1

Ушаков Р.Н., Захарова О.А., Зубец А.Н., Головина Н.А.

УСТОЙЧИВОСТЬ ПОЧВЫ:

научно-аналитический подход в агроэкологической

оценке плодородия

Монография

Рязань 2013

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

2

УДК 631.41+631.45+631.95 У 932

Ушаков Р.Н., Захарова О.А., Зубец А.Н., Головина Н.А. Устойчивость почвы: научно-аналитический подход в агроэкологической оценке плодородия. – Рязань:

РГАТУ, 2013. - 98 с.

Рецензент: кандидат технических наук, доцент, ведущий сотрудник,

заведующий аналитической лабораторией МФ ВНИИГиМ К.Н. Евсенкин

В монографии представлен литературный обзор и результаты собственных

многолетних исследований по изучению показателей устойчивости почв к под-

кислению, загрязнению тяжелыми металлами, фосфору и калию. Рассмотрена природа буферных свойств, влияние отдельных агрохимических мероприятий в

их формировании, значение показателей буферности в агроэкологической оцен-ке плодородия.

Монография предназначена специалистов сельского хозяйства, экологов, аг-рономов, аспирантов и студентов высших учебных заведений.

Ушаков Р.Н., Захарова О.А., Зубец А.Н., Головина Н.А.

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Рязанский государственный

агротехнологический университет имени П.А.Костычева, 2013

ISBN 978-5-98660-140-3

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

3

СОДЕРЖАНИЕ

Глава 1. Понятие о плодородии почвы 5

Глава 2 Буферные свойства почвы 9

Глава 3. Общее представление устойчивости почвы к

внешним воздействиям

17

3.1. Критерии оценки устойчивости 20

3.2. Механизмы устойчивости почвы 22

Глава 4. Физико-химическая буферность к подкислению 26

4.1. Проблема подкисления почв 26

4.2. Общие понятия и термины, буферные зоны 31

4.3. Методика определения буферности к подкисле-

нию

32

4.4. Интерпретация результатов исследований 35

Глава 5. Физико-химическая буферность к загрязнению 38

5.1. Проблема загрязнения почв 38

5.2. Природа буферности к загрязняющим веществам 45

5.3. Методика определения буферности к загрязне-

нию

48

5.4. Интерпретация результатов для диагностики

плодородия почвы

50

Глава 6. Фосфатная буферность почвы 59

6.1. Проблема фосфора в земледелии 59

6.2. Природа проявления почвой фосфатной буфер-

ности

61

6.3. Методика определения фосфатной буферности 62

6.4. Диагностика плодородия почв по фосфатной бу-

ферности

66

Глава 7. Калийная буферность почвы 72

7.1. Проблема калия в земледелии 72

7.2. Природа буферности 73

7.3. Методика определения 74

7.4. Интерпретация результатов исследований 75

Заключение 101

Список литературы 102

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

4

Глава 1. Понятие о плодородии почвы

Под плодородием следует понимать способность почв удовлетворять по-

требности растений в элементах питания, воде, обеспечивать их корневые систе-

мы достаточным количеством воздуха тепла и благоприятной физико-

химической средой для нормального роста и развития.

Плодородие - существенное качественное свойство почвы, отличающее ее

от горной породы. Понятия почва и ее плодородие неразрывны. Плодородие поч-

вы - результат развития природного почвообразовательного процесса, а при сель-

скохозяйственном использовании - также процесса окультуривания.

Различают факторы и условия почвенного плодородия. К первым относят-

ся элементы азотного и зольного питания растений, вода, воздух и частично теп-

ло - необходимые земные факторы жизни и роста растений, ко вторым - совокуп-

ность свойств и режимов, сложное взаимодействие которых определяет возмож-

ность обеспечения растений земными факторами (физические и физико-

химические свойства, наличие токсических веществ и др.).

Важнейшими параметрами, от которых зависит уровень плодородия, яв-

ляются конкретные показатели почвенных режимов, отображенных на рисунке 1.

Возможны количественные оценки плодородия почвы - экономические и

биологические.

Экономическая количественная оценка плодородия основана на относи-

тельной его оценке в баллах по количественным показателям свойств почв, кор-

релирующих с урожайностью сельскохозяйственных культур или продуктивно-

стью естественных ценозов, а также климатических условий. Такая оценка полу-

чила название бонитировки почв. Экономическая оценка земли может быть вы-

ражена и в ценах на единицу ее площади (1 га).

Биологическая количественная оценка плодородия основана на определе-

нии показателя среднегодовой биологической продуктивности растений на дан-

ной почве, характеризующего способность почвы обеспечивать продуктивность

фотосинтеза.

Различают следующие виды плодородия: естественное, или природное;

искусственное; эффективное, или экономическое. Выделяют также понятие по-

тенциальное плодородия.

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

5

Рисунок 1 – Режимы почвы

Естественное плодородие определяется взаимодействием свойств и режи-

мов почв, обусловленных развитием природного почвообразовательного процес-

са, не нарушенного человеком. В чистом виде оно присуще целинным почвам.

Качественные и количественные изменения в свойствах и режимах почв,

вызванные воздействием человека, характеризуют их искусственное плодородие.

В чистим виде она возникает при создании субстратов для выращивания расте-

ний в теплицах, парниках т. п. При сельскохозяйственном использовании почв

искусственное плодородие в совокупности с естественным проявляется как эф-

фективное, или экономическое, плодородие. Она реализуется в урожае сельско-

хозяйственных культур.

Потенциальное плодородие характеризуется общими запасами элементов

питания растений формами их соединений и сложным взаимодействием всех

других свойств, определяющих способность почвы в благоприятных условиях

обеспечения растений другими земными факторами (водой, воздухом, теплом)

биохимиче-

ский

питатель-

ный

темпера-

турный

водно-

воздушный

физико-

химиче-

ский

окисли-тельно-

восстано-вительный

солевой

Режимы поч-вы, влияю-щие на ее

плодородие

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

6

длительное время мобилизовать в необходимых для растений количествах эле-

менты питания и поддерживать высокий уровень эффективного плодородия. Вы-

соким потенциальным плодородием обладают, например, черноземные почвы,

низким – подзолистые (рисунок 2).

Рисунок 2 –Высокоплодородные черноземы и малоплодородные

подзолистые почвы

Плодородие, так же как и почвообразование, тесно связано с процессами

превращения, аккумуляции и передачи вещества, что является причиной количе-

ственных и качественных изменений факторов и условий плодородия. Эти изме-

нения могут протекать в благоприятном направлении для развития плодородия и

приводить к его повышению или в неблагоприятном, приводя к снижению пло-

дородия. За определенный период времени изменение плодородия может прояв-

ляться в виде; полного, простого и расширенного его воспроизводства. Формиро-

вание плодородия почвы ниже первоначального уровня означает неполное вос-

производство почвенного плодородия. Возвращение почвенного плодородия к

исходному уровню означает простое воспроизводство плодородия. Создание

почвенного плодородия выше исходного уровня представляет собой расширен-

ное воспроизводство плодородия.

Под воздействием естественных и антропогенных факторов развивается

культурный почвообразовательный процесс. Специфичность культурного про-

цесса почвообразования заключается в том, что он развивается под направлен-

ным воздействием человека. При этом происходит замена естественной расти-

тельности культурными агроценозами (рисунок 3), а почвообразование воздей-

ствуют новые факторы, не свойственные природному процессу: обработка почвы,

применение удобрений и других средств химизации, различные приемы мелио-

рации (осушение, орошение и др.).

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

7

Рисунок 3 – Фито- и агрофитоценозы

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

8

Глава 2. Буферные свойства почвы

Основоположником науки о почве как самостоятельной естественно-

исторической науки стал выдающийся русский ученый Василий Васильевич До-

кучаев (1846–1903).

Докучаев впервые сформулировал науч-

ное определение почвы, назвав почву самостоя-

тельным естественно-историческим телом, ко-

торое является продуктом совокупной деятель-

ности материнской горной породы, климата,

растительных и животных организмов, возраста

почвы и отчасти рельефа местности. Все факто-

ры почвообразования о которых говорил Доку-

чаев были известны и до него, их последова-

тельно выдвигали разные ученые, но всегда в

качестве единственного определяющего усло-

вия.

В. В. Докучаев

Докучаев первый сказал, что возникновение почвы происходит в резуль-

тате совместного действия всех факторов почвообразования. Он установил

взгляд на почву как на самостоятельное особое природное тело, равнозначное

понятиям растение, животное, минерал и т.д., которое возникает, развивается,

непрерывно изменяется во времени и пространстве, и этим он заложил прочный

фундамент новой науки.

Докучаев установил принцип строения почвенного профиля, развил идею

о закономерности пространственного распределения отдельных видов почв, по-

крывающих поверхность суши в виде горизонтальных, или широтных зон, уста-

новил вертикальную зональность, или поясность, в распределении почв, под ко-

торой понимается закономерная смена одних почв другими по мере поднятия от

подножия до вершины высоких гор. Ему принадлежит и первая научная класси-

фикация почв, в основу которой были заложена вся совокупность важнейших

признаков и свойств почвы. Классификация Докучаева получила признание ми-

ровой науки и предложенные им названия «чернозем», «подзол», «солончак»,

«солонец» стали международными научными терминами. Он разработал методы

изучения происхождения и плодородия почв, а также методы их картографиро-

вания и даже в 1899 составил первую почвенную карту северного полушария (эта

карта называлась «Схема почвенных зон северного полушария»).

Кроме Докучаева большой вклад в развитие науки почвоведение в нашей

стране внесли П. А. Костычев, В. Р. Вильямс, Н. М. Сибирцев, Г. Н. Высоцкий,

П. С. Коссович, К. К. Гедройц, К. Д. Глинка, С. С. Неуструев, Б. Б. Полынов, Л.

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

9

И. Прасолов и другие.

Таким образом, наука о почве как о самостоятельном природном образо-

вании сформировалась в России. Докучаевские идеи оказали сильное влияние на

развитие почвоведения в других странах. Многие русские термины вошли в меж-

дународный научный лексикон (chernozem, podzol, gley и др.).

В настоящее время накоплен огромный научный материал, который ис-

пользуется специалистами сельского хозяйства и сотрудниками научных учре-

ждений для решения проблем загрязнения почвы.

Одним из наиболее распространенных в настоящее время загрязнений яв-

ляется поступление в окружающую среду тяжелых металлов (ТМ). Тяжёлые ме-

та ллы — группа химических элементов со свойствами металлов и значительным

атомным весом либо плотностью. Известно около сорока различных определений

термина «тяжелые металлы», и невозможно указать на одно из них, как наиболее

принятое. Соответственно, список тяжелых металлов согласно разным определе-

ниям будет включать разные элементы. Используемым критерием может быть

атомный вес свыше 50, и тогда в список попадают все металлы, начиная с вана-

дия, независимо от плотности. Другим часто используемым критерием является

плотность, примерно равная или большая плотности железа, тогда в список по-

падают такие элементы как свинец, ртуть, медь, кадмий, кобальт, а, например,

более легкое олово выпадает из списка. Существуют классификации, основанные

и на других значениях пороговой плотности или атомного веса. Некоторые клас-

сификации делают исключения для благородных и редких металлов, не относя их

к тяжелым, некоторые исключают нецветные металлы (железо, марганец).

Термин тяжелые металлы чаще всего рассматривается не с химической, а

с медицинской и природоохранной точек зрения и, таким, образом, при включе-

нии в эту категорию учитываются не только химические и физические свойства

элемента, но и его биологическая активность и токсичность, а также объем ис-

пользования в хозяйственной деятельности.

Термин тяжелые металлы, характеризующий широкую группу загрязня-

ющих веществ, получил в последнее время значительное распространение. В раз-

личных научных и прикладных работах авторы по-разному трактуют значение

этого понятия. В связи с этим количество элементов, относимых к группе тяже-

лых металлов, изменяется в широких пределах. В качестве критериев принад-

лежности используются многочисленные характеристики: атомная масса, плот-

ность, токсичность, распространенность в природной среде, степень вовлеченно-

сти в природные и техногенные циклы. В некоторых случаях под определение

тяжелых металлов попадают элементы, относящиеся к хрупким (например, вис-

мут) или металлоидам (например, мышьяк).

В работах, посвященных проблемам загрязнения окружающей природной

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

10

среды и экологического мониторинга, на сегодняшний день к тяжелым металлам

относят более 40 металлов периодической системы Д.И. Менделеева (рисунок 4)

с атомной массой свыше 50 атомных единиц: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo,

Cd, Sn, Hg, Pb, Bi и др.

Рисунок 4 – Периодическая система Д. И. Менделеева

При этом немаловажную роль в категорировании тяжелых металлов иг-

рают следующие условия: их высокая токсичность для живых организмов в отно-

сительно низких концентрациях, а также способность к биоаккумуляции и био-

магнификации. Практически все металлы, попадающие под это определение (за

исключением свинца, ртути, кадмия и висмута, биологическая роль которых на

настоящий момент не ясна), активно участвуют в биологических процессах, вхо-

дят в состав многих ферментов. По классификации Н. Реймерса, тяжелыми сле-

дует считать металлы с плотностью более 8 г/см3. Таким образом, к тяжелым ме-

таллам относятся Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg.

Формально определению тяжелые металлы соответствует большое коли-

чество элементов. Однако, по мнению исследователей, занятых практической де-

ятельностью, связанной с организацией наблюдений за состоянием и загрязнени-

ем окружающей среды, соединения этих элементов далеко не равнозначны как

загрязняющие вещества. Поэтому во многих работах происходит сужение рамок

группы тяжелых металлов, в соответствии с критериями приоритетности, обу-

словленными направлением и спецификой работ. Так, в ставших уже классиче-

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

11

скими работах Ю.А. Израэля в перечне химических веществ, подлежащих опре-

делению в природных средах на фоновых станциях в биосферных заповедниках,

в разделе тяжелые металлы поименованы Pb, Hg, Cd, As. С другой стороны, со-

гласно решению Целевой группы по выбросам тяжелых металлов, работающей

под эгидой Европейской Экономической Комиссии ООН и занимающейся сбо-

ром и анализом информации о выбросах загрязняющих веществ в европейских

странах, только Zn, As, Se и Sb были отнесены к тяжелым металлам. По опреде-

лению Н. Реймерса отдельно от тяжелых металлов стоят благородные и редкие

металлы, соответственно, остаются только Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg. В

прикладных работах к числу тяжелых металлов чаще всего добавляют Pt, Ag, W,

Fe, Au, Mn.

Ионы металлов являются непременными компонентами природных водо-

емов. В зависимости от условий среды (pH, окислительно-восстановительный

потенциал, наличие лигандов) они существуют в разных степенях окисления и

входят в состав разнообразных неорганических и металлорганических соедине-

ний, которые могут быть истинно растворенными, коллоидно-дисперсными или

входить в состав минеральных и органических взвесей.

Истинно растворенные формы металлов, в свою очередь, весьма разнооб-

разны, что связано с процессами гидролиза, гидролитической полимеризации

(образованием полиядерных гидроксокомплексов) и комплексообразования с

различными лигандами. Соответственно, как каталитические свойства металлов,

так и доступность для водных микроорганизмов зависят от форм существования

их в водной экосистеме.

Многие металлы образуют довольно прочные комплексы с органикой; эти

комплексы являются одной из важнейших форм миграции элементов в природ-

ных водах. Большинство органических комплексов образуются по хелатному

циклу и являются устойчивыми. Комплексы, образуемые почвенными кислотами

с солями железа, алюминия, титана, урана, ванадия, меди, молибдена и других

тяжелых металлов, относительно хорошо растворимы в условиях нейтральной,

слабокислой и слабощелочной сред. Поэтому металлорганические комплексы

способны мигрировать в природных водах на весьма значительные расстояния.

Особенно важно это для маломинерализованных и в первую очередь поверхност-

ных вод, в которых образование других комплексов невозможно .

Для понимания факторов, которые регулируют концентрацию металла в

природных водах, их химическую реакционную способность, биологическую до-

ступность и токсичность, необходимо знать не только валовое содержание, но и

долю свободных и связанных форм металла.

Переход металлов в водной среде в металлокомплексную форму имеет

три следствия:

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

12

1. может происходить увеличение суммарной концентрации ионов ме-

талла за счет перехода его в раствор из донных отложений;

2. мембранная проницаемость комплексных ионов может существенно

отличаться от проницаемости гидратированных ионов;

3. токсичность металла в результате комплексообразования может

сильно измениться.

Так, хелатные формы Cu, Cd, Hg менее токсичны, нежели свободные ионы.

Для понимания факторов, которые регулируют концентрацию металла в природ-

ных водах, их химическую реакционную способность, биологическую доступ-

ность и токсичность, необходимо знать не только валовое содержание, но и долю

связанных и свободных форм.

Знания теории устойчивости почвы к различным природным и антропоген-

ным влияниям, в частности к загрязнению ТМ, представляют важность для раз-

работки и внедрения научно-обоснованных систем удобрений, обработки почвы,

севооборотов, комплексных системных мероприятий. Вместе с этим, возникает

необходимость использования дополнительных показателей, которые бы указы-

вали на качественное исполнение межфазных взаимодействий на основе явлений

ионообменной адсорбции, десорбции.

Буферность почвы - свойство почвы препятствовать изменению своей ак-

тивной кислотности (рН) при воздействии кислот или щелочей. Обусловлена

присутствием в ней коллоидов, содержащих способные к обмену ионы: ионы во-

дорода определяют буферность по отношению к щелочам, а ионы основания — к

кислотам. Присутствие в почвенном растворе соли сильного основания (натрия,

калия, кальция) и слабых, преимущественно органических кислот (гуминовой,

угольной и др.), в смеси со слабой кислотой, имеющей общий с солью анион,

также обусловливает буферность почвы. Она зависит обычно от коллоидной и

илистой фракций почвы.

Наиболее высокой буферностью характеризуются богатые гумусом почвы

тяжелого гранулометрического состава (глинистого, тяжелосуглинистого) —

черноземные, торфянистые и др.

Буферность почвы способствует сохранению почвой своей реакции среды

или постоянному ее изменению при внесении физиологически кислых (щелоч-

ных) удобрений, при образовании в почве кислот, щелочей, солей в результате

биохимических процессов или при внесении этих веществ в почву осадками. Это

благоприятно влияет на растения и микроорганизмы почвы, которые не перено-

сят резких колебаний рН.

Буферные свойства отражают физико-химический аспект плодородия поч-

вы. С ними связаны калийный, фосфатный режимы, уровень и степень устойчи-

вости питания культурных растений, реализация буферных механизмов к под-

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

13

кислению, загрязнению катионами ТМ.

Буферность в определенных пределах контролирует равновесное состояние

системы, отображенное на рисунке 5.

Рисунок 5 – Взаимосвязь компонентов окружающей среды

Частным проявлением устойчивости почвы является физико-химическая

буферность, формирующаяся под влиянием соответствующих почвенных про-

цессов, что дает возможность диагностики последних. При использовании тради-

ционных агрохимических показателей в оценке агротехнических воздействий на

почвенное плодородие (нередко оно всего лишь статистически измеряется без

учета проявления антропогенного фактора) выпадают почвенные процессы. Это

существенно ограничивает возможность выбора оптимальных технологических

схем управления и моделирования ими для привлечения в решении экологиче-

ских, продукционных и иных проблем внутренних возможней самой почвы без

нанесения ей ущерба.

Согласно фундаментальным экологическим законом функционирования

природных систем любого ранга, их открытость внешним факторам подразуме-

вает наличие проявления согласованных механизмов устойчивости к неблаго-

приятным факторам. Почва, как диссипативная система не является исключением.

В ней механизмы устойчивости заложены в реакционных точках компонентах

минеральной, органической и органо-минеральной природы. В условиях при-

знанной научным фактом угрозы проявления деградационных процессов в па-

хотных почвах, затрагивающих указанные компоненты, неизбежно ухудшение

буферных свойств. Вместе с ними следует ожидать ослабление экологических

функций почвы, агроэкосистемы, их устойчивости к комплексу

Удобрения

Растения

Почва

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

14

приятных факторов, что в конечном итоге отразится на продуктивности культур-

ных растений.

Среди множества других в южной части Нечерноземной зоны можно вы-

делить такие факторы как

подкисление,

загрязнение,

истощение калием и фосфором, тем более что общий фон их прояв-

ления только усиливается.

Для сохранения приемлемой среды обитания для будущих поколений

необходимо повысить гомеостатический статус плодородия почвы (рисунок 6) в

управлении, которого важное место отводится режиму органического вещества,

как возобновляемому ресурсу.

Органическое вещество способ-

но оказывать на другие компоненты

почвы, в том числе на биофазу протек-

торное и стимулирующее действие. Во

многом этим объясняется тот факт, что

продуктивность культурных растений и

ее стабильность на 50-66% определяет-

ся плодородием почв (Шатилов, 1985).

В рассмотрении вопросов

устойчивости почвы важное место от-

водится показателям, отражающим бу-

ферные свойства – буферности к под-

кислению, загрязнению тяжелыми ме-

таллами, калию, фосфору и другим.

Рисунок 6 - Богатый урожай

зерновых собран в

хозяйствах Рязанской области

В свете агроэкологических представлений о роли почвенного покрова

студент должен правильно оценить состояние плодородия почвы, диагностируя

его не только общими физическими, вводно-физическими, агрохимическими,

биологическими, но и физико-химическими параметрами.

Проводя сравнительный анализ материалам в состоянии самостоятельно

понять условия реализации буферности к тем или иным факторам, с тем, чтобы

выбрать оптимальную стратегию управления взаимодействия формата:

фактор (условия)

почвен-ные про-

цесс(ы)

свойства (буферность)

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

15

В основе улучшения агротехнологий лежит сложное почвенное вещество.

От него зависит качество (эффективность) проявляемых эффектов, ожидаемых от

применения удобрений, обработки и других мероприятий, оказывающих влияние

на сельскохозяйственные растения через почву.

Следовательно, без характеристик о функциональном состоянии минераль-

ного комплекса почвы и отдельных его компонентов истинная информация об

устойчивости почв будет неполной.

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

16

Глава 3. Общее представление устойчивости почвы

к внешним воздействиям

Устойчивость почв – одна из главных экологических проблем современ-

ного естествознания. С одной стороны, устойчивость почв тесно связана с биотой,

а с другой – с экосистемой в целом (Черников и др., 2003). Устойчивость почв –

понятие комплексное и охватывает как частные виды устойчивости (физическую,

химическую, биологическую), так и общую (интегральную). Устойчивость почв

не может быть охарактеризована одним, даже ведущим показателем.

Признание у почв устойчивости к внешним воздействиям не отрицает их

способности к развитию и эволюции.

Главным фактором устойчивости почв является высокая скорость круго-

ворота биофильных элементов. Микроорганизмы поддерживают устойчивый

круговорот всех элементов, которые находятся в почве. Аккумуляция и транс-

формация в почвах веществ техногенного происхождения связаны с существова-

нием геохимических барьеров (Перельман, 1989).

Наличие в почвах геохимических барьеров увеличивает геохимическую

устойчивость почв, так как способствует переходу техногенных элементов в ме-

нее доступные для биоты формы.

Н.Б. Хитров (2002) в понятие устойчивости почв включает совокупность

взаимно дополняющих частных понятий. Некоторые из них следующие:

инертность отдельных компонентов почвы как способность не взаи-

модействовать с поступающими извне веществами;

стойкость, относительная стабильность основных групп твердых

компонентов, горизонтов и почвы как способность сохранять длительное время

состав и свойства при внешних воздействиях;

живучесть ценозов почвенных живых организмов как способность

сохранять структуру и характер функционирования сообщества при возмущениях;

сохранение почвой своего пространственного положения;

буферность как способность почвы поддерживать относительное по-

стоянство отдельных характеристик при небольшом изменении своего состава;

надежность функционирования почвы в составе геосистемы как спо-

собность почвы выполнять входные, внутренние и выходные функции, обеспечи-

вающие поддержание состояния и функционирование других компонентов гео-

системы (прежде всего, биоценоза);

устойчивость функционирования почвы, обеспечивающую поддер-

жание и обновление внутреннего состава, строения и характера связей между

компонентами;

способность к восстановлению состава, структуры и функционирова-

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

17

ния после возмущения исходного состояния.

Устойчивость почвы – способность почвы длительное время сохранять

свое состояние (состав, структуру, функционирование, пространственное поло-

жение) в условиях относительно небольшого изменения или колебания факторов

почвообразования, а также способность восстанавливать основные качественные

характеристики своего исходного состояния после его возмущения.

Устойчивость системы не является простой суммой устойчивости отдель-

ных ее компонентов. Для каждого иерархического уровня строения педосферы

свойственны особые механизмы. Почвенно-поглощающий комплекс (ППК), осо-

знаваемый как система органо-минеральных частиц, является ключевым звеном в

определении устойчивости почв к деградации.

По И. И. Лебедеву, В. Д.

Тонконогова, деградация почв –

результат негативных (с точки зре-

ния охраны природы или конкрет-

ной хозяйственной задачи) изме-

нений строения, состава и элемен-

тов функционирования почв, вы-

званных антропогенными процес-

сами (рисунок 7).

Необходимо по-разному

оценивать деградацию естествен-

ных и антропогенно-

преобразованных почв.

Рисунок 7 – Деградированная почва

В первом случае это негативное смещение комплекса свойств почв по от-

ношению к естественной почве, во втором – к заданной оптимальной модели.

А. С. Федоров полагает, что устойчивость почв к антропогенным воздей-

ствиям определяется прямыми и косвенными факторами.

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

18

Прямые факторы воздействия

гранулометрический и минерало-

гический состав

запасы и тип гумуса

почвенная биота

Косвенные факторы воздействия

климат

рельеф

время

К прямым факторам принадлежит также и антропогенный, изменяющий

устойчивость почвы к внешним воздействиям путем внесения удобрений, повы-

шающих буферные свойства, биологическую активность.

Потенциальный устойчивость почв имеет комплексный, многокомпонент-

ный характер и является ее фундаментальным свойством (Булгаков и др., 2002).

Применительно к агрогенно-преобразованным почвам Фридланд предла-

гает разграничивать понятия устойчивости и стабильности. Устойчивость – спо-

собность почв противостоять негативным воздействиям. Стабильность – способ-

ность почв сохранять приобретенные в результате агропедогенза позитивные

свойства и противостоять процессам восстановления естественных свойств, ко-

торые могут быть расценены как негативные.

Упругость – свойство почвы как компонента экосистемы полностью воз-

вращаться в исходное состояние после прекращения внешнего воздействия. Та-

кая же категория устойчивости выделяется для эко- и геосистем (Росновский,

1997). По мнению А. А. Ляпунова, собственно упругость и есть истинная устой-

чивость почвы как компонента экосистемы (Физическая энциклопедия, 1998).

Пластичность – способность почвы накапливать результаты внешних воз-

действий, не изменяя при этом (до некоторого предела) кардинально свою струк-

турно-функциональную организацию и экологические функции в экосистеме.

Упругость – первый барьер устойчивости почвы и экосистемы тоже, при-

чём барьер экологически безопасный, так как, почва, обладающая упругостью,

способна через некоторое время (зависящее от её периода релаксации) возвра-

щаться в практически точно исходное состояние. Пластичность же почвы – это

последний (конечный) барьер её устойчивости, превосходя который почва необ-

ратимо изменяется, переходя в новое качественно-классификационное состояние

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

19

(Росновский, 1993, 2001).

Н. Б. Хитров предлагает выделять два вида устойчивости, отображенных

на рисунке 8.

Рисунок 8 – Виды устойчивости почвы

Под устойчивостью в этом случае понимается свойство почвы как компо-

нента экосистемы сохранять собственные свойства, параметры режимов, соот-

ношение фаз и структурную организацию в некоторых пределах, определяемых

естественной вариабельностью в границах её классификационного выдела в

условиях действующих внешних возмущений различной (в том числе и антропо-

генной) природы (Росновский, 1993, 2001).

3.1.Критерии оценки устойчивости

Критические оценки устойчивости включают:

критические значения воздействий, вызывающих деградацию почвы

(перевод ее в необратимо неустойчивое состояние) или переход в другое устой-

чивое состояние;

параметры системы, остающиеся неизменными при различных воз-

мущениях;

критерии, основанные на отборе наиболее чувствительных характе-

ристик почвы к данному виду воздействия (биологические тесты, в частности

альгологический мониторинг, рисунок 9);

критерии, основанные на относительном изменении какого-либо

свойства или характеристики почвы;

Виды устойчивости почвы

Резистентная - способность со-хранять свойства при наличии

воздействия

Регенерационная - способность восстанавливать свойства по-

сле прекращения воздействия

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

20

Устойчивость почв к внешним

воздействиям определяется устойчиво-

стью почвенного микробного сообще-

ства (рисунки 10; 11). В качестве меры

устойчивости можно принять отноше-

ние скорости дыхания микроорганиз-

мов к их биомассе, названное микроб-

ным метаболическим коэффициентом

– qCO2 (Anderson, Domsch, 1985).

Рисунок 9 – Альгологический

мониторинг

Рисунок 10 - Почвенные микроорга-

низмы

Г.А. Евдокимова, В.Н. Перевер-

зев полагают, критерием устойчивости

почвы должна служить биогенность

почвы, рассчитываемая по формуле:

Бп = (Бмикр./Сорг. • Nорг./Сорг.) • 104,

где Бмикр. – микробная биомасса; Сорг.

и Nорг. – запасы органического веще-

ства и азота соответственно. Если БП <

2 – биогенность низкая; БП = 2-8 – био-

генность средняя; БП > 8 – биогенность

высокая.

Н.П. Чижикова считает, что для почв как открытой системы при ее актив-

ном функционировании важно как сохранение минеральных компонент, так и

мобилизация из них элементов питания. Возникает противоречие между устой-

чивостью минералов и необходимостью разрушения их для произрастания расте-

ний.

Изменения минералогическо-

го состава почв приводит к негатив-

ным явлениям в почвах, которые

принято относить к деградацион-

ным. Минеральные тонкодисперс-

ные компоненты (илистые фракции)

активно реагируют на антропоген-

ные воздействия, и в первую оче-

редь те из них, которые приводят к

подкислению почвенного раствора.

Рисунок 11 - Изучение почвенной микро-

флоры

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

21

Наиболее активно на изменение реакции среды реагируют смешанослой-

ные образования с высоким содержанием смектитовых пакетов. На фоне разру-

шения смектитовой фазы, деградации слюд-гидрослюд, хлоритов происходит от-

носительное накопление в тонких фракциях каолинита. Поэтому в качестве кри-

терия оценки устойчивости может служить количество ила и/или смектитовой

(вермикулитовой) компоненты в поверхностных горизонтах.

На рисунке 12 проиллюстрирована научно-исследовательская работа в

рамках почвенно-экологического мониторинга деградированных земель Рязан-

ского района Рязанской области, проводимого на кафедре агрохимии, почвоведе-

ния и физиологии растений Рязанского государственного агротехнологического

универсистета.

Рисунок 12 – Изучение профиля деградированной почвы Рязанского района

С позиции почвенной структуры устойчивость реализуется за счет спо-

собности почвы к переагрегации. Переагрегация почвенной массы происходит в

результате циклов набухания – усадки при увлажнении и высыхании, заморажи-

вания и оттаивания. В результате этих процессов идет формирование новых поч-

венных агрегатов и порового пространства, то есть иного структурного состояния

почвы (В. Ф. Уткаева).

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

22

3.2.Механизмы устойчивости почвы

Механизмами устойчивости являются:

многообразие компонентов почвы, обеспечивающее возможность за-

мены одного компонента другим для выполнения одной и той же функции почвы;

способность поглощению и удержанию веществ и энергии. Эта спо-

собность обеспечивается совокупностью физических, химических и биологиче-

ских явлений (адсорбция, ионный обмен, низкая растворимость многих соедине-

ний, активное удержание живыми организмами);

проточность системы (Глазовская, 1998), т.е. наличие возможности

удаления легко растворимых компонентов за пределы почвы в результате про-

мывания;

существование почвенных процессов, способствующих обновлению

состава, свойств и строения данной почвы.

Механизмы устойчивости почвы заложены в твердофазном веществе поч-

вы, представленном органическими, минеральными компонентами и продуктами

их взаимодействия.

Гумусовые вещества покрывают большую часть поверхности контакта

твердой фазы почвы и почвенного раствора. Плащ гуминовых кислот является

ареной химических и биохимических реакций иммобилизации и инактивации

токсических веществ, поступающих в почву. Этот процесс проходит при посред-

стве свободных радикалов гуминовых кислот. В то же время гумус выполняет

биопротекторную функцию. Доля вклада механизма связывания ТМ из почвен-

ного раствора в выполнение общей биопротекторной функции составляет 20%,

80% приходится на прямую физиологическую стимуляцию адаптационных реак-

ций растений на токсическое действие ТМ.

По мнению Дьяконовой, оптимальным содержанием гумуса следует счи-

тать такую величину, которая обеспечит устойчивое получение урожая культур-

ных растений, отвечающего биоклиматическому потенциалу региона. Уровень

содержания гумуса не должен лимитировать получение программируемого уро-

жая.

Продукты органно-минерального взаимодействия за счет адсорбционно-

десорбционного механизма участвуют в формировании запасов элементов пита-

ния в почве.

Снижение емкости катионного, которое в старопахотных лесостепных

черноземах достигло 5 – 10 % за последние 50 лет. Это объясняется как транс-

формацией органического вещества, так и изменением минералогического соста-

ва тонкодисперсных фракций, прежде всего ила, который концентрирует и физи-

чески стабилизирует основную массу органического вещества почв (55-90%). С

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

23

другой стороны, адсорбированные поверхностью илистых частиц, гумусовые

вещества защищают минеральный компонент от интенсивного преобразования.

Органно-глинистые комплексы являются формой накопления и консервации ор-

ганического вещества и тем самым формой накопления энергии, необходимой

для произрастания растений. Они служат формой стабилизации наиболее актив-

ной тонкодисперсной минеральной массы верхних слоев почвы (Травнинова и

др., 2000). Органно-глинистые комплексы участвуют в образовании микроагрега-

тов. Органно-глинистые комплексы образуют почвенно-поглощающий комплекс

(ППК). Именно ППК, осознаваемый как система органно-минеральных частиц,

является ключевым звеном в определении устойчивости почв к деградации.

Являясь самосогласованной системой, почва стремится обеспечить свою

устойчивость не синтезом инертных к внешним воздействиям компонент, а пу-

тем стабилизации гумусовых веществ фрагментами структур тонкодисперсных

минералов, до тех пор, пока не будет полностью исчерпан потенциал реализации

таких процессов.

Традиционно в параметрическую модель плодородия включались агрохими-

ческие, агрофизические и другие свойства. Мы попытались дополнить ее физико-

химическими свойствами, которые оказывают влияние на формирование продук-

тивности и отражают устойчивость почвы. В отличие от общих статических аг-

рохимических свойств, использующихся в моделях плодородия, физико-

химические описывают процессы, происходящие на границе двух фаз – твердой

(ППК) и жидкой (почвенный раствор).

Количественной и качественной мерами реализации механизмов устойчиво-

сти являются предложенные в таблице 1 показатели, отражающие три уровня

устойчивости почвы относительно низкий, средний и высокий. Длительное при-

менение минеральных и органических удобрений обеспечивало на серой лесной

тяжелосуглинистой почве достоверные прибавки урожайности сельскохозяй-

ственных культур в пределах 0,8-1,6 т/га к.ед. Средняя продуктивность севообо-

ротов составила 2,7-3,5 т/га к.ед. Ее нельзя считать предельной, так как в южной

части Нечерноземной зоны можно получать более высокие урожаи за счет опти-

мизации питания. Поэтому примем в модели, что значения относительной актив-

ности калия и калийной буферности в пределах 0,002-0,004 М/л и 24-45 соответ-

ственно, а также равновесной концентрации фосфора от 0,1 до 0,2 мг/л и фос-

фатной буферности от 34 до 45 мл/г ориентировочно характеризуют степень

устойчивости почвы как среднюю или близкую к ней.

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

24

Таблица 1 – Физико-химический блок модели плодородия серой лесной тяжело-суглинистой почвы

Уровень устойчивости почвы

Показатели Единица измерения

низкий средний высокий

урожайность, т/га к. ед. < 2,7 2,7-3,5 > 3,5

Общая за интервалы рН емкость буферности к подкислению (ЕБк)

мМ-экв/100 г < 9 9-11 > 11

Поглощенные основания (Ca

2++Mg

2+) мг-экв/100 г

< 20 20-25 > 25

Максимальная адсорбция (Qmax) по Ленгмюру:

мМ/кг

Цинка < 91 91-143 > 143 Меди < 104 104-130 > 130 Кадмия < 93 > 93 Свинца < 61 61-132 >132 Буферность к загрязнению по изо-терме адсорбции в точки концентра-ции

цинк 5 < 4 4-7 > 7 10 < 2 2-4 > 4 фактор медь 5 интенсив– < 5 5-6 > 6 10 ности в < 2 2-3 > 3 мМ/л кадмий 5 фактор < 4 > 4 10 емкости < 2 > 2 в мМ/кг свинец 5 < 2 2-6 > 6 10 < 1 1-4 > 4 Относительная активность калия (ARo)

М/л∙10-3

< 2 2-4 > 4

Потенциальная калийная буфер-ность (РБС

к)

Фактор емко-сти в

< 24 24-45 > 45

мг-экв/100 г Равновесная концентрация фосфора (в вытяжке 0,01 М CaCl2)

мг/л < 0,1 0,1-0,2 > 0,2

Емкость десорбции _(Qo) мг Р/100 г < 0,7 0,7-1,4 > 1,4 Потенциальная фосфатная буфер-ность (РВС

р)

мл/г < 34 34-45 > 45

Длительность полевых многолетних опытов и их схемы позволяют получить

достоверный экспериментальный материал и в сравнительном изучении вариан-

тов ранжировать как минимум три состояния указанных физико-химических па-

раметров, а значит функционирования почвы, соответствующие условно низкому,

среднему и высокому уровням устойчивости.

Предложенный физико-химический блок модели плодородия (таблица 1)

является ориентировочным для серой лесной тяжелосуглинистой почвы, так как

почва эволюционирует, и со временем будут меняться экологические требования

к ней.

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

25

Глава 4. Физико-химическая буферность к подкислению

4.1. Проблема подкисления почв

К наиболее экологически опасным, неблагоприятным воздействиям на

почвенный покров относятся подкисление почвы (De Schrijver, 1997; Соколова,

2000; Шамрикова, 2001).

В России площадь почв с избыточной кислотностью около 36,7 млн. га

или 31,6% общей площади пашни (Кузнецов и др., 2002). Одна из причин под-

кисления почвы – кислотные осадки. Взаимодействие кислых осадков с почвами

сопровождается ростом кислотности как жидкой, так и твердой фаз почвы. Одна-

ко данные о характере и масштабах изменения кислотности почв неоднозначны.

В настоящее время агрохимические исследования почвы проводятся на

современном оборудовании (рисунок 13).

Рисунок 13 – Агрохимические исследования почвы

На рисунке 14 отображен процесс определения влажности почвы экс-

пресс-методом с помощью тензиометра.

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

26

Рисунок 14 - Изучение влажности почвы тензиометром

Кислые осадки приводят к снижению рН почв, степень которого опреде-

ляется их буферной способностью, влиянием растительного покрова, величиной

кислотной нагрузки. Так среднее значение рН лесных почв Швеции снизилась с

1927 по 1983 г. на 0,3-0,9 ед. в подстилке и на 0,3-0,7 ед. в минеральных горизон-

тах (Hallbacken и др., 1986). В некоторых местах кислотность возросла на 1,5 ед.

рН. Повторное обследование в 1985 г. почв песчаного и глинистого грануломет-

рического состава Бельгии, не получивших удобрений и извести, выявило досто-

верное подкисление большинства почв по сравнению с 1950-1967 гг. В ряде почв

рост кислотности достигал 0,5 ед. рН (Buysse и др., 1996). Значительное подкис-

ление почв произошло в промышленных районах центральной Европы, особенно

в Германии, а также в Великобритании, Сербии, Моравии и Силезии. Исследова-

тели отмечают, что подкисление охватывает все глубокие слои почвы, однако в

наибольшей степени ему подвержены подстилка и верхний минеральный гори-

зонт (Falkengren-Grerup, 1987; Eriksson и др., 1992).

В среднем 50% потери запасов обменных оснований были зарегистриро-

ваны за 35 лет в почвах южной Швеции (Falkengren-Grerup, 1987). Большие поте-

ри обменных оснований характерны для многих лесных почв центральной Евро-

пы. Исследования почв северной Германии показали, что 70-80% лесных почв до

глубины 70 см находилось в пределах алюминиевой буферной зоны. Показатель-

ным примером антропогенного подкисления являются почвы Черного треуголь-

ника, сместившиеся в алюминиевую и железистую буферные зоны.

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

27

По данным А. П. Щербакова и др.(2000), снижение рН в черноземах ЦЧО

может иметь 2 ед. и распространяться на глубину более метра, что на сегодняш-

ний день имеет место, так здесь отмечается высокий темп приращения площадей

кислых почв.

По данным Р. Вейтене (2003), подкисление почвенного покрова Литвы за

период с 1988 по 1998 гг. произошло на 1,1 единицы (с 5,5 до 4,4), что связано с

недостаточным известкованием. Ученым установлена прямая корреляционная

связь между реакцией почвы и количеством подвижного алюминия (R=0,98).

Минеральные удобрения подкисляют почву (Назырова, 2003; Смык, 2002;

Минеев и др., 2004; Небытов, 2004; Pierre, 1928). По данным Литовского инсти-

тута земледелия (Чюбяркене и др., 2003), при применении в течение 20 лет трой-

ной нормы NPK подкисление почвы произошло на 1,3 единиц.

В опыте В. Г. Минеева и др. (2004) на дерново-подзолистой почве среди

показателей, характеризующих негативное последействие 40-летнего применения

NK-удобрений на неизвесткованной почве, в первую очередь была выделена по-

вышенная кислотность и отдельные составляющие биологической активности

почвы. Опытным путем И.Д. Свистовым и др. (2004) в условиях высокобуферно-

го выщелоченного чернозема было установлено, что многолетнее внесение мине-

ральных удобрений в производственных дозах даже на фоне органических удоб-

рений приводило к подкислению и декальцированию почвы. По данным В.Д.

Мухи и др. (2003), в типичном черноземе ежегодный вынос кальция составляет

344 кг/га. Отмечено сильное подкисление почвы при внесении навоза и мине-

ральных удобрений на 2,1 рН за 30 лет.

По мнению A. Wallace (1994), подкисление почвенного раствора после

применения удобрений происходит в том случае, если синтезируемая азотная

кислота не инкорпорируется органическим веществом (из-за незначительного его

содержания) и не используется растением. Потенциально подкисляющий эффект

от аммонийного азота может быть эквивалентен 3,5 кг соляной кислоты на 1 кг

азота.

По данным Ф. И. Назыровой (2003), снижение буферности серых лесных

почв в кислотном интервале (Башкортостан) происходит при внесении мине-

ральных удобрений под зерновые культуры. И только совместное применение

минеральных удобрений совместно с органическими приводит к увеличению ем-

кости буферности в два раза.

В многолетнем опыте Л. В. Ильиной (1997) по комплексному окультури-

ванию серых лесных почв наблюдалось некоторое подкисление почвенного рас-

твора вследствие применения физиологически кислых удобрений. Тем не менее,

благодаря достаточному пищевому фону, оптимальному проявлению других эко-

логических факторов роста и развития, достоверное снижение урожайности

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

28

культурных растений не происходило.

Проблема кислотности существует для пахотных почв южной части Не-

черноземной зоны. Несмотря на незначительное уменьшение кислотности, она

остается на неблагоприятном для культурных растений уровне. Большинство

почв имеют кислую реакцию почвенного раствора. Указанная проблема имеет

все предпосылки для обострения, связанные с ослаблением буферных способно-

стей вследствие ухудшения структурного и функционального состояния эдафи-

ческих механизмов агроэкосистемы и проявления известных последствий техно-

генезации биосферы.

Известно негативное побочное проявление повышенной кислотности, вы-

ражающееся в повышении активности некоторых элементов (Подколзин и др.,

2002; Анисимов и др., 2005; Ruhn и др., 1983).

По данным разных авторов, изучавших влияние кислых осадков на почвы,

на вытеснение обменных катионов протоном расходуется 50-70% от поступаю-

щих в почву протонов (Соколова и др., 1996, 2001; James и др., 1986; Brown, 1987;

Vance и др., 1991).

Под действием кислоты частично растворяются, частично теряют окри-

сталлизованность тонкодисперсные глинистые силикаты, особенно смектитовой

группы. В процессе титрования кислотой подзолистого горизонта важнейшими

буферными реакциями являются реакции вытеснения протоном обменных осно-

ваний, реакции протонирования поверхностных гидроксильных групп на части-

цах гидроксидов Fe и Al и на боковых сколах глинистых кристаллитов и реакции,

обеспечивающие переход в раствор Al (Шамрикова, 2001).

В нейтрализации поступающих в почву кислых агентов участвует мине-

ральный комплекс (Шамрикова, 2001). В опытах О. Н. Козловой и др. (1999), при

модельной кислотной нагрузке на лесную подзолистую почву, равной 2,5 мМ/100

г, наблюдалось снижение интенсивности и расширение рефлексов всех глини-

стых минералов.

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

29

В горизонте А1А2 уменьшалось

содержание лабильных минералов и

относительно увеличивалось количе-

ство каолинита в составе илистой

фракции, что связано с растворением

глинистого материала, происходящим в

первый момент взаимодействия с мо-

дельными кислыми осадками (рисунок

15).

Повышенная кислотность почвы

напрямую и через ухудшение других,

связанных с нею свойств, приводит к

снижению продуктивности культурных

растений.

Так в опыте В. Г. Минеева и др.

(2004) на дерново-подзолистой почве

до 58% изменчивости урожая викоов-

сяной смеси было связано с варьирова-

нием кислотности почвенного раствора.

Рисунок 15 – Профиль лесной

подзолистой почвы

Следовательно, в повышении устойчивости почвы к подкислению реша-

ющую роль играет функциональное состояние минеральных и органических

компонентов ППК, обусловленное не только свойствами качественного порядка,

но и количественным содержанием активных в отношении нейтрализации кис-

лых агентов веществ.

По состоянию на 2002 г. в Рязанской области при средней взвешенной

кислотности 5,41 общее количество кислых пахотных почв составило 65,2%, в

2005 г. – 69,2 %, а кислотность за четыре года повысилась на 0,05 ед. (рисунок

16).

Рост площади кислых пахотных почв

4,7

24

36,5

20

14,8

<4,5 4,5-5,0

Рисунок 16 – Состояние кислотности пахотных почв в Рязанской области

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

30

4.2. Общие понятия и термины, буферные зоны

Буферность почвы это свойство почвы препятствовать изменению её ре-

акции (pH) под действием кислот и щелочей. Чем больше коллоидных частиц и

гумуса в почве (например, чернозёмы) и чем больше они содержат поглощённых

оснований, тем большей величиной буферности обладает почва по отношению к

физиологически кислым удобрениям, кислотным выпадениям и т.д.

Буферность почв к подкислению является одной из важнейших характе-

ристик химического состояния почвы, контролирующая устойчивость почвы ко

многим неблагоприятным воздействиям. Она определяется как способность жид-

кой и твердой фаз противостоять изменению реакции среды при добавлении к

почве кислоты (Орлов и др., 1996).

Рисунок 17 – Отбор проб почвы буром

Химических механизмов про-

явления буферности несколько. Ре-

ализация их связана с вовлекаемы-

ми в процесс буферизации химиче-

ских компонентов почвы (рисунок

17). Данному направлению иссле-

дований большое внимание уделял

немецкий ученый Б. Ульрих (Ulrich,

1983), который в 80-ых годах разра-

ботал концепцию буферных зон.

В соответствии с этой концеп-

цией в процессе взаимодействия с

кислыми осадками почва проходит

ряд стадий,

каждая из которых характеризуется диапазоном значений рН и определенным

доминирующим буферным механизмом; эти стадии Ульрих назвал буферными

зонами. Каждая буферная зона охарактеризована двумя параметрами – емкостью

и скоростью протекания буферных реакций.

Карбонатная буферная зона имеет значение только в почах, содержащих

карбонаты, и соответственно, имеющих рН>6,2. Основной буферной реакцией

является растворение карбонатов. Буферная емкость этой зоны равна 150

кмоль/га в пересчете на 1% CaCO3. Скорость буферной реакции достаточно вы-

сока, но она может снижаться, если карбонаты представлены обломками, покры-

тыми железистыми пленками.

Силикатная буферная зона играет наибольшую роль в диапазоне значений

рН от 5,0 до 6,2. Основным механизмом буферности является замещение прото-

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

31

ном щелочных и щелочноземельных металлов, входящих в кристаллическую ре-

шетку минералов. Буферная емкость этой зоны зависит от минералогического со-

става почвы, который определяет содержание оснований в кристаллических ре-

шетках. Скорость буферных реакций – т.е. скорость растворения силикатов мала,

она измеряется величинами 0,2 – 2 кмоль/га/год и контролируется скоростью

отделения поверхностных протонированных комплексов от кристаллической ре-

шетки.

Катионно-обменная буферная зона соответствует интервалу рН от 4,5 до

5,0. Основной буферной реакцией является вытеснение протоном обменных ос-

нований, прежде всего Ca, из ППК. Буферная емкость этой зоны примерно соот-

ветствует ЕКО и в среднем равна 7 кмоль/га/1% илистой фракции, если она обес-

печивается только минеральными компонентами. Скорость буферных реакций

катионного обмена достаточно велика и многие из них осуществляются практи-

чески мгновенно.

