Assessment of relevant and exchange acidity of cespitose-podsolic sandy loamy soil when the Hotynetsky field zeolite is used

Cover Page

Abstract

The following paper considers influence extent of zeolite breed of the Hotynetsky field on indicators of relevant and exchange acidity of the cespitose-podsolic sandy loamy soil in the Nizhny Novgorod Region. A three-year experiment, representing microfield experiment, was started in 2014 in the Borsky District «Elitkhoz». Zeolite was brought in the plough-layer once in high doses - 3, 6 and 12 t/hectare. During the research (2015-2017) on allotments the main crops of the region were grown up. The acidity of the soil was estimated on рН indicators, defined from water and salt extracts which were selected during the autumn period after cultural plants harvesting. As a result of the conducted researches positive action of all doses of the studied zeolite on indicators of the acid and main mode of the cespitose-podsolic soil was established. The essential effect was traced already at the minimum dose of material: 12,0% increase of рНwater indicator and 6,3% increase of рНsalt indicator on average during the research time. Application of 6 t/hectare of zeolite breed in the greatest measure promoted reduction of the relevant acidity of the soil by 20%, exchange acidity - for 13% and also for 60% - to increase in an ionic exchanging of the soil solution system with preservation of the action force during the research time.

Full Text

Введение Динамика растворимости и связывания различных ионов между почвенным раствором и почвенно-поглощающим комплексом (ППК) является ключевым набором процессов, определяющих окислительно-восстановительное состояние почвы и, как следствие, жизнеобеспеченность почвообитающих организмов, в том числе их микроскопических форм, а также высших растений. Поэтому кислотно-основное равновесие в профиле почвенного тела является генеральным аспектом, востребованным в изучении при влиянии на него различных агромероприятий. В настоящее время [1] особую актуальность приобрело изучение поведения природных кремнийсодержащих материалов в почвах различных климатических зон, которые зачастую представляют собой сыромолотые породы различного происхождения и свойств, применяемые в земледелии в качестве нетрадиционных удобрений и мелиорантов. Данные вещества способствуют оптимизации показателей эффективного плодородия почв [2-8] и, как следствие, повышению продуктивности посевов [9-13], повышению устойчивости сельскохозяйственных культур к болезням и вредителям [14; 15], а также существенной трансформации почвенно-биотического комплекса [16; 17]. Подобная комплексность воздействия природных высококремнистых материалов на систему «почва-растение» определяет еще больший интерес к изучению их взаимодействия с почвообитающей микробиотой и с ППК, являющимися главными звеньями формирования почвенного тела. Целью данной работы явилась оценка изменения актуальной и обменной кислотности дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы Нижегородской области в зависимости от дозы цеолита Хотынецкого месторождения. Объекты исследования Объектами исследования явились цеолит Хотынецкого месторождения (Орловская область) и дерново-подзолистая легкосуглинистая почва в условиях Нижегородской области. Цеолиты представляют собой набор алюмосиликатных минералов