CC BY
0
УДК 631.415 DOI: 10.24412/1029-2551-2022-5-010
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕЛИОРАНТОВ С ПОГЛОЩАЮЩИМ КОМПЛЕКСОМ КИСЛЫХ ПОЧВ
В.В. Окорков, д.с.-х.н.
Верхневолжский Федеральный аграрный научный центр, e-mail: Okorkovvv@yandex.ru
В модельных лабораторных опытах (в колонках) установлены механизмы взаимодействия из-вестьсодержащих удобрений, гипса и их сочетание с поглощающим комплексом дерново-подзолистых почв разной степени кислотности и агрегированности. Показано, что снижение кислотности почв при применении доломитовой муки (ДМ) происходит за счет нейтрализации ее агентов (ионы Н+ и А13+) ионами гидроксила (ОН), образующимися при щелочном гидролизе карбонат-ионов растворяющегося мелиоранта. Взамен нейтрализованных ионов Н+ и А13+ обменными катионами становятся ионы Са2+ и Mg2+. На сильно- и очень сильнокислых слабо агрегированных почвах, в которых основная часть ионов Н+ и А13+расположена на внешней поверхности поглощающего комплекса, связывание агентов кислотности ионами гидроксила происходит при низкой концентрации в жидкой фазе ионов Са2+ и Mg2+ (несколько мг-экв/л). Коэффициент использования полной дозы ДМ (эквивалентной гидролитической кислотности) равнялся 0,75-0,80, гидролиз карбонат-ионов протекал по обеим ступеням, действие мелиоранта наблюдали в слое его внесения. На более агрегированных сильно-, средне- и слабокислых почвах обменные ионы Н+ и А13+, расположенные на внешней поверхности почвенных агрегатов, также нейтрализуются ионами ОН- при низкой концентрации жидкой фазы. Гидролиз карбонат-ионов протекал преимущественно по 1-й ступени, а коэффициент использования ДМ снижался до 0,5-0,6. Внутриагрегатные ионы Н+ и А13+ вытеснялись из ППК высокими концентрациями двухвалентных катионов (несколько десятков мг-экв/л), образующимися при растворении гипса. При совместном применении ДМ и гипса вытесненные ионы (Н+, Al3+) также связывались ионами гидроксила за счет роста степени гидролиза карбонат-ионов ДМ. Совместное использование известьсодержащих мелиорантов и гипса на более агрегированных почвах позволяет улучшать кислотные свойства глубже слоя их внесения и повышать коэффициент использования известкового мелиоранта.
Ключевые слова: иллювиальные горизонты кислых дерново-подзолистых почв, колонки, доломитовая мука, гипс, гидролитическая кислотность, гидролиз карбонат-ионов, коэффициент использования мелиоранта.
INTERACTION OF MELIORANTS WITH THE ABSORBING COMPLEX OF ACIDIC SOILS
Dr.Sci. V.V. Okorkov
Verkhnevolzhskiy Federal Agrarian Scientific Center, e-mail: Okorkovvv@yandex.ru
In model laboratory experiments (in columns), the mechanisms of interaction of lime-containing fertilizers, gypsum and their combination with the absorbing complex of soddy-podzolic soils of varying degrees of acidity and aggregation were established. It is shown that the decrease in soil acidity when using dolomite powder (DP) occurs due to the neutralization of its agents (H+ and A13+ ions) by hydroxyl (OH-) ions formed during alkaline hydrolysis of carbonate ions of dissolving ameliorant. Instead of neutralized H+ and A13+ ions, Ca2+ and Mg2+ ions become exchange cations. On strongly and very strongly acidic weakly aggregated soils, in which the bulk of H+ and A13+ ions are located on the outer surface of the absorbing complex, the binding of acidity agents with hydroxyl ions occurs at a low concentration of Ca2+ and Mg2+ ions in the liquid phase (several mg-eq/l). The coefficient of use of the full dose of DP (equivalent to hydrolytic acidity) was 0.75-0.80, the hydrolysis of carbonate ions proceeded along both stages, the effect of the ameliorant was observed in the layer of its application. On more aggregated strongly, medium and slightly acidic soils, the exchange ions H+ and A13+ located on the outer surface of soil aggregates also are neutralized by OH- ions at a low concentration of the liquid phase. Hydrolysis of carbonate ions proceeded mainly at the 1st stage, and the utilization factor of DP decreased to 0.5-0.6. Intraaggregate H+ and A13+ ions were displaced from the SAC by high concentrations of divalent cations (several tens of mg-eq/l) formed during dissolution of gypsum. When DP and gypsum were used together, the displaced ions (Н+, Al3+) were also
bound by hydroxyl ions due to an increase in the degree of hydrolysis of carbonate ions of DP. The combined use of lime-containing ameliorants and gypsum on more aggregated soils allows improving the acidic properties deeper than the layer of their application and increasing the utilization rate of lime ameliorant.
Keywords, illuvial horizons of acidic soddy-podzolic soils, columns, dolomite powder, gypsum, hydrolytic acidity, hydrolysis of carbonate ions, coefficient of use ofameliorant.
Кислотность почв - генетическое свойство, связанное с климатом и условиями почвообразования на бескарбонатных почвообразующих породах, интенсивности сельскохозяйственного использования почвы и экологического состояния окружающей среды (биосферы). Она возрастает с ростом выпадающих и инфильтрующихся осадков, в районах техногенного загрязнения (промышленные предприятия по производству удобрений, предприятиях цветной металлургии, химические заводы) и выпадением кислотных дождей. Большое влияние на нее оказывает интенсификация сельскохозяйственного производства. С ростом применения минеральных удобрений подкисление почв увеличивается, так как поглощение катионов в процессе роста и развития растений происходит в обмен на ионы водорода, что ведет к увеличению содержания ионов Н+ и алюминия в почвенном поглощающем комплексе. В органических и органоминеральных системах удобрения процесс подкисления почвы замедляется, но полностью не устраняется.
Заметное падение плодородия почвы наблюдается при снижении рИка ниже 5,3-5,5. В этом случае на почвах с низким содержанием органического вещества резко увеличивается содержание обменного алюминия, подвижных форм железа, марганца и др. По исследованиям Н.С. Авдонина [1], при содержании в почве 3-5 мг/100 г подвижного алюминия наблюдается токсическое действие его на корневые системы возделываемых культур, Урожайность их может снижаться на 30% и более. Содержание обменного алюминия выше указанной величины глубже пахотного слоя не позволяет корневым системам растений активно развиваться и использовать из них влагу и элементы питания в острозасушливые и засушливые периоды вегетации культур. В конечном счете, это снижает их продуктивность, эффективность освоения интенсивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур.
Содержание подвижного алюминия в почве может служить индикатором определения зон экологического состояния почвенного покрова (табл. 1). Выделяют зоны экологической нормы, экологического риска (территории с заметным снижением продуктивности, но с возможностью восстановления их экологической стабильности), экологического кризиса (восстановление стабильности связано с большими затратами) и экологического бедствия или катастрофы (зоны, требующие коренного улучшения). Использование территорий зон нормы и риска должно выполняться на основе интенсив-
ных агротехнологий. Для увеличения мощности корнеобитаемого слоя важно снижать кислотность и подгумусных горизонтов кислых почв. Мелиорация почв зон экологического кризиса и бедствия должна осуществляться при поддержке федеральных властей.
Для устранения почвенной кислотности, начина с К.К. Гедройца, общепринято применение известковых удобрений [1, 3-4]. При этом механизм их действия связывали с вытеснением двухвалентными ионами кальция (магния) растворяющегося мелиоранта обменных ионов водорода и алюминия. Чем выше концентрация ионов кальция в жидкой фазе, тем выше мелиорирующее действие известкового удобрения. Учитывая и это положение, в 1980 г. для химической мелиорации почв, в том числе и кислых, были предложены смеси извести с фосфогипсом [5]. Однако в работе [6] в модельных исследованиях в колонках на очень сильнокислых образцах иллювиального горизонта дерново-подзолистой почвы было установлено в несколько раз более слабое снижение гидролитической кислотности при применении гипса, чем доломитовой муки (ДМ), хотя в случае гипса концентрация кальция в жидкой фазе была на порядок более высокой, Дозы внесения гипса (по кальцию) и доломитовой муки (по сумме кальция и магния) были эквивалентны. Это требует дальнейших исследований по механизму взаимодействия мелиорантов различной природы с почвенным поглощающим комплексом кислых почв.
