Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНАЯ ЕМКОСТЬ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ, ЧЕРНОЗЕМНЫХ И ТОРФЯНЫХ ПОЧВ РАЗНОЙ СТЕПЕНИ УВЛАЖНЕНИЯ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНАЯ ЕМКОСТЬ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ, ЧЕРНОЗЕМНЫХ И ТОРФЯНЫХ ПОЧВ РАЗНОЙ СТЕПЕНИ УВЛАЖНЕНИЯ"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

г/ г,*

На правах рукописи ЯКОВЛЕВА Надежда Николаевна

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНАЯ ЕМКОСТЬ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ, ЧЕРНОЗЕМНЫХ И ТОРФЯНЫХ ПОЧВ РАЗНОЙ СТЕПЕНИ УВЛАЖНЕНИЯ

(Специальность 06.01.03 — почвоведение)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА — 1982

Работа выполнена на кафедре почвоведения Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева.

Научные руководители:

доктор химических наук, профессор М. Р. Тарасевич, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент'В. И. Савич.

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, ст. научн. сотрудник Г. А. Богда-новский,

кандидат биологических наук, ст. научн. сотрудник В. А. Большаков.

Ведущее предприятие — Белорусская сельскохозяйственная академия.

Защита состоится « 10 »" _ 1982 г.

в « 13» час, на заседании Специализированного совета К 120,35,01 в Московской сельскохозяйственной академии им, К. А. Тимирязева,

Адрес: 127550, Москва И-550, ул. Тимирязевская, 49. Сектор защиты диссертаций ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан « О »

1982 г.

Ученый секретарь Специализированного гпйртя доцент

Н. А. Гончарова

Актуальность темы. Повышение эффективности сельскохозяйственного производства невозможно без интенсивной химизации и мелиорации почв. Для правильного проведения этих .мероприятий необходимо детальное знание свойств почв и возможности их изменения в процессе сельскохозяйственного использования. Одним из составных параметров детальной характеристики состояния почв является оценка их по окислн-.тельно-восстановительному состоянию. Буферные свойства почв в окислительно-восстановительном (ОВ) интервале яв-.ляются характеристическими для почв разной степени гидро-.морфностн, определяют возможность осушения к орошения -почв. Важное значение имеет определение окислительно-восстановительных (ОВ) буферных свойств и степени гидро-морфности в полевых условиях. Разработка этого вопроса позволит уточнить классификацию почв, детализировать оценку лочп по степени гидроморфности, установить градации свойств .почв по ОВ параметрам,

Цель и задачи исследования. Целью данной работы яви-.лось изучение'ОВ свойств дерново-подзолистых, черноземных ,и торфяных, почв разной степени увлажнения. В соответствии с целью исследований были поставлены следующие задачи:

1. Разработка методики определения ОВ емкости почв с .использованием потен цибстатп чес кой кулонометриц на электродах из почвенно-угольной пасты.

2. Разработка методики определения ОВ емкости почв с использованием вольтамперометрии на вращающемся дисковом электроде.

3. Изучение адсорбции органических веществ на платини. рованном электроде.

4. Оценка ОВ емкости и зависимости тока от потенциала 1Л ==! (Е) для основных типов почв.

5. Установление возможности использования зависимости Л = 1 (Е) для оценки степени гидроморфности почв.

6. Установление принципиальной возможности электрохимической мелиорации избыточный увлажненных почв.

Научная новизна. В результате выполнения работы впервые в почвоведении были пазпаботаны методики электрохи-

Мичсского определения ОВ емкости с «¿пользованием ластовых угольных и вращающихся дисковых электродов. Установлена возможность применения мнкровертикального электрического зондировании для выделения почв разной степени гидроморфности в таежпо-лесной зоне. Установлена принципиальная возможность электрохимической мелиорации избыточно увлажненных ночи.

Практическая ценность работы. Полученные впервые экспериментальные данные об ОВ емкости различных типов почв Н031ЮЛНЮТ оценить динамику потенциала и параметров с ним взаимосвязанных при затоплении почв, при орошении и осушении. Разработанные методики нолевой оценки степени гидроморфности, электрохимической мелиорации избыточно увлажненных почв рекомендуются после технологической доработки к испытанию в производственных условиях.

Апробация работы. Материалы работы докладывались на научной конференции ТСХЛ в 1981 году.

Публикации работы. Основное содержание работы опубликовано в 6 статьях.

. Объем работы. Диссертационная работа содержит 174 страницы машинописного текста, 30 таблиц, 18 графиков и рисунков. Список использованной литературы включает !14 работ отечественных и зарубежных авторов.

Литературный обзор

Различные типы почв обладают,'неодинаковой способностью противостоять изменению окислительно-восстановительного ' потенциала при изменении внешних условий (Зы-рин Н. Г., Орлов Д. е.; 1964; Гречин И. П., 1965; Каури-чев И. С., 1965; Нгуеи Ви, 1968; Зайдельман Ф. Р., 1969; Та-рарина Л. Ф., 1971). Возможность изменения ОВ состояния почвы в значительной степени может быть оценена по ее ОВ буферности и буферной емкости (Кауричев И. С., Латфули-на'Г. Г., Савнч В. И., 1974). Среди обширной литературы, по--свяшенной изучению ОВ состояния почв, сведений по данному вопросу весьма немного.

В настоящее время разработаны н применяются методики химического определения емкости ОВ систем, фракционного состава ОВ систем {Савич В. И., 1977; Савич В. И., Дра-маи К- Кольгманова Л. Л„ 1978; Габбасова И. Л1., Савич В, И., 1978; Савич В. И„ Кауричев И. С., Латфулина Г. Г., 1980; Савнч В. И., Колыманова Л. А., Самозван Н. М., 1980). Однако авторы указывают, что недостатком химических методов является возможная селективность отдельных реагентов к функциональным группам почвенно-логлощающего комплекса.

Комплексная оценка ОВ состояния по факторам емкости, ■ интенсивности, кинетики, мобильности, буферным свойствам

почв, гистерезису в настоящее время не проводится. Можно указать только работу Драман К. (1979), в которой использованы некоторые параметры комплексной оценки ОВ состояния.

Таким образом, исследование ОВ буферных свойств почв проводится еше недостаточно широко и детально, В то же время в связи с широким развитием мелиорации и усилением .химизации сельскохозяйственного производства требования к детализации ОВ состояния возрастают. Изучению ОВ свойств различных почв и разработке новых методов определения ОВ емкости почв и посвящена данная работа.

.Объекты исследования

В качестве объектов исследования были выбраны почвы, резко отличающиеся по генезису и свойствам. Дерново-подзо-лпстая слабоглееватая среднесугл пниста я почва на покровных суглинках кз учхоза* «Михайловское» Московской области. Центральная таежно-лесная область, южно-таежная подзона: Чернозем выщелоченный среднемощный тяжелосуглинистый на карбонатном суглинке из учхоза «Муммовское» Саратовской области. Центральная лесостепная и степная область, лесостепная зона. Черноземно-луговая среднем ощн а я тяжелосуг-' лнннстая на аллювиальных отложениях из совхоза «Красное» Краснодарского края. Центральная лесостепная и степная область, стенная зона. Перегнойно-торфяная древесная маломощная почва поймы реки Яхромы. Центральная таежио-лес-ная область, южно-таежная подзона.

Методика исследования

В работе были проведены лабораторные исследования, модельные опыты без выращивания и с выращиванием растений, •полевые исследования.

Физико-химические и агрохимические свойства почв изучались по общепринятым методикам (Лринушкина Е. В., 1961; Зырин Н. Г., Орлов Д. С., 1964).

Фракционный состав ОВ систем почв химическими методами определялся по методике Савнча В. И., Колымановой Л. Л. (1979). Для определения ОВ буферной емкости почв и фракционного состава ОВ систем применены следующие методы.

Метод потенциостатической кулопометрин на элетродах ■ из ночвенно-угольной пасты использовали для определения количества окисленных (восстановленных) веществ в почвах. Вольтамперометрию на вращающемся дисковом электроде применили для выяснення роли минеральных компонентов .почвы в ее .ОВ, .буферности. С помощью .электрохимических

методов были получены зависимости тока от потенциала и потенциала от времени при постоянной силе тока, которые послужили основой для разработки полевых методов определения степени гндроморфности почв,

В соответствии с поставленными целями исследования было заложено 10 модельных опытов для выяснения следующих вопросов: I) оценка изменения электрохимических свойств почв при их избыточном увлажнении; 2) влияние химических регуляторов ОВ состояния на ЕЬ почв и рост сельскохозяйственных культур; 3) влияние электрохимической мелиорации почв на их свойства и рост сельскохозяйственных культур.

Полевые исследования состояли: 1) в определении зависимости Л = Г (Е) для подзолистых почв Архангельской области п торфяных почв 1Московской области; 2) в проведении вертикального электрического зондирования по методике, предложенной Хмелсвскнм В. К. (1964). Анализы выполнялись в 3—8 повторностях. Относительная ошибка данных, используемых для выводов, не превышает 10%. Оценка достоверности данных проводилась по критерию Фишера (Дмитриев Е. Л., 1972).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 1. ОВ СВОЙСТВА ПОЧВ

1. 1. ОВ емкость почв, определенная методом окередмет-рии.

