Влияние влажности дерново-подзолистой почвы на содержание подвижных форм железа, марганца, никеля, меди, кобальта и цинка

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Избыточное увлажнение почв может приводить к изменению ряда почвенных свойств, что в свою очередь влияет на содержание подвижных форм элементов. При этом градации обеспеченности почв микроэлементами разрабатывались для воздушно-сухих проб почв автоморфных ландшафтов, а значит могут не в полной мере отражать реальную картину для почв в условиях переувлажнения. Целью работы являлась оценка изменений содержания подвижных форм микроэлементов в образцах почв полевого опыта с разным уровнем внесения минеральных удобрений на дерново-подзолистой супесчаной почве (Stagnic Podzol (Pantoarenic, Buthyloamic, Abruptic, Aric)) при разных условиях увлажнения. Оценено содержание подвижных форм Fe, Mn, Ni, Cu, Co и Zn в образцах дерново-подзолистой супесчаной почвы, отобранных на делянках полевого опыта – контроль (без внесения минеральных удобрений), средние нормы внесения минеральных удобрений, высокие нормы внесения минеральных удобрений. Экстракцию подвижных форм элементов проводили из воздушно-сухих образцов почв, образцов с полевой влажностью и образцов, инкубированных в лабораторных условиях при различной влажности и в течение разного времени. Образцы почв инкубировали при влажности 60 и 100% предельной полевой влагоемкости в течение 3 и 6 недель. Показано, что различия в увлажнении образцов способны значительно изменять содержание подвижных форм Mn и Fe, что в свою очередь влияет на подвижность других элементов – Cu, Co, Ni. Для большинства изученных элементов, за исключением Zn, показано большее содержание подвижных форм в увлажненных образцах по сравнению с воздушно-сухими образцами. Увеличение содержания подвижных форм Cu и Co в условиях увлажнения в инкубационном эксперименте приводит к изменению градаций обеспеченности почв данными микроэлементами от низкой до высокой, что может обусловливать необходимость корректировки существующих градаций обеспеченности почв с учетом их влажности.

Об авторах

А. Д. Котельникова

Почвенный институт им. В.В. Докучаева

Автор, ответственный за переписку.
Email: kotelnikova_ad@esoil.ru
ORCID iD: 0000-0002-0515-6114
Россия, Пыжевский пер., 7, стр. 2, Москва, 119017