Цель исследования - изучить механизм взаимодействия карбонатсодержащих мелиорантов (доломитовая мука) и гипса, их сочетания с почвенным поглощающим комплексом дерново-подзолистых почв Владимирской области разной степени кислотности и агрегированности.
Объекты и методы. Для исследований были отобраны почвенные образцы из иллювиальных горизонтов (В1), характеризующихся очень сильнокислой и сильнокислой реакцией среды, дерново-подзолистых почв Камешковского (Печуга, разрез 1) и Судогодского (Шепелево, разрез 2) районов Владимирской области (табл. 2). В иллювиальном
1. Оценка экологического состояния почв по содержанию^ подвижного алюминия, мг/100 г [2]
Горизонт Экологические зоны
кислых почв нормы риска кризиса бедствия
Апах. < 1 1-4 4-8 > 8
Подгумусные < 1 > 8 > 8 > 8
2. Физико-химическая характеристика дерново-подзолистых почв,
используемых для модельных исследований
Горизонт, глубина слоя,см Гумус, % S Нг Нобм. Alобм., мг/100 г почвы pHкcl Содержание частиц, %
мг-экв/100 г почвы < 0,001 мм < 0,01 мм
Дерново-подзолистая легкосуглинистая, Печуга, разрез №1
Апах., 0-29 1,68 8,40 1,75 0,02 - 5,23 1,68 20,6
А2В, 29-44 0,35 10,5 8,22 4,56 40,1 3,80 7,40 25,6
БД 45-57 0,34 6,90 9,10 4,16 35,4 3,66 25,4 38,4
В2, 57-90 0,36 6,80 8,92 5,16 37,4 3,59 17,1 31,5
ВС, 90-113 0,15 5,40 6,12 2,80 24,5 3,64 Не опр. Не опр.
Дерново-подзолистая песчаная, Шепелево, разрез № 2
Апах., 0-18 2,38 5,40 1,57 0,04 - 6,23 - 4,20
А1А2, 18-25 1,88 4,60 0,87 0,05 - 6,57 - 3,88
А2, 25-45 0,11 1,00 0,35 0,03 - 6,52 - 1,04
А2В, 45-54 0,20 1,80 0,70 0,02 - 6,13 0,72 3,92
В1, 54-66* 0,27 6,90 3,14 1,10 2,50 4,04 13,3 22,7
В2, 66-83 0,28 9,60 6,45 3,24 4,05 3,85 21,6 30,3
ВС, 97-118 0,25 7,80 6,21 3,52 7,38 3,75 17,1 24,6
ВС,118-140 0,16 10,8 7,52 3,82 4,60 3,64 21,1 30,3
С, 140-160 не опр. 10,6 7,52 3,58 3,78 3,65 20,2 30,4
Примечания. * Использование образцов для закладки колонок; S - сумма поглощенных оснований; Нг - гидролитическая кислотность; Н0бм. - обменная кислотность.
горизонте дерново-подзолистой почвы 1-го района pHкa варьировал в пределах 3,59-3,66, содержание подвижного алюминия - 35,4-37,4 мг/100 г почвы, содержание физической глины - 31,5-38,4% (сред-несуглинистый гранулометрический состав). В иллювиальном горизонте песчаной дерново-подзолистой почвы Судогодского района по сравнению с верхними горизонтами pHкa снижался с 6,136,57 до 3,85-4,04, содержание подвижного алюминия увеличилось до 2,5-4,05 мг/100 г почвы, физической глины - с песчаного до легкосуглинистого состава.
Модельные исследования проведены в колонках (пластмассовых цилиндрических трубках высотой 60 см и внутренним диаметром 4,5 см), состоящих из 4 разделяемых слоев размолотой до частиц менее 1 мм почвы. В почву двух верхних разделяемых слоев (по 10 см) колонки были внесены различные дозы доломитовой муки, гипса и их сочетания, в два нижних слоя мелиорант не вносился. Каждый слой состоял из воздушно-сухой почвы массой 175 г. Рассчитанную навеску мелиоранта тщательно перемешивали с почвой. Для разделения слоев колонки использовали перфорированные пластмассовые кружки и фильтры средней плотности диаметром 4,5 см. Формирование слоев колонки, их уплотнение начинали с нижних. Дно колонки закрывали марлей, которая закреплялась скотчем на боковой поверхности колонки. Для закрепления колонки использовали штатив. Колонки накрывали фарфоровыми чашечками.
