Автореферат (Повышение плодородия малопродуктивных и деградированных почв удобрительно-мелиорирующими смесями на основе сапропелей), страница 3

Автором предложена концептуальная модель повышения почвенного плодородия, основанная на трех структурных уровнях воздействия на почву: вещественном, энергетическом и информационном (рисунок 1). Вещественное воздействие вызывает изменение вещественного со­става почвы в результате внесения органических удобрений, которые рассматриваются и как источники элементов питания растений. Энергетическое воздействие на почву определяется изменением энергии почвенной системы за счет уси­ления аккумуляции солнечной энергии и внесения дополнительной энергии с органическими веществами. Энергия химических связей органических ве­ществ трансформируется через биоту в энергию почвенного гумуса. Информационное воздействие на почву обос­новывает применение в качестве носителей мат­риц, источников илистых структур и коллоидов, а также микробных препаратов для расширения объема генетиче­ской информации почвенной биоты.

В качестве вещества, оказывающего интегральное влияние на поч­венное плодородие, предлагается использовать удобрительно-мелиорирующие смеси (УМС) на основе пресноводных сапропелей, оказывающих комплексное воздействие на почву. Вещест­венное воздействие УМС реализуется за счет вне­сения органического вещества и необходимых элементов питания растений. Для образования органоминеральных комплексов почвенного гумуса и формирования почвенной структуры в качестве исходного материала используется илистая минеральная фракция сапропе­лей. На повышение устойчивости почв к неблагоприятным внешним воздействиям оказывает влияние также кислотно-щелочная буферная система сапропелей. Энергетическое воздействие УМС на почву обеспе­чивается путем восполнения энер­гии почвенного гумуса и ее сохранения за счет внесения энергии органического вещества сапропелей и других органических компонентов смеси. Информационное воздействие УМС на почву заключается в активизации процесса гумусообразования за счет обеспечения почвы минеральными, органическими, органоминеральными и биологическими матрицами. В работе под термином «биологические матрицы» подразумевается генофонд почвенной биоты.

Во второй главе, согласно предложенной концептуальной модели повышения почвенного плодородия, рассматривается вещественный состав сапропелей.

Компонентный состав сапропелей основных климатиче­ских зон Европейской части России, исследованный совместно с В.А. Нефе­довой, А.Ю. Юсуповой, характеризует озерные илы как источник органического вещества, азотного питания растений и химмелиорант (таблица 2). Существуют зональные, региональные и лимнологические закономерности формирования озерных отложений (В.В. Алабышев, 1932). Содержание ОВ определяется такими лимнологическими и региональными зако­номерностями, как тип трофики водоема и содержание гумуса в почвах водосборных территорий (Л.Л. Россо­лимо, 1976). Содержание углекислоты карбонатного происхождения определяется преимуще­ственно региональными (состав материнской породы) и лимнологическими особенностями (Н.В. Кордэ, 1963). Содержание общего азота отражает зо­нальные закономерности: наибольшее количество азота в сапропелях озер средней полосы России, расположенных на водосборных территориях с дер­ново-подзолистыми почвами (1,5 – 4,5%). Максимальное количество общего азота содержится в сапропеле озера Уго, расположенном в районе Владимир­ского Ополья. Признаки зональности наблюдаются в накоплении битумов: с севера на юг проявляется тенденция к снижению их содержания. Содержание подвижных форм фосфора и калия в большинстве сапропелей невысокое (М.З. Лопотко, 1983).

Рисунок 1 – Концептуальная модель повышения почвенного плодородия

Таблица 2 –Компонентный состав иловых отложений некоторых озер Российской Федера­ции

Примечание: *) Определялось по разнице между массой сапропеля и суммой ОПП и СО₂ **) Прочерк обозначает отсутствие определений.

Основную часть ОВ сапропелей (50%) составляют гуминовые веще­ства. Особенности генезиса озерных осадков определяют формирование проч­ных органоминеральных комплексов, поэтому фракционирование гуминовых веществ (ГВ) традиционными методиками не всегда эффективно. Для более полного фракционирования ГВ потребовалось внести коррективы в методику по И.В. Тюрину в модификации В.В. Пономаревой и Т.А. Плотниковой (В.А. Нефе­дова, О.Б. Хохлова). Содержание пер­вой фракции, полученной согласно классической методике, в ГВ сапропелей незначительное, поэтому в дальнейшем в ра­боте не определялось. Фракции извлекались неоднократным настаиванием до обесцвечивания надосадочного раствора, и проводилась дополнительная экс­тракция 0,1н NаОН при 6-часовом нагревании (фракция IV). Анализ результатов фракционирования показал, что более 40% ГВ составляют гуминовые ки­слоты. Первая фракция гуминовых кислот (ГК) и фульвокислот (ФК) практи­чески отсутствует. Вторая фракция составляет менее 20%, за исключением карбонатного сапропеля оз. Неро. Третья фракция у всех исследованных са­пропелей составляет примерно 50% ГК, содержание негидролизуемого остатка (НГО) около 30% (таб­лица 3).

Таблица 3 – Основные показатели гумусового состояния исследованных сапропелей (% на воздушно-сухое вещество)

Примечание: *) применялась классическая методика; **) не извлека­лась четвертая фракция

Общее содержание функциональных групп ГК исследованных са­пропелей (1,19-0,45 мг-экв/100г) на порядок ниже, чем почвенных. Преобладают фенольные гидроксилы (1,11-0,38 мг-экв/100г) преимущественно в дополнительной фракции (IV). Особенности фракционного состава ГВ сапропелей характери­зуют их как термодинамически устойчивые структуры, что позволяет отнести сапропели к резервным источникам органического вещества в почве и мелиорантам длительного действия. Результаты прямого и обратного титрования растворов ГК позволяют утверждать, что структуры ГК сапропелей, так же как ГК почв (А.Г. Заварзина, 1999), могут менять кон­формацию в зависимости от рН среды и проявлять либо более «кислые», либо более «щелочные» свойства за счет изменения пространственного строения молекул. По мере увеличения плоских фенольных фрагментов от второй фракции к четвертой конформация ГК становится более устойчивой. Получены ИК-спектры поглощения трех фракций ГК сапропеля оз. Неро, которые показывают наличие функциональных групп и структурных фрагментов типичных как для ГК почв, так и сапропелей (Д.С. Орлов, 1969, Е.А. Степанова 1996). По мере усиления гидролиза во фракциях ГК возрас­тает количество карбоксильных и аминогрупп. Впервые в ГК обнаружены кремнийорганические структуры -СH₂-Si- (1040 – 1080 см^-1 ) и -Si – OR (1075 – 1100 см^-1 ), что позволяет охарактеризовать природу данных соединений, как органоминеральную, содержащую кремний­углеродные фрагменты.