Органические и органо-минеральные компоненты фосфатного режима эрозионных почв в центре русской равнины

Фосфор является одним из необходимых элементов для произрастания растений и количество доступного растениям фосфора в почвах часто бывает неадекватным требованиям растений.

Содержание фосфора в почве обусловлено двумя основными процессами: сорбцией и осаждением фосфат-ионов, которые контролируют доступность Р в почвах и тесно связано с сорбционной емкостью почвы ( Lajtha, Harrison, 1995 ; del Campillo et al., 1999) . Специфическая адсорбция (лигандный обмен) наблюдается при замещении анионами фосфора гидроксильных групп на поверхности оксидов и гироксидов Al и Fe (Haynes, Mokolobate, 2001) . В литературе имеются многочисленные данные об изменении сорбционной емкости фосфора и его десорбционного потенциала в удобряемых почвах (Afif et al., 1993; Sharpley et al., 1994 ; Sharpley, 1995; Delgado, Torrent, 2000; Zhou, Li, 2001 ; Koopmans et al., 2004 ). Реакции осаждения происходят при образовании нерастворимых фосфорсодержащих компонентов.

Сорбция фосфора в почвах – ключевой процесс, управляющий его доступностью для растений. Она зависит от минералогических и химических свойств почвы. Эти параметры отдельно или в комбинации влияют на сорбционную или десорбционную способность фосфора в почве.

В числе минералогических параметров следует отметить тип и количество глинистых минералов, CaCO , Al и Fe (Dodor, Oya, 2000; Burt et al., 2002; Giesle et al., 2005) .

Одним из главных факторов, влияющих на сорбционные свойства по отношению к фосфат-ионам, является органическое вещество почвы. Влияние органического вещества на динамику в почве фосфора проявляется двояко: посредством снижения сорбционной способности почв по отношению к фосфору и как прямой источник фосфатов, образующихся при минерализации фосфорорганических соединений. В литературе имеется множество данных

Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2016. Вып. 84. об увеличении количества доступного фосфора растениям и снижении сорбционной способности почв, в частности при внесении органических удобрений ( Iyamuremye et al., 1996 ; Nziguheba et al., 1998 ; Whalen et al., 2000 ; Erich et al., 2002) . Это происходит в силу кумулятивного эффекта нескольких механизмов, которые включают высвобождение неорганических соединений фосфора из разлагающихся растительных остатков, блокирование сорбционных позиций органическими молекулами, высвобождающимися из растительных остатков, повышения рН почвы, связывания растворимых Al и Fe органическими молекулами ( Iyamuremye, Dick, 1996 ; Sharpley et al., 1985 ; Erich et al., 2002) .

Однако роль отдельных факторов и механизмов в формировании сорбционных свойств почв еще остается дискуссионной. Особенный интерес представляет изучение сорбционных характеристик продуктов органо-минеральных взаимодействий в почве. Наиболее важную роль с точки зрения участия в формировании фосфатного режима почв играют органо-глинистые комплексы (илистая фракция) и легкие фракции ( ЛФ ) (продукты органоминерального взаимодействия ( ПОМВ ), которые являются важнейшими составляющими почвенного поглощающего комплекса, определяющего химические и физико-химические свойства почвы и формирующего основное ее жизнеобеспечивающее свойство – плодородие (Артемьева, 2015) .

В связи с этим представляется перспективным использование характеристик органо-минеральных фракций эродированных почв в качестве дополнительного диагностического признака эрозионных процессов. Изменение состояния элементов питания в почве в условиях развития эрозионных процессов, часто вследствие интенсивной системы земледелия, и разработка диагностических показателей для оценки их уровня остается важной проблемой сельского хозяйства.

Известные экстрактивные методы определения обеспеченности почв фосфором часто оказываются недостаточно информативными, поскольку не позволяют учесть индивидуальные особенности почв, связанные с закреплением элементов (Иванов и др., 2012). Большое разнообразие существующих методов создает дополнительные трудности в сравнительной оценке их содержания в почвах различного генезиса и стадии эволюции в антропоге- незе. Эти недостатки особенно рельефно проявляются в ландшафтном подходе к оценке плодородия почв, поскольку в почвенном покрове нередко сочетаются почвы с резко различающимися свойствами. Усовершенствование методов диагностики фосфорного состояния почв может быть достигнуто с помощью использования физико-химических методов, в частности изучения кинетики сорбции фосфат-иона на примере изотерм сорбции фосфора. Метод обладает неоспоримым преимуществом перед независимыми вытяжками, поскольку в отличие от них обеспечивает сравнение различных по свойствам почвенных разностей. Однако при всей очевидности преимуществ он достаточно трудоемок. Поэтому в 1977 г. Д. Джонсом в соавторстве с Р. Фоксом (Jones, Fox, 1977) был предложен метод одноточечной изотермы. Вся процедура значительно упрощается и сводится к методу построения изотермы сорбции по двум точкам, одна из которых – нулевая.

Изотерма сорбции фосфора представляет источник получения целого комплекса параметров: концентрации равновесного раствора С равн , которая характеризует количество фосфора, доступное для растений; количества сорбированного почвой фосфора Р сорб ; отрицательный отрезок изотермы сорбции характеризует количество лабильного фосфора в равновесном растворе Р лаб и буферную способность почвы по отношению к фосфат-ионам, характеризующую способность почвы поддерживать концентрацию фосфора в растворе на постоянном уровне (определяется по тангенсу угла наклона изотермы к оси x ). Таким образом, одноточечную изотерму можно рассматривать как информативный экспресс-метод получения параметров сорбции фосфат-ионов. Этот метод с успехом применяется за рубежом для исследования почв (Henry, Smith, 2003, 2006 ).

Цель работы – изучить фосфатный режим почв зонального ряда Русской равнины разных элементарных почвенных структур с использованием физико-химических методов.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Исследования проводили на представительных объектах старопахотных почв в зональном ряду агроландшафтов Русской равнины: в южно-таежной подзоне дерново-подзолистых почв (Зеленоградский стационар Почвенного института им. В.В. Докучаева); серых лесных почв (опорный пункт Почвенного института им. В.В. Докучаева “Иваньково”, опытно-полевое хозяйство Владимирского НИИ сельского хозяйства); черноземах (Центрально-Черноземный заповедник, Петринский опорный пункт Почвенного института им. В.В. Докучаева, опытное хозяйство Всероссийского НИИ земледелия и защиты почв от эрозии).

В подзоне дерново-подзолистых почв исследования почвенных катен с различными вариантами развития эрозионных процессов проводили на трех представительных склонах длительного сельскохозяйственного использования регионального полигона “Зеленоградский”, более подробно описанных в работах Н.П. Сорокиной (2003), Е.И. Саввиновой (1982).

В зоне серых лесных почв исследования проводили на двух представительных склонах агроландшафта длительного сельскохозяйственного использования, более подробно описанных в работах Н.П. Сорокиной (2003) и Е.В. Шеина (Путеводитель науч ных полевых экскурсий III съезда Докучаевского общества почво ведов, 2000) .

В зоне черноземов исследования вели на двух склонах длительного сельскохозяйственного использования, более подробно описанных в работах Н.В. Денисовой (1974), Н.П. Сорокиной (2003), И.И. Васенева (2003).

Для выделения органических и органо-глинистых комплексов использовали модифицированный вариант грануло-денсиметрического метода (Шаймухаметов, Травникова, 1984; Травникова, Артемьева, 2001; Артемьева, 2010) . Легкие фракции выделяли по упрощенной схеме с помощью бромоформэтанольной смеси плотностью 2.0 и 1.8 г/см³ после того как из почвы после предварительного 15-минутного воздействия ультразвука на почвенную суспензию (77 Дж/мл) удалили ил.

Содержание углерода определяли методом мокрого сжигания по Тюрину. Для изучения фосфатного режима использовали метод одноточечной изотермы сорбции фосфора.

Построение одноточечной изотермы сорбции. Две навески воздушно-сухой почвы заливали 0.01 М CaCl2 в соотношении 1 : 100 в тефлоновых пробирках. В одну из них добавляли известное количество фосфора в виде KH2PO4. Нами опробован и уточнен данный экспресс-метод для качественно различных групп органических и органо-минеральных составляющих почвы. Проведя ряд экспериментов по выбору оптимальной концентрации добавляемого фосфора для построения второй точки изотермы сорбции фосфат-иона в целях универсализации метода для разных органоминеральных фракций остановились на величине 15 мкг Р/мл (в виде KH2PO4) (Артемьева, 2008).

Суспензию обрабатывали ультразвуком на установке УЗДН-2Т зондового типа (77 Дж/мл) в течение 3 мин. Обработанную суспензию выстаивали 12 ч (оставляли на ночь), после чего цен-трифугирули в течение 10 мин при скорости 3000 об./мин. Концентрацию фосфора в равновесном растворе определяли колориметрически. Количество сорбированного фосфора вычисляли по разности между его содержанием в исходном и равновесном растворах. Строили изотерму по двум точкам, первая из которых является нулевой, по ней находили количество лабильного фосфора в равновесном растворе.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Сумма компонентов почвенного поглощающего комплекса ( ППК ) в исследованных почвах зонального ряда полнопрофильных почв центра Русской равнины увеличивается в ряду: агродер-ново-подзолистые (16.9 ± 0.6%) < агросерые почвы (20.8 ± 1.3%) < < агрочерноземы (28.5 ± 0.9%) (табл. 1). Из них на долю илистых фракций приходится от 15.0 ± 0.9 (агродерново-подзолистые) и 17.7 ± 1.5 (агросерые почвы) до 24.9 ± 0.7% (агрочерноземы), легких фракций – от 1.9 ± 0.4 (агродерново-подзолистые) и 3.1 ± 0.2 (агросерые почвы) до 3.6 ± 0.8% (агрочерноземы). В них сосредоточено 65–75% органического вещества почв. Компоненты ППК представлены тонкодисперсными частицами в отличие от фракции остатка, где преобладают крупнодисперсные и более окри-сталлизованные оксиды, что сильно ограничивает их сорбционную способность.

