1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Агрохимия
  4. № 12, 2023

Агрохимия, 2023, № 12, стр. 31-46

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

А. В. Козлов 1, *, А. Х. Куликова 2

1 Российский государственный аграрный университет–МСХА им. К.А. Тимирязева
127434 Москва, ул. Тимирязевская, 49, Россия

2 Ульяновский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина
432017 Ульяновск, бул. Новый Венец, 1, Россия

* E-mail: a.kozlov@rgau-msha.ru

Поступила в редакцию 06.07.2023
После доработки 12.08.2023
Принята к публикации 15.09.2023

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).

Ключевые слова: кремнистые породы, дерново-подзолистая почва, кислотно-основная буферность, мономеры и полимеры кремниевой кислоты, кислоторастворимая фракция кремнезема, показатели трансформации соединений кремния в почве.

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 материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Агрохимия

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал