университета – МСХА имени К.А. Тимирязева

Научный руководитель: Мамонтов В.Г.

кандидат сельскохозяйственных наук

Официальные оппоненты: Карпачевский Лев Оскарович доктор биологических наук, профессор Яшин Иван Михайлович доктор биологических наук, профессор

Ведущая организация: Почвенный институт им. В.В.Докучаева

Защита состоится «16» февраля 2009 г. в 1430 на заседании диссертационного совета Д 220.043.02 при Российском государственном аграрном университете – МСХА имени К.А. Тимирязева. Адрес: 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 49, Ученый совет РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева.

С диссертацией можно ознакомится в центральной научной библиотеке РГАУМСХА имени К.А. Тимирязева.

Автореферат разослан «12» января 2009 года и размещен на сайте университета www.timaсad.ru

Ученый секретарь диссертационного совета В.В. Говорина Актуальность темы. Углерод и фосфор относятся к числу важнейших биофильных элементов, в связи с чем, активно вовлекаются в биогеохимический круговорот веществ и формируют широкий спектр соединений с разной степенью подвижности и доступности почвенной биоте. В почвах они входят в состав самых разнообразных как органических, так и минеральных соединений, формирование которых обусловлено свойствами почв и протекающими в них процессами. Связь углерода и фосфора в почвах прослеживается достаточно явно, особенно это касается черноземов, в которых на долю органофосфатов может приходиться до 60-70% от общего содержания фосфора.

В результате сельскохозяйственной деятельности происходят изменения процессов и режимов почв, с удобрениями поступают новые вещества, выносятся с урожаем вещества, которые в естественном состоянии почвы не выносились, резко изменяется видовой состав растительности, что не может не привести к трансформации соединений, содержащих углерод и фосфор.





В связи с этим совместное изучение состояния фосфора и углерода, количественных и качественных изменений, которым подвергаются соединения этих элементов в черноземных почвах при антропогенном воздействии имеет важное значение для оптимизации условий произрастания сельскохозяйственных культур.

Цель работы. Цель исследований – установить изменения, происходящие с соединениями фосфора и органического углерода в обыкновенных черноземах Каменной степи, под влиянием антропогенного воздействия различного характера и интенсивности.

Задачи исследований.

- Дать оценку изменению гумусового состояния черноземов - Определить изменения свойств гуминовых кислот исследуемых почв - Дать оценку изменения фосфатного состояния черноземов Научная новизна. Впервые дана совместная характеристика трансформации соединений фосфора и органического углерода в обыкновенных черноземах под влиянием различного сельскохозяйственного использования на примере почв Каменной степи. Установлены особенности трансформации гумусового состояния, состава и свойств гуминовых кислот обыкновенных черноземов в условиях богарного и орошаемого земледелия. Дана оценка изменению группового и фракционного состава минеральных и органических соединений фосфора в зависимости от системы удобрений и характера использования пашни.

Практическая значимость. Полученные данные могут быть использованы для регулирования фосфатного и гумусового состояния обыкновенных черноземов при различных системах землепользования и в прогностических целях.

Апробация работы. Основные результаты исследований по теме диссертации обсуждались на Международной конференции «Современное приборное обеспечение и методы анализа почв, кормов, растений и сельскохозяйственного сырья», (Москва, 2004 г.), на Юбилейной конференции Воронежского ГАУ (Воронеж, 2007 г.), на научной конференции РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева (Москва, 2007 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 работы.

Объем и структура диссертации. Диссертация выполнена на 166 страницах текста, состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы, включающего 265 источников, 24 таблиц, 8 рисунков.

Автор выражает глубокую благодарность сотрудникам НИИСХ ЦЧП им.

В.В. Докучаева Мухиной С.В. и Свиридову А.К. за помощь в проведении научных исследований.

Объекты и методы исследований.

Объектами наших исследований служили обыкновенные черноземы территории землепользования НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева, расположенного в Таловском районе Воронежской области (табл. 1).

Таблица 1. Химические и физико-химические свойства обыкновенных черноземов Каменной степи Богара*, Образцы пахотного неорошаемого чернозема были отобраны на делянке с ячменем 10-ти польного севооборота, заложенного в 1971 году со следующим чередованием культур и системой удобрений: 1. черный пар, 2. озимая пшеница N60P60K40, 3. сахарная свекла N120P120K120 + навоз 20 т/га, 4. ячмень N60P60K60, 5.





горох N30P60K60, 6. озимая пшеница N60P60K40, 7. яровая пшеница N60P60K60, 8.

кукуруза на зерно N90P90K90 + навоз 20 т/га, 9. озимая пшеница N60P60K40, 10.

ячмень N60P60K60. Площадь делянок 311 м2. Образцы пахотного орошаемого чернозема отбирались с делянки, занятой многолетними травами 3-го года пользования, семипольного севооборота, заложенного в 1958 году: 1. горохоовсяная смесь с подсевом многолетних трав, 2-5. многолетние травы, 6. озимая рожь + поукосно кукуруза на зеленый корм, 7. кукуруза на силос. Под многолетние травы удобрения вносились дозой N120P60K60, под кукурузу – N120P120K120. Площадь делянок 250 м2. Полив осуществлялся дождеванием, оросительная норма, в зависимости от погодных условий, колебалась от 900 до 2000 м3/га за сезон. Глубина промачивания варьировала от 50 до 70 см. Образцы чернозема с естественным процессом гумусообразования были отобраны на участке некосимой залежи с природной степной растительностью, существующей с 1882 г. Из горизонтов Апах и А образцы отбирались методом пунктирной линии и составляли смешанный образец, в нижележащих частях профиля образцы отбирали по генетическим горизонтам. Фосфатное состояние обыкновенного чернозема изучалось в специальном стационарном опыте, заложенном в 1991 году, где путем внесения в запас расчетных норм минеральных удобрений были созданы различные уровни обеспеченности почвы элементами минерального питания: средний и высокий. Для каждого уровня был принят десятипольный севооборот с внесением рекомендуемых норм минеральных удобрений под каждую культуру и без внесения удобрений. Дозы удобрений: горох – N30P60K60, озимая пшеница – N60P60K60, сахарная свекла – N105P105K105, ячмень – N60P60K60, кукуруза на зерно – N60P60K60, горох – N30P60K60, тритикале – N60P60K40, просо - N60P40K40, ячмень – N60P60K60, кукуруза на зерно – N60P60K60 кг д.в./га. Образцы почв отбирали по завершении ротации севооборота методом пунктирной линии и составляли смешанные образцы, которые использовали в данной работе. Образцы смытого чернозема отбирались с поля, находящегося на территории соседнего хозяйства, на участке с уклоном около 5о, занятого сенокосом.

