Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ЧЕРНОЗЕМА, ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ И ФЕРРАЛИТНОЙ ПОЧВ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ЧЕРНОЗЕМА, ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ И ФЕРРАЛИТНОЙ ПОЧВ"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

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

/4-2.6301 На правах рукописи \

КАМАРА ДРАМАН СИНГАЛЛЕ

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЕ

СОСТОЯНИЕ ЧЕРНОЗЕМА, ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ И ФЕРРАЛИТНОИ ПОЧВ

(Специальность 06.01.03 — почвоведение)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук .

МОСКВА— 1979

Диссертация выполнена на кафедре поч-воведення Московской сельскохозяйственной академии им. К- А. Тимирязева.

Научный руководитель—кандидат сельскохозяйственных наук доцент В. И. Савич.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук профессор С. Н. Алешин; кандидат сельскохозяйственных паук доцент Л. Ф. Тарарнна.

Ведущее предприятие — Сельскохозяйственный факультет Университета дружбы народов им,' П. Лумумбы.

Защита состоится « ноября 1979 г, в « час «а заседании Специализированного совета К-120.35.01 в Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева.

Адрес: 127550, Москва И-550, Тимирязевская, 49, ученый Совет ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦН Б ТСХА.

Автореферат разослан «

/3 » октября 1979 г.

•Ученый секретарь , \

Специализированного совета ' V? Л. А, ДОРОЖКИНА

Задачи дальнейшего подъема сельскохозяйственного производства не могут быть решены без углубленного изучения свойств почв. Одним из составных параметров детальной характеристики состояния почв является оценка их по окислительно-восстановительному состоянию. Разработка некоторых вопросов этой проблемы и является целью работы.

Актуальность темы. Окислительно-восстановительное состояние почв имеет большое значение при определении степени гидроморфности почв, необходимости орошения и осушения. Значение параметров ОВ состояния позволяет уточнить диагностические признаки почв различной степени увлажненности. В то же время ОВ состояний является важным показателем орошаемых и осушаемых земель и ло^&ляет найти оптимум при проведении ряда мелиоративных мероприятий.

Цель и задачи исследования. Целью исследования являлась:

1) комплексная оценка ОВ состояния почв;

2) определение зависимости ЕЬ=1 (рН);

3) разработка новых методов определения ОВ буферной емкости почв и фракционного состшидвд ОВ систем;

4) изучения подвижности Ие, Мп при избыточном увлажнении;

5) анализ возможности изменения ЕЬ почв в микрозонах применением регуляторов ОВ состояния.

Научная новизна. В работе впервые проведена комплексная оценка ОВ состояния -почв. На основании проведенных исследований получены следующие основные результаты.

1. Предлагается методика определения фракционного состава ОВ систем почв, основанная на реакции почв с 0,1—1,0н КМп04 и К2СГ0О7 при т-ре 20° и 60° путем расчета непрореаги-ровавшего количества методом электрофотокалориметрии.

2. Установлено, что величина является характеристической для почв и не всегда равна 59 мв.

3. Предлагается метод сравнения напряженности ОВ процессов в почвах с разной величиной рН путем вычисления НЬСТ =ЕЬ/ —А (рН а —-рН; )._

Ц!;:тр. кауч;;:з б::Згготе::а 1

<эд. Г.:г,"а

4. Впервые проведено определение фракционного состава OB систем методом потенциостатистической кулоном етр и и с использованием пастовых угольных электродов и методом окс-редметрии.

5. Изучено влияние на Eh среды различных регуляторов OB состояния.

Практическая ценность работы. Предлагаемая методика определения фракционного состава OB систем, методе* сравнения напряженности OB процесов в почвах с разным pH среды, установленные зависимости изменения фракционного состава OB систем рекомендуется использовать при оценке степени гидроморфности почв, для прогноза изменения почв при орошении, затоплении и осушении.

Апробация работы. Материалы работы докладывались на научной конференции факультета агрохимии и почвоведения ТСХА в 1977 году.

Публикация работы. Основное содержание работы опубликовано в 2-х статьях.

Объем работы. Диссертация содержит 116 страниц текста, 42 таблицы. Список использованной литературы включает 141 работу втом числе 57 на иностранном языке.

