Изменение элементного химического состава опада березы повислой (Betula pendula) при разложении на фоне выщелачивания и засоления в лабораторном эксперименте

Таисия Владимировна Нечаева; Наталья Валентиновна Смирнова; Сергей Анатольевич Худяев; Илья Игоревич Любечанский

doi:10.31251/pos.v3i4.130

Авторы

Таисия Владимировна Нечаева ФГБУН Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, проспект Академика Лаврентьева, 8/2, г. Новосибирск, 630090, Россия https://orcid.org/0000-0003-4943-9439
Наталья Валентиновна Смирнова ФГБУН Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, проспект Академика Лаврентьева, 8/2, г. Новосибирск, 630090, Россия https://orcid.org/0000-0003-3679-4263
Сергей Анатольевич Худяев ФГБУН Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, проспект Академика Лаврентьева, 8/2, г. Новосибирск, 630090, Россия https://orcid.org/0000-0002-0431-0757
Илья Игоревич Любечанский ФГБУН Институт систематики и экологии животных СО РАН, ул. Фрунзе, 11, Новосибирск, 630091, Россия https://orcid.org/0000-0003-4778-2102

DOI:

https://doi.org/10.31251/pos.v3i4.130

Ключевые слова:

листья березы, растительные остатки, хлорид и сульфат натрия, хлорид и сульфат железа (III), вымывание, насыщение, химические элементы (Na, Fe, K, Ca, Mg, Zn, Cu, Ni);, сырая зола, потери массы, темпы разложения

Аннотация

Цель исследования: оценить изменение элементного химического состава опада березы при разложении на фоне выщелачивания и засоления в лабораторном эксперименте.

Место и время проведения. Свежеопавшие листья березы повислой (Betula pendula) были отобраны в лесостепной зоне Приобского плато в 40 км восточнее г. Новосибирска в октябре 2016 г. Эксперимент по изучению изменения химического состава опада березы в условиях инкубирования при 24 ˚С и продолжительностью 105 суток (с 24.05.2017 по 06.09.2017) проведен в лаборатории агрохимии ИПА СО РАН.

Методы. К 2 г воздушно-сухого опада березы, помещенного в пластиковые емкости на 100 мл, приливали по 50 мл дистиллированной воды (Н₂О_дист), либо такой же объем растворов солей натрия (NaCl, Na₂SO₄) или железа (FeCl₃, Fe₂(SO₄)₃) с концентрацией 0,3, 0,5, 0,7 и 1%. После 24-часового замачивания избыток воды или растворов солей отдельно сливали и фильтровали, а опад березы просушивали при комнатной температуре. Далее в одну часть емкостей с опадом добавили по 5 мл почвенной водной суспензии (ПВС), в другую – по 5 мл Н₂О_дист. В эксперимент также был включен вариант без замачивания, обозначенный как «сухой опад березы». Емкости с опадом герметично закрывали и инкубировали в термостате при 24 °С с периодическим проветриванием в течение нескольких минут. После 105 суток инкубирования опад просушивали при комнатной температуре и взвешивали с точностью до 0,01 г. Потери массы при разложении опада березы рассчитывали, как разницу между массой образцов в начале и в конце эксперимента и выражали в процентах. В воде, 0,3-1%-ных растворах солей (до и после замачивания в них опада), а также в опаде березы определили содержание Na, Fe, K, Ca, Mg, Zn, Cu, Ni методом атомно-абсорбционной спектрометрии. Всего в эксперименте было задействовано 150 емкостей с опадом березы.

Указывая «на фоне выщелачивания», мы имеем в виду потери химических элементов (ХЭ) из опада березы после замачивания в воде, «на фоне засоления» – насыщение опада Na или Fe после замачивания в 0,3-1%-ных растворах этих солей. Потери массы опада березы представили в расчете на воздушно-сухое вещество (табл. 1), общее содержание ХЭ в опаде и зольность – на абсолютно сухое вещество (табл. 2-10).

Основные результаты. Установлено, что на фоне выщелачивания происходит увеличение концентрации ХЭ в водной вытяжке (особенно К, Са, Mg) и снижение содержания ХЭ в опаде березы в следующем ряду: Na (в среднем в 3,6 раза) > К (в 2,4 раза) > Ni (в 1,9 раза) > Mg (в 1,4 раза) > Zn и Cu (в 1,3 раза в обоих случаях). Обработка опада березы 0,3–1%-ными растворами солей натрия или железа, в сравнении с водой, приводила к более интенсивному выщелачиванию и, соответственно, более низкому содержанию в растительных остатках К (в среднем в 1,3 раза), Са (в 1,2–1,5 раза) и Mg (в 1,5–2,2 раза). Наибольшая концентрация примесей была обнаружена в хлориде железа (III). Исходные растворы этой соли были обогащены Са, Mg, Zn, Cu и, особенно, Ni. Самые высокие показатели потерь массы и зольности отмечены в сухом опаде березы (без замачивания). На фоне выщелачивания потери массы и зольность опада снизились в среднем в 1,4 раза. На фоне засоления самые низкие показатели потерь массы и зольности выявлены после замачивания опада в 0,3–1%-ных растворах FeCl₃. Разница в потере массы между вариантами с добавлением к опаду ПВС и воды не установлена, однако зольность опада с добавлением ПВС была выше в 1,1–1,3 раза.

Заключение. Замачивание опада березы в воде, 0,3–1%-ных растворах солей натрия или железа (III) приводит к изменению элементного химического состава растительных остатков: с одной стороны, к частичному выщелачиванию из опада ХЭ (особенно К, Са, Mg), с другой – насыщению Na, Fe и рядом других ХЭ (в зависимости от соли). Это способствует снижению темпов разложения опада березы с учетом потерь массы, что в естественных условиях на юге Западной Сибири может происходить в результате временного переувлажнения лесной подстилки (например, в осенний и весенний холодные периоды года) и на участках с засоленными почвами.