Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Изменчивость химико-термодинамических характеристик чернозема типичного мощного под влиянием природных и антропогенных факторов

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "Изменчивость химико-термодинамических характеристик чернозема типичного мощного под влиянием природных и антропогенных факторов"

..... ,] . j

УКРАИНСКАЯ АКАДЕМИЯ АГРАРНЫХ НАУК ; ИНСТИТУТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ И АГРОХИМИИ

- V г.сг=:' им. А. Н. СОКОЛОВСКОГО

f OTlíX'J

ЙТГ^4 На правах рукописи

ЧЕШКО Нина Федоровна

УДК 631.4

ИЗМЕНЧИВОСТЬ ХИМИКО-ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЧЕРНОЗЕМА ТИПИЧНОГО МОЩНОГО ПОД ВЛИЯНИЕМ ПРИРОДНЫХ И АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ

Специальность 06.01.03 — агропочвоведение и агрофизика

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

ХАРЬКОВ-

1 093

Диссертационная работа выполнена в Институте почвоведения и агрохимии им. А. Н. Соколовского Украинской академии аграрных наук.

Научный руководитель — кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник ГУБАРЕВА Д. И.

Официальные оппоненты — доктор сельскохозяйст-

Ведущее предприятие — Институт земледелия УААН

на заседании специа/

Институте почвоведения и агрохимии им. А. Н. Соколовского УААН по адресу: 310024, г. Харьков, ул. Чайковского, 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

венных наук, профессор ТИХОНЕНКО Д. Г.,

кандидат сельскохозяйственных наук ГАВРИЛОВИЧ Н. Е.

Защита состоится

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного Совета кандидат, сельскохозяйственных

паук /А

' * (— //с?£/;>■■-> Е. Ф. Павленко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

. Актуальность темы. Интенсификация сельскохозяйственного про-шводства, сочетаясь с усиливающимся техногенным загрязнением при-юднкх сред, увеличивает антропогенное воздействие па почву, спо-¡обное вызвать в ней необратимые и труднообратимые процессы, ве~ цгщие к потерям почвенного плодородия, В этих условиях особое шачение приобретают наблниения за динамикой почвенных процессов 5 выявление тенденций, порождаемых воздействием на почву природных а антропогенных факторов.

Характеристика' хгшко-термодинашческого равновесия и направлений его смещения под влиянием внешних факторов позволяет су-цятъ о подвикности и. доступности элементов питания растениям, о генденциях накопления элементов в почве, либо их потерь в атмосферу. Отсвда вытекает возможность прогнозировать направление почвенных процессов при изменении внешних условий, точнее определять оптимальные сроки и условия агротехнических мероприятий.

Термодинамическая оценка состояния почвенной системы осложнена в методическом отношении необходимостью измерять исходные термодинамические показатели без нарушения существующих is почве термодинамических равновесий,.которое неизбежно при отборе почвенных образцов. Потокциометрическая методика измерения активностей иоиоэ в,полевых условиях in situ, позволяющая избежать этого нарушения, нуждается в долговременно:" практической апробации.

^Цель и задачи исол'-довалий. Целью работы являлось установление закономерностей динамики термодинамических характеристик чернозема типичного мощного, таких как активности ионов чочзенно-го раствора и термодинамические потенциалы почвенных реакций, под влиянием природных и антропогенных факторов.

В задачи исследований входило:

1. Произвести долговременную практическую апробацию потенци-омэтрических-методик полевого определения активностей ионов, оценить статистическую достоверность получаемых данннх.

2. Исследовать суточную и сезонную динамику активностей ионов, кислотно-основных и окишштельно-Бос^тановителышх характеристик, термодинамических потенциалов основных обменных и окислительно-восстановительных почтенных реакций чернозема типичного мощного, проследить характер воздействия на нее погодных фактошв.

3. Проследить влияние распьлки, внесения удобрений, орошения на хямико-термодюшмЕчвскиб характеристики почвенной системы чернозема.

4. Исследовать воздействие природных и антропогенных факторов /погодные условия, распашка, удобрения, орошение/ на'состояние окислительно-восстановительного равновесия неорганических форм азота в черноземе типичном мопдаом.

Научная новизна. Получены новые данные о закономерностях динамики активностей ионов и термодинамических потенциалов почвенных реакций под влиянием погодных и антропогенных воздействий в черноземе типичном мощном Левобережья Лесостепи Украины. Установлено существенное влияние распашки и многолетненго орошения на химико-термодинамическое состояние данного чернозема. Представ лены новые экспериментальные материалы, характеризующий энергетическое состояние процессов катионного обмена и окислительно-вое-становителькых процессов с участием элементов питания растений и некоторых токсичных элементов в изучаемой ночве. Представлены новые материалы по статистике пространственного разброса и времен*» ной изменчивости активностей ионов, окислательно-восстанозитазсь-' -ного потенциала, кислотности почвенного раствора чернозема типичного мощного, на этой основе высказаны некоторые предложения к. производству полевых потенциометричесних измерения. Впервые получена комплексная характеристика-термодинамического равнозесиа обменных процессов и окислительно-восстановительных систем в черноземе типичном мощном, позволяшая оценивать тенденции вытеснения, катионов в почвенный раствор, вероятность накопления или разрушения нитратов в почве и потерь азота в виде газообразных форм пра воздействии природных и антропогенных факторов, в частности орошения.

, Основные защищаемые положения.

1. Хишко-тершщнашческое состояние почвенной системы чернозема типичного мощного существенно зависит от -уровня гидротер-мичёекш: показателей, проявляя в случае окислительно-восстановительного потенциала формализуемые зависимости. Яовыаенае влажности почвы, усиливая восстановительные процессы, ведет к подкислени среда i интенсификация поглощания калия, аммония, натрия и частично кальция из почвенного раствора почвенным поглощающим комплек-. сом. Высокая летняя температура способна сильно интенсифицировать образование нитратов в черноземе* одновременно обогащая почвенный раствор свободными электронами и протонами и ухудшая доступность растениям катионов Са2+, К* NH|, Na"1' но данным соответствующих потенциалов»

2.'Распашка чернозема влечет га собой отчетливые явления деградации, выраженные в затруднении перехода кальция, калия и аммония в почвенный раствор из почвенного поглощающего комплекса за счет усиленного вытеснения иона-водорода, значительно подкисляющего среду, в интенсификации окислительных процессов, л частности нитрификациояннх.

3. Многолетнее орошение поддерживающими нормами чернозема типичного мощного ведет к заметному, хотя и нестабильному подщелачивали® почвенной среды /особенно в "осенний период/. При этом, в связи с интенсификацией нитратообразованая при высокой температуре почвы />20°С/ ¡¡а участке многолетнего орошения возникает термодинамическая'вероятность потерь почвенного азота в ввде.молекулярного газообразного азота Н2, о чем свидетельствуют величины полного- азотного потенциала. Непосредственное действие полива сказывается в усилении поглощения гчтионов Са*"+, К+, из

' почвенного раствора, то-есть в ухудшении юс доступности растениям.

4. Сопоставление потенциалов окислительно-восстановительных реакций соединений азота и констант равновесия этих реакций в черноземе типичном мощном'свидетельствует о существовании определенной термодинамической вероятности восстановления азота высоких степеней окисяенности через закись азота до молекулярного азота

и не далее, и в то не время окисления аммония вплоть до нитратов. Неорганические соединения азота подозрительных степеней окисленно-сти в исследуемом черноземе близки к равновесному между собой состоянии.

