Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНАЯ БУФЕРНОСТЬ ПОЧВ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНАЯ БУФЕРНОСТЬ ПОЧВ"

\ МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

- > : . МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА -.с

" И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ : : : : д СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К.'-л. ТИМИРЯЗЕВА

" ■ ■ ; ' : На правах рукописи

' Галина Гарифовна ЛЛТФУЛИНА * *■■-■

Окислительно-восстановительная буферность почв

(Специальность 06.01.03 —почвоведение), ^ • ■ . '

; ■-х^'л-' Автореферат. -V

диссертации ва соискание ученой степени, кандидата сельскохозяйственных наук л

.. \

• - • - I -

МОСКВА — 1975 ;

<7 — -Г Х '

Диссертационная работа выполнена на кафедре/почвоведе-1 ; иия Московской ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственной • академии им.'К. А. Тимиря-зена. ' ■'■", >": "; .1 .

\:' "Научные руководители: дсгктор сельскохозяйственных" наук V,-: профессор И. С. Кауричев, .кандидат, сельскохозяйственных ".' наук доцент В. и. Савич. ] 7;.:'. V.-'>■:':. *'

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук профессор-консультант С. Н. Алешин; кандидат сельскохозяйственных наук старший научный сотрудник Н. II. Смирнова. Ч-У ■■".■■ То-

Ведущее учреждение Ч- Почвенный институт им: Б. В. До- . • ■ кучаева. -:"* ■:.'--^-ч ' ::-С■' ^ -"Ч,-*

' .Автореферат разослан « 1975 г. :;■■■*

- Защита состоится « £ } 1975 г.^;

на заседании Совета факультета агрохимии »гпочвоведения -■"'.'

ТСха. . . • ^ -.■■. \

С'диссертацией можно ознакомиться в ЦНЬ ТСХА. г Л' ■ .>, ■ ■ Просим принять личное участие в работе Совета гли. прислать отзыв,'заверенный 'печатью, в двух экземплярах по адресу: 125008, Москва А-Б, ул: Тимирязевская, «19, корпус 8, • ' ;'Ученый сопет ТСХА. " ■■■'/.1 '... ■■ /V

Ученый секретарь Совета

",":.' академии .>/ ■ 7 . ■■.'"' \ '' 7- V" "У-'. ■..'.'. Чл:: - о :■::■';■; {С'". ■ 7;'Л---г доцент Ф. А, Дсночкнн.

ВВЕДЕНИЕ

Окислительно-восстановительные процессы в почвах играют чрезвычайно важную и разностороннюю роль в превращен нии как органических, так и минеральных - соединений а тем сам ым-составляют существенную сторону генезиса почв и развития их плодородия. Исследование ок и с л ите л ь н о -в осста нов и-тельных условий дает возможность количественно ; оценить степень аэрированносгн почв, позволяет получить представление об обстановке, в которой протекают микробиологические и биохимические процессы, а также процессы превращения минеральных компонентов. При (прочих равных условиях увлажнения, аэрации и температуры большое значение в развитии окислительно-восстановительных процессов имеют генетические особенности почв, с которыми связана «податливость» почв к возникновению восстановительных процессов. Прогнозирование изменчивости окислительно-восстановительного состояния почв имеет важное значение в условиях все возрастающей интенсификации земледелия и в особенности при применении приемов мелиоративного воздействия на почвы.

Изменение ОВ состояния почв может быть оценено по о к целительно-восстановительной буферности. Окислительно-восстановительная буферность чистых химических соединений достаточно хорошо изучена, разработана методика проведения окислительно-восстановительного титрования (Кольтгоф, 1935; Михаэлис, 1936; Алексеев, 1972; Шарло, 1969). Однако ОВ буферность 'почв изучена чрезвычайно слабо. Не проводится широких исследований по разработке методики ее определения. Методы, используемые для этих целей преимущественно к чистым химическим соединениям, или неприменимы, или не проверены для почвенных условий. В частности, при определении окислительно-восстановительной буферной емкости не выявлено влияние рН среды, разведения почвенной суспензии, времени установления сор&ционного равновесия на ее величину.

В этой связи мы поставили своей задачей изучить следующие вопросы: I) Разработать методику определения окислительно-восстановительной буферной емкости почв. 2) Изучить зависимость Д^«™м-тппьцл,аги'<*ганпдИТ'рЛЬНОЙ буфернОСТИ ОТ

Московской орд. Лен^з Сельхоа,

»кздщы Ей. К, Д. ЦШфВДя»

влажности и температуры, а также от некоторых компонентов состава'почвы. 3) Определить буферность и буферную емкость различных типов почв.

1. Объекты исследований

При экспериментальной разработке основных вопросов диссертации нами было использовано сочетание лабораторных исследований с ¡постановкой модельных опытов и стационарных наблюдений за динамикой., окислительно-восстанови тельных'процессов. Для постановки лабораторных опытов были использованы образцы гумусо-а'ккумулятивных1 горизонтов дерново-подзшистых автоморфных и гидроморфных почв разного механического состава на тткровных суглинках, серых лесных среднесуглинистых 'почв на тяжелых лессовидных суглинках, черноземов выщелоченных, типичного, обыкновенного различного-механического состава на карбонатных лессовидных суглинках, каштановых почв разного механического состава на аллювиально-делювиальных отложениях, солонцов и солодей.

В диссертации дана подробная характеристика физико-хи-мйческих свойств данных почв.

Для'полевых исследований были выбраны 4 стационарных площадки, почвенный покров которых представлен дерново-подзолистыми ¡почвами разной степени гидроморфностн.

Площадка —Лесная дача ТСХА, смешанный лес. Почва дерново-сильноподзолистая легкосуглинистая на моренном суглинке. Площадка № 2- Лесная дача ТСХА, заложена невыровненном участке, полянас единичными деревьями березы, ели, дуба. Травянистый покров сплошной и представлен злаковыми и 'разнотравьем. Почва дерново-сильнотюдзолистая глееватая легкосуглинистая на моренном суглинке. Площадки 3 и № 4 расположены на долях фермы ТСХА и представлены дерново-среднеподзолистыми шочвами. Площадка 4-зало-жена на возвышенном участке, а площадка 3 — в полузамкнутом довольно широком 'понижении, вследствие чего в весенне-осенний период, а при дождливой погоде и летом площадка подвергается временному избыточному увлажнению и, как следствие, весь профиль почвы имеет четко выраженные признаки оглееНия.

Для изучения ■скорости изменения ОВ состояния почв разной степени гидроморфностн ранней весной 1974 г. через каждые 3—7 дней в почвах стационарных площадок из 5 точек отбирали образцы ненарушенного -сложения в металлические стаканчики. Во взятых образцах определили влажность. ОВП, рН, ^подвижные соединения ззкисного и ок некого лее лез а. марганца, нитратного и аммиачного азота.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2. Разработка методики определения окислительно-восстановительной буферной емкости почв

На наличие окислительно-восстановительной буферности почв указывали многие исследователи, основываясь на данных сезонной динамики ОВ процессов (Ярков, 1961; Йеунылов. 1961; Кауричев, Андрацкая, 1964; Гречин, 1965; Смирнова, 1966; Кауричев, 1967 и др.). В естественных условиях сдвиг ОВП Т1рн определенном соотношении окисленных и восстановленных веществ возникает под влиянием изменения условий увлажнения, температуры, газового режима, содержания н состава органического вещества, интенсивности микробиологических процессов. Все эти факторы вызывают различное протекание реакций с соответствующим изменением ОВП. Изменение потенциала возможно также при добавлении к почве различных окислителей или восстановителей. Поэтому возможны два 'принципиальных метода характеристики окисли тел ьн^-восстаыоъштхег. ' ОЬ-$н-

ферностк и 2) определение ОВ буферной емкости.

Под окислительно-восстановительной буферностью понимают способность почв противостоять ^изменению ОВ потенциала три действии различных внешних факторов (влажности, температуры и*др.).

О величине ОВ -буферности почв можно судить по скорости наступления аиаэрОбиозиса лри затоплении почв и тго скорости восстановления ОВП после снятия затопления. ОВ бу^ерность почв может быть выражена через изменение ■потенциала в единицу времени при действии различных факторов--г25*

(■вл31жности, температуры и т. п.), а также через изменение ОВП в единицу времени на единицу влажности . на

единицу температуры

Под ОВ буферной емкостью понимается способность почв противостоять изменению окислительно-восстановительного потенциала при добавлении к почве определенного 'количества окислителя или восстановителя. Применение разных способов выражения -буферной емкости диктуется необходимостью получения различных ответов. При вычислении буферной емкости в целом определяют 'площадь буферности; лри определении податливости почв к изменению ОВП — легкости окисления, ВОСТОК

становления лучше вычислять показатель ^ов—1 тгов=-^-(Зырин, Орлов, 1964; Нгуен Ви, 1968).

С целью выбора титрантов для определения окислительно-восстановительной буферной емкости было проведено ОВ титрование разными реагентами. Для исследований были взяты образцы гумусо-аккумулятивных горизонтов дерново-тюдзо-листой почвы, серой лесной, чернозема выщелоченного и каштановой 'Почвы.- Средняя проба почвенного образца растиралась 'и 'просеивалась через сиго диаметром 0,25 мм. Навеску почв 5 г-помещали в химический стаканчик, приливали 20 мл дистиллированной воды, тщательно перемешивали в течение 5 минут-и оттитровывали поте н цио метр тес ни окислителями и восстановителями, ОВП определяли платиновым электродом и кал омел евым электродом сравнения, на потенциометре ЛПУ-01, повтори ость 5-'кратная. Т1**м#*мшйм*>«и>**<>1мм«м«>

Время установления сорбционного равновесия-после каждой порции прилитого окислителя или восстановителя 5 минут.

