CC BY
84
УДК 631.811
К. Г. Крейер, О. А. Петрова
Вестник СПбГУ. Сер. 3, 2006, вып. 1
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СОРБЦИИ-ДЕСОРБЦИИ ИОННЫХ ФОРМ ЭЛЕМЕНТОВ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ РАСТЕНИЙ ДЛЯ ОЦЕНКИ АГРОХИМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ
Введение. Поглощение корнями растений из почвы каждого минерального элемента специфично и определяется комплексом разнородных факторов, связанных с природой растений, свойствами почвы и состоянием внешней среды. В зависимости от конкретных условий ведущую роль в поглощении могут играть как биологические, так и физико-химические процессы. Значимость физико-химических (сорбционно-десорбционных) процессов, как правило, возрастает с повышением степени окультуренности почв. В связи с этим сравнительное изучение и оценка сорбционно-десорбционных характеристик различных почв представляют значительный интерес для понимания закономерностей и моделирования процесса минерального питания растений в почве [2, 14, 19].
Минеральные формы азота в почве являются непосредственным источником азотного питания растений. Обеспеченность почв доступным для растений азотом определяется исходным уровнем и скоростью накопления минерального азота в почве в результате микробиологических превращений азотно-углеродных соединений гумуса, растительных остатков и микробной плазмы. Процессы биологической иммобилизации и минерализации соединений азота в почве контролируются качественным составом органического вещества и отношением в нем углерода к азоту [12, 16].
Начальным продуктом процесса минерализации органических остатков в почве является аммонийный азот. Классическими работами П. С. Коссовича, Д. Н. Прянишникова, Ф. В. Турчина и других [3, 10, 12] показана высокая доступность аммонийного азота для растений и микроорганизмов. В результате процесса микробиологического окисления аммонийного азота образуются нитраты. Наиболее интенсивно накопление нитратов протекает в богатых гумусом культурных нейтральных структурных почвах. По мнению ряда авторов, в условиях реальных почв именно нитраты служат главным, если не единственным, источником азотного питания растений. Возможность поглощения растениями аммонийных ионов нередко недооценивается и при моделировании не всегда учитывается.
С этим трудно согласиться, так как известно, что в зависимости от конкретных почвенных условий и вида растений, последние могут поглощать преимущественно либо аммонийные, либо нитратные ионы [2].
Изучению процессов сорбции-десорбции ионов аммония в почвах до последнего времени не уделялось большого внимания. Установлено, что в почве складывается сложная динамическая равновесная система между ионами раствора, обменными ионами и ионами, фиксированными глинистыми минералами. Концентрация аммонийных ионов в почвенном растворе относительно невелика. На поглощение ионов аммония корнями могут оказывать влияние другие катионы и анионы, присутствующие в почвенном поглощающем комплексе и растворе [4, 6]. Механизмы сорбции иона аммония обычно отождествляются с механизмами сорбции иона калия. Для описания изотерм обмена ионов аммония и калия в почве используются уравнения Гапона, Лэнгмюра или Фрейндлиха [1, 2].
Способность почвы поддерживать концентрацию аммония в почвенном растворе на относительно постоянном уровне определяют как буферную способность почвы по отноше-
© К. Г. Крейер, О. А. Петрова, 2006
нию к аммонию. Для оценки этой величины используют показатель Q/I - отношение количества способного к обмену аммонийного азота в твердой фазе (£?-фактор емкости) к количеству его в равновесном растворе (/-фактор интенсивности) [21].
Процессы сорбции и десорбции фосфатов в пахотных почвах, по мнению многих авторов, играют весьма важную роль в питании растений [1, 2, 5, 8, 13]. Растения поглощают фосфор так же, как и другие элементы, из почвенного раствора. Концентрация фосфора в почвенном растворе относительно невелика. Она обычно варьирует в пределах от 0,05 до 0,5 мг Р на 1 л. Источниками поступления фосфатных ионов в раствор является фосфор, сорбированный на поверхности почвенных частиц, разнообразные фосфорсодержащие аморфные и кристаллические метастабильные минеральные соединения, а также органические вещества, подвергающиеся минерализации. Фосфаты, осажденные или адсорбированные на поверхности твердых частиц почвы, по-видимому, представляют собой главный пул доступного растениям фосфора. Другие, менее подвижные фосфаты, представленные разнообразными (комплексными) минералами, являются своеобразным ближним резервом.