1. Литературный обзор

■ Оценке окислительно-восстановительного состояния почв посвящен ряд фундаментальных работ выполненных в СССР и в других странах. (.Сердобольский Н. П., Ярков С. В., Кау-ричев И. С„ Зайдельман Ф. Р., Rodrigo D. М.; Patrik W. М.; Brummer 0.)Изучена величина окнслительно-востановительно-го потенциала в разных типах почв, изменение Eh по профилю, сезонная динамика Eh и ее связь с параметрам» внешней среды и свойствами почв (Гречин И. П., Панов Н. П., Под-дубный Н. Н., Кауричев И. С,, Кураев В. Н., Орлов Д. С„ Джиндил А. Р., Скрынникова И. Н. и др. Особое внимание уделено изучению окислительно-востановительного состояния почв под рисом и орошаемых почв (Неунылов Б. А., 1961 г.. Turmer F. Т., Patrick W. М., 1968 г.; Chakravarti, 1970 г.; Ghosh S, N., 1975 г.; Николаева С. А., Майнашева Г. М., 1976 г.; Кириенко Т. Н.. 1978 г.; Карнблюм Э. А., 1978 г.)

Ряд авторов отмечает, что различные типы почв обладают неодинаковой способностью противостоять изменению окислительно-восстановительного потенциала (Алешин С. Н., Орлов Д! С., Кауричев И. С., Гречин И. П., Тарарина Л. Ф., Зайдельмац,Ф, Р.) для оценки способности почв противостоять изменению предложены параметры OB буферности и OB буферной емкости почв {Кауричев И. С., Латфуллина Г. Г., Са-впч В. И., 1974—1975 гг., Савич В. И„ 1977 г.). Эти параметры -2

связаны с количеством окисленных и восстановленных веществ в почвах.

'Впервые оригинальные работы по СШ буферной емкости почв^ыполнены под руководством С, Н. Алешина. В настоящее время предложены методики их определения, методики определения фракционного состава ОБ систем (Каури-чев И. С., Латфуллина Г. Г., Савнч В. И., 1974, Савич В. И., Смарьггин С. Н., 1979, Савнч В. И., Колыманова Л. А., 1979 г., Савнч В. И., Улько Н. Г., Яковлева Н. Н„ 1979, 1вт*Гг.).

Однако, несмотря на достигнутые в изучении ОВ состояния почв успехи, этот раздел почвоведения остается одним из самых сложных и наименее разработанным. В связи с широким развитием мелиорации и усилением химизации сельскохозяйственного производства требования к детализации оценки ОВ состояния возрастают. Окислительно-восстановительное состояние почв наиболее полно может быть оценено по следующим параметрам:

факторам емкости, интенсивности, кинетики, мобильности, буферным свойствам почв, гистерезису. Окислительно-восстановительное состояние почв может быть изменено в микрозонах внесением регуляторов ОВ состояния (Савич В. И. — 1977), Разработка некоторых сторон такой комплексной оценки ОВ состояния и являлась целью работы. Конкретно в работе решались следующие вопросы:

• 1) Выбор методики сравнительной оценки напряженности • ОВ процесов в почвах с различным рН среды, так как показатель гЬг, предложенный Кларком имеет ряд серьезных недостатков (Н. Г. Зырин, Д. С. Орлов, 1964).

2) Оценка зависимости Е1т=Е(рН), так как данная зависимость является характеристической для ОВ систем (Б. П. Никольский, В- Пальчевский, 1975).

3) Определение фракционного состава ОВ систем химическими н электрохимическими методами н разработка нового простого по исполнению метода определения фракционного состава ОВ систем.

4) Анализ изменения подвижности Ре, Мп в почвах при различных рН и ЕЬ среды с целью поиска параметров для оценки степени оглеенности.

5) Оценка влияния на ОВП различных регуляторов ОВ состояния (данный вопрос практически не освещен в литературе).

<> Объекты исследования

■В качестве объектов исследования были выбраны почвы резко отличающиеся по генезису и свойствам,—выщелоченный чернозем из учхоза «Муммовское» Саратовской области и дерново-подзолистая почва из учхоза «Михайловское» Мос-

ковскои области. Объекты очень полно охарактеризован^ авторами, работающими с ними (Поддубный Н. Н., 1973, Са-внч В. И., 1968—1977). Дополнительными объектами исследования являлись ферралитная почва из Республики Руанда и краснозем из Республики Мали. Для отдельных исследований были дополнительно использованы образцы чернозема, дерново-подзолистой, серой лесной, каштановой и некоторых других почв.