различной степени гидратированности, которые в зависимости от доминирующего минерала в составе подразделяются на клиноптилолитовый, морденитовый, филлипситовый и шабазитовый типы цеолитовых пород. Все они обладают комплексом свойств, ионная обменность и каталитическая способность из которых являются наиболее значимыми с точки зрения агрономического почвоведения. Некоторые свойства Хотынецкой цеолитовой породы отражены в таблице 1 в виде химического состава [18]. Таблица 1 - Обобщенный химический состав Цеолита Хотынецкого месторождения Порода ИЕ* Элемент в оксидной форме (на абс.-сух. вещество) SiO2 P2O5 K2O CaO MgO Цеолит 48 - валовая форма, % 56,6 0,23 1,82 13,3 1,90 - подвижная форма, мг/кг 7950 260 250 4800 1600 Примечание. * - ионообменная емкость, мг-экв./100 г. Почва поля - дерново-подзолистая среднедерновая неглубокооподзоленная неоглеенная легкосуглинистая [19], обладающая среднекислой реакцией (рНKCl 4,8 ед. рН), низким содержанием гумуса (1,21%), средним содержанием подвижных соединений фосфора и калия (соответственно 86 и 110 мг/кг по Кирсанову), а также средним уровнем дефицита в балансе - актуального и потенциального кремния (соответственно 16 и 213 мг/кг по Матыченкову). Материалы и методика исследований Эксперимент представлял собой микрополевой опыт, заложенный в 2014 году в условиях картофелеводческого хозяйства ООО «Элитхоз» в Борском районе Нижегородской области. Схема опыта включала вариант естественного плодородия почвы (Контроль), а также варианты с внесением в почву высоких доз цеолита - из расчета 3 т/га (Цеолит-1), 6 т/га (Цеолит-2) и 12 т/га (Цеолит-3). Породы вносили однократно в летний период 2014 года при разбивке участка на делянки. В годы испытаний выращивалась озимая пшеница сорта Московская 39 (2015 г.), ячмень сорта Велес (2016 г.) и горох посевной сорта Чишминский 95 (2017 г.). Агротехника выращивания культур - общепринятая для микрополевых экспериментов, все работы проводились вручную. Учетная площадь делянки - 1 м², расположение делянок рендомизированное, повторность в опытах - четырехкратная. Образцы почвы отбирали в дни уборки урожая культур: точечные - методом конверта из пяти точек с делянки, соединяя их в один объединенный образец. Далее почвенные образцы высушивали, подготавливали к анализу путем отбора посторонних включений, размола и просеивания через сито с диаметром ячеек в 1 мм. Затем в образцах определяли актуальную и обменную кислотность в виде измерения рН водной и солевой вытяжек (дистиллированная вода и 0,1 Н раствор KCl соответственно) по ГОСТ 26483-85 [20] на рН-метре-милливольтметре МАРК-903. Математическую обработку полученных данных проводили методом дисперсионного анализа по Б.А. Доспехову [21] с использованием программного пакета Microsoft Office Excel. Результаты исследований и их обсуждение Под кислотностью почвы понимается ее способность проявлять кислотные свойства в отношении воды почвенного раствора, минеральной и органической частей почвы и обитающих в ней организмов [22]. Кислую реакцию почве придает наличие ионов водорода (Н+) в почвенном растворе, а также обменных ионов водорода (Н+), алюминия (Al³+), железа (Fe²+, Fe³+) и марганца (Mn²+) в почвенном поглощающем комплексе при неполной их нейтрализации гидроксид-анионами (ОН‾), а также катионами кальция (Ca²+), магния (Mg²+) и натрия (Na+). Актуальная (активная) кислотность почвы - это