ОВ емкость может быть определена химическими и электрохимическими методами. При разном окислительно-восста-.новнтельном потенциале (ЕЬ) и разном значении рН среды окисляются (восстанавливаются) определенные функциональные группы почвенного поглощающего комплекса. Определение количества окисленных и восстановленных веществ в почве проводится путем титрования суспензии почвы различными окислителями и восстановителями. Если подобрать реагенты с разным ЕЬ среды, то можно определить количество компонентов ППК различной легкости окисления и восстановления, т. е.*определить фракционный состав ОВ систем почвы.

С нашей точки зрения определение ОВ емкости химическими методами обладает тем недостатком, что отдельные тит-:ранты могут быть селективны к определенным функциональным группам ППК; титрование проводится при очень жестких условиях рН и Е1], которые не могут наблюдаться в почве. В связи с этим мы ограничились определением ОВ емкости ; методом окередметрии только для черноземно-луговой почвы.

Полученные данные свидетельствуют о большой ОВ емкости чернозем но-луговой почвы в восстановительном интервале. Количество соединений, окисляемых 0,4 н КгСггОг, составляет 727 мг-экв на 100 г почвы.

1.2. Определение ОВ емкости почв с использованием по-тенциостатнческой кулонометрии на электродах из почвелно-уголыюй пасты.

Одним из возможных электрохимических методов определения ОВ емкости почв является метод.потенциостатнческой кулонометрии на электродах из поч пенно-угольной пасты. Для исследования почв этот метод ранее не применялся. Сущность метода состоит в том, что почва вводится в состав угольного пастового электрода к при определенном потенциале, подаваемом на электрод, проводится окисление (восстановление) компонентов почвы. О содержании окисляющихся (восстанавливающихся) веществ судят по количеству электричества, пошедшего на окисление (восстановление).

Таблица 1

ОВ емкость различных почв

Почва Количество соединенно, мг-экв на >100 г почвы

поестанавлнва-юшихся при ЕнД В окисляющихся при ЕнД В

—0.3 0,0 +0,7 +1,0

Дер но во-подзол нега я..... 0,60 0,30 о.ю 0,20

Чернозем выщелоченный .... 1,10 0,50 0,20 0,70

Перегнойно-горфяная..... 6,30 не олр. не опр. 2,60

Ч є р н о зс шю-луго вая затопляемая 1.20 0.80 0,-10 1,90

Черноэ см но-луговая незатопляе- 1,80 1,40

МЭЯ 6,80 0,30

Красиозсм......... не опр. М 0 0,20 0,60 •

Ферралитная........ не опр. 1.00 0,30 1,20

0,80 0,20 0,20 0,30

» освоенная р 3 АПві ... 0,90 0,30 0.20 0,80

» » р 7 Aniiff . • 1,50 1,10 0,10 0,50

С помощью разработанной нами методики был определен фракционный состав ОВ систем в сухих н свежих образцах почв. В таблице 1 представлены данные но определению фракционного состава ОВ систем методом потенцностатиче-ской кулонометрии на электродах из почвенно-угольной пасты в судих образцах почв.

Как видно пз представленных данных, .разные типы почв

отличаются количеством окисляющихся (восстанавливающихся) веществ. При более высоком значении Енг0 * окисляется большее количество веществ и соответственно при более низком значении Еиа0 восстанавливается большее количество веществ. Наибольшее количество восстановленных и окисленных веществ содержат черноземно-луговая и перегнойио-торфяная почвы, наименьшее —дерново-подзолистая и подзолистая почвы.

Следует отметить, что количество окисляющихся (восстанавливающихся) веществ будет иным при использовании других фоновых электролитов, являющихся донорами или акцепторами водорода и зависит от времени реакции. Количество окисляющихся веществ, рассчитанное этим методом, близко к данным, полученным при окислении почв Кз[Ре(СМ)в] в методе потеншюметрического титрования.

В то же время количество трудноокисляемых и восстанавливаемых веществ, определенное химическими методами, н данных почвах выше, чем при определении электрохимическими методами. Это соответствует теоретическим представлениям и обусловлено протеканием при титровании .химических реакций и более легким окислением (восстановлением) при наличии акцептора или донора протонов.

Разработанный нами метод определения ОВ емкости почв обладает по сравнению с традиционными химическими методами рядом преимуществ. Можно проводить окисление (восстановление) при строго заданной величине ЕЬ, в строго заданных условиях среды (рН, ионной силы, протонодоиорных и протоноакцепторных свойствах растворителя). При использовании угольного настового электрода мы проводим-окисление (восстановление) в твердой фазе почвы, отпадает операция приготовления вытяжек или суспензий, как в химических методах. .....

