ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ КИСЛОТНО-ОСНОВНОЙ БУФЕРНОСТИ И НАПРАВЛЕНИЯ ТРАНСФОРМАЦИИ СОЕДИНЕНИЙ КРЕМНИЯ В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЕ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ РАЗЛИЧНЫХ КРЕМНИСТЫХ ПОРОД

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследована вариабельность основных показателей кислотно-основной буферности дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы, а также описана динамика содержания мономеров и полимеров кремнекислоты и кислоторастворимых соединений кремнезема в почве в условиях применения мелиоративных доз различных кремнистых пород (диатомита, цеолита и бентонитовой глины 3, 6, 12 т/га). Положительное влияние на противокислотную буферную способность почвы оказали цеолитовая порода и бентонит, сдвигая H+/OH–-равновесие системы более, чем на 160 и 20% соответственно в зависимости от примененной дозы материала. Действие диатомита проявлялось в противощелочной области почвенной буферности, за счет которого индекс H+/OH–-равновесия понижался почти на 40%. На фоне применения диатомовой породы и бентонитовой глины содержание мономеров кремнекислоты в почве увеличивалось более чем в 5 и 4 раз соответственно, на фоне применения цеолита – более чем в 2 раза. Содержание полимеров кремниевых кислот в почве повышалось до 3-х и 4-х раз при применении цеолитовой и бентонитовой пород соответственно. При этом внесение в почву диатомита способствовало увеличению содержания полимеров H4SiO4 в 5–10 раз в зависимости от дозы материала. Содержание кислоторастворимой фракции кремниевых соединений в почве повышалось в 1.4–2.8 раза на фоне различных доз изученных пород и в целом имело различную зависимость от состава каждой из них. На основе выявленных закономерностей содержания и динамики подвижных соединений кремния в почве (мономеров и полимеров кремниевых кислот, кислоторастворимых фракций кремнезема) дана характеристика и раскрыто значение впервые предлагаемых показателей, описывающих их динамическое состояние и направления трансформации – потенциал образования мономеров (M-ASi) и полимеров (P-ASi) H4SiO4, степень полимеризации (Pm-VSi) и деполимеризации (Dm-VSi) кремнекислоты, общее содержание рыхло-аморфной фракции кремнезема (SiAMF) и степени аморфности Si-содержащей минеральной фазы почвы (АMF-VSi). Изучение влияния кремниевых материалов в условиях дерново-подзолистой почвы выявило, что в зависимости от качественного состава и дозы кремнистой породы показатель M-ASi может увеличиваться на 30–80%, а показатель P-ASi может находиться в диапазоне повышения от 0.3 до 3.0 и более раз. Процессы полимеризации кремнекислоты и распада ее полимеров на мономеры, выражаемые соответственно показателями Pm-VSi и Dm-VSi, также могут активно увеличиваться на фоне взаимодействия почвы с породами, мера изменения которых выражается порядком 10–40% отклонения относительно контроля. Общее содержание рыхло-аморфной фракции кремнезема в почве, выраженное показателем SiAMF, может определяться составом каждой кремнистой породы, используемой в качестве мелиоранта. Если при применении диатомита показатель может уменьшаться почти на 30%, то при использовании цеолита и бентонитовой глины может происходить его увеличение на 30–100% в зависимости от дозы. Аналогичным образом может изменяться и показатель степени аморфности кремнийсодержащей части почвенного вещества (АMF-VSi).

Об авторах

А. В. Козлов

Российский государственный аграрный университет–МСХА им. К.А. Тимирязева

Автор, ответственный за переписку.
Email: a.kozlov@rgau-msha.ru
Россия, 127434, Москва, ул. Тимирязевская, 49

А. Х. Куликова

Ульяновский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина

Email: a.kozlov@rgau-msha.ru
Россия, 432017, Ульяновск, бул. Новый Венец, 1

Список литературы

  1. Мурашкина М.А., Копцик Г.Н., Саузард Р.Дж., Чижикова Н.П. Соединения железа, алюминия, кремния и марганца в почвах лесных экосистем таежной зоны // Почвоведение. 2004. № 1. С. 40–49.
  2. Соколова Т.А., Толпешта И.И., Лысак Л.В., Завгородняя Ю.А., Чалова Т.С., Карпухин М.М., Изосимова Ю.Г. Биологические характеристики и содержание подвижных соединений Fe, Al и Si в ризосфере ели в подзолистой почве // Почвоведение. 2018. № 11. С. 1330–1339.
  3. Соколова Т.А., Толпешта И.И., Изосимова Ю.Г. Подвижные соединения Al и Si в палево-подзолистых почвах Центрального лесного заповедника: содержание, распределение по профилю и гранулометрическим фракциям // Почвоведение. 2017. № 6. С. 672–679.
  4. Соколова Т.А., Толпешта И.И., Максимова Ю.Г. Соединения Al, Fe и Si в вытяжках Тамма и Мера–Джексона в перегнойно-торфянисто-подзолисто-глеевой почве: содержание, запасы, распределение по профилю и гранулометрическим фракциям // Почвоведение. 2014. № 5. С. 537–545.
  5. Harley A.D., Gilkes R.J. Factors influencing the release of plant nutrient elements from silicate rock powders: a geochemical overview // Nutr. Cycl. Agroecosyst. 2000. V. 56 (1). P. 11–36.
  6. Heather A.C., Carole C.P. Silica in plants: biological, biochemical and chemical studies // Ann. Bot. 2007. V. 100 (7). P. 1383–1389.
  7. Казаков Н.В., Лящевская М.С., Гребенникова Т.А. Условия формирования почвы на диатомитовых отложениях (Южная Камчатка) // Вестн. КраУНЦ. Науки о Земле. 2013. № 2 (22). С. 168–177.
  8. Соколова Т.А., Толпешта И.И., Топунова И.В. Изменение бентонита в торфянисто-подзолисто-глееватой почве в условиях модельного полевого опыта // Вестн. МГУ. Сер. 17. Почвоведение. 2013. № 3. С. 8–18.
  9. Соколова Т.А. Процессы разрушения кварца, аморфных минералов кремнезема и полевых шпатов в модельных опытах и в почвах: возможные механизмы, скорость, диагностика (анализ литературы) // Почвоведение. 2013. № 1. С. 98–112.
  10. Соколова Т.А. Роль почвенной биоты в процессах выветривания минералов (обзор литературы) // Почвоведение. 2011. № 1. С. 64–81.
  11. Толпешта И.И., Соколова Т.А., Изосимова Ю.Г. Краткосрочные изменения биотита различных гранулометрических фракций в подзолистой почве в полевом модельном эксперименте // Почвоведение. 2019. № 10. С. 1211–1224.
  12. Чижикова Н.П., Омарова Е.О., Зенова Г.М., Манучаров А.С. Взаимодействие циано-актиномицетных сообществ с глинистыми минералами // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2008. Т. 61. С. 50–59.
  13. Чижикова Н.П., Харитонова Г.В., Матюшкина Л.А., Коновалова Н.С., Стенина А.С. Дифференциация слоистых силикатов и биогенного кремнезема в луговых подбелах Среднеамурской низменности // Почвоведение. 2013. № 8. С. 980–992.
  14. Чижикова Н.П., Прокашев А.М. Минералогический состав тонкодисперсных фракций (<1, 1–5, 5–10 мкм) агродерново-подзолистых почв со сложным органопрофилем в Вятском Прикамье // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2016. Вып. 84. С. 10–28.