Для характеристики органической части исследуемых почв определяли:

содержание и запасы гумуса; состав гумуса по модифицированной схеме В.В. Пономаревой и Т.А. Плотниковой (Т.А. Плотникова, Н.Е. Орлова, 1986);

параметры гумусового состояния находили по Д.С. Орлову и Л.А. Гришиной (1981); гуминовые кислоты (Гк) экстрагировали 0,1 н. раствором NaOH после предварительного декальцирования почвы до предельного извлечения, согласно имеющимся рекомендациям (Д.С. Орлов, Л.А. Гришина, 1981). В полученных препаратах Гк определяли:

зольность – весовым методом; элементный состав на СНN – анализаторе;

термический анализ проведен на дериватографе Q 1500 D; соотношение периферических и ядерных частей (коэффициент Z) в молекулах гуминовых кислот находили по В.А. Черникову и В.А. Кончицу (1973); величину энергии активации и кинетические параметры находили с использованием дифференциальнотермогравиметрической кривой по рекомендациям В.А. Черникова, В.А. Кончица (1973, 1978) и И.С. Степанова, Г.Н. Щуриной (1977); спектры поглощения в инфракрасной области снимали на спектрофотометре UR-20 методом таблетирования с КВr, в видимой области на КФК-3. Расшифровку ИК-спектров проводили согласно имеющимся руководствам (Л. Беллами, 1963; К. Наканиси, 1965; Д.С. Орлов, 1974; И.С. Степанов, 1974); степень окисленности гуминовых кислот, теплоту сгорания, Е-величины и коэффициенты цветности Q4/6 и А рассчитывали по имеющимся рекомендациям (В.А. Черников, В.А. Кончиц, 1972;

Д.С. Орлов, Л.А. Гришина, 1981) Для характеристики фосфатного состояния почв были проведены следующие анализы:

определение валового фосфора методом мокрого озоления почвы в смеси серной и хлорной кислот по Гинзбург и др. (К.Е. Гинзбург, 1975); определение общего содержания органического фосфора по Карпинскому и Замятиной (К.Е.

Гинзбург, 1975); определение фракционного состава минеральных фосфатов методом Гинзбург – Лебедевой, (К.Е. Гинзбург, 1975); определение содержания фосфора во фракциях органического вещества. При изучении форм органических соединений фосфора использовали измененную методику Гриндель и Зырина. Вместо обработки почвы метанолом, к навеске приливали 0,1 н. раствор NaOH, в соотношении 1:10 для экстрагирования лабильных гумусовых веществ (ЛГВ). Полученные лабильные гумусовые вещества разделяли на гуминовые и фульвокислоты, в которых определялся фосфор. Дальнейший ход анализа соответствовал оригинальной методике (Д.С. Орлов, Л.А. Гришина, 1981), за исключением того, что фосфор органических соединений, извлекаемых 1 н. раствором серной кислоты не разделялся на фосфор фитина и кислоторастворимых органических веществ; определение емкости поглощения фосфора в почвах по Аскинази и Гинзбург (1957); определение потенциальной буферной способности почв в отношении фосфора (К.Е. Гинзбург, 1975); определение скорости перехода фосфатов из почвы в раствор (кинетический фактор R) методом Кука (Cooke, 1966).

Для характеристики объектов исследования в индивидуальных образцах определяли химические и физико-химические показатели по прописям анализов, изложенных в соответствующих руководствах (Е.В. Аринушкина, 1970;

И.С. Кауричев, 1986; Л.А. Воробьева, 1998). Аналитическая повторность всех определений 3-х кратная.

Математическую обработку данных проводили по Б.А. Доспехову (1985).

Влияние сельскохозяйственного использования на гумусовое Согласно полученным данным вовлечение обыкновенных черноземов в пашню оказало существенное влияние на их гумусовое состояние (табл. 2, 3).

Таблица 2. Содержание и запасы гумуса в обыкновенных черноземах Каменной Орошение В результате более чем 100-летнего использования черноземов в богарном земледелии потери гумуса в пахотном слое составили около 30% и около 25% в полуметровой толще почвы. Обусловлены они резкой активизацией окислительных биохимических процессов, чему способствуют ежегодные механические обработки, уменьшением количества растительных остатков, поступающих в почву и изменением их химического состава.

Самая высокая интенсивность минерализационных процессов, затрагивающая все группы гумусовых веществ, отмечается в пахотном слое. Наиболее активно минерализации подвергаются фульвокислоты вследствие их упрощенного, по сравнению с гуминовыми кислотами, строения, что ведет к расширению отношения Сгк:Сфк и усилению гуматности гумуса. В составе гумуса существенно снижается количество лабильных гумусовых веществ, возрастает роль гуматов и фульватов кальция и негидролизуемого остатка.

Более благоприятные условия для гумусообразования складываются в орошаемом черноземе кормового севооборота. Увеличение масштабов поступления в почву свежего органического вещества и благоприятный гидротермический режим интенсифицируют новообразование гумусовых кислот, в первую очередь гуминовых кислот как термодинамически более устойчивых. В орошаемой почве возрастают содержание и запасы гумуса и величина отношения Сгк:Сфк, однако при этом увеличивается и подвижность гумусовых кислот, часть которых перемещается в подпахотные горизонты.

Таблица 3. Влияние сельскохозяйственного использования на групповой и фракционный состав гумуса обыкновенного чернозема Крайне негативное влияние на органическую часть обыкновенного чернозема оказала эрозия. По сравнению с залежным черноземом потери гумуса в пахотном слое эродированной почвы составили 49%, в полуметровой толще – 42%, по сравнению с культурной пашней – 26% и 23% соответственно. Развивается дегумификация преимущественно за счет гуматов кальция, содержание которых уменьшилось в 1,5- 1,7 раза, в результате чего произошла заметная фульватизация гумуса эродированного чернозема.

Система показателей гумусового состояния, разработанная Л.А. Гришиной и Д.С. Орловым, оказалась довольно информативной при сопоставлении целинной и пахотной неорошаемой почв. Она позволяет вычленить основные закономерности трансформации органической части обыкновенных черноземов под влиянием длительного сельскохозяйственного использования и достаточно полно отражает особенности ее негативной трансформации в результате эрозии. В то же время система показателей гумусового состояния практически не фиксирует различий между орошаемым и неорошаемым черноземами в том числе и неблагоприятные последствия орошения.

Влияние сельскохозяйственного использования на элементный состав гуминовых кислот обыкновенных черноземов Каменной степи Гуминовые кислоты залежного чернозема при общем доминировании в составе молекул циклических структур характеризуются довольно развитой периферической частью, о чем можно судить по величине отношения Н:С равной 0,81 (табл. 4).

Таблица 4. Элементный состав гуминовых кислот обыкновенных черноземов Их отличительной чертой является очень низкая степень окисленности ( = +0,02), что по-видимому обусловлено присутствием в их составе заметного количества новообразованных соединений, обогащенных восстановленными компонентами. В условиях высокой культуры земледелия гуминовые кислоты старопахотного неорошаемого чернозема в целом оказались устойчивыми к антропогенному воздействию. Однако активизация минерализационных процессов вызывает некоторое обеднение их алифатическими компонентами, в том числе и обогащенных азотсодержащими группировками, судя по уменьшению отношения Н:С с 0,81 до 0,73 и увеличению отношения С:N с 17,7 до 19,5. При этом трансформация Гк носит отчетливо выраженную окислительную направленность, на что указывают увеличение почти на 2 ат.% содержания кислорода и расширение с 0,41 до 0,45 отношения О:С, а также величина степени окисленности, возросшая с +0,02 до +0,16. Структурные изменения в молекулах Гк сопровождаются уменьшением их энергетического потенциала, о чем можно судить по теплоте сгорания снизившейся с 4844 кал/г до 4565 кал/г.

Под влиянием орошения происходит включение в состав Гк ароматических структур, в результате чего содержание углерода возросло до 47 ат.%, а отношение Н:С уменьшилось до 0,68. Наряду с этим Гк орошаемого чернозема обогащаются и компонентами восстановленной природы, что сопровождается уменьшением количества кислорода на 1,2 ат.%, величины отношения О:С с 0,45 до 0,40 и некоторым снижением степени окислености. В целом, в состав Гк в условиях орошения включаются более энергоемкие соединения, судя по теплоте сгорания, которая составила 4913 кал/г, что на 69 кал/г выше, чем теплота сгорания Гк залежного чернозема.

Оптические свойства гуминовых кислот исследуемых почв Спектры поглощения гуминовых кислот характеризуются плавными кривыми без четко выраженных максимумов с постепенным уменьшением величины оптической плотности от 400 до 700 нм. В пределах всего участка спектра, самые высокие значения оптической плотности отмечаются у Гк орошаемого чернозема, самые низкие – у Гк чернозема залежи. Судя по значениям Евеличин и коэффициентов А (табл. 5), наибольшая степень конденсированности ароматических ядер, отличающихся высокой степенью замещения, характерна для гуминовых кислот чернозема, используемого в орошаемом земледелии.

Таблица 5. Е-величины и коэффициенты цветности гуминовых кислот исследуемых почв Более низкие значения этого показателя характерны для гуминовых кислот неорошаемого и залежного черноземов. Коэффициент Q4/6 менее объективно характеризует особенности строения Гк исследуемых почв.

Согласно данным ИК-спектроскопии в области 2800-3100 см-1 существенных различий между гуминовыми кислотами исследуемых черноземов не обнаруживается. Более информативной оказалась область 1000-1800 см-1.

На ИК-спектре гуминовых кислот залежного чернозема в области 1000см-1 наибольшую интенсивность имеют полосы поглощения при 1040 см-1, обусловленная полисахаридами, при 1730 см-1, вызываемая карбоксильными группами, при 1650 см-1 (амид I), свидетельствующая о обогащенности Гк азотсодержащими группами, и при 1615 см-1 связанная преимущественно с колебаниями групп С=С ароматических колец. В целом, характер ИК-спектра гуминовых кислот горизонта А чернозема залежи свидетельствует о том, что в их составе, если судить по интенсивности полос поглощения, доминируют ароматические структуры, но при этом заметную роль играют и различные алифатические компоненты, обогащенные кислород- и азотсодержащими группировками.

