CC BY
23
УДК 631.4
ПОДВИЖНЫЕ ФОРМЫ СОЕДИНЕНИЙ ФОСФОРА И ЖЕЛЕЗА В ЧЕРНОЗЕМОВИДНЫХ ПОЧВАХ СЕВЕРА ТАМБОВСКОЙ РАВНИНЫ
А.С. Никифорова, Л.В. Степанцова, В.Н. Красин, С.Б. Сафронов
Факторами, определяющими динамику содержания подвижного фосфора в черноземо-видных почвах поверхностного и грунтового увлажнения и заболачивания, являются влажность и окислительно-восстановительные условия. При увеличении влажности и сохранении окислительны« условий в почвах черноземного ряда с высоким содержанием фосфатов кальция происходит переход их из апатитовой фракции в более подвижные. В восстановительных условиях в черноземовидных почвах с высоким содержанием фосфатов железа при увеличении влажности возрастает содержание фосфора, извлекаемого сернокислой вытяжкой за счет перехода фосфатов железа в подвижное состояние. Осадки, насыщающие почву атмосферным кислородом, способствуют увеличению окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) и соответственно снижают подвижность фосфатов железа.
Ключевые слова: поверхностное и грунтовое переувлажнение, черноземовидные почвы, динамика соединений фосфора и железа.
Введение
По данным агрохимических обследований, с 1991 г. одновременно с сокращением применения минеральных удобрений увеличилась доля пашни с низким содержанием фосфора [16]. Падение количества доступного растениям элемента совпало с ростом площадей переувлажненных почв [3].
Влияние временного избыточного увлажнения на изменение подвижности и доступности растениям фосфора подробно изучено на примере дерново-под-золистыгх почв таежно-лесной зоны [7, 9, 11, 16] и бурых лесных почв Приморья [12, 14]. В результате периодической смены окислительных и восстановительных процессов в них накапливаются подвижные формы соединений железа и отмечается преобладание труднорастворимых фосфатов железа.
Большинство исследователей считают, что в черноземах фосфор, несмотря на высокое его валовое содержание, является малоподвижным, прочно связанным с минеральной частью почвы элементом [1]. Значительно меньше сведений в литературе о динамике содержания фосфатов в переувлажненных почвах черноземной зоны. Е.М. Самойлова и Н.Я. Дроно-ва [13] указывали, что в пахотном слое типичного чернозема и черноземно-луговой почвы Тамбовской обл. она выражена слабо. На черноземно-лу-говой почве отмечаются весенний и позднелетний пики содержания подвижного фосфора. Л.Н. Комис-сионская [8] отмечает, что в заболоченных почвах Кубани по сравнению с зональными автоморфными аналогами возрастает содержание фосфора, связанного с железом. Переувлажненные черноземовид-ные почвы севера Тамбовской равнины отличаются от фоновых выщелоченных черноземов резким дефицитом фосфора. Проведенные нами исследования фракционного состава фосфора мелкозема и желе-зомарганцевыгх конкреций черноземовидныгх почв по-
верхностного и грунтового увлажнения свидетельствуют о том, что переувлажнение ведет к резкому изменению подвижности и состава фосфатов [10]. В гидроморфных условиях северной лесостепи фосфор приобретает подвижность и интенсивно вымывается из почв транзитных элементов рельефа и накапливается в мелкоземе и новообразованиях почв замкнутых понижений.
Цель настоящей работы — оценить динамику содержания подвижныгх соединений фосфора в выщелоченном черноземе и черноземовидных почвах поверхностного и грунтового заболачивания в годы различной обеспеченности осадками.
Объекты и методы исследований
Объектами изучения послужили черноземовид-ные почвы поверхностного и грунтового увлажнения и заболачивания. Исследовали три ряда почв. Первая и вторая катены расположены на водораздельном участке рек Иловай и Лесной Воронеж на территории землепользования учхоза «Комсомолец» Мичуринского р-на Тамбовской обл.
Первая катена приурочена к открытой западине и представлена черноземом выщелоченным среднемощным среднегумусным (разр. 1, выровненный участок — фоновая почва), черноземовидной оподзоленной слабооглеенной среднемощной сред-негумусной (разр. 2, склон) и черноземовидной опод-золенной глееватой среднемощной среднегумусной (разр. 3, дно депрессии) почвами.
Вторая катена — замкнутое понижение диаметром около 100 м, почвенный покров которой представлен черноземовидной выщелоченной мощной среднегумусной (разр. 4, начало склона), черно-земовидной оподзоленной среднемощной среднегу-мусной (разр. 5, середина склона) и черноземовидной
подзолистой глееватой маломощной среднегумусной (разр. 6, дно западины) почвами. Все почвы водораздела сформировались на покровном карбонатном суглинке и имеют тяжелосуглинистый гранулометрический состав. В весенний период в профиле чер-ноземовидных почв формируется верховодка. Грунтовые воды залегают на глубине более 7 м и не влияют на водный режим рассматриваемых почв.
Почвы третьей катены приурочены к первой надпойменной террасе р. Лесной Воронеж на территории землепользования учхоза «Роща» Мичуринского р-на и представлены черноземовидной слабо-оглеенной среднемощной среднегумусной (разр. 7, выровненная поверхность), черноземовидной глее-ватой среднемощной среднегумусной (разр. 8, склон) и черноземовидной глеевой высокогумусной средне-мощной (разр. 9, центр западины). Они сформированы на легкоглинистых аллювиальных отложениях, заболочены жесткими грунтовыми водами гидро-карбонатно-кальциевого состава. Морфологические особенности, водный режим, физические и химические свойства этих почв были рассмотрены нами ранее [4-6, 10].
Для того чтобы выявить различия в факторах, влияющих на подвижность фосфатов в выщелоченном черноземе и черноземовидных почвах поверхностного и грунтового увлажнения и заболачивания, определяли содержание подвижных форм фосфора и железа в мелкоземе и почвенных водах.
