Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИХ И КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПРИ ПОЧВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ В ТАДЖИКИСТАНЕ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИХ И КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПРИ ПОЧВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ В ТАДЖИКИСТАНЕ"

Л -З-Їбої

ПОЧВЕННЫЙ ИНСТИТУТ им. В. В. ДОКУЧАЕВА

На правах рукописи

ГОРБУНОВА Рапса Гавриловна

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИХ И КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПРИ ПОЧВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ В ТАДЖИКИСТАНЕ

06.01.03 — Почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

ДУШАНБЕ —1977

ог

г? щ *и ' *

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте почво-псдення МСХ Таджикской ССР.

Научный руководитель — доктор химических наук, профессор П. Л. Крюков.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Н. И. Горбунов, кандидат сельскохозяйственных наук Е, П. Гусенков.

Ведущее учреждение — Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова,

Защита состоится 1977 г, в -^"Тчясов

к а заседании специализированного совета Д. 020.25.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при Почвенном институте им. В. В. Докучаева по адресу: 109017. Москва, Ж—17, Пыжевский пер., 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Почвенного института им. В. В, Докучаева.

Автореферат разослан ,

977 г.

Ученый секретарь '

специализированнега совета —

кандидат географических наук В. Я. БОНДАРЕВА

ОВЦАЯfХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ ; .

Акт у а л ь н о с т ь р а б о т ы. Для "увеличения • продукции сельского.хозяйства необходимо резко повысить пло-; дородие почв, что, в свой»очередь, требует значительно более-' детального знания различных сторон процесса почвообразования. Использование }шструментальных физико-химических методов при почвенных исследованиях открывает принципиально новый подход"1 "к изучена» почв и контроле засоленности: не только по образцам, привезенным в<лабораторию, но и непосредственно в поле в ненарушенной почве. Среди этих методов потенциометрический и конлухтометрическкй наиболее перспективны.„Комбинация их по определенной системе дает достаточно информации для суждения о количественной-и качественной сторонах.прсцесса засоления, но такая система не была разработана..' ' : ■■•'

• Д е ль, из ад а ч и- и с 'с л е до в а н и й. В-связи с изложенным мы - задались.целью разработать' основанную на'применении потенциометрии и коняуктометрии.с и с'т е м-у лабора- -торных и полевых определений^ почве важнейших"физико-химических показателей. 'Специфика почв, на которых проводились**." исследования и набор имеющихся электродов и датчиков определили перечень изучаемых параметров: рН, окислительно-восста-новмтельний потенциал ( ЕЪ.-)> хониентрация и активность ионов, сумма солей. В заначу входило: I) проверить применимость, используемых специфических"электродов и датчиков^к анализу-'почв ' разнообразного характерам степени засоления ; 2)-изучить влияние влажности почвы на показания этих электродов и датчиков с тем, чтобы перейти от измерений в растворах и в общепринятой стандартной суспензии.к измерениям непосредственно в почве и. получить характеристику'Корнеобитаемой среды.в системе почва-растение ; ЗУ использовать различные электроды в лабораторных, полевых, вегетационных и модельных опытах по изучению свойств почв и протекающих в них процессов; 4) разработать способ' оцеккк засоления почв по активности ионов натрия ; 5) разработать способ перехода от измеренной непосредственно в почве величины активности ионов к их концентрации при разном составе солей. ■ :- ■

.К етол.оа и с с л ецовя-рж» у f тетроды, приборы.

В п хЦ*»»в» рJtei^ta1 сйс ЬЩь^оёЦись Ввег.>тл ср*. Л.н IIj с si ; I

»МИЗЯ

2 ' • -■'приемы обычных химических,- нотенциометрических и кондуктоме-грических методов анализа. ■■■ ■■. и .

;-ри потенциометрических измерениях использовались стеклянное электроды, с водородной ; ХЛ-41-0&) и нат^ риевой <. ЗОЛ—'Л-04 ; 30.^-51-05) функциями ; платиновые проволочи не или пластинчатые и тонкослойные платиновые электроды ДЛЯ Н'.1МереНИЯ-Ь(1{ хлореерейряные Ае-А^С! электроды и мембранные из"аняонообменной смолы'АОД-4; для измерения активности: -ионов хлора. Ц .качество мяомогательннх применялись насыщенный каломелышй и хлореерейрдный ЭВЛ-Ш электроды. Стеклянные и тонкослойные платиновые электрода Сшга серийные Гомельского. V ЗИЛ. Остальные.изготовляли сами по-известным прописям. Б качестве измерительных приборов использовались рН-метры-милли-вольтнетг'.' стационарные ЛПУ-01, и рН-340 и портатив- • нае 1И17г-03 и мономер й-КУ, Отсчеты при всех измерениях ^производились графическим метопом: по серии стандартных растворов -строились калибровочные графики зависимости состав-свойство? и по этим графикам находились искомые величины. Результаты измерений выражались через отрицательные логарифмы активности исследуемых ионов и обозначались условно через показатель рХ, где X - определяемый ИОН (рн, рЫа, 'рС1 ) . Измерения • а исследуемых.растворах производились сразу же после калибровочных, .что обеспечивало постоянство температуры и и^бав-' -ляло систему от специального термос та тировашш,

Лри кондуктометрических измерениях использовались . -датчики омического сопротивления "с электродами из платины и норжавеэдей стали и измерительные прибери - Реохордный мост Р-Зй для стационарных условий и переконструированный малый мост ¡Зестона Омского ЗШ1 для полевых условий. -

ГЕовторность всех измерений 4-5-ти кратная. Точность измерений соответствовала-точности показаний измерительного прибора.

Научная новизна. I) Разработаны способы электрометрических измерений непосредственно в почве и даны количественные показатели дня оценки степени засоления по величине риав этих условиях. 2) Установлена коррелятивная связь между ионной силой раствора и суммой солей. 3) Разра-

ботана практике.екая-система полевых потенциометрических к кон-дуктометрических измерений с'переходом ;от активности ионов к"; . ^

их концентрами. ; -.'• " • ^l'ii-,•\ . j■

Реал н з-й 'и я й о " т ы ' - > предложены отработанные / .и апробироэанные-методы^оценки почв ПО ^ТеПбн'и1 засОЛеНИЯ;' КО- /'. торые MOiyT быть использованы при прове денки;крупномасшта0н ых . :; съёмок,' при" постоянном' контроле на* «елиорируемых{землях. ' При- . менение этих;метз^ор--обеспечюзает Ецсоку^о лроиэвоаителькостгь- " аналитмчес ки х^ра&т';и. э кономич с с ку ю эффективность'.^, . - -13 у бд.и'к а ц ия и а~п р о вдд ияр;а б о-т ы, , По материалам диссерташгаопубликоваяо.1'14 .работ'и- сделаны' у , 6 сообщений- на^всесоюзшх. научных сове1а;аниях,:кокференцЕях,'. ■ ^ на 1У1 делегатскомгсъегде почвоведоа.Г" "u'¿V Г - >. -'"* *'v

О б ъ е,м . м . e t р у-к т"у р а': , р а 6 о т 'ы.. Лиссертг- „ ция состоит из\ введения, < 5 ; глав, БЫЕОДОВ ИШраКТИЧеСж ИХ'ре-коме н даций; -- ¿бъё м' ее 122 страншш мажинописи."работу 'иллюс три- . руют 31 таблица, : 17 рисунков. Список исполъзо&шной'литера ту ры> ■ включает £70 наименований., . < .'. I,- / *;,

* v GCI!0">H0E иод£°гАН1'.Е î'ALGTÎ,' ^ ç.Y*

ШШ& yiCOÎI0,OBAim НОЧЬ; Г л a в a I "Состояние ! во проса" включает:, крат ку юхарзкт еристику __почвы как * физ ико-хшич е ской1сястсмы ; описание ;сушестну-клких методов исследования засоленных почв, ^теоретические предпосылки потеншометрического метока~; обзор' публикаций по разработке различных специфических.,электродов и4 их использованию при почгешшх исследованиях. • _„"■ '-'"i,., ,

Химический состав почв и многие ее, свойства изучается•с применением классических объемных*и весовых методов анализа водных вытяжек шги отжатых почвенных растворов\СГедр6йц,лj Аринушкина,г"1961.Т;.1Э70'Укрюков, 1971">'Использование;этих ме- . чтоцов необходимо,для [выяснения 'общего^апаса^и состава легко-раствортшх'с6лей-в_почвах и грунтах^ При..изучений же химических равновесий или'скорости -химических реакций сведения об обшей концентрации солей-или концентрации.отдельных,ионов в почвенном растворе не всегда являются достаточными и верными;'. Это обусловлено тем,: что по своему солевому»составу почвенные рас-'

. творы относятся к разряду сложных;растворов, в которых, сог-ласно.законам термодинамики, при взаимодействии их с другими ■ системами, решающую роль играет не только общая концентрация того или иного компонента, но и активная (эффективная) концентрация или активность.;.Среди способов непосредственного определения величин.активности особое внимание заслуживают' ' приемы потенциометрического метода с применением специфические электродов и соответствующих измерителышх^агшаратов.г. .

Глубокое'теоретическое обоснование:потенциометрических методов исследования дано в - работах акад.К.П.Никольского и его сотрудников (Никольский, 1937, 1953, 1953а ; Никольский,*Толмачева, 1937;* 1937а,б ; Никольский," Матерова, '1951 ¿'Матерова, Белинская, 1959 ; Щульц, 1951,-1953 ¡ Шульц/Овчинникова, 1953, . 1954, 1955 ; Щульц.' Айо, 1Э54, 1955 и др.). Информацию о сов -ременном'состоянии,теории и практики потенциометрии дают монография Р^ВеЙтса (1972) и*сб. научных трудов.иод ред. Р.. Дарста'(1972}, переработанное и дополненные ведущей группой советских специалистов - Н.в;Дешехонов6й;*В,В.Пальчевским, . А.А.Белюстшшм и В.П.Роэе под редГ Б.П^Никольского и М.М, -11(ульца. " ' ^

О перспективности применения потенциометрических методов в почвоведении^ свидетельствуют многочисленные отечественные и зарубежные публикации. Первое "всеобщее признание в практике -исследовательских работ получшиг методы^измерения рН иЕЬ ;" Знание атих величин необходимо для теоретического"обоснования мероприятий по улучшению свойств почв.

Разработка стеклянных электродов с натриевой функцией (школы акад.^Б.^Никольского'в Сосэе и Дж.Эйзенмаяа за рубежом) открыла, определенные перспективы для характеристики степени засоления и„солонцеватости почв по активности ионов ' натрия (Авакяк, 1953, 1954 ; Крюков, Щульц. Горемыкин, 1955 р ЗЬрин,' Орлов,'1958 ¡ Алешин, Горб, 1958 ; Князева, Горбунов, 1373 ; Ехзеитал ,1962, 1967 и др.) . '

Наряду со;стеклянными, на оснбве твердых и "жидких иони-тов разрабатываются ионоселективные мембранные электроды, обладающие высокой избирательностью по отношению л отдельным

катионам и анионам (Дарст, 1972). Практическое применение их в почвоведении позволяет изучать такие параметры почве, как известковый потенциал ( Крупский И сотрудники, I96Ü, I'J70 ; Lisaatt, 1Э64 ;Hoss , 1967 ; l'urner , Clark., tOtiV) ; магниевую солонцевато стъ ( Горбунов, I'J 73) ; активности главнейших элементов питания - калия, ¿Joropa, азота (вареник, 1У7Ь, ; Орлов, Альаубайди, I3G5 ; Альзуйайци, 1966 ; uavldescij,borlan i Bordetasu. ISS7) ; активность ионов хлора - показателя степени засоления почвы (Крюкол, 1955 ; Лвакян, 1955 ; шрис-кова, IS73; üugravescu. 1062 ; Basu, 1962; Mokady, I96b и пр. > и многих других анионов и катионов.

