CC BY
20
УДК 631.416(470.26)
ВАНАДИЙ В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВАХ КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ
В.И. Панасин, д.с.-х.н., Д.А. Рымаренко, к.б.н., Е.Н. Ермоленко
Центр агрохимической службы «Калининградский», e-mail: [email protected] Установлены закономерности накопления подвижных соединений ванадия в гумусово-аккумулятивных горизонтах. Представлены данные по содержанию подвижного ванадия и основные факторы, определяющие его содержание в дерново-подзолистых почвах.
Ключевые слова: ванадий, подвижные соединения, почва, гранулометрический состав, гумус, кислотно -основные свойства, окислительно-восстановительный потенциал.
VANADIUM IN SOD-PODZOLIC SOILS IN KALININGRAD REGION V.I. Panasin, D.A. Rymarenko, E.N. Ermolenko
Laws of accumulation of mobile connections of vanadium in humus-accumulative horizons are established. Data on a content of mobile vanadium in sod-podzolic soils are presented. The major factors defining a content of mobile vanadium are the water-air mode and a content of organic substance.
Keywords: vanadium, mobile connection, soil, granulometric composition, humus, acid-base properties, red-ox potential.
Ванадий относится к числу важнейших микроэлементов для ряда растительных организмов, а также животных и человека. Он стимулирует фиксацию атмосферного азота свободноживущими микроорганизмами [1], а также может заменять молибден в качестве катализатора процесса фиксации атмосферного азота, при этом максимальный эффект ванадия составляет 50-80% эффекта молибдена [2]. Активность молибдена и ванадия в азотфиксации в значительной мере определяется реакцией среды. На сильнокислых почвах эффективность ванадия и молибдена сопоставима [3]. Однако в литературе нет единого мнения относительно роли ванадия в процессах фиксации азота как свободноживущими, так и симбиотическими микроорганизмами [1]. Наряду с этим наблюдается обратная зависимость между эффективностью ванадия в процессах азотфиксации и обеспеченностью почв молибденом [4].
Закономерности поведения ряда микроэлементов в почвах Калининградской области достаточно хорошо изучены [5, 6], однако по ванадию исследований не проводилось, поэтому целью работы была оценка сельскохозяйственных угодий по содержанию подвижных соединений ванадия, а также выявление зависимостей их накопления в гумусово-аккумулятивном горизонте от ряда агрохимических и агрофизических свойств.
В качестве объекта исследования выбраны дерново -подзолистые почвы разной степени окультуренности, располагающиеся на территории Лава-Прегольской и Полесской низменностей на территории Гвардейского, Полесского и Славского административных районов Калининградской области. Территория исследований охватывает южный подпруженный, основно-моренный и древнеаллювиальный геоморфологический районы.
Образцы почв отбирали по ГОСТ 28168-89, в них определяли: гранулометрический состав по Качинскому, содержание органического вещества, подвижного фосфора, обменного калия и железа, суммы поглощенных оснований, рН и гидролитическую кислотность по принятым в агрохимической службе стандартным методикам, степень насыщенности основаниями определяли расчетным методом. Всего отобрано и проанализировано 68 образцов.
В выборку вошли дерново-подзолистые автоморфные, глееватые и глеевые почвы от песчаного до тяжелосуглинистого гранулометрического состава. Средневзвешенная величина pHKci по выборке составила 5,5±0,14 единиц, содержание органического вещества в пересчете на гумус -2,9±0,18%, емкость катионного обмена - 152±11,6 ммоль/кг, содержание подвижного фосфора и обменного калия -201±22 и 205±19 мг/кг соответственно. Сопоставление со средневзвешенными значениями этих показателей для дерново-подзолистых почв сельскохозяйственных угодий позволяет сделать вывод о репрезентативности выборки.
Подвижные соединения ванадия извлекались окса-латным буферным раствором Григга при pH 3,3. Содержание ванадия определяли по Виноградову в модификации Добрицкой. Обработку результатов проводили по Б.А. Доспехову (1979) с использованием программы Microsoft Excel.
Среднее содержание подвижных соединений ванадия в дерново-подзолистых почвах Калининградской области составляет 6,0±1,33 мг/кг. Среднее содержание ванадия в почвах Русской равнины составляет 100 мг/кг [7]. В дерново-подзолистых почвах содержание подвижного ванадия обычно находится в пределах 7-15 мг/кг, при этом количество подвижных соединений ванадия в различных почвах составляет 5-15% от его валового содержания [7, 8]. Таким образом, обеспеченность ванадием дерново-подзолистых почв Калининградской области несколько ниже, чем аналогичных почв других регионов. Вероятно, это связано с бедностью ванадием почво-образующих пород. Так, М.В. Каталымов [9] отмечает, что почвы, развившиеся на покровных суглинках, богаче ванадием по сравнению с почвами, образовавшимися на морене, а почвы, развившиеся на песках, наиболее бедны этим элементом. В.А. Ковда [10] приводит следующий ряд почвообразующих пород по убыванию содержания микроэлементов семейства железа: основные магматические породы > сланцы битуминозные > морские глины > кислые магматические породы > лессы и озерно-ледниковые тяжелые суглинки и глины > покровные суглинки > суглинистая морена > супесчаная и песчаная морена > пески флювиогляциальные, древне-
аллювиальные и озерные. Наиболее распространенными почвообразующими породами на территории Калининградской области являются перемытая морена последнего (Валдайского) оледенения и ее деривативы, что и обусловливает бедность ванадием почв региона.
Нами исследована зависимость содержания ванадия от гранулометрического состава почв. В целом прослеживается тенденция к увеличению содержания подвижных форм ванадия с ростом доли физической глины. Известно, что ванадий может накапливаться в полевых шпатах, мусковите и глинистых минералах [11], кроме того, возможно изоморфное замещение трех- и четырехвалентным ванадием ионов титана, железа, кальция и алюминия в кристаллических решетках минералов. Пятивалентный ванадий склонен к изоморфному замещению бериллия, фосфора, кремния, селена, хрома и мышьяка [12].
Коэффициент линейной корреляции между содержанием физической глины и ванадия в дерново-подзолистых почвах Калининградской области составляет +0,51±0,10. Эта величина сопоставима с аналогичной для Си и Со, но несколько выше, чем для B, Mn и Zn [6]. По данным В.А. Ковды [10], коэффициент обогащения илистой фракции горизонта А]/А2 дерново-сильноподзолистой почвы ванадием составляет 1,1, что значительно ниже, чем для других микроэлементов. По-видимому, вследствие поливалентности ванадия условия иммобилизации и фиксации его в почвах в значительной мере определяются почвообразовательными процессами.
Нами исследована зависимость накопления ванадия в гумусово-аккумулятивном горизонте дерново-подзолистых почв от гидроморфизма (табл. 1).
Таким образом, усиление анаэробиозиса и соответственное снижение окислительно-восстановительного потенциала способствует закреплению ванадия. Это согласуется с данными В.А. Ковды [10] о выносе подвижных соединений ванадия из автоморфных ландшафтов, где микроэлемент присутствует в высоких степенях окисления, и накоплении в аккумулятивных суперак-вальных ландшафтах.
Ванадий сорбируется продуктами разложения растительного материала в диапазоне pH 1,5-7,0, причем максимум поглощения элемента наблюдается при pH 3. Органическое вещество почв сорбирует ванадий в интервале pH 1,0-9,0 [1]. По нашим данным, среднее содержание подвижного ванадия в дерново-подзолистых почвах с содержанием гумуса менее 2% составляет 5,5±1,33. С увеличением гумусированности содержание ванадия повышается (рисунок). В почвах с содержанием гумуса 23% количество подвижного ванадия составляет 5,9±0,78 мг/кг, при содержании гумуса 3-4% концентрация подвижного ванадия возрастает до 6,4±1,18 мг/кг. Дальнейшее увеличение содержания гумуса приводит к некоторому снижению накопления подвижного ванадия. В вы-сокогумусированных почвах с содержанием гумуса свыше 4% среднее содержание подвижного ванадия снижает-
ся до 5,9±1,27 мг/кг. Вероятно, это связано с неодинаковыми механизмами закрепления ванадия в разных степенях окисления. Нами были рассчитаны коэффициенты корреляции между содержанием органического вещества и подвижным ванадием в дерново-подзолистых почвах разной степени увлажнения. В автоморфных почвах значение коэффициента корреляции составило +0,63; в глее-ватых - +0,76; в глеевых почвах коэффициент корреляции близок к нулю и статистически недостоверен.
В нейтральных и близких к нейтральным почвах в аэробной среде ванадий может существовать в анионных формах У(У). Возможно, остаток ванадиевой кислоты входит в состав молекулы гумусового вещества через сложноэфирную связь со спиртовыми гидроксогруппами. В восстановленных формах У(1У) и У(Ш) ванадий, как и большинство переходных металлов, способен образовывать гетерополярные и комплексно-гетерополярные соединения с гумусовыми веществами. Для автоморфных дерново-подзолистых почв коэффициент корреляции между суммарным содержанием гуминовых кислот и валовым содержанием ванадия составляет +0,64±0,16; для дерново-подзолистых глеевых и дерново-глеевых он гораздо выше - +0,89±0,08, при этом разница статистически достоверна [13]. В целом ванадий проявляет достаточно высокое сродство с гуминовыми кислотами.
Изучение корреляционных связей содержания подвижных соединений ванадия с гранулометрическим составом также указывает на различные механизмы сорбции ванадия в зависимости от кислотно-основных и окислительно-восстановительных условий в почвах. В автоморфных дерново-подзолистых почвах наблюдается тесная положительная корреляционная связь между содержанием подвижного ванадия и физической глины - г = +0,74±0,18; тогда как в оглеенных почвах корреляция недостоверна.
Содержание ванадия в почвах часто следует параллельно количеству в них железа [7]. Нами выявлена достоверная тесная корреляционная связь между содержанием подвижных соединений ванадия и железа в автоморфных дерново-подзолистых почвах (г = +0,80). В дерново-подзолистых глееватых почвах корреляция также положительна, но значение коэффициента корреляции существенно ниже (г = +0,46). В дерново-подзолистых глеевых почвах наблюдается отрицательная корреляционная связь средней силы между подвижными Бе и V (г = -0,59). В отличие от ванадия, присутствующее в оглеенных почвах закисное железо подвижно в весьма широком интервале рН, тогда как подвижность окисного железа во многом определяется содержанием и составом почвенного органического вещества. По данным В.А. Ковды [10], ванадий концентрируется в железистых и железо-марганцевых новообразованиях.
Кислотно-основные свойства почв определяют, наряду с окислительно-восстановительным режимом, миграционную способность и подвижность соединений ванадия (табл. 2).
1. Содержание подвижного ванадия (мг/кг) в гумусово-аккумулятивных горизонтах почв __ разной степени увлажнения__
Почва Число образцов Среднее содержание ванадия Ошибка среднего Коэффициент вариации
Автоморфная 25 5,4 0,88 65,2
Глееватая 29 5,8 0,53 49,9
Глеевая 16 9,9 1,58 54,8
2. Зависимость содержания подвижного ванадия (мг/кг) в гумусово-аккумулятивных горизонтах почв от pHKCl
pHкcl Среднее содержание ванадия Ошибка среднего Коэффициент вариации
<4,5 3,3 1,07 71,4
4,6-5,0 4,6 0,44 26,9
5,1-5,5 6,1 0,74 45,2
5,6-6,0 5,0 0,49 26,0
>6,0 7,9 1,33 63,0
и -
0 * В
® Я
8 Ч
Я Я
в Я
'4 «
1 в
а п о
О
6.4 6.2 6.0 5.8 5.6 5.4 5.2 5.0
¿Л
5.9
¿71
5.5
г~ж
-Ус
5.9
6.0
I/ |_у
до 2,0 2,01 - 3,0 3,01- 4,01 более 4,0 средн. 2,95 Органическое вещество, %
Зависимость содержания подвижного ванадия от органического вещества
Коэффициент линейной корреляции между величиной pHкcl и содержанием подвижного ванадия статистически достоверен на 0,01 уровне значимости и составил +0,42±0,13. В силу поливалентности и амфотерности ванадия в кислой среде преобладают восстановленные катионные формы, которые иммобилизуются гораздо эффективнее, чем окисленные анионные. Существенное отклонение от почти линейной зависимости в интервале pHKCl 5,6-6,0 может быть связано, на наш взгляд, с положением изоэлектрической точки гидроксида ванадила VO(OH)2 в этой области pH, и как следствие, с минимумом растворимости соединений четырехвалентного ванадия.
Нами обнаружена достоверная положительная корреляционная связь между величиной гидролитической кислотности и содержанием подвижного ванадия в дерново-подзолистых автоморфных почвах (г = +0,52). Возможно, это связано с влиянием органического вещества, так как величина гидролитической кислотности в значительной мере определяется содержанием гумуса. По нашим данным, коэффициент линейной корреляции между Сорг. и гидролитической кислотностью составляет +0,95±0,03 [13]. В дерново-подзолистых глееватых почвах найдена достоверная корреляционная связь между суммой поглощенных оснований и подвижным ванадием (г = +0,49±0,17), а также между емкостью катионного обмена и подвижным ванадием (г = +0,57±0,16). Это свидетельствует о преимущественном нахождении подвижного ванадия в полу-гидроморфных почвах в форме обменнопо-глощенных катионов.
Таким образом, окультуренные дерново-подзолистые почвы сельскохозяйственных угодий Калининградской области в целом отличаются невысоким содержанием подвижных соединений ванадия. На основании полученных данных можно прогнозировать отсутствие эко-лого-токсикологической опасности загрязнения почв и продукции растениеводства этим элементом.
Литература
1. Шеуджен А.Х. Биогеохимия. - Майкоп, 2003. - 1028 с.
2. Нансон А. Роль ванадия и молибдена в обмене веществ у растений и животных // Микроэлементы / ИЛ. - М., 1962. - С. 350 - 386.
3. Петербургский А.В. Влияние молибдена и ванадия на урожай и химический состав гороха // Агрохимия, 1964, № 1. - С. 37-42.
4. Пейве Я.В. Биохимия почв. - М., 1961. - 422 с.
5. Панасин В.И. Содержание микроэлементов в почвах Калининградской области. - Калининград, 1979. - 105 с.
6. Панасин В.И. Микроэлементы и урожай. - Калининград, 1995. - 282 с.
7. Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах. - М., 1957. - 238 с.
8. Добрицкая Ю.И. Распространение ванадия в природных объектах // Агрохимия, 1969, № 3. - С. 143-152.
9. Каталымов М.В. Микроэлементы и микроудобрения. - М.-Л., 1965. - 330 с.
10. Ковда В.А. Основы учения о почвах. Общая теория почвообразовательного процесса. Книга вторая. - М., 1973. - 438 с.
11. Якушевская И.В. Микроэлементы в природных ландшафтах. - М., 1973. - 100 с.
12. Холодов В.Н. Ванадий. - М., 1968. - 132 с.
13. Панасин В.И., Рымаренко Д.А. Гумус и плодородие почв Калининградской области. - Калининград, 2004. -219 с.