Таблица 1
Распределение осадков в годы исследований
Годы Зимний период Летний период
сумма осадков, мм обеспеченность осадков, % сумма осадков, мм обеспеченность осадков, %
2003 165 98 387 21
2004 211 74 301 67
2005 296 24 315 57
2006 279 40 381 26
2007 304 17 377 31
Наблюдения проводили в течение пяти лет -с 2003 по 2007 г. Обеспеченность и количество осадков в годы исследований приведены в табл. 1. Подвижный фосфор определяли в сернокислой (0,1 н. Н^04) и уксуснокислой (0,5 н. СН3СООН) вытяжках из свежих образцов. Сернокислую вытяжку применяют для определения подвижных форм фосфора в тропических почвах, в которых преобладают фосфаты железа. Она извлекает как фосфаты кальция, так и фосфаты двухвалентного железа. Уксуснокислую вытяжку применяют для определения подвижных фосфатов в почвах лесостепной зоны, где преобладают фосфаты кальция. Она предложена для извлечения
фракций Са-Р1 и Са-Р11 при определении фракционного состава фосфора [2]. Содержание подвижных соединений железа определяли в 0,1 н. сернокислой вытяжке из свежих образцов.
Результаты и их обсуждение
Первая катена — выщелоченный чернозем и чер-ноземовидные почвы открытой депрессии водораздела поверхностного увлажнения и заболачивания. В выщелоченном черноземе (разр. 1) на протяжении всего вегетационного периода сохраняются окислительные условия. Содержание железа, извлекаемого сернокислой вытяжкой, стабильно низкое — 20—45 мг/100 г почвы (табл. 2), поэтому его роль в подвижности фосфора здесь невелика. Так как пики количества фосфора, извлекаемого сернокислой и уксуснокислой вытяжками, совпадают, то можно предположить, что динамика содержания его подвижных соединений определяется переходом фосфатов кальция из труднодоступной апатитовой фракции Са-РШ в свеже-осажденные Са-Р1 и Са-Р11. Весенние максимумы содержания подвижного фосфора приурочены к установлению среднесуточных температур выше +10°, которое чаще всего приходится на конец апреля, а при затяжной весне (2003 г.) — на первую декаду мая. Минимальное количество подвижных форм фосфора наблюдается во второй—третьей декадах июня, в период максимального потребления этого элемента растениями (2003, 2004 гг.), или в июле—августе, в период снижения влажности до значений влажности завядания (ВЗ) (2005—2007 гг.). Позднелет-ние—осенние максимумы в июле—сентябре обусловлены длительными дождями после засух. Они часто по абсолютным значениям более высокие, чем весенние (табл. 2). Подобные закономерности отмечены в литературе. Так, П.Г. Адерихин [1] указывает, что на выщелоченном черноземе наблюдается рост содержания Р2О5 как в углекислой и уксуснокислой, так и солянокислой вытяжках с начала весны до конца мая, затем следует спад, продолжающийся до конца сентября, и небольшое увеличение в октябре, связанное с осенними дождями. По его мнению, в процессе мобилизации фосфора в условиях черноземной зоны влажности почвы принадлежит главнейшая роль.
Кроме сезонной выявлена и годовая динамика содержания изучаемого элемента. Прослеживается четкая взаимосвязь между содержанием подвижных форм фосфора, извлекаемых сернокислой вытяжкой, и количеством зимних осадков. Минимальное содержание таких фосфатов наблюдалось в очень сухом 2003 г. (табл. 2). Большое количество летних осадков и их равномерный характер определили постоянно низкое содержание подвижных фосфатов в течение всего вегетационного периода. С ростом обеспеченности года зимними осадками количество в почве подвижного фосфора возрастало (2005, 2007 гг.).
Таблица 2
Динамика ЕЬ, влажности, содержания подвижных форм железа и фосфора в почвах первой катены
Щ й
^ ер
11 С л
о я а
0 «
2
1 I
о ^
о
л
о
3е я
2 л а
¥ I I
о
0
б а л
и
1 I
о
л
с
п §
=
о
в
3
я о
а
о п о Я
а
§
и а
и
«
и
I
я
«
и
I I
« я
и
а
и
«
и
I I
«
и
I Я
Показатель Год исследования
2003 2004 2005 2006 2007
дата отбора образца 6.05 13.04 20.04 18.04 22.03
влажность, % от ППВ 154 100 103 82 97
ЕЙ, мВ +387 +260 +270 +204 +260
Ее2+, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 20 23 23 18 36
Р2О5, мг/100 г почвы (0,1 н. И2304) 13 18 20 26 23
Р2О5, мг/100 г почвы (0,5 н. СН3С00Н) не опр. не опр. не опр. 9 3
дата отбора образца 25.06 29.06 06.06 11.08 10.10
влажность, % от ППВ 63 80 82 80 82
ЕЙ, мВ +406 +327 +320 +370 +320
Ее2+, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2304) 21 23 28 35 43
Р2О5, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 12 17 21 29 31
Р2О5, мг/100 г почвы (0,5 н. СН3С00Н) не опр. не опр. не опр. 9 10
дата отбора образца 17.05 02.06 10.08 08.07 06.09
влажность, % от ППВ 34 68 54 34 17
ЕЙ, мВ +380 +290 +365 +375 +300
Ее2+, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 21 23 24 35 42
Р2О5, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 11 18 17 25 16
Р2О5, мг/100 г почвы (0,5 н. СН3С00Н) не опр. не опр. не опр. 9 7
дата отбора образца 11.04 26.04 20.05 18.04 16.04
влажность, % от ППВ 98 117 107 124 85
ЕЙ, мВ +210 +100 +193 +190 +270
Ее2+, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 31 40 35 20 64
Р2О5, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 8 21 17 14 18
Р2О5, мг/100 г почвы (0,5 н. СН3С00Н) не опр. не опр. не опр. 3 2
Дата, отбора 25.06 08.06 10.08 11.08 10.10
Влажность, % от ППВ 80 92 92 95 92
ЕЙ, мВ +400 +203 +320 +360 +340
Ее2+, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 26 28 25 48 53
Р2О5, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 7 13 9 16 25
Р2О5, мг/100 г почвы (0,5 н. СН3С00Н) не опр. не опр. не опр. 5 4
Окончание табл. 2
Почва, разрез Период Показатель Год исследования
2003 2004 2005 2006 2007
засушливый дата отбора образца 17.05 29.06 10.07 08.07 06.09
влажность, % от ППВ 55 77 86 24 15
ЕЙ, мВ +371 +269 +290 +360 +300
Бе2+, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 31 26 27 35 46
Р2О5, мг/100 г почвы (0,1 н. И2304) 8 12 10 13 8
Р2О5, мг/100 г почвы (0,5 н. СН3С00Н) не опр. не опр. не опр. 3 2
Черноземовидная оподзоленная глееватая (разр. 3) весенний максимум дата отбора образца 11.04 12.05 20.05 18.04 16.04
влажность, % от ППВ 115 118 127 176 176
ЕЙ, мВ + 191 +103 +175 +175 +255
Бе2+, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2304) 44 68 56 58 150
Р2О5, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 5 11 13 14 8
Р2О5, мг/100 г почвы (0,5 н. СН3С00Н) не опр. не опр. не опр. 3 2
летний или осенний максимум дата отбора образца 23.04 08.06 30.06 11.08 10.06
влажность, % от ППВ 96 93 106 91 35
ЕЙ, мВ +254 +151 +230 +308 +275
Бе2+, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 48 33 39 74 111
Р2О5, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 8 5 6 11 13
Р2О5, мг/100 г почвы (0,5 н. СН3С00Н) не опр. не опр. не опр. 2 2
засушливый дата отбора образца 09.06 29.06 10.08 08.07 06.09
влажность, % от объема 54 70 78 27 21
ЕЙ, мВ +265 +224 +260 +275 +255
Бе2+, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 44 29 33 57 64
Р2О5, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 4 3 3 11 10
Р2О5, мг/100 г почвы (0,5 н. СН3С00Н) не опр. не опр. не опр. 2 1
Для черноземовидных оподзоленных почв открытой депрессии характерна иная картина изменения содержания фосфора. Эти почвы отличаются от выщелоченного чернозема повышенной кислотностью и низким содержанием фракций Са-Р1 и Са-Р11, извлекаемых уксуснокислой вытяжкой [10]. Однако открытый характер депрессии и промывной водный режим препятствуют накоплению значительных количеств соединений фосфора и железа. В средние и влажные по зимним осадкам годы в их профиле в весенний период застаивается влага, наблюдается па-
дение окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) до (+)100 — (+)150 мВ, в результате возрастает содержание подвижного железа, извлекаемого сернокислой вытяжкой: в черноземовидной оподзо-ленной глубокооглеенной почве (разр. 2) до 40—65, а в черноземовидной оподзоленной глееватой (разр. 3) до 60—150 мг/100 г почвы. В годы отсутствия верховодки активность железа снижается. В очень сухом 2003 г. содержание подвижного железа в черноземо-видной оподзоленной глубокооглеенной почве (разр. 2) было на уровне выщелоченного чернозема и только
в черноземовидной оподзоленной глееватой почве (разр. 3) на 20 мг/100 г почвы выше (табл. 2).
Содержание фосфора, извлекаемого уксуснокислой вытяжкой, остается стабильно низким на протяжении всего вегетационного периода, что обусловлено исходно низким содержанием фосфатов кальция. Весенние пики содержания железа и фосфора, извлекаемых сернокислой вытяжкой, непродолжительны и приходятся на более поздние сроки по сравнению с выщелоченным черноземом — конец мая—начало июня. Это можно объяснить медленным прогреванием почв, заболоченных поверхностными водами. Следует отметить, что пики содержания подвижного фосфора и железа по времени и интенсивности не совпадают. Пики содержания фосфора, извлекаемого сернокислой вытяжкой, непродолжительны и приходятся на период начала падения ОВП; в период максимальной подвижности железа содержание фосфора снижается за счет его вымывания поверхностными водами (соединения фосфора были зафиксированы нами в почвенных водах в 2006 и 2007 гг. — табл. 3). Максимальный пик содержания подвижного железа наблюдался в 2007 г. в середине апреля, при этом содержание фосфора не увеличивалось, так как весь зимний период положительные температуры в почве определяли
восстановительные условия и вымывание элемента. Максимальное содержание подвижного фосфора наблюдалось в 2005 и 2006 гг., когда почва зимой была проморожена, и его вымывание началось только весной после падения ОВ-потенциала. Летние пики содержания железа, извлекаемого сернокислой вытяжкой, в период выпадения интенсивных осадков отсутствуют, так как для перехода этого элемента в подвижную форму недостаточно одного увеличения влажности, необходимым условием является падение значений ОВП.
Вторая катена — черноземовидные почвы замкнутой депрессии водораздела поверхностного увлажнения и заболачивания. В черноземовидной выщелоченной почве (разр. 4), расположенной в верхней части склона замкнутой западины, так же как и в выщелоченном черноземе, постоянно господствуют окислительные условия, и среди активных минеральных форм фосфора преобладают фосфаты кальция. Динамика содержания подвижных форм фосфора определяется переходом фосфатов из апатитовой фракции в более подвижные фракции Са-Р1 и Са-Р11. Поэтому, как и в выщелоченном черноземе, наблюдаются весенние и летне-осенние максимумы, тем более высокие, чем выше обеспеченность года зимними осадками (табл. 4).
Таблица 3
Динамика изменений содержания Ее2+ и Р2О5 в почвенных водах в 2006—2007 гг.
Почва Подвижные соединения, мг/л Даты наблюдений в 2006 г.