Исследование параметров сорбции компонентов, составляющих ППК и фракции остатка, показало, что для илистых фракций зонального ряда несмытых почв Центра Русской равнины величина равновесной концентрации фосфора ( С равн ) в 0.01 М растворе CaCl 2 уменьшается в ряду: агродерново-подзолистые почвы (1.0 ± 0.1 мкг Р/мл) > агросерые почвы (0.6 ± 0.3 мкг Р/мл) > агрочерноземы – 0.5 ± 0.1 мкг Р/мл.

Таблица 1. Содержание, некоторые свойства и параметры сорбции фосфат-иона компонентами почв

к "		^ ^t м м             rq rq О О О О       ОО -й5-^^^ 2 555^ ID   О О ОО            О ОО 0^00     ОО
	а	^i^O^OTt  О ОО ^   ^   ^f   ^f   t<   ^     t<   о О В up % ^ ^  ^    ^ 00 S ^ ^ Ч   Ч   о   cq   о   cq     о   cq у со хГ      со со
р2		х Tf        ах   °° ^ -Н Б_цООиро_и_и    -Н up up -Н    <м АЩ^т__+1^ ^_А^_ т          й ^  ^
У		^Н   Су   О СЧ СЧ      ^   ^ ОО сП ^н О iD О   О ’ 1 ^   ID т 1   ООО -н -н -н х-| о О 40 ■ сч о ’—1    О 40    40 г^- ID ^  ^ о Ч ^    со о Ч ^
о 8 ^ в К U "®*		Д ^f ^ — Г| в о m о о о „ о о о m ^ d-H-H-H^ooX-H^-H в -Н -И -Н -Н -И -н св ГГ> ^ Tf ^ ® Ch X 7 m 2 о тг^^л^сч^^^^
о у н 3 S Р о m в Й .о у S щ °„~ В S К Д 6 5 | S §		В                  ^ и - ^ cq       Ч m о     ID о о _ cq О         ьгь                       о ^2^4 ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ X UP X ^ Г~ ^ r~ X о     ^ UP А -и oo          cq r-       cq m cq ~ r- oo
в У о в В н в о В О о «		S  S  S   S3 HS  HS  HS   HS  HS о к  os  os   os  os Sy Sy Sy   Sy Sy Sy  Sy  Sy   Sy  Sy у о  у О  У О    У О  У о ОиоОооОоо О   2 ° о ввнввнввн  в в н в в н УуУУуУУуУ  У у У У у У obooboobo о О О о О 0X00X00X0 0X00X0
cd О В О к		о О    5                  О '  о    о        §            '  о    § О s  У   о    Oso S со    У       S          S со    S Он У   Он      Ри         Он У   Л о d  о   о     odo S U      Р4         ГЧ S Р4

Развитие эрозионных процессов способствует значительному снижению величины С равн : агродерново-подзолистых почв до 0.2 ± 0.0, агросерых почв 0.1 ± 0.1, агрочерноземов 0.2 ± 0.0 мкг Р/мл.

Для смыто-намытых и намытых почвенных разностей отмечено увеличение значений величины С равн : для агродерново-подзолистых почв до 0.8 ± 0.0, агросерых почв до 0.5 ± 0.0, для агрочерноземов она остается без изменения, до 0.2 ± 0.0 мкг Р/мл.

Выявлена прямая зависимость между концентрацией равновесного раствора фосфора и содержанием углерода в илистых фракциях зонального ряда почв центра Русской равнины: для агро-дерново-подзолистых почв r = 0.95 при Р = 0.0002, агросерых r = = 0.95 при Р < 0.0003, агрочерноземов r = 0.93 при Р = 0.0002 (рис. 1).

Таким образом, для илистых фракций зонального ряда почв центра Русской равнины очевидно резкое уменьшение (в 3–7 раз) величины равновесной концентрации фосфора с развитием денудационных процессов. Это связано с тем, что с интенсификацией денудационных процессов на поверхность выходят более глубокие почвенные горизонты, менее гумусированные и обогащенные смектитовым компонентом, а также оксидами железа(III) и алю-миния(III), что усиливает фосфат-фиксирующую способность почв. Соответственно, чем выше степень смытости почвы, тем меньше величина равновесной концентрации фосфора.

Закономерности распределения лабильного фосфора (Р лаб ) в илистых фракциях почв различной локализации на склоне аналогичны таковым для С равн .

Количество фосфора, накапливаемого в твердой фазе в результате его внесения в почву, рассчитано при значении равновесной концентрации 5 мкг/мл. Наиболее низкими значениями Р сорб среди исследованных илистых фракций почв разных элементарных почвенных структур характеризуются несмытые, смыто-намытые и намытые почвы: для агродерново-подзолистых – 378.3 ± 11.5, 457.0 ± 15.5 и 422.5 ± 6.4 мкг/г соответственно, агросерых – 483.7 ± 18.4, 550 ± 0.0 мкг/г, агрочерноземов – 466.7 ± 45.7, 622.5 ± 34.7 и 362.5 ± 7.9 мкг/г фракции соответственно.

Илистые фракции смытых почв отличаются максимальными величинами Р сорб : для агродерново-подзолистых – 756.0 ± 0.0,

А

Рис. 1. Графики зависимости С равн от концентрации углерода в илистой фракции агродерново-подзолистых (А), агросерых (Б), агрочерноземов (В).

агросерых – 693.3 ± 66.3, агрочерноземов – 882.5 ± 23.0 мкг/г фракции. Количество сорбированного твердой фазой илистых фракций фосфора обратно пропорционально концентрации углерода в илистых фракциях зонального ряда почв центра Русской равнины: для агродерново-подзолистых почв r = –0.77 при Р = 0.002, агросерых r = –0.82 при Р < 0.001, агрочерноземов r = –0.92 при Р = 0.0003 (рис. 2).

Величина ПБСР характеризует буферную способность почвы по отношению к фосфат-ионам. Наименьшие величины ПБСР отмечены для илистых фракций несмытых почвенных разновидностей: для агродерново-подзолистых и агросерых почв эта величина составляет 0.9 ± 0.2, агрочерноземов – 0.8 ± 0.1 мл/г.

В смытых почвах этот показатель достигает максимальных величин: для агродерново-подзолистых 1.6 ± 0.0, агросерых почв 1.1 ± 0.1, агрочерноземов 1.3 ± 0.3 мл/г.

Смыто-намытые и намытые почвенные разности характеризуются промежуточными величинами ПБСР: для всех исследованных почв он составляет 1.0 ± 0.0…1.0 ± 0.4 мл/г.

Легкие фракции , органическое вещество которых не связано прочными химическими связями с глинистыми минералами, по параметрам сорбции–десорбции фосфат-ионов существенно отличаются от илистых. Они характеризуются значительно бóльшими величинами С равн по сравнению с илистыми фракциями. Величина С равн в несмытых почвах зонального ряда почв центра Русской равнины составляет для агродерново-подзолистых 3.2 ± 0.5, аг-росерых почв – 2.1 ± 0.7, агрочерноземов – 5.0 ± 2.4 мкг Р/мл.

В смытых почвах величина С равн снижается: для агродерново-подзолистой почвы она составляет 2.7 ± 0.1, агросерых – 0.6 ± 0.1, агрочерноземов – 2.0 ± 1.2 мкг Р/мл.

Для смыто-намытых и намытых почв зонального ряда отмечается увеличение величины С равн по сравнению со смытыми, в ряде случаев превышая таковые для несмытых разновидностей: для намытой агродерново-подзолистой почвы величина С равн составляет 3.6 ± 1.1, смыто-намытой агросерой почвы 1.6 ± 0.7, смыто-намытых и намытых агрочерноземов – 4.0 ± 1.2 и 4.7 ± 0.8 мкг Р/мл соответственно.

Величина Р лаб для легких фракций в несмытых почвах зонального ряда почв центра Русской равнины колеблется в пределах

Рис. 2. Графики зависимости Р сорб от концентрации углерода в илистой фракции агродерново-подзолистых (А), агросерых (Б), агрочерноземов (В).

30–60 мкг Р/г фракции и составляет для агродерново-подзолистых 60 ± 5, агросерых почв 30 ± 5 и агрочерноземов 61 ± 8 мкг Р/г фракции. С развитием эрозионных процессов она снижается до 55 (агродерново-подзолистые почвы), 26.7 ± 6.5 (агросерые почвы) и 30 ± 17.4 мкг Р/г фракции (агрочерноземы).

Для смыто-намытых и намытых почв зонального ряда отмечается увеличение величины Р лаб до 75 ± 0.0 (намытые агродерно-во-подзолистые почвы), 53 ± 16.7 и 65.0 ± 16.5 мкг Р/г фракции (смыто-намытые и намытые агрочерноземы соответственно).

