Современное изучение таких кремнийсодержащих источников питания культурных растений как диатомиты и цеолиты описывает их положительное действие на некоторые показатели почвенной кислотности [1, 2]. Поскольку известно, что диатомитовые агроруды представляют собой преобразованные остатки диатомовых водорослей, которые характеризуются высокой удельной поверхностью, сорбционной силой и содержат большое количество кремния (более 40 % SiO2) в аморфной форме, предполагается, что данные вещества в различных средах могут характеризоваться неодинаковой кислотностью, а также обладать емкостью поглощения и оказывать влияние на физико-химические характеристики почвы.
Цель исследования
Изучение физико-химических параметров почвенно-поглощающего комплекса и свойств буферной силы светло-серой лесной легкосуглинистой почвы при применении диатомитовой агроруды.
Материалы и методы исследования
Для изучения действия диатомита на физико-химические свойства почвы был поставлен лабораторный опыт по изучению показателей кислотно-основной буферности светло-серой лесной легкосуглинистой почвы, подверженной действию агроруды.
Объектом изучения являлся диатомит Инзенского месторождения (Ульяновская обл.) с химической характеристикой (% на сух. вещество): общего SiO2 - 82.5, в том числе аморфного SiO2 - 42,0; Р2О5 - 0,05; К2О - 1,06 и др., а также светло-серая лесная легкосуглинистая почва, имеющая нейтральную обменную кислотность (рНKCl = 6,1 ед. рН), среднюю сумму поглощенных оснований (S = 12,4 мг-экв./100 г почвы) и среднюю степень насыщенности почв основаниями (V = 70 %).
Кислотно-основную буферность исходной почвы, порошка диатомита и компостированной с диатомитом почвы определяли потенциометрически по методу Аррениуса [5] при помощи ионометра PortLab-102 с определением интенсивности буферности, площадей буферности и буферной емкости расчетным способом. Компостирование почвы проводилось с тонкоразмолотым порошком диатомитом в течение 4-х месяцев в полиэтиленовых пакетах при фиксированной температуре (t = +25 ºС) с еженедельным увлажнением до 60 % от ПВ (по разности в массе) и перемешиванием (вручную). Доза диатомита составила 1,5 г/кг почвы, биологическая повторность - трехкратная, аналитическая повторность - двукратная.
Расчет площадей буферности в редокс-интервалах производили методом численного интегрирования по формуле определения площади криволинейной трапеции [3] с применением программного обеспечения STATISTICA 8.
Результаты исследования и их обсуждение
Из данных таблицы 1 следует, что светло-серая лесная легкосуглинистая почва обладает определенной буферной способностью. Судя по площади буферности образца почвы для щелочного интервала, которая превышает площадь буферности кислотного интервала на 9,0 см2, почва способна проявлять бóльшие буферные свойства против ее подщелачивания. Это является типичным признаком серых лесных почв Нижегородской области, для нейтрализации кислотности которых требуется внесение увеличенных доз известковых удобрений [4].
Аналогичные буферные свойства проявляет порошок диатомита. Помимо того, что он обладает исходной буферной силой, она, в свою очередь, близка по значениям к буферности изучаемой почвы. Превышение площади буферности щелочного интервала над буферностью кислотного (на 7,7 см2), по-видимому, обусловлено оснóвными свойствами соединений, входящих в состав диатомита.