Алюминиевая буферная зона соответствует значениям рН < 4,2. Основной

буферной реакцией является вытеснение протоном в раствор алюминия. В соот-

ветствии со средним содержанием алюминия в глинистых минералах емкость

алюминиевой буферной зоны оценивается в 100-150 кмоль/га на 1% глинистых

минералов. Скорость буферных реакций в пределах этой зоны может быть очень

разной – она максимальна для аморфных тонкодисперсных гидроксидов (не-

сколько кмолей/га/год) и значительно меньше для большинства глинистых мине-

ралов (десятые доли киломоля/га/год).

Железистая буферная зона соответствует значениям рН < 3,2. Основной

буферной реакцией является растворение гидроксидов Fe.

К буферным реакциям относится вытеснение протоном обменных Ca, Mn,

Mg, К, вытеснение протоном Al из тетраэдров трехслойных глинистых минера-

лов, реакции, обеспечивающие протонирование поверхностных гидроксильных

групп на частицах гидроксидов Fe и Al и на боковых сколах глинистых кристал-

литов, растворение солей Ca, Mg и К низкомолекулярных органических кислот,

тонкодисперных аморфных гидроксидов Al, вероятно диссоциация Al- и Mn-

органических комплексов (Шамрикова и др., 2002; Иванова и др, 2002; Stumm,

1992).

4.3. Методика определения буферности к подкислению

Для определения буферности к подкислению наиболее широкое распро-

странение получил два метода: непрерывное потенциометрическое титрование

(НПТ) и равновесное потенциометрическое титрование (РПТ). При НПТ измене-

ние рН оценивают через несколько минут после добавления титранта, а при РПТ

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

32

– через часы и (или) сутки.

Буферность системы характеризуется показателями емкости и интенсив-

ности. В строгом смысле слова емкость буферности – это количество титранта,

которое нужно ввести в систему для доведения рН до величины, свойственной

титранту. Реально определяемая емкость буферности не вполне соответствует

этой формулировке, и ее условно оценивают по количеству кислоты или основа-

ния, которое нужно добавить в систему для доведения рН до заданной величины,

которая определяется целями исследования. Емкость буферности (ЕБ) рассчиты-

вается в молях на единицу массы почвы, и каждая почва характеризуется един-

ственной величиной емкости буферности в заданном интервале значений рН.

Интенсивность буферности – это количество титранта, которое нужно до-

бавить, чтобы сместить величину рН системы на единицу; она обозначается

обычной буквой β и может быть записана в форме дифференциального уравнения

как:

β = ∆Ci/∆pH,

где ∆pH – измерение рН в ответ на добавление бесконечно малого количества

титранта ∆Ci (Cоколова и др., 2001).

Интенсивность буферности выражают в молях на единицу массы почвы

на единицу рН. Почва не может быть охарактеризована единственной величиной

интенсивности буферности, поскольку этот показатель изменяется по диапазонам

значений рН.

Метод НПТ начал широко использоваться в почвоведении, начиная с 20-х

-30-х годов этого столетия, когда Бредфилдом (Bradfield, 1923, 1928, цитата по

Чернову, 1948) и Б. П. Никольским (1928) были опубликованы первые кривые

потенциометрического титрования образцов различных почв, причем Б.П. Ни-

кольским было предложено понятие “податливости ” почв к воздействию кислот

и оснований, по своему физическому смыслу обратное понятию буферности и

соответственно определяемое как ∆рН/∆Сi.

В 30 - 40 годах ХХ века Н. П. Ремезов получил кривые НПТ для зонально-

го ряда почв России и интерпретировал результаты в связи с вопросами генезиса

почв и их коллоидно-химическими свойствами (Ремезов, 1989).

В связи с тем, что в последнее время наблюдается снижение буферности

почв к кислоте целесообразными являются исследования факторов, влияющих на

буферность к подкислению. Одними из таких факторов являются удобрения.

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

33

Рисунок 18 – Агрохимическая

лаборатория

Ход анализа (рисунок 18). Водные сус-

пензии почвы для титрования готовят в

соотношении 1:25 и 1:2,5 в органиче-

ских и минеральных горизонтах соот-

ветственно, затем их встряхивают в те-

чение 15 минут и титруют весь объем

суспензии (рисунок 19).

Водные и КCl–вытяжки готовят

при таком же соотношении почва: рас-

твор, заливая их водой (водная вытяж-

ка), оставляют на ночь, на следующий

день фильтруют и отбирают аликвоту

фильтрата, равную 15 мл для титрова-

ния.

Титрование проводят на автотит-

раторе БАТ-15 (рисунок 20) растворами

0,05 н НСl от начальной точки титрова-

ния (НТТ) до рН 3, регулируя величину

рН на универсальном иономере ЭВ-74

через 2 минуты после добавления оче-

редной порции титранта.

Рисунок 19 – Автотитратор БАТ-15

Далее строят график зависимо-

сти изменения рН от объема прилитой

кислоты и рассчитывают емкость бу-

ферности по интервалам рН, заполнив

предварительно таблицу, показанную в

приложении 1. Кислотная нагрузка

(концентрация ионов водорода в ис-

ходном растворе – [H+]) рассчитывается

по следующей формуле:

[H+]=10

рН

Рисунок 20 – Иономер ЭВ-74

Полученные экспериментально кривые НПТ чаще всего дают лишь самое

общее представление о величине буферности, поскольку из-за полифункцио-

нальности почвы на них редко бывают хорошо выражены перегибы, соответ-

ствующие отдельным буферным реакциям. Для более точного выявления отдель-

ных буферных компонентов по результатам титрования строят графики зависи-

мости интенсивности буферности от рН (Соколова и др., 2001).

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

34

4.4. Интерпретация результатов исследований

Рассмотрим влияние минеральных и органических удобрений на форми-

рование буферности к подкислению серой лесной почвы. Агрохимические свой-

ства серой лесной почвы отражены в таблице 2.

Таблица 2 – Агрохимическая характеристика серой лесной почвы (0-20 см)

Вариант Гумус,%

P2O5, K2O,

рНсол

Нг Са2+

+Mg2

+

мг/100 г мг-экв/100 г

система удобрения

Без удобрений

(контроль 1) NPK (90) +навоз 40 т/га

органоминеральная

2,1±0,2 12,3±0,9 14,4±0,9 5,7±0,1 2,6±0,1 24,1±0,3

3,0±0,2 32,0±0,4 24,1±0,4 5,9±0,2 1,9±0,01 26,0±0,4

Без удобрений (контроль 2)

минеральная

2,2±0,3 7,3±0,4 8,6±0,4 5,5±0,2 3,0±0,1 22,6±0,4

Фон NK+Pсд 2,3±0,2 25,7±0,4 23,0±0,5 5,0±0,2 4,6±0,1 18,9±0,5 Фон PK+Nх 2,3±0,1 26,1±0,3 23,3±0,5 4,4±0,2 6,1±0,0 14,5±0,5

Фон PK+Nскц 2,3±0,2 26,5±0,4 22,0±0,1 5,0±0,3 4,5±0,1 20,0±0,5 Фон NP+Ккс 2,3±0,2 24,7±0,3 24,1±0,4 5,4±0,4 3,5±0,1 22,0±0,6

органическая

Без удобрений (контроль 3) – НП 2,0±0,3 11,0±2,2 7,0±1,0 5,5±0,1 3,1±0,1 23,0±0,7

Навоз 40 т/га – ОП 5,4±0,7 46,6±1,0 40,7±2,3 6,0±0,3 1,3±0,1 46,3±0,6 Примечание: Рсд – суперфосфат двойной; Nх – хлористый аммоний; Nскц - кальциевая селитра; Ккс – калийная

соль; НП – неокультуренная почва; ОП – окультуренная почва.

Длительное (40 лет) применение хлористого аммония повышает кислот-

ность серой лесной почвы (рН = 4,4). Это приводит к снижению в пахотном слое

общей буферности до минимальных по сравнению с другими вариантами опытов

значений – 4,2 мМ-экв/100 г, что на 3,4 мМ-экв/100 г меньше контроля (таблице

3).

В отличие от варианта PK+Nx (опыт 2) в варианте NK+Pcд (опыт 3) доза

физиологически кислого азотного удобрения под картофель была меньше на 20

кг/га, поэтому рН составила 5,0, а емкость буферности соответствовала контролю

– 7,4 мМ-экв/100 г. Из всех буферных зон, ответственных за нейтрализацию

ионов водорода, наибольший практический интерес представляют карбонатная и

катионно-обменная, так как можно улучшить механизмы их реализации техноло-

гически – путем пополнения ППК кальцием и повышения в почве органического

вещества. Так, одна только замена хлористого аммония на кальциевую селитру

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

35

повышает емкость буферности в два раза (с 4,2 до 8,9 мМ-экв/100 г.). Совместное

применение минеральных и органических удобрений (органоминеральная систе-

ма удобрения), при котором содержание гумуса повышается до 3%, а кислот-

ность становится близкой к нейтральной, повышает устойчивость почвы к под-

кислению: емкость буферности возрастает до 10,8 мМ-экв/100 г. Однако и это не

предел. Стратегия земледелия, ориентированная на активизацию гумусообразо-

вания, означает наращивание потенциала устойчивости – максимальная величина

емкости буферности составляет 18,5 мМ-экв/100 г.

Таблица 3 – Емкость буферности (мМ-экв/100 г) серой лесной почвы в зависимо-

сти от применения удобрений

Вариант Интервалы значений рН Общая

7,0- 6,5

6,5- 6,0

6,0- 5,5

5,5- 5,0

5,0- 4,5

4,5- 4,0

4,0- 3,5

3,5- 3,0

буфер-ность

Без удобрений

(контроль 1,2,3)

нет 0,25 (3)

0,38 (5)

0,63 (8)

0,88 (12)

1,25 (16)

1,75 (23)

2,50 (33)

7,6 (100)

NK+суперфофат двой-

ной (Pд)

нет нет 0,38

(5)

0,63

(8)

1,00

(13)

1,25

(17)

1,73

(23)

2,56

(35)

7,4

(100)

PK+хлористый аммо-

ний (Nx)

нет нет нет нет нет 0,63

(15)

1,36

(33)

2,18

(52)

4,2 (100)

NP+кальциевая селит-ра (Nскц)

0,10 (1)

0,40 (4)

0,50 (6)

0,75 (8)

1,00 (11)

1,38 (16)

1,88 (21)

2,88 (32)

8,9 (100)

NPK (90) +навоз 40 т/га

0,38 (4)

0,50 (5)

0,75 (7)

1,13 (10)

1,25 (12)

1,75 (16)

2,23 (21)

2,81 (26)

10,8 (100)

Навоз 40 т/га 0,25 0,75 1,75 2,25 2,75 3,50 3,50 3,75 18,5

На рисунке 21 показано влияние окультуренности серой лесной почвы на

характер изменения кривых потенциометрического титрования, на основе кото-

рых рассчитывают емкость буферности за интервалы рН.

неокультуренная почва

0

2

4

6

8

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

0,05 HCl, мл

рН

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

36

окультуренная почва

0

2

4

6

8

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

0,05 M HCl, мл

рН

Рисунок 21 – Кривые потенциометрического титрования серой лесной

почвы в зависимости от ее окультуренности

Установлена зависимость ЕБ от содержания поглощенных оснований

кальция, магния и различных видов кислотности (рисунок 22). Например, исходя

из уравнений регрессий рассчитано, что увеличение в серой лесной почве содер-

жания суммы кальция и магния на 1 мг-экв/100 г почвы и снижение кислотности

почвы (рНсол) на единицу способствуют повышению значения ЕБк соответствен-

но на 3,6 и 39,3 мМ-экв/кг почвы.

Y= 7,7+3,6X

r = 0,77

поглощенные основания, мг-экв/100 г

емкость буферности, мМ-экв/кг

40

60

80

100

120

140

160

10 14 18 22 26 30 34 38

Y=-122,5+39,3X

r = 0,89

рНсол

емкость буферности, мМ-экв/кг

40

60

80

100

120

140

160

4.4 4.8 5.2 5.6 6 6.4 6.8

Y= -170,4+39.5X

r = 0,90

рНвод

емкость буферности, мМ-экв/кг

40

60

80

100

120

140

160

5.6 6 6.4 6.8 7.2 7.6 8

Y=134,4-12,4X

r = -0,85

Нг

емкость буферности, мМ-экв/кг

40

60

80

100

120

140

160

0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5 6.5 7.5

Рисунок 22 – Зависимость емкости буферности к подкислению от различных ви-

дов кислотности и содержания поглощенных оснований

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

37

Глава 5. Физико-химическая буферность к загрязнению

5.1. Проблема загрязнения почв

Большая работа по мониторингу загрязненных тяжелыми металлами почв

Рязанской области проведена д.с.х.н., профессором Ю. А. Мажайским.

По сведениям Ю. А. Мажайского (2003), почвы Рязанской области имеют

свои геохимические особенности, связанные с формированием на материнской

породе, обедненной некоторыми ТМ. Тем не менее, в результате техногенного

загрязнения в корнеобитаемом слое агроландшафтов происходит с разной степе-

ни интенсивности повсеместная аккумуляция элементов-загрязнителей. В Рязан-

ской области только с атмосферными осадками выпадает в г/га Zn – 181, Cu - 73

и Pb – 4,7 (Мажайский, 2003).

Техногенное загрязнение почв культурных ландшафтов Рязанской обла-

сти по Ю. А. Мажайскому в разных участках земной поверхности существенно

различается. Максимальным оно будет в местах концентрации промышленного

производства, добычи полезных ископаемых, работы теплоэлектростанций.

Основными источниками загрязнения экосистемы в Рязанской области

являются 132 предприятия. Главные источники загрязнения ТМ – предприятия

теплоэнергетики. Промышленные предприятия Рязанской области по количеству

выбрасываемых в атмосферу вредных веществ расположились в следующий ряд:

нефтехимические > станкоинструментальные > металлургические > машино-

строительные заводы и др. (рисунок 23). В их выбросах содержатся такие высо-

котоксичные элементы, как свинец, мышьяк, кадмий, медь, и менее токсичные:

олово, молибден, кобальт и др.

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

38

Рисунок 23 – Предприятия Рязанской области, вносящие существенный вклад в

поступление в атмосферный воздух тяжелых металлов

а– Рязанская ГРЭС, ГРЭС-24; б – нефтезавод; в – кожзавод; г - автотранспорт

Антропогенная нагрузка в районах области неоднородна. При ее оценке

учитывались все работающие предприятия районов области. При наличии на

территории административного района промышленных предприятий (за каждое

давался 1 балл) суммировались все баллы. В результате получились совокупные

баллы суммарной антропогенной нагрузки в целом по области. По данной мето-

дике выработана шкала антропогенной нагрузки и составлена схема ее распреде-

ления по территории административных районов Рязанской области.

В пяти южных районах области (Александро-Невском, Сараевском, Ухо-

ловском, Сапожковском и Чучковском) и в трех восточных районах (Пителин-

ском, Кадомском, Ермишинском; рисунок 24) антропогенная суммарная нагрузка

на биосферу очень низкая. Небольшая нагрузка воздействия промышленности

а

б

в

г

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

39

наблюдается в таких районах как Клепиковский, Рыбновский, Захаровский,

Пронский, Старожиловский, Кораблинский, Милославский, Ряжский, Шацкий.

Остальные агроландшафты области испытывают существенную локальную тех-

ногенную нагрузку.

ЖБИ-2 г. Рязани

Касимовский кирпичный завод

Наибольшими загрязнителями

экосистем являются промышленные

комплексы г. Рязани (более 20 баллов),

заводы г. Касимова, Спасска-

Рязанского, Михайлова (16-20 баллов),

Сасово (11-15 баллов) и др.

В составе выбросов работающих

предприятий имеется большой спектр

химических загрязнителей, которые,

попадая в воздушные потоки, загряз-

няют ТМ атмосферные осадки. Дожде-

вые осадки, выпадающие на террито-

рии Рязанской области, загрязнены ТМ

более значительно, чем снег. Среднего-

довые нагрузки химических элементов

с атмосферными выпадениями на агро-

ландшафт региона приведены ниже

(таблица 4).

Карьер Михайловского района

Рисунок 24 – Предприятия Рязанской

области, вносящие больший вклад в за-

грязнение атмосферного воздуха

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

40

Таблица 4 - Выпадение тяжелых металлов с атмосферными осадками на

территории агроландшафта Рязанской области (г/га в год)

Годы Цинк Медь Свинец Кадмий

1993 41,1 21,3 21,8 -

1994 291,1 1189,8 37,9 1,5

1995 156,8 22,4 89,6 5,6

1996 114,6 73,6 36,5 -

1997 173,6 16,8 99,1 8,4

1998 428,2 178,4 54,8 4,2

1999 63,3 13,9 35,5 4,0

В среднем 181,2 73,8 53,6 4,7

Величины поступления ТМ с осадками варьируют, что связано как с ме-

теорологическими условиями сезона, так и с различным влиянием неровностей

земной поверхности. Максимальные поступления с пылевыми выпадениями бы-

ли отмечены по цинку, свинцу, кадмию, а с жидкой фракцией – по меди.

Одним из основных загрязнителей агроландшафта Рязанской области яв-

ляются промышленные комплексы Рязани, на территории которой располагаются

следующие предприятия: тепловой энергетики (Дягилевская и Ново-Рязанская

ТЭЦ), нефтепереработки и нефтехимии (АО «РНПЗ», АО «Виско-Р»), цветной

металлургии (завод «Рязцветмет»), машиностроения и металлообработки (Рязан-

ский завод автоагрегатов, АО «Тяжпрессмаш», АООТ «Центролит» и другие).

По данным Городского комитета охраны окружающей среды, на долю

перечисленных отраслей производства приходится 99% всех загрязняющих ве-

ществ, поступающих в атмосферу города.

Территориальное расположение промышленных предприятий позволяет

выделить в городе несколько промышленных зон: северо-западную, централь-

ную, южную и восточную. Особенностью структуры города Рязани является пе-

риферийное размещение площадок промышленных предприятий. Исключитель-

но высокой насыщенностью предприятиями химической, металлургической,

энергетической промышленности характеризуется южная промышленная зона. В

результате проведенной Городским комитетом охраны окружающей среды ком-

плексной эколого-медицинской оценки было установлено, что на долю южного

промышленного комплекса приходится почти 85% общего количества вредных

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

41

выбросов по г. Рязани, суммарный индекс загрязнения в данном районе равен

35,6. Если учесть, что именно в этом районе сосредоточены предприятия тепло-

энергетики, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, то,

естественно, территория южного промышленного комплекса подвержена загряз-

нению тяжелыми металлами.

Другой центр скопления предприятий, являющихся крупными источника-

ми техногенных выбросов в атмосферу города, расположен на северо-западе Ря-

зани. Здесь расположены предприятия теплоэнергетической, машиностроитель-

ной и станкоинструментальной промышленности. Атмосферный воздух здесь за-

грязняется в основном теми же соединениями, что и в юго-восточной зоне, но в

значительно меньших объемах. Суммарный индекс загрязнения атмосферного

воздуха составил 19,8.

Статистические данные ежегодных Государственных докладов о состоя-

нии окружающей среды отражают информацию о выбросах промышленных

предприятий в атмосферу за 1994–1997 гг. и свидетельствуют о постоянном со-

кращении их объемов. Однако данный факт обусловлен не столько проведением

природоохранных мероприятий, сколько общим спадом в экономике страны. В

1998 году на фоне незначительного экономического роста сразу же наметилась

тенденция к увеличению выбросов техногенных веществ в атмосферу, которая в

настоящее время только нарастает.

Наибольшее количество загрязняющих веществ поступает в атмосферу

города Рязани от предприятий теплоэнергетики, цветной металлургии, нефтепе-

рерабатывающей и нефтехимической промышленности.

Современный транспорт – особый источник воздействия на природу и че-

ловека. Он относится к так называемым передвижным источникам загрязнения

окружающей среды. Из всех видов транспорта в наибольшей степени загрязняет

окружающую среду автомобильный транспорт. На долю автотранспорта в сум-

марном объеме техногенных выбросов г. Рязани приходится более 50 %. Кроме

того, если в условиях экономического спада наблюдается некоторое уменьшение

выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников, то процент вкла-

да от передвижных источников постоянно растет. Это связано, прежде всего, с

ростом количества единиц автотранспорта и концентрацией его в городах. По

данным Городского комитета по охране окружающей среды, в Рязани количество

автомашин только с 1995 по 1998 год возросло более чем в 2 раза (рисунок 25).

Автомобильный парк в городе сильно изношен, его эксплуатация часто

сопряжена с нарушениями экологической безопасности. Появление на городских

улицах старых автомобилей, в том числе и зарубежного производства, способ-

ствует еще большему загрязнению воздушного бассейна.

Для Рязани, как и для большинства старинных русских городов, характер-

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

42

но слабое развитие уличной городской сети, плохое состояние дорожного покры-

тия улиц, что приводит к частому использованию режима принудительного холо-

стого хода и малой скорости движения автотранспорта (рисунок 26). Известно,

что при малых скоростях движения и при режиме холостого хода в атмосферу

выбрасывается гораздо больше выхлопных газов (наиболее опасным веществом в

них является свинец), чем при других режимах работы автомобильного двигате-

ля.

Рисунок 25 - Автомобильные пробки

Рисунок 26 – Плохое состояние автомо-

бильных дорог

С 1995 г. в Рязани запрещено распространять этилированные бензины, но

на территории города могут находиться и иногородние автомашины, которые не

следуют этому запрету. Переход на использование неэтилированных бензинов не

решает полностью проблему предотвращения загрязнения городской среды вы-

сокоопасными токсикантами – тяжелыми металлами. Исследованиями последних

лет установлено, что в составе самих нефтей и продуктов их переработки содер-

жится более 50 ТМ. В составе бензинов и дизельного топлива находятся такие

элементы, как медь, цинк, бром, свинец, кадмий, марганец, ванадий, никель и др.

Период полувыведения тяжелых металлов из почв в среднем составляет

для свинца – от 740 до 5900 лет, для кадмия – 13-100 лет, цинка – 70-510, меди –

310-1500 лет.

Тяжелые металлы автотранспортного происхождения поступают в окру-

жающую среду не только в результате работы собственно автотранспортных

средств, но и в результате эксплуатации автодорожного покрытия.

Таким образом, город Рязань является крупным источником ТМ, которые,

включаясь в атмосферную миграцию, становятся загрязнителями культурных

ландшафтов территории области.

Согласно расчетам Г. В. Добровольского (1999), если увеличение содер-

жания ТМ в верхних (органогенных) горизонтах происходит на величину, рав-

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

43

ную менее 10% фонового содержания в год, то почва характеризуется как отно-

сительно стабильная; увеличение в пределах 10-40% сигнализирует об умерен-

ном повышении концентрации ТМ в почве; 41-100% – сильном воздействии на

почву; более 100% – при очень высоком росте загрязнения. В последних трех

случаях через 10 лет прогнозируется повышение концентрации ТМ в почве по

сравнению с фоном соответственно в 2-4 раза, 5-10 и более чем в 10 раз. Этот же

автор полагает, что если почва стабильная и вся экосистема испытывает по этой

причине изменения на площади менее 0,5% общей территории в год, то они рас-

сматриваются как стабильные. С увеличением скорости изменения до 1-2% в год

ожидается смена исходных экосистем через 50-100 лет.

По данным Л.М. Дмитракова и Д.Л. Пинского (2002), в серой лесной поч-

ве Тульских засек удвоение концентрации Cu ожидается через 79-112 лет, Mn –

647-1676, Zn – 33-43, Ni – 487-975, Cr – 812-1083, Pb – 227-303 и Cd – 260-306

лет. Интересными (с точки зрения сравнительного познания) можно считать дан-

ными авторами результаты их вычислений по серым лесным почвам южного

Подмосковья, согласно которым содержание Pb в почве увеличится уже через 40-

65 лет.

В настоящее время около 8% почв сельскохозяйственного использования

содержат техногенные ТМ в количестве выше ПДК (М. М. Овчаренко, 1997). К

сожалению, аккумуляция ТМ в почве может быть вызвана применением удобре-

ний. Так, в опыте Е. А. Карпова и др. (2004, 2005) было установлено загрязнение

дерново-подзолистой супесчаной почвы, озимой ржи, овса стронцием после дли-

тельного применения суперфосфата простого и фосфоритной муки (рисунок 27).

Рисунок 27 – Внесение минеральных

удобрений

Однако существуют обрат-

ные взгляды. Согласно некото-

рым исследованиям, минераль-

ные удобрения снижают поступ-

ление свинца в надземную массу

растений на 20-30%, т.к. при

улучшении питания макроэле-

менты стимулируют действие

физиолого-биохимических барь-

еров (Шильников и др., 1994;

Соловьева, 2002). Аналогичные

результаты были получены О. А.

Лучицкой и др. (2005) на серой

лесной почве.