Т. И. Борисочкина

Почвенный институт им. В.В. Докучаева

Email: kotelnikova_ad@esoil.ru
Россия, Пыжевский пер., 7, стр. 2, Москва, 119017

К. А. Колчанова

Почвенный институт им. В.В. Докучаева

Email: kotelnikova_ad@esoil.ru
Россия, Пыжевский пер., 7, стр. 2, Москва, 119017

М. А. Шишкин

Почвенный институт им. В.В. Докучаева

Email: kotelnikova_ad@esoil.ru
Россия, Пыжевский пер., 7, стр. 2, Москва, 119017

Н. В. Матвеева

Почвенный институт им. В.В. Докучаева

Email: kotelnikova_ad@esoil.ru
Россия, Пыжевский пер., 7, стр. 2, Москва, 119017

Н. А. Колобова

Почвенный институт им. В.В. Докучаева

Email: kotelnikova_ad@esoil.ru
Россия, Пыжевский пер., 7, стр. 2, Москва, 119017

Ю. И. Митрофанов

Почвенный институт им. В.В. Докучаева

Email: kotelnikova_ad@esoil.ru
Россия, Пыжевский пер., 7, стр. 2, Москва, 119017

Н. К. Первушина

Почвенный институт им. В.В. Докучаева

Email: kotelnikova_ad@esoil.ru
Россия, Пыжевский пер., 7, стр. 2, Москва, 119017

Список литературы

  1. Абросимова Г.В. Формирование микроэлементного состава и свойств почв в условиях города под модельными фитоценозами (на примере лизиметров почвенного стационара МГУ). Дис. … канд. с-х. наук. М., 2016. 131 с.
  2. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. Л.: Агропромиздат, Ленинградское отд., 1987. 142 с.
  3. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1970. 487 с.
  4. Важенин И.Г. О нормировании загрязнённости почвы выбросами промышленных предприятий // Химия в сельском хозяйстве. 1985. Т. 23. № 6. С. 42–45.
  5. Веригина К.В. Определение подвижного двух- и трехвалентного железа // Агрохимические методы исследования почв. М., 1965. С. 321–322.
  6. Водяницкий Ю.Н. Тяжелые металлы и металлоиды в почвах. М.: Почв. Ин-т им. В.В. Докучаева, 2008. 86 с.
  7. Водяницкий Ю.Н. Учет геохимических особенностей территории и погодных условий при нормировании тяжелых металлов в почвах // Агрохимия. 2014. № 2. С. 66–72.
  8. Водяницкий Ю.Н., Смагин А.В., Яковлев А.С. Факторы изменчивости содержания подвижных форм тяжелых металлов в почве // Экологический вестник Северного Кавказа. 2016. Т. 12. № 1. С. 27–38
  9. ГОСТ 26207-91. Почвы. Определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО.
  10. ГОСТ 26213-91. Почвы. Методы определения органического вещества.
  11. Зайдельман Ф.Р. Естественное и антропогенное переувлажнение почв. СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. 288 с.
  12. Карпова Е.А. Роль удобрений в циклах микроэлементов в агроэкосистемах // Российский химический журнал. 2005. Т. 49. № 3. С. 20–25.
  13. Канев В.В., Мокиев В.В. Агродерново-подзолистые почвы Северо-Востока Русской равнины. СПб.: Наука, 2004. 228 с.
  14. Клевлина Т.П. Микроэлементы в черноземах выщелоченных лесостепи Кузнецкой котловины и их влияние на продуктивность и качество яровой пшеницы. Автореф. дис. … канд. с.-х. наук. Кемерово, 2010. 19 с.
  15. Ковалев Н.Г., Митрофанов Ю.И., Иванов Д.А. Научное обеспечение формирования адаптивно-ландшафтных систем земледелия на осушаемых землях Нечерноземной зоны // Агрофизика. 2013. № 2. С. 9.
  16. Лебедев В.Е., Амакова Т.В. Роль влажности почвы в развитии сельскохозяйственных культур // Научные исследования студентов в решении актуальных проблем АПК. 2021. С. 59–65.
  17. Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения. М.: Росинформагротех. 2003. 240 с.
  18. Минкина Т.М., Бурачевская М.В., Мотузова Г.В., Бауэр Т.В., Манджиева С.С., Козлова С.Н. Формы соединений тяжелых металлов в почвах // Биогеохимия химических элементов и соединений в природных средах. 2014. С. 57–67.
  19. Николаев М.В. Климатический мониторинг для оценок уязвимости сельскохозяйственных территорий к эффектам переувлажнения в Нечерноземной зоне Европейской России // Известия Русского географического общества. 2017. Т. 149. № 5. С. 4–16.
  20. Овчаренко М.М., Шильников И.А., Вендило Г.Г., Черных Н.А., Аканова Н.Л., Графская Г.А., Сопильняк Т.Н., Аристархов А.Н., Кузнецов А.В., Никифорова М.В. Тяжелые металлы в системе почва-растение-удобрение. М., 1997. 290 с.
  21. Петрова Л.И., Митрофанов Ю.И., Гуляев М.В., Первушина Н.К. Влияние удобрений на агрохимические показатели плодородия почвы и продуктивность севооборота // Плодородие. 2021. № 5. С. 8–11. https://doi.org/10.25680/S19948603.2021.122.02
  22. Плеханова И.О. Трансформация соединений Fe, Mn, Co и Ni в дерново-подзолистых почвах при различных уровнях влажности // Известия Российской академии наук. Сер. биологическая. 2007. № 1. С. 82–90.
  23. Плеханова И.О. Трансформация соединений тяжелых металлов в почвах при увлажнении. Автореф. дис. … докт. биол. наук. М., 2008. 52 с.
  24. Савельева В.А. Трансформация соединений кобальта в почвах при различных условиях увлажнения и внесения органического вещества. Автореф. дис. … канд. биол. наук. М., 1998. 27 с.
  25. Biryukova O.A., Bozhkov D.V., Minkina T.M., Medvedeva A.M., Elnikov I.I. Models of winter wheat yield based on calcareous chernozem fertility parameters // Am. J. Agric. Biol. Sci. 2016. V. 10. № 4. P. 186–196. https://doi.org/10.3844/ajabssp. 2015.186.196