Практическая ценность -работы. Представленные в данной работе результаты исследований позволяют охарактеризовать доступность растениям элементов питания и подвижность некоторых токсичных элементов в .черноземе типичном мощном. На основе оценки тенденций накопления в почве нитратов и потерь азота из почвы в виде газообразных форм эвдвинуты некоторые рекомендации относительно наиболее целесообразного внесения азотных удобрений. В результате долговременной практической апробации полевого потенциометричес— вого метода измерения термодинамических характеристик почзы предложен^ некоторые практические дополнения к этой мьтодике, пригодные для широкого применения.

Апробапия работы. Результаты исследований, основ'ие положения и выводы данной работы доложены и обсуждены на научнюс конференциях .молодых ученых и специалистов при клети,уте почвоведе-

- 4 - * ■

ния и агрохимии им. А.Н.Соколовского /г. Харьков, 19В6 - 1988 г.г/ Всесоюзном научно-производственном объединении по чаю и субтропическим культурам /г.Махарадзе-Анасеули, 1987г./, а также на Всесоюзном координационном совещании'"Антропогенная и естественная эвсшоцня почв и почвенного покрова" при Институте почвоведения ж фотосинтеза АН ССР /Пущино, 1989г./, республиканской конференции "Экологические аспекты использования и охраны почвенных ресурсов Молдавии /Кишинев, 1990 г./, Всесоюзной научной конференции "Проблемы повышения плодородия почв в условиях интенсивного земледелия" при Институте почвоведения и агрохимии АН УзССР /Ташкент, 1990 г./ Всесоюзном семинаре "Современные метода аттестации методик вшга-иешя измерений" при Харьковском государственном университете им. А.М.Горького /Харьков, 1990 г./.

Публикации. Материалы исследований опубликованы в 6 научкьк работах. ■

Структура и объем дксоертапки. Дасстертадиояная работа состо-•ит из введения, 9 глав, выводов и предложений, списка использованной литературы. Общий объем работы /У/страниц ьгааикопдсного текста. В тексте таблиц, рисунков. Список литература шасчиты-виат ^У'^названий, в том числе-32 источника на иностранных языках

• СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ' Состояние изученности вопроса.

В главе изложена суть применяемого в современном почвоведении хЕлико-термодана\ического подхода, сформулировано понятие тер-ко,динамического потенциала почвенной реакция. Готенцяал представляет из сёбя изменение энергии системы в ходе данного обратимого химического процесса. Принятый для характеристики почвенной систем! изобарпо-изотермичеокий потенциал является изменением энергии Гиббеа л У. и связан с константой равновесия химической реакции Кр следующим соотношением:

/1/ Ù * -ыепкр,

где: R - постоянная Бояьцмана;

Т - абсолютная температура, хград. К Таким образом, чем больае величина RTf/iKp, тем меньшая энергия затрачивается в ходе данного процесса, тем легче он протекает. В свою очередь величина константы равновесия Кр представляет из ceci н, как известно, равновесное соотношение активностей или эдфек-тивнух /действующих/ концентраций продуктов реакции и активностей

реагентов в степенях, соответствуй'.;:» стехиометрическим коефициен-там. Так для реакция

/2/ bU + cN Й4Ч o'N'

константа равновесия составят

/з/

где (J - активность соответствующего реагента или продукта реакции яри достижении равновесия, М/1

Для процессов катионкого обмена состояние ионов в плотной части двойпого электрического слоя коллоидной частицу рассматривается Kaie стабильное состояние, химический потенциал которого равен нулю, а активность, соответственно, единице. При этом константа равновесия сводится' к соотношению активностей обменных катионов в растворе, и выражение /1/ для обмена иона на Nrt+ пос-.ле логарифмирования принимает вид: ± JL

/4/ A-£=-RTihKp = -2,3 RiCg -2,3RT/j^pM -¿pH /

To-есть, термодинамический потенциал процесса обмена катионов М т + на Nn+, обратно пропорционален выражению

/5/ ipМ - ^pN /Woodruff, 1955/

/величина RT в данных условиях отбрасывается как постоянная/.Чем выше значение /5/, тем ниже энергия протекания данного обменного процесса, следовательно, тем легче он протекает в прямом направлении. Ту же формулу тетщоцинамического потенциала обменной реакции дает подход R Becke it /1964/, выражакщий термодинамическое равновесие на границе- твердой фазы и раствора через равенство в каждой точке этой системы электрохимических потенциалов,

Лт конкретных катионов выражение /5/ принимает вид следующих потенциалов, используемых в современном почвоведении:

1. pH ~ 0,5рСа*/известковый/ - потенциал обмена водорода почвенного раствора на кальций почвенного поглощающего комплекса /ЛПК/. /?.КЦ^(еГ0 , 1974/.

2. рК - 0,5рСа /калийный, калийно-кальциевнй/ - потенциал обмена калия на кальций. /ГМ.Wocdru1955/. ,

3. pH -.рК /Калийный, калийно-водородный/ - "отекциал обмена водорода на калий. /Й 0<ШtiSSCU , 1966/.

4. pf{H4 _ 0,5рСа /аммонийшй, аммокийнЬ-кальциевый/ - потенциал обмена аммония на кальций. /Н.PasrlchC(,T.Siiigh , 1977/.

5. pH - pNH4 /аммонийный, ашонийно-вод^родннй/ - потенциал обелена водорода на аммоний. / H.Pasrich^T.Sirigh, 1977/.

6. pNa - 0,5рСа /натриевнй, на'^эво-кальцисБый/ - йотенцааи-

обмена натрия на кальций / А.М.Александрова и др., 1935/.

Все перечисленные выше обменные потенциалы в определенной степени являются характеристическими величинами для данной почвы, сохраняясь при неизменных условиях на постоянном уровне. Величина потенциала показывает анергия определенного, характерного идя данной почвы устойчивого состояния обмена, при котором кашке о тв о поглощаемого в единицу времени катиона близко к количеству вытесняемого, а привнесение данного катиона в почвенный раствор со стороны сопровождается усилением его поглощения и вытеснения в раствор обменного иоаа до тех пор, пока первоначальное соотношение двух катионов в растворе не восстановится. Факторы, способные сместить подобное равновесие и изменить величину потенциала, являются предметом настоящего исследования.

При этом, если обменный потенциал растет, это соответствует ргшсеншо энергии просекания данного процесса /обратный знак в формуле /4//, и наоборот. Так, например, рост известкового потенциала свидетельствует о том, что кальций легче вытесняется яэ ШК в почвенный раствор в обмен на водород, а снижение - о том, что кальций вытесняется труднее, а поглощается легче.

Помимо обменных процессов,"сравнительно недавно стали появляться попытки оценивать состояние элементов почвенного растзора по термодинамическим потенциалам окЕолительно-восотановительннк: реакций, В силу того, что суть окислительно-восстановителышх реакций состоит в отщеплении и. присоединении электронов, констан-' та равновесия таких реакций /3/, а значит и их термодинамический потенциал /1/ определяются с учетом активности свободного элект-'рона е~. Показатель его активности /обратный логарифм/ ре, аналогичный показателю активности протона рН, введен Труедедлом Дги%-(1е11/ в 1969 г, и связан с величиной окислительно-восстановительного потенциала Ы/ыЗ/ соотношением ■

/6/ ре » ЕЬ/59,2 Л.1яШпо(*«у ,1979/

На этой величине базируются выражения потенциалов окислительно-восстановительных реакций, не требующих допущений о состоянии двойного зле'-тряческого слоя и поэтому позволяющих строгий количественный подход, В той мере, в какой активность компонентов данной реакции поддается измерениям непосредственно в почвенной системе, возможно определение соотноаевия активностей /3/ в реально существующем в почве виде и сопоставление этой величины с теоретической константой равновесия. Таким образом, поддается ко-

личествонной и качественной оценке ¡существующее в почвенной системе отклонение данного процесса от равновесного состояния, а следовательно термодинамическая вероятность и энергия протекания реакции' в направлении образования или разложения конкретного компонента. Гак, если реальное соотношение активностей /потенциал/ выше константы равновесия, значит продукты реакции находятся в избытке над исходными веществами и термодинамически вероятно протэ-, кание реакции в сторону уменьшения анергии, то-есть в сторону ликвидации избытка, или же образования исходных вещевтв. Например, дая реакции восстановления нитрата до аммония:

/7/ N03 + 10Н+ + 8е~ ^ №| + Э^О

константа равновесия'составит {0 8 • -

кр = анг'йе-

а логарифм константы равновесия

/В/ = рН03- рМН4 ■) 2рН + 8'ре + рн/

представляет из себя формулу одного из так называемых полных азотных потенциалов /Н.А.Кануншкова, 1987/. Если величина потенциала /8/, измеренная в реальной почвенной системе, близка к расчетному значению константы равновесия, есть основания говорить о том, что реакция /7/ протекает в почвенной системе, поддерживая соотношение компонентов.в равновесном состоянии /Н.А.Канунникова, 1986, 1987/. В случае, когда величина потенциала /8/ превышает расчетное значение константы равновесия С^Кр = 119,07 /ШИпЖщ1979/,, в избытке находится яон аммония и термодинамически вероятно образование из него ритрата. Если реакция /7/ пойдет в почве, то в данном случае она пойдет в обратном направлении, в сторожу образования нитрата из аммония. Если же величина /8/ ниже, чем 119,07 - напротив,' имеет место избыток нитрата и сущест ует вероятность превращения его в аммоний, в прямом направлении по реакции /7/.

В работе использованы в основном следующие встречающиеся в литературе потенциалы окислительно-восстановительных процессов:

1. ре + рН /электронно-протонного равновесия/ - потенциал окислительно-восстановительных процессов в водных системах /¡..Ы1л-

• Ыши . 1979/. .

2. р^Од + рН + 5/ре + рН/ /полный азотный, нитратно-азотный/ потенциал полуреакцки восстановления нитрата до молекулярного азота /Н.А.Канунникова, 1987/.

3. рН03 - р!Ш4 + 2рН + 8/ре + рН/ /полный азотный, нитратно-аммонийный/ - потенциал полуреакции восстановления .страта до

- 8 -

аммония /Н.А.Канунеткова, 1987/.

Выражение рН + рМОд - краткий нитратный потенциал

1978/ - входит в качестве слагаемого во все остальные азотные потешщалн и представляет из себя, по Н.А.Кануншковой /1987/, термодинамический потенциал полной реакции разложения нитрата на азот и кислород. Этот потенциал демонстрирует высокую корреляцию с урожаем.

Изложенное выше свидетельствует, что весь термодинамический аппарат в почвоведении опирается на величины активностей ионов и свободного электрона в почвенном растворе. Дктивности ионов сами по себе являются термодинамическими показатаиями и непосредственно характеризуют содержание подвижных, доступных растениям элементов, При этом д ля определения адекватных термодинамических характеристик почвы измерение активностей ионов должно производиться непосредственно в ненарушенной почвенной системе Чп лЧи, так-как отбор образцов нарушает существующее в ней динамическое равновесие, влияя на кислотность, состав газовой фазы и другие факторы /Снакин В.В., 1981 и др./. Непосредственное измерение вели, чин активностей в ненарушенной почве в полевых условиях позволяет прогзводить потенциометрическая методика, основанная на применении ионоселективных электродов /ИСЭ/, чувствительных к конкретным . ионам /Й.К.Крупскай и др. , 1962 - 1970/. Однако специфика исследований ¿п 51 ¿и , исключающих усреднение образца и подвергавшие 'исследовательскую.аппаратуру воздействию природных факторов, тре- ■ бует долговременной апробации потенциометрических методик измере-^ ния активностей ионов в полевых условиях. В последние годы все большее число исследователей отдают предпочтение изучению ионного - Состава почвенных растворов на основе полевых анализов с помощью ИСЭ. В то кэ время длительных систематических полевых исследований дннашяи активностей ионов почвенного раствора очень шло, а термодинамических потенциалов почвенных реакций - практически нет.

Таким образом, совокупность данных опубликованных работ позволяет сделать вывод о перспективности исследований в реальной почвенной системе по динамике активностей ионов, позволяющей дать термодинамическую оценкувку протекающим в почве физико-химическим процессам.

Характеристика объекта исследований.

Термодинамические показатели почвенного раствора исследовались в динамике, суточной и сезонной, на черноземе типичном мощ-

ном среднегумусяом Чугуевского района Харьковской области /ваковское опытное поле/. Воздействие антропогенных факторов оценивалось путем сопоставления данных с. четырех участков: залежь /25 лет/;-два участка богарной распашки - контрольный и с долговременным внесением средних доз минеральных удобрений /НPK/; участок многолетнего' орошения пра внесении средних доз HPK. Исследования цроизводились на строго задокументированных фонах многолетних стационарных полевых опытов КЗ /ведется с 1934 г./ и Мб /заложен в 1966 г./. 1 . - ■

По гранулометрическому составу исследуемый чернозем относится к легкоглинистым пылевато-иловатым почвам /по' Качинскому/.Ана-лиз физико-химических свойств исследуемого чернозема свидетельствует о том, что исследуемые участки не имеют между собой заметных различий в составе поглощенных оснований и кислотности /за исключением некоторого'повышения РНС0Л при эрошенигВ.табл. 1 приведена кислотно-основная буферная емкость исследуемого чернозема при различных способах сельскохозяйственного использования, определенная по методике А.М.Александровой /1967/. Полученные данные свидетельствуют, что раопашяа чернозема увеличивает буферную емкость как в кислотной, так и в щелочной области, то-есть высвобождает для катионного обмена дополнительные запасы как поглощенных щелочных катионов, так и водорода. Возможно, это связано с некоторой тенденцией к увеличению удельной поверхности твердой фазы, отразившемуся в отчетливом, хотя и незначительном утяжелении при распашке механического состава чернозема.

Внесение минеральных удобрений несколько подавляет водородный обмен, о чей свидетельствует снижение обоих показателей буфе-риости. Орояегога, увеличивая основность почвы, насыщает ППК щелочными катионами, чем увеличивает буферную емкость в кислотной области и заметно снижает в щелочной.'

Методический аспект полевых исследований термодинамических характеристик чернозема.

Потенциометрическоо определение активностей ионов непосредственно в почве in • иЫ сопряжено с рядом затруднений, главные из которых сформулированы А.А.Понизовским с соавторами /1989/. С учетом основных источников погрешностей, присущих этому методу, из- .. мерения производились э^стродами, селективность которых соответствует соотношению содержаний ионов в почвенно' • растворе; при намерениях исключались периоды осадков и резких похолоданий, когда

таблица 1.

Буферная емкость чернозема типичного мощного при различных видах антропогенннго воздействия.

Отбор 1989 г.» глубина 0-20 см, разв.1:5

Участок Срок отбора в „Й0Ж ^Т^лоГной области

'Зале л. апрель 69,4 64,4

дань 69,5 -62,2

сентябрь 69,3 64,2

среднее . 69,4 4 ' ' . 63,6

Контроль апрель ' 75,8 - ■ 68,4

ийнь . 75;ё 67,0

сентябрь 76,4 68,4

среднее 75,8 " 67,9

МРК >'- апрель/ 71,7 6В,0

июнь 63,4 60,5 •

' сентябрь . 68,3. 62,3

среднее 67,8 ' 62,9

Орошение апрель 72,1 59,6

■Я™ . иекь ' "72,2 56,5

сентябрь ' ■ 71,8- 60,9

среднее ■ ' 72,0 50,0

•возрастает относительная влажность воздуха; калибрование измери-. .тельных цепей по стандартным растворам' осуществлялось "непосред-. ственно в поле.

Влияние пространственного и временного варьирования оценивалось при помощи статистической обработки данных, базирующейся на шестикратной повторности измерений. Временная изменчивость термодинамических показателей в черноземе и лороадачздие ее факторы служили одним из предметов настоящего исследования. Исходя из этого был принят следующий режим: измерения производились в три срока - весна, лето, осень - по 7 суток в каждый срок, 2, а в 1986г. • 3 раза в суки /первое измерение в 8 ч. .второе - в 14 ч. по "летнему" зремениД Измерения производились на полевом иономере К-102 при помощи ионоселективных электродов Тбилисского ШО "Аналитпри-бор", чувствительных к ионам Н4 , К+,НН|, Са2+, N0^, С17 а такяе платинового электрода 31И-С2 для измерения окислительно-восстановительного потенциала ЕЬ. Одновременно контролировалась температура и влажность почвы, время измерений ограничивалось периодами

и -

сохранения почвенной влажности, обеспечивающей нормальное функционирование электродных мембран - выше 15% /Зыкина,1985/. На основе шестикратной повторности рассчитаны вариационные коефяциенты пространственного разброса и временной изменчивости. Первые приведены в таблице 2. Отметим значительное преобладание временной вариабельности над пространственной, указывавшее на достоверность наличия динамики исследуемых показателей.

Таблица 2.

Коэфщиенты вариации пространственного разбросаД/ активностей ионов /мэкв/л/, рН и ЕЬ/мВ/ в черноземе типичном мощном при различных -формах антропогенного воздействия. 1988г. ~рН • • . . . ЕЬ

К : МРК: 0 1 3 ; К : Ж-. 0 : 3"; К :МК: 0: У : К :

1У 0,7' 0,8 0,8 0,8 3,7 3,8 4,0 4,0 19 22 22 37 19 16

71 1,4 1,2 0,8 1,9 3,4 3,2 3|2 «3(8 25 25 29 38 52 59

IX 0,6 0,6 0,8 0,9 3,0 1,8 2,0 1,6 - 10 12 10 8 13

°Са+2 : . "Цк»5 : асг : аЩ

:У : К : ДОК.: 0 : У : К : Ш-К: 1) : У : К 0 :

1У 54 48 50 43 56 58 48 49 60 50 50 78 22 36

У1 79 97 87 81 49 42 37 56 56 56 69 71 53 43

IX . 27 38 39 46 55 60 56 61 50 56 56 41 9 13

____

^З-залежь, К-контроль, КРК-средние дозы удобрений, О-МЕК+орошение.

Наиболее высокие величины пространственного разброса демонстрирует активность иона - коэфациент вариации достигает в летний период 97$. Следующее место занимают ионы С1~ и НО^; значительно меньшим разбросом характеризуются активности катионов НН| и К+, а пространственный разброс рН и ЕН минимален. Отсвда вытекает, что отличающуюся наибольшим пространственным разбросом активность иона Са~+ в целях обеспечения достоверности получаемых данных необходимо измерять в наибольшем числе повторноетей. Поэтому в дальнейших исследован"чх дая актив эсти кальция сохранялась шестикратная повторносгь. Среднеквадратичное отклонение этой величины составило 238,3, что соответствует по Г.К.Зыкиной/.'" 190/ ошибке- опытащ= Ж, где П - количество повторноетей

т

«т^.м/к/.

Это означает 4^-нуго ошибку измерений сверх 1(Ч-ной /по паспорту/ точности нолевого яономера И-102. Более высокая точность при по-

г

левых измерениях не представляется реальной. Увеличивать число по-вторностей свыше шести повидимому нецелесообразно: измерение либо растягивается во времени, внося в пространственный разброс фактор временной изменчивости, либо требует участия нескольких операторов и нескольких приборов, что также искажает ..чистоту выборки, нарушая идентичность повторностей. С другой стороны, при долговременных режимных исследованиях достоверность уровней измеряемых показателей подкрепляется большим числом повторяющихся измерений. Поэтому максимальное количество повторностей было выбрано равным шести. Сохраняя число повторностей пропорциональны^ пространственной вариабельности, получим даш активностей ионов С1~ и N0£ ~ четыре повторности; для ионов К+и НН| - 2-3; дня рН и Elf - 2.

' ' В. целях минимизации вносимых измерением нарушений почвенного тела, а также максимального улавливания воздействия на почву внешних' факторов.измерения производились в пахотном слое,электроды погруаались на глубину 5-7 см по рекомендациям Г.К.Эьишной /1975/.

Активность ионов почвенного раствора.

Полученные за пятилетний период полевых исследований данные свидетельствуют, что активности ионов почвенного раствора, а так-не его кислотно-основные и окислительно-воестановительнке характеристики подвержены сезонным и суточным изменениям при всех исследованных видах антропогенного воздействия, как и при его отсутствии. В то же время эта изменения це носят ярко выраженного циклического характера и не являются простым отражением динамики гвдотершческих характеристик почвы. Статистический анализ по .. ШР0 Qg показывает, что суточные, колебания исследуемых величин ' достоверна лишь в 3($ случаев, приходящихся в основном на периоды . резких перемен погоды. Так, смена ясной погоды на о<Злачную с осадками довольно регулярно сопровождается снижением Eh и повыаеаием . активности иона ЦЯ|,то-есть усилением восстановленное™ среды.

Наблвдается достаточно устойчивая тенденция к' повылению в середине дна активности иона и Eh, упоминаемая в литературе /Т.Л.Быстрицкая, 1987/. В ряде случаев в солнечные дна мы наблюдали устойчивую тевденодзв к снижению в полдень активности кона 017 что моаио связать с усилением испарения хлора из почвы в виде хлористого водорода. Это позволяет рекомендовать производить по-левы? измерения активностей конов ■&- и Са2+, а также Е&не менее, чем дваадн в сутки с последующим усреднением результатов. •

Воздействие погодных условий на активности ионов статисгиче-

ски достоверно прослеживается в сезонном масштабе. Наблвдаёмые сезонные изменения измеряемых величин, как правило, превышают наивысшее статистическое расхождение и проязляют определению зависимость от погодных условий. 'Гак, кислотность' /рЯ/ почвенного раствора в сезонном масштабе демонстрирует некоторую взаимосвязь с влажностью: при сухом лете почвенный раствор к осени подщелачивается, при влажном - подкисляется. Окислительно-восстановительный потенциал проявляет двоякую зависимость от гидротерг-ичзских показателей: при более низкой вла-кности /1986 и 1987 г.г./ динамика Eh близка к динамике .температуры, а во влажные годы с обильными осадками '/1S89 и 1990 г.г./, когда дохди насыщают почву ккслоро-дом, усиливая Тем самым окислительный характер средо,/К.С.Каури-чев, Д.С.Орлов, 1982/, динамика Eh сближается с динамикой влажности.Для обоих случаев получены уравнения регрессии следующего вида: /9/ Eh - 631,55 + 1,11t0 - 864,79t0 -1»89;

где t°- температура почвы в граусах Цельсия, к /10/ Eh =-10200 +2950W-304W^+15,lVr-0,355W^+0,03'12У^;

где W -'влажность в пахотном слое чернозема, %, Уравнение /9/ получено для случая болев низкой влажности-и незна-' читальных осадков, а /10/ - для обильных осадков./Коэйицлент мно-хественкой регрессии составляет 0,777/. Из анализа этих уравне:ай . с точки зрения оптимального для растений уровня Е з черноземе по .данным В.А.Ковды /1973/ следует, что в услових богарной распгшки чернозема пр" небольщом узлажнении почвы /V/<23;í/ и солнечной погоде уже при температуре выше 6°С в пахотном слое высока вероятность избыточно окислительной обстановки и следует уделять внимание железо-марганцевому питанию растений.

Активности всех исследованных катионов проявили сходную между собой сезонную дипашку, характер которой резко меняется в зависимости от погодных условий, определяясь в основной влажностью. Сезонная динамика активности нитратов проявляется в двух вариантах: содержание нитратов либо снижается, либо возрастает к осени. При этом осенние всплески содержания нитратов приходятся на годы с жарким летом /1983,1988/, когда температура почвы превышает 20°С, становясь оптимальной для микробиологической фиксации- азота из воздуха, поставляющей'материал для нитрификации /В.Н.Еаакин,1987/. Таким образом, в случае летнего превышения температуры почвы сверх 20°С можно ожяддть- накопления нитратов в черноземе.

Антропогенное воздействие на активности ионов, pH и ЕЬ каг-

ладно видно по среднегодовьш величинам, приведенным в табл.3. Эти величины свидетельствуют, что ..при вовлече!ши чернозема в сельскохозяйственную культуру и дальнейшем усилении антропогенного воз-. ч действия на него з виде химизации и орошения наблюдаются четкие явления деградации. Деградирующее действие распалим как таковой проявляется в подкислении почвенного раствора на 0,5 - 1,0 единиц рН, в сн:«ении активности иона Са2+ в 1,5 - 2,0 раза в сравнении с залегаю. Шблюдается стабильное усугубление окислительных условий /повьыюкие Ей/, особенно заметное под черным паром, где Ей увеличивается на 20^ в сравнении с залсзсью, выходя за пределы,оптимальные с точки зрения обеспеченности растений железой и марганцем - 5Э0-6Ю 1лВ /В.А.Ковда, 1973/. С ростом ЕЙ сопряжено резкое увеличение активности нитратов /в 6-7 раз под черным паром в сравнении с затежьга/. Если внесение средних доз удобрении практически " не сказывает воздействия на уровни активностей ионов, рН и ЕЬ,приводя лишь к отчетливому повышению активности хлора, то ородение колтаенсирует воздействие распашки на кислотность и окислительно-восстановительные свойства чернозема. Последействие многолетнего орозедля повнлает рН и усиливает в распаханном черноземе восстановительные процессы. Однако при'этом орошение заметно обедняет его калием и аммонием. Непосредственный результат полива /1987г./ сказывается в повышении активности иона натрия в противоположность снижению активностей ионов К+, N11^ и в меньшей степени В то

не время в оиюдеюш токсичного иона хлора при орошении наблвда-ется лологлтельная тенденция ^-снижению, шш'же к вымыванию хлора из пахотного слоя.

Характеристика термодинамического равновесия почвенных реакций в черноземе.

На•основании величин активностей ионов почвенного раствора получены значения потенциалов почвенных реакций. Уровни исследо-вакццх термодинамических потенциалов в ваде их среднегодовых зна-чешй приведены в табл.4. Анализ в тих значений позволяет оценить энергетически состояние равновесия почвенных процессов в исследуемом черноземе.

Исходя из величин полного нитратно-азотного р1|0д+рН+5/ре+рЦ/ потенциала, соотношение почвенных нитратов с атмосферным азотом

в исследуемом черноземе соответствует термодинамическому избытку нитратов, так как величины' данного потенциала лежат значительно ниже логарифмированной константы равновесия процессаН!^?!^,

Среднегодовые значения активностей ионов", рН, ЕЬ, температуры и влажности ■ '

почзы в черноземе типичной мощном. .

Год Вариант Культура ■ Показ а, те.л и.'"

%% рН Ей,мВ ' Активность-ионов, мзкв/л

- ' К+ №4 «°3 . С1". Ма+

Залежь . - 16,0 14,8 6,55 527 0,78 0,46 85,6 2,2 _ 0.1

1985 Контроль Черный пар 17,3 15,5 5,62 624 0,44 0,36 41,7 . 13,8 - 0,1 .

Ш Черный пар 17,3 15,5 5,62 612 0,53 0,34 42,5 ■ 14,9 ■ - 0,1

Залежь - • 21,3 14,1 6,14 583 0,78 0,65 60,4 ' 3,02 0,78 0,1

1987 Контроль Оз,пшеница 21,7 13,9 5,53 643 0,76 0,81 42,4 '3,27 ' 0,81 " 0.1 :

РК Оз.пшеница 21,7' 13,9 5.52 638 0,80 1,89 40,5 3,03 2,11. 0.1

Орошение Кукуруз а],ЕС 29,8 13,9 6,41 576. 0,1 0,1 31,8 4,43 0,21 1,68

Залежь - 20,7 15,0 6,87 512 1,98 1,80 59,6 7,81. ' 3,48 0,22

1988 КонтрояьКукуруза !ВС 20,7 15,3 •6,13 571 1,69 1,62 32,8 11,99 1,29 0,41

РК Кукуруза гйС 20,7 15,3 '6,12 567 1,74 1,56 45,4 10,44 1,39 .0,58

ОрошениеКукуруза ШС 20,2 14,9' 8,19 521 1,61 1,44 52,6 16,77 1,10 ■ 0,36

Залежь - 24,1 13,7 6,02 558 2,30 0,13 45,7 2,82 1,18 0,56 .

