close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

2831.Режим органического вещества в мелиорированной почве

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
О.А. Захарова, Я.В. Костин, К.Н. Евсенкин
Режим органического вещества
в мелиорированной почве
1
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
О.А. Захарова, Я.В. Костин, К.Н. Евсенкин
Режим органического вещества
в мелиорированной почве
Монография
Рязань
2013
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ДК 631.15:65
Захарова О.А., Костин Я.В., Евсенкин К.Н. Режим органического
вещества в мелиорированной почве: Монография. – Рязань, РГАТУ,
2013. – 120 с.
Рецензент
Доктор сельскохозяйственных наук, профессор Р.Н. Ушаков
В монографии показана роль гумуса в плодородии, рассмотрены теоретические
вопросы образования и разложения гумуса. Показано влияние вносимых в почву
органических удобрений на процессы гумусообразования и разложения. Одним из видов
органических удобрений являются сточные воды свинокомплексов, н а примере которых
дана оценка содержания и качества гумуса серой лесной почвы в последействии их
длительного орошения.
Монография рассчитана на специалистов сельского хозяйства, аспирантов и
студентов высших сельскохозяйственных ВУЗов, а также полезна специалистам при
проектировании оросительных систем с использованием сточных вод животноводческих
комплексов.
© Захарова О.А. и др.
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Содержание
1.
1.1.
1.2.
1.3.
1. 4.
1.5.
1.6.
Структура почвы
Органические и неорганические части почвы
Химический состав почвы
Кислотность почвы
Окислительно-востановительный потенциал почвы
Почвенно-поглощающий комплекс
Способы прогноза состояния органического вещества
2.
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
Гумус в почве
24
24
Краткое историческое представление о роли гумуса
Роль гумуса в плодородии почвы
33
Гумусообразование
42
Современные представления о генезисе гумуса и его 48
разложение
Органические удобрения как источник гумуса в почве
52
Роль микроорганизмов в разложении клетчатки
57
2.5.
2.6.
3.
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.
Экспериментальная часть
Цель, задачи и методика исследований
Характеристика
сточных
вод
ОАО
свинокомплекс»
Характеристика серой лесной почвы до
мелиоративных мероприятий
Климатические особенности региона
Результаты исследований
Список использованной литературы
5
5
13
15
16
16
22
69
69
«Рязанский 78
проведения 94
97
103
118
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1. Структура почвы
1.1. Органические и неорганические части почвы
Гумус - продукт коэволюции живого
и неживого планетарного вещества
В.И. Вернадский
Механические элементы почвы могут находиться в раздельночастичном состоянии или быть объединены в структурные отдельности
(агрегаты, комки, комочки) разной формы и размера. Способность почвы
распадаться на агрегаты называется структурностью, а совокупность
агрегатов различной величины, формы и качественного состава называется
почвенной структурой.
В почве можно выделить две части: органическую и неорганическую.
Первичными источниками органических веществ почвы являются
первичные продуценты или автотрофы-организмы способные к
самостоятельному синтезу органического вещества из минеральных
соединений. В наземных экосистемах подавляющее большинство первичной
продукции производят зеленые растения.
В почву поступают не только органические остатки отмерших
растений (первичное органическое вещество) но и продукты их
микробиологической трансформации. Практически все органическое
вещество почвы перерабатывают микроорганизмы и представители
почвенной фауны. Конечным продуктом этой переработки являются
минеральные соединения. В составе органического вещества почвы
находится все соединения растений, бактерий и грибной плазмы, а также
продукты их последующего взаимодействия. Таким образом, сложность и
разнообразие органических веществ почвы уже заранее предопределены
разнообразием поступающих в почву органических остатков и условиями их
последующей трансформации микроорганизмами почвы.
Значения реакций взаимодействия между органической и
неорганической частью почвы можно охарактеризовать:
1) под влиянием органических веществ образуются минералы
почвообразующей породы.
2) органические вещества способствуют растворению многих
минеральных соединений, переводя элементы в миграционно-способное и
доступное растениям состояние.
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3) органические вещества образуют покрытые на поверхности
почвенных частиц трудно растворимые соединения ингибируя, при этом
процессы выветривания.
4) Участвуют в окислительно-востановительных реакциях, тем
самым прямо или косвенно влияя на окислительное состоянии минеральных
соединений.
5) Следствием органоминеральных взаимодействий является
формирование почвенных агрегатов.
Многообразие органоминеральных соединений в почвах обусловлено
тем, что в органической части почвы сосредоточен большой набор
функциональных групп, среди которых наибольшее значение имеют
карбоксильные, фенольные и аминогруппы. Углеродные скелеты фрагментов
гуминовых и фульвокислот, идентифицированы по продуктам их окисления.
Основу органической части почвы представляют гумусовые и
фульвокислоты.
Важнейшими представителями гуминовых веществ являются
гумусовые кислоты: гуминовые кислоты, фульвокислоты и гематомелановые
кислоты. Эти группы кислот обуславливают основные свойства почвы.
Строение гуминовых кислот приводится разными авторами на рисунах 1, 2,
3. Более подробно о роли гуминовых кислот говорится в главе 2.
Рисунок 1 - Схема строения гуминовой кислоты: по Драгунову
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 2 – Фрагмент гуминовой кислоты по Stivenson
А
Б
Рисунок 3 - Схема строении гуминовой кислоты по Фуксу (А), по
Касаточкину (Б)
Роль
органических
веществ
в
почвообразовании очень
многосторонняя. Значительная часть элементарных почвенных процессов
(ЭПП) происходит с участием гумусовых веществ. К ним относятся
биогенно-аккумулятивные, элювиальные, иллювиально-аккумулятивные,
метаморфические и другие. Процессы взаимодействия органических веществ
с минеральной частью почв лежат в основе почвообразования. Состав и
свойства почв, в том числе агрономические, являются результатом этих
процессов.
Режим органических веществ, их содержание, запасы и состав входят
в число главных показателей почвенного плодородия. В то же время они
оказывают влияние практически на все агрономические свойства и режимы
почв.
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Органическое вещество является источником азота и зольных
элементов питания для растений. В нем содержится 98% валового азота, с
ним связано 40-60% фосфора, 80-90% — серы, значительные количества
кальция, магния, калия и других макро- и микроэлементов. Часть этих
элементов находится в поглощенном состоянии и усваивается растениями в
результате ионно-обменных реакций. Другая часть высвобождается и
становится доступной для растений после минерализации органических
веществ. Количественные соотношения между этими источниками элементов
питания требуют дальнейших исследований. Установлено, что около 50%
потребности в азоте культурные растения получают за счет почвенного
органического вещества, прежде всего легкоразлагаемого, остальные 50% —
за счет минеральных удобрений.
Роль отдельных фракций органических веществ в питании растений
не одинакова и определяется их способностью к минерализации. Так, для
собственно гумусовых веществ она составляет сотые и даже тысячные доли
процента в год от общих запасов, для свежих органических веществ —
десятки процентов от ежегодно поступающего количества; для
промежуточных продуктов разложения — единицы и десятки процентов от
их запасов.
Различают водню, воздшню и твердую фазы почвы.
Вода, как и почва, является естественной средой обитания для многих
видов микроорганизмов всех царств жизни. Разнообразные микроорганизмы
обитают как в воде открытых водоемов, так и в грунтовых водах: палочки,
кокки, вибрионы, спириллы, спирохеты, различные фотосинтезирующие
бактерии, грибы, простейшие, вирусы и плазмиды. Численность
микроорганизмов в воде определяется главным образом содержанием в ней
органических веществ, которые под влиянием микроорганизмов
подвергаются совершенно таким же превращениям, как и в почве. В 1 мл
воды количество микробов может превышать несколько миллионов. В
условиях орошения сточными водами возможно фекальное загрязнение
водоисточников (рисунок 4).
Грунтовые подземные воды
чище, так как, просачиваясь через
почву,
вода
подвергается
своеобразной
фильтрации,
в
результате которой большинство
микробов
задерживается
в
фильтрующем слое. Численность
микроорганизмов в воде открытых
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
водоемов подвержена колебаниям и
зависит от климатических условий,
времени года, а главным образом, от
степени
загрязнения
водных
источников.
Рисунок 4 – Шигеллы и амёбы в воде
При проведении мелиоративных мероприятий, направленных на
улучшение качества почвы, необходимо учитывать роль жидкой фазы почвы,
что особенно важно при орошении сточными водами, когда на почву
оказывает влияние не только поступление химических веществ, но и воды со
взвешенными частицами. Самоочищаемость воды идет медленно.
В почве различают воду связанную и свободную. Первую частицы
почвы настолько прочно удерживают, что она не может передвигаться под
влиянием силы тяжести,а свободная вода подчинена закону земного
притяжения. Связанную воду в свою очередь делят на химически и
физически связанную.
Химически связанная вода входит в состав некоторых минералов. Эта
вода конституционная, кристаллизационная и гидратная. Химически
связанную воду можно удалить лишь путем нагревания, а некоторые формы
(конституционную воду) - прокаливанием минералов. В результате
выделения химически связанной воды свойства тела настолько меняются, что
можно говорить о переходе в новый минерал.
Физически связанную воду почва удерживает силами поверхностной
энергии. Поскольку величина поверхностной энергии возрастает с
увеличением общей суммарной поверхности частиц, то содержание
физически связанной воды зависит от размера частиц, слагающих почву.
Частицы крупнее 2 мм в диаметре не содержат физически связанную воду;
этой способностью обладают лишь частицы, имеющие диаметр менее
указанного. У частиц диаметром от 2 до 0,01 мм способность удерживать
физически связанную воду выражена слабо. Она возрастает при переходе к
частицам меньше 0,01 мм и наиболее выражена у цредколлоидных и
особенно коллоидных частиц. Способность удерживать физически
связанную воду зависит не только от размера частиц. Определенное влияние
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
оказывает форма частиц и их химикоминералогический состав. Повышенной
способностью удерживать физически связанную воду обладает перегной,
торф. Последующие слои молекул воды частица удерживает со все меньшей
силой. Это рыхло связанная вода. По мере отдаления частицы от поверхности
притяжение ею молекул воды постепенно ослабевает. Вода переходит в
свободное состояние.
Первые слои молекул воды, т.е. гигроскопическую 1 воду, частицы
почвы притягивают с громадной силой, измеряемой тысячами атмосфер.
Находясь под столь большим давлением, молекулы прочно связанной воды
сильно сближены, что меняет свойства воды. Рыхло связанную воду почва
удерживает с меньшей силой, ее свойства не так резко отличны от свободной
воды. Тем не менее сила притяжения еще настолько велика, что эта вода не
подчиняется силе земного притяжения и по ряду физических свойств
отличается от свободной воды.
Капиллярная2 вода ведет себя по-другому. Капиллярная скважность
обусловливает впитывание и удержание в подвешенном состоянии влаги,
приносимой атмосферными осадками. Проникновение влаги по капиллярным
порам в глубь почвы осуществляется крайне медленно. Водопроницаемость
почвы обусловлена в основном некапиллярной скважностью. Диаметр этих
пор настолько велик, что влага не может в них удерживаться в подвешенном
состоянии и беспрепятственно просачивается в глубь почвы.
При поступлении влаги на поверхность почвы сначала идет
насыщение почвы водой до состояния полевой влагоемкости, а затем через
насыщенные водой слои возникает фильтрация по некапиллярным
скважинам. По трещинам, ходам землероек и другим крупным скважинам
вода может проникать в глубь почвы, опережая насыщение водой до
величины полевой влагоемкости.
Чем выше некапиллярная скважность, тем выше и водопроницаемость
почвы.
В почвах кроме вертикальной фильтрации существует горизонтальное
внутрипочвенное передвижение влаги. Поступающая в почву влага, встречая
1
Вода, связанная с частицами почвы, удерживаемая почвой даже при длительном ее
высушивании, называется гигроскопической. Она тонкой плёнкой (толщиной в 2-3 слоя
молекул) покрывает частицы почвы и недоступна для растений.
2
В тонких просветах между частичками почвы (капиллярах), вода сама собой
поднимается вверх тем выше, чем тоньше капилляр. Вода, удерживающаяся в капиллярах
почвы и не стекающая вниз, называется капиллярной.
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
на своем пути слой с пониженной водопроницаемостью, передвигается
внутри почвы над этим слоем в соответствии с направлением его уклона.
При проведении мелиоративных мероприятий происходит
взаимодействие с твердой фазой почвы.
Почва может удерживать поступившие в неё вещества по разным
механизмам (механическая фильтрация, адсорбция мелких частиц,
образование нерастворимых соединений, биологическое поглощение),
важнейшим из которых является ионный обмен между почвенным раствором
и поверхностью твёрдой фазы почвы. Твёрдая фаза за счёт сколов
кристаллической решётки минералов, изоморфных замещений, наличия
карбоксильных и ряда других функциональных групп в составе
органического вещества заряжена преимущественно отрицательно, поэтому
наиболее ярко выражена катионообменная способность почвы. Тем не менее,
положительные заряды, обуславливающее анионный обмен, в почве также
присутствуют.
Твердая фаза почв и почвообразующих пород состоит из частиц
различной величины, которые называются – механическими элементами. По
происхождению различают минеральные, органические и органоминеральные частицы. Они представляют обломки горных пород, отдельные
минералы, гумусовые вещества, продукты взаимодействия. Механические
элементы находятся в почве или в породе в свободном состоянии и в
агрегатном, когда они соединены в структурные отдельности – агрегаты
различной формы, размеров и прочности. Выделяют следующие фракции:
1)Камни (>3мм) представлены преимущественно обломками горных
пород.
2)Гравий (3-1 мм) состоит из обломков первичных минералов.
3)Песчаная фракция (1-0,05 мм) состоит из обломков первичных
минералов, прежде всего кварца и полевых шпатов.
4)Пыль крупная (0,05-0,005 мм) по своему минералогическому
составу мало отлечима от песка.
5)Пыль мелкая (0.005-0.001 мм характеризуется относительно
высокой дисперсностью.
Строение почв характеризуют сочетанием генетических горизонтов.
Генетическими называют те горизонты, которые образовались в результате
общего почвообразовательного процесса, так что формирование каждого из
присутствующих в почве горизонтов тесно связано (или даже обусловлено)
формированием других горизонтов. Это проще всего проиллюстрировать на
примере строения некоторых почв. Если заложить почвенный разрез с
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вертикальной передней стенкой, то на ней станет отчетливо видна
последовательность генетических горизонтов.
В профиле чернозема верхнюю часть занимает горизонт А (рисунок 5)
— перегнойно-аккумулятивный; он имеет темно-серую окраску, содержит
много гумуса, азота, фосфора. Аналогичные горизонты имеются во всех
почвах, но обычно они значительно меньшей мощности, более светлые по
окраске и содержат меньше гумуса.
А1 - гумусово-элювиальный - верхний горизонт профиля с
морфологически или аналитически выраженными процессами разрушения
или выщелачивания минеральных веществ.
А2 - элювиальный горизонт образуются в процессе интенсивного
разрушения минеральной части почвы и вымывания продуктов разрушения в
нижележащие горизонты.
Переходный горизонт В формируется под элювиальным или
гумусовым и служит переходом к материнской породе.
Горизонт С - материнская порода.
Рисунок 5 – Гумусовый горизонт почвы А
Количество генетических горизонтов велико, и этим обусловлено
большое разнообразие почв. Первичными свойствами горизонтов являются
химический состав и химические свойства: так, серая или темно-серая
окраска вызвана присутствием гуминовых веществ, бурые, красноватые тона
связаны с оксидами железа и т.п. Сочетания горизонтов, их свойства,
выраженность зависят от небольшого числа факторов почвообразования, к
которым относятся климат, растительность, почвообразующие породы,
рельеф и возраст почв. Сочетание факторов приводит к различным водно 12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
воздушным, окислительно-восстановительным, кислотно-основным режимам
почв, а в целом образуется хорошо организованная система, называемая
почвенным профилем. При сравнительно небольших дозах загрязняющих
веществ почвы их перерабатывают, справляются с загрязнением, но если
потоки загрязняющих веществ нарастают, то неизбежно наступает
деградация почв, вплоть до полного разрушения и образования техногенных
пустынь. Способность почв сопротивляться антропогенному изменению
окружающей среды зависит от многих свойств и в первую очередь от их
химического состава и многообразия слагающих почвы минеральных и
органических веществ.
1.2. Химический состав почвы
Набор и количественное соотношение химических элементов в почве
называют ее элементным составом. Любые почвы содержат все 92 элемента
периодической системы Д.И. Менделеева3, а в случае химического
загрязнения в почвах обнаруживаются и трансурановые элементы.
Диапазон концентраций очень
велик: от десятков и единиц массовых
долей (в %), до 1010 — 1012% . Часть
элементов участвует в формировании
почвенной массы, то есть они играют
конституционную роль, хотя они же
необходимы и живым организмам,
другая часть существенно не влияет на
свойства почвенной массы, но зато
играет важную физиологическую роль:
некоторые элементы могут быть как
стимуляторами
физиологических и
биохимических процессов, так и быть
токсичными. Первая группа — это
Дмитрий Иванович Менделеев
макроэлементы, вторая включает микро-,
ультра, микро и наноэлементы.
Химические элементы представлены в почвах большим набором их
химических соединений. Разнообразие соединений любого из элементов
обеспечивает сравнительную устойчивость химического состояния почв. Так,
3
Менделеев Дмитрий Иванович (1834 —1907) — русский учёный-энциклопедист: химик,
физикохимик, физик, метролог, экономист, технолог, геолог, метеоролог, педагог,
воздухоплаватель, приборостроитель.
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
соединения фосфора представлены преимущественно ортофосфатами, но они
могут находиться одновременно в виде различных соединений с кальцием,
алюминием, железом, цинком, свинцом, марганцем. Значительная часть
фосфора может быть представлена органическими соединениями и
конденсированными фосфатами .
Железо в почвах одновременно входит в кристаллические решетки
алюмосиликатов, в FeOOH, гематит Fe2O3, в различные гидроксилы. По мере
расхода наиболее растворимых соединений Fe3+ его концентрация
поддерживается в почвенном растворе другими соединениями железа.
Соединения кремния в почвенном растворе представлены ортокремневой
кислотой H4SiO4 или ее полимерными формами, а в твердых фазах
одновременно сосуществуют аморфный и кристаллический диоксид кремния
SiO2 (кварц), минералы группы алюмосиликатов. В крупных песчаных
фракциях почв преобладают каркасные алюмосиликаты, во фракции менее 1
мкм — слоистые алюмосиликаты, из них наиболее распространены
монтмориллонит, каолинит и гидрослюды.
Особенно многочисленны в почвах соединения углерода.
Практически всегда в почвенном воздухе есть диоксид углерода СО 2, в
почвенном растворе — угольная кислота, в степных и сухостепных почвах —
СаСО3 и Na2CO3; это только минеральные соединения. Набор соединений в
органическом веществе до сих пор не подсчитан, но в их число входят как
низкомолекулярные соединения, начиная от метана СН4, аминокислот,
простейших кислот жирного ряда, моносахаридов, и до высокомолекулярных
соединений, представленных целлюлозой, лигнином, полипептидами. Особое
место занимают так называемые специфические для почв гуминовые
вещества. При характеристике почв наиболее информативны не отдельные
индивидуальные соединения, а их группы, то есть совокупность соединений
со сходными строениями и свойствами. Такими группами могут быть
моносахариды, аминокислоты (в почвах обнаруживают до 17 — 22
различных аминокислот), гуминовые кислоты, фульвокислоты. Вещества,
входящие в одну группу, примерно одинаково участвуют в почвеннохимических реакциях .
Группы органических соединений подразделяются на фракции по
характеру связи с минеральными соединениями, могут быть, например,
гуминовые кислоты свободные, связанные с Са2+, Fe3+, алюмосиликатами и
т.п. Сложность состава почв, большой набор химических соединений
обусловливают возможность одновременного протекания различных
химических реакций и способность твердых фаз почв поддерживать
сравнительно постоянным состав почвенного раствора, откуда растения
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
непосредственно черпают химические элементы. Эту способность
поддерживать постоянным состав почвенного раствора называют
буферностью почв. В природной обстановке буферность почв выражается в
том, что при потреблении какого-либо элемента из почвенного раствора
происходит частичное растворение твердых фаз и концентрация раствора
восстанавливается. Если в почвенный раствор извне попадают излишние
количества каких-либо соединений, то твердые фазы почв связывают такие
вещества, вновь поддерживая постоянство состава почвенного раствора. Это
иллюстрируют возможные переходы ионов К + и трансформация
калийсодержащих веществ в почве. Итак, действует общее правило:
буферность почв обусловлена большим набором одновременно протекающих
химических реакций между почвенным раствором и твердыми частями
почвы Химическое разнообразие делает почву устойчивой в изменяющихся
условиях природной среды или при антропогенной деятельности
1.3. Кислотность почвы
Обменные катионы участвуют в формировании потенциальной
кислотности почв. Такая кислотность встречается в кислых дерновоподзолистых, серых лесных, красноземных почвах. Проявляется она только
при воздействии на почву солевого раствора, так же как и при обычной
реакции катионного обмена. Отличие состоит в том, что потенциальная
кислотность обусловлена только катионами Н+ и А13+. В растворе появляется
некоторое количество НС1, что и создает кислую реакцию среды.
Устраняют потенциальную кислотность довольно простыми
приемами. Обычно к почве добавляют карбонат кальция (известь), который
нейтрализует различные формы кислотности. На рисуноке 6 показан завод по
производству извест ковой муки.
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Природная кислотность
почв может быть вызвана
органическими
кислотами,
попадающими в почву с
растительными остатками или
корневымивыделениями,
диоксидом
углерода
в
почвенном
воздухе
и
поступлением
азотной
и
серной кислот с кислыми
дождями. Анализ химических
равновесий показал, что роль
Рисунок 6 – Завод по производству
СО2 в этом процессе более
известковой муки
значительна,
чем
это
представлялось раньше.
Растворение СО2 приводит к образованию угольной кислоты Н2СО3.
Сама по себе это довольно слабая кислота, но в почвенном воздухе доля СО 2
много выше, чем в атмосферном; в последнем доля СО2 составляет около
0,03%, а в почвенном воздухе достигает целых процентов. Поэтому в
некарбонатных почвах только за счет СО 2 величина рН может опускаться до
4,5 и даже ниже.
На рисунке 7 отображена реакция взаимодействия между почвенным
раствором и другими компонентами почвы.
Рисунок 7- Реакция взаимодействия между почвенным раствором и другими
компонентами почвы
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1. 4. Окислительно-востановительный потенциал почвы
Практически в каждой почве происходят реакции окисления или
восстановления химических соединений или элементов. Эти реакции
являются сопряженными, и если какой-либо компонент почвы окисляется, то
другой неизбежно восстанавливается. Окислительные процессы идут за счет
кислорода воздуха, при этом органические вещества почвы окисляются или
частично, или полностью до конечных продуктов распада — Н2О и СО2. При
высоких окислительно-восстановительных потенциалах порядка 0,5 — 0,7 В
практически все элементы с переменной валентностью приобретают высшие
степени окисления, многие из них становятся малоподвижными и
малодоступными растениям. Таковы ионы железа, меди, кобальта, серы,
азота. Исключение составляет марганец, для перевода которого из Мn2+ в
Мn7+ необходимы потенциалы около 1,4 — 1,5 В, тогда как даже в наиболее
аэрированных и малоувлажненных почвах максимальные значения
потенциалов редко превышают 0,6 — 0,7 В.
В переувлажненных почвах, особенно в условиях орошения,
развиваются восстановительные процессы, потенциалы снижаются до +0,2 0,2 В, что обусловлено деятельностью микроорганизмов, способных
развиваться без доступа свободного О 2 и выделяющих в почву органические
восстановленные соединения и свободный водород. В таких почвах элементы
с переменной валентностью переходят в состояние низших степеней
окисления, становятся подвижными, выделяется метан СН4, другие
углеводороды. Когда длительно развиваются восстановительные процессы, в
почвах появляется сизоватая окраска, железо и марганец восстанавливаются
до Fe2+ и Мn2+. Такие почвы называют оглеенными или глеевыми. Кстати,
переувлажненные или орошаемые и затопляемые почвы служат одним из
важнейших природных источников выделения в атмосферу метана и других
углеводородов, вызывающих проявления "парникового" эффекта.
1.5. Почвенно-поглощающий комплекс
Исследователями отмечено, что высокая адсорбционная активность
почв способствует большему закреплению элементов и снижению их
подвижности.
Адсорбция (от лат. ad - на, при и sorbeo - поглощаю) преимущественное концентрирование молекул газа или растворенного в
жидкости вещества (адсорбата) на поверхности жидкости, или твердого тела
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
(адсорбента), а также растворенного в жидкости вещества на границе ее
раздела с газовой фазой.
Если молекулы адсорбата образуют поверхностное химическое
соединение с адсорбентом, то говорят о хемосорбции. Адсорбция
увеличивается с ростом давления газа или концентрации раствора. При
снижении парциального давления адсорбируемого компонента газовой смеси
или бесконечном разбавлении раствора адсорбция уменьшается вплоть до
полного освобождения поверхности адсорбента от молекул адс орбата.
Адсорбцию вызывают молекулярные силы поверхности адсорбента.
Неполярные молекулы удерживаются за счет дисперсионных сил. Полярные
молекулы (диполи, мультиполи) взаимодействуют с электростатическим
полем поверхности адсорбента, что усиливает адсорбцию.
Считается, что адсорбционно-десорбционное равновесие в системе
почвенно-паглащающий комплекс
(ППК) – почвенный раствор
осуществляется, как правило, посредствам ионообменного механизма.
Вся совокупность компонентов почвы, обладающих ионообменной
способностью, называется почвенным поглощающим комплексом (ППК).
Входящие в состав ППК ионы носят название обменных или поглощённых.
Характеристикой ППК является ёмкость катионного обмена (ЕКО) — общее
количество обменных катионов одного рода, удерживаемых почвой в
стандартном состоянии - а также сумма обменных катионов,
характеризующая природное состояние почвы и не всегда совпадающая с
ЕКО.
Отношения между обменными катионами ППК не совпадают с
отношениями между теми же катионами в почвенном растворе, то есть
ионный обмен протекает селективно. Предпочтительнее поглощаются
катионы с более высоким зарядом, а при их равенстве — с большей атомной
массой, хотя свойства компонентов ППК могут несколько нарушать эту
закономерность.
Обменные катионы являются одним из непосредственных источников
минерального питания растений, состав ППК отражается на образовании
органоминеральных соединений, структуре почвы и её кислотности.
Важное значение имеет содержание воздуха в почве. Почвенный
воздух состоит из смеси различных газов:
1.
кислород, который поступает в почву из атмосферного воздуха;
содержание его может меняться в зависимости от свойств самой почвы (её
рыхлости, например), от количества организмов, использующих кислород
для дыхания и процессов метаболизма;
18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2.
углекислота, которая образуется в результате дыхания
организмов почвы, то есть в результате окисления органических веществ;
3.
метан и его гомологи (пропан, бутан), которые образуются в
результате разложения более длинных углеводородных цепей;
4.
водород;
5.
сероводород;
6.
азот; более вероятно образование азота в виде более сложных
соединений (например, мочевины) и др.
Его химический и количественный состав зависят от содержащихся в
почве организмов, содержания в ней питательных веществ, условий
выветривания почвы и др.
Учитывая вышеизложенное, можно сделать вывод о важности
рассмотрения основных факторов, влияющих на образование гумуса, во
взаимосвязи с учетом конкретных почвенно-климатических особенностей
региона.
Под ППК, по мнению К.К.Гедройц 4,
понимают
совокупность
соединений,
проявляющих способность к обменным
реакциям в почве.
Совокупность
обменных
реакций
обеспечивается в основном наличием в почве
обменных катионов, представленных главным
образом элементами первой и второй группами
периодической системы В кислых почвах
значительную роль играют Н+ и Al3+. В
обменной форме в почве находятся ионы: Zn2+,
Cu2+, Mn2+ и Pb 2+.
Основные учения об ионном обмене и
Константин Каэтанович
его исследования в теоретическом и
Гедройц
практическом
почвоведенье
создал
К.К.Гедройца.
Он рассматривал ионный обмен как одну из форм поглотительной
способности почв и предложил разделить следующие виды поглотительной
способности:
1.
Механическую - свойство почвы задерживать частицы,
взмученные в фильтрующей через нее воде.
4
Гедройц Константин Каэтанович (1872 —1932) — известный русский и советский
почвовед-агрохимик, основоположник коллоидной химии почв, академик АН СССР.
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. Физическую – концентрирование или разжижение растворенных в
почвенном растворе веществ у поверхности соприкосновения твердых
частичек почвы с поглощенной влагой, обусловленную поверхностной
энергией почвенных частиц.
3. Физико-химическую, или обменную- свойство почвы обменивать
некоторую часть содержащихся в твердых фазах катионов на
эквивалентное количество катионов, находящихся в соприкосаемом с
нею растворе.
4. Химическую – образование в почвенном растворе нерастворимых или
малорастворимых солей, которые выпадают в осадок и примешиваются к
твердым фазам почвы.
5. Биологическую – обязана населяющим почвы растениям и
микроорганизмам и заключается в поглощении живыми организмами
различных веществ из почвенного раствора.
Катионообменная способность - относится к числу фундаментальных
свойств почвы. Ее роль можно охарактеризовать следующими положениями:
1) От состава обменных катионов зависит пептизируемость почв, их
агрегатность.
2) От состава обменных катионов зависит поглощение органических
веществ твердыми фазами, образование органо-минеральных соединений.
Способствуют органо-мениральным взаимодействиям катионы железа,
алюминия, кальция и магния.
3) Реакции между обменными катионами и катионами почвенного
раствора влияют на рН почвенного раствора и его солевой состав. Эти
реакции один из основных способов формирования кислотно-основной и
других видов буферной способности почв.
4) От состава обменных катионов зависит классификация почв.
5)Законы катионного обмена являются теоретической основой для
некоторых видов химической мелиорации почв и известкования кислых почв
и гипсования солонцов.
Катионный обмен – частный случай ионного обмена, под которым в
химии понимают обратимый процесс стехиометрического обмена ионами
между двумя контактирующими фазами.
Таким образом, почвенный поглощающий комплекс — это
совокупность минеральных, органических и органо-минеральных
компонентов твердой части почвы, обладающих ионообменной
способностью. Согласно определению, в ППК входят и способные к
обменным реакциям катионы; в противном случае этот комплекс не смог бы
выделить в ходе реакции эквивалентное количество катионов в обмен на
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
катионы почвенного pacтвopa. He все твердые фазы почв способны
проявлять катионообменную способность.
Важнейшей характеристикой почвенного поглощающего комплекса и
почвы в целом является емкость катионного обмена (ЕКО). Которая равна
сумме всех обменных катионов, которые можно вытеснить из данной почвы.
Величина ЕКО существенно зависит от рН, взаимодействующего с почвой
раствора, и несколько варьирует при замене одного вида насыщающего
катиона на другой .
Емкость катионного обмена зависит от механического состава почвы
и строения веществ, входящих в состав почвенного поглощающего
комплекса. Увеличение ЕКО в тяжелых по механическому составу почвах
обусловлено не только нарастанием удельной поверхности, но и изменением
природы слагающих различные фракции веществ. Предилистые и илистые
фракции содержат слоистые алюмосиликаты, в них повышено содержание
гумусовых веществ.
Основываясь на общих законах ионообменной сорбции, М. Б. Минкин
выделяет пять последовательных стадий осуществления реакции обмена
катионов раствора на катионы ППК:
1. перемещение вытесняющего иона из объема раствора к
поверхности ППК;
2. перемещение вытесняющего иона внутри твердой фазы ППК к
точке обмена;
3. химическая
реакция
обмена
катионов;
перемещение
вытесненного иона внутри твердой фазы от точки
обмена к поверхности ППК;
4. перемещение вытесненного иона от поверхности ППК в раствор;
5. в почвенной среде поток диффундирующего вещества
складывается двумя составляющими: диффузией в
поровом растворе и перемещением в адсорбированном
состоянии за счет поверхностной диффузии.
При количественном описании катионного обмена нередко
употребляют уравнения изотерм адсорбции, например уравнения
Фрейндлиха, Ленгмюра и др. Иногда и само явление обмена рассматривают
как один из видов адсорбции. Между тем различия между адсорбционными
явлениями и ионным обменом настолько велики, что на этом следует
остановиться подробнее. Реакциям катионного обмена свойственны иные
признаки. По Гельфериху, для истинного катионного обмена характерны:
1. обратимость реакции.
2. скорость реакции контролируется диффузионными процессами.
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. реакции обмена стехиометричны.
4. как правило, выражена селективность по отношению к различным
ионам.
Одно из главных различий между адсорбцией и ионным обменом
заключается в том, что обменные катионы являются обязательным
компонентом ППК и могут быть только заменены на катионы другого рода,
но не удалены вовсе. Попытка пространственного расчленения ППК на
анионную часть и катионы привела бы к нарушению принципа
электронейтральности. В противоположность этому поверхность адсорбента
может быть полностью лишена молекул адсорбата. Общее содержание
обменных катионов остается сравнительно постоянным (в пределах
постоянства величины ЕКО), тогда как количество адсорбированного
вещества является функцией активности адсорбата в объеме фазы. Иными
словами, адсорбент и адсорбат могут существовать раздельно, тогда, как
ППК составляет единое целое.
1.4. Способы прогноза состояния органического вещества
При критическом содержании гумуса такие показатели как плотность,
структурное состояние, физико-механические свойства приближаются к
свойствам почвообразующих пород. Это наблюдается при содержании
гумуса ниже 1% для дерново-подзолистых суглинистых почв и менее 2% для
почв черноземного типа. Исследования и практический опыт свидетельствует
о возможности получения высоких урожаев при содержании гумуса,
ненамного превышающем эти показатели, при условии достаточного
содержания в составе почв легкоразлагаемых органических веществ.
Исследованиями Ганжары Н.Ф. и Борисова Б.А. (1997) установлено, что
оптимальное содержание легкоразлагаемых органических веществ
составляет 0,4-1,2%, или 12-36 т/га в пахотном слое. При таком содержании в
составе органических веществ содержится достаточно азота, чтобы
обеспечить получение 50% урожая. Остальные 50% урожая должны
формироваться за счет азота из минеральных удобрений.
Снижение уровня гумусированности ниже критических показателей
возможно под действием эрозионных процессов. Это более отчетливо может
проявляться на орошаемых полях, в том числе сточными водами, при
нарушении режима и технологии поливов (рисунок 8).
Биологические потери гумуса от
процессов минерализации приводят
к сильной выпаханности почв, но не
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 8 – Современная
дождевальная техника
достигают критических показателей.
Выпахивание — это деструктивный
элементарный почвенный процесс, в
результате которого снижается
уровень плодородия пахотных почв
(снижение
гумусированности,
обесструктуривание,
переуплотнение)
из-за
их
использования при низком уровне
поступления источников гумуса.
Для количественной оценки степени выпаханности предложен
показатель, характеризующий относительное содержание углерода
органического вещества, выраженное в % к общему содержанию углерода
гумуса. Почвы с высокой степенью выпаханности нуждаются в
первоочередном внесении органических удобрений. На рисунке 9
представлены машины для внесения минеральных и органических добрений.
Рисунок 9 – Машины для внесения твердых и жидких минеральных и
органических удобрений
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2.Гумус в почве
2.1.Краткое историческое представление о роли гумуса
«Гумус содержит те же самые
составные части, что и остатки
растений и животных, из которых
он произошел, но в несколько других
соотношениях в зависимости от
степени разложения и внешних
факторов, влияющих на него».
Е. Вольни
Питание растений рассматривалось в древние и средние века как
поглощение из почвы корнями необходимых веществ и их последующее
преобразование в тканях растений. Древние исследователи не знали о роли
гумуса, но придавали значение его обилию. Еще Колумелла 5 говорил о
качестве почвы по ее цвету.
В XVII веке Ван Гельмонт6 отмечал роль воды и почвы в питании
растений. Исследователи считали, что растения поглощали органические
вещества из почвы.
В 1700-х гг. внимание химиков, агрономов и других
естествоиспытателей фиксировалось на двух компонентах почвы, которые
могли служить основой питания растений – «землистое начало» и гмус
почвы. К этому наука пришла не случайно. В конце XVII века Дж. Туль
считал важным поддерживать почву в рыхлом состоянии. По его мнению
«истинную пищу» растений составляют не «соки земли», а мельчайшие
частички почвы.
Еще ранее Джон Вудворд 7 установил, что добавление к воде «садовой
земли» усиливало рост растений и сделал вывод: «Растения образуются не из
земли, а из особо землистого вещества земли…Почву можно заставить
производить новые урожаи из тех же растений… благодаря заботам
5
Колумелла - современник Сенеки, родился в Кадиксе, жил в царствование Нерона;
некоторое время в качестве трибуна находился в Сирии. Его сочинение о сельском
хозяйстве изданы в 12 книгах. Умер в 70 г. н.э.
6
Гельмонт Ян Баптист ван - голландский естествоиспытатель, врач и теософ-мистик.
Является основоположником гидропоники.
7
Вудворд Джон – аглийский врач, геолог и агроном
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
земледельца по удобрению почвы». Вудворд опроверг взгляды Гельмонта и
сообщил научным кругам о содержании в почве нечто, способствующее
росту растений, а одной воды для роста и развития растений недостаточно.
Шталь8 высказывался о том, что растительные вещества имеют такой
же химический состав, что и неорганические, позже им была отмечено роль
нитратов.
В 1730 г. Тулль установил, что «маленькие землеподобные частицы»
служат пищей для растений, а воздух и вода помогают извлекать их из
почвы.
Кюльбель выразил мысль, что «мазеподобная масса» является
основой питания растений и главным источником плодородия почвы.
Крупным авторитетом в агрономии XVIII века был Иоганн Готтштальк
Валлериус. Он издал капитальный труд «О химических основах земледелия»
в 1761 г. Валериус в книге «Принципы агрохимии» выделял гумус как
существенный питательный элемент растений. Он исходил из практических
наблюдений о влиянии на плодородие почвы навоза и всякого перегноя, но
ошибочно считал, что растения прямым путем усваивают корнями гумус и
только органические вещества почвы являются питательными для растений.
Ван Гельмонт
Иоганн Валлериус
Таким образом, к концу XVII века была выражена роль гумуса как
важнейшего источника питания растений.
8
Георг Эрнст Шталь (1659—1734)
основоположником теории флогистона.
–
немецкий
исследователь.
Является
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Конец XVIII века – начало XIX
века представляли период прогресса в
познании процессов питания растений в
результате выход в свет работ ИнгенХоуза, Сенебьера, Соссюра и других.
Инген-Xоузом установлено, что листья
поглощают из воздуха газообразные
вещества, которые они используют на
свету для производства сгораемой массы
растения. Сенебьер высказал мысль, что
процесс
ассимиляции
углекислоты
состоит
в
восстановлении
этого
соединения па свету и в выделении
кислорода. Однако он полагал, что
углекислота поступает в растения не из
воздуха, а доставляется, главным
Жан Сенебьер
образом, корнями из почвы вместе с
соками.
Это представление было причиной того, что гумус долго
рассматривался как источник углерода для растений. Только Соссюр 9
выяснил важность газового обмена в питании растений. Он окончательно
доказал, что растения синтезируют свои органические вещества из
углекислоты и воды и выделяют кислород; углекислота получается
исключительно из воздуха; количество же веществ, извлекаемых из почвы,
по сравнению с приростом растительной массы крайне невелико.
Соссюр считал, что азот поглощается
растениями из воздуха или из почвы и
растительных и животных остатков в виде
аммиака и других воднорастворимых форм;
неорганические вещества поглощаются, главным
образом, из почвы. Соссюр был первым
исследователем,
развивавшим
современные
представления в области питания растений,
основываясь на химических опытах. Им было
установлено, что растения азот и различные
9
Никола Теодор де Соссюр (1767, Женева, Швейцария —1845, там же) — швейцарский
биолог, химик и биохимик. Является основателем физиологии питания растений.
26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
минеральные вещества получает из почвы с
помощью корневой системы.
Н.Т. де Соссюр
В этот период наиболее выдающимся исследователем роли гумуса
является Тэер 10, который сыграл крупную роль в пропаганде гумусовой
теории питания растений. Тэер установил состав навоза из органических
соединений и при разложении дающего гумус. В 1808 г. он высоказал мысль
о том, что «плодородие почвы в значительной мере зависит от гумуса…, так
как гумус является единственным материалом, доставляющим питательные
вещества растениям». Однако даже этот ученый допускал влияние гумуса в
выделяемой им углекислоте. В 1089-1820 гг. он издает книгу «Основы
рационального земледелия». К сожалению авторитет Тэера был сильнее
истины и его теория широко использовалась не только в Европе, но и в
России.
Альбрехт Даниэль Тэер
Таким образом, исследователи того
времени рассматривали органическое
вещество почвы – гумус, как главный
источник питания растений, считая при
этом, что последние поглощают его своими
корнями. Наличие гумуса рассматривалось
как первое условие плодородия, а углерод
гумуса – как важный источник углерода
для растений.
Физиологи XIX века деКандоль,
Тревиранус, Меген и другие не всегда
уделяли внимание питанию растений.
Видным сторонником гумусовой
теории был Гумфри Дэви, издавший в 1813
г. книгу «Основы сельскохозяйственной
химии».
10
Альбрехт-Даниель Тэер - знаменитый агроном, которого еще при жизни современники
прозвали «отцом плодосменного хозяйства». Родился в 1752 г. По профессии врач.
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Одновременно Дэви не соглашался с Тэером
и полагал, что «зольные» части важны для
растения и действуют на них не только как
стимуляторы роста. Он в своих трудах пишет о
практических анализах и приводит перечень
приборов и реактивов для анализа почвы.
Сторонником гумусовой теории был и Йёнс
Якоб Берцелиус, который уделял большое
внимание перегнойным веществам почвы.
Экспериментальными исследованиями Берцелиуса
были выделены гуминовая кислота; гумин;
креновая и апокреновая кислоты и многие соли.
Юстус фон Либих
Гумусовая теория в трактовке Тэера
просуществовала до 1840-х годов.
Коренной поворот во взглядах на значение перегноя и минеральных
веществ гумуса почвы в питании растений произошел после выхода в свет
книги Юстуса фон Либиха «Химия в приложении к земледелию и
физиологии». Либих не был согласен с гумусовой теорией и показал ее
несостоятельность. Он становится основателем минеральной теории
удобрений и учения о плодородии почв. Именно благодаря его
исследовательской работе и научно-пропагандистской деятельности идея
химического регулирования урожая путем внесения минеральных удобрений
получила широкое распространение.
Либих11 подробно рассмотрел круговорот химических элементов в
живой и неживой природе и сделал вывод: в растениях обязательно
содержатся десять химических элементов - углерод, водород, кислород, азот,
фосфор, кальций, калий, сера, магний и железо. Среди этих элементов лишь
азот, кислород, водород и углерод всегда присутствуют в природе в
достаточном растению количестве: ведь это элементы, которые входят в
состав воды и воздуха. Однако азот из атмосферы имеет настолько прочную
молекулу, что усваивать его растения могут не иначе как при посредстве
клубеньковых бактерий, которые находятся на корнях бобовых (гороха,
люпина, клевера). Остальные шесть элементов растения черпают из почвы, и
если хотя бы одного из них не хватает, срабатывает "закон минимума",
согласно которому элемент, которого меньше, чем нужно, и определяет
11
Юстус фон Либих (1803, Дармштадт —1873, Мюнхен) — немецкий химик.
28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
плодородие (или, наоборот, неплодородие) почвы. Идеи Либиха не отвергали
значения гумуса для урожая, но уточняли, что гумус потому и хорош, что
содержит много элементов питания растений. Возделывая землю из года в
год и собирая урожай, земледелец должен удобрять почву.
Либих утверждал, что "основным принципом земледелия следует
считать требование, чтобы почве в полной мере было возвращено то, что у
нее было взято. В какой форме будет осуществлен этот возврат - в виде
навоза животных, в виде золы или костей - это более или менее безразлично.
Наступает время, когда пашня и каждое растение будет обеспечено
необходимым для него удобрением, которое будет изготовляться на
химических заводах".
Позднее Либих выяснил, что удобрения должны содержать соединения
калия, фосфора и азота в такой форме, чтобы они удерживались в почве как
можно дольше, не вымываясь дождем и поливной водой, но вместе с тем,
чтобы хорошо усваиваться растениями, они должны быть растворимыми.
Либих имел чисто химическое представление о процессах разложения
органического вещества в почвах и в компостах. Он полагал, что
органические тела соединяются с кислородом воздуха и путем «разложения»
дают простые соединения; в отсутствии кислорода органические тела
распадаются вследствие «гниения», в результате которого получается в
остатке больше органических веществ, чем при аэробном процессе. Оба
процесса представлялись исключающими друг друга. При таких упрощенных
взглядах па разложение органического вещества в природе и при отсутствии
точных знаний о деятельности живых организмов в этом процессе
неудивительно, что Либихом была недооценена роль гумуса.
«Каждый урожай, – утверждал Либих, – обедняет почву, и ни одно
растение не может обогащать почву, а может ее только истощать. Правда, это
истощение почвы производится разными растениями в разных направлениях:
одни из растений (например, горох) берут преимущественно известь, другие
(корнеплоды) – преимущественно калий, третьи (хлеба) – преимущественно
кремнекислоту. Значит чередование культур полезно, но этим чередованием
культур мы можем только замедлить полное истощение почвы, а отнюдь не
обогатить ее. Истощение почвы рано или поздно наступит, если мы не будем
регулярно возвращать почве тех минеральных солей, которые уносятся из
нее с каждым урожаем (закон возврата)».
На необходимости возврата почве минеральных солей Либих
настаивал с удивительной настойчивостью и подлинным красноречием.
Несоблюдение этого правила он считал даже гибельным историческим
фактором: «Причина возникновения и падения нации лежит в одном и том
29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
же. Расхищение плодородия почвы обусловливает гибель государств и
наций, поддержка плодородия почв – их жизнь, богатство и могущество». В
качестве примера Либих приводил судьбу великих государств древнего мира
– Греции и Рима.
Либих особенно настаивал на возврате в почву тех минеральных
веществ, которых в ней явно недостаточно: внесение всех прочих веществ
будет совершенно бесполезно, пока не будет восполнено содержание в почве
того вещества, которое находится в ней в минимальном и недостаточном
количестве (либиховский закон минимума).
Отмечая значительную роль Либиха в разработке вопроса о
минеральном питании растений, следует указать и на некоторые ошибки,
допущенные им. Слабой стороной его учения была недостаточная
экспериментальная проверка теоретических положений.
К.А. Тимирязев12 следующим
образом
характеризует
работы
Либиха:
«Либих,
своею
красноречивой
проповедью
сделавший, быть может, более чем
кто
другой
для
подъема
рационального земледелия, в своих
чисто
дедуктивных химических
построениях впал в грубую ошибку
по отношению к одному вопросу
громадной важности. Убедившись на
основании химических анализов, что
растение окружено в избытке
источниками азота, он выступил со
своей односторонней минеральной
теорией, утверждая, что главная
забота
хозяина
должна
быть
Климент Аркадьевич Тимирязев
сосредоточена
на
доставлении
растению элементов его золы.
Решить, какие вещества должны быть признаны необходимыми для
растений, одна химия не в силах; ответить на это может только одна
физиология – прямой опыт над растением».
12
Тимирязев Климент Аркадьевич - русский естествоиспытатель, физиолог, физик,
приборостроитель, историк науки, писатель, переводчик, публицист, профессор
Московского университета
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Влияние Либиха на последующее развитие учения о питании растений
было так велико, что даже в настоящее время многие химики не
освободились от некоторых его взглядов на этот предмет.
В 1843 г. Дж. Лооз 13 на основе полевых опытов показал, что для
повышения рожайности возделываемых культур наряду с зольными
элементами должен обязательно быть и азот.
Развитие микробиологических знаний, объяснивших многочисленные
функции микроорганизмов в почве, пролило новый свет не только па
происхождение и состав гумуса, но и на его роль в питании растений. Хотя
некоторые микробиологи еще раньше, в особенности Митчерлих14 в 1850 г. и
Пастер 15 в 1852 - 1860 гг., указывали на важное значение микроорганизмов
как химических агентов при различных процессах в почве (как, например,
при разложении целлюлозы и органических азотистых соединений), но
только Кетте в 1865 г. обратил внимание на то значение, которое имеет гумус
как источник питания не непосредственно, а именно в результате
жизнедеятельности микроорганизмов.
Эйльхард Митчерлих
Луи Пастер
13
Лооз Дж. – основатель Ротамстедской опытной станции, организовал первый завод по
производству суперфосфата
14
15
Мичерлих Эйльхард ( 1794 - 1863) — немецкий химик
Луи Пастер (1822 —1895) — французский микробиолог и химик
31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вслед за этим вскоре последовали исследования Шлезинга и Мюнтца,
Мюнтца и Кудона, Маршала, Бейеринка, Конинга и др., которые показали,
что различные группы микроорганизмов способны обеспечить в процессе
разложения органических веществ почвы постоянное выделение углекислого
газа, аммиака, нитратов, фосфатов, сульфатов и других минеральных
веществ, без которых развитие растений не может происходить.
Синтез учений Ю. Либиха, ЖБ. Бссенго, Дж. Лооза и дргих дал науке
теорию минерального питания растений, используемую и сегодня. Таким
образом, к концу XVIII века осуществлен переход к плодосменной системе
земледелия, к середине XIX века заложены основы теории минерального
питания растений.
Почва представляет собой систему не мертвую, но полную жизни.
Большинство микроорганизмов, живущих в ней, зависит от наличия
растительных и животных остатков и гумуса. Благодаря активности
почвенных микробов вступают в круговорот элементы, наиболее важные для
питания растений, как углерод и азот. Идея о том, что неизменный гумус
составляет источник питания для растений, в настоящее время уже устарела,
и гумус признается как источник питания для растений только через
посредство микроорганизмов.
2.2. Роль гумуса в плодородии почвы
Почвою не вся земля зовется,
Только верхний плодородный слой,
Только в нем, когда пригреет солнце,
Прорастают семена весной.
Но не скоро станет доброй пашней
Влажный перегной листвы опавшей,
Отцветают травы каждый год,
Только долго почвы слой растет...
Ольга Мирко
Гумус - это совокупность органических соединений, находящихся в
почве, но не входящих в состав живых организмов или их остатков,
сохраняющих анатомическое строение. Гумус составляет 85-90 %
органического вещества почвы и является важным критерием при оценке её
плодородности. Гумус составляют индивидуальные (в том числе
специфические) органические соединения, продукты их взаимодействия, а
32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
также органические соединения, находящиеся в форме органо-минеральных
образований.
Огромное многообразие специфических гумусовых веществ делят
условно (по их свойствам) на три большие группы - гуминовые кислоты,
фульвокислоты, гуминовые соединения. По-другому гуминовые соединения
называют по аналогии с солями (от производных кислот): гуматы и
фульваты, подчеркивая тем их происхождение. Но все их можно объединить
- у них сходные свойства, все они соли кислот. Основное отличие
фульвокислот от гуминовых - их резко выраженная кислая реакция (рН 2,6 2,8). При такой реакции фульвокислоты растворяют большинство минералов,
связывая их, и выносят питательные вещества в нижележащие слои, чем
снижают почвенное плодородие для растений; их соли практически не
доступны для растений. Но это частности.
Образование гумуса - очень сложный процесс биологических и
биохимических превращений остатков растительного (а также животного)
происхождения в почве, главным образом в третьем, заключительном слое
листового и травяного опада - гумусовом горизонте.
Таким образом, гумус - это термин, объединяющий огромный
комплекс или группу химических веществ, в состав которых входит как
органическая часть (гуминовые и фульвокислоты), так и неорганическая
составляющая - химические элементы неорганического происхождения, или
проще сказать, минералы (входящие в состав гуматов и фульватов).
Однако, состав гумуса, а по-другому сказать - гуминовых кислот и их
солей, гуматов - будет зависеть в большей степени не от того, какой вид
микробов их "производит" благодаря своей ферментативной деятельности, а
от состава детрита (разлагающихся органических остатков) и той
минеральной части почвы, где эти процессы происходят.
Гуминовые вещества - это основная органическая составляющая
почвы, воды, а также твердых горючих ископаемых. Они образуются при
разложении растительных и животных остатков под действием
микроорганизмов и абиотических факторов среды.
33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В. И. Вернадский16 называл гумус
продуктом коэволюции живого и
неживого планетарного вещества.
Более развернутое определение
уже в 90-х годах XX века дал профессор
кафедры химии почв МГУ Д. С. Орлов:
«Гуминовые вещества - это более или
менее темноокрашенные азотсодержащие высокомолекулярные соединения,
преимущественно кислотной природы».
Из этого следует только один
вывод: вплоть до сегодняшнего дня
определение гуминовых веществ имело Владимир Иванович Вернадский
скорее философский, чем химический
смысл.
Причины кроются в специфике образования и строения этих
соединений. Гуминовые и фульвокислоты, объединяемые под названием
гумусовые кислоты, нередко составляют значительную долю органического
вещества природных вод и представляют собой сложные смеси
биохимически устойчивых высокомолекулярных соединений.
Главным источником поступления гумусовых кислот в природные
воды являются почвы и торфяники, из которых они вымываются дождевыми
и болотными водами. Значительная часть гумусовых кислот вносится в
водоемы вместе с пылью и образуется непосредственно в водоеме в процессе
трансформации "живого органического вещества".
Наличие в структуре фульво- и гуминовых кислот карбоксильных и
фенолгидроксильных групп, аминогрупп способствует образованию прочных
комплексных соединений гумусовых кислот с металлами. Некоторая часть
гумусовых кислот находится в виде малодиссоциированных солей - гуматов
и фульватов. В кислых водах возможно существование свободных форм
гуминовых и фульвокислот.
Гуминовые кислоты содержат циклические структуры и различные
функциональные группы (гидроксильные, карбонильные, карбоксильные,
аминогруппы и др.). Молекулярная масса их колеблется в широком
интервале (от 500 до 200 000 и более). Относительная молекулярная масса
условно принимается равной 1300-1500.
16
Вернадский Владимир Иванович (1863-1945) — русский
естествоиспытатель, мыслитель и общественный деятель XX века.
и
советский
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Фульвокислоты являются частью гумусовых кислот, не
осаждающихся при нейтрализации из раствора органических веществ,
извлеченных из торфов и бурых углей обработкой щелочью. Фульвокислоты
представляют соединения типа оксикарбоновых кислот с меньшим
относительным содержанием углерода и более выраженными кислотными
свойствами. Хорошая растворимость фульвокислот по сравнению с
гуминовыми кислотами является причиной их более высоких концентраций и
распространения в поверхностных водах. Содержание фульвокислот, как
правило, превышает содержание гуминовых кислот в 10 раз и более.
Растительный опад, продукты метаболизма и останки животных
становятся пищей для разнообразных организмов, обитающих в почве.
Одна часть отмершей биоты (50-75%) минерализуется, а другая (2550%) подвергается биохимическим ферментативным процессам разложения
и окисления - гумифицируется. В ходе гумификации происходит синтез
сложных органических соединений, в почве накапливается гумус,
«природное тело, образующееся в природе везде, где только растительные и
животные останки подвергаются разложению». В гумусе доминируют
вещества кислотной природы - гумусовые кислоты. В среднем на каждый
квадратный километр поверхности суши ежегодно поступает 33-168 т
гумусовых кислот .
Со временем гумусовые вещества преобразуются, окисляясь, в
конечном итоге, до углекислого газа и воды. Вместе с тем это процесс весьма
длительный, вещества гумусовой природы демонстрируют высокую
устойчивость к биохимической и термической деструкции. Гумусовые
вещества в растворах не претерпевают заметных изменений в течение
нескольких лет, а микроорганизмам требуется больше месяца, чтобы
уменьшить вдвое их концентрацию.
Как результат, они способны довольно долго сохраняться и
накапливаться в естественных условиях. Так, данные радиоуглеродного
анализа, свидетельствуют, что возраст гумусовых кислот в почвах колеблется
от 500 до 5000 лет, а во взвесях речных осадков - от 1500 до 6500 лет, а их
доля в органическом веществе почв и поверхностных вод составляет 60-90%.
Важно отметить, что путь преобразования отмершей биоты минерализация или гумификация - зависит преимущественно от почвенноклиматических условий. В теплом и влажном климате процессы окисления
происходят очень быстро и почти весь растительный опад минерализуется, а
гумус в почве не накапливается. В холодном климате трансформация опада
замедлена, да и количество его невелико, и содержание гумуса в почве мало.
35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Оптимальные условия для гумификации и сохранения гумусовых веществ в
почвах - умеренный климат без переувлажнения.
Гумификация - процесс, который происходит всюду, где есть
органические остатки и микроорганизмы; ежегодная продукция гумусовых
кислот достигает миллиардов тонн; гумусовые кислоты в высоких
концентрациях присутствуют в природных водах и почвах.
Роль гумусовых кислот определяется особенностями их химического
строения. В результате гумификации в молекулах гумусовых кислот
появляются группировки, обладающие свойствами слабых кислот. Эти
группы диссоциируют, давая ионы водорода и отрицательно заряженные
ионы (анионы). Анионы же, реагируя с положительно заряженными ионами
металлов, образуют особый тип веществ - координационные соединения
(комплексы), причем комплексы большинства металлов с гумусовыми
кислотами отличаются высокой прочностью.
В присутствии гумусовых кислот концентрация ионов металлов,
существующих в виде комплексов, намного превышает концентрацию
свободных ионов, и без учета комплексообразующей роли гумусовых кислот
невозможно понять процессы, происходящие в природных системах.
В процессах комплексообразования проявляется противоположная
геохимическая роль различных фракций гумусовых кислот.
Образование гуминовых веществ, или гумификация, - это второй по
масштабности процесс превращения органического вещества после
фотосинтеза. В результате фотосинтеза ежегодно связывается около 50·109 т
атмосферного углерода, а при отмирании живых организмов на земной
поверхности оказывается около 40·109 т углерода. Часть отмерших остатков
минерализуется до СO 2 и Н2O, остальное превращается в гуминовые
вещества. По разным источникам, ежегодно в процесс гумификации
вовлекается 0,6-2,5·109 т углерода.
В отличие от синтеза в живом организме, образование гуминовых
веществ не направляется генетическим кодом, а идет по принципу
естественного отбора - остаются самые устойчивые к биоразложению
структуры. В результате получается стохастическая, вероятностная смесь
молекул, в которой ни одно из соединений не тождественно другому. Таким
образом, гуминовые вещества - это очень сложная смесь природных
соединений, не существующая в живых организмах.
36
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
История изучения гуминовых веществ насчитывает уже более двухсот
лет. Впервые их выделил из торфа и описал немецкий химик Ф. Ахард 17 в
1786 году. Немецкие исследователи разработали первые схемы выделения и
классификации, а также ввели и сам термин - «гуминовые вещества»
(производное от латинского humus - «земля» или «почва»).
В исследование химических
свойств этих соединений в середине
XIX века большой вклад внес
шведский химик Я. Берцелиус и его
ученики, а позже ученые-почвоведы
и углехимики: М. А. Кононова, Л. А.
Христева, Л. Н. Александрова, Д. С.
Орлов, Т. А. Кухаренко и другие.
Фундаментальные
свойства
гуминовых
веществ
это
нестехиометричность
состава,
нерегулярность
строения,
гетерогенность
структурных
Ахард Франц Карл
элементов и полидисперсность..
К гуминовым веществам невозможно применить традиционный
способ численного описания строения органических соединений определить количество атомов в молекуле, число и типы связей между ними.
В какие-то моменты ученым, наверное, казалось, что работать с этими
веществами совсем невозможно - они как «черный ящик», в котором все
происходит непредсказуемо и каждый раз по-иному.
Чтобы хоть как-то упростить систему, исследователи предложили
способ классификации гуминовых веществ, основанный на их растворимости
в кислотах и щелочах. Согласно этой классификации, гуминовые вещества
подразделяют на три составляющие: гумин - неизвлекаемый остаток, не
растворимый ни в щелочах, ни в кислотах; гуминовые кислоты - фракция,
растворимая в щелочах и нерастворимая в кислотах (при рН < 2);
фульвокислоты - фракция, растворимая и в щелочах, и в кислотах.
Гуминовые и фульвокислоты, взятые вместе, называют «гумусовыми
кислотами». Это наиболее подвижная и реакционноспособная компонента
17
Ахард Франц Карл (1753—1821) — немецкий (прусский) физик, химик, биолог и
технолог
37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
гуминовых веществ, активно участвующая в природных химических
процессах.
По мере погружения в «молекулярный хаос» гуминовых веществ
химикам открылось то, что уже давно было известно почвоведам, -- хаос
только кажущийся. Так, например, диапазон вариаций атомных отношений
основных составляющих элементов (C, H, O и N) не столь уж широк. При
этом он отчетливо зависит от источника происхождения гуминовых веществ.
Максимальное
содержание
кислорода
и
кислородсодержащих
функциональных групп наблюдается в веществах, полученных из воды, и
дальше их содержание снижается в ряду: «вода-почва-торф-уголь». В
обратной последовательности увеличивается содержание ароматического
углерода.
Выяснилась еще одна закономерность. У всех гуминовых веществ (не
важно, какого происхождения) единый принцип строения. У них есть
каркасная часть - ароматический углеродный скелет, замещенный
функциональными
группами.
Среди
заместителей
преобладают
карбоксильные, гидроксильные, метоксильные и алкильные группы. Помимо
каркасной части, у гуминовых веществ есть и периферическая, обогащенная
полисахаридными и полипептидными фрагментами.
Важная характеристика вещества - его химические свойства, то есть
способность вступать в реакции с другими соединениями. Спектр реакций, в
которые могут вступать гуминовые вещества, очень широк, особенно это
касается их наиболее реакционноспособной части - гумусовых кислот.
Благодаря карбоксильным, гидроксильным, карбонильным группам и
ароматическим фрагментам гумусовые кислоты вступают в ионные,
донорно-акцепторные и гидрофобные взаимодействия. Гуминовые вещества
способны связывать различные классы экотоксикантов, образуя комплексы с
металлами и соединения с различными классами органических веществ. Тем
самым они выполняют функцию своеобразных посредников, смягчающих
действие загрязнений на живые организмы.
На рисунках 10 и 11 показаны схема разделения органических
веществ почвы и фрагмент структуры одной из гуминовых кислот.
38
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 10 - Номенклатурная схема разделения органических веществ почвы
Рисунок 11 - Фрагмент структуры одной из гуминовых кислот
(Кляйнхемпель, «Химия и жизнь»,1970)
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
По химической структуре гуминовые вещества - высокомолекулярные
(молекулярная масса 1300-1500) конденсированные ароматические
соединения, в которых установлено наличие фенольных гидроксилов,
карбоксильных, карбонильных и ацетогрупп, простых эфирных связей и др.
Состав природных ГВ весьма нестабилен. Важнейшая особенность ГВ
- их разнообразие в природе, о чем можно судить не только по элементному
составу, но и по набору функциональных групп и другим свойствам.
Любые ГВ содержат большой набор функциональных групп, они
полифункциональны. Их молекулы содержат карбоксильные группы -СООН,
фенольные -ОН, хинонные =С=О, аминогруппы -NH2 и др. Их количество,
во-первых, велико, во-вторых, они распределены неравномерно по
молекулам различного размера, и даже молекулы одного размера могут
различаться по содержанию функциональных групп. Более того, молекулы
ГВ различаются по количеству входящих в их состав остатков аминокислот,
по количеству углеводных остатков и характеру их расположения.
Содержание функциональных групп, выраженное в ММ колеблется в
гуминовых кислотах в следующих пределах: -СООН - 1500-5700, кислые -ОН
- 2100-5700, слабокислые и спиртовые -ОН - 200-4900, хиноидные -С=О 100-5600, кетонные -С=О - около 1700, -ОСН3 - 300-800. Кроме того,
большую роль играют группы -NН2 .
Чтобы составить ясное представление о построении молекул ГВ,
необходимо определить, из каких фрагментов они построены и что лежит в
их основе. Для этого прибегают к дроблению больших молекул на составные
части, что возможно двумя способами:
1) относительно мягкий - гидролиз растворами кислот или щелочей;
2) жесткий - окисление ГВ растворами марганцевокислого калия или
окисью меди.
При гидролизе в раствор переходят, отделившись от молекулы ГВ,
низкомолекулярные фрагменты, аминосахара и моносахариды. Аминокислот
бывает от 17 до 22, все они альфа-аминокислоты, те же, что есть в растениях,
бактериальной плазме, причем примерно в тех же соотношениях.
Точных молекулярных формул для любых ГВ не существует, все
предложенные варианты имеют характер схем, они гипотетичны, поскольку
учитывают только состав соединений и некоторые их свойства, тогда как
расположение атомов и атомных групп остается при этом неизвестным.
Несмотря на это, попыток составления молекулярных формул ГВ в истории
науки было немало: сейчас насчитывается не один десяток таких формул,
часть которых имеет только характер блок-схем, а часть отражает более или
менее реально состав и свойства гуминовых кислот. Негативные результаты
40
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
при попытках составления структурных формул ГВ объясняются тем, что
последние не образуют кристаллов, имеют переменный состав и
полидисперсны даже в наиболее однородных препаратах. Получить
мономолекулярные фракции ГВ пока не удалось. Поэтому к ним оказались
неприменимыми те методы и приемы, которые обычно используют для
создания формул природных и высокомолекулярных биоорганических
молекул.
Гуминовые вещества есть почти повсюду в природе. Их содержание в
морских водах 0,1-3 мг/л, в речных - 20 мг/л, а в болотах - до 200 мг/л. В
почвах гуминовых веществ 1-12%, при этом больше всего их в черноземах.
Лидеры по содержанию этих соединений - органогенные породы, к которым
относятся уголь, торф, сапропель, горючие сланцы.
Наличие гумуса свидетельствует о том, насколько почва живая. Чем
больше гумуса, тем лучше водный, воздушный и тепловой режимы
плодородного слоя земли, тем насыщеннее этот слой основными элементами
питания, тем активнее идет в нем процесс создания живого из неживого.
В почвообразовании перегной или гумус накапливается в результате
разложения остатков растений и животных. Растительные остатки так же
формируют механическую структуру, придают почвам рыхлость и лёгкость,
влагоёмкость.
2.3.Гумусообразование
Гумус есть продукт живого
вещества и его источник.
А. Тэер
Поступающие в почву органические остатки подвергаются различным
биохимическим и физико-химическим превращениям, в результате которых
большая часть органического вещества окисляется до конечных продуктов,
преимущественно СО 2, Н2О и простых солей (минерализация), а меньшая,
пройдя сложные превращения, называемые в совокупности гумификацией,
включается в состав специфических гумусовых веществ почвы. В самом
общем виде понятие гумификации может быть определено как совокупность
биохимических и физико-химических процессов, итогом которых является
превращение органических веществ индивидуальной природы в
специфические гумусовые вещества, характеризуемые некоторыми общими
свойствами и чертами строения. Эти общие свойства перечислены выше при
определении понятия «гумусовые вещества». При таком определении
41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
понятия «гумификация» и «гумусообразование» имеют одинаковый смысл.
Понятие «гумификация» рассматривается некоторыми исследователями
более широко, включая в него не только процессы образования гумусовых
веществ, но и их дальнейшую трансформацию и деградацию до полной
минерализации. Биохимия трансформации различных компонентов
растительных остатков при гумусообразовании изучена недостаточно,
поэтому существующие схемы этого процесса носят гипотетический
характер. Превращение растительных веществ в почве и образование гумуса
представлено на рисунке 12.
Рисунок 12 - Превращение растительных веществ в почве и образование
гумуса
Конденсационную
(полимеризационную)
концепцию
гумусообразования разрабатывали в разные годы А. Г. Трусов, М. М.
Кононова, В. Фляйг. М. М. Кононова следующим образом формулирует
основные положения, составляющие сущность процесса гумификации:
1) процесс гумификации растительных остатков сопровождается
минерализацией входящих в них компонентов до СО2, Н2О, NH3 и других
продуктов;
42
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2) все компонены растительных тканей могут быть первоисточниками
структурных единиц в формах продуктов распада, продуктов микробного
метаболизма и продуктов распада и ресинтеза;
3) ответственным звеном процесса формирования гумусовых веществ
является конденсация структурных единиц, которая происходит путем
окисления фенолов ферментами типа фенолоксидаз, через семихиноны до
хинонов и взаимодействия последних с аминокислотами и пептидами;
4) заключительное звено формирования гумусовых веществ —
поликонденсация (полимеризация) является химическим процессом. При
гумификации органических остатков отдельные звенья процесса тесно
скоординированы и могут протекать одновременно.
Таким образом, согласно изложенным представлениям, собственно
процесс гумификации начинается с простых мономеров — продуктов
распада биологических макромолекул или метаболитов почвенных
микроорганизмов. Как М. М. Кононова, так и В. Фляйг допускали
возможность участия в реакциях конденсации наряду с мономерами и
высокомолекулярных фрагментов лигнина, белков и др. Согласно
конденсационной концепции гумусообразования, фульвокислоты являются
предшественниками гуминовых кислот.
Концепция биохимического окисления предложена в 30-х годах И. В.
Тюриным18 и развивалась в работах Л. Н. Александровой, согласно которой
гумификация — сложный био-физико-химический процесс превращения высокомолекулярных промежуточных продуктов разложения органических
остатков в особый класс органических соединений — гумусовые кислоты.
Ведущее значение в процессе гумификации имеют реакции медленного
биохимического окисления, в результате которых образуется система высо комолекулярных органических кислот. Гумификация — длительный процесс,
в течение которого происходит постепенная ароматизация молекул
гуминовых кислот не за счет конденсации, а путем частичного отщепления
наименее устойчивой части макромолекулы новообразованных гуминовых
кислот. Молекулярная масса новообразованных гуминовых кислот выше, чем
гуминовых кислот почвы (чернозема), а элементный состав колеблется в
зависимости от химического состава растительных остатков, подвергающихся гумификации.
Биологические концепции гумусообразования предполагают, что
гумусовые вещества — продукты синтеза различных микроорганизмов.
18
Тюрин И.В. (1949-1962 гг.) – советский почвовед, член-корреспондент ВАСХНИЛ
43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Данная точка зрения была
высказана В. Р. Вильямсом19,
который объяснял качественную неоднородность гумусовых веществ
почв участием в их образовании
различных групп микроорганизмов
— аэробных и анаэробных бактерий,
грибов и рассматривал различные
группы гумусовых веществ как
экзоэнзимы
разных
групп
микроорганизмов. В последующих
исследованиях
экспериментально
была показана возможность синтеза
темноокра-шенных гумусоподобных
Василий Робертович Вильямс
соединений различными группами
микроорганизмов.
По мнению Д. С. Орлова, в почвах могут иметь место процессы
гумусообразования, идущие как по конденсационному пути, так и по пути
биохимического окисления. При этом в почвах черноземного типа с
повышенной биологической активностью преобладает конденсационный
путь с глубоким распадом исходного органического материала. В почвах
дерново-подзолистого типа с пониженной биологической активностью
глубокого распада органических остатков, вероятно, не происходит. Крупные
фрагменты
лигнина,
белков,
полисахаридов,
пигментов
путем
карбоксилирования и деметоксилирования постепенно трансформируются в
гумусовые вещества. Но и в этом случае нет основания полностью отрицать
участие мономеров, которые вступают в реакцию конденсации или обмена с
гумусовыми и прогумусовыми кислотами на разных этапах процесса
гумификации. Накопление в почвах специфических гумусовых соединений
является результатом, по выражению
Все перечисленные взгляды на образование гумусовых веществ
рассматривают гумификацию от исходных веществ до формирования зрелой
системы гумусовых соединений. Между тем, как показали эксперименты с
меченными 14С растительными остатками, в современных нормально
19
Вильямс Василий Робертович (1863 —1939) — русский и советский почвовед-агроном,
академик АН СССР (1931), АН БССР (1929), ВАСХНИЛ (1935). Один из
основоположников агрономического почвоведения.
44
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
функционирующих
почвах,
гумусовый
профиль
которых
уже
сформировался, включение продуктов разложения свежих растительных
остатков в состав гумусовых веществ наряду с образованием новых молекул
специфических соединений происходит в значительной мере по типу,
названному фрагментарным обновлением гумуса. Его суть состоит в том, что
продукты разложения не формируют целиком новую гумусовую молекулу, а
включаются за счет конденсации сначала в периферические фрагменты уже
сформированных молекул, а затем, после частичной минерализации,
образуют более устойчивые циклические структуры. Таким образом,
атомный и фрагментарный состав почвенного гумуса постоянно обновляется
за счет новых поступлений органического материала. На рисунках 13 и 14
отображены основные пути гумусообразования.
Рисунок 13 - Основные пути образования гумусовых веществ
45
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 14 – Система органических веществ в почве
Гумус осуществляет в почве тройную функцию:
• Гумус - основной накопитель питательных веществ в почве. В нем
содержится 95-99% всех запасов азота почвы, 60% фосфора, до 80% серы,
значительная часть микроэлементов. Питательные вещества в гумусе
находятся в недоступной для растений форме. Только после его разложения
микроорганизмами питательные вещества переходят в доступную форму. В
составе гумуса входит гуминовая кислота - физиологически активное
вещество, которое стимулирует развитие корневой системы. Гумус почвы,
взаимодействуя с ее минеральной частью, способствует переводу
питательных веществ в доступную для растений форму. При разложении
гумуса из почвы выделяется углекислота, которая является источником
воздушного питания растений.
• Гумус способствует созданию водопрочной структуры почв
(склеивая мелкие пылеватые частицы в водопрочные комочки). Чем больше
гумуса в почве, тем прочнее ее структура. Структурность - ценное свойство
почвы. Хорошая структура обеспечивает достаточное содержание в почве
воды, воздуха, благоприятный температурный режим, тем самым создаются
необходимые условия для хорошего роста и развития корней и растения в
целом.
46
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
• От содержания гумуса зависит важнейшее свойство почвы - ее
поглотительная способность. Чем она выше, тем почва плодороднее и лучше
удерживает
питательные
вещества.
Наибольшей
поглотительной
способностью обладают гумусированные почвы с высоким содержанием
органического вещества. Гумус создает в почве благоприятные условия для
развития и деятельности полезных микроорганизмов, способствующих
переводу питательных веществ в доступную для растений форму.
Накопление гумуса зависит от типа почвы, количества поступающих в
почву растительных остатков и внесенных органических удобрений.
Органические удобрения - основной источник пополнения гумуса. К
органическим удобрениям относятся: навоз, перегной, сапропель, продукты
жизнедеятельности человека, разнообразные компосты, птичий помет,
листовая и дерновая земля, биогумус и др. Они содержат все необходимые
растениям элементы питания. Органические удобрения способны либо
обогащать почву гумусом.
2.4. Современные представления о генезисе гумуса и его разложение
Опыт учит, что растительные и
животные вещества могут служить
в качестве удобрения лишь
после того, как они начали бродить.
Сенебье
Сугубо практическая задача сохранения и приумножения плодородия
почвы неразрывно связана с четкими представлениями о молекулярной
структуре, генезисе и сезонной динамике гумуса – основного носителя
плодородия почв. Однако в общепринятой науке о гумусе на сегодняшний
день таких четких представлений нет.
Первоначально сформулируем общие положения, лежащие в основе
представлений о генезисе гумуса. Еще М. В. Ломоносов 20 высказал вполне
здравую мысль о том, что “гумус происходит от согнития растений”. Это
“согнитие” можно представить такой последовательностью природных
явлений, которое отображено на рисунке 15.
Большинство авторов в настоящее время
особо важную роль в генезисе гумуса отводят
Михаил Васильевич Ломоносов (1711, деревня Мишанинская - 1765, Санкт-Петербург)
- первый русский учёный-естествоиспытатель мирового значения, энциклопедист, химик
и физик
20
47
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
лигнину и продуктам его распада. Лигнин –
пространственно упорядоченный природный
биополимер, в состав которого входят структуры
фенилпропанового строения как условные
мономеры. Около 1/3 структурных звеньев
лигнина связаны эфирными связями (-С-О-С-), а
2/3 – углерод-углеродными (-С-С-). Этим
объясняется высокая устойчивость лигнина к
химическому и биологическому воздействиям.
Михаил Васильевич
Ломоносов
РАСТЕНИЕ
Распад
биополимеров
Окисление и
рекомбинац
ия
фрагментов
Поликонденсация
фрагментов
Окислительная
минерализация
фрагментов
Рисунок 15 – Последовательность природных явлений
Сам гумус претерпевает разложение, что значительно удлиняет сроки
его накопления, и схема обретает вид, представленный на рисунке 16.
Растит.
остатки
Распад
биополим
.
Рекомбинация
фрагмент.
ГУМУС
минерализация
Рисунок 16 – Разложение и накопление гумуса
В то же время, лигнин, будучи полифенолом, несет на своей
поверхности большое число активных –ОН групп и представляет собой
квазидвумерный полиэлектролит. Обилие активных групп определяет
высокую буферную емкость (подобно ионообменным смолам), которая в
соответствие с принципом Ле Шателье-Брауна противостоит всяким
химическим воздействиям. А что касается биологических воздействий, то
48
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
образующийся в результате распада фенол, эффективно подавляет
жизнедеятельность микрофлоры.
Особо стоит вопрос об образовании конденсированных
гетероциклических соединений, присутствующих в гумусе. Фляйг, Чудаков,
Орлов и Денисова выдвинули различные гипотезы о возможных химических
путях их образования из лигнина, однако экспериментальные результаты,
приводимые в качестве доводов, были получены в условиях, которые в
природе не реализуются, и потому убедительность этих гипотез можно легко
оспорить. С другой стороны, И. В. Александрова рассматривает этот процесс
как биохимический и ферментативный при участии фенолоксидазы. Этот
процесс, по-видимому, осуществляется на стадии рекомбинации фрагментов.
Какими бы путями не шел процесс трансформации лигнина, именно этот
природный биополимер, в силу своей высокой устойчивости, составляет
основу гумуса. При длительном пребывании в почве растительных остатков
доля лигнина, включенного в гуминовые кислоты, увеличивается в 10 раз.
Поскольку
стебли
растений
сформированы
сополимером
“полисахарид + лигнин” с течением процесса разложения полисахариды
деструктируются, распадаясь под действием ферментов на моно и
дисахариды, последние легко усваиваются почвенной микрофлорой, то в
структуре лигнина образуются клатратные полости, несущие на своей
поверхности значительный отрицательный заряд. В эти полости легко входят
комплексы с нейтральными лигандами типа Fe(NH3)63+, Ca(NH3)62+, … Сами
по себе эти комплексы крайне неустойчивы, но в клатратных структурах они
стабилизируются и образуют связь с лигнином либо непосредственно (при
малых размерах клатратных полостей), либо через поляризованную
конституционную воду. Таким образом, формируется емкое депо влаги и
питательных элементов во многом подобное природному гумусу. Именно эти
соображения легли в основу разработки технологии производства
искусственного гумуса из лигнина.
Гумус:
- аккумулирует солнечную энергию;
- служит депо питательных веществ;
- катализирует межфазовые реакции, насыщающие раствор ионами;
- депрессирует испарение влаги;
- формирует структуру почвы;
- способствует переносу питательных веществ через биологические
мембраны, стимулируя рост и развитие растений;
- катализирует процесс гумусообразования, вовлекая в него продукты
метаболизма растений и продукты их распада;
49
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- регулирует процесс синтеза белка в растениях;
- регулирует развитие и сохранность почвенной микрофлоры;
- фиксирует атмосферный азот.
В литературе иногда под гумификацией понимается общий процесс
трансформации, или процесс деструкции, поэтому необходимо точно
определиться с терминологией.
1. Трансформация – общий процесс, включающий в себя
биодеструкцию
(разложение),
рекомбинацию, синтез гумуса и
минерализацию.
2. Гумификация – чисто химический процесс формирования
макромолекул гумуса из фрагментов природных биополимеров и продуктов
их рекомбинации.
3. Минерализация – биохимический и/или химический процесс
сходный с горением. В результате получаются СО 2 и Н2О, а также вторичные
минералы, главным образом, окислы и гидроксиды.
4. Деструкция – биохимический процесс распада природных
биополимеров, как то белков, полисахаридов, лигнина и т.п.
5. Рекомбинация – биохимическая (ферментативная) реакция
взаимодействия осколков между собой. В частности, между аминокислотами
и полисахаридами или полифенолами с образованием меланинов и
меланоидинов.
Многими исследователями отмечено, что чем выше технология
обработки почв, чем выше дозы вносимых минеральных удобрений, тем
выше скорость распада гумуса. Наблюдения за состоянием отечественных
черноземов за 100 лет достоверно установили скачек значения константы
скорости распада (увеличение в два раза) в 60-е годы нашего столетия, когда
началась интенсивная механизация и химизация сельского хозяйства. Таким
образом, потери гумуса в 3% в год носят глобальный характер, и эта потеря
потенциала плодородия почв не может не вызвать тревоги. Только создание
крупнотоннажной индустрии производства искусственного гумуса способно
остановить опасное сползание уровня содержания гумуса в почве к
критическому значению, ниже которого уже никакие дозы минеральных и
органических удобрений не способны обеспечить получение приемлемого
урожая.
Кинетики процесса гумусообразования в полном виде в науке о
гумусе на сегодня нет. В силу этого ее надо создавать, и при этом опыт
предыдущих исследователей здесь не может оказать существенной помощи.
Кинетику процесса гумификации исследователи отражают в интегральном
виде, не углубляясь в элементарные биохимические и химические реакции,
50
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
которым нет числа и в которых безнадежно увязнут любые теоретические
построения. Например, упрощенная до предела схему процесса
трансформации выглядит следующим образом (рисунок 17).
Продукты минерализации
Растительные остатки
Гумусовые вещества
Рисунок 17 – Упрощенная схема процесса трансформации
В этой схеме самым медленным процессом будет процесс
биодеструкции, который и определяет всю скорость суммарного процес са.
Биохимический процесс контролируется скоростью роста микрофлоры,
разрушающей исходный субстрат. Таким образом, гумус образуется в
результате бездиффузионной надбарьерной свободно-радикальной реакции
из рекомбинированных фрагментов природных биополимеров. Гумус
является структурно индивидуальным веществом, а все многообразие его
фракционного состава объясняется одновременным существованием в почве
как гумуса, так и продуктов его распада и синтеза. Скорость процесса
трансформации и выход гумуса в результате этого процесса полностью
определяется скоростью минерализации, и чем выше эта скорость, тем
меньше образуется гумуса, что все попытки построения промышленных
технологий на базе процессов компостирования недейственны.
2.5.Органические удобрения как источник гумуса в почве
Как бы ни было велико производство
минеральных удобрений в стране,
навоз никогда не потеряет своего
значения как одно из главнейших
удобрений в сельском хозяйстве
Д.Н. Прянишников (1965)
Современная практика создания различных органо-минеральных
удобрений (ОМУ) базируется прежде всего на NPK –показателе, который
доводится до соответствующего уровня введением в органическую массу
минеральных добавок, содержащих эти компоненты. Для построения такой
теоретической базы необходимо следующее.
51
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1. ОМУ
должны
естественным образом входить в
экологическую систему, не нарушая сложившихся природных
циклов. При этом потенциал плодородия почв должен
возрастать, иначе говоря, баланс гумуса в почве должен иметь
ежегодное положительное сальдо.
2. ОМУ должны быть структурно и функционально близкими к
природному гумусу.
3. ОМУ должны содержать весь ансамбль питательных веществ
и микроэлементов в количествах, необходимых для
обеспечения высокой продуктивности сельскохозяйственных
культур.
Одним из видов органических удобрений является навоз и его
производные, например, животноводческие стоки.
Навоз - испытанный веками ценный вид органических удобрений. Он
содержит все необходимые растениям питательные вещества. Особенно
ценен навоз тем, что он действует в течение нескольких лет после того, как
его заложили в почву. Это связано с тем, что в свежем навозе лишь
небольшая часть питательных веществ сразу усваивается растениями.
Большая же их часть становится доступной растениям только после
разложения - в течение 5-6 лет и даже дольше, то есть навоз - органическое
удобрение длительного действия на плодородие почв.
Количество навоза, накапливающегося в хозяйстве, зависит от
поголовья животных, количества подстилки, скормленных кормов. Качество
навоза, его химический состав зависят от типа кормов, рациона, вида
животных, количества и вида подстилки, способа хранения и других условий.
Например, при откорме животных с большим количеством в рационе
концентратов навоз отличается более высоким содержанием питательных
веществ для растений по сравнению с навозом от животных, получающих
значительное количество силоса, корнеплодов и грубых кормов с большим
количеством клетчатки. Из потребляемого корма в навоз переходит около
40% органического вещества, 50 - азота, 80 - фосфора и 25% калия.
По содержанию воды навоз делят на горячий (конский и овечий) и
холодный (от крупного рогатого скота и свиней). Качество навоза зависит от
химического состава и поглотительной способности подстилки, которая
создает лучшие условия для жизнедеятельности микроорганизмов и
разложения кала. Особенно важное значение имеет способность подстилки
поглощать жидкости и газы. В значительной степени качество навоза
определяется содержанием в подстилке азота и зольных веществ.
52
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Качество навоза зависит и от способа его хранения. Разложение
навоза происходит под действием микроорганизмов (бактерий, грибов,
простейших). Под действием уреазы, вырабатываемой уробактериями,
мочевина очень быстро превращается в углекислый аммоний: CO(NH2)2 +
2Н2О = (NH4)2CO3. Последний быстро распадается: (NH4)2CO3 = 2NH3 + СО2
+ Н2О.
Азотистые соединения мочи при разложении превращаются в
газообразный аммиак, представляющий главный источник потерь азота в
навозе. Часть азота иммобилизуется микрофлорой почвы. Чем более
соломистый навоз, чем больше в нем легкоразлагающихся безазотистых
веществ и клетчатки, тем больше количество азота будет закреплено в
белковую форму тела бактерий. К легко разлагающимся безазотистым
соединениям относятся сахара, крахмал, органические кислоты, количество
их в навозе зависит от корма и вида животных. Органические безазотистые
вещества разлагаются на воздухе при температуре 50-70°, в этом случае
клетчатка распадается: С 6Н1005 + Н2О + 6О2 = 6СО2 + 6Н2О.
При анаэробном разложении клетчатки получается углекислый газ и
метан: С6Н10О5 + Н2О = ЗСО2 + ЗСН4.
Клетчатки в навозе содержится 30-36% в пересчете на сухое вещество
и пентозанов - 14-16%, которые при хранении навоза значительно
разрушаются. При рыхлом хранении навоза клетчатка разрушается
наполовину, а при плотном - незначительно. При разложении навоза
образуются также масляная, уксусная и другие кислоты. Скорость
разложения органических веществ в навозе зависит от влажности, доступа
кислорода воздуха и химического состава навоза. Чем больше навоз
содержит легкоразлагающихся органических веществ, тем быстрее в нем
протекают процессы брожения.
Нитраты и нитриты в обычных условиях в навозе не образуются, так
как бактерии-нитрификаторы чувствительны к высокой температуре. Кроме
того, они развиваются в аэробных условиях, которые отсутствуют в средних
и нижних слоях навоза. Неблагоприятно на эти бактерии действует и высокая
концентрация аммиака в навозе, а также большое количество растворимых
органических соединений.
В процессе хранения происходит разложение навоза. В зависимости
от сроков хранения, условий, степени разложения органических компонентов
навоза он приобретает соответствующий внешний вид и консистенцию.
По срокам хранения различают четыре стадии разложения навоза,
приготовленного на соломенной подстилке: свежий, полуперепревший,
перепревший и перегной.
53
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Свежий, слаборазложившийся навоз - солома незначительно изменяет
цвет и прочность.
Полуперепревший навоз - солома приобретает темно-коричневый
цвет, теряет прочность и легко разрывается. В этой стадии разложения навоз
теряет 10-30% первоначального веса и такое же количество сухого
органического вещества.
Перепревший навоз представляет собой однородную массу. Солома
разлагается настолько, что нельзя обнаружить отдельные соломины. При
такой степени разложения навоз теряет около 50% веса и сухого
органического вещества.
Перегной — рыхлая темная масса. В этой стадии разложения навоз
теряет до 75% веса и сухого органического вещества.
Для получения навоза хорошего качества его надо правильно хранить.
Существуют рыхлый, или горячий, способ хранения (когда навоз не
уплотняется), горячепрессованный - способ Кранца (когда навоз рыхлой
укладки после разогревания до 50 - 60° С уплотняется), и холодный, или
плотный, способ хранения (когда удаленный из животноводческого
помещения навоз сразу уплотняется). Плотный, или холодный, способ
хранения навоза является лучшим с точки зрения сохранения в нем
питательных веществ. В этом случае сохраняется довольно постоянная
температура – 15 - 35° С. Потери азота сравнительно небольшие, так как
навоз все время находится в плотном и влажном состоянии. В такой навоз
доступ воздуха ограничен, а свободные от воды поры заняты углекислотой,
что замедляет микробиологическую деятельность. В условиях высокой
концентрации СО 2 углекислый аммоний почти не распадается на аммиак и
углекислоту. Аммиак связывается также с органическими кислотами и
хорошо сохраняется в навозе. Разложение органического вещества при таком
способе замедлено, и количество навозной жижи, стекающей в
жижеприемники, небольшое. Этот способ хранения навоза требует наличия в
хозяйствах навозохранилищ.
В почве навоз разлагается микроорганизмами, углерод выделяется в
форме СО2, азот органических соединений в процессе аммонификации
превращается в аммоний, который усваивается растениями или
нитрифицируется до нитратов. При повышенной влажности почвы и
недостатке кислорода в щелочной среде могут происходить процесс
денитрификации и образование молекулярного азота N2, который
безвозвратно теряется в атмосферу. При правильной работе с навозом потери
азота в результате деятельности денитрификаторов резко снижаются. Этому
способствует и торф, применяемый в качестве подстилки.
54
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При плотном хранении в навозе содержится значительное количество
аммиачного азота, однако в навозе на соломистой подстилке его бывает
несколько меньше. Содержание белкового азота несколько повышается, что
объясняется связыванием его микроорганизмами в процессе синтеза.
При разложении навоза происходят потери не только азота, но и
фосфора. Это наблюдается главным образом при рыхлом хранении навоза.
При этом количество водорастворимой фосфорной кислоты увеличивается с
7 до 25-30%, а растворимой в 0,05н. НС1 - с 30 до 80-85% от общего
содержания в навозе. Фосфор, входящий в состав органических соединений,
при разложении навоза переходит в минеральную форму. При анаэробном
разложении навоза в почве может образовываться фосфорный водород РН 3 и
происходить частичная потеря фосфора.
Калий в навозе при хранении почти не теряется. Например, при
рыхлом хранении в водорастворимом состоянии его содержалось 85%,
смешанном - 91, плотном - 93% от первоначального содержания его в
исходном навозе. При разложении навоза в почве калий незначительно
потребляется микроорганизмами и остается в соединениях, доступных
растениям, а кальций и магний связываются образующимися в процессе
деятельности микроорганизмов кислотами.
Значительно сократить потери органического вещества и азота при
хранении навоза можно путем добавления к нему 2-3% по массе простого
порошковидного суперфосфата или прокомпостировать его с фосфоритной
мукой, которую берут из расчета 3-5% к массе навоза. В этом случае фосфор
фосфоритной муки частично переходит в форму, доступную для питания
растений, а, следовательно, эффективность навоза повышается. В этом
приеме ее можно использовать не только на кислых дерново-подзолистых
почвах, но и на черноземах. Добавлять фосфоритную муку к навозу лучше
непосредственно на скотном дворе. Для этого рассыпают ее в указанном
количестве, затем навоз вывозят в навозохранилище или прямо в поле и
укладывают в крупные штабеля. Фосфоритная мука тщательно перемешивается с навозом, и получается хороший компост, при хранении
которого значительно сокращаются потери азота.
Лучший способ хранения навоза в навозохранилище и в поле
холодный. Для этого после удаления из животноводческого помещения его
надо укладывать в большие уплотненные штабеля шириной не менее 5—6 м
и высотой в уплотненном состоянии не менее 2,5-3 м. При хранении навоза в
уплотненных штабелях из него меньше теряется азота и органического
вещества, больше накапливается и сохраняется аммиачного азота.
55
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Навозохранилище для хранения навоза размещают в 50 м от скотного
двора; от других помещений и источников питьевой воды - не менее 200 м.
Площадка должна быть ровной, на возвышенном месте, желательно
обнесенной деревьями. Для сбора жижи устраивают колодец на расстоянии
1,5-2 м от навозохранилища. Стенки его выкладывают кирпичом на цементе.
Колодец должен иметь люк с двумя деревянными крышками. Размер
жижесборника зависит от размера навозохранилища. При наличии
инфекционных заболеваний животных или содержании в навозе
карантинных сорняков хранение и использование навоза определяются
указаниями ветеринарной и карантинной служб.
Вывозят навоз в поле зимой, так как в это время более свободен
транспорт. Однако следует вывозить навоз в поле в любое время года, когда
есть возможность. Укладывать навоз нужно большими штабелями (ширина
3-4 м, высота 1,5-2 м). В малых кучах хранить навоз нельзя, так как теряется
до 35-40% азота. Кроме того, он промерзает, а весной промывается талыми
водами, вследствие чего поле удобряется неравномерно и затрудняется
весенняя его обработка. При хранении навоза в поле зимой площадка,
предназначенная для закладки штабеля, должна быть очищена от снега. На
площадку укладывают торф, соломенную резку или другой влагоемкий
материал слоем 20—30 см для поглощения навозной жижи. Сверху навоз
закрывают торфом или соломой. Если навоз после разбрасывания по полю
долго не запахивается и высыхает, то эффективность его сильно снижается
из-за больших потерь аммиачного азота. Поэтому после разбрасывания
навоза требуется немедленная заделка его в почву.
При ограниченном использовании подстилочного материала
получается навоз с влажностью до 85-87%. Накопление смеси твердых и
жидких выделений животных при небольшом количестве подстилки
позволяет полностью механизировать очистку животноводческих
помещений, однако получаемый навоз имеет неблагоприятные для
транспортировки и внесения физические свойства. Потери азота из такого
навоза даже при хранении в закрытых навозохранилищах достигают больших
размеров, и перед его внесением в почву требуется предварительное
компостирование с торфом или землей. На крупных специализированных
фермах и животноводческих комплексах практикуется бесподстилочное
содержание животных, при котором получается бесподстилочный жидкий
навоз — подвижная смесь кала, мочи и технологической воды (попадающей
в навоз при уборке помещения, мытье кормушек, из автопоилок). Такой
навоз обладает текучестью и легко поддайся перекачке по трубам самотеком
и с помощью насосов.
56
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Общий годовой выход (Г) смеси экскрементов при обычной
влажности их около 90% можно определить по формуле:
Г=Свк (1-К)х10,
где Свк — сухое вещество корма, т;
К — средний коэффициент переваримости кормов (для свиней 0,7).
Средний выход бесподстилочного навоза от одной свиньи — 12 л (8л
кала, 2 л мочи и 2 л воды). В производственных условиях за счет
технологических вод выход навоза по сравнению с количеством
экскрементов животных может увеличиваться и в большей cтeпени — на
25%.
В зависимости от содержания воды бесподстилочный навоз называют
полужидким (смесь экскрементов с влажностью до 90%) или жидким
(влажность за счет технологических вод 93%). Смесь экскрементов,
значительно разбавленную водой (влажность более 93%), называют
навозными стоками. На крупных животноводческих комплексах выход
бесподстилочного навоза при самосплаве составляет для комплексов на 100
тыс. свиней — около 100 тыс. т. Использование такого громадного
количества навоза возможно только при полной механизации и
автоматизации всех процессов транспортировки, хранения и применения.
При дальнейшем разбавлении бесподстилочного навоза водой до
95%-ной влажности объем его увеличивается в 2 раза, а до 98%-ной — в 5
раз по сравнению с объемом экскрементов животных, при этом содержание
сухого вещества и питательных веществ в нем соответственно снижается.
Применение системы прямого гидросмыва приводит к разбавлению
навоза водой в 2-3 раза, соответственно возрастает потребность в емкостях
для хранения и транспортных средствах для вывозки и внесения навоза. По
мере разбавления навоза водой утрачивается экономическое преимущество
бесподстилочного содержания животных по сравнению с подстилочным
Разбавление бесподстилочного навоза водой целесообразно лишь
непосредственно перед внесением его с одновременным поливом или
орошением, Неразбавленный жидкий навоз свиней, полученный на крупных
фермах и промышленных комплексах, соответственно содержит (в %):
сухого вещества 10-11,5 и 9,8-10,5; азота 0,40-0,43 и 0,5-0,7; фосфора 0,280,20 и 0,40-0,25; калия 0,45-0,50 и 0,21 — 0,24. При скармливании животным
концентрированных кормов получаемый навоз отличается повышенным
содержанием питательных веществ
В бесподстилочном навозе от 50 до 70% азота находится в
аммонийной форме, хорошо доступной растениям в первый период внесения.
Поэтому коэффициент использования азота бесподстилочного навоза и
57
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
действие его на урожай культур в год внесения выше, чем подстилочного
навоза, а последействие, наоборот, слабее Фосфор и калий навоза
используются растениями не хуже, чем из минеральных удобрений
Бесподстилочный навоз по эффективности не уступает подстилочному,
полученному из такого же количества исходных экскрементов
Бесподстилочный навоз в зависимости от почвенно-климатических и
организационно-хозяйственных условий хранят от 2 до 6 месяцев Для его
хранения необходимы прифермские и полевые хранилища Емкость
прифермских хранилищ закрытого типа должна быть равна 25-40% объема
навоза, накапливаемого в течение 2-3 мес. Остальные 75-60% навоза
хранятся в полевых навозохранилищах, представляющих собой открытые
котлованы с пленочным покрытием дна и откосов, размещаемых в центре
удобряемых массивов. Потери азота в закрытых и открытых хранилищах
примерно одинаковые. При хранении бесподстилочный навоз расслаивается.
Сверху образуется плотный плавающий слой, внизу — осадок, а между ними
— осветленная жидкость. Поэтому для надежной работы насосов,
цистерноразбрасывателей, дождевальных установок и равномерного
внесения навоза необходимо его систематическое перемешивание для
поддержания всей массы в однородном состоянии. Твердые частицы,
содержащиеся в навозе перед поступлением его в хранилища, необходимо
измельчать. При наличии трубопроводов всю массу жидкого навоза можно
хранить в прифермских хранилищах и перекачивать в небольшие полевые
емкости
с
гидрантами
для
непосредственной
погрузки
в
цистерныразбрасыватели или дождевальные установки. Прифермские
хранилища проектируют объемом каждое не более 3-5 тыс. м 3 . Дно и стены
емкостей должны быть хорошо гидроизолированы и устойчивы к
агрессивному воздействию навоза, а дно иметь уклон к заборному
устройству. Глубина и форма хранилища должны позволять забор навоза
насосами и проведение его перемешивания. Закрытые емкости должны иметь
вентиляцию, чтобы избежать накопления в них метана, сероводорода,
аммиака и других вредных газов, образующих взрывоопасные смеси.
Потери органического вещества и азота при хранении
бесподстилочного навоза значительно меньше, чем при хранении
подстилочного навоза. В бесподстилочном навозе не протекают процессы
саморазогревания, его температура не повышается (зимой и весной она
составляет около 10°С, а летом 17°С).
При перемешивании бесподстилочного навоза один раз в неделю
потери органического вещества и азота за 4,5 мес хранения увеличиваются
почти вдвое, но и в этом случае они все же меньше, чем при хранении
58
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
подстилочного навоза. Жидкий навоз перед использованием на удобрение
должен подвергаться обеззараживанию на очистных сооружениях,
термической обработкой, специальными химическими препаратами.
Наиболее доступно обеззараживание способом метанового брожения, при
котором не происходит потерь органического вещества и азота и
одновременно получается горючий газ, который можно использовать как
топливо.
Свиной навоз менее ценен по сравнению с другими (конским, КРС…).
Он водянистый, кислый, разлагается медленно, содержит мало кальция.
Свиностоки являются одним из распространенных видов удобрения,
распространенных на территории Российской Федерации, в том числе
Рязанской области.
2.6.Роль микроорганизмов в почве и разложение клетчатки
Мириады микробов населяют стихии и
повсюду окружают нас…
В громадном количестве они
встречаются… в почве…
В.Л. Омелянский (1920)
Почва - среда обитания многочисленных видов микроорганизмов и
крупнейший резервуар их в природе. Количество микробов в 1 г почвы
измеряется обычно сотнями и тысячами миллионов клеток. Оно варьирует от
200 млн. в глинистой почве до 5 млрд. в черноземной почве. В 1 г пахотного
слоя почвы содержится 1-10 млрд. бактерий, а в слое ее толщиной 15 см на
площади в 1 га может содержаться от 1 до 5-6 тонн микробной массы. Даже в
песках пустынь, где почти отсутствует влага, содержится до 100 000
микробов в 1 г. Численность и видовой состав их в почве зависят от
содержания в ней органических веществ и влаги, структуры почвы, способа
ее сельскохозяйственной обработки, климатических условий, характера
растительного покрова, степени загрязнения почвы отходами хозяйственной
деятельности человека и многих других факторов. Состав микрофлоры
почвы складывается из различных комбинаций бактерий (сотни и тысячи
видов), грибов, простейших и вирусов. Фактически она содержит
представителей всех царств жизни — вирусов, архебактерий, эубактерий и
эукариот во всем их многообразии, которое зависит от действия многих
факторов.
Самый поверхностный слой почвы содержит ограниченное число
микробов из-за действия солнечных лучей и высушивания. Главная масса
59
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
микробов содержится на глубине 10-20 см, в нижележащих ее горизонтах
количество микроорганизмов уменьшается, и на глубине 5-6 метров почва
может быть уже стерильной, так как распространению микробов в глубину
препятствует высокая поглотительная способность почвы.
Почва постоянно загрязняется различными веществами. Огромная
роль в процессах самоочищения почвы и в круговороте веществ в природе
принадлежит микроорганизмам. В превращении органических веществ,
поступающих в почву и образующихся в ней, принимают участие различные
группы микробов: гнилостные, нитрифицирующие, азотфиксирующие,
денитрифицирующие и другие.
Патогенные микроорганизмы попадают в почву, например, со
сточными водами свинокомплекса, использующихся на орошение. Попадая в
почву, значительная часть патогенных микроорганизмов, не образующих
спор, погибает. Сроки выживания в почве возбудителей кишечных инфекций
(дизентерии, брюшного тифа, холеры), чумы, бруцеллеза, туляремии,
туберкулеза широко варьируют и составляют от нескольких часов до
нескольких месяцев. Отмирание патогенных бактерий в почве зависит от
ряда причин: высушивания; отсутствия необходимых питательных
субстратов; действия антибиотических веществ, вырабатываемых
почвенными бактериями и грибами; солнечных лучей; бактериофагов и т. п.
Значительно дольше в почве сохраняются спорообразующие патогенные
бактерии — аэробные и анаэробные — возбудители столбняка, газовой
гангрены, ботулизма (их споры также сохраняются в почве многие годы, а
при благоприятных условиях прорастают и бактерии размножаются,
поддерживая тем самым свое существование в почве). Поэтому почва играет
основную роль в эпидемиологии столбняка, газовой гангрены (особенно в
военных условиях) и ботулизма, она является основным резервуаром
возбудителей этих заболеваний.
Почва является важнейшим компонентом любого биогеоценоза, а
следовательно, и биосферы в целом. Плодородие почвы в значительной мере
определяет продуктивность естественных ценозов и агроценозов и, в свою
очередь, зависит от жизнедеятельности организмов, ее населяющих.
Основы учения о почве заложены трудами выдающихся русских
ученых: В.В. Докучаева, В.И. Вернадского, Б.Б. Полынова, С.П. Костычева,
В.Р., Вильямса.
60
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В.В. Докучаев определил почву
как
особое
природное
тело,
развивающееся под влиянием ряда
факторов — материнской породы,
климата, рельефа местности, возраста
почвообразовательного процесса, а
также
жизнедеятельности
растительных
и
животных
организмов. Он первый обратил
внимание на роль микроорганизмов в
почвообразовательном
процессе.
Подавляющая
масса
микроорганизмов почвы (до 80 - 90%)
Василий Васильевич Докучаев
находится в адсорбированном состоянии на поверхности почвенных
агрегатов, корней растений или веществах органического опада. Лишь
незначительное число микроорганизмов переходит в почвенный раствор.
Большая часть микроорганизмов пребывает в почве в неактивном состоянии
— в виде эндоспор, микроцист, покоящихся вегетативных клеток. Вся масса
микроорганизмов составляет так называемый пул почвы или ее микробный
запас. Роль пула почвы заключается в поддержании гомеостаза —
равновесного состояния данного микролокуса по содержанию органических
и минеральных веществ, гумуса, физиологически активных веществ,
разлагающихся минералов и т. п. В свою очередь, микробный пул почвы
характеризуется поступлением в нее продуктов органического опада,
корневыми выделениями растений, наличием гумусовых веществ. Таким
образом, почва, как среда обитания, оказывает селекционирующее влияние
на ее микрофлору, а микробный пул почвы со своей стороны обладает
сильным средообразующим действием.
Структура каждого микролокуса почвы гетерогенна и включает три
фазы: твердую, жидкую и газообразную.
Твердая фаза почвы представлена в основном минеральными
компонентами, а также органическими соединениями.На твердой фазе почвы
адсорбирована основная масса микроорганизмов. Адсорбированное
состояние обеспечивает микроорганизмам непосредственный контакт с
питательным субстратом, предотвращает их вымывание, повышает
устойчивость к неблагоприятным условиям среды.
Жидкую фазу почвы составляет почвенный раствор, поднимающийся
по капиллярам. Из почвенного раствора микроорганизмы усваивают воду и
питательные вещества. В клетках большинства микроорганизмов
61
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
осмотическое давление составляет 3 — 5 мПа, т. е. значительно выше,
нежели в почвенном растворе (0,5*105 – 5*105 Па), при среднем значении
влажности почвы 40— 60% от п0олной влагоемкости.
Содержание воздуха в почве зависит от ее структуры и влажности.
Газовый состав почвенного воздуха существенно отличается от
атмосферного. В нем содержится значительно больше CO 2 — от 0,1 до 1,5%
(в атмосфере 0,03% CO 2) и относительно меньше кислорода — от 2 до 16% (в
атмосфере 21% O2). Содержание CO 2 и O2 в почвенном воздухе определяет
соотношение аэробных и анаэробных форм микроорганизмов в структуре
микробоценоза.
Микробиологические процессы, происходящие в почве, оказывают
существенное влияние на газовый состав атмосферы. В процессах
минерализации органических веществ, осуществляемых почвенной
микрофлорой, в атмосферу выделяются CO 2, оксид углерода (II), метан,
водород, азот, оксиды азота (I и II), сероводород, а из атмосферы в почву
поступает кислород.
Из внешних факторов окружающей среды на развитие почвенной
микрофлоры влияют температура, кислотность почвенного раствора, степень
засоления, механический состав почвы и др.
В почве выделяют различные группы микрофлоры, что отображено на
рисунке 18.
Микрофлора
почвы
Автотрофная
Олиготрофная
Зимогенная
Автохтонная
Рисунок 18 – Микрофлора почвы
62
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Сапрофитные микроорганизмы, ведущие процессы минерализации
веществ органического опада, С.Н. Виноградский предложил назвать
зимогенной микрофлорой.
Микроорганизмы, разлагающие гумус почвы, С.Н. Виноградским
названы автохтонной микрофлорой.
Гумус и устойчив к микробному разложению, все же этот процесс в
почве постоянно протекает и часть гумуса минерализуется в результате
воздействия на него микроорганизмов. Способность разлагать гумусовые
вещества доказана для многих почвенных организмов — грибов, бактерий,
актиномицетов. В биологии почв имеются два взгляда на этот вопрос:
1) существует специфическая группировка микроорганизмов,
разлагающих гумус;
2) способность к разложению гумусовых веществ присуща многим
неспециализированным почвенным микроорганизмам.
Разные фракции гумуса неодинаково подвержены микробному
разложению (рисунок 19). Тот факт, что в почве обнаруживают гумус очень
древнего возраста, свидетельствует о выпадении его из биологического
круговорота. Наиболее активно разрушается гумус в присутствии доступных
микроорганизмам водорастворимых органических соединений. Возможно,
гумус вовлекается в процессы кометаболизма и легче разлагается в условиях
соокисления. Эти процессы могут проводить и неспецифические
микроорганизмы. Многими экспериментальными работами показано участие
в разрушении почвенного гумуса грибов из родов Aspergillus, Penicillium и
др. При этом одни виды использовали препараты фульвокислот как
источники углерода и азота, другие потребляли либо углерод, либо азот. В
работах Т. В. Аристовской продемонстрировано отложение железа в
культурах Pedomicrobium, Seliberia и некоторых других микроорганизмов па
средах с железогумусовыми комплексами. Это свидетельствует о
разрушении последних и использовании гуминовой части как источника
органических веществ в обмене гетеротрофных бактерий.
63
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 19 - Частичка почвы, окруженная колонией нитрозомонад
Микроорганизмы, развивающиеся за счет минимальных концентраций
органических веществ, завершающие минерализацию органического опада в
почве, получили название олиготрофной микрофлоры. Среди этой группы
микроорганизмов
выделяются
олигонитрофилы,
нуждающиеся в
минимальной концентрации органических азотсодержащих веществ, и
олигокарбофилы,
потребляющие
остаточные
органические
углеродсодержащие соединения. Олиготрофные микроорганизмы Г.А.
Заварзиным трактуются как «микрофлора рассеяния». Эта группа
микроорганизмов до сего времени слабо изучена. Очевидно, в ее состав
входят различные специфические виды сапрофитных микроорганизмов,
способные развиваться на очень бедных органических субстратах.
Микроорганизмы, потребляющие в качестве источника углерода CO 2
или карбонаты и получающие энергию за счет реакций окисления
минеральных соединений, объединены в группу автотрофной микрофлоры.
Для боле глубокого понимания роли почвенных микроорганизмов в
процессах трансформации основных биогенных элементов в природе
рассмотрим структуру микробоценоза. Процесс разложения веществ
органического опада, поступающего в почву, начинает зимогенная
микрофлора, представленная различными сапрофитными микроорганизмами.
На первых этапах минерализацию легко доступных органических
соединений ведут неспорообразующие бактерии родов Pseudomonas, Proteus
и др. Дальнейший процесс глубокой минерализации органических веществ
сопровождается
сукцессией
микроорганизмов.
На
смену
64
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
неспорообразующим бактериям приходят различные виды бацилл (Bacillus
subtilis, Bac. mesentericus и др.)
Частично продукты растительного и животного опада, а также
микробные метаболиты превращаются в перегной, который постепенно
минерализуется автохтонной микрофлорой. Последняя представляет собой
специфическую подгруппу сапрофитных микроорганизмов, обладающих
более мощным ферментативным аппаратом, способным окислять сложные
циклические соединения. К таким микроорганизмам прежде всего относятся
актиномицеты и проактиномицеты. Последние представлены различными
видами рода Nocardia, образующими краснопигментные колонии.
Конечные этапы минерализации остаточных продуктов распада
органических веществ и гумуса в минимальной концентрации осуществляют
олиготрофные микроорганизмы. Эта группа микроорганизмов также тесно
связана с типичными сапрофитами и, возможно, включает ряд
специфических видов сапрофитных микроорганизмов, приспособившихся к
развитию на бедных субстратах.
Неорганические соединения (NH3, H2S, Н2 др.), образующиеся при
минерализации органических веществ, трансформируются в процессе
жизнедеятельности автотрофных микроорганизмов. Последние используют
минеральные соединения как источники энергии, окисляя их в реакциях
энергетического метаболизма клетки.
Соотношение вышеперечисленных группировок микроорганизмов и
определяет характерную структуру микробоценоза каждого зонального типа
почвы. При составлении микробиологической характеристики почвы
необходимо учитывать неравномерность распределения микроорганизмов в
почвенных микролокусах, высокую динамичность численности и
качественного состава почвенной микрофлоры, а также недостаточную
разработанность систематики и идентификации большинства видов
почвенных микроорганизмов.
Помимо почвенной микрофлоры в условиях орошения сточными
водами в почву поступают не свойственные естественной почве
микроорганизмы, что активизирует их взаимодействие, которое может быть
мутуалистическим, нейтральным или антагонистическим.
В данной монографии рассматривается последействие орошения
сточными водами свинокомплекса на почву, в частности на содержание и
качество гумуса. Одним из видов корма свиней (рисунок 20) - растительный,
составной частью которого является клетчатка.
Она представляет собой сложный
полисахарид, обладающий большой
65
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
химической устойчивостью. Однако
некоторые
бактерии и грибы
выделяют ферменты, разрушающие
клетчатку. Разложение клетчатки
постоянно происходит в природе и
может протекать как в анаэробных,
так и в аэробных условиях. Брожение
целлюлозы
заключается
в
разрушении клетчатки в анаэробных
условиях с образованием масляной и Рисунок 20 – Кормление свиней на
комплексе
уксусной кислот, углекислого газа,
водорода или метана.
Сущность брожения клетчатки открыта в
1902 г. Омелянским21, который выделил две
разновидности
бактерий,
разрушающих
клетчатку: одна из них вызывает брожение
целлюлозы с образованием преимущественно
водорода (водородное брожение), а другая метана
(метановое
брожение).
Бактерии
Омелянского
представляют
собой
спорообразующие
анаэробные
палочки,
Василий Леонидович имеющие оптимальную температуру развития
Омелянский
около 30°С; они широко распространены в
природе.
Брожение клетчатки вызывают также некоторые термофильные
бактерии. Они образуют споры и являются факультативными анаэробами,
хорошо развивающимися при температуре 60-65°С.
Аэробное разрушение клетчатки происходит под действием
различных микроорганизмов - грибов и аэробных бактерий. К их числу
относятся многие грибы из родов пенициллиум, аспергиллус, ботритис,
кладоспориум и других, а также актиномицеты и миксобактерии.
Аэробное разрушение клетчатки имеет огромное значение в процессах
разложения различных растительных остатков и их минерализации в
природе.
Среди окислительных процессов наибольшее практическое
значение имеют уксуснокислое и лимоннокислое брожение. Оба эти
брожения относятся к числу окислительных процессов, связанных с
21
Омелянский Василий Леонидович (1867 - 1928) - учёный-микробиолог, академик
Российской академии наук (с 1925 — АН СССР; член-корреспондент с 1916)
66
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
жизнедеятельностью микроорганизмов в аэробных условиях с
использованием кислорода воздуха и называются брожениями лишь
условно.
При анаэробном сбраживании органические вещества разлагаются в
отсутствии кислорода. Этот процесс включает в себя два этапа (рисунок 21).
На первом этапе сложные органические полимеры (клетчатка, белки, жиры и
др.) под действием природного сообщества разнообразных видов анаэробных
бактерий, разлагаются до более простых соединений: летучих жирных
кислот, низших спиртов, водорода и окиси углерода, уксусной и муравьиной
кислот, метилового спирта. На втором этапе метанообраэующие бактерии
превращают органические кислоты в метан, углекислый газ и воду.
Органическое вещество. Вода. Тепло
Образование летучих кислот
кислотообразующими бактериями
Образование метана метанобразующими
бактериями
Метан, окись углерода, сероводород
Переработанный осадок
Рисунок 21 - Схема сбраживания органических веществ
Таким образом, поступающие со сточными водами в почву
химические вещества подвергаются аробному и анаэробному разложению.
В результате разложения клетчатки, а также других органических
соединений, в почве под влиянием грибов и бактерий образуется гумус.
67
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.Экспериментальная часть
3.1.Цель, задачи и методика исследований
В 2010-2011 годах проведены полевые исследования с целью
агромелиоративной оценки последействия длительного орошения сточными
водами ОАО «Рязанский свинокомплекс» в рамках почвенно-экологического
мониторинга. Одной из задач исследований являлась оценка качества гумуса
почвы.
Объекты исследований - серая лесная суглинистая почва и сточные
воды свинокомплекса.
Научная новизна заключаась в том, что впервые в регионе дана
оценка не только абсолютного содержания гумуса в мелиорированной почве,
но и его качественных показателей.
Методика
исследований
общепринятая.
При
проведении
исследований применялся методический подход с использованием полевых
(сравнительно-географический, стационарный) и лабораторно-аналитических
методов исследования.
Выбор участка исследований на ранее мелиорированных почвах
хозяйства обусловлен необходимость проведения сравнительного анализа в
годы исследований и 1974 года, то есть до ввода в действие свинокомплекса
на стадии проекта.
Ниже дано описание методов определения гумуса в почве. Как
известно, в состав гумуса входят 3 группы органических соединений,
показанных на рисунке 22.
68
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Гумус
вещества исходных
органических остатков
(белки, углеводы,
лигнин, жиры и т. д.)
промежуточные
продукты их
превращения
(аминокислоты,
оксикислоты, фенолы,
моносахариды и т. д.)
гумусовые вещества.
Последние составляют
главную и
специфическую часть
гумуса
Рисунок 22 – Состав гумуса
Все методы изучения гумуса почвы были разбиты на 3 группы:
1) методы определения общего количества органического вещества в
почве,
2) методы определения отдельных элементов, входящих в состав
гумуса,
3) методы определения отдельных групп гумусовых веществ.
Косвенным приемом определения общего количества гумуса является
вычисление содержания его по количеству углерода в почве. Предполагая,
что среднее содержание углерода в гумусе равно 58%, общее количество его
в почве можно вычислить путем умножения процентного содержания
углерода в почве на коэффициент 1,72.
Из отдельных элементов, входящих в состав органического вещества
почвы, определялись C, N и Н. Все методы определения гумуса по углероду
так же делятся на прямые и косвенные. Прямые методы основаны на учете
СО2, выделяющегося при сжигании органического вещества почвы путем
прокаливания (сухое сжигание) или окисления гумуса смесью хромовой и
серной кислот (мокрое сжигание). Прямые методы наиболее точны, но
требуют для анализа много времени. Из прямых методов определения гумуса
мокрым сжиганием наиболее распространенным является метод Кнопа.
Косвенные методы определения гумуса основаны на учете кислорода,
необходимого для его окисления, и исходят из предположения, что при
69
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
окислении весь кислород расходуется только на окисление углерода.
Применяя титрованный раствор окислителя, можно по расходу последнего
вычислить количество углерода в почве. Этот метод дает точное количество
углерода лишь в том случае, если в гумусе отношение по массе Н:О равно 1:8
и весь кислород окислителя расходуется на окисление углерода. Из
косвенных методов определения гумуса наибольшим распространением
пользуется метод И. В. Тюрина, сущность которого заключается в окислении
гумуса титрованным раствором хромовой кислоты и титрометрическом
определении неизрасходованного остатка последней. По количеству
израсходованного окислителя вычисляется количество углерода в почве, а по
содержанию последнего – процентное содержание гумуса.
Определение количества гумуса по методу И. В. Тюрина22. Из образца
почвы, просеянной через сито с отверстиями 0,25 мм, берут на
аналитических весах навеску от 0,1 до 0,5 г в зависимости от количества
гумуса в почве.
Навеску осторожно переносят в
коническую колбу вместимостью 100 мл и
приливают из бюретки 10 мл 0,4 н. раствора
К2Сr2О7, приготовленного в разведенной 1:1
серной кислоте. В горло колбы вставляют
маленькую
воронку,
служащую
холодильником, и ставят ее на песочную
баню.
Содержимое колбы кипятят точно 5
мин., не допуская сильного кипения и
перегрева. При нагревании начинается
окисление гумуса, заметное по мелким Тюрин Иван Владимирович
пузырькам выделяющегося СО 2.
Часть двухромовокислого калия при этом затрачивается на окисление
гумуса по схеме:
2К2Сг2О7 + 8Н2SО4 = 2К2SО4 + 2Сг2(SО4)3 + 8Н2О + 3O2;
ЗО2 + ЗС (гумуса) = ЗCО 2.
Затем содержимое колбы охлаждают, прибавляют 5 – 8 капель
фенилантраниловой кислоты в качестве индикатора и титруют 0,2 н.
22
Тюрин Иван Владимирович (1892 – 1962) - почвовед, академик, специалист по
вопросам повышения плодородия почв. Разработал массовые методы определения гумуса
и азота в почве.
70
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
раствором соли Мора (FeSO 4 • (NH4)2SО4 • 6Н2О) до изменения темно-бурой
окраски раствора через фиолетовую и синюю в грязно-зеленоватую. Когда
раствор окрасится в синий цвет, титровать необходимо очень осторожно,
прибавляя раствор соли Мора по 1 капле и тщательно размешивая титруемую
жидкость. Реакция между двухромовокислым калием, оставшимся после
окисления гумуса, и солью Мора заключается в восстановлении
двухромовокислого калия в окись хрома и идет по уравнению:
К2Сr2О7 + 6F2SO4 + 7H2SO4 = Сr2(SО4)3 + К2SО4 + Зfе2(SО4) +7Н2О.
Одновременно устанавливают соотношение между К 2Сr2О7 и солью
Мора, для чего берут бюреткой 10 мл 0,4 н. раствора К2Сr2О7 в коническую
колбу вместимостью 100 мл, а затем содержимое колбы титруют так же, как
описано выше (без кипячения).
Экспериментально установлено, что 1 мл 0,2 н. раствора соли Мора
соответствует такому количеству хромовой кислоты, которое окисляет
0,0010362 г гумуса или 0,0006 г углерода. Поэтому количество гумуса
вычисляют по формуле:
Х = (a – b) • 0,0010362 k • 100 • КC
где: Х – количество гумуса, % к сухой почве; а – число миллилитров
раствора соли Мора при холостом определении; b – то же, при обратном
титровании после окисления гумуса; k – поправка на нормальность раствора
соли Море, если он не точно 0,2 н.; 100 – коэффициент перевода на 100 г
почвы; K – коэффициент для пересчета на сухую почву (поправка на
содержание гигроскопической воды); C – навеска почвы, взятая для анализа,
г.
Отбор проб почвы проводился почвенным буром (рисунок 23) массой
500 г каждого образца в льняные мешочки и доставлялся в аналитичес кую
лабораторию ГНУ МФ ВНИИГиМ для проведения химического анализа.
Выполнение почвенного разреза производилось по общепринятой
методике. В начале работы наметили штыковой лопатой контур разреза
длиной 150 см и шириной 80 см. Солнечная сторона разреза послужила
лицевой стороной, по ней проводилось описание почвы. Лицевую стенку, а
также две боковые сделали совершенно отвесными. С боковой стороны
оставили ступеньки шириной 50 см. На стенке почвенного разреза были
выделены почвенные горизонты, сменяющие друг друга в вертикальном
направлении и отличающиеся по цвету, структуре, механическому составу,
влажности и другим признакам. Закрепили на стенке металлический
сантиметр так, чтобы верхний его край точно совпадал с верхней границей
почвы, и отмечены границы почвенных горизонтов. Для этого острым
концом почвенного ножа проводили вертикальную черту сверху донизу
71
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
почвенного разреза, выявляя плотность и сложение почвы. Учет плотности
почв значительно облегчал выделение горизонтов и установление их границ.
По совокупности всех признаков (цвет, структура, сложение, плотность и др.)
установили границы почвенных горизонтов, все данные, полученные при
изучении почвенного профиля, занесли в почвенный дневник.
Рисунок 23 - Отбор проб почвы
В качестве основных морфологических признаков почвы были
выделены: почвенный профиль, окраска и цвет почв, почвенная структура,
гранулометрический (механический) состав почв, сложение почв,
новообразования и включения.
Цвет. Основными соединениями, обусловливающими цвет почвы,
являются гумусовые соединения; окисные соединения железа и марганца,
окрашенные в красные или оранжевые тона; закисные соединения железа
(соединения двухвалентного железа), имеющие сизоватую или голубоватую
окраску; кремнезем, углекислая известь и каолинит, окрашенные в белый
цвет.
Структура. Структурой почвы называют совокупность почвенных
отдельностей (агрегатов), состоящих из соединенных между собой частиц. В
72
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
описании разреза отмечали размеры и форму агрегатов. Кубовидной
называют структуру, в которой агрегаты имеют примерно одинаковые
размеры по трем осям (т. е. выглядят как круглые комки, зерна и т. д.). У
агрегатов призмовидной структуры размеры по вертикальной оси (т. е. в
направлении «верх — вниз» при расположении в почвенном профиле)
превышают размеры по двум другим осям (т. е. образуют «столбики»).
Агрегаты плитовидной структуры, наоборот, «сжаты» по горизонтальной оси
(они выглядят как отдельные пластинки, чешуйки и т. д.). Хорошо
выраженные кубические агрегаты присутствуют в пахотной почве и
являются признаком высокого плодородия. Агрегаты призмовидной
структуры часто формируются при засолении почв, а плитовидной — при
интенсивном вымывании минералов из почвенного горизонта.
Сложение. Оно может быть слитным (очень плотным), плотным,
рыхлым и рассыпчатым. При слитном сложении почвенный нож очень
трудно воткнуть в горизонт, а сухой образец невозможно разломить руками.
В горизонт с плотным сложением почвенный нож входит с усилием на 2—5
см, в рыхлый — на глубину 10—15 см. При рассыпчатом сложении
отдельные почвенные частицы почти не связаны между собой и практически
не создают препятствий для ножа.
Новообразования. В результате естественных процессов в почве
формируются новообразования, отличающиеся от основной массы почвы по
цвету и химическому составу. Например, часто встречаются
новообразования, состоящие из соединений железа и марганца. Они имеют
ржавобурый, охристый и черный цвет и встречаются в виде пятен, «зерен»
темного цвета или даже в виде почти сплошных, очень твердых прослоек.
Еще один распространенный тип новообразований — белые образования
карбонатов. Они встречаются в виде пятен или заполняют почвенные поры,
повторяя их форму.
Оглеение. Глеевый горизонт выявляют по наличию сизоватых или
голубоватых пятен.
Включения. Под включениями понимают инородные тела в профиле
почв, например каменистые включения, остатки животных и растений
(раковины, корни и т. д.), следы деятельности человека (обломки кирпича,
кусочки угля, черепки посуды и т. п.).
Механический состав. Этим термином называют относительное
содержание в почве почвенных частиц (механических элементов) различных
размеров - от нескольких микрометров до нескольких миллиметров.
73
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Мощность почвенных горизонтов. Толщину почвенных слоев,
различаемых по вышеперечисленным признакам, определяют с помощью
сантиметровой ленты.
Вскипание. Этот показатель свидетельствует о наличии в почве
карбонатов
(солей
углекислого
кальция),
разрушающихся при
взаимодействии с кислотой: СаС03 + 2НСl = СаСl2 + Н2О + СО2. Углекислый
газ выделяется из почвы в виде пузырьков с характерным шипением, а при
небольшом количестве — с потрескиванием.
Классификация орошаемых почв дополняет таксономическое
разделение антропогенно-преобразованных почв, предложенное в новой
системе классификации почв России 1997-2004 гг. Трансформация под
влиянием орошения затрагивает все горизонты почвенного профиля и
нижезалегающих пород. При диагностике орошаемых почв учитывали
качество поливной воды (сточных и природных вод), способ полива, степень
дренированности территории, подъем уровня ГВ близко к поверхности и
наличие искусственного дренажа. Развитие почв зависит также от
продолжительности и интенсивности воздействия орошения и свойств почв
до начала ирригации.
Перед заложением разреза описана пробная территория, отмечая
рельеф, растительность, географическую привязку (используя компас),
характер землепользования. Затем описывался почвенный профиль,
поступательно сверху вниз отмечая специфические черты выделенных
горизонтов.
Процедура описания разреза. Оборудование: метр, булавка, нож с
широким лезвием, пузырек с 10%-й соляной кислотой, карандаш, бланк для
описания почвенного разреза или дневник. Описание почвенного разреза
проходило следующими этапами:
Осуществили привязку почвенного разреза к местности:
зафиксировали в дневнике область, район, румб по сторонам света,
расстояние в километрах (метрах) от населенного пункта, реки, озера.
Охарактеризовали особенности рельефа; степень каменистости. Составили
схему расположения разреза по рельефу, начертили профиль участка и
цветом показали местоположение разреза. По цвету, сложению и другим
признакам определили почвенные горизонты. Очертили их границы ножом.
Измерили мощность каждого горизонта и зафиксировали результат в
дневнике. Провели описание каждого горизонта. Для оценки структуры,
механического состава и других характеристик почвы из середины каждого
горизонта отобрали образец массой 500 г. Для оценки присутствия
карбонатов накапали на образец несколько капель соляной кислоты.
74
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Отметили присутствие новообразований. На бланке описания выполнили
мазки: из каждого горизонта отобрали щепоть почвы и растерли ее по бумаге
в месте, соответствующем описанию горизонта.
На рисунках 24 и 25 показана откопка шурфа при проведении
почвенно-экологического мониторинга на ранее мелиорированных землях
ОАО «Рязанский свинокомплекс» в 2010 и 2011 годах.
Рисунок 24 – Откопка шурфа
75
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 25 - Участок бывших полей орошения сточными водами в 100 м от
пруда-накопителя, на заднем плане – станция биологической очистки
сточных вод
В результате на бумаге получился схематическое изображение
профиля с естественной окраской горизонтов. Закопали разрез: засыпали
нижние горизонты, затем верхние и утрамбовать почву. После этого
разместили в прежнем порядке снятый дерн. Определили рабочее название
почвы при помощи специальной литературы, в которой описаны основные
типы почвенных профилей.
Описание почвенного профиля было проведено при консультации
д.с.х.н., профессора РУДН А.В. Шуравилина (г. Москва), д.с.х.н., профессора
Рязанского ГУ Н.П. Кузнецова, к.т.н., заведующим аналитической
лабораторией ГНУ МФ ВНИИГиМ К.Н. Евсенкиным с участием д.с.х.н.,
профессора Костина Я.В., д.с.х.н. Захаровой О.А., д.с.х.н., профессора Я.В.
Костина, сотрудников института Рязаньагроводпроект, с техническим
участием аспиранта Лутонина А.Н.
О свойствах изучаемой почвы судили по результатам анализов,
проведенных по общепринятым методикам. Почву просеивали через колонку
сит с отверстиями 10, 5, 3 и 1 мм и разделяли на камни (частицы более 10
мм), крупный хрящ (10-5 мм), мелкий хрящ (5-3 мм), гравий (3-1 мм),
76
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вычисляли содержание каждой фракции в процентах к массе всей
анализируемой почвы.
При проведении анализа на содержание гумуса почву просеивали
через сито с отверстиями 0,25 мм.
Водно-физические и агрохимические исследования выполнены по
традиционным методикам:

Гранулометрический состав почвы определялась методом скатывания в
шнур, для чего 3 г почвы увлажняли до состояния густой пасты,
раскатывали в шнур на ладонях толщиной около 3 мм и сворачивали в
кольцо диаметром около 3 см.
 Коэффициент фильтрации определялся методом заливаемых площадей
с установлением на поверхности почвы квадратных рам площадью
2500 см2 внешняя и 625 см2 внутренняя для предотвращения бокового
растекания воды при фильтрации. Измерялся расход воды во времени и
рассчитывался показатель для того времени, когда поток
устанавливался на одной отметке. Рассчитывался коэффициент
впитывания, а через 4 часа при поддержании постоянного напора воды
в 5 см начинается стадия фильтрации. Фиксируя количество
приливаемой воды в единицу времени и зная площадь внутренней
рамы, рассчитывали коэффициент фильтрации с поправкой на
температуру воды.
 Макроагрегатный состав определяли методом Н.И. Саввинова. Агрегаты
диаметром более 0,25 мм – макроагрегаты, менее 0,25 мм –
микроагрегаты. Агрономически ценными являются агрегаты размером
0,25-10 мм, обладающие пористостью и водопрочностью.
Водопрочность – это способность почвенных агрегатов противостоять
размывающему и разрушающему действию воды.
 Число агрегатов определенного размера определяли методом «сухого»
агрегатного анализа, водопрочных агрегатов – методом «мокрого»
агрегатного анализа.
Результаты исследований анализировались методами математической
обработки по Доспехову (1985) и В.Ф. Лакину (1993).
3.2.Характеристика очистных сооржений и сточных вод
ОАО «Рязанский свинокомплекс»
В 1975 г. в стране начал функционировать один из крупнейших
свинокомплексов на 108 тысяч голов ежегодного откорма, расположенный на
территории Рязанского района Рязанской области (рисунок 26). К
77
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сожалению, общие экономические проблемы в стране в начале 1990-х годов
привели к снижению поголовья свиней на комплексе, однако он и в
настоящее время продолжает работать и быть рентабельным.
В СПК «Искра», с середины 1990-х годов ОАО «Рязанский
свинокомплекс», на свинокомплексе действует бесподстилочное содержание
животных, навоз удаляется гидросмывом и стоки поступают на
очистительные
сооружения.
Очистные
сооружения
имеют
3
производительность 1500 м /сут. Сточные воды образуются в результате
гидросмыва навоза свиней. Данные сооружения выполнены по широко
принятой схеме с двухступенчатой биологической очисткой сточных вод в
аэробных условиях.
Эта технологическая схема в настоящий момент не удовлетворяет
требованиям к качеству обработанной воды. Кроме того, что характерно для
применения аэробных технологий при очистке высококонцентрированных
сточных вод ее эксплуатация приводит к весьма значительному расходу
воздуха – около 18 тыс. м3/час. Основная часть оборудования примененного
на данных сооружениях в данное время полностью устарела.
На свинокомплексе навоз из помещений транспортируется к
навозосборнику гидравлическим способом (рисунок 27).
Вода для смыва подаётся из артезианских скважин, расположенных в
0,5 км западнее комплекса.
78
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 26 – Въезд на свинокомплекс и общий вид хозяйства
Рисунок 27 - Гидросмыв на комплексе
79
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
От ферм навозные стоки поступают самотёком к жижесборнику и
насосной станцией перекачиваются в навозоприёмник. Удаленный
гидросмывом навоз поступает на очистительные сооружения и проходит
механическую, физическую, химическую и биологическую очистку.
Механическая очистка сточных вод работает удовлетворительно.
Навоз поступает на дуговые сита, где происходит отделение твёрдых
веществ (рисунок 28). Твёрдая фракция с дуговых сит сбрасывается на пресс
для дообезвоживания и по ленточному транспортёру удаляется на
карантинные площадки, где грунтуется и вывозится на поля. Карантинная
площадка расположена на 25-30 см выше окружающей территории. По
периметру ее устроены канавки для отвода жижи. Канавку от поступления
воды с водосборной площади защищают валики высотой 25-30 см. Для сбора
жижи, отводимой с площадки, устроены заглубленные жижесборники,
вместимость которых зависит от способа и длительности хранения жижи. По
данным НИУИФ, на каждые 10 т свежего навоза за 4 месяца накапливается
навозной жижи: при холодном способе хранения — 170 л, при
горячепрессованном (способ Кранца) — 450 и при рыхлом — 1000 л. На
площадке хранения навоза происходит его смешивание с торфом.
Жидкая фракция поступает на аэротенки 1 ступени очистки (рисунок
29), затем - на вторую ступень очистки и соединяется с хозяйственнобытовыми сточными водами пос. Искра. Это ухудшает качество очистки
животноводческих стоков, прошедших первую ступень очистки.
Учитывая, что объем хозяйственно-бытовых вод ежегодно возрастает,
то изменяется химический состав сточных вод на выходе по сравнению с
химическим составом сточных вод до 1998 года, когда поголовье животных
на комплексе составляло 108 тысяч. Микробиологический прессинг
заменился в последнее десятилетие химическим, о чем свидетельствуют
данные гидрохимического и бактериологического анализов с точны вод
свинокомплекса.
80
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Барабанная механическая решетка с системой обезвоживания
Решетка для механической очистки сточных вод
81
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Механическая решетка периодического действия
Механическая решетка периодического действия
82
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вывоз твердой фракции навоза на карантинные площадки
1- помещения свинокомплекса, 2 – площадка для накопления навоза, 3 –
площадка для хранения торфа
Устройство карантинных площадок
Рисунок 28 – Механическая очистка сточных вод, разделение фракций и
вывоз твердой фракции на карантинные площадки
После биологической очистки (рисунок 29) стоки поступают в пруд –
накопитель, куда попадает часть избыточного активного ила, что ухудшает
83
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
показатели гидрохимического и санитарно - бактериологического состояния
вод по сравнению со сточными водами 2-ой ступени очистки, эффективность
которой в среднем составляет 94,5%.
Станция биологической очистки сточных вод
84
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Пруд-накопитель сточных вод
Животноводческие стоки в аэротенке I ступени очистки
85
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Аэротенки биологических очистных сооружений
Аэротенки-смесители
86
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Коридор аэротенка
Рисунок 29 – Биологическая очистка сточных вод
В реконструкции сейчас нуждается биологическая очистка сточных
вод. Реконструкцию биологической очистки следует проводить в нес колько
этапов, включающих:
вывод сооружений на неполную биологическую очистку
внедрение ступени анаэробной очистки сточных вод
вывод сооружений на полную биологическую очистку
автоматизация процесса с переходом на удаление азота
Для вывода сооружений на неполную биологическую очистку
необходимо
запустить вторую ступень аэротенков в режиме
высоконагружаемой ступени, при котором большая часть загрязнений
согласно предварительным расчетам должна удаляться за счет процесса
биофлокуляции, а прирост ила происходит только за счет окисления части
легко окисляемого ХПК. При осмотре аэротенков после спуска стоков,
отмечено присутствие отложений на их дне, что свидетельствует о
неудовлетворительной работе режима перемешивания аэраторов.
Отдельно следует говорить об использовании осадка и ила сточных
вод из пруда-накопителя, расположенного вблизи бывших полей орошения.
Это экологическая важная проблема, решать которую необходимо в
ближайшее время, и о которой было сказано еще в начале 1990-х годов.
87
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Использование осадка и ила из пруда-накопителя имеет свои трудности и
требует детального изучения, но, к сожалению, не проводится из-за
отсутствия финансирования исследований.
В настоящее время на комплексе содержится около 45 тыс. голов,
следовательно, выход навоза составляет приблизительно 45000*15 = 675 тыс.
л в сутки, или 246 млн. л в год. Кроме того, животноводческие стоки
разбавляются технологической водой до 93% влажности, т.е. их выход
возрастает более чем в 2 раза. Таким образом, объем их составляет более 500
млн. л, или 500 тыс. м3 в год без учета хозяйственно-бытовых стоков пос.
Искра.
Сточные воды поступают после биологической очистки в пруднакопитель, расположенного на балке Большой Луг, его ёмкость 1220 тыс. м3
при площади 24,6 га, а из него подавались на поля насосной станцией для
дождевания (рисунок 30). В сточных водах не происходит процесса
самонагревания, выживаемость микроорганизмов до 6 и более месяцев,
температура сточных вод в течение года зависит только от погодных
условиях, зимой пруд-накопитель сточных вод не замерзает.
Следует отметить, что изначально (1975 г.) площадь земледельческих
полей орошения (ЗПО) и объем пруда-накопителя в ОАО «Рязанский
свинокомплекс» не соответствовали санитарной норме. Эксплуатация полей
орошения должна осуществляться в соответствии с санитарными правилами
устройства и эксплуатации ЗПО, методическими указаниями по
осуществлению государственного санитарного надзора за устройством и
эксплуатацией земледельческих полей орошения.
ДДН-70 и схема полива
88
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Насадка на дальнеструйную дождевальную машину ДДН -70
Электрифицированная насосная станция
Рисунок 30 – Дождевальная техника и насосная станция
89
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В связи с ухудшением работы очистных сооружений и оросительной
системы, в конце 1990-х годов возросла заражённость животных
гельминтами из-за отсутствия средств на лечение и недостаток средств
дезинвазии, в то же время зачастую имели место нарушения режима и
технологии полива сточными водами. Со стороны местных властей и органов
ГСЭН контроль использования сточных вод снизился, а с 1998 г. прекратился
надзор за состоянием окружающей природной среды на территории
комплекса, очистных сооружений и полях орошения.
В результате сброса в пруд-накопитель избыточного активного ила
образуются донные отложения мощностью до 4 м. Из пруда - накопителя за
вегетацию расходовалось по данным 1990 г. 1025 тыс. м3 сточных вод для
орошения сельскохозяйственных культур, то есть более половины жидкой
органики из года в год оставалось неиспользованной.
Гидрохимическая и санитарно-эпидемиологическая характеристика
сточных вод пруда-накопителя по данным 1998-2003 гг. представлена в
таблицах 1 и 2.
Таблица 1 - Химический состав сточных вод пруда-накопителя в
вегетационный период
Показатели
1.Осадок, мутность
2.Плавающие
примеси
3.Взвешенные
вещества, мг/дм3
4.рН, единиц
5.Сухой остаток,
мг/дм3
6.Железо
общее,мг/дм3
7.Хлориды, мг/дм3
8.Сульфаты, мг/дм3
9.Аммиак, мг/дм3
Биологическая очистка работала
не эффективно, сточные воды
Мутный
свинокомплекса
по
многим
частицы ила показателям не соответствовали
СанПиН 4630-88. Так, характер вод
фекальный,
запах
5
баллов.
380
Растворённый
О2
отсутствовал,
наблюдался мутный осадок и
7,8
примесь в виде хлопьев ила.
Содержание взвешенных веществ
2550
составляло 380 мг/дм3. БПК5, БПК20 и
ХПК превышают ПДК более чем в 4
0,03
раза. Содержание сухого остатка
превышает норму в 2 - 3 раза.
Содержание хлоридов 647 мг/дм3, что
670
грозит
засолением
почв
при
315
нарушении режима и технологии
орошения. Содержание аммиака до
185
Концентрация
90
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
10.Нитриты, мг/дм3
0,3
11.Нитраты, мг/дм3
0,08
150 мг/дм3, что незначительно выше
нормы, а нитритов и нитратов не
соответствует ПДК.
Отмечено наличие в сточных
поверхностно-активных веществ).
водах
СПАВ
(синтетических
Таблица 2 - Бактериологический состав сточных вод пруда-накопителя в
вегетационный период, в 1 дм3
Средние
значения
Санитарная
2400000
1000
2.Индекс E.coli
13000
100
3.Индекс энтерококка
2400
100
4.Коли-фаги КОЕ
1000
100
12х105
-
5х105
-
Показатель
1.Индекс лактозоположительной кишечной
палочки
5.Общее количество мезофидьных аэробных и
факультативно-анаэробных микроорганизмов,
выросших при 370 С
6.Общее количество мезофильных аэробных и
факультативно-анаэробных микроорганизмов,
выросших при 220 С (рисунок 5)
норма
Анализ приведенных таблиц 1 и 2 показывает, что химический состав
сточных вод за 1975-2010 годы ухудшился: возросло содержание
загрязняющих веществ, «микробиологический прессинг» подавлен
«химическим» вследствие большего объема поступающих на очистные
сооружения коммунально-бытовых вод п. Искра по сравнению с
животноводческими стоками.
91
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Анализ
качества
вод,
проведенный в 1998…2003 гг.
показал,
что
содержание
Nсоединений возросло: аммиака на
37%, а нитритов и нитратов на 0,3 и
0,05 мг/дм3 соответственно, хотя до
1998 г. они отсутствовали или их
концентрация была незначительной.
Это объясняется ухудшением работы
очистных сооружений вследствие их
старения и снижения контроля со
стороны
органов
ГСЭН,
Рисунок 31 – Питательная среда для прекращением наложения штрафных
определения количества
санкций и др.
мезофильных аэробных и
Сточные
воды,
сильно
факультативно-анаэробных
загрязнены бактериально, так как
микроорганизмов - КМАФАнМ
микрофлора
выживает
продолжительное время, а высокая
влажность и большое количество аммиака и хлоридов препятствуют
размножению термофильных микроорганизмов (рисунок 31).
Воды не соответствовали СанПиН содержание лактозоположительной кишечной палочки (2400000), Е. соli (13000), коли-фагов
КОЕ (1000).
Вследствие высокого микробного осеменения сточных вод
свинокомплексов до конца 1990-х годов их использование находилось под
надзором санитарной службы. Микроорганизмы и органическое вещество
сточных вод хорошо поддаются разложению и могут быть источником
возбудителей болезней работников очистных сооружений и агрономической
службы в периоды использования сточных вод на орошение.
Пройдя аэробную или анаэробную очистку, проходит процесс
разложения веществ сточных вод, под действием мезофильных или
термофильных микроорганизмов воды приобретают резко выраженную
коллоидную форм (С. А. Ваксмана, 1937 и др.). При орошении сточными
водами на полях образуются разные формы гумуса. Эти типы гумуса
обнаруживают химическое родство с типичным почвенным гумусом. Состав
гумуса неоднороден, он меняется в зависимости от свойств растительных и
животных остатков, из которых происходит. Микроорганизмы сточных вод
способствуют процессу разложения. На состав гумуса оказывают влияния и
92
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
условия протекания разложения. Таким образом образуется определенный
тип гумуса – гумус сточных вод.
В настоящее время сточные воды не используются на орошение, но,
несмотря на это, пруд-накопитель не может принять данный объем и вопрос
его эксплуатации остается открытым. Пруд-накопитель до настоящего
времени остается опасным с экологической точки зрения объектом за счет
возможного загрязнения окружающей территории.
3.3.Характеристика серой лесной почвы до проведения
мелиоративных мероприятий
Полнопрофильный разрез серой лесной почвы ОАО «Рязанский
свинокомплекс» Рязанского района Рязанской области проведен
сотрудниками института Рязаньгипроводхоз в 1974 г. на стадии проекта
свинокомплекса и очистных сооружений.
Разрез №2.
Рельеф – полого-волнистая равнина. Общий уклон поверхности
северо-восточной экспозиции в сторону р. Рака. Почвообразующая порода карбонатная морена. Овёс.
Серая лесная средне-суглинистая почва.
Ао 0 - 6 см. Дернина, окраска серая, структура зернистая,
среднесуглинистый, переплетён корнями, переход заметный.
А1 6 - 17см. Гумусовый горизонт, серый, комковато -зернистый,
среднесуглинистый, свежий, рыхлый, пористый, имеются включения корней,
переход заметный.
А1А2 17 - 37 см. Гумусо - эллювиальный, светло - серый с обильной
присыпкой кремнезёма, мелко - ореховатая структура, средне-суглинистый,
свежий, рыхлый, пористый, комковато - зернистая структура, переход
заметный.
Аi 37 - 62 см. Иллювиально - гумусовый горизонт,
среднесуглинистый, тёмно - серый,свежий, рыхлый, пористый, комковато зернистая структура, переход заметный.
В1 62 - 100 см. Иллювиальный, бурый, ореховато – комковатая
структура, имеются затёки гумуса, присыпка кремнезёма, ржавые пятна
(Fе2О3), глинистый, уплотнённый, пористый.
Сg k 100 - 120 см. Материнская порода, буро - сизый, ореховый,
глинистый с признаками оглеения, вскипание от НСl.
Водоносный горизонт приурочен к водноледниковым образованиям,
широко развитым в пределах исследуемой территории. Водовмещающими
93
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
породами служат пески мелкие, средней крупности, супеси пластичной,
текучей консистенции, опесчаненные разности суглинков, мощность
обводнённой толщи 13 - 17 м.
Региональным водоупором служат юрские глины полутвёрдой,
тугопластичной консистенции, залегающие на глубине 20 - 30 м. Питание
осуществляется путём инфильтрации атмосферных осадков, частично путём
подтока из нижележащих каменноугольных горизонтов. Направление
грунтовых потоков в ОАО "Рязанский свинокомплекс" в долину р. Рака.
Грунтовые воды вскрыты на глубине 6 м. Для наблюдения за уровнем
грунтовых вод на поле имеются наблюдательные скважины (рисунок 32 и
33).
Рисунок 32 – Очистка скважины
94
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 33 – Открытая наблюдательная скважины
В геологическом строении участие принимали четвертичные
отложения, юрские, каменноугольные (по данным изысканий, проведенных
институтом Рязаньгипроводхоз). На территории объекта распространены
водно-ледниковые и покровные отложения, которые сплошным чехлом
перекрывают все водораздельные пространства. Покровные отложения
залегают под почвенно-растительным слоем мощностью 0,3 - 0,5 м и
представлены суглинками лессовидными тяжелого гранулометрического
состава твердой, полутвердой, тугопластичной консистенции. Реже
мягкопластичной, текучепластичной, текучей, пылеватой, развиты
повсеместно, мощностью от 2,6 до 10,7 м.
Подстилаются водноледниковыми отложениями, представлены
суглинками среднетяжелого гранулометрического состава, ниже залегают
супеси пластичной, текучей консистенции, пески мелкие, средней крупности.
Исследуемые серые лесные почвы хозяйства были представлены в
среднем на 23% глыбистыми (более 10 мм) агрегатами. Наиболее
агрономически ценные макроагрегаты (10 – 0,25 мм), обладающие высокой
пористостью, механической прочностью и водопрочностью, составляют
более 43%. Как показывали результаты сухого просеивания, содержание
водопрочных агрегатов невысокое, что говорило о бесструктурности данной
95
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
почвы. Такая почва заплывала и образовывала корку, что ухудшало
воздухообмен и условия жизнедеятельности аэробных микроорганизмов.
Плотность пахотного горизонта почвы высокая, а порозность и
содержание воздуха незначительные – до 46% и 20% соответственно, что
свидетельствует об уплотнении пахотного слоя (до 1,45 г/см3) и низкой в
связи с этим водопроницаемости.
Таким образом, серая лесная почва ОАО «Рязанский свинокомплекс»
характеризовалась в 1974 г. неблагоприятными водно-физическими и
агрохимическими свойствами. В связи с этим, орошение сточными водами
свинокомплекса, содержащих большое количество питательных веществ в
доступной для растений форме, являлось одним из агромелиоративных
мероприятий, направленных на улучшение свойств почвы.
3.4.Климатические особенности региона
Известно, что на почвообразовательный процесс оказывают влияние
климатические факторы.
Нечерноземная зона занимает 62% всей территории России. Ее
площадь составляет 2,87 млн. км2, при этом сельскохозяйственные угодья
занимают 52 млн. га. Рязанская область расположена в центре европейской
части Российской Федерации на Мещерской и Окско-Донской низменных
равнинах, и лишь юго-запад ее территории занят Среднерусской
возвышенностью. Максимальная абсолютная высота местности составляет
236 м (юго-восточнее р.п. Павелец), минимальная — 73 м (пойма р. Оки
ниже р.п. Елатьма).
Рязанская область расположена на Русской плите ВосточноЕвропейской платформы. В результате горизонтального перемещения
(дрейфа) со скоростью 1...2 см/год (иногда до 4 см/год) эта платформа
находилась в конце кембрия (более 500 млн. лет назад) между 10о и 30о ю. ш.,
в девоне (400 млн. лет назад) - в зоне экватора, в конце палеозоя (250 млн.
лет назад) она была между 30о и 40о с.ш. Это подтверждается и анализом
состава осадков, характеризующего климатические пояса.
В девонское время в пределах Восточно-Уральской антеклизы
заложилась серия авлакогенов и впадин. На месте Пачелмского авлакогена
образовался Рязано-Саратовский прогиб, в котором мощность девонских
осадков составила 700 м. В среднем и верхнем девоне отлагались
терригенные и сульфатно-карбонатные (иногда галогенные) породы. К ним
приурочены напорные подземные воды от пресных до рассолов. В карбоне
произошло накопление в основном карбонатно-морских образований
96
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
мощностью 700-800 м. С ними связаны многоэтажные водонапорные
системы Московского артезианского бассейна.
В области прерывисто развиты верхнеюрские и меловые осадки очень
непостоянной мощности. В средней части Мещерской низменности
расположены
субмиридиональные
крупные
доюрские
долины,
начинающиеся южнее Рязани и идущие на север - одна к Шатуре и Собинке,
другая вдоль полосы Клепиковских озер. В них отложились баткелловейские
континентальные пески и глины, часто гумусированные. В пределах ОкскоЦнинского вала (Елатьма и др.) карбоновые известняки местами перекрыты
нижнекелловейскими глинами мощностью 10...15 м. В бассейнах рек Оки,
Прони, Мостьи, Пары и др. распространены морские верхнеюрские и
нижнемеловые глины, пески, песчаники. Глинистые породы очень
подвержены выветриванию и предрасположены к разуплотнению с
переходом в текуче-пластическое состояние. Местами сохранились
небольшие пятна песков верхнего мела.
Более или менее водоупорное перекрытие дает толща кимериджкелловейских глин, поэтому питание келловейско-батского водоносного
горизонта происходит за счет нижележащих напорных вод. Остальные
водоносные горизонты верхней юры и мела характеризуются отсутствием
выдержанных водоупорных перекрытий, в результате чего основным
источником их питания служат атмосферные осадки, уровень которых имеет
сезонные колебания.
Из вышеизложенного следует, что фундамент и чехол Русской плиты
имеют блоковое строение, отражающее слоисто-блоковую структуру земной
коры и имеющее значение для последующей истории этого региона. В
позднем кайнозое тектонические движения оживились и привели к
структурной перестройке и заложению активных региональных
тектонических швов, разделяющих контрастные формы рельефа Русской
равнины (Нелидово-Рязанский шов, проходящий через гг. Рыбное, Рязань,
нижнее течение Прони, устье Верды, и новый шов, проходящий
приблизительно по западной части Окско-Цнинского и Окско-Клязьминского
валов).
С новейшими движениями связано формирование современного
рельефа: Среднерусской и Приволжской возвышенностей, Мещерской
низменности, Тамбовской равнины, Окско-Цнинского плато и Мокшинской
низины.
Область характеризуется умеренно-континентальным климатом с
теплым летом и умеренно-холодной зимой с установленным снежным
покровом и хорошо выраженными, но менее длительными переходными
97
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сезонами года - весны и осени. Радиационный баланс имеет максимальное
значение в июне - 5,5...8,9 мДж/м2, минимальное в сентябре - 2,0...3,6
мДж/м2. Средняя месячная температура воздуха самого теплого месяца июля - 19-20оС, самого холодного - января - 10,5-11,5оС. Сумма
среднесуточных температур воздуха - 2150-2300оС. Продолжительность
теплого периода года (с положительной среднесуточной температурой
воздуха) в среднем 210-218 дней от начала апреля до начала ноября.
Длительность периода с температурой воздуха выше 10оС составляет в
среднем 140 суток. Дней со снежным покровом 136-140. Среднесуточная
влажность воздуха 76-78%, наблюдаются существенные колебания
влажности воздуха внутри вегетационного периода. Годовое суммарное
испарение составляет 420-470 мм. Испарение с водной поверхности 430-449
мм. Гидротермический коэффициент равен 1,1-1,4.
Климатические особенности региона характеризуются значительными
колебаниями выпадающих осадков. В среднем большая часть области
получает 450-550 мм осадков в год. В некоторые годы осадков выпадает до
700 мм, в другие - около 300 мм. Причиной засухи является неравномерное
выпадение осадков по сезонам, в частности недостающее количество осадков
весной и летом. В целом климат территории умеренно теплый и неустойчиво
влажный. Атмосферные засухи наблюдаются на севере Рязанской области в
среднем до 70% лет, из них 20% лет бывают дни с интенсивными засухами; в
центральной части - в 90% лет, из них 30% - с интенсивными засухами; на
юго-востоке области засухи наблюдаются почти ежегодно. Нечерноземье
можно назвать зоной избыточного годового и неустойчивого весенне-летнего
увлажнения. Культурные растения в вегетацию нередко испытывают
недостаток почвенной влаги, что отрицательно сказывается на урожае.
Анализ метеоусловий указывает на наличие сухих и засушливых лет в 3950% случаев. Поэтому основным условием повышения эффективности
мелиоративных мероприятий в Нечерноземной зоне является улучшение
влагообеспеченности сельскохозяйственных культур. Около 80%
сельскохозяйственных угодий страны расположены в зоне рискованного
земледелия с недостаточным или неустойчивым увлажнением.
Повышенной величиной атмосферной влаги отличаются Касимовский
и Клепиковский районы, наименьшее количество осадков выпадает в
Сасовском и Сараевском районах. Ресурсы тепла и влаги позволяют
выращивать в Рязанской области различные сельскохозяйственные культуры.
В то же время, область относится к зоне рискованного земледелия. На ее
территории нередки засухи (особенно в мае), к неблагоприятным
98
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
климатическим явлениям весенне-летнего периода относятся заморозки и
суховеи.
К неблагоприятным климатическим условиям в летний период, кроме
засухи, относятся и суховеи, которые в центральных районах
рассматриваемой области бывают почти ежегодно. Повреждения от них
сельскохозяйственных культур особенно заметно при снижении запасов
продуктивной влаги в пахотном слое.
Преобладающее направление ветров зимнего периода – южное и югозападное, что связано с особенностями циклонической циркуляции и
влиянием острога Азиатского максимума. Летом преобладают северозападные ветры. Весной характерно преобладание антициклональной
циркуляции и несколько повышена доля ветров восточных румбов.
Обеспеченность культурных растений влагой в значительной степени
определяется атмосферными осадками, их величиной и распространением по
территории, изменчивостью по годам и внутри вегетационных периодов,
хотя в условиях орошения этот фактор несколько теряет свое значение.
Осадки в регионе в теплый период носят преимущественно ливневый
характер, что объясняет большую изменчивость суточных сумм осадков от
долей до десятков миллиметров.
Важное значение имеет обеспеченность растений теплом, которая за
май - сентябрь недостаточная в 9,2 - 11,0% лет, достаточная - в 23,8 - 24,5%,
избыточная - в 64,5 - 67,0%.
Для оценки тепловлагообеспеченности периода Бузыко (1955) ввел
коэффициент сухости, равный отношению радиационного баланса (R) к
затратам тепла на испарение осадков (  О)
Кс 
R
.
О
Оптимальной тепловлагообеспеченности соответствует коэффициент
сухости, равный 1,2...1,6. В эти годы орошение являлось одним из основных
факторов получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур.
Обеспеченность теплом для испарения осадков за май-сентябрь
недостаточная в 9,2...11,0% лет, достаточная - в 23,8...24,5% лет, избыточная
- в 64,5...67,0% лет. Для испарения выпадающих осадков наиболее
обеспечены теплом май, июнь, июль, меньше - август и недостаточно сентябрь. В сентябре и августе, при обеспеченности индекса 50%, орошение
не эффективно.
Для анализа погодных словий в годы проведения исследований
использовались данные метеостаций г. Рязани и ГНУ МФ ВНИИГиМ
(рисунок 34). Погодные условия в годы исследований были различны. Так,
99
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2010 год характеризовался как экстремально жаркий и сухой по сравнению
со среднемноголетними данными тепловлагообеспеченности; 2011 год –
примерно соответствовал среднемноголетним показателям.
Подводя итог анализу климатических условий региона, следует
отметить, что соотношение тепла и влаги в среднем за многолетний период
благоприятно для выращивания большинства сельско-хозяйственных
культур. Однако большая изменчивость метеофакторов по годам, неравномерное распределение водных и тепловых ресурсов внутри вегетационных
периодов нередко приводит к возникновению дефицита влаги в почве, что
отрицательно сказывается на росте и развитии сельскохозяйственных
культур. Восполнялся дефицит влаги и питательных веществ в почве
орошением природными водами, в настоящее время - только естественными
осадками.
100
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 34 - Метеостанция ГНУ МФ ВНИИГиМ
Приведенный анализ тепловлаго-обеспеченности показывает, что
южный район Нечерноземья, куда входит Рязанская область, характеризуется
в вегетационные периоды частыми сухими жаркими периодами и ливневыми
дождями, влага которых используется непродуктивно. В связи с этим,
проведение оросительной мелиорации было целесообразно и экономически
эффективно.
В настоящее время принята Государственная программа развития
сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной
продукции, сырья и продовольствия на 2013 – 2020 годы, в которой
отмечается значимая роль оросительных мелиораций в связи с частыми
жаркими сухими периодами в вегетацию и их развитие.
Федеральная
целевая
программа
«Развитие
мелиорации
сельскохозяйственных земель России на период до 2020 года»
предусматривает осуществление следующих основных мероприятий по:
 техническому перевооружению, реконструкции и строительству
мелиоративных систем и отдельно расположенных гидромелиоративных
сооружений;
 фитомелиоративным мероприятиям;
 поддержке сельскохозяйственных товаропроизводителей по
созданию,
восстановлению,
реконструкции
и
модернизации
внутрихозяйственных оросительных систем;
101
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
 научно-исследовательским и опытно-конструкторским работам в
области мелиорации и др.
Таким образом, результаты проведенного почвенно-экологического
мониторинга последействия длительного орошения сточными водами серой
лесной почвы позволят руководителям хозяйств, а также проектировщикам и
строителям современных животноводческих комплексов более продуктивно
и экологически безопасно применять мелиоративные мероприятия с
соблюдением
технологических
параметров
и
производственных
рекомендаций.
3.5.Результаты исследований
Режим органического вещества включает содержание гумуса в почве,
мощность гумусового горизонта, фракционный состав и другие показатели
его качества.
Сточные воды свинокомплекса являются, в основном, азотнокалийным удобрением и оказывают на почву различное влияние:
улучшается физическое состояние почвы,
изменяется рН почвы,
изменяется состав микроорганизмов и их активность.
Вследствие изменений свойств и режимов почвы, возрастает
урожайность трав и, следовательно, количество растительных остатков, что,
в определенной степени, восполняет потери гумуса. Однако большое
количество азота, поступающего с поливной водой, ведет к потере гумуса,
что подтверждается результатами многолетних исследований. Так, за 28летний срок орошения сточными водами и по истечение 9-ти летнего
прекращения мелиоративного воздействия абсолютное содержание гумуса
составило 2,2…2,5 %, что на 0,36 % меньше исходного.
Произошло увеличение количества глыбистых агрегатов вследствие
слипания почвенных частиц и вносимых со сточными водами взвесей на 16%
по сравнению с исходным, содержание агрономически ценных агрегатов
почвы составило 65,1 % и по сравнению с исходным практически не
изменилось, но, в то же время, количество мелких агрегатов (<0,25 мм)
снизилось вдвое по сравнению с их наличием до проведения мелиоративных
мероприятий. Глыбистая фракция составила в среднем 24 %, или на 4 %
меньше по сравнению с данными 2003 года, что является неплохим
показателем. Количество агрономически ценных агрегатов составило 72,6 %,
или на 11 % больше по сравнению с данными 2003 года, а содержание
мелких фракций возросло на 23 %. От крупности агрегатов почвы, ее
102
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
гранулометрического состава (рисунок 35) зависят водно-физические
свойства.
Рисунок 35 - Анализаторы размера частиц (гранулометрического состава)
серии Mastersizer 2000
Водопроницаемость почвы – это свойство почвы впитывать и
пропускать через свой профиль поступающую с поверхности воду. При этом
различают поглощение, впитывание воды почвой, когда вода заполняет поры
и пустоты сухой почвы, передвигаясь от генетического горизонта к
горизонту (первая стадия), и фильтрацию, когда свободная вода проходит
сквозь толщу насыщенной влагой почвы под воздействием силы тяжести и
градиента напора (вторая стадия). Последействие длительного орошения
сточными водами свинокомплекса оказало в целом неудовлетворительное
влияние на водопроницаемость. Так, при напоре 5 см и температуре воды
10°С объём воды в первый час впитывания почвой составлял 48 мм, что
является невысокий.
Свойство
почвы
обеспечивать
восходящее передвижение
содержащейся в ней воды под воздействием капиллярных сил называется
водоподъемной способностью. Высота и скорость подъема зависят от
гранулометрического состава, структуры и порозности почвы. Подъем воды
по капиллярам наиболее интенсивен при диаметре пор 0,1-0,003 мм. Высота
подъема воды составляет около 3 м 3, что соответствует гранулометрическому
составу суглинка среднего и суглинка тяжелого.
Сотрудниками ВНИИИА им. Д.Н. Прянишникова подготовлен
бюллетень «Агрохимическая характеристика почв сельскохозяйственных
угодий Российской Федерации (по состоянию на 1 января 2003 г.)» по
материалам агрохимического обследования почв сельскохозяйственных
угодий Российской Федерации, которые сгруппированы по градациям. По
103
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
предложенным градациям В. Г. Сычева, А. В. Кузнецова, А. В. Павлихиной,
Н. В. Лобаса, Л. К. Кручининой, С. А. Ермолаева, до орошения сточными
водами почва имела среднекислую степень кислотности. Содержание Р2О5 и
К2О в настоящее время среднее, а гумуса – низкое.
Б.П.
Ахтырцевым
(1979)
отмечено,
что
"длительное
сельскохозяйственное использование серых лесных почв без применения
удобрений сопровождается ухудшением их плодородия". Поэтому
предполагалось, что орошение сточными водами, содержащими большое
количество биогенных соединений, не только улучшит водный режим, но и
позволит повысить плодородие почвы, что в конечном итоге и наблюдалось.
По содержанию гумуса (по Кнопу), характеризует серую лесную
почву хозяйства как гумусосодержащую.
рН серой лесной почвы составлял до орошения сточными водами в
слое 0-25 см 5,0…4,5, а реакция сточных вод ближе к щелочной, поэтом за
28-летний срок орошения сточными водами рН = 6,1…5,9. После 9-ти лет
мелиоративных воздействий рН почвы изменился в кислую сторону (рН =
5,2…5,4), что может в дальнейшем привести к подкислению почвы.
Кроме важной роли как источника питательных веществ, гумус имеет
большое значение косвенного фактора плодородия благодаря улучшению
физических свойств почвы. Влияние гумуса на физические свойства почвы
достаточно сложно и далеко не полно изучено; во всяком случае, изменение
физических свойств почвы под влиянием гумуса нельзя рассматривать с
точки зрения аддитивности, т. е. простого сложения свойств гумуса и
минеральной части почв.
По мнению Эренберга (Ehrenberg, 1924), защитное действие гумуса в
отношении глинистых суспензий объясняется тем, что гумус обволакивает
частички глины тонкой пленкой, благодаря чему эти частички приобретают
свойства, присущие коллоидам гумуса, т. е. электролитический порог
коагуляции возрастает. Воднорастворимые органические вещества из
грубого гумуса оказывают на глинистую почву пептизирующее влияние. При
коагуляции глины, пептизированной гумусом, получаются агрегаты более
рыхлого сложения, чем в случае чистой глины; этим объясняется
благоприятное действие гумуса на физические свойства глинистых почв. По
Эренбергу, это благоприятное (разрыхляющее) действие гумуса на
глинистые почвы может быть обязано, во-первых, наличию не вполне
разложившихся органических остатков, а во-вторых, свертывающему
действию больших количеств гумуса на глинистые суспензии. На
возможность
последнего
явления
было
указано
Шлезингом.
104
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Этот процесс взаимодействия гумуса с глиной изучен еще недостаточно и
механизм его пока неясен.
Однако в условиях орошения сточными водами, по нашему мнению,
почва имела склонность к уплотнению, одной из причин этого являлось
нарушение режима орошения: подача высоких оросительных норм,
несоблюдение оптимальных доз сточных вод, нарушение тенологии
орошения. Так, по сравнению с 1974 г., плотность почвы естественного
сложения до проведения орошения сточными водами составляла 1,25 г/см 3,
то в 2003 г. - 1,50 г/см3, а после прекращения поливов (через 9 лет)
уменьшиась до 1,45 г/см3 (рисунок 36).
Уровень плодородия почвы
характеризовать по абсолютным
величинам содержания гумуса, на
наш взгляд, не совсем верно, также
необходимо знать его природные
свойства. По литературным данным,
можно использовать для данных почв
r=0,04. Целесообразно определять
максимальное содержание гумуса для
конкретного типа почв, при котором
органические
удобрения
применяются в нормах, значительно
превышающих
дозы,
Рисунок 36 – Измерение плотности компенсирующие расход гумуса, что
и
наблюдалось
в
условиях
почвы экспресс-методом
длительного орошения сточными
водами ОАО «Рязанский свинокомплекс».
Действительно, в первое десятилетие орошения сточными водами
дозой 400 и более кг азота на 1 га, привело к повышению содержания
органического вещества в почве, однако затем наблюдалась его стабилизация
и в конечном итоге – снижение содержания гумуса, что подтвердило
результаты ранее проведенных исследований О. Кошевым.
П.А. Костычев отмечал, что «накопление гумуса в почве может
происходить только в условиях, при которых разложение органического
веществ слабее, чем в его приход; если разложение равно приходу, никакое
накопление невозможно».
Кроме содержания гумуса, необходимо определять его запасы
(рисунок 37). Для серых лесных почв часто гумусированный горизонт
является синонимом пахотного. Как показали исследования почвенного
105
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
профиля серой лесной почвы, мощность гумусового горизонта уменьшилась
до 8 см, т.е. на 4 см по сравнению с данными института Рязаньагроводпроект
от 1974 года.
106
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 37 - Измерение глубины гумусового горизонта металлическим
метром при описании почвенного профиля
Анализируя литературные источники, вспаханная почва, содержащая
2,2% гумуса, способна в севооборотах с многолетними травами высвободить
до 120 кг/га азота. Однако следует учитывать влияние искусственного
восполнения дефицита влаги в почве (орошение сточными водами велось 3
раза за вегетацию по санитарным нормам, а при снижении влажности почвы
до или ниже предполивного порога проводились поливы природной водой до
7 раз за вегетацию), что повышает растворимость химических соединений.
Необходимо предвидеть трансформацию органических удобрений
сточных вод, используя коэффициенты гумификации и уровни содержания
гумуса. Однако коэффициенты гумификации изменяются во времени. Если в
течение 5-7 лет с момента внесения органики коэффициент составляет 20 30%, то в 50-летнем цикле он уменьшится до 10 - 12% и менее.
В условиях орошения эти изменения усилятся, что связано не только с
процессами гумификации растительных остатков и органических удобрений,
но и минерализацией формирующихся новообразованных лабильных
гумусовых веществ.
При оценке качества гумуса использовалось соотношение первой и
второй фракций гумусового вещества, отношение ГК/ФК, природу
гуминовых кислот, отношение С/N и др. Однако состав гумуса может дать
107
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
искаженную картину, поэтому предлагается изучать природу гумуса с
использованием модификационных методов Почвенного института. В
процессе сельскохозяйственного использования формируются в первую
очередь и трансформируются наиболее лабильные формы гумуса.
Органические вещества почвенного раствора физиологически активны,
влияют на рост корневой системы, являются комплексообразователями,
позволяющими сделать доступными растениям железо и микроэлементы.
Показателем эффективного плодородия почв может служить тест,
опубликованный в «Рекомендациях для исследования баланса и
трансформации органического вещества при сельскохозяйственном
использовании и интенсивном окультуривании почв» (М., 1984). Так,
содержание углерода составляет в среднем 14 мг на 1 кг почвы хозяйства, об
информативности данного показателя свидетельствует тесная связь r=0,86
между ним и накоплением биомассы. Водорастворимые органические
вещества почвы имели наивысшую степень корреляции с биологической
активностью почвы r=0,95 в годы орошения сточными водами. Несмотря на
невысокое содержание гумусовых веществ (до 30 мг углерода на 1 кг почвы),
они имели непосредственный контакт с корневыми системами многолетних
трав и оказывали прямое влияние на растения, выражающееся в их
урожайности (рисунок 38) при последующем снижении урожайности
вследствие ухудшения агромелиоративных свойств и режимов почвы.
Наиболее информативной в отношении плодородия была фракция
«подвижных» (лабильных) гумусовых веществ.
108
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3D Contour Plot (ZAHAROVA.STA 49v*10c)
z = -1.517e3-148.095*x+172.776*y-0.033*x*x+1.406*x*y-1.464*y*y
96.824
97.647
98.471
99.294
100.118
100.941
101.765
102.588
103.412
104.235
105.059
105.882
106.706
107.529
108.353
109.176
Рисунок 38 – Густота стояния травостоя и поверхность отклика между
гумусовыми веществами почвы, мощностью корневой системы и
урожайностью многолетних трав
Гуминовые кислоты этой фракции характеризовались невысоким
содержанием углерода, повышенным азота и водорода по сравнению с
другими фракциями. Гидролизуемость азотсодержащих компонентов этой
фракции составляла 62 % по сравнению с 24 % для других. На образование
109
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
лабильных форм гумуса оказали влияние органические вещества,
поступавшие в почву со сточными водами свинокомплекса. Результаты
исследований показали, что сточные воды свинокомплекса при орошении
серой лесной почвы хозяйства в большей степени влияли на формирование
органического вещества почвенного раствора, в меньшей – на формирование
лабильных форм гумусовых веществ.
Для изучения зависимостей между показателями гумусового
состояния почвы и урожайностью многолетних трав на серой лесной почве
был использован метод площадок при проведении полевого опыта.
Результаты опыта позволили установить, что при недостатке азота на
неорошаемых участках более существенную роль оказали лабильные формы
гумуса в сравнении с органическим веществом почвенного раствора; на
орошаемых сточными водами участках, наоборот, большее значение
отводилось органическому веществу.
Соотношение С/N в почве и гумусовых веществах может быть
достаточно узким, что не может свидетельствовать о положительном факте
для азотного питания сельскохозяйственных культур. В действительности, в
гумусовых веществах может быстрее разлагаться углеродная часть, а при
эквивалентном разрушении доступной азотсодержащей части остаются
формы азота, которые практически недоступны для растений, а их примерно
до 40 % от общего содержания азота.
Среди экологических функций почвы важно отметить следующие:
депонирование атмосферного углекислого газа в составе органического
вещества, сохранение биоразнообразия, регулирование геохимических
процессов миграции элементов и сохранение в морфологии и химических
свойствах данных о прошлых стадиях эволюции почвенно-растительного
покрова.
Генезис почв тесно связан с климатическими условиями их
формирования. Процесс гумификации осуществляется более полно, с
образованием черных гуминовых кислот, ограниченно способных
передвигаться вниз по профилю. Особенно это заметно при орошении.
Профильное распределение гумуса по слоям почвы через 10 см
глубиной 50 см, проведенное на основе аналитических определений
содержания углерода органических соединений в целом подтверждает
выводы о постепенном убыванием его содержания вниз по профилю.
Почвообразование является процессом в значительной степени
зависящем от гумусообразования. Каждый тип почвообразования
характеризуется определенным типом гумуса и определенным типом
гумусового профиля.
110
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В настоящее время нами определен гуматно-фульватный тип гумуса
исследуемой почвы, так как в его составе преобладают гуминовые кислоты и
соотношение Сгк: Сфк в среднем равен 1,1 в верхних слоях почвы.
Соотвествующие данные для серой лесной почвы хозяйства приведены в
табл. 3.
Таблица 3 - Тип гумуса (Сгк/Сфк) и степень гумификации (Сгк/Собщ)
органического вещества серой лесной почвы
Слой почвы
0-10
10-20
20-30
30-40
40-50
Сгк/Сфк
1,0
1,2
1,1
0,9
0,4
Сгк/ Собщ
18,2
22,1
20,9
17,5
7,7
Анализируя данные таблицы 3 видно, что почва характеризуется
гумифицированным гуматно-фульватным органическим веществом в слоях
0-10, 10-20 и 20-30 см. Органическое вещество верхних горизонтов
характеризуется доминированием гуминовых кислот, при это гумус
относится к гуматно-фульватному. Ниже по профилю наблюдается
доминирование фульвокислот в составе гумуса, о чем свидетельствуют
результаты исследований в слоях 30-40 и 40-50 см. Это связано, на наш
взгляд, с вымыванием более лабильных фльвокислот из этих слоев почвы.
Распределение гумуса в исследуемой почве связано с различной
подвижностью фракций гуминовых кислот, представленной черными ГК и
фракций фульвокислот. Так менее подвижные гуминовые кислоты
«усредняются» кальцием и выпадают в осадок в средней части профиля, в то
время как фульвокислоты мигрируются в иллювиаьные горизонты, где и
аккумулируются. Если в почвах формируются бурые гуминовые кислоты,
которые в отличие от черных гуминовых кислот практически нерастворимы
и в связи с этим неподвижны, то распределение их по профилю будет
примерно одинаковым, а отношение Сгк/Сфк по этой причине не будет
изменяться в пределах одного типа гумуса.
Более наглядно данные таблицы 4 проиллюстрированы на рисунке 39.
Обсуждение результатов исследований авторами показано на рисунке 40.
111
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 39 – Распределение гумуса и степень гумификации органического
вещества по слоям почвы
Рисунок 40 – Обсуждение результатов исследований авторами
д.с.х.н., профессором Яковом Владимировичем Костиным и
д.с.х.н., доцентом Ольгой Алексеевной Захаровой
Была установлена тесная зависимость между рН почвы, ее
«дыхательной способностью» и способностью к разрушению органического
вещества. Поступление сточных вод на поля ведет к усиленному выделению
112
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
углекислоты, количество которой может ускорять разложение органического
вещества, что подтвердили результаты проведенных авторских
исследований. В 2011 г. была определена «дыхательная способность»
немелиорируемой почвы. Полученные данные сведены в таблицу 4.
Таблица 4 – Влияние отношения углерода к содержанию азота в почве на
процесс разложения в ней органического вещества
Показатели
рНKCl
Азот, %
Углерод, %
2003 год
6,1
0,183
1,684 (по литературным
2011 год
5,2
0,099
0,902
данным)
Отношение С:N
Выделено углерода в
виде СО2, мг
Выделено азота в виде
нитратов, частей на
1000
9,2
188,8(по литературным
9,1
105,6
данным)
18,5
12,5
Как видно из данных таблицы 4, отношение между количеством
выделяемой углекислоты и азота в виде нитратов в годы орошения сточными
водами и после прекращения поливов изменилось. В орошаемой сточными
водами почве 2003 г. выделяется больше СО 2 - в 1,7 раза по сравнению с
неорошаемой почвой в 2011 г. Растения усиленно потребляют выделяемую
СО2 и используют ее для синтеза органического вещества. Растительные
остатки и органические вещества сточных вод подвергаются быстрому
разложению и процесс контролируется количеством выделенной СО 2 и
скоростью разложения органических составных частей. Избыток
органического вещества ведет к усиленному разложению их
микроорганизмами, которые при этом поглощают азот и, в некоторой
степени, лишают растения минеральных форм азота.
Вышеизложенные результаты исследований свойств почвы имеют
большое значение для определения условий жизнедеятельности почвенной
микробиоты. Последействие длительного орошения сточными водами
свинокомплекса проявлялось в увеличении количества бактерии на МПА в
1,4 раза и составляло 25,5 млн. в 1 г почвы. Микроорганизмов, выращенных
на КАА, было обнаружено в ранее мелиорированной и не мелиорированной
почвах соответственно 19,1 и 13,7 млн. на 1 г почвы. Микроскопические
113
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
грибы в исследуемых образцах почвы присутствовали в небольшом
количестве, но несколько преобладали в не мелиорированной ранее почве.
Целлюлозоразрушающая активность составила 69% (2011 г.) по
сравнению с 91% в годы орошения сточными водами (1995-2003 гг.). По
шкале Звягинцева она характеризовалась как высокая (рисунок 41).
Рисунок 41 - Вид разложившегося льняного полотна
через 1 месяц экспозиции в почве (2011 г.)
Микробиологические факторы нельзя рассматривать отдельно от
водно-физических и агрохимических показателей. Накопление в почве
веществ, придающих водопрочность почвенной структуре в полевых
условиях, происходит при содействии микроорганизмов – грибов, бактерий и
др. Образование органических веществ из разлагающихся растительных и
животных остатков при участии почвенных микроорганизмов было отмечено
114
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
еще классиками почвоведения, дальнейшие исследования уточняли роль
микроорганизмов в структурообразовании.
П.Флегер (1936) отмечал в богатых микроорганизмами почвах
соединение почвенных частиц микробной слизью, вследствие чего
образовались агрегаты более высокого порядка. Из отечественных классиков
можно отметить опыты И.И.Канивца, Н.П. Корнеевой, Радзиловского и др.
по влиянию микроорганизмов на формирование почвенной структуры.
Мишустин Е. Н. установил существование лабильной, образованной
клеящими веществами белкового типа и легко разрушающейся, и
стабильной, созданной веществами гуминового типа и биологически более
устойчивой водопрочной структуры. Н. А. Дорохова установила
положительную роль грибов ризосферы на образование прочных агрегатов
почвы. На связь между микробиологической активностью почвы и
образованием структуры указывали Мак-Генри и Рэссел, которые установили
действующее начало микробных полисахаридов при образовании агрегатов.
К.И. Рудаков утверждал, что образование активного перегноя происходит не
только за счет корневых остатков, но и живых корней развивающегося
растения, заселенных микроорганизмами.
Полученные сведения о микробиологической активности почвы
позволяют получить более полное представление об изменениях,
произошедших за длительный срок ее использования в условиях орошения.
Скорость разложения гумуса изменяется в условиях орошения сточными
водами, этот процесс является функцией развития микроорганизмов и в
благоприятных условиях гумус легко разлагается.
Оценить современное состояние ранее мелиорированных почв можно
использовав новую классификацию почв, которая, с одной стороны,
позволяет лучше изучать почвы и прогнозировать что с ними может
произойти, и, с другой стороны, лучше понимать зарубежных
исследователей.
Таким образом, при проведении исследований изчения последействия
длительного орошения сточными водами на серую лесную почву в рамках
почвенно-экологического мониторинга было выявлено изменение режима
органического вещества, что проявилось в сокращении мощности гумусового
горизонта на 4 см по сравнению с исходным и снижение содержания гумуса.
В заключении отметим, что режим органического вещества в почве,
используемой в сельскохозяйственном производстве, имеет большое
значение и служит основным показателем ее плодородия. В связи с этим, при
планировании и последующем проведении мелиоративных мероприятий
необходимо строго соблюдать разработанные научно-обоснованные и
115
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
экологически безопасные технологии, способствующие накоплению
содержания гумуса в почве и улучшению его качественных параметров.
116
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Список использованной литературы
Агрохимические методы исследования почв. - М.: Наука, 1975. - 437 с.
Александрова Л. Н., Найденова О. А. Лабораторно-практические
занятия по почвоведению. - Л.: Изд-во «Колос», 1976. - 280 с.
Аринушкина Е. В. Руководство по химическому анализу почв. - М.:
Изд-во МГУ, 1970. - 471 с.
Ваксман С. А. Гумус. – М.: ОГИЗ, Сельхозгиз, 1937. – 470 с.
Галстян А. Ш. Дыхание почвы как один из показателей ее
биологической активности // Сообщения лаборатории агрохимии. 1959.
- № 4. - С. 33–39.
Галстян А. Ш., Цюпа Г. П. К вопросу определения дыхания почвы и
растительных остатков // Сообщения лаборатории агрохимии,1959. - №
2. - С. 106–109.
Гришина Л.А. Гумусообразование и гумусное состояние почв. - М.,
1986. - 242 с.
Ивойлов А.В., Каргин И.Ф. Лекции по истории агрономии. – Саранск:
Изд-во Мордовского ун-та, 2010. – С. 57-63.
Ионенко В. И. Природа гумуса (Современное состояние науки о
гумусе в плане создания и развития технологий промышленного
производства искусственного гумуса). – Харьков: НТИ ТТР , 1999. –
125 с.
Ковда В. А. Основы учения о почвах. — М.: Наука, 1983.
Котова Д. Л., Девятова Т. А., Крысанова Т. А. и др. Методы контроля
качества почвы: Учебно-методическое пособие для вузов. - Воронеж,
2007. – 250 с.
Методы почвенной микробиологии и биохимии. - М.: Изд-во МГУ,
1991. - 302 с.
Орлов Д.С. Гуминовые кислоты почв. - М.: Изд.МГУ, 1974. - 332
Орлов Д.С., Лозановская И.Н., Попов П.Д. Органическое вещество
почвы и органические удобрения. - М.: Изд-во МГУ, 1985. - 97с.
Оценка почв по содержанию и качества гумуса для производственных
моделей почвенного плодородия: Рекомендации. – М.: ВО
«Агропромиздат», 1990. – 28 с.
Почвоведение / Под ред. И. С. Кауричева. Изд. 2-е. - М.: Изд-во
«Колос», 1975. - 496 с.
Почвоведение. В 2 ч. / Под ред. В. А. Ковды, Б. Г. Розанова — М.:
Высш. шк., 1988. — ISBN 5-06-001159-3, ISBN 5-06-001195-X
117
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Розанов Б. Г. Морфология почв. — М.: изд. МГУ, 1983.
Тейт Р. Органическое вещество почвы. - М.: Мир, 1991. - 400 с.
Теории и методы физики почв / Под ред. Е. В. Шеина и
Л. О. Карпачевского. — М.: «Гриф и К», 2007. — ISBN 978-5-81250921-7
Федорец Н. Г., Медведева М. В. Методика исследования почв
урбанизированных территорий (Учебно-методическое пособие для
студентов и аспирантов эколого-биологических специальностей). –
Петрозаводск, 2009. – 125 с.
Шишов Л. Л., Лебедева И. И., Тонконогов В. Д. Классификация почв
России и перспективы ее развития /Почвоведение: история,
социология, методология. Памяти основателя теоретического
почвоведения В. В. Докучаева / Отв. ред. В. Н. Кудеяров,
И. В. Иванов. — М.: Наука, 2005. — С. 272—279.
Сайты интернета.
118
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ДК 631.15:65
З 35
О.А. Захарова, Я.В. Костин, К.Н. Евсенкин
Режим органического вещества
в мелиорированной почве
Рецензенты
Доктор сельскохозяйственных наук, профессор Р Н. Ушаков
Монография
Издание научное
ФГБОУ ВПО «РГАТУ имени П.А. Костычева»
Подписано к печати 25.12.2012
Тираж 500 экз.
119
Документ
Категория
Химические науки
Просмотров
333
Размер файла
4 645 Кб
Теги
режим, 2831, органического, почва, мелиорированной, веществ
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа