CC BY
84
УДК 631.417.2:504.53.064
Б.М. Кленов
ИПА СО РАН, Новосибирск
ИЗМЕНЕНИЕ ЕМКОСТИ КАТИОННОГО ОБМЕНА ГУМУСОВЫХ КИСЛОТ ПОЧВ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ ПОД ВЛИЯНИЕМ РАСПАШКИ
Известно, что гумусовые кислоты (гуминовые кислоты - ГК и фульвокислоты - ФК) представляют собой полифункциональные соединения, содержащие ряд периферических (функциональных) групп. В числе структурных фрагментов этих природных соединений именно кислые (карбоксильные) функциональные группы занимают особое место, так как они обусловливают основное свойство гумусовых кислот - их кислотность и, следовательно, емкость катионного обмена (ЕКО). Оценку ЕКО нередко проводят по общему количеству функциональных (карбоксильных и гидроксильных) групп. Представляется более целесообразным о ЕКО гумусовых кислот судить по наличию именно карбоксильных групп -СООН. Карбоксильные группы обладают способностью к обмену с катионами лишь при нейтральной реакции, которая наиболее типична для верхних горизонтов почв, рассмотренных в данном сообщении. Гидроксильные же группы способны к участию в реакциях обмена с катионами в щелочной среде, поэтому суммарное содержание кислых групп, видимо, следует принимать за ЕКО только в щелочных почвах, которые здесь не рассмотрены.
ЕКО почв в целом определяется как физико-химической природой ее минеральной части, так и структурой органической, причем органическая часть в составе ЕКО может играть нередко большую роль, чем минеральная. На примере выщелоченных и обыкновенных черноземов Западной Сибири показано, что ГК и ФК могут определять больше половины общей ЕКО почв [1].
В настоящем сообщении рассмотрены в сравнительном географо -генетическом плане катионообменные свойства ГК и ФК основных типов автоморфных почв Западно-Сибирской равнины, а также изменения их ЕКО под влиянием длительного использования почв в качестве пашни. Образцы отбирались примерно в одинаковые сроки вегетационного периода и, следовательно, могут быть вполне сравнимы. Выделение препаратов гумусовых кислот и определение их ЕКО выполнено общепринятыми методами [4]. Изучены основные типы автоморфных почв различных природных комплексов Западной Сибири: дерново-подзолистая (южная тайга, Томская область), серая лесная оподзоленная (северная лесостепь, Новосибирская область), чернозем выщелоченный (Приобское плато, Новосибирская область), чернозем обыкновенный (Петропавловское Приишимье, Северный Казахстан) и каштановая (Кулундинская степь, Алтайский край). Все изученные почвы примерно столетие использовались в пашне без систематического и нормированного применения органических и минеральных удобрений.
Таблица 1. Изменение емкости катионного обмена гумусовых кислот при
длительном использовании почв в пашне*
Почва ГК К Снижение ЕКО,% Ф] К Снижение ЕКО,%
целина пашня Целина пашня
Дерново- подзолистая 270 250 10 350 320 10
Серая лесная 430 380 12 550 500 8
Чернозем выщелоченный 500 450 10 650 550 8
Чернозем обыкновенный 500 460 8 650 580 11
Каштановая 470 460 5 650 630 10
* на примере верхней толщи почвы мощностью 20 см
Приведенные в таблице данные показывают, что ЕКО ГК и ФК возрастает от почв подзолистого ряда к черноземному, что находится в полном соответствии с условиями гумусообразования в данных почвах и с общей теорией гумификации Д.С. Орлова гумификации [3]. Включение кислых групп в структуру гумусовых кислот - сложный биохимический и микробиологический процесс окисления исходных гусусообразователей. До настоящего времени еще нет единой точки зрения по вопросу накопления карбоксильных групп в молекулах гумусовых кислот (карбоксилирование). ЕКО гумусовых кислот, как показывают данные, довольно высока и, как правило, в 10-15 раз превышает ЕКО почв в целом, этим подчеркивается высокая значимость гумусовых кислот в формировании ЕКО почв. Как известно [5], ФК в силу более низкой степени полимеризации по сравнению с ГК характеризуются, большим количеством кислых групп и, следовательно, более высокой ЕКО.
Необходимо отметить, что в результате такого сильного антропогенного пресса как использование почвы на протяжении столетия в земледелии, происходят не только общие потери гумуса, но и изменение природы его составляющих. Так, в одной из обзорных работ [2] показано, что почвы могут терять до 30% от исходных его запасов, а при наличии эрозии - до 50%, причем эти потери наиболее интенсивны в первые два-три десятилетия. Структурные же изменения происходят значительно медленнее. Пример с карбокисльными группами (см. табл.) позволяет сделать заключение, что боковые (алифатические) структурные группировки отщепляются от основной ядерной части молекулы гумусовых кислот значительно с меньшей скоростью, чем идут общие потери гумуса. Это должно бы свидетельствовать в пользу высокой их устойчивости к антропогеннному прессу. В действительности же происходит скорее всего наоборот. Низкие потери величины ЕКО (5-12%) гумусовых кислот, являющейся наиболее податливой к антропогенному воздействию частью гумуса, указывают на то, что карбоксильные группы способны к быстрому обновлению. За длительный срок использования почв в пашне система гумусовых соединений и по содержанию гумуса в целом и функциональных групп в нем вышла на
стационарный уровень. Основные потери групп, как и потери гумуса, а, значит, и ослабление устойчивого функционирования системы гумусовых соединений все-таки произошли, как было отмечено ранее [2], в первые два-три десятилетия.
Учитывая быструю возобновляемость функциональных групп, можно считать, что восстановления экологического функционирования ЕКО органической составляющей почвы можно добиться значительно легче, чем предотвращения дальнейших потерь гумуса. При органо-минеральной системе земледелия, признанной сейчас наиболее оптимальной, незначительные дозы традиционных и нетрадиционных органических удобрений, которые сейчас в остром дефиците, способствуют поддержанию ЕКО, а планированный урожай растительной продукции целесообразнее получать с использованием минеральных удобрений.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Кленов Б.М. Изменение емкости катионного обмена старопахотных черноземов Западной Сибири //Вестн. Сиб. гос. Геодез. Академии. Новосибирск, СГГА, 2004. - Вып.9. - С. 217 - 219.
2. Кленов Б.М. Устойчивость гумуса автоморфных почв Западной Сибири. Новосибирск: Изд-во СО РАН, филиал «ГЕО», 2000. - 176 с.
3. Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1990. - 326 с.
4. Орлов Д.С., Гришина Л.А. Практикум по химии гумуса. - М.: Изд-во Моск. унта, 1981. - 272 с...
5. Varadachari C., Ghosh K. On humus formation//Plant a. Soil. - 1984. - V. 77. - No. 23. - P. 305-315.
© Б.М.Кленов, 2006
