Заочные электронные конференции
 
     
ОСОБЕННОСТИ НАКОПЛЕНИЯ ОБЩЕГО И ЛАБИЛЬНОГО ГУМУСА В ПОЧВАХ СЕЛИТЕБНОГО ЛАНДШАФТА ГОРОДА АРХАНГЕЛЬСКА
Л.Ф. Попова, Т.А. Корельская, Н.П. Семенова, А.А. Шоева


Для чтения PDF необходима программа Adobe Reader
GET ADOBE READER

Л.Ф. Попова, Т.А. Корельская, Н.П. Семенова, А.А. Шоева

Поморский государственный университет, г. Архангельск

e-mail:fc.chemistry@pomorsu.ru

ОСОБЕННОСТИ НАКОПЛЕНИЯ ОБЩЕГО И ЛАБИЛЬНОГО ГУМУСА

В ПОЧВАХ СЕЛИТЕБНОГО ЛАНДШАФТА ГОРОДА АРХАНГЕЛЬСКА

03.00.16 - Экология

Гумусовые вещества, выполняя ряд биохимических функций, являются важнейшим экологическим звеном в системе почва-растения. В данной статье представлен анализ результатов исследования особенностей накопления общего и лабильного гумуса в почвах г. Архангельска. Здесь рассмотрены некоторые закономерности аккумуляции и миграции гумусовых веществ в городских почвах в зависимости от степени антропогенной нагрузки, от типа и структуры почв. Рассмотрено влияние содержания общего и лабильногогумуса в почвах на накопление в них элементов питания и тяжелых металлов.

Ключевые слова: общий илабильный гумус; гуминовые кислоты; фульвокислоты; городские почвы; селитебный ландшафт; урбаноземы; реплантоземы; культуроземы.

В последнее время все большую актуальность приобретают проблемы качества окружающей среды. Загрязнение окружающей среды в результате антропогенного воздействия тесно связано с нарушением почвенного покрова и его составных компонентов, в частности органического вещества или гумуса. Полихимизм и гетерогенность совокупных органических веществ, составляющих гумус, позволяет им участвовать во взаимодействиях с различными химическими соединениями, нейтрализуя их влияние на экологический комплекс города. Связывая различные поллютанты: тяжелые металлы и органические токсиканты (пестициды, гербициды и т.д.), гумус играет роль своеобразного барьера, задерживая их попадание в растения и грунтовые воды. Гумусовые вещества оказывают стимулирующее действие и на почвенную биоту: микроорганизмы, грибы и водоросли. Поэтому очень важным является определение содержания общего и лабильного гумуса в городских почвах.

Органическое вещество почвы – сложная многокомпонентная динамическая подсистема почвенной экосистемы, состоящая из биохимических соединений независимо от их происхождения (природного или синтетического), накапливающихся на поверхности почвы либо в ее толще. 85-93% общего количества органического вещества составляет гумус. Это гетерогенные и полидисперсные коллоидные комплексы, неотделимые физическими методами от минеральной части почвы. Гумус может включать аминокислоты, аминосахара, углеводы и другие компоненты. Всего в составе гумусовых веществ насчитывается до 15 функциональных групп. Важнейшими среди них являются карбоксильные, спиртовые, фенольные и амидные группы.

В составе гумуса выделяют: 1) специфические гумусовые вещества; 2) неспецифические органические соединения; 3) промежуточные продукты распада и гумификации. К группе специфических соединений относят азотсодержащие высокомолекулярные органические соединения, представленные черными и бурыми гуминовыми кислотами (ЧГК и БГК), фульвокислотами (ФК) и негидролизуемым остатком или гумином. ГК наименее подвижные высокомолекулярные вещества кислой природы растворимые в воде, извлекаемые из почвы различными водными растворами: NaOH, KOH, NH4OH, Na4P2O7, NaF, и др., и осаждаемые из полученных растворов при подкислении последних минеральными кислотами в виде темноокрашенного геля. ГК являются важнейшими и наиболее стабильными, устойчивыми к минерализации компонентами почвенного гумуса. ФК – наиболее подвижные, агрессивные и растворимые в кислой и щелочной среде органические соединения кислотной природы. По отношению к процессу минерализации ФК менее устойчивы, чем ГК. ГК и ФК играют важную роль в определении свойств почв и служат доступным источником углерода. Бурые гуминовые кислоты и фульвокислоты представляют собой лабильный гумус [1. 2].