Органический фосфор представлен в почве двумя различными по природе группами соединений: продуктами биологического синтеза (соединения индивидуальной природы, неспецифические органофосфаты) и продуктами гумусообразования (специфические фос-фогумусовые соединения).
Природа связи фосфора с гумусовыми веществами почвы точно не установлена. Одни исследователи предполагают, что эта связь может осуществляться с органическими радикалами непосредственно, другие - с помощью катионных мостиков [20]. Органические соединения фосфора в почве подвергаются деструкции при участии гидролитических ферментов фосфогидролаз [4]. Известкование кислых почв повышает микробиологическую активность почвы и мобильность органических соединений фосфора. Высвобождающийся при минерализации фосфор в значительной степени используется самими микроорганизмами [11].
Степень доступности растениям запаса подвижных соединений фосфора зависит от комплекса химических, физико-химических и биологических свойств почв, а также биологических особенностей возделываемых культур [7, 19]. Важную роль играет присутствие хелатирующих агентов, способных влиять.на фосфатное равновесие. Поглощение фосфатов растениями из почв может значительно усиливать микориза. Преимущества зараженных микоризными грибами растений в сравнении с растениями, лишенными микоризы, уменьшаются по мере увеличения содержания фосфора в почве [19].
Почвы обладают значительной способностью к поглощению фосфора. Многие исследователи, изучающие поглощение фосфатов почвами, относят получаемые сорбционные кривые к изотермам адсорбции Лэнгмюра, Фрейндлиха или Брунауэра-Эммета-Теллера (БЭТ) [17].
Уравнение Фрейндлиха описывает процесс сорбции в узком интервале концентраций и не дает возможность рассчитать максимальную величину поглощения. Уравнение Фрейндлиха при невысоких концентрациях равновесного раствора можно рассматривать как частный случай уравнения Лэнгмюра.
Теория БЭТ объединяет теорию мономолекулярной адсорбции Лэнгмюра и теорию полимолекулярной адсорбции Поляни. При низких концентрациях адсорбирующегося вещества адсорбция происходит путем образования монослоя, непосредственно связанного с поверхностью адсорбента. С ростом концентрации могут образовываться новые сорбционные слои. Предполагается, что с ростом концентрации фосфатов во внешнем растворе меняется характер их поглощения. В связи с этим выделяют процессы: безобменное поглощение у протонированной поверхности мицеллы, хемосорбция по типу лигандного обмена, хемосорбция по типу потенциалопределяющих ионов, химическое связывание [17]. Рядом
исследователей, изучавших поглощение фосфатов, были получены изотермы адсорбции ступенчатого характера с чередованием выпуклых, линейных и вогнутых участков. В случае пористых адсорбентов, каковыми являются глинистые минералы, при малых концентрациях фосфаты быстро сорбируется на органоминеральных пленках поверхности почвенных частиц. С ростом концентрации поглощение происходит за счет диффузии фосфатов через органо-минеральные пленки в межпакетные пространства глинистых минералов [20, 23].
Многими авторами признается, что, несмотря на возможные погрешности, уравнение Лэнгмюра как эмпирическую, интерполяционную формулу можно использовать для характеристики относительной меры энергии связи фосфатов с почвой и расчета максимума адсорбции при сравнении различных сорбентов [2, 17].
Математическая модель поглощения растениями фосфатов из почвы включает в себя параметры сорбции-десорбции элементов в почве, параметры, описывающие кинетику поглощения питательных веществ корнями, параметры, описывающие рост корней, параметры влагопереноса, а также параметры, характеризующие влияние микоризы [2]. Построение и анализ изотерм адсорбции используется для оценки потребности почв в фосфорных удобрениях и расчета доз фосфорных удобрений для достижения установленного фосфатного уровня и получения запланированных урожаев культур.
