The influence of diatomite rock on humus substances of sod-podsolic soil in conditions of agro ecosystems and physical-chemical mechanism of their interaction

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The paper provides an assessment of physical and chemical changes of humus substances in the sludge-colloidal fraction, isolated from the sod-podsolic sandy loamy soil, during its interaction with the diatomite rock of the Inzen deposit in conditions of agro ecosystem of the Nizhny Novgorod Region. The experience was a 3-year (2015-2017) microfield experiment, laid down on one of the fields of «Elitkhoz». The diatomite was added to soil once during the summer season of 2014 in doses of 3, 6 and 12 t/ha, on which winter wheat, barley and peas were subsequently grown (varieties are zoned in the Volga-Viatskiy Region). Each year, upon completion of crop cultivation, a silo-colloidal fraction was isolated from selected soil samples by the Kachinsky gravimetric method and analyzed on an IR-Fourier-spectrometer, determining absorption spectra in frequency range of 4000-400 cm-¹. In soil samples the content of specific organic substance (humus) was also determined by the Thurin method with spectrophotometric termination. The studies revealed that interaction of diatomite with the organic soil matrix resulted in organosilanes RnSiH4-n (930 cm-¹), organosilanes oxygen-free Si-CH3 (1253 cm-¹) and oxygen-containing compounds Si-O-CH3 (1110 cm-¹), as well as siloxane bonds of Si-O-Si (570 cm-¹). The obtained facts directly indicate formation of silicon-containing organo-mineral complexes in sludge-colloidal fraction and participation of silicon in their formation. It is evident that an active diatomite represented by various silicon acids (HnSiOm) was involved in formation of these bonds. The use of diatomite has helped to maintain content of humus substances in soil at the control level, which can also confirm effects of interaction of silicon substances with organic part and, as a result, prevent its degradation. Based on the obtained results and analysis of scientific literature, a mechanism is proposed for possible physical-chemical interaction of active silicon substances with an organic component of the sludge-colloidal fraction of the sod-podsolic soil, which consists in polymerization of silicon on organo-mineral complexes (bonds -Si-O-Si-), as well as in interaction of the hydrolyzed part of humus substances with silicon with subsequent formation of organosilanes, which are subsequently connected with an organic Si-O-CH3 matrix. Due to the fact that organic matter of soils is involved in the formation of ecological stability of soil cover the established effects make it possible to speak about the increase of agro ecological stability of humus substances in sod-podsolic soil due to the use of diatomite rocks.

About the authors

Andrey Vladimirovich Kozlov

Minin Nizhny Novgorod State Pedagogical University

Email: a_v_kozlov@mail.ru

candidate of biological sciences, associate professor of Ecological Education and Rational Environmental Management Department

Russian Federation, Nizhny Novgorod

Alevtina Khristoforovna Kulikova

Ulyanovsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin

Email: agroec@yandex.ru

doctor of agricultural sciences, professor, head of Soil Science, Agrochemistry and Agroecology Department

Russian Federation, Ulyanovsk

Ruslan Ivanovich Rumyantsev

Minin Nizhny Novgorod State Pedagogical University

Author for correspondence.
Email: ruslan.rumyantseff@inbox.ru

master student of Biology, Chemistry and Biological and Chemical Education Department

Russian Federation, Nizhny Novgorod

References

  1. Карпачевский Л.О. Экологическое почвоведение. М.: ГЕОС, 2005. 336 с.
  2. Самиева Ж.Т., Капарова М.К., Эрматова В.Б., Миралы кызы А. Экологическая роль органического вещества почв // Наука и новые технологии. 2013. № 7. С. 129-131.
  3. Эволюция почв и почвенного покрова. Теория, разнообразие природной эволюции и антропогенных трансформаций почв / под ред. В.Н. Кудеярова, И.В. Иванова. М.: ГЕОС, 2015. 925 с.
  4. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Экология почв. Учение об экологических функциях почв. М.: Изд-во МГУ, 2012. 412 с.
  5. Марцинкявичене А., Богужас В., Балните С., Пупалене Р., Величка Р. Влияние севооборотов, промежуточных посевов и органических удобрений на ферментативную активность почвы и содержание гумуса в органическом земледелии // Почвоведение. 2013. № 2. С. 219-225.
  6. Орлов Д.С. Химия почв. М.: Изд-во МГУ, 1992. 400 с.
  7. Никитин Е.Д., Скворцова Е.Б., Корчегин А.Н., Никитина О.Г., Иванов О.П., Сабодина Е.П., Воронцова Е.М. О развитии учения об экологических функциях почвенного покрова и других геосфер // Почвоведение. 2010. № 7. С. 771-778.
  8. Орлов Д.С., Бирюкова О.Н., Суханова Н.И. Органическое вещество почв Российской Федерации. М.: Наука, 1996. 256 с.
  9. Мамонтов В.Г., Когут Б.М., Родионова Л.П., Рыжков О.В. Влияние сельскохозяйственного использования чернозема типичного на его структурное состояние и содержание органического углерода в агрегатах разного размера // Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 2016. № 6. С. 22-31.
  10. Аканова Н.И., Шильников И.А., Ефремова С.Ю., Аваков М.С. Значение химической мелиорации в земледелии и потери кальция и магния из почвы // Проблемы агрохимии и экологии. 2017. № 1. С. 28-35.
  11. Осипов А.И. Научные основы химической мелиорации почв и перспективы их дальнейшего изучения // Агрофизика. 2012. № 3 (7). С. 41-50.
  12. Агафонов Е.В., Хованский М.В. Влияние бентонита на повышение плодородия чернозема обыкновенного // Почвоведение. 2014. № 5. С. 597-601.
  13. Бочарникова Е.А., Матыченков В.В., Погорелов А.Г. Сравнительная характеристика некоторых кремниевых удобрений // Агрохимия. 2011. № 11. С. 25-30.
  14. Васильева Н.Г. Оценка эффективности трепела как почвенного мелиоранта // Проблемы агрохимии и экологии. 2017. № 3. С. 24-30.
  15. Капранов В.Н. Диатомит как кремнийсодержащее удобрение // Плодородие. 2006. № 4. С. 12-13.
  16. Козлов А.В. Экологическая оценка влияния диатомита на фитоценоз и состояние почвенно-биотического комплекса светло-серой лесной легкосуглинистой почвы: дис. … канд. биол. наук. Нижний Новгород, 2013. 182 с.
  17. Лобода Б.П., Багдасаров В.Р., Фицуро Д.Д. Влияние удобрения на основе цеолитсодержащих трепелов Хотынецкого месторождения на урожайность и качество картофеля // Агрохимия. 2014. № 3. С. 28-35.
  18. Самсонова Н.Е. Кремний в растительных и животных организмах // Агрохимия. 2019. № 1. С. 86-96.
  19. Савич В.И., Седых В.А., Гераськин М.М. Охрана почв. М.: Проспект, 2016. 352 с.
  20. Соколов М.С., Спиридонов Ю.Я., Калиниченко В.П., Глинушкин А.П. Управляемая коэволюция педосферы - реальная биосферная стратегия XXI века (вклад в развитие ноосферных идей В.И. Вернадского) // Агрохимия. 2018. № 11. С. 3-18.
  21. Шишов Л.Л., Тонконогов В.Д., Лебедева И.И., Герасимова М.И. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.
  22. Наумов В.Д. География почв. Почвы России. М.: Проспект, 2016. 344 с.
  23. Дистанов У.Г. Минеральное сырье. Опал-кристобалитовые породы: справочник. М.: Геоинформарк, 1998. 27 с.
  24. Куликова А.Х. Кремний и высококремнистые породы в системе удобрения сельскохозяйственных культур. Ульяновск: Изд-во Ульяновской ГСХА им. П.А. Столыпина, 2013. 176 с.
  25. Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А., Байбеков Р.Ф. Практикум по почвоведению. М.: Агроконсалт, 2002. 280 с.
  26. Орлов Д.С., Осипова Н.Н. Инфракрасные спектры почв и почвенных компонентов. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1988. 89 с.
  27. Попов А.И. Гуминовые вещества: свойства, строение, образование. СПб.: Изд-во СПб. ун-та, 2004. 248 с.
  28. Тарасевич Б.Н. ИК спектры основных классов органических соединений. Справочные материалы. М.: МГУ им. М.В. Ломоносова, 2012. 55 с.
  29. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). М.: ИД Альянс, 2011. 352 с.
  30. Игнатьева С.Л., Черников В.А., Кончиц В.А. Изучение влияния систем удобрения и обработки почвы на гумусовые кислоты дерново-подзолистой почвы с использованием ИК-спектроскопии // Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 2008. Вып. 2. С. 32-41.
  31. Прилуцкая Н.С., Корельская Т.А., Попова Л.Ф., Леонтьева В.А. Исследование структурно-функционального состава гумусовых кислот почв Евроарктического региона методом ИК-спектроскопии // Вестник Северного (Арктического) федерального университета. Серия: Естественные науки. 2016. № 4. С. 26-35.
  32. Карпюк Л.А. Алкоксисилильные производные гуминовых веществ: синтез, строение и сорбционные свойства: дис. … канд. хим. наук. М., 2008. 187 с.
  33. Офицеров Е.Н., Рябов Г.К., Убаськина Ю.А., Климовский А.Б., Фетюхина Е.Г. Кремний и гуминовые кислоты: моделирование взаимодействий в почве // Известия Самарского научного центра РАН. 2011. Т. 13, № 4 (2). С. 550-557.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Figure 1 - Example of IR spectra of silt-colloid fraction of humus substances of sod-podzolic soil treated with diatomite (variety D₁, 3 t/ha)

Download (18KB)
3. Figure 3 - Mechanism of possible physical and chemical interaction of the active substance of diatomite with the organic part of the silt-colloidal fraction of sod-podzolic light loamy soil

Download (11KB)

Copyright (c) 2020 Kozlov A.V., Kulikova A.K., Rumyantsev R.I.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies