Горизонт В2t в целом аналогичен горизонту В1t, за исключением того, что для этого горизонта характерна значительная оглиненность всей толщи, а также большее количество обломков кальцита и вторично образованные карбонатные зерна.

Содержание иллювиированных глин в горизонте В2 достигает 10-15 %.Глинистые натеки имеют преимущественно гумусо-глинистый состав, они заполняют дренирующие поры, нередко в основной почвенной массе присутствуют фрагменты глинистых натеков. В гумусовых горизонтах присутствуют довольно крупные фрагменты обугленных растительных тканей c сохранившимся клеточным строением.

Глава 8. Оценка экологическиго состояния почв и закономерности поведения тяжёлых металлов в серых лесных почвах Владимирского Ополья. Серые лесные почвы Владимирского ополья можно отнести «условно» к незагрязненным по содержанию валовых форм свинца, цинка, кобальта, меди, железа, хрома, марганца. В пахотном слое повышалось содержание свинца с увеличением доз вносимого навоза. Имеется тенденция увеличения содержания кобальта в пахотном слое при применении полного минерального удобрения, навоза и увеличивается количество железа. Наблюдаются локальные очаги существенных положительных аномалий никеля.

Таблица 9

Содержание тяжелых металлов серых лесных целинных и окультуренных почв Владимирского ополья (валовые формы)

Рис. 14. Пространственное распределение ТМ в почвах автоморфной траншеи.

Ось абсцисс - длина траншеи, м; ось ординат слева - глубина траншеи, см; справа - концентрация Pb, Zn,Сu, Mn, Co,Cr,Ni - мг на кг почвы, Fe - %

Рис. 15. Пространственное распределение ТМ в почвах гидроморфной траншеи. Ось абсцисс - длина траншеи, м; ось ординат слева - глубина траншеи, см; справа - концентрация Pb, Mn, Co,Cr,Ni - мг на кг почвы, Fe - %

Источниками ТМ в естественных почвах являются минералы: рутил, брунит, анатаз, ильменит и др.; Мn - вернадит, пиролюзит, бернессит.

В загрязненных почвах преобладают непрочносвязанные соединения техногенного происхождения, их экстрагируемая форма. Содержание хрома во всех профилях увеличивается в нижних горизонтах, однако, по всей видимости это хром почвообразующей породы. Обращает на себя внимание увеличение содержания Mn и Fe в агросерой почве со вторым гумусовым горизонтом (разрез 23). На глубине 50-60 см изменился показатель рН в сторону подкисления и можно предположить, что здесь имеет место образование Mn - Fe ортштейнов, вследствие пониженного участка микрорельефа и как следствие гидроморфизма (табл.9).

Выявлена закономерность поведения ТМ во фракциях разной размерности (<1, 1-5, 5-10, >10 мкм), и характер передвижения ТМ в зависимости от подвижности глинистого материала (табл.10,11).

Таблица 10

Содержание тяжелых металлов во фракциях тонкой и средней пыли серых лесных целинных и окультуренных почв Владимирского ополья (валовые формы)

Таблица 11

Содержание ТМ в ВПИ и АИ серых лесных целинных и окультуренных среднесуглинистых почв Владимирского ополья (валовые формы)

Отмечаются следующие закономерности в распределении ТМ по гранулометрическим фракциям. Количество таких элементов, как Zn, Ni, Cr, Mn, Co при увеличении размера частиц снижается. Медь фактически отсутствует во фракциях > 10 мкм. По степени уменьшения элементы можно расположить в следующий ряд: Cr<Ni<Fe<Mn<Zn<Cu<Co (табл.11).

Концентрация многих металлов в составе тонкодисперсных фракций почв как природных, так и техногенных ландшафтов, как правило, в 2-4 раза выше, чем в почве в целом. Это обусловлено, главным образом, поглотительной способностью глинистых минералов

Использование метода дробной пептизации позволило проанализировать поведение тяжелых металлов в зависимости от подвижности тонкодисперсной части почв. Обнаружено четкое разделение ТМ в зависимости от подвижности илов. В воднопептизированных илах в наибольших количествах обнаружены Pb, Cu, Mn, и Zn. (рис.16, табл. 11).

