РОЛЬ СОЕДИНЕНИЙ ЖЕЛЕЗА В ИЗМЕНЕНИИ ФОСФАТНОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВ ПОВЕРХНОСТНОГО ГИДРОМОРФИЗМА

ГРНТИ 68.05.31

Р.С. Трускавецкий1, В.В. Зубковская1, Н.Ю. Паламарь1 РОЛЬ СОЕДИНЕНИЙ ЖЕЛЕЗА В ИЗМЕНЕНИИ ФОСФАТНОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВ ПОВЕРХНОСТНОГО ГИДРОМОРФИЗМА

Аннотация. Освещены процессы влияния гидроморфного почвообразования на формирование условии фосфатного питания почв при различных условиях переувлажнения, интенсивности развития глее-элювиальных и окислительно-восстановительных процессов. Установлено, что уровень гидроморфизма (переувлажнения) почвы является одним из наиболее весомых и ключевых факторов, обуславливающих характер поведения фосфора в почве и функционирования фосфатного режима. Охарактеризована зависимость трофных функции и аккумулятивно -миграционных процессов почв от характера проявлении гидроморфизма и интенсивности развития глеевых процессов. Обнаружено, что содержание подвижных форм фосфора уменьшается в условиях переувлажнения почвы и в вариантах с дополнительным внесением железа. Это явление обусловлено образованием податливых к миграции водорастворимых фосфат-ферро-алюмо-органических комплексных соединении путем взаимодеиствия фосфатных ионов почвенного раствора с активными гуминовыми кислотами и реакционно способными полтора оксидами. Подтверждено, что в гидроморфных (глее-элювиальных) почвах происходит нисходящая миграция комплексных органоминеральных соединении, а также образование фосфатсодержащих конкреции, что приводит к дестабилизации фосфатного состояния почвы и фосфатного питания растении.

Цель даннои работы - в установлении закономерностеи влияния железистых соединении на фосфатное состояние переувлажненных (гидроморфных) почв.

ВВЕДЕНИЕ На территории Полесья, Левобережных равнин Лесостепи и в Карпатском регионе Украины широко распространены почвы, которые развиваются под влиянием гидроморфного процесса почвообразования. Гидроморфизм (переувлажнение)

проявляется в виде поверхностного или подпочвенного оглеения, кон-трастнои дифференциации почвенного профиля на генетические горизонты по элювиально-иллювиальному типу, в сегрегации типоморфных для гидро-морфных почв элементов и соединении с образованием конкреции различнои формы и размеров, оторфование почвеннои массы и накопление торфа.

О развитии гидроморфизма свидетельствует наличие в почвенном профиле ортзандовых и ортштеиновых прослоек, сплошнои окраски поч-веннои массы с ярко выраженными сизоватыми, сизовато-зелеными или сизыми цветовыми оттенками. Некоторыми учеными предложено определять уровень гидроморфности почвы не только визуально, но и параметрически - по соотношению соединении железа к марганцу в конкреционных образованиях [1], количеству закисных форм железа на единицу физическои глины (частиц менее 0,01 мм) [2], показателям окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) [3], уровню залегания

грунтовых вод, продолжительности периода перенасыщения корнеобитаемо-го слоя почвы влагои (выше наимень-шеи полевои влагоемкости) [3, 4].

Соединение железа, как типо-морфныи элемент гидроморфных и полугидроморфных почв, играет важную роль в формировании их морфологии, своиств и режимов. Высвобождение и накопление свободных форм железа из привнесенного и осажденного на поиме терригенного материала сопровождается синхронным образованием гидроксидов железа с достаточно высокои реакционнои способностью. Они способны адсорбировать фосфатные и другие анионы, образуя с ними и гумусовыми кислотами сложные органомине-ральные комплексы, и тем самым, влиять на формирование плодородия гидроморфных почв. Так, например, в состав вивианита ^ез(Р04)2^8Ш0] -минерала, образующего в результате развития гидроморфных процессов, входит: Р2О5 28,3 %, FeО 42,9 % и Н2О 28,7 % [5]. Учитывая значительную генетико-диагностическую и агроэко-логическую роль свободных форм железа в процессах миграции и аккумуляции биогенных элементов в гидроморфных и полугидроморфных почвах, целевои задачеи даннои работы являлось установление влияния железистых соединении, прежде всего, на фосфатное состояние гидроморфных (переувлажненных) почв, как наиболее уязвимое и зависимое от их накопления.