Окислительно-восстановительная буферная емкость зависит от того, какое количество окисленных и восстановленных -веществ имеется-в почве; насколько легко эти вещества окисляются и восстанавливаются при данных условиях; в какой степени необратимо 'проходят ОВ процессы. При разном ОВП в реакциях окисления-восстановления участвуют различные группировки, поэтому и буферная емкость почв неодинакова. Чем больше стандартный потенциал данной пары, тем более сильным окислителем является ее окисленная форма и тем более слабым восстановителем — восстановленная форма, В этой связи мы испытывали как слабые, так и сильные окислители и восстановители. В качестве сильных окислителей испытывали КМп04 и КзСггО, (кислая среда), в качестве сильного восстановителя — гидроксиламин (щелочная среда). Из более слабых реагентов для сравнения были взяты Кз1Ре{СМ)б], К4[Ре{СМ)б], щавелевая кислота, ЗпС1г а кислой среде, хнкон, гидрохинон, КМп04 в щелочной среде, РеБ04.

В таблице 1 приведены данные ОВ титрования почв 0.1 и. растворами Кз{Ре(ОЫЫ н МР^СМ)*].

Наибольшей буферной емкостью в окислительном интервале характеризуются чернозем выщелоченный и каштановая почва, а в восстановительном — чернозем выщелоченный и серая лесная почва. Дерново-подзолистая почва обладала меньшей буферной емкостью как в окислительном, так и в восстановительном интервалах. Применение этих реагентов дает четкие'различия в буферной емкости между типами почв.

При титровании растворами закисного сернокислого железа буферная емкость различных почв также неодинакова; наибольшая буферная емкость отмечается в черноземе выщелоченном, Одиахо применение этог-о реагента ограничено, так

Дифференциальное изменение ОВП (мв) при титровании почвенных суспензий жедезосннеродистым и железнстосннерод истым калием

Почва Мл, Кз[Ре(СЫ)Е Мл, К4[Ре(СМ),

■ 2 4 10 1 2 4 10

Дерново- подзо Л] 156

стая 137 142- 206 166 . 1С6 171 176

Серая лесная 125 131 139 170 53 50 64 102

Чернозем выщело-

ченный 122 133 138 148 53 55 59 95

Каштановая 104 109 112 Ив 102 112 — НО

как Ре304.в значительной степени может участвовать в ком-плексообразовалии.

Применение в качестве титрантов хинока и гидрохинона также ограничено, так как потенциал 'пары зависит от рН, и в результате титрования с переходом хинона в гидрохинон и со сдвигом этого равновесия при дальнейшем разбавлении потенциал пары значительно меняется.

Практически потенциалы большинства реагентов меняются с изменением рН (КМп04, КзСгзО/, ЭпС1 г, гидроксиламин к др.). рН раствора вызывает изменение ОВП самой почвы и изменение активности применяемых окислителей или восстановителей. Доведение рН почвенной.суспензии и титранта до одной величины (в наших определениях до рН = 1,7) сглаживает различия в ОБ буферной емкости между типами почв. Титрование почвенных суспензий растворами КМПО4 разной концентрации с рН 1,7 и 12.0 доказало, что кислые растворы являются более сильными окислителями, чем щелочные. При использовании обоих растворов выявлены четкие различия в буферной емкости почв; большей буферной емкостью обладали чернозем и каштановая почва. При изменении рН на единицу ОВП КМп04 изменяется на 94,6 мв при 25°, поэтому применение его как окислителя должно быть исключено. В связи С меньшей окислительной способностью КцСгаОт и меньшей восстановительной способностью ЭпСЬ величина буферной емкости почв несколько ниже, чем при использовании в качестве титрантов КМп04 и гидроксиламина, однако закономерность расположения почв в ряд{ по величине буферной емкости не нарушается.

При выяснении влияния разбавления почвенной суспензии на ОВ буферную емэдость нами было проведено ОВ титрование образцов тех же ш>чв 'При соотношении почва — вода 1: 1, 1:2, 1 ; 4, 1:20. С уменьшением разбавления почвенной суспензии буферная емкость почв уменьшалась в окислительном

интервале и увеличивалась в восстановительном, »о не в одинаковой мере для различных почв. Более четкие различия и в окислительном и в восстановительном интервале между раз-лычными типами-почв выявлены при соотношении почва — вода 1:4 (рис. 1).

Титрование почвенных суспензий растворами Кз{Ре{СМ)в] и К4Ре(СЫ)6] при температуре 2°, 18®, 70° • показало, что температура оказывает сильное влияние на окислительно-восстановительную буферную емкость почв (рис. 2). При температуре 2е приливание 10 мл раствора Кз[Ре(СМ)в] вызвало в дерново-подзолистой почве изменение потенциала на 185 мв, а при температуре 70' на 247 мв, в черноземе выщелоченном изменения были ниже и составили 159 мв и 204 мв. Повышение температуры ускоряет протекание реакции, однако при высоких температурах в реакциях окисления-восстановления участвуют дополнительные функциональные группы, о чём свидетельствуют полученные данные.

На основании результатов лабораторных исследований для определения ОВ буферной емкости можно рекомендовать в качестве реагентов гидроксиламин (з щелочной среде), К2СГ2О7, ЗпСЬ, Кз|Ре(СМ)б], К(1Ре(СМ)б] и следующие условия проведения эксперимента: отношение почва:вода 1:4, температура 18—20°, время установления сорбциониого равновесия 5. минут.

3. Зависимость окислительно-восстановительной буферности почв от влажности и температуры

В 'природных условиях величина и динамика окнслителыю-восстановительного потенциала конкретной почвы зависит прежде всего от г и д р оте р м н-че ск ого режима. Влажность определяет аэрацию , почвы, а вместе с температурным режимом интенсивность и -направление биохимических процессов. С целью .изучения 'роли гидротермических условий в развитии ОВ процессов и выявления ОВ -буферности различных почв был выполнен ряд модельных опытов.

Лабораторный опыт I. Для исследований были взяты образцы гумусо-аккумулятивных горизонтов дерново-подзолистой почвы, серой лесной, черноземов выщелоченных и типич-. ного, темно-каштановой почвы. Навески воздушно-сухой почвы по 350 г, состоящие из агрегатов 2—Змм с тщательно отобранными корешками, помещали в стаканы. Повторность двукратная, В каждый стакан на все время опыта устанавливали по 2 платиновых электрода. По схеме опыта измерение ОВП проводили через 5 дней компостирования при 60% влажности от ПВ, на 4-, 10-, 1в-, 39- и 45-й день избыточного увлажнения и далее после слива воды в процессе высушивания. Полученные 6

Імпм рммаммия m мимиммт-вмсммаимлммм <у»>рит« «мк» пм

700 «00 wo

I

roo

too

Ґ-------

À 400

у y

•00

гоо 9

мрмоимпммш' ИЦІІІМСІМ1

EU

V'

по

MO

***to S I j t'. oil і »■ 10"»

.аггт^гтгт

«••fwnièu ам#мч«ннЛ

•—'~pMdUMmM Iii 7»«*HIÍÉHMi<» 1>г —— -Л ---P*lta»l«at1 ;S0

«¿S?«. лЩк*

ТОО ft- —^

MO

MO <-------

400

800

гоо M

л

ОВП почв лри различных показателях влажности (мз)

от ПВ Избыточное увлажнение при определении Сроки наблюдения после начала вы суш и ванн и

Почва Дня

5 4 ГО 13 39 45 | 16 10 25 36 51

Дерново-подзолиста я, учхоз * Михайловское»...... 499 31 —20 —! 15 -197 -230 161 344 467 406 нет ЭДС

Серая лесная........ 661 356 292 ¡70 —162 -172 442 312 60! 632

Чернозем выщелоченный, учхоз , «Муммовекое»....... 714 363 273 210 -32 —32 498 639 710 718 »

Чернозем выщелоченный, учхоз им, Калинина....... 760 441 352 293 10Э 92 739 754 772 771 *

Чернозем типичный, учхог им. Ка-Л1гника..... . , 718 433 371 355 75 95 681 603 726 743 »

Темно-каштановая...... 5ЭЗ 43-1 378 306 -133 -158 576 ей 633 663

данные позволили выявить различия в скорости установления устойчивых восстановительных условий при создании анаэробного режима в разных почвах (табл. 2).

В черноземных и каштановых почвад ОВ потенциал снижался очень медленно, что говорит об их высокой буферности. Лишь на 39-й день избыточного увлажнения в этих почвах потенциал снизился в зону устойчивых восстановительных условий и составил в черноземах выщелоченных 32 мв и 109 мв, в черноземе типичном — 75 мв. В дерново-подзолистых почвах, генезис которых связан с явлениями временного избыточного увлажнения, в условиях искусственного затопления восстановительные процессы развиваются относительно быстро. При подсушивании наибольшая скорость восстановления потенциала была в черноземных почвах и наименьшая—в дерново-подзолистой почве.

Мобильность форм некоторых минеральных компонентов, количественное нх содержание, а также мобильность органического вещества, как показали лабораторные исследования, влияют на окислительно-восстановительный режим и ОВ буферность почв.

В природных условиях содержание и состав этих компонентов в большой степени определяются гидротермическнм режимом в почве и, в частности, развитием явлений временного избыточного увлажнения. Экспериментально это положение рассмотрено ъ лабораторном опыте 3.

Образцы гумусовых горизонтов дерНОВО-'ПОДЗОЛистой почвы и чернозема обыкновенного компостировали при комнатной температуре в течение 2 циклов при чередовании 30-дневного избыточного увлажнения с последующим иссушением образцов до потери почвой ЭДС.

В опыте определяли : ОВП, рН водной суспензии, закисиое и окисное железо, подвижный марганец, нитратный и аммиачный азот, влажность, ОВП определяли в 6-кратной повтор-ности, все остальные показатели—в 8-кратной повторности. Через 30 дней избыточного ■увлажнения и при полном иссушении почв в каждом цикле проводили определение общей численности аэробных и анаэробных микроорганизмов.

