Фракционный состав фосфора аллювиальной светлогумусовой засоленной почвы Западного Забайкалья

Сосорова С.Б.; Лаврентьева И.Н.; Болонева Л.Н.; Меркушева М.Г.; Sosorova S.B.; Lavrentyeva I.N.; Boloneva L.N.; Merkusheva M.G.

doi:10.18101/2542-0623-2025-2-50-60

Фракционный состав фосфора аллювиальной светлогумусовой засоленной почвы Западного Забайкалья

Автор: Сосорова С.Б., Лаврентьева И.Н., Болонева Л.Н., Меркушева М.Г.

Журнал: Природа Внутренней Азии @nature-inner-asia

Рубрика: Биология

Статья в выпуске: 2 (31), 2025 года.

Бесплатный доступ

Цель исследования - изучить фракционный состав минерального фосфора в аллювиальной светлогумусовой засоленной почве и его изменение при сорбции фосфат-ионов из водного раствора KH2PO4 (концентрация 1 ммоль Р /л) в лабораторных условиях. Фракционный состав минеральных фосфатов в почве определяли по методу Чанга и Джексона в модификации Гинзбург-Лебедевой. Анализ полученных данных показал, что в составе минеральных фосфатов исследованной почвы преобладают труднорастворимые и труднодоступные для растений фосфаты железа (Fe-P) и кальция (Ca-PIII). Содержание Fe-P находилось в пределах 490-720 мг Р/кг, составляя 24,6-46,5 % суммы всех фракций, после сорбции фосфат-ионов оно увеличилось до 640-900 мг Р кг (38,1-55,0 %). Количество фракции Ca-PIII варьировало в пределах 350-970 мг Р/кг и увеличилось после сорбции до 390-670 мг Р/кг почвы, составляя 21,2-36,7 %. Фракция рыхлосвязанных фосфатов в контрольных образцах изменялась от 30 до 160 мг Р/кг почвы, составляя 2,4-8,7 %. От общего количества минеральных фосфатов фракция Са-РІІ занимала 9,3-20,1 %, фосфаты алюминия - 3,5-7,1 %. Наибольшим изменениям при сорбции фосфат-ионов почвой подвержены группы фосфатов, характеризующие доступный для растений запас (Са-РI и Са-РІІ), и фосфаты железа (Fе-Р), количество которых возросло не только в абсолютном, но и в относительном выражении к сумме фракций. Также выявлено уменьшение фракции Al-P. В целом по абсолютному содержанию 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. При сорбции фосфат-ионов характер распределения разных фракций фосфатов по почвенному профилю претерпевает некоторые изменения. Максимальные содержания Ca-PI, Са-РII, Al-P установлены в верхнем гумусовом слое с уменьшением вниз по профилю. Для внутрипрофильного распределения фосфатов Ca-PIII характерно некоторое увеличение в нижних горизонтах.

Еще

Фракционный состав фосфора, фосфат-ионы, сорбция, фракция, аллювиальная светлогумусовая почва

Короткий адрес: https://sciup.org/148332245

IDR: 148332245 | УДК: 631.41 | DOI: 10.18101/2542-0623-2025-2-50-60

The fractional composition of phosphorus in the alluvial light humus saline soil of Western Transbaikalia

The article presents the results of studying the fractional composition of mineral phosphorus in alluvial light humus saline soil and its changes during the sorption of phosphate ions from an aqueous solution of KH2PO4 (concentration of 1 mmol R/l) in laboratory environment. For determining the fractional composition of mineral phosphates in the soil we have used the method of Chang and Jackson modified by Ginzburg-Lebedeva. An analysis of the obtained data has shown that the composition of mineral phosphates of the studied soil is dominated by poorly soluble iron (Fe-P) and calcium (Ca-PIII) phosphates, which are difficult to access for plants. The Fe-P content ranged from 490-720 mg R/kg, accounting for 24,6-46,5 % of the total fractions; after phosphate ion sorption it increased to 640-900 mg R/kg (38,1-55,0 %). The amount of Ca-PIII fraction ranged from 350-970 mg R/kg and increased after sorption to 390-670 mg R/kg of soil, amounting to 21,2-36,7 %. The fraction of loosely bound phosphates in the control samples varied from 30 to 160 mg R/kg of soil, amounting to 2,4-8,7 %. The Ca-PIII fraction was 9,3-20,1 % of the total amount of mineral phosphates, aluminum phosphates - 3,5-7,1 %. The groups of phosphates that characterize the available reserve for plants (Ca-PI and Ca-PI) and iron phosphates (Fe-P), the amount of which has increased not only in absolute, but also in relative terms to the sum of fractions, are subject to the greatest changes during the sorption of phosphate ions by the soil. We have also revealed a decrease in the Al-P fraction. In general, the absolute content of the mineral phosphate fraction can be represented as the following decreasing series (weighted average for a layer of 0-50 cm): Ca-III > Fe-P> Ca-III > Ca-PI > Al-P. During the sorption of phosphate ions the distribution of different phosphate fractions over the soil profile undergoes some changes. The maximum concentrations of Ca-PI, Ca-PII, and Al-P have been found in the upper humus layer with a decrease down the profile. The intra-profile distribution of Ca-PIII phosphates is characterized by a slight increase in the lower horizons.

Еще

Текст научной статьи 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
		о⁴ S з ЭК К СТ W Й Ри ^ О К Ри О СТ О О			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	к к к S о к
		<0,01	<0,001		ЕКО	Na²⁺	%				Р₂О₅	^К2^О
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	ЭК к Й на О
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-Р_I	Са-Р_II	Al-P	Fe-P	Ca-P_III	∑	Ca-Р _I + Ca-P _IICa-P III
Образец, см	А max, ммоль Р/кг	мг Р /кг						Ca-Р _I + Ca-P _IICa-P III
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

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.