ОБЬЕКТЫ И МЕТОДЫ

Исследования проводились путем обобщения литературных источников и архивно-фондовых материалов крупномасштабных и собственных маршрутно-экспедиционных почвенных обследовании гидроморфных почв Украины. Почвенные полнопрофильные разрезы с морфологическим описанием и

индивидуальным (по генетическим горизонтам) отбором образцов, закладывались на контрастных по характеру проявления и степени гидроморфности почвах. Обобщению и анализу подлежали:

- дерново-подзолистые супесчаные почвы: глеевые и неоглееные (Западное Полесье);

- дерново-подзолистые легкосугли -нистые почвы: глеевые и неоглееные (Западное Полесье);

- светло-серые лесные суглинистые поверхностно сильно оглеен-ные и неоглееные (слабо оглеенные) разновидности почв (Западная Лесостепь);

- буроземно-подзолистые суглинистые поверхностно сильно и слабо оглеенные (Ивано-Франковская и Львовская области);

- луговые аллювиальные почвы (Западная и Левобережная Лесостепь).

Определение влияния железа на фосфатную функцию проведено в модельном опыте на примере луговои среднесуглинистои (содержание частиц <0,01 мм - 38,61 %) аллювиальнои почве, которая характеризуется среднеи гумусированостью (3,12 %) и слабощелочнои реакциеи среды (рНн2О 7,5). Опыт состоял из четырех вариантов с оптимальными (65 % от полнои влагоемкости (ПВ)) условиями увлажнения и с переувлажненными (90-100 % от полнои влагоемкости (ПВ)). Фон обоих блоков содержал полное органоминеральное удобрение ^0Р120Кб0 + перегнои, на которые вносили гидроокись железа с растущими дозами нагрузок (40, 80 и 160 мг на 100 г почвы). Исследование проведено в 3-х кратнои повторности в емкостях, содержащих по 600 г почвы.

Для установления степени миграции фосфатных соединении при разных условиях увлажнения (оптимальное увлажнение и переувлажнение) проведен лабораторно-модельныи опыт. Для эксперимента отобрана почвенная масса светло-серои леснои поверхностно оглееннои суглинистои почвы с пахотного слоя. Почвенную смесь готовили путем перемешивания почвы с удобрениями и торфом. Доза внесенного суперфосфата на массу почвы в колонке составляет 20 мг/100 г. Доза торфа на массу почвы в сосуде составляла 1,5 г/100 г на колонку. Исследование осуществлялось в условиях постоянного оптимального увлажнения (65 % ПВ) и переувлажнения (90-100 % ПВ). Для усиления процессов биохимического восстановления в компостированную почвенную массу добавлялась глюкоза. Продолжительность компостирования - восемь месяцев. В промывных водах определяли содержание фосфора в ионнои форме и связанного в органоминеральные комплексы. Разрушение последних происходило путем испарения фильтрата с дальнеишим сжиганием перекисью водорода (Н2О2). За разницеи общего содержания фосфора после разрушения ор-ганоминеральных комплексов и в ион-нои форме рассчитывалось количество фосфора, которое мигрировало с про-мывнои водои в форме органоминера-льных соединении.

Определение содержания подвижных форм железа и фосфора выполнено на основании соответствующих нормативных документов: содержание подвижных форм железа (ДСТУ 4724:2007) [6] и фосфора (ГОСТ 2620491) [7].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

На основании результатов собственных исследовании и проведенного анализа данных различных источников [8-12] нами проведено соответствующее обобщение по показателям почв с ярко выраженным поверхностным гидроморфизмом. В таблице 1 приведены параметры основных показателеи качественного состояния почв под влиянием поверхностного гидроморфизма, которые сравниваются с аналогичными показателями автоморфных почв. Относительно большее содержание свободных полуторных оксидов ^Оз) содержится в оглеенных почвах, прежде всего, с высоким содержанием физическои глины (частиц <0,01 мм).

Аналогично по гранулометрическому составу меняются и валовые запасы фосфора. В гидроморфных (оглеенных) почвах замечена тенденция к снижению валовых запасов фосфора, по сравнению с аналогичными по генезису почвами, но с отсутствующим проявлением гидро-морфизма (автоморфных почвах). Подтверждено, что валовые запасы фосфора в большеи степени зависят от наличия в почве тонких гранулометрических фракции, прежде всего, илистои, а также органического вещества [8]. Однако есть исключения, когда, несмотря на уменьшение содержания глины, валовые запасы фосфора остаются почти на высоком уровне, что обусловлено наличием полуторных оксидов и накоплением органического вещества.

Известно, что поверхностныи гидроморфизм сопровождается зас-тоино-промывным или застоино-слабопромывным водным режимом. В глее-элювиальных почвах ухудшаются кислотно-основные, газорегуляторные и другие функции, что в итоге приводит к снижению эффективного плодородия почвы.

Таблица 1 - Изменение параметров показателей качественного состояния почв под влиянием гидроморфизма

Почва Кол-во образцов Содержание

Фракции <0,01 мм Общее содержание R2O3,% Общего гумуса, % Валового фосфора, %

Дерново-подзолистая супесчаная 6 18-22 19 0.80-1.80 1,35 0.97-1.32 1,23 0.074-0.079 0,076

Дерново-подзолистая глеевая супесчаная 7 17-25 22 0.65-2.63 1,45 1.28-1.54 1,40 0.070-0.079 0,073

Дерново-подзолистая легкосуглинистая 5 23-29 26 - 1.15-1.80 1,48 0.081-0.101 0,094

Дерново-подзолистая глеевая легкосуглинистая 5 25-30 27 - 1.60-2.40 1,95 0.076-0.081 0,078

Светло-серая лесная суглинистая 8 21-28 25 9.27-10.20 9,65 1.75-2.10 1,90 0.102-0.108 0,104

Светло-серая лесная поверхностно оглееная суглинистая 6 22-31 26 10.43-11.70 10,25 1.80-2.70 2,25 0.102-0.105 0,103

Луговые аллювиальные почвы 7 33-38 35 8.03-10.00 9,05 2.50-3.70 3,05 0.084-0.089 0,086

Луговые аллювиальные оглееные почвы 4 31-41 35 9.89-11.36 10,16 2.30-3.90 3,10 0.082-0.089 0,084

Примечание *: в числителе - колебание полученных данных, в знаменателе - средние данные

Поэтому без применения комплекса мелиоративных мероприятии на почвах с интенсивно развитым гидроморфизмом эффективное

ведение земледелия практически невозможно. Следует заметить, что внесение навоза и других органических удобрении в сильно переувлажненную почву может привести к усилению глеевых процессов и образованию токсичных для растении редуцированных органических соединении, что краине негативно сказывается на величине и качестве урожая.

Высокии уровень гидроморфизма и дефицит кислорода ухудшает трофическое состояние почвы, условия минерального питания растении, что связано с изменением поведения основных питательных элементов, но и усилением антагонистического взаимовлияния между ними. Особенно это проявляется при исследовании фосфатного режима поверхностно переувлажненных почв. Лабораторномодельные опыты показали, что почвенная масса, которая прошла через процесс «гидроморфного компостирования» поглощает гораздо больше фосфатных ионов по сравнению с такои же, но с оптимальным режимом увлажнения (таблица 2).

Полученные данные указывают на то, что при изменении режима увлажнения и, соответственно, окислительно-восстановительных условии, с ростом дозы гидроокиси железа имеет место закономерное повышение содержания закисного железа и уменьшение окисного. Так, при внесении гидроокиси железа, в дозе 160 мг на 100 г почвы, как при оптимальном увлажнении (вариант 4), так и при переувлажнении (вариант 8) отмечено увеличение содержания закиси железа в почве в 2,5 раза в сравнении с контрольными вариантами (соответственно с 8,77 до 20,84 мг/100 г почвы и с 18,08 до 45,87 мг/100 г почвы).

Таблица 2 - Влияние железистых соединении на подвижность фосфатов в луговои аллювиальнои среднесуглинистои почве (лабораторно-модельныи опыт)

Вариант Содержание подвижных форм железа, мг/100 г почвы Р2О5, мг/100 г почвы

Fe2Oз FeO

Оптимальное увлажнение(65 % ПВ)

Переувлажнение (90-100 % ПВ)

Проведенные исследования показали, что содержание подвижных форм фосфора снижается в условиях переувлажнения почвы и при дополнительном внесении железа. Так, на контрольном варианте при применении органоминеральных удобрении в условиях оптимального увлажнения содержание подвижного фосфора составляет 6,4 мг/100 г почвы (вариант 1), а в условиях переувлажнения его содержание заметно уменьшилось до

Таким образом, лабораторно-модельное исследование свидетельствует, что в условиях переувлажнения происходит ухудшение фосфатного состояния почв в результате накопления значительного количества закиси железа, которое аккумулирует фосфатные ионы и связывает их в труднодоступные растениям железо-фосфатные комплексные соединения.

Как уже отмечено, высвобожденные под влиянием глеевых процессов оксидов железа и алюминия становятся весомым фактором химическои фиксации фосфатных ионов и их аккумуляции. В то же время, как свидетельствуют литературные

источники [8, 13], в условиях одновременных проявлении гидромор-физма и выщелачивания возрастает вероятность выноса фосфорсодержащих органоминеральных соединении за пределы корнеобитаемого слоя почвы.