Г л а в а П "Практическое использование потенциометри-ческих методов для изучения своРстп почв"» Приводится краткая характеристика почв, на которых проводились исследования ; цель исследований и постановка задачи ; методы, электроды, приборы ; литературный обзор и результат« собственных исследований по определению рН, peí, рЫа.

Определение Р Н. Серия параллельных измерений рН, с помощью стеклянных электродов с водородной функцией, непосредственно в поле при влажности ПОЧВЫ 16-2С$ вес. и в суспензиях I2,5 и 1:0,2, приготовленных в лаборатории, показала, что в природе рН почв почти всегда ниже. Разница достигает в отдельных случаях 2,4 единицы рН. Это объясняется смещением карбонатного равновесия НС03~—*■ Cü|~ и гидролизом легкорастворимых солей в суспензии.

Установление нижнего допустимого предела влажности почвы, при котором погруженные в нее электроды дают надежные и воспроизводимые показания, проводилось мяогократнши опытами на образцах различных карбонатных почв. Найдено, что идиое-псгие величины рН НеПОСрелСТ1:еНКО р почве .МОЖНО ПрОИЗБОЛИТЬ иря естественной влажности ее 10-1Ь/- и вкше (рас, I) , т. е>, п том интервале влажности, п^гопнЯ наиболее актуален как при и с с.че новациях почв, так и при решении практических вопросов земледелия, т.е. В пределах от 6CU до 100/- ЫШ,

0 В Р е целение peí. ÍJÍüpll ruffle электроды ИСПОЛЬйО-вались для проверки применимости их к анализу разнообразных по солевое составу почв и пая изучения возможности измере-

рИ

.9'

В-7654

0 '1 т г * * (—)

0 10 20 40 50 (-->

0 20 40 ¿0 го 100 (........)

% ¿лага (Нг0) Рис. 1. ЭаЬисимость рН от Влажности почвы

кия величины рС1 непосредственно в малоувлажнекной почве. Проделано более £00 параллельных анализов на содержание хлорид-пионов потеициометрйческдм и аргентометричеоким методами и дано их сравнение. Допустимым отклонением между методами принято ¿5$. Установлено, нто основными ионами, нарушающими хлорццную функцию электродов ЯВЛЯЮТСЯ анионы БОд". Заметное влияние их начинается при эквивалентном соотношении

Найдено, что потенциометрический метод вполне пригоден для анализа разнообразных почв и вод, кроме слабомянерализованных сульфатного засоления (табл.1). Однако это не умаляет преимущества потенциометрического метода, т.к. основными объектами у нас являются сальнозасоленные почвы и солончаки, в которых хлориды или преобладают, ила занимают одно из первых мест среди легкорастворимых солей.

Изучение величины рС1 как функции влажности почвы показало, что надежные измерения непосредственно в почве можно производить при влажности 15? и выше. Это позволяет вести дистанционные полевые наблюдения за динамиков хлора в почве на любой глубине.

Определение рЦа . Как показал обзор литературы, основное влияние на натриевую функцию стеклянных электродов

при почвенных анализах оказывают катиона кальция и магния если эквивалентное соотношение (Са.г++ Mg2+) i Ыа^б ( ГЪремыккн, 1957). Разными авторами найдена неодинаковые предельные соотношения указанных катионов, что объясняется в основном отличием в химическом составе стекла, из которого изготавливаются электроды.

Наши опыты по проверке применимости стеклянных "натриевых" электродов к анализу разнообразных почв и вод показали хорошее совпадение между потенциометрическим и пламенно-фотометрическим методами до отношения (Са2++ Hg2+) t На+ »14.-15. Большие расхождения при меньшем отношении получаются в случае неэасо-ленных почв с очень малым содержанием легкорастворимых солей, когда концентрация Ка+ находится ниже пределов ошибки любого метода анализа Ста0л«1). Следовательно, на точность определения концентрации ионов натрия потенциометрическим методом влияет не только 'соотношение эквивалентов кальция и магния к натрию в испытуемом растворе, но и общая его минерализация, а в ее пределах - абсолютное содержание натриевых солей. Чем оно выше, тем меньше сказывается влияние мешающих катионов на натриевую функцию электродов. Возможно и это обстоятельство, наряду с различием в химическом составе электродных стекол, явилось одной из причин того, что разными исследователями найдены неодинаковые предельные соотношения ССаг++ М62+) : На*.

Активность ионов натрия как показатель степени засоленности почвы. Существующая общепринятая классификация засоленных почв построена на эмпирически установленной зависимости степени угнетения культурных растений от обшего количества легкорастворимых, токсичных солей или отдельных ионов С Бази-левич, Панкова, 1969; Керзум, 1964; Минапшна, 1970), Очевидно, что эта связь является в какой то степени условной. Нельзя не полагать, что в сложном процессе физиологического воздействия почвенных солей на растение немалов? яную роль играет не только общая их концентрация, но и активность их ионов. Следовательно, так же условно можно связать состояние растения и с активностью ионов. Ёсли же учесть преимущества потен-

ТпСлица :

Сранителыше д= ши по определении хлзра и натрия пстскцаспегричссам И ХИНИЧеСКИУ (¡етОДаЧЙ 3 ВОДНЫХ ЗШ'Я'-НСХ III1 почм л ОДК'С

"пЕвание обрагца

Глубина

взятия,

С11

Общая минерализация, % к почве или г/л води

■а з р ызкз/ТЗО г лоч* ЗЫ ИЛИ х'/л воды

методы

потении оме г-ричеек.

ХИКИЧеС'

ли;:

Ьтклонен ИЯ

-г

ио::тз/1и0 г поч-ЗУ или г/л ЗОДЦ

СГ

потен-

циоиет-

оическ.

плаиен-нофото-«еч рическ,

Iя

отклонения

+

3

я

ллоридное и суль!:атно-хл аридное ьасолйние

. Годные ЗЫЪ'ЯЖКН, 0-17 0,75 %77 %95 -1,3 0,2 3,0? Я, 17 -2,5 2,9

5е£1л9НТ, Р-4 17-44 0,50 6,12 ^,23 -1,8 0,3 2,69 2,63 -0,5 2,0

Озеро Ляур

(пообы воды) - 10, 111,6 10^,3 ¿,5 104,7 105,? -0,5 0,5

Скв.около озера 227 91,20 1168,0 1185,7 -1,5 0,2 1034,0 1072,5 +1,1

Хлоридко-сульфэтное гпсолеяне

Пвобы воды

Япан,скв.Р-1 370 6,60 11,58 11,84 -2,2 54 12,65 13,25 -4,3 8,3

Сизая. Р-У ПО 11,63 21,56 20, М +4,4 6,0 ¿¡0,80 «,70 ■4,6 4,7

^част. й Ч 230 3,62 3,38 +7,1 5,80 ё ,02 -5,6 ¡5,7

Сульфатное гасоление

Водные ВЫТПЖ1Ш

Еаартуь Р-10 15-30 0,57 0,76 0,82 -7,0 9,17 0,51 0,48 15,0

Караланг Р~2 0-10 1.М - - - 0,22 0,61 +177,2 70, У

- » - Р^ 10-30 0,10 - - - 0,17 0,32 +88,2 £,5

Со

. . - 9 ■ " .■ /

циометрического метода .Перед химическими опредэлеккявд,в смысле ех-о вьшоЕнения, а также возможность проведения измерений непосредственно в коряеобитаемом слое почвы, то-характеристика засоленности почва"по активности ионов приобретает,особу» актуальность. ' 1 ■ -- / '

Постановкой ряда .экспериментов нами изучалась ■ величина р^а как функцияI)* влажности р почвы; 2) степени и характера ; засоления почвы "при' постоянной влажности.' ■ - 1

1) Установлена возможность измерения рма в почве при влажности ее 15? вес. и вше (рис.2). л-""-

2) В лабораторных условиях былж проведейы две серии вегетационных опытов по выращивани» хлопчатника при;заданном уровне'хлоридно-натриёвого и сульфатно-натриевого засоления. 'Опыты проводилась в 3-х кратной повторности в полиэтиленовых

сосудах, вмещающих '0,6 кг. почвенного субстрата. Толщина слоя почвы в сосудах около-10 см. В первой серди опытов било 7 вариантов по степени'засоления, во второй - 'б.1'При расчете ко- , личества вносимых солей в каждом варианте ориентировались на существующие классификации засоленных почв. Контролем служила та же почва без добавки солей (К),

В сосуды с подготовленной почвой высевались предварительно проращенные семена хлопчатника сорта ЮЬ-Ф ( по 3 растения в сосуде ) и вставлялась стационарно, на все время опыта,стеклянные "натриевые" электроды на глубину 4-5 см. При периода- , ческих измерениях, которые проводились не менее, чем в 5-ти кратной повторности, вставлялся вспомогательный хлорсеребряный электрод и дополнительный "натриевый" - для контроля за показаниями стационарного электрода и измерения величины р№а на разной глубине ( табл.2) ,

\ Таблица 2

Значения рМа на разной глубине в сосудах вегетационных опытов и состояние растений

вариантов

Средние для 3-х повторноетей опыта значения величина рИа_

глубина (см)

Состояние хлопчатника по

7,5

средние I горизонте 2-5 см

5-та балльной системе

Время от посева до

всходов, сутки

Серия-I.ЯаС1. Посев 3/УЦ-7І Г.

к 2,28 2,40 2,60 2,67 2,71 2,56 4 4

I 1,46 1,64 1,80 1,96 2,03 1,80 4- 4

2 1,00 1,21 1,38 1,7В 1,89 1,46 5 4

3 0,72 0,98 1,16 1,42 1,45 1,19 5 5

4 0,45 0,65 0,83 1,04 І.И 0,84 4 6 '

5 -0,20 о.іа 0,29 0,66 0,96 0,38 3 8-9

6 -0,23 0,05 0,27 о,4а 0,78 ' 0,27 1-2 Взошш на

17—^ день,-

но погибли

7 -0,75 -0,54 -0,06 і, 0,16 0,39 -0,15 0 не взошли

Серия П.Иа2504. Посев 6/УП-7І г.

К 2,24 2,30 2,52 2,5а 2,62 2,47 4» 2-3

I 1,26 1,75 2,00 2,06 2,12 1,94 4 3

2 0,83 Т,Ю "1,24 1,52 1,97 ' 1,29 5 3

3 0,69 0,80 1,20 1,20 1,?-5 1,03 5 4-5

4 0,55 0,71 0,90 1,07 1,21 0,89 ■■■ 4 . 5

5 0,28 0,51 0,76 0,93 1,00 0,73 3 5

6 -0,03 0,39 0,64 0,72 0,66 0,5« 1-2 6

. ■ IIV - . ..Г- ■U

Изучение корневой''системы'растений, в сосудах, произведен- '■ ное после 'окончания опыта,.показалоV что^основная часть^корней была сосредоточена ;на глубине'* 2-5;см ; от поверхности; почвы. Поэтому; при определении оптимальных для растений пределов ' величины pNa мы использовали значения рка на этой глубине.: "