1,3. Определение окислительно-восстановительной буферной емкости почв с использованием вольтамперометрин на вращающемся дисковом электроде.. ! ! ..,..*

Главное достоинство вращающегося- дискового электрода заключается в том, что плотность -тока в любой точке диска имеет одно и то же значение. ДЛя'нЗучения почв такой электрод ранее не использовался. Мы применили метод вольтам-перометрии на вращающемся дисковом электроде для определения окислительно-восстановительной емкости почв. Компоненты почвы, переходящие в кислую вытяжку, окисляются и восстанавливаются но дисковом электроде.

Из неорганических компонентов почвы наибольшее значе-

* Здесь и далее все потенциалы приводятся относительно нормального водородного электрода в том же растворе (Пг) или стандартного водородного электрода (Енз").. 16

ние в ОВ буферностн имеют соединения железа и марганца, которые могут легко окисляться (восстанавливаться) при изменении внешних условий. Полученные нами данные позволяют считать, что ток, протекающий на вращающемся дисковом электроде в суспензиях почв, обусловлен в основном окислением и восстановлением подвижных соединений железа и марганца, перешедших в электролит из почвы.

Следовательно, с помощью метода вольтамперомётрнн на вращающемся дисковом электроде можно изучать ОВ буферную емкость почв, обусловленную ее минеральными компонентами. '

Таблица 2 Величины предельных катодных и анодных.токов-

Почва Ток (мкА) при Ег, В І пр. * а

1.2 02

. І пр. к

Черно им выщелоченный .... Чернозем выщелоченный прокален* ный........... Дерново-подзол и ста я..... Дерново-подзолистая прокаленная Перегнойно-торфяная..... Чернозем выщелоченный компостированный ......... Дер но во-под золистая компостированная .......... совпала 80 100 125 180 150 100 ет с фоновой 140 60 150 140 совпадает кр> 55 кривой 0,60 " 1,50 0,80 1,30 с фоновой (вой 1,80 ■

* I пр. а 71 пр. к. — отношение предельного анодного тока к предельному катодному току.

В таблице 2 сопоставлены значения катодного н анодного токов при концентрации почвы п ячейке 20 мг/мл. Величины предельных анодных, н катодных токов в суспензиях почв хорошо согласуются с содержанием железа и марганца в вытяжках из этих почв. Следовательно, по величине катодного тока можно, в первом приближении, судить о содержании в вытяжке соединений трехвалентного железа и марганца, а по величине анодного тока о содержании закисного железа и марганца. По величине катодного и анодного токов можно также судить об ОВ емкости почв, обусловленной неорганическими компонентами. Отношение предельного анодного тока к предельному катодному току дает нам представление о соотношении восстановленных и окисленных минеральных соединений почв. Так, наибольшее содержание восстановленных сое-

дннений характерно для дерново-подзолистой компостированной почвы, а наименьшее—для прокаленных чернозема и дер-ново-подзолнстой почвы (табл. 2).

1.4. Зависимость тока от потенциала и потенциала от времени (при постоянной силе тока) как характеристические параметры для отдельных типов почв.

Изучение зависимостей J = f(E) к Е = 1(т) при J = const (где J — ток; Е—потенциал; т — время) в твердой фазе почв ранее не проводилось. В то же время анализ таких зависимостей дает теоретическую основу для разработки полевых электрохимических методов оценки -степени гндроморфности почв, для электромелнорашш заболоченных почн, анодного окисления и катодного восстановления микрозон почв и парниковых грунтов.

Исследование зависимости тока от потенциала, подаваемого на рабочий электрод, было проведено на электродах из почвенйо-угольной пасты и в суспензии почв на дисковом вращающемся электроде. Вольтамперные кривые' дают нам информацию о наличии в почвах, соединений, окисляющихся (восстанавливающихся) при определенных потенциалах; кроме того, по величине тока окисления (восстановления) можно полуколнчественно оценить содержание этих веществ.

Обобщая результаты вольтамперометрнн на пастовом угольном и вращающемся дисковом -электродах, можно сделать вывод, что зависимость J = f(E) является характеристик ческой для отдельных типов почв. Зависимость Е = Г(т) при" J = const для изучаемых почв говорит о возможности увеличения окислительно-восстановительного потенциала почв путем анодного окисления.

1.5. ОВ емкость органических 'веществ почвы * и* возможность электрохимического определения гумуса.

Для изучения свойств органического вещества почв нами был использован метод потенциодинамических кривых заряжения на платинированном пирографитовом дисковом электроде в растворе ОД н K.Cl+0,1 н КОН рН>=12. Изучение адсорбции органических веществ почв на платинированных электродах ранее не проводилось.