кислотность почвенного раствора, то есть непосредственно жидкой фазы почвы (свободной воды). Она обусловлена, главным образом, наличием в растворе почвы свободных органических и минеральных кислот (щавелевая, лимонная и угольная кислоты, фульвокислоты, а также гидролитически кислые соли). Несмотря на высокую динамичность показателя, зависимую от множества факторов, актуальная кислотность показывает кислотное состояние свободной жидкости в почвенной массе, что значимо для оценки первичного кислотно-основного состояния почвы. Данные таблицы 2 отражают состояние актуальной кислотности дерново-подзолистой почвы в зависимости от дозы цеолитовой породы. В результате проведенных исследований было установлено значительное нейтрализующее влияние цеолита на актуальное кислотное состояние почвы. Так, уже при минимальной дозе в 3 т/га показатель рНВОД. повышался на 11% по отношению к контролю с сохранением аналогичной закономерности на 2-й и 3-й годы исследования (на 12% и 13% соответственно). Таблица 2 - Динамика актуальной кислотности дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы в горизонте АПАХ в зависимости от дозы цеолитовой породы Вариант 2015 год 2016 год 2017 год В среднем за 3 года рНВОД., ед. рН ± к контр. рНВОД., ед. рН ± к контр. рНВОД., ед. рН ± к контр. рНВОД., ед. рН ± к контр. Контроль 5,88 - 5,96 - 5,92 - 5,92 - Цеолит-1 6,54 0,66 6,66 0,70 6,71 0,79 6,64 0,72 Цеолит-2 6,97 1,09 7,03 1,07 7,09 1,17 7,03 1,11 Цеолит-3 6,93 1,05 6,99 1,03 7,04 1,12 6,99 1,07 НСР05 0,31 0,34 0,15 - Максимальное снижение актуальной кислотности почвы прослеживалось на варианте со 2-й дозой цеолитовой породы - на 19%, 18% и 20% относительно контроля по годам исследования. Однако на варианте с наибольшей дозой степень данного влияния оставалась на уровне варианте с внесением в почву 6 т/га материала. В среднем за 3 года проведенного эксперимента прослеживалась аналогичная закономерность. Нужно отметить сохранение тенденции положительного влияния цеолита на нейтрализацию кислотных катионов в жидкой фазе почвы в течение всех лет проведения эксперимента. Обменная кислотность почвы обусловлена катионами водорода (Н+), алюминия (Al³+) и железа (Fe²+, Fe³+), входящими в диффузный слой коллоидных мицелл ППК почвы, которые, в свою очередь, определяют реальный кислотно-основной обмен при взаимодействии твердой фазы почвы с почвенным раствором. В богатых перегноем и гумусом горизонтах она обусловлена преимущественно катионами Н+, в малогумусных минеральных - катионами Al³+, Fe²+ и Fe³+. В таблице 3 показано изменение показателя обменной кислотности дерново-подзолистой почвы при ее взаимодействии с цеолитом Хотынецкого месторождения. Таблица 3 - Динамика обменной кислотности дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы в горизонте АПАХ в зависимости от дозы цеолитовой породы Вариант 2015 год 2016 год 2017 год В среднем за 3 года рНСОЛ., ед. рН ± к контр. рНСОЛ., ед. рН ± к контр. рНСОЛ., ед. рН ± к контр. рНСОЛ., ед. рН ± к контр. Контроль 4,81 - 4,90 - 4,86 - 4,86 - Цеолит-1 5,04 0,23 5,17 0,27 5,27 0,41 5,16 0,30 Цеолит-2 5,21 0,40 5,31 0,41 5,49 0,63 5,34 0,48 Цеолит-3 5,16 0,35 5,28 0,38 5,36 0,50 5,27 0,41 НСР05 0,35 0,09 0,27 - Прежде всего, нужно отметить, что степень изменения рассматриваемого показателя оказалась более сдержанной по сравнению с его аналогом, определенным из водной вытяжки. Это говорит о