18.04 26.04 05.05 16.05 24.05 05.06 14.06
Первая катена — черноземовидные почвы открытой депрессии поверхностного увлажнения и заболачивания
Черноземовидная оподзо-ленная слабооглеенная Бе2+ нет 0,12 нет нет нет нет нет
Р2О5 то же < 0,02 то же то же то же то же то же
Черноземовидная оподзо-ленная глееватая Бе2+ 0,96 1,09 0,12 0,03 < 0,02 < 0,02 < 0,02
Р2О5 < 0,02 10,68 < 0,02 0,02 0,03 0,07 0,03
Вторая катена — черноземовидные почвы замкнутой депрессии поверхностного увлажнения и заболачивания
Черноземовидная выщелоченная Бе2+ 0,50 0,43 нет нет нет нет нет
Р2О5 0,20 0,49 то же то же то же то же то же
Черноземовидная оподзо-ленная Бе2+ 0,97 0,20 0,46 < 0,02 < 0,02 — и — — и —
Р2О5 0,00 0,09 0,15 0,17 0,23 — и — — и —
Черноземовидная подзолистая глееватая Бе2+ 1,63 0,57 0,66 нет нет — и — — и —
Р2О5 2,42 0,19 0,13 то же то же — и — — и —
Третья катена — черноземовидные почвы надпойменной террасы грунтового увлажнения и заболачивания
Черноземовидная слабо-оглеенная Бе2+ 0,30 0,04 < 0,02 < 0,02 < 0,02 < 0,02 < 0,02
Р2О5 0,49 0,02 0,01 0,01 0,48 0,07 0,04
Черноземовидная глееватая Бе2 0,30 < 0,02 < 0,02 < 0,02 < 0,02 < 0,02 < 0,02
Р2О5 0,94 0,01 0,03 0,09 0,02 0,08 0,06
Окончание табл. 3
Почва
Подвижные соединения, мг/л
Даты наблюдений в 2006 г.
18.04 26.04 05.05 16.05 24.05 05.06 14.06
0,74 0,43 0,66 0,66 0,79 < 0,02 < 0,02
1,33 1,40 4,14 0,73 3,59 0,03 0,10
Черноземовидная глеевая
Бе2+
Р2О5
Даты наблюдений в 2007 г.
21.03
03.04
14.05
16.09
Первая катена — черноземовидные почвы открытой депрессии поверхностного увлажнения и заболачивания
Черноземовидная оподзо-ленная Бе2+ нет нет нет нет
Р2О5 то же то же то же то же
Черноземовидная оподзо-ленная глееватая Бе2+ 0,08 2,51 3,83 — и —
Р2О5 3,40 4,86 9,28 — и —
Вторая катена — черноземовидные почвы замкнутой депрессии поверхностного увлажнения и заболачивания
Черноземовидная выщелоченная Бе2+ нет нет нет нет
Р2О5 то же то же то же то же
Черноземовидная оподзо-ленная Бе2+ — и — 1,10 — и — — и —
Р2О5 — и — 5,90 — и — — и —
Черноземовидная подзолистая глееватая Бе2+ 0,24 1,18 — и — — и —
Р2О5 14,80 3,64 — и — — и —
Третья катена — черноземовидные почвы надпойменной террасы грунтового увлажнения и заболачивания
Черноземовидная слабоог-леенная Бе2+ 0,08 0,24 < 0,02 нет
Р2О5 3,88 3,52 2,54 то же
Черноземовидная глееватая Бе2+ 0,19 0,18 1,40 — и —
Р2О5 3,80 3,16 2,80 — и —
Черноземовидная глеевая Бе2+ 0,07 1,04 0,13 0,24
Р2О5 7,00 5,24 12,34 3,88
В черноземовидных оподзоленных и подзолистых почвах дна западины складываются условия для накопления и железа и фосфора. Эти почвы характеризуются увеличением в составе активного минерального фосфора фракции фосфатов железа [10]. Черноземовидная оподзоленная глубокооглеенная почва (разр. 5) расположена на склоне; в средние и влажные по зимним осадкам годы в ее профиле кратковременно застаивается верховодка, наблюдается падение ОВП до (+)100—(+)150 мВ и незначительно увеличивается содержание подвижного железа (табл. 4). Так же как и в черноземовидных опод-золенных почвах открытой депрессии наблюдаются весенние и отсутствуют летние пики содержания фосфора, извлекаемого сернокислой вытяжкой. Количество этого элемента, извлекаемого уксуснокислой вытяжкой, остается постоянно низким на протяжении всего вегетационного периода, так как среди активного минерального фосфора доля фосфатов
кальция невелика. Пики в содержании фосфора небольшие и наблюдаются в ранневесенний период при возрастании содержания железа. В момент максимальной активности железа его фосфаты переходят в восстановительных условиях в подвижное состояние и перемещаются с поверхностными водами вниз по профилю. В почвенных водах в этот период отмечается максимальное содержание железа (табл. 3). В период с 2003 по 2007 г. первая половина (2003—2004 гг.) была засушливой и характеризовалась низким содержанием подвижных форм фосфора, вторая (2005—2006 гг.) была влажной с более высоким их содержанием. Разница значительнее, чем в черноземовидных почвах открытой депрессии (табл. 4). Это может быть обусловлено при-вносом фосфора с более высоких элементов рельефа и переходом в активное состояние окклюдированных железом фосфатов мелкозема и железомарганцевых конкреций.
Таблица 4
Динамика ЕЬ, влажности, содержания подвижных форм железа и фосфора в почвах второй катены замкнутой депрессии водораздела поверхностного увлажнения и заболачивания
т о
С
4
о.
8 I
1
о
5
л
ю
Е?