Результаты опыта показали, что прн избыточном увлажнении в почвах развиваются восстановительные процессы и более ярко они выражены в дерново-подзолистой почве, где уже на 18-й день компостирования ОВП снизился до —28 мв (табл. 3). Чернозем обыкновенный более консервативен к возникновению восстановительных процессов. При повторном избыточном увлажнении почв условия анаэробиоза проявляются более резко, и при этом величина ОВП характеризовалась более низкими значениями. Эти же явления наблюдали и другие исследователи (Ярков, 1961; Кауричев, 1965; Смирнова, 1966 и др.).

Динамика ОВП при попеременном избыточном увлажнении и высушивании почв

I цикл П цикл

Почва 60% ПВ избыточное увлажнение высушивание избыточное увлажнение высушивание

' Дни

• 5 18 32 17 38 69 10 30 17 35 50

Дерново-подзолиста я ..... 42Ь -28 —144 —198 412 Нет ЭДС 219 -69 —145 547 Нег ЭДС

Чернозем обыкновенный .... 455 199 118 166 373 713 345 —31 -10 668 Нет ЭДС

•а

Таблица 4

Динамика подвижных форм окнсиого и записного железа (мг/100 г почвы) к аммиачного и нитратного азота (мг/кг почвы)

60% от ПВ Избыточное увлажнение Высушивание Избыточное увлажнение Высушивание

Почва Дни

5 1В 32 17 за 69 10 30 17 35 50

ГеО

ЯеА

Дерново-подзолистая..... 159 5.00 74,38 129,77 54,61 19.06 15,84 59.04 101,13 26.01 13.55

15,10 16.56 1,87 5,59 36.46 37£1 42,03 21.88 12.08 29.73 36,85

Чернозем обыкновенный .... 1.30 2.69 40,21 75.81 3,Г6 1,99 0,58 11,20 18,76 4,41 1,67

1,18 1.70 0,06 N-N11 0,70 2.30 1*35 5,54 2,01 1.47 3,06 0.00

N-N0

Дер ново-по дзолнстэ я , . , 16.3 31.0 38,3 42,6 22.3 27,0 33.8 16.0 26,5 6Й 21.0

47.0 27,4 18,1 32,6 94,0 73,0 10.7 14,5 27,3 28.9 24.9

Чернозем обыкновенный .... 5,0 13,3 18.4 3.2 1,7 13.9 10,3 15.2 Следы 1.9 43,3

40.2 35,7 8.6 12,7 91.6 128,6 13.9 12,0 18,3 53.6

О степени выраженности буфер но сти почв можно судить не только по величине потенциала, но и по образованию восстановленных соединений и, в частности, закнсного железа и аммиачного азота (табл. 4).

При затоплении наибольшее количество зашсного железа образовалось в дерново-подзолистой почве и с удлинением времени пребывания почвы в условиях анаэробиоза его количество резко увеличивается. В черноземе обыкновенном количество ИеО было гораздо меньше. Аналогичная закономерность была отмечена в опыте № 2, который также показал, что наименьшей буфер н остью, максимальной скоростью развития восстановительных процессов, характеризуются дерново-подзолистые почвы; в них уже через сутки затопления было отмечено образование Ре О, тогда как в черноземах РеО образовалось лишь на 14-й день.

После слива воды в первый период времени влажность почв остается еще достаточно высокой, поэтому восстановительные процессы продолжали развиваться, что выразилось ■в снижении ОВП и увеличении содержания за кислого железа и аммиачного азота. При повторном затоплении -почв направленность восстановительных процессов была прежней, но абсолютное содержание восстановленных соединений было несколько ниже, чем в I цикле, что, по-видимому, вызвано отрицательным действием большого количества восстановленных соединений на жизнедеятельность .почвенных микроорганизмов.

Данные динамики рН показали, что в анаэробных условиях активная кислотность почв уменьшается, в аэробных — увеличивается.

Полученные данные по микрофлоре свидетельствуют об уменьшении численности аэробных и возрастании анаэробных микроорганизмов при избыточном увлажнении почв. В дерново-подзолистой почве при избыточном увлажнении преобладали масляшжислые бактерии рода Оо2(пс1шт, участвующие в разложении свежих растительных остатков, богатых легкодоступными органическими соединениями. В минерализации гумуса они не принимают участия (Лазарев, 1949; Емцев, 1968), Ацетон »бутиловые бактерии в наибольшем количестве были ^представлены в черноземе обыкновенном, в составе органического вещества которого значительное место занимают прочносвязанные более конденсированные соединения. При полном иссушении почв численность анаэробных микроорганизмов снизилась почти до нуля, а ^количество аэробных бактерий резко ВОЗРОСЛО,

Более детальное изучение влияния условий гидротермического режима на проявление ОВ буферности было проведено на образцах почв, взятых в генетическом ряду по их степени гидроморфности.

И

Лабораторный опыт 4. В опыте использовались образцы гумусо-аккумулятивных горизонтов дер ново-подзолистых почв разной степени гидроморфности Рузского мелиоративного поч-венно-гидрологического стационара Института Росгипроводхоз (Московская обл.) и Лесной дачи ТСХА. Образцы увлажняли Т10 вариантам опыта на 60%, 80% и 100% от полной влагоем-кости.