Такие элементы, как Co, Ni, Cr в большей мере концентрируются в агрегированных илах. Поскольку рентгендифрактометрическим методом установлена кристаллическая фаза обоих категорий илов, то можно предположить различный механизм поведения ТМ в зависимости от компонентов ВПИ и АИ. В первом случае Pb, Cu, Mn и Zn, в наибольших количествах фиксируются в ВПИ, образуя в большей мере самостоятельные легко мигрирующие комплексы, связанные с продуктами выветривания глинистых минералов, рентгеноаморфными веществами, органикой, в то же время основная масса Ni, Cr, Fe, Co концентрируется в АИ, где происходит их поглощение дисперсными глинистыми минералами.

Глинистые минералы удерживают тяжелые металлы в результате обменного и физико-химического поглощения. Механизм такого влияния возможно заключается в следующем.

Рис. 16. Содержание ТМ в гранулометрических фракциях и подфракциях дробной пептизации гумусового горизонта (2-17 см) серой лесной почвы (разрез 17. Оси: абсцисс - гранулометрические фракции и подфракции дробной пептизации; ординат - концентрация Pb, Zn,Сu, Mn, Co,Cr,Ni - мг на кг почвы, Fe - %

Способность к обменному поглощению металлов глинистые минералы приобретают вследствие гетеровалентного изоморфного замещения в кремнекислородных тетраэдрах и алюмогидроксильных октаэдрах тонкодисперсных алюмосиликатов, наличия нескомпенсированных зарядов в дефектных пустотах их кристаллов и ненасыщенных валентностей на поверхностях, углах и гранях кристаллов (Мотузова, 2000). Можно допустить, что Mn, Cr, Zn, Ni, Cu, Co, обладая высокой координационной валентностью активнее поглощаются глинистыми минералами, т.к. они могут изоморфно замещать октаэдрические позиции, образуя метастабильные соединения. Отмечено, что насыщенность тонкодисперсных фракций тяжелыми металлами убывала в ряду: ил > тонкая пыль > средняя пыль.

Таким образом, установленные закономерности, комплекс качественных характеристик и количественных показателей дают наиболее полное представление об агроэкологическом состоянии и расширяют возможности мониторинга серых лесных почв Владимирского ополья в соответствии с принятой «Концепцией развития государственного мониторинга земель, используемых или предназначенных для ведения сельского хозяйства, и формирования государственных информационных ресурсов на период до 2020 года» (М.: Минсельхоз, 2009). В тестовых полигонах, с типичной структурой почвенного покрова, при проведении наземных агрохимических и почвенно-геоботанических обследований, а также на реперных участках в длительных полевых опытах, оснащенных современными приборами и оборудованием, чрезвычайно важно располагать оценками современных тенденций почвообразования, в т.ч. деградационных процессов, их интенсивности и выявления причин их обуславливающих (естественных и технологических), установления источников загрязнения, с использованием возможно большего числа показателей, включая характеристику и трансформацию органического вещества, минералогический состав, микро- и и морфологическое строение профилей.

Часть из приведенных выше показателей (количество, групповой и фракционный состав гумуса, минералогический состав) имеют основное детерминирующее значение, другие (распределение органического вещества, тяжелых металлов, отдельных элементов питания по фракциям различной дисперсности, также как само по себе формирование и распределение последних в почве) - соподчиненное, некоторые (микроморфологическое и текстурное строение, профильная гетерогенность почвы и др.) являются важными качественными характеристиками агроэкологического состояния.

Комплекс этих показателей и характеристик определяет разнообразие свойств, буферную емкость, пределы устойчивости, описывает фактическую и регламентирует допустимую техногенные нагрузки, способствует принятию рациональных агротехнологических решений и является обязательной составляющей базы данных агроэкологического мониторинга земель сельскохозяйственного назначения.

ВЫВОДЫ

1. Режимы органического вещества, особенности минералогического состава, гетерогенность и дисперсность гранулометрических фракций оказывают важнейшее влияние на агрохимические, водно-физические, микроморфологические свойства, отражают эволюцию современного почвообразовательного процесса, определяют специфику профильного распределения, аккумуляцию тяжелых металлов, создают основу формирования эффективных агрономических решений, и составляют императивную основу комплексной оценки агроэкологического состояния и мониторинга серых лесных почв Владимирского ополья.

2. Органическое вещество серых лесных пахотных почв характеризуется высоким содержанием прочносвязанного углерода, низким содержанием I фракции гумусовых веществ и высоким содержанием второй фракции гуминовых и фульвокислот. Во втором гумусовом горизонте (на пониженном участке микрорельефа) количество второй фракции гумусовых кислот, связанных с кальцием максимально - 75 % общего углерода. Вовлечение целинных и залежных почв с содержанием органического вещества 3-6 % в сельскохозяйственное производство приводит к снижению гумуса и перераспределению его группового и фракционного состава.

3. В долгосрочном полевом опыте при комплексном использовании навоза с соломой происходило увеличение наиболее ценной в агрономическом отношении фракции гуминовых кислот, связанных с кальцием, (СГК: СФК = 1,3 - 1,5) и содержания подвижных форм органического вещества. Запашка соломы в севообороте снижала количество гуминовых кислот второй фракции при одновременном росте суммы содержания фульвокислот. Пожнивная сидерация не оказала существенного влияния на гумусовое состояние почвы. Продуктивность культур севооборота наилучшим образом коррелирует с запасами лабильных соединений гумуса. Уровень продуктивности порядка 3-3,5 т зерновых единиц с гектара создается при содержании 2500-3500 мг/кг, а 4 т з.е. и более - при 4000-4500мг лабильных форм гумуса на килограмм почвы.

4. В модифицированном варианте определения лабильных органических веществ изменение рH экстрагирующего раствора пирофосфата натрия с 7 до 9 единиц увеличило количество извлекаемых лабильных форм гумусовых веществ в 1,5-2 раза.

5. Содержание гумуса во фракциях и подфракциях дробной пептизации свидетельствует о его максимальном количестве в водно-пептизируемом и агрегируемом илах.

6. Серые лесные почвы по склонности перехода в пептизированное состояние илистой фракции занимают промежуточное положение между дерново-подзолистыми и черноземами, развитыми на лессовидных суглинках. Минералогический состав водно-пептизированного ила представлен в основном обломочными формами зерен кварца, полевых шпатов, гидрослюдами, в меньшей мере смектитовой фазой. Агрегированный ил включает характерную парагенетическую ассоциацию, гидрослюдисто-смешанослойную, с набухающими пакетами и доминированием гидрослюды. Максимальное количество смектитового компонента в пахотном горизонте наблюдается при припахивании остаточно-карбонатных серых лесных тяжелосуглинистых почв.

7. Пространственное профильное распределение илистой фракции в траншейных тестах и распределение основных минеральных фаз этой фракции - смектитовой и гидрослюдистой обусловливает широкое разнообразие свойств серых лесных почв (емкость катионного обмена, физические, физико-химические, резервы элементов питания, водоудерживающую способность и др.). Содержание смектита в илистой фракции от 40 до 70 %. В пахотном слое наблюдается повышенное содержание оксидов кремния, минимум алюминия и железа.

8. Основными компонентами тонкодисперсных фракций (ил, тонкая и средняя пыль) являются сложные неупорядоченные смешанослойные образования. Доминирует слюда - смектиты с высоким содержанием смектитовых пакетов. В меньшем количестве присутствуют слюда-смектиты с низким содержанием смектитовых пакетов и гидрослюды. Количество каолинита и хлорита колеблется в пределах 10-15 %. Эти минералы являются источниками калия, магния, и других катионов, необходимых для питания растений.

9. Оценены потенциальные и доступные резервы элементов питания растений серых лесных почв c позиций количественных содержаний минералов разных фракций: ила, тонкой средней пыли и песчаной. Наибольшее количество калия, фосфора, магния аккумулируется в тонкодисперсных фракциях, в илистой - фосфора и магния, в тонкопылеватой - калия, магния. Илистая фракция наиболее функциональна не только как потенциальный источник элементов питания, но и как регулятор их подвижности и доступности.

10. Микроморфология гумусового горизонта отражает направленность почвообразования и экологический статус почв, отличается развитой сетью внутриагрегатных пор округло-овальной формы, гумус - муль-типа. Минеральный скелет большей части состоит из округлых зерен кварца с примесями полевых шпатов, обломков кальцита и мусковита. Для горизонта характерно пылевато-плазменное элементарное микростроение и органо-минеральная гумусово-глинистая плазма основы. В горизонте В2 максимально содержание иллювиированных глин, с присутствием относительно крупных фрагментов обугленных растительных тканей с сохранившимся клеточным строением.

11. Распределение тяжелых металлов по гранулометрическим фракциям почв прямо пропорционально степени дисперсности последних. Исключение составляет Pb, количество которого максимально во фракции > 10 мкм. Механизм связывания можно объяснить поглощением дисперсными, в основном слоистыми силикатами во фракциях высокой сорбционной активности. Такие техногенные элементы, как Pb, Cu, Mn, Zn в большей мере сосредоточены во фракции ВПИ, что свидетельствует об их подвижности и способности перемещаться ввиду отсутствия глубокого химического поглощения минеральной компонентой почв. Другие элементы (Fe, Cr, Ni, Co) более тесно связаны со слоистыми силикатами, обладающими большей поглотительной способностью.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Кротов П.В., Карпова Д.В. Некоторые аспекты применения гидрогеля // Экологические проблемы АПК Ивановской области. Материалы научно-практической конференции. Иваново, 1995. С.123-124.

2. Карпова Д.В.Изучение влияния биофильных гумусовых препаратов на рост и развитие зерновых//Материалы научно-практической конференции. 1995 г.С. 109.

3. Карпова Д.В. Стимулятор роста и развития растений Регрос-С // Применение барды и удобрений для повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Вып.3. Владимир, 1998. С 126-131.

4. Карпова Д.В., Окоркова Л.А., Чернышова А.Ю. Некоторые физико-химические особенности почв Владимирского Ополья // Применение барды и удобрений для повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Вып. 3. Владимир, 1998. С. 80-99.

5. Карпова.Д.В. Регулятор роста и развития растений Регрос-С // Агрохимические, агроэкологические, экономические проблемы и пути их решения при возделывании зерновых и других культур. Москва, 1998. С.118-119.

6. Карпова Д.В. Некоторые особенности гумуса серых лесных почв Владимирского Ополья // Антропогенная деградация почвенного покрова и меры ее предупреждения. М., 1998. 165-169.

7. Карпова Д.В., Алеева Л.А. Экологически чистые препараты - регрос и триходермин // Современные проблемы оптимизации минерального питания растений. Материалы научно-практической конференции. Нижний Новгород, 1998. С. 65-68.

8. Карпова Д.В. Регулятор роста и развития растений - Суздальский (Регрос-С) // Информационный листок Владимирского ЦНТИ, 1999. 3с.

9. Чернышова А.В., Карпова Д.В. Миграция тяжелых металлов в почвах Владимирского Ополья // Материалы научно-практической конференции молодых ученых «Растение и почва». С-Петербург, 1999. С. 215

10. Карпова Д. В. Влияние систем удобрений в севообороте на качественный состав гумуса // Совершенствование технологий возделывания сельско-хозяйственных культур в Верховолжье. Владимир, 1999. С.99-104.

11. Карпова Д.В., Чернов О.С., Чернышева А.Ю. Агроприемы и качественный состав гумуса // Материалы научно-практической конф. Иваново, 1999. С. 125.

12. Батяхина Н.А., Карпова Д.В. Агроэкологическая оценка перспективных сидеральных культур // Совершенствование технологий возделывания сельс-кохозяйственных культур в Верхневолжье. Вып. 2. Владимир, 2000. С. 255-263.

13. Карпова Д.В., Евсеенков А. Трансформация и миграция токсичных компонентов промышленных отходов в почвенных покровах речного бассейна // Материалы международной научно-практической конф. «Экология речных бассейнов», Владимир, 1999. С. 115-116.

14. Карпова Д.В., Винокуров И.Ю Биофильный препарат на основе вермикомпоста // Научные достижения - развитию агропромышленного комплекса. Иваново, 2000.

15. Трифонова Т.А.,.Карпова Д.В. Гумусное состояние серых лесных почв Владимирского Ополья // Тезисы докладов III съезда Докучаевского общества почвоведов. Суздаль, 2000.

16. Трифонова Т.А., Селиванова Н.В., Ширкин Л.А., Карпова Д.В.. Миграция токсичных микроэлементов промышленных отходов в почвах // Геохимические барьеры в зоне гипергенеза. Материалы международно-практической конференции. М.: МГТУ, 1999. С.51-55.

17. Иванов А.Л., Чернов О.С., Карпова Д.В. Приемы окультуривания серых лесных почв Владимирского Ополья. МГУ. 2000. 101 с.

18. Бондаренко А.Ф., Алеева Л.А., Карпова Д.В., Стоянова Л.Г. Распространение свободноживущих азотфиксаторов в серых лесных почвах // Совершенствование технологий возделывания сельскохозяйственных культур в Верхневолжье. Вып. 3. Иваново, 2001. С.147-158.

19. Карпова Д.В. Поведение тяжелых металлов в почвах Владимирского Ополья // Совершенствование технологий возделывания сельскохозяйственных культур в Верхневолжье. Вып. 3. Иваново 2001. С.164-170.

20. Карпова Д.В., Трифонова Т.А., Чернов О.С., Чернышева А.Ю. Гумусное состояние серых лесных почв Владимирского Ополья // Владамирский земледелец. 2001. №1(24). С 71-77.

21. Карпова Д.В., Окорков В.В., Рузгис Е.Н. О микроэлементах и правильном питании // Владамирский земледелец. 2001. №2(25). С 55-60.

22. Карпова Д.В. Изучение содержания и состава гранулометрических фракций серых лесных почв Владимирского Ополья // Совершенствование технологий возделывания сельскохозяйственных культур в Верхневолжье. Вып. 4. Иваново, 2002. С.41-46.

23. Карпова Д.В. Сравнительное действие бардяного ила, вносимого в составе различных наполнителей, на почву, урожайность зерновых культур // Совершенствование технологий возделывания сельскохозяйственных культур в Верхневолжье. Вып. 4. Иваново, 2002. С.46-56.

24. Карпова Д.В. Влияние бардяного осадка на содержание лабильных форм гумуса // Совершенствование технологий возделывания сельскохозяйственных культур в Верхневолжье. Вып. 4. Иваново, 2002. С.65-69.

25. Карпова Д.В. Влияние антропогенного фактора на микрофлору почв // Совершенствование технологий возделывания сельскохозяйственных культур в Верхневолжье. Вып. 4. Иваново, 2002. С.168-185.

26. Карпова Д.В. Приемы повышения продуктивности ячменя на основе биопрепаратов // Совершенствование технологий возделывания сельскохозяйственных культур в Верхневолжье. Вып. 4. Иваново, 2002. с.188-194.

27. Карпова Д. В. Состояние органического вещества в пахотных почвах и пути его оптимизации // Владимирский земледелец. 2002. № 1(26)

28. Ненайденко Г.Н., Окорков В.В., Мазиров М.А., Сибирякова Т.В., Корчагин А.А. Карпова Д.В. Действие бардяного ила, вносимого в составе различных наполнителей. на почву и урожай зерновых культур // Владимирский земледелец. 2002. № 1(26)

29. Трифонова Т.А., Карпова Д.В. Поведение тяжелых металлов в почвах Владимирского ополья различной антропогенной нагрузки// Устойчивость почв к естественным и антроогенным воздействиям. Материалы всероссийской конференции. М., 2002. С. 435.

30. Шишов Л.Л., Кузнецов М.С., Гендугов В.М., Карпова Д.В. Допустимые потери почвы и ее гумусовое состояние // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. 2003. № 1. С.24-28.

31. Shishov L.L., Kuznetsov M.S., Gendugov V.M., Karpova D.V. Tolerable soil losses and its humus state // Russian Agricultural Sciences. 2003. Vol. 1, pp. 17-22.

32. Кубанов Р.Д., Лукьянова Н.Н., Балабко П.Н,. Карпова Д.В. Микроморфология и некоторые свойства опольных ландшафтов // Материалы IV съезда Докучаевского общества почвоведов. Новосибирск, 2004. С. 114.

33. Карпова Д.В., Чижикова Н.П. Минералогический состав тонкодисперсных фракций и подфракций дробной пептезации почв Владимирского ополья и их экологические функции // Материалы IV съезда Докучаевского общества почвоведов. Новосибирск, 2004. С. 96.

34. Окорков В.В., Карпова Д.В. Исследование фракций гранулометрического состава серых лесных почв Владимирского ополья // Владимирский земледелец. №3-4(37-38), 2005.4-7.

35. Окорков В.В., Карпова Д.В. Минералогические и химические исследования фракций разного гранулометрического состава серых лесных почв Владимирского ополья // Вопросы стабилизации плодородия и урожая в Верхневолжье. Под редакцией проф. Ненайденко, М.:ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова, ФГОУ ВПО «Ивановская ГСХА», 2006. С. 44-53.

36. Окорков В.В., Карпова Д.В. Особенности функционирования почвенного покрова, воспроизводства плодородия и предотвращения деградации почв Владимирского ополья // Методические рекомендации. Владимир, 2006. 79с.

37. Балабко П.Н., Карпова Д.В., Чижикова Н.П. Некоторые особенности распределения тяжелых металлов в гранулометрических фракциях и подфракциях дробной пептизации в серых лесных суглинистых почвах Владимирского ополья // Агрохимический вестник, Москва, 2006. С.13-16.

38. Карпова Д.В., Чижикова Н.П, Распределение тяжелых металлов во фракциях и подфракциях дробной пептизации серых лесных почв Владимирского ополья // Бюллетень почвенного ин-та им. В.В.Докучаева. Вып. 59. М., 2007. С. 50-69.

39. Винокуров И.Ю., Карпова Д.В., Батяхина Н.А., Чернов О.С., Волощук А.Т. Улучшенная технология эффективного, экологически безопасного использования различных видов и форм органических удобрений на серых лесных почвах Владимирского ополья// Методические рекомендации, Иваново, 2007. 28 с.

40. Карпова Д.В., Чернов О.С., Батяхина Н.А. Изменение состава гумуса серой лесной почвы Владимирского ополья в звене севооборота // Материалы V съезда Докучаевского общества почвоведов. Ростов, 2008. С. 76.

41. Карпова Д.В., Чижикова Н.П., Чернов О.С., Батяхина Н.А Гумусное состояние серых лесных почв Владимирского ополья // Плодородие. 2008. № 1(40). С. 9-10.

42. Карпова Д.В., Чижикова Н.П., Чернов О.С., Батяхина Н.А. Изменение качества гумуса серых лесных почв при внесении удобрений // Плодородие. 2008. №2 (41). С. 11-13.

43. Карпова Д.В., Чижикова Н.П. Оценка резервов элементов питания растений почв Владимирского ополья // Агрохимический вестник. 2008г. № 4. С.12-16.

44. Методическое руководство по проектированию применения удобрений в технологиях адаптивно-ландшафтного земледелия. Под редакцией А.Л. Иванова, Л.М. Державина. М., 2008. 394 с. (в соавторстве)

45. Агроэкологическое состояние и перспективы использования земель, выбывших из активного сельскохозяйственного производства. Под редакцией Романенко Г.А. М.: ФГНУ, “Росин-формагротех”. 2008. 64 с. (в соавторстве)

46. Проблемы деградации и восстановления продуктивности земель сельскохозяйственного назначения в России. Под редакцией Гордеева А.В., Романенко Г.А. М.: ФГНУ, “Росинформагротех”, 2008. 68 с. (в соавторстве)

47. Чижикова Н.П., Карпова Д.В. Минералы разных гранулометрических фракций как источники элементов питания растений (на примере агросерых тяжелосуглинистфых почв Владимирского ополья) // Бюллетень почвенного института им. В.В.Докучаева. 2009. С. 68-79.

48. Карпова Д.В., Чижикова Н.П. Минералогический состав илистой фракции тяжелосуглинистой почвы Владимирского ополья // Плодородие, 2009г. №1(46). С.11-13.

49. Чижикова Н.П., Карпова Д.В. Минералогический состав фракции тонкой и средней пыли тяжелосуглинистой почвы Владимирского ополья // Плодородие, 2009г. №1(46), С.37-38.

50. Карпова Д.В., Чижикова Н.П. Оценка почв Владимирского ополья с позиции содержания минералов - носителей элементов питания растений // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. М., 2009. № 4. С.49-57.

Размещено на Allbest.ru