Фракционный состав фосфора аллювиальной светлогумусовой засоленной почвы Западного Забайкалья

Фосфор — один из основных элементов питания растений, поэтому его содержание в почве является важным показателем почвенного плодородия. Его валовое содержание в почвах обычно составляет 0,01–0,35 %, а в низинных торфяноболотных почвах может доходить до 1,70 % [Гинзбург, 1981].

Исследования по изучению фосфатного режима почв в Западном Забайкалье представлены во многих работах [Мангатаев, 1989; Убугунов, Болонева, Меркушева, Абашеева, 2001; Пигарева, 2012; Рузавин и др., 2020]. В Иволгинской котловине подобные исследования проведены Загузиной (1977), Убугуновым (1987), Лаврентьевой (1999). Сорбция фосфат-ионов почвами Западного Забайкалья рассмотрена в работах Сосоровой (2022), Сосоровой и др. (2023). Однако изменение фракционного состава фосфора при сорбции фосфат-ионов не исследовалось.

Выделение из почвы отдельных минеральных форм фосфора, различающихся по химическому составу, растворимости и доступности растениям, позволяет получить представление о соотношении лабильных и труднодоступных его фракций в почве и предвидеть их превращения [Гинзбург, 1981]. Поэтому многие исследователи считают, что наряду с определением подвижных форм фосфатов следует изучать их фракционный состав [Варламова, Серкова, Горячкина, 2015; Серкова, 2015; Онищенко, 2016; Tiecher et al., 2018 — цит. по: Каренгина, Байкин, Байкенова, 2020].

Цель исследования — изучить фракционный состав минерального фосфора в аллювиальной светлогумусовой засоленной почве и его изменение при сорбции фосфат-ионов из водного раствора КН2РО4.

Объекты и методы

Объектом исследования послужила аллювиальная светлогумусовая засоленная почва, сформированная в Иволгинской котловине, характеризующаяся следующими показателями (табл. 1). Полевые исследования проведены в 2022 г.

в Иволгинском районе Республики Бурятия (Западное Забайкалье), в ходе которых отобраны почвенные образцы почв. Камеральная обработка и химический анализ почвенных образцов выполнены в лаборатории биогеохимии и экспериментальной агрохимии Института общей и экспериментальной биологии СО РАН.

Некоторые свойства аллювиальной светлогумусовой засоленной почвы Иволгинской котловины

Таблица 1

н К О со К Ри	S о сГ к К ко	о4 S з ЭК К СТ W Й Ри ^ О К Ри О СТ О О		о Ри	на L о о к о Й нЦ нн 3 s ю о О		эК о О о й д’	СО О Й о Й &  о" О	о	>S о	о о ё СО СТ о К		на к к W к к о ч й со к к н
											к к к S о к
		<0,01	<0,001		ЕКО	Na2+	%				Р2О5	К2О
Разрез 3. Аллювиальная светлогумусовая засоленная (Иволгинский район, улус Хубисхал, координаты: N 51°46.423', E 107°22.828 ')
AJ	0–30(43)	18,4	4,9	8,0	11,2	1,6	0,34	1,2	1,5	–	6,0	26,3	ЭК к Й на О
Bса	30(43)–50	30,1	10,8	8,2	13,0	6,5	0,64	7,8	0,6	–	1,0	16,0
Разрез 4. Аллювиальная светлогумусовая засоленная (Иволгинский район, улус Хубисхал, координаты: N 51°46.375´, E 107°22.845´)
AJ1	0–6	15,7	2,8	8,0	12,3	0,4	0,17	2,2	2,0	0,17	2,9	49,2	эК К Й на О
AJ2	6–21(26)	21,0	2,8	8,3	10,6	5,2	0,35	1,5	1,2	0,09	0,4	8,4
Bsn,ca	21(26)–50	28,6	10,0	8,0	9,9	8,6	0,85	6,8	0,9	0,05	0,7	4,4

Примечание: – нет данных.

Фракционный состав минеральных фосфатов в почве определяли по методу Чанга и Джексона в модификации Гинзбург-Лебедевой в почвенных образцах после их насыщения 1 ммоль/л КН2РО4.

Метод Гинзбург-Лебедевой позволяет выделить 5 фракций минеральных почвенных фосфатов: Al-P, Fe-P и 3 фракции фосфатов кальция (Са-РI, Са-РII, Са-РIII), различающихся по основности, степени окристаллизованности и, следовательно, по растворимости и доступности растениям.

1-я фракция (фосфаты Са-Р_I) включает фосфаты щелочных металлов и аммония, кислые и свежеосажденные фосфаты Ca(Mg), частично Fe ³⁺ -P, часть водорастворимых.

2-я фракция (фосфаты Са-Р_II) представлена разноосновными фосфатами Ca (Mg) (преимущественно вторичнообразованные типа ди-, три- октакальций фосфатов и др), частью фракции Ca-P_I, переосажденной из предыдущей вытяжки и Fe ³⁺ -P (типа вивианита).

В 3-ю фракцию (фосфаты Al-P) вошли соединения AlPO4 (типа варисцита, вавеллита и др.), часть органического фосфора.

4-я фракция (фосфаты Fe-P). FePO4 (типа стренгита, дифренита и др), часть фракции Al-P, переосажденной из предыдущей вытяжки (имеет место только на сильно ожелезненных почвах — красноземы, желтоземы и др.) и органофосфатов.

5-я фракция (фосфаты Ca-PIII) включает труднорастворимые высокоосновные фосфаты кальция типа апатита (природные и вторичнообразованные).

Фосфор в остатке. Фосфаты невыветрившихся минералов материнской породы, трудногидролизуемые фосфогуминовые комплексы.

Результаты и обсуждение

Одной из важных особенностей фосфора в отличие от других элементов питания является способность быстро адсорбироваться почвами, поэтому растения используют не фосфаты удобрений, а соединения, образовавшиеся при их взаимодействии с почвой [McGechan, Lewis, 2002].

Максимальная сорбционная емкость (Аmax) исследованных почв по отношению к фосфат-ионам составляла 13,3–27,9 ммоль Р /кг, относительно высокие значения были установлены для почвы разреза 4.

В результате проведенных исследований установлено, что содержание фосфатов фракции Ca-PI — наиболее растворимых и доступных растениям, изменялось в контрольных образцах изученной почвы от 30 до 160 мг Р/кг и составляло всего 2,4–8,7 % суммы фракций (табл. 2, рис.1).

Фракция Ca-PII является ближайшим резервом для питания растений. Абсолютное содержание этой фракции в контрольных образцах почв составляло 100–400 мг Р /кг, после сорбции — 75–300 мг Р /кг. Относительно повышенное процентное содержание данной фракции отмечалось в почве разреза 4 (табл. 2). Оно было выше по сравнению с предыдущей и составляло 9,3–20,1 % суммы всех фракций.

Фракции Fe-P и Ca-PIII по абсолютному и относительному содержанию являлись преобладающими (табл. 2, рис. 1). Их количество в контрольных образцах изменялось в пределах 350–970 мг Р /кг. Основную долю в сумме минеральных фосфатов занимали фосфаты железа (Fe-P) — 24,6–46,5 % и кальция (Ca-PIII) — 27,7–48,6 %.

Самое низкое содержание фосфатов приходилось на фракцию Al-Р — 50–90 мг Р/кг, что составило 3,5–7,1 % суммы фракций за исключением гумусового слоя 0–6 см (разрез 4), где оно достигало 130 мг Р /кг (рис. 1).

Примечание.

