CC BY
16
УДК 631.4
Аспирант Т.Л. ЛЕШКО (ФГБОУ ВО СПбГАУ, dorados@inbox.ru) Доктор с.-х. наук А.В. ЛИТВИНОВИЧ
(ФГБОУ ВО СПбГАУ, av.lavrishchev@yandex.ru)
ВЛИЯНИЕ КРУПНЫХ ФРАКЦИЙ ДОЛОМИТОВОЙ КРОШКИ НА СТРУКТУРНОЕ СОСТОЯНИЕ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ЛЕГКОСУГЛИНИСТОЙ ПОЧВЫ
Структурное состояние почвы является одним из важнейших факторов почвенного плодородия. Хорошо оструктуренная почва лучше противостоит разрушительной силе эрозии, в результате чего уменьшается поверхностный сток дождевых и талых вод и повышается ветроустойчивость поверхности почвы. Почвы с прочной структурой значительно лучше аэрируются и обрабатываются (Качинский, 1965) [1, 2].
Физико-механические факторы обуславливают процесс крошения почвенной массы, главным образом, под влиянием изменяющегося давления или механического воздействия. К действию этих факторов может быть отнесено переменное высушивание и увлажнение, замерзание и оттаивание воды в почве, давление корней растений, деятельность роющих и копающих животных и рыхлящее воздействие почвообрабатывающих орудий (И. С. Кауричев, 1989).
Хорошо оструктуренная почва, как правило, характеризуется повышенным содержанием гумуса. Органическое вещество почвы, в том числе его легкоразлагаемые фракции, оказывает «склеивающее» действие на почвенные коллоиды, в результате чего увеличивается содержание водопрочных агрегатов [3].
A.А. Семенов (1981) сообщает: «С изменением режима поступления - выноса элементов при освоении почв связано изменение соотношения элементов-структурообразователей. Прежде всего, это поступление дополнительного количества органических веществ с удобрениями, следствием чего является трансформация состава гуминовых кислот; изменение соотношения органических и минеральных компонентов в почве, а также поступление с известью обменных оснований, которые оказывают определенное воздействие на подвижность солей гумусовых кислот. Последние, закрепляясь внутри почвенных комков, обуславливают формирование агрегатов с теми или иными агрономическими свойствами».
В пахотных почвах подвижность алюмо- и железо-гумусовых соединений ограничивается при снижении кислотности и возрастании концентрации в почве обменных Са и М§. Такие соединения коагулируют и переходят в состояние геля на месте своего образования. Соли фульвокислот также снижают свою подвижность при повышении содержания в почве оснований. Кроме того, в пахотных почвах в процессе гумификации образуется значительное количество воднопептизируемых гумусовых веществ и их соединений с минеральными компонентами, которые выступают в роли клея (А. А. Семенов, 1981).
Доминирующим процессом в образовании структурных агрегатов является коагуляция коллоидных частиц. Коагуляционные структуры возникают за счет сцепления частиц Ван-дер-Ваальсовыми силами через жидкие прослойки или при их вытеснении [4].
К. Ю. Хан с соав. сообщает, что в зависимости от баланса этих сил в тонкой прослойке жидкости между сближающимися телами возникает либо положительное расклинивающее давление, препятствующее их соединению, либо отрицательное, приводящее к утончению прослойки и образованию контакта между частицами [5].
B. И. Виноградов (1953) установил, что при насыщении ППК кальцием до 80% и более дисперсность почвы уменьшается, и фильтрация воды значительно усиливается. На этом основании он обосновывал роль кальция как коагулятора почвенных коллоидов, причем, чем больше кальция в растворе и в поглощенном состоянии, тем энергичнее он
действует. Особенно возрастает его коагулирующее действие при наличии непрореагированной извести.
Большое значение в образовании структуры принадлежит минеральным коллоидам. Однако почвенные агрегаты, образующиеся при участии только минеральных коллоидов, без гумусовых веществ, не обладают водопрочностью. Наиболее водопрочная структура образуется при взаимодействии гуминовых кислот с минералами монтмориллонитовой группы и гидрослюдами и менее водопрочная - при взаимодействии с кварцем, аморфной кремнекислотой и каолинитом.
Деятельность червей в оструктуривании почв давно известна. Частички почвы, проходя через кишечный тракт дождевых червей, уплотняются и выбрасываются в виде специфических агрегатов - копролитов. Эти агрегаты обладают высокой водопрочностью.
Ряд ученых связывают формирование почвенной структуры с деятельностью микроорганизмов. Некоторые почвенные организмы выделяют различные полисахаридные и не полисахаридные органические остатки, которые способствуют связыванию минеральных частиц. Однако большая часть этой структуры не может рассматриваться как стабильно прочная (Семенов, 1988).
