CC BY
173
УДК 631.81.095.338 Я.О. Тимофеева
МИКРОЭЛЕМЕНТЫ В РАЗЛИЧНЫХ ТИПАХ ПОЧВ АГРОХИМИЧЕСКИХ СТАЦИОНАРОВ
Длительное использование почв в сельскохозяйственном производстве ведет к изменению уровня содержания в них микроэлементов. На примере полевых опытов автором статьи отмечено микроэле-ментное истощение пахотных почв. На контрольных делянках обнаружен дефицит Ni, Mo, Zn, Cr. При использовании органо-минеральных удобрений повышается подвижность микроэлементов (исключение составляет Cr) и общий уровень содержания Pb, Zn, Mn.
Ключевые слова: микроэлементы, пахотные почвы, агроценозы, полевой опыт.
Ya.O. Timofeeva MICROELEMENTS IN VARIOUS TYPES OF AGRICULTURAL AND CHEMICAL STATIONSOILS
Long soil use in agricultural production leads to change of the microelement availability level in them. Arable soilmicroelement exhaustion is emphasized by the author of the article on the field experimentexample. Deficiency of Ni, Mo, Zn, Cr is revealed on the untreated plots. Microelementmobility (Cr is anexception) and the general level of Pb, Zn, Mn availability increase in the process of organic and mineral fertilizer application.
Ключевые слова: microelements, arable soils, agrocoenosis,field experiment.
Микроэлементы характеризуются значительной подвижностью и активным участием в биологическом круговороте веществ [3; 5; 10-11]. Полный цикл круговорота микроэлементов в биоценозах состоит из поглощения их растениями и поступления в почву после отмирания растений. В агрофитоценозах специфика круговорота зависит от привноса микроэлементов с удобрениями и выноса биомассой возделываемых культур. Избыток или недостаток микроэлементов в почвах приводит к возникновению эндемичных заболеваний и минерального стресса живых организмов. Для предотвращения развития таких явлений особое внимание должно уделяться изучению поведения микроэлементов в почвенной среде, где элементы подвергаются сложной системе процессов внутрипочвенного преобразования.
Для выявления масштаба перераспределения микроэлементов в почвах агроценозов проведены исследования пахотных горизонтов двух длительных полевых опытов, где в предшествующий период выполнялась обширная программа наблюдений, но вопросы специфики и изменения микроэлементного состава практически не затрагивались. Наиболее детально в этих почвах изучено содержание Мп, Мо, В [5-6; 13].
Объекты и методы исследований. Исследования проводили в период 2007-2008 гг. на опытных участках двух агрохимических стационаров в зоне распространения лугово-черноземовидных (Амурская область, Всероссийский научно-исследовательский институт сои) и лугово-бурых почв (Приморский край, Приморский научно-исследовательский институт сельского хозяйства). Длительный стационарный опыт на лугово-черноземовидных почвах заложен в 1962 г. Севооборот пятипольный с 40%-м насыщением соей и пшеницей. К моменту проведения исследований прошло 9 полных ротаций севооборота. Почвы характеризуются тяжёлым гранулометрическим составом, высоким содержанием гумуса (до 7 %), большой емкостью поглощения и слабокислой или близкой к нейтральной (рН солевой 5,5-6,0) реакцией среды [5]. Длительный опыт с применением органо-минеральных удобрений на лугово-бурых почвах проводится с 1941 г. с использованием системы девятипольного севооборота. Отбор опытных образцов осуществлялся после семи полных ротаций севооборота в звене "соя-пшеница-соя". Содержание гумуса в верхнем горизонте лугово-бурых почв колеблется от 3 до 5 %, реакция среды по всему профилю слабокислая (рН солевой 4,5-5,7), почвенный поглощающий комплекс насыщен основаниями, в составе которых преобладает Ca, гранулометрический состав однородный глинистый [5; 8].