Фракции:

• 1    – фосфаты Са-РI, 2 – фосфаты Са-РII, 3 – фосфаты Al-P, 4 – фосфаты Fe-P,

• 5    – фосфаты Ca-PIII

Рис. 1. Фракционный состав фосфора (%) в сумме фракций минеральных фосфатов аллювиальной светлогумусовой засоленной почвы

Наши данные согласуются с результатами исследований Убугуновой и других (1998), Пигаревой (2010). Так, в работе Убугунова и др. (1998) отмечено, что в аллювиальных почвах речных долин бассейна Селенги в составе минеральных фосфатов преобладают труднорастворимые формы. Относительно высоко в них количество разноосновных фосфатов кальция и магния, что в значительной степени связано с насыщенностью этих почв основаниями и наличием в них карбонатов кальция.

В работе Пигаревой (2010) отмечено, что почти во всех исследованных автором почвах криолитозоны, кроме лугово-черноземных мерзлотных почв, наибольшая доля в сумме минеральных фосфатов в пахотном слое была представлена высокоосновными, труднорастворимыми фосфатами Са-PIII (от 29 до 74%) и значительная часть минеральных фосфатов содержалась во фракции Fе-Р, составляя от 19 до 55% их суммы. Наибольшее абсолютное и относительное количество фракции Fе-Р автором выявлено в лугово-черноземных мерзлотных почвах.

Таблица 2

Фракционный состав минерального фосфора аллювиальной светлогумусовой засоленной почвы Иволгинской котловины (Западное Забайкалье)

Образец, см	А max, ммоль Р/кг	Са-РI	Са-РII	Al-P	Fe-P	Ca-PIII	∑	Ca-Р I + Ca-P II Ca-P III
		мг Р /кг
Разрез 3. Иволгинский район, улус Хубисхал (координаты: N 51°46.423´, E 107°22.828´)
0–30(43), контроль	13,3	75,0	100	50,0	500	350	1075	0,50
30(43–60), контроль	20,4	80	205	90	540	490	1405	0,58
0–30(43), 1мм/л Р	–	45,0	130	8,0	640	430	1253	0,41
30(43)–60, 1мм/л Р	–	200,0	75	32,0	740	510	1557	0,54
Разрез 4. Иволгинский район, улус Хубисхал (координаты: N 51°46.375´, E 107°22.845´)
0–6, контроль	27,9	160	320	130	720	510	1840	0,94
6–21(26), контроль	26,6	30	165	70	490	500	1255	0,39
21(26)–50, контроль	24,8	65	400	70	490	970	1995	0,48
0–6, 1 мм/л Р	–	275	300	170	700	390	1835	1,47
6–21(26), 1 мм/л Р	–	20	225	15	900	475	1635	0,52
21(26)–50, 1 мм/л Р	–	10	175	20	855	690	1745	0,27

Примечание: А_max — максимальная сорбционная емкость почвы, ммоль Р / кг— нет данных.

В целом абсолютное содержание фракции минеральных фосфатов можно представить в виде следующего убывающего ряда (средневзвешенное для слоя 0–50 см): Са-РІІІ > Fe-P > Са-РІІ > Са-РI > Al-P.

Поглощение почвой фосфат-ионов приводит к изменению его содержания во фракциях фосфатов. Выявлено, что внесение 1 мм Р/л водного раствора КН2РО4 в почвупривело к увеличению содержания в ней менее ценных в агрономическом отношении фосфатов железа (рис. 1, табл. 2). Также отмечалось некоторое увеличение содержания фосфатов Са-РI, Са-РII и уменьшение фракции Al-P.

Это, видимо, связано с тем, что на начальных этапах взаимодействия с почвой происходит образование рыхлосвязанных фосфатов кальция и аморфных соединений фосфатов алюминия и железа. При длительном взаимодействии свежео-сажденные фосфаты кальция и полуторных оксидов переходят соответственно в основные и труднорастворимые соединения [Али Махамат Зугулу, 2002].

В работе [Avnimelech, 1984 — цит. по: Савич, Наумова, Муради, 1987] отмечается, что при внесении фосфатов в дерново-подзолистую почву образуются фосфаты Ca, Mg, Fe, Al, R2O3, аморфные фосфаты Al и небольшое количество скрытокристаллической фазы метаварисцита. В кислых почвах фосфорные удобрения превращаются в Al-Р, Fe-Р, в слабокислых — в рыхлосвязанные фосфаты, в карбонатных — в фосфаты Са [Sindrich Stand, 1975 — цит. по: Савич, Наумова, Муради, 1987; Бережнов, Гасанова, Стекольников, 2020].

Исследования, проведенные Шамраем (1970) на выщелоченных черноземах Омской области, показали, что при ежегодном внесении возрастающих доз суперфосфата (до 1500 кг/га P2O5) не был отмечен переход фосфора во фракции труднодоступных форм.

При сорбции фосфат-ионов характер распределения разных фракций фосфатов по почвенному профилю претерпевает некоторые изменения (рис. 2).

Р 3, 1мм Р/л

0   100 200

I :

I • s n i 30

s               1;

ю         L>v ..--—-.

^           1        ;

Р 3, контроль 300 400 500 600

700 800 900 1000

Мг/кг

1 фракция

2 фракция 3фракция

4 фракция

5фракция

Р 4, контроль

Рис. 2 . Профильное распределение фракции минерального фосфора в аллювиальной светлогумусовой засоленной почве

0   100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

S i 30

s

1 фракция

2 фракция 3фракция

Мг/кг

4 фракция 5фракция

Р 4, 1мм Р/л

В целом максимальное содержание фосфатов Ca-PI, Са-РII, Al-P установлено в верхнем гумусовом слое почвы с уменьшением вниз по профилю в разрезе 4, в то время как в разрезе 3 наблюдается обратный порядок (рис. 2, табл. 2).

Для внутрипрофильного распределения фосфатов Fe-P и Ca-PIII характерно некоторое увеличение в нижних слоях почвы.

Подвижность и соответственно доступность соединений фосфора растениям зависят от реакции среды, гранулометрического, минералогического состава и содержания органического вещества в почве [Бережнов, Гасанова, Стекольни-ков, 2020]. Диапазон максимальной доступности фосфора находится в пределах рН 6–7.

(Са-РI + Са-РII) (Са-РIII)

Растворимость фосфатов кальция оценивали по отношению с глубиной она уменьшается в почве разреза 4 и незначительно увеличивается в разрезе 3 (табл. 2).

В своей работе Савич, Наумова, Муради (1987) подчеркивают, что растворимость соединений фосфора ограничена растворимостью фосфатов Ca, Al, Fe, а развитие реакций адсорбции и осаждения контролируется присутствием ионов Са ²⁺ , Fe ³⁺ , А1 ³⁺ .

Заключение

Таким образом, аллювиальная светлогумусовая засоленная почва Иволгин-ской котловины характеризовалась высоким и средним содержанием подвижного фосфора в гумусовом горизонте, низким в иллювиальных горизонтах. В составе минеральных фосфатов преобладали труднорастворимые и труднодоступные для растений фосфаты железа (Fe-P) и кальция (Ca-PIII). Содержание наиболее растворимых фосфатов (фосфаты щелочных металлов и свежеосажденные фосфаты Са и Mg) составляло 2,4-20,0% суммы фракций.

Наибольшим изменениям при сорбции почвой фосфат-ионов подвержены группы фосфатов, характеризующие доступный для растений запас (Са-РI и Са-РІІ) и фосфаты железа (Fе-Р), количество которых возросло. Также выявлено уменьшение фракции Al-P.

При сорбции фосфат-ионов характер распределения разных фракций фосфатов по почвенному профилю претерпевает некоторые изменения. В целом максимальные содержания фосфатов Ca-PI, Са-РII, Al-P установлены в верхнем гумусовом слое почвы с уменьшением вниз по профилю. Для внутрипрофильного распределения фосфатов Ca-PIII характерно некоторое увеличение в нижних горизонтах почвы.