2 я
в
3
я о
о
я а
а
3
з"
I I
о о м
0
б
£
1 I
о
л
с
п §
=
о я
3
я о
о
я а
§
и а
г
и
а
а
г «
и
I I
«
и
I I
и л и
«
и
I
г
и а
г «
и
I I
«
и
I
я
и л и
«
и
I
Показатель Год исследований
2003 2004 2005 2006 2007
дата отбора образца 11.04 21.04 12.05 05.05 16.04
влажность, % от ППВ 103 100 94 83 106
ЕЙ, мв +229 +187 +256 +280 +250
Ее2+, мг/100 г почвы (0,1 н. И2804) 29 22 38 42 63
Р2О5, мг/100 г почвы (0,1 н. И2804) 10 6 16 30 22
Р2О5, мг/100 г почвы (0,5 н. СН3С00Н) не опр. не опр. не опр. 10 6
дата отбора образца 25.06 02.06 06.06 05.06 10.10
влажность, % от объема 83 74 100 74 91
ЕЙ, мв +395 +244 +340 +360 +280
Ее2+, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 19 28 32 40 44
Р2О5, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 10 9 16 33 24
Р2О5, мг/100 г почвы (0,5 н. СН3С00Н) не опр. не опр. не опр. 11 7
дата отбора образца 09.06 29.06 10.08 08.07 06.09
влажность, % от ППВ 71 68 60 20 22
ЕЙ, мв +400 +248 +326 +375 +240
Ее2+, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 24 28 16 31 37
Р2О5, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 9 9 10 19 22
Р2О5, мг/100 г почвы (0,5 н. СН3С00Н) не опр. не опр. не опр. 4 7
дата отбора образца 11.04 12.05 12.05 24.05 16.04
влажность, % от объема 128 98 113 72 98
ЕЙ, мв +142 +70 +128 +300 +210
Ее2+, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 31 66 70 32 59
Р2О5, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 9 7 9 29 18
Р2О5, мг/100 г почвы (0,5 н. СН3С00Н) не опр. не опр. не опр. 6 5
дата отбора образца 09.06 02.06 06.06 21.09 10.10
влажность, % от ППВ 101 88 101 69 96
ЕЙ, мв +390 +180 +280 +290 +255
Ее2+, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 25 47 27 40 40
Р2О5, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 8 6 12 13 10
Р2О5, мг/100 г почвы (0,5 н. СН3С00Н) не опр. не опр. не опр. 5 4
Окончание табл. 4
§ Показатель Год исследований
11 С л а ю с 2003 2004 2005 2006 2007
дата отбора образца 25.06 29.06 10.08 05.06 06.09
влажность, % от ППВ 85 79 69 32 32
« ЕЙ, мВ +365 +219 +328 +375 +200
я к ^ Ее2+, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 22 38 14 31 43
п Р2О5, мг/100 г почвы (0,1 н. И2304) 7 2 6 16 13
Р2О5, мг/100 г почвы (0,5 н. СН3С00Н) не опр. не опр. не опр. 5 3
дата отбора образца 23.04 19.05 20.05 05.05 16.04
к ч влажность, % от ППВ 110 84 130 102 152
ЕЙ, мВ +286 +50 +150 +220 +80
£ « Ее2+, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 135 450 163 165 252
Я Я о о о я Р2О5, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 26 44 34 46 37
о. 3 3 Р2О5, мг/100 г почвы (0,5 н. СН3С00Н) не опр. не опр. не опр. 3 2
£ дата отбора образца 17.05 08.06 30.06 11.08 10.10
я о о к « влажность, % от ППВ 113 73 124 85 85
к § Я Я ЕЙ, мВ +310 +180 +173 +325 +240
н о к о гетний или ос максиму: Ее2+, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 45 232 115 157 121
§ К я § я О ^ Р2О5, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 15 19 22 37 16
Р2О5, мг/100 г почвы (0,5 н. СН3С00Н) не опр. не опр. не опр. 2 3
о п О Я а о дата отбора образца 09.06 29.06 10.08 05.06 06.09
влажность, % от ППВ 96 71 79 51 25
й ЕЙ, мВ +370 +220 +275 +275 +235
я ли Ее2+, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 34 172 36 89 134
у асу Р2О5, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 12 14 21 20 16
Р2О5, мг/100 г почвы (0,5 н. СН3С00Н) не опр. не опр. не опр. 4 3
Наиболее динамично содержание подвижных форм фосфора в черноземовидной подзолистой глееватой почве (разр. 6) центра западины. В отличие от черно-земовидныгх почв открытой депрессии пики содержания фосфора, извлекаемого сернокислой вытяжкой, совпадают с пиками содержания подвижного железа и приурочены к периоду максимального падения ОВП. Это обусловлено отсутствием возможности оттока фосфатов железа с почвенными водами. В сухом 2009 г. с непродолжительным застоем влаги в почве пик был невысоким и по времени приходил-
ся на конец апреля. Во влажном 2004 г. с длительным застоем влаги пик содержания фосфора был в 2 раза больше и приходился на конец мая—начало июня. В той же степени картина повторялась и в последующие годы наблюдений (табл. 4). Общее количество фосфора, переходящее в сернокислую вытяжку, значительно больше, чем содержание фракции фосфатов железа в составе активного минерального фосфора. По-видимому, в периоды застоя влаги одновременно с активизацией железа происходит переход в подвижное состояние окклюдированного
фосфора из мелкозема и с поверхности ортштейнов. Во время просыхания почвы до влажности завяда-ния (ВЗ) наблюдается резкое снижение содержания подвижного фосфора. Видимо, вместе с окислением железа происходит переход фосфора в прочносвязан-ное состояние и окклюдирование его на поверхности ортштейнов. Поэтому железо является основным фактором, регулирующим динамику содержания подвижных форм фосфора в черноземовидных почвах замкнутых депрессий водоразделов севера Тамбовской равнины.