Через колонки порциями по 50 мл через два дня пропускали по 500 мл дистиллированной воды, что соответствовало выпадению половинной нормы (300 мм) годовых осадков. Фильтрат количественно собирали по порциям в предварительно взвешенный
стаканчик (для определения его массы) и переносили в мерные колбочки на 100 мл. Из них отбирали по 10 мл раствора для определения pH. Остальное его количество доводили до метки и использовали для определения анионного и катионного состава.
По окончании опыта из колонки выдавливали почву по слоям, которые высушивали при 50°С и растирали в фарфоровой ступке, анализировали по общепринятым методам агрохимического анализа [7]. Величину pH каждого слоя почвы определяли при соотношении почва : вода 1:0,5. В этом случае по сравнению с соотношением почва : вода 1: 1 она слабо понижалась и для нижнего слоя колонки приближалась к значениям pH последней порции фильтрата [8].
В разбавленном фильтрате катионный и анионный состав определяли по методикам анализа водной вытяжки, изложенным в работе [9]. Использовали общепринятые методы объемного анализа, в том числе и для определения сульфат-ионов с помощью индикатора нитхромазо. Разница между суммой катионов и анионов позволяет контролировать правильность и точность проведенных анализов. Сумму катионов кальция и магния в фильтратах использовали для расчета концентрации двухвалентных катионов в элюатах.
Содержание активного действующего вещества в ДМ составляло 99,6%. Использовали гипс марки ЧДА (ТУ 6-09-5316-87).
Результаты. На очень сильнокислых и сильнокислых слабо агрегированных почвах (табл. 3) происходит снижение кислотности за счет ионов гид-роксила (ОН-), образующихся при взаимодействии с водой ионов СО32-. Последние являются одним из продуктов растворения в воде СаСО3 (извести), то
есть образования ионов Са2+ и СО32-. Взаимодействие СО32- с водой в этом случае протекает преимущественно по реакции:
СО32- + 2Н2О ~ Н2СО3 + 2ОН-.
Образовавшиеся ионы ОН- связывают преимущественно поверхностно расположенные ионы водорода в малодиссоциированные (Н2О) и ионы алюминия в малорастворимые (А1(ОИ)э) соединения. Места связанных ионов Н+ и А13+ занимают ионы Са2+ ^2+).
После взаимодействия ДМ, внесенной в два верхних слоя (0-10 и 10-20 см) в дозах 0,52 и 1,05 Нг, мелиорант растворился полностью, то есть в них не оставалось нерастворенных карбонатов.
Коэффициент использования доломитовой муки (ДМ) в колонках, внесенной в половинных и полных дозах от гидролитической кислотности, на ее снижение изменялся от 0,93 до 0,81 (табл. 3), а гипса составлял 0,183. Его величина для доломитовой муки рассчитывалась по отношению снижения гидролитической кислотности (мг-экв) после взаимодействия с мелиорантом к дозе его внесения в слой 0-20 см (мг-экв). Для ДМ в дозе 1,05 Нг учитывалось и снижение ее в слое колонки 20-24 см. Для гипса коэффициент использования оценивали по отношению снижения Нг в слое 0-20 см после его взаимодействия с почвой к внесенной дозе гипса в этот слой.
Отметим, что при рИи2о (1:0,5) до 8,2-8,3 гидролиз карбонат-ионов протекает по 1 -й ступени (СО32-+ Н2О ^ НСО3- + ОН-), а при рИ ниже указанной величины - и по 2-й (НСО3- + Н2О ^ Н2СО3 + ОН-).
В случае применения гипса (табл. 4) концентрация ионов Са2+ и Mg2+ в фильтратах (18,4-63,6 мг-экв/л) была на порядок более высокой, чем в элюатах с доломитовой мукой (0,72-2,18 мг-экв/л). Однако размеры снижения гидролитической кислотности в первом случае оказались более низкими, чем от использования ДМ, о чем свидетельствовали коэффициенты использования мелиорантов (табл. 3).