Под влиянием длительного сельскохозяйственного использования гуминовые кислоты обыкновенного чернозема претерпевают отчетливо выраженную трансформацию. На ИК-спектре Гк неорошаемого чернозема уменьшается интенсивность поглощения части алифатических структур и возрастает интенсивность полос поглощения, характеризующих основные структурные компоненты Гк – ароматическое ядро (1625 см-1) и карбоксильные группы (1730- см-1).В целом, гуминовые кислоты пахотного чернозема являются более зрелыми и окисленными соединениями, с более разнообразной азотистой частью молекул по сравнению с Гк залежного чернозема. Под влиянием орошения интенсифицируются процессы обновления и окислительной трансформации молекул Гк. Гуминовые кислоты обогащаются не только соединениями типа полисахаридов и функциональными группами, но и соединениями циклической природы, что ведет к общей ароматизации их молекул.

Термографическая характеристика гуминовых кислот Согласно данным дифференциально-термогравиметрического анализа (ДТГ), гуминовые кислоты исследуемых почв характеризуются близкой гигроскопичностью. Удаление гигроскопической влаги при термодеструкции Гк происходит в узком интервале температур – 95-100 оС, с потерей массы 10,6табл. 6).

Судя по характеру термодеструкции, периферическая часть Гк чернозема залежи представлена двумя группами неоднородных, но схожих по содержанию компонентов.

Таблица 6. Термографическая характеристика гуминовых кислот обыкновенных чернозёмов Каменной Степи В результате двух термических реакций разрушается и ядерная часть гуминовых кислот залежного чернозема. В ее составе преобладают менее термоустойчивые структуры, разрушающиеся при 450 оС с потерей массы 40,7 %.

Потеря массы при термодеструкции компонентов с более высокой термоустойчивостью, разрушающихся при 505 оС, составила 25,6 %. Коэффициент Z, показывающий вклад ароматических и алифатических структур в построение молекулы Гк составил 0,33, что говорит о доминировании термоустойчивых конденсированных структур в составе Гк залежного чернозема.

Длительное сельскохозяйственное использование обыкновенного чернозема усиливает дифференциацию компонентов периферической части гуминовых кислот по термоустойчивости, что может быть следствием включения в их состав качественно новых компонентов алифатического типа или же быть отражением процессов окислительной трансформации центральной части молекул гуминовых кислот в соответствии с изменившимися воздушным и биохимическим режимами. Величина коэффициента Z составляет 0,32 и мало отличается от значения Z Гк залежного чернозема.

По сравнению с неорошаемыми условиями периферическая часть Гк орошаемого чернозема стала более однородной, а в отличие от Гк залежного чернозема в ее составе доминируют более термоустойчивые структуры. При этом под влиянием орошения происходит включение в состав Гк качественно новых, с повышенной термоустойчивостью структур циклической природы, играющих, судя по величине потери массы, заметную роль в формировании их ядерной части. В тоже время, судя по величине коэффициента Z, равной 0,31, орошение сопровождаясь структурными изменениями молекул Гк, практически не отражается на соотношении в них периферических и ядерных частей. Это может свидетельствовать о том, что при высокой культуре земледелия орошение не изменяет принципиальную направленность процессов гумусообразования.

Самые низкие значения энергии активации – 7,46-8,25 ккал/моль и констант скорости реакции - 6,55*103 – 2,43*104 мин-1 наблюдаются при удалении адсорбционной воды. При термодеструкции периферической части гуминовых кислот энергия активации отдельных термических реакций возрастает в 1,5 – 3,9 раза, а константы скорости достигают 1,01*107 мин-1 и 2,78*1012 мин-1. Суммарная величина энергии активации при термодеструкции периферической части самая высокая у Гк неорошаемого чернозема - 62,30 ккал/моль, и более чем в 2 раза превышает величину энергии активации при термодеструкции периферической части Гк залежного и орошаемого черноземов.

При термодеструкции ядерной части гуминовых кислот исследуемых черноземов значения энергии активации отдельных термических реакций варьируют в пределах 25,15 – 70,90 ккал/моль, а константы скорости пиролиза возрастают до 3,03*1018-2,73*1019.

Суммарная величина энергии активации самая высокая при термодеструкции ядерной части Гк орошаемого чернозема - 232,01 ккал/моль. Эта величина существенно, в 2,4-3,5 раза выше, чем аналогичные показатели у Гк залежного и неорошаемого черноземов.

Содержание различных форм фосфора и фракционный состав минеральных фосфатов в обыкновенных черноземах Исследуемые черноземы существенно различаются по содержанию валового фосфора и по распределению его между минеральными и органическими формами (табл. 7).

Таблица 7. Содержание фосфора и фракционный состав его минеральных форм в обыкновенных черноземах Каменной степи, мг/100 г почвы.

Средний уровень, без NPK Средний уровень + NPK Высокий уровень, без NPK Высокий уровень + NPK Смытый чернозем Орошение, Самое низкое содержание валового фосфора отмечается в экстенсивно используемых черноземах.

Применение минеральных удобрений, приводит к увеличению содержания валового фосфора за счет минеральных фосфатов до 268 - 315 мг/100 г почвы, что на 12-59 мг превышает его количество в залежном черноземе, при этом больше всего фосфора содержится в ежегодно удобряемой почве с высоким уровнем обеспеченности минеральными элементами питания и в орошаемом черноземе.

Процессы дегумификации в почвах агроценоза сопровождаются снижением содержания в них органофосфатов, потери которых составили 22-33 % от их количества в залежном черноземе. Только при создании высокого уровня обеспеченности чернозема элементами питания и ежегодном внесении удобрений, а так же в условиях орошаемого кормового севооборота, содержание органофосфатов удается стабилизировать на исходном уровне.

