CC BY
51
Г.Г. Морковкин, М.Е. Иванова, С.Б. Тарасова
? ГУМУСНОЕ СОСТОЯНИЕ ЧЕРНОЗЕМНЫХ ПОЧВ СТЕПНОЙ ЗОНЫ АЛТАЙСКОГО КРАЯ
Согласно современным представлени- Д.С. Орловым в его схеме [2, 3], а также ям, гумус - это специфически почвенное, внесли в нее группы гуминовых черных и биогеогенное образование. Более чем бурых кислот, упоминаемые в текстах, но двухсотлетняя история изучения гумуса не внесенные в схему, привела исследователей к пониманию К настоящему времени собран боль-его как системы взаимосвязанных специ- шой фактический материал, который про-фически почвенных (гумусовых) веществ анализирован в монографиях и статьях [1]. На основе номенклатурной схемы [1-8]. Изучен элементный состав гумино-классификации органических веществ по- вых, гиматомелановых кислот, фульвокис-чвы Д.С. Орлова [2, 3] М.И. Дергачевой лот. Исследованы продукты деструкции была предложена схема специфических гумусовых кислот, различные виды спек-
гумусовых веществ. Цитируя схему, предложенную М.И. Дергачевой, мы оставили в ней группу гиматомелановых кислот и вероятную группу гуминовых веществ неполярного характера, упоминаемые
тров, на основании которых установлены основные функциональные группы гумусовых кислот. Исследованы гидролизаты препаратов гуминовых и фульвокислот.
Гумус = специфические гумусовые вещества
Гумин
£
ф
а
Новообразованные гумусовые кислоты (неогумус)
т«о№зоя ИЙ8Н
Гумусовые кислоты
Вероятная группа гуминовых веществ неполярного характера
НГК
НФК
Гуминовые кислоты (ГК)
Гематомелановые кислоты (ГМК)
Фульвокислоты
(ФК)
ф ф Ф Ф 1 Ф Ф
Чер- ные ГК Бурые ПС
Рис Л. Схема специфических гумусовых веществ по Д.С. Орлову [2, 3] и М.И. Дергачевой
[ 1] с некоторыми добавлениями ац *
Специфические гумусовые вещества не выделены как индивидуальные химические соединения, все известные к настоящему времени аналитические методики разделения гумуса на группы и фракции имеют условный, сравнительный характер, и их схемы не совпадают с номенклатурной схемой. Наиболее рациональной считается схема Тюрина в модификации Пономаревой-Плотниковой [4], которая позволяет выделить следующие фракции гуминовых кислот (ГК) и фульвокислот ФК);
Фракция 1: (ГК-1) - бурые (БГК) и свободные черные гуминовые кислоты,
сопутствующие им гиматомелановые кислоты (ГМК); сопряженные с ними фульвокислоты (ФК-1). Бурые гуминовые кислоты практически нерастворимы в воде, поэтому концентрируются в верхнем (0-20 см) горизонте и как следствие, формируют маломощные гумусовые горизонты, придают почвам кислую реакцию. Не связывают кальций. Разлагают минералы, способствуя выносу БЮ9 и накоплению 112Он, особенно Ье203. В почвах связаны в основном с полуторными окислами железа. Для выщелоченных черноземов способность бурых гуминовых кислот связывать А1203 и Ге2Ов неактуальна. Со-
держание бурых гуминовых кислот в выщелоченном черноземе невелико.
Фракция 2: (ГК-2) - черные гуминовые кислоты (ЧГК) и сопутствующие им гима-томелановые кислоты (ГМК), связанные с кальцием; сопряженные с ними фульво-кислоты (ФК-2). Свежепол ученные гели гуминовых кислот этой фракции хорошо растворимы в воде, при взаимодействии с кальцием образуют нормальные и кислые гуматы кальция. Причем растворимость гуматов кальция в воде зависит от степени насыщенности черных гуминовых кислот , кальцием: чем в меньшей степени черные гуминовые кислоты насыщены кальцием, тем в большей степени гуматы кальция растворимы в воде. Основные кальциевые соли черных гуминовых кислот в воде практически нерастворимы.
; Благодаря этим особенностям черные гуминовые кислоты формируют мощные гумусовые горизонты, придают почвам нейтральную реакцию. Обладают способностью разлагать минералы, накапливая кальций, при этом выносят из продуктов разложения полуторные окислы Я203. Хорошо сорбируются глиной.
Гуминовые кислоты этой фракции преобладают в гумусе выщелоченных черноземов, причем их содержание увеличивается сверху вниз по гумусовому профилю. Максимум гуматов кальция находится в средней и нижней части гумусового горизонта, увеличение содержания ГК на глубине 20-40 см сопровождается уменьшением содержания ФК.
Фракция 3: (ГК-3) - гуминовые кислоты (не конкретизируется, бурые или черные) и сопутствующие им гимато-мелановые кислоты (ГМК), связанные с глинистой фракцией и устойчивыми полуторными окислами; фульвокислоты (ФК-3), сопряженные с ними. Содержание ГК-3, связанных с глинистой фракцией, незначительно.
,аи Для фульвокислот выделяют фракцию 1а (ФК-1а): фульвокислоты свободные и предположительно связанные с подвижными полуторными окислами (агрессивная фракция). Почвам придают очень
кислую реакцию. Оподзоливают почвы, образуют иллювиально-гумусовые горизонты, не образуют гумусоаккумулятив* ных горизонтов.
В почвах фульвокислоты являются больше спутниками бурых, чем черных ГК. Так как в выщелоченных черноземах содержатся главным образом черные гуминовые кислоты, содержание ФК, как правило, незначительно. Хорошо растворимы в воде, обладают самой низкой молекулярной массой из гумусовых кислот, не осаждаются кальцием, поэтом}' общее содержание ФК возрастает с глубиной почвенного профиля.
Фульвокислоты разлагают минералы, способствуют выносу БЮ2 и накоплению В^О^, особенно А12Оч. Для выщелоченных черноземов способность фульвокислот связывать А1„08 и Ре203 неактуальна.
Согласно литературным данным, от> ношение суммы гуминовых кислот Сгк к сумме фульвокислот Сфк в гумусовом горизонте всех типов черноземов колеблется в пределах от 1,5 до 2,7 [1, 3, 4, б. 11-16].
Нерастворимый остаток в почвах является условной группой соединений: величина нерастворимого остатка зависит от силы воздействия на почву принятых растворителей.
В данной схеме не оговаривается особо выделение гиматом ела новых кислот (ГМК), но в литературе отмечен тот факт, что гиматомелановые кислоты сопутствуют гуминовым и фульвокислотам в щелочных вытяжках и осаждаются 0,1 н. Н23 04 вместе с гуминовыми кислотами. Гиматомелановые кислоты растворяются при обработке полученного осадка этанолом, образуя вишневый раствор [6] Фактически при данной схеме выделения углерод гуминовых кислот Сгк представляет собой на самом деле сумму углерода гуминовых кислот Сгк и углерода гима-томелановых кислот Сгмк. Кроме того свойства, рассматриваемые для ГК, скорее всего, включают в себя влияние ГМК.
Несмотря на значительный фактический материал, вопрос о структуре
гум Исс гум казг и ф-угле зат< ТОЗ) ноз1 Экс: доп; раз> совь зи. . в се< кис^ аспа циш фу л* разл ГК с амиї 18% (8-1С гидр груп Отм< имев лотн кисл
к
анал. лени не УЛ преп врем кисл. тарн разлз
/I
нестг
стру*
кисл<
гумусовых веществ остается открытым. Исследование гидролизатов препаратов гуминовых и фульвокислот кислот показало, что в состав молекул гуминовых и фульвокислот входят аминокислоты и углеводы. Углеводные спектры гидролизатов включают в себя глюкозу, галактозу, маннозу, арабинозу, ксилозу, рам-нозу, уроновые кислоты, аминосахара. Экспериментальные данные позволяют допустить, что моно- и полисахариды образуют соединения с компонентами гумусовых кислот через сложно-эфирные связи. Аминокислотные спектры включают в себя практически все основные аминокислоты при значительном преобладании аспаргиновой, глютаминовой кислот, глицина и аланина. Аминокислотные спектры фульво- и гуминовых кислот несколько различаются: в аминокислотном составе ГК относительно по'вышено содержание аминокислот основного характера (13-18% от суммы), циклических аминокислот (8-10% от суммы) по сравнению с ФК, в гидролизатах которых содержание этих групп аминокислот не превышает 3-5%. Отмечено [3], что различные виды почв имеют близкие углеводные и аминокис-\отные спектры гидролизатов гумусовых кислот.
Классический рентгеноструктурный шализ оказался непригодным для опреде-\ения структуры гумусовых кислот, так как не удалось получить их кристаллические препараты. Все известные к настоящему зремени гипотезы о строении гумусовых кислот основаны на сведениях об элементарном составе, продуктах деструкции, Различных видах спектров и т.п.
Д.С. Орловым было рассчитано среднестатистическое распределение атомов в :труктурной ячейке гуминовых и фульвокислот [3], к сожалению, гуминовые кис-
лоты рассмотрены в целом, без выделения черных и бурых гуминовых кислот:
гуминовые кислоты чернозема
с„н59о3Л
гуминовые кислоты дерново-подзоли-стой почвы С|73Н]5,092К„
фульвокислоты различных видов
ПОЧВ ^267^324^203^ 16'
Структурная ячейка представляет собой минимальную по размеру часть молекулы, которая содержит все важнейшие структурные фрагменты. Статистические характеристики ячейки гуминовых кислот: минимальная молекулярная масса 1500 единиц; 4 атома азота, один из которых принадлежит гидролизуемой, один - негидролизуемой аминокислоте, остальные два входят в гетероциклы. В предложенной Д.С. Орловым [3] схеме гетероциклический азот только один - в составе цикла феноксазоновой природы. Шестичленные циклы представлены главным образом трех- и четырехзамещенны-ми структурами, соединены мостиками с двойными связями, что создает достаточно протяженную и непрерывную цепь сопряжения. Развитая цепь сопряженных связей при наличии большого набора аук-сохромов удовлетворительно объясняет уровни коэффициентов экстинкции гуминовых кислот. Этиленовые мостики могут быть местом атаки при фотохимическом окислении гуминовых кислот. Гидролизуемая часть структурной ячейки составляет 45% массы препарата, включает около 6% аминокислот, до 25% углеводов и остатки типа фульвокислот.
Д.С. Орловым [3] предложена схема строения структурной ячейки гуминовой кислоты (рис. 2), позволяющая объяснить известные на сегодняшний день свойства гуминовых кислот.
;1 ыр
*|г 4 4« > лН
~лка хиаон '« эн
-3;.ПЭ хм ас -!*гм >аонзо
Негидролизуемая часть
О-СНз
> Тт
д К*?
н 1
сн
II
• сн і
оУ
1 і
і СН2 1
I С=0 і
1 неон 1
1
о-сн2-сн=сн-
сн2
^-9-Н
он н 9=0 9
нсн
I
(СН2)п
Гидролизуемая часть
я-сн2-сн-соон
I
I
кн2
(С6Нш05)2
- (СООН)п
- (ОН)п
- (ЫН2)п -(СН2)п
к Iі і
он
II II V
о
Рис. 2. Схема строения структурной ячейки гуминовой кислоты по Д.С. Орлову
Состав и строение структурных ячеек, из которых сложена вся молекула, могут варьировать, поэтому на рисунке приведена только усредненная у вероятностная схема. Д.С. Орлов отмечает, что замены в составе компонентов гидролизуемой части молекул, в характере замещений шестичленных бензоидных колец, в наборе этих колец и характере их сочленения, изменяя индивидуальный облик каждой отдельной молекулы, не должны (и, видимо, ' не могут) практически влиять на их общие физические и химические признаки. Это обусловлено высокомолекулярной природой гумусовых кислот и их принадлежностью к классу соединений переменного состава [3]. Здесь необходимо отметить, что группу гуминовых кислот разделяют на группы черных (серых) и бурых гуминовых кислот. Но различия в их структуре пока не исследованы.
Структура фульвокислот изучена в еще меньшей степени, чем структура гуминовых кислот. X. Кодама и М. Шнитцер на основе данных по составу, молекуляр-
ным массам, распределения электронной плотности (рентгеноструктурный анализ) предложили модель молекулы фульвокис-лоты [9]. По совокупности использовании х ими данных вероятностная модель молекулы с молекулярной массой 670 единиц должна содержать два ароматических кольца, шесть карбоксильных групп
- СООН, две кетонные группы - С=0, два фенольных гидроксила и три спиртовые
- ОН группы. Кроме того, в молекулу должны входить алифатические цепи и (или) алициклические кольца. Сочетание этих структурных элементов может быть разнообразным. Масса 670 единиц рассматривается авторами для молекулы На наш взгляд, слишком низкая молекулярная масса позволяет рассматривать данную схему как модель структурного фрагмента фульвокислоты, а не молекулы Кроме того, в схеме не отражено участие азота и пептидных остатков. Тем не менее на настоящий момент пока не предложены иные, более совершенные модели.
Различия в структуре гумусовых кислот определяют их различие в химических и биохимических, функциональных свойствах и, следовательно, различия в их роли в почвообразовании. В работе В.В. Пономаревой и ТА. Плотниковой [4] представлена удобная для работы таблица, в которой дана характеристика бурых и черных гуминовых кислот и фульвокислот, отражающая их различия но функциональным свойствам и их роль в процессах почвообразования (табл. 1). Авторы [4] отмечают, что для направления почвообразовательного процесса огромное значение имеют растворимость гумусовых кислот в воде и их химические свойства, особенно их способность осаждаться или не осаждаться кальцием, образовывать комплексные соединения с поливалентными металлами, способность оказывать разлагающее влияние на силикатные минералы.
Качественные особенности гумуса различных типов почв характеризуются, по И.В. Тюрину [10], количественным соотношением основных гумусовых веществ: гуминовых кислот (бурых и черных), гиматомелановых кислот, фульвокислот, гумина, неспецифических соединений. Состав, соотношение, химические свойства
и поведение разных фракций гумусовых кислот и их комбинаций в почвах очень разнообразны, и это обусловливает формирование чрезвычайно большого разнообразия почв. Интерес исследователей к изучению содержания гуминовых и фульвокислот и их соотношений в зависимости от природной зоны, типа почв, глубины почвенного профиля, а также изменение их содержания и соотношения во времени хорошо объясняет следующая цитата: “В литературе уже накоплен обширный материал, показывающий, что гумино-вые кислоты - это компонент гумуса, который наиболее четко отражает в своем строении, свойствах и структуре все закономерности, связанные с условиями их формирования, существования, антропогенными и другими воздействиями. В то же время пока не найдено четких закономерностей в изменении свойств и поведении фульвокислот в зависимости от условий существования почв, хотя отдельные данные, показывающие их специфику, уже имеются” [1, с. 34]. В нашей работе представлены результаты исследования содержания общего органического углерода и фракционного состава гумусо-во-аккумулятивных черноземов степной зоны Алтайского края.
Характеристика бурых, черных гуминовых кислот и фульвокислот
кэ
., •. i-; Признаки . —gi . . Черные ГК Бурые ГК ФК -
Ti' Цвет Черный Бурый Желтый и желто-бурый
Преобладание в почвах Стенных, сухостенных и лесостепных Лесных и торфяно-болотных Лесных
Образование под влиянием микрофлоры Бактериальной Бактериальной (?) Грибной
Растворимость: в воде (речь идет не об образовании истинных растворов, а о способности нептизкроваться) Свежеосажденные гели полностью растворимы в большом количестве волы Практически нерастворимы Легко растворимы
в кислотах Нерастворимы Нерастворимы Растворимы
в щелочах Растворимы после декальцинирования почв Растворимы без кальцинирования Расгворимы при всех условиях
Относительная молекулярная масса Менее высокая Более высокая Самая низкая
Оптическая плотность (E(Mr'“* при X ~ 430 нм) Высокая: >20 Более ннзкая: <15-20 Очень низкая: <5-7, до 1
Чувствительность к электролитам Сильная Слабая Нечувствительны
Гидрофильность Слабая Повышенная ('ильная
Зольность Низкая и Низкая
Емкость снязывания оснований, мг*экв на 100 г сухого вещества 400-500 500-600 600-800
Способность осаждаться Са Высокая: образуются нормальные и кислые 1-умагы кальция Слабая: образуются непрочные кислые соединения Не осаждаются
Способность осаждаться Fe и AI в почвах Эти соединения неизвестны Преобладающие формы соединений кислые Преобладающие соединения кислые - растворы и осадки
Преобладающие формы связи в почвах С кальцием С КгОэ, особенно Ре С К303, особенно А1
Сорбция глиной Высокая Ннзкая (?) Высокая (?)
Реакция, придаваемая почвам Нейтральная Кислая Очень кислая
Основная роль в почвообразовании Формируют мощные гумусовые горизонты Формируют маломощные гумусовые горизонты Оподзолнвают почвы, образуют иллювиально-гумусовые горизонты
Содержание в гумусовых горизонтах; т/га ~200-250 в черноземах 10-15 в дерново-подзолистых почвах Не образуют гумусо-аккумулятивных горизонтов
Отношение почв к известкованию Не требуют известкования Требуют периодического известкования
Нуждаемость почв в минеральных удобрениях Умеренная Повышенная Сильная
Способность разложения минералов, специфичность действия Разлагают минералы, выносят нз продуктов разложения К20,и накапливают Са Разлагают минералы, способствуют выносу SiOjH накоплению R20,, особенно Fe Разлагают минералы, способствуют выносу накоплению К20^ особенно А1
Степень изученности Большая Меньшая Недостаточная
Вестник Алтайского государственного аграрного университета №2 2003
Целью настоящей работы является изучение гумусного состояния почв и выявление особенностей фракционного состава гумуса черноземных почв степной зоны Алтайского края.
Методика исследований Определение фракционного состава гумуса проводили по схеме И.В. Тюрина в модификации В.В. Пономаревой и ТА. Плотниковой [4]:
Первая навеска почвы|-> непосред-
ственная ОД н. №ОН-вытяжка № 1,
В вытяжку переходит фракция бурых и свободных черных гуминовых кислот, сопутствующих им гиматомелановых кислот н фульвокислот, свободных и предположительно связанных с подвижными полуторными окислами. Г
Вторая навеска почвы декальци-
нирование 0,1н. Н2804 ->
В вытяжку переходит фракция фульвокислот, свободных и предположительно связанных с подвижными полуторными окислами (агрессивная фракция).
-»{почва после декальцинирования] ->
ОДн. КтаОН- вытяжка №2 —>
В вытяжку переходит фракция черных гуминовых кислот, сопутствующих им гиматомелановых кислот, связанных преимущественно с кальцием, и фульвокислот, сопряженных с ЧГК.
В вытяжку переходит фракция гуминовых кислот, связанных с глинистой фракцией и устойчивыми полуторными
окислами, и фульвокислот, сопряженных с ними.
Нерастворимый при данной схеме анализа остаток гумуса определяют по разности между общим содержанием органического углерода в почве и суммой углерода всех выделенных фракций гумусовых веществ, исключая углерод непосредственной ОД н. ЫаОН-вытяжки № 1.
Органический углерод в вытяжках определяли по методу Никитина [1] окислением органического вещества почвы хромовой смесью при нагревании до 150° С. Оптическую плотность исследуемых растворов регистрировали с помощью фотоэлектроколориметра ФЭК - 59 (X = 590 нм). -1 ,
Результаты исследований
Результаты исследования содержания общего органического углерода и фракционного состава гумусово-аккумулятив-ных черноземов степной зоны Алтайского края представлены в таблицах 2-4. \
Содержание общего органического углерода в черноземах (табл. 2) изменяется в соответствии с залеганием почвы по элементам ландшафта и проявлением эрозионных процессов. На выровненной верхней части склона зарегистрировано содержание общего углерода 3,06%; в трансэлювиальной зоне, где залегают среднесмытые почвы, содержание общего углерода уменьшается до 1,50%, в элювиально-аккумулятивной зоне (почвы слабосмытые) содержание общего углерода возрастает до 3,95% и в зоне аккумуляции (почвы намытые) достигает значения 5,47%. --- ;
Таблица 2
Содержание общего органического углерода в гумусовоаккумулятивных горизонтах черноземных почв умеренно-засушливой и колочной степи Алтайского края
№ раз- реза Длина сегмента склона, м Уклон, град. Положение в рельефе і Индекс почвы 1 Генетиче- ский горизонт Глубина отбора, см С, % Гумус, %
1 1-2 Выровненная верхняя часть склона Ч^2 Ап Ап АВ 0-5 0-20 30-40 2,85±0,01 2,68±0,01 0,94±0,01 4,91±0,01 4,62±0,01 ! 1,61 ±0,01 ! ]
2 400 2-3 Верхняя треть склона юго-запад-ной экспозиции ¿ч1* Ап Ап АВ+В т; 0-5 0-20 30-40 1,95±0,01 1,95±0,01 1,21 ±0,01 3,36±0,01 3,35±0,01 2,06±0,02
3 200 2-3 Середина склона 1Ц,2 Ап Ап АВ+В 0-5 0-20 30-40 2,40±0,01 1,96±0,01 0,62±0,01 4Д4±0,01 3,37±0,01 1,07±0,01 І
4 300 2-3 Нижняя треть склона ¿чу Ап Ап В 0-—5 , 0-20 30-40 1,06±0,01 ],04±0,01 0,36±0,01 1,83±0,01 | 1,78±0,01 ! 0,62±0,01 ;
5 110 2-3 Нижняя часть склона лчу Апк Апк АВк 0-5 0-20 30-40 3,76±0,01 3,66±0,01 2,87±0,01 6,48±0,01 ' 6,32±0,02 ' 4,94±0,01
6 40 2-3 Нижняя часть склона, целина члв23 -Ад А намытый А намытый А погребенный 0-5 5-10 10-20 30-40 5,08±0,01 2,64±0,02 5,59±0,06 5,75±0,06 8,75±0,01 : 4,55±0,03 9,63±0,10 9,91 ±0,10 і і і
40 км от Барнаула, верхняя треть склона 4% Ап 0-5 3509±0,02 ! 5,33±0,03
Групповой и фракционный состав гумуса выщелоченного чернозема
Глубина профиля, см Собщ. по- чвы, % Сгк, % к С общ. Сфк, % к С общ Сгк+Сфк Сгк Сфк
1 2 3 сумма 1а 1 2 3 сумма
Экспериментальные данные, Алтайский край
Ап 0-5 см Среднее значение 2,78 17,2 15,5 10,6 43,3 3,7 7,9 1,3 4,6 17,4 60,7 3,7
Ап 0-5 см Min - max 2,40- 3,09 2,9- 27,5 2,9-26,2 9,2-12,0 39,6-49,1 2,5-5,6 0Д-19Д ОД-3,7 0,4-12,0 7,6-34,0 47,2-75,1 1,2-5,2
Ап 0-20 см Среднее значение 1,71 18,1 21,0 7,9 46,9 4,0 2,8 5,9 0,7 13,4 60,2 4,3
Ап 0-20 см Min . -max 1,04- 1,96 5,5- 41,3 8,7-31,2 2,9-13,5 39,6-63,5 3,1-5,8 0,5-6,7 0,5-11,2 0,5-6,7 6,8-19,9 46,4-82,7 2,7-5,8
Литературные данные [1,3,4,6,11-16]
А 0 - 5 см 6,78 8,7 21Д 6,6 36,4 1,9 11,9 0,8 8,3 22,9 59,3 1,6
А1 5-20 6,80 6,5 27,2 5,3 39,0 2Д 6,5 5Д 9,5 23,2 62,2 1,7
А 0 —'20* 6,79 7,6 24,1 6,0 37,7 2,0 9,2 3,0 8,9 23Д 60,8 1,7
Примечание. Рассчитано среднее арифметическое горизонтов 0-5 и 5-20 по данным [1,3, 4, 6, 11-16].
ю
СП
Вестник Алтайского государственного аграрного университета №2 2003 г.
Исследование фракционного состава гумуса пахотных выщелоченных черноземов показывает (табл. 2), что в слое 0-5 см сумма Сгк + Сфк = 60,7 практически такая же, как для горизонта 0-20 см (Сгк +■ Сфк = 60,2), но соотношение Сгк/Сфк сильно отличаются: 3,7 и 4,3 соответственно.
Соотношение черных и гуминовых кислот фракции 1 в слое 0-5 см нетипично для выщелоченных черноземов: гумино-вые кислоты фракции 1 (ГК-1) несколько преобладают над черными (ГК-2) Сгк-2: Сгк-1 ~ 15,5:17,2 = 0,9. В слое 0-20 см это соотношение меняется, и ГК-2 преобладают над ГК-1, хотя и незначительно: Сгк-2: Сгк-1 - 21,0:18,1 = 1,17. В отличие от исследованных образцов, в выщелоченных черноземах Новосибирской области ГК-2 значительно преобладают над ГК-1 (21,1: 8,7 = 2,4 для горизонта 0-5 см).
Содержание гуминовых кислот, связанных с глинистой фракцией и устойчивыми полуторными окислами (ГК-3), незначительно по сравнению с фракциями ГК-1 и ГК-2. В целом содержание фракции ГК-3 в исследуемых образцах совпадает с литературными данными.
Надо отметить, что значения Сгк + Сфк, содержание Сгк-2 и Сгк-3 для наших образцов приближаются к литературным данным (табл. 2): для горизонта 0-5 см усредненное значение Сгк + Сфк = 59,3; для горизонта 0-20 см усредненное значение Сгк + Сфк = 60,8. Индекс оптической плотности растворов ЧГК при pH около 13 для типичных черноземов, горизонт 0-5см, составляет 23 [4], наши образцы показывают 20. Разница с литературными данными наблюдается в содержании бурых гуминовых кислот (сопряженных с гиматомелановыми) и фульвокислот. Вероятно, на соотношение этих фракций оказывает влияние тот факт, что в нашем случае исследовались образцы пахотных почв.
Соотношения ГК:ФК различных фракций для слоя 0-5 см (в скобках - литературные данные [4]): ГК-1:ФК-1 = 17,2: 7,9 =2,2 (0,7); ГК-2:ФК-2 = 15,5:1,3 = 11,9 (11,8); ГК-3:ФК-3 = 10,6:4,6= 2,3 (1,0).
Для слоя 0-20 см: ГК-1:ФК-1 = 18,1: 2,8=6,5; ГК-2:ФК-2 = 21,0:5,9 =3,6; ГК-3: ФК-3 = 7,9:0,7=11,3.
Как следует из расчета соотношений ГК:ФК для различных фракций, для исследуемых образцов выщелоченных черноземов характерно преобладание гуминовых кислот над фульвокислотами во всех трех фракциях.
Изменение фракционного состава гумуса по почвенному профилю было исследовано для чернозема оподзоленного.
Чернозем оподзоленный пахотный, описание разреза:
Ап 0-21. Серый, влажный. Легкосуглинистый, зернисто-комковато-пылеватый, рыхлый, пронизан корнями, переход в нижележащий горизонт ясный.
АВ 21-32. Буровато-серый с белесоватой присыпкой, влажный, легкосуглинистый, мелко-зернисто-пылеватый, уплотненный, пронизан корнями, отмечается наличие 8Ю2; переход в нижележащий горизонт ясный.
Вт 32-61. Темно-коричневый, влажный, среднесуглинистый,структура комковатая, плотного сложения, отмечается наличие 8Ю2, кротовины, переход в нижележащий горизонт постепенный.
В 61-127. Коричневый, увлажненный, среднесуглинистый, комковато-пылева-тый, уплотненный, отмечается наличие ЭЮ*, кротовины, переход в нижележащий горизонт ясный. X
ВСк 127-170. Белесовато-желто-бурый, влажный, среднесуглинистый, комковатый, уплотненный, отмечается наличие кротовин, переход в нижележащий горизонт постепенный.
Ск > 170. Коричневый, влажный, среднесуглинистый, комковатый, уплотненный.
Результаты исследования фракционного состава представлены в таблице 4.
Как следует из таблицы, гуминовые кислоты концентрируются в верхних гумусовоаккумулятивных горизонтах Ап и АВ, и их содержание плавно снижается с 39,6% до 20,5% вниз по профилю почвы (Ап, АВ, Вт) и резко уменьшается в горизонте В (6,4%).
Таблица 4
Чернозем оподзоленный. Фракционный состав гумуса
Вестник Алтайского государственного аграрного университета N92 2003 г.
Содержание гуминовых кислот фракции 1 остается практически постоянным в пределах горизонтов Ап-Вт и незначительно колеблется в пределах 5,5-6,5%, а содержание черных гуминовых кислот (фракция 2) уменьшается с глубиной почвенного профиля. Соотношение Сгк-2: Сгк-1 составляет следующие величины: 31,2:5,5 = 5,7 для горизонта Ап; 26,6:5,6 = 4,75 для горизонта АВ; 14,2:6,26 = 2,27 для горизонта Вт; в горизонте В черные гуминовые кислоты не зарегистрированы. Вероятно, присутствие бурых гуминовых кислот обеспечивает бурые и коричневые цвета горизонту АВ и нижележащим горизонтам. В оподзоленном черноземе для горизонта 0-20 см соотношение Сгк-2: Сгк-1 ~ 5,7, в выщелоченном Сгк-2:Сгк-1 = 21,0:18.1 = 1,17. То есть, для горизонта 0-20 см оподзоленного чернозема, в отличие от горизонта 0-20 см чернозема выщелоченного, наблюдается значительное преобладание черных гуминовых кислот над бурыми. I
Содержание черных гуминовых кислот (фракция-2) максимально в верхнем пахотном горизонте 31,2% и уменьшается с возрастанием глубины. Согласно литературным данным [4], свежеосажденные гели черных гуминовых кислот растворимы в воде, причем свежеосажденные гели черных гуминовых кислот растворяются в воде медленно, концентрация насыщенных растворов невелика (0,02-
0,03%). Растворимость гуматов кальция в воде уменьшается по мере насыщаемости черных гуминовых кислот кальцием. Эти свойства позволяют объяснить характер изменения содержания черных гуминовых кислот по гумусовому профилю: биогенный кальций при своем образовании связывается с образующимися черными гуминовыми кислотами, осаждая их, максимально задерживая в верхнем горизонте. Последующие горизонты насыщаются черными гуминовыми кислотами по мере проникновения в глубину растворимых свободных и малосвязанных с кальцием черных гуминовых кислот, катионов кальция и взаимодействия между ними.
Содержание гуминовых кислот, прочно связанных с глинистой фракцией (фракция-3), незначительно.
Содержание фульвокислот возрастает с глубиной: в горизонте Ап сумма фульвокислот всех фракций составляет
величину 6,7%, в горизонте АВ их содержание резко возрастает до 16,7%, достигает максимума в горизонте В 36,1% и затем начинает уменьшаться. Наличие фульвокислот (12,2%) зарегистрировано на глубине 200-210 см почвенного профиля (Ск). Способность фульвокислот ояод* золивать почвы и образовывать иллювиально-гумусовые горизонты объясняется хорошей миграционной способностью фульвокислот, которая, в свою очередь, складывается из хорошей растворимости фульвокислот в воде и самых низких среди гумусовых кислот относительных молекулярных масс.
Нерастворимая в данных условиях анализа фракция (гумин) колеблется практически по всему почвенному профилю от 47% до 58%; в горизонте ВСк резко возрастает до 78%, и в горизонте Ск составляет 86%. Резкое возрастание относительного содержания гумина наблюдается в карбонатных горизонтах. Вероятно, это каким-то образом связано с повышенным содержанием кальция в данных горизонтах и их минералогическим составом.
Проведенные исследования дают возможность заключить, что черноземы степной зоны Алтайского края характеризуются гуматным составом гумуса с преобладанием в нем гуминовых кислот. Высокое содержание гуминовых кислот обусловливает формирование хорошо полимеризованного гумуса.
Литература
1. Дергачева М.И. Система гумусовых веществ почв: пространственные и временные аспекты. - Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1989. - 110 с.
2. Орлов Д.С. Вопросы идентификации и номенклатуры гумусовых веществ // Почвоведение. - 1975. - № 2. - С. 48-60.
3. Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. - М: Изд-во МГХ 1990. - 325 с.
4.Пономарева В.В., Плотникова Т.А. Гумус и почвообразование (методы и результаты изучения).-Л.: Наука, Ленингр. отд-ние, 1980. - 221 с.
