Изменение гидрофобно-гидрофильных свойств органического вещества черноземов Каменной степи

Автор: Матвеева Н.В., Милановский Е.Ю., Рогова О.Б.

Журнал: Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева @byulleten-esoil

Статья в выпуске: 106, 2021 года.

Бесплатный доступ

Исследовали образцы почв и выделенные из них физические гранулоденсиметрические фракции (илистую с размером частиц менее 1 мкм, легкую (ЛФ) с плотностью менее 2 г/см3 и фракцию остатка) чернозема обыкновенного трех контрастных вариантов опытных полей агроландшафта Каменная Степь Воронежской области: косимой степи, длительного бессменного черного пара и бессменной кукурузы, - основные отличия которых заключаются в обработке (пашня и ее отсутствие) и поступлении/отсутствию растительных остатков и корневых выделений. Содержание ЛФ изменяется в ряду: “косимая степь” > “бессменная кукуруза” > “бессменный черный пар”, - что соответствует направленности изменения содержания общего углерода почвы и снижению величины краевого угла смачивания (КУС) поверхности твердой фазы исследуемых черноземов. Определение содержания общего С и N выявило изменение качественного и количественного состава гранулоденсиметрических фракций при разных вариантах использования. Хроматографическое фракционирование щелочных экстракций гумусовых веществ (ГВ) образцов чернозема и выделенных гранулоденсиметрических фракций позволило выявить повышение степени гидрофильности ГВ при одновременном увеличении гидрофобности поверхности твердой фазы и содержания углерода в почве. ГВ ЛФ “косимой степи” оказались на 63% более гидрофильными по сравнению с ГВ ЛФ “бессменного черного пара” и на 47% - по сравнению с ГВ ЛФ “бессменной кукурузы”. В то время как гидрофильность ГВ ила отличалась на 16 и 27% соответственно. Гидрофильность ГВ исходной почвы на делянке “косимой степи” была на 41% выше гидрофильности ГВ в почве на делянке “бессменного черного пара” и на 24% выше, чем в почве делянки “бессменной кукурузы”. Изменения гидрофильности ГВ гранулоденсиметрических фракций проявляются интенсивнее, чем ГВ почвы. На этом основании изменение степени гидрофильности ГВ гранулоденсиметрических фракций можно считать индикатором деградации почв при различной агрогенной нагрузке.

Еще

Жидкостная хроматография гидрофобного взаимодействия, гранулоденсиметрическое фракционирование почв, гидрофильность, гидрофобность, краевой угол смачивания

Короткий адрес: https://sciup.org/143177478

IDR: 143177478 | DOI: 10.19047/0136-1694-2021-106-49-76

Список литературы Изменение гидрофобно-гидрофильных свойств органического вещества черноземов Каменной степи

Адерихин П.Г., Богатырева З.С. Воздействие защитных лесных 13 насаждений на содержание и состав органического вещества 14 обыкновенных черноземов Каменной Степи // Почвоведение. 1974. № 5. 15 С. 43–53. 16
Артемьева З.С. Органическое вещество и гранулометрическая 17 система почвы // Издательство: ГЕОС. 2010. 240 с. 18
Артемьева З.С., Кириллова Н.П. Роль продуктов органо-19 минерального взаимодействия в структурообразовании и 20 гумусообразовании основных типов почв центра Русской равнины // 21 Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2017. Вып. 90. 22 C. 73–95. DOI: 10.19047/0136-1694-2017-90-73-95. 23
Басов Г.Ф., Грищенко М.Н. Гидрологическая роль лесных полос (по 24 данным исследований, проведенных в Каменной Cтепи). М.: 25 Гослесбумиздат, 1963. 201 с. 26
Беспалов В.А., Чевердин Ю.И., Титова Т.В. Трансформация 27 почвенного поглощающего комплекса черноземных почв каменной 28 степи при длительном постмелиоративном воздействии // Агрофизика. 29 2018. № 4. C. 9–16. 30
Дымов А.А., Милановский Е.Ю. Изменение органического вещества 31 таежных почв в процессе естественного лесовозобновления 32 растительности после рубок (средняя тайга Республики Коми) // 33 Почвоведение. 2014. № 1. С. 39–47. 34
Дымов А.А., Милановский Е.Ю., Холодов В.А. Состав и гидрофобные 35 свойства органического вещества денсиметрических фракций почв 36 Приполярного Урала // Почвоведение. 2015. № 11. С. 1335–1345. 37
Зборищук Ю.Н. Особенности гумуса черноземов обыкновенных Каменной Степи // Вестник Московского университета. Серия 17: 1 Почвоведение. 2007. № 2. C. 3–9. 2
Когут Б.М., Шульц Э., Титова Н.А., Холодов В.А. Органическое 3 вещество гранулоденсиметрических фракций целинного и пахотного 4 типичного чернозема // Агрохимия. 2010. № 8. С. 3–9. 5
Когут Б.М., Титова Н.А., Булеева В.С. Антропогенная трансформация 6 качественного состава гумуса черноземов Каменной Степи // Бюллетень 7 Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2009. Вып. 64. С. 41–49. 8
Лебедева И.И., Базыкина Г.С., Гребенников А.М., Чевердин Ю.И., 9 Беспалов В.А. Опыт комплексной оценки влияния длительности 10 земледельческого использования на свойства и режимы агрочерноземов 11 Каменной степи // Бюллетень Почвенного института имени В.В. 12 Докучаева. 2016. Вып. 83. С. 77–102. DOI: 10.19047/0136-1694-2016-83-13 77-102. 14
Мамонтов В.Г., Соколовская Е.Л. Элементный и молекулярно-15 массовый состав лабильных гумусовых веществ чернозема 16 обыкновенного каменной степи // Известия ТСХА. 2018. № 1. С. 130–17 138. 18
Матвеева Н.В., Милановский Е.Ю., Хайдапова Д.Д., Рогова О.Б. 19 Краевой угол смачивания как интегральный показатель физико-20 химических свойств черноземов Каменной степи // Бюллетень 21 Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2020. Вып. 101. С. 76–123. 22 DOI: 10.19047/0136-1694-2020-101-76-123. 23
Милановский Е.Ю. Амфифильные компоненты гумусовых веществ 24 почв // Почвоведение. 2000. № 6. C. 706–715. 25
Милановский Е.Ю., Шеин Е.В., Русанов А.М., Засыпкина Д.И., 26 Николаева Е.И., Анилова Л.В. Почвенная структура и органическое 27 вещество типичных черноземов Предуралья под лесом и многолетней 28 пашней // Вестник Оренбургского государственного университета. 2005. 29 № 2. C. 113–117. 30
Милановский Е.Ю. Гумусовые вещества почв как природные 31 гидрофобно-гидрофильные соединения. М.: ГЕОС, 2009. 188 с. 32
Семенов В.М., Тулина А.С., Семенова Н.А., Иванникова Л.А. 33 Гумификационные и негумификационные пути стабилизации 34 органического вещества в почве (обзор) // Почвоведение. 2013. № 4. С. 35 393–407. 36
Скрыльник Е.В., Шевченко Н.В., Попирный М.А., Николов О.Т. 37 Конформационные перестройки супраструктуры гуминовых кислот 38 чернозема типичного в зависимости от способов обработки почвы // 39 Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия биологических 40 наук. 2018. 63 (2). С. 209–221.
Травникова Л.С. Закономерности гумусонакопления: новые данные и 1 их интерпретация // Почвоведение. 2002. № 7. C. 832–843. URL: 2 http://pascal-3 francis.inist.fr/vibad/index.php?action=getRecordDetail&idt=13839501. 4
Чевердин Ю.И., Беспалов В.А. Пространственное варьирование 5 содержания гумуса в черноземах Каменной Степи // Плодородие. 2011. 6 № 4. C. 28–29. 7
Шаймухаметов М.Ш., Титова Н.А., Травникова Л.С. Применение 8 физических методов фракционирования для характеристики 9 органического вещества почв // Почвоведение. 1984. № 8. C. 131–141. 10
Ahmed M.A., Kroener E., Benard P., Zarebanadkouki M., Kaestner A., 11 Carminati A. Drying of mucilage causes water repellency in the rhizosphere of 12 maize: Measurements and modeling // Plant Soil. 2016. Iss. 407. pp. 161–171. 13 URL: 10.1007/s11104-015-2749-1. 14
Aquino A.J., Tunega D., Pašalić H., Schaumann G.E., Haberhauer G., 15 Gerzabek M.H., Lischka H. Molecular dynamics simulations of water 16 molecule-bridges in polar domains of humic acids // Environmental science & 17 technology. 2011. Vol. 45. Iss. 19. P. 8411–8419. DOI: 10.1021/es201831g. 18
Bachmann J., Goebel M.-O., Krueger J., Fleige H., Woche S., Dörner J., 19 Horn R. Aggregate stability of south Chilean volcanic ash soils – A combined 20 XPS, contact angle, and surface charge analysis // Geoderma. 2020. Iss. 361. 21 pp. 114022. DOI: 10.1016/j.geoderma.2019.114022. 22
Baldock J.A., Beare M.H., Curtin D., Hawke B. Stocks. Composition and 23 vulnerability to loss of soil organic carbon predicted using mid-infrared 24 spectroscopy // Soil Research. 2018. Vol. 56(5). P. 468–480. DOI: 25 10.1071/SR17221. 26
Balesdent J. The turnover of soil organic fractions estimated by 27 radiocarbon dating // Science of the Total Environment. 1987. Vol. 62. P. 28 405–408. DOI: 10.1016/0048-9697(87)90528-6. 29
Buyanovsky G.A., Aslam M., Wagner G.H. Carbon turnover in soil 30 physical fractions // Soil Science Society of America Journal. 1994. Vol. 31 58(4). P. 1167–1173. DOI: 10.2136/sssaj1994.03615995005800040023x. 32
Campbell C.A., Biederbeck V.O., Zentner R.P., Lafond G.P. Effect of crop 33 rotations and cultural practices on soil organic matter, microbial biomass and 34 respiration in a thin Black Chernozem // Canadian Journal of Soil Science. 35 1991. Vol. 71. Iss. 3. P. 363–376. DOI: 10.4141/cjss91-035. 36
Capriel P. Hydrophobicity of organic matter in arable soils: influence of 37 management // European Journal of Soil Science. 1997. Vol. 48. Iss. 3. P. 38 457–462. 39
Chen J., Shang C., Eick M.J., Stewart R.D. Water repellency decreases 40 vapor sorption of clay minerals // Water Resources Research. 2018. Vol. 54. Iss. 9. P. 6114–6125. 1
Christensen B.T. Physical fractionation of soil and organic matter in 2 primary particle size and density separates, In: Advances in soil science. 1992. 3 P. 1–90. DOI: 10.1007/978-1-4612-2930-8_1. 4
Chung H., Grove J.H., Six J. Indications for soil carbon saturation in a 5 temperate agroecosystem // Soil Science Society of America Journal. 2008. 6 Vol. 72. Iss. 4. P. 1132–1139. DOI: 10.2136/sssaj2007.0265. 7
Cihlář Z., Vojtová L., Conte P., Nasir S., Kučerík J. Hydration and water 8 holding properties of cross-linked lignite humic acids // Geoderma. 2014. Vol. 9 230. P. 151–160. DOI: 10.1016/j.geoderma.2014.04.018. 10
Curtin D., Beare M.H., Weiwen Q.I.U., Sharp J. Does particulate organic 11 matter fraction meet the criteria for a model soil organic matter pool? // 12 Pedosphere. 2019. Vol. 29. Iss. 2. P. 195–203. DOI: 10.1016/S1002-13 0160(18)60049-9. 14
Diamantis V., Pagorogon L., Gazani E., Doerr S.H., Pliakas F., Ritsema 15 C.J. Use of olive mill wastewater (OMW) to decrease hydrophobicity in sandy 16 soil // Ecological engineering. 2013. Vol. 58. P. 393–398. 17
Dungait J.A., Hopkins D.W., Gregory A.S., Whitmore A.P. Soil organic 18 matter turnover is governed by accessibility not recalcitrance // Global Change 19 Biology. 2012. Vol. 18. Iss. 6. P. 1781–1796. DOI: 10.1111/j.1365-20 2486.2012.02665.x. 21
Eusterhues K., Rumpel C., Kleber M., Kögel-Knabner I. Stabilisation of 22 soil organic matter by interactions with minerals as revealed by mineral 23 dissolution and oxidative degradation // Organic Geochemistry. 2003. Vol. 34. 24 Iss. 12. P. 1591–1600. DOI: 10.1016/j.orggeochem.2003.08.007. 25
Gregorich E.G., Beare M.H. Physically uncomplexed organic matter // 26 Soil sampling and methods of analysis. 2008. P. 607–616. 27
Gregorich E.G., Beare M.H., McKim U.F., Skjemstad J.O. Chemical and 28 biological characteristics of physically uncomplexed organic matter // Soil 29 Science Society of America Journal. 2006. Vol. 70. Iss. 3. P. 975–985. DOI: 30 10.2136/sssaj2005.0116. 31
Kaiser K., Guggenberger G. Mineral surfaces and soil organic matter // 32 European Journal of Soil Science. 2003. Vol. 54. Iss. 2. P. 219–236. 33
Kraemer F.B., Hallett P.D., Morras H., Garibaldi L., Cosentino D., Duval 34 M., Galantini J. Soil stabilisation by water repellency under no-till 35 management for soils with contrasting mineralogy and carbon quality // 36 Geoderma. 2019. Vol. 355. P. 1–11. DOI: 10.1016/j.geoderma.2019.113902. 37
Leelamanie D.A.L., Karube J., Yoshida A. Clay effects on the contact angle 38 and water drop penetration time of model soils // Soil Science and Plant 39 Nutrition. 2010. Vol. 56. Iss. 3. P. 371–375.
Moradi A.B., Carminati A., Lamparter A., Woche S.K., Bachmann J., 1 Vetterlein D., Vogel H.J., Oswald S.E. Is the Rhizosphere Temporarily Water 2 Repellent? // Vadose Zone Journal. 2012. Vol. 11. Iss. 3. DOI: 3 10.2136/vzj2011.0120. 4
Shakesby R., Doerr S., Walsh R. The erosional impact of soil 5 hydrophobicity: current problems and future research directions // Journal of 6 hydrology. 2000. Vol. 231. P. 178–191. 7
Shang J., Flury M., Harsh J.B., Zollars R.L. Comparison of different 8 methods to measure contact angles of soil colloids // Journal of Colloid and 9 Interface Science. 2008. Vol. 328. Iss. 2. P. 299–307. 10
Šimon T., Javůrek M., Mikanova O., Vach M. The influence of tillage 11 systems on soil organic matter and soil hydrophobicity // Soil and Tillage 12 Research. 2009. Vol. 105. Iss. 1. P. 44–48. 13
Six J., Conant R.T., Paul E.A., Paustian K. Stabilization mechanisms of 14 soil organic matter: implications for C-saturation of soils // Plant and soil. 15 2002. Vol. 241. Iss. 2. P. 155–176. 16
Skjemstad J.O., Spouncer L.R., Cowie B., Swift R.S. Calibration of the 17 Rothamsted organic carbon turnover model (RothC ver. 26.3), using 18 measurable soil organic carbon pools. Soil Research. 2004. Vol. 42. Iss. 1. P. 19 79–88. DOI: 10.1071/SR03013. 20
Whalen J.K., Bottomley P.J., Myrold D.D. Carbon and nitrogen 21 mineralization from light-and heavy-fraction additions to soil // Soil Biology 22 and Biochemistry. 2000. Vol. 32. Iss. 10. P. 1345–1352. DOI: 10.1016/S0038-23 0717(00)00040-7. 24
World Reference Base for soil resources 2014: international soil 25 classification system for naming soils and creating legends for soil maps, 26 World Soil Resources Report (106). 27
Zhang G.S., Chan K.Y., Oates A., Heenan D.P., Huang G.B. Relationship 28 between soil structure and runoff/soil loss after 24 years of conservation 29 tillage // Soil and Tillage Research. 2007. Vol. 92. Iss. 1–2. P. 122–128. DOI: 30 10.1016/j.still.2006.01.006. 31
Zickenrott I.M., Woche S.K., Bachmann J., Ahmed M.A., Vetterlein D. An 32 efficient method for the collection of root mucilage from different plant 33 species: A case study on the effect of mucilage on soil water repellency // J. 34 Plant Nutr. Soil Sci. 2016. Iss. 179. P. 294–302. DOI: 35 10.1002/jpln.201500511. 36
Zimmermann M., Leifeld J. Schmidt M., Smith P., Fuhrer J. Measured soil 37 organic matter fractions can be related to pools in the RothC model // 38 European Journal of Soil Science. 2007. Vol. 58(3). P. 658–667. DOI: 39 10.1111/j.1365-2389.2006.00855.x.

Еще

Статья научная