Постановка эксперимента в полевых условиях проводилась на делянках, засеянных соей (площадь 25 м2), в 3-кратной повторности (п=9). В полевом севообороте были выбраны контрольные варианты опытов без внесения удобрений и с одинарной нормой внесения органо-минеральных удобрений, используемых в
форме гранулированной мочевины, суперфосфата двойного, хлористого калия, навоза. Дозы удобрений, вносимых за одну ротацию на лугово-черноземовидных почвах, составили: навоз 24 т/га + N^165^20 д.н./га; на лугово-бурых почвах - навоз 40 т/га + N^200^50 д.н./га. Содержание микроэлементов ^п, Zn, N Mo, ^, Pb, ^, Щ определялось в пахотном слое мощностью до 25 см методом атомной адсорбции. Экстракция валовых форм микроэлементов проводилась после полного химического разложения пробы с предварительным сплавлением со щелочным плавнем. При анализе подвижных форм была проведена экстракция в кислотной (1,0 н. HCl) и водной вытяжках [12].
Результаты исследований и их обсуждение. При сравнении уровня содержания валовых форм микроэлементов на контрольных делянках лугово-черноземовидных почв с российскими кларковыми концентрациями очевидно, что содержание N Mo и ^ в почвах меньше кларковой величины (табл. 1).
Таблица 1
Содержание валовых форм микроэлементов в пахотных почвах, используемых в длительных полевых опытах, мг/кг
Элемент Вариант опыта Российский кларк * Лугово- черноземовидная почва Региональный кларк в почвах Приморья Лугово-бурая почва
Mn Контроль 850 767,98 + 4,15 1510 1022,39 + 7,26
NPK+ навоз 802,66 + 4,95 1317,83 + 4,20
Zn контроль 50 44,13 + 0,21 70 14,45 + 0,13
NPK+ навоз 64,23 + 0,55 17,89 + 0,11
№ Контроль 40 29,93 + 0,07 46 6,79 + 0,04
NPK+ навоз 33,77 + 0,24 8,89 + 0,05
Mo Контроль 2,6 0,97 + 0,04 1,6 1,02 + 0,006
NPK+ навоз 1,84 + 0,02 1,45 + 0,008
Контроль 10 13,11 + 0,14 22 18,45 + 0,06
NPK+ навоз 16,05 + 0,07 22,18 + 0,03
Pb Контроль 10 11,40 + 0,12 32 58,78 + 0,08
NPK+ навоз 29,53 + 0,23 72,14 + 0,31
а Контроль 90 51,70 + 0,21 66 68,60 + 0,35
NPK+ навоз 49,79 + 0,14 75,42 + 0,10
Контроль 20 34,44 + 0,10 20 27,04 + 0,21
NPK+ навоз 35,67 + 0,25 31,52 + 0,20
* Российский кларк элементов в почвах [4].
Концентрация ^ и Pb незначительно превышает последнюю, для ^ отмечено 1,5-кратное превышение. Содержание Mn и Zn находится в пределах кларкового и близко к оптимальной величине. Для основных микроэлементов почв Приморья существуют специально разработанные кларки с учетом региональной специализации почвенного покрова [6]. При сопоставлении с региональными кларками мы обнаружили на почвах контрольных делянок пониженное содержание N и Mo. Также к элементам, находящимся в недостаточном количестве, относится Zn, уровень его содержания в 5 раз меньше регионального и в 3,5 меньше общероссийского кларка. Валовое содержание Mn наиболее вариабельно и в пахотном горизонте лугово-бурых почв меняется от 968 до 1463 мг/кг. Ранее в почвах рассматриваемой территории уже была отмечена большая амплитуда колебания валового Mn и результаты наших исследований подтверждаются данными, полученными с аналогичных почв той же территории [13]. Содержание Pb и ^ также варьирует, и в одних случаях оно меньше кларковой величины, в других превышает ее в 1,5-2 раза. Содержание ^ и Сг находится в пределах кларка.
Концентрация микроэлементов в двух исследованных типах почв существенно разнится, причиной чему являются их генетические особенности. Следует отметить, что лугово-черноземовидные почвы существенно богаче такими элементами, как Zn, N ^, что может быть вызвано достаточно высоким содержанием гумуса, который, как известно, активно их связывает [1; 10; 13].