1989 Контроль Сах.свекла 22,8 13.5 5,92 ¿86 0,42 0,12 35,1 8,91 1,35 0,62

РК Сах.свскза 22,8 13,5 5,80 591 0,41 0,17 67,8 8,45 2,33 0,56

Сродекие Оз.пшеница 21,6 13,5 6,19 574 0,16 0,12 60,0 Зг76 0,86 0,71

Залекь - 21,2 12,5 5,92 523 0,53 0,85 93,3 2,68 2,00 0,24 •

1990 Контроль Ячм.-шщерн. 21,0 13,4 5,06 567 С,66 0,35 68,0 4,63 2,20 -0,50

РК Ячм. -киюц'эрн .20,80 13,4 5,06 570 0,96 0,50 64,8 4,24 • 3,34 0,52

Оро-ление Сах.свекла 18,8 13,9 5,61 536 0,47 0,46 69,6 3,20 1,75 0,52

Таблица 4.

'•Среднегодовые значения термодинамических потенциалов почвенных реакций ¿.черноземе типичном мощном при различных формах ант-ропотвииото воздействия.

Потенциал Вариант Го Л

1986 • 1987 1988 • 1989 1990

1 ■ 2 3 . 4 5. 6 7 :

Известковый Залежь 5,75 5,23 5,88 5,35 5,21

рН-0,5рСа Контроль 4,53- ' 4,57. 5,09 4,95 4,22

ЙРК 4,45 4,54 5,08 4>3 4,22

Орошение 5,26 6,33 5,33 4,83

Калийный Залежь 2,33 2,48 2,63 2,59 2,68

pK-Ü,5pCa Контроль . 2,28 ' 2,36 2,64 2,66 2,61

m 2,25 2,28 2,55 2,69 2;59

Орошение ' - ■ 4,02 2,87 2,92 2,70

Калийный-. Залежь - 3,21 2,73 3,30 2,53 2,53

рЛ-рК Контроль 2,25 2,19 ' 2,42 2,33 1,60

HPK 2,20 2,39 2,53 2,24 1,64

Сроаение -. 1,88 3,47 2,41 2,13

Аммонийный ч ■ Залежь 2,58 2,52 2,54 '3,13 2,76

рШ4-о,5рСа Контроль 2,49 2,51 2,76 3,06 2,95

- ЫРК 2Т47- 2,35 2,70 3,10 2,84

Орошение ' 3,47 2,86 3,09 3,10

Аммонийный Залежь 3,09 2,72 3,39 2,22 2,45

РН-РНН4 " Контроль . 2,04 2,19 2,32 1,93 1,27

МРК 1,99 2,17 2,38 1,84 1,38

Орошение 1,65 3,47, 2,20 1,72

Натриевый Залежь - - 3,17 2,52 2,89

pffa-0,5pCa Контроль - 2,73 2,26 2,48

ÄPK - - 2,88 2,40 2,47

Орошение - 2,00 3,86 2,29 2,50

Натриевый Задела. - . - 2,76 2,80 2,32

рН-рНа Контроль - - 2,33 2,73 1,75

NPK - - 2,17 2,54 1,75

Ороление - 1,53 2,49 3,03 2,33

Потенциал эле-Залежь 15,6 15,7 . 15,8 15,8 15,0

ктронио-лрото-Контрояъ 16,4 15,9 16,0 . 16,0 14,9

иного равно- МРК 16,1 15,9 16,0 16,0 14,9

весия ре+рН Ороиение - 16,4 16,3 16,1 14,9

Продолжение табл.4''

888 1 2 3 4 . 5 6 7

Нитратный Залежь . 9,32 . 8,93 ' 9,11 9,23 8,91

I^Og+pH Контроль 7,97' 8,09 8,25 8,43 7,86

№ 7,99 8,25 ' 8,35 8,10- • 8,01

Орошение - 8,48 9,27 8,76 8,53

Нитратно- Залеаь 85,9 87,1 87,8 88,3 83,7

азотный Контроль 88,8. 88,3 88,7 85,8 82,1

pN03rpH+5/pe+ НРК . 87,1 87,5 88,3 88,1 82,4

+рН/ Орошение - 90,2 91,6 89,2 82,9

Нитратно-ам- Залежь 135,9 136,8 135,2 138,6 126,1

монийный Контроль 139,9 138,6 136,5 138,5 125,4

pN0„+2pH-pHH4+HH( 137,5 137,4 136,1 137,9 125,7

+8/ре+рН/. Орошение ' - 140,1 141,2 139,7 125,7

равной 105,15 /L.W Lindsay , 1977/. Это означает, что если в данн-ной почвенной системе будет иметь место обратимая химическая ре-•аяхия/п/ NOg + 6Н+ + 5е~ ^^Ng + 3HgO

ей термодинамически выгодно идти в направлении образования газообразного молекулярного азота. Это свидетельствует о повышенной вероятности потерь нитратного азота из почвы в воздух. Вероятность реализуется при достаточно высоком рН в связи с сильным увеличением нитратного избытка, сопровождающим резкое повышение температуры почвы, стимулирующее нитрификацию. Такая картина наблюдалась в 1988 г., когда среднеиильская температура поверхности почвы составила 28°С, а максимальная вэтом месяце составила 48°С /Метеороло-таческий ежегодник, пост Купянск, 1989/, В этом году нитратно-азотный потенциал летом упал до минимальных за период исследований величин /80-83/, свидетельствуя о возникновении максимального избытка нитратов, после чего осенью резко увеличился, достигая на орошаемом участке величины 104,4, укладывающейся в доверительный интервал /¿3,6/ логарифмированной константы равновесия процесса /11/, что дает основания говорить о протекании реакции превращения нитрата в молекулярный азот.

Величины полного нитратно-аммонийного рК03+рН-рНН^8/ре+рН/ потенциала в течение всего периода исследований напротив, значительно превышает свою логарифягрованпуа константу равновесия, равную 119,07 / L.Ytf Lint/so^,-1977/, СВИДвТвЛЬСТВуЯ О ТврМОДИНйМЙЧЭСКОМ ИЗ"4

быгке аммония над нитратами. Таким образом, для процесса /7/ тер-моданамячески, выгодно образование нитратов. Есть основания говорить, что,оно нмало место в 1990 г. при низкой летней температуре и высокой влажности почвы, о"чем свидетельствуют величины нитратно-ам-модайного потенциала, водедяше в доверительный интервал соответствующей логарифмированной константы равновесия /¿6,1/.. Это указывает на возможность потерь из чернозема также и аммонийного азота, поскольку для образовавшихся в ходе реакции /7/ нитратов высока вероятность превращения в молекулярный азот по реакции /11/. С другой стороны, высокая вероятность образования нитратов из аммо- • ния сама по себе невыгодна для растений в данных почвенных условиях, поскольку, как свидетельствуют величины краткого нитратного потенциала рИОд+рН, нитраты в исследуемом черноземе с точки зрения питания растений и так содержатся в избытке. Оптимальный для растений интервал краткого нитратного потендаала составляет по И.А.Ка-нушшкозой /1990/ 9,00-10,5, а усредненные значения его в распа-' ханкой почве без орошения не превышают 8,4 /табл.4/, опускаясь в отдельные годы и ниже 8.

Уровень значений потенциала протонно-алектронного равновесия ре+рН в черноземе типичном мощном'колеблется между 14,9 и 16,4,свидетельствуя о выраженных окислительных свойствах средн.

Сложнее оценивать абсолютные значения потенциалов-обменных процессов. Для известкового и калийного рК-0,5рСа потенциалов имеются литературные данные относительно их оптимальных для питания растений интервалов - 1,8-2,2 Ко СЖ^ШпИ/УЭЬЪ/ для калийного и 6,5-6,3 по Н.А.Канунниковой /1986/ для известкового. Опираясь на эти данные,' можно допустить, что в исследуемом черноземе условия кальциевого питания растешС отчетливо неблагоприятны: среденегодо-' вые значения известкового потенциала везде лежат значительно нижа нижней границ» оптимума, приближаясь к нему лиль временами при оро-шошш. То-есть, в исследуемом черноземе доступ кальция растениям заметно затруднен. Условия калийного питания растений более благо-* приятны: величины калийного потенциала на богаре и залежи статис-тическн достоверно не выходит за пределы оптимального интервала.

Прооледошая влияние антропогенного воздействия на термодинамику почвенных процессов, можно выявить следующие закономерности» Средние уровни обменных потенциалов демонстрируют сильное снижение известкового потенциала при распашке, свидетельствующее об интенсификации поглощения иона кальция из почвы в обмен на ион водорода. При распашке чернозема затрудняется танке вытеснение в почвен-

нкй раствор катионов К+, Nirt, Ма+ в обмен на водород, что вытекает из устойчивого снижения потенциалов' рН-рК, рН~рКН4, рН-рМа. Одновременно это означает облегчение вытеснения водорода, то-еетьпад-кисление почвенного раствора» Вовлечение чернозема в сельскохозяйственную культуру, таким, образом, затрудняет доступ кальция, катая, аммония и натрия растениям. Термодинамические характернсппси обменных процессов на орошаемом участке в годы боз поливов /1963, 1989/ близки к залежным.: Это позволяет "предполагать, что многолетнее'орошение до некоторой степени коотенсирует.деградирующее влияние распашки. СИнако непосредственное действие полива'снлько сдвигает равнрв.есия калийного, и аммонийного обмена в неблагрприятнув для растений сторон}' - потенциалы обмена этих ионоз на кальций возрастают, а на водород - снижаются, согласно свидетельствуя об уху-' дшении поступления ионов К+ и НН| в почвенный-раствор. Одновременно скакаются оба натриевых потенциала, говоря о конкурирующем влиянии иона натрия по отноленш к кальцию и об усилении поглощения • натрия s обмен на водород,.что может вести к осолокцззани».

Воздействие 'антропогенных факторов на потенциалы охаоллтелъно-восстановительных процессов не стаяь значительно, однако при ант--ропогенном воздействии прослеживаются тенденции к усиления окислительных процессов а черноземе /рост ре+рН/, в частности к усилению шгтркфикацки /снижение рНО^+рН/.

Терыодинамяческоо равновесие неорганических форм азота.

Неорганические соединения такого веяного элемента питания растений, как азот, существующие в почвенной среде, на исчерпываются нитратами и аммонием. Обе эти .формы, помимо ззаямопрезравдзсай, могут переходить в молекулярный азот К0, закись азота NgO, нитрит В данной работе произведен расчет потенциалов реакции взакмопревра-ления этих форм /содержание нитрита в почвеннрм растворе принято по литературным данным - LW.LifídSay , 1977 - лежащим в пределах 10~ь-10~9 М/1/ и сопоставление потенциалов с константами равновесия соответствующих процессов. Знаки и величины отклонения потенциалов от констант, приведенные в табл. 5, позволяв» оцепить соотояже азотного равновесия в черноземе и термодинамическую вероятность потерь почвенного,азота в виде газообразных форм.

Кз таблицы следует, что по мере восстановления азота вплоть до степени окаслегаюсти +1 отклонение потенциала ст константы ра-ьносйсяя сопоставимо с ошибкой измерения, а при более'низких степенях cK>.'.;.í£HiiccTn значительно превышает ее. Таким образом видно, что наелчтаемое в черноземе типичном мощном окпслительно-восстако-

витальное равновесие почвенного раствора соответствует восстановлению ¡азота от.нитратного /+5/ инитрктного /+3/ до закисного /+1/ и не дальше. Есть основания предполагать, что в исследуемом черноземе протекают равновесные процессы МО^МО^, НОз^^О, Ш^Н^О.

Таблица 5,

Отклонения усредненных величин потенциалов от соответствующих -констант равновесия.

Окисли- : пп:тельно- : гвосстано-: :ви?елыгкй: :процесс : Степень окислен- ЕОСТИ аяота гач. :кон. : £о§Кр Средний уро~:Отклонение:Ошибка вень потен- :потенциала:опыта, циала /1986-:от конста-: -- '■ 1988/ :нты равное • ' :весия, :

1. щ^но^ 40 +3 28,63 25,55 -3,09 3,66

2. НОГ^О., 45 +1 75,25 67,45 -7,80 3,05

з. нозяьси Л) 4. +1 46,61 42,00 -¿4,61 3,39 ■

4. Щзр +5 0 105,15' 86,60 -18,55 3,63

5. +5 -3 119,07 137,6 +18,50 6,09

е. %5»ннг ' 0 -3 13,95 52,05 +38,10 1,02

7.М =?ин| +1 -3 43,82 70,45 +26,63 3,04

Иными словами в исследуемой почве неорганические соединения азота положительных степеней окисленности находятся мезду собой в состоянии, 'близком к равновесному. Почвенные нитраты близки к равновесию с атмосферной закисью азота N¿0, но далеки от равновеоия о атмосферным азотом И^ и с почвенным аммонием, Аммоний далек от равновесие с атмосферным азотом и закисью азота.

Касательно термодинамической вероятности протекания процессов взаимопревращения азотных соединений, складывается следующая картина. Отрицательный знак отклонения потенциалов 1 - 4 от их констант равновесия означает термодинамический избыток нитратов и нитритов и,-следовательно, определенную вероятность превращения нитратов и нитритов в менее окисленные соединения азота положительных и нулевой степеней окисленности. При чем вероятность этих восстановительных процессов тем вше /как показывает величина избытка/, чем меньше степень окисленности продукта. Т:о-есгь, в исследуемом черноземе термодинамически вероятнее восстановление нитратов до молекулярного азота N2, чем до заадси азота и нитритов. Однако, вероятность превращения нитратов в закись азота все жа имеет место. Таким образом, внесение нитратных удобрений, помимо опасности накопления нитратов, влечет за собой еще одну экологическую опасность: вероятность вставки в, атмосферу закиси азота, воэдно влияющей на озо-

новый слой /В.Н.Башкин, 1987/.

При переходе степени окнслеяностя продукта через 0 знак отклонения потенциала от соответствующей константы равновесия меняется, указывая на избыток восстановленных форм, тем более высокий, чем менее'глубокое'подразумевается восстановление. Таким образом,восстановление азота до отрицательных степеней.окксленности в исследуемом черноземе маловероятно, напротив, существует вероятность окисления соединений азота /-3/ вплоть до нитратов, тем более закатная, чем меньше глубина окисления. Наиболее вероятно,, таким образом, превращение аммония в молекулярный газообразный азот так как оно наиболее термодинамически выгодно в силу максимального избытка аммония над равновесным содержанием. Иначе говоря, в исследуемом черноземе сущестует определенная термодинамическая зероят- ■ кость потерь азота удобрений, вносимого как в виде нитратов, так и в виде аммония, из-за превращения этих соединений в газообразный молекулярный азот {¿2, поскольку-для обоих соединений' превращение в газообразный азот наиболее термодинамически выгодно.

