З. С. Артемьева1, Н. П. Кириллова1,2, Т. М. Силева2, Е. И. Сошникова1,2
1Почвенный институт им. В.В. Докучаева, Россия, 119017, Москва, Пыжевский пер., 7, стр. 2
2МГУ им. М.В. Ломоносова, Россия, 119991, Москва, Ленинские горы, 1, стр. 12
Исследовано фосфатное состояние пахотных горизонтов эродированных почв зонального ряда центра Русской равнины на основе параметров сорбции фосфат-иона разных компонентов органического вещества. Показаны характеристики сорбции фосфат-иона органических и органо-минеральных фракций для оценки фосфатного состояния эрозионно-деградированных почв. Органические и органо-минеральные фракции пахотных горизонтов несмытых почв зонального ряда характеризуются высокими уровнем подвижности фосфора и способности поддерживать постоянный уровень доступных для растений фосфатов: агродерново-подзолистые почвы (17.9 ± 1.0 мг/кг) → агросерые почвы (16.4 ± 1.7 мг/кг) → агрочерноземы (15.5 ± 1.1 мг/кг). Количество сорбированного почвой фосфора составляет ряд: агродерново-подзолистые почвы (96 мг/кг) → агросерые почвы (118 мг/кг) → агрочерноземы (141 мг/кг). В сочетании с максимальной насыщенностью гумусом илистых фракций исследованного зонального ряда несмытых почв центра Русской равнины в условиях реальной экологической обстановки, полнопрофильные почвы можно считать наиболее устойчивыми к деградации. Агроэкологическими особенностями эродированных почв являются повышенная сорбция фосфат-иона, сорбционные характеристики меняются в сторону увеличения прочности связывания фосфат-ионов, уменьшения количества доступного растениям фосфора: для агродерново-подзолистых почв 10.8 ± 0.2 мг/кг, агросерых почв 9.2 ± 0.6 мг/кг, агрочерноземов – 9.1 ± 1.8 мг/кг. Содержание лабильного Фосфора составляет ряд: агродерново-подзолистые почвы (230 мг/кг) → агросерые почвы (231 мг/кг) → агрочерноземы (275 мг/кг). Это обусловлено выходом на поверхность нижележащих менее гумусированных почвенных горизонтов, илистые фракции которых обогащены смектитовым компонентом, способствующим увеличению количества сорбированного твердой фазой почвы фосфора.
Ключевые слова: органические и органо-глинистые комплексы почвы, одноточечная изотерма сорбции фосфора, эрозия почвы.
DOI: 10.19047/0136-1694-2016-84-75-100
THE ORGANIC AND ORGANO-MINERAL COMPONENTS OF PHOSPHATE REGIME OF ERODED SOILS IN THE CENTRE OF RUSSIAN PLAIN
Z. S. Artemyeva1, N. P. Kirillova1,2, T. M. Sileova2, Ye. I. Soshnikova1,2
1V.V. Dokuchaev Soil Science Institute, Russia, 119017, Moscow, Pyzhevskii 7, bld. 2
2Lomonosov Moscow State University, Russia, 119991, Moscow, 1 Leninskiye Gory
The phosphate state of arable layers of eroded soils from the Centre of Russian plain was investigated. The investigation was conducted at the background of the parameters of sorption of phosphate-ion from different components of the organic matter. In terms of the assessment of the phosphate state of eroded soils was shown the informativity of phosphate-ion sorption characteristics of organic and organo-mineral fractions. The organic and organo-mineral fractions of the arable layers of non-eroded soils from the zonal range are characterized by the high level of phosphorus mobility and their ability to support the constant level of phosphates available for plants: agrosoddy-podzolic soils (17.9 ± 1.0 mg/kg) → agrogray soils (16.4 ± 1.7 mg/kg) → agrochernozems (15.5 ± 1.1 mg/kg). Рoc forms a range: agrosoddy-podzolic soils (96.4 ± 0.5 mg/kg) → agrogray soils (118.2 ± 3.0 mg/kg) → agrochernozems (140.7 ± 3.1 mg/kg). In the Centre of Russian Plane, among the investigated zonal soils with maximal humus saturation of clay fractions, the soils with full profile within this complex are the most sustainable to erosion in conditions of particular ecologic situation. Agroecological features of eroded soils are increased sorption of phosphate-ion. The sorption characteristics alter in the direction of increasing thestrength of phosphate-ion binding, reducing the amount of available phosphorus to plants: for agrosoddy-podzolic soils Рlab – 10.8 ± 0.2 mg/kg, for agrogray soils – 9.2 ± 0.6 mg/kg, for agrochernozems – 9.1 ± 1.8 mg/kg. Рoc forms a range: agrosoddy-podzolic soils (229.6 ± 3.5 мг/кг) → agrogray soils (230.9 ± 1.4 мг/кг) → agrochernozems (275.0 ± 4.6 mg/kg). This is due to the exposure of lower layers less humified, clay fractions which are enriched in the smectite component,contributing to an increase in the quantity of sorbed phosphorus soil solid phase. Therefore, in general, eroded soils are characterized by significantly lower sustainability, and, in particular, energetically less balanced phosphorus cycle.
Keywords: organic and organo-clayey soil complexes, single point phosphorus sorption isotherm, soil erosion.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1970. 487 с.
2. Артемьева З.С. Органические и органо-глинистые комплексы агрогенно-деградированных почв. Дис. … д. б. н. М., 2008. 359 с.
3. Артемьева З.С. Органическое вещество и гранулометрическая система почвы. М.: ГЕОС, 2010. 240 с.
4. Артемьева З.С. Роль органических и органо-минеральных составляющих в формировании фосфатного режима пахотных горизонтов эрозионно-деградированных агродерново-подзолистых почв // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2015. Вып. 78.С. 70–86
5. Васенев И.И. Анализ средневременной динамики черноземов антропогенно измененных лесостепных экосистем. Курск, 2003. 120 с.
6. Денисова Н.В. Формы неоднородности покрова в черноземной зоне Европейской части Союза (Средне-Русская и Заволжская провинции). Дис. … к. с.-х. н. М., 1974. 164 с.
7. Иванов А.Л., Сычев В.Г., Державин Л.М., Адрианов С.Н., Бражникова Н.В., Карпова Д.В., Карпухин А.И., Кирпичников Н.А., Конончук В.Д., Самойлов Л.Н.Агробиогеохимический цикл фосфора. М.: Россельхозакадемия, 2012. 512 с.
8. Путеводитель научных полевых экскурсий III съезда Докучаевского общества почвоведов. Суздаль–М., 2000. 118 с.
9. Саввинова Е.И. Агрономические особенности и продуктивность дерново-подзолистых почв на разных элементах рельефа // Почвенно-агрономическое районирование и агрономическая характеристика почв основных регионов СССР. Науч. тр. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева, 1982. С. 38–48
10. Сорокина Н.П. Структура почвенного покрова пахотных земель: типизация, картография, агроэкологическая оценка. Дис. … д. с.-х. н. М., 2003. 278 с.
11. Травникова Л.С., Артемьева З.С. Физическое фракционирование органического вещества почв с целью изучения его устойчивости к биодеградации // Экология и почвы. Избр. лекции 10-й Всерос. школы. Т. IV. Пущино, 2001. С. 337–346.
12. Травникова Л.С., Петрова Л.В. Роль продуктов органо-минерального взаимодействия в формировании фосфатного режима дерново-подзолистой почвы // Физико-химия почв и их плодородие. М., 1988. С. 39–47.
13. Шаймухаметов М.Ш., Травникова Л.С. Способ извлечения из почвы поглощающего комплекса // Авт. св-во №1185238. Госком. СССР по делам изобретений и открытий. Заявка №3732977. Приоритет изобр. 30.03.1984.
14. Afif E., Matar A., Torren J. Availability of phosphate applied to calcareous soils of West Asia and North Africa // Soil Sci. Soc. Am. J. 1993. V. 57. P. 756–760.
15. Burt R., Mays M.D., Benham E.C., Wilson M.A. Phosphorus characterization and correlation with properties of selected benchmark soils of the United States // Commum. Soil Sci. Plant Anal. 2002. V. 33. P. 117–141.
16. Del Campillo M.C., van der Zee S.E.A.T.M., Torrent J. Modelling long-term phosphorus leaching and changes in phosphorus fertility in excessively fertilized acid sandy soils // Europ. J. Soil Sci. 1999. V. 50(3). P. 391–399.
17. Delgado A., Torrent J. Phosphorus forms and desorption patterns in heavily fertilized calcareous and limed acid soils // Soil Sci. Soc. Am. J. 2000. 64. P. 2031–2037.
18. Dodor D.E., Oya K. Phosphate sorption characteristics of major soils in Okinawa, Japan // Commun. Soil. Sci. Plant Anal. 2000. V. 31. P. 277–288.
19. Erich M.S., Fitzgerald C.B., Porter G.A. The effect of organic amendments on phosphorus chemistry in a potato cropping system // Agriculture, Ecosystems and Environment. 2002. 88. P. 79–88.
20. Giesler R., Anderson L., Lovgren L., Persson P. Phosphate sorption in aluminium-and iron-rish humus soils // Soil Sci. Soc. Am. J. 2005. V. 69. P. 77–86.
21. Haynes R.J., Mokolobate M.S. Amelioration of Al toxicity and P deficiency in acid soils by additions of organic residues: a critical review of the phenomenon and the mechanisms involved // Nutrient Cycling Agroecosystems J. 2001. V. 59. P. 47–63.
22. Henry P.C., Smith M.F. A single point sorption test for the routine determination of the phosphorus requirement of low to moderate P-fixing soils // S. Afr. Tydskr. Plant Grond. 2003. V. 20(3). P. 132–140.
23. Henry P.C., Smith M.F. Two-step approach to determining some useful phosphorus characteristics of South African soils: a review of work done at the ARC-Institute for Soil, Climate and Water // S. Afr. Tydskr. Plant Grond. 2006. V. 23(1). P. 64–72.
24. Iyamuremye F., Dick R.P., Baham J. Organic amendments and phosphorus dynamics: I. Phosphorus chemistry and sorption // Soil Sci. 1996. V. 161. 7. P. 426–435.
25. Jones J.P., Fox R.L. Phosphate sorption as a soil testing technique: a simplified approach // Commun. Soil Sci. Plant Analysis. 1977. V. 8(3). P. 209–219.
26. Koopmans G.F., Chardon W.J., de Willigen P., van Riemsdijk W.H. Phosphorus desorption dynamics in soil and the link to a dynamic concept of bioavailability // J. Environ. Qual. 2004. V. 33. P. 1393–1402.
27. Lajtha K., Harrison A.F. Strategies of phosphorus acquisition and conservation by plant species and communities // Phosphorus in the global environment: Transfers, cycles, and management. SCOPE 54 / Ed. Tiessen H. 1995. P. 139–147.
28. Nziguheba G., Palm C.A., Buresh R.J., Smithson P.A. Soil phosphorus fractions and sorption as affected by organic and inorganic sources // Plant and Soil. 1998. V. 198. P. 159–168.
29. Sharpley A.N. Dependence of runoff phosphorus on extractable soil phosphorus // J. Environ. Qual. 1995. V. 24. P. 920–926.
30. Sharpley A.N., Chapra S.C., Wedepohl R., Sims J.T., Daniel T.C., Reddy K.R. Managing agricultural phosphorus for protection of surface waters: Issues and options // J. Environ. Qual. 1994. V. 23. P. 437–451.
31. Sharpley A.N., Smith S.J. Fractionation of inorganic and organic phosphorus in virgin and cultivated soils // Soil Sci. Soc. Am. J. 1985. V. 49. P. 127–136.
32. Whalen J.K., Chang C., Clayton W., Carefoot P. Cattle manure amendments can increase the pH of acid soils // Soil Sci. Soc. Am. J. 2000. 64. P. 962–966.
33. Zhou M., Li Y. Phosphorus-sorption characteristics of calcareous soils and limestone from the Southern Everglades and adjacent farmlands // Soil. Sci. Soc. Am. J. 2001. V. 65. P. 1404–1412.