Оценка резервов элементов питания растений почв Владимирского ополья

Среднюю обеспеченность подвижным марганцем имеют 58,6% обследованных почв хозяйств и 19,3% -высокую. Что касается бора, то на всех обследованных площадях его содержится в достаточном количестве, а 96,13% угодий вошли в группу высокой обеспеченности. Обеспеченность микроэлементами по многолетним насаждениям несколько выше. Вызвано это прежде всего тем, что по многолетним насаждениям в предыдущие десятилетия количество вносимых удобрений, согласно потребностям культуры, было в 2-3 раза больше.

Таким образом, резерв стабилизации урожайности за счет последействия ранее внесенных удобрений теряет практическое значение. Для восстановления плодородия почвы необходимо использовать имеющиеся ресурсы местных органических удобрений (навоз, измельченная солома, сидераты), увеличить объемы работ по гипсованию и мелиоративной обработке солонцовых почв, шире внедрять посевы многолетних трав, соблюдать принятую в регионе систему севооборотов и агротехнику.

ОЦЕНКА РЕЗЕРВОВ ЭЛЕМЕНТОВ ПИТАНИЯ РАСТЕНИЙ ПОЧВ ВЛАДИМИРСКОГО ОПОЛЬЯ

Д.В. Карпова

МГУ им. М.В. Ломоносова

Н.П. Чижикова

Почвенный институт им. В.В. Докучаева

Многочисленные эксперименты по поведению различных элементов питания, находящихся в минералах, свидетельствуют о прямой связи между минералами, их кристаллохимией и степенью обеспеченности растительных сообществ элементами питания (Прянишников, 1903; Чириков, 1916; Важенин, Карасева, 1959; Петербургский, 1973 и т.д.). Существуют различные подходы по оценке запасов (резервов) элементов питания.

Н.И. Горбунов (1969, 1978) предложил дифференцированную оценку запасов (резервов) элементов питания растений, содержащихся в минералах. Каждый элемент сосредоточен в определенных минералах. Так, например, калий - в полевых шпатах, слюдах, гидрослюдах, магний -в биотитах, хлоритах, вермикулитах и др., фосфор - в апатите, фосфатах калия, кальция и др., а также в поглощенном глинистыми минералами состоянии. Все общие запасы элементов Н.И. Горбуновым разделены на четыре категории: общие, потенциальные, ближние, непосредственные. Особую группу информации составляет материал по резерву калия, поскольку поведение этого элемента напрямую связано с наличием минералов, носителей калия.

В работе Н.П. Чижиковой, Т.С. Липкиной, Б.П. Градусова (1990) проведена связь минералогического состава почв с различными формами соединений калия. Исследованиями охвачены почвы легкого гранулометрического состава Псковской, Новгородской, Ленинградской, Вологодской, Калининской, Ярославской, Костромской областей, песчаные отложения Владимирской, Рязанской и Московской Мещер.

Не менее важно, особенно при ведении сельского хозяйства с применением минеральных удобрений, выявление фиксирующей способности минералов. Наличие минералов, активно реагирующих с элементами вносимых удобрений, определяют динамику поведения последних. Так, по способности удерживать и фиксировать калий и аммоний целесообразно различать следующие минералы и смешанослойные образования в порядке понижения фиксирующей способности:

1) вермикулит, 2) смешанослойные биотит (флогопит) - вермикулиты, 3) хлорит-вермикулиты, 4) хлорит-

смектиты, 5) смешанослойные слюда-смектиты, 6) сме-шанослойные мусковит (серицит)-смектиты, 7) смекти-ты, 8) каолинит-смектиты.

В настоящей работе предпринята попытка оценить резервы элементов питания растений агросерых тяжелосуглинистых почв Владимирского ополья на основе дифференцированного анализа содержания ряда элементов и кристаллохимии минералов во фракциях размерностью менее 1, 1-5, 5-10 мкм.

Объектом исследования были агросерые тяжелосуглинистые почвы, сформированные на лессовидных суглинках, и отобранные в траншее № 1, подготовленной к III съезду Докучаевского общества почвоведов (Путеводитель научных полевых экскурсий III Съезда ДОП, Суздаль. М., 2000). Траншея располагалась в плакорных, хорошо дренируемых условиях (недалеко от оврага под названием Мжара) направлением с юга на север в южной наиболее высокой части территории.

Почвы катены характеризуются средне - тяжелосуглинистым иловато-пылеватым составом верхней части профиля и легкоглинистым иловато-крупнопылеватым -нижней. Полученные нами данные по гранулометрическому составу исследуемых почв, определены методом Н.И. Горбунова (1971) и соответствуют тем закономерностям, которые были отмечены для показателей, полученных методом И. А. Качинского.

Характерной особенностью валового химического состава изучаемых агросерых тяжелосуглинистых почв является отчетливо выраженная дифференциация профиля по содержанию оксидов кремния и железа с алюминием как результат почвообразования. В пахотном горизонте отмечается наибольшее количество оксида кремния в результате вовлечения элювиальной части естественных почв, а также минимальное содержание алюминия и железа. Обращает на себя внимание факт наибольшего количества оксида кальция и фосфора в пахотном горизонте, что по нашему мнению было результатом внесения мелиорантов и удобрений, то есть служит откликом на техногенное воздействие.

1. Валовой химический состав агросерых почв Владимирского ополья по фракциям, %

Глубина, см SiO2 Al2Oз Fe2Oз CaO MgO ^ TІO2 P2O5 MnO Cr2Oз "1 О а

Почва в целом

0-10 73,94 11,18 3,90 1,44 0,76 2,57 0,90 0,18 0,13 0,02 0,13 0,01

40-50 66,98 13,88 5,57 1,19 0,98 2,66 0,92 0,03 0,10 0,02 0,04 0,02

80-90 66,52 13,67 5,37 1,26 1,14 2,57 0,91 0,04 0,09 0,02 0,06 0,02

200-210 66,04 14,57 5,54 1,07 1,37 2,53 0,91 0,06 0,09 0,02 0,07 0,01

Фракция <1 мкм

0-10 49,51 18,65 10,10 0,33 2,14 2,75 1,02 0,26 0,18 0,03 0,12 0,14

40-50 50,62 19,05 11,10 0,22 2,12 2,75 1,00 0,09 0,11 0,03 0,05 0,04

200-210 51,20 18,20 10,38 0,45 11,98 2,64 0,95 0,01 0,12 0,04 0,06 0,04

Фракция 1-5 мкм

0-10 67,54 13,16 5,58 0,69 1,04 3,31 1,09 0,08 0,23 0,02 0,11 0,04

40-50 71,93 13,80 4,65 0,57 1,24 3,35 1,07 0,04 0,12 0,02 0,06 0,06

200-210 62,26 15,21 7,17 1,00 1,40 3,06 1,12 0,02 0,13 0,03 0,03 0,05

Фракция 5-10 мкм

0-10 80,72 10,05 2,94 0,87 0,92 2,65 0,88 0,02 0,14 0,013 0,04 0,02

40-50

200-210 73,62 12,56 3,95 1,50 1,32 2,76 0,94 0,01 0,11 0,015 0,05 0,03

Фракция >10 мкм

0-10 81,49 8,49 2,39 0,98 0,61 2,29 0,81 0,01 0,08 0,011 0,04 0,03

40-50

200-210 73,82 7,85 2,59 1,65 0,63 1,97 0,74 0,01 0,05 0,015 0,08 0,01

В распределении валового калия не отмечено какой-либо дифференциации, что также, вероятно, связано с техногенными нагрузками. Количество магния увеличивается к низу профиля, а оксид титана равномерно распределен. Наибольшее количество оксида марганца наблюдается в верхней части профиля.

Содержание оксидов элементов в илистой фракции существенно отличается от такового почвы в целом. Резко снижено количество оксида кремния, и характер его распределения по профилю равномерный (49,5-51,2%). В то же время отмечается значительное увеличение оксидов железа (10,1-11,1%) и алюминия (18,2-19,1%), а их распределение носит равномерный характер. По сравнению с почвой илистая фракция обогащена валовым магнием, что объясняется локализацией магнийсодержащих минералов именно в этой фракции. Количество оксида кальция незначительно, что свидетельствует о небольших примесях кальцийсодержащих минералов.

Необходимо отметить, что содержание фосфора в илистой фракции, выделенного из пахотного горизонта, в 2 раза превосходит его содержание в почве. Последнее свидетельствует о том, что фосфор удобрений сорбируется илистыми фракциями.

Описанный валовый химический состав илистой фракции свидетельствует о том, что она состоит преимущественно из глинистых минералов, для которых характерны высокие количества алюминия, железа, магния и калия.

Основные компоненты фракции - сложные неупорядоченные смешанослойные образования, среди которых доминирует слюда - смектиты с высоким содержанием смектитовых пакетов. В подчиненном количестве присутствуют слюда-смектиты с низким содержанием смек-титовых пакетов. Эти образования в дальнейшем изложении объединены в одно название - смектитовая или набухающая фаза, количество ее колеблется от 43,3 до 72,1% (табл. 2). Следующий компонент - гидрослюды,

представляющие смесь диоктаэдрических и триоктаэд-рических разностей, соотношение которых несколько меняется в покровных лессовидных суглинках в зависимости от региона, а также в процессе формирования почвенных профилей. Смектитовая фаза и гидрослюды составляют в сумме 85-90% от суммы компонент ила. Количество каолинита и хлорита колеблется в пределах 1015%. Эти минералы служат источниками калия и магния и определяют поведение анионов в почве. Каолинит несовершенный, хлорит магнезиально-железистый. Отмечается также наличие тонкодисперсного кварца и полевых шпатов в пахотном горизонте (табл. 2.).

При формировании профиля серой типичной почвы происходит дифференциация указанных выше минералов по профилю, синхронно с таковой распределения илистой фракции. Таким образом, профильная дифференциация серых почв обусловлена дифференциацией илистого материала, а в ней - смектитовой фазы, количество которой в нижней части профиля на 10-20% выше, чем в элювиальной. Особенно четко эта дифференциация установлена при пересчете на почву в целом (табл. 2).

Во фракции тонкой пыли (1-5 мкм) фиксируется увеличение оксида кремния и его количество приближается к показателям его содержания в почве (табл. 1). Существенно выделяется образец с глубины 40-50 см наибольшим значением оксида кремния (71,9%). Отмечается менее контрастная дифференциация по профилю оксидов алюминия и железа. По сравнению с илистой фракцией в этой фракции более высокое количество оксида калия. Последнее объясняется минералогическим составом, в котором основными компонентами становятся слюды и калиевые полевые шпаты.

Количество оксида фосфора резко снижено по сравнению с его содержанием в илистой фракции, однако наибольшие показатели по этому элементу отмечаются в пахотном горизонте. При анализе расчетов резервов калия в тонкой пыли мы отмечали его снижение по срав-

2. Соотношение основных минеральных фаз фракций менее 1 мкм, выделенных из агросерой тяжелосуглинистой почвы

№ п/п Глубина, см Содержание ила, фракция <1 мкм Каолинит + хлорит Гидро- слюда Смешанослюд-ные образования В почве в целом

каолинит + хлорит гидрослюда смешанослюдные образования

1 0-10 16,5 8,9 36,1 54,8 1,5 5,9 9,0

2 10-20 15,5 11,8 44,2 44,0 1,8 6,9 6,8

3 30-40 10,0 12,8 44,0 43,2 1,2 4,4 4,3

4 40-50 31,0 7,2 38,2 54,6 2,4 11,8 16,9

5 50-60 31,5 8,0 43,8 48,3 2,5 13,8 15,2

6 80-90 18,9 7,3 26,6 66,0 1,4 5,0 12,5

7 100-110 27,8 8,8 33,9 57,2 2,4 9.1 16,1

8 200-210 23,1 8,1 19,8 72,1 1,8 3,0 16,7

3. Состав минералов фракции тонкой пыли, выделенной из агросерой тяжелосуглинистой почвы

Гори- зонт Глубина, см Содержание, % % к почве

Тонкая пыль Смек тит Слю- да Као- линит Хло- рит Полев. шпаты Плаги- оклазы Квари Смек тит Слю- да Као- линит Хло- рит Полев. шпаты Плаги- оклазы Квари