  26. Borisochkina T.I., Kotelnikova A.D., Rogova O.B. The mass transfer of chemical elements and of their compounds in agrocenoses // Dokuchaev Soil Bulletin. 2022. № 110. P. 114–147. (In Russ.) https://doi.org/10.19047/0136-1694-2022-110–114-147
  27. Bruand A. Toward conditions favourable to mobility of trace elements in soils // Comptes Rendus Géoscience. 2005. V. 337. № 6. P. 549–550. https://doi.org/10.1016/j.crte.2005.02.004
  28. Gao X., Alvo M., Chen J., Li G. Nonparametric multiple comparison procedures for unbalanced one-way factorial designs // J. Stat. Plan. Inference. 2008. V. 138. P. 2574–2591. https://doi.org/10.1016/j.jspi.2007.10.015
  29. Kabata-Pendias A. Soil–plant transfer of trace elements—an environmental issue // Geoderma. 2004. V. 122. № 2. P. 143–149. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2004.01.004
  30. Karpova E.A. The effect of long-term mineral fertilization on the status of iron and heavy metals in soddy-podzolic soils // Eurasian Soil Sci. 2006. V. 39. P. 953–960. https://doi.org/10.1134/S1064229306090043
  31. Kotelnikova A., Matveeva N., Borisochkina T., Rogova O., Volkov D.S., Savichev A. Organomineral fractions as a way to assess the chemical transformation of elements in soils of different cultivation // Soil Till. Res. 2024. V. 242. P. 106141. https://doi.org/10.1016/j.still.2024.106141
  32. Kotelnikova A.D., Borisochkina T.I., Kolchanova K.A., Shishkin M.A., Egorov F.S., Okorkov V.V., Rogova O.B. Changes in the elemental composition of agrocenosis components on gray forest soil under long-term application of mineral and organic fertilizers // Dokuchaev Soil Bulletin. 2024. № 119. P. 172–210. (In Russ.) https://doi.org/10.19047/0136-1694-2024-119-172-210
  33. Kruskal W.H., Wallis W.A. Use of ranks in one-criterion variance analysis // J. Am. Stat. Assoc. 1952. V. 47. № 260. P. 583–621.
  34. Kumpiene J., Giagnoni L., Marschner B., Denys S., Mench M., Adriaensen K., Vangronsveld J., Puschenreiter M., Renella G. Assessment of methods for determining bioavailability of trace elements in soils: a review // Pedosphere. 2017. V. 27. № 3. P. 389–406. https://doi.org/10.1016/S1002-0160(17)60337-0
  35. Li Y., Padoan E., Ajmone-Marsan F. Soil particle size fraction and potentially toxic elements bioaccessibility: A review // Ecotoxicol. Environ. Saf. 2021. V. 209. P. 111806. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2020.111806
  36. Lv Y., Kuang J., Ding Z., Li R., Shi Z. Soil moisture dynamics regulates the release rates and lability of copper in contaminated paddy soils // Sci. Total. Environ. 2024. V. 908. P. 168525. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.168525
  37. Misra A., Tyler G. Effects of soil moisture on soil solution chemistry, biomass production, and shoot nutrients in two native grasses on a calcareous soil // Comm. Soil Sci. Plant. Anal. 2000. V. 31. № 17–18. P. 2727–2738. https://doi.org/10.1080/00103620009370622
  38. Moraghan J.T., Mascagni Jr H.J. Environmental and soil factors affecting micronutrient deficiencies and toxicities // Micronutr Agric. 1991. V. 4. P. 371–425. https://doi.org/10.2136/sssabookser4.2ed.c11
  39. Mortland M.M. Clay-organic complexes and interactions // Adv. Agron. 1970. V. 22. P. 75–117. https://doi.org/10.1016/S0065-2113(08)60266-7
  40. Plekhanova I.O., Savel’eva V.A. The transformation of cobalt compounds in soils upon moistening // Eurasian Soil Sci. 1999. V. 32. № 5. P. 514–520.
  41. Plekhanova I.O., Bambusheva V.A. Extraction methods for studying the fractional composition of heavy metals in soils and their comparative assessment // Eurasian Soil Sci. 2010. V. 43. P. 1004-1010. https://doi.org/10.1134/S1064229310090073
  42. Plekhanova I.O. Effect of wetting conditions on the fractional composition of heavy metal compounds in agrosoddy-podzolic soils contaminated with sewage sludge // Eurasian Soil Sci. 2012. V. 45. P. 657–664. https://doi.org/10.1134/S1064229312070058
  43. Singh V., Agrawal H.M., Joshi G.C., Sudershan M., Sinha A.K. Elemental profile of agricultural soil by the EDXRF technique and use of the Principal Component Analysis (PCA) method to interpret the complex data // Appl. Radiat. Isot. 2011. V. 69. № 7. P. 969–974. https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2011.01.025
  44. Siromlya T.I. On available forms of chemical compounds in soils // Contemporary Problems of Ecology. 2009. V. 2. P. 678-685. https://doi.org/10.1134/S1995425509060307
  45. Travnikova L.S., Kakhnovich Z.N., Bol’shakov V.A., Kogut B.M., Sorokin S.E., Ismagilova N.K. Significance of organomineral fractions for evaluation of heavy metal contamination of soddy-podzolic soil // Eurasian Soil Sci. 2000. V. 33. № 1. P. 81–89.
  46. Vodyanitskii Y.N., Plekhanova I.O. Biogeochemistry of heavy metals in contaminated excessively moistened soils (Analytical review) // Eurasian Soil Sci. 2014. V. 47. P. 153–161. https://doi.org/10.1134/S1064229314030090
  47. Wang Z., Shan X., Zhang S. Comparison of speciation and bioavailability of rare earth elements between wet rhizosphere soil and air-dried bulk soil // Anal Chim Acta. 2001. V. 441. № 1. P. 147–156. https://doi.org/10.1016/S0003-2670(01)01093-5

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Содержание подвижных форм (вытяжка 0.1 н. H2SO4) Fe (a), Mn (b), Cu (c) в воздушно-сухих образцах почв полевого опыта, в образцах с полевой влажностью и в образцах, инкубированных в лабораторных условиях (60 и 100% ППВ) в течение 3 и 6 недель. Одинаковым числом * отмечены варианты опыта, статистически достоверно различающиеся друг с другом согласно тесту Гао (p ≤ 0.05), отмечены различия только внутри одной группы образцов полевого опыта.

Скачать (633KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Содержание подвижных форм (вытяжка 0.1 н. H2SO4) Ni (a), Co (b), Zn (c) в воздушно-сухих образцах почв полевого опыта, в образцах с полевой влажностью и в образцах, инкубированных в лабораторных условиях (60 и 100% ППВ) в течение 3 и 6 недель. Одинаковым числом * отмечены варианты опыта, статистически достоверно различающиеся друг с другом согласно тесту Гао (p ≤ 0.05), отмечены различия только внутри одной группы образцов полевого опыта.

Скачать (657KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Ординация образцов почв полевого опыта (слоя 0–20 см) при разной влажности в пространстве главных компонент (ГК), построено по данным содержания подвижных форм элементов, экстрагируемых ацетатно-аммонийным буфером из воздушно-сухих образцов (a), образцов с полевой влажностью (c), образцов с влажностью 100% ППВ, инкубированных в течение 3 недель (b), образцов с влажностью 60% ППВ, инкубированных в течение 3 недель (d).

Скачать (310KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025