Третья катена — черноземовидные почвы первой надпойменной террасы грунтового увлажнения и заболачивания. В этих почвах, испытывающих постоянное влияние грунтовых вод гидрокарбонатно-кальцие-вого состава, среди фракций активного минерального фосфора преобладают фосфаты кальция. Поэтому важную роль в динамике содержания подвижных
форм фосфора играет переход фосфатов кальция из апатитовой фракции в свежеосажденные в периоды увлажнения почвы до значений влажности, равной предельной полевой влагоемкости (ППВ), и обратный переход в периоды засух. Близкий уровень грунтовых вод определяет постоянное увлажнение почвы, а нейтральная реакция — высокую интенсивность микробиологических процессов. В результате значения ОВП опускаются до (—)50—(—)150 мВ, что обеспечивает и высокую активность железа.
Так как условия, необходимые для перехода фосфатов кальция и фосфатов железа в подвижное состояние, различны, динамика содержания подвижных форм фосфора достаточно сложная. В отличие от почв поверхностного увлажнения в черноземовидных огле-енных, глееватых и глеевых почвах нет зеркального совпадения между пиками содержания железа и пиками содержания фосфора (табл. 5).
Таблица 5
Динамика ЕЬ, влажности, содержания подвижных форм железа и фосфора в почвах третьей катены замкнутой депрессии первой надпойменной террасы грунтового увлажнения и заболачивания
Почва, разрез Период Показатель Год исследований
2003 2004 2005 2006 2007
Черноземовидная слабооглеенная (разр. 7) весенний максимум дата отбора образца 16.04 22.04 18.04 05.05 14.05
влажность, % от ППВ 111 120 191 91 91
ЕЙ, мВ +74 +20 +82 +100 +185
Ее2+, мг/100 г почвы (0,1 н. И2804) 28 185 181 132 202
Р2О5, мг/100 г почвы (0,1 н. И2804) 38 26 21 20 11
Р2О5, мг/100 г почвы (0,5 н. СН3С00Н) не опр. не опр. не опр. 10 7
летний или осенний максимум дата отбора образца 17.06 28.06 10.07 14.08 10.10
влажность, % от ППВ 80 80 91 80 86
ЕЙ, мВ +349 +250 +220 +260 +200
Ее2+, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 35 55 57 115 127
Р2О5, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 22 23 21 28 28
Р2О5, мг/100 г почвы (0,5 н. СН3С00Н) не опр. не опр. не опр. 14 16
засушливый дата отбора образца 03.06 03.06 10.08 08.07 06.09
влажность, % от ППВ 71 51 63 57 46
ЕЙ, мВ +273 +187 +286 +290 +250
Ее2+, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 35 59 48 75 110
Р2О5, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 16 12 20 26 20
Р2О5, мг/100 г почвы (0,5 н. СН3С00Н) не опр. не опр. не опр. 13 9
Продолжение табл. 5
Почва, разрез § Показатель Год исследований
р е Пе 2003 2004 2005 2006 2007
дата отбора образца 26.05 05.05 11.05 19.05 22.03
влажность, % от ППВ 91 108 244 100 191
о ЕЙ, мв + 164 0 +12 +100 +45
£ « Ее2+, мг/100 г почвы (0,1 н. И2804) 116 255 201 48 172
я я е о е в Р2О5, мг/100 г почвы (0,1 н. И2804) 21 36 35 35 65
оо Р2О5, мг/100 г почвы (0,5 н. СН3С00Н) не опр. не опр. не опр. 18 23
а 3 дата отбора образца 17.06 07.06 10.07 05.06 10.10
1 в е е в я § в о « влажность, % от ППВ 69 84 84 96 91
я я 8 3 ЕЙ, мв +243 +180 +185 +280 +175
о ^ § я К о 8 м Ее2+, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 34 43 100 83 72
£ е к Р2О5, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 20 23 29 34 26
е з о я р е Р2О5, мг/100 г почвы (0,5 н. СН3С00Н) не опр. не опр. не опр. 24 18
ЁТ1 дата отбора образца 25.06 28.06 10.08 08.07 06.09
влажность, % от ППВ 60 74 72 43 36
« ЕЙ, мв +310 +244 +220 +180 +220
в К э Ее2+, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 50 31 65 30 37
о а з Р2О5, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 23 25 18 31 15
Р2О5, мг/100 г почвы (0,5 н. СН3С00Н) не опр. не опр. не опр. 19 10
дата отбора образца 05.05 28.05 20.05 24.05 14.05
влажность, % от ППВ 220 204 220 251 214
ч ЕЙ, мв -27 -121 -25 -50 0
л м а « Ее2+, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 661 703 249 1073 510
азр 3 з" я я е о е в Р2О5, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 79 89 61 190 72
в е е в § я э Р2О5, мг/100 г почвы (0,5 н. СН3С00Н) не опр. не опр. не опр. 35 5
дата отбора образца 03.06 07.06 20.07 05.06 10.10
в о е з о « влажность, % от ППВ 183 193 179 153 163
я я 8 £ ° з К о 8 ^ ЕЙ, мв +242 +80 +35 +120 + 150
я р е Р4 Ее2+, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 294 369 195 195 235
я я н е Р2О5, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 65 49 40 24 64
Р2О5, мг/100 г почвы (0,5 н. СН3С00Н) не опр. не опр. не опр. 21 10
Окончание табл. 5
Почва, разрез Период Показатель Год исследований
2003 2004 2005 2006 2007
засушливый дата отбора 25.06 28.06 10.08 14.08 06.09
влажность, % от ППВ 82 132 92 112 71
ЕЙ, мВ +252 +240 +210 +75 + 180
Ее2+, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 161 262 129 212 188
Р2О5, мг/100 г почвы (0,1 н. Н2804) 28 28 36 37 25
Р2О5, мг/100 г почвы (0,5 н. СН3С00Н) не опр. не опр. не опр. 7 5
В черноземовидной слабооглеенной почве (разр. 7) содержание подвижных форм железа определяется длительностью периода застоя влаги в верхних горизонтах и значениями ОВП. Содержание фосфора, извлекаемого сернокислой вытяжкой, в весенний период максимально было в очень сухом 2003 г. (табл. 5). В более влажные годы оно снижалось за счет вымывания фосфатов железа в нижние горизонты. В 2007 г. фосфор в почвенных водах наблюдался весь вегетационный период (табл. 3). Содержание фосфора, извлекаемого уксуснокислой вытяжкой, увеличивалось от весны к осени за счет перехода фосфатов из апатитовой фракции в более подвижные фракции Са-Р1 и Са-Р11. Летние пики были выше, чем весенние (табл. 5). Содержание фосфатов, извлекаемых сернокислой и уксуснокислой вытяжками, снижалось в периоды засух. По-видимому, в это время происходит обратный переход фосфатов кальция в апатитовую фракцию и осаждение фосфатов железа на поверхности ортштейнов.
В черноземовидной глееватой почве (разр. 8), находящейся на склоне западины, водный режим контрастный застойно-промывной. Здесь создаются условия, способствующие вымыванию фосфора из почвы. Максимум содержания железа, извлекаемого 0,1 н. сернокислой вытяжкой, наблюдается несколько позже, чем в черноземовидной слабоогленной почве, и приходится на конец мая, когда эта почва прогревается до температуры, достаточной для развития микробиологических процессов, и в ней устанавливаются восстановительные условия (табл. 5). Наиболее высокий максимум (до 200 мг/100 г почвы) наблюдался в 2004 и 2005 гг., когда застой влаги продолжался до начала лета. В 2003 и в 2007 гг. в силу недостатка влаги из-за небольшого снежного покрова восстановительные условия быстро сменились окислительными и содержание подвижного железа не поднималось выше 85 мг/100 г почвы. Содержание фосфора, извлекаемого сернокислой вытяжкой, возрастало вместе с ростом содержания подвижного железа. Однако во влажные 2004 и 2005 гг. с длительным периодом восстановительных условий его
содержание оказалось ниже, чем в сухом 2003 г. Это с вымыванием фосфатов железа в центр депрессии. В содержании фосфора, извлекаемого уксуснокислой вытяжкой, наблюдались два максимума — весенний и летний во время интенсивных дождей. В период летней активности фосфор в почвенных водах не появлялся, так как фосфаты кальция прочно удерживались в почве.
В черноземовидной глеевой почве (разр. 9) центра западины длительный поверхностный застой влаги и глубокие восстановительные условия определяли существенное увеличение содержания подвижного железа, извлекаемого сернокислой вытяжкой. В 2004 и 2006 гг. при высоких среднесуточных осадках и их отсутствии содержание подвижного железа достигло 950 мг/100 г почвы (табл. 5). Наибольшие пики содержания фосфора, извлекаемого 0,1 н. сернокислой вытяжкой, совпадали с пиками содержания подвижного железа. В периоды выпадения обильных дождей, т.е. поступления влаги, насыщенной кислородом, значения ОВП поднимались, а содержание подвижного железа и фосфора уменьшалось. Содержание фосфора, извлекаемого уксуснокислой вытяжкой, незначительно и не изменялось на протяжении всего вегетационного периода. Поэтому в черноземовидной глеевой почве, так же как и черноземовидных оподзоленных и подзолистых глееватых почвах водораздела, динамика фосфора определяется переходом фосфатов железа в подвижное состояние.
В связи с особенностями динамики содержания подвижного фосфора можно дать следующие рекомендации по определению подвижных соединений элемента в переувлажненных черноземовидных почвах: 1) отбор проб необходимо проводить только после установления в почве окислительных условий; 2) для определения подвижных соединений фосфора лучше использовать не 0,5 н. уксуснокислую, а 0,1 н. сернокислую вытяжку, в которую частично переходят фосфаты железа. Наши наблюдения за естественным состоянием растительности показали,
что реальный дефицит фосфора растения испытывают только на черноземовидных почвах открытых депрессий.
Выводы
• В отличие от выщелоченного чернозема чер-ноземовидные почвы характеризуются ярко выраженной сезонной и годовой динамикой содержания подвижных соединений фосфора, извлекаемых 0,1 н. сернокислой и 0,5 н. уксуснокислой вытяжками, что обусловлено контрастным застойно-промывным водным режимом и наличием или отсутствием свободного оттока воды.
• В черноземовидной выщелоченной почве с непродолжительным застоем влаги в нижней части гумусового профиля, так же как и в выщелоченном черноземе, содержание подвижного фосфора, извлекаемого 0,1 н. сернокислой вытяжкой, возрастает от начала весны до середины лета. Пики содержания совпадают с обильными летними дождями и обусловлены переходом фосфатов кальция из апатитовой фракции в более подвижные Са-PI и Са-PII. Количество подвижных соединений фосфора и железа при господстве окислительных условий стабильно низкое.
• В кислых черноземовидных оподзоленных почвах транзитных элементов рельефа в средние и влажные по зимним осадкам годы в период застоя влаги и падения ОВП наблюдается кратковременное увеличение содержания подвижного фосфора и более продолжительное — подвижного железа, извлекаемых 0,1 н. сернокислой вытяжкой. Пики содержания фосфора незначительны и только на 10 мг/100 г почвы превышают фоновое, так как большая часть вымывается поверхностными водами. Содержание подвижного фосфора, извлекаемого 0,5 н. уксуснокислой вытяжкой, постоянно низкое, так как низка доля фракций фосфатов кальция среди активного минерального фосфора.
• В черноземовидных подзолистых глееватых почвах замкнутых депрессий сезонная и годовая дина-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Адерихин П.Г. Фосфор в почвах и земледелии Центральночерноземной полосы. Воронеж, 1970.
2. Гинзбург К.Е. Фосфор основных типов почв СССР. М., 1981.
3. Доклад о состоянии окружающей среды Тамбовской области в 1996 г. Тамбов, 1997.