Различия в общем содержании минеральных фосфатов в исследуемых черноземах отражаются и на их фракционном составе.

Залежный чернозем и экстенсивно используемые почвы обеднены наиболее растворимыми фосфатами кальция. При внесении минеральных удобрений (в запас и ежегодно) количество свежеосажденных фосфатов кальция (Са-РI) возрастает в 1,6-2,7 раза, разноосновных фосфатов кальция (Са-РII) – в 1,6-3, раза.

Для всех почв агроценоза характерно повышенное содержание высокоосновных фосфатов кальция (Са-РIII), по сравнению с залежной почвой. При этом наибольшим содержанием фосфатов этой фракции отличается чернозем высокого уровня обеспеченности почвы элементами питания с ежегодным внесением минеральных удобрений. Следует так же отметить, что в эродированном черноземе существенно снижается содержание фосфатов алюминия, а в орошаемом черноземе возрастает содержание фосфатов железа, что отражает изменившиеся условия увлажнения.

Содержание и состав органофосфатов в обыкновенных черноземах Органофосфаты вносят существенный вклад в формирование фонда фосфора в черноземах. Они представлены фосфатами, связанными с различными группами органических веществ почвы (Табл. 8).

Таблица 8.Содержание фосфора в различных группах органического вещества обыкновенных черноземов Каменной степи (мг P2O5/100 г почвы) Средний уровень, без NPK Средний уровень + NPK Высокий уровень, без NPK Высокий уровень + NPK многолетние Важная роль в питании растений принадлежит лабильным гумусовым веществам, относительно легко подвергающимся минерализации. Содержание в исследуемых почвах фосфора, связанного с ЛГВ заметно варьирует и колеблется в пределах от 6,14 до 14,9 мг/100 г почвы. Это выше, чем количество фосфора, содержащегося в кислоторастворимом органическом веществе и в целом близко к его содержанию в гуминовых кислотах.

Без ежегодного внесения минеральных удобрений происходит обеднение фосфором ЛГВ пахотных неэродированных почв. Снижение его содержания происходит за счет лабильных фульвокислот, в то время как содержание фосфора, связанного с лабильными гуминовыми кислотами в этих почвах несколько увеличивается. При ежегодном внесении минеральные удобрений, количество фосфора в ЛГВ черноземов увеличивается, достигая наибольшего значения – 14,9 мг/100 г почвы в орошаемом черноземе. Увеличение содержания фосфора в ЛГВ происходит преимущественно за счет фосфора, связанного с лабильными фульвокислотами, и в гораздо меньшей степени за счет фосфора лабильных гуминовых кислот.

Содержание фосфатов, связанных с группой гуминовых кислот мало меняется в зависимости от характера использования почвы. В целом, применение удобрений способствует некоторому обогащению гуминовых кислот фосфором.

Содержание фосфора фульвокислот в пахотных черноземах выше, чем в залежной почве. Внесение минеральных удобрений приводит к росту количества фосфора Фк, достигающего наибольших значений в почве высокого уровня обеспеченности элементами питания при ежегодном внесении минеральных удобрений – 36,85 мг/100 г почвы и в орошаемом черноземе – 34,82 мг/100 г почвы. В гумине залежного чернозема сосредоточено достаточно большое количество фосфора. При вовлечении почвы в пашню происходит его заметная мобилизация.

Крайне неблагоприятное влияние на состояние органофосфатов в обыкновенном черноземе оказывает эрозия. Отмечается существенное обеднение фосфором всех групп и фракций органических веществ, за исключением гумина, где содержание фосфора находится на уровне залежной почвы.

Особенности фосфатного состояния обыкновенных черноземов Фосфатное состояние во многом определяется содержанием в почве подвижных фосфатов, способностью почвы поддерживать их концентрацию в почвенном растворе на постоянном уровне и скоростью перехода фосфатов из твердой фазы почвы в раствор. Характеристика почв по этим показателям представлена в таблице 9.

Таблица 9. Показатели фосфатного состояния обыкновенных черноземов Каменной степи Средний уровень, без NPK Средний уровень + NPK Высокий уровень, без NPK Высокий уровень + NPK Орошение, Смытый чернозем Вовлечение черноземов в пашню сопровождается увеличением содержания подвижных фосфатов, наиболее легко доступных растениям и равновесной активности фосфат-ионов. В почвах с высоким уровнем обеспеченности элементами питания и орошаемом черноземе эти показатели увеличились на 95и 120-130% соответственно. В тоже время в абсолютных единицах содержание подвижных фосфатов изменилось менее заметно – всего на 0,20-0, мг/100 г почвы. Это может свидетельствовать о том, что в данных почвах при сложившейся системе земледелия более существенного повышения содержания подвижных фосфатов добиться нельзя.

В пахотных неорошаемых черноземах уменьшаются емкость поглощения фосфатов и потенциальная буферная способность по отношению к ним, что обусловлено заполнением сорбционных мест фосфатами, поступающими с удобрениями и высвобождающимися при минерализации органического вещества. Орошаемый чернозем отличается более высокой емкостью поглощения фосфатов, что по-видимому вызвано активизацией соединений железа.

Негативное влияние на фосфатное состояние обыкновенного чернозема оказывает эрозия. Вовлечение в пахотный слой свободных карбонатов обуславливает низкие показатели содержания подвижных фосфатов и их равновесной активности. По сравнению с залежной почвой емкость поглощения фосфатов возрастает в 1,3 раза, а потенциальная буферная способность к ним в 1,5 раза.

Все это является следствием активного образования в эродированном черноземе высокоосновных фосфатов кальция.

Скорость перехода фосфатов в раствор при экстенсивном использовании чернозема снижается до 0,16-0,18, с 0,38 в залежном черноземе. Создание высокого уровня обеспеченности почвы элементами минерального питания и ежегодное применение минеральных удобрений привело к увеличению этого показателя до 0,41-0,44, что отражает положительные изменения в фосфатном состоянии обыкновенных черноземов, при этом существенных различий между почвами с разными уровнями обеспеченности фосфором, по большинству показателей, характеризующих их фосфатное состояние не установлено.

1. Распашка и интенсивное использование обыкновенных черноземов активизируют минерализационные процессы в результате которых теряется до 30% гумуса от его исходного содержания. Потеря лабильных фракций органического вещества сопровождается возрастанием гуматности гумуса и роли инертных компонентов в его формировании. В орошаемом черноземе кормового севооборота процесс гумификации интенсифицируется, что ведет к увеличению содержания и запасов гумуса и величины отношения Сгк : Сфк. При этом в условиях нового гидротермического режима возрастает подвижность гумусовых кислот и их участие в миграционных процессах.

Под влиянием эрозии гумусовое состояние обыкновенного чернозема существенно ухудшается. Потери гумуса в пахотном слое достигают 50%.

Происходят они преимущественно за счет наиболее ценных гуматов кальция в результате чего отмечается заметная фульватизация гумуса чернозема и возрастает роль гумина в его формировании.

2. Система показателей гумусового состояния Л.А. Гришиной, Д.С. Орлова позволяет выявить особенности трансформации гумуса обыкновенных черноземов под влиянием длительного сельскохозяйственного использования и отрицательное его изменение в результате развития эрозии. Однако с ее помощью не удалось установить различий между орошаемой и неорошаемой почвами и оценить негативные последствия орошения черноземов.

3. Комплексом физико-химических методов установлено, что в условиях высокой культуры земледелия состав и свойства гуминовых кислот обыкновенных черноземов не претерпевают существенной трансформации.

Согласно данным элементного анализа и спектроскопических исследований в результате длительного сельскохозяйственного использования Гк неорошаемого чернозема частично обедняются алифатическими и азотсодержащими группировками, возрастает степень их ароматичности и окисленности, уменьшается теплота сгорания. Под влиянием орошения активизируются процессы обновления молекул Гк с преимущественным включением в их состав обогащенных углеродом циклических структур, что сопровождается некоторой потерей кислородсодержащих группировок, уменьшением степени окисленности и увеличением энергопотенциала гуминовых кислот.

Результаты термического анализа показывают, что в почвах агроценоза возросла дифференциация структурных компонентов, формирующих периферическую часть молекул Гк неорошаемого чернозема и центральную часть молекул Гк орошаемой почвы, сопровождающаяся увеличением значений энергии активации и констант скорости пиролиза при их термодеструкции, при этом изменения термических свойств гуминовых кислот обыкновенных черноземов практически не повлияли на соотношение периферических и ядерных частей в молекулах Гк.

4. Трансформация естественного ценоза в агроценоз оказывает заметное влияние на фосфатное состояние обыкновенного чернозема. Экстенсивное использование черноземов Каменной степи сопровождается ухудшением их фосфатного состояния – снижением содержания органических и минеральных соединений фосфора. Применение удобрений на богаре приводит к увеличению содержания преимущественно минерального фосфора. В условиях орошения возрастает содержание его органических и минеральных соединений.

5. Без ежегодного внесения удобрений происходит уменьшение количества свежеосажденных и разноосновных фосфатов кальция и увеличение содержания труднорастворимых фосфатов кальция и алюминия, существенное уменьшение скорости перехода фосфатов в раствор, что наряду с высоким значением потенциальной буферной способности по отношению к фосфору, отражает негативное изменение его фосфатного состояния. При внесении в запас и ежегодном применении минеральных удобрений, как в богарных так и в орошаемых условиях, отмечается заметная оптимизация параметров, характеризующих фосфатное состояние обыкновенных черноземов. Отчетливое отрицательное влияние на фосфатное состояние обыкновенного чернозема оказывает эрозия, что проявляется в увеличении емкости поглощения и потенциальной буферной способности в отношении фосфатов, существенном уменьшении содержания свежеосажденных, разноосновных и подвижных фосфатов и скорости перехода их в раствор, низкой равновесной активности фосфатов.

6. Лабильные гумусовые вещества могут служить важным источником фосфора для растений. Вклад содержащегося в них фосфора в общее количество органофосфатов составляет 10-14%, что превышает его содержание в кислоторастворимом органическом веществе и сопоставимо с содержанием фосфора в гуминовых кислотах.

7. При использовании обыкновенных черноземов в богарном земледелии происходит мобилизация фосфора из кислоторастворимого органического вещества, увеличение его количества в фульвокислотах и развитие тенденции обогащения фосфором гуминовых кислот, причем без ежегодного внесения удобрений существенно обедняется фосфором гумин. Кормовой севооборот в условиях орошения способствует увеличению содержания фосфора почти во всех группах органического вещества обыкновенного чернозема. Развитие эрозии приводит к уменьшению содержания всех категорий органофосфатов кроме гумина, особенно сильно обедняются фосфором кислоторастворимое органическое вещество и гуминовые кислоты.

8. Ежегодное применение минеральных удобрений на обыкновенных черноземах под конкретную культуру является более рациональным приемом оптимизации их фосфатного состояния чем внесение фосфорных удобрений в запас для создания высокого уровня обеспеченности почвы этим элементом.

Публикации по теме диссертации.

1. Кузелев М.М., Кончиц В.А., Мамонтов В.Г., Мухина С.В. Применение показателя потенциальной буферной способности для оценки фосфатного режима обыкновенных черноземов при их сельскохозяйственном использовании // В сб. «Современное приборное обеспечение и методы анализа почв, кормов, растений и сельскохозяйственного сырья», М., 2004, С. 136-137.

2. Кузелев М.М., Мамонтов В.Г., Мухина С.В., Кончиц В.А. Фосфатное состояние черноземов естественно-антропогенного ландшафта // Плодородие, 2006; №4. – С. 19-22.

3. Кузелев М.М., Мамонтов В.Г., Сюняев Н.К., Свиридов А.К., Черенков В.В. Гумусовое состояние обыкновенных черноземов естественноантропогенного ландшафта Каменной степи // Известия ТСХА, 2007; №3. – С.

38-46.

4. Кузелев М.М., Мамонтов В.Г., Сюняев Н.К., Свиридов А.К., Черенков В.В. Инфракрасные спектры поглощения гуминовых кислот обыкновенных черноземов Каменной степи. В сб. «Русский чернозем». Воронеж, 2007, С. 28- 34.



 
Похожие работы:

«Спангенберг Виктор Евгеньевич Динамика структурной организации хромосом в профазе I мейоза у мыши и человека 03.02.07 – генетика Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Москва – 2013 Работа выполнена в лаборатории цитогенетики Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института общей генетики имени Н.И. Вавилова Российской академии наук, г. Москва. доктор биологических наук, профессор Научный руководитель : Коломиец...»

«БАЖЕНОВ Юрий Александрович МЛЕКОПИТАЮЩИЕ ВОСТОЧНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ (ФАУНА, НАСЕЛЕНИЕ, ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СООБЩЕСТВ) 03.02.04 – зоология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Новосибирск – 2012 Работа выполнена в лаборатории экологии сообществ позвоночных животных Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института систематики и экологии животных Сибирского отделения РАН, Федеральном государственном бюджетном учреждении...»

«СПЕРАНСКАЯ НАТАЛЬЯ ЮРЬЕВНА СОСТАВ И ЖИЗНЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ДРЕВЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЙ г. БАРНАУЛА Специальность 03.00.05 – ботаника АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Барнаул – 2007 2 Работа выполнена на кафедре ботаники Алтайского государственного университета, г. Барнаул Научный руководитель : доктор биологических наук, профессор, Терёхина Татьяна Александровна, Алтайский госуниверситет Официальные оппоненты : доктор биологических наук,...»

«ШЕСТАКОВ Игорь Евгеньевич ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА г. ПЕРМИ 03.02.08 – экология (биология) Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук Пермь – 2012 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Пермский государственный национальный исследовательский университет. Научный руководитель : доктор биологических наук, профессор Ерёмченко Ольга Зиновьевна...»

«БАЛАНОВСКИЙ Олег Павлович ИЗМЕНЧИВОСТЬ ГЕНОФОНДА В ПРОСТРАНСТВЕ И ВРЕМЕНИ: СИНТЕЗ ДАННЫХ О ГЕНОГЕОГРАФИИ МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ ДНК И Y-ХРОМОСОМЫ 03.02.07 – генетика 03.01.03 – молекулярная биология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук Москва – 2012 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении Медико-генетический научный центр Российской академии медицинских наук. Научные консультанты: доктор биологических наук,...»

«Иметхенова Оксана Васильевна SPIRAEA AQUILEGIFOLIA PALL. В РАСТИТЕЛЬНОСТИ СЕЛЕНГИНСКОГО СРЕДНЕГОРЬЯ (ЗАПАДНОЕ ЗАБАЙКАЛЬЕ) 03.00.05 Ботаника АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Улан-Удэ 2008 Работа выполнена в Бурятском государственном университете Научный руководитель : доктор биологических наук, профессор Намзалов Бимба-Цырен Батомункуевич Официальные оппоненты : доктор биологических наук, профессор Дулепова Бэлла Ивановна...»

«МАЛИКОВА ЛИЛИЯ АЛЕКСАНДРОВНА ПРОТЕИНАЗЫ И АЛЬДОЛАЗЫ: ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ПОДХОДЫ К ПОЛУЧЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКИ ЗНАЧИМЫХ БАКТЕРИАЛЬНЫХ ФЕРМЕНТОВ 03.00.07 – микробиология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Казань – 2007 Работа выполнена в лаборатории биосинтеза и биоинженерии ферментов кафедры микробиологии биолого-почвенного факультета ГОУВПО Казанский государственный университет им. В.И. Ульянова-Ленина. Научный руководитель : Кандидат...»

«СОЛОВЬЕВА ИРИНА ВЛАДЛЕНОВНА МИКРОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОРРЕКЦИИ ДИСБИОЗНОЙ МИКРОБИОТЫ ЧЕЛОВЕКА 03.02.08 – экология (биология) 03.02.03 – микробиология АВТОРЕФЕРАТ на соискание ученой степени доктора биологических наук Нижний Новгород 2013 2 Работа выполнена в Федеральном бюджетном учреждении науки Нижегородский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. академика И.Н.Блохиной Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и...»

«АНДРЕЕВА Алевтина Сергеевна ЖУКИ-ЛИСТОЕДЫ (COLEOPTERA: CHRYSOMELIDAE) БЕЛГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ: ФАУНА, ЭКОЛОГИЯ, ХОЗЯЙСТВЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ 03.02.08 – Экология Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук Белгород – 2014 Работа выполнена на кафедре биоценологии и экологической генетики ФГАОУ ВПО Белгородский государственный национальный исследовательский университет Научный руководитель : доктор биологических наук, доцент Присный Александр...»

«Хикматуллина Гульшат Радиковна СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МОРФОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЛИСТЬЕВ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ В УСЛОВИЯХ УРБАНИЗИРОВАННОЙ СРЕДЫ Специальность 03.02.08 - экология Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Казань – 2013 1 Работа выполнена на кафедре ботаники и экологии растений ФГБОУ ВПО Удмуртский государственный университет Научный руководитель : доктор биологических наук, профессор Баранова Ольга Германовна ФГБОУ ВПО...»

