CC BY
54
ЗЕМЛЕДЕЛИЕ, АГРОХИМИЯ, МЕЛИОРАЦИЯ
УДК 631.423.3 : 631.445.24
Изменение содержания подвижных соединений железа в подзолистой и дерново-подзолистой почвах в течение вегетационного периода
Ольга Александровна Зубкова, младший научный сотрудник, Людмила Николаевна Шихова*, доктор с.-х. наук, вед. научный сотрудник
ГНУ НИИСХ Северо-Востока Россельхозакадемии, г. Киров, Россия *ФГБОУ ВПО Вятская ГСХА, г. Киров, Россия
E-mail: [email protected]
Определено содержание подвижных соединений железа в лесной подзолистой и пахотной дерново-подзолистой почвах. Количество соединений железа значительно варьирует по горизонтам почвы и в течение вегетационного периода. Выявлена зависимость содержания соединений железа от некоторых почвенных факторов: рНКа, общего и лабильного углерода гумуса, влажности почвы. Ключевые слова: почва, соединения железа, сезонная динамика
Железо играет важную роль в процессах почвообразования, оказывает влияние на рост и развитие растений. Как недостаток, так и избыток элемента приводит к специфическим заболеваниям растений. В почвах железо содержится в разнообразных формах. Наиболее реакционноспособными и влияющими на растения являются подвижные соединения Fe. Их содержание и динамика зависит от типа почвы и ее факторов: кислотности, содержания и трансформации органического вещества, микробиологической деятельности, влажности и др.
В подзолистых и дерново-подзолистых почвах содержится большое количество валовых запасов железа. Оно составляет 2...6% от массы почвы. Содержание подвижных соединений железа составляет примерно 10% от общего количества [1, 2]. Поэтому содержание железа в исследуемых почвах, особенно его подвижных соединений, имеет немаловажное значение.
Несмотря на относительно хорошую изученность элемента, данных по содержанию его подвижных соединений в подзолистых и дерново-подзолистых почвах недостаточно. Мало сведений об изменении содержания подвижных соединений железа в течение вегетационного периода.
Цель исследований - определение количества и изучение профильной и сезонной динамики содержания подвижных соединений железа в подзолистых почвах с разной степенью антропогенной нагрузки.
Материал и методы. Исследования проводили в 2009 и 2010 гг. В качестве объектов исследования были выбраны два участка подзолистых легкосуглинистых почв: под ельником-черничником и ее антропогенно измененный аналог под посевами многолетних бобовых трав (Кирово-Чепецкий район г. Кирова). Для описания почв были заложены разрезы. Почвы сформированы на двучленных отложениях (водно-ледниковые песчаные отложения, подстилаемые суглинками). Для изучения сезонной динамики пробы почв отбирали из трех верхних горизонтов: органогенных (Ап - 0-28 см, Ао - 0-5 см), переходного (A2Bi - 28-46 см, А2 - 5-13 см) и иллювиального (В2 - 46-81 см, В - 20-48 см). Содержание подвижных соединений Fe определяли в ацетатно-аммонийном буферном растворе с рН 4,8 методом атомно-адсорб-ционной спектроскопии. Также определяли следующие почвенные параметры: полевую влажность почвы - термостатно-весовым методом; обменную кислотность рНКС1 -потенциометрически; содержание общего углерода (Собщ) гумусовых соединений по методу Тюрина [3] и лабильного углерода (Слаб) - в 0,1М нейтральной пирофосфатной вытяжке по методике Почвенного института им. В.В. Докучаева [4]. Математическую обработку данных проводили с использованием методов дисперсионного и корреляционного анализов в программах Microsoft Excel 2003, Agros 2.07.
Результаты и их обсуждение. Почвы под лесной растительностью не утратили связи с другими компонентами ландшафта, и все процессы и свойства соответствуют естественным факторам почвообразования. Наименьшее количество подвижных соединений железа приходится на органогенный горизонт, наибольшее - на иллювиальный. Для лесной почвы характерно следующее содержание Fe2+: в горизонте Ао - 24,8-80,3 мг/кг; в горизонте А2 - 37,3-245,4 мг/кг; в горизонте В - 29,3-331,1 мг/кг.
Выявлена достоверная динамика подвижных соединений железа в течение вегетационных периодов в годы исследования.
В подстилке амплитуда колебаний содержания подвижных соединений железа выражена слабо. В элювиальном и иллювиальном горизонтах максимальное содержание подвижных соединений железа отмечено в августе и сентябре (рис. 1 и 2). Это связано с активным преобразованием органического вещества, в результате чего образуются кислоты, влияющие на подвижность железа.
Бе, мг/кг В 350
300
250
200
150
100
50
0
ЕЗ В
А0 н А7
Бе, мг/кг, Ао и А2 300
-- 250
200
-- 150
-- 100
50
Дата отбора
Рис. 1. Сезонная динамика содержания подвижных соединений железа в лесной почве, 2009 г.
Бе, мг/кг В
300 -| 250 -200 150 100 50 Н 0
ЕЗ В Ш Ао И А2
Бе, мг/кг Ао и А 2 -г 200
150 100 4 50 0
3.5 10.5 14.5 22.5 29.5 25.6 15.7 4.8 27.8 16.9
Дата отбора
Рис. 2. Сезонная динамика содержания подвижных соединений железа в лесной почве, 2010 г.
По литературным данным, органические кислоты воздействуют на силикатные минералы и оксиды, образуют органоминеральные комплексы и выносятся в нижележащие горизонты [5, 6]. Кроме того, при трансформации органического вещества происходит высвобождение ионов железа, входящих в его со-
став. Это также способствует увеличению количества соединений Бе. Выявлена достоверная положительная корреляция содержания подвижных соединений железа с содержанием Собщ (г = 0,58) и С^ (г = 0,54) в элювиальном горизонте и с содержанием с Слаб в иллювиальном горизонте В (г = 0,63).
0
В результате антропогенного воздействия происходят изменения физических, химических и физико-химических свойств почвы, а также качества и содержания гумуса. Все это оказывает влияние на содержание и динамику химических элементов. Так, по литературным данным, пахотные почвы богаче валовыми формами всех металлов, которые в них значительно менее подвижны, чем в лесных почвах [7].
По нашим данным, количество подвижных соединений железа в пахотной почве меньше по сравнению с лесной только в элювиальном горизонте. При этом профильная
динамика сохраняется. Для пахотной почвы
-с 2+
характерно следующее содержание Ге : в горизонте Ап - 18,3-98,1 мг/кг; А2В1 - 28,0120,8 мг/кг; В2 - 103,5-309,3 мг/кг.
Выявлена достоверная сезонная динамика подвижных соединений железа в годы исследования. В пахотном горизонте амплитуда колебаний подвижных соединений Бе выражена слабо.
В 2009 г. в элювиальном и иллювиальном горизонтах наблюдалось два максимума содержания подвижных соединений железа: в конце июня и в конце периода исследования (рис. 3).
Бе, мг/кг
Ап 40 -| 35 30 25 20 -15 -10 -5 -0
Ап иА2В1и В2
т
Т\
I
Бе, мг/кг А2В1и В2 -г 300
-- 250
-- 200
-- 150
100
50
0
т К
го о
О о сч сч
О ^ К 1П 00
сч
сч
Дата отбора
Рис. 3. Сезонная динамика содержания подвижных соединений железа в пахотной почве, 2009 г.
Увеличение количества данных соединений элемента в конце июня произошло в результате выпадения большого количества осадков (115 мм), что способствовало вымыванию подвижных соединений железа из верхнего горизонта в нижележащие. Повышение содержания подвижных соединений железа в конце вегетационного периода связано с поступлением органических остатков и усилением трансформации органического вещества, в результате чего образуются органические кислоты. С одной стороны, органические кислоты разрушают железосодержащие силикаты и оксиды [5], с другой стороны, гумусовые кислоты, образуя прочные комплексы с Бе (Ш), препятствуют выпадению железа в осадок [8]. Это может способствовать увеличению содержания его подвижных соединений. При этом гумусовые кислоты могут не только повышать мобильность металлов в почвах, но и понижать ее, что зависит от соотношения в комплексах металлов и органиче-
ского вещества и их молекулярных масс [9]. Обнаружена достоверная отрицательная связь между содержанием подвижных соединений Бе и содержанием лабильного органического вещества (г = -0,54).
В 2010 г. наибольшее содержание подвижных соединений железа в элювиальном и иллювиальном горизонтах наблюдалось в августе и сентябре (рис. 4). Причиной послужила активизация преобразования органического вещества в результате поступления свежих растительных остатков, а также перемещение соединений Бе (II) из верхнего горизонта в нижележащие с атмосферными осадками. Выявлена корреляционная связь подвижных соединений Бе с рНКс1 в иллювиальном горизонте (г = 0,87). Горизонт В2 характеризуется повышенной кислой средой (рНКс1 3,82), поэтому снижение кислотности могло способствовать усилению микробиологической деятельности и, следовательно, трансформации органического вещества и увеличению подвижности железа.
Fe, мг/кг Ап
120 -,
100 80 -60 -40 -20 -0
3 Ап
I А2В1 и В2
Fe, мг/кг А2В1 и В2
j 350 -- 300 250 -- 200 -- 150 -- 100 -- 50 0
Дата отбора
Рис. 4. Сезонная динамика содержания подвижных соединений железа в пахотной почве, 2010 г.
Не обнаружено достоверных корреляционных связей содержания подвижных со-
единений железа с влажностью и содержанием общего углерода гумуса в пахотной почве, что свидетельствует о сложном характере взаимодействия и воздействия почвенных факторов на элемент.
Выводы. 1. Содержание подвижных соединений железа в пахотной почве в целом отличается незначительно по сравнению с лесной. 2. На обоих участках профильная динамика содержания подвижных соединений железа является схожей: максимальное количество приходится на иллювиальный горизонт, минимальное - на гумусовый в лесной почве и на пахотный горизонт в пахотной почве. 3. Выявлена достоверная динамика подвижных соединений железа по месяцам и в лесной, и в пахотной почвах. При этом в подстилке и пахотном горизонте амплитуда колебаний является слабой. В минеральных горизонтах максимальное содержание подвижных соединений железа зафиксировано в августе и сентябре. 4. В лесной почве выявлена зависимость подвижных соединений железа от содержания лабильного (г = 0,54...0,63) и общего углерода гумуса (г = 0,58). В пахотной почве - от рН^ (г = 0,87) и обратная - от лабильного углерода гумуса (г = -0,54).
Список литературы
1. Орлов Д.С. Микроэлементы в почвах и живых организмах // Соровский образовательный журнал. 1998. № 1. С. 61-68.
2. Шихова Л.Н. Содержание и динамика тяжелых металлов в почвах Северо-Востока европейской части России: Дис. ... д-ра с.-х. наук. СПб-Пушкин, 2005. 317 с.
3. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во МГУ, 1970. 488 с.
4. Рекомендации для исследования баланса и трансформации органического вещества при сельскохозяйственном использовании и интенсивном окультуривании почв (Сост. К.В. Дьяконова). М.: ВАСХНИЛ, 1984. 96 с.
5. Водяницкий Ю.Н. Химия и минералогия почвенного железа. М.: Почвенный институт им. В.В. Докучаева РАСХН, 2003. 236 с.
6. Чернов Д.В., Шабанов М.В. Анализ распределения групп и форм железа в дерново-подзолистых суглинистых почвах постагрогенной трансформации // Доклады РАСХН. 2007. № 4. С. 36-38.
7. Дубенок Н.Н., Мажайский Ю.А., Евтюхин В.Ф., Тобратов С.А. Закономерности распределения тяжелых металлов в почвах лесных экосистем (на примере центральной части Рязанского региона) // Доклады РАСХН. 2011. № 3. С. 26-30.
8. Водяницкий Ю.Н. Оксиды марганца в почвах. М.: ГНУ Почвенный институт им. В.В. Докучаева РАСХН, 2005. 96 с.
9. Фокин А.Д., Карпухин А.И. Исследование состава комплексных соединений фульвокислот с железом // Известия ТСХА. 1972. Вып. 1. С. 132-136.
Modification of a content of mobile iron in the podzolic and sod-podzolic soils during growth season Zubkova O., Shikhova L.
A content of mobile iron was determined in the forest podzolic and arable sod-podzolic soils. Quantity of the iron combination is changed essentially in the soil profile and during growth season. Correlation between the content of mobile iron and some soil factors: pHKCl, general and mobile carbon of humus, humidity of soil were revealed.
Key words: soil, iron, season dynamics