Корневые экссудаты представляют собой сложную смесь анионов органических кислот, пуринов, нуклеозидов, ферментов и содержимого эпидермальных клеток, которые также могут участвовать в агрегировании почвенных частиц в качестве клеящих веществ [6].
Таким образом, следует считать установленным, что в образовании почвенной структуры принимают участие физико-механические факторы, биологические факторы (деятельность дождевых червей, микроорганизмов и корневые выделения растений) и органическое вещество почвы.
Цель исследования - в условиях длительного полевого опыта установить влияние возрастающих доз крупных фракций отсева доломита на почвенную структуру дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы.
Материалы, методы и объекты исследования. Полевой опыт был заложен в 2015 году на Меньковской опытной станции Агрофизического института.
Опыт закладывали в сосудах площадью 1м2. Сначала извлекали почву. Завезенную кислую почву перемешивали с удобрениями и мелиорантом и возвращали обратно в сосуды. По периметру сосуды обтягивали полиэтиленовой пленкой на всю глубину пахотного слоя. В качестве удобрений использовали азофоску (КРК 16:16:16). Удобрения вносили весной перед посевом в дозе 60 г/м2 (2015 г.), 18 г/м2 (2016 г.) и 30г/м2 (2017 г.). В 2015 году возделывали горох, в 2016 и 2017 гг. - горчицу и горох. Всего получено пять урожаев растений. Растения убирали в фазу цветения.
Почва - дерново-подзолистая легкосуглинистая. До закладки опыта характеризовалась следующими физико-химическими показателями пахотного слоя: рНсол -4,8; гидролитическая кислотность - 4,9 ммоль(экв)/100 г почвы; содержание гумуса - 2,18%.
Схема опыта приведена в таблице 1. Повторность четырехкратная.
Первый отбор почвенных образцов проведен весной 2016 года перед посевом гороха. В 2017 году образцы отбирали трижды: весной перед посевом, после уборки урожая горчицы и после уборки урожая гороха. На сегодняшний день проанализированы образцы, отобранные в 2016 году и в 2017 году перед посевом и после уборки горчицы.
Ненарушенные монолитные почвенные образцы для анализа отбирали из пахотного слоя в трехкратной повторности, а затем сбрасывали с высоты 1 м на доску для разделения на структурные отдельности (Саввинов, 1931). Далее почву высушивали до воздушно-сухого состояния.
Для разделения фракций использовали ситовой анализ, который состоит из сухого и мокрого рассева. По данным проведенного анализа были рассчитаны показатели оценки структурного состояния пахотного слоя почвы: процентное содержание агрономически ценных агрегатов (0,25-10,0 мм), коэффициент структурности (Кстр) и критерий водопрочности (А). Для расчета коэффициента структурности определены сумма агрономически ценных агрегатов (0,25-10,0 мм), сумма агрегатов меньше 0,25 мм и больше
10,0 мм по сухому и мокрому рассеву. Для установления критерия водопрочности найдены суммы агрегатов размером 0,25-1,0 мм по сухому и мокрому рассеву. Математическую обработку результатов проводили с помощью компьютерной программы Microsoft Excel.
Результаты исследования. За три года изучения были получены следующие результаты анализа (табл. 1).
Таблица 1. Динамика показателей структурного состояния дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы при известковании
Вариант опыта Кстр, ед. А, % 0,25-10,0 мм, %, сухой рассев 0,25-мок 10,0 мм, %, рый рассев
2016 2017* 2017** 2016 2017 2017 2016 2017 2017 2016 2017 2017
Фон №К 1,11 1,74 1,41 119,02 158,21 131,99 52,62 63,51 58,52 26,35 47,55 55,16
Фон + дол. мука, 1Нг 1,23 2,18 1,69 156,63 180,61 190,28 55,23 68,51 62,84 33,47 51,79 55,30
Фон + отсев 57 мм, 1 Нг 1,05 1,70 1,14 123,59 169,01 172,55 51,21 63,03 53,35 30,66 48,32 52,40
Фон + отсев 57 мм, 3 Нг 1,14 1,84 1,31 154,82 139,61 176,36 53,38 64,82 56,64 36,45 40,98 50,41
Фон + отсев 57 мм, 5 Нг 1,43 1,55 1,41 140,94 146,54 198,56 58,89 60,74 58,49 34,61 35,96 53,26
Фон + отсев 710 мм, 1 Нг 1,03 1,84 1,44 119,95 137,41 177,14 50,69 64,84 59,09 32,54 38,73 57,18
Фон + отсев 710 мм, 3 Нг 1,26 1,59 1,41 120,37 134,83 174,93 55,66 61,43 58,57 31,44 38,65 49,79
Фон + отсев 710 мм, 5 Нг 1,49 1,65 1,76 128,17 136,75 189,42 59,90 62,32 63,73 30,73 37,28 52,37
Фон + ест. смесь, 1 Нг 1,15 1,58 1,71 132,28 150,67 204,30 53,51 61,25 63,16 35,67 38,52 53,80
Фон + ест. смесь, 3 Нг 1,24 1,73 1,70 137,17 145,88 203,93 55,36 63,34 63,03 35,03 37,78 53,82
* - отбор образцов осуществлялся весной 2017 года;
** - отбор образцов осуществлялся летом 2017 года после уборки горчицы
Исследования показали, что применение доломитовой муки привело к увеличению количества агрономически ценных агрегатов по сравнению с не известкуемым контролем (52,62 и 55,23% соответственно). В вариантах с внесением отсева размером 5-7 мм и 7-10 мм в дозе, рассчитанной по полной гидролитической кислотности (1Нг), в 2016 году выявлена тенденция к снижению их количества. Если в контрольном варианте опыта их количество составило 52,62%, то в вариантах с внесением отсева размером 5-7 мм и 7-10 мм соответственно 51,21 и 50,69%. С увеличением дозы применения фракций отсева изученных размеров и естественной смеси фракций количество агрономически ценных агрегатов возрастает. Таким образом, применение возрастающих доз отсева доломитовой крошки способствовало увеличению количества агрономически ценных агрегатов уже в год известкования.