наличии процессов обмена между жидкой фазой почвы и ее коллоидной системой, на которые также оказал свое действие цеолит во всех изучаемых дозах. Например, если при минимальной дозе породы (3 т/га) в течение трех лет исследования отмечалась только позитивная тенденция в снижении показателя рНСОЛ., то уже при повышении дозы в 2 раза (6 т/га) была отмечена закономерность снижения обменной кислотности почвы - от 8% (2015-2016 гг.) до 13% (2017 г.). Вариант с наибольшей дозой материала не оказал еще большего влияния на показатель по сравнению с предыдущим вариантом со средней дозой, что также было зафиксировано в среднем по трем годам исследования: максимальный эффект нейтрализации кислотных катионов цеолит оказал на варианте с внесением в почву 6 т/га породы. Поскольку показатели актуальной и обменной кислотности отражают степень перехода кислотообразующих катионов в почвенный раствор, а их разница показывает интенсивность обмена между ППК и свободной водой в почве, оценка изменения ионной обменности системы «почва-раствор» позволяет судить о наличии прямого влияния изучаемой породы на кислотно-основное равновесие в почвенной массе (табл. 4). Таблица 4 - Динамика показателя ионной обменности системы «почва-раствор» дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы в горизонте АПАХ в зависимости от дозы цеолитовой породы Вариант 2015 год 2016 год 2017 год В среднем за 3 года Δ рН, ед. рН ± к контр. Δ рН, ед. рН ± к контр. Δ рН, ед. рН ± к контр. Δ рН, ед. рН ± к контр. Контроль 1,07 - 1,06 - 1,06 - 1,06 - Цеолит-1 1,50 0,43 1,49 0,43 1,44 0,38 1,48 0,42 Цеолит-2 1,77 0,70 1,72 0,66 1,61 0,55 1,70 0,64 Цеолит-3 1,77 0,70 1,71 0,65 1,68 0,62 1,72 0,66 НСР05 0,36 0,29 0,34 - Выявлено, что внесение цеолита в почву способствовало сдвигу кислотно-основной системы почвенного раствора в щелочную сторону диапазона рН с наибольшим эффектом действия каждой из рассматриваемых доз в 1-й год испытаний. Нужно также отметить, что помимо как такового наличия эффекта изменения ионной обменности системы «почва-раствор» от внесения цеолита в эксперименте установлено положительное влияние его первых двух доз на рассматриваемый показатель. Подобные закономерности, очевидно, обусловлены высоким содержанием в породе кальция (до 13,3%) и магния (до 1,9%) и, в особенности, их подвижных соединений (соответственно 4800 и 1600 мг/кг). Как известно [23], ионы данных элементов в первую очередь способствуют снижению кислотности почвы, поскольку как напрямую нейтрализуют высвобождаемые из ППК кислотные катионы в жидкой фазе почвы, так и замещают их в самих коллоидах, тем самым подщелачивая состав почвенных мицеллярных структур. Выводы В результате проведенных исследований установлено положительное действие цеолита Хотынецкого месторождения на показатели кислотно-основного режима дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы Нижегородской области. Применение 6 т/га цеолитовой породы в наибольшей степени способствовало уменьшению актуальной кислотности почвы на 20%, обменной кислотности - на 13%, а также на 60% повышению ионной обменности системы «почва-раствор» с сохранением силы своего действия в течение трех лет исследования. Таким образом, положительный эффект в отношении нейтрализации избыточной кислотности дерново-подзолистой почвы позволяет расценивать применение цеолита в качестве химического мелиоративного приема.