Несмотря на обнаруженные различия, последствия происходящего микроэлементного истощения пахотных почв довольно очевидны. Полом Бергером установлено, что за последние 30 лет содержание микроэлементов в почвах уменьшилось на 15-50 % [2]. Причем четко просматриваются закономерные последствия происходящих процессов по всем этапам трофических связей. При недостатке микроэлементов в организме человека могут возникнуть любые заболевания от обычного насморка до онкологии, лечение которых с помощью только лекарственных препаратов совершенно неэффективно. Избавиться от отрицательного влияния недостатка мик-
роэлементов в продуктах питания можно единственным путем - внесением в почву недостающих микроэлементов, но это весьма дорогостоящее мероприятие и при современном финансировании сельскохозяйственной отрасли для многих хозяйств недоступно. Вместе с тем на содержание микроэлементов в почвах большое влияние оказывает внесение традиционных минеральных и органических удобрений.
Результаты, полученные с удобряемых делянок, подтвердили неравноценность в содержании микроэлементов на разных типах исследованных почв. В пахотном горизонте лугово-черноземовидных почв явное увеличение концентрации на фоне удобрений отмечается для РЬ в среднем на 61 % и Ип - 31%. Содержание остальных элементов повышается от 3 до 18 %. Необычным оказалось поведение Сг. Внесение удобрений привело к незначительному снижению его содержания. Максимальный привнос микроэлементов на удобряемых делянках лугово-бурых почв был на уровне 29 % для РЬ, 23 - для Мп, 19 % - для Ип. Несмотря на некоторый привнос микроэлементов, при сопоставлении с кларковым содержанием поведение большей части из них не обнаруживает новых тенденций. Имеющие место изменения в основном относятся к следующим: РЬ - содержание на удобряемых делянках лугово-черноземовидной почвы превышает кларк в 3 раза, на лугово-бурой - в 2,5; Со - содержание в лугово-бурых почвах больше кларковой величины в 1,6 раза; Си - превышение кларковой величины для почв Приморья составляет 1,3-1,5 раза.
Огромное значение при изучении микроэлементов в почвах приобретают сведения об их подвижных формах. Величина водорастворимой формы оказывает наибольшее влияние на возделываемые культуры и является достоверным показателем оценки запаса доступных растениям форм соединений микроэлементов. Но для практических целей немалый интерес представляет информация о менее подвижных обменных соединениях микроэлементов, которые в случае изменения почвенных условий, главным образом, кислотнощелочной обстановки, могут оказаться в почвенном растворе и таким образом стать более доступными для поглощения растениями. Такие соединения рассматриваются как "ближний резерв" в подпитке ионного потока из почвы растениями [9].
Полученные результаты указывают на значительные колебания в содержании подвижных форм микроэлементов относительно их валового объема (табл. 2).
Таблица 2
Содержание подвижных форм микроэлементов, извлекаемых различными экстрагентами (1н НС1, Н2О), в пахотных почвах (% от валового)
Элемент Лугово- черноземовидная Лугово-бурая
Контроль ИРК+навоз Контроль ИРК+ навоз
Мп 37 42 20 29
10 6 0,02 0,03
7п 14 16 7 8
1 2 0,3 0,5
І\ІІ 23 43 21 20
0,2 1,5 - 0,2
Мо 20 24 18 19
2 3 2 5
Со 35 33 33 39
0,6 0,6 0,4 0,6
РЬ 32 68 18 21
0,8 4 0,1 1
Сг 8 7 0,2 5 7
Си 17 21 6 19
0,3 0,4 0,1 0,3
Примечание. Над чертой ■ водорастворимой.
содержание кислоторастворимой формы элемента, под чертой - содержание
Лугово-черноземовидные почвы содержат больший процент подвижных форм микроэлементов и характеризуются оптимальной и высокой обеспеченностью почв Мп, Ип, Си и Со. В лугово-бурых почвах отмечена высокая обеспеченность Со, оптимальная и высокая - Мп и низкая - Си и Ип. Для остальных элементов, к сожалению, нет общепринятых эталонов и научно обоснованных шкал, по которым можно было объективно судить о том, насколько их содержание в почве соответствует необходимому для растений уровню.