«Кузьменко Александр Анатольевич РАСТИТЕЛЬНОСТЬ МОРЕННЫХ И ВОДНО-ЛЕДНИКОВЫХ РАВНИН ЮЖНОЙ ОКРАИНЫ СМОЛЕНСКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ Специальность 03.02.01 – Ботаника АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учной степени кандидата биологических наук Брянск 2014 Работа выполнена на кафедре ботаники ФГБОУ ВПО Брянский государственный университет имени академика И.Г. Петровского доктор биологических наук, профессор Научный руководитель : Булохов Алексей Данилович Официальные оппоненты :...»

«Калмыкова Ольга Геннадьевна ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ БУРТИНСКОЙ СТЕПИ (ГОСЗАПОВЕДНИК ОРЕНБУРГСКИЙ) 03.00.16 – Экология Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Санкт-Петербург – 2008 Работа выполнена в лаборатории биогеографии и мониторинга биоразнообразия Института степи Уральского отделения Российской академии наук Научный руководитель : доктор биологических наук Сафронова Ирина Николаевна Официальные...»

«ЕФИМОВ ПЕТР ГЕННАДЬЕВИЧ РОД PLATANTHERA Rich. (ORCHIDACEAE Juss.) И БЛИЗКИЕ РОДЫ ВО ФЛОРЕ РОССИИ 03.00.05. – Ботаника Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2007 Работа выполнена в Отделе Гербарий высших растений Ботанического института им. В. Л. Комарова РАН. Научный руководитель : доктор биологических наук Аверьянов Леонид Владимирович Официальные оппоненты : доктор биологических наук Шамров Иван Иванович, кандидат...»

«Нямжав Мунхжаргал ЭКДИСТЕРОИДСОДЕРЖАЩИЕ РАСТЕНИЯ ЗАПАДНОЙ МОНГОЛИИ (СКРИНИНГ, ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ, ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ) 03.00.05 – ботаника 03.00.12 – физиология и биохимия растений Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Томск – 2009 Работа выполнена в лаборатории фитохимии Сибирского ботанического сада ГОУ ВПО Томский государственный университет доктор химических наук, старший Научный руководитель : научный сотрудник Зибарева...»

«Духовная Наталья Игоревна ПОКАЗАТЕЛИ РАЗВИТИЯ ФИТОПЛАНКТОННЫХ СООБЩЕСТВ В ВОДОЕМАХ С РАЗНЫМ УРОВНЕМ РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ 03.01.01 – Радиобиология Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Москва-2011 2 Работа выполнена в Федеральном государственном учреждении науки Уральский научно-практический центр радиационной медицины Федерального медикобиологического агентства Российской Федерации, г. Челябинск доктор биологических наук...»

«Димитриев Юрий Олегович СОВРЕМЕННОЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ФЛОРЫ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЫ (НА ПРИМЕРЕ ГОРОДА УЛЬЯНОВСКА) 03.02.01 – Ботаника 03.02.08 – Экология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Сыктывкар – 2011 2 Работа выполнена на кафедре ботаники ГОУ ВПО Ульяновский государственный педагогический университет имени И.Н. Ульянова Научный руководитель : кандидат биологических наук, доцент Масленников Андрей...»

«МАРКОВ Денис Игоревич Тепловая денатурация и агрегация субфрагмента 1 миозина и влияние малых белков теплового шока на процесс агрегации Специальность 03.01.04 – биохимия Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Москва 2010 Работа выполнена в лаборатории молекулярной организации биологических структур Учреждения Российской академии наук Института биохимии им. А.Н. Баха РАН Научный руководитель : доктор биологических наук, профессор Д....»

«Шеметова Инна Сергеевна ЭКОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ РАСТИТЕЛЬНЫХ ГАЗОНОВ В УСЛОВИЯХ ПРЕДБАЙКАЛЬЯ 03.02.08 - экология АВТОРЕФЕРАТ на соискание ученой степени кандидата биологических наук Улан-Удэ – 2011 1 Работа выполнена на кафедре сельскохозяйственной экологии ФГОУ ВПО Иркутской государственной сельскохозяйственной академии Научный руководитель : Доктор сельскохозяйственных наук, профессор Хуснидинов Шарифзян Кадирович Официальные оппоненты : Доктор биологических...»

«ФИЛИППОВ Дмитрий Андреевич СТРУКТУРА И ДИНАМИКА ЭКОСИСТЕМ ПОЙМЕННЫХ БОЛОТ БАССЕЙНА ОНЕЖСКОГО ОЗЕРА (ВОЛОГОДСКАЯ ОБЛАСТЬ) 03.00.16 – экология 03.00.05 – ботаника Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук Сыктывкар – 2008 Работа выполнена на кафедре зоологии и экологии ГОУ ВПО Вологодский государственный педагогический университет Научные руководители: доктор биологических наук, профессор БОЛОТОВА Наталья Львовна доктор биологических наук,...»

«Добровольский Олег Павлович ИЗМЕНЕНИЯ В СОСТАВЕ ОХОТНИЧЬИХ МЛЕКОПИТАЮЩИХ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ В ПОСЛЕДНИЕ ДЕСЯТИЛЕТИЯ Специальность 03.02.08 – экология (биологические наук и) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Ростов-на-Дону - 2013 2 Работа выполнена на кафедре зоологии ФГАОУ ВПО Южный Федеральный университет доктор сельскохозяйственных наук, Научный руководитель : профессор Миноранский Виктор Аркадьевич Официальные оппоненты :...»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.