В наших экспериментах мы не наблюдали процессов окисления (восстановления) органических веществ почвы. Это можно объяснить малой скоростью окисления и восстановления их, а также небольшой концентрацией органических веществ в вытяжке. В то же время, адсорбнруясь на электроде, органические вещества почв подавляют водородные и кислородные максимумы тока. Полученные нами данные свидетельствуют о том, что адсорбция их описывается изотермой Темкн-на, которая позволяет по величине поверхностной концентрации адсорбированного органического вещества определить его s

концентрацию в объеме. На этом основан метод определения органического вещества в природных водах, предложенный Левиной Г. Д. и др. (1978). На основании полученных нами данных представляется возможным использовать этот метод для электрохимического определения содержания гумуса в почвах.

II. ИЗМЕНЕНИЕ ОВ СВОЙСТВ ПОЧВ ПРИ ИЗБЫТОЧНОМ УВЛАЖНЕНИИ И ОКУЛЬТУРИВАНИИ

11.1. ОВ емкость почв разной степени гидроморфностн. Определение количества окисленных (восстановленных) веществ проводили методом нотенциостатнческой кулономет-рпн на электродах из почвеино-угольной пасты. В таблице 3 представлены данные об ОВ емкости почв, компостированных при различных условиях увлажнения (дерново-подзолистая почва и чернозем компостировались 7 суток, лугово-чернозем-ная 15 суток).

Как видно нз полученных данных, ОВ емкость чернозема, выщелоченного выше, чем дерново-подзолистой почпы. У почв, компостированных при избыточной влажности, восстанавливающихся соединений меньше, а окисляющихся больше, чем у почв, компостированных при оптимальной влажности. Это со-

Таблина 3'

ОВ емкость почв, компостированных при различных условиях увлажнения

Количество соединений,

мг-экв/100 г почвы

восстанавлива- л и МС4 Л 4 ЪЛТГТ МУРП

Почва ющихся при гиЩП Л С Л

Ен»°. В

—0,3 0,0 +0,7 +1,0

Чернозем выщелоченный

60% ПВ......... 0;-10 0,30 0,30 0,00

100% ПВ......... 1,20 1,10 0,20 0,00

Дер но п о * иод зол ист а я

60% ПВ......... 0,60 0,20 0,10 0,50

100% ПВ......... 0,10 0,10 0,20 0.60

Чернозем но-луговая незатопляем а я 0,00

00% ПВ......... 1,10 о,г.о 1,30

100% ПВ......... 0,80 0,20 0,50 1,50

Черно земно-луговая затопляемая

60% ПВ.......... 2,10 1,10 0,40 1,60

100% ПВ......... 0,60 0,50 0,70 1,й>

ответствует общепринятым теоретическим представлениям. Однако, как показали исследования, такая зависимость может наблюдаться не всегда.. Чернозем не, во всех интервалах ЕЬ обладает большей О В емкостью,- чем дерново-подзолистая почва (например при Ен2°= —0,3 В). В:последней почве может быть больше подвижных соединений: Ре, Мп, обуславливающих ОВ емкость в определенном интервале ЕЬ. При избыточном увлажнении: возможен, гидролиз органических соединений, повышение способности продуктов деструкции к восстановлению. В связи с этим'емкость в восстановительном интервале может быть большей и у почв, находящихся при из-, быточной влажности, что наблюдается в табл. 3 для чернозем авыщелоченного. ,

11.2; ОВ емкость почв разной степени окультуренности. Результаты исследований показали, что метод определения ОВ емкости с примененн'емпастовых угольных электродов'может быть рекомендовав для оценки • изменения ОБ систем почв при окультуривании.почв. По полученным данным чернозем-но-луговые почвы после длительного применения удобрений, по сравнению с вариантами без их применения, отличаются меньшей степенью окнсленностн, большей долей более быстро окисляемых и восстаиавливаемых вешёств. Среди окисляемых веществ в них меньше доля легкоокиеляемых, а в сумме восстанавливаемых— выше доля более легковосстанавливаемых.

• Н.З: ОВ емкость и динамика свойств почв. При сельскохозяйственном использовании избыточно увлажненных почв важно знать, с какой скоростью в . изучаемых почвах при их затоплении будут проявляться неблагоприятные для роста и развития сельскохозяйственных культур свойства, как изменяется подвижность тех элементов питания, которые могут находиться в различной степени окисленности, ■как оценить ОВ емкость и буферность почвы. Для разрешения этих; вопросов определяли О В емкость и изменение некоторых .свойств почв при затоплении. Полученные данные представлены в таблице 4.

"Из данных табл. 4 следует, что большее-количество в почве веществ, которые могут восстанавливаться, приводит к меньшей скорости, падения потенциала, . меньшей скорости уменьшения содержания в почве при компостировании в условиях' избыточной влажности" подвижных Ж)з~, Ре^Оз. Р2О5. Поэтому, зная ОВ емкость почв, можно В Первом приближении прогнозировать качественно изменение, содержания РеО, РегОз, 1ЯОз", Рг05 при избыточном увлажнении, ио

Таблица 4

ОБ емкость и динамика свойств почв

Величина параметра для перегной но-торфяной почвы

Определяемый; параметр пл. 11 пл. Ш

влажность. % ПВ

100 >100 100 >100

Количество веществ, восстанавливаемых при Ен^—0,3В; мг-экв/100 г . . . 6.3 3.3

ЛЕК „. ^ м В/с утки —22,1 —28,5 —22,8 —29,1

——мг/100 г сутки -0,06 -0,03 —0.07 -0.03

'ЛРеО : РегОз лг 0,10 1,32 0,20 1,52

лксь Л1 -2,8 -3,2 - —4,2 —1,3

III. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ов свойств ПОЧВ

Ш.1. Полевые методы определения степени гидроморфно-стн почв но основе зависимости Л = Г(Е).

Нашими исследованиями установлено, что зависимости ^ЦЕ) и Е = Г(г) при являются характеристически-

ми для различных типов почв. Очевидно, что эти данные могут служить теоретической основой для разработки полевых электрохимических методов оценки степени гндроморфности почв. При избыточном увлажнении почв увеличивается количество подвижных соединений железа, марганца, алюминия; калия, фосфатов, происходит гидролиз органических вешеств, увеличивается доля водорастворимого органического вещества, повышается степень дисперсности почв. Все эти процессы должны привести к увеличению электропроводности суспензии почв. При условии, что ток является функцией гндроморфности, по силе тока, протекающего между погруженными в почву инертными электродами, на которые подано напряжение, можно судить о степени гидроморфностн почв. Результаты проведенных нами лабораторных и полевых исследований показали,-что сила-тока- в.суспензии,из.избыточно увлажнен-

ных почв выше, чем в суспензии из сухих образцов тех же почв. Оценка степени гидроморфности почв в полевых условиях по силе тока, протекающего между электродами при напряжении на них 4,5—9 В, может быть рекомендована только при измерении в суспензии-почв, в стандартных ячейках. Зависимости ^1(Е) и ^ = Г (степени гидроморфности) при Е = , = соп51 являются характеристическими для: отдельных групп почв при достаточно высокой степени гидроморфности.

11112. Микровертикальные * электрические зондирования. Электрометрические методы еще недостаточно используются для изучения и диагностики, почв, хотя быстрота и высокая точность их дают возможнойть детально исследовать свойства почв на разных глубинах без закладки разрезов. Для измерения электрического сопротивления почв (рк) используют метод микровертикального электрического зондирования (МКВЭЗ)', предложенный Хмелевским В. К. (1964). Наши исследования проводились на дерново-подзолистых почвах разной степени гидроморфности.-Исследования, проведенные нами, показали, что метод Л1КВЭЗ позволяет судить об изменениях в динамике и по горизонтам влажности почв, что создает принципиальную-возможность оценки необходимости поли? вов с помощью данного метода. Величины рк для дерново-подзолистых почв 60—-300 ом -м, для глееватых почв 40— 180 ом • м, для материнской . породы 60—80 ом • м. Метод МКВЭЗ позволяет оценить электропроводность почв непосредственно в полевых условиях, что дает возможность проведения более точных расчетов при электромелиорации, почв.

Ш.З. Электрохимическая-мелиорация заболоченных почв, •Для роста к развития сельскохозяйственных растений требуется определенная величина окчгслителыю-восстановитель--ного потенциала почв. В почвах постоянного и временного избыточного увлажнения наблюдается низкая величина ЕЬ, при которой тормозится и прекращается рост растений. На таких .почвах необходимо повышение' ЕЬ, хотя.бы в зоне ризосферы. ,Мы испытали в качестве регуляторов О В состояния комплексные соединения Мп, Ре с рядом низкомолекулярных органических кислот и со смесью лнгаидов,. присутствующих в органических удобрениях. Проведенные исследования - показали .возможность повышения ЕЬ почв внесением некоторых комплексных органо-мииеральных соединений. Комплексы Ёе и Мп с низкомолекулярными окснкислотамн при внесении в почву .приводят к уменьшению ЕЬ среды.

-Наши исследования показали, что электроокисление и электровосстановление почв возможно в интервале от +1 до —1:В для всех типов .почв. Очевидно,, что эти процессы мож-.12 .

но использовать для искусственного изменения НЬ среды ука? тода и анода, для ускорения обменных реакций и передвижения веществ по профилю почв. Для изучения возможности применения электромелиорацин для улучшения избыточно увлажненных почв нами было поставлено 3 модельных и один вегетационный опыт. Часть полученных данных представлена в таблице 5.

Таблица 5

Электромелиорация избыточно увлажненных почв * Е=73 В, сутки

Почва Слой рн ЕЬ. мВ Ре Мп Са Гумус, % Де» Е, Е»

мг/100 г почвы

Дерново-подзолистая анод 6.2 470 79,0 21,0 33,0 1.0 зл 2,2

катод 7,3 160 82,0 25,0 44,0 1 *> 1 1,0 2,4

НС Ре-,=30,4 мВ

Чернозем выщелоченный

анод катод

0,0 6.9

370 200

34,0 33.0

34.0 38.0

113,0 132.0

2,4 2.7

1,1

0,2

НСР«=25,7 мВ

* Электроды угольные.

1,7 1,3

Как видно из представленных данных, электромелиорацин существенно изменяет свойства почв:

а) у анода наблюдается нодкнсление среды, увеличение ЕЙ, тенденция к накоплению гумуса, причем за счет менее конденсированных его составных частей;

б) у катода наблюдается подщелачивание, уменьшение ЕЬ, тенденция к накоплению воды, накоплению катионов, В то же время интенсивность протекания этих процессов зависит от свойств почв, времени взаимодействия, массы почвы, подвергающейся электромелиорацин, силы тока, величины падения напряжения в системе (вольт/см). Изменение ЕЬ определяется окислением у анода и восстановлением у катода, изменением рН среды (на аноде нз угля идет процесс окисления С+2НгО — СОг+4Н+4е), движением к катоду подвижных соединений Ре и Мп с высоким окислительно-восстановительным потенциалом, движением к аноду органических веществ, способных давать комплексы с Ие и Мп, что ведет к измене-

йику'ЕЬ-.-Суммарный эффект определяется преобладанием одного из этих процессов, что подтверждается и'данными таблицы 5. ■ ', ; . ■ *. ' - ■При добавлении, к; почве КЫОз электропроводность воз-растаети электромелиорация протекает более интенсивно. Добавив к аноду СаСОз,-можно уменьшить лодкнсленне среды в зоне анода. .

Применяя аноды, содержащие Ре, Мп, Хп, Мі, можно увеличить содержание этих-микроэлементов в почве за счет растворения анода при электромелиорации.

Полученные нами данные" показали," что "злсктромелііора-ция может успешно применяться как на почвах, с малой ОБ емкостью (д ер н ово-по дзол н ста я), . так и на почвах с большой ОВ,емкостью-(чернозем-"и перегнойно-торфяная почва)..

Развитие растений на почвах: после проведения электро-мелиорацип улучшилось, особенно в -зоне катода н в середине между электродами..Величина электропроводности составила от-1,4 ■ Ю-4 до 5,6 «-Ю-5 омг1 -смг1. Затраты энергии на элек-троокисленне, изменение .состава ППК и миграцию веществ составили от 1 - Ю-' до 7 * 10-*' вт*час на 100 г почвы.

Практическое использование результатов *

. , На основании существующих в электрохимии методов модифицированы и разработаны для определения ОВ емкости ' почв;метод потенциостатической кулонометрнн на электродах из почвенно-уголыюй пасты и метод вольтамперометрнн на дисковых вращающихся электродах. Методики рекомендуются к использованию в; научно-исследовательских работах по химии почв.- ... .......

Полученные экспериментальные: данные об ОВ емкости почв следует учитывать при углубленной интерпретации генезиса и плодородия исследуемых почв: а) для сравнительной характеристики типов почв; б) для, оценки возможности раз-вития элювиально-иллювиальных процессов, связанных с частичным анаэробнозксом-н контрастным изменением Еіі по .сезонам года;, в) для: оценки количества восстановленных веществ, которое должно быть-окислено при.повышении плодородия почв,- Г; ' :

* ' * : ' В ЫВОДЫ .' ■•

; * .1, Установлена возможность определения ОВ емкости почв с помощью метода потенцностатичсской- кулонометрии на . электродах из почвенно-угольной иасты.;Рекомендуются еле-' - дующие условия электролиза: . , _ :„ ■ > 14

а) фоновый электролит 0,1 н КО рН = 6;

б) связующее вещество — вода;

в) соотношение почва : уголь 1 : 2;

г) время электролиза—30 минут;

д) электрод с рабочей поверхностью, открытой сверху.

2. Установлена возможность определения ОВ емкости почв методом вольтамперометрнн на вращающемся дисковом электроде. Условия электролиза:

а) фоновый электролит 0,1 н КС1 + 0,01 и Н^Си рН = Г;

б) электрод лнрографитоиый или платинированный;

в) скорость развертки потенциала 2 мВ/сек;

г)' концентрация почвы в ячейке 20 мг/мл.

3. Установлено, что зависимости .1™Г{Е) в интервале от + 1,0 до —1,0 В и ЕМ (т) при Л = сопз1 являются характеристическими для типов почв и почв разной степени гндроморф* но£ти.

4. В модельных и вегетационных опытах установлена возможность электромелиорацнн избыточно увлажненных почв.

5. ОВ емкость сухих образцов изученных почв, определенная методом потенцностатической кулонометрнн, имеет порядок величин от 0,10 до 6,30 мг-экв на 100 г почвы. Наибольшее количество восстановленных и окисленных веществ содержат черноземно-луговая (1,40 и' 6,80"мг-экв/100 г) и перегнойно* торфяная (2,60 и 6,30 мг-экв/100 г) почвы, наименьшее — дерново-подзолистая (0,20 и 0,60 мг-экв/100 г) и подзолистая (0,30 и 0,80 мг-экв/100 г) почвы.

6. При определении ОВ емкости образцов почвы, компб-. стированных при различных условиях увлажнения, методом потенцностатической кулонометрии и методом вольтамперометрнн на вращающемся дисковом электроде, установлено, что ОВ емкость чернозема не по всех интервалах ЕЬ и рН выше, чем дерново-подзолистой почвы; ОВ емкость в восстановительном интервале у почв избыточно увлажненных не • всегда выше, чем у почв нормального увлажнения.

7. Большее количество окисленных веществ в почве соответствовало меньшей скорости уменьшения при избыточном увлажнении содержания в почве подвижных форм МОз~, РегОз, Рг05.

8. Органические вещества почв, адсорбнруясь на платинированном электроде, снижают количество адсорбированных водорода н кислорода. Наибольшая величина адсорбции органических веществ характерна для чернозема и препарата собственно гуминовых кислот из дерново-подзолистой почвы, наименьшая— для прокаленных почв.

9. При электромелиорацнн избыточно увлажненных почв наблюдается у анода подкисление среды, увеличение Е1|, тенденция к накоплению гумуса, удалению воды, удалению ка*

тионов. Для увеличения ЕЬ у анода на 100 мВ затраты энергии составляют для дерново-подзолистой почвы 1 ■ Ю-1 вт*час на 100 г почвы. 1 . - '

10.-Зависимости(Е)-н./.= Г (степени гидроморфности) при Е = сопб1 являются характеристическими для отдельных групп почв при достаточно высокой степени гидроморфности.

• 11. Метод МКВЭЗ может применяться для выделения почв разной степени гидроморфности таежно-лесной зоны. Сопротивление оглееиныЗс горизонтов, дерново-подзолистых

• - почв имеет порядок ■ величин 50—180 ом • м, неоглеенных— 180—390 ом-м.

Список опубликованных работ

*. 1'. Савнч В. И., Улько Н.. Г., Яковлева И. Н;, Драман К-Определение окислительно-восстановительной емкости почв ■ методом потенциостатической кулонометрии на электродах из почвенно-угольной пасты.—Почвоведение, 1979, №-11, с. 157— 161.

2. Савич В. И., Сидоренко О. Д., Яковлева Н. П., Мамонов В. А. Фракционный состав окислительно-восстановительных систем почв под монокультурой риса.—: Доклады ТСХА, •1980, вып. 258, с. 61—63. ;

3. Петрова Е. Н., Савич В. И., Светличная 3. Я., Яковлева; Н. Н. Окислительно-восстановительные буферные свойства

; торфяных почв. —Доклады ТСХЛ, 1980, вып. 263, с. 96—98.

4. Савич В. И., Улько: Н. Г., Яковлева Н. Н. Определение ■окислительно-восстановительной емкости в свежих образцах •почв'методом потенциостатической кулонометрии. — Извести«

• ТСХЛ, 1980, № 4, с. 76—81.

5. Самозван Н. М., Улько Н. Г., Яковлева Н. Н., Колыма-нова Л. Л,, Поддубный Ю. К. Окислительно-восстановительные буферные свойства подзолистых почв Архангельской области. — Известия ТСХЛ, 1980; № 5, с. 78—83.

■ 6. Савнч В. И„ Сидоренко О. Д., Яковлева Н. Н., Караема О. Н. Оценка окислительно-восстановительного состояния - почв под монокультурой риса.—Доклады ВЛСХНИЛ, 1981, № 5, с. 24—25.

Л. 101077, 15/Ш — 82 г,- Объем 11 п. л. * Заказ 578. Тираж 100

Типография Московской с.-х. академии им. К. А. Тимирязева ,127550, Москва И-550,'Тимирязевская.ул., 44