Формирование горизонта плужной подошвы в черноземах и ее сорбционные особенности в отношении органического вещества и тяжелых металлов
Аннотация
Горизонт плужной подошвы, формируемый при распашке черноземов, отличается значительным уплотнением почвенной массы, а также аккумуляцией тонких элементарных почвенных частиц (ЭПЧ). Это в свою очередь, ограничивает глубину проникновения корневых систем культурных растений, и как следствие, ведет к снижению их продуктивности. На наш взгляд, формирование горизонта плужной подошвы дает предпосылки для увеличения его сорбционной способности в отношении органического вещества и тяжелых металлов. Согласно этой гипотезе, горизонт плужной подошвы можно рассматривать как геохимический барьер для дальнейшей вертикальной миграции органического вещества и солей тяжелый металлов в почвах. Цель работы: установить механизмы формирования горизонта плужной подошвы в черноземах и исследовать его сорбционные свойства в отношении органического вещества и тяжелых металлов – свинца и кадмия.
Задачи исследования являлось проведение полевых исследования морфогенетических особенностей черноземов, подверженных формированию плужной подошвы; отобрать почвенные образцы провести в них ряд лабораторных исследований по выявлению сорбционных свойств в отношении органического вещества и тяжелых металлов (Pb и Cd); доказать, что формируемый агрогенным путем горизонт плужной подошвы является геохимическим барьером для дальнейшей вертикальной миграции органического вещества и тяжелых металлов.
Установлено, что горизонт плужной подошвы формируется при пахотно-иллювиальной аккумуляции тонкодисперсных ЭПЧ, которые проявляют существенные сорбционные свойства в отношении углерода органических соединений почвы, лабильных гумусовых веществ и подвижных форм тяжелых металлов (Pb и Cd). Горизонт выступает в качестве барьера дальнейшей активной миграции мобильной фракции органического вещества и подвижных солей ТМ. Формирование плужной подошвы следует рассматривать как признак деградации черноземов, так как комплекс неблагоприятных свойств (увеличение плотности почв и сужение порового пространства на 10% по сравнению с вышележащим пахотным горизонтом) способствуют снижению продуктивности растений. Аккумуляция тяжелых металлов, обусловленная плужной подошвой, может способствовать их более активной транслокации в растительные организмы, ухудшая качество растениеводческой продукции. В связи с этим комплекс агротехнических мероприятий должен быть направлен на борьбу с этим негативным явлением.
Скачивания
Литература
Medvedev V.V. Fizicheskie svojstva i harakter zaleganiya pluzhnoj podoshvy v raznyh tipah pahotnyh pochv. Pochvovedenie. 2011; 12: 1487-1495. (In Russ.)
Azarov V.M., Belokurenko S.A. O pluzhnoj «podoshve». Agrarnaya nauka – sel'skomu hozyajstvu. 2017; 7-9. (In Russ.)
Alenov Zh.N., Koshen B.M., Kabdirova B.S. Metody bor'by s pluzhnoj podoshvoj v usloviyah sovremennoj sistemy obrabotki pochvy. Modern Science. 2019; 3: 12-15. (In Russ)
Zheng H., Liu W., Zheng J., Luo Y., Li R., Wang H., Qi H. Effect of longterm tillage on soil aggregates and aggregate-associated carbon in black soil of Northeast China. PLoS ONE. 2018; 13(6): e0199523. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0199523
Dexter A.R. Model experiments on the behavior of roots at the interface between a tilled seedbed and a compacted subsoil. 2. Entry of pea and wheat roots into subsoil. Plant and Soil. 1986; 95: 135-147.
Dymov A.A., Milanovskii E.Y. Assessing the complexing properties of soil organic matter by IMAC (case study of copper ions). Eurasian Soil Science. 2020; 53. 2: 178-186. https://doi.org/10.1134/S1064229320020040
Jastrow J.D., Miller R.M., Boutton T.W. Carbon dynamics of aggregate-associated organic matter estimated by carbon-13 natural abundance. Soil Sci. Soc. Am. J. 1996; 60: 801-807.
John B., Yamashita T., Ludwig B., Flessa H. Storage of organic carbon in aggregate and density fractions of silty soils under different types of land use. Geoderma. 2005; 128: 63-79.
Schulten H.R, Leinweber P. New insights into organic–mineral particles: composition, properties and models of molecular structure. Biology Fertility Soils. 2000; 30: 399-432. https://doi.org/10.1007/s003740050020
Arthur E., de Jonge L.W., Tuller M., Moldrup P. Clay content and mineralogy, organic carbon and cation exchange capacity affect water vapour sorption hysteresis of soil. European Journal of Soil Science. 2020; 71(2): 204-214. https://doi.org/10.1111/ejss.12853
Olayemi O.P., Wallenstein M.D., Kallenbach C.M. Distribution of soil organic matter fractions are altered with soil priming. Soil Biology and Biochemistry. 2022; 164: 108494. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2021.108494
Piccolo A., Mbagwu J.S.C. Effects of different organic waste amendments of soil microaggregates stability and molecule sizes of humic substances. Plant Soil. 1990; 123: 27-37.
Startsev V.V., Khaydapova D.D., Degteva S.V., Dymov A.A. Soils on the southern border of the cryolithozone of European part of Russia (the Subpolar Urals) and their soil organic matter fractions and rheological behavior. Geoderma. 2020; 361. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2019.114006
Blair G.J., Lefroy R.D.B., Singh B.P. Development and use of a carbon management index to monitor changes in soil C pool size and turnover rate. Driven by nature: Plant litter quality and decom-position. 1997; 273-282.
Tarchitzky J., Hatcher P.G., Chen J. Properties and distribution of humic sub-stances and inorganic structurestabilizing components in particle-size fractions of cultivated Mediterranean soils. Soil Sci. 2000; 165: 328-342.
Laird D.A., Martens D.A., Kingery W.L. Nature of clayhumic complexes in an agricultural soil: chemical, biochemical and spectroscopic analysis. Soil Sci. Soc. Amer. J. 2001; 65: 1413-1418.
Chefetz B., Tarchitzcy J., Deshmukh A.P. Structural characterization of humic acids in particle-size fraction an agricultural soil. Soil Sci. Soc. Am. J. 2002; 66: 129-141.
Raj-put V.D., Minkina T.M., Kumari A., Shende S.S., Ranjan A., Barakhov A.V., Raj-put P., Sushkova S.N., Faizan M., Singh A., Khabirov I., Gromovik A., Gorbunova N., Nazarenko O., Kızılkaya R. A review on nanobioremediation approaches for restoration of contaminated soil. Eurasian Journal of Soil Science. 2022; 11: 43-60. https://doi.org/10.18393/EJSS.990605
Yakovets L. Migration of heavy metals in the soil profile. Norwegian Jour-nal of Development of the International Science. 2021; 54-1: 8-12. https://doi.org/10.24412/3453-9875-2021-54-1-8-12
Sabitova A.N., Bayakhmetova B.B., Mussabayeva B.Kh., Orazhanova L.K., Ganiyeva K.G. Sorption of heavy metals by humic acids of chestnut soils. Bulletin of the Karaganda University. Chemistry Series. 2020; 3 (99): 88-98. https://doi.org/10.31489/2020Ch3/88-98
Zhang Y., Zhen Q., Xin J., Yuan Y., Wu Z., Zhang X., Cui Y., Li P. Storage of soil organic carbon and its spatial variability in an agropastoral ecotone of Northern China. Sustainability. 2020; 12. 6: 2259. https://doi.org/10.3390/su12062259