Методика исследования. Оценка окислительно-востаиови-телыюго состояния почв проводилась в лабораторных условиях с использованием ряда методик, путем постановки модельных опытов. В нескольких сериях опытов выяснялось влияние на ЕЬ избыточного увлажнения, при пропускании через почву тока кислорода, иоздуха, азота; выяснялось влияние регуляторов ОВ состояния почв па ЕЬ и рост сельскохозяйственных культур.

В работе применен ряд традиционных методов исследования, новые методики и некоторые оригинальные методики автора, описанные в работе. Физико-химическая и агрохимическая характеристика почв изучалась по общепрннятым методикам'{Лрннушкина Е. В., 1952). рН'почв определялся по-тенцпометрическн на потенциометре ЛПУ-01 со стеклянным измерительным н платинированным измерительным электродом. Активность К4", МОз- с нонселективнымл электродами. Подвижные формы железа в вытяжках Тамма, ¿Мера и Джексона, Баскомба, Францмоймера, Коффина, Маккензи, а также в ряде других вытяжек также как и Мп определяли на атомно-абсорбциопном спектрофотометре. Закисные и окне-ные формы железа определялись по Казарнной—Окннной в модификации Контевой.

Буферность почвы определялась по методике Кауриче-ва И. С., Лафтулиной Г. Г., Савича В. И. (1974). Фракционный состав ОВ систем электрохимическими методами определялся по методике Савича В. И., Улько Н. Г., Яковлевой Н. Н., 1979 г. методом потенцностатнческой кулоиометрии на *поч-венно-уголъных кастовых электродах. Фракционным состав ОВ систем почв химическими методами определялся по методике Савича В. И., Колымановой Л. А., 1979 г., а также по разработанной методике. Оценка зависимости ЕЬ==1 (рН) проводилась и соответствии с теоретическими положениями Б. П. Никол^кого и В. В. Пальчевского (1975); расчет констант диссоциации функциональных групп ППК проведен ио зависимости ЕЬ={(рН) и по дифференциальным кривым титрования почв щелочью и кислотой. Анализы выполнялись'в 3—10 попторностях. Относительная ошибка данных используемых для выводов не превышает 10%. ' • * 4

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Комплексная оценка ОВ состояния почв

Комплексная оценка ОВ состояния лочп проводилась по следующим параметрам;

1) Фактор емкости характеризуется как окислительно-восстановительная емкость и фракционный состав ОВ систем.

2) фактор интенсивности, оценивается как ЕЬ и изменение Дй (энергии Гиббса в ходе ОВ реакции).

3) Фактор кинетики определяется как скорость ОВ систем почвы, скорость изменения ЕЬ при изменении влажности и температуры почв (ОВ-буферность).

4) Фактор мобильности является коэффициентом пропорциональности (3=Е(Л), где О — величина факторов емкости, интенсивности, кинетики, Л — величина воздействующего на почву фактора.

5) Фактор ОВ буферных свойств почв включает в себя ОВ буферную емкость, ОВ-буферную способность, ОВ-буфер-ную матричность. Дополнительно определяется необходимая доза регулятора ОВ состояния для создания почв с заданной величины ЕЬ среды.

I) Оценка фактора емкости.

а) Оценка ОВ емкостей фракционного состава ОВ систем химическими методами. По Б. П. Никольскому, В. В. Паль-чевскому (1975) окислнтельно-восстановнтельная емкость определяется как количество миллиграмм-эквивалентов электронов, получаемых (отдаваемых) одним граммом почвы при иол-ном превращении окисленной (восстановленной) формы ГШК в востановленную (окисленную).

При различных ЕЬ и рН среды окисляются и восстанавливаются различные функциональные группы ППК. Их относительное содержание является фракционным составом ОВ систем .В та-бл. I представлены данные фракционного состава ОВ систем образца чернозема различной степени увлажненности.

Как видно из представленных данных, при большой величине ЕЬ окисляется большее, а при меньшей величине ЕЬ восстанавливается большее количество соединений почв. При компостирован»» почв в условиях избыточного увлажнения количество окисляемых (восстановленных веществ) увеличивается.

