CC BY
40
УДК 631.416.9
СОДЕРЖАНИЕ И ФОРМЫ СОЕДИНЕНИЙ КОБАЛЬТА В ЧЕРНОЗЕМЕ ВЫЩЕЛОЧЕННОМ В УСЛОВИЯХ АГРОГЕНЕЗА
А.Х. Шеуджен, д.б.н., Т.Н. Бондарева, к.с.-х.н., Х.Д. Хурум, д.с.-х.н., В.П. Суетов, к.с.-х.н., И.А. Лебедовский, к.с.-х.н., М.А. Осипов, к.с.-х.н., С.В. Есипенко, к.с.-х.н.
Кубанский государственный аграрный университет, e-mail: [email protected]
Представлены результаты изучения содержания кобальта и трансформация его соединений в черноземе выщелоченном за три ротации зерно-травяно-пропашного севооборота. Установлено, что в процессе агрогенеза характер распределения форм кобальта в почве не изменяется. Применяемая система удобрения сельскохозяйственных культур не обеспечивает бездефицитного баланса кобальта в черноземе выщелоченном.
Ключевые слова: чернозем выщелоченный, севооборот, валовой кобальт, формы соединений кобальта.
COBALT'S FORMS AND CONCENTRATION IN LEACHED CHERNOZEM UNDER AGROGENESIS CONDITIONS
Dr. Sci. A.Kh. Sheudzhen, PhD. T.N. Bondareva, Dr. Sci. Kh.D. Khurum, PhD. V.P. Suetov, PhD. I.A. Lebedovskiy, PhD. M.A. Osipov, PhD. S.V. Esipenko
Kuban State Agrarian University, e-mail: [email protected]
Results of cobalt concentration and transformation of it compounds in leached chernozem during three rotations of grain-grass-tilling crop rotation research are presented. Established that during agrogenesis process character of cobalt forms distribution in soil doesn't change. Applied fertilizing system of agricultural crops doesn'tprovide non-deficit cobalt balance in leached chernozem.
Keywords: leached chernozem, crop rotation, gross cobalt, cobalt forms.
Кобальт - типичный рассеянный элемент, его кларк в земной коре равен 2,0-10"3%, в почве -1,0-10-3, в почвенном растворе - 5,0-10-7, в золе растений - 1,5 • 10-3%, в речных водах - 0,2 мкг/л [1]. В природе известно более 100 кобальтсодер-жащих минералов, в том числе 26 собственно кобальтовых, которые представлены сульфидами, арсенидами и силикатами [2, 3]. В биосфере кобальт образует устойчивые оксиды, становится геохимическим спутником марганца и железа [4]. Почвы, как правило, наследуют уровень содержания кобальта в материнских породах. Отсутствие полной корреляции между его количеством в породах и почвах служит следствием почвообразования, биогенной и гидрогенной миграции элемента [3, 5]. В почвах кобальт обнаруживается в различных соединениях, степень доступности которых для растений неодинакова. Он входит в состав почвенных алюмосиликатов, находится в поглощенном состоянии на поверхности минеральных и органических коллоидов [6].
Основная часть природного кобальта связана с кристаллической решеткой минералов и недоступна для растений. Главным носителем его в почве служат глинистые минералы, в составе которых находится 20-33% его валового запаса. До 25% все-
го почвенного кобальта связано с органическим веществом. Пути его фиксации могут быть различными - это седиментация, адсорбция, комплексо-образование, реакции замещения. Наиболее высокой способностью к фиксации кобальта обладают почвы с нейтральной реакцией и преобладанием в составе гумуса гуминовых кислот. К таким, в первую очередь, относятся почвы степного типа почвообразования. Гуминовые кислоты обладают по отношению к кобальту самой высокой комплексо-образующей способностью вследствие большего количества карбоксильных групп СООН-, водород которых в результате обменной реакции замещается на Со2+. По данным Н.Г. Зырина и А.А. Титовой [4], около 95% кобальта, закрепленного органическим веществом, в решетке глинистых минералов и окклюдировано полуторными оксидами в труднодоступные для растений соединения.
Растения поглощают кобальт в виде двухвалентного катиона, поэтому для них доступны обменные формы элемента, находящиеся на поверхности коллоидов, а также растворимые в слабых кислотах или водорастворимые соединения, в результате диссоциации которых в растворе появляется Со2+. В почве может находиться и трехвалентный кобальт Со3+, однако он быстро связывается
органическим веществом в необменные комплексы. Основные формы подвижного кобальта в почве представлены его хлоридами, сульфатами, бикарбонатами, нитратами, обладающими хорошей растворимостью. В слабых кислотах растворимы и карбонаты кобальта. Источником кобальта для растений может быть его гидроксид Со(ОН)2, образующийся в результате гидролиза бикарбонатов. Гидроксид кобальта выпадает в осадок лишь при рН 6,8, поэтому во всех почвах, за исключением карбонатных находится в подвижном состоянии [7].
Данные по содержанию кобальта в почвах основных биохимических зон на территории РФ показывают, что наименьшим количеством как валового, так и подвижного кобальта характеризуются почвы таежно-лесной, сухостепной, полупустынной и пустынной зон (табл. 1).
На долю подвижного кобальта приходится не более 5% его валового запаса в почве [4]. По данным Я.В. Пейве [9], содержание подвижного кобальта в основных почвенных разностях Российской Федерации и странах ближнего зарубежья колеблется в широких пределах: в дерново-подзолистых - 0,12-3,0 мг/кг; черноземах - 1,102,20; сероземах - 0,9-1,5; каштановых - 1,1-6,0; бурых - 0,57-2,25 мг/кг. В большинстве черноземных почв Кубани подвижного кобальта содержится 0,84,0 мг/кг [6, 10].
Содержание подвижного доступного растениям кобальта в почве зависит от механического состава - увеличивается от песка к глине. Значение механического состава почвы в обеспечении растений кобальтом определяется содержанием в почве коллоидной фракции, связывающей элемент в доступную для растений форму и предохраняющей от вымывания или более прочного закрепления. С увеличением карбонатности почвы и при повышении содержания гумуса подвижность кобальта уменьшается в связи его с переходом в малодоступные растениям формы, связанные с органическим веществом [7, 11].
Цель исследований - определение влияния системы удобрения сельскохозяйственных культур за три ротации 11 -польного зерно-травяно-пропашно-
го севооборота на валовое содержание и формы соединений кобальта в черноземе выщелоченном.
Исследования проводили после завершения третьей ротации 11-польного зерно-травяно-пропашного севооборота стационарного опыта кафедры агрохимии Кубанского ГАУ, расположенного в учебном хозяйстве «Кубань». Почва опытного участка - чернозем выщелоченный слабогумусный сверхмощный легкоглинистый на лессовидных тяжелых суглинках.
Для выявления действия системы удобрения на кобальтовый режим почвы с неудобренного и ежегодно удобряемого варианта (за три ротации севооборота было внесено N1740P1740K1160) с каждой по-вторности отбирали почвенные образцы из пахотного 0-20 см и подпахотного 21-40 см слоя. Определение содержания кобальта проводили атомно-абсорбционным методом. Валовое количество определяли в вытяжке после озоления почвы при t 500-600°С и разложении в смеси азотной и серной кислот. Кислоторастворимый кобальт извлекали раствором 1н НС1, подвижный - ацетатно-аммонийным буферным раствором, резервный - по разности между валовым количеством и содержанием его подвижных и кислоторастворимых форм.
Результаты. До освоения 11-польного зерно-травяно-пропашного севооборота в пахотном 0-20 см и подпахотном 21 -40 см слоях чернозема выщелоченного содержалось равное (14,8 мг/кг) количество валового кобальта (табл. 2). В пахотном слое почвы на долю легкоподвижного, обменного и резервного кобальта приходилось 10,1; 51,4 и 38,5%, в подпахотном соответственно - 8,1; 42,6 и 49,3% валового его запаса.
После трех ротаций севооборота наметилась тенденция снижения валового содержания кобальта в почве. В варианте севооборота без удобрений его количество уменьшилось на 2,7% в пахотном и подпахотном слое почвы. Систематическое применение минеральных удобрений на полях севооборота привело к более интенсивному «расставанию» почвы с кобальтом. За три ротации севооборота содержание элемента в пахотном слое почвы уменьшилось на 5,4%, в подпахотном - 4,0% от исходного запаса. В процессе агрогенеза наметилась слабо выраженная дифференциация пахотного и подпахотного слоя почвы по содержанию кобальта. Отмечается более сильное снижение его содержания в пахотном, нежели в подпахотном слое почвы. Вероятно такая дифференциация в распределении кобальта обусловлена большим потреблением микроэлемента растениями из 0-20 см слоя почвы и в некоторой степени выщелачиванием его вниз по почвенному профилю.
В процессе агрогенеза в почве произошли определенные изменения в содержании всех без исключения форм соединений кобальта. Возделывание
1. Содержание валового и подвижного
кобальта в почвах биогеохимических зон [8]
Биогеохимическая зона, почвы Кобальт, мг/кг
вало- подвиж-
вой ный
Таежно-лесная нечерноземная 5,9 0,75
Лесостепная и степная черноземная:
серые лесные почвы 11,5 2,37
черноземные почвы 12,9 2,21
Сухостепная, полупустынная и пус- 6,9 0,33
тынная
Горные почвы 11,7 1,39
свойства почв
2. Содержание кобальта и формы его соединений в чернозем выщелоченном, мг/кг
Вариант Слой почвы, Кобальт Кобальт
см валовой легкоподвижный обменный резервный
(кислоторастворимый) неэкстрагируемый
До освоения 0-20 14,8 1,5 7,6 5,7
севооборота 20-40 14,8 1,2 6,3 7,3
После трех ротаций севооборота
Без удобрений 0-20 14,4 1,3 7,5 5,6
20-40 14,5 1,1 6,2 7,2
ЫРК 0-20 14,0 0,9 8,2 4,9
20-40 14,2 0,8 7,6 5,8
сельскохозяйственных культур в течение 33 лет без минеральных удобрений привело к уменьшению количества легкоподвижного, обменного и резервного кобальта в пахотном слое почвы на 13,3; 1,3 и 1,8%, в подпахотном соответственно на 8,3; 1,6 и 1,4% по сравнению с их исходным.
Минеральные удобрения, восполняющие элементы питания и поддерживающие показатели плодородия почвы, часто сами служат источником поступления некоторых элементов-примесей, в том числе и кобальта, и являются мощным фактором трансформации собственно почвенных и поступающих с атмосферными выпадениями соединений этого элемента. Влияние длительного применения минеральных удобрений на содержание подвижных соединений кобальта в почвах проявляется в совместном действии самих удобрений и фитоценоза на изменения агробиохимических условий [12].
Применяемая система удобрений сельскохозяйственных культур не обеспечивала восполнение запасов кобальта в почве. За три ротации севооборота отмечено снижение содержания легкоподвижного и резервного кобальта в пахотном и подпа-
хотном слое почвы на 40,0 и 14,0%, в подпахотном на 33,3 и 20,5% и увеличению количества обменной формы соответственно на 7,9 и 22,2%.
Таким образом, валовое содержание кобальта в черноземе выщелоченном до освоения севооборота составляло 14,4 мг/кг, что выше кларкового значения почв мира - 10 мг/кг. В процессе агроге-неза содержание его в пахотном слое уменьшается на 2,7-5,4%, подпахотном - 1,4-4,0%. Максимальное содержание кобальта приурочено к подпахотному слою, что служит следствием выноса элемента из корнеобитаемого слоя выщелачивания его вниз по почвенному профилю. Содержание форм соединений кобальта в черноземе выщелоченном располагается в следующем убывающем ряду: обменный > резервный > легкоподвижный. В процессе агрогенеза характер распределения форм кобальта в почве не изменяется. Система удобрения не обеспечивала бездефицитный баланс кобальта в черноземе выщелоченном. За три ротации севооборота изменилось соотношение форм соединений кобальта в почве: уменьшилось содержание легкоподвижного и резервного кобальта и увеличилось - обменного.
Литература
1. Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах. - М.: Изд-во АН СССР, 1957.
- 238 с.
2. Ковда В.А., Якушевская И.В., Тюрюканов А.Н. Микроэлементы в почвах Советского Союза. - М.: МГУ, 1959.
- 67 с.
3. Шеуджен А.Х. Агробиогеохимия. - Краснодар: КубГАУ, 2010. - 877 с.
4. Зырин Н.Г., Титова А.А. Формы соединений кобальта в почвах / Содержание и формы соединений микроэлементов в почвах. - М.: МГУ, 1979. - С. 160-223.
5. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. - М.: Мир, 1989. - 439 с.
6. Шеуджен А.Х., Хурум Х.Д. Микроэлементы в системе удобрения рисового севооборота. - Краснодар: ВНИИ риса; КубГАУ, 2011. - 363 с.
7. Потатуева Ю.А., Янчук И.А. Агрохимическое значение кобальта // Химия в сельском хозяйстве, 1980, Т. 18, № 3. - С. 15-20.
8. Ковальский В.В., Андрианова Г.А. Микроэлементы в почвах СССР. - М.: Наука, 1970. - 180 с.
9. Пейве Я.В. Агрохимия и биохимия микроэлементов. Избранные труды. - М.: Наука, 1980. - 430 с.
10. Тонконоженко Е.В. Микроэлементы в почвах Кубани и применение микроудобрений. - Краснодар: Краснодарское книжное изд-во, 1973. - 111 с.
11. Ягодин Б.А., Тищенко И.В. Содержание микроэлементов цинка и кобальта в почве и растениях в зависимости от применения удобрений // Вестник сельскохозяйственной науки, 1978, № 3. - С. 42-50.
12. Карпова Е.А. Подвижные соединения тяжелых металлов в пахотных горизонтах почв в условиях длительного применения удобрений / Экологическая агрохимия. - М.: Издательство МГУ, 2008. - С. 12-29.
