Цветкова Н.Н., Дубина А.А.

Кафедра геоботаники, почвоведения и экологии

Днепропетровский национальный университет имени Олеся Гончара

Закономерности распределения марганца в черноземе обыкновенном разнотравно-типчаково-ковыльной степи

(Днепропетровская обл.)

Чернозем является характерной почвой степей. Исследования В.В. Докучаева, создавшего учение о почве, доказали, что чернозем представляет собой продукт разложения степных трав в сухом климате степей при специфических условиях жизнедеятельности микроорганизмов и животных. Материнская порода, на которой образуется чернозем, чаще всего лесс – это палево-желтая, пористая порода, богатая кальцием. Для черноземных почв характерно присутствие в верхней части почвенного профиля темного перегнойно-аккумулятивного горизонта, богатого содержанием гумуса. Благодаря высокому содержанию гумуса и зернистой структуре черноземы отличаются высоким плодородием.

Для степей , связанных с сухим континентальным климатом, характерны особые жизненные формы растений: узколистные, дерновинные злаки (ковыль, типчак, тонконог). Крупные ковыли и более мелкие типчак и тонконог имеют узкие жесткие листья, часто свернутые в трубочку; побеги собраны в очень плотные дерновины. Все эти злаки имеют развитую мочковатую корневую систему, которая пронизывает верхние слои почвы, прекрасно снабжая водой и минеральными солями растения. В степях Днепропетровщины широко распространены перистые ковыли: ковыль Лессинга, ковыль Иоанна, позднее развивается ковыль волосатик.

Значительно реже встречаются корневищные злаки и осоки (костер безостый, костер прямой, пырей и т. д.), имеющие более широкие и зеленые листья.

В разнотравно-типчаково-ковыльных степях к дерновинным злакам примешивается мезофильное (клевер горный, клевер альпийский, лабазник шестилепестный и др.) и ксерофильное разнотравье (люцерна серповидная, шалфей поникший, шандра ранняя, синеголовник полевой и др.)

Обычными компонентами степей являются степные кустарники и полукустарники (терен, степная вишня, шиповники, спиреи, дереза.)

Особенно характерны для степной растительности ксерофильные полукустарнички: чабрецы, полыни, дубровник и т.п.

Ранней весной, когда местами лежит снег, с молниеносной быстротой развиваются коротковегетирующие однолетники (эфемеры) и многолетники (эфемероиды) – крупка весенняя, репяшок маленький, гусиные лапки, гиацинтик, крокусы, которые быстро, через 2-3 недели, заканчивают свое развитие.

В задачу настоящих исследований входило изучение содержания и закономерностей распространения микроэлемента марганца в черноземе обыкновенном разнотравно-типчаково-ковыльной степи в пределах Присамарского стационара Днепропетровской области.

Повышенный интерес к марганцу, как одному из известных микроэлементов, кроется в той колоссальной роли, которую микроэлемент играет как в живом веществе планеты, так и в геологических процессах, протекающих в различных геосферах Земли. Значение и роль микроэлементов в биологических объектах определяется участием их в большинстве важнейших биохимических процессах, в почвообразовательном процессе.

Марганец принадлежит к весьма распространенным элементам в природе, составляя около 0,03% от общего числа атомов земной коры . Около 90% всего добываемого марганца потребляется металлургической промышленностью для изготовления различных сплавов с железом.

Марганец в виде порошка представляет собой серый металл, похожий по внешнему виду на железо. Удельный вес марганца – 7,4 г/ см³, температура плавления - 1250⁰ С, кипения – 2150⁰ С. Марганец энергично взаимодействует с галлоидами; при нагревании соединяется с типичными металлоидами: серой, азотом, фосфором, углеродом, кремнием и бором. С водородом он не реагирует. С разбавленными кислотами марганец реагирует весьма энергично, вытесняя водород и образуя катионы Mn⁺⁺. Меняется валентность марганца, и меняются его свойства. Хорошо изучены его производные: MnO, Mn₂O₃, MnO₂, MnO₃, Mn₂O₇.

Соединения марганца: азотнокислый марганец, сернокислый, йодистый и хлористый марганец растворяются в воде. Нерастворимы в воде: углекислый, фосфорнокислый марганец и двуокись марганца; малорастворимый – фтористый марганец. Азотнокислый, хлористый и йодистый марганец – гигроскопичны. Сернокислый марганец легко выветривается на воздухе.

Содержание марганца в земной коре – 0,09%. Марганец в природе встречается в виде скоплений окислорудных месторождений, подвергаемых промышленной переработке; в виде “чистых” марганцевых руд, где отношение Mn:Fe составляет 15:30. Руды, содержащие 45-55% марганца, считаются высокосортными.

В почвах содержание марганца составляет 0,005 – 0,5%, в среднем 0,1%.

Подвижность марганца зависит от окислительного потенциала среды. Наиболее подвижен в почве двухвалентный марганец, менее растворимы и тем самым менее подвижны окисные соединения марганца Mn₂O₃, MnO₂, Mn₃O₄.

Для марганца характерно накопление его в микроорганизмах и многих растениях. Миграция и накопление соединений марганца в отдельных местах в немалой степени связаны с жизнедеятельностью организмов. Подвижности марганца благоприятствует восстановительная среда в почве и низкое рН почвенного раствора.

Содержание микроэлементов и марганца в почвах разного характера и разных зон может колебаться в широких пределах. Мощные черноземы имеют только 0,03 – 0,04% подвижного марганца, черноземы Южной Украины – 0,097%, в буроземах Украины – 0,13 – 0,15% подвижного марганца.

В районах сильного увлажнения и выпадения большого количества осадков марганец выщелачивается из почв, в районах с сухим климатом он фиксируется в виде MnO₂.

Объекты и методы исследования

1. Объектом исследования в работе был чернозем обыкновенный среднегумусный, суглинистый разнотравно-типчаково-ковыльной степи. Предметом исследования - марганец, его содержание и распространение в почвенном профиле чернозема обыкновенного Присамарского стационара.

2. Определение марганца в почвах и почвообразующих породах проводилось атомно-абсорбционным методом.

3. Результаты исследования обрабатывались методами вариационной статистики.

Результаты исследования

Как уже отмечалось, марганец является довольно распространенным элементом в природе. Его среднее валовое содержание по данным В.А. Ковды и др. в песках – 200 мг/кг, глинах – 650 мг/кг, лессах – 860 мг/кг, в почвах болотных – 330 мг/кг, серых лесных – 1000 мг/кг, черноземных – 840 мг/кг, каштановых – 960 мг/кг и засоленных – 730 мг/кг.

Полученные экспериментальные данные о наличии марганца в почвах разнотравно-типчаково-ковыльной степи Присамарского стационара согласуются с данными В.А. Ковды.

Содержание марганца в корнеобитаемом слое чернозема обыкновенного малогумусного среднесуглинистого находится в интервале 438-606 мг\кг (табл.1.)По распределению марганца в почвенном профиле природный чернозем обыкновенный относится к группе почв, в которых наблюдается биогенная аккумуляция микроэлемента в верхнем почвенном горизонте.

Таблица 1.

Содержание марганца и физико-химические характеристики чернозема обыкновенного Присамарского стационара

Наименование почвы	Глубина отбора пробы, см	Фракции физической глины, %	Гумус, %	рН водной вытяжки	Сухой остаток, %	Е, мг.экв. на 100гр. почвы	Обменный катион, % от Е		СMn, валовой
							Са^++	Mg^++
Чернозем обыкновенный малогумусный суглинистый на лессах	0 - 10	43,9	3,1	7,9	0,08	44,3	40	8,1	606
	10 - 20	43.4	2.6	7.9	0.07	43,1	29	7.3	591
	60 - 70	38.5	1.4	8.0	0.06	42.9	29	5.6	421
	150 - 160	37.0	1.2	8.0	0.06	33.9	23	9.9	438

Знание содержания валовой формы марганца не дает еще возможности судить о степени обеспеченности растений марганцем на этой почве. Важно знать количество подвижных, доступных растению форм. Количество подвижных форм может в почве меняться за счет разрушения минералов, деятельности микроорганизмов и других причин. Обычно в подвижной форме находится небольшая часть микроэлемента. Так, по данным Я.В. Пейве в черноземах подвижный марганец находится в количестве 1-75 мг/кг (вытяжка 1н. Н₂SO₄).

Результаты определения подвижного Mn приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Содержание и распределение подвижных форм марганца в черноземе обыкновенном разнотравно-типчаково-ковыльной степи

Название почвы	Глубина отбора образца, см	Марганец
		мг/кг почвы	% от валовой формы
Чернозем обыкновенный на лессах	0 - 10	48	8,1
	10 - 20	32	5,6
	60 - 70	27	6,4
	150 - 160	5	1.0

В почвогрунтах разнотравно-типчаково-ковыльной степи содержится подвижного марганца 5-48 мг/кг почвы. Процент подвижности марганца от валовой формы составляет 1,0-8,1%. Содержание подвижного марганца в черноземе обыкновенном снижается вниз по глубине почвенного профиля и коррелирует с фракцией физической глины гранулометрического состава почв и содержанием гумуса.

Выводы

1.Установлено содержание и пределы варьирования марганца в валовой и подвижной форме в черноземе обыкновенном разнотравно-типчаково-ковыльной степи.

2.Определены закономерности распределения марганца по почвенному профилю чернозема обыкновенного.

3.Показано, что содержание марганца как в валовой, так и подвижной форме уменьшается с глубиной почвенного профиля в условиях Присамарского Международного биосферного стационара.