Очевидно, при концентрациях в жидкой фазе двухвалентных катионов 0,72-2,18 мг-экв/л на очень сильнокислых почвах ионы ОН- взаимодействовали с поглощенными ионами Н+ и А13+, основная часть которых располагалась преимущественно на внешней поверхности поглощающего комплекса почвы. Это следует из результатов работы [10], в которой наблюдали более интенсивное разрушение почвенной структуры с повышением кислотности почвы. Мелиоративное действие известьсодержащего мелиоранта установлено в основном в слое его внесения. На очень сильнокислых почвах сочетание доломитовой муки (ДМ) и гипса по сравнению с одной ДМ не способствовало дальнейшему повышению коэффициента использования ДМ [8].
3. Полнота взаимодействия мелиорантов с ППК дерново-подзолистой почвы
Вариант Слой колонки, см рНн2о, почва: вода 1:0,5 Т, % Нерастворенные карбонаты, мг-экв/100 г почвы Коэффициент использования мелиоранта, %
Контроль 0-10 4,70 43,9 Без внесения ДМ и гипса -
10-20 4,68 45,4
20-30 4,58 42,9
30-40 4,46 41,9
Гипс в слой 020 см по 1,05 Нг 0-10 4,72 50,5 Без внесения ДМ 18,3
10-20 4,34 45,8
20-30 4,33 44,6
30-40 4,37 44,1
ДМ в слой 0-20 см по 0,52 Нг 0-10 5,20 72,4 отсутствовали 93,2
10-20 5,38 72,2 >>
20-30 4,78 45,0 Без внесения ДМ
30-40 4,62 43,0
ДМ в слой 0-20 см по 1,05 Нг 0-10 6,11 88,1 отсутствовали 80,8
10-20 6,21 89,3 >>
20-24 - 61,9 Без внесения ДМ
24-30 - 46,1
30-40 4,56 43,4
Примечание. В таблицах 3, 5 и 6: Т - степень насыщенности почвы основаниями, %.
4. Концентрация суммы катионов Са2+ и М^2+ в порциях фильтрата, мг-экв/л
Вариант № порции Средняя
1 2 3 4 5 6 7
Контроль 1,25 0,91 0,96 1,20 0,81 0,95 1,33 1,05
0,52 Нг ДМ 1,83 0,73 1,40 1,02 0,72 0,72 0,72 1,13
1,05 Нг ДМ 2,18 1,40 1,20 1,46 1,61 0,92 1,36 1,46
1,05 Нг гипса 18,4 53,8 63,6 51,7 - - - 50,0
0,52 Нг ДМ + 0,52 Нг гипса 19,3 49,8 30,8 38,6 - - - 36,4
На сильно-, средне- и слабокислых более агрегированных почвах основной агент нейтрализации почвенной кислотности (карбонат-ионы) взаимодействовал с водой по реакции:
СО32- + Н2О ~ НСО3- + ОН-.
В этом случае ионы гидроксила взаимодействовали преимущественно с поверхностно расположенными ионами водорода и алюминия, а гидролиз СО32- протекал по первой ступени. Концентрация суммы двухвалентных катионов Са2+ и Mg2+ в жидкой фазе (до 4 мг-экв/л) была недостаточна для вытеснения внутриагрегатных ионов водорода и алюминия. Равновесные значения pHн2o (1:0,5) образцов после взаимодействия мелиоранта с почвой составили при применении дозы его, эквивалентной 0,66 гидролитической кислотности, около 6,0, а 1,31 Нг - около 6,4 и выше. Коэффициент использования растворенного мелиоранта на уменьшение Нг составлял 0,5-0,6. При этом мелиоративное дей-
ствие дозы ДМ (0,66 Нг) наблюдали в слое внесения (0-20 см), а дозы ее 1,31 Нг - и в более глубоком слое 20-30 см (табл. 5). Количество нераство-ренных карбонатов кальция и магния оценивали по разнице между суммой параметров (Нг + Б) после взаимодействия их с почвой и исходной величиной емкости катионного обмена.
На почвах легкосуглинистого гранулометрического состава сочетание меньших доз доломитовой муки и гипса, внесенных в 2 слоя по 2/3 Нг, по сравнению с одной доломитовой мукой также приводило к дальнейшему снижению Нг и обменной кислотности, обменного алюминия в слоях глубже слоя внесения (20-40 см), небольшому повышению рНн2о (табл. 6). Последнее не противоречило росту поглощенных оснований с 6,0-6,2 до 6,55-7,10 мг-экв/100 г почвы. Это наблюдали и при сочетании дозы ДМ 2/3 гидролитической кислотности и гипса 1/3 Нг.