Контрольны е ; измерения риа проводилисьна- колаоггных полях с хорошим,-'угнетенным и погибшим хлопчатником.-Пределы величины рка при разном состояния хлопчатника;"полученные в результате полевых измерений, вполне согласуются с данными, полученными в вегетационных опытах, Обработка данных многочисленных лабораторных и палевых измерений.позволила установить определенную "количественную СВЯЗЬ межцу величиной pNa Е кор~ необитаемом■слсе почвы и состоянием хлопчатника и дать соот- , ветствуюиу» классификацию почв (табл.З). .. "

1 '■-'7 ■ •'." Таблица 3

Ориентировочная классификация засоленных' почв по величине рйа, измеренной непосредственно в почве.; при . влажности

... .. . v'. _*.. IB—20а- ■ ; ' '.- '7 к. '—

Степень засоления | рЫа

состояние хлопчатника

Цезасоленная больше *

■ч'^г ,. "1.3-1,4

Слабозасоленная 1,4-0,а

Среднеэасоленная 0,В-0,5 .,

Сильнозасоленная 0,5-0,3

Очень сильнозасо- ,№Н,тр 0 -ленная .(солончак).. меаше

: нормальный

елабоугнетеннай

средне- и сильноугне-; тенный '

сильноугнетенный, рас-', тения частью.погасают

полное" отсутствие всходов или гибель после

всходов v " : л '

1'ля 'пересчета активности ионов натрия, в концентрацию 1 нами разработана система с применением кондуктометрич еских измерений (гл.У). ■- - - ' ■ ■,

Г л.а » а : 51 "Использование различных электродов в полевых и модельных опытах по исследованию процессов почвообразования". посвяшена изучению окислительно-восстановительных (ов) условий в4почве. "V' ■ -

Наблюдения эа'ОВ условиями проводились: I) при изучении

условий промывки г^биннозасоленннх "экранцрованных" луговых почв под рИСОМ в Яванской долине [ 2) при изучении про-^ пессов. содообразованхя в лугово-болотной почве. Оба вопроса решались "путем комплексных исследований совместно, с почвове-дом'С.И.Васильчиковой и микробиологом А.Ф.Захарченко. в налу эадачу:входило: дать..характеристику физико-химических свойств.объекта исследования и проследить как. ведут себя электроды после длительного пребывания в неблагоприятной почвенной среде.

В первом случае проводились, непосредственно в полевых у условиях на разных участках рисового поля, измерения бь'и" рН и'определялось содержание 02г и Яе: в исходной почве, грунтовой и поливной воде до и после затопления чеков и в период выращивания раса. Результаты'наблюдений показа-ли;-ьчто 03 процессы и изменения реакции среды-под влиянием / затопления почвы на разных участках рисового поля проявляются по разному. В соответствии с этим наблюдаются различия и в-развитии растений риса. В средней части поля,.где 0В условия.и¡реакция.среды менее благоприятны, густота всходов и "высота растений были значительно хужеСЕЬ = 225 мв ; рН = 9,1; И^ = 22,8 мг/л ;Ре2+= 13,1 мг/л'^= 2,02 кг/л), чей в верхней части доля, где поступающая вода была более аэрированной, а грунт имел лучшие 'фильтрационные свойства, .'что обусловило повышение ЕЬ до 470-520 мв; рН здесь равен 8,3 ».НдБ = 4,79 мг/л ; Ре2"^ 0,65 мг/л ; 02 = 6,53 мг/л,

2) Изучение процессов содообраэования производилось в лабораторных условиях постановкой модельных опытов в полиэтиленовых трубах Сдиаметром 16"см, высотой от 0,5 до 1, 2м Опыт став?лея в двух сериях, различавшихся по тицу субстрата; серия А - гранитный карбонатный песок и серия Б - пенополиуретан , ■.

Серия А состояла из 4-х вариантов; А-1 -.гранатный карбонатный песок отмытый соляной кислотой и водой ; А-Л то же, но с добавкой внизу двадцатисантиметрового слоя погребенной торфянистой прослойки и.прослойки глины над ней, взятых из содового солончака ; А-Ш - гранитный'карбонатный песок, отмы-

тый водой; А-1У - то же, ко с добавкой торфа и глины; как в , ■А-П. В трубы подавался снизу раствор tt»2so4; (2 г/л) Г Наблюдения велись в течение месяца. Перед закладкой опыта и в конце его определялись рН, CaC03, Cás04, сульфиды, мшфоорганиз-мы, состав водной вытяжка. .

Сет>я^~ Б состояла аз 2-х вариантов: Б-1 - полиэтиленовая труба высотой 0,5 м заполнялась пенополиуретзновыми прослойками, иэ которых вторая и третья (снизу) предварительно ■ пропитывались торфянистой суспензией, содержащей карбонаты.. Б-П - то же/но без добавки торфа и карбонатов. В трубы подавался снизу смешанный раствор ífa2SO+ (3,55 г/л} я WaCl ■ (1,16 г/л). Через каждые 10 см по высоте и окружности труб делались отверстия и вставлялись стационарно электроды для измерения рВ,£ь , pifa, что позволило вести постоянные наблюдения за дивамикой этих величин по ходу опыта, который . дагался.5-6 месяцев.

Изменения физкко-хшических параметров в советания с микробиологическими исследованиями и химическими анализами, позволили составить довольно четкую картину о происходящих в модельных опытах процессах, приводящих к образовании и накоплению соды. Добавка легкодоступной микробам органики в вариан-! тах А-П, А-1У и Б-1 привела к тому, что процессы в них протекали совершенно иначе, чем в вариантах A-I, A-lil и Ь-П.

Повышение pff и снижение CaCÜg < рис,3 > в вариантах A-I а А-Ш, где органика полностью отсутствовала, вызваны химичес--^яим.взаимодействием Na2Sü¿ с. СаСОд <рбразованяе соды по ре— акции Гшшгарда у В вариантах А-П, А-1У и Б-1 созданы уело- . вия аналогичные условиям в луговых содовых солончаках в их естественном залегании. Здесь наблюдалось интенсивное развитие биохимических процессов восстановления сульфата натрия до сульфида с последующим образованием соды, количество которой в средних слоях субстрата в Б-1 достигало в-13,7 мэкв/л. Соответственно этим процессам наблюдались и изменения рЭ, ЕЬ, pía С рис. 4).

В варианте Б-П, где карбонаты отсутствовали, а источником углерода был только труднодоступней пенополиуретан, биохимические процессы идут менее интенсивно и количество соды

A-I

5

r> ai

:

■■5 і

> л

.. 9

7

■ 6 ti ■ í? ч • •ъ y

Ï4 > 5

^ 2' i

k O

П

■ /

-i—i—i—i—(-■■,-—,—l—i—i ■ Q

i Z y A ? 6 7 6 9 Ш ' ■ 1 2 5

rj" "| > »—■ íV. ft- : СйШ-Л,®),pH .,', 5 ó 7 ô 9 10 ? 15 I? - •• г

'■."i

T-1-1-1-1-1-1 p

. -1-I-<->-*-I—"-r—i-1-rV~T~ ла ritt

і 2 ? ¿I 5' 6 7 6 9 ' 10 - І г ? 4 5 6 7 8 9 10 U —-і ; •--T~2î" ----—4.; t ■ ,

Рйс.З. ЛИНШКД CaCOj в pH В МОДЕЛЬНЫХ ОШТАХ СЕРИИ А ; 4 '

1-2 - CbCOj до h посад опита," 3-4 - pH до и после опыта. ' ' V'T^í

Рве ДИНА КЗ КА рН, ЕЬ и рНа В КОДЕЛЬНЫХ ШУТАХ СЕЖИ Б ; ГЛУБИНА ОТ ЙОНЕРХИХТИ! X - 5 см, 2 - 15 см, 3 - 25 см, 4 - 35 с«, '

составляет .3-4 мэкв/л, Другая картина наблюдается здесь и в ходе ОВ процессов к в динамике рН (рис.•3, 4),

П. КОЩУКТОМЕГРШЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЧВ

Глава 17. "Состояние вопроса". Включает теоретические предпосылке кондуктометрического' метода и практическое использование его по литературным сведениям.

При почвенных исследованиях за рубежом метод кондуктомет-рни является одним из главных: величина омического сопротивления, выраженная'в единицах ммо служит основным показателем характеристики почв по засолению ( нюьаг4в,1954, 1966). -Довольно широко-»тот метод используется и отечественными специалистами (йшшпова, 1959 ; Бейсова, Крюков, Маркович, 1959 ¡Долгов, Личманов, 1967 { Селиванов, 1968 : Маргулиа, Муратова, Мотузов, 1968; Тетерин, 1968 и др. X Наряду с приме-, нением кондуктометрии к определению общей засоленности почв и грунтовых вод, большое внимание уделяется дальнейшей разработке и совершенствованию метода и аппаратуры и разработке способов перехода от омического сопротивления измеряемой среды к концентрации солей в ней (Крюков, 1947, 1954 ; Воробьев, 1953, 1955 ; Марковский, 1956 ; Беряинер, Додгополов, 3954 ; Бейсова, 1959 и яр. > . .

Скорость и простота кондуктометричеокого метода делают его весьма перспективным и удобным при массовых анализах и При наблюдениях за динамикой солей в ходе промывки.

Глава У "Собственные исследования } полученные ре-. зультаты". Приемы ковдуктометричееких измерений использовались для: X) ускорения массовых анализов водных вытяжек из почв и грунтовых вод в стационарных условиях ; 2) быстрого и надежного определения суммы солей в полевых условиях; 3) перехода от суммы солей к ионной силе раствора, что необходимо вдея пересчета величины рХ в сх (активности ионов x в концентрацию их). -

I) Разработаны приемы, позволяющие исключить по ходу анализа водных вытяжек и грунтовых вод не только трудоемкое определение сухогоостатка методом выпаривания, но и сульфат-ионов весовым методом. Это дает значительный выигрыш во времени при достаточной точности н воспроизводимости получаемых

результатов, Расхожеекия Данных, полученных химическим и кон-п.уктометричским метопами составляют не более - Ь%.

2) ¿1 ля. полевой конпуктометрии: а) сконструировали и иггс-тоглены пластмассовое датчики омического сопротивления с электродами из нержавеющей стали, пригонные для измерений непосредственно в почве ; б) разработаны рецепты сложных стандартных расткоров, соответствующих среднему составу наиболее распространенных типов засоления: с у л ы|а т н о-ма гн и е1 ■ ому, сульфатно-натриевому , сулы^атно-хлорщшому и содово-хлоридному. Концентрация смесей I, 5, 10 и ЬО г/л*в) Изучена зависимость омического сопротивления почвы от степени ее увлажнения и температуры. НаЕдено, что стабильные и воспроизводимые данные получаются при соотношении почва : во па 1:1. При этом соотношении в интервале наиболее характерных д.<л наших условий температур (.от 10 по 30°С) построена серия калибровочных кривых: омическое сопротивление - сумма солей. г) и качеств? малогабаритного автономного измерительного приесра (омметра) переконструирован "Малый мост Ьестона" Омского с«1]. Диапазон измеряемых сопротивлений от 0,2 до 10'"' ом, вес около кг, питание - сухой элемент на 4,Ьв. Показания этого прибора сравнивались с показаниями реохордного моста Р-Уо, I[слученные данные практически совпадали.

С погогаью разработанных приемов и устройств проводились определения сумма солей непосредственно в тюлевых условиях в почвах, грунтоных, дренажных, оросительных и коллекторных 1:-.чт»х различного характера и степени минерализации (табл.4).

3) Задачу перехода от измеряемой потенциометрачески величины рХ какого-либо иона X к Ск в растворе или в почве мы решали путем сочетания потенциометрических и ко н ду кто ме т ри ч г с-ких измерений, ис*одя из следующих количественных связей:

. Ск = ахи) г рХ = а*

гяеС^ » О-х - концентрация и активность ионов X ; ^ - коэффициент активности.

Коэффициент активности - сложная термодинамическая величина, зависящая от многих параметров, в том числе от ионной силы измеряемого раствора. При известной ионной силе к) коэффициент активности может быть рассчитан по приближенным

уравнениям Лебая-Рюккеля-или найден го справочным таблицам.

Таблица 4

Сумма солей, полученная в результате концуктометричееких измерений в поле и химических анализов, выполненных в лаборатории ^грунтовые вода)

;Лесто и дата взятия пробы Глубина взятия,СМ Сумма солей, г/л кендукт.1 химкч. метод метод

^ганский р-н, скв.?а, 27/У-74 г. 100 8,2 7,6

— ír — — " — ,, ** 400 8,2 7,tí

Каралаиг, Р-100, 2І/У-74 г. 70 3,7 3,9

- " - P-I03, 23/У-74 г. 60 30,0 28,4

Р-100, I7/X-74 г. 115 4,7 5,2

- " - P-I03, I9/X-74 г. 125 8,2 8,7

Яванский р-н, скв.15, 22/Х-74 С. 200 ?5,0 80,0

При непосредственных иотеишометрических измерениях в малоувлажненных почвах исключается возможность прямого оп~. ределения J4 , т.к. она зависят от состава и концентрации солей в растворе, что в таких условиях неопределимо. Обработка на ЭВМ Минск-220 накопленных в химической лаборатории нашего института многолетних данных анализа водных вытяжек и грунтовых вод разного состава и концентрации солей, показала, что между суммой солей (ía иj» раствора существует тесная коррелятивная связь (коэ^ициент корреляция от 0,9107 до 0,9999), которая выражается уравнением:

где г^ни о - параметры, меняющиеся с изменением типа засоления. Величина "6" очень мала и при практических расчетах ее можно опустить. Тогда:

г- = Kj* Cs <4> И 'V V*-'cs С5) На массовом материале было установлено, что в пределах одного типа засоления величина отношенияj* : практически постоянна и не зависит от степени засоления. Она изменяется ь убывающем порядке от сульфатно-кальциевого засоления = 0,0282) к хлоридно-натриевому (К* = 0,0174). йяя всех остальных типов и разновидностей засоления величина К/« нахо-

датся в пределах 0,0268 - 0,0182. Среднее значение К^по всем типам составляет 0,0209.

Практическое использование коэффициента позволяет разработать следующую систему определений: а) Са - кондуктомет-рическим методом ; б)/*г - по уравнению 4 с использованием К/и соответствующего данному типу засоления или, если несколько грубее, берется 0,0209 ; в) / - через ум по справочным таблицам (Робинзон, Стоке, 1963) или по номограммам (Соломин, 1959^ г) ах — по уравнению 2 (результат потенциометрического измерения) ; л) Сх - по уравнению I.

Таким образом, результаты в целом дают нам основание считать весьма перспективным широкое применение кондуктометри-ческого метода в почвоведении. Нами обоснована возможность разных сочетаний этого метода, позволяющая эффективно использовать его, как в лабораторных, так и в полевых условиях и разработана система палевых определений.

ОСНОВНЫЙ ВЫВОДЫ

1. Более широкое введение инструментальных физико-химических методов в практику почвенных исследований является в настоящее время одним из актуальных вопросов как в деле дальнейшего развития почвенной науки, так и для решения практических вопросов повышения культуры земледелия.

2. Проведенные нами исследования, методические разработки, расчеты и апробации обосновывают возможность и определяют условия применения в почвенно-генетических, мелиоративных, агрохимических и других исследованиях почв, следующих методов:

а) потенциометрических - для определения активности ионов водорода, хяора, натрия и окислительно-восстановительного потенциала ;

б) кондуктометрических - для определения суммы солей.

3. Наиболее соответствующая естественным условиям величина рН может быть получена только при измерении ее непосредственно в ненарушенной почве при влажности (вес.) и выше. Определение рН в изъятых иэ почвы образцах не дает правильного представления об истинной реакции почвы, поскольку нарушается газовая фаза и, следовательно, карбонатное равновесие. Расхожде-

ная между полевыми и лабораторными измерениями рК достигают О, -'.',4 единицы. Ош вызываются, с одной стороны, гидролизом карбонатных солей гри измерениях в разбавленных суспензиях (I : с другой ето;юны - наличием СОу в почвенном возду-

хе. Разность показаний рН за счет С02 почвенного воздуха значительно превышает ргзность показаний рН от гидролиза солей.

4. Нотенпиометрическое определение в годных вытяжках из почвы и в грунтовых водах обшей и активной концентрации ионов хлора г-ри помощи хлораиных электродов является надежным и весьма рациональным метопом почвенного анализа.

5. Лля определения активности и концентрации ионов натрия при анализе ьодных иытяжек и?, почв и грунтовых вол различного характера и степени засоления может быть надежно использован стеклянный электрод с натриевой функцией. Эти измерения также могут производиться непосредственно в ненарушенной почве при платности ее ( вес.) и выше,

В. Вывеценна:-: нами связь между величиной рКа и состоянием хлопчатника дает возможность оценки токсического засоления почв по этому показателю.

