Почвоведение располагает значительными данными о закономерностях поведения микроэлементов в почвах.
Установлено, что содержание и распределение микроэлементов зависит от многих химических, физических и физико-химических свойств почв, основными из которых являются гранулометрический состав, содержание и качество гумуса, реакция среды. Однако найти количественные зависимости между отдельными показателями, характеризующими свойства почв, и содержанием микроэлементов очень трудно, т. к. почва представляет собой сложную гетерогенную систему. При анализе экспериментальных данных приходится каждый фактор почвенной среды рассматривать в отдельности, хотя одним показателем, взятым изолированно, нельзя характеризовать общие закономерности содержания и распределения микроэлементов в почвах в целом. Вместе с тем изучение любого сложного явления невозможно без расчленения на более простые составляющие.
Изучению влияния свойств почв и пород на содержание микроэлементов в пахотном слое посвящен ряд работ отечественных и зарубежных ученых. Многими исследователями установлено, что в накоплении микроэлементов в почвах первенствующая роль принадлежит почвообразующим породам. Материал, образующийся в результате разрушения и выветривания материнских пород, закономерно отражает их состав в отношении содержания и сочетания микроэлементов. Почвы, как правило, наследуют геохимические черты своих материнских пород, но на содержание и распределение в них микроэлементов накладывается влияние почвообразовательного процесса.
Содержание как валовых, так и подвижных форм микроэлементов в почвах определяется их концентрацией в почвообразующих породах. При этом между количеством микроэлементов в почвах и породах найдена корреляционная связь разного уровня и формы.
Тесная положительная корреляция между содержанием микроэлементов в почвах и породах отмечена в работах Тойки М. А. (1980), Дубиковского Г. П. (1975). Хорошая корреляционная зависимость найдена между содержанием меди, цинка и марганца в дерново-подзолистых почвах и подстилающих их породах в работах Адерихина П. Г. (1980), Ильина В. Б. (1982), Шакури Б. К. (1976), где показано, что коэффициент корреляции между содержанием меди в почвах и породах колебался в пределах от 0,62 до 0,75, а марганца и цинка — составлял соответственно 0,78 и 0,58.
Обработка фактического экспериментального материала показала значительное разнообразие форм и степени тесноты корреляционной связи между содержанием микроэлементов в разных типах почв и подстилающих породах области.
Высокая положительная корреляция наблюдается между содержанием микроэлементов в дерново-подзолистых и подстилающих породах, что, по-видимому, связано с участием почвообразующих пород в развитии и формировании данных почв, а также с особенностями их минералогического состава и генезиса. Слабая и в ряде случаев малодостоверная корреляционная зависимость проявляется между содержанием микроэлементов в дерновых почвах на моренных карбонатных суглинках. Вторичная насыщенность почв и высокое содержание карбонатов приводят к снижению подвижности микроэлементов.
С другой стороны, развитие дернового процессе приводит к обогащению пахотного слоя гумусом, участвующим в его закреплении. В таких почвах наблюдается, как правило, повышенное содержание микроэлементов как в почвах, так и в породах.
На содержание и распределение микроэлементов в аллювиальных и осушаемых торфяных почвах существенное влияние оказывают аллювиальные наносы, а также особенности гидрологического режима, заключающиеся в периодическом временном или постоянном избыточном увлажнении и в высоком уровне стояния почвенно-грунтовых вод. По-видимому, эти специфические условия развития рассматриваемых почв затушевывают степень участия почвообразующих пород в их формировании.
Влияние почвообразующих пород, в частности их гранулометрического состава, находит свое проявление при расчете корреляции между содержанием частиц физической глины и микроэлементов в почвах. При этом почвы, сформировавшиеся на породах тяжелого гранулометрического состава, содержат, как правило, больше микроэлементов, чем почвы на легких породах. Так, в работе Ильина В. Б. (1971) отмечено, что почвы на суглинках и глинах содержат в 1,5—2 раза больше молибдена, чем на легких породах. Лупинович И. С. (1973) показал, что в почвах на суглинках содержалось в 2—4 раза больше марганца и кобальта и в 13 раз больше меди, чем в почвах на песках и супесях.
Одним из важнейших параметров свойств почв является гранулометрический состав минеральных и зольность органогенных почв. Многими исследователями установлено, что большинство микроэлементов концентрируется в илистой фракции почв, т. к. мелкодисперсные частицы обладают более высокой адсорбционной способностью, чем грубодисперсные. Однако у различных авторов по вопросам влияния количества физической глины на содержание микроэлементов в почвах нет единого мнения.
Некоторые авторы отмечают более высокое содержание микроэлементов в почвах тяжелого гранулометрического состава по сравнению с песчаными и супесчаными почвами. Дубиковским Г. П. (1975) также установлена тесная прямая корреляционная связь между содержанием физической глины и количеством валовых форм микроэлементов. Менее тесная зависимость наблюдалась между физической глиной и подвижными формами микроэлементов.
О высокой положительной корреляции между содержанием физической глины и количеством как валовых, так и подвижных форм микроэлементов свидетельствуют работы Дубиковского Г. П., Алисеевич М. К. (1975), Швидка Г. Д. (1976). Хорошая зависимость между содержанием кобальта, бора и молибдена в дерново-подзолистых почвах и их гранулометрическим составом показана в работе Ковда В. А., Зырина Н. Г., 1973.
В работах Ковальского В. В., Андриановой Г. А. (1970); Ильина В. Б. (1982) имеются сведения о сильной положительной корреляционной связи между содержанием молибдена в почвах и их гранулометрическим составом, причем отмечено, что этот элемент концентрируется в основном в илистой фракции почв. Хорошая зависимость между содержанием молибдена в заболоченных почвах и количеством в них физической глины отмечена в работе Свирновского Л. Я. (1973). По данным польских авторов, коэффициент корреляции между количеством молибдена в почвах и их гранулометрическим составом варьирует от 0,66 до 0,86.
Противоречивы литературные сведения о корреляционной связи между содержанием меди и количеством физической глины в почвах. Некоторые авторы отмечают тесную корреляцию между содержанием меди и гранулометрическим составом почв, при этом указывают, что данный элемент закрепляется в почве тем прочнее, чем тяжелее ее гранулометрический состав. Тесную корреляцию между количеством валовой меди и содержанием частиц физической глины в дерново-подзолистых почвах установил Дубиковский Г. П. (1975), одновременно отмечая более слабую зависимость содержания подвижной меди от гранулометрического состава этих почв.
Плотная корреляция между физической глиной и содержанием меди в почвах установлена в работах ряда польских исследователей, причем коэффициент корреляции данной связи составил 0,83, а уравнение регрессии имело вид y=0,43x—0,03. Несколько более низкая величина коэффициента корреляции (0,67) получена по почвам северной части бывшей ГДР.
В работе Ковальского В. В., Андриановой Г. А. (1970) приводятся данные о корреляционной связи между содержанием цинка в почвах и их гранулометрическим составом, а также о том, что данный микроэлемент поглощается коллоидной фракцией почв и хорошо в ней удерживается.
Работами Шаровой А. С. и др. (1970), Ильина В. Б. (1973) показано, что бор концентрируется в илистой фракции почв. О корреляционной связи содержания подвижного бора в пойменных аллювиальных и дерновых почвах с их гранулометрическим составом приводятся сведения в работах Каталымова М. В. (1965), Ковальского В. В., Андриановой Г. А. (1970), которые установили обратную связь между содержанием бора и количеством илистых частиц в почвах.
Имеются разногласия разных исследований и по вопросу корреляционной зависимости между содержанием марганца и гранулометрическим составом почв. О положительной корреляции между данными ингредиентами в дерново-подзолистых почвах свидетельствуют работы Ковальского В. В., Андриановой Г. А. (1970), а в заболоченных почвах — работы Свирновского Л. Я. (1973), Гецевич Н. А. (1974), показали, что коэффициент корреляции между содержанием марганца и физической глины в почвах равен 0,72. В работе Дворниковой Л. Л. (1974) приводятся данные об отсутствии строгой зависимости содержания подвижного марганца в почвах Ленинградской области от содержания физической глины.
Некоторыми авторами установлено, что содержание кобальта в почвах коррелирует с количеством физической глины, причем коэффициент данной корреляции равен 0,41. Лупинович И. С. (1970) показал, что при изменении содержания физической глины на 1% количество кобальта изменяется на 0,2—0,21 мг/кг почвы.
Обзор работ, относящихся к минералогическому составу почв и почвообразующих пород, показывает, что илистая фракция характеризуется весьма сходным качественным составом. Характерными минералами ила дерново-подзолистых почв являются гидрослюды, вермикулит, хлорид и минералы монтмориллонитовой группы в различных соотношениях, несиликатные аморфные полутораоксиды. Однако количественные соотношения их в почвах, развивающихся на разных по гранулометрическому составу породах, меняются. Как показали исследования Важенина И. Г., Беляковой В. И. (1976), Завалишина А. А., Надеждина Б. В. (1961), неодинаковое количественное соотношение минералов имеют место в почвообразующих породах на территории Калининградской области.
Определяющим фактором свойств почвенного поглощающего комплекса и содержания химических элементов является количественное содержание тонкодисперсных (глинистых) фракций, в которых концентрируется значительная часть микроэлементов.
В содержании и распределении микроэлементов в почвах Калининградской области отчетливо проявляется влияние минералогического, химического и гранулометрического состава почв, а также их генетических особенностей. Отмечается тесная корреляционная зависимость между валовым содержанием микроэлементов и количеством частиц физической глины в дерново-подзолистых почвах.
Величина коэффициентов корреляции для общей совокупности рассматриваемых почв достоверна и изменяется в дерново-подзолистых почвах от 0,51 до 0,68, в дерновых — от 0,50 до 0,88, в аллювиальных — от 0,38 до 0,68.
Расчеты корреляционных связей выполнены на основе наиболее типичных разновидностей дерново-подзолистых, дерновых и аллювиальных почв, развивающихся на разных по гранулометрическому составу породах — песках, моренных безвалунных супесях, моренных
валунных и карбонатных суглинках, водно-ледниковых безвалунных глинах и погребенном торфе. Не во всех разновидностях почв проявляется достоверная корреляционная зависимость между содержанием микроэлементов и частиц физической глины. Здесь важное значение имеет размах варьирования переменных величин. В ряде случаев они варьируют в столь узком интервале, сравнимом с ошибкой изменения, что нельзя установить связь между ними. Незначительные изменения в содержании частиц физической глины (меньше 10%) в отдельных разновидностях почв существенно не сказываются на изменении микроэлементного состава, хотя в целом для общей совокупности минеральных разновидностей почв области существует положительная корреляция между содержанием частиц физической глины и количеством микроэлементов.
Содержание подвижных форм микроэлементов в почвах разного гранулометрического состава варьирует в более широких пределах по сравнению с валовым количеством, что связано с более сильным влиянием физических и агрохимических свойств почв на подвижность микроэлементов. При этом коэффициент вариации разных микроэлементов в отдельных почвенных разновидностях изменяется в пределах от 11 до 61%.
Общей закономерностью является увеличение количества микроэлементов при переходе от почв легкого гранулометрического состава к более тяжелым. Так, при переходе от песчаных почв к средне — и тяжелосуглинистым содержание подвижных форм микроэлементов увеличивается в 1,2—3,5 раза, причем более значительно изменяется количество меди, кобальта и цинка, меньше — бора и молибдена. Подобная закономерность отмечена в работах Багинскаса Б. П. (1969), Дубиковского Г. П. (1975, 1983), Пейве Я. В. (1980) и др.
Высокое содержание глинных материалов в составе тонкой илистой фракции почв обусловливает ее большую поглотительную способность. Эти минералы дают высокодисперсные коллоидные частицы, имеющие потенциал отрицательного знака и способные к катионному обмену. Такие частицы обладают большей энергией поглощения различных катионов, в том числе и микроэлементов, благодаря чему химические элементы защищены от выщелачивания и остаются в почве в поглощенной, но относительно доступной растениям форме. Это является одной из причин относительно высокого содержания ряда микроэлементов в пахотном слое почв. Так как почвы являются системой частиц, несущих в основном отрицательный заряд, то микроэлементы, присутствующие в почве в анионной форме (бор, молибден), меньше поглощаются почвенным комплексом.
Корреляционная связь между содержанием подвижных форм микроэлементов и количеством частиц физической глины в почвах имеет различную степень тесноты и направление.
В целом для общей совокупности в разных типах почв у большинства микроэлементов она положительная, но менее тесная, чем для валовых форм.
В органогенных почвах важным показателем является зольность торфа. Некоторые авторы установили положительную корреляцию разной степени тесноты между содержанием микроэлементов в торфяных почвах и зольностью торфа. По данным Алисеевич М. К. и др. (1984), наиболее высокое содержание бора наблюдается в торфах с зольностью 10—50%, марганца — 30—72%. В ряде работ польских авторов указывается на отсутствие зависимости содержания меди и цинка от зольности торфа.
В наших исследованиях выявлена закономерность увеличения содержания микроэлементов в осушаемых торфяных почвах с ростом зольности торфа. Так, с увеличением зольности до 30% и выше количество микроэлементов возрастало в 1,8—2,8 раза. По-видимому, это объясняется более высокой степенью минерализации высокозольных торфов и повышенным содержанием в них химических элементов, в том числе и микроэлементов. С другой стороны, как объясняют Ковальский В. В., Андрианова Г. А. (1970), Лукашов К. Т., Петухова Н. Н. (1970) и другие авторы, в высокозольных торфах микроэлементы могут входить в состав вторичных минералов и органоминеральных комплексов и закрепляться в почве.
В осушаемых торфяных почвах установлена положительная корреляция разной степени тесноты между зольностью, содержанием подвижных и валовых форм микроэлементов. Для общей совокупности осушаемых торфяных почв она достоверна как для валового содержания, так и для подвижных форм микроэлементов, однако для последних она менее тесная, чем для валовых. Тесная положительная корреляционная связь наблюдается между валовым содержанием меди, цинка и кобальта и зольностью, а для валовых форм бора, марганца и молибдена связь средней силы. Такой же силы корреляция характерна для подвижных форм меди, молибдена и цинка, а для бора, марганца — слабая.
Наличие прямой связи между дисперсностью минеральных, а также зольностью органогенных почв и содержанием различных форм микроэлементов позволяет сделать вполне логическое предположение о существовании аналогичной зависимости между валовой и подвижной формой микроэлементов.
Изучению данного вопроса посвящены работы многих исследователей. Однако однозначных выводов по этому вопросу нет.
В большинстве исследований отмечается прямая зависимость между валовой и подвижной формами марганца. По данным Ильина В. Б. (1982), коэффициент данной корреляции составляет 0,42±0,063.
Тесная прямая корреляционная связь установлена между валовым и подвижным бором в пойменных почвах. Другие авторы показали слабую и не всегда, в отдельных разновидностях почв, достоверную связь между разными формами бора.
Сведения о прямой корреляционной связи между валовым содержанием меди и количеством ее подвижных форм приведены в работах ряда исследователей, между формами кобальта. Лупинович И. С. (1970) показал, что коэффициент корреляции между валовым и подвижным кобальтом в торфяно-болотных почвах Белоруссии составляет 0,94±0,08, при этом отмечая отсутствие подобной корреляции в минеральных почвах. На отсутствие корреляционной связи между формами кобальта в дерново-подзолистых почвах указано в работе Дубиковского Г. П. (1975).
Тойка М. А. (1980), Ильин В. Б., Степанова М. Д. (1982) установили прямую корреляционную связь средней силы между валовым содержанием молибдена и количеством его подвижных форм в почве. Зборищук Ю. Н., Зырин Н. Г. (1974) показали, что коэффициент корреляции данной связи изменяется в пределах от 0,51 до 0,89 в зависимости от типа почвы. Между формами цинка тесная корреляция показана в работах шведских ученых.
Однако в некоторых работах отечественных и зарубежных ученых приводятся данные об отсутствии корреляционной связи между валовыми и подвижными формами микроэлементов.
Характер зависимости между содержанием валовых и подвижных форм микроэлементов в почвах Калининградской области не одинаковый.
В дерново-подзолистых почвах разного гранулометрического состава между валовыми и подвижными формами микроэлементов — бора, меди, марганца, молибдена и цинка — наблюдается положительная корреляционная зависимость. Не всегда, в отдельных разновидностях почв, проявляется достоверная зависимость между валовым и подвижным кобальтом. В целом для общей совокупности дерново-подзолистых почв характерна слабая положительная корреляция между валовыми и подвижными формами бора, меди и кобальта, а также средней или близкой к средней степени тесноты для марганца, молибдена и цинка.
В осушаемых торфяных, дерновых и аллювиальных почвах между валовым содержанием и количеством подвижных форм микроэлементов, как правило, проявляется положительная корреляционная связь разной степени тесноты. Тесная связь характерна для меди, кобальта и цинка в осушаемых торфяных почвах; средней тесноты — для бора и молибдена в осушаемых торфяных; бора, меди, кобальта и цинка — в аллювиальных, а также цинка — в дерновых почвах. Слабая связь проявляется между формами марганца в рассматриваемых почвах; молибдена — в аллювиальных; бора, меди, молибдена и кобальта — в дерновых почвах.
Гумусу принадлежит большая роль в почвообразовании, геохимии ряда элементов, снабжении растений макро — и микроэлементами. Этот вопрос нашел свое отражение в работах Пейве Я. В. (1980), Лукашева В. К., Лукашева К. И. (1970), Журавлевой Е. Г. (1974).
Приведенные в литературе данные свидетельствуют о разнообразных формах соединения микроэлементов с органическим веществом почвы. Как показали исследования Канунниковой Н. А. (1971), поглощение металлов органическим веществом почвы идет путем адсорбции, ионного обмена и комплексообразования.
По данным ряда ученых, микроэлементы в почвах находятся в связи с гумусовыми веществами типа гуматов металлов.
В ряде работ приводятся данные о значительном участии органического вещества почв в закреплении микроэлементов, при этом указывается, что последние могут образовывать комплексные соединения с гумусовыми веществами и прочно удерживаться в пахотном слое. Так, по данным ряда английских авторов, около 20%, а немецких исследователей — до 23—37% меди в почвах связано с органическим веществом. Исследованиями Вардьи Н. П. и др. (1976) установлено, что в дерново-подзолистых супесчаных и суглинистых почвах гумусовыми веществами связывается до 82% меди, а Канунникова Н. А. (1971) делает вывод о том, что в торфяно-болотных почвах 40—60% меди и кобальта связано органическим веществом торфа.
Поданным Каталымова М. В. (1965), в торфяно-болотных почвах с содержанием органического вещества 30—50% может накапливаться до 10 мг/кг цинка и более, а количество органически связанного бора в разных типах почв может колебаться от 0,5 до 8,2 кг/га.
Высокая положительная корреляция между количеством гумуса и содержанием как валовых, так и подвижных форм микроэлементов показана в работах Рудневой Е. Н. и др. (1972); Пейве Я. В. (1980). Другими авторами установлено, что микроэлементы в пахотном слое почв аккумулируются в связи с накоплением гумуса.
Однако приводимые в литературе сведения о характере зависимости между содержанием микроэлементов и гумуса в почвах весьма противоречивы.
О положительной корреляции между содержанием меди и количеством гумуса в почвах отмечает Журавлева Е. Г. (1978), Ильин В. Б. (1982) установил, что между содержанием меди и количеством органического вещества в почвах связь криволинейная, средней силы, а Гамзиков Г. П. (1982) указал на слабый характер связи, причем ее коэффициент корреляции равнялся 0,194.
Некоторые исследователи (Ковальский В. В., Андрианова Г. А., 1970; Лупинович И. С., 1973; Ковда В. А. 1980, 1982) указывают на прочную связь кобальта с органическим веществом почв и на тесную положительную корреляцию между содержанием данного элемента в почвах и количеством гумуса. Гамзиков Г. П. (1982) показал, что между содержанием подвижного кобальта и гумуса в почвах связь слабая (r=0,184). Не получено достоверной корреляционной зависимости содержания кобальта от количества гумуса в исследованиях.
В работах отечественных и зарубежных ученых приведены данные о положительной корреляционной связи разной степени прочности между содержанием цинка и количеством гумуса в почве. Для бурых почв Польши коэффициент данной корреляции колеблется в пределах от 0,407 до 0,758, в северных почвах Германии он равнялся 0,749, юга Швеции для валового цинка и гумуса составлял 0,47, а подвижность — 0,477. Гамзиков Г. П. (1982) установил слабую корреляционную зависимость содержания цинка от количества гумуса в почвах (r=0,207). Ильин В. Б., Степанова М. Д. (1982) установили близкую к сильной корреляционную связь между валовым молибденом и количеством гумуса. Зырин Н. Г., Зборищук Ю. Н. (1976) показали на отсутствие достоверной корреляционной зависимости как валового содержания, так и подвижных форм молибдена от гумуса.
Противоречивы литературные сведения и о характере корреляционной связи между содержанием марганца и количеством гумуса в почвах. Ковальский В. В., Андрианова Г. А. (1970) утверждают о том, что марганец не образует прочных соединений с гумусом. Однако в работах некоторых исследователей приводятся данные о тесной положительной корреляции между содержанием подвижного марганца и количеством гумуса. Ильин В. Б. (1971) установил, что коэффициент данной корреляции составляет 0,764±0,082. В другой работе автор отмечает, что данная связь — криволинейная средней силы. Не установлена строгая зависимость между подвижным марганцем и гумусом в почвах Ленинградской области, показана отрицательная корреляция между данными показателями в работах английских исследователей.
О формах связи бора с гумусом имеется мало сведений. Виноградов А. П. (1957) выделил фракцию бора, связанную с органическим веществом, отмечая, что роль микроорганизмов и органогенных образований почвы в накоплении микроэлемента еще недостаточно выяснена. Пейве Я. В. (1980) установил, что бор с органическими соединениями почвы связывается при участии групп ОН— гумусовых веществ с образованием комплексных соединений. Однако ни гуминовые кислоты, ни почвенный гумус не образуют с бором прочных соединений.
Вместе с тем многими исследователями установлена положительная корреляция между содержанием бора в разных типах почв областей северо-запада России, Эстонии, Латвии, Литвы и Белоруссии и количеством гумуса. Содержание гумуса в почвах Калининградской области является важным критерием оценки содержания микроэлементов, в частности количества их подвижных форм. Более гумусированные дерновые и аллювиальные, а также осушаемые торфяные почвы, по сравнению с дерново-подзолистыми, имеют повышенное содержание микроэлементов.
Однако размах колебаний содержания в почвах микроэлементов невысокий. Так, содержание марганца с увеличением гумусированности почв уменьшается лишь в 1,1—1,2 раза. Концентрация молибдена в дерново-подзолистых и дерновых почвах при увеличении содержания гумуса до 4% уменьшается в 1,3—1,4 раза, а в аллювиальных и осушаемых торфяных почвах увеличивается в 1,1—1,4 раза.
Другой специфической особенностью почв области является очень низкое содержание молибдена и малые пределы его колебания в почвах. Коэффициент вариации элемента в разных типах почв изменяется от 13 до 28%. Как свидетельствуют литературные данные, микроэлементы, присутствующие в почве в анионной форме (такие как молибден), меньше поглощаются почвенным комплексом и легче вымываются из почвы. В условиях Калининградской области этот процесс усиливается за счет кислой реакции почвенной среды и специфических условий гидрологического режима — обилия осадков, кратковременного или длительного избыточного увлажнения почв и высокого дренажного стока. Не получено строгой закономерности изменения содержания микроэлементов в зависимости от количества органического вещества в осушаемых торфяных почвах.