5. Влияние доз доломитовой муки на физико-химические свойства различных слоев колонок горизонта В1 дерново-подзолистой почвы легкосуглинистого гранулометрического состава
Глубина слоя, см Нг S Нг + S Нобм. Т, % Alобм., мг/100 г pHн2o 1:0,5
мг-экв/100 г почвы
1. Конт] роль
0-10 2,82 6,4 9,22 0,66 69,4 2,25 5,60
10-20 3,50 5,8 9,30 0,82 62,4 3,00 5,09
20-30 2,97 6,6 9,57 0,62 69,0 2,50 5,46
30-40 2,80 6,4 9,20 0,60 69,6 2,52 5,47
2. По 2,06 мг-экв ДМ на 100 г почвы в 2 слоя (0,66 Нг, 7,21 мг-экв/колонку)
0-10 2,10 8,8 10,9 0,08 80,7 0,45 6,10
10-20 1,92 8,2 10,1 0,05 81,0 0,25 5,95
20-30 3,32 6,2 9,52 0,75 65,1 1,89 5,26
30-40 3,50 6,0 9,50 0,77 63,2 2,79 4,99
3. По 4,12 мг-экв ДМ на 100 г почвы в 2 слоя (1,31 Нг, 14,42 мг-экв/колонку)
0-10 1,75 9,0 10,75 0,04 83,7 0,18 6,36
10-20 1,57 8,8 10,37 0,02 84,9 Нет 6,55
20-30 1,92 7,5 9,42 0,20 79,6 0,63 6,07
30-40 2,80 6,4 9,20 0,57 69,6 2,16 5,51
6. Влияние доз горизонта доломитовой муки и гипса на физико-химические свойства различных слоев колонок дерново-подзолистой почвы легкосуглинистого гранулометрического состава
Глубина слоя, см Нг S Нг +S Нобм Т, % Alобм, мг/100 г pHн2o 1:0,5
мг-экв/100 г почвы
По 4,12 мг-экв гипса на 100 г почвы в 2 слоя (1,31 Нг, 14,42 мг-экв/колонку)
0-10 3,06 7,00 10,1 0,28 69,3 3,06 5,15
10-20 2,71 6,80 9,51 0,32 71,5 3,42 4,97
20-30 3,59 6,30 9,89 0,38 63,7 3,69 4,91
30-40 3,73 6,50 10,2 0,59 63,7 2,97 5,00
По 2,06 мг-экв/100 г почвы ДМ и гипса в 2 слоя (по 7,21 мг-экв/колонку)
0-10 1,92 8,68 10,6 0,06 81,9 0,50 5,52
10-20 1,75 8,38 10,1 0,03 82,7 0,45 5,77
20-30 2,30 7,10 9,40 0,37 75,5 1,53 5,45
30-40 2,70 6,55 9,25 0,51 70,8 2,43 5,16
По 2,06 мг-экв ДМ и 1,03 мг-экв гипса на 100 г почвы в 2 слоя (7,21 + 3,60 мг-экв)
0-10 1,92 8,70 10,6 0,17 82,1 0,27 6,08
10-20 1,84 7,60 9,44 0,12 80,5 0,20 6,12
20-30 2,71 6,80 9,51 0,55 71,5 2,52 5,34
30-40 2,94 6,75 9,69 0,67 69,7 2,98 5,24
По сравнению с контрольной колонкой (табл. 5) под влиянием дозы гипса 1,31 Нг в верхнем слое почвы 0-20 см не наблюдали снижения гидролитической кислотности, в слое 20-40 см она возросла с 2,80-2,97 до 3,59-3,73 мг-экв/100 г почвы (табл. 6), соответственно снижение рИи2о (1:0,5) составило 0,5 единицы. Однако в слое 0-20 см возросла сумма обменных оснований с 5,8-6,4 до 6,8-7,0 мг-экв/100 г почвы, в слое 0-30 см снизилась обменная кислотность. Это свидетельствует о том, что высокая концентрация ионов кальция (20-50 мг-экв/л, табл. 4) вытесняет из ППК ионы водорода другой природы (внутриагрегатные).
