Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Обзор литературы
1.1. Состав и свойства лабильных гумусовых веществ 3
1.2. Динамика содержания лабильных гумусовых веществ в почве 9
Глава II. Объекты и методы исследований
2.1. Объекты исследований 22
2.2. Методы исследований 27
2.3. Характеристика объектов исследований 29
Глава III. Влияние вида экстрагента на содержание лабильных гумусовых веществ в дерново-подзолистой почве разной степени окультуренности 32
Глава IV. Элементный состав и графико-статистический анализ лабильных гумусовых веществ дерново-подзолистой почвы разной степени окультуренности
4.1. Влияние окультуривания на элементный состав лабильных гумусовых веществ дерново-подзолистой почвы 43
4.2. Графико-статистический анализ лабильных гумусовых веществ дерново-подзолистой почвы разной степени окультуренности 60
Глава V. Характеристика оптических свойств лабильных гумусовых веществ дерново-подзолистой почвы разной степени окультуренности
5.1. Электронные спектры поглощения лабильных гумусовых веществ дерново-подзолистой почвы 66
5.2. Инфракрасные спектры поглощения лабильных гумусовых веществ дерново-иодзолистой почвы 75
Глава VI. Термический анализ лабильных гумусовых веществ дерново подзолистой почвы разной степени окультуренности 88
Глава VII. Гель-хроматография лабильных гумусовых веществ дерново подзолистой почвы разной степени окультуренности 107
Выводы 118
Список литературы 120
- Динамика содержания лабильных гумусовых веществ в почве
- Методы исследований
- Графико-статистический анализ лабильных гумусовых веществ дерново-подзолистой почвы разной степени окультуренности
- Инфракрасные спектры поглощения лабильных гумусовых веществ дерново-иодзолистой почвы
Введение к работе
Актуальность темы. Органическое вещество играет важнейшую роль в формировании целого ряда свойств и режимов почвы, определяющих уровень её плодородия. Качественная сторона данного вопроса хорошо известна. Количественные же характеристики изучены мало. Система показателей гумусового состояния, разработанная Л.А.Гришиной и Д.С.Орловым (1978) и дополненная Д.С.Орловым и др. (2004), хотя и даёт возможность охарактеризовать со всех сторон особенности органической части почв в генетическом аспекте, однако не позволяет идентифицировать агрономическую ценность её различных компонентов. Поэтому более целесообразным подходом к агрономической оценке органического вещества почвы, как считает ряд исследователей (Р.Л.Тейд, 1991; В.Г.Мамонтов и др., 2000; В.И. Кирюшин, 2010), будет разделение его компонентов на две большие группы: группу консервативных, устойчивых соединений и группу лабильных веществ, участвующих в формировании гумуса.
В настоящее время накоплен довольно большой фактический материал, разносторонне характеризующий консервативную часть органического вещества почвы, чего нельзя сказать о лабильных гумусовых веществах (ЛГВ), поскольку данная проблема не получила должного освещения. Вследствие этого, установление роли лабильных гумусовых веществ в формировании агрономических свойств почвы и оценка количественных параметров, характеризующих лабильные органические компоненты гумуса, изучение их состава и свойств, идентификация факторов, влияющих на эти показатели, имеет большое значение для оптимизации режима органического вещества почвы.
Цель работы. Цель исследований - изучить влияние различного по интенсивности сельскохозяйственного воздействия на лабильные гумусовые вещества дерново-подзолистой почвы.
Задачи исследований.
Оценить содержание лабильных гумусовых веществ в дерново-подзолистой почве разной степени окультуренности с использованием различных экстара-гентов.
Выделить препараты лабильных гумусовых веществ.
С помощью физико-химических методов изучить состав и свойства лабильных гумусовых веществ дерново-подзолистой почвы разной степени окультуренности.
Научная новизна. Впервые комплексом физико-химических методов изучены состав и свойства лабильных гумусовых веществ дерново-подзолистой почвы разной степени окультуренности, экстрагированных горячей дистиллированной водой.
Практическая значимость. Полученные данные могут быть использованы для регулирования режима органического вещества и оптимизации содержания лабильных гумусовых веществ в дерново-подзолистых почвах. Предложена методика экстрагирования лабильных гумусовых веществ из почв ненасыщенными основаниями.
Защищаемые положения.
Из дерново-подзолистой почвы ОДн раствор NaOH наряду с лабильными гумусовыми веществами извлекает и определенное количество веществ, входящих в группу консервативных соединений, что не позволяет получить объективную информацию о лабильной части гумуса почвы.
Водорастворимая часть лабильных гумусовых веществ дерново-подзолистой почвы имеет упрощенное строение и характеризуется заметным преобладанием алифатических компонентов над циклическими структурами.
Интенсификация процесса гумусообразования в пахотных почвах способствует включению в состав лабильных гумусовых веществ окисленых азотсодержащих компонентов, обогащенных циклическими структурами, что способствует уменьшению степени дисперсности ЛГВ и увеличению их средневзвешенной молекулярной массы.
Апробация работы. Результаты исследований были представлены на V съезде Докучаевского общества почвоведов РАН (Ростов-на-Дону, 2008) и на конференции молодых ученых РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева (Москва, 2009).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 146 страницах текста компьютерного набора. Состоит из введения, 7 глав, выводов, списка литературы, включающего 269 источников, содержит 17 таблиц и 8 рисунков.
Динамика содержания лабильных гумусовых веществ в почве
Подвижные гуминовые кислоты черноземов характеризуются высокой степенью гидролизуемости азотсодержащих группировок. Применение мягкого гидролиза (2 % НС1) высвобождает до 70 % азота, тогда как у других гуминовых кислот этот показатель составляет 20-50 %. Содержание «слабых» кислых функциональных групп у подвижных гуминовых кислот достигает 1400 мг-экв/100 г препарата, у более прочносвязанных - 500-800 мг-экв/100 г (Б.М. Когут и др. 1987). Для них типична высокая доля углерода алифатических компонентов достигающая 83 % (Б.М. Барановская, А.А. Околелова, 1989), а также практически в 2 раза меньшая степень окисленно-сти по сравнению с гуминовыми кислотами, связанными с обменным кальцием (А.А. Бацула, Т.Ф. Кравец, 1989).
Н.П. Панов и др. (1987) отмечают, что подвижные гуминовые кислоты темно-каштановых почв содержат 34,5 - 39,0 ат. % углерода и отличаются повышенной обогащенностью азотом. Величина отношения С : N у них составляет 11,5-13,0, тогда как у гуминовых кислот связанных с кальцием -20,5-31,4. Степень окисленности их колеблется в пределах от +0,06 до -0,07. Согласно результатам термического анализа и спектроскопических исследований в построении молекул подвижных гуминовых кислот определяющую роль играют компоненты алифатической природы (Диалло Амаду, 1986).
Несомненный интерес представляет водорастворимая часть органического вещества почвы определенно участвующей в формировании ЛГВ, необходимость изучения которой показана работами К.В. Дьяконовой (1987; 1988; 1990). Необходимо отметить, что водорастворимому органическому веществу почв посвящена обширная литература (К.В. Дьяконова, 1964; 1972; В.В. Пономарева, 1964; И.М. Андреева, 1966; М.В. Базилинская, 1974; В.В. Волкова, 1975; Л.А. Гришина и др., 1979; Т.Л. Быстрицкая и др., 1981; Т.Е. Шитикова, 1986; П.В. Елпатьевский, Т.Н. Луценко, 1990; А.А. Шинкарев и др., 1995; А.В. Дедов и др., 2004; Г.В. Мотузова и др., 2005 и др.). В исследованиях выполненных под руководством И.С. Кауричева (1960; 1961; 1964; 1982; 1986; 1989; 1991) раскрыта роль водорастворимых органических веществ в формировании комплексных органо-минеральных производных играющих важную роль в генезисе почв подзолистого типа, в элювиально-глеевом процессе и в профильной дифференциации веществ. В результате многолетнего изучения масштабов и форм миграции комплексных соединений в профиле почв таежно-лесной зоны А.И. Карпухин (2003) приходит к следующим выводам: 1. Водорастворимые органо-минеральные соединения являются основной формой миграции металлов в профиле подзолистых, дерново-подзолистых и болотно-подзолистых почв. 2. Комплексные водорастворимые органо-минеральные соединения отличаются высокой прочностью связи катионов с органическими компонентами. 3. Водорастворимые комплексные соединения характеризуются большой неоднородностью состава и свойств, о чем свидетельствует присутствие в их составе соединений комплексной природы и соединений типа фульвокислот, а также широкий спектр соединений с различными молекулярными массами. В работах И.М. Яшина (1993; 1996; 2000) развиты представления об экологических функциях водорастворимых органических веществ в таежных ландшафтах. Автор считает, что компоненты водорастворимых органических веществ могут выполнять одинаковые или близкие частные функции в структурных элементах ландшафта: газовую, окислительно-восстановительную, биохимическую, мобилизационную, энергетическую и миграционную. Однако направленность. Интенсивность и масштаб тех или иных процессов, протекающих с участием водорастворимых органических веществ, будут существенно различаться в зависимости от интеграции экосистем с окружающим ландшафтом. В связи с этим частные функции водорастворимых органических веществ предлагается сгруппировать в общие - педогенные, биогеохимические и гидрохимические. Эти работы и работы других исследователей позволили получить большой объем ценной информации о составе и свойствах водорастворимого органического вещества, его роли в формировании генетического профиля почв разных типов и поведении в ландшафтах. Однако значение водорастворимого органического вещества для роста и развития культурных растений изучено все еще недостаточно, причем в отношении количественных параметров его содержания в почвах имеются по существу единичные работы. Так по данным К.В. Дьяконовой (1988; 1990) содержание водорастворимого органического вещества в сильно выпаханных или слабоокультуренных дерново-подзолистых суглинистых почвах находится на уровне 5-7 мг С на 1 кг почвы. В почвах получающих компенсирующие дозы навоза — до 20 мг С/кг почвы, в средне- и хорошоокультуренных почвах с дозами навоза превышающими компенсирующие в сочетании с минеральными удобрениями или с высокими дозами минеральных удобрений содержание водорастворимого органического вещества находится на уровне 20-35 мг С/кг почвы. Применительно к почвам черноземного типа К.В. Дьяконова и Б.М. Когут (1990) отмечают, что для среднего уровня плодородия типичного чернозема содержание водорастворимого органического вещества составляет 16,7±3,4 мг С/кг почвы, при этом содержание лабильных гумусовых веществ находится на уровне 2320±440 мг С/кг почвы, а содержание минеральных форм азота высвобождаемых при компостировании — 1,89 мг N/кг почвы. Для высокого уровня плодородия эти показатели составили 22,9±3,4 мг С/кг, 3730±940 мг С/кг и 3,02±0,60 мг N/кг почвы соответственно. По мнению А.В. Дедова и др. (2004) при внесении полного минерального удобрения и навоза оптимальный уровень содержания водорастворимых органических веществ в выщелоченном черноземе под озимой пшеницей составляет 10-17 мг/100 г почвы, минимальный - менее 8-10 мг/100 г, максимальный - более 17 мг/100 г почвы. Для сахарной свеклы эти показатели составляют соответственно 10-14 мг/100 г, менее 10 мг/100 г и более 14 мг/100 г почвы.
В целом, имеющегося фактического материала явно недостаточно для детальной оценки лабильного органического вещества почвы. Между тем, необходимость исследований в данном направлении диктуется той большой ролью, которую играет лабильная часть гумуса в почвенном плодородии.
Методы исследований
Для изучения влияния вида экстрагента на минеральную часть почв использовали растворы 0,1 М пирофосфата натрия рН = 7,0; 0,1 М пирофос-фата натрия рН = 10,6; 0,1 н NaOH; 0,05 М тетрабората натрия; 0,1 н Na2S04, при соотношении почва:раствор = 1:10 и суточном настаивании. Через сутки вытяжки отфильтровывали и в фильтратах определяли содержание Al, Fe, Мп с помощью атомно-абсорбционного спектрофотометра AAS — 30. Для изучения влияния вида экстрагента на содержание лабильных гумусовых веществ использовали дистиллированную воду, 0,1 н и 1 н растворы Na2S04 и 0,1 н раствор NaOH. Экстрагирование лабильных гумусовых веществ проводили при соотношении почва : раствор равном 1:10 и суточном настаивании, с периодическим перемешиванием. Щелочную вытяжку через сутки отфильтровывали, а водные и солевые вытяжки перед фильтрованием дополнительно выдерживали 2 ч на кипящей водяной бане, после чего остужали и отфильтровывали. Содержание углерода в водных и солевых вытяжках находили по методу И.В. Тюрина с использованием 0,2 н раствора К2СГ2О7, в щелочных вытяжках - по методу И.В. Тюрина с использованием 0,4 н К2Сг207, содержание азота находили микрохромовым методом И. В. Тюрина (Е.В. Аринуш-кина, 1970).
Для получения препаратов лабильные гумусовые вещества выделяли из смешанных образцов, отобранных из гумусовых горизонтов исследуемых почв. Для этого навеску почвы заливали дистиллированной водой в соотношении 1:10 и оставляли на сутки. После этого суспензию выдерживали 2 часа на кипящей водяной бане при периодическом перемешивании. После охлаждения вытяжки отделяли полученный экстракт центрифугированием и обработку почвы повторяли. Оба экстракта объединяли, пропускали через свечу Шамберлена и катионит КУ-23-А в НҐ - форме. Очищенную вытяжку упаривали с помощью вакуумного испарителя и выпаривали досуха на водяной бане. Дополнительную очистку препаратов ЛГВ проводили путем растворения их в 0,1 н растворе NaOH и последующем центрифугировании в течение 30 мин при 6000 об/мин. Полученный раствор пропускали через катионит КУ-23-А в 1-Г-форме и высушивали. Минеральный остаток подвергали термическому анализу.
В полученных препаратах лабильных гумусовых веществ определяли: 1. Зольность - весовым методом. 2. Элементный состав на CHN - анализаторе. 3. Графико-статистический анализ элементного состава проведен по Ван-Кревелену (1951). 4. Термический анализ проведен на дериватографе Q 1500 D. 5. Соотношение периферических и ядерных частей (коэффициент Z) в молекулах лабильных гумусовых веществ находили по В.А. Черникову и В.А.Кончицу(1973). 6. Величину энергии активации и кинетические параметры находили с использованием дифференциально-термогравиметрической кривой по рекомендациям В.А. Черникова, В.А. Кончица (1973, 1978) и И.С. Степанова, Г.Н. Щуриной (1977). 7. Спектры поглощения в инфракрасной области снимали на спектрофотометре «Specord — М80» методом таблетирования с КВг, электронные спектры поглощения снимали на КФК-3 с использованием 0,1% растворов лабильных гумусовых веществ, растворителем служил 0,1 н раствор NaOH. 8. Молекулярные массы находили методом гель-хроматографии с использованием сефадекса G-75 (Д.С. Орлов, Л.А. Гришина, 1981). Концентрация ЛГВ, наносимых на колонку составила 50 мг/мл, растворителем служил 0,1 н раствор NaOH, элюентом - Н20. 9. Степень окисленности лабильных гумусовых веществ, теплоту сгорания, Е-величины, коэффициенты цветности Q4/6 и А рассчитывали по имеющимся рекомендациям (В.А. Черников, В.А. Кончиц, 1972; Д.С. Орлов, Л.А. Гришина, 1981). Для характеристики объектов исследования в индивидуальных образцах определяли общий гумус по методу И.В.Тюрина в модификации В.Н. Симакова, гидролитическую кислотность по Каппену, сумму обменных оснований (Са2+, Mg2_H) вытеснением из ППК 1н раствором ацетата аммония по методу Шолленбергера, рН, с использованием 1 н раствора КС1 и соотношении почва : раствор равном 1:2,5, механический анализ по Качинскому.
Аналитическая повторность всех определений 3-х кратная. В работе использовались прописи анализов, изложенные в соответствующих руководствах (Е.В. Аринушкина, 1970; И.С.Кауричев, 1986;). Математическую обработку данных проводили по Б.А. Доспехову (1985).
Подробная характеристика дерново-подзолистых среднесуглинистых почв опытного участка представлена в многочисленных работах академика И.С Шатилова (И.С. Шатилов и др., 1979; 1985; 1987; 2004 и др.). Некоторые свойства исследуемых почв определенные нами приведены в таблице 2.
Целинная дерново-подзолистая почва характеризуется сильнокислой реакцией среды, о чем свидетельствует величина рНксі, варьирующая в пределах 3,78-4,04, и высокой величиной гидролитической кислотности, которая изменяется от 5,7 мг-экв/100 г почвы в гумусовом горизонте до 2,5 мг-экв/100 г почвы на глубине 40-60 см. Сумма обменных оснований возрастает от 13,4 мг-экв/100 г почвы в гумусовом горизонте до 17,4 мг-экв/100 г почвы в слое 40-60 см, что обусловлено накоплением в этой части профиля илистых частиц. Содержание гумуса самое высокое в гумусовом слое - 3,10% и резко снижается с глубиной до 0,70-0,85%, что является характерной особенностью для дерново-подзолистых почв и связано с развитием подзолообразователь-ного процесса.
Длительное сельскохозяйственное использование дерново-подзолистой почвы при разных системах земледелия определенным образом отразилось на ее свойствах, но не в одинаковой степени. Так в пахотном слое плохо зо окультуренной почвы содержание гумуса составило 1,64%. С глубиной его количество резко падает и находится на уровне целинной почвы - 0,67-0,78%. В пахотном слое уменьшилась, и величина гидролитической кислотности и составила 3,8 мг-экв/100 г почвы. В нижележащей части почвенного профиля по этому показателю плохоокультуренная дерново-подзолистая почва не отличается от целинной почвы. Длительное сельскохозяйственное использование дерново-подзолистой почвы при низкой культуре земледелия практически не отразилось на реакции среды, о чем свидетельствует величина рНксі изменяющаяся в пределах 3,79-4,24 и сумме обменных оснований, которая составила 13,0-16,1 мг-экв/100 г почвы.
Графико-статистический анализ лабильных гумусовых веществ дерново-подзолистой почвы разной степени окультуренности
Согласно имеющимся сведениям содержание лабильных гумусовых веществ в почвах варьирует в широких пределах. Так, по данным Н.Н. Королева (1992) среднее содержание лабильных гумусовых веществ в пахотном слое выщелоченного чернозема в среднем за 3 года составило 3150 - 5840 мг/кг почвы, причем в отдельные годы их количество варьировало от 200 -600 до 21270 мг/кг почвы. В малогумусовых карбонатных черноземах Молдавии содержание лабильных гумусовых веществ находилось на уровне 704 -1638 мг/кг почвы (В.Г. Унгурян, 1983), в типичном мощном черноземе Курской области изменялось от 2240 до 4928 мг/кг почвы (Б.М. Когут, 1983), тогда как в типичном среднегумусном черноземе Сумской области их количество находилось в пределах от 770 - 810 до 1810 — 2290 мг/кг почвы (А.Д. Михновская и др., 1992).
Как установлено Т.И. Панковой и др.(2007) содержание лабильных гумусовых веществ в типичном черноземе под луговой растительностью составило 4463 мг/кг почвы, в залежном черноземе — 4333 мг/кг почвы.
С.А. Сысуевым (2005) показано, что в типичном черноземе Курской области под целинной некосимой степью содержание лабильных гумусовых веществ достигает 0,91%, а в залежном выщелочном черноземе Пензенской области 1,06%.
Заметно варьирует содержание лабильных гумусовых веществ в дерново-подзолистых почвах. В работе Н.М. Шевцова и др. (1989) приводятся данные, согласно которым содержание лабильных гумусовых веществ в дерново-подзолистых почвах Московской области составляет 315 — 479 мг/кг почвы. В тоже время, Т.Н. Мишина (1992) приводит данные четырехлетних исследований, согласно которым содержание лабильных гумусовых веществ в дерново-подзолистой почве Ленинградской области с уровнем гумусирован 33
ности 1,6% находилось в пределах 202 — 225 мг/100 г. почвы; при содержании общего гумуса 2,8% и 3,3% составило 245 - 321 и 273 -359 мг/100 г. почвы соответственно.
Исследованиями А.С. Мохаммеда (2004) установлено, что содержание лабильных гумусовых веществ в дерново-подзолистой почве Московской области при внесении низких доз органических удобрений варьировало от 322 до 419 мг/100 г. почвы.
В целом, как отмечается в литературе, на содержание лабильных гумусовых веществ существенное влияние оказывают такие факторы, как генетический тип почвы, особенности биоценоза, система удобрений и обработки почвы, время года (Н.Н. Королев, 1992; Л.К. Илашку, 1983; Б.М. Когут, 1987; В.Б. Воробьев, 1987; A.M. Ермолаева, Л.Т. Ширшова, 1988; В.Г. Мамонтов, Е.В. Донюшкина, 1989; Б.М. Когут, Н.П. Масютенко, 1990; А.Д. Михновская и др. 1992; А.И. Жуков и др. 1993; Н.И. Остробородова, 1990; И.В. Люкшина, 2000; В.Г. Мамонтов и др., 2000; А.С. Мохаммед, 2004; Р. Хамуду, 2006).
Несомненно, что важную роль будет играть и способ экстрагирования лабильных гумусовых веществ из почвы. Наиболее часто для этой цели используют 0,1 н раствор NaOH без декальцирования почвы при соотношении почва:раствор равном 1:20 и времени настаивания 17-20 часов. Значительно реже применяют 0,2 н раствор NaOH, щелочной раствор пирофосфата натрия, 1 н раствор NaCl, водную вытяжку и более узкие соотношения поч-ва:раствор (М.А. Егоров, 1938; А.Н. Соколовский, 1956; Н.И. Лактионов, 1969, 1977; Л.К. Илашку, 1983; Б.М. Когут, 1983; К.В. Дьяконова, B.C. Бу-леева, 1987; Б.М. Когут и др. 1987; В.Г. Мамонтов и др., 1990, 2000; А.И. Жуков и др., 1993; И.Н. Шарков, 1997; НИ. Остробородова, 1990; А.Л. Иванов и др., 2000; И.С. Люкшина, 2000; Т.И. Панкова, 2000; В.А. Кончиц и др., 2005; Р. Хамуду, 2006; А.А. Данилова, 2007).
Поскольку объективная оценка содержания лабильных гумусовых веществ в почве должна дополняться изучением их состава и свойств, то экст 34
рагент, используемый для их извлечения, должен удовлетворять, по крайней мере, двум условиям. С одной стороны, необходимо избегать искусственного загрязнения лабильных гумусовых веществ минеральными компонентами, с другой - по возможности в максимальной степени ограничить растворение веществ, относимых к группе консервативных соединений.
Загрязнение лабильных гумусовых веществ минеральными компонентами возможно как за счет самого экстрагента, так и за счет элементов, которые он извлекает из минеральной части почвы. С этой точки зрения, по-видимому, наименее желательно использование растворов пирофосфата натрия, поскольку их применение исключает возможность определения содержания фосфора, связанного с лабильными гумусовыми веществами. Кроме того, было показано, что как нейтральный, так и щелочной растворы пирофосфата натрия энергично извлекают железо, алюминий и другие элементы из оксидов, гидроксидов и силикатных минералов, в том числе и глинистых (М.М. Кононова, Н.П. Бельчикова, 1970). Об этом свидетельствуют и полу- : ченные нами данные (табл.3).
Нет Из дерново-глеевой почвы и монтмориллонита в пирофосфатные вытяжки переходит заметное количество Fe и А1. Заметно меньше этих ионов извлекается растворами 0,05 М тетрабората натрия и 0,1 н NaOH, а ОД н раствор Na2S04 вообще не оказал разрушающего воздействия на минеральные компоненты.
Следовательно, при использовании для экстрагирования лабильных гумусовых веществ растворов пирофосфата натрия, они будут загрязняться посторонними ионами, изначально отсутствовавшими в их составе, что исключает возможность определения целого ряда элементов, связанных в почве с лабильными веществами гумуса.
Эффективность 0,05 М тетрабората натрия и 0,1 н NaOH, как экстра-гентов лабильных гумусовых веществ, также находится под вопросом, поскольку при анализе других объектов их разрушающее воздействие на минеральную часть почвы может быть более сильным, нежели в нашем случае.
Кроме того, в щелочной среде высока вероятность распада нативных органо-минеральных комплексов (М.М. Кононова, Н.П. Бельчикова, 1970), а использование для препаративного выделения лабильных гумусовых веществ -растворов тетраборатов натрия или нейтральной соли существенно затрудняет последующую очистку вытяжки от экстрагента.
Разные экстрагенты извлекают из почвы и неодинаковые количества лабильных гумусовых веществ. Так, по данным К.В. Дьяконовой и В.С Бу-леевой (1987), содержание лабильных гумусовых веществ, переходящих в нейтральную пирофосфатную вытяжку из дерново-подзолистых почв разной степени окультуренности варьирует в пределах 159 — 271 мг С на 100 г. почвы, тогда как для водной вытяжки этот показатель варьирует в пределах от 5 - 7 до 20 - 30 мг/100 г. почвы.
Инфракрасные спектры поглощения лабильных гумусовых веществ дерново-иодзолистой почвы
Заметное влияние на компонентный состав ЛГВ оказывает степень окультуренности дерново-подзолистых почв.
При термодеструкции ЛГВ плохоокультуренной дерново-подзолистой почвы на кривой ДТГ проявляется шесть термических реакций, сопровождающихся потерей массы. С первой реакцией при 110С связано удаление гигроскопической влаги, потеря массы при этом составляет 14,1%, что на 4,2% выше, чем у ЛГВ целинной почвы. Следовательно, вовлечение дерново подзолистой почвы в пашню вызывает увеличение гидрофильности лабильных гумусовых веществ, что может быть обусловлено изменением их компонентного состава. В результате трех реакций происходит разрушение алифатических структур, участвующих в формировании ЛГВ, причем среди них отчетливо преобладают более термоустойчивые компоненты, разрушающиеся при 320С с потерей массы 31,8%. Суммарная потеря массы при пиролизе менее термоустойчивых алифатических соединений при 180 и 220С составила только 18,2%. Следует отметить, что экстенсивное использование дерново-подзолистой почвы вызывает существенное уменьшение доли алифатических компонентов, обладающих средней термоустойчивостью и разрушающихся при 220С. По сравнению с целинной дерново-подзолистой почвой потеря массы, приходящаяся на эту температурную область, уменьшилась с 20,3% до 7,6%. В то же время потеря массы, приходящаяся на разрушение более термоустойчивых алифатических структур, возросла с 24,3% до 31,8%. Общая потеря массы при термодеструкции алифатических компонентов ЛГВ плохоокультуренной дерново-подзолистой почвы составила 50,0%. Соединения циклического типа разрушаются в ходе двух термических реакций, достигающих максимальной скорости при 480С с потерей массы 22,4% и при 570С с потерей массы 13,5%. Ароматические соединения также неоднородны по составу. Вклад формирующих ароматическую часть менее термоустойчивых компонентов превышает вклад соединений, обладающих более высокой термоустойчивостью. Общая потеря массы при термодеструкции ароматических структур ЛГВ составила 35,9%. Величина коэффициента Z составила 1,39, что несколько меньше, чем у ЛГВ целинной почвы.
Таким образом, в составе ЛГВ плохоокультуренной дерново-подзолистой почвы заметно преобладают алифатические компоненты, отличающиеся довольно высокой степенью дифференциации, что свойственно И ЛГВ ЦЄЛИНГ ной почвы. Наряду с этим в условиях экстенсивного использования почвы в состав ЛГВ включаются качественно новые структуры циклического типа, с более высокой термоустойчивостью, что отражается на величине коэффициента Z, приводя к его уменьшению. С другой стороны, уменьшение коэффициента Z может быть обусловлено и частичной минерализацией периферических фрагментов ЛГВ в связи с активизацией минерализационных процессов в результате улучшения условий аэрации в пахотной почве.
На кривой ДТГ ЛГВ среднеокультуренной дерново-подзолистой почвы присутствует пять термических реакций. Удаление гигроскопической влаги происходит при 95С с потерей массы 14,1%. В состав ЛГВ среднеокультуренной почвы входят примерно в одинаковых количествах две группы алифатических соединений, разрушающихся при 200С (потеря массы 21,1%) и 315С (потеря массы 24,0%) и две группы циклических структур, термодеструкция которых происходит при 455С (потеря массы 19,7%) и 530С (потеря массы 21,1%). Из вышеприведенных данных видно, что при более интенсивном использовании дерново-подзолистой почвы, происходит увеличение доли алифатических компонентов, обладающих средней термоустойчивостью. Общая потеря массы при деструкции алифатических соединений составила 45,1%, при термодеструкции циклических структур - 40,8%. Величина коэффициента Z оказалась равной 1,11. Таким образом, по сравнению с ЛГВ целинной и плохоокультуренной почв степень гетерогенности ЛГВ среднеокультуренной почвы меньше, как и доля алифатических структур в их составе.
Наименее дифференцированы по компонентному составу ЛГВ хоро-шоокультуренной дерново-подзолистой почвы, о чем свидетельствуют всего четыре термические реакции на кривой ДТГ. Удаление гигроскопической влаги происходит при 85С с потерей массы 13,5%. Алифатические структуры разрушаются в результате двух термических реакций, достигающих максимальной скорости при 180 и 270С, причем если в ходе первой из них потеря массы составила всего 3,7%, то в ходе второй реакции - 40,5%. Эти данные показывают, что алифатическая часть ЛГВ хорошоокультуренной почвы состоит преимущественно из однородных по термоустойчивости структур. Причем по сравнению с целинной дерново-подзолистой почвой количество алифатических компонентов, входящих в состав ЛГВ, снижается, о чем можно судить по величине потери веса, уменьшившейся почти на 10% (табл.15). Циклические структуры разрушаются в результате одной термической реакции, достигающей максимальной скорости при 500С с потерей массы 42,3%. Исходя из того, что в высокотемпературной области имеется только одна термическая реакция, можно предположить, что ароматическая часть ЛГВ хорошоокультуренной дерново-подзолистой почвы сформирована близкими по термоустойчивости компонентами и её можно считать однородной. Величина коэффициента Z составила 1,05. Таким образом, ЛГВ хорошоокультуренной дерново-подзолистой почвы отличаются наименее выраженной дифференциацией компонентного состава по термоустойчивости, при этом вклад алифатических и циклических структур в их состав примерно одинаков.
Можно сделать вывод, что окультуривание дерново-подзолистых почв влияет на состав лабильных гумусовых веществ. В результате интенсивного использования дерново-подзолистых почв происходит уменьшение в составе ЛГВ алифатических компонентов и увеличение ароматических структур. При этом компонентный состав ЛГВ становится более однородным.
Результаты дифференциально-термогравиметрического анализа были использованы также для расчетов энергии активации и констант скорости термической деструкции ЛГВ в соответствии с имеющимися рекомендациями.
Для расчета этих показателей; R. С. Turner, М. Schnitzer (1962) использовали теорию кинетики пиролиза углей, разработанную Ван Кревеленом с соавторами (1951), адаптировав ее применительно к термической деструкции органического вещества. В последующем, В. А. Черников и В. А. Кон-чиц (1978) для упрощения расчетов выполнили преобразования расчетных