×

About the authors

Alevtina Hristoforovna Kulikova

Ulyanovsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin

Author for correspondence.
Email: example@snv63.ru

doctor of agricultural sciences, head of Soil Science, Agrochemistry and Agroecology Department

Andrey Vladimirovich Kozlov

Minin Nizhny Novgorod State Pedagogical University

Email: example@snv63.ru

candidate of biological sciences, associate professor of Ecological Education and Rational Environmental Management Department

Irina Pavlovna Uromova

Minin Nizhny Novgorod State Pedagogical University

Email: example@snv63.ru

doctor of agricultural sciences, professor of Biology, Chemistry and Biological and Chemical Education Department

References

  1. Сяо В., Пенгбо З., Бочарникова Е.А., Матыченков В.В., Хомяков Д.М., Пахненко Е.П. Влияние аморфного диоксида кремния на поведение кадмия в системе почва-растения риса // Вестник Московского университета. Серия 17: Почвоведение. 2018. № 2. С. 40-45.
  2. Агафонов Е.В., Хованский М.В. Влияние бентонита на повышение плодородия чернозема обыкновенного // Почвоведение. 2014. № 5. С. 597-601.
  3. Бочарникова Е.А., Матыченков В.В., Погорелов А.Г. Сравнительная характеристика некоторых кремниевых удобрений // Агрохимия. 2011. № 11. С. 25-30.
  4. Капранов В.Н. Диатомит как кремнийсодержащее удобрение // Плодородие. 2006. № 4. С. 12-13.
  5. Лобода Б.П., Яковлева Н.Н. Диатомиты и трепелы как почвоулучшители и источники биогенных элементов // Плодородие. 2003. № 5. С. 11-14.
  6. Матыченков И.В., Пахненко Е.Н. Изменение содержания подвижных фосфатов почвы при внесении активных форм кремния // Вестник УГСХА. 2013. № 3 (23). С. 24-28.
  7. Самсонова Н.Е. Роль кремния в формировании фосфатного режима дерново-подзолистых почв // Агрохимия. 2005. № 8. С. 11-18.
  8. Шеуджен А.Х., Шхапацев А.К., Бочко Т.Ф. Влияние цеолитов на агрохимические показатели плодородия лугово-черноземной почвы и урожайность риса // Агрохимия. 2002. № 8. С. 14-20.
  9. Лобода Б.П., Багдасаров В.Р., Фицуро Д.Д. Влияние удобрения на основе цеолитсодержащих трепелов Хотынецкого месторождения на урожайность и качество картофеля // Агрохимия. 2014. № 3. С. 28-35.
  10. Козлов А.В., Куликова А.Х., Яшин Е.А. Роль и значение кремния и кремнийсодержащих веществ в агроэкосистемах // Вестник Мининского университета. 2015. № 2 (10). С. 23.
  11. Матыченков В.В., Бочарникова Е.А., Аммосова Я.М. Влияние кремниевых удобрений на растения и почву // Агрохимия. 2002. № 2. С. 86-93.
  12. Матыченков В.В. Роль подвижных соединений кремния в растениях и в системе почва-растение: автореф. дис. … д-ра биол. наук. Пущино, 2008. 34 с.
  13. Pirzad A., Mohammadzadeh S. Zeolite use efficiency variation under water deficit stress in grass pea and lentil // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Биология. 2016. № 9 (3). С. 291-303.
  14. Белоусов В.С. Применение цеолитсодержащей породы как сорбента аммиака и пестицидов из водных сред // Агрохимия. 2005. № 8. С. 65-69.
  15. Козлов А.В., Уромова И.П., Фролов Е.А., Мозолева К.Ю. Физиологическое значение кремния в онтогенезе культурных растений и при их защите от фитопатогенов // Международный студенческий научный вестник. 2015. № 1. С. 39.
  16. Козлов А.В., Куликова А.Х. Влияние высококремнистых пород на структуру, численность и ферментативную активность целлюлозосапротрофного микробного пула дерново-подзолистой почвы в условиях выращивания озимой пшеницы и картофеля // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2016. № 1 (33). С. 56-65.
  17. Козлов А.В. Экологическая оценка влияния диатомита на фитоценоз и состояние почвенно-биотического комплекса светло-серой лесной легкосуглинистой почвы: дис. … канд. биол. наук. Н. Новгород, 2013. 182 с.
  18. Дистанов У.Г. Минеральное сырье. Опал-кристобалитовые породы: справочник. М.: Геоинформарк, 1998. 27 с.
  19. Рабочая классификация почв Горьковской области / под ред. Б.А. Никитина. Горький: ГСХИ, 1990. 87 с.
  20. ГОСТ 26483-85. Почвы. Приготовление солевой вытяжки и определение ее pH по методу ЦИНАО. М.: Изд-во стандартов, 1986. 6 с.
  21. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). М.: ИД Альянс, 2011. 352 с.
  22. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Экология почв. М.: Издательство МГУ, 2012. 412 с.
  23. Зайдельман Ф.Р. Генезис и экологические основы мелиорации почв и ландшафтов. М.: Издательство КДУ, 2009. 720 с.

Statistics

Views

Abstract: 91

PDF (Russian): 37

Dimensions

Article Metrics

Metrics Loading ...

PlumX

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2018 Kulikova A.H., Kozlov A.V., Uromova I.P.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies