Орлов Д.С. (отв. ред.) Гуминовые вещества в биосфере

Подождите немного. Документ загружается.

Таблица 4

Влияние ТГА на массообмен в торфяной почве (полевые опыты, площадки 2X2 м, черный пар)

Дата закладки

площадок

Дата отбора проб Доза мелиоран-

та, кг/кг

Слой, см U, кг/кг рН Относительное содержание ионов, С/Со

Дата закладки

площадок

Дата отбора проб Доза мелиоран-

та, кг/кг

Слой, см U, кг/кг рН

Na* К* Са" Fe"

NHJ NO;

Экспериментальная база "Дукора" ИГ1ИПРЭ АН Беларуси

19.05.1983 г. 19.08.1983 г.

0 0-2 0,52

Не опр.

1,0

1,0 1,0

Не опр.

1.0

1,0

(контроль) 8-10

2,32 »

1,0

1000

0—2

0,22

1,4 0,6

0,4 »

1,3

1,5

8-10

2,88

0,7

1,2 1,0

1.8

2,8

18.06.1984 г. 10.07.1984 г.

(контроль)

0—2 1,31

1,0 1,0

1,0

1,0 Не опр. Не опр.

1000 0-2 2,28

1,7

5,8 2,7

3,4 » »

3.08.1984 г.

0—2 0,91

1.0

1,0

1.0

» »

(контроль)

2—7 2,0

1.0 1.0

1,0 1,0

» »

1000 0 -2 1,36

0,7

1,9

2,1 1,5

2—7

2,4

1,0 1,0 1,6

1,3

» »

Совхоз "Руденский", Беларусь

29.08.1985 г. 17.09.1985 г.

0 0—2 1,48

6,0 Не опр.

1,0 1,0

Не опр.

1,0

(контроль) 2—7 1,56 5,5 » 1,0

1,0

1000 0—2

1,41

6,35 » 1,5

1,8

4,0

4,4

2—7 1,57

4,85 »

1,4

2,2

3,2

3,3

Примечание. Сумма осадков за сентябрь 1985 г. — 95 мм.

0,6 -

O.J

С/, кг/кг

1'ис. 6. Влияние ТГА (рН 10.3) па величину термоградиентного коэффициента

о торфяной почвы ПОМС (р = 300 кг/м

; 7 = 298 К)

/ — С = 0 (контроль); 2 — С= 1%; 3 — С = 3%

Способность Г'П уменьшать интенсивность диффузионных процессов

позволяет использовать их для решения такой актуальной проблемы,

как борьба с загрязнением грунтовых и поверхностных вод продуктами

химизации сельского хозяйства. Причем ГП могут быть использованы

как для мелиорации непосредственно почв, так и для модификации

минеральных удобрений, обеспечивая им необходимую растворимость,

подвижность в корнеобитаемом горизонте почв.

Нанесение ГП на поверхность почвы в виде водных растворов,

помимо уменьшения интенсивности испарения из нее влаги, снижает

засоление поверхностных слоев почвы (см. табл. 4). Механизм

модифицирующего действия ГП в данном случае обусловлен способ-

ностью их увеличивать в почве содержание связанной влаги. Особенно

активно изменяет водные свойства почвенных систем коллоидная

фракция ГП. Формируя рыхлую структуру грунта, гуминовые гели

увеличивают содержание капиллярной влаги, улучшают его водные

свойства (Лиштван и др., 1989).

ГУМИНОВЫЕ ПРЕПАРАТЫ И СТРУКТУРА ПОЧВЕННЫХ СИСТЕМ

Из приведенных на рис. 7 данных видно, что введение ВТГА в

грунт с кислой реакцией среды обеспечивает изменение его структуры.

В области нейтральных и слабощелочных значений рН грунта ВТГА

действует как дезагрегатор частиц грунта. Подобное действие ВТГА обус-

ловлено тем, что в кислой и слабокислой среде грунта гуматы аммония

(основной компонент ВТГА) переходят в нерастворимые в воде ГК,

которые, алсорбируясь на структурных составляющих грунта, обеспечивают

формирование водопрочных структур (Абрамец и др., 1988). При

нейтральной реакции грунта под воздействием щелочной природы

ГП (ВТГА) рН грунта сдвигается в сторону больших значений, т.е. в

область, где гуматы находятся преимущественно в растворенном

состоянии, а их адсорбция на частицах грунта невозможна вследствие

134

PIIC. 7. Влияние рН торфяного тепличного грунта на его водопрочное струк-

турирование BII А

^ ВГГЛ

4%. Л И Л> содержание водопрочных атрегатов rf>0.25 M\I В опытном

и контрольном образце грунта соответственно

Рис. 8. Влияние дозы ВП К (/), ВТГА (2), ТГА (3) на цветность водных вытяжек

торфяной почвы

электростатического отталкивания между отрицательно заряженными

органическими радикалами гуматов и одноименно заряженной поверх-

ностью грунта (Лиштван и др., 1984). В итоге общее содержание

макроагрегатов в грунте снижается, а его структурные характеристики

ухудшаются. На данном свойстве ГВ (способности изменять свои

коллоидно-химические свойства в зависимости от рН среды) могут

быть основаны принципы использования их в качестве почвенных

структурообразователей.

Сравнение структурообразующего действия ВТГА и ТГА свиде-

тельствует, что ТГА как мелиорант почвы более эффективен, чем

ВТГА. Он в меньшей мере, чем ВТГА, увеличивает цветность

поровых растворов почвы (табл. 5, рис. 8). Высокая цветность

водных вытяжек не является свидетельством интенсивной водной

эрозии почвы или склонности к ней, поскольку ГП содержат в большом

количестве растворимые в воде соединения, которые и обеспечивают

повышенное содержание их в поровых растворах модифицированной

почвы.

Поверхность коллоидных структур ГП имеет, как правило, отрица-

тельный заряд. Поверхности почвенных минералов также свойствен

отрицательный потенциал. Поэтому при внесении ГП в минеральные

почвы, особенно с низкой буферностью (песчаные), изменений

коллоидного состояния гуминовых соединений практически не проис-

ходит. Точнее, процессы взаимодействия ГВ с минералами песчаной

почвы во влагонасыщенном ее состоянии растянуты во времени.

135

Таблица 1

Волопоглошеиие (В) и механическая прочность (ст)

искусственных структур {d > 1 мм) торфяной почвы

Параметр

Препараты

Параметр

ВТГК СТА ТГА

В'ГГА

В,/Во 0,9 1,0 1,1 1,4

о,/оо 1,8 2,1 1,4 1,6

Примечание. В//Во и оу/оо — соответственно отношение В и о опытного

варианта к контрольному/без структурообраэователя). Продолжительность замачивания

почвы в воде — 24 ч. Доза структурообраэователя — 4% на сухое вещество почвы.

ВТГК — водорастворимый гуминовый препарат на основе торфа, гидролизованного

КОН.

Таблица 6

Влияние мелиорантов на формирование водопрочной структуры

супесчаной почвопороды

Мелиорант Концентрация,

рН

мелиоранта

Содержание во-

допрочных агре-

гатов d > 1 мм,

Водорастворимые соединения тор-

7,1

фа, гидролизованного аммиаком

4,0

8,2 0

(BI ГА)

9,2

9,8 0

10,7

ТГА

3,0 10,7

61,7

ТГА(рН 10,7) + H

SO,

1.0

0,44

2.0

0,62

2,0

5,0 2,8

4,0 3,5

ТГА(рН 10,7) + Н,РО<

4,8 8,1

4,0

3,0 6,0

2,0 2,5

СГА

10,4

44,3

3,0 9,2

35,2

7,9

22,8

Примечание. Для опытов использовали фракцию супесчаной почвопороды с

d < 1 мм.

Однако почвы легкого механического состава, как правило, не бывают

продолжительное время во влагонасыщенном состоянии. При низкой

влажности происходит сближение коллоидных составляющих ГП как

между собой, так и с частицами почвы (вследствие уменьшения

толщины прослоек воды). Эти процессы сопровождаются необрати-

136

Р,°/о

Рис. 9. Влияние ТГА и степени гидролиза торфа при получении мелиоранта на

формирование водопрочной структуры (t/>

мм) песчаной почвы

Препараты ВТГА выделены при рН: 1 — 7,4; 2 — 8,7; 3 — 9,2; 4 — 9,6;5 — 10,7

Рис. 10. Влияние обработки поверхности торфяной почвы ТГА на ее ветроустой-

чивость (эролируемость)

/ — 0 (контроль — без волы); 2 — 0 (контроль — вода); J — С=.100 кг/га;

4 — С = 400 кг/га; 5 - С= 1000 кг/га

мыми изменениями коллоидного состояния """В с формированием

коагуляционных структур. Активизируется их адгезионное взаимодей-

ствие с частицами иочвы. В итоге все это приводит к формированию

водопрочных структур песчаной почвы (рис. 9, табл. 6).

Наиболее эффективно механизм подобного агрегирования "работа-

ет", когда в поровом пространстве почвы находится достаточное

количество ГП. Применительно к супесчаной почвопороде и ТГА

оптимальная доза препарата соответствует 3—5% на сухое вещество

почвы (см. рис. 9).

Вследствие низкой буферности легких (песчаных) почв для них не-

приемлемы сильнощелочные ГП, внесение которых в количестве 2—4%

может сдвинуть рН почвы в щелочную область. Как показали

испытания, верхний предел рН для ГП (мелиорантов почв легкого

механического состава) 10,5 является предельным.

Песчаные почвы обладают низкой влагоудерживающей способ-

ностью. Обработка песчаной почвы ТГА (С= 3%) позволяет более чем

на порядок увеличить ее способность удерживать влагу (табл. 7).

Причем если в почву внести эквивалентное количество торфа (гуми-

нового сырья, из которого получен ГП) по сухому веществу, то и в

этом случае влагоудерживающая способность почвы, обработанной

ТГА, более чем в 2—3 раза выше. ТГА обеспечивает повышение

содержания влаги во всем поверхностном (0 20 см) слое легких почв

(Абрамец и др., 1988).

137

Таблица 1

Изменение равновесного влагосодержания (в кг/кг) супесчаного ппчвогрунта (d> 1 мм)

в зависимости от величины потенциала влаги и мелиоранта

Мелиорант Потенциал

влаги,

м волн. ст.

Концентрация мелиоранта, % Мелиорант Потенциал

влаги,

м волн. ст.

0 0,3 1,0

3,0 5,0

Суспензия

торфа

0,42

0.095

—

0,203

0,335 0,375

1,36

0,058

—

0,182

0,208 0,308

TIA 0,42 0.095 0,282 0,462

1,008

Не опр.

1,36 0,058 0,211 0,229 0,547

Необратимые изменения в структуре ГП происходят при высу-

шивании почвы. Обработка поверхности торфяной почвы водной

дисперсией препарата позволяет закрепить высокодисперсную фракцию

почв от ветровой эрозии (выдувания ветром) за счет агрегирования

поверхностного слоя (рис. 10). При этом доза ГП сравнительно

невысока (100—300 кг/га).

Эффективность агрегирующего действия коллоидных ГП зависит от

соотношения в них нерастворимой и растворимой в воде фракций.

Соотношение данных фракций определяется способом производства

препарата, свойствами сырья. Для получения эффективных ГП-мелио-

раптов целесообразно использование влажного гуминового сырья

(торфа, сапропеля), не подвергавшегося высушиванию, поскольку

частицы высушенного торфа, сапропеля претерпевают необратимые

структурные изменения и теряют способность к агрегативной пере-

стройке. В итоге мелиоранты, полученные на основе сухого торфяного

и сапропелевого сырья, малоэффективны как структурообразователи

влагонасыщенных почвенных систем.

Приведенные закономерности коллоидно-химических свойств, меха-

низма действия ГВ в почвенных системах являются отправными

для разработки класса природных соединений ГП избирательного

действия в целях использования их при решении проблем экологии.

На основе торфяного и сапропелевого сырья разработаны следующие

ГП: гумит-1 — регулятор водных свойств почвенных систем и

подвижности минеральных удобрений, мелиорант территорий, нару-

шенных хозяйственной деятельностью человека; гумит-2 — структуро-

образователь почв, тепличных грунтов, мелиорант почв тяжелого

механического состава; гумис — депрессор миграционной подвижности

элементов тяжелых металлов в почвах, аккумулятор влаги, раскисли-

тель, мелиорант песчаных почв; мукат — депрессор испарения

влаги, регулятор теплового режима тепличных грунтов.

В основе механизма действия перечисленных препаратов лежит

способность ГВ изменять структуру и водный режим почв. В свою

очередь, практически все проблемы экологии земледелия сопряжены с

138

восстановлением структуры и массообменных свойств почв, грунтов,

субстратов. Направленное изменение и последующая оптимизация

этих параметров позволят решить многие проблемы экологии земле-

делия.

ЛИТЕРАТУРА

Абрамец A.M.. Дударчик В.М., Ивашкевич Л.С. и др. // Химизация сел. хоз-ва.

1988. № 3. С. 68-71."

Абрамец A.M., Лиштван И.И., Терентьев А.А. // Почвоведение. 1981. № 4.

С. 141 — 144.

Абрамец A.M., Лиштван И.И., Чураев Н.В. Массоперенос в природных дисперсных

системах. Минск, 1991. 185 с.

Ивашкевич Л.С., Лиштван И.И., Абрамец A.M. // Весц! АН БССР. Сер. х!м.

навук. 1987. № I. С. 13—16.

Лиштван И.И., Абрамец A.M., Ивашкевич Л.С. // Весц! АН БССР. Сер. с.-г.

навук. 1984. № 2. С. 28-32.

Лиштван

И.

И., Круглицкий Н.Н., Третинник В.Ю. Физико-химическая механика

гуминовых веществ. Минск: Химия, 1976. 180 с.

Лиштван И.И., Лыч A.M., Абрамец A.M. // Вода в дисперсных системах. М.:

Химия, 1989. С. 63—83.

Масютенко И.П., Юринская В.Ф // Проблема гумуса в земледелии. Новосибирск,

1986. С. 78—79.

Менагаршнвили А.Д.. Квирикашвили О З., Майсурадзе Н.Г. // Гуминовые удобрения:

1еория и практика их применения. Днепропетровск, 1983. С. 37—39.

Piccolo A , Mirabella А. // Sci. Total Environ. 1987. Vol. 62. P. 39—46.

Singhal R.M., Sharma S.D. // Proc. Ind. Nat. Sci. Acad. 1985. Vol. 51, N 3. P. 348—352.

УДК 631.48:552.5.52

В.М. Дударчик

СВЯЗЫВАНИЕ ГУМИНОВЫХ КИСЛОТ

ГЛИНИСТЫМИ МИНЕРАЛАМИ

Изучение закономерностей формирования веществ глино-гумусовой

природы актуально при решении задач, связанных с комплексной

переработкой торфа и других органогенных отложений, с получением

препаратов для подземной экстракции редких элементов, с бурением

скважин, а также связанных с повышением плодородия почв, в

частности, при рекультивации территорий, нарушенных добычей

полезных ископаемых, площади которых заметно возрастают, что

ведет к тяжелым экологическим последствиям.

Процессы взаимодействия подстилающей минеральной породы

с гумусом торфа важны также при формировании торфяных почв на вы-

работанных после добычи торфа площадях. Они определяют дли-

тельность их использования и плодородие.

При изучении глино-гумусовых соединений (ГГС) возможны два

пути. Первый заключается в исследовании модельных продуктов,

139

Схема анализа природных глино-гумусовых соединений

получаемых в лабораторных условиях. Этот метод незаменим при

исследовании селективности сорбции ОВ на известных глинистых

минералах, определении влияния концентрации, обменных катионов

минералов, рН, площади контакта реагирующих веществ и других

факторов. Другой путь состоит в выделении ГГС из природных

объектов. Этот метод находится в стадии поиска, отработки и

совершенствования отдельных приемов и операций.

Для выделения ГГС в качестве природных объектов были использо-

ваны торфяные почвы низинного типа: 1) подверженные глинованию

(доза 800 т/га); 2) с подстилающим слоем глинистого минерала.

В данном случае изучали ГГС, сформированные в результате

длительного взаимодействия мигрирующего по профилю ОВ с глинис-

той породой; 3) подверженные глинованию с разной длительностью

(от 1 до 8 лет) сельскохозяйственного использования (см. рису-

нок).

Результаты сопоставительного анализа органической части ГГС,

исходных почв и ГК, выделенных из этих продуктов, позволяют

заключить, что отношение С:Н у ГК ГГС меньше, чем в исходных

почвах. Это свидетельствует о большей склонности к поглощению

глинами молекул ГК с относительно меньшим содержанием аромати-

ческих и, возможно, других ненасыщенных структур, т.е. наиболее

молодых, относительно недавно сформированных фракций ГК

(табл. 1). ГК ГГС всех исследованных препаратов по сравнению с

ГК исходных почв имеют повышенную зольность, от которой

препарат мягкими методами очистить не удается. Эта зола представля-

ет собой прочно связанную с ОВ глину. Таким образом, ГК ГГС

различаются прочностью закрепления на глинах, что указывает на

участие различных по силе электростатических взаимодействий гумуса

и глины. Анализ ИК-спектров до и после выделения ГК из ГГС

свидетельствует о карбоксилат-ионной форме СООН-групп в составе

ГГС. Параметры, характеризующие содержание аминных и амидных

группировок, выше для всех образцов у ГК ГГС, что свидетельствует

об их участии в закреплении ГК на глинистом минерале (табл. 2).

140

Таблица 1

Элементный состав и зольность ГК

Образец

А, %

Атомные %

С/Н

С Н N

Объект " Будагово"

ГК почвы

1,1

35,8 37,0 2,0

25,3 0,96

К ГГС, 1978 г. 10,1 32,2

42,6

2,2

23,0

0,76

I K ГГС, 1984 г.

10,0 30,8

38,2

2,2

28,8 0,81

ГГС, 1978 г. 39,5 23,6 39,2

1,9

29,3 0,75

I ГС после экст-

51,0

23,6 55,5

1,5

19,3 0,42

ракции ГК. 1978 г.

ГГС после экст- 75

23,3 58,5 Следы 18,2

0,40

ракции ГК, 1984 г.

ГК почвы после

2,1

38,8 35,5 2,0 23,7

1,09

извлечения ГГС,

1978 г.

Объект "Черная Натопа"

ГК почвы

1.8

34,2

43,0

2,4 20,4

0,80

ГК ГГС 9,2

33,1

43,2

2,2 21,2 0,77

ГГС

24,6

37,8

1,3

35,5 0,65

ГГС после экст-

74,1

22,8

52,9 Следы

24,3

0,43

ракции ГК

Таблица 2

Спектроскопические параметры

относительного содержания функциональных групп ГК почв

Образец

Д|Ч!

D i««o

D им D 1!50 D 1б«о

D1420 D1420

£>1420 Ol420

D 1боо

Объект ' Будагово"

ГК исходной почвы 1,45 1,55 1,55 0,95

1,10

ГК П С, 1978 г.

1,55 1,95

1,95 1,10 1,25

ГК остатка почвы после

1,50 1,65 1,65 0,95

1,20

извлечения ГГС, 1978 г.

ГК ГГС, 1984 г. 1,30 1,95 1,95

1,10 1,45

ГК остатка почвы после

1,55 1,60 1,75 0,95

1,10

извлечения ГГС, 1984 г.

Объект "Черная Натопа"

ГК исходной почвы

1,55 1,80 1,80

1,05

1,20

ГК ГГС

1,75

1,90 1,90

1,10 1,30

ГК остатка почвы после

1,20 1,50 1,45

1,95 1,15

извлечения ГГС

141

Таблица 3

Сравнительная характеристика образцов ГК

Образец Данные ЭПР Данные ИКС

С II

Величина

сорбции ГК

на монтмо-

риллоните, %

Образец

ДЯ

J отн.

£>1720

D1050

/>1720

D Ц20

fl6«0

D1720

С II

Величина

сорбции ГК

на монтмо-

риллоните, %

Ос оковы й торф, R

= 30%

ГК исходные 0.58 2,0035

1,0

1,50 1,20

1,35 1,01

0,88

I K, растворимые в 0,49 2,0036

2,5

2,00 1,35 1,00

1,07

0,69

ABC*

ГК, не раствори-

0,61 2,0035

0,9

1,20 1,10 1,40 0,98

0,92

мые в ABC

ГК, пропущенные 0,50 2,0036

1,1

—

1,60

—

0,82

1,50

через монтморил-

лонит

Тростниковый торф, R = 40%

ГК исходные 0,76 2,0033

1,0

1,80 1,45 1,10

1,11

1,33

ГК, растворимые

0,46

2,0034

1,6

3,00 1,80 0,90

1,17

0,95

в ABC

ГК, не раствори- 0,85 2,0032

0,9

1,45 1,25 1,40

0,97

1,71

мые в ABC

ГК, пропущенные 0,59 2,0034

1,1

— —

0,91

2,02

через монтморил-

лонит

*АВС — ацетоно-водная среда.

В электронном микроскопе было изучено свыше 100 образцов

глино-гумусовой природы и сделан вывод, что величина агрегатов

определяется размерами глинистых частиц и варьирует в широких

пределах (от 10 до 500 нм). ГГС, как правило, представляют собой

образования с оптически плотным ядром, окаймленным рыхлой

сетчатой оболочкой ОВ.

В составе и структуре природных ГГС различного времени форми-

рования принципиальных различий не обнаружено.

Результаты исследований на катионных формах глинистых мине-

ралов позволили установить, что по величине поглощения гуматов

катионы образуют ряд Fe > Al > Си > Са.

Установлено, что при моделировании периодичности процессов

увлажнения и высушивания в несколько раз увеличивается величина

закрепления гуматов на глинистых минералах.

Селективность поглощения ГК на глинистых минералах изучалась

с использованием фракций ГК, различающихся строением и составом.

Показано, что наиболее склонны к сорбции фракции ГК, в составе

которых преобладают фрагменты углеводно-полипептидной природы

(табл. 3).

142