Физико-химические свойства бентонита и его влияние на кислотно-основные показатели и эффективное плодородие дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы

Представлены результаты изучения влияния высоких (мелиоративных) доз бентонитовой глины Зырянского месторождения на кислотноосновные свойства и показатели эффективного плодородия дерновоподзолистой легкосуглинистой почвы в условиях Нижегородской области с предварительной лабораторной оценкой физико-химических характеристик самой породы. Показано, что бентонит проявляет высокую щелочную реакцию в водной (10.9 ед. рН) и солевой (9.8 ед. рН) вытяжках, обладает ионной обменностью с Δ рН до 1.13. Вещество материала в определенной степени подвергается электролитической диссоциации: при гидратации - 18 мг/г и при сольватации с соляной кислотой - 674 мг/г. В трехлетнем микрополевом эксперименте установлено снижение обменной (на 0.31 ед. рН_KCl) и гидролитической (на 0.20 мг-экв/100 г) кислотности почвы под действием породы. Этому, очевидно, способствовало существенное уменьшение содержания в почвенном растворе подвижных форм алюминия (до 48 %), а также повышение содержания обменных соединений кальция (на 0.70 мг-экв/100 г) и магния (на 0.24 мг-экв/100 г). Агрономически значимой эффективностью применения бентонита в высоких дозах явилось сохранение содержания гумуса в почве (на уровне 1.22-1.28 %), а также повышение содержания в ней подвижных соединений фосфора и калия (в среднем на 27-30 % в зависимости от варианта исследования). Средние по годам исследования значения сохраняли высокую сопряженность в течение всех лет взаимодействия глины с почвой, что позволяет говорить о материале, проявляющем стабилизационные признаки в отношении ее кислотно-основного и питательного режимов. При этом теоретически влияние содержания в почве обменных соединений кальция на урожайность культур находилось в сопряжении с содержанием обменного магния, а влияние количества ионов калия - с содержанием подвижного фосфора. Выявленные взаимосвязи и проанализированные материалы дают возможность предполагать наличие определенного взаимодействия на уровне минералогического состава почвы. Поскольку генезис исследуемой почвы определяет естественное устранение смектитовых минералов из элювиальной части профиля, применение бентонитовой глины возможно расценивать не только с позиции альтернативного приема химической мелиорации почвы, но и с точки зрения способа восстановления в составе ППК тонкодисперсных реакционно-активных минеральных центров.

1. Агафонов Е.В., Хованский М.В. Влияние бентонита на повышение плодородия чернозема обыкновенного // Почвоведение. 2014. № 5. С. 597-601. DOI: 10.7868/S0032180X14050025.

2. Аканова Н.И., Шильников И.А., Ефремова С.Ю., Аваков М.С. Значение химической мелиорации в земледелии и потери кальция и магния из почвы // Проблемы агрохимии и экологии. 2017. № 1. С. 28-35.

3. Артемьева З.С., Кириллова Н.П. Роль продуктов органо-минерального взаимодействия в структурообразовании и гумусообразовании основных типов почв центра Русской равнины // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2017. Вып. 90. С. 73-95. DOI: 10.19047/0136-1694-2017-90-73-95.

4. Балашов Е.В. Современный научно-методологический подход к проведению мониторинга качества и устойчивости сельскохозяйственных почв // Агрофизика. 2012. № 3 (7). С. 10-20.

5. Бойцова Л.В. Изменение физико-химических свойств в профиле дерново-подзолистой почвы различного сельскохозяйственного использования // Агрофизика. 2015. № 2. С. 9-15.

6. Бочарникова Е.А., Матыченков В.В., Погорелов А.Г. Сравнительная характеристика некоторых кремниевых удобрений // Агрохимия. 2011. № 11. С. 25-30.

7. Бухтояров О.И., Мосталыгина Л.В., Камаев Д.Н., Костин А.В. Сорбция тяжелых металлов (Cu2+, Cd2+, Pb2+, Zn2+) на бентонитовой глине Зырянского месторождения Курганской области // Сорбционные и хроматографические процессы. 2011. Т. 11. Вып. 4. С. 518-524.

8. Воеводина Л.А., Воеводин О.В. Магний для почвы и растений // Научный журнал Всероссийского НИИ проблем мелиорации. 2015. № 2 (18). С. 70-81.

9. Гагарина Э.И., Абакумов Е.В. Почвообразующие породы с элементами четвертичной геологии. СПб.: Изд-во СПб. ун-та, 2012. 131 с.

10. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). М.: ИД Альянс, 2011. 352 с.

11. Зайдельман Ф.Р. Генезис и экологические основы мелиорации почв и ландшафтов. М.: Изд-во КДУ, 2009. 720 с.

12. Иванов А.И. Некоторые закономерности изменения кислотноосновного состояния дерново-подзолистых легкосуглинистых почв при сельскохозяйственном использовании // Агрохимия. 2000. № 10. С. 28-33.

13. Игнатьева С.Л., Большакова Л.С., Павлова Н.И., Пухальская Н.В., Зиангирова Ю.Р., Веселова Ю.Н. Исследование влияния солей алюминия на ростовые процессы зерновых культур // Известия ТСХА. 2012. Вып. 1. С. 53-62.

14. Козлов А.В., Куликова А.Х., Яшин Е.А. Роль и значение кремния и кремнийсодержащих веществ в агроэкосистемах // Вестник Мининского университета. 2015. № 2 (10). С. 23.

15. Костин А.В., Мосталыгина Л.В., Бухтояров О.И. Бентонитовая глина Зырянского месторождения Курганской области как сорбент ионов свинца(П) и кадмия(П) // Глины, глинистые минералы и слоистые материалы. М.: ИГЕМ РАН. 2011. С. 87-88.

16. Лебедева Л.А., Арзамазова А.В. Влияние агрохимических средств на поступление свинца в растения ячменя при загрязнении дерновоподзолистой почвы этим металлом // Проблемы агрохимии и экологии. 2010. № 2. С. 22-26.

17. Литвинович А.В., Павлова О.Ю. Динамика почвенной кислотности в дерново-подзолистой супесчаной почве, произвесткованной различными дозами конверсионного мела // Агрофизика. 2011. № 2. С. 13-18.

18. Литвинович А.В., Павлова О.Ю., Плылова И.А. Трансформация состава гумуса кислой дерново-подзолистой почвы под действием возрастающих доз мелиоранта // Известия СПбГАУ. 2009. № 15 С. 25-29.

19. Мамонтов В.Г., Гладков А.А. Практикум по химии почв. М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2015. 272 с.

20. 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 // Вестник Московского университета. Сер. 17. Почвоведение. 2016. № 3. С. 37-46.

21. Матюк Н.С., Мазиров М.А., Кащеева Д.М. Трансформация верхней части почвенного профиля дерново-подзолистых легкосуглинистых почв при длительном окультуривании (к 100-летию длительного опыта ТСХА) // Известия ТСХА. 2012. Вып. 3. С. 13-26.

22. Митрофанова Е.М. Кальций и магний в дерново-подзолистых почвах Предуралья // Аграрный вестник Урала. 2011. № 2. С. 9-11.

23. Михайлов И. С. Учение И.П. Герасимова об элементарных почвенных процессах и его реализация в различных природных зонах // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2015. Вып. 81. С. 103-119. DOI: 10.19047/0136-1694-2015-81-103-119.

24. Мосталыгина Л.В., Елизарова С.Н., Костин А.В. Бентонитовые глины Зауралья: экология и здоровье человека. Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2010. 148 с.

25. Небольсин А.Н., Небольсина З.П. Известкование почв (результаты 50летних полевых опытов). СПб.: ГНУ ЛНИИСХ Россельхозакадемии, 2010. 241 с.

26. Рабочая классификация почв Горьковской области / Под ред. Никитина Б.А. Горький: ГСХИ, 1990. 87 с.

27. Рычагов С.Н., Соколов В.Н., Чернов М.С. Гидротермальные глины как высокодинамичная коллоидно-дисперсная минералогогеохимическая система // Доклады Академии наук. 2010. Т. 435. № 6. С. 806-809.

28. Соколов В.Н. Глинистые породы и их свойства // Соросовский образовательный журнал. 2000. Т. 6. № 9. С. 59-65.

29. Соколова Т.А., Толпешта И.И., Топунова И.В. Изменение бентонита в торфянисто-подзолисто-глееватой почве в условиях модельного полевого опыта // Вестник Московского университета. Сер. 17. Почвоведение. 2013. № 3. С. 8-18.

30. Сурков М.Д., Ракова О.В., Антошкина Е.Г. Исследование сорбционных свойств бентонитовой глины Зырянского месторождения // Экобиологические проблемы азово-черноморского региона и комплексное управление биологическими ресурсами. Челябинск: Изд-во Юж.-Ур. ГУ, 2016. С. 279-280.

31. Чижикова Н.П., Варламов Е.Б., Савич В.И. Поведение минералов при внесении различных доз органических удобрений в агродерновоподзолистой почве // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2014. Вып. 76. С. 91-110. DOI: 10.19047/0136-1694-2014-76-91-110.

32. 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. инта им. В.В. Докучаева. 2016. Вып. 84. С. 10-28. DOI: 10.19047/0136-1694-2016-84-10-28.

33. Эволюция почв и почвенного покрова. Теория, разнообразие природной эволюции и антропогенных трансформаций почв / Под ред. Кудеярова В.Н., Иванова И.В. М.: ГЕОС, 2015. 925 с.

34. Якушев В.П., Осипов А.И., Миннулин Р.М., Воскресенский С.В. К вопросу об известковании кислых почв в России // Агрофизика. 2013. № 2 (10). С. 18-22.

35. Arshad M.A., Martin S. Identifying critical limits for soil indicators in agroecosystems // Agriculture, Ecosystems and Environment. 2002. Vol. 88. No. 2. P. 153-160. DOI: 10.1016/S0167-8809(01)00252-3.

36. Baldock J.A., Skjemstad J.O. Role of the soil matrix and minerals in protecting natural organic materials against biological attack // Organic Geochemistry. 2000. Vol. 31. No. 7-8. P. 697-710. DOI: 10.1016/S0146-6380(00)00049-8.

37. Harley A.D., Gilkes R.J. Factors influencing the release of plant nutrient elements from silicate rock powders: a geochemical overview // Nutrient Cycling in Agroecosystems. 2000. V. 56. № 1. P. 11-36.

38. Nortcliff S. Standardization of soil quality attributes // Agriculture, Ecosystems and Environment. 2002. Vol. 88. No. 2. P. 161-168. DOI: 10.1016/S0167-8809(01)00253-5.

39. Rozalen M.L., Huertas F.J., Brady P.V., Cama J., Garcia-Palma S., Linares J. Experimental study of the effect of pH on the kinetics of montmorillonite dissolution at 25°C // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2008. Vol. 72. No. 17. P. 4224-4253. DOI: 10.1016/i.gca.2008.05.065.