  15. Чижикова Н.П., Гамзиков Г.П., Чечетко Е.С. Особенности профильного распределения и кристаллохимии слоистых силикатов в почвах лесостепи Предбайкалья // Почвоведение. 2018. № 1. С. 93–110.
  16. Matichenkov V.V., Bocharnikova E.A. Influence of plant association on the silicon cycle in the soil–plant system // Appl. Ecol. Environ. Resh. 2012. V. 10 (4). P. 547–560.
  17. Matichenkov V.V., Bocharnikova E.A. The relationship between silicon and soil physical and chemical properties // Silicon in Agriculture. Studies in Plant Science. Amsterdam, 2001. P. 209–220.
  18. Соколова Т.А., Толпешта И.И., Русакова Е.С. Вклад отдельных реакций в формирование кислотно-основной буферности почв пойм ручьев (Центр.-лесной гос. заповедник) // Почвоведение. 2016. № 4. С. 434–447.
  19. Соколова Т.А., Дронова Т.Я., Толпешта И.И. Глинистые минералы в почвах. Тула: Гриф и К, 2005. 336 с.
  20. Соколова Т.А., Толпешта И.И., Трофимов С.Я. Почвенная кислотность. Кислотно-основная буферность почв. Соединения алюминия в твердой фазе почвы и в почвенном растворе. Тула: Гриф и К, 2012. 124 с.
  21. Соколова Т.А., Мотузова Г.В., Малинина М.С., Обуховская Т.Д. Химические основы буферности почв. М.: Ид-во МГУ, 1991. 106 с.
  22. Трофимов С.Я., Горшкова Е.И., Салпагарова И.А. Ионный обмен и адсорбция в почвах. М.: Изд-во КДУ, 2008. 98 с.
  23. Matichenkov V.V., Bocharnikova E.A. Silicon fertilizers: agricultural and environmental impacts // Fertilizers: components, uses in agriculture and environmental impacts. N.Y., 2014. P. 182–198.
  24. Tubana B.S., Babu T., Datnoff L.E. A review of silicon in soils and plants and its role in US agriculture: history and future perspectives // Soil Sci. 2016. V. 181 (9/10). P. 393–411.
  25. Ересько М. Кислотно-основная буферность почв как индикатор устойчивости экосистемы // Земля Беларуси. 2014. № 4. С. 36–44.
  26. Максимова Ю.Г., Маряхина Н.Н., Толпешта И.И., Соколова Т.А. Кислотно-основная буферность подзолистых почв и ее изменение под влиянием обработок реактивами Мера–Джексона и Тамма // Почвоведение. 2010. № 10. С. 1208–1220.
  27. Мотузова Г.В. Природа буферности почв к внешним химическим воздействиям // Почвоведение. 1994. № 4. С. 46–52.
  28. Надточий П.П., Мыслыва Т.Н. Эталонные величины кислотно-основной буферности дерново-подзолистых почв для фонового мониторинга // Агрохимия. 2014. № 3. С. 83–89.
  29. Назырова Ф.И. Влияние удобрений на буферные свойства чернозема типичного карбонатного // Агрохимия. 2002. № 2. С. 5–12.
  30. Ронжина Т.В., Кречетов П.П. Изменение кислотно-основного состояния почв в результате реализации механизмов геохимической буферности при импактном воздействии минерализованных вод на дерново-подзолистые почвы // Фундамент. исслед-я. 2013. № 10 (6). С. 1293–1296.
  31. Русакова Е.С., Ишкова И.В., Толпешта И.И., Соколова Т.А. Кислотно-основная буферность почв транзитных и транзитно-аккумулятивных позиций ненарушенных ландшафтов Южной тайги // Почвоведение. 2012. № 5. С. 562–573.
  32. Lehmann J., Kleber M. The contentious nature of soil organic matter // Nature. 2015. V. 528 (7580). P. 60–68.
  33. Матыченков И.В., Хомяков Д.М., Пахненко Е.П., Бочарникова Е.А., Матыченков В.В. Подвижные кремниевые соединения в системе почва–растение и методы их определения // Вестн. МГУ. Сер. 17. Почвоведение. 2016. № 3. С. 37–46.
  34. Самсонова Н.Е. Кремний в растительных и животных организмах // Агрохимия. 2019. № 1. С. 86–96.
  35. Чао Л., Кси Б., Бочарникова Е.А., Матыченков В.В., Хомяков Д.М., Пахненко Е.П. Влияние недостатка увлажнения и повышенного содержания соли на кремниевое состояние почв европейской части России и центрального Китая // Вестн. МГУ. Сер. 17. Почвоведение. 2018. № 3. С. 16–22.
  36. Ma J.F., Yamaji N. Silicon uptake and accumulation in higher plants // Trend. Plant Sci. 2006. V. 11 (8). P. 392–397.
  37. Бочарникова Е.А., Матыченков В.В., Матыченков И.В. Кремниевые удобрения и мелиоранты: история изучения, теория и практика применения // Агрохимия. 2011. № 7. С. 84–96.
  38. Дистанов У.Г. Кремнистые породы СССР. Казань: Татар. кн. изд-во, 1976. 412 с.
  39. Куликова А.Х. Кремний и высококремнистые породы в системе удобрения сельскохозяйственных культур. Ульяновск: Ульяновск. ГСХА им. П.А. Столыпина, 2013. 176 с.
  40. Самсонова Н.Е. Кремний в почвах и растениях // Агрохимия. 2005. № 6. С. 76–86.
  41. Belanger R.R. The role silicon in plant–pathogen interaction: toward universal model // III Silicon in Agriculture Conference. Uberlandia: Universodate Federal de Uberlandia, 2005. P. 34–40.
  42. Hodson M.J., White P.J., Mead A., Broadley M.R. Phylogenetic variation in the silicon (Si) composition of plants // Ann. Bot. 2005. V. 96. P. 1027–1046.
  43. Pirzad A., Mohammadzadeh S. Zeolite use efficiency variation under water deficit stress in grass pea and lentil // Журн. Сибир. фед. ун-та. Сер.: биол. 2016. № 9 (3). С. 291–303.
  44. Пискунов А.С. Методы агрохимических исследований. М.: КолосС, 2004. 312 с.
  45. Полякова Н.В., Володина Е.Н., Платонычева Ю.Н. Рабочая классификация почв Нижегородской области. Н. Новгород: НГСХА, 2017. 64 с.
  46. Шишов Л.Л., Тонконогов В.Д., Лебедева И.И., Герасимова М.И. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.
  47. Кусова Н.В., Степанова Л.П. Кипящие камни (цеолиты). Орел: ОрелГАУ, 2005. 18 с.
  48. Мосталыгина Л.В., Елизарова С.Н., Костин А.В. Бентонитовые глины Зауралья: экология и здоровье человека. Курган: Изд-во Курган. гос. ун-та, 2010. 148 с.
  49. Мамонтов В.Г., Гладков А.А. Практикум по химии почв. М.: ФОРУМ, ИНФРА-М, 2015. 272 с.
  50. Надточий П.П. Определение кислотно-основной буферности почв // Почвоведение. 1993. № 4. С. 34–39.
  51. Надточий П.П. Опыт составления картограммы кислотно-основной буферности почв // Агрохимия. 1996. № 6. С. 20–26.
  52. Практикум по агрохимии / Под ред. В.Г. Минеева. М.: Изд-во МГУ, 2001. 689 с.
  53. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). М.: Альянс, 2011. 352 с.
  54. Рабо Дж. Химия цеолитов и катализ на цеолитах. М.: Мир, 1980. Т. 1. 502 с.
  55. Евтюхов С.А., Березюк В.Г. Изучение сорбционных свойств природных алюмосиликатов (глина, суглинок, супесь, цеолит) // Журнал прикл. химии. 2003. Т. 76. Вып. 9. С. 1454–1457.
  56. Почвообразовательные процессы / Под ред. М.С. Симаковой, В.Д. Тонконогого. М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева, 2006. 510 с.
  57. Элементарные почвообразовательные процессы: опыт концептуального анализа, характеристика, систематика / Под ред. Н.А. Караваевой, С.В. Зонна. М.: Наука, 1992. 184 с.
  58. Бойцова Л.В. Изменение физико-химических свойств в профиле дерново-подзолистой почвы различного сельскохозяйственного использования // Агрофизика. 2015. № 2. С. 9–15.
  59. Иванов А.Л., Воробьев В.А., Иванова Ж.А. Современные деградационные процессы в хорошо окультуренных дерново-подзолистых почвах // Пробл. агрохим. и экол. 2015. № 3. С. 15–19.
  60. Иванов А.И. Некоторые закономерности изменения кислотно-основного состояния дерново-подзолистых легкосуглинистых почв при сельскохозяйственном использовании // Агрохимия. 2000. № 10. С. 28–33.
  61. Кузьменко Н.Н. Влияние известкования на показатели плодородия дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы // Агрохимия. 2019. № 10. С. 35–38.
  62. Брек Д. Цеолитные молекулярные сита. М.: Мир, 1976. 781 с.
  63. Кольцова Т.Н. Анализ структур цеолитов с общей формулой CaAl2Si4O12 · nH2O // Неорг. мат-лы. 2007. Т. 43. № 2. С. 218–226.
  64. Акимбаева А.М., Ергожин Е.Е. Оценка структурных и сорбционных характеристик активированного бентонита // Коллоид. журн. 2007. Т. 69. № 4. С. 437–443.
  65. Бабушкин В.И., Матвеев Г.М., Мчедлов-Петросян О.П. Термодинамика силикатов. М.: Стройиздат, 1986. 408 с.
  66. Мышляева Л.В., Краснощеков В.В. Аналитическая химия кремния. М.: Изд-во Наука, 1972. 212 с.
  67. Шабанова Н.А. Коллоидная химия нанодисперсного кремнезема. М.: Лаборатория знаний, 2020. 331 с.
  68. Шабанова Н.А., Белова И.А., Маркелова М.Н. Реакционная способность и эволюция агрегативной устойчивости коллоидного кремнезема // Физика и химия стекла. 2020. Т. 46. № 1. С. 90–98.
  69. Зулумян Н.О., Исаакян А.Р., Пирумян П.А., Бегларян А.А. Структурные особенности аморфных диоксидов кремния // Журн. физ. химии. 2010. Т. 84. № 4. С. 791–793.
  70. Мартиросян Г.Г., Манукян А.Г., Овсепян Э.Б., Костанян К.А. Исследование адсорбционно-структурных свойств природных и обработанных диатомитов // Журн. прикл. химии. 2003. Т. 76. Вып. 4. С. 551–555.
  71. Константинов А.О., Смирнов П.В., Гаврилов Д.А., Лойко С.В., Новоселов А.А. Некоторые аспекты почвообразования на биогенных кремниевых породах Зауралья // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2019. Вып. 96. С. 64–85.
  72. Матыченков В.В. Градация почв по дефициту доступного растениям кремния // Агрохимия. 2007. № 7. С. 22–27.
  73. Матыченков В.В., Бочарникова Е.А., Аммосова Я.М. Аморфный кремнезем опал-кристобалитовых пород как возобновляемое сырье для синтеза кремнийорганических соединений и силикатов. Ч. 4. Влияние кремниевых удобрений на растения и почву // Бутлеров. чтения. 2015. Т. 43. № 9. С. 17–25.
  74. Офицеров Е.Н., Рябов Г.К., Убаськина Ю.А., Климовский А.Б., Фетюхина Е.Г. Кремний и гуминовые кислоты: моделирование взаимодействий в почве // Изв. Самар. НЦ РАН. 2011. Т. 13. № 4 (2). С. 550–557.
  75. Айлер Р. Химия кремнезема. М.: Мир, 1982. В 2-х ч. Ч. 1, Ч. 2. 1128 с.
  76. Роде А.А. Избр. тр. Т. 2. Подзолообразовательный процесс. М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева РАСХН, 2008. 480 с.

Дополнительные файлы


© Российская академия наук, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».