Процессы обмена форм калия в почвах, несмотря на многочисленные исследования, изучены еще недостаточно. Одни исследователи разделяют формы калия по растворимости, другие - по степени прочности связи, третьи - по способности к усвоению растениями [15, 19].
Наиболее легко усваивается растениями водорастворимый калий. Водорастворимого калия в почвах обычно мало. Концентрация его в почвенных растворах зависит от степени насыщенности почвы калием и от общей концентрации солей в растворе. Разграничение между водорастворимым и обменным калием является условным [2, 19].
Обменный калий удерживается отрицательными зарядами обменных участков глинистых минералов и органического вещества. Количество обменного калия в почве обычно заметно уступает количеству присутствующих в ней обменных ионов кальция и магния [2].
Обычно уровень содержания доступного калия почвы приравнивают к уровню обменного калия. Однако обменный калий не является единственной участвующей в питании растений формой. Труднообменнный (природный и искусственно фиксированный) калий, содержание которого составляет большую часть общего запаса элемента в почве, не экстрагируется из почвы растворами нейтральных солей и слабых кислот. Растения используют этот калий через обменную форму. Переход его в обменное состояние в различных почвах происходит по-разному [18, 19].
Необменный (инертный) калий представлен в почвах полевыми шпатами, слюдами и глинистыми минералами. Калий в составе органических веществ составляет весьма небольшую часть общего запаса.
Для описания изотерм обмена ионов калия и кальция в почве применяются уравнения Гапона, Лэнгмюра и Фрейндлиха [22]. Способность почвы поддерживать концентрацию калия в почвенном растворе на относительно постоянном уровне называется буферной способностью почвы по отношению к калию. Для количественной оценки этой величины используется отношение £)// [2, 22].
При внесении калия в почву он сорбируется как обменно, так и необменно. Фиксация калия обычно происходит в почвах, которые ранее не были кислыми и не содержат на своей поверхности частиц пленок оксидов железа и алюминия
Задачей данной работа явилось исследование процессов сорбции-десорбции ионов важнейших элементов питания (КН4+, К^, Н2Р04") в системе твердая фаза почвы-раствор; нахождение путем построения изотерм адсорбции параметров аммонийной, фосфатной и калийной буферности; проведение оценки и группировки почв по указанным показателям.
Исследования проводились на различных по генезису и гранулометрическому составу почвах с широким варьированием агрохимических показателей.
Материалы и методы исследования. Объектами исследования явилась серия образцов пахотного (Ап) или гумусового (А,) горизонтов почв Ленинградской области, в том числе:
• Дерново-среднеподзолистая песчаная почва на морских песках, целинная, А| 0-18 см, Ст. Петергоф.
• Дерново-слабоподзолистая супесчаная почва на красноцветной песчаной морене, окультуренная, Ап 0-20 см, Меньково.
• Дерново-карбонатная оподзоленная легкосуглинистая почва на карбонатной морене, окультуренная, Ап 0-25 см, Гомонтово.
• Дерново-слабоподзолистая супесчаная почва на бескарбонатной морене, окультуренная, Ап 0-25 см, Рапти.
• Дерново-слабоподзолистая супесчаная почва на озерных песках, постагрогенная, пырейный перелог, А| 0-25 см, Заостровье.
• Дерново-слабоподзолистая суглинистая почва на бескарбонатной морене, окультуренная, Ап 0-25 см, Рождествено.
• Дерново-слабоподзолистая суглинистая почва на бескарбонатной морене, окультуренная, Ал 0-25 см, Рапти.
• Дерново-карбонатная выщелоченная суглинистая почва на карбонатной морене, окультуренная, Ап 0-25 см, Гомонтово.
• Дерново-слабоподзолистая глееватая тяжелосуглинистая почва на бескарбонатной морене, слабо окультуренная, Ап 0-20 см, Ст. Петергоф,
• Дерново-слабоподзолистая суглинистая почва на бескарбонатной морене, окультуренная, А„ 0-25 см, Рождествено.
В образцах были определены показатели рН, гидролитической кислотности, суммы обменных оснований, содержания гумуса, легкогидролизуемого азота по Корнфилду и поглощенного аммония, подвижного фосфора по методам Кирсанова и Олсена, обменного калия по методам Кирсанова и Масловой, а также количество доступных растениям элементов питания по методу проростков Ней-бауэра-Шнейдера.
Для построения изотерм сорбции - десорбции иона1ч'Н4" применялись растворы 0,01 М СаСК, в которых концентрация азота (1М) составляла 0; 0,5; 0,75; 1,0; 2,0; 4,0; 8,0; 16,0 мэкв/л. Установленное время взаимодействия 1 ч. Соотношение почва: раствор 1:10. Измерение равновесных концентраций иона ]МЬЬГ в вытяжках осуществлялось с помощью ионоселективного электрода. Для построения изотерм адсорбции иона Н2РО.Г использовали растворы хлорида кальция с начальной концентрацией Р равной 0; 0,075; 0,15; 0,30; 0,60; 1,20 и 2,40 мэкв/л. Для получения величины максимальной десорбции фосфатов, доступных для растений, в хлоркальциевую вытяжку добавляли молибденовокислый аммоний (2,5%). Содержание фосфора в равновесных вытяжках определяли колориметрически по Труо-гу на электрофотоколориметре КФК-2МП. Концентрация калия в исходных растворах хлорида кальция составляла: 0, 0,5; 1,0; 2,0; 4,0; 8,0; 12,0; 16,0 мэкв/л. Определение калия в равновесных растворах проводилось пламенно-фотометрическим методом на приборе ПАЖ-3.
Математические расчеты и построение графиков осуществлялось в программе 51аПзнса по модифицированному уравнению Лэнгмюра:
С5 = кВ^-СщУа+кСО,
где Су - количество иона, поглощенного почвой, мэкв/100 г; В - адсорбционный максимум, уменьшенный на величину десорбции иона-ДСу, С/-равновесная концентрация иона аммония в растворе, мэкв/л; Си, - равновесная концентрация иона в растворе, при которой величины в данной почве сорбции и десорбции были равными, мэкв/л; к - параметр сродства, характеризующий энергию связи иона с сорбентом; -ДС$- показатель десорбции при С^ = 0, мэкв/100 г.
Параметры С$ • В, С£ , Сц> , к рассчитывались автоматически по программе $1аП5Пса. Значение -ДС5 вычислялось по уравнению Лэнгмюра при С/. = 0.
Построение изотерм сорбции-десорбции и математическая обработка результатов проводилась в программе ЗгаШйса (рисунок).
Р, мэкв/100г
в
К мэкв/л
Совмещенные по оси ординат изотермы сорбции-десорбции ионов ПН/, Н2РОГ, К+ в исследуемых
почвах.
А - Б - Н2РО4", В - К+. I - дерново-среднеподзолистая песчаная почва (Ст. Петергоф, луг); 2 - дерново-слабоподзолистая супесчаная почва (Меньково, ячмень); 3 - дерново-карбонатная оподзолснная легкосуглинистая почва (Гомонтово, многолетние травы); 4 - дерново-слабоподзолистая супесчаная почва (Рапти, многолетние травы); 5 - дерново-слабоподзолистая супесчаная почва (Заостровье, пырейная залежь); 6 - дерново-слабоподзолистая суглинистая почва (Рождествено, многолетние травы); 7 - дерново-слабоподзолистая суглинистая почва (Рапти, ячмень); 8 - дерново-карбонатная выщелоченная суглинистая почва (Гомонтово, картофель); 9- дерново-слабоподзолистая глссватая тяжелосуглинистая почва (Ст. Петергоф, картофель); 10 - дерново-слабоподзолистая суглинистая почва (Рождествено, ячмень).
Результаты исследований и их обсуждение. Изотермы адсорбции исследуемых ионов для 10 почв, сведенные в одну систему координат представлены на рисунке. Изотермы имеют характерую гиперболическую форму и отличаются по крутизне наклона и величине максимумов. В таблицах 1-3 представлены параметры соответствующих изотерм.
Значения аммонийной буферности (табл. 1) варьировали в пределах 1,15—4,50; показатели предельной сорбции по иону аммония 0,8-13,5 мэкв/100 г; значения коэффициента к 0,02-0,34. Показатели буферной способности почв в отношении иона аммония оказались более высокими в суглинистых почвах (1,26-3,0) и низкими в супесчаных (1,15-1,57). Величина предельного насыщения (мэкв на 100 г) также в суглинках была больше (4,97— 18,45), чем в супесях (0,84-1,70). В соответствии с теорией, значения коэффициента к уравнения Лэнгмюра в легких почвах оказались большими, чем в суглинистых. Варьирование наблюдалось соответственно в пределах 0,14-0,34 и 0,02-0,11.
Значения фосфатной буферности (табл. 2) оказались заметно выше соответствующих показателей для аммония и варьировали в пределах 3,56^6,0. Четкого влияния гранулометрического состава на буферность отметить не удалось из-за различий почв по степени окультуренности. В примерно одинаковых по окультуренности (слабоокультуренных) супесчаной и суглинистой почвах Ст. Петергофа значения буферности соответственно составляли 5,3 и 27,7. Наибольшая буферность оказалась характерной для сильногумусиро-
ванной супесчаной почвы Заостровья. Для всех относительно окультуренных почв оказались характерными относительно низкие значения фосфатной буферности. Значения коэффициента к уравнения Лэнгмюра для фосфатных ионов (варьирование в пределах 2,72-33,87) оказались в целом более высокими, чем для ионов аммония.
Таблица !. Параметры изотерм адсорбции иона МН4+ в исследуемых почвах
№ п/п Название почвы -ДС,прсл мэкв/100 г Ci.ii, мэкв/л Ь к В, мэкв/100 г
1 Дерново-среднеподзолистая песчаная почва (Ст. Петергоф, луг). 0,36 1.36 1,26 0,34 ±0,22 1Л 4 ± 0,30
2 Дерново-слабоподзолистая супесчаная почва (Меньково, ячмень). 0,16 1,07 1,15 0,22 ±0,11 0,84 ±0.14
3 Дерново-карбонатная оподзоленная легкосуглинистая почва (Гомонтово, многолетние травы). 0,03 0,03 2,00 0,17 ±0,09 1,11 ±0,22
4 Дерново-слабоподзолистая супесчаная почва (Ралти, многолетние травы). 0,08 0,14 1,57 0,34 ± 0,22 1,70 ±0,30
5 Дерново-слабоподзолисгая супесчаная почва (Заостровье, пырейный перелог). 0,07 0,02 4,50 0,14 ±0,04 4,37 ±0,59
6 Дерново-слабоподзолистая суглинистая почва (Рождествено, многолетние травы). 0,15 0,10 2,50 0,07 ±0,04 4,97 ± 1,34
7 Дерново-слабоподзолистая суглинистая почва(Рапти, ячмень). 0,11 0,20 1,55 0,11 ±0,04 5,15 ±0,96
8 Дерново-карбонатная выщелоченная суглинистая почва (Гомонтово, картофель). 0,05 0,05 2,00 0,07 ± 0,04 7,55 ± 2,02
9 Дерново-слабоподзолистая глееватая тяжелосуглинистая почва (Ст. Петергоф, картофель). 0,10 0,05 3,00 0,08 ± 0,02 11,81 ± 1,34
10 Дерново-слабоподзолистая суглинистая почва (Рождествено, ячмень). 0,11 0,42 1.26 0.02 ±0,01 13,45 ±3,14
НСР„.„5 - 0,07 - - -
Таблица 2. Параметры изотерм сорбции-десорбции иона Н2РО4 в исследуемых почвах
№ п/п Название почвы -ДС.упр"'. мэкв/100 г С: л. мэкв/л Ь к В, мэкв/100 г
1 2 3 4 5 6 7
1 Дерново-среднеподзолистая песчаная почва (Ст. Петергоф, луг). 0,030 0,007 5,29 17,27 ± 13,68 0,24 ± 0,03
2 Дерново-слабогюдзолистая супесчаная почва (Меньково, ячмень). 0,070 0,006 12,67 10,98 ±4,52 0,63 ±0,05
3 Дерново-карбонатная оподзоленная легкосуглинистая почва (Гомонтово, многолетние травы). 0,075 0,004 19,75 6,26 ± 2,72 1,12 ± 0,11
4 Дерново-слабоподзолистая супесчаная почва (Рапти, многолетние травы). 0,250 0,072 4,47 15,70 ±6,41 0,47 ± 0.04
5 Дерново-слабоподзолистая супесчаная почва (Заостровье, пырейный перелог). 0.045 0,001 46.00 4,76 ± 1,19 1,71 ±0,11
1 2 3 4 5 6 7
6 Дерново-слабоподзолистая суглинистая почва (Рождествено, многолетние травы). 0,140 0,030 5,67 6,65 ± 3,45 0,59 ± 0,07
7 Дерново-слабоподзолистая суглинистая почва (Рапти, ячмень). 0,225 0,036 7,25 33,87 ±8,58 0,43 ± 0,02
8 Дерново-карбонатная выщелоченная суглинистая почва (Гомонтово, картофель). 0,100 0,009 12,11 2,72 ± 1,50 1,05 ± 0,18
9 Дерново-слабоподзолистая глееватая тяжелосуглинистая почва (Ст. Петергоф, ячмень). 0,080 0,003 27,67 7,94 ± 3,29 0,96 ± 0,08
10 Дерново-слабоподзолистая суглинистая почва (Рождествено, ячмень). 0,200 0,078 3,56 13,34 ±5,72 0,39 ± 0,03
НСР(),«5 0,010 0,010 - - -
Наибольшие величины предельного насыщения В оказались характерными для дерново-подзолистой высокогумусированной, дерново-подзолистой тяжелосуглинистой и дерново-карбонатных почв. Количество десорбируемого фосфора (-ДС?) оказалось наибольшим в высокоокультуренных почвах (Рождествено, Рапти).
Значения калийной буферное™ (табл. 3) варьировали в пределах 1,23-2,06; показатели предельной сорбции по иону калия - в пределах 0,55-6,71 мэкв/100 г; значения коэффициента к - 0,06-1,63. Показатели буферной способности почв в отношении калия оказались относительно низкими, что может быть связано с высоким содержанием калия в породах. Величина предельного насыщения (мэкв на 100 г) в суглинках оказалась большей (2,34-6,71), чем в супесях (0,55-3,12). Значения коэффициента к уравнения Лэнгмюра в легких почвах так же, как в случае с ионами аммония оказались более высокими, чем в тяжелых.
Между различными параметрами сорбционных изотерм и другими диагностическими показателями были рассчитаны показатели тесноты корреляционных связей (табл. 4). Достоверная корреляционная связь имела место между стандартными диагностическими показателями и значениями -ДСу и С со для фосфора и калия. Для ионов аммония этого не наблюдалось.
Таблица 3. Параметры изотерм адсорбции иона К+ в исследуемых почвах
№ п/п Название почвы -ДСлг,рсд. мэкв/100 г С/л мэкв/л Ь к В, мэкв/100 г
1 2 3 4 5 6 7
1 Дерново-среднеподзолистая песчаная почва (Ст. Петергоф, луг). 0,05 0,22 1,23 0,21 ±0.12 0,82 ±0,16
2 Дерново-слабоподзолистая супесчаная почва (Меньково, ячмень). 0,16 0,22 1,73 1,63 ± 1,21 0,55 ± 0,06
3 Дерново-карбонатная оподзоленная легкосуглинистая почва (Гомонтово, многолетние травы). 0,07 0,16 1,44 0,27 ±0,12 1,66 ±0,23
4 Дерново-слабоподзолистая супесчаная почва (Рапти, многолетние травы). 0,10 0,13 1,77 0,09 ± 0,04 3,01 ±0,82
5 Дерново-слабоподзолистая супесчаная почва (Заостровье, пырейный перелог). 0,21 0,41 1,51 0,16 ±0,05 3,12 ±0,32
6 Дерново-слабоподзолистая суглинистая почва (Рождествено, многолетние травы). 0,17 0,16 2,06 0,24 ±0,16 2,34 ± 0,38
! 2 3 4 5 6 7
7 Дерново-слабоподзолистая суглинистая почва (Рапти, ячмень). 0,19 0,24 1,79 0,10 ±0,06 3,80 ±0.98
8 Дерново-карбонатная выщелоченная суглинистая почва (Гомонтово, картофель). 0,20 0,41 1,49 0,18 ±0,06 3,17 ±0,38
9 Дерново-слабоподзолистая глееватая тяжелосуглинистая почва (Ст. Петергоф, картофель). 0,10 0,25 1,40 0,06 ± 0,02 6,71 ± 1,68
10 Дерново-слабоподзолистая суглинистая почва (Рождествено, ячмень). 0,36 0,46 1,78 0,10 ±0,06 4,51 ± 1,24
НСР„„5 - 0,12 - - -
Таблица 4. Коэффициенты корреляции между параметрами буферности и С,„)
И другими диагностическими показателями
Азот
Методы Корнфилда Нейбэуэра -до- МН4+ Си, К'Нд4
Корнфилда 1,00 0,47 -0,09 -0,10
Нейбауэра 0,47 1,00 0,10 0,18
-ДСу ЫН4* -0,09 0,10 1,00 0,86
-0,10 0,18 0,86 1,00
Фосфор
Методы Кирсанова Олсена Нейбауэра -да н2ро4" Сш Н:Р04"
Кирсанова 1,00 0,87 0,19 0,51 0,53
Олсена 0,87 1,00 0,53 0,76 0,76
Нейбауэра 0,19 0,53 1,00 0,38 0,52
-да Н2Р04~ 0,51 0,76 0,38 1,00 0,91
С,„Н2Р04" 0,53 0,76 0,52 0,91 1,00
Калий
Методы Кирсанова Масловой Нейбауэра -да г сш к+
Кирсанова 1,00 0,99 0,82 0,87 0,94
Масловой 0,99 1,00 0.85 0,87 0,94
Нейбауэра 0,82 0.85 1,00 0,83 0,87
-да К+ 0,89 0,92 0,83 1,00 0,78
С,„ К+ 0,94 0,94 0,87 0,78 1,00
Заключение. Исследования, проведенные на серии образцов почв различного гранулометрического состава и степени окультуренности с широким варьированием агрохимических показателей, выявили значительные различия в характере сорбционно-десорбционных изотерм аммонийных, фосфатных и калийных ионов. На основе уравнения Лэнгмюра с применением компьютерной программы $1аи5Цса по экспериментальным данным были рассчитаны значения ряда параметров агрохимического состояния почв: В - величины предельного насыщения почвы ионом, мэкв/ЮОг; к - лэнгмюровского коэффициента, характеризующего сродство иона к сорбенту; Сщ - показателя равновесной концентрации иона в жидкой фазе почвы, мэкв/л; -ДСу - количества способных к обмену ионов элемента в твердой фазе, мэкв/100 г, Ь - буферной способности почвы в отношении элемента. Показатели буферности варьировали в пределах: аммонийная - 1,15—4,50; фосфатная - 3,56-^46,00; калийная - 1,23-2,06.
Параметры буферной способности почв -ACs и Си> по абсолютным значениям обнаруживали соразмерность с показателями выноса элементов питания растениями и закономерно коррелировали с другими диагностическими показателями. Сравнение сорбционно-десорбционных параметров с показателями других диагностических методов позволяет корректировать выбор экстрагентов различной растворяющей способности.
Показатели предельной сорбционной емкости обнаружили четкие различия между почвами различного гранулометрического состава. Они варьировали в пределах: по иону аммония - 0,8-13,5 мэкв/100 г; по фосфатному аниону - 0,24-1,71 мэкв/100 г; по иону калия -0,55-6,71 мэкв/100 г.
Значения коэффициента к уравнения Лэнгмюра соответственно варьировали в пределах: для аммонийных изотерм - 0,02-0,34; для фосфатных изотерм - 2,72-33,87; для калийных изотерм - 0,06-1,63, обнаруживая обратную связь с буферностью.