Внесение доломитовой муки в год применения привело к улучшению структурного состояния почвы. Коэффициент структурности возрастает с 1,11 до 1,23 ед. При использовании фракции мелиоранта размером 5-7 мм Кстр возрастает с увеличением количества мелиоранта от 1 до 5 полных доз, рассчитанных по гидролитической кислотности, от 1,05 до 1,43 ед. соответственно. При известковании фракцией мелиоранта размером 7-10 мм и естественной смесью фракций отсева в возрастающих дозах Кстр также растет.
Максимальное значение критерия водопрочности установлено в варианте с применением доломитовой муки (156,63%). Выявлена тенденция роста водопрочности
агрегатов по сравнению с контролем в вариантах с использованием фракции размером 5-7, 7-10 мм от 1 до 5 полных доз и естественной смеси от 1 до 3 полных доз, рассчитанных по гидролитической кислотности.
Данные второго отбора образцов (2017 г.), полученные при расчете общего процента агрономически ценных агрегатов, показали, что, по сравнению с не известкуемым контролем, лучше всего оструктурена почва в варианте с внесением доломитовой муки (63,51 и 68,51% соответственно). В вариантах с внесением отсева размером 5-7 и 7-10 мм с увеличением дозы мелиоранта наблюдается тенденция к снижению количества агрономически ценных агрегатов.
Коэффициент структурности показывает, что, по сравнению с контролем, на структурное состояние лучше всего повлияло использование доломитовой муки. В вариантах с использованием фракций отсева 5-7 мм по 3 Нг и фракций отсева 7-10 мм по 1 Нг Кстр составил 1,84 ед. В остальных вариантах с внесением отсева значения этого показателя были ниже.
Данные сухого рассева после уборки горчицы в 2017 году выявили тенденцию роста количества агрономически ценных агрегатов и коэффициента структурности по сравнению с предыдущими сроками отбора образцов. С ростом дозы применения крупных фракций отсева Кстр возрастает. При использовании возрастающих доз естественной смеси фракций подобной тенденции не установлено.
В большинстве вариантов опыта отмечен рост значений показателя водопрочности по годам исследований. Самые высокие показатели критерия водопрочности на третий срок отбора образцов приходятся на варианты с применением естественной смеси фракций отсева в количестве 1 и 3 полных доз, рассчитанных по Нг (204,30 и 203,93% соответственно) и доломитовой муки (190,28%).
Сравнительный анализ значений коэффициента структурности по годам эксперимента показал, что его максимальное значение, вне зависимости от варианта опыта, установлено в весенний период 2017 года. После уборки горчицы значения Кстр уменьшаются, но превосходят его значения, установленные в 2016 году.
Выводы:
1. Применение возрастающих доз отсева доломитовой крошки и естественной смеси фракций способствовало увеличению количества агрономически ценных агрегатов уже в год известкования. Чем выше доза применения, тем показания структурного состояния почвы лучше.
2. Данные сухого рассева указывают на тенденцию роста количества агрономически ценных агрегатов и коэффициента структурности при увеличении дозы мелиоранта. Максимальные их значения приходятся на варианты с внесением отсева размером 7-10 мм в количестве 5 полных доз, рассчитанных по гидролитической кислотности, и естественной смеси фракций в количестве 1 и 3 полных доз, рассчитанных по Нг.
3. По мере растворения мелиоранта, спустя три срока отбора образцов, выявлена тенденция улучшения изученных показателей структурного состояния исследуемой почвы.
Литература
1. Бондарев А.Г. О значении физических свойств почв в адаптивно-ландшафтном земледелии//Бюллетень почвенного института им. В.В. Докучаева. - 2007. - №60. - С.71-74.
2. Кирюшин В.И. Экологические основы земледелия. - М.: Колос, 1996. - 367 с.
3. Шеин Е.В., Милановский Е.Ю. Органическое вещество и структура почвы: учение В.Р. Вильямса и современность // Известия ТСХА. - 2014. - № 1. - С. 42-51.
4. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. - СПб.: Химия, 1995. - 400 с.
5. Хан К.Ю., Поздняков А.И., Сон Б.К. Строение и устойчивость почвенных агрегатов // Почвоведение. - 2007. - №4. - С. 450-456.
6. Dakora F.D., Phillips D.A. Root exudates as mediators of mineral acquisition in low-nutrient environments // Plant and Soil. - 2002. - V.245. - P.35-47.
Literatura
1. Bondarev A.G. O znachenii fizicheskikh svoystv pochv v adaptivno-landshaftnom zemledelii // Byulleten'pochvennogo instituta im. V.V. Dokuchaeva. - 2007. - №60. - S. 71-74.
2. Kiryushin V.I. Ekologicheskie osnovy zemledeliya. - M.: Kolos, 1996. - 367 s.
3. Shein E.V., Milanovskiy E.Yu. Organicheskoe veshchestvo i struktura pochvy: uchenie V.R. Vilyamsa i sovremennost' // Izvestiya TSKhA. - 2014. - № 1. - S. 42-51
4. Fridrikhsberg D.A. Kurs kolloidnoi khimii. - SPb.: Khimiya, 1995. - 400 s.
5. Khan K.Yu., Pozdnyakov A.I., Son B.K. Stroenie i ustoychivost' pochvennykh agregatov // Pochvovedenie. - 2007. - №4. - S. 450-456.
6. Dakora F.D., Phillips D.A. Root exudates as mediators of mineral acquisition in low-nutrient environments // Plant and Soil. - 2002. - V.245. - P.35-47.
УДК 631.416.8
Канд. биол. наук М.А. ЕФРЕМОВА (ФГБОУ ВО СПбГАУ, marina_efremova@mail.ru) Аспирант В.В. МИТРОФАНОВ
(ФГБОУ ВО СПбГАУ, v-123@yandex.ru)
СРАВНЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДИНАМИКИ НАКОПЛЕНИЯ РТУТИ И КАДМИЯ ОВСОМ ИЗ ПОЧВЫ
Исследованию динамики накопления тяжелых металлов растениями из почвы уделяется большое внимание, так как оно позволяет раскрыть закономерности формирования потоков минеральных веществ, поступающих в растения из почвы, и выявить влияние различных факторов окружающей среды на показатели содержания тяжелых металлов в растениях во времени. Результаты этих исследований могут быть расширены при использовании математической модели, предложенной В.Ф. Дричко [1]. Применение модели позволяет сравнивать удельные скорости роста растений и выноса химических элементов растениями из почвы. Закономерности изучаемых процессов можно уточнить при сравнении накопления растениями химических элементов-аналогов. Значительный интерес с этой точки зрения представляют кадмий и ртуть, так как оба элемента относятся к тяжелым металлам первого класса опасности. Они являются последними d-элементами в своем периоде и полными электронными аналогами. Многие соединения d-элементов, особенно производные Zn, Cd, оказывают токсичное действие на живые организмы [2]. Это связано с образованием нерастворимых соединений с белками в результате взаимодействия ионов тяжелых металлов с электронодонорными атомами серы группы ^Н, что приводит к денатурации белков и ингибированию многих необходимых клетке ферментов.
Цель исследования - сравнить особенности и выявить общие закономерности динамики накопления ртути и кадмия овсом из почвы в условиях слабощелочной реакции среды, обработать полученные результаты с помощью логистической функции, лежащей в основе математической модели динамики накопления элементов растениями [1].
Материалы, методы и объекты исследования. На территории малого опытного поля СПбГАУ был проведён вегетационный опыт, в котором выращивался овёс сорта Скакун на техногенном почвогрунте. После прореживания овса в фазу проростков в каждом сосуде было оставлено по 25 растений. Растения овса убирали в динамике 10 раз: на 14, 21, 26, 31, 37, 42, 51, 59, 70, 83 сутки после всходов. Опыт поставлен в трёхкратной повторности.
Овёс выращивали в сосудах Кирсанова. Содержание почвы в одном сосуде - 5 кг. Агрохимические показатели почвы определены в соответствии с методиками ГОСТ или общепринятыми методами: содержание гумуса - по методу Тюрина, обменная кислотность -