4. Зайделъман Ф.Р., Никифорова A.C., Степанцова Л.В. Эколого-гидрологические особенности выщелоченных черноземов и лугово-черноземных почв севера Тамбовской равнины // Почвоведение. 2002. № 9.
5. Зайделъман Ф.Р., Никифорова A.C., Степанцова Л.В. Химические свойства автоморфных и гидроморфных почв севера лесостепи // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2006. № 1.
мика подвижных соединений железа и фосфора, извлекаемых 0,1 н. сернокислой вытяжкой, наиболее контрастная (300 и 30 мг/100 г почвы), так как отсутствует возможность оттока фосфатов железа, перешедших в подвижную форму в период весеннего застоя влаги. Во влажные по зимним осадкам годы содержание подвижных соединений фосфора превышает количество фосфатов железа в мелкоземе. Это происходит за счет перехода в подвижное состояние фосфатов железа мелкозема и окклюдированных на поверхности ортштейнов.
• В черноземовидных почвах грунтового увлажнения и заболачивания по сравнению с почвами поверхностного увлажнения ярко проявляется динамика содержания фосфора, извлекаемого 0,5 н. уксуснокислой вытяжкой. Пики содержания наблюдаются в периоды выпадения летних осадков и увлажнения почвы до значений ППВ. Весенние пики содержания фосфора и железа, извлекаемые 0,1 н. сернокислой вытяжкой, возрастают по мере увеличения заболоченности почв и доли фосфатов железа в составе активного минерального фосфора.
• Осадки вегетационного периода сглаживают весенние пики содержания фосфора в черноземовид-ных почвах, обусловленные ростом подвижности фосфатов железа. Во второй половине вегетационного периода они способствуют увеличению подвижности фосфатов кальция и содержания фосфора, извлекаемого 0,5 н. уксуснокислой вытяжкой.
• Возрастание подвижности фосфатов железа сопровождается появлением в почвенных водах соединений фосфора; при увеличении подвижности фосфатов кальция фосфор прочно удерживается от вымывания.
• Для получения объективных сведений о содержании подвижных соединений фосфора в переувлажненных черноземовидных почвах отбор проб необходимо производить только после установления в них окислительных условий; определение проводить в 0,1 н. сернокислой вытяжке, извлекающей не только фосфаты кальция, но и подвижные фосфаты железа.
6. Зайделъман Ф.Р., Никифорова A.C., Степанцова Л.В. и др. Эколого-гидрологические особенности черноземо-видных почв замкнутых западин севера Тамбовской низменности // Почвоведение. 2008. № 2.
7. Кауричев И.С. Растворимость фосфатов дерново-подзолистых почв в зависимости от динамики железа в естественных условиях и в условиях коренной переделки почв: Автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. М., 1947.
8. Комиссионская Л.Н. К вопросу об оценке методов фракционирования минеральных фосфатов почвы // Агрохимия. 1976. № 10.
9. Ли Чан Вей. К вопросу о формировании фосфатов в дерново-подзолистых почвах // Докл. ТСХА. 1957. Вып. 29.
10. Никифорова A.C., Степанцова Л.В., Сафронов С.Б., Красин В.Н. Фосфатное состояние черноземовидных почв севера Тамбовской равнины // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2010. № 2.
11. Ноздрунова Е.М. К вопросу о динамике минеральных соединений фосфора в дерново-подзолистых почвах // Докл. ТСХА. 1957. Вып. 29.
12. Прокопчук В.Ф. Фосфатный фонд почв Зейско-Буреинской равнины и его изменение при применении удобрений // Почвоведение. 2003. № 7.
13. Самойлова Е.М, Дронова Н.Я. Динамика питательных элементов в черноземе и черноземно-луговой почве // Агрохимия. 1979. № 10.
14. Стрелъченко Н.Е. Фосфатный режим переувлажненный почв юга Дальнего Востока. Владивосток, 1982.
15. Юмашев Н.П. Агрохимическая характеристика почв Тамбовской области. Тамбов, 2004.
16. Яркое С.П. К вопросу образования труднораство-римык фосфатов в почве // Докл. ТСХА. 1949. Вып. 9.
Поступила в редакцию 17.10.2011
MOVABLE FORMS OF COMPOUNDS OF PHOSPHORUS AND IRON
IN CHERNOZEM-LIKE SOILS IN THE NORTH OF TAMBOV PLAIN
A.S. Nikiforova, L.V. Stepantsova, V.N. Krasin, S.B. Safronov
Factors determining the dynamics of the content of available phosphorus in chernozem-like soils under surface and ground waterlogging are moisture and redox conditions. With increasing humidity, and maintaining oxidizing conditions in soils of chernozem series with a high content of calcium phosphates take place their transformation from apatite fraction into more mobile — Ca-PI and Ca-PII. In reducing conditions in chernozem-like soils with high content of iron phosphate with increasing moisture content increases phosphorus extracted by 0,1 n. H2SO4 stretch by moving phosphates of iron in the mobile state. Rainfall saturating the soil with atmospheric oxygen promotes to increase the values of Eh and consequently lowering the mobility of iron phosphate.
Key words: surface and ground waterlogging, chernozem-like soils, movable forms of phosphates and iron.
Сведения об авторах
Никифорова Алла Сергеевна, докг. биол. наук, профессор каф. физики и мелиорации почв ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. Тел.: 8(495)939-36-12. Степанцова Людмила Валентиновна, канд. биол. наук, доцент каф. агрохимии и почвоведения Мичуринского государственного аграрного ун-та. E-mail: [email protected]. Красин Вячеслав Николаевич, канд. биол. наук, ст. препод. каф. агрохимии и почвоведения Мичуринского государственного аграрного ун-та. Сафронов Сергей Борисович, канд. биол. наук, руководитель Испытательной лаборатории (№ РОСС Ки.0001.21ПЛ91), ст. препод. каф. химии Мичуринского государственного аграрного ун-та.
