К ИНТЕРПРЕТАЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТОДА КИРСАНОВА ДЛЯ ОЦЕНКИ ОБЕСПЕЧЕННОСТИ КАЛИЕМ ТОРФЯНЫХ ПОЧВ

Автушко Михаил Иванович

канд. геол.-минер. наук, ведущий научный сотрудник РНИУП «Институт радиологии», Республика Беларусь, г. Гомель

Исаченко Сергей Александрович

научный сотрудник РНИУП «Институт радиологии», Республика Беларусь, г. Гомель

E-mail: s.a.isachenko@gmail.ru

Введение. Метод Кирсанова, посредством которого определяется количество калия, экстрагируемое из почвы водным 0,2 М раствором HCl [4], широко применяется в современной сельскохозяйственной практике. В настоящее время существует уже несколько десятков методов определения потенциально доступного растениям почвенного калия [11, с. 2351; 10, с. 2151; 1, с. 20], однако по простоте выполнения метод Кирсанова по-прежнему не имеет себе равных [8, с. 42]. Принято считать, что метод позволяет определять наиболее подвижную часть почвенного калия (К_подв), которая потенциально способна быть поглощенной растениями (биологически доступна) в течение вегетационного периода. Величина К_подв принимается за оценку обеспеченности калием почвы, и эта оценка используется для прогнозирования необходимости и уровней пополнения запасов калия путем внесения удобрений.

Разработанный в начале 1930-х годов, метод Кирсанова не получил надежного теоретического обоснования, и его практическое применение может опираться только на эмпирически устанавливаемые для различных сельскохозяйственных культур связи между величиной К_подв и количеством калия, поглощаемым растениями из почвы (К_р). Обширный, десятилетиями накапливаемый эмпирический материал, полученный с помощью метода Кирсанова, используется главным образом для характеристик изменчивости К_подв в почве под влиянием внесения калийных удобрений и вследствие выноса калия из почвы с отчуждаемым урожаем. Иначе говоря, изучаются взаимосвязи между количествами калия, вносимого в почву с удобрениями (К_уд) и содержанием К_подв в почве, и прослеживается влияние величин К_уд и К_подв на урожай. Распределение биологически доступного калия в биогеоценозах между почвенной средой и вегетирующими растениями практически не изучается. В частности, остаются неизвестными коэффициенты перехода калия из почвы в растения (Кп_К), хотя этот параметр представляет несомненный интерес, например, для оценки эффективности удобрений в различных почвенно-химических условиях. Вследствие этого интерпретация зависимостей, основанная на определениях К_подв методом Кирсанова, страдает односторонностью и даёт основание для неоправданного критического отношения к его результатам. Так, в ходе исследований, направленных на выяснение процессов, которые определяют количественные уровни вытеснения различными экстрагентами подвижного калия из почвы, было установлено [5, с. 195; 7, с. 20], что при получении кислотных вытяжек происходит растворение почвенных минералов и высвобождение новых сорбционных позиций. Часть этих позиций могут занимать ионы K⁺, вытесненные из других позиций, т.е. происходит ресорбция ионов калия, и этот эффект приводит к занижению оценки К_подв. При использовании солевых вытяжек растворение минералов не происходит и ресорбция не наблюдается, а экстрагированный из почвы калий представлен собственно обменными формами, вытесняемыми соответствующим ионом солевого экстрагента. Вследствие этого содержание калия в солевой ацетатно-аммонийной вытяжке (по методу Масловой), например, оказывается более высоким, чем в 0,2 М солянокислотной вытяжке (по методу Кирсанова). На этом основании строится заключение, что предпочтительнее определять обеспеченность калием этих почв с помощью солевых вытяжек, которые по равновесному значению рН мало отличаются от почвенных водных суспензий, вследствие чего растворение минералов и ресорбция калия не происходят.

Торфяные почвы существенно отличаются от минеральных многими особенностями физико-химического состояния химических элементов, представляющих компоненты питания растений, в том числе и калия. Минеральное вещество торфяных почв практически не участвует в ионном обмене. Частицы почвенных слоистых минералов не просто экранированы от почвенного раствора пленками органического или минерального вещества, как в минеральных почвах, но в силу своей высокой дисперсности образуют сложные органоминеральные ассоциации коллоидного типа [2, с. 428; 3, с. 41], которые взаимодействуют с почвенным раствором как единое целое. Эти особенности структурной организации вещества торфяных почв способствуют тому, что в них практически отсутствуют условия, допускающие возможность ресорбции калия при взаимодействии их с кислотными экстрагентами. Отсюда вытекает предположение, что результаты определения методом Кирсанова потенциально доступного растениям калия в торфяных почвах могут достоверно характеризовать обеспеченность биологически доступными формами калия, и способны адекватно отражать возможные уровни его накопления растительной биомассой.

В настоящем сообщении дается анализ зависимостей между различными формами распределения калия в биогеоценозах на торфяной почве, с целью выяснения достоверности оценок биологически доступных количеств элемента с помощью метода Кирсанова, и соответствия этих оценок реальному потреблению калия растениями.

Материалы и методы исследования. Исследование особенностей распределения калия в сопряженных компонентах агрогеоценоза — торфяной почве и многолетних злаковых травах – выполняли на основе данных о его содержании в почвенно-растительном материале, отобранном на пяти мелиорированных низинных торфяных массивах Ветковского и Добрушского районов Беларуси, представляющих собой полуестественные и агрокультурные земли с нормальнозольными торфяными почвами. Пробы растений отбирали широким трубчатым пробоотборником (Ø 10 см) совместно со столбом корнеобитаемого слоя почвы (до 30 см), из которого растения непосредственно берут питание, с последующим раздельным анализом биомассы и почвенной массы.

Всего отобрано и изучено 105 проб. По всем почвенным пробам выполнен стандартный набор агрохимических определений (рН_KCl, обменные Ca и Mg, насыщенность катионами, подвижный калий, подвижный фосфор, величина зольности). Определение К_подв в почве производили методом Кирсанова [4]. Величины валового содержания калия в почвах (К_вал) и в растениях (К_р), необходимые для расчёта коэффициента перехода калия из почвы в растения и коэффициента подвижности калия в почве, определяли гамма-спектрометрическим методом (анализатор «Tennelec» с полупроводниковым hpGe детектором) по радиоактивному изотопу ⁴⁰К. Пересчет результатов гамма-спектрометрического определения ⁴⁰К на массовое содержание элемента калия производили по известной формуле [6, с. 15]:

m _К = k×M×T_½× A,

где: m_К — масса ⁴⁰К;

k — константа (2,4×10^–24);

М — атомная масса ⁴⁰К;

T ½ — период полураспада ⁴⁰К, равный 4,04×10¹⁶ с (1,248×10⁹лет);

A — активность радионуклида в пробе (Бк). Расчет по этой формуле показывает, что количество ⁴⁰К, активность которого равна 1 Бк, имеет массу 3,771×10^–6 г, что соответствует ≈0,0322 г природной смеси изотопов калия (93,2576 % ³⁹K) + (0,0117 % ⁴⁰K) + (6,7307 % ⁴¹K) [9, с. 18]. Коэффициент перехода калия из почвы в растения (Кп_К) рассчитывали как отношение содержания элемента в единице массы растения к его валовому содержанию в единице массы почвы.

С помощью критерия согласия Пирсона установлено, что все три ряда данных (Кп_К, К_подв, К_р) характеризуются нормальным распределением при уровне значимости α = 95 %. Аппроксимацию зависимостей осуществляли с помощью экспоненциальных трендов, построенных по методу наименьших квадратов.

Результаты и их обсуждение. Исследования, специально направленные на то, чтобы выяснить, насколько соответствуют оценки количества подвижного калия в торфяных почвах, полученные методом Кирсанова, реальному потреблению калия растениями никогда не проводились. Заметим, что и в работах [5; 7], подвергающих сомнению достоверность результатов определения доступного калия методом Кирсанова в дерново-подзолистых и черноземных почвах, тоже нет данных о том, что результаты применения солевых экстрагентов лучше соответствуют потреблению калия растениями, чем методы, основанные на применении кислотных экстрагентов. Между тем, и для практических целей, и для теоретического осмысления сущности почвенно-химических процессов, могущих оказывать влияние на поглощение растением химического компонента из почвенной среды, важно знать достоверную количественную оценку содержания в почве форм этого компонента, доступных для растения за время вегетации. Ясно, что данные о количестве компонента, который вытесняется из почвы тем или иным экстрагентом, сами по себе не несут никакой информации о доступности его растениям. Такую информацию можно получить лишь путем «опроса самих растений», т. е. в нашем случае — путем анализа корреляционных связей между величинами, представляющими собой оценки содержания тех или иных форм калия в почве, с одной стороны, и его содержания в растениях — с другой. В соответствии с этой логикой, построены регрессионные тренды между оценками содержания К_подв в почвах, и характеристиками потребления калия растениями, которые оценивались по двум параметрам: 1) по содержанию калия в растениях (К_р) и 2) по значениям коэффициентов перехода калия из почвы в растения (Кп_К).

1. Анализ связи К_р—К_подв. Интерпретация связи основана на предположении, что содержание калия в растениях находится в некотором количественном соответствии с содержанием его подвижных форм в почве, определяемых методом Кирсанова. Это возможно в случае, если калий экстрагируется в 0,2М НСl вытяжку преимущественно из тех же ионообменных позиций в почве, из которых он поступает в растения. Как свидетельствуют данные на рисунке 1, между величинами К_р и К_подв существует тесная статистическая связь, которая характеризуется коэффициентом детерминации R² = 0,761, что подтверждает правомерность  использования величины К_подв в качестве оценочного параметра при определении обеспеченности торфяных почв торфяных почв биологически доступными формами калия.

Рисунок 1. Регрессионная зависимость между количеством подвижного калия в торфяных почвах и содержанием калия в растениях

2.  Анализ связи Кп_К—К_подв. Величина коэффициента перехода калия из почвы в растения отражает потребности растения в калии, реализованные им в конкретных условиях вегетации, под регулирующим влиянием почвенно-химических и гидротермических параметров почвенной среды на уровни его поглощения растениями, при данном содержании элемента в почве. Поскольку величина К_подв характеризует способность почвы обеспечивать потребности растения в калии, то тесная зависимость величины Кп_К от К_подв, показанная на рисунке 2, является свидетельством того, что существует очевидная аналогия между протекающими в почве процессами, отражением которых является каждая из этих характеристик.

Рисунок 2. Регрессионная зависимость коэффициентов перехода калия в растения из торфяных почв от количества подвижного калия

Величина К_подв определяется количеством ионов калия, находящихся в ионообменных позициях в составе различных компонентов почвенного субстрата, и способных перейти в почвенный раствор в нативных условиях или в кислотную вытяжку в условиях лабораторного эксперимента. Величина Кп_К прямо зависит от содержания калия в почвенном растворе (К_пр), из которого растения непосредственно берут питание. К_пр формируется в ходе ионного обмена между почвенным раствором и твердой фазой почвы. Интенсивность ионного обмена регулируется гидротермическими условиями: температура оказывает влияние на растворимость веществ и кинетику процессов ионного обмена, а водный фактор предопределяет водонасыщенность почвенной среды, от которой зависят масштабность проявления этих процессов и сама возможность их реализации в почве. Тесная корреляция между величинами Кп_К и К_подв свидетельствует, что для пополнения почвенного раствора ионами калия в нативных условиях растениями используется тот же ионообменный пул, из которого этот элемент экстрагируется 0,2 М раствором HCl. Влияние других факторов на биологическую доступность калия, независимо от их значимости, в конечном итоге лимитируется уровнем подвижности калия в почве, поскольку только в этом случае находит объяснение тесная связь между величинами Кп_К и К_подв. Таким образом, величина К_подв является надежной характеристикой уровня биологической доступности калия торфяной почвы.

Заключение. Оценки содержания К_подв в нормальнозольных торфяных почвах, полученные с использованием 0,2 М солянокислотной вытяжки (по методу Кирсанова), обнаруживают тесные положительные связи с характеристиками потребления калия вегетирующими на этих почвах растениями. Это возможно в случае, если калий экстрагируется этой вытяжкой преимущественно из тех же ионообменных позиций в торфяной почве, из которых он поступает в растения. Результаты исследования подтверждают обоснованность и эффективность использования метода Кирсанова при оценке обеспеченности калием торфяных почв.

Список литературы:1.    Агафонова Е.В., Турчин В.В. Оценка калийного состояния почв и использование калийных удобрений на полевых культурах // Изв. вузов Сев.-Кавк. региона: Естеств. науки. 2002, спец. вып. — С. 20—25. 2.    Ванюшина А.Я., Травникова Л.С. Органо-минеральные взаимодействия в почвах // Почвоведение. — 2003, — № 4. — С. 418—428.3.    Горбылева А.И., Воробьев В.Б., Седукова Г.В. Роль органоминеральных коллоидов в плодородии дерново-подзолистых почв // Весцi Акад. аграр. навук Беларусi / Серыя аграрных навук. — 2003, — № 1. — C. 40—42.4.    ГОСТ 26207-91. Почвы. Определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО. М.: Госстандарт, 2002. — 8 с.5.    Минеев В.Г., Гомонова Н.Ф. Состояние калийного режима почв и совершенствование методов его оценки // Материалы науч.-практ. конф. «Эколого-агрохим. оценка состояния калийного режима почв и эффективн. калийных удобрений» (Москва, 14 окт. 2001 г.). М., 2002. — С. 185—195.6.    Моисеев А.А., Иванов В.И. Справочник по дозиметрии и радиационной гигиене. М.: Энергоатомиздат, 1990. — 252 с.7.    Соколова Т.А., Прокошев В.В., Носов В.В. Механизмы извлечения калия из почв при использовании различных вытяжек // Плодородие. — 2002, — № 2. — С. 17—20.8.    Янишевский П.Ф. О методах изучения фосфатного состояния некарбонатных почв // Совершенствование методологии агрохимических исследований / Материалы научной конференции (Белгород, сентябрь 1995 г.). М.: МГУ, 1997. — С. 41—44. 9.    Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A.H. // Nuclear Physics A. — 2003, — v. 729. — P. 3—128.10.    Hosseinpour A., Sinegani A. Evaluating garlic available potassium with chemical extractants // Commun. Soil Sci. and Plant Anal. — 2004. 35, — № 15—16. — C. 2147—2159.11.    Sardi K, Fuleky G. Comparison of extractants used for evaluating the bioavailability of soil P and К / International Symposium on Soil and Plant Analysis (Edmonton, July 21—27, 2001) // Commun. Soil Sci. and Plant Anal. — 2002. 33, — № 15—18. — C. 2351.

-->