Количество фосфора, накапливаемого в твердой фазе легких фракций в результате его внесения в почву, рассчитано при универсальном значении равновесной концентрации 5 мкг Р/мл. Величина сорбированного фосфат-иона в полнопрофильных почвах зонального ряда почв центра Русской равнины колеблется в пределах 58–124 мкг/г фракции и составляет 81 ± 8.8 (агродерново-подзолистые), 124 ± 60.4 (агросерые) и 58 ± 7.5 мкг/г фракции (агрочерноземы).

Максимальные величины отмечены для смытых почв: 105 (агродерново-подзолистые), 281 ± 80.9 (агросерые) и 110 ± 46.1 мкг/г фракции (агрочерноземы). Для смыто-намытых и намытых почв величины сорбированного фосфат-иона уменьшаются по сравнению со смытыми почвами до 54–103 мкг/г фракции. Как и следовало ожидать, легкие фракции характеризуются существенно меньшими величины ПБСР по сравнению с илистыми: (0.21– 0.4) ± 0.1 (несмытые агродерново-подзолистые и агросерые почвы), 0.6 ± 0.1 (агрочерноземы), (0.5–1.2) ± 0.5 (смытые почвы), 0.5 ± 0.1…0.6 ± 0.2 (смыто-намытые и намытые почвы).

Таким образом, легкие фракции по сравнению с илистыми обладают большей способностью выделять фосфат-ионы в раствор и существенно меньшей способностью к его сорбции.

Величина С равн для фракции остатка несмытых разновидностей зонального ряда почв центра Русской равнины составляет для агродерново-подзолистых почв – 1.4 ± 0.3, агросерых почв – 1.0 ± 0.2, агрочерноземов – 1.3 ± 0.4 мкг Р/мл.

В смытых почвах величина С равн снижается: для агродерно-во-подзолистой почвы она составляет 0.77 ± 0.0, агросерых почв – 0.7 ± 0.3, агрочерноземов – 0.6 ± 0.0 мкг Р/мл.

Смыто-намытые и намытые почвы зонального ряда характеризуются повышенными величинами С равн по сравнению со смытыми, в ряде случаев превышая таковые для полнопрофильных разновидностей: для смыто-намытых и намытых агродерново-подзолистых почв величина С равн составляет 1.0 ± 0.1 и 1.1 ± 0.0 мгк Р /мл соответственно, смыто-намытой агросерой почвы – 1.4 мгк Р/мл, смыто-намытых и намытых агрочерноземов – 1.1 ± 0.2 и 1.5 ± 0.3 мкг Р/мл соответственно.

Фракция остатка характеризуется наименьшими величинами Р лаб среди органо-минеральных фракций. В полнопрофильных почвах исследованного зонального ряда величина Р лаб составляет для агродерново-подзолистых почв – 13.8 ± 2.5, агросерых почв – 12.5 ± 4.9, агрочерноземов – 10.7 ± 1.3 мкг Р/г фракции.

С развитием эрозионных процессов величина Р лаб снижается: для агродерново-подзолистых почв до 7.3 ± 0.1, агросерых почв до 7.7 ± 2.8, агрочерноземов до 8.0 ± 3.9 мкг Р/г фракции.

Смыто-намытые и намытые почвы зонального ряда характеризуется повышенными величинами Р лаб по сравнению со смытыми, в ряде случаев превышая таковые для несмытых разновидностей: для смыто-намытых и намытых агродерново-подзолистых почв величина Р лаб составляет 9.0 ± 1.4 и 15.0 мкг Р/г фракции соответственно, смыто-намытой агросерой почвы – 15, смыто-намытых и намытых агрочерноземов – 9.0 ± 1.9 и 12.0 мкг Р/г фракции соответственно.

Фракция остатка характеризуется также наименьшими значениями величины Р сорб среди органо-минеральных фракций (рассчитано при универсальном значении равновесной концентрации 5 мкг/мл. В несмытых разновидностях исследованных почв величины сорбированного фосфат-иона достигают: в агродерново-подзолистых почвах – 38 ± 0.9, в агросерых почвах – 44 ± 10.2, в агрочерноземах – 34 ± 13.9 мкг Р/г фракции.

В смытых почвах величины Р сорб несколько увеличиваются: для агродерново-подзолистых до 65.0, агросерых до 51.7 ± 5.3, агрочерноземов до 74.5 ± 46.1 мкг Р/г фракции.

Для смыто-намытых и намытых почвенных разностей отмечено понижение величины Р сорб : для смыто-намытых и намытых агродерново-подзолистых почв она составляет 58 ± 5.6 и 62 мкг Р/г фракции, соответственно, для смыто-намытой агросерой почвы –

28 мкг Р/г фракции, для смыто-намытых и намытых агрочерноземов – 39 ± 17.6 и 33 ± 10.8 мкг Р/г фракции, соответственно.

Величина ПБСР для фракции остатка исследованных несмы-тых разновидностей зонального ряда почв составляет: для агродер-ново-подзолистых 0.1, агросерых почв 1.0 ± 0.2, агрочерноземов 0.7 ± 0.2 мкг Р/г фракции.

В смытых почвах величина ПБСР увеличивается: для агро-дерново-подзолистых она составляет 0.16, агросерых почв – 0.94 ± 0.0, агрочерноземов – 1.3 ± 0.6 мл/г.

Смыто-намытые и намытые почвенные разности характеризуются промежуточными величинами ПБСР: для смыто-намытой и намытой агродерново-подзолистых почв она составляет 0.1 и 0.2, смыто-намытой агросерой почвы – 0.7, смыто-намытых и намытых агрочерноземов – 0.8 ± 0.2 мл/г.

Таким образом, исследования показали, что в целом компоненты ППК (илистые и легкие фракции) обладают более высокой сорбционной способностью и способностью выделять фосфор в раствор по сравнению с фракцией остатка. Фракция остатка характеризуется низкими величинами С равн , небольшим уровнем накопления фосфора в твердой фазе и буферной способностью.

Составляющие ППК включают в себя практически все поверхности с вариабельным зарядом, обладающие способностью сорбировать анионы, т.е. именно эти компоненты почвы ответственны за регулирование ее фосфатного режима на основе сорбции–десорбции (Травникова, Петрова, 1988) . Об этом свидетельствуют весьма высокие корреляционные зависимости между показателями сорбции фосфат-иона и содержанием в них органического вещества. Следует отметить, что илистые фракции почв отличаются лучшей способностью удерживать фосфат-ионы и меньшей способностью выделять их в раствор по сравнению с легкими фракциями. В отличие от этих составляющих изменение параметров, характеризующих изотермы сорбции фракции остатка, не коррелирует с изменением факторов сорбции.

Оценивая роль отдельных компонентов почвы в формировании уровня растворимых фосфатов, выявили следующее: в исследованных зонального ряда несмытых почвах центра Русской равнины вклад компонентов ППК примерно равен вкладу остатка и колеблется от 40–49% от общего уровня накопления растворимого фосфора в почве (табл. 2). Можно сделать вывод, что содержание растворимых фосфатов в несмытых почвах может регулироваться в равной мере как десорбцией из компонентов ППК, так и процессами растворения их минеральных соединений.

Развитие эрозионных процессов способствует снижению долевого участия компонентов ППК в накоплении растворимого фосфора в почве: для агродерново-подзолистых смытых почв эта величина снижается до 30 ± 0.4% (более чем в 1.4 раза), для агрочерноземов – до 34 ± 0.6% от Р лаб ^почвы (~1.5 раза). Для агросерых почв доля компонентов ППК снизилась незначительно – до 35 ± 4.6% от общего уровня накопления растворимого фосфора в почве. Соответственно относительно увеличилась доля фракции остатка (65– 70% против 51–60% от Р лаб ^почвы в полнопрофильных почвах). При агрогенно-активизированных эрозионных процессах количество растворимых фосфатов в почве в большей степени может регулироваться растворением минеральных соединений, а не десорбцией их из компонентов ППК.

Как показали исследования, легкие фракции обладают более выраженной способностью возобновлять запасы растворимых фосфатов по сравнению с илистыми фракциями. Последнее объясняется не только тем, что эти составляющие выделяют большее количество фосфатов на единицу массы, но и тем, что фосфаты связаны с поверхностью их адсорбционной фазы с наименьшей для всех компонентов ППК энергией связи (Травникова, Петрова, 1988) . Однако их доля в накоплении растворимых фосфатов невелика и составляет не более 5–6% от суммы компонентов ППК (агродерново-подзолистые и агросерые) и существенно больше в агрочерноземах (13% от суммы компонентов ППК). В эродированных почвах абсолютные количества и доля участия металлогуминовых составляющих ППК снижаются: для агросерых почв до 3.1% (в 2 раза), агрочерноземов до 6.6% (в 2 раза).

Анализ имеющихся материалов позволяет предполагать, что за лабильный фосфор компонентов ППК ответственна органическая фаза. Это подтверждается наличием прямой зависимости между содержанием органического вещества (% от массы фракции) и содержанием растворимого фосфора соответствующих компонентов, r = –0.67 при P < 0.001 (рис. 3).

Таблица 2. Содержание растворимого (Р лаб ) и сорбированного (Р сорб ) фосфора в компонентах исследованных почв

	н 1 og so ^ &	N Q N ^ о ^ ° О -н ^ О ^ г| О Г| -н -Н -н -Н -Н -Н ^^г^ "Н -Н i -Н -н -Н -Н -н -Н Х^^ ~о^ ~~ “«п^ Чо>^ Ооо ОО ° —। 40 ° m ОО ° 2 Ш0^ О- 04
си	Д И У О к §	°) ., rr> ^  Г~ — 1Г. ®         X О rr> X  ОО  - fa®_^- Ч ^ Н m ^ ri Q -ф х ,r.   m ° 6 -; ° OHO^^ori0 "И 5-н-и    -н 5 -н -н ^г *г ^ об -н -н -н -н    -н 5-н-и-н 5-н-и О , - О' ®  ^н _ ОС-7'. — Г1  Г| ^^^^  ОО _о ” О _г~ ^ r~ -т 0         2 о N ” 0°° rj0
си	д и Н У о о &	40 ^ 04 ^ О ^ ^ ^ ^ 00^00 ^ 'Ч ^ ^ о ^ ^04°^ r- ^ ^ ^ ^ rn ^ 4oAA -H ^ -H -H ^ -H 2 ^ об -H -H -H "H -H ^ -H -H -H ^40°) ^o\^ ^m*6 ^Ч^Ч AoA A2A A , Д >П OO • A in A 04 04 • А О А О m 40 m v ' 40 m —< m, m '40 in —< m,
	и Д 2 к	04 04 О oo OO —1 ^ ^         о О •—1 ^ m in ^ ^ OO —1 —1 ^ OOO-^ о О ^^   oo^hOO^^ OOOO^^O^ -H -H -H -H  ^^^^^\^^o^^^^  -H-H-H-H-H-H-H-H —1 40 О ’—I  in о ^. °^  ° 1—1 ^ 40 04 in ^  O'—1 ^ ^ O; 40 O; ^t ГО О 40 04  40^2 2         ГО ^ 40 2  об 1—^ 2 2 °^ ^ °® ^-i О
ю у о к н щ о о к о й		m  gm mm  mm о    so    о    о    go    о c    gm    с    с    §с    с Й      АЙ      Й      Й       Й      Й Н      S Н      Н      Н      Щ н      н о     до     о     о       о     о к         к       к       к         к       к щ                 щ       щ         щ       щ ^                  ^-^ hr,                   hr,                   hr,                        Иг,                   Иг, н^          А        А        А          А        А Е    Е   Е   Е    ЕЕ 6         6       6       6         6       6 НН                 НН             НН             НН                 НН             НН у        у      у      у        у      у ГО       ГО     ГО      ГО       ТОГО ь m      ьт fam    fam      fam    fam o2    o2   o2   o2    o2   o2 sO    sO   sO   sO    sO   sO Sg      Sg    2g    2 g      2 g    2 g M                 HH         fl HH         fl HH             fl HH         fl HH 8 «      У »    8 »    8 »      8 »    8 » w О         НН о      НН о      НН о         НН о      НН о go    S                    S ^ НН НН           НН у       НН у       НН у           НН у       НН у И к      И к    Ик    и к      и к    и к ТО НН             ТО НН         ТО НН         ТО НН             ТО НН         ТО НН О нН        ДнН      ДнН      О НН        О НН      Д н^ 2    0-2      0-2      2 о Он ^    О д ^ О д ^ О д ^    О д ^ О о. д 5 ° g« 5og«S°2s«°g« gogcggogs s Еу §иЕк§Инк§Инк §иЕк§Инк ^ н о о ^ноО^ноО^ноО ^ н о о ^ н о о UkOC UkOCOkOCOkOC ОлОКОйОС
сЗ к о й о к		о                      о 3           2             ^           2     ^ S         'О             S         • о     S О    Он      о    Оно и       ®К      О    и       ®К    сс о       од   2 ч   о       од   о а        о- и    ад    о-        о- и    а У          К    О К   У        IX к    У

Оценивая роль отдельных компонентов почвы в процессах сорбции фосфора, выявили следующее. По вкладу компонентов ППК исследованные полнопрофильные почвы центра Русской равнины составляют ряд: агродерново-подзолистые (59.5 ± 2.6%) < < агросерые (70.5 ± 5.7%) < агрочерноземы (82.8 ± 0.9%).

Развитие эрозионных процессов способствует увеличению долевого участия компонентов ППК в накоплении сорбированного фосфора в почве: для агродерново-подзолистых смытых почв эта величина повышается до 79 ± 1.5% (почти в 1.3 раза), агросе-рых почв до 82 ± 2.2% (почти в 1.2 раза), для агрочерноземов остается практически той же (80 ± 2.4%). Соответственно относительно снижается доля фракции остатка (16–21% против 17–40% в несмытых почвах). Следовательно, с определенной долей уверенности можно утверждать, что накопление фосфора в твердой фазе полнопрофильных почв осуществляется сорбционными процессами, нежели механизмом осаждения.

Агрогенно-обусловленные эрозионные процессы способствуют дальнейшему повышению доли сорбционных процессов накопления фосфора в твердой фазе, за счет обнажения нижних горизонтов, обедненных органическим веществом и обогащенных смектитовым компонентом. Легкие фракции почвы принимают минимальное участие в процессах сорбции фосфора: их долевое участие колеблется в пределах от 0.3 до 3%. Можно предполагать, что в широком ряду равновесных концентраций, они лишь десорбируют фосфаты.

Количество сорбированного фосфора в твердой фазе обратно пропорционально концентрации углерода в компонентах ППК почв – r = –0.7 при P < 0.0001 (рис. 4).

Таким образом, продукты органо-минерального взаимодействия обеспечивают значительную часть доступных растениям фосфатов в почве. Органические составляющие ППК (ЛФ) поставляют доступные фосфаты в основном за счет содержащихся в них растворимых соединений, которые высвобождаются в процессе минерализации, и в меньшей мере за счет процессов обмена ионов почвенного раствора и ионами функциональных групп. Участие органо-глинистых комплексов ППК (илистых фракций) осуществляется за счет процессов сорбции–десорбции.

Рис. 3. Зависимость Р лаб от С орг фракции.

Рис. 4. Зависимость Р сорб от С орг фракции.

Фракция остатка участвует в накоплении доступных фосфатов процессами растворения–осаждения минеральных соединений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные параметры сорбции фосфат-иона органоминеральных фракций, использованные в качестве критерия для оценки фосфатного режима, свидетельствуют о высокой подвижности фосфора в неэродированных почвах: для агродерново- подзолистых почв Рлаб 18 ± 1.0, агросерых почв 16 ± 1.7, агрочерноземов 16 ± 1.1 мг/кг; Рсорб составляет для агродерново-подзолистых почв 96 ± 0.5, агросерых почв 118 ± 3.0, агрочерноземов – 141 ± 3.1 мг/кг (рис. 5). Они характеризуются более выраженной способностью поддерживать постоянный уровень доступных для растений фосфатов.

Почвы, подвергшиеся эрозии, характеризуются значительно более неблагоприятным фосфатным режимом. Они отличаются высокой сорбционной способностью по отношению к фосфат-иону, сорбционные характеристики меняются в сторону увеличения прочности связывания фосфат-ионов, уменьшения количества доступного растениям фосфора: для агродерново-подзолистых почв Р лаб =10.8 ± 0.2, агросерых почв 9.2 ± 0.6, агрочерноземов – 9.1 ± 1.8 мг/кг; Р сорб составляет для агродерново-подзолистых почв 230 ± 3.5, агросерых почв – 231 ± 1.4, агрочерноземов – 275 ± 4.6 мг/кг (рис. 6).

Это обусловлено выходом на поверхность нижележащих менее гумусированных почвенных горизонтов, илистые фракции которых обогащены смектитовым компонентом, способствующим увеличению количества сорбированного твердой фазой почвы фосфора. Соответственно, смытые почвы характеризуются значительно меньшей устойчивостью в целом.

Процессы наносонакопления способствуют улучшению сорбционных параметров почвы, что выражается в увеличении количества лабильного фосфора в растворе и уменьшения фосфора, сорбированного твердой фазой почвы: для агродерново-подзолистых почв Р лаб = 21 ± 0.3, агросерых почв – 20, агрочерноземов – 17 ± 1.6 мг/кг; Р сорб составляет для агродерново-подзолистых почв – 120 ± 5.1, агросерых почв 129 мг/кг, агрочерноземов – 112 ± 0.4 мг/кг. Однако почвы зоны преимущественной аккумуляции (намытые), как правило приуроченные к нижним частям склонов, часто функционируют в условиях периодического повышенного увлажнения, что определяет уровень накопления органического вещества, превышающий экологически обусловленный. Поэтому, хотя данные почвенные разновидности можно считать устойчивыми к деградации, они могут представлять угрозу с экологической точки зрения, в частности, за счет возможной

Рис. 5. Диаграмма изменения содержания Р лаб (мг/кг) в зональном ряду почв Русской равнины в процессе агрогененно-эрозионных процессов.

Рис. 6. Диаграмма изменения содержания Р сорб (мг/кг) в зональном ряду почв Русской равнины при агрогененно-эрозионных процессах.

миграции за пределы почвенного профиля и нарушения экологического равновесия в ландшафте.

Таким образом, характеристики сорбции фосфат-иона органо-минеральных фракций изученных зонального ряда склоновых почв Русской равнины являются информативным компонентом при оценке фосфатного состояния эрозионно-деградированных почв.

Благодарность. Работа выполнена при финансовой поддержке Президиума РАН (грант на проведение фундаментальных исследований в 2015 г.) и гранта РНФ №14-26-00079 .

THE ORGANIC AND ORGANO-MINERAL