Это подтверждается исследованиями автора по изучению механизма коагуляции золя, выделенного из элювиального горизонта солонца, катионами различной валентности (рисунок). Видно, что его коагуляция связана с взаимодействием изученных катионов с различным числом функциональных групп золя, которое ведет к полной или частичной потере его заряда. С ростом концентрации ионов К+ и Н+ нейтрализуется заряд трех функциональных групп, а концентрации ионов алюминия - одной, ионов кальция - одной и более. Очевидно, коагуляция золя двухвалентными и трехвалентными катионами протекает за счет прочного связывания ими определенных функциональных групп золя [11].
И в случае взаимодействия гипса с поглощающим комплексом дерново-подзолистой почвы (табл. 7) при высокой концентрации в жидкой фазе ионов Са2+ (20-50 мг-экв/л) происходит их прочная
7. Эффективность использования доломитовой муки и ее смесей с гипсом
Вариант (№ колонки) Слой ко- Нг, мг- Коэффициент использования Общий коэффициент исполь-
лонки, см экв/100 г доломитовой муки в слое почвы зования доломитовой му-
почвы 0-20 см /степень гидролиза СОз2- ки/степень гидролиза СОз2-
2. По 2,06 мг-экв ДМ на 100 г почвы в 2 слоя (7,21 мг-экв/колонку) 0-10 2,10 0,56/55,7 0,30 (за счет возрастания Нг в слое 20-40 см)
10-20 1,92
20-30 3,32
30-40 3,50
3. По 4,12 мг-экв ДМ на 100 г почвы в 2 слоя (14,42 мг-экв/колонку) 0-10 1,75 0,36/54,0 0,49 (за счет снижения Нг в слое 20-40 см)
10-20 1,57
20-30 1,92
30-40 2,80
4. По 2,06 мг-экв ДМ и гипса на 100 г почвы в 2 слоя (по 7,21 мг-экв) 0-10 1,92 0,64/82,8 0,83 (за счет снижения Нг в слое 20-40 см)
10-20 1,75
20-30 2,30
30-40 2,70
5. По 4,12 мг-экв гипса на 100 г почвы в 2 слоя (14,42 мг-экв/колонку) 0-10 3,06 0,07* Увеличение Нг на 8,3%
10-20 2,71
20-30 3,59
30-40 3,73
6. По 2,06 мг-экв ДМ и 1,06 мг-экв гипса на 100 г почвы в 2 слоя (7,21 + 3,71 мг-экв) 0-10 1,92 0,62/74,2 0,65
10-20 1,84
20-30 2,71
30-40 2,94
* коэффициент использования гипса.
-5 -4 -3 -2 -1 О ^С
Изменение интенсивности рассеивания света золем, выделенным из элювиального горизонта солонца, от логарифма концентрации ионов (г-ион/л) [10]:
1 - К+, 2 - Н+, 3 - Mg2+, 4 - Са2+, 5 - А13+. +/- обозначения, соответствующие коагуляции золя, наблюдаемой визуально.
связь с определенными местами ППК (кислыми функциональными группами), что приводит к вытеснению ионов водорода в жидкую фазу, повышению степени насыщенности основаниями, переагре-
гации ППК и последующей коагуляции коллоидов почвы. В случае совместного применения доломитовой муки и гипса эти вытесненные ионы водорода связываются ионами гидроксила, образовавшимися при гидролизе СО32- не только по 1-й, но и 2-й ступени. Это позволяет снижать гидролитическую кислотность не только в слое внесения ДМ и гипса, но глубже его (табл. 6) и повышать коэффициенты использования доломитовой муки (известьсодер-жащего мелиоранта).
При применении доломитовой муки в дозах 0,66 и 1,31 Нг коэффициенты использования ее на снижение гидролитической кислотности в слое 0-20 см составили соответственно 0,56 и 0,36, а для всего слоя почвы 0-40 см - 0,30 и 0,49, степень гидролиза СО32- - 55,7 и 54,0% (табл. 7). В этом случае гидролиз по 1-й ступени (СО32- + Н2О ^ НСО3- + ОН-) протекал полностью (100%), а по 2-й (НСО3- + Н2О ~ Н2СО3 + ОН-) - на 11,4 и 8,0%. Степень гидролиза карбонат-ионов определяли по величине рНн2о почвы (1:0,5) слоев почвы 0-10 и 10-20 см колонок после взаимодействия с мелиорантами.