На кафедре химии ПГУ в течение нескольких лет проводятся исследования по определению содержания общего и лабильного гумуса в различных типах почв г. Архангельска. Для определения общего гумуса в почвах использовали метод И.В. Тюрина в модификации ЦИАНО согласно ГОСТ 26213-91 [3]. Он основан на окислении органического вещества почвы раствором дихромата калия в серной кислоте с последующим фотоэлектроколориметрическим определением трехвалентного хрома, эквивалентного содержанию гумуса. Выделение лабильных ГК и ФК выполняли по методике, разработанной лабораторией биологии и биохимии почв почвенного института им. В.В, Докучаева. Метод основан на выделении лабильных гуминовых веществ пирофосфатом натрия, с последующим разделением ГК и ФК и определением процентного содержания каждой фракции по ГОСТ 26213-91. Пирофосфатная вытяжка извлекает из почвы более «чистые» гумусовые вещества с характерным для каждого типа почв соотношением Сгк : Сфк.

Данные химического эксперимента представлены в таблице.

Таблица. Содержание общего и фракционного гумуса в различных типах почв г. Архангельска

Тип почв

Урбанозем

Реплантозем

Культурозем

Естественная

Интервал общего гумуса, %

0,66-12,72

1,32-6,97

6,04

1,73

Среднее содержание общего гумуса, %

4,75

4,01

6,04

1,73

Интервал ГК, %

0,13-0,52

0,11-0,55

0,53

0,25

Среднее содержание ГК, %

0,28

0,33

0,53

0,25

Интервал ФК, %

0,06-0,20

0,03-0,10

0,01

0,27

Среднее содержание ФК, %

0,11

0,06

0,01

0,27

Сгк : Сфк

2,5

5,5

53

0,93

Нами установлено, что среднее содержание общего гумуса в городских почвах составило 4,16%. Хорошую обеспеченность гумусом (более 4%) имеет 43% исследуемых почвенных образцов, недостаточную (2-3%) – 29%, бедную (1-2%) – 21% и крайне бедную (менее 1%) – 7%. В естественных дерновых почвах (контроль) содержание гумуса (1,73%) соответствует литературным данным, отмечающим низкую степень гумификации почв районов Крайнего Севера и приравненных к ним территорий.

Среднее содержание лабильных ГК составило 0,30%, а ФК – 0,084%, что составляет 7,21% и 2,02% от общего гумуса соответственно. Соотношение ГК и ФК (Сгк : Сфк > 2) свидетельствует о гуматном типе гумуса в г. Архангельске, что характерно для дерновых почв. И только в урбоестественной и естественной почвах это соотношение (Сгк : Сфк ≈ 1) свидетельствует о гуматно-фульватном типе гумуса.

Среднее содержание лабильного гумуса – 0,40%, что составляет 9,66% от общего гумуса. Исходя из полученных данных, рассчитали среднее содержание стабильного гумуса в почве – 3,75%, что составляет 90,14% от общего гумуса.

Проведенные нами исследования показали, что содержание органического вещества зависит в первую очередь от типа почвы. В ряду городских почв культурозем → урбанозем → реплантозем уменьшается содержание как общего, так и лабильного гумуса. Это обусловлено тем, что в культуроземе и урбаноземе присутствует гумусовый горизонт, которого нет в реплантоземе, причем в культуроземе он более выражен. Содержание общего гумуса в естественной среднегумусированной среднесуглинистой дерновой почве соответствует содержанию такового в северных почвах. Высокие значения гумусовых веществ в городских почвах связаны с тем, что при формировании насыпных грунтов могли быть внесены примеси, в результате чего происходит перемешивание городских почв со строительным мусором, песком, привезенной почвой, торфом и дерном.

В среднем содержание общего и лабильного гумуса уменьшается вниз по профилю, что связано с наибольшим поступлением отмерших частей растений в верхний горизонт; наиболее активной жизнедеятельностью животных и микроорганизмов, обитающих преимущественно в верхних горизонтах; наибольшим промышленным загрязнением поверхности почв. Это подтверждает литературные данные о том, что гумус накапливается в верхнем горизонте почвы. То есть миграционная способность гумусовых веществ в почвах г. Архангельска низкая. Наряду с уменьшением содержания общего органического углерода вниз по профилю городских почв происходит снижение содержания гумусовых кислот и увеличение содержания фульвокислот. Поэтому уменьшается соотношение ГК:ФК в среднем по профилю от 3 до 0,6 (среднее соотношение ГК:ФК=1,73), это значит, что почвообразовательный процесс идет преимущественно по фульватно-гуматному типу, что характерно для дерновых почв. Пример такой зависимости показан на рис. 1.

Рис. 1. Зависимость соотношения ГК : ФК от глубины залегания горизонта.

Содержание общего гумуса зависит от механического состава почвы и уменьшается в ряду: торф → легкий суглинок → средний суглинок → супесь. Значения содержания гумуса в среднем суглинке очень низкие, не соответствующие данному механическому составу. Это можно объяснить тем, что на этих пробных площадях отмечена низкая антропогенная нагрузка, следовательно, в данных почвах содержится минимальное количество углерода техногенного происхождения. Содержание лабильного гумуса уменьшается в ряду: торф → средний суглинок → легкий суглинок → супесь. Это соответствует литературным данным зависимости накопления лабильного гумуса от механического состава почвы.

Содержание общего гумуса увеличивается с увеличением уровня антропогенной нагрузки. Это может быть обусловлено внесением в почву органического углерода техногенного происхождения, который попадает в нее из строительного углеродсодержащего мусора, при сжигании бензина, нефти и продуктов ее крекинга. Эти вещества сорбируются на поверхности почвенных частиц и оказывают влияние на содержание гумуса.

Выявлена зависимость между накоплением общего гумуса и отдельных его фракций в почвах и уровнем рН. При увеличении рН почвы от 4,5 до 5,9 содержание общего и лабильного гумуса увеличивается, а при дальнейшем увеличении рН – снижается. Следовательно, наибольшее накопление общего и лабильного гумуса происходит в слабокислых почвах, а при дальнейшем увеличении рН (6-7), содержание их уменьшается. Такую динамику можно объяснить повышенным содержанием в почвах города Архангельска гуминовых кислот по отношению к фульвокислотам, а гуминовые кислоты более активны в слабокислых почвах.

При оценке миграционной способности гумусовых веществ в профиле городских почв также выявлена зависимость уровня рН от их содержания. Закономерно с увеличением содержания фульвокислот происходит некоторое снижение рН (от 6,2 до 5,7), пример такой зависимости показан на рис. 2. Однако по полученным данным и коэффициентам корреляции (0,7 – 0,9) видно, что данная зависимость не выполняется лишь для естественной почвы. Это вероятнее всего связано с тем, что в верхний горизонт (дернину) поступает значительное количество кислых корневых выделений луговой растительности, рН которой определяется кислыми корневыми выделениями многочисленных растений.

Рис. 2. Зависимость уровня рН от содержания фульвокислот

Сходное содержание фульвокислот в горизонтах Ad и A1 естественной почвы можно объяснить тем, что на данных почвах под луговой растительностью происходит некоторое поднятие влаги к поверхности почвы в результате интенсивной транспирации растений, что препятствует вымыванию фульвокислот в нижние горизонты.

С увеличением содержания общего и лабильного гумуса увеличивается накопление элементов питания (К2О) в почве, и, следовательно – в растениях. Это можно объяснить образованием солей и комплексных соединений с гумусовыми кислотами. Таким образом, гумус может служить индикатором накопления элементов питания в почве.

Содержание подвижных форм тяжелых металлов на примере подвижной меди Сu2+ зависит от содержания общего и лабильного гумуса. Содержание меди увеличивается при увеличении содержания гумуса, что свидетельствует об образовании комплексных соединений гумусовых веществ с ионами меди. По отношению к лабильному гумусу наблюдается обратная зависимость. Уменьшению содержания лабильного гумуса соответствует увеличение содержания стабильного, который и играет важную роль в комплексообразовании тяжелых металлов, в том числе и меди, делая их недоступными для растений, таким образом, выполняя важную экологическую роль. Данные исследования подтверждают теорию взаимодействия гумусовых веществ и тяжелых металлов.

Таким образом, проведенные исследования позволяют узнать определенные свойства почвы, оперируя данными по содержанию лабильного и общего гумуса. Повышенное содержание общего гумуса говорит об антропогенном его происхождении (примеси нефти, продукты ее крекинга, продукты неполного окисления бензина, а также сажи). Пониженное содержание лабильного гумуса свидетельствует о высокой буферной активности почв, и о повышенном качестве почвы, так как стабильный гумус способен аккумулировать тяжелые металлы, в почве, не допуская их попадания в растения и воду.

Исследования поддержаны грантами № 05-04-97531, 08-04-98808 РФФИ и администрации Архангельской области и проектом 1-7 администрации Архангельской области за 2008 г.

Библиография

  1. Александрова Л. Н. Процессы гумусообразования в почве// Гумусовые вещества почвы (их образование, состав, свойства и значение в почвообразова-нии и плодородии)/ Записки Ленингр. с.-х. ин-та. Вып.9. Т. 142. Л.; Пушкин, 1970.

  2. Ершов Ю.И. Органическое вещество биосферы и почвы. – Новосибирск: Наука, 2004. – 104с.

  3. ГОСТ 26213 – 91 Почвы. Методы определения органического вещества. – Взамен ГОСТ 26213 – 84; Введ. 01.01.87. до 01.01.94. – 13с.

Библиографическая ссылка

Л.Ф. Попова, Т.А. Корельская, Н.П. Семенова, А.А. Шоева ОСОБЕННОСТИ НАКОПЛЕНИЯ ОБЩЕГО И ЛАБИЛЬНОГО ГУМУСА В ПОЧВАХ СЕЛИТЕБНОГО ЛАНДШАФТА ГОРОДА АРХАНГЕЛЬСКА // Научный электронный архив.
URL: http://econf.rae.ru/article/5492 (дата обращения: 28.03.2024).



Сертификат Получить сертификат