Результаты проведенного лабора-торно-модельного опыта (таблица 3), а также данные отдельных литературных источников [8, 14], свидетельствуют о том, что в условиях гидроморфизма и дренажа возможен процесс нисходящеи миграции фульватно-минеральных комплексных соединении, в составе которых содержится фосфор.

Вымывание фосфора связано с образованием миграционно податливых железо-фосфат-органических соединении путем взаимодеиствия фосфатных ионов почвенного раствора с активными гумусовыми кислотами и полуторными оксидами.

Таблица 3 -Вымывание фосфатов при разных условиях увлажнения и удобрения

Вариант Вымыто Р2О5, мг/л (средние из трех колонок)

до обработки Н2О2 в форме органоминеральных комплексов

Оптимальное увлажнение

Контроль (без внесения удобрения) 1,20 Суперфосфат, 20 мг/100г 2,60 Суперфосфат, 20 мг + Торф-1.5 г на 100 г почвы 0,59 следы

Переувлажнение

Контроль (без внесения удобрения) 3,18 Суперфосфат, 20 мг/100 г 1,20 следы

Суперфосфат, 20 мг + Торф-1.5 г на 100 г почвы 2,61 99,03

В результате развития процессов распада глинистых минералов, сегрегации продуктов распада с образованием конкреции и частичныи

вынос комплексных фосфатсодер-жащих соединении за пределы корнеобитаемого слоя происходит заметное обеднение глее-элювиальнои

почвы на доступныи для растении ресурсно-фосфатныи потенциал.

Установлено, что в условиях переувлажнения почвы по сравнению с оптимальным увлажнением наблюдается увеличение миграционнои способности фосфора. Так количество вымытого фосфора в контрольном варианте, без добавления фосфорсодержащих удобрении, при оптимальных условиях увлажнения (65 % ПВ) составляет 1,20 мг/л, а при переувлажнении (100 % ПВ) их содержание увеличивается до 3,18 мг/л.

При использовании фосфорного удобрения в виде суперфосфата, наблюдается мобилизация фосфора, а затем и увеличение его миграционнои способности при оптимальных условиях увлажнения (65 % ПВ). Сравнивая контрольныи вариант без применения удобрения с вариантом, где использовали суперфосфат, отмечается увеличение потерь фосфора - разница составляет 1,40 мг/л. Полученные результаты еще раз подтверждают данные о включении фосфора в неподвижные комплексные соединения, а также в условиях контрастного режима увлажнения возможно прочное его закрепление в конкреционные окристаллизованные новообразования [15].

При совместном применении суперфосфата и торфа в условиях переувлажнения (6 вариант) установлено, что происходит увеличение миграционнои способности фосфора. Если в других вариантах опыта, как в условиях оптимального увлажнения (65 % ПВ), так и переувлажнения (90100 % ПВ) наблюдается лишь незначительное количество (следы) миграционно-способного фосфора в виде органоминеральных соединении, то в условиях переувлажнения отмечается резкое увеличение потерь именно в даннои форме. На наш взгляд это можно объяснить образованием

гумуса фульватного типа и миграционно-способных фосфатсодер-жащих комплексных органомине-ральных соединении [16].

Таким образом, в условиях протекания интенсивных глее-элю-виальных процессов содержание валового фосфора в верхнем гумусиро-ванном слое гидроморфных (глее-элювиальных) почв, как правило, уменьшается. Частично он вымывается в нижние почвенные горизонты в виде фосфорсодержащих комплексных орга-номинеральных соединении и в большеи степени, включается в процесс конкреционного новообразования, что приводит к дестабилизации фосфатного состояния почвы, ухудшению фосфатного питания растении, а также является причинои эвтро-фикации грунтовых и поверхностных вод.

Анализируя, полученные результаты можно утверждать, что в гидроморфных почвах возможно параллельное протекание двух процессов относительно фосфатов. Так, процесс миграции фосфатных ионов может заменяться их закреплением (конкрециообразование) в условиях контрастного изменения увлажнения, что актуально в современных условиях глобального изменения климата.

ВЫВОДЫ

Анализ и обобщение литературных источников и архивно-фондовых материалов, результатов экспериментальных исследовании проблем фосфатного состояния гидроморфных почв и условии фосфатного питания растении позволяют сделать следующие основные выводы:

гранулометрическому составу меняются и валовые запасы фосфора.

почвенного раствора с активными гуминовыми кислотами и реакционно способными полуторными оксидами.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

REFERENCES

Р.С. Трускавецкий1, В.В. Зубковская1, Н.Ю. Паламарь1 БЕТТ1К ГИДРОМОРФИЗМ TOnblPAFblHblH, ФОСФАТТЫ ЖАЙ-ОТЙШЩ 0ЗГЕРУ1НДЕ

ТЕМ1Р КРСЫЛЫСТАРЫНЬЩ Р0Л1 1А. Н. Соколовский атындагы Топырактану жэне агрохимия институты" ¥лттык гылыми орталыгы, Чайковская квшеа, 4, Харьков к., Украина, 61024

e-mail: vikvik09@meta.ua Глее-элювиалды жэне тотыгу-тотыщсыздану YДeрiciнiц даму ^ар^ындылыгы, эртYрлi жагдаилардагы топыра^тыц фосфатты ;оректену жагдаиларын к;алыптастыруга гидроморфты топыра; тYзудiц эсер ету YДeрicтeрi жары;тандырылды. Топыра;тыц гидроморфизм (;айта YДeу) децгеш топыра;тагы фосфордыц мшез-кулкъныц сипатын жэне фосфат режимшщ жумыс icтeуiн нeгiздeИтiн ец салма;ты жэне Heri3ri факторлардыц бiрi болып табылатыны аныщталды. Топыра;тыц аккумулятив^-кешь^н Yдeрicтeрiнiц трофты функциясыныц гидроморфизм кершктершщ сипатына жэне глеев процестершщ даму ;ар;ындылыгына тэуелдыш сипатталган. Фосфордыц жылжымалы формасыныц ;урамы топыра;тыц шамадан тыс ылгалдану жагдаиында жэне тeмiрдi ;осымша eнгiзу нус;аларында азаиатыны аны;талды. Бул ;убылыс суда еритш фосфат -ферро-алюмо-органикалы; кeшeндi ;осылыстардыц тYзiлуiнe бeлceндi гуминдi ;ыш;ылдармен жэне реакциялы; ;абыетп бiр жарым оксидтермен топыра; eрiтiндiciнiц фосфатты иондарыныц езара эрeкeттecуi ар;ылы нeгiздeлгeн. Гидроморфты (глее-элювиальды) топыра;тарда кeшeндi органоминералды ;осылыстардыц бэceцдeтiлгeн кешь;оны, сондаи-а; курамында фосфаты бар конкрециялар тYзiлeдi, бул топыра;тыц фосфатты жаИ-кYИiнiц тура;сыздануына жэне еймджтердщ фосфатты ;оректенуше экеп согады. Бул жумыстыц ма;саты - тeмiр коcылыcтарыныц аса ылгалданган (гидроморфты) топырактыц фосфатты; жагдаиына эсер ету зацдылыктарын аны;тау.

ТYйiндi свздер: гидроморфты топыра;, тeмiр ;осылыстары, фосфатты; жагдаи, шамадан тыс ылгалдану, фосфордыц миграциясы жэне шогырлануы.

R. S. Truskavetsky, V. V.,Zubkovskaya, N.Yu. Palamar THE ROLE OF IRON COMPOUNDS IN CHANGING THE PHOSPHATE STATE OF SOILS IN

SURFACE HYDROMORPHISM Science Center «Institute for Soil Science and Agrochemistry Research named after О. N. Sokolovsky» 4, Tchaikovskaya Str., Kharkov, Ukraine, 61024, e-mail: vikvik09@meta.ua The processes of influence of hydromorphic soil formation on the formation of conditions of phosphate nutrition of soils under different conditions of overflow, intensity of development of gley-eluvial and oxidation-reducing processes are highlighted. It was established that the level of hydromorphism (percolation) of soil is one of the most important and key factors determining the behavior of phosphorus in soil and functioning of phosphate regime. The dependence of trophic functions and accumulation-migration processes of soils on the nature of manifestations of hydromorphism and intensity of development of glaucoma processes is characterized. It was found that the content of mobile forms of phosphorus decreases in the conditions of overflow of soil and in variants with additional iron application. This phenomenon is caused by the formation of water-soluble phosphate-ferro-aluminous organic complex compounds, suitable for migration, by interaction of phosphate ions of soil solution with active humic acids and reactive semi -metallic oxides.. It is confirmed that in hydromorphic (gley-eluvial) soils there is a downward migration of complex organo-mineral compounds, as well as the formation of phosphorus-containing nodules, which leads to destabilization of the phosphate state of the soil and phosphate nutrition of plants. The purpose of this work is to establish the laws of the influence of ferruginous compounds on the phosphate state of percolated (hydromorphic) soils.