А -^пах. 0-20 7,7 2,2 27,9 4,1 2,9 21,8 15,4 25,6 0,2 2,2 0,3 0,2 1,7 1,2 2,0

А -^пах. 10-20 10,0 2,5 25 6,9 5,1 21,5 4,3 24,6 0,3 2,5 0,7 0,5 2,2 1,4 2,4

ELB 30-40 8,8 4,9 28,4 8,6 4,5 18,7 9,9 21,8 0,4 2,7 0,6 0,4 1,7 0,9 1,9

B, 40-50 9,5 5,2 28,8 8,2 4,2 18,8 14,2 20,7 0,5 2,8 0,6 0,4 1,8 1,3 2,0

B, 50-60 9,5 5,7 28,7 10,1 4,7 19,3 11,5 19,8 0,6 2,8 1 0,5 1,8 1,0 1,9

ВСа 80-90 12,9 14,4 29,7 11,4 3,5 11,9 9,2 19,6 1,8 3,9 1,4 0,5 1,5 1,2 2,6

ВСа 100-110 11,2 14,4 26,9 10,1 5,1 11,7 10,8 20,9 1,6 3,0 1,4 0,6 1,3 1,2 2,4

ССа 200-210 16,0 18 25 10,8 6,2 11,9 9,6 18,5 2,9 4,0 1,6 1 1,9 1,6 2,9

нению с илом. Это происходит за счет более низкого количества этой фракции. Однако ее можно рассматривать как непосредственный источник калия, поскольку она в наибольшей мере обогащена минералами - носителями этих элементов (табл. 3).

В этой фракции состав минералов существенно отличен от такового илистой (табл. 3). Резко снижено (до 2,2%) количество смешанослойных образований, возросло содержание кварца (25,6%), полевых шпатов до 21,8%, плагиоклазов до 15,4%. Из слоистых силикатов помимо смектитов диагностирована слюда, количество которой достигает 29,7%, каолинит (4-10%), хлорит 36%. Источником калия здесь выступают слюды и К-полевые шпаты, которые в сумме и дают тот высокий процент валового калия, установленного во фракции. Хлорит является источником магния.

Соотношение интенсивностей рефлексов слюд 1,0 нм к 0,5 нм свидетельствует об отсутствии каких либо различий в соотношении ди- и триоктаэдрических разностей их в пределах профиля. Отношение интенсивности рефлекса 1,0 нм слюд к интенсивности рефлекса кварца 0,334 нм доказывает о более высоком содержании кварца в верхних горизонтах. Таким образом, анализируемая пылеватая фракция по составу компонентов резко отличается от илистой. В ней преобладает кварц и слюды, далее следуют калиевые полевые шпаты и плагиоклазы. Зафиксировано относительное увеличение пылеватого кварца, полевых шпатов и плагиоклазов в верней части профиля. Это явление, вероятно, обусловлено более энергичным процессом механической дезинтеграции зерен выше перечисленных минералов.

Фракция средней пыли (5-10 мкм) составляет всего 4,8-10,1% от суммы гранулометрических фракций. Ха-

4. Некоторые кристаллохимические харак-

рактер ее распределения равномерный (табл. 4, 5). Отмечается лишь незначительное ее увеличение в верхней части пахотного горизонта.

Основными компонентами фракции являются кварц, К-полевые шпаты, плагиоклазы, слюды (табл. 5). Перечисленные компоненты в пределах профиля четко подразделяются на две части - верхнюю с наибольшим содержанием К-полевых шпатов, плагиоклазов и нижнюю, среди минералов которой доминирует кварц (30-40%) (табл. 5).

По валовому составу оксидов эта фракция существенно отличается от рассмотренных выше.

Содержание оксида кремния во фракции средней пыли достигает 80,7%. Количество оксидов алюминия и железа снижается до 10% и 2,9% соответственно. Такая же закономерность характерна для К, Р, М^, Са. Уменьшение количества валового оксида калия во фракции средней пыли подтверждается данными расчетов содержания минералов. Содержание слюд во фракции 5-10 мкм значительно снижено, однако количество калиевых

теристики минералов фракции 1-5 мкм

Отношение интенсивностей

№ Глубина, см I10/I5 I14/I3,34 I10/3,33

1 0-20 4,0 1,5 1,1

2 10-20 3,6 0,9 0,9

3 30-40 3,5 0,8 0,8

4 40-50 4,2 2,6 1,3

5 50-60 3,6 2,0 1,0

6 80-90 2,1 1,4 0,7

7 100-110 2,2 1,5 0,6

8 200-210 2,2 2,2 0,8

5. Мине

^логический состав фракции средней пыли агросерой тяжелосуглинистой почвы, %

Горизонт Глубина, см Содержание фракции 5-10 мкм Кварц Полевые шпаты Плагиоклазы Слюды

А -^пах. 0-20 13,1 25 26 19 21

А -г*-пах. 10-20 7,7 22 31 25 17

БЬБ 30-40 6,1 22 29 22 19

Ві 40-50 7,1 21 27 18 25

Бі 50-60 7,1 25 25 20 19

БСа 80-90 6,0 36 17 18 19

БСа 100-110 6,8 40 15 18 19

ССа 200-210 6,4 30 23 21 18

6. Запасы калия в агросерой тяжелосуглинистой почве Владимирского ополья

Местонахожде- ние Глубина, см Фракция <0,001 мм, % Содержание К2О, % Резерв, мг/100 г

Почва в целом Фракция <0,001 мм Потенциальный Ближний Непосредственный Общий

Траншея 1, 2-ой метр 0-10 16,5 2,57 2,75 2100 454 16 2570

40-50 31 2,66 2,75 1796 852 12,4 2660

80-90 16,9 2,57 2,75 2097 465 8,2 2570

200-210 20,1 2,53 2,66 1986 535 8,8 2530

7. Характер распределения калия по гранулометрическим фракциям агросерых тяжелосуг- ______________________линистых почв Владимирского ополья ________________________

Глубина, см Содержание ила, % Содержа ние К2О в иле, % Резерв К2О в почве, мг/100 г Содер- жание тонкой пыли, % Содержание К2О в тонкой пыли, % Резерв К2О в тонкой пыли, % Содер- жание средней пыли, % Содержание К2О в средней пыли, % Резерв К2О в средней пыли, % Содержание фракции >10 мкм, % Содержание К2О во фракции >10 мкм, % Резерв К2О во фракции >10 мкм, %

0-20 16,5 2,75 432 7,7 3,3 254 10,1 2,65 260 71,1 2,3 1633

30-40 31,0 2,75 837 9,5 3,3 313 7,1 2,68 182 52,5 2,1 1092

200-210 20,1 2,64 609 16,0 3,1 496 6,0 2,79 168 54,7 2,0 1273

полевых шпатов более высокое, т.е. калий минералов здесь имеет другой характер, он становится менее доступным.

Фракция >10 мкм характеризуется самыми высокими значениями кремния и более низким содержанием всех оксидов. Количество оксида железа падает до 2,4%, магния до 0,6% калия до 2,3%.

Таким образом, анализ определения содержания элементов по фракциям и диагностика носителей этих элементов дает основание заключить, что наибольшее количество элементов питания сосредотачивается во фракциях илистой и тонкопылеватой.

Из данных таблицы 6 видно, что в изучаемых серых лесных почвах очень большой общий резерв калия, четвертую, а где-то и пятую часть составляет ближний резерв. Непосредственный резерв говорит о средней обеспеченности почв подвижным калием. Следовательно, культуры, более требовательные к калию, будут испытывать нужду в калийных удобрениях.

С помощью методики, предложенной Н.И. Горбуновым (1969, 1974), попытаемся отразить характер распределения валового калия по гранулометрическим фракциям. В таблице 7 показано, что резервы калия илистой фракции наиболее высокие по сравнению с фракциями тонкой и средней пыли, поскольку основным носителем калия являются компоненты, составляющие > 80% от всех минералов фракции. Наиболее динамичным и активно функционирующим компонентом ила являются смешанослойные образования, которые не только являются источником калия в результате мобилизации из

кристаллической решетки, но и играют главную роль в процессах поглощения калия, вносимых удобрений и калия естественного круговорота элементов при процессах почвообразования - выветривания. Необходимо отметить, что резерв калия илистой фракции также дифференцирован по профилю почвы за счет дифференциации количества самой фракции.

Расчеты распределения оксидов элементов по гранулометрическим фракциям позволяют сделать вывод о высоком потенциальном плодородии агросерых почв Владимирского ополья. Наибольшее количество таких элементов питания, как калий, фосфор, магний фиксируется в тонкодисперсных фракциях, в илистой - фосфора, и магния, в илистой и тонкопылеватой - калия и магния.

Илистая фракция наиболее функциональна не только как источник этих элементов, но также как регулятор поведения элементов, вносимых с удобрениями (мелиорантами) за счет фиксации их решеткой минералов.

Агротехногенные воздействия, приводящие к под-кислению почв, способствуют активизации разрушения минералов К - носителей, за счет чего уровень его количества в почвенном растворе увеличивается, но одновременно снижаются природные запасы.

Таким образом, для восполнения природных запасов элементов питания необходима периодическая припашка иллювиальных горизонтов. Последнее предотвращает текстурную дифференциацию профиля, пополняет количество тонкодисперсных фракций, а с ними и элементов питания растений.