Добавление к ДМ (2/3 Нг) такой же дозы гипса увеличило коэффициент использования ДМ в слое 0-20 см с 0,56 до 0,64, а в слое 0-40 см - до 0,83. В последнем случае это обусловлено существенным снижением Нг и глубже слоя внесения мелиорантов. Добавление к той же дозе ДМ гипса в дозе 1/3 Нг привело к увеличению коэффициента использования первой в слое 0-20 см до 0,62, а в слое 0-40 см - до 0,65. При совместном использовании ДМ и гипса мелиоративный эффект возрастал с ростом дозы гипса. При внесении только гипса в дозе 1,31 Нг всего 7% этого мелиоранта использовалось на
снижение Нг в слое 0-20 см, а во всем слое 0-40 см наблюдали даже ее увеличение на 8,3%.
На серых лесных почвах Верхневолжья при инфильтрации через колонку 0,5 и полной норм годовых осадков и увеличении дозы ДМ с одинарной до двойной (по Нг) коэффициент использования растворенной ДМ повышался с 65,4 до 75,7%, а при сочетании одинарной и двойной доз ДМ с гипсом (по 0,5 Нг) - с 79,6 до 108%, соответственно [8].
Выводы
1. Снижение кислотности почв при внесении из-вестьсодержащих мелиорантов происходит за счет нейтрализации ее агентов (ионы Н+ и А13+) ионами гидроксила (ОН-), образующимися при щелочном гидролизе карбонат-ионов. Взамен нейтрализованных ионов Н+ и А13+ обменными катионами становятся ионы Са2+ и Mg2+.
2. На очень сильнокислых и сильнокислых слабо агрегированных почвах, в которых основная часть ионов Н+ и А13+ расположена на внешней поверхности ППК, связывание агентов кислотности ионами гидроксила происходит при низкой концентрации жидкой фазы и ионов Са2+ и Mg2+ в ней.
3. На более агрегированных кислых почвах обменные ионы Н+ и А13+, расположенные на внешней поверхности почвенных агрегатов, нейтрализуются ионами ОН- при низкой концентрации жидкой фазы (ионов Са2+ и Mg2+). Внутриагрегатные ионы Н+ и А13+ вытесняются из ППК высокими концентрациями двухвалентных катионов. Они нейтрализуются ионами гидроксила за счет роста гидролиза карбонат-ионов при совместном применении гипса и извести.
Литература
1. Известкование кислых почв: под ред. Н.С. Авдонина, А.В. Петербургского, С.Г. Шедерова. - М.: Колос, 1976. -304 с.
2. Юлушев И.Г. Почвенно-агрохимические основы адаптивно-ландшафтной организации систем земледелия ВКЗП: учебное пособие. - М.: Академический Проект; Киров: Константа, 2005. - 368 с.
3. Небольсин А.Н., Небольсина З.П. Теоретические основы известкования почв. - СПб.: Ленинградский НИИСХ, 2005. -252 с.
4. Шильников И.А., Сычев В.Г., Зеленов Н.А., Аканова Н.И., Федотова Л.С. Известкование как фактор урожайности и почвенного плодородия. - М.: ВНИИА, 2008. - 340 с.
5. Яковлева М.Е. Смеси с фосфогипсом для химической мелиорации почв // Химия в сельском хозяйстве, 1986, № 5. - С. 19-22.
6. Окорков В.В., Окоркова Л.А. Механизмы взаимодействия извести и гипса с поглощающим комплексом кислых почв // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук, 2013, № 5. - С. 39-43.
7. Практикум по агрохимии: под ред. Б. А. Ягодина. - М.: Агропромиздат, 1987. - 512 с.
8. Окорков В.В. Теоретические основы химической мелиорации кислых почв. - Иваново: ПресСто, 2016. - 332 с.
9. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. 2-е издание. - М.: Изд-во МГУ, 1970. - 488 с.
10. Окорков В.В. Физико-химическая природа устойчивости почвенной структуры на серых лесных почвах Владимирского ополья // Почвоведение, 2003, № 11. - С. 1346-1353.
11. Окорков В.В. О факторах пептизируемости солонцовых почв // Владимирский земледелец, 2020, № 4(94). - С. 21-32.