Таблица 1
Влияние диатомита на показатели буферности светло-серой лесной легкосуглинистой почвы
|
Образец |
Площадь буферности (S), см2 |
Образец |
Интенсивность буферности (ΔрН) компостированных образцов почвы при концентрации Н+(ОН-) в ммоль/1 кг почвы: |
Буфер-ная емкость* |
|
|||||
|
кислотный интервал |
щелочной интервал |
|||||||||
|
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
||||||
|
исходные образцы |
в точках кислотного интервала |
|||||||||
|
почва |
29,7 |
38,7 |
почва |
-0,03 |
-0,10 |
-0,23 |
-0,18 |
-0,20 |
26,1 |
|
|
диатомит |
30,8 |
38,5 |
почва + диатомит |
0,07 |
0,10 |
-0,08 |
0,02 |
-0,05 |
40,0 |
|
|
компостированные образцы |
в точках щелочного интервала |
|||||||||
|
почва |
29,2 |
38,7 |
почва |
-0,15 |
-0,18 |
-0,08 |
-0,18 |
-0,08 |
22,2 |
|
|
почва + диатомит |
30,3 |
37,8 |
почва + диатомит |
0,40 |
0,37 |
0,27 |
0,12 |
0,22 |
5,0 |
|
* - ммоль Н+(ОН-) / 100 г почвы.
В результате компостирования чистой почвы (без диатомита) и почвы с дозой диатомовой агроруды, были установлены некоторые изменения в их буферных свойствах. Если выдерживание почвы в контролируемых условиях температуры и влажности практически не повлияло на площадь ее буферности, лишь несколько снижая значение S в кислотном интервале, то компостирование почвы с дозой диатомита способствовало сдвигу кривых титрования, и как следствие, изменению площадей буферности. При этом, в кислотном интервале буферность почвы увеличилась на 1,1 см2, а в щелочном интервале - уменьшилась на 0,9 см2, что может говорить об увеличении способности почвы сохранять кислотно-основное равновесие в растворе при ее подкислении.
Подтверждением тому послужило заметное изменение показателя интенсивности буферности (ΔрН) при компостировании почвы с диатомитом. Если на данный показатель чистой почвы предварительная ее подготовка оказала отрицательное влияние, снижая ΔрН в большей мере в кислотном интервале, чем в щелочном, то компостирование почвы с диатомитом способствовало повышению показателя ΔрН. Так, во многих точках кислотного интервала интенсивность буферности была положительна. В точках же щелочного интервала она не только была положительна, но и заметно превышала значения почвы, компостированной в чистом виде. Отсюда можно сделать вывод, что диатомит способствовал увеличению содержания в почвенном растворе основных катионов.
Расчет буферной емкости почвы, представленной количеством реагента (кислоты или щелочи), необходимого для сдвига рН среды на единицу, показал, что применение диатомита в дозе 1,5 г/кг почвы способствовало заметному увеличению показателя в кислотном интервале (на 13,9 ммоль Н+/100 г почвы) и еще более заметному снижению показателя в щелочном интервале (на 17,0 ммоль ОН-/100 г почвы). Такое явление подтверждает изменения площадей буферности почвы, компостированной с диатомитом, что, в свою очередь, может свидетельствовать о повышении способности почвы в большей степени противостоять подкислению, чем ее подщелачиванию.
Отсюда следует, что буферная способность светло-серой лесной легкосуглинистой почвы, обработанной диатомитом, теоретически будет сильнее проявляться при подкислении почвы и поэтому такую почву, вполне вероятно, станет сложнее подкислить. Можно предположить, что применение физиологически кислых удобрений на почвах пашни, обработанных диатомитом, не будет оказывать существенного негативного влияния на ее кислотные свойства, по сравнению с почвами, которые не подвергаются ни известкованию, ни обработкой такими веществами, как диатомиты.
Выводы
Результаты проведенных экспериментов подтверждают двойственность соединений кремния в исследуемом веществе (основную - Si(OH)4 и кислотную - H4SiO4), слабощелочную реакцию диатомита, наличие его определенной емкости поглощения, а также способность диатомита повышать содержание основных катионов в почвенном растворе и буферную способность почвы против ее подкисления.
Рецензенты:Веселов А. П., д.б.н. профессор, заместитель директора института биологии и биомедицины, ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный университет имени Н. И. Лобачевского», г. Нижний Новгород;
Дмитриев А. И., д.б.н., профессор, заведующий кафедрой биологии, химии и биолого-химического образования, ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный педагогический университет имени К. Минина», г. Нижний Новгород.