Между содержанием микроэлементов и количеством гумуса в почвах найдена корреляционная связь разной формы и степени тесноты. Тесная положительная корреляция найдена между содержанием меди, кобальта и цинка, а также валового бора и количеством гумуса в дерновых почвах. В аллювиальных почвах положительная корреляционная связь средней или близкая к средней степени тесноты наблюдается между валовыми формами микроэлементов и гумусом, а для подвижных форм микроэлементов эта связь слабая. Аналогичная корреляционная связь проявляется между микроэлементами и гумусом в дерново-подзолистых почвах.
Существенное влияние на миграцию микроэлементов в почвах оказывает реакция почвенной среды. С ней тесно связана относительная активность катионов и анаионов, направление химических реакций между элементами и, следовательно, образование тех или других природных соединений, характеризующихся различной растворимостью и доступностью для растений.
По некоторым данным, медь, цинк, кобальт и марганец подвижны в кислой среде, молибден — в щелочной, а бор — в широком интервале pH. Однако в выводах о формах и степени тесноты корреляционной связи между содержанием микроэлементов и почвенной кислотностью у разных авторов единого мнения нет.
Пейве Я. В. (1980) наблюдал увеличение подвижности меди и цинка при возрастании кислотности почв. Рудин Б. Д., Ефремова Л. И. (1972) установили, что кислые почвы содержат меньше меди, чем нейтральные и щелочные. Громова А. Е. (1973) определила, что при pH больше 6,0 подавляющая часть цинка в почве находится в недоступной для растений форме.
Ряд авторов отмечает наличие достоверной зависимости между содержанием подвижной меди и реакцией среды, причем коэффициент корреляции между этими величинами в торфяно-болотных почвах был высоким и составлял 0,70. Значительно слабее зависимость (r=0,371) выявлена Гамзиковым Г. П. (1982) для почв Западной Сибири. По данным Дубиковского Г. П. (1973), значения коэффициента корреляции между концентрацией подвижной меди и величиной pH для различных по гранулометрическому составу дерново-подзолистых почв Белоруссии изменялась от 0,02 до 0,12, а в полугидроморфных почвах составляли 0,20 и были ниже необходимого уровня существенности.
Польские исследователи приводят сведения об отрицательной корреляции или об отсутствии достоверной связи между содержанием меди, цинка и кислотностью почв. На отрицательную корреляцию между содержанием меди, цинка и кислотностью указывают работы Крупского М. К. и др. (1977), причем приводятся разные значения коэффициентов корреляции. Гамзиков Г. П. (1982) показал, что коэффициент парной корреляции между количеством подвижного цинка в почвах и кислотностью — 0,698.
Поливалентность марганца, способность его к окислению и восстановлению в зависимости от редокс-условий и от pH среды обусловливает одновременное существование разнообразных форм его соединений в почвах. Элемент обладает повышенной мобильностью в кислой восстановительной среде и малой при нейтральной или слабощелочной реакции.
Зырин Н. Г. и др. (1979, 1980), Ильин В. Б. (1982) отмечают, что по проблеме микроэлементов имеется значительное число работ, рассматривающих влияние почвенных факторов на содержание и подвижность марганца. Полученные разными авторами данные разноречивы, что связано с многообразием изученных почв и особенностями их свойств.
Повышение реакции среды в щелочную сторону, усиление аэрации приводит к окислению Mn2+, переходу его в нерастворимые оксиды Mn3+,Mn4+. В связи с этим обратную зависимость содержания марганца от реакции среды отмечают ряд авторов.
Работами ряда исследователей показано отсутствие корреляционной связи между обменной формой марганца и pH. Не получена устойчивая зависимость содержания доступного марганца от кислотности в почвах Белоруссии (Дубиковский Г. П., 1975). Коэффициент корреляции между этими показателями в дерново-подзолистых почвах разного гранулометрического состава изменялся от -0,24 до +0,64, а в полугидроморфных почвах составил 0,24 и, в большинстве случаев, был недостоверным. Подобную закономерность автор связывает с небольшим изменением обменной кислотности в данных почвах, а также с большой динамичностью и вариабельностью распределения марганца в почвах.
В условиях кислых почв бор является энергичным водным мигрантом, легко выщелачиваемым из почв, особенно легкого гранулометрического состава. Поданным Каталымова М. В. (1965), Крупского М. К. и др. (1980), Ковды В. А. и др. (1982), высоким содержанием бора характеризуются пойменные нейтральные и щелочные почвы, а кислая среда и интенсивное промывание почв приводит к снижению количества этого элемента. В условиях нейтральной и щелочной реакции происходит сорбция бора почвами за счет возрастания концентрации ионов ОН—, способных связывать борную кислоту.
На прямую зависимость между концентрацией бора и реакцией среды указывали Ветчигина Г. М., Баранов А. Н. (1971); Зырин Н. Г., Пацукевич Э. В. (1972, 1973); Зырин Н. Г. и др. (1972); Дубиковский Г. П. (1975); Тома С. И. (1980); Ильин В. Б. (1982), причем, как установила Ветчигина Е. М., коэффициент корреляции данной зависимости в почвах Ивановской области составлял 0,85.
На содержание и подвижность молибдена также значительное влияние оказывает реакция почвенной среды. При этом установлено, что при подкислении почв снижается концентрация этого элемента, а в почве с высоким pH наблюдается достаточно большая подвижность молибдена.
Разноречивы литературные данные и в вопросах установления зависимости между количеством кобальта в почвах и кислотностью. Следует отметить, что по кобальту имеется мало работ, что связано прежде всего с тем, что роль этого элемента в развитии и росте растений была установлена относительно недавно.
Кобальт относится к элементам малоподвижным в почвах и в системе почва — растение вследствие его сильной сорбируемости. Этот элемент способен менять свою валентность и его растворимость в почвах в зависимости от окислительно-восстановительных условий. При переходе двухвалентного кобальта в трехвалентный он образует труднорастворимые комплексы с органическим веществом и подвижность его уменьшается. Органические вещества почвы в зависимости от условий могут образовывать с кобальтом как нерастворимые, так и растворимые соединения.
Прохоров В. М. и др. (1979), Пейве Я. В. (1980) показали, что с увеличением pH уменьшается подвижность кобальта, а максимум сорбции элемента наблюдается при pH 7,5—8,5.
В исследованиях некоторых авторов наблюдалась довольно тесная связь между реакцией среды и содержанием подвижного кобальта, причем коэффициент корреляции составил 0,345. В работе Кудло К. К. и др. (1972) приводятся данные об обратной связи между кобальтом и pH.
Не отмечается четкой зависимости между концентрацией кобальта и кислотностью почв в работе Дубиковского Г. П. (1975).
Об отсутствии достоверной корреляционной связи между содержанием микроэлементов в почвах и их кислотностью свидетельствуют некоторые работы.
Обобщение результатов собственных исследований и литературных данных свидетельствует о сложности изучаемых процессов поведения микроэлементов в почвах в зависимости от реакции среды. Большой теоретический, в также практический интерес имеют данные фактического содержания микроэлементов в почвах с разной кислотностью, а также установление форм и степени тесноты корреляционной связи между данными показателями.
Закономерности изменения концентрации отдельных микроэлементов в зависимости от кислотности разных типов почв неодинаковые. В дерново-подзолистых почвах с увеличением pH растет концентрация бора, меди, марганца, кобальта и цинка, а также уменьшается количество молибдена. В дерновых и аллювиальных, а также осушаемых торфяных почвах не наблюдается строгой закономерности изменения содержания микроэлементов в зависимости от pH. Так, с ростом данного показателя в почвах несколько увеличивается содержание марганца, а также бора в дерновых и аллювиальных почвах, кобальта и цинка в аллювиальных и молибдена в торфяных почвах. Количество меди в рассматриваемых почвах с увеличением обменной кислотности, наоборот, уменьшается. Уменьшается также количество бора в осушенных торфяных почвах, молибдена — в дерновых и аллювиальных, а также кобальта и цинка — в дерновых и осушаемых торфяных почвах.
Между содержанием микроэлементов в почвах и гидролитической кислотностью прослеживается обратная зависимость.
Методом корреляционного анализа установлены форма и степень тесноты корреляционных связей зависимости содержания микроэлементов от почвенной кислотности. Анализ полученных результатов показал отсутствие достоверной корреляции между валовым количеством микроэлементов и кислотностью почв. В дерновых и аллювиальных почвах для меди, молибдена, кобальта и цинка эта связь отрицательная, средней силы, для бора и марганца — слабая положительная. В дерново-подзолистых и осушаемых торфяных почвах — слабая и малодостоверная.
Для общей совокупности дерново-подзолистых почв характерно наличие прямой корреляции средней или близкой к средней степени тесноты между содержанием бора, меди, кобальта и обменной кислотностью, и обратной — для молибдена.
В дерновых и аллювиальных, а также осушаемых торфяных почвах не наблюдается строгой закономерности корреляционных связей отдельных микроэлементов с кислотностью. Так, в дерновых почвах между содержанием микроэлементов и обменной кислотностью связь средней (или близкая к средней) степени, но для бора и марганца она положительная, а для меди, молибдена, кобальта и цинка — отрицательная. В аллювиальных почвах положительная корреляция слабой или средней силы характерна для бора, марганца, кобальта и цинка, а для меди и молибдена — отрицательная. Аналогичная закономерность имеет место и в осушаемых торфяных почвах, где между содержанием бора, меди, кобальта, цинка и pH связь отрицательная средней степени тесноты, а для марганца и молибдена — слабая положительная.
Между содержанием подвижных форм микроэлементов и гидролитической кислотностью в дерново-подзолистых почвах корреляция слабая, а в дерновых, аллювиальных и осушаемых торфяных почвах — слабая или средней степени тесноты, причем коэффициенты корреляции данной связи имеют значения, противоположные по знаку коэффициентам для обменной кислотности.
Кроме обменной и гидролитической кислотности показателями, характеризующими реакцию среды и способность почв к ионному обмену, являются сумма поглощенных оснований и степень насыщенности почв основаниями. Как показали исследования Кац-Кацас М. М., Котович-Кац Е. А. (1971), Дубиковского Г. П. (1973), Каск Р. П. и др. (1981), теоретически функциональная зависимость между обменной, гидролитической кислотностью, суммой поглощенных оснований и степенью насыщенности основаниями в почвах находит свое проявление в виде тесных корреляционных связей. Если в ряде случаев корреляционную зависимость между содержанием микроэлементов и отдельными видами кислотности (например, обменной или гидролитической) в определенной разновидности почв вскрыть не удается, то в других разновидностях может четко проявляться достоверная зависимость от суммы поглощенных оснований или степени насыщенности почв основаниями. Это обстоятельство выдвигает необходимость при проведении корреляционно-статистических исследований учитывать все характеристики реакции среды, отражающие разнообразные взаимосвязи почвенных условий.
В работе Стоянова Д. В. (1973) имеются сведения о корреляционной связи между содержанием микроэлементов и емкостью обмена, а также степенью насыщенности основаниями, карбонатностью. При этом установлено, что коэффициент корреляции между содержанием цинка и карбонатностью составляет 0,755, а емкостью поглощения 0,748.
Проведенные исследования позволили определить зависимость содержания микроэлементов от величины суммы поглощенных оснований и степени насыщенности основаниями и выявили своеобразные закономерности между данными показателями в почвах Калининградской области.
В дерново-подзолистых, дерновых и аллювиальных почвах в большинстве случаев наблюдается увеличение содержания бора, меди, марганца, кобальта и цинка с ростом величины суммы поглощенных оснований и степени насыщенности основаниями и уменьшение количества молибдена. Подобная закономерность нарушается в осушаемых торфяных почвах, где в основном наблюдается обратная зависимость между количеством микроэлементов в почвах и данными агрохимическими показателями.
Исследование форм и степени устойчивости корреляционных связей между содержанием подвижных форм микроэлементов и суммой поглощенных оснований показывают, что в дерново-подзолистых и дерновых почвах для бора, меди, кобальта и цинка данная связь положительная, средней силы, а для молибдена — отрицательная. Между содержанием подвижного марганца и суммой поглощенных оснований в данных почвах связь неустойчивая и малодостоверная. В аллювиальных почвах форма корреляционной связи аналогична последней в дерново-подзолистых и дерновых почвах, но степень тесноты связи слабая. По-видимому, здесь сказываются более сильное влияние органического вещества и относительная обогащенность им данных почв по сравнению с дерново-подзолистыми почвами.
Еще более низкой степени устойчивости корреляционная связь между микроэлементами и суммой поглощенных оснований характерна для общей совокупности осушаемых торфяных почв, что подтверждает ранее сделанный вывод о более сильном влиянии на содержание микроэлементов количества органического вещества. Форма данной связи в органогенных почвах отличается от последней в минеральных почвах.
Существенные различия наблюдаются и в характере корреляционных связей между содержанием подвижных форм микроэлементов и степенью насыщенности почв основаниями.
Для почв области характерна отрицательная корреляционная связь средней силы между количеством молибдена и степенью насыщенности основаниями, а также достоверная прямая связь для подвижных форм бора и цинка. Для остальных элементов получены разнообразные зависимости, характерные для определенного типа почв. Так, для общей совокупности дерново-подзолистых, дерновых и аллювиальных почв (т. е. минеральных почв) характерна слабая или средней силы положительная корреляция между содержанием меди, марганца и кобальта и степенью насыщенности основаниями, которая нарушается в аллювиальных почвах для меди, где она слабая отрицательная и малодостоверная. В осушаемых торфяных почвах имеет место слабая, но достоверная обратная связь между количеством меди, марганца, молибдена, кобальта и степенью насыщенности основаниями.
Таким образом, величины, формы и закономерности изменения как валового содержания, так и количества подвижных форм микроэлементов в почвах в зависимости от их физических и агрохимических свойств разнообразны. В большей степени они зависят от гранулометрического состава минеральных и зольности органогенных почв, микроэлементного состава почвообразующих пород, а также содержания гумуса и суммы поглощенных оснований, меньше — от обменной и гидролитической кислотности и степени насыщенности почв основаниями.
Понимание и вскрытие этих закономерностей создают информативную основу для более глубокого познания сложнейших процессов взаимосвязи свойств почв и их микроэлементного состава, определяющих то или иное направление формирования и развития почв.