5. Глебова Г И. Гиматомелановые кислоты. - М., 1985.
6. Дергачева М.И. Органическое вещество почв: статика и динамика. - Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1984. - 152 с.
7. Hobartini J.C., Orioly G.A., Ton К.Н. Characteristics of soil humic asid fractions separated by ultrafiltration // Cjmmun. Soil Sci. And Plant Anal. - 1997. - 28, № 9-10.
- R 787-796.
8.Trubetskoi J., Trubetskaya J., Reknikova O., Afanas’eva G. Weight and optical differences between soil humic asids fractions obtained by coupling SEC - PAGE // Gloderma. - 1999. - 93, № 3-4. - P. 277-287.
9. Kodama H., Schnitzer M. X-ray studies of fulvic acid, a soil humic compound // Fuel.
- 1967.-V46.-N3.-87 p.
10.Тюрин И.В. Географические закономерности гумусообразования // Тр. юбил. сессии АН СССР,посвящ. 100-летию со дня рождения В.В. Докучаева. - М.; Л., 1949.
11. Егоров В.В., Мазиков В. М. Оценка содержания гумуса в пахотных почвах Курской модельной области по данным спектральной съемки // Исследование Земли из космоса. - 1999. - № 4. - С. 87-94.
12. Ахметов Ш.И., Ванюков А.Н., Вапа-ева М.А., Пронин А.А. Изменение гумус-ного состояния чернозема выщелоченного при длительном сельскохозяйственном ие-
В.И. Лутое,
ВЛИЯНИЕ ГУМИНОВЫХ УДОБРЕНИИ И ПРЕПАРАТА СИЛК НА РОСТ ЗЕМЛЯНИКИ И ЕЕ СПОСОБНОСТЬ К РАЗМНОЖЕНИЮ
пользовании в условиях мезиметрическог опыта // Материалы научной конференции Мордовского гос. ун-та им. Н.П. Огарева (XXVII Огаревские чтения), г. Саранск, 15-19 декабря. - Саранск, 1998. - С. 3-9.
13. Агапов 3.3., Аллаяров РФ. Изменение гумусного состояния выщелоченных черноземов Башкортостана при их сельскохозяйственном использовании // Тез. докл. 2-го съезда Общества почвоведов, г. Санкт-Петербург, 27-30 июня. - М., 1996. -Кн. 1.-С. 141-142.
14. Аюпов 3.3., Амиров М.Б. Динамика гумуса в интенсивном земледелии // Повышение интенсивности производства в сельском хозяйстве Республики Башкортостан/Башкирский гос. аграр. ун-т.-Уфа, 1998.-С. 122-127.
15,Чендев Ю.Г, Авилов Н.П. Содержание и запасы гумуса в черноземах разновозрастных пашен // Докл. Росс. акад. с.~х. наук. - 2000. - № 5. - С. 22-25.
16.Орел А.Н., Зезюков Н.И., Предво-рев Н.И., Дедов A.B. Скорость минерализации гумуса в черноземе выщелоченном // Агрономический вестник. - 2000. -№ 3. - С. 14-17.
В.Ф. Северин
Гуминовые кислоты являются сложной смесью высокомолекулярных азот-содержащих органических кислот. Они включают в свой состав 52-62% углерода, 3-5% водорода, 32-39% кислорода и 3-5% азота и входят в состав торфов, бурых углей и гумуса почвы, и образуются в процессе разложения и биохимического превращения отмерших растений при участии микроорганизмов, влаги и кислорода атмосферы [1].
Торфо-гуминовые удобрения, в основе которых лежат гуминовые кисло-ты, выделяемые различными методами из высокозольного торфа Одинцовского месторождения Бийского района Алтайского края, в исследовательской и производственной практике показывают большой эффект [2, 3].Улучшается рост растений, ускоряется их развитие и увеличивается продуктивность за счет лучшей усвояемости питательных веществ почвы, особенно в начальный период жизни растений [4, 5].
Подкормка земляники гуминовыми удобрениями показала, что они обеспечивают хорошее развитие расте-ний в первый год их жизни и оказывают влияние на плодоношение в после-дующие годы [6].
Целью наших исследований являлось определение возможности улучше-ния роста новосадок земляники, увеличение образования у них усов и по-лучение большого количества розеток при выращивании рассады.
Для изучения выбраны торфо-гуминовые удобрения (ТГУ) “Феникс” и “Теллура-Био” и биоактивное вещество “СИЛК?У СИЛКа активная часть вещества состоит из натуральной смеси натриевых солей тритерпеновых кислот, выделенных из древесной зелени пихты сибирской, которые обладают разносторонним полезным воздействи-ем на растения.
Удобрениями “Феникс” и “Теллура-Био” в концентрациях 0,05% и 0,1% замачивали корни рассады в течение двух