При использовании удобрений в почвах заметно возрастает содержание подвижных форм микроэлементов. Наиболее отчетливо эта тенденция отражается на увеличении подвижности Мп, Мо, РЬ, Си, что можно объяснить как их дополнительным привносом в качестве примесей, так и влиянием удобрений на изменение некоторых физико-химических свойств почв, провоцирующих переход элементов из труднодоступных в легкоподвижные соединения. В поведении каждого отдельного микроэлемента в почве, подверженной сельскохозяйственному воздействию, имеются свои особенности. Например, растворимость Си, Со, РЬ повышается с увеличением кислотности, на снижение их подвижности влияет наличие в почве растворимых фосфатов, карбонатов и щелочная реакция среды. Мо и Сг, наоборот, менее подвижны в кислой среде, поэтому факторами, повышающими их подвижность, являются известкование и внесение в почву фосфорных удобрений, сопровождающиеся образованием легкодоступных для растений комплексных фосфат-молибденовых анионов и оксидов и гидроксидов высокоокисленой формы Сг (Сг6). Внесение органических удобрений приводит к повышению подвижности Ип и N1 за счет их мобилизации из карбонатов, фосфатов и оксидов, а также за счет уменьшения сорбции глинистыми минералами. Степень связывания этих металлов с органическими лигандами, как правило, невысока. Растворимость Мп возрастает с увеличением кислотности, но его способность образовывать анионные и органические комплексы приводит к увеличению подвижности и при щелочных значениях рН [10-11].
В исследованных почвах наблюдается некоторая несбалансированность микроэлементного состава. Для почв, используемых в сельскохозяйственном производстве, это явление весьма распространенное и, прежде всего, связано с неравным поступлением и выносом микроэлементов в системе «почва-растение». Наряду с этим немаловажное значение имеют особенности внутрипочвенных процессов преобразования микроэлементов, в которых активное участие принимают почвенные железо-марганцевые конкреции, активно формирующиеся в исследованных пахотных почвах. Результаты, полученные раннее, показали, что в отношении некоторых микроэлементов (Мп, Си, Со, Мо) конкреции выполняют роль мощных аккумуляторов, а длительное использование органо-минеральных удобрений оказывает стимулирующие воздействие на рост, развитие и аккумулирующую способность конкреций [7; 14-15].
Выявленные особенности свидетельствуют о дестабилизации микроэлементного состава двух исследуемых типов почв агрохимических стационаров и позволяют сделать следующие общие выводы:
1. Под влиянием многолетнего сельскохозяйственного использования почв общее содержание N1, Мо, Сг, Ип в питающем растения слое характеризуется итоговым недостатком.
2. Внесение удобрений, направленное на повышение содержания в почве всех необходимых элементов питания, не оказывает существенного влияния на пополнение запаса микроэлементов, но заметно увеличивает концентрацию подвижных форм Мп, Мо, РЬ, Си.
3. Длительное систематическое применение органо-минеральных удобрений приводит к дополнительному поступлению и накоплению в пахотном слое почвы такого токсичного элемента, как РЬ.
Полученные результаты указывают на необходимость постоянного пристального внимания к проблеме оптимизации микроэлементного баланса пахотных почв, значение которой возрастает в условиях деградации почвенного плодородия.
Литература
1. Алексеенко В.А. Экологическая геохимия. - М.: Логос, 2000. - 627 с.
2. Бергер Пол. Целительная сила минералов, особых питательных веществ и микроэлементов: пер. с анг. - М.: Крон-Пресс, 1998. - 288 с.
3. Битюцкий Н.П. Необходимые микроэлементы растений. - СПБ.: ДЕАН, 2005. - 256 с.
4. Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных элементов в почвах. - М.: Изд-во АН СССР, 1957. -
238 с.
5. Голов В.И. Круговорот серы и микроэлементов в основных агроэкосистемах Дальнего Востока. - Владивосток: Дальнаука, 2004. - 316 с.
6. Голов В.И. Микроэлементный состав почв Приморья // Характеристика агроземов Приморья. - Уссу-
рийск: Изд-во ПГСХА, 2002. - С. 76-84.
7. Голов В.И., Тимофеева Я.О. Экологические функции почв и их реализация на примере железомарган-
цевых конкреций // Вестн. КрасГАУ. - 2009. - № 5. - С. 16-19.