Статья рекомендована проф. Н. П. Битюцким.
Summary
Kreyer К. G.. Petrova О. A. The use parameters of sorbtion-desorbtion ionic forms of elements of mineral nutrition for plants to appreciate agrochemieal state of soddy-podzolic soils.
In the series of soil samples of various granulomere composition and amelioration levels, the processes of sorbition-dissorbition of ammonium, potassium and phosphorus ions were analyzed. An algorithm for the construction of the sorbition-dissorbition isotherms was suggested, based on the Langmur-equation using Statistica software, which enables the calculation of a series of parameters for the buffering capability of the soils in regards to the aforementioned ions. The magnitude of variation amongst the aforementioned soil figures was defined. It was determined that the figures adequately reflect both constitutional and acquired qualities, due to anthropogenic impact. Using different diagnostic figures, the soil buffer capacity parameters reveal adequate plant nourishment absorption. The constant k value in the Langmur-equation shows buffer capacity feedback.
Литература
1. Афонина И. Л., Усьяров О. Г. Сорбция фосфат-ионов почвами // Агрохимия. 1982. № 10. С. 129-138. 2. Барбер С. А. Биологическая доступность питательных веществ в почве. М., 1988. 3. Башкин В. Н. Агрохимия азота. Пущино, 1987. 4. Блок К. А. Растение и почва. М., 1973. 5.БожкоВ. Г. Потенциальная буферная способность почв Волгоградской области в отношении фосфора // Агрохимия. 1987. № 8. С. 22-27.
6.Гамзиков Г. А., КострикГ. И., Емельянов В. Н. Баланс и превращение азота удобрений. Новосибирск, 1-985.
7. / инзЬургК. Ь. Фосфор основных типов почв СССР. М., 1981. 8. the шее Р. Е., Иванов А. Л., Шахджахан М. Сорбция фосфатов отдельными компонентами почвы и минералами // Агрохимия. 1992. №11. С. 32-39. 9. Иванов С. И. Количественные закономерности поглощения фосфатных ионов различными типами почв Белоруссии // Докл. АН БССР. 1978. Т. 2, № 11. С. 1026-1028. 10. КореньковД. А. Агрохимия азотных удобрений. М., 1976. И. Кудеяров В. И. Башкин В. Н., Кудеярова А. Ю. и др. Экологические проблемы применения удобрений. М., 1984. 12.Кудеяров В. Н. Цикл азота в почве и эффективность азотных удобрений. М., 1989. 13. Кудеярова А. Ю. Фосфатогенная трансформация почв. М., 1995. 14. Кулаковская Т. И. Кнашис В. Ю., Бо-гдевич И. М. Оптимальные параметры плодородия почв. М., 1984. 15.ОнианиО.Г. Агрохимия калия. М., 1981. 16. Осипов А. И., Соколов О. А. Роль азота в плодородии почв и питании растений. СПб., 2001. 17. Пивоварова И. А., Гинзбург К. Е. Количественные закономерности поглощения фосфатов почвами // Агрохимия. 1981. №8. С. 126-138. 18.Прокошев В. В., Дерюгин И. П. Калий и калийные удобрения. М., 2000. 19.РоуэллД Почвоведение: методы и использование. М., 1998. 20. Фокин А. Д. Изотермы сорбции фосфатов на подзолистой почве // Докл. ТСХА. 1963. Вып. 89. С. 230-236. 21.BeckettР. И. Т. Studies on Soil potassium. II The immediate Q/I relation of labile potassium in the soil // J. Soil. Sci. 1964. Vol. 15. P. 9-23. 22. KovarJ. L. Barber S. A. Phosphorus sapply characteristics of 33 soil as influensed by seven rates of phosphorus addition // Soil Sci. Am. J. 1988. Vol.52. P. 160-165. 23. Larsen S. Soil phosphorus//Advaces Agron. 1967. Vol. 10. P. 151-154.
Статья поступила в редакцию 24 ноября 2005 г.