Использованный нами метод стационарных измерений величин ен и рН дал возможность в течение длительного времени наблюдать за динамикой окислительно-восстановительных условий и реакции среды при изучении почвенных процессов как в полевых условиях, так и в модельных опытах. Практическая ценность результатов таких наблюдений состоит в том, что они могут быть использованы при разработке техники создания оптимальных условий для произрастания растений тех или иных сельскохозяйственных культур.

ь. Применение кондуктометрического метода в сочетании с некоторыми химическими определениями значительно ускоряет выполнение массовых анализов водных вытяжек из почв и грунтовых вод. Нами разработана система таких определений как для лабораторных, так и для полевых условий.

9. Учитывая, что в практике почвоведения принята характеристика засоления почв по обшей концентрации ионов, а не по их активности, разработан метод пересчета этих величин. На основании установленной коррелятивной связи между ионной си-

лой раствора и суммой солей выведен коэффициент Л^.служашй "связующим звеном между'этими ваяичинами.

' 10. Перспективность потенциометрических и кондуктометри-ческих методов заключается в том,, что на их основе могут быть ;в дальнейшем разработаны-дистанционные неавтоматические методы "контроля за изменением физико-химических показателей в почве*

. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Для ориентировочной оценки степени засоления почвы в полевых условиях предлагаются потенциометрический и кондуктометри-чеекий методы.

При потенциометрическом методе оценка почвы хлоридно-натри-,евого, сульфатно-натриевого а смешанного васоления производится по величине рва, измеренной при помощи стеклянного электрода с натриевой функцией непосредственно в корвеобитаемом слое1 почвы при влажности ее 15-20$ вес, В качества измерительного прибора может быть использован"Иономер И-102" С® лабораторных ' -условиях - ЛШ-6Ш, рй-340 и др.).

■При концуктометрическом методе оценка почва производится по.сумме легкорастворимых солей путем измерения омического сопротивления почва увлажненной до соотношения 1:1. Для измерений мокет быть использован датчик с электродама из нержавеющей стали и омметр, работавший на переменим токе.

Инструкция по технике измерения обоими методами и соответствующие классификационные таблицы имеются. - , Подсчитано, что при наличии 35 тыс.га солончаков в Таджикистане, изучение их с использованием предлагаемых методов составит экономию средств в 24 тыс. рублей,

' СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ' ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ■

I.OmjT промывки глубиннозасоденных почв Яванской долины под

, культурой риса. Сб.Мелиорация орошаемых почв Таджикистана.

■ ".Душанбе, 1969С в соавторстве).

2. Определение активности ионов в почвенном растворе и ее связь с засоленностью почвы* Тезисы докладов Всесоюзного совещания По солеустойчивости растений. Ташкент, 1969.

йотещиометрический метод определения „кальция: Б водных шгеяжках из почв и грунтовых водах; .Тезисы докладов Ш (0би-;-,: .. лейкой конференции молодых ученых-ТаджикскойССР, посвященной ЮО-летию С0:дня рождения В.И.Ленина.'Душанбе, 1970. 4, Электрометрический метод анализа водных-:вытяжек и грунтовых^

вон, почвоведение, т5, 1970. . '-.' *',■: '.* £ .

э» Измерение рН в ненарушенной соч'ве. "Почвоведение, 10,1970,.:л"

(в соавторстве). ": J. 1"~

ü. Опрепеление степени'и характера'засоленности почв по актив- . . ностя ионов в почвенном растворе.: Тезисы докладов 1У ;13сесо- 1 йзного делегатского>съезда почвоведов.*Алма-Ата, 1970. л 7, К вопросу о влиянии-восстановительно-окислительных процессов на солевой-состав,луговых'почв. Тезисы докладов совещания / по вопросам классификации; повышения плодородия' почв и ме-:•, лиорации засоленных'" ёмель в Тацжакистане. .Путпанбе, 197 i (в соавторстве), -^ '■'■•ъ.,. -■■ ^ V ,■ ■:

Ь, К вопросу о влиянии восстановительно-окислительных процес— ° сов на солевой состав дуговых почв." Сб,Труды Талж.НШ поч-'" вове5в71ия, тЛ5, Душанбе, ЛУ72 (в" соавторстве). ü. 0 возможности образования 'соды в почве.биохимическим ' ■ -'-- ■ путем. ДАН Тадж.ССР, т,ХУ,#9,Луганбе, 1972 (в соавторстве).'

10. Определение степени засоления почв по.активности натрия. ДАН Таож.йСР, т.ХУ1,.Ш,'Душанбе, 1973 С» соавторстве).. '

11. Методика оценки эасоленаяпочв по-активности ионов натрия: Сб, Почвенно^-мелиоративныеfпроцессы в районах нового орошения. Научные трукы Почвенного';института'ям. В.В.Докучаева Москва, 1975. • г..- . . - : : '.

12. ptfa - показатель степени засоления.почвы. Тезисы докладов iil Всесоюзной конференции по. физиологии и биохимии солеус-; тойчивости растений. Алма-Ата; 1974; (в соавторстве).

13. Опыт рассоления глубиннозасаленных/.Гзкранированных" почв- *'< Яванской долины Таджикской ССР "под -культурой риса. /¿»те-* * риалы координационного4совещания по"теме -"Изменение почв при орошении на землях нового-освоёнияГ. Херсон, 197Ь

(в соавторстве, в печати). . 4 - Vv . i; .

14. Использование инструментальных фаэико-химических методов' при почвенных'исследованиях! в Таджикистане- Тезисы докладов Всесоюзн. научной конференции по вопросам обеспечения с/х измерительными и регулирующими приборами ...Москва,1975"

Св соавторстве). -*"'■'_ ■ .

Неописано к печати г. фпгмат бум.

60x84 І/І6 Объем 1,5 ф.к.л. усл.печ.1,ЗУ Л.

За?.* 10 Тир. Г00 экэ.

НШ тта ПСУ Таджикской ОСР^Яни-127