CC BY
56
Вывод
При решении ряда задач с помощью рассмотренной модели можно оценивать температуру в профиле пахотного слоя чернозема с достаточной точностью. При этом существенно сокращается объем экспериментальных исследований.
Библиографический список
1. Чудновский А.Ф. Теплофизика почв / А.Ф. Чудновский. - М.: Наука, 1976. -352 с.
2. Гефке И.В. Теплофизическое состояние выщелоченных черноземов Алтайского Приобья в условиях плодового
сада: автореф. дис. ... к.с-х.н. / И.В. Гефке. - Барнаул, 2007. - 20 с.
3. Болотов А.Г. Применение цифровых датчиков при измерении температуры почв / А.Г. Болотов, С.В. Макарычев, А. А. Левин / / Проблемы рационального природопользования в Алтайском крае: сб. науч. тр. — Барнаул: АГАУ, 2005. — С. 159-161.
4. Болотов А.Г. Автоматизированная система для исследования теплофизиче-ских характеристик почв / А.Г. Болотов, С.В. Макарычев, А.А. Левин / / Вестник АГАУ. — 2002. — № 3. — С. 20-22.
5. Самарский А.А. Теория разностных схем / А.А Самарский. — М.: Наука, 1989. — 616 с.
+ + +
УДК 636/635:631.416.9 (571.15) С.Ф. Спицына,
В.А. Шин, В.Г. Бахарев
БИОГЕОХИМИЯ МАРГАНЦА В АЛТАЙСКОМ КРАЕ
Ключевые слова: марганец, форма в почве, подвижная форма, вариабельность.
Введение
Недостаток марганца в почвах Алтайского края может быть серьезным препятствием получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур. Выявление потребности растений в марганце и обеспеченности им почвы является важной задачей агрохимии, для решения которой необходимо иметь представление о формах нахождения его в пахотных почвах и о зависимости их доступности для растений при различных агрохимических свойствах почвы. Изученность этого вопроса позволит эффективно использовать резервы почвы по марганцу и восполнить его недостаток для растений с помощью микроудобрений.
Методы исследований
В исследованиях применялись методы Б.Н. Доспехова и информационно-логический метод Пузаченко-Мошкина [1, 2].
Результаты исследований
Марганец жизненно необходим для растений. Он входит в активные центры многих ферментов. Особенно велика его роль в реакциях фотосинтеза, дыхания и др. Для марганца характерна многосторонность участия в метаболизме, что связано с его способностью активировать множество биохимических реакций (Бой-ченко, 1966), требующих определенных окислительно-восстановительных потенциалов (ОВП, В) [3]. Среди форм марганца, участвующих в метаболизме растений, встречаются формы и переходы: Мп+2 ^ Мп (ОВП = - 1,192 В);
Mn
+3
Mn+2 (ОВП = 1,499 В)
Мп02 ^ Мп+2 (ОВП = 1,239 В);
Мп+2 ^ Мп(ОН)2 (ОВП = 0,174 В);
МпОН+ ^ Мп (ОВП = - 0,878 В);
Мп04-2 ^ Мп02 (ОВП = 0,652 в);
Мп(ОН)2 ^ Мп (ОВП = - 1,566 в);
МпО(ОН) ^ Мп(ОН)2 (ОВП = 0,174 В).
Марганец накапливается в растениях в соответствии с физиологической функцией, с индивидуальными свойствами, наследственными признаками растений и его содержанием в почве.
Многообразные химические процессы, происходящие в растениях, требуют определенных количеств марганца. При этом в растениях создается рациональный химический состав и соотношения микроэлементов, где марганцу придается большое значение. Значительная физиологическая роль марганца подтверждается относительно высоким его содержанием в растениях. Так, в условиях Алтайского края содержание марганца в растительности варьирует от 61 до 110 мг/кг.
Относительно высокое содержание марганца в растительности Алтайского края объясняется принципом доступности, когда высокое содержание элемента в почве способствует его накоплению в растениях.
Для доказательства этого принципа в системе почва — растения мы сопоставили данные о содержании микроэлементов в почве и растениях Алтайского края. По валовому содержанию в почвах (мг/кг) микроэлементы расположились в ряд: Mn > Zn > Си > Со > B > Mo, а по содержанию в растениях (мг/кг) — в ряд: Мп > Zn > Си > В > Мо > Со. Эти два ряда начинаются с марганца, то есть марганца много как в почве (< 500 — > 1100 мг/кг), так и в растениях (<61 — > 110 мг/кг). Кроме того, марганец почвы относительно доступен растениям, т.к. почвы края характеризуются достаточно высоким содержанием его подвижных форм (< 20 — > 155 мг/кг).
Зависимость содержания марганца в растениях от содержания его в почвах криволинейная.
При относительно низком валовом содержании марганца в почве связь между содержанием его в почве от (< 500 до 700-900 мг/кг) и растениях (от < 61 до 110 мг/кг) близка к прямой. При увеличении валового его содержания в почве (> 900 мг/кг) наблюдается уменьшение содержания марганца в растениях (от > 110 мг/кг до < 61 мг/кг).
Зависимость содержания марганца в растениях от содержания в почве его подвижных форм близка к прямолинейной при содержании в почве его подвижных форм < 110 мг/кг. При увеличении содержания от 110 мг/кг до > 155 мг/кг она становится обратной из-за наличия в растениях барьерных механизмов. Максимальное содержание марганца в растениях (> 100 мг/кг) наблюдается при содержании в почве подвижных форм 110150 мг/кг.
По устройству наружных электронных оболочек марганец относится к геохимическому семейству железа ^е, Си, Мп, Со). Их роднят общие свойства: все они переменновалентны, обладают каталитическими свойствами и мигрируют вместе
[4].
В.И. Вернадским (1957) было установлено, что кларк марганца в литосфере 0,09%. В глубоких слоях земной коры марганец выступает как двухвалентный элемент, образуя изоморфную примесь к силикатам, алюмосиликатам, ферросили-катам. В зоне окисления он находится, главным образом, в виде Мп+4, в меньшей степени Мп+3 и Мп+2. Наиболее устойчивым соединением марганца в этой зоне является Мп02 — пиролюзит. Менее устойчивы более подвижные гидратные формы изменчивого химического состава.
Марганец в почвах может давать значительное количество оксидов и гидро-ксидов, различающихся по растворимости. Так, закись марганца (МпО) нерастворима, неустойчива, способна окисляться, закись — окись марганца (Мп304) нерастворима, устойчива, окись марганца (Мп203) нерастворима, двуокись марганца (Мп02) нерастворима, устойчива, гидрат окиси (Мп203 * Н20) нерастворим, переходная форма окисления. Гидрат закиси Мп(ОН) 2 слаборастворим в почве, неустойчив, подвергается окислению, накапливается в нейтральных почвах в результате гидролиза солей: МпС12 + Н20 ^ Мп(ОН)С1 + Н20 ^ Мп(ОН)2. При взаимодействии с кислородом при повышении Мп+2 рН из Мп(ОН)2 переходит в Мп+4 Мп(ОН)4. Мп+2 подвижен, обладает высокой миграционной способностью. Мп+4 инертен, стабилен. При небольшом повышении рН Мп+2 переходит в относительно подвижный Мп+3.
При рН > 7,8 весь марганец переходит в Мп+4. При понижении рН почвенного раствора количество Мп+4 в почве уменьшается, а при рН = 5 сходит на нет.
Соотношение между количествами соединений марганца различной валентности и степени растворимости в почве зависит от реакции среды, окислительно-восстановительного потенциала, влажности, аэрации почвы и микробиологической деятельности [5].
Марганец в почве распределен в структурах первичных и вторичных минералов, органно-минеральных и органических соединений [6].
В почвах встречаются формы: 1) легкорастворимая; в виде солей (хлоридов, нитратов, сульфатов); 2) адсорбированная минеральными и органическими коллоидами; 3) форма труднорастворимых солей марганца (фосфатов, карбонатов);
4) марганец оксидов и гидроксидов;
5) марганец в составе органического вещества; 6) марганец в составе первичных и вторичных минералов.
Растения могут использовать только физиологически доступные формы марганца. Наиболее доступным для растений является двухвалентный марганец, который преобладает в восстановительной среде с низкими значениями рН. Смена восстановительных условий на окислительные вызывает последовательный переход марганца в более окисленное и менее подвижное состояние Мп+2^Мп+3^Мп+4. В почвах наиболее распространенны Мп+2 и Мп+4. Двухвалентный марганец обычно встречается в виде водорастворимых солей: бикарбоната, сульфата, нитрата, хлорида и приуроченных к почвам с кислой реакцией среды.
К водорастворимым относятся также соли марганца и органических кислот: молочной Мп (С3Н503)2 * 3Н20; муравьиной Мп(НС03)2 * Н20; уксусной Мп(С2Н302)2 * 4Н20 и др.
Растения для питания используют также обменный марганец, который переходит в почвенный раствор при воздействии на почву нейтральных солей (Пейве, 1961). Марганец оксидов и гидроксидов становится доступными для растений только после восстановления до двухвалентной формы. Это восстановление происходит быстрее или медленнее в зависимости от степени восстанавливаемости. Легче всего восстанавливаются свежеосажденные гидраты окисей.
Растения могут поглощать марганец из фосфатов. Среди фосфатов в почве встречаются не только труднорастворимая соль Мп3(Р04)2 * 7Н20, но и слаборастворимая соль МпНР04 * 3Н20 и растворимая Мп(Н2Р04)2 * 2Н20. Образование этих солей в почве зависит от реакции среды. На очень кислых почвах при высоких концентрациях ионов водорода образуются более растворимые однозаме-щенные фосфаты. На нейтральных и слабощелочных почвах образуются труднорастворимые трехзамещенные фосфаты марганца.
К нерастворимым солям относятся: силикат марганца (MnSiO3) и карбонат мар-
ганца (МпС03). Бикарбонат марганца Мп(НС03) 2 растворим.
Среди фракций марганца водорастворимая и обменная легкодоступны для растений. Относительно доступны фосфат и карбонат марганца, а также гидроксиды и оксиды марганца, поскольку они представляют собой ближайший резерв для пополнения водорастворимой и обменной фракций. Марганец, связанный с органическим веществом, потенциально доступен для растений, т.к. при разложении органических соединений он переходит в усвояемую форму.
Марганец, входящий в кристаллическую решетку минералов, растениям не доступен.
Я.В. Пейве (1963) предложил к доступным и потенциальнодоступным для растений относить так называемые активные формы, куда входят три группы соединений: водорастворимые, обменные, легко-восстанавливаемые [5].
Иногда для определения всех доступных для растений форм используют 10%-ный раствор НС1, который позволяет разделить «активную» форму, переходящую в раствор и «инертную», остающуюся в субстрате [6].
При определении подвижного марганца с использованием в качестве экстрагента 0,1 н Н^04 в раствор переходят водорастворимый, обменный и часть легковосста-навливаемых форм.
Для определения содержания в почвах Алтайского края подвижного марганца мы использовали 0,1 н Н^04. Было установлено, что содержание подвижного марганца в почвах колеблется от < 50 до > 166 мг/кг. Коэффициенты вариабельности 4,8-25%. Самое высокое среднее содержание (100 мг/кг) подвижных форм марганца наблюдается в почвах Приобского плато и Предгорий Алтая, а низкое — в почвах Бийско-Чумышской возвышенности Кулундинской низменности.
Значительная вариабельность содержания марганца в почвах различных природных зон Алтайского края зависит от разных факторов. Информационно-логический анализ показал, что, судя по коэффициентам эффективности канала связи, факторы по влиянию на содержание в почве подвижных форм марганца располагаются в ряд: рН > гумус > илистая фракция.
Значительное влияние рН на содержание в почве подвижных форм марганца объясняется его химической природой и
природой его соединений, а также вариабельностью рН в почвах различных природных зон Алтайского края. Так, в каштановых почвах Кулундинской низменности наблюдается варьирование рН от 6,8 до > 7,1. В черноземах Приобского плато рН варьирует от 6,1 до 6,8. В почвах Бий-ско-Чумышской возвышенности рН изменяется в пределах от 5 до 6,7.
Рассматривая зависимость содержания подвижного марганца от рН почвы, используя информационно-логический анализ, мы выявили, что самое высокое его содержание характерно для рН от 6,5-7,0. Высокое содержание подвижного марганца в почвах Приобского плато можно объяснить накоплением легкорастворимых и обменных форм марганца и отсутствием значительных предпосылок их миграции по профилю.
При увеличении кислотности в почве наблюдается уменьшение содержания подвижных форм марганца, что характерно для почв Бийско-Чумышской возвышенности, где процесс подкисления почвы способствует переходу Мп+4 в Мп+2, обладающего высокой миграционной способностью. Усиливается профильная миграция марганца и обеднение верхнего горизонта почвы подвижным марганцем. В этих почвах уменьшается количество отрицательно заряженных коллоидов, способных удерживать от миграции катионы марганца.
Увеличение рН свыше 7,0, что характерно для некоторых почв Кулундинской низменности, сопряжено с низким со-
Ключевыг/е слова: структура, влажность, объемная масса, химико-минералогический, температура, перенос тепла, гумус, термопара, ультратермостат, температуропроводность.
держанием в почве подвижного марганца и гумуса. Здесь в связи с повышением рН увеличивается содержание труднорастворимых форм марганца.
Вывод
Зная закономерности поведения марганца в почве и выявляя связь между урожайностью культур от содержания в почве подвижного марганца, необходимо изыскивать способы оптимизировать содержание подвижного марганца в почве.
Библиографический список
1. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта / Б.А. Доспехов. — М., 1979. — 416 с.
2. Пузаченко Ю.Т. Информационно-логический анализ в медико-географических исследованиях / Ю.Т. Пузаченко,
A.В. Мошкин / / Итоги науки, сер. мед.-геогр. — М., 1969. — Вып. 3. — С. 5-71.
3. Бойченко Е.А. Ферментативные реакции фотосинтеза / Е.А. Бойченко // Вестник АН СССР. — 1951. — С. 55.
4. Вернадский В.И. Геохимия редких и рассеянных элементов в почвах /
B.И. Вернадский. — М., 1957. — С. 238.
5. Пейве Я.В. Руководство по применению микроудобрений / Я.В. Пейве. — 1963. — 222 с.
6. Маданов П.В. Биологическая аккумуляция марганца в почвах Волжско-Камской лесостепи и его доступность сельскохозяйственным растениям / П.В. Маданов. — Казань, 1953. — 203 с.
Введение
Основные климатические факторы окружающей среды, влияющие на плодородие пахотных земель и продуктивность возделываемых на них культур, тесно свя-
+ + +
УДК 631.6:436 Ч.Г. Гюлалыев
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ ПОЧВ С РАЗЛИЧНОЙ ВЛАЖНОСТЬЮ ПО ДАННЫМ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