При оптимальном увлажнении (60% ПВ) почв ОВ потенциал в течение всего периода компостирования оставался на одном и том же уровне.

При 80% увлажнении от ПВ потенциал падал во всех почвах, но гораздо медленнее, чем при увлаж-нении до полной вла-гоемкости. Лишь на 42-й день компостирования потенциал снизился в зону устойчивых восстановительных процессов в почвах, подвергавшихся в природных условиях временному избыточному увлажнению. О меньшей буферное™ гндроморфных почв к изменению ОВП в сторону восстановительных процессов говорят также данные потенциала при увлажнении почв до полной влагоемкостн. Уже на 10-й день компостирования в гидроморфных почвах отмечается падение ОВП в зону анаэробиоза. Автоморфные почвы характеризовались меньшей скоростью 'падения потенциала 'при влажности 100% ПВ, что говорит об их большей буферное™ к развитию восстановительных процессов.

Одним из компонентов состава почв, влияющим на динамику их ОВ режима, являются несилнкаткые полуторные окислы железа. Содержание и особенно степень гидратации гидроокислов железа, определяющая их растворимость, характеризуют возможность образования в почве мобильной ОВ системы Ре3+. Можно 'Полагать, что накопление в почве сильно-гидратированных полуторных окислов железа является одной из причин низкой ОВ буферное™ гидроморфных почв. По мере кристаллизации растворимость таких соединений железа снижается, а следовательно, изменяется и способность железа к восстановлению, т. е, изменяется способность окислов железа влиять на динамику ОВП 'И о к исл ите л ь н о - в осета н ов ите л ь-ную буферное«» почв. В результате старения гель железа постепенно'Приобретает кристаллическое строение и превращается в смесь г-идрогетнта и гидрогематита (Горбунов, Цюрупа, Шурыгин а, 1952; Шурыгина, 1958). Влияние степени гидратации железа на окислительно-восстановительную буферность изучалось в лабораторном опыте 6. Препарат гидроокиси железа, высушенный при температуре 15—20°, 40°, 105°, 400е, смешивали с чистым кварцевым песком, отмытым от железа, и заливали 10% раствором сахарозы избыточно, Повторность двукратная. Компостирование проводили при комнатной температуре.

Таблнца5

Влияние степени гидратации железа на ОВ-услоеня (ЕЬ в мэ)

№ Вариант Сроки измерений, дни

3 6 20 | 23 | 28 35 44

1 Контроль —песок ...... 688±47 582±16 599±22 595± 19 564 ±29 600±17 603± 17

И Песок+РеЛ 1в__ 630 ±¡5 553±48 282 ±42 346 ±75 147±49 —278±10 - -276 ±9

III Песок+РегОз^ц. 633±9 434 ±47 420 ±6 365 ±9 12±12 - 9±10 -267±8

IV Песок+РегОз1в5. 629 ±20 562 ±53 427±61 352 ±42 277 ±16 7±19 —275+1

V Песок+Ре;(054да. 557±18 507±37 572 ±2 580± 12 529±26 561 ±22 548 + 26

Данные таблицы 5 показывают снижение потенциалов в контрольном варианте в первые 3 дня, а затем потенциал был более или менее постоянный. Максимальные изменения ОВП отмечены в вариантах II и Ш. Просушивание гидроокиси железа при 105° вызвало 'частичную кристаллизацию исходного продукта, растворимость препарата заметно снижается (Келлерман, Цюрупа, 1965). Но уже на 35-й день компостирования наступили устойчивые восстановительные условия, что говорит о возможности высвобождения железа яри наличии органического вещества из гидроокисей железа, слабоокрнстал-лизованных.

При дальнейшем повышении температуры просушивания гидроокиси железа до 400° происходит кристаллизация геля железа, в силу чего резко уменьшается его растворимость и способность к восстановлению, а следовательно, и снижается его влияние на изменение ОВП1 Результаты модельного опыта показали, что на ОВ буферность почв в значительной степени оказывает влияние содержание несиликатных форм железа и степень их подвижности в почве. Условия почвообразования, способствующие накоплению в почвах высокогидратированных форм гидроокиси железа, будут снижать ее буферность к развитию восстановительных процессов и, наоборот, условия, способствующие накоплению о кристаллизованных форм железа, способствуют повышению буферкости таких почв к развитию зосстановительных процессов.

Характеристика окислительно-восстановительной буфер-ностн почв по данным динамики ОВП и факторов, его определяющих, В таежно-лесной зоне соотношение осадков, температура и испарение складываются таким образом, что в почве весной и осенью могут создаваться условия временного избыточного увлажнения. Избыток влаги в почве при наличии органического вещества и при соответствующих условиях температуры способствует возникновению анаэробных процессов.

В 1974 г. нами были проведены наблюдения за динамикой ОВ состояния почв разной степени тидроморфности. Краткие результаты исследований представлены в таблицах 6 и 7. Статистическая обработка результатов показала достаточную достоверность данных. Характерной особенностью ОВ состояния изучаемых почв является го'сподство аэробных условий в почвах нормального увлажнения (площадки 1,4), о чем свидетельствуют высокий ОВ потенциал (534—759 мв) и присутствие за-кисных форм железа в незначительных количествах. С динамикой ОВП тесно связана также динамика минеральных форм азота. В автоморфных почвах в течение всего периода исследований нитратные формы азота преобладали над аммиачными. По мере уменьшения влажности и повышения температуры, вследствие повышения биологической активности почв,со-14

держание нитратного азота возрастало. Содержание аммиачного азота в этих почвах было очень низким и колебалось о пределах 0,04—1,79 мг/ЮО г почвы.

Таблица 6

Динамика окислительно-восстановительного потенциала (о числителе — ОВП в мв, в знаменателе гН)

Площадка. Літ Дати

29/ІУ 4/У ИЛ' 14/У 21/У 23,'V 29/У 3/УІ 10/УІ

Площадка № 1 Плошадка Л'а 2 ' Пі.оіііадка .N'9 3 Площадка » 4 65!} 629 667 759 744 687 565 531 534

32,6 350 30.2 400 34,2 439 - 25,2 248 37,2 415 36.8 ■ 466 34.6 493 30.8 515 28,2 293 30.8 466 26.1 271 29.2 390

23,0 193 23,5 244 24,9 270 26,6 221 27.1 212 . 20.2 683 23,2 250

19,4 543 20.7 350 21.1 645 22.1 636 20.2 724 23.3 679 21,9 668 21,6 663 35.5

31,э 30.6 34.7 34,6 38,1 Э6,4 36,6 35.5

Дерново-подзолистые глееватые почвы (площадки 2 и 3) почти весь период наблюдений (апрель—июнь) были избыточно увлажнены, вследствие чего ОВП был очень низкий, гН колебался в пределах 23,0—28,0 — площадка 2, 19,4—23,3 — площадка 3, что говорит о наличии в почве анаэробиоза.

Та.бл к ца 7

Динамика окисного и закисного железа (мг/100 г почвы) в дерново-подзолистых и дер ново-подзолистых глееватых почвах

Даты

Площадка, № 29/IV 4/У И/У 14/У 21/У 23/У 29/У 3/УІ | 10/VI

№ 1 31.49 54,46 39,25 29.72 42,46 41.03 49.44 40.52 59.92

18,56 16,23 20,47 9.97 11.12 10.58 21,05 7.16 9,55

К» 2 137,44 76.02 42,71 18,31 37,40 30.21 19.24 20.45 9,53

237,51 284,72 106.18 239.78 161.93 157.42 1Э2ч6С2 97,07 102.55

№ 3 10,62 5.36 8.71 7,30 4.09 2.24 7,60 11.68 11.51

235.03 255,06 261.26 297.ЭТ 235.66 221.79 259.06 415,80 425.35

№ 4 19.85 33.16 2,97 27,21 20,8і 1_ 29.17 46.37 50,66 44.07

6,68 3,35 4.05 Следы 1.25 1.55 3,78 3,16 4.57

В числителе — РєіОз, в знаменателе — РеО.

(!) степени развития окислительно-восстановительных процессов можно судить также по содержанию подвижных двух-н трехвалентных форм железа. В дерново-подзолистых глеева-тых почвах в течение всего периода наблюдений отмечалось большое количество РеО. По мере спада воды (площадка 3) происходило усиление аэрации и количество записного железа несколько снижалось, но оставалось на высоком уровне (102,56 мт/100 почвы). Площадка 3 весь период находилась под водой и с повышением температуры происходило усиление восстановительных процессов, что сопровождалось образованием закисного железа и аммиачного азота в больших количествах.

Данные динамики рН показали, что-пахотные автоморфные почвы (пл. 4) и гидроморфные (пл. 3) в течение всего периода наблюдений имели слабокислую реакцию среды, близкую к нейтральной. Целинные почвы (пл. I, 2) имели кислую реакцию среды, рН 'изменялся незначительно.

4. Характеристика окислительно-восстановительной буферной емкости почв

Проявление окислительно-восстановительных процессов и окислительно-восстановительная буферная емкость различных почв неодинаковы, связаны с генетическими особенностями почв и определяются свойствами самой почвы (количеством и качественным составом органического вещества, содержанием и формами минеральных соединений, образующих в почве окислительно-восстановительные системы и др.). Кате показали результаты модельных опытов 1—3, наибольшей буферностью к развитию восстановительных 'процессов обладали черноземные почвы и наименьшей — дерново-подзолистые почвы. Непосредственно с ОВ буферностью лочв связана их буферная емкость.

Лабораторные исследования показали, что черноземным почвам свойственна наименьшая скорость изменения потенциала при изменении влияния воздействующих факторов {влажности, температуры), что говорит об их высокой буфер-ности. Результаты определения окислительно-восстановительной буферной емкости также показали, что максимальной буферной емкостью обладают черноземные и каштановые почвы. Д е рнов о нп од з о ли ст ые почвы, характеризующиеся низким содержанием органических веществ, в 'качественном составе которого преобладают фульвокислоты над гуминовыми кислотами, повышенным содержанием подвижных соединений железа и марганца, наличием большого количества воднорастворимых органических веществ кислого характера, обладают наименьшей буферной емкостью. Засоленные почвы по величине буфер-

ной емкости занимают промежуточное положение между черноземными и дерново-подзолистыми почвами. Однако и среди засоленных почв существует различие в ОВ буферной емкости. Солодь обладает гораздо большей буферной емкостью в окислительном интервале, чем дерново-подзолистые почвы, и больше, чем солонцы и солончаки, что обусловлено генетическими свойствами почв.

Избыточное увлажнение почв в течение 30 дней, приводящее к развитию восстановительных процессов, способствует накоплению в почвах большого 'количества восстановленных соединений, активных форм воднорастворгемых органических веществ, образованию подвижных комплексных органо-мине-ральных соединений, приводит к увеличению буферной емкости почв как в окислительном, так и в восстановительном интервалах. С повышением температуры компостирования почв в условиях избыточного увлажнения до 30—40° происходило увеличение буферной емкости, что связано с усилением развития окислительно-восстановительных процессов.

Выводы

1. В качестве титрантов при определении окислительно-восстановительной буферной емкости почв могут быть использованы железосинеродистый и железистосинеродистый калий, КаСггО;, ЗпС12, гндроксиламин, Однако при использовании многих реагентов (КаСггО?, БпСЬ, гндроксиламин и др.) в качестве окислителей или восстановителей необходимо учитывать реакцию среды, так как последняя в значительной степени определяет их потенциал.

2. Основные условия проведения п о тенц и омет рическог о титрования при определении ОВ буферной емкости почв следующие: отношение почва — вода 1 :4, температура 18—20°, титрование с катодной поляризацией платинового электрода после каждой 'повторности при времени установления сорбционного равновесия 5 минут.

3. Величина окислительно-восстановительной буферной емкости почв пр'н титровании разными реагентами неодинакова, однако расположение почв в ряд по величине буферной емкости не нарушается.

4. Данные определения буферной емкости генетического ряда почв — дерново-подзолистых, серых лесных, черноземных, каштановых, засоленных — показали, что наибольшей буферной емкостью обладают черноземные и каштановые почвы. Дерново-подзолистые почвы, имеющие фульватный состав гумуса, содержащие большое количество воднорастворимых органических веществ, отличающиеся повышенным содержанием подвижных минеральных компонентов и, властности, не-

силикатных форм железа, имеют незначительную буферную емкость. Компостирование почв в условиях избыточного увлажнения, приводящее к изменению как минеральной, так и органической части почвы, увеличивает буферную емкость почв.

5-. При равных условиях увлажнения, аэрации, температуры и т. д. в развитии окислительно-восстановительных процессов и ОБ буферности большое значение имеют генетические особенности почвы (содержание и состав органического вещества, мобильность минеральных компонентов и их количественное содержание). Изученный ряд почв по их ОВ буфер-ности к возникновению ОВ процессов показал, что наибольшей буфер ноет ью обладают черноземные почвы и минимальной — дерново-подзолистые почвы.

6. Процессы оглеения и последующего высушивания почв приводят к 'резкому изменению ОВ состояния ПО1®. При затоплении образцов ■ наблюдается резкое падение ОВ потенциала и образуются растворимые соединения закиси железа, большое количество аммиачного азота. В период избыточного увлажнения :почв резко уменьшается количество аэробных микроорганизмов 'И увеличивается численность анаэробных микроорганизмов.

При высушивании почв увеличивается аэрация и, как следствие, возрастает содержание окисного железа, образуется значительное количество нитратного азота, резко падает количество анаэробных микроорганизмов и возрастает количество аэробных бактерий.

7. Почвы, генезис которых связан с явлениями избыточного увлажнения, характеризуются меньшей буферностью к изменению окислительно-восстановительных условий при искусственном переувлажнении по сравнению с автоморфными почвами.

8. Модельные опыты по изучению влияния степени гидратации железа на ОВ процессы и ОВ буфера ость почв показали, что чем более гидратирована гидроокись железа, тем меньшей буферностью обладает данная почва и наоборот.

9. Данные полевых исследований, динамики ОВ процессов показали резкое различие 'между почвами нормального и временного избыточного увлажнения.

Временное избыточное увлажнение почв оказывает существенное влияние на динамику окислительно-воостановитель-ных процессов, характер превращения минеральных соединений в почвах. В течение всего периода наблюдений (апрель— июнь) почвы площадок 2 и 3 испытывали избыточное увлажнение, вследствие чего потенциал был низким, в почвах накапливалось большое количество подвижных форм железа, аммиачного азота. _______.., ,

Почвы нормального увлажнения характеризовались относительно выровненной динамикой ОВП при высоких его значениях.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Окислительно-восстановительная буферность почв. Известия ТСХА, вып. 2, 1974 (в соавторстве).

2. Материалы диссертации доложены на декабрьской научной конференции ТСХА, 1973.

Объем 11и п. л.

Заказ 267.

Тираж 150

Типография Московской с.-х. академии им. К. А, Тимирязева 125008, Москва А-8, Тимирязевская ул., 44