В указанной выше методике количество окисленных и восстановленных веществ в почве определяется путем обратного титрования непрореатированного с почвой окислителя, восстановителя. Нами предлагается определение фракционного состава ОВ систем по реакции почвы с КМп04, К2СГ2О7 разной

Таблица І

Фракционный состав ОВ систем чернозема

Количество фракции в мг*экв/100 г для образца чернозема

сухого к омпост ировэнного 1 месяц в условиях избыточного узлажнення

1 2 3

Окисляемые

К*[Ре(СМЫ......... КЛ1п04—0,5н в I н ЫаОН . . . КМп04—0,5 н в І її Н350<, 1=20" » > 1=60° 75 322 538 590 112 430 700 1000

Восстанавливаемые

К^МСИ)«)—0,1 и...... БпСІї— 1 л, (=20'...... » 1-60'...... 22 7-30 740 22 его 685

нормальности при различной температуре путем определения непрореагировавшего количества спектрофотометр ически при Л=540 пм для КМпОї, Л = 590 лм для КгСг207. Для обличенного вещества почв близкую по принципу методику предложил Ьо£іпош Ш, (1976). Полученные нами данные представлены в табл. 2.

Таблица 2

Фракционный состав ОВ систем почв по реакции их с КМпО* и К]Сг}07

ОВ ємкості, в мг- экв/100 г лля почв

дорново-подзолистая чернозем ферр элитная

КМ пО< _ і л—г—оов..... 693 973 752

1 л — 1-20*..... _ 460 320

0,5 н —1-6(1* .... 341 489 462

0,5 и —1 = 20° .... 52 316 170

0,1 И —1-60* .... 100 200 98,2

0,1 „_1-20* .... 33 50 56,0

КгСг2От — 1 и —1-20°..... 445 574 519

0,5)1 — 1=20' , . . . 138 307 141

0,1 и .... 23 66 4

* Почвы компостировались при избыточном увлажнении.

' Как видно из представленных данных, указанные реагенты дают характеристику фракционного состава ОВ систем. Испы-

тание для этой цели РеС13, Рег(&04)3 не дало положительных результатов.

0) Оценка ОВ емкости и фракционного состава ОВ систем электрохимическими, методами. Определение фракционного состава ОВ систем химическими методами перспективно п связи с тем, что эти методы являются традиционными в неорганической химии (хром атом етр и я, йодометрня, лерманганато-метрня), элементы такой оценки широко использовались и почвоведении (определение гумуса по Тюрину, титанометрическое определение железа, определение фракционного состава железа и фосфора с применением восстановителей, октаенне и восстановление гумусовых веществ почв для анализа их состава и строения). В то же время отдельные реагенты могут Сыть селективны по отношению к определенным функциональным группам. Возможность окисления, восстановления зависит не только от ЕЬ и рН среды, но и от типа титрантов. Электрохимические методы определения ОВ емкости обладают перед химическими рядом преимуществ. Можно, проводить окисление (восстановление) при строго заданной величине ЕЬ ,в строго заданных условиях среды (рН, ионной силы, протокол-опорных и протоноакцепторных свойств растворителя и т. д.). Количество израсходованного на окисление, восстановление электричества может быть строго учтено. В табл. 3 представлены данные по определению фракционного состава ОВ систем методом нотенциостатнческон кулонометрин на электродах из п о ч в ен н о - у го л ь и ой пасты.

Таблица 3

Количество окисленных и восстановленных веществ в почвах, определенное методом потенииостатической кулонометрии

Почвы восстановившихся Количество окисляющихся

соединений в мг-!жв почвы при на 100 г

—200 мз -КЮО мв 4&Ю мв

Дерн оо о подзолиста я...... 1 22 0,20 '1,67

Чернозем выщелоченный .... 1,30 0,30 2 12 '

Ферралитная Л"в 1...... 1,18 0,29 . 1,31

Ферр элитна я Л* 2...... ■1.01 ода 1,2»

Краснозем......... 1.12 ■0,20 ода

* Фоновый электролит 0,1 н КО, 1=30 мин; ЕЬ—по хлор серебря пом у электроду.

■Как видно из представленных данных, разные типы почв отличаются неодинаковым количеством окисляющихся ве-

ществ. При более высоком значенні! ЕЬ окисляется большее количество компонентов ГШК. Следует отметить, что количество окисляющихся (восстанавливающихся) соединений значительно зависит от рН среды, протонодонорных и протоно-акцепторных ее свойств. Очевидно, что для полной характеристики фракционного состава ОВ систем следует окислять и восстанавливать почву в разных водных и нсводных средах. Это является этапом дальнейшей работы. Сравнение определения фракционного состава химическим и электрохимическим методами показывает, что примененными в анализе химическими реагентами окисляется (восстанавливается), больше соединений, чем при тех же потенциалах методом потеншю-статической кулонометрии в фоновом электролите 1 н КС1. Это соответствует теоретическим представлениям и обусловлено протеканием при титровании химических реакций и более легким окнелением (восстановлением) при наличии акцептора или донора протонов.

в) Определение емкости ОВ системы по ИК спектрам. Емкость ОВ систем может быть оценена по химическому составу ПЛК, по составу функциональных групп ППК. Полуколнчест-венное определение некоторых функциональных групп ППК .может быть проведено по площади характеристических пиков поглощения, полуширине пропускания, интенсивности пиков, по положению максимума поглощения в ИК спектре. Нами для расчета использованы три метода:

■1) вычисление приведенных оптических плотностей (отношение характеристических полос поглощения к величине какой-либо полосы принимаемой за стандартную);

2) расчет соотношения оптических полос поглощения более окисленных и более восстановленных группировок. Хорошие результаты дало определение окислителей по соотношению интенсивности и площади характеристических полос для СООН и СНа, СНз— 1620 см-' и 2870 см-', 2950 см"1. Для минеральной части почвы приемлемым для анализа оказалось соотношение полос поглощения для Н—О—Ме3+ и Н—О—Меа+.

3) Расчет по методу внутреннего стандарта, когда к почве добавлялось известное количество щавелевой кислоты, гидрохинона и других окисленных и восстановленных соединений. Полученные расчеты тюказали возможность пол укол ичествен-нон опенки ОВ емкости по ИК спектрам. Косвенная оценка данного параметра может быть проведена также по термограммам и кривым потери веса, по элементному составу, по теплоте сгорания.

Оценка фактора интенсивности, Величина фактора интен-8 1

crioHoCTit не зависит or массы системы. Она может быть оценена по изменению энергии Гиббса в ходе реакшш AG и по величине окислительно - восстановительного потенциала Eh. Окислительный потенциал, отнесенный к условному водород-'

AG

ному нулю связан с химическим сродством реакции

(Б. П. Никольский, В. В. Пальчевский, 1975), где п—число электронов, участвующих в реакции, F — число Фарадея. Окислительный.потенциал системы численно равен ЭДС элемента, в котором взаимодействуют две окислителыю-восста-новительные системы, одна из которых стандартная. Величина стандартного окислительного потенциала, определяется в первую очередь сродством к электрону частиц, составляющих окнслитольно-восстановнтельиую систему, а также их свободными энергиями образования и сольватации. В работе приведены данныепо величине Eh изучаемых почв при компостировании их в различных условиях увлажнения и температуры. Дана агрономическая оценка окислнтельно-востановителыюго состояния. Величина Eh зависит от протонодоиорных и прото-ноакцепторных свойств среды, от рН. Кларком и Коэном (1923) чтобы исключить Eh влияние рН на ОВ потенциал была предложена величина rhz, которая довольно широко и успешно применяется в почвоведении. Однако сам Кларк вскоре отказался от использования величины гЬг (Clark W. М., 1928). rhj не зависит от рН только в том случае, если зависимость Eh=f (рН) линейна л отвечает аналогичной зависимости для водородной системы Н+—Hj. Для ОВ систем, компоненты которой содержат протонодонариые и протоноакцентор-ные группы зависимости Eh=f{pH) сложнее. Разбор такой зависимости дан Б. П, Никольским и В. В. Пальчевскнм (-1975). Об ошибках применения rhj указывалось и почвоведами t(H. Г. Зырин, Д. G. Орлов, 195-1). Для сравнения напряженности ОВ процессов в почвах с разным рН среды, помимо показателя rli2, используют пересчет Eli на заданную величину рН среды, принимая, что изменение рН на 1 единицу приводит к изменению Eh на.59 мв t(K. Л. Блэк, 1973). Проведенные нами исследования- установили, что увеличение рН на 1 ед. не всегда приводит к уменьшению Eh на 59 мв. Велнчи-

на "дрн является характеристической для отдельных компоненте в.ПП К и позволяет рассчитать константы диссоциации окислительных и восстановА£М»ных форм функциональных групп ППК. Эта'величина различна в определенных интервалах Eh. По полученным данным, она колеблется от 20 до

100 мв (более правильно вычислить зависимость - . Для

ДМ**

сравнения напряженности ОВ процессов в почвах с различной

рН среды намн рекомендуется пересчет НЬ на заданное рН но формуле ЕЬС1 *=ЕЫ—Х(рН„—рН,), где X — изменение ЕЬ при изменении рН на 1 ед. Последняя величина находится по данным потенциометр нческого титрования почвы 0,1 н ЫаОН, 0,1 и НО с определением ЕЬ и рН в каждой точке титрования.

Оценка фактора кинетики. Йод фактором кинетики понимается определение скорости окислительно-восстановительных систем, изменения ЕЬ под влиянием внешних условий. Величина изменения ЕЬ под влиянием изменения влажности и температуры определяется как окислительно-восстановительная буферность почв |(И. С. 'Кауричев, Г, Т. Латфулина, В, И. Савич, 1974—1975 гг.).

Авторами предложены следующие способы выражения буферности.

г. _ЛЕН т, _ЛЕИ с ЛЕЬ

Б<--лГ : '

где 1—время, \У — влажность, — температура. ОВ буфер-ность неодинакова в разных интервалах увлажнения и температуры, а также зависит от времени протекания изучаемого процесса. Буферность может быть выражена и в относительных единицах Б % —™ . Величия буферности может быть

оценена по данным сезонной динамики и по данным модельных опытов прп компостировании почв в условиях избыточного увлажнения. По градациям, предложенным В, И. Савичем, И. С. Кауричевым, Г. Т. Латфулнной [(1979) при величине буферности до 2,5% почвы обладают очень большой буфер-ностыо, 2,5—5% большой буферностыо, 5—10% —средней бу-ферностью, 10—15% —низкой, >15%—очень низкой. При наличии очень низкой буферности почва после затопления будет иметь неблагоприятный для роста сельскохозяйственных культур окислительно-восстановительный потенциал (менее 200 мв) менее чем через 5 дней, а при наличии большой буферности более чем за 20 дней. Следует отметить, что величина буферности зависит от размера частиц почвы, степени увлажнения, возможности диффузии в почву кислорода. Величина буферное™ в полевых условиях отличается от буферности в модельных опытах, хотя эти величины хорошо коррелируют. Однако дать градации по ОВ буферности определенной в полевых условиях пока не представляется возможным, т. к. происходит одновременное изменение 1°. С учетом всех

этих параметров величина буферности -имеет порядок О, п— —п • 10~3 мв/сутки на 1° на 1% влажности, В табл. 4 пред-

АНЬ

ставлены данные по величине —гт— за время компостирова-

имя почв в условиях избыточного увлажнения. Величина

уменьшается с течением временн компостирования, что отмечалось и другими авторамп (Тарарина Л. Ф., 1971, Латфулн-на Г. Г:, 1975).

Таблица 4 ОВ-буферкость почв «о данным молельных опытов -

Величина параметра для почв

чернозем дериово-подїодн-•стая . ферр элитная

Мв/сугкн опыт 5, 1=7—10 дней , Опыт 4, 1=60 днсії...... 'Л,7 0 29.0 2 2 47,7 2,5

При добавлении к почве регуляторов, повышающих ЕЬ, * продувании тока Ог, скорость падения потенциала при затоплении уменьшалась. При добавлении к почве регуляторов ОВ состояния понижающих ЕЬ и продувания тока N2, величина АЕЬ/А1 увеличилась. Проведенные исследования показали, что скорость установления равновесия 'при химическом и электрохимическом окислении и постановлении почв не мгнопенна, а продолжительна по временн. -Более медленной скоростью установления ЕЬ при окислении и восстановлении почв характеризовались почвы с большим количеством органического вещества и с большой выраженностью ннтрамнцеллярного поглощения.

Оценка фактора мобильности. Фактор мобильности пока* зывает закономерность изменения (0 факторов емкости, интенсивности кинетики (X) при изменении величины внешних факторов (Л); Х = Ї(А). Нами изучалась зависимость ЕЬ= =®ї(р-Н). Установлено, что ЛЕЬ/ДрН не равна 59 мв, меняется в зависимости от интервала рН н является характеристикой для почв. По зависимости ЕЬ = Е(рН) и рН=У (мг*экв добав-, ленного тнтранта), определены константы диссоциации функциональных групп ПГЖ, которые были равны от 1,7 до 10,0, что соответствует наличию как карбоксильных, так и фенольних и спиртовых функциональных групп. Анализ зависимости Е1і = ї(рН) имеет преимущество перед определением констант диссоциации по дифференциальным кривым титрования. Можно определить рКа>7. Анализ зависимости но Б. П. Никольскому и В. В. Пальчевскому і(197о) позволяет оценить огдис-социацию окисленной и восстановленной форм. Расчет зависимости —показал, что