candidate of biological sciences, associate professor of Ecological Education and Rational Environmental Management Department
кандидат биологических наук, доцент кафедры экологического образования и рационального природопользования
doctor of agricultural sciences, professor, head of Soil Science, Agrochemistry and Agroecology Department
доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заведующий кафедрой почвоведения, агрохимии и агроэкологии
master student of Biology, Chemistry and Biological and Chemical Education Department
магистрант кафедры биологии, химии и биолого-химического образования
The paper provides an assessment of physical and chemical changes of humus substances in the sludge-colloidal fraction, isolated from the sod-podsolic sandy loamy soil, during its interaction with the diatomite rock of the Inzen deposit in conditions of agro ecosystem of the Nizhny Novgorod Region. The experience was a 3-year (2015-2017) microfield experiment, laid down on one of the fields of «Elitkhoz». The diatomite was added to soil once during the summer season of 2014 in doses of 3, 6 and 12 t/ha, on which winter wheat, barley and peas were subsequently grown (varieties are zoned in the Volga-Viatskiy Region). Each year, upon completion of crop cultivation, a silo-colloidal fraction was isolated from selected soil samples by the Kachinsky gravimetric method and analyzed on an IR-Fourier-spectrometer, determining absorption spectra in frequency range of 4000-400 cm-¹. In soil samples the content of specific organic substance (humus) was also determined by the Thurin method with spectrophotometric termination. The studies revealed that interaction of diatomite with the organic soil matrix resulted in organosilanes RnSiH4-n (930 cm-¹), organosilanes oxygen-free Si-CH3 (1253 cm-¹) and oxygen-containing compounds Si-O-CH3 (1110 cm-¹), as well as siloxane bonds of Si-O-Si (570 cm-¹). The obtained facts directly indicate formation of silicon-containing organo-mineral complexes in sludge-colloidal fraction and participation of silicon in their formation. It is evident that an active diatomite represented by various silicon acids (HnSiOm) was involved in formation of these bonds. The use of diatomite has helped to maintain content of humus substances in soil at the control level, which can also confirm effects of interaction of silicon substances with organic part and, as a result, prevent its degradation. Based on the obtained results and analysis of scientific literature, a mechanism is proposed for possible physical-chemical interaction of active silicon substances with an organic component of the sludge-colloidal fraction of the sod-podsolic soil, which consists in polymerization of silicon on organo-mineral complexes (bonds -Si-O-Si-), as well as in interaction of the hydrolyzed part of humus substances with silicon with subsequent formation of organosilanes, which are subsequently connected with an organic Si-O-CH3 matrix. Due to the fact that organic matter of soils is involved in the formation of ecological stability of soil cover the established effects make it possible to speak about the increase of agro ecological stability of humus substances in sod-podsolic soil due to the use of diatomite rocks.
В работе дана оценка физико-химических изменений гумусовых веществ в илово-коллоидной фракции, выделенной из дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы, при ее взаимодействии с диатомовой породой Инзенского месторождения в условиях агроэкосистемы Нижегородской области. Опыт представлял собой 3-летний (2015-2017 гг.) микрополевой эксперимент, заложенный на одном из полей ООО «Элитхоз». Диатомит вносили в почву делянок однократно в летний сезон 2014 года в дозах 3, 6 и 12 т/га, на которых впоследствии выращивали озимую пшеницу, ячмень и горох посевной (сорта районированы по Волго-Вятскому региону). Ежегодно, по завершении выращивания культур, из отобранных почвенных образцов выделяли илово-коллоидную фракцию гравиметрическим методом Качинского и анализировали на ИК-Фурье-спектрометре, определяя спектры поглощения в диапазоне частот 4000-400 см-¹. Также в образцах почвы определяли содержание специфического органического вещества (гумуса) методом Тюрина со спектрофотометрическим окончанием. В результате проведенных исследований было выявлено, что взаимодействие диатомита с органической матрицей почвы привело в появлению органосиланов RnSiH4-n (930 см-¹), кремнийорганических бескислородных Si-CH3 (1253 см-¹) и кислородосодержащих соединений Si-O-CH3 (1110 см-¹), а также силоксановых связей Si-O-Si (570 см-¹). Полученные факты прямым образом указывают на формирование кремнийсодержащих органо-минеральных комплексов в илово-коллоидной фракции и на участие кремния в их образовании. Очевидно, что в образовании данных связей участвовало активное вещество диатомовой породы, представленное различными кремниевыми кислотами (HnSiOm). Применение диатомита способствовало сохранению содержания в почве гумусовых веществ на уровне контроля, что также может подтверждать наличие эффектов взаимодействия кремниевых веществ с органической частью и, как следствие, предохранению ее от деградации. На основе полученных результатов и анализа научной литературы предложен механизм возможного физико-химического взаимодействия активных кремниевых веществ с органической составляющей илово-коллодиной фракции дерново-подзолистой почвы, который заключается в полимеризации кремния на органо-минеральных комплексах (связи -Si-O-Si-), а также во взаимодействии гидролизуемой части гумусовых веществ с кремнием с последующим образованием органосиланов, которые впоследствии соединяются с органической матрицей через связи Si-O-CH3. В связи с тем, что органическое вещество почв участвует в формировании экологической устойчивости почвенного покрова, установленные эффекты позволяют говорить о повышении агроэкологической стабильности гумусовых веществ в дерново-подзолистой почве за счет применения диатомовых пород.