В работе T. Landberg и др. (2003) приводятся сведения о снижении накоп-

ления кадмия зерновыми культурами на фоне возрастания доз азотных удобре-

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

44

ний. По данным В. Г. Минеева и др.(1993), Ю. И. Ермохина и др.(2002), взаимо-

зависимость поступления в растения азота и ТМ зависит от соотношения элемен-

тов питания в почве. Несбалансированность фосфора и азота в почве может при-

вести к усилению процесса накопления металлов культурами.

По-видимому, отмечать масштабное загрязнение почвенного покрова на

обширных территориях (например, на уровне почвенно-климатических зон)

преждевременно. Хотя локальные его проявления имеют место. В первую оче-

редь это относится к почвам, находящимся в непосредственной близости от

крупных промышленных центров. Однако это не означает отсутствие проблемы

контаминации. В скрытой форме она присутствует, выражаясь в постепенной ак-

кумуляции ТМ в верхних слоях почвы, и процесс этот неизбежный, т.к. ТМ, по-

ступая с выбросами индустриальных предприятий в нижние слои тропосферы,

далее вовлекаются в воздушную миграцию с осаждением на поверхности почвы.

Нарушение информационных биогеоценотических функций почвы проис-

ходит уже при содержании ТМ в почве до 1 ПДК, химических, физико-

химических, биохимических и целостных функций –1-10 ПДК (Колесников и др.,

2002).

Доминирующую роль в формировании экологического потенциала систе-

мы почварастение к ТМ принадлежит буферным свойствам почвы. Данный ар-

гумент научно обоснован в работе В. Б. Ильина (2004). Автор обращает внимание,

на то, что защитные возможности растений (рассмотрено на примере озимой

пшеницы) менее существенны.

Почва, в силу совокупности природных свойств, обладает буферностью,

т.е. устойчивостью по отношению к ТМ (Мотузова, 1994; Аasen и др., 1991). Од-

нако эта способность почвы ограничена и с учетом усиления общего техногенно-

го давления на биосферу будет ослабевать. Например, концентрация ТМ в по-

верхностном слое почвы постепенно возрастает вследствие глобального и регио-

нального переноса (Добровольский, 1983, 1986; Золотарева, 2003).Загрязнение

почв вследствие адсорбционных явлений, образования твердофазных малорас-

творимых соединений приводит к утрате почвой ее функций в биосфере (Ковда,

1976; Добровольский, 1986).

Агроэкологический мониторинг состояния современных агроэкосистем –

важное звено в общей системе природоохранных мероприятий. Для этого требу-

ется контролирование процессов трансформации, передвижения и отложения

всех, представляющих экологическую опасность и способных вызвать нарушение

трофических взаимодействий в культурном агроэкосистемном сообществе, хи-

мических соединений и элементов, в том числе и ТМ. На сегодняшний день агро-

экологическое состояние почв России по содержанию ТМ следует считать в це-

лом неудовлетворительным (Аристархов, 2000).

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

45

5.2. Природа буферности к загрязняющим веществам

Буферная способность к элементам ТМ является интегральной оценкой их

подвижности (Соколова и др., 1991). Первичными почвенно-химическими ха-

рактеристиками подвижности химических веществ являются уровень концентра-

ции их в почвенном растворе и запас подвижных соединений в твердой фазе почв

(Орлов и др., 1982). При извлечении элементов ТМ из почвенного раствора из

этого запаса восполняется их потеря, благодаря чему их содержание в почвенном

растворе восстанавливается. В то же время при поступлении в почву химических

веществ в составе жидких атмосферных выпадений, эти вещества переходят в

состав твердой фазы почвы, пополняя запас подвижных соединений. Почва стре-

мится поддерживать состав почвенного раствора на постоянном уровне.

Буферные свойства почв по отношению к поступающим в почву химиче-

ским веществам, равно как и удаляемым из почвы, проявляются при распределе-

нии этих веществ между почвой и сопредельными с нею средами:

1) в системе почва-растения, количественной мерой буферности почв

служат концентрации элемента в растениях или в почвенном растворе;

2) в системе почва-водные, солевые растворы, находящиеся в равновесии

с почвами, количественной мерой буферности служат следующие показатели:

а) концентрация элемента в природном почвенном растворе или в вы-

тяжках, близких по составу к почвенному составу;

б) концентрация элемента в вытяжках экстрагентов, переводящих из

твердых фаз почвы в раствор его подвижные соединения;

в) количество поглощенного почвой элемента в опытах по сорбции и

параметры изотерм сорбции;

г) количество десорбированного вытяжкой элемента в опытах по де-

сорбции и параметры уравнения десорбции;

д) время установления равновесия в системе почва-раствор при сорб-

ции и десорбции элемента почвой;

е) коэффициент диффузии элемента из раствора в состав твердых фаз.

Химической основой буферной способности почв по отношению к эле-

ментам ТМ является природа равновесия, устанавливающаяся между Q (фактор

емкости) и Y (фактор интенсивности). Поглощение почвой катионов и анионов

загрязняющих веществ обусловлено:

1. Неспецифической сорбцией;

2. Осаждением из труднорастворимых соединений;

3. Специфической сорбцией;

4. Физической адсорбцией;

5. Биологическими процессами.

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

46

Для катионов ТМ высокая буферность почвы связана с большой емкостью

катионного обмена за счет высокого содержания гумусовых веществ, глинистых

силикатов, для анионов – количеством свободных оксидов и гидроксидов железа

и алюминия и тонкодисперсных глинистых силикатов.

В. В. Добровольский (1999) установил, что большая часть масс меди, цин-

ка марганца и железа сосредоточена во фракциях от 2,5–0,80 и < 0,12 мкм, В поч-

венных частицах коллоидных размеров связано более 50% массы тяжелых метал-

лов.

Энергетическая сорбционная способность почв в отношении ТМ велика.

ТМ образуют прочные органо-минеральные комплексы, сорбируются на высоко-

энергетических позициях, на краях, сколах минеральных структур, изоморфно

замещают алюминий, магний в октаэдрических структурах, необратимо аккуму-

лируются в конкрециях. Эти процессы являются гистерезисными, при которых

обратная десорбция не воспроизводит прямую сорбцию. Мероприятия, направ-

ленные на повышение плодородия почв усиливают гистерезисность или устойчи-

вость почвы.

Буферность зависит от рН, поскольку с ней связан заряд поверхности

твердой фазы почвы, растворимость солей и другие условия. Так, ионообменная

сорбция катионных форм поступающих в почву веществ, усиливается с пониже-

нием рН. Для анионов зависимость обратная.

Чем больше и прочнее почва удерживает ТМ, тем активнее они удаляются

из почвенного раствора в ППК, тем устойчивее почва к загрязнению. При рас-

смотрении природы буферной способности почвы можно исходить из термоди-

намических представлений Гиббса о реакции на поверхности раздела двух фаз, из

молекулярно-кинетической теории Ленгмюра (Соколова и др., 1991).

Кислотно-основные условия влияют на заряд почвенных компонентов, ко-

торые поглощают загрязняющие вещества. Положительный заряд, которым мо-

гут обладать протеины почвы и гидроксиды железа, возрастает при подкислении.

Отрицательный заряд гидроксидов железа, алюминия, кремния, глинистых мине-

ралов в щелочной среде возрастает.

Установлена зависимость поведения в почвах загрязняющих веществ от

минералогического состава, содержания глинистых минералов и несиликатных

соединений железа и алюминия (Ладонин, 2003). Они могут удерживать химиче-

ские вещества в результате ионного обмена, хемосорбции, осаждения. Монтмо-

риллонит поглощает больше металлов, но удерживает их менее прочно, чем као-

линит.

Большая роль в повышении устойчивости почв и произрастающих на них

растений к ТМ принадлежит органическому веществу и гранулометрическому

составу, на что указывают работы А. А. Понизовского и др. (1999), О.Н. Козло-

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

47

вой и др. (1999), Н. А. Титовой, 1996, Ю. И. Бондаря и др. (2003), S. Staunton

(2002). По данным Г. М. Варшала (1998), сорбционная емкость ГК по отношению

к ионам ртути при рН 3,0 достигает 340 мг/г, что определяет роль Гк как эффек-

тивного геохимического барьера. Гуминовые и особенно фульвокислоты, при-

сутствующие в почвенных растворах, повышают растворимость металлов и спо-

собствуют их перемещению в почвах в форме органо-минеральных комплексов.

Ограничивает подвижность металлов высокая емкость катионного обмена гуму-

совых веществ. Многие металлы легко и прочно закрепляются в почве за счет

комплексообразования с органическим веществом (Ладонин и др., 2003). Следо-

вательно, органическому веществу почвы принадлежит важная роль.

5.3. Методика определения буферности к загрязнению

Мерой буферной способности может служить работа, которую нужно со-

вершить, чтобы концентрация элемента ТМ изменилась на единицу. Для нахож-

дения количественной зависимости между Q и Y используют известные уравне-

ния сорбции.

Буферная способность почв по отношению к химическим веществам про-

является и при поступлении этих веществ в почвы и при удалении их из почв.

Соответственно и количественные оценки способности почв сопротивляться из-

менению концентрации химических веществ в почвенном растворе находят эм-

пирически на основе опытов по сорбции и по десорбции этих веществ. Методы,

опирающиеся как на результаты поглощения, так и на экстрагируемости химиче-

ских веществ, не дают однозначного ответа на вопрос о ведущем механизме бу-

ферной способности почв, но позволяют определить относительные оценки

устойчивости почв.

Как уже было отмечено, буферную способность почв по отношению к хи-

мическим веществам определяют по содержанию химических элементов в поч-

венном растворе (показатели интенсивности – Y) и по содержанию подвижных

соединений этих элементов в твердых фазах почв (показатели емкости – Q).

Определение показателей подвижности тяжелых металлов (на примере

цинка) и буферной способности почв по отношению к цинку интерполяцией изо-

терм сорбции почвами из растворов Zn(NО3)2 + 0,01н СаСl2.

Для приготовления фонового раствора 0,01н. СаСl2 взять навеску 5,56 г.

соли СаСl2 квалификация “х.ч.”, растворить в дистиллированной воде и количе-

ственно перенести в мерную колбу на 1 л. Приготовить запасные стандартный

раствор Zn с концентрацией 1 мг/мл. Для этого взять на аналитических весах

навеску металлического цинка массой 0,5 г, растворить ее в 100 мл HCl (1:1), при

необходимости подогреть. После полного растворения цинка раствор количе-

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

48

ственно перенести в мерную колбу на 0,5 л, довести до метки дистиллированной

водой и тщательно перемешать. Из запасного стандартного раствора цинка путем

разбавления приготовить промежуточный раствор с концентрацией цинка 100

мкг/мл. Из последнего приготовить рабочие растворы с концентрациями: 0,02;

0,05; 0,5; 1,00 мкг/мл на фоне 0,01 н. СаСl2. Ряд рабочих исходных растворов мо-

жет иметь другие концентрации цинка в зависимости от химических свойств

конкретных почв, а именно их поглотительной способности по отношению к

цинку. Для почв с высокой поглотительной способностью ряд растворов может

быть расширен в сторону более высоких концентраций; для почв с низкой погло-

тительной способностью - может быть сдвинут в сторону меньших концентраций.

В четыре колбы вместимостью 100 мл поместить навески пробы анализи-

руемой почвы по 1 г, прилить по 20 мл рабочих растворов цинка, приготовлен-

ных на фоновом растворе CaCl2 . Взболтать колбы с суспензией 1 час, после 24-

часового стояния отделить раствор фильтрованием (синяя лента) или центрифу-

гированием. Определить содержание цинка в растворе, оно характеризует равно-

весную концентрацию цинка. По разности между содержанием цинка в исходном

и равновесном растворах найти показатель уменьшения или увеличения концен-

трации цинка в растворе, отнесенный к единице массы почвы, он представляет

количество поглощенного цинка. Далее построить график в координатах: равно-

весная концентрация цинка в растворе (мг/л или моль/л, ось абсцисс) - количе-

ство поглощенного почвой цинка (мг/г или моль/г, ось ординат). Линия, соеди-

няющая все 4 точки на графике, пересекает ось абсцисс в точке, которая соответ-

ствует показателю интенсивности (Y) и пересекает ось ординат в точке, которая

соответствует показателю емкости (Q). Отношение найденных величин Q и Y да-

те значение буферной способности изучаемой почвы по отношению к цинку.

Изотермы ионообменной адсорбции ТМ почвы аппроксимируют уравне-

ниями Ленгмюра и Дубинина Радушкевича. В классическом варианте уравнение

записывается следующим образом:

Q/Qm=bC/(1+bC), (1)

где Q – количество адсорбированного вещества на единицу массы, С –

равновесная концентрация, Qm – максимальная адсорбция, b – константа, кото-

рая связана с изобарно-изотермическим потенциалом ∆G:

∆G=-RT lnb, (2)

где R – газовая постоянная (8,31∙10-3

кДж/моль, град), T – абсолютная температу-

ра.

Уравнение изотермы Дубинина-Радушкевича имеет вид:

Q=Qm exp(-Bε2), (3)

где Q и Qm – то же, что и в уравнении Ленгмюра, В – константа, характеризую-

щая энергию связи, ε – адсорбционный потенциал Поляни. В простейшей форме

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

49

потенциал Поляни связан с концентрацией вещества выражением:

ε=RT ln(1+1/C), (4)

Логарифмированием уравнения (3) приводим к линейному виду:

lnQ=Bε2

+ lnQm, (5)

После подстановки значения ε из уравнения (4) получаем выражение, ко-

торое можно использовать в дальнейшей работе:

lnQ=-β ln2(1+1/C)+lnQm, (6)

где β=B(RT)2.

Для расчета энергии взаимодействия адсорбирующих катионов с почвой

можно использовать выражение, полученное Гобсоном:

E=B-1/2

/ 2, (7)

Если выразить B через β и подставить в уравнение (7), получим выраже-

ние для энергии взаимодействия адсорбирующихся катионов с ППК:

Е=[β(RT)-2

]-1/2

/ 2=β-1/2

RT/2

Результаты расчета параметров уравнения Дубинина-Радушкевича зависят

от размерности, в которой выражены концентрации катионов в растворе и в

твердой фазе. Так как потенциал Поляни включает молярную концентрацию сор-

бата, то С и Q следует выражать в молях на литр и на килограмм соответственно.

(Водяницкий и др., 2000).

5.4. Интерпретация результатов для диагностики плодородия почвы

Как показано выше, имеется необходимость проведения мероприятий по

улучшению буферных свойств пахотных почв в ближайшем времени. Для этого

темпы лежащих в основе формирования устойчивости внутренних почвенных

процессов должны опережать скорость поступления ТМ в почву. Другого пути,

за исключением специальных фитомелиоративных мероприятий, нет, т.к. изоли-

ровать почвенную систему от глобальных процессов невозможно.

В настоящее время, а возможно, и в ближайшие годы реальной опасности

масштабного загрязнения пахотных почв и вместе с этим угрозы ухудшения рас-

тениеводческой продукции не предвидится. Однако происходит аккумуляция ТМ

в верхних слоях почвы, которая предшествует загрязнению среды. При сохране-

нии такой тенденции все последствия становятся очевидными. При всем малове-

роятном пути снижения техногенного потока в биосфере до момента его воздей-

ствия на почву остается самым приемлемым, хотя и ограниченным в исполнении,

создание педохимических защитных барьеров. И опять мы обращаем внимание

на субстантивную составляющую плодородия почвы, являющуюся исходным

«строительным» материалом для функциональной организации этих самых барь-

еров.

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

50

Одним из механизмов реализации барьерной функции является сорбция

катионов ТМ активными центрами ППК. По мере поступления ТМ в почву ее по-

глотительная, реакционная способность, выполняющая ключевую роль в органи-

зации пищевых режимов, снижается, одновременно повышается риск загрязне-

ния ими выращиваемой продукции, ухудшения питания растений даже в услови-

ях достаточного применения минеральных удобрений. Большинство работ по ТМ,

на которые сделаны ссылки в работе, посвящены данному аспекту. По-видимому,

в почве необходимо создать такой режим созидательных процессов, при котором

бы темпы по формированию реакционных центров опережали интенсивность ак-

кумуляции ТМ с последующей санацией почвы. Вопрос этот сложный, поэтому

мы рассмотрели лишь отдельные направления. Важным для нас было рассмотре-

ние буферных свойств почв разной степени гумусированности, т.к. высокомоле-

кулярное органическое вещество представляет собой источник реакционных цен-

тров, его можно регулировать. Экологический интерес представляют в первую

очередь активные компоненты, которые можно синтезировать, а, следовательно,

ими можно управлять.

При рассмотрении вопросов устойчивости серой лесной почвы к загряз-

нению цинком, медью, кадмием и свинцом были предусмотрены варианты опыта

1: без удобрений (контроль), минеральная система удобрения, включавшая ам-

миачную селитру, 40% калийную соль и двойной суперфосфат и органомине-

ральная система удобрения (NPK+навоз 40 т/га), рисунок 28.

На рисунке 3 показан пример изотермы адсорбции серой лесной почвой

свинца при различных системах удобрений. Длительное применение минераль-

ных удобрений привело к тому, что почва обладает меньшей способностью к ад-

сорбции свинца, что связано с высокой активностью элемента в растворе.

Наибольшее количество свинца поглощается на контроле. Органо-минеральная

система удобрения занимает промежуточное положение между отмеченными ва-

риантами.

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

51

0

20

40

60

80

100

120

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

C, мМ/л

Q,

мМ

/кг

1 2 3

Рисунок 28 – Изотермы адсорбции свинца серой лесной почвы при мине-

ральной (1), органоминеральной (3) систем удобрений и без применения удобре-

ний (2)

В таблице 5 отражены параметры адсорбции цинка, меди, кадмия и свинца.

На фоне длительного отсутствия применения удобрений и их использова-

ния серая лесная почва обладает наибольшей адсорбирующей способности к

свинцу, далее к кадмию, цинку и меди. Например, на контроле Qmaх составила

соответственно в порядку указанных элементов 132 мМ/кг (27 мг/кг), 93 мМ/кг

(10 мг/кг), 125 мМ/кг (8 мг/кг) и 103 мМ/кг (7 мг/кг); на минеральной систему

удобрения – 61 (13), 85 (10), 143 (9) и 102 мМ/кг (6 мг/кг).

Варианты опыта оказали неодинаковое влияние на поглощение почвой ка-

тионов ТМ. Примечательно, но во всех случаях с элементами на изотерме ад-

сорбции их почвой в варианте с органноминеральной системой удобрения можно

выделить отрезок (до концентрации 6-10 мМ/л в зависимости от элемента) с бо-

лее высокой точкой поглощения по сравнению с другими вариантами. При

нагрузке в 6-10 мМ/л разница в поглощении составила около 2 мМ/кг или 0,13

мг/кг. В области высоких концентраций вектор направленности изотерм по от-

ношению к осям координат меняется (за исключением меди).

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

52

Таблица 5– Параметры адсорбции серой лесной почвы цинка, меди, кадмия и свинца

Вариант

С исх., мМ

С, мкг/мл

С, мМ/л

Q, мМ/кг

C/Q Q/C

цинк

Без удобрений

1,20 1,72 0,03 11,78 0,10 392,0

5,16 80,6 1,23 39,31 0,13 32,0

10,15 282 4,31 58,48 0,17 13,5

51,34 2679 40,97 103,69 0,50 2,5

Минеральная система

удобрения

1,20 2,02 0,03 11,74 0,10 391,0

5,16 75,3 1,15 40,12 0,13 34,8

10,15 272 4,15 60,01 0,17 14,4

51,34 2613 39,95 113,83 0,45 2,8

Органоминеральная

система удобрения

1,20 0,81 0,01 11,92 0,10 1192,0

5,16 75,7 1,16 40,04 0,13 34,5

10,15 255 3,90 62,59 0,16 16,0

51,34 2675 40,91 104,30 0,49 2,5

Без удобрений

Медь

1,01 0,92 0,0146 9,93 0,10 993,0

4,75 24,8 0,39 43,56 0,11 111,7

10,54 193 3,04 62,80 0,15 20,7

47,04 2411 37,95 90,90 0,52 2,4

Минеральная система удобрения

1,01 0,24 0,0038 10,04 0,10 2642,1

4,75 29,0 0,46 42,90 0,11 93,3

10,54 283 4,45 60,90 0,17 13,7

47,04 2421 38,10 89,40 0,53 2,3

Органоминеральная система удобрения

1,01 0,29 0,0046 10,03 0,10 2180,4

4,75 9,5 0,15 43,21 0,10 288,1

10,54 168 2,65 66,80 0,14 25,2

47,04 2399 37,75 92,90 0,51 2,53

Без удобрений

кадмий

0,97 3,71 0,03 9,37 0,10 312,3

5,23 178,7 1,59 36,40 0,14 22,9

6,98 310 2,76 42,20 0,17 15,3

47,64 4465 39,72 79,20 0,60 2,0

Минеральная система удобрения

0,97 4,23 0,04 9,32 0,10 233,0

5,23 203,4 1,81 34,20 0,15 18,9

6,98 335 2,98 40,00 0,17 13,4

47,64 4529 40,29 73,50 0,65 1,8

Органоминеральная система удобрения

0,97 1,69 0,02 9,55 0,10 477,5

5,23 173,4 1,54 36,87 0,14 24,0

6,98 293 2,61 43,70 0,16 16,7

47,64 4508 40,11 75,35 0,63 1,9

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

53

Более высокие или близкие значения Qmaх на контрольном и варианте с

минеральной системой удобрения по сравнению с органо-минеральной может

быть связано с несколькими обстоятельствами. Во-первых, длительное отсут-

ствие применения органических удобрений приводит к дегумификации, ослабле-

нию участия гумусовых веществ в ионно-обменной адсорбции. На этом фоне

усиливается адсорбция катионов ТМ высокодисперсными почвенными частица-

ми. Несмотря на высокую сорбционную емкость, с точки зрения понятия устой-

чивого функционирования почвы подобное проявление ее механизмов следует

рассматривать как неблагоприятное явление, т.к. образование высокодисперсного

материала происходит по пути разрушения минералов, что само по себе является

необратимым процессом. Вместе с этим, катионы ТМ, занимая обменные и дру-

гие позиции ППК, конкурируют с катионами элементов питания. В отличие от

минеральной составляющей содержание органических компонентов гумусовой

природы можно регулировать, синтезировать.

Во-вторых, при всей очевидности связи значения Qmaх c органическим

веществом в процессах адсорбции участвуют и другие факторы, изучение кото-

рых каждого в отдельности или в соотношениях не входило в задачу. Минераль-

ные удобрения привносят в почву широкий спектр химических соединений, обу-

славливающих химические процессы, которые трудно контролировать инстру-

ментально. Поэтому не исключается создание в этих условиях более благоприят-

ных условиях для хемосорбции, увеличивающей Qmaх. В вариантах, на которых

изучалась органическая система удобрения, было явно и очевидно, что увеличе-

ние Qmaх зависит от уровня гумификации и других процессов, инициируемых

органическим удобрением (таблица 7).

Таблица 7 - Параметры уравнения Ленгмюра и Дубинина-Радушкевича серой

лесной почвы в зависимости от систем удобрения

Вариант 1/

(Qmax*b) 1/Qmax

Qmax, мМ/кг

b -ΔG, кДж/моль

Qmax, мМ/кг

-B Е, кДж/моль

Ленгмюр Дубинин-Радушкевич цинк Без удобрений

0,0846 0,0080 125 0,09 11,08 63 0,0057 9,2

Минеральная система удоб-

рения

0,0906

0,0070

143

0,08

10,58

66 0,0083 7,6

Органо-минеральная система удоб-

рения

0,0771 0,0081 123

0,11

11,33

65 0,0035 11,7

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

54

медь Без удобрений 0,0606

0,0097

103

0,16

12,36

67 0,0023 14,5

Минеральная система удоб-

рения

0,0670

0,0098

102

0,15

12,14

64 0,0015 17,9

Органо-минеральная система удоб-

рения

0,0559

0,0096

104

0,17

12,53

72 0,0013 19,3

кадмий Без удобрений 0,0868

0,0108

93

0,12

11,74

50 0,0046 10,2

Минеральная система удоб-

рения

0,0877

0,0118

85

0,13

11,94

47 0,0043 10,6

Органо-минеральная система удоб-

рения

0,0762

0,0117

85

0,15

12,26

50 0,0022 14,8

свинец Без удобрений 0,0712

0,0076

132

0,11

11,37

81 0,0027 13,3

Минеральная система удоб-

рения

0,0246

0,0164

61

0,67

15,83

59 0,00022 40,1

Органо-минеральная система удоб-

рения

0,0468

0,0105

95

0,22

13,18

75 0,00033 29,3

Ослабление устойчивости серой лесной почвы к загрязнению цинком и

медью при длительном, комплексном внесении аммиачной селитры, 40% калий-

ной соли и двойного суперфосфата не обнаружено, т.к. значение Qmax по цинку

превышало контрольный вариант на 18 мМ-экв/кг, по меди было близко к нему

(123-125 мМ-экв/кг). В то же время вызывает опасение загрязнения почвы кадми-

ем и в особенности свинцом. Qmax составила всего 61 мМ-экв/кг по Ленгмюру и

59 мМ-экв/кг – по Дубинину-Радушкевичу.

Изотерму адсорбции строят в координатах линейной формы уравнения

Ленгмюра, которая в общем виде представлена на рисунке 29.

Линейная зависимость позволяет графически определить оба постоянных

параметра адсорбционной изотермы. Экстраполяция зависимости до оси ординат

дает отрезок, равный 1/(Qmax*b), а тангенс угла наклона прямой α равен 1/Qmax.

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

55

Рисунок 29 – Общий вид изотермы адсорбции

в координатах линейной формы уравнения Ленгмюра

Буферность к элементам ТМ можно определить в разных точках органно-

ионной изотермы с помощью программного пакета «MathCard». Для этого необ-

ходимо провести касательные. На рисунке 6 показан пример расчета для цинка,

меди и кадмия в точке X1 соответствующей 5 мМ/л, свинца – 2 мМ/л. Далее рас-

считывается буферная способность как отношение Q0/Y0. Q0 – точка пересечения

касательной оси ординат, Y0.– оси абсцисс. При X1=0 и Y1=0 значение буферно-

сти максимальное (рисунок 30). Пример расчета приведен в таблице 8.

Цинк

Без удобрений Минеральная СУ Органо-минеральная СУ

f z( )

y z tga( )

z

y 0 tga( )

x1y1

tga

f z( )

y z tga( )

z

y 0 tga( )

x1y1

tga

f z( )

y z tga( )

z

y 0 tga( )

x1y1

tga

медь

Без удобрений Минеральная СУ Органо-минеральная СУ

1/Qmax*b α

tgα=1/Qmax

С/Q

С

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

56

f z( )

y z tga( )

z

y 0 tga( )

x1y1

tga

f z( )

y z tga( )

z

y 0 tga( )

x1y1

tga

f z( )

y z tga( )

z

y 0 tga( )

x1y1

tga

кадмий

Без удобрений Минеральная СУ Органо-минеральная СУ

f z( )

y z tga( )

z

y 0 tga( )

x1y1

tga

f z( )

y z tga( )

z

y 0 tga( )

x1y1

tga

f z( )

y z tga( )

z

y 0 tga( )

x1y1

tga

свинец

Без удобрений Минеральная СУ Органо-минеральная СУ

f z( )

y z tga( )

z

y 0 tga( )

x1y1

tga

f z( )

y z tga( )

z

y 0 tga( )

x1y1

tga

f z( )

y z tga( )

z

y 0 tga( )

x1y1

tga

Рисунок 30 – Определение буферности по касательным в опыте с разными

системами удобрений

Таблица 8 - Влияние систем удобрений на буферность серой лесной почвы цинку,

меди, кадмию и свинцу

По спрям- По фактической изотермы адсорбции Вариант ленной ли-

нии X1=0 X1=5 X1=10 X1=20

Q0 Y0 БС Y1 tga Y1 Q0 Y0 БС Y1 Q0 Y0 БС Y1 Q0 Y0 БС цинк Без удобрений

33 16 2,1 0 9,8 38,8 8,3 1,29 6,1 59,2 27,2 8,5 3,2 80,4 52,3 37,4 1,4

Минераль- ная СУ

33 18 1,8 0 9,7 40,9 10,9 1,81 6,0 63,6 25,6 6,7 3,8 88,0 52,0 28,9 1,8

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

57

органо-минераль-ная СУ

35 19 1,8 0 9,9 43,6 13,6 2,27 6,0 64,4 31,4 9,5 3,3 84,6 54,6 36,3 1,5

медь Без удобрений

36 24 1,5 0 9,8 45,8 20,3 3,98 5,1 63,4 35,4 12,6 2,8 78,5 60,5 67,2 0,9

Минераль- ная СУ

35 23 1,5 0 10,0 43,7 17,7 3,41 5,2 61,2 34,2 12,7 2,7 76,5 56,5 56,5 1,0

органо-минераль-ная СУ

38 25 1,5 0 10,0 47,8 21,3 4,02 5,3 65,5 38,5 14,2 2,7 80,4 60,4 60,3 1,0

кадмий Без удобрений

27 21 1,3 0 9,6 34,8 12,4 2,75 4,5 50,7 25,7 10,3 2,5 65,6 45,6 45,6 1,0

Минераль- ная СУ

26 22 1,2 0 9,7 33,5 11,9 2,79 4,5 48,0 25,0 10,9 2,3 61,4 41,4 41,4 1,0

органо-минераль-ная СУ

28 23 1,2 0 9,8 36,4 13,9 3,09 4,5 51,0 28,5 12,7 2,3 63,7 43,7 43,7 1,0

свинец Без удобрений

34 15 2,3 0 9,9 46,8 15,3 2,4 6,3 69,1 34,0 9,8 3,5 --- --- --- ---

Минераль- ная СУ

33 47 0,7 0 9,9 47,0 35,0 14,6 2,4 53,0 45,0 56,0 0,8 --- --- --- ---

органо-минераль-ная СУ

36 24 1,5 0 10,0 49,8 23,3 4,4 5,3 65,3 45,3 22,7 2,0 --- --- --- ---

Длительное применение минеральных и органических удобрений не при-

вело к загрязнению серой лесной почвы тяжелыми металлами, за исключением

свинцом в вариантах с минеральной и органо-минеральной системами удобрений.

Как видно из табл. 9, БСPb

снизилась соответственно до 0,8 и 2,0 ед., в то время

как на контроле она составила 3,5 ед.

Органоминеральная система удобрения, а тем более органическая создают

более благоприятные условия для адсорбции элементов ТМ. В первом варианте

количество цинка, меди, кадмия и свинца было поглощено больше по сравнению

с контролем 2 соответственно на 27; 21; 8 и 29 мМ/кг. Совместное применение

органических и минеральных удобрений увеличивает энергию связывания ТМ.

Таким образом, в улучшении проявления почвой устойчивости к загряз-

нению важное место отводится высокомолекулярным органическим соединениям,

поэтому применение органических удобрений является обязательным мероприя-

тием.

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

58

Глава 6. Фосфатная буферность почвы

6.1. Проблема фосфора в земледелии

Фосфатная буферность во многом определяется концентрацией фосфора в

почвенном растворе. В настоящее время пахотные почвы России характеризуют-

ся в основном средней обеспеченностью подвижным фосфором. Доля пахотных

почв со средним и повышенным содержанием подвижного фосфора составляет

56,3 % от обследованной площади.

По данным Государственной агрохимической службы России, всего на

2003 г. пахотных почв с низким содержанием подвижного фосфора было 24,2

млн. га, что составляет 21,9 % от обследованной площади (наибольшие площади

сосредоточены в Уральском -39,2% и Дальневосточном - 53,2% экономическом

регионах). В административных областях Черноземной зоны выявлено наличие

почв с низким содержанием фосфора и повышенной кислотностью. Наилучшая

обеспеченность почв обнаружена в Северном, Северо-Западном, Центральном и

ряд других экономических районах. Поэтому 6234,2 тыс. га пахотных почв нуж-

даются в фосфоритовании. Из 110,8 млн. га обследованных площадей пахотных

земель 11,1 млн. га (около 10%) имеют низкое содержание подвижного калия, с

повышенным - 80,4 млн. га (69,0%) (Агрохимическая характеристика…, 2004). В

таблице 9 представлены данные содержания подвижного фосфора и калия в па-

хотных почвах РФ. В таблице 10 сведены данные распределения пахотных почв

по классам обеспеченности подвижным фосфором в Рязанской области.

Таблица 9 – Содержание подвижного фосфора и калия в почвах РФ (по состоя-

нию на 01.01.2003 г), тыс.га и %

Наимено- вание

Общая площадь

Обследо ванная площадь

Группировка почв с различным содержанием фосфора и калия

1 2 3 4 5 6

Российская

Федерация

115843,8 110842,2

95,7

5809,7

5,3

0,9

18355,8

16,6 9,1

38707,6

34,9 22,8

23749,9

21,4 28,5

15546,9

14,0 23,8

8672,3

7,8 14,9

Централь-ный округ

22140,9 20692,8 93,5

402,9 2,0

2,1

2386,1 11,5

17,4

7000,1 33,8

28,2

5009,9 24,2

29,0

3952,2 19,1

18,8

1941,6 9,4

4,5

в т.ч. Рязан-ская область

1489,7 1489,7 100

101,3 6,8

4,3

312,8 21,0

33,7

530,4 35,6

36,4

229,4 15,4

16,9

205,6 13,8

6,3

110,2 7,4

2,4

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

59

Северо-

Западный округ

2955,8 2806,6

95,0

75,1

2,7 4,2

269,1

9,6 27,1

668,8

23,8 29,0

555,6

19,8 19,9

822,6

29,3 15,6

415,4

14,8 4,2

Южный

округ

21791,2 20794,4

95,4

1374,5

6,6 0,7

3896,8

18,7 4,1

9336,7

44,9 22,2

3700,0

17,8 41,8

1538,5

7,4 25,2

947,9

4,6 6,0

Приволжс-

кий округ

35407,3 34667,2

97,9

1663,2

4,8 0,4

6086,5

17,6 8,3

11941,3

34,4 27,1

7623,6

22,0 29,7

4901,0

14,1 27,3

2451,6

7,1 7,2

Уральский

округ

8342,7 8199,1

98,3

955,1

11,6 0,1

3000,8

36,6 2,5

2608,8

31,8 10,5

795,5

9,7 20,7

431,0

5,3 31,0

407,9

5,0 35,2

Сибирский округ

23101,1 21627,8 93,6

756,2 3,5 0,5

2161,5 10,0 6,1

6739,2 31,2 14,0

5888,5 27,2 17,9

3696,8 17,1 20,8

2385,6 11,0 40,7

Дальневос-точный

округ

2104,8 2054,3 97,6

582,7 28,4

1,8

555,0 27,0

23,9

412,7 20,1

34,0

176,8 8,6

24,3

204,8 10,0

11,9

122,3 6,0

4,1 Примечание: числитель – процентное содержание фосфора; знаменатель – процентное содер-жание калия

Таблица 10– Динамика распределения классов обеспеченности пахотных почв фосфором в Рязанской области

Наименование до 2,5 2,6-5,0 5,1-10,0 10,1-15,0 15,1-25,0 >25,0

районов 1982 1988 2002 1982 1988 2002 1982 1988 2002 1982 1988 2002 1982 1988 2002 1982 1988 2002

Ермишинский 12 17 9 17 15 14 41 34 31 12 17 20 10 12 18 8 5 9

Захаровский 1 16 6 34 54 49 50 23 35 9 4 7 6 2 3 0 1 1

Кадомский 23 18 14 23 18 18 32 33 28 12 13 15 8 14 17 2 4 7

Касимовский 21 11 7 34 18 18 31 35 35 7 14 16 6 13 18 1 9 8

Клепиковский 38 29 29 23 13 15 20 24 25 8 13 10 6 12 13 5 9 10

Кораблинский 10 17 6 23 41 23 46 30 44 11 16 16 10 4 8 0 2 3

Милославский 4 11 15 36 43 34 37 31 37 7 7 9 6 5 5 0 3 2

Михайлов-

ский

1 3 4 22 27 23 59 44 41 10 14 15 8 8 11 0 4 6

Новодеревен-

ский

1 0 2 35 20 24 58 63 54 40 12 11 2 5 7 0 0 3

Пителинский 24 26 16 30 29 22 30 24 32 9 10 14 5 7 11 2 4 5

Пронский 1 3 1 17 21 15 56 43 41 17 17 26 9 9 15 0 7 2

Путятинский 25 33 21 29 28 18 30 19 29 7 11 12 5 7 12 4 2 8

Рыбновский 1 1 1 16 9 5 38 31 22 18 23 20 19 24 31 8 12 21

Ряжский 4 1 7 31 33 28 49 36 52 7 10 9 9 8 3 0 12 1

Рязанский 1 2 1 7 5 3 37 29 17 31 29 23 17 25 34 7 10 21

Сапожков-ский

32 48 16 30 29 31 27 14 28 6 4 11 5 4 9 0 1 5

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

60

Сараевский 1 5 3 13 23 27 62 38 46 16 12 13 8 8 8 0 4 3

Сасовский 22 17 6 13 12 9 37 23 22 17 19 25 8 15 27 3 14 11

Скопинский 4 13 4 25 39 26 51 29 42 12 10 16 8 7 9 0 2 3

Спасский 12 7 5 16 9 10 31 25 24 19 18 18 16 23 23 6 18 20

Старожиловский 2 1 0 7 2 2 33 18 9 29 25 19 24 36 41 5 18 29

Ухоловский 4 6 9 45 41 34 36 29 36 7 11 12 8 10 5 0 3 4

Чучковский 14 7 9 27 24 17 42 43 30 10 13 15 16 8 15 1 5 15

Шацкий 8 14 7 22 27 15 46 36 36 13 11 19 11 8 14 0 4 8

Шиловский 29 19 8 20 14 10 26 27 24 13 14 17 9 18 21 3 8 20

По области 10 12 7 23 26 21 43 32 35 13 13 15 9 11 14 2 6 8

В почвах России фосфатная буферная емкость уменьшается в ряду почв:

краснозем, дерново-подзолистая среднесуглинистая (неокультуренная), чернозем,

дерново-подзолистая легкосуглинистая (окультуренная), дерново-подзолистая

супесчаная (Гинзбург, 1981).

Внесение фосфорных удобрений и вынос фосфора растениями значитель-

но нарушают фосфатное равновесие в почве. Характер равновесия фосфатов

между твердой и жидкой фазами почвы определяется двумя процессами: адсорб-

цией фосфатов и растворимостью минеральных фосфорных соединений. При

внесении фосфатов в почву адсорбционная система насыщается фосфором, по-

вышается равновесная концентрация фосфора в растворе и происходит осажде-

ние умеренно растворимых фосфорных соединений. Если концентрация фосфо-

ра в растворе понижается, то умеренно растворимые фосфаты твердых фаз почвы

станут растворяться, адсорбционный комплекс будет снижать свою насыщен-

ность фосфором до тех пор, пока равновесная концентрация не станет соответ-

ствовать растворимости фосфатного соединения в менее растворимой форме.

(Гинзбург, 1981; Кудеярова, 1974)

6. 2. Природа проявления почвой фосфатной буферности

Фосфор в твердой фазе может находиться в адсорбированной форме и в

форме химических соединений. Для поступления фосфора в растительный орга-

низм необходимо, чтобы произошел обмен в двойном электрическом слое поч-

венных коллоидов, где фосфаты находятся в виде потенциалопределяющих

ионов в отрицательных коллоидах, так и в виде компенсирующих ионов в поло-

жительно заряженных коллоидах (Канунникова, 1989).

В проявлении фосфатной буферности важно понять механизмы адсорбции

фосфат-ионов, которую рассматривают в свете представлений о строении двой-

ного электрического слоя на границе раздела твердой и жидкой фаз почвенных

частиц (Канунникова, 1989).

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

61

В механизме поглощения фосфатов выделяют химическую и физико-

химическую адсорбции. Характер адсорбции определяют состав, свойства по-

верхности и раствора. Важное значение для поглощения фосфатов имеет природа

глинистых минералов, содержание органического вещества и полуторных окси-

дов, рН, концентрация фосфора.

При удалении части подвижных фосфатов из ППК, уменьшается степень

насыщенности фосфатами твердой фазы почвы. Поэтому фосфатная буферность

возрастает. При внесении фосфорных удобрений увеличивается концентрация

элемента в почвенном растворе, поэтому значение буферности снижается.

6.3. Методика определения фосфатной буферности

Адсорбционным процессам в почве принадлежит большая роль в регули-

ровании фосфатного равновесия. Изотермы адсорбции фосфатов рассматривают

как основу для оценки смещения равновесия. Они определяют форму и величину

показателей буферных свойств почвы в отношении фосфора. Как и для калия, для

фосфатной буферной емкости может быть рассмотрен не один, а ряд показателей

буферности.

Кроме изотермы Q/Y, для определения фосфатной буферности почвы

применяют изотерму Ленгмюра – тангенс угла наклона ее начальной части, или

тангенс угла наклона отдельных частей, соответствуют производной величины

адсорбции фосфатов по концентрации, dx/dc.

V.Z. Keramidas (1983) предлагает по изотерме Ленгмюра определять мак-

симальную буферность (МВС) (рисунок 31, а) и среднюю буферность (АВС) – по

хорде десорбционной ветви изотермы (рисунок 31, б)

а б

Рисунок 31– Определение максимальной буферности по изотерме Ленгмюра

Рассмотрим пример расчета МВС на примере результатов исследований

АВС

Y0

+∆P

-∆P

МВС

конц. Р

Р адс.

мг/

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

62

проведенных авторами на серой лесной почве. Исходные данные для построения

изотермы Ленгмюра показаны в таблице 12. Подставим эти значения в формулу

Ленгмюра и рассчитаем максимальную адсорбцию фосфора (Qmax) и константу

b, значения которых составляют соответственно 13,9 мг/100 г и 0,25.

Используя компьютерную программу Mathcard, построим изотерму. Далее

зададим уравнение касательной и проведем ее из начальных точек координат

(X1=0, Y1=0) путем подбора оптимального тангенса угла наклона. Допустим, за-

дали tga, равным 2.

Таблица 12 – Исходные для построения изотермы Ленгмюра

Исходная концентрация

Р в растворе, мг/л

Равновесная концентрация

Р в растворе, мг/л

Количество адсорбиро-

ванного Р, мг/100 г

0,88218 0,088 0,39709

1,6718 0,088 0,7919

3,51 0,264 1,623

10,4182 1,76 4,3291

17,46108 4,312 6,57454

22,815 5,808 8,5035

По изотерме Ленгмюра можно рассчитать буферную способность (ВС) в пре-

делах равновесной концентрации, например, 2 мг/л. Для этого в уравнении каса-

тельной задается условие: X1=2 и подбирается оптимальное значение tga. Для отмеченных выше параметров уравнения Ленгмюра буферная способность (tga)

при X1=2 составила 1,6. Наиболее часто применяют выражение потенциальная фосфатная буфер-

ность емкости почвы РВСР (или ПБС

р), вычисляемое как Q0/Y0 для точки Y0, ко-

гда почва не поглощает и не десорбирует фосфор (дельта Р=0).

По разности между содержанием фосфора в исходном и равновесном рас-

творах находят показатель уменьшения или увеличения концентрации фосфора в

растворе. Отнесенный к единице массы почвы, он представляет количество по-

глощенного фосфора. Далее строят график в координатах: равновесная концен-

трация фосфора в растворе (мг/л или моль/л, ось абсцисс) – количество погло-

щенного почвой фосфора (мг/г, мг/100 г или моль/г, ось ординат). Линия, соеди-

няющая все точки на графике, пересекает ось абсцисс в точке, которая соответ-

ствует показателю интенсивности (Y0) и пересекает ось ординат, которая соот-

ветствует показателю емкости (Q0). Отношение найденных величин (Q0/Y0) дает

значение буферной способности (РВСр) изучаемой почвы по отношению к фос-

фору (Гинзбург, 1975).

За ось Y принимают значение активности ионов Н2РО-4 или значения

фосфатного потенциала 0,5 рСа+р Н2РО4 (Гинзбург, 1981; Гырбучев, 1981; Куде-

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

63

ярова, 1974). Величину Q0 определяют как количество фосфора, доступное рас-

тениям. Чаще его находят по десорбции фосфатов в равновесный раствор, но

иногда определяют по выносу фосфора растениями или по поглощению фосфора

анионообменной смолой (Гырбучев, 1981; Keramidas, 1983).

Фосфатное состояние наиболее полно характеризуется концентрацией

фосфатов (активностью фосфат-ионов) в почвенном растворе (фактор интенсив-

ности); скоростью, с которой почвенный раствор пополняется фосфатами из

твердой фазы в жидкую при установлении равновесия в системе (фактор кинети-

ки); количеством фосфатов, которое может переходить из твердой фазы в жид-

кую при установлении равновесия в системе (фактор количества или емкости);

способностью почвы противостоять изменению концентрации фосфатов в поч-

венном растворе при увеличении или уменьшении их количества в почве (фактор

устойчивости).

Ход анализа

1) Приготовить 0,01 М раствор СаСI2 и Са(Н2РО4)2 с концентрацией, зада-

ваемой исследователем.

2) Взять несколько навесок почвы массой 5 г. и залить растворами СаСI2,

содержащими различные количества Са(Н2РО4)2, полученную суспензию взбол-

тать и через определенное время фильтровать.

3) В полученном фильтрате определить концентрацию Н2РО4 и рН.

4) По результатам анализов построить изотермы адсорбции и методом

графической экстраполяции по R. E. White и P. H. Beckett (1964) определить по-

тенциальную фосфатную буферность.

Метод по R. E. White и P. H. Beckett основан на предположении, что при

невысоких концентрациях фосфора в исходных растворах адсорбция фосфора

почвами возрастает прямо пропорционально концентрациям. Пересечение пря-

мых отрезков изотерм сорбции фосфатов с осью абсцисс (при ∆Р=0) дает значе-

ние равновесной концентрации фосфора в растворе (Y0), а с осью ординат (при

С=0) – количество фосфатов, способных к десорбции (Q0). РВСР измеряется от-

ношением Q0/Y0.

Со ссылкой на работу А. А. Лупиной и др. (2003) на рисунке 32 показан

пример расчета РВСР чернозема карбонатного в зависимости от доз фосфорных

удобрений. Значения РВСР показаны в таблице 13.

Таблица 13 – Потенциальная буферная способность чернозема обыкновенного карбонатного к фосфору (Лупина и др., 2003)

Доза фосфора, кг/га

Q0, мг P2O5/л

Y0 РВСР,

мл/г

0 1,0 0,025 400

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

64

90 1,2 0,035 343

270 1,9 0,085 224

810 5,6 0,300 187

Рисунок 32 – Потенциальная буферная способность чернозема обыкновенного

карбонатного в зависимости от удобренности фосфатами (Лупина и др., 2003)

Доза в кг/га: 1 – Р0; 2 – Р90; 3 – Р270; 4 – Р810

6.4. Диагностика плодородия почв по фосфатной буферности

По данным С. Н. Андрианова (2000), на термодинамические параметры

фосфатного состояния почы наиболее значительное влияние оказывают приме-

нение фосфорных удобрений (таблица 14). По мере увеличения внесения удобре-

ний в почвах резко повышается содержание лабильного фосфора и равновесная

концентрация фосфора. При этом значительно снижается фосфатный потенциал

(РР), энергия связи фосфора с почвой (Е) и фосфатная буферная способность

почвы (БСр), т.к. по мере роста концентрации фосфора и увеличения степени

насыщенности почвы фосфатами в процессе поглощения принимают участие те

адсорбционные места, которые закрепляют фосфат-ионы менее прочно.

А. А. Лупина и др. (2003) проводили измерение фосфатной буферности

при выбранных равновесных стандартных концентрациях 0,1-0,4 мг Р/л (таблица

15). В таблице количество сорбированных фосфатов X , необходимое для дости-

жения заданной стандартной концентрации, отражает параметр Q, а сама стан-

дартная концентрация – параметр Y. Количество сорбированных фосфатов (Х1),

выраженное в кг/га Р, может служить для расчета доз удобрений, необходимых

Q0

для 4

Y0

для 4

0,3 0,2

2

4

6

-2

-4

-6

0,1 С, мг/л

+∆Р, мг/100 г

1 2 3

4

-∆Р

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

65

для доведения концентрации почвенного раствора до заданного уровня.

Таблица 14 - Влияние фосфорных удобрений и навоза на термодинамические по-

казатели фосфатного состояния пахотного слоя почв (Андрианов, 2000)

Показатель Доза навоза,

т/га в начале ротации

Доза Р2О5. кг/га в год*

0 60 120 180

Дерново-подзолистая легкосуглинистая почва

Р лаб, мг/кг Р

0-120 0,17 0,29 0,68 1,11

С равн,

мг/л Р

0-120 0,021 0,022 0,068 0,122

РР 0 7,6 7,3 7,0 6,6

40 7,7 7,4 7,1 6,8

80 7,7 7,5 7,2 6,9

140 7,8 7,5 7,2 6,9

БСР 0 717 443 329 242

40 799 453 310 200

80 832 457 302 183

140 858 460 296 169

Е, кДж/М 0 8,3 7,5 6,8 6,1

40 8,1 7,4 6,6 5,9

80 8,0 7,3 6,5 5,8

140 7,9 7,2 6,5 5,7

Дерново-подзолистая среднесуглинистая почва

Р лаб, мг/кг Р

0 0,20 0,37 0,82 1,31

40 0,40 0,57 1,02 1,51

80 0,48 0,66 1,10 1,60

120 0,54 0,72 1,17 1,66

С равн,

мг/л Р

0 0,020 0,038 0,086 0,139

40 0,041 0,059 0,106 0,159

80 0,049 0,067 0,115 0,164

120 0,056 0,074 0,122 0,174

РР 0 7,2 7,0 6,8 6,6

40 7,1 6,9 6,7 6,5

80 7,1 6,9 6,7 6,5

120 7,1 6,9 6,7 6,5

БСР 0 512 376 240 103

40 550 413 277 140

80 540 404 267 131

120 522 386 250 113 Примечание:- Фосфорные удобрения на легкосуглинистой почве внесены в течение 5 лет, на среднесуглинистой – 3 лет.

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

66

Таблица 15- Влияние уровней насыщения фосфором различный почв (Лупина и др. 2003)

Доза Р2О5

Кг/га

Стандартные равновесные концентрации Р в 0,02 М KCI. Кг/л

0,1 0,2 0,3 0,4

Х Х1 РВСР Х Х1 РВС

Р Х Х1 РВС

Р Х Х1 РВС

Р

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Обыкновенный (карбонатный) чернозём

0 26 179 260 39 268 195 49 339 163 57 392 143

90 17 117 170 32 220 160 44 303 147 52 357 130

180 10 69 100 25 172 125 37 255 123 46 316 115

270 3 21 30 19 130 95 31 213 103 39 268 98

540 -19 0 0 -3 0 0 11 75 37 20 136 50

810 -40 0 0 -21 0 0 -9 0 0 0 0 0

Типичный (слабовыщелочный) чернозём

0 21 144 210 31 213 155 39 268 130 45 309 113

90 15 103 150 25 172 125 32 220 107 37 254 93

180 11 76 110 21 144 105 27 186 90 32 220 80

270 8 55 80 18 125 90 23 158 77 28 192 70

540 -1 0 0 7 48 35 13 89 43 18 124 45

810 -10 0 0 -1 0 0 4 28 13 8 55 20

Типичный (слабовыщелочный) чернозём

0 11 76 110 21 144 105 29 199 97 36 247 90

90 6 41 60 16 110 80 23 158 77 29 199 73

180 2 14 20 12 82 60 19 131 63 24 165 60

270 -1 0 0 8 55 40 15 103 50 20 137 50

540 -9 0 0 0 0 0 6 41 20 11 76 28

810 -17 0 0 -9 0 0 -3 0 -0 -2 14 5

Выщелочный чернозём

0 51 350 510 71 488 355 85 584 283 95 653 238

90 38 261 380 61 419 305 76 522 253 86 591 215

180 30 206 300 53 364 265 70 481 233 81 556 203

270 23 158 230 46 316 230 64 440 213 75 515 188

540 5 34 50 30 206 150 48 330 160 61 419 153

810 -12 0 0 15 103 75 33 227 110 46 316 115

Светло-каштановая почва

0 13 89 130 23 158 115 30 206 100 36 247 90

90 7 48 70 17 117 85 24 165 80 29 199 73

180 2 14 20 11 75 55 18 124 60 23 158 58

270 -3 0 0 6 41 30 13 89 43 18 124 45

540 -17 0 0 -9 0 0 -2 0 0 3 21 7,5

810 -31 0 0 -23 0 0 -17 0 0 -12 0 0

Серозём тёмный

0 9 62 90 15 103 75 19 130 63 23 158 58

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

67

90 8 55 80 13 89 65 17 117 57 20 137 50

180 6 41 60 10 69 50 15 103 50 18 124 45

270 4 28 40 8 55 40 12 82 40 15 103 38

540 -1 0 0 2 14 10 5 34 17 8 55 20

810 -7 0 0 -4 0 0 1 7 0 0 0 0

Дерново-подзолистая почва

0 41 282 410 66 453 330 87 598 290 101 694 253

90 32 220 320 52 357 260 69 474 230 82 563 205

180 29 199 290 47 323 235 62 426 207 73 501 183

270 27 185 270 42 288 210 57 391 190 67 460 168

540 23 158 230 37 254 185 47 323 157 55 378 138

810 21 144 210 32 220 160 41 282 137 48 330 120 Примечание:РВСР – мл/г

На основании изучения почв длительных опытов по применению удобре-

ний Л. С. Травниковой и др. (2000) были установлены количественные законо-

мерности изменения фосфатной буферности в оптимально удобренных (устойчи-

вых) и истощенных (неустойчивых) пахотных дерново-подзолистых, серых и

черноземных почв.

В устойчивой почве насыщенность ила гумусом является условием низкой

сорбируемости фосфат-ионов. В равной степени это относится и к катионам ка-

лия. Это определяет формирование благоприятного фосфорного и калийного со-

стояния почв, поскольку способствует поддержанию высокой концентрации со-

единений фосфора и калия в почвенном растворе. В почве неустойчивой недона-

сыщенность илистых фракций гумусом способствует увеличению сорбируемости

фосфат-ионов и катионов калия. Следствием этого является формирование не-

благоприятного фосфорного и калийного состояния, поскольку вызывает сокра-

щение запасов растворимых соединений данных элементов.

В таблице 16 представлены физико-химические параметры, позволяющие

различать дерново-подзолистые, серые и черноземные почвы по степени их

устойчивости к деградации.

Таблица 16 - Физико-химические параметры устойчивости почв к деградации

(Травникова и др., 2000)

Почвы Грануло-метри-

ческий со-став

Степень устойчивости

Параметры фосфорного состояния

Параметры калийного состояния

Сo, мг/мл

ПБСР АRo, М

0,5×10

3- ПБС

К ∆Кобм, мг/кг

Дерново- Песчано- Высокая 0,50-0,30

40- 60

15- 7

15- 20

+5… -15

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

68

подзолис- супесчаные Средняя 0,30-0,10

60- 100

7- 4

20- 25

-15… -25

тые и легкосу- Низкая <0,10 100- 200

<4 25- 40

-25… -100

глинистые Средне- и Высокая 0,20-

0,10 120- 180

7- 4

45- 60

+5… -15

тяжелосуг- Средняя 0,10-0,05

180- 300

4- 2

45- 60

-15… -25

линистые Низкая <0,05 300- 1000

<2 60- 80

-25… -100

Серые Сугли- Высокая 0,15- 0,10

100- 120

7- 4

55- 65

+5… -15

нистые Средняя 0,10- 0,02

120- 150

4- 2

55-65 -15… -25

Низкая <0,02 150- 350

<2 60- 100

-25… -100

Черноземы Тяжелосуг- Высокая 0,10- 0,05

80- 120

7- 4

90- 110

+5… -15

листые Средняя 0,05- 0,02

120- 150

4- 2

90- 110

-15… -25

Низкая <0,02 150- 300

<2 110- 150

-25… -100

Следовательно, в одних случаях высокие величины фосфатной буферно-

сти могут указывать на способность почвы поддерживать на относительно высо-

ком уровне устойчивое питание культурных растений, в других – на деградаци-

онные изменения в почве, вызванные дегумификацией илистых фракций.

Считается, что наиболее благоприятным фосфатным режимом обладает

почва с относительно высокими буферными свойствами, обусловленными не по-

глощением фосфора твердой фазой, а его десорбцией. Например, для дерново-

подзолистых супесчаных почв Белоруссии оптимальная концентрация фосфора

составляет 0,27-0,30 мг/л при десорбции фосфора 1,7-1,9 мг/кг и потенциальной

буферной способности 50,0-50,2 мг/л (Лапа и др., 1985). В наших исследованиях,

проведенных на серых лесных тяжелосуглинистых почвах, в 36% случаях имело

место одновременное повышение интенсивности фосфора в растворе и фосфат-

ной буферности (РВСр) относительно 25 мл/г. Оптимальные для этого условия

были следующие: содержание гумуса в среднем 2,7%; рН около 5,3 и концентра-

ция равновесного фосфора 0,15 мг/л. В 32% случаях происходило снижение как

РВСр, так и Y0 при условии уменьшения содержания гумуса до 2,0%, равновес-

ной концентрации до 0,05 мг/л и возрастания кислотности почвенного раствора

до 4,6 рН. Исходя из представленных уравнений зависимости Q0 от гумуса и Рравн.,

при указанных выше значениях гумуса и Рравн., равном 0,15 мг/л, Q0 составит в

первом случае (гумуса 2,7%) – 1,3 мг/100 г, во втором (гумуса 2,0%) – в 1,9 раза

меньше; РВСр составит соответственно 39 и 23 мг/л. При фиксированном значе-

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

69

нии гумуса (2,7%), РВСр для Рравн.<0,11 мг/л составит 27 мл/г (0,32/0,12), для

Рравн.>0,11 мг/л – 34 мл/г (1,2/0,35). Примем значения фосфатной буферности 34-

39 мл/г, десорбционную емкость 1,2-1,3 мг/100 г и концентрацию фосфора 0,15 за

средний уровень устойчивости серой лесной почвы, ниже их – за низкий уровень.

Для улучшения проявления фосфатной буферности необходимо вносить органи-

ческие и минеральные удобрения. Содержание гумуса 2,5-2,7%, равновесного

фосфора 0,15 мг/л не являются предельными величинами для серой лесной почвы,

что необходимо учитывать в моделях управления буферными свойствами по от-

ношению к фосфору. Практически возможно повысить гумус до 3%, равновес-

ную концентрацию фосфора до 0,2 мг/л. Подставив эти значения в уравнения,

получим следующее: адсорбирующая способность почвы (Q0) возрастет до 2,2

мг/100 г, активность фосфора (Y0) до 0,43 мг/л, соответственно фосфатная бу-

ферность до 51 мл/г. На наш взгляд, на отмеченные значения фосфатной буфер-

ности необходимо ориентировать систему земледелия.

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

70

Глава 7. Калийная буферность почвы

7. 1. Проблема калия в земледелии

В настоящее время 12% (15 млн. га) площадей пашни России (рисунок 33)

характеризуются низким содержанием калия. Причина этого – отрицательный

баланс данного элемента в почве, вследствие ослабления его участия в антропо-

генной составляющей биологического круговорота в агроэкосистеме. Как след-

ствие, неизбежно снижение урожайности и ухудшение качества продукции куль-

турных растений (Минеев, 1999; Прокошев, и др., 2000; Костин, 2001).

В таблице 17 показана ди-

намика распределения классов

обеспеченности пахотных почв

обменным калием в Рязанской об-

ласти. Динамика свидетельствует,

что в среднем по годам преобла-

дают почвы с низкой и средней

степенью обеспеченности обмен-

ным калием, несколько меньше –

с повышенной и высокой.

Обеспеченность калием

пахотных почв Центрального Не-

черноземья вызывает тревогу,

Рисунок 33 – Пашня

т.к. преобладающая часть пашни (75%) нуждается в обязательном внесении ка-

лия, хотя бы для возмещения выноса его урожаем (Войтович, 1997, Лобода, 2002).

Таблица 17 – Динамика распределения классов обеспеченности пахотных почв обменным калием в Рязанской области

Наименование до 4,0 4,1-8,0 8,1-12,0 12,1-17,0 17,1-25,0 >25,0

районов 1982 1988 2002 1982 1988 2002 1982 1988 2002 1982 1988 2002 1982 1988 2002 1982 1988 2002

Ермишинский 11 10 12 32 31 36 35 29 27 14 17 15 5 9 8 3 4 2

Захаровский 11 0 1 61 44 51 19 42 35 6 9 7 0 2 4 0 3 2

Кадомский 15 4 14 38 35 44 28 29 23 9 18 12 6 9 5 4 5 2

Касимовский 8 8 7 38 26 37 32 24 27 15 19 19 6 14 8 1 9 3

Клепиковский 32 14 28 32 25 35 15 19 16 9 14 11 6 16 8 6 12 3

Кораблинский 5 6 4 21 32 20 40 41 48 23 13 23 11 5 5 0 3 1

Милославский 0 1 2 9 35 48 54 38 39 27 17 9 12 7 2 0 3 1

Михайловский 0 1 1 3 19 34 54 51 41 28 19 16 15 6 5 0 5 2

Новодеревен-ский

1 0 1 3 8 37 57 50 46 32 35 11 7 7 3 0 0 1

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

71

Пителинский 16 4 16 47 42 45 24 28 21 7 14 10 4 8 5 2 4 2

Пронский 0 0 0 9 25 17 53 48 50 25 16 25 3 7 7 0 4 2

Путятинский 9 14 14 43 44 49 32 25 17 11 8 11 2 6 6 3 3 3

Рыбновский 0 0 1 10 10 28 45 43 34 30 26 22 12 13 10 3 8 5

Ряжский 0 2 3 12 27 39 46 36 43 25 18 13 17 11 2 0 6 1

Рязанский 4 2 3 15 14 22 47 40 33 21 23 24 9 12 12 4 9 5

Сапожковский 12 16 15 38 45 40 35 23 27 8 10 9 7 4 7 0 2 2

Сараевский 0 1 2 4 38 34 45 37 42 36 10 14 15 7 6 0 7 3

Сасовский 16 7 3 46 22 26 25 30 33 9 21 23 3 11 11 1 9 4

Скопинский 0 2 3 19 40 34 49 31 47 21 16 13 11 7 3 0 4 1

Спасский 9 11 9 36 31 39 31 25 25 13 15 15 7 10 9 4 8 5

Старожиловский 1 1 0 14 7 9 40 35 35 28 35 39 13 16 14 4 6 3

Ухоловский 0 1 2 11 20 46 49 35 36 29 23 10 11 15 4 0 6 2

Чучковский 5 2 5 30 16 28 39 45 26 16 21 19 7 11 10 3 5 12

Шацкий 2 5 7 31 30 28 37 32 28 20 18 21 10 13 11 0 2 6

Шиловский 16 9 10 44 33 47 24 25 22 9 14 14 5 12 6 2 7 2

По области 5 4 5 23 28 34 40 36 35 21 18 16 10 9 6 1 5 3

7.2. Природа буферности

Рисунок 34 - К.К. Гедройц

Важнейшие закономерности катион-

ного обмена сформулировал К. К. Гедройц.

В процессах взаимодействия ППК с поч-

венным раствором большую роль он при-

писывал обменным реакциям (Гедройц,

1935; рисунок 34).

Активность иона в почвенном рас-

творе служит показателем обеспеченности

растений элементом питания в данный мо-

мент времени. Поглощение растением кати-

онов и анионов снижает их концентрацию и

активность в растворе, тем самым ухудшая

условия питания. Поступающие в раствор

ионы из твердой фазы в результате раство-

рения труднорастворимых солей, обменных

реакций или разложения алюмосиликатов и

органического вещества, поддерживают ак-

тивность на прежнем уровне.

Для каждого элемента в конкретной почве, характерен ведущий механизм

поступления его в почвенный раствор. Так в элювиальных почвах источником К+

и Са2+

служит ППК и переход катионов в раствор осуществляется путем реакций

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

72

ионного обмена.

Калийный режим в почве во многом зависит от поведения калия в систе-

ме «ППКпочвенный раствор», внутрипочвенного выветривания, трансформа-

ции калия из органической формы в минеральную, а также антропогенного фак-

тора.

Содержание калия в почвах зависит от их минералогического и грануло-

метрического состава (Козлова и др., 2003). Большинство исследователей отме-

чают возрастание количества элемента в почвенных фракциях по мере уменьше-

ния их размера, хотя в ряде случаев наблюдается обратная зависимость. На осно-

ве созданной нами упрощенной модели нескольких вариантов ГС установлено

увеличение содержания обменного калия по мере утяжеления почвы. Статисти-

ческая обработка показывает наличие тесной корреляционной зависимости меж-

ду содержанием обменного калия и фракций физической глины: уравнение ре-

грессии имеет вид:

Y=20,9+1,6X (при <0,01, Sb=0,09).

По данным В. Н. Якименко (2001), в серых лесных почвах при дефицит-

ном балансе калия на формирование биомассы растений расходуется этого эле-

мента, содержащегося во всех фракциях ила, мелкой и средней пыли. В процес-

сах мобилизации и поглощения калия почвой активное участие принимают все

фракции физической глины (наибольшее количество обменного калия – 31,3

мг/100 г. находится в илистой фракции). Соотношение содержания обменного

калия между фракциями <0,01 и >0,01 мм составляет в серой лесной среднесу-

глинистой почве 7:1; по нашей модели в тяжелосуглинистой – 10:1.

7.3. Методика определения

Основоположником разработки теории калийной буферной способности

почвы следует считать P.H.T. Beckett. Показатель буферности был определен как

то количество калия, которое должно быть отдано (-∆К) или поглощено (+∆К)

твердой фазой почвы, чтобы равновесное отношение активностей ионов калия и

кальция в растворе (аK/aCa) изменилось на единицу. Согласно такой формули-

ровке, калийная буферность (PBCк) рассчитывается как ∆К/аK/aCa.

В основу измерения показателей буферности положен анализ изотермы

адсорбции калия из раствора, содержащего калий и кальций. Изотерму адсорб-

ции калия строят в координатах: изменение адсорбционного калия в почве (∆К,

мг-экв/100 г) – ось ординат, и отношение обменивающихся ионов (аK/aCa) – ось

абсцисс. Оси координат обозначают как ∆К и AR (относительная активность ка-

лия), изотерму называют «изотермой Q/Y», а показатели буферности – отноше-

нием фактора емкости к фактору интенсивности. Изотерму делят на десорбцион-

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

73

ную (нижнюю) и адсорбционную (верхнюю) ветви. На изотерме находят точки

пересечения ее с осью ординат при AR=0 для определения десорбционной спо-

собности почвы и с осью абсцисс при ∆К=0 для установления концентрации ка-

лия в растворе, при которой почва не десорбирует и не поглощает калий (по ана-

логии с рисунком 9).

Ход анализа

1. Приготовить 0,002 М раствор СаСl2 и KCl с концентрацией калия 0; 7,8

мг/л (0,2 мг-экв/л); 15,6 мг/л (0,4 мг-экв/л); 23,5 мг/л (0,6 мг-экв/л); 31,2 мг/л (0,6

мг-экв/л); 39 мг/л (1,0 мг-экв/л); 48,1 мг/л (1,2 мг-экв/л).

2. Взять серию навесок почвы по 5 г и прилить 50 мл раствора СаСl2 с раз-

личной концентрацией КСl, полученную суспензию взболтать и через 12 часов

отфильтровать.

3. Для получения на графике точек десорбции калия взять дополнительно

2,5 и 1,0 г почвы и прилить 50 мл раствора СаСl2.

4. Определить активность ионов К+, Са

2+ и Mg

2+ и рассчитать концентра-

цию ионов К+ (или выделяют в водной вытяжке на пламенном фотометре).

5. Построить график, где по ординате отложить изменения содержания

калия в почве после взаимодействия ее с раствором (ΔК), а по абсциссе - отноше-

ние активностей К+ и Са

2++Mg

2+ (AR).

При малых значениях AR калий, вытесненный 0,002 М раствором СаСI2

переходит из почвы в раствор . Поэтому начальный участок кривой лежит ниже

нулевого значения ординаты, а изменение содержания обменного калия в почве

записывается с отрицательным знаком - ΔК+. При некотором отношении актив-

ностей, обозначенном AR0 , величина ΔК+=0, т.е. содержание обменного калия в

почве не изменилось. Одним из важнейших химических характеристик почвы яв-

ляется показатель AR0 . Поскольку в данной точке не происходит обмена ионов

между почвой и раствором, то это отношение активностей свойственно нативной

почве. Угол, под которым проходит кривая буферности ΔК+ - AR, характеризует

буферность почв по отношению к калию. Чем больше угол, чем круче располо-

женная кривая, тем выше буферность системы твердая фаза - почвенный раствор,

тем самым почва легче отдает или принимает ионы калия.

7.4. Интерпретация результатов исследований

Диагностическое значение калийной буферности состоит в том, что она

выражает меру смещения равновесия ионного обмена в зависимости от состава

раствора. Оно находит выражение в расположении изотерм адсорбции относи-

тельно осей координат (Канунникова, 1989). Основные закономерности в изме-

нениях расположения изотерм приведены на рис. 10.

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

74

Если растения выносят лабильный калий (∆К1, (∆К2) или если калий вно-

сят с удобрениями (∆К3), то размеры изменений величины AR0 до AR1, AR2 или

AR3 связаны с буферными свойствами почвы приведены изотермы для образцов

одной необработанной (AR0) и трех обработанных почв одного и того же типа .

На рисунке 35 показаны изменения равновесия в результате фиксации и осво-

бождения калия из неудобренной почвы за время ∆t.

Рисунок 35 – Изменение адсорбции калия (А); при внесении или потере калия (В);

при освобождении фиксированного калия (С) (Beckett, 1971)

R. Busch (1981) придавал особое значение калийной буферности и относил

ее к фундаментальным показателям почвенного плодородия. Было отмечено, что

калийная буферность влияет на критический уровень калия в почве. Это под-

твердилось при рассмотрении в качестве показателей критического уровня со-

держания обменного калия в почве и концентрация калия в растворе.

В опытах Н. А. Канунниковой (1986) наибольший урожай кукурузы был

отмечен для почвы с самой высокой PBCк. Это указывает на, что низкая PBC

к –

плохой признак для плодородия почвы.

Данные, приведенные в таблице 18, показывают, что в верхних горизонтах

темно серой лесной почвы, типичного и реградированного чернозема относи-

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

75

тельная активность калия одинакова – 0,7∙10-3

М/л0,5

. PBCк возрастала в порядке:

темно серая лесная→типичный чернозем→реградированный чернозем.

Таблица 18– Содержание калия, его относительная активность и потенциальная

калийная буферность почв (Канивец и др., 1975)

Глубина взятия об-

разца, см

Обменный калий, мг/кг

Относительная актив-ность калия,

AR0∙10-3

, (М/л)0,5

PBCк

Дерново-слабоподзолистая

0-20 28 3,0 26

70-105 38 1,1 60

Темно серая лесная легкосуглинистая

0-17 71 0,7 100

35-45 65 0,5 133

170-180 44 0,5 133

Чернозем реградированный тяжелосуглинистый

0-20 300 0,7 200

90-100 174 0,2 200

180-200 126 0,1 300

Чернозем типичный легкосуглинистый

0-20 14 0,7 160

30-40 83 0,5 160

90-105 63 0,5 200

200-210 57 0,2 250

Чернозем обыкновенный тяжелосуглинистый

0-20 337 1,1 490

25-35 228 0,4 400

110-120 109 0,2 480

Темно-каштановая легкосуглинистая

0-15 425 1,3 410

20-40 740 3,7 316

110-120 134 0,4 500

200-210 235 0,1 500

Лугово-черноземная легкоглинистая

0-15 466 2,1 260

15-30 226 1,1 264

60-70 114 0,5 280

В опытах И.И. Канивеца и др. (1975) в почвах с высоким содержанием

обменного калия мобилизационная способность в отношении калия возрастала.

Большой относительной активностью калия отличались обыкновенный чернозем,

темно-каштановая и лугово-черноземная почвы, характеризующиеся высоким

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

76

содержанием обменного калия. Указанные почвы отличались также наиболее вы-

сокой потенциальной калийной буферной способностью, что связано с особенно-

стями структур высокодисперсных гидрослюдистых минералов.

В почвах, сформировавшихся на лессовидных отложениях, относительная

активность калия в нижних горизонтах почв снижается, в то время как калийная

буферность этих слоев, особенно породы, увеличивается. Эти изменения наибо-

лее существенны для темно-каштановой почвы. Относительная активность калия

в гумусовом горизонте дерно-слабоподзолистой почвы в опыте И.И. Канивеца и

др. (1975) находилась на уровне наиболее обеспеченных калием темно-

каштановой и лугово-черноземной почв.

Значительные изменения калийной буферности в пахотном слое отмечены

при многолетнем внесении удобрений (таблица 19). Для дерново-

слабоподзолистой почвы с низкой PBCк относительная активность калия при

удобрении повысилась вдвое. Резко возросла AR0∙в гумусом горизонте темно се-

рой лесной почвы, калийная буферная способность которой ниже, чем остальных

почв, сформировавшихся на лессовидных отложениях. По мере возрастания ка-

лийной буферности сдвиги в относительной активности калия при удобрении

почв становились менее существенными, даже когда количество внесенного ка-

лия превышало 1000 кг/га (реградированный чернозем).

Таблица 19 – Влияние удобрений на относительную активность калия и калий-

ную буферную способность почв (пахотный слой) (Канивец и др., 1975)

Почва К2О за го-ды опыта,

кг/га

Без удобрений NРК

AR0∙10-3

, (М/л)

0,5

PBCк AR0∙10

-3,

(М/л)0,5

PBC

к

Дерново-

слабоподзо-листая

900

3,0

26

6,0

36

Темно-

серая лесная

1440

0,7

100

3,8

92

Чернозем

типичный

600

0,7

160

1,3

160

Чернозем реградиро-

ванный

1920

0,7

200

0,8

188

Темно-

каштановая

600

1,9

410

1,3

410

Лугово- черноземная

750

2,1

260

3,0

260

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

77

В круге проблем по калийной буферности основное место отводится изу-

чению влияния на нее тех или иных агротехнических мероприятий – удобрений,

севооборотов и.т.д. (Канивец и др., 1975; Прокошев и др., 1975; Никифоренко,

1977; Травникова и др., 2002). К настоящему времени эта тема достаточно хоро-

шо проработана.

Вместе с тем, практически отсутствуют сведения о калийной буферности

в случае неудовлетворительной агротехники, вызванной, в частности, отсутстви-

ем или недостаточным применением удобрений, что само по себе следует рас-

сматривать как неблагоприятное экологическое проявление крайней формы в аг-

роэкосистеме. Отсутствие применения удобрений – это неблагоприятный агро-

химический фактор, т.к. для системы – почвы складываются условия, при кото-

рых усиливается напряженность использования созданных в течение длительного

времени ресурсов, в нашем примере калия.

По-видимому, события последних лет в земледелии заставляют несколько

изменить наше понимание о трофической составляющей функций почв, допол-

нив его гомеостатическим содержанием, даже если гомеостатическая трофиче-

ская функция не имеет прямого отношения к продукционному процессу. Почва

способна как поглощать калий, так и отдавать его в почвенный раствор. С гомео-

статической точки зрения эти оптимально соотнесенные друг с другом процессы

(трофические фазы) в равной степени важны, т.к. формируется запас элемента и

частично компенсируется вынос калия. Поглощенный калий не поступает в рас-

тение, но потенциально он для него доступен. В то же время поглощаемый калий

может закрепляться на необменных позициях ППК в случае, например, ослабле-

ния органо-минеральных взаимодействий. На каком-то этапе это приводит к

снижению активности калия, как следствие – к повышению буферности. Почва

может также поглощать калий в объеме, не достаточном для создания резерва,

если деградирован минеральный и органический комплексы. При этом актив-

ность калия может быть высокой только при систематическом применении удоб-

рений с неизбежными потерями элемента. Как итог, буферность снизится.

В настоящее время наиболее вероятно формирование калийного режима в

условиях ограниченного применения удобрений и ухудшения свойств, ответ-

ственных за протекание разнокачественных обменных процессов на границе раз-

дела твердой и жидкой фаз. На калийной буферности это отразится в ее повыше-

нии.

Информативность калийной буферности с гомеостатической позиции вы-

ражается в том, что она показывает степень участия, активность почвенного ка-

лия (если таковой имеется) в обеспечении культурного растения (фактор интен-

сивности AR0) и депонирующую способность почвы в отношении элемента (фак-

тор емкости ∆К).

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

78

Итак, одним из главных неблагоприятных проявлений в земледелии явля-

ется снижение потенциала регуляции питания растений. Дефицит удобрений от-

разился и на наших многолетних опытах. В опытах несколько лет не вносились

минеральные и органические удобрения. В опыте с комплексным окультуривани-

ем (NPK90+навоз 40 т/га) в течение последних 5-ти лет возделывалась люцерна

посевная, которая отличается высоким выносом калия из почвы. Таким образом,

были спровоцированы условия для истощения серой лесной почвы элементом.

Насколько сильно сохраняются эффекты от агротехнических мероприятий, прак-

тически никто не оценивал. В большинстве случаев изучались лишь текущие эф-

фекты, что не всегда вписывается в общую экологическую теорию устойчивости,

которая еще пока только облекается в агрономическую форму.

Учитывая нулевую динамику данных по калийной буферности, сделаем

допущение, при котором устойчивость почвы к истощению на опытных вариан-

тах будем оценивать путем контрольного сравнения, с вариантом без удобрений,

характеризующим энергетически низкий режим функционирования. Чем ближе к

нему значения, тем менее устойчива почва. Для сравнения приведены также дан-

ные по буферности почвы в том случае, если бы не прекращали применение

удобрений.

В наших исследованиях, проведенных на кафедре агрохимии и почвове-

дения, земледелия систематическое и длительное применение калийных удобре-

ний в дозе 60 кг/га позволяет на серых лесных почвах создать запас прочности в

обеспечении устойчивости калийного режима. С момента прекращения внесения

удобрения прошло 3 года (вариант NPK-3 года). За это время содержание обмен-

ного калия снизилось по сравнению с данными 2001 г на 4-5 мг/100 г и составило

около 20 мг/100 г.; в варианте без удобрений – 9 мг/100 г. Если бы удобрения

продолжали вносить (вариант NPK+3 года), обменного калия ожидалось бы на

уровне 25 мг/100 г. На этом сравнительном фоне во всем диапазоне добавленного

КCl (от 0 до 1,2 мг-экв/л) сохраняется та же закономерность и в отношении ак-

тивности калия: в соответствии с указанным выше порядком вариантов AR0 со-

ставила в среднем 1,1∙10-3

М/л0,5; 0,2 и 1,9∙10

-3 М/л

0,5, а ∆К0 – -0,04 мг-экв/100 г.;

0,005 (0) и -0,06 мг-экв/100 г. (таблица 19, рисунок 38).

Активным компонентом в формировании калийного режима почвы явля-

ется сама ее способность поддерживать равновесную концентрацию элемента на

высоком уровне. Мы установили, что по прошествии 3-х лет, когда удобрения не

вносили, этот компонент присутствовал, хотя мобилизационная активность осла-

бла на 33%, а относительная активность калия, при которой не происходит сме-

щения адсорбционного равновесия, снизилась на 46% по сравнению с вариантом,

если удобрения продолжали применять.

Увеличение буферности в варианте «NPK-3 года» по сравнению с контро-

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

79

лем объясняется сохранением способности почвы отдавать калий в раствор; сни-

жение буферности в варианте NPK+3 года – повышенной активностью калия.

Изучение ветви изотермы, смещенной в десорбционную область (от 0 до

0,6 мг-экв/л добавленной KCl), показало, что во всех вариантах активность калия

была больше, чем для всего диапазона. Это может указывать на выхолаживание

кривой при высоких концентрациях калия в растворе, ведущее к снижению угла

наклона кривой к оси абсцисс. Для интервала от 0 до 0,6 мг-экв/л добавленного

KCl характерно увеличение значений ΔК0 и буферности.

По приблизительным расчетам 5-летнее возделывание люцерны на сено

вынесло 200-300 кг калия с 1 га. По этой причине, в опыте с совместным приме-

нением минеральных и органических удобрений (NPK(90)+ навоз 40т/га – 5 лет)

содержание обменного калия снизилось до 17 мг/100 г, легкоподвижного – до 5,0

мг/100 г. При такой обеспеченности почва в состоянии реализовывать функцию

по снабжению культурных растений калием, т.к. вектор спрямления указывает в

сторону адсорбции калия: ΔК0 составила -0,012 мг-экв/100 г.(таблица 20, рисунок

36 и 37). По сравнению с вариантом продолжающегося окультуривания серой

лесной почвы (NPK(90)+ навоз 40т/га + 5 лет) способность к десорбции снизилась

на 87%, а к поддержанию равновесного состояния, соответствующего высокому

уровню плодородия, на 75%.

-0,1

-0,05

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012

AR

де

ль

та

К

без удобрений NPK-3 года NPK+3 года

Рисунок 36 – Изотермы калийной буферной способности серой лесной почвы в

опыте с минеральными удобрениями

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

80

Таблица 19 - Калийный режим серой лесной почвы

Вариант Водорас-творимый

К2О

Обмен- ный

К2О

Необмен-но-

гидроли-зуемый

К2О

Кислото-раство-

римый К2О

Легкопо-движный

К2О

сК+ аК

+ AR Буферность в диапазоне добавлен-

ного KCl (мг-экв/л ):

мг/100 г 10-3

М/л от 0 до 1,2 первый интервал

от 0 до 0,6 второй интервал

ΔК0

AR0

М0,5

PBCк ΔК0

AR0

М0,5

PBCк

в опыте 1

Без удобрений

(контроль 1)

1,0 9 75,3 230,7 0,6 0,0156 0,0146 0,5 0,005 0,2 22-32 0,06 1,3 42-48

NPK-3 года 2,2 20 80,1 310,3 1,6 0,0416 0,039 1,2 -0,04 1,1 33-42 0,13 1,9 56-77

NPK+3 года 3,1 25 83,7 324,1 1,8 0,0468 0,044 1,5 -0,06 1,9 28-32 0,18 2,8 60-65

Без удобрений (контроль 2)

1,0 9 75,0 221,5 0,3 0,0078 0,0074 0,3 -0,008 0,2 18-21 0,006 1,4 40-45

NPK (90) +навоз 40 т/га – 5 лет

5,1 17 60,0 283,0 3,0 0,0260 0,024 0,8 -0,012 0,5 22-26 0,09 1,7 50-57

NPK (90) +навоз

40 т/га + 5 лет

7,0 22 64,0 300,0 6,4 0,0620 0,058 2,0 -0,090 2,0 45-50 0,23 2,5 90-95

в опыте 2

Без удобрений не опр. 10-12 не опр. не опр. 0,7 0,016 0,015 0,6 0,006 0,2 23-25 0,06 1,4 40-46

Навоз 40 т/га 17,5 39,9 45,1 314,2 7,7 0,200 0,200 4,7 -0,200 20 10-15 0,24 22 10-15 Примечание: ΔК0 в мг-экв/100 г; AR0 в М/л; вариант «NPK» - включал применение 40%-ной калийной соли на фоне аммиачной селитры и двой-ного суперфосфата

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

85

-0,25

-0,2

-0,15

-0,1

-0,05

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014 0,016 0,018

AR

дел

ьта

К

без удобрений NPK(90)+ навоз 40 т/га + 5 лет

NPK (90)+ навоз 40 т/га - 5 лет навоз 40 т/га

Рисунок 37 – Изотермы калийной буферной способности серой лесной почвы в

опыте с совм6стным применением минеральных и органических удобрений

Таким образом, предложенные в опытах системы удобрений оправданы

с позиции понятия устойчивости почвы, т. к. последейственный эффект в от-

ношении калийного состояния сохраняется. Он выражается в том, что, хотя

термодинамическое равновесие смещается на понижающий потенциал, ППК

пребывает в активной фазе по десорбции калия, в отличие от пассивной фазы,

когда ППК только поглощает его.

Мы рассмотрели случай с перерывом во внесении удобрений с един-

ственной целью – оценить опытные технологии по их влиянию не только на

формирование агрохимических свойств, в частности калийного режима, но и на

его внутреннюю реализацию почвой за счет мобилизации резерва в неблаго-

приятных условиях.

При существующих дозах применения калийных удобрений решить

проблему калия невозможно, тем более при их отсутствии. В настоящее время

калийное состояние почвы поддерживается за счет почвы – трансформации ка-

лия из менее лабильных форм в доступную для растения форму. По-видимому,

при его содержании в серой лесной почве 8-10 мг/100 г данный процесс и

дальше будет протекать, особенно на фоне повышенной кислотности, затраги-

вая ресурс калия и его матричных носителей, не синтезируемых в природной

обстановке. Это недопустимо.

Естественно, что в первую очередь на содержание калия в почве оказы-

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

85

вают влияние удобрения. Это известно. Возникает вопрос: в чем заключается

гомеостатическое значение органического вещества по отношению к калию?

Вероятно, в том, что от содержания органического вещества зависит активность

калия в растворе (во 2-й главе она отражена в виде корреляционной зависимо-

сти обменного калия от гумуса) и поглощение как синтезируемыми органиче-

скими, так и органо-минеральными компонентами. Это подтверждают резуль-

таты исследования, проведенного в опыте с навозом, норма которого составила

40 т/га. Существенно возросло количество обменного и легкоподвижного калия;

как следствие, AR0 составила 20∙10-3

М/л0,5. Такая высокая активность калия

обусловлена значительной десорбцией элемента – 0,2 мг-экв/100 г., сопровож-

дающейся во всем диапазоне добавленного КCl. Только при добавленной КCl,

эквивалентной 24 мг/100 г, высвобождение калия из ППК прекратилось.

Считается, что низкая буферность – плохой признак для плодородия, т.к.

она определяет устойчивость калийного питания. Однако ее возрастание может

сопровождаться низкой активностью калия в растворе и его высоким поглоще-

нием вследствие деградации органо-минеральных комплексов. Поэтому в ин-

терпретации данных по буферности следует учитывать факторы, ее обуславли-

вающие.

При исследовании были обнаружены различия по PBCк между мине-

ральной и органно-минеральной системами удобрений: в этих вариантах она

составила соответственно 28-32 и 50-53 в первом интервале и 60-65 и 90-95 – во

втором. При 3-х летнем отсутствии применения минеральных удобрений бу-

ферность по сравнению с вариантом непрерывного их использования незначи-

тельно увеличилась на 4-12 (для двух интервалов). В большей степени это свя-

зано со снижением активности калия в растворе. В совокупности причин, на

наш взгляд, одна из вероятных – активное поглощение калия твердой фазой в

условиях кислой реакции почвенного раствора и низкого содержания гумуса

(около 2%) на фоне сохранившейся десорбционной емкости, соответствующей

варианту NPK+3 года.

Полученные данные опыта с органическим удобрением говорят о его

исключительной роли в формировании высокой десорбционной способности

почвы и активности калия, отношение которых минимальное – 10-15. Однако

это не указывает на низкую устойчивость почвы. Активизация общего потока

калия из почвы связана с влиянием гумифицированного и разлагающегося ор-

ганического вещества, постоянно пополняющего почвенный раствор калием и

поддерживающего его на относительно высоком уровне.

Для изучения влияния внутрисистемных факторов на формирование

устойчивости калийного режима нами проанализировано 25 почвенных образ-

цов, отличающихся содержанием гумуса, обменной и легкоподвижной форма-

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

85

ми калия, кислотностью. Для каждого образца определены значения компонен-

тов буферности. Вариация признаков позволила установить связи, которые

можно признать закономерными в объеме предложенного массива данных.

От гумусового потенциала, а, следовательно, от элементов технологий,

приводящих к увеличению гумуса, зависит относительная активность калия.

Уравнение регрессии имеет вид:

Y= -0,0098+0,0046X (рисунок 13).

Л.С. Травникова и М.С. Шаймухаметов (2000) предлагают, для средней и высо-

кой степени устойчивости функционирования серых лесных суглинистых почв

доведение значение AR0 соответственно до 2-4 и 4-7 10-3 М/л

0,5. В нашем случае

такие величины активности возможны при содержании гумуса в процентах 2,5-

2,9 и 2,9-3,5.

Исходя из зависимости AR0 от обменного калия как

Y= -0,0045+0,00038X (рисунок 13),

содержание последнего должно быть для средней степени устойчивости не ни-

же 17-22 мг/100 г, для высокой – 22-30 мг/100 г. Это подтверждает расчет, при-

веденный на рисунке 38. Только при содержании обменного калия более 20

мг/100 г достигается максимальное значение AR0 – около 16∙10-3 М/л

0,5.

Y= -0,0098+0,00462X

r = 0,77

Гумус

AR

-0.002

0.002

0.006

0.01

0.014

0.018

0.022

1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5

Y= -0,0045+0,00038X

r = 0,83

Обменный калий

AR

-0.002

0.002

0.006

0.01

0.014

0.018

0.022

0 10 20 30 40 50

Рисунок 38 – Зависимость относительной активности калия от гумуса и обмен-

ного калия в условиях серой лесной тяжелосуглинистой почвы

При содержании гумуса меньше 2% вероятное (при Р=100%) значение

AR0 1,5∙10-3 М/л

0,5, что соответствует низкой степени устойчивости; если гумуса

больше 2% –AR0≥9,8∙10-3 М/л

0,5 (рисунок 39 и 40). Следовательно, устойчивость

калийного режима складывается при гумусированности серой лесной почвы

свыше 2%, с увеличением последней следует ожидать наращивание внутриси-

стемных сил по стабилизации калийного режима.

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

85

КАЛИЙ: <= 10 y = -0,63+2,185e3x

КАЛИЙ: (10,15] y = -1,19+2,603e3x

КАЛИЙ: (15,20] y = -0,972+927,935x

КАЛИЙ: > 20 y = -0,396+84,616x

ожидаемое значение

<= 10

КАЛИЙ:

0AR

:

-1.8

-1.2

-0.6

0

0.6

1.2

1.8

-0.0

02

0.00

2

0.00

6

0.01

0.01

4

0.01

8

0.02

2

(10,15]

КАЛИЙ:

-0.0

02

0.00

2

0.00

6

0.01

0.01

4

0.01

8

0.02

2

(15,20]

КАЛИЙ:

-0.0

02

0.00

2

0.00

6

0.01

0.01

4

0.01

8

0.02

2

> 20

КАЛИЙ:

-0.0

02

0.00

2

0.00

6

0.01

0.01

4

0.01

8

0.02

2

Рисунок 39 – Влияние различных градаций обменного калия на его

относительную активность

гумус: <= 2 y = -2,714+2,41e3x

гумус: > 2 y = -0,208+122,9x

ожидаемы

е значения

<= 2

гумус

0AR:

-2.5

-1.5

-0.5

0.5

1.5

2.5

-0.002

0.002

0.006

0.01

0.014

0.018

0.022

> 2

гумус

-0.002

0.002

0.006

0.01

0.014

0.018

0.022

Рисунок 40 – Влияние различных градаций гумуса на относительную

активность калия

Чем кислее почва, тем больше поглощается калия, что связано, вероятно,

с недонасыщенностью илистых фракций гумусом, содержание которого со-

ставляло 1,65-2,25%, что крайне низко для серой лесной почвы, а рН – 4,3-5,0.

По нашим расчетам при содержании гумуса менее и более 2% и значениях рН,

лежащих в интервале от 4 до 5 почва может поглотить калия соответственно

около 22 и 16 мг/100 г (рисунок 41).

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

85

ожидаемое значение

<=

4

РН:

-1.8-1.2

-0.60

0.61.21.8

(4,5

]

РН:

-1.8-1.2

-0.60

0.61.21.8

<= 2

гумус:

> 5

РН:

-1.8-1.2

-0.60

0.61.21.8

6 12 18 24

> 2

гумус:

6 12 18 24

гумус: <= 2, РН: (4,5] y = -5,8+0,31x

гумус: > 2, РН: (4,5] y = -3,7+0,3x

гумус: > 2, РН: > 5 y = -4,9+0,4x

Рисунок 41– Влияние гумуса и рН на адсорбцию калия (+∆К)

На фоне превышения содержания гумуса 2%, обменного калия 17 мг/100

г. и рН 5 расчетное количество поглощенного калия составляет 12 мг/100 г, что

на 6 мг/100 г меньше, если бы превышение гумуса указанной величины не про-

исходило (рисунок 42).

7.125

8.250

9.375

10.500

11.625

12.750

13.875

15.000

16.125

17.250

18.375

19.500

20.625

21.750

22.875

гумус: <= 2 z = 53,5-5,0x-0,6y

гумус > 2 z = 16,0-0.5x-0,073y

рН

калий

<= 2

гумус:

0

10

20

30

40

50

4 4.4 4.8 5.2 5.6 6 6.4 6.8

> 2

гумус:

0

10

20

30

40

50

4 4.4 4.8 5.2 5.6 6 6.4 6.8

Рисунок 42– Совместное влияние обменного калия и гумуса

на адсорбцию калия (+∆К)

Следствием снижения гумуса в почве является формирование неблаго-

приятного калийного состояния, поскольку деградация органо-минеральных

комплексов вызывает сокращение запасов растворимых соединений элемента

(Травникова и др., 2000).

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

85

Гумус и калий являются определяющими факторами по отношению к

десорбционной способности почвы, максимальное проявление которой (-

∆К=0,15 мг-экв/100 г) достигается при их содержании соответственно более 2%

и 15 мг/100 г (рисунок 43).

калий: > 15, гумус: <= 2 y = -2,5+55,2x

калий: <= 15, гумус: > 2 y = -0,2+87,0x

калий: > 15, гумус: > 2 y = -0,7+11,0x

ожидаемо

е значение <=

2

гуму

с:

-1.6

-1

-0.4

0.2

0.8

1.4

2

<= 15

калий:

> 2

гуму

с:

-1.6

-1

-0.4

0.2

0.8

1.4

2

-0.02 0.04 0.1 0.16 0.22

> 15

калий:

-0.02 0.04 0.1 0.16 0.22

Рисунок 43 – Совместное влияние обменного калия и рН

на десорбцию калия (-∆К)

При одинаковой градации калия (>15 мг/100 г) с превышением гумуса

порога в 2% следует ожидать увеличения значения (-∆К) на 60%. При одинако-

вой градации гумуса (>2%) превышение содержания калия рубежа в 15 мг/100 г

повышает ∆К на 93%. Общий вид зависимости -∆К от гумуса и обменного ка-

лия представлен на рисунке 44.

Y=-0,0440+0,03391X

r = 0,49

-0.02

0.02

0.06

0.1

0.14

0.18

0.22

0.26

1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5

Y= -0,0416+0,00505X

r = 0,95

-0.02

0.02

0.06

0.1

0.14

0.18

0.22

0.26

0 10 20 30 40 50

Гумус Обменный калий

Рисунок 44 – Влияние гумуса и обменного калия адсорбирующую

способность калия (-∆К)

Наибольшее значение буферности (43 ед., рисунок 20) было установлено

в 16% случаях, когда отмечалось снижение гумуса до 1,7-1,9% и превышение

обменного калия 20 мг/100 г, хотя последний определяет относительную актив-

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

85

ность калия, поэтому РВСк должна снижаться. Проанализировав причины, мы

считаем, что такая буферность не может считаться оптимальной, т.к. ее форми-

рование происходит на фоне кислой реакции среды. По-видимому, по причине

высокой кислотности почвы и низкой обеспеченности ее калием (К2О около 10

мг/100 г) следует ожидать формирование низкой буферности (РВСк =32 ед.) при

содержании гумуса больше 2,5%. Аналогичный эффект обнаруживается и при

средне кислой реакции среды, но при более высоких значениях обменного ка-

лия. В первом и втором случаях (в сумме на их долю приходилось 36%) низкая

буферность была обусловлена невысокой десорбционной способностью (-∆К

около 0) и незначительной относительной активность калия (AR0<1,0∙10-3

М/л0,5

). Следовательно, не во всех случаях снижение калия в растворе следует

рассматривать как исключительную причину повышения калийной буферности,

объясняя с недонасыщенностью ППК катионом данного элемента, т.к. это мо-

жет быть связано с истощением почвенных источников калия. Тем не менее, в

40 % случаях РВСк возросла до 41 ед. на фоне обеспеченности калием, не пре-

вышающей 20 мг/100 г., что обусловлено не только незначительной активно-

стью калия, но и низким содержанием гумуса (меньше 2,5%), т.е. дегумифика-

цией илистых фракций, о чем свидетельствуют высокие значения +∆К – 18-20

мг-экв/100 г (рисунок 45). Такое же значение РВСк

(41 ед.) для серой лесной

почвы можно сформировать при высокой ее обеспеченности калием и гумусом

(3% и выше). Для этого необходимо улучшать функциональное состояние ППК.

41

32

4341

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

(1) Y=-2,5+0,09X (2) Y=-3,2+0,13X (3) Y=-5,06+0,14X (4) Y=-1,08+0,05X

Примечание: для уравнения 1 - гумуса <2,5; K2O<20; 2 - гумуса >2,5; K2O<20; 3 - гумуса <2,5;

K2O>20; 4 - гумуса >2,5; K2O>20

Рисунок 45 – Потенциальная буферная способность, вероятностные уравнения

при различных комбинациях содержания гумуса и обменного калия

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

85

При добавлении хлористого калия в раствор концентрация калия в нем

возрастает, темпы сорбции калия снижаются. Поэтому был построен график за-

висимости отношений Q к I, рассчитанных для каждого отрезка верхней части

изотермы, от исходной концентрации калия в растворе (рисунок 21). Несмотря

на недонасыщенность ППК калием (содержание обменного калия 8-10 мг/100 г),

превышение его концентрации в исходном растворе 0,32 мг-экв/л (Xo – точка

перегиба) не приводит к увеличению Q/I, т.к. темпы роста концентрации эле-

мента в растворе превышают темпы поглощения. Это наименьшая величина по

сравнению с другими классами обеспеченности, для которых Xo составила око-

ло 0,40 мг-экв/л (условно эквивалентна дозе действующего вещества калийного

удобрения 470 кг/га).

С переходом на более высокий класс обеспеченности снижается значе-

ние первого коэффициента в уравнении: с 489 до 285. Как видно из рисунка 46,

при минимальном содержании калия происходит интенсивное его поглощение

по скорости, а также по объему – Y0=51.

0

10

20

30

40

50

60

70

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

низкая средняя повышенная высокая

Уравнения зависимости по классам

обеспеченности:

Низкий – Y=-27+489x-762X2

X0=0,32; Y0=51

Средний – Y=-25+394X-473X2

X0=0,41; Y0=57

Повышенный – Y=-22+339X-444X2

X0=0,38; Y0=43

Высокий – Y= -17+285X-364X2

X0=0,39; Y0=39

Рисунок 46 – Динамика Q/I от исходного содержания калия в растворе (мг-экв/л)

по классам обеспеченности

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

85

Заключение

При проведении мониторинга необходимо несколько углубить изучение

плодородия почвы с позиции проявления ею буферных свойств, ответственных

за формирование устойчивости почвы к неблагоприятным воздействиям. По-

этому буферным свойствам необходимо придать агроэкологическое осмысле-

ние и шире использовать соответствующие показатели наряду с общеприняты-

ми в оценке применения агротехнических мероприятий, диагностике почвен-

ных процессов, плодородия.

В большинстве случаев отсутствие научно-обоснованных подходов к

использованию почв привело к ослаблению агроэкологических функций. При

всей их многогранности можно выделить группу функций, при проявлении ко-

торых затрагиваются ресурсные возможности, например, ресурс элементов пи-

тания, кальция, магния и других элементов, ресурс почвенных реакций, обеспе-

чивающих нейтрализацию ионов водорода, поглощение тяжелых металлов.

Привлечение в диагностике традиционных агрохимических параметров не поз-

воляет увидеть функциональное состояние разнообразных компонентов – мат-

ричных носителей буферных реакций, в совокупности отражающих устойчи-

вость почвы. Современные агроэкологические представления о почве застав-

ляют несколько иначе взглянуть на ее место в сельскохозяйственном производ-

стве. В агрохимическом смысле важно не только знать какие удобрения, и в ка-

ких дозах требуется их внести на тех или иных типах почв для получения за-

планированной урожайности, но и влияние удобрений на режимные и межфа-

зовые процессы в отношении элементов.

Таким образом, в монографии нами обращается внимание на исключи-

тельную важность улучшения структурно-функционального состояния почвен-

ных компонентов, и в первую очередь органического вещества. Оно одновре-

менно защищает минеральные компоненты от разрушения и генерирует буфер-

ные реакции за счет разнообразных механизмов, что и было показано на кон-

кретных примерах. Наконец органическое вещество в отличие от минеральной

составляющей твердой фазы представляет собой возобновляемый ресурс.

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

85

Список литературы

1. Адрианов С.Н. Закономерности формирования фосфатного режима дер-

ново-подзолистых почв в разных системах удобрений. Автореф. дисс. …

д. с.х. н. - М., 2000. - 48 с.

2. Агрохимическая характеристика почв сельскохозяйственных угодий Рос-

сийской Федерации (по состоянию на 1 января 2003 года). - М., Изд-во

ВНИИА, 2004. 170 с.

3. Анисимов В.С., Анисимова Л.Н., Ломоносова Н.В. и др. Влияние кислот-

ности дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы на подвижность и

биологическую доступность радионуклидов 60Со, 137 Cs, микроэлемен-

тов Co, Cu, Zn, Mn, Fe // Агрохимия. 2005. - №7. - С. 51-58.

4. Аристархов А.Н. Калийный режим почв и потребность в калийных удоб-

рениях земледелия Московской области // Эколого-агрохимическая

оценка состояния калийного режима почв и эффективность калийных

удобрений: Мат-лы науч.-практ. конф. (Москва, 14 окт. 2001 г.). – М.,

2002. - С. 213-226.

5. Аристархов А.Н. Эколого-агрохимическое обоснование оптимизации пи-

тания растений и комплексного применения макро- и микроудобрений в

агроэкосистемах // Диссертация в виде научного доклада на соискание

ученой степени доктора биологических наук. - М., 2000. – 42 с.

6. Батура И.Н. Фосфатно-калийный режим и минералогический состав дер-

ново-подзолистых почв разного уровня окультуренности: Автореф.

дис. ... канд. биологических наук. - М. 2006. - 22 с.

7. Богдевич И.М., Лапа В.В., Очковская Л.В. и др. Баланс и изменение со-

держания подвижного калия в пахотных почвах Белоруссии // Агрохи-

мия, 2004. -№1. - С. 46-50.

8. Бондарь Ю.И., Ивашкевич Л.С., Шманай Г.С., Калинин В.Н. Влияние ор-

ганического вещества на сорбцию 137Cs почвой // Почвоведение, 2003. -

№8. - С. 929-933.

9. Варшал Г.М. и др. О механизме сорбции ртути (II) гуминовыми кислота-

ми// Почвоведение, 1998. - №9. – С. 1071-1078.

10. Вейтене Р. Оценка химического состава почвы при ее подкислении // Тез.

докл. Всероссийской конференции. - Москва, 2003. - С. 151.

11. Водяницкий Ю.Н., Фрид А.С., Шаймухаметов М.Ш. Применение уравне-

ний Ленгмюра и Дубинина-Радушкевича для описания изотерм адсорб-

ции ортофосфатов почвами // Агрохимия, 1998. - №7. - С. 27-34.

12. Войтович Н.В. Плодородие почв Нечерноземной зоны и его моделирова-

ние. - М.: Колос, 1997. - С. 101-126

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

85

13. Гамзиков Г.П. Калийные удобрения в земледелии Сибири // Плодородие,

2001. - №3. - С. 19-21.

14. Гедройц К.К. Почва как культурная среда для сельскохозяйственных рас-

тений. 1926 // К.К. Гедройц. Избранные научные труды. - М., 1975. - С.

184-259.

15. Гинзбург К.Е. Методы определения фосфора в почве//агрохимические

методы исследования почв. - М.: Наука, 1975. - С. 106-109.

16. Гинзбург К.Е. Фосфор основных типов почв СССР. - М.: Наука, 1981. -

241с.

17. Гырбучев И. Регулирование фосфорного режима в основных почвах Бол-

гарии. - М.: Колос, 1981. - 239 с.

18. Демин В.А., Мусса А. Формы калийных удобрений в дерново-

подзолистой почве при длительном применении удобрений // Известия

ТСХА: Вып. 4. 2002. - С. 41-50.

19. Дерюгин И.П. Калийный статус почвы и дозы калийных удобрений //

Плодородие, 2002. - №1. - С. 24-25.

20. Дерюгин И.П., Прокошев В.В. Пути оптимизации условий эффективного

использования фосфорных и калийных удобрений // Агрохимия, 1990. -

№ 4. - С. 7-23.

21. Дмитраков Л.М., Пинский Д.Л. Микроэлементный состав природных и

техногенных потоков в ландшафтах центральной лесостепи // Почвове-

дение, 2002. - №12. - С. 1501-1508.

22. Добровольский В.В. География микроэлементов. Глобальное рассеивание.

- М.: Мысль, 1983. - 272 с.

23. Добровольский Г.В. Высокодисперсные частицы почв как фактор массо-

переноса тяжелых металлов в биосфере // Почвоведение. 1999. - №11. -

С. 1309-1317.

24. Добровольский Г.В. Мониторинг и охрана почв // Почвоведение. 1986. -

№ 12. - С. 14-17.

25. Ермохин Ю.И., Синдирева А.В., Трубина Н.К. Агроэкологическая оценка

действия кадмия, никеля, цинка в системе почва-растение-животное. -

Омск: ОГАУ, 2002. - 117 с.

26. Ефимов В.Н., Донских И.Н., Царенко В.П. Система удобрения / Под ред.

В.Н. Ефимова. – М.: Колос, 2002. -320 с.

27. Золотарева Б.Н. Тяжелые металлы в почвах Верхнеокского бассейна //

Почвоведение. 2003. - №2. - С. 173-182.

28. Иванова С.Е., Ладонин Д.В., Соколова Т.А. Экспериментальное изучение

некоторых кислотно-основных буферных реакций в палево-подзолистой

почве // Почвоведение. 2002. - №1. - С. 68-77.

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

85

29. Ильин В.Б. Оценка защитных возможностей системы почва-растение при

модельном загрязнении почвы свинцом (по результатам вегетационных

опытов) // Агрохимия. 2004. - №4. - С. 52-57.

30. Ильина Л.В. Комплексное воспроизводство плодородия серых лесных

почв и его эффективность.- Рязань. Узоречье, 1997. - 231 с.

31. Каменных Н.Л., Демин В.А., Мамонтов В.Г. Оценка устойчивости калий-

ного состояния серых лесных почв к антропогенному воздействию //

Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям: Сб.

– М., 2002. - С. 160-161.

32. Канивец И.И., Бергулева Л.Я. Относительная активность калия и калий-

ная буферная способность почв//Агрохимия, 1975. - № 4. - С. 50-56.

33. Канунникова Н.А. Термодинамические потенциалы и показатели буфер-

ных свойств почв. - М.: Изд-во МГУ, 1989. – 100 с.

34. Карпова Е.А. Последствия применения различных форм фосфорных

удобрений: стронций в системе дерново-подзолистая почва-растение //

Агрохимия. 2004. - №1.- С. 91-96.

35. Ковда В.А. Биохимические циклы в природе и их нарушение человеком //

Биохимические циклы в биосфере. - М.: Наука, 1976. - С 19-86.

36. Козлова О.Н., Лукин С.М., Соколова Т.А., Колесников А.В., Бычков Н.Н.

Вклад различных гранулометрических фракций в обеспеченность супес-

чаной дерново-подзолистой почвы обменным и необменным калием

//Агрохимия. 2000. - № 12.- С. 15-23.

37. Козлова О.Н., Дронова Т.Я., Соколова Т.А. О буферных реакциях при

взаимодействии тонкодисперсных фракций подзолистых почв скислыми

осадками// Почвоведение.1999. - №6. - С. 271-276.

38. Козлова О.Н., Дронова Т.Я., Соколова Т.А. О буферных реакциях при

взаимодействии тонкодисперсных фракций подзолистых почв скислыми

осадками// Почвоведение.1999. - №6. - С. 271-276.

39. Козлова О.Н., Соколова Т.А., Носов В.В., Балдина В.В. О содержании ка-

лия в различных вытяжках из черноземов и дерново-подзолистых почв

разного гранулометрического и минералогического состава // Агрохи-

мия. 2003. - №10. - С. 13-21.

40. Колесников С.И., Казеев К.Ш., Вальков В.Ф. Экологические функции

почв и влияние на них загрязнения тяжелыми металлами // Почвоведе-

ние. 2002. - №12. - С. 1509-1514.

41. Костин Я.В. Динамика изменения плодородия и продуктивности серых

лесных почв при длительном применении разных форм минеральных

удобрений: Дис. ... д-ра с.-х. наук. - Рязань, 2001. - 260 с.

42. Кудеярова А.Ю. Фосфатный потенциал как показатель доступности рас-

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

85

тениям фосфора почвы.//Агрохимия, 1974.-№ 3. - С. 143-152.

43. Кузнецов А.В., Федерации // Вопросы известкования почв / Под ред.

Шильникова И.А., Акановой Н.И.- М.: Агроконсалт, 2002. - С. 109-112.

44. Ладонин Д.В., Пляскина О.В. Фракционный состав соединений меди,

цинка, кадмия и свинца в некоторых типах почв при полиэлементном за-

грязнении // Вестн. МГУ. Сер. 17, Почвоведение. 2003. - №1. - С. 8-15.

45. Лапа В.В., Корзун А.Г., Астапова В.А. Оптимизация фосфатного режима

дерново-подзолистых супесчаных почв Белорусской ССР // Тез. докл.

УП Делегатского съезда ВОП. - Ташкент, 1985. -Т. 2. - С. 122.

46. Лапа В.В., Босак В.Н. Минеральные удобрения и пути повышения их эф-

фективности. - Минск, 2002. - 184 с.

47. Лобода Б.П. Оптимизация агрохимического состояния и продуктивности

дерново-подзолистых почв Центрального Нечерноземья: Автореф. дис ...

д-ра с.-х. наук. - М., 2002.- 44 с.

48. Лукин С.М. Калийное состояние почвы при длительном применении

удобрений // Плодородие. 2001. - №3.- С. 33-34.

49. Лукьянова О.Н., Соколова Т.А., Дронова Т.Я., Толпешта И.И. Влияние

кислотных нагрузок на содержание и запасы обменных катионов и на

гидролитическую кислотность в лесных подзолистых почвах // Почвове-

дение. 2001. - №7. - С. 806-816.

50. Лупина А.А. Чумаченко И.Н., Сушеница Б.А., Касицкий Ю.И. Исследо-

вание процессов трансформации биогенных элементов в карбонатных

почвах с использованием современных методов. – М., ЦИНАО, 2003. –

164 с.

51. Лучицкая О.А., Личко В.И. Влияние длительного применения удобрений

на содержание тяжелых металлов и калия в серой лесной почве // Агро-

химия. 2005. - №10. - С. 31-34.

52. Мажайский Ю.А. Экологические факторы регулирования водного режима

почв в условиях техногенного загрязнения агроландшафтов. – М.: Изд-

во МГУ, 2001. – 227 с.

53. Медведева О.П. Фиксация черноземом калия удобрения в обменной фор-

ме и его доступность растениям // Агрохимия. 1976. - № 7. - С. 51-58.

54. Минеев В.Г. Проблема калия в современном земледелии // Плодородие.

2002. - №1. - С. 15-18.

55. Минеев В.Г., Гомонова Н.Ф., Овчинникова М.Ф. Плодородие и биологи-

ческая активность дерново-подзолистой почвы при длительном приме-

нении удобрений и их последействие // Агрохимия. 2004. №7. - С. 5-10.

56. Минеев В.Г., Дебрецени Б., Мазур Т. Биологическое земледелие и мине-

ральные удобрения. М.: Колос, 1993. 415 с.

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

85

57. Мотузова Г.В. Природа буферности почв к влиянию химических воздей-

ствий // Почвоведение. 1994. - № 9. - С. 1166-1172.

58. Муха В.Д., Лазарев В.И. Изменение физико-химических свойств черно-

зема типичного при его длительном сельскохозяйственном использова-

нии // Агрохимия. 2003. - №1. - С. 5-7.

59. Назырова Ф.И. Кислотно-осноная буферность почв Республики Башкор-

тостан. Автореферат на соиск. учен. степени канд. с.-.х. наук. 2003. - 24 с.

60. Назырова Ф.И. Кислотно-осноная буферность почв Республики Башкор-

тостан. Автореферат на соиск. учен. степени канд. с.-.х. наук, 2003. - 24 с.

61. Небытов В.Г. Влияние известкования на агрохимические показатели чер-

нозема выщелоченного, урожайность культур в севообороте при приме-

нении минеральных удобрений // Агрохимия. 2004. - №9. - С. 48-55.

62. Никифоренко Л.И. Относительная активность калия и калийный потен-

циал в исследованиях калийного режима почв в севооборотах и под мо-

нокультурами//Агрохимия. 1977, - № 9. - С.48-55.

63. Носов В.В. Значение калийных удобрений для сохранения экологическо-

го равновесия // Плодородие. 2002. - №2. - С. 28-30.

64. Овчаренко М.М. и др. Тяжелые металлы в системе почва-растение-

удобрение. - М., 1997. - 45 с.

65. Орлов Д.С., Бирюкова О.Н., Розанова М.С. Реальные и кажущиеся потери

органического вещества почвами Российской Федерации. // Почвоведе-

ние. 1996. № 2. - С.197-207.

66. Пинский Д.Л., Курочкина Г.Н. Эволюция учений о физико-химической

поглотительной способности почв. Почвенные процессы и простран-

ственно-временная организация почв/(отв. Ред В.Н. Кудеяров). М.:

Наука, 2006. - С. 295-312.

67. Подколзин А.И., Лебедева Л.А., Агеев Л.А., Сметанова В.А. Влияние

длительного применения удобрений на плодородие чернозема выщело-

ченного и накопления в нем свинца, меди, марганца, кобальта, цинка //

Агрохимия. 2002. - №10. - С. 21-24.

68. Понизовский А.А., Студеникина Т.А., Мироненко Е.В. Поглощение

ионов меди (II) почвой и влияние на него органических компонентов

почвенных растворов // Почвоведение. 1999. - №7. - С. 850-859.

69. Прокошев В.В. Актуальные вопросы агрохимии калийных удобрений //

Агрохимия. 1985. - № 4.- С. 32-41

70. Прокошев В.В., Дерюгин И.П. Калий и калийные удобрения. - М.: Ледум,

2000. - 185 с.

71. Пчелкин В.У., Мочалова А.Д., Забавская К.М., Ефремова З.С. Продуктив-

ность полевого севооборота при длительном применении калийных

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

85

удобрений на дерново-подзолистой почве // Агрохимия. 1972.- №2. - С.

46-51.

72. Ремезов Н.П. Химия и генезис почв. - М.: Наука, 1989.- 272 с.

73. Свистова И.Д., Стекольников К.Е., Щербаков А.П., Малыхина Н.В. Влия-

ние мноолетнео внесения удобрений на почвенно-поглащаюший ком-

плекс и микробное сообщество выщелоченного чернозема // Агрохимия.

2004. - №6. - С. 16-23.

74. Смык А.В., Акулов П.Г., Азаров Б.Ф., Соловиченко В.Д., Азаров В.Б. Из-

менение свойств черноземов в результате хозяйственной деятельности

человека // Тез. докл. Всероссийской конференции. - Москва, 2002. - С.

185.

75. Соколова Т.А., Мотузова Г.В., Малинина М.С., Обуховская Т.Д. Хими-

ческие основы буферности почв. - М.: Изд-во МГУ, 1991. - 108 с

76. Соколова Т.А., Дронова Т.Я., Артюхов А.Б. и др. Полевое моделирование

первых стадий взаимодействия кислых осадков с лесными подзолисты-

ми почвами // Почвоведение. 1996. - №7. - С. 847-856.

77. Соловьева Ю.Б. Влияние разных систем удобрения на состояние растений

при загрязнении почвы тяжелыми металлами // Автореф. дис. ... канд.

биол. наук. М., 2002. - 32 с.

78. Субботина И.В., Соколова Т.А., Понизовский А.А., Ладонин Д.В., Конда-

кова Л.П. Кислотно-основная буферность гумусового горизонта серой

лесной почвы // Вестник МГУ. Сер. 17. Почвоведение. 2001. -№1.- С. 26-

31.

79. Сычев В.Г. Совершенствование методов оценки состояния калийного ре-

жима почв // Эколого-агрохимическая оценка состояния калийного ре-

жима почв и эффективность калийных удобрений: Мат-лы науч.-практ.

конф. (Москва, 14 окт. 2001 г.). – М., 2002. - С. 21-30.

80. Сычев В.Г. Тенденция изменения агрохимических показателей плодоро-

дия почв Европейской части России. М.: ЦИНАО, 2000. - 187 с.

81. Титова Н.А., Когут Б.М. Трансформация органического вещества при

сельскохозяйственном использовании // Итоги науки и техники. Сер.

Почвоведение и агрохимия. - М., 1991.- Т. 8. - 152 с.

82. Травникова Л.С., Шаймухаметов М.Ш. Продукты органно-минерального

взаимодействия и устойчивости почв к деградации//Современные про-

блемы почвоведения. Науч. тр. - М., 2000. - С. 356-368.

83. Чюбяркене Д, Чюбяркис С. Изменение реакции почвы и содержание по-

движного алюминия в ней при сочетании известковых и минеральных

удобрений // Тез. докл. Всероссийской конференции. - Москва, 2002. - с.

152.

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

85

84. Шаймухаметов М.Ш. Калийное состояние пахотных почв европейской

территории России // Почвоведение. 2000. - №3. - С. 329-339.

85. Шаймухаметов М.Ш., Травникова Л.С. Калийное состояние пахотных

почв Европейской территории России // Почвоведение. 2000. - №3. - С.

329-339.

86. Шамрикова Е.В. Кислотно-основная буферность подзолистых почв севе-

ро-востока Европейской части России. Автореф. дисс. … канд. биол. н. -

М., 2001. - 18 с.

87. Шамрикова Е.В., Соколова Т.А., Забоева И.В. Кислотно-основная буфер-

ность органогенных горизонтов подзолистых и болотно-подзолистых

почв республики Коми // Почвоведение, 2003. - № 7. - С. 797-807.

88. Шафран С.А., Янишевский Ф.В. Агроэкономическое обоснование приме-

нения калийных удобрений в Нечерноземной зоне России // Агрохимия.

1998.- № 4. - С. 5-17.

89. Шильников И.А., Лебедева Л.А. и др. Факторы, влияющие на поступле-

ние тяжелых металлов в растения // Агрохимия. 1994. - №10. - С. 94-101.

90. Щербаков А.П. Васенев И.И. Русский чернозем на рубеже веков // Антро-

погенная эволюция черноземов. Воронеж, 2000. - С. 32-67.

91. Якименко В.Н. Баланс, формы и запасы калия в агроценозах на серой

лесной почве // Агрохимия. 2000. - № 11. - С. 5-9.

92. Якименко В.Н. Изменение содержания форм калия в гранулометрических

фракциях некоторых автоморфных почв в агроценозе // Агрохимия. 2001.

- № 6. - С. 11-16.

93. Aasen I., Selmer-Olsen A.F. A study of extraction methods for assessing soil

zink buffering capacity in relation to soil properties. Norw. J. agr. Sc. 1991,

Vol. 5., №1. P. 89-107.

94. Beckett P.H.T. Studies of soil potassium. The “immediate” Q/I relations of la-

bile potassium in the soils // J. Soil Sci. 1964. V. 15. №1. P. 9-23.

95. Bradfield R. The nature of the acidity of the colloidal clay of acid clays // J.

Amer. Chem. Soc. 1923. V. 45.

96. Brown K.A. Chemical effects of pH 3 sulphuric acid on a soil profile // Water,

Air and Soil Pollution. 1987. №32. P. 201-218.

97. Busch R. Der Einfluss der K-konzentration in der BodenlÖsung sowieder Ka-

pazital fur K-Pufferung auf die Kaliumaufnahme und das Wachstum von Zo-

lium Multiflorum. // Kali-Briefe. Bern, 1981. F. 5. 47. 10 s.

98. Buysse J., Orshoven J. van, Pieters A. Geographical extrapolation of forest

soil acidification using pH data: a case study // Water, Air, Soil Pollut. 1996.

V. 91. P. 299-306.

99. De Schrijver A. и др. Evolution of soil acidity during the past 36 years (1960-

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

85

1966) under coniferous forest in region of high livestock production in Flan-

ders // Silva Gandavensis. 1997. №62. С. 74-79.

100. Eriksson E., Karltun E., Ludmark J.-E. Acidificatio of forest soils in Sweden

// Ambio. 1992. V. 21. P. 150-154.

101. Falkengren-Grerup U. Long-term changes in pH of forest soils in southern

Sweden // Environ. Pollut. 1987. V. 43. P. 79-90.

102. Hallbacken L., Tamm C.O. Changes in soil acidity from 1927 to 1982-1984

in a forest area of south-west Sweden // Scand. J. For. Res. 1986. V. 1. P.

219-232.

103. James B.S., Riha S. J. hY buffering in forest soilorganic horizons: relevance

to acid precipitation // J. Environ. Qual. 1986. V. 15. P. 229-234.

104. Johnston A.E. Understanding Potassium and its use in Agriculture. EFMA,

2003. 40 р.

105. Pierre W.H. Nitrogenous fertilizers and soil acidity: I. Effect of various ni-

trogenous fertilizers on soil reaction. J. Amer. Soc. Agron., 1928, v. 20, p.

254-269.

106. Staunton S. Direct and indirect effect of organic matter on metal immobilisa-

tion in soil // Abst. of the 3rd Intern. Symp. of the Working Group MO of the

IUSS. Interactions of Soil Minerals with Organic Components and Microor-

ganisms. 22-26 May, 2000. Naples; Capri, Italy. P. 41.

107. Stumm W. Chemistry of the Solid-Water Interface. John Wiley Sons, Inc.

New Yofk Chichester. Brisbane-Toronto-Singapur, 1992. 428 p.

108. Vance G.F., David M.B. Spodosol cation release and buffering of acid inputs

// Soil Sci. 1991. V. 151. №5 P, 263-368.

109. Ulrich B. Soil Acidity and its relation to acid deposition. In: Effects of Accu-

mulation of Air Pollutants in Forest Ecosystems Dordrecht, 1983, p. 127-146.

110. Wallace A. Soil acidification from use of too much fertilizer // Communic.

In Soil. Sci. Plant Analysis, 1994. Vol. 25, N 1/2. C. 87-92.

111. Wang M., Nie J. The research advance of potassium nutrition and the induced

protein under the deficiency of potassium // Acta Agr. Univ. Janggai. – 2000.

– 22, №3. – 415-418.

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

85

УДК 631.41+631.45+631.95 У 932

Ушаков Р.Н., Захарова О.А., Зубец А.Н., Головина Н.А. Устойчивость почвы:

научно-аналитический подход в агроэкологической оценке плодородия: Моно-графия. – Рязань: РГАТУ, 2013. - 86 с.

Рецензент: кандидат технических наук, доцент, ведущий сотрудник,

заведующий аналитической лабораторией МФ ВНИИГиМ К.Н. Евсенкин

Бумага офсетная. Гарнитура Times. Печать лазерная Усл. печ. л.7

Тираж 500 экз. Заказ №932 подписано в печать 08.04.2013

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Рязанский государственный агротехнологический университет

имени П.А.Костычева» 390044 г. Рязань, ул. Костычева, 1

Отпечатано в издательстве учебной литературы и учебно-методических пособий

ФГБОУ ВПО РГАТУ 390044 г. Рязань, ул. Костычева, 1

Отпечатано с оригинала макета заказчика

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»