ШЗОДУ .'•'.•

1. Активности ионов Са2+, К+, С1", а также рН и Ей

в пахотном слое чернозема типичного мощного на залени, пашне и оро-щаемо участко подвержены интенсивно;! суточной и умеренной сезонной-дашйпяе.

2. Сезонная динамика активностей ионов и термодинамических потенциалов почвенных реакций в черноземе типичном мощной в различные годы неоднозначна и в большей степени -зависит от погодных условий, чем от применяемых агроприешв /кроме орошения/ и возделываемых культур.

3. В зависимости от динамики влажности наблэдается два типа сезонной динамики почвенной кислотности: при минимальной влатсности летом почвенный раствор к осени шдщелачизается, при максимальной -подкисляется.

4. Выделяются два типа зависимости окяслителыю-восстанозпте-льного- потенциала от гидротершческкх показателей. При незначительном количестве осадков, когда окислительно-восстановительная обстановка определяется' аэрацией пахотного слоя и воздействием солнечно Л радиации, величина ЕЬ демонстрирует зависимость от температуря, вщетешг/ю следующей формулой:

Е!| = 631,55 + 1,111° - 864,791° -1»89, где t0 ~ температура почвы в градусах Цельсия. При большом количе-

стае осадков, когда преобладает механизм создания оккслительно-вос-становительноД обстановки путем обогащения пахотного слоя кислородом при посредстве осадков и фотосинтеза растительных организмов, ч проявляется зависимость величины ЕЬ от влажности, имеющая вид:

ЕЬ= -10200 + 2Э50у/- 304\б/2 + 15,IV/3 ~0,365У/4+0,00342*У5 где V/- влажность в пахотном слое, %.

5. Распашка чернозема высвобседает для водородного обмена дополнительные запасы поглощенных катионов, увеличивая кислотно-основную буферность, как з кислотной, так и в щелочной области. Внесение-минеральных удобрений, напротив, несколько ограничивает водородный обмен, о чем свидетельствует снижение обоих показателей бу-ферности. Орошение насыщает ППК щелочными катионами и обедняет водородом, увеличивая буферную емкость в кислотной области и заметно' снижая в щелочной.

6. Вдвлечение чернозема в сельскохозяйственную культуру ока. чнвает на него сильное деградирующее воздействие, проявляющееся в

1 смещении обменных разнозесий Са-К, К-Н, НН^-Н э'сторону, поглощения кальция, калия и аммония и вытеснения водорода в почвенный раствор, что приводит к значительному его подкислению /на 0,5-1,0 единиц рЦ/ а также в снижении активности иона в 1,5-2 раза и в увеличении доли окислительных процессов. В частности распашка способна приводить /в" особенности в сухую и жаркую погоду/ к сильной интенсификации вдтрификационных процессов.

7. Шогшетнее внесение средних-доз минеральных удобрений по сравнению о неудобренным вариантом не оказывает отчетливого шшя-ния на уровни активностей исследуемых ионов /кроме хлорид-иона, активность которого заметно повидается/, термодинамических потенциал лов, окислительно-восстановительных и кислотно-основных характеристик почвенного раствора чернозема типичного мощного.

8. На учаегке многолетнего орошения непосредственное действие полива коренным образом перестраивает энергетику обменных процессов с участием катионов Са , К\ ЦН|,Ма+и {Г1', резко ухудшая дсо-. тупность катая, аммония и кальция дая растений з результате появления коинурирующех'О иона натрия.

9. Многолетнее орошение подцермиваюцими нормами чернозема типичного мощного приводит к заметному подщелачиваю» почвенной среди, особеши в осенний период; в последействии высоких летних температур повидает нитратно-азотный /полный азотный/ потенциал рН03*рН+ +5/ре+рН/ до величин, близких к константе равновесия процесса восстановления нитратов до азота Мд, откуда следует, что пщ орошении

возрастает вероятность потерь.почвенного азота в виде молекулярного газообразного азота.

10. Б чернозегле типичном мойном стабильно наблвдается време-камн реализуемый термодинамический избыток аммония над нитратами, нитратов над атмосферным азртом; нитраты и зшсись азота близки к равновесии меяду собой. Следовательно, термодинамически вероятен переход.аммония в штрат, но. не нитрата в аммоний, вероятен переход нитрата в газообразный азот, и нитрат, по всей видимости, частично переходит в закись, азота.

ГЖОЩЩАЩИ производству. ■ ' ■ •

7 ' .

1. В солнечную погоду при полевых потенциометрических измерениях и активности пека СГ" рекомендуется измерять эти показатели .два раза в сутки с интервалами'3-4 часа, приурочивая второе измерение к солнечному полдню,с последующим усреднением результатов.

2. Число повторностей при полевых потенциометрических измере-■ ееех активностей ионов допустимо снижать в следующем ряду:

Са2+>С1_Д'0з>К+, рН

в примерном соотношении 6:4:3:2 /пропорционально вариабельности показателей в пространстве/. При длительных решшных исследованиях ' вецатесообразно увеличивать число повторностей свыше шести,

3. После жаркого лета /температура почвы выше 20°С/ 1фп резком сязшекии нитратных потенциалов целесообразно несколько повышать 'вносимые дозы нитратных удобрений, учитывая вероятность потерь нитратного азота' в атмосферу в виде газообразного молекулярного азота Н^, в особенности в условиях многолетнего орошения.

4. В условиях повышенной влажности и невысоких летних температур целесообразно увеличение доли аммонийных удобрений с учетом возможности перехода аммонийного азота в нитратный.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы.

1. Исследование динамики активностей ионов и термодинамических потенциалов почвенных реакций в водной фазе в полевых условиях //Тез.докл. Всесоюзно;'; конференции молодых ученых и специалистов, Махарадзе-Анасеули, 1987, с.58.

3. Влияние антропогенных и природных факторов на активности ионов и термодинамические потегщиалы в черноземе типичном мощном// Тез.докл. Всесоюзного координационного совещания по теме:"Антропогенная и естественная эволюция почв и почвенного покрова".Пугсдано, 1989, с. /в соавт./.

■)( ОссСвнпсстп аккутлуллцип ¡¿итратсв в псчг^хс Лсссстсгш и По—

лесья УССР// Тез.докл» Всесоюзной конференции на тему: "Экологические проблемы накошгения нитратов в окружающей среде". Дущино, 1989, с.18. /в соавт/. V

4. Изменение .активностей ионов и термодинамических потенциалов в условия;: природных и антропогенных нагрузок//Тез.докл. репу-г бликанской конференции на тему: "Экологические аспекты использования и охраны природных ресурсов Молдавии", т.1. Кишинев, 1990,

с.25-26 /в соавт/.

5. Деградация чернозема типичного мощного под влиянием антропогенных факторов по данным активностей ионов// Тез .докл. Всесоюзной научной конференции на тему: '"Проблемы повышения плодородия ■' почв в условиях интенсивного земледелия", посвященной 70-летию.образования института почвоведения' и агрохимии АН УзССР. Ташкент, 1990, с.85.

6. -Достоверность Оценки динамики активностей ионов почвеннрго раствора чернозема типичного при полевых'исследованиях//Тез.докл. Всесоюзного семинара "Современные методы аттестации методик выполнения измерений", ХГУ, Харьков, 1990, с.189.