8. Иванов Г.И. Почвообразование на юге Дальнего Востока. - М.: Наука, 1976. - 198 с.
9. Ильин В.Б., Сысо А.И. Микроэлементы и тяжелые металлы в почвах и растениях Новосибирской об-
ласти. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2001. - 229 с.
10. Кабата-Пендиас А., ПендиасХ. Микроэлементы в почвах и растениях. - М.: Мир, 1989. - 439 с.
11. Ковда В.А. Почвенный покров, его улучшение, использование и охрана. - М.: Наука, 1981. - 182 с.
12. Кауричев И.С. Практикум по почвоведению. - М.: Колос, 1973. - 279 с.
13. Пуртова А.Т. Марганец, кобальт и медь в почвах Суйфуно-Ханкайской равнины Приморья // Микроэлементы в почвах Дальнего Востока. Ученые записки. - Владивосток, 1969. - Т. 27. - С. 10-44.
14. Тимофеева Я.О., Голов В.И. Железомарганцевые конкреции как накопители тяжелых металлов в некоторых почвах Приморья // Почвоведение. - 2007. - № 12. - С. 63-71.
15. Тимофеева Я.О. Накопление и фракционирование микроэлементов в почвенных железомарганцевых конкрециях различного размера // Геохимия. - 2008. - № 3. - С. 293-301.
---------♦----------
УДК 631.40 ФД. Алахвердиев, А.А. Абумуслимов, Д.Ф. Алахвердиева
ЛАНДШАФТНО-ИНДИКАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ПОЧВЕННО-ГРУНТОВЫХ УСЛОВИЙ (на примере Северо-Западного Прикаспия)
В статье рассматриваются проблемы индикации почвенно-грунтовых условий Северо-Западного Прикаспия. В работе исследованы растительные индикаторы, использованные для прогнозирования, динамики и эволюции ландшафтов.
Ключевые слова: индикация, почвенно-грунтовые условия, ландшафт, Северо-Западный Прикас-пий, растительный индикатор, экосистема.
F.D. Alakhverdiev, A.A. Abumuslimov, D.F. Alakhverdieva
LANDSCAPE AND INDICATIVE TECHNIQUES FOR SOIL CONDITION ESTIMATION (on the North-Western Prikaspiy example)
The issues of soil condition indication in the North-Western Prikaspiy are considered in the article. Vegetative indicators being used for forecasting, dynamics and evolution of the landscapes are researched in the article.
Key words: indication, soil conditions, landscape, North-Western Prikaspiy, vegetative indicator, ecosystem.
Существуют различные методы оценки почвенно-грунтовых условий, практическая ценность которых не подвергается сомнению. В настоящее время нашли широкое применение ландшафтно-индикационные методы для оценки природных условий в связи с интенсивным хозяйственным использованием природных ресурсов с целью совершенствования мероприятий по рациональному их использованию и охране. Преимущество этого метода заключается в его использовании в труднодоступных районах и при проведении аэрокосмических исследований.
В статье прослеживается значимость ландшафтно-индикационных исследований на примере изучения почвенно-грунтовых условий Северо-Западного Прикаспия. Изучаемый ландшафт образует полынная полупустыня с господством наиболее солеустойчивых и засухоустойчивых видов полыни (полынь солончаковая, полынь белая). Флористический состав полынников беден. Из многолетних злаков в небольших обилиях произрастают типчак, бородач кровеостанавливающий, встречаются ковыль волосатик, ковыль каспийский. Часто присутствуют некоторые однолетние галофиты (из группы умеренносочных), климакоптеры, курай, встречаются каперсы.
Усиленный выпас ведет к тому, что многолетние злаки постепенно уступают место эфемерам, таким, как мортук, ячмень заячий, мятлик луковичный, костер растопыренный.
Исследуемый ландшафт связан со светло-каштановыми почвами. Нами это было проверено на примере опорных площадей на 24 участках, расположенных в трех хозяйствах исследуемой территории: Бе-лиджи, Аглаби, Нюгди.
В результате упомянутая связь вполне четко подтвердилась как для флористически более бедных, почти одновидовых сообществ полыней на вершинах увалов, так и для несколько более богатых полынников, где преобладали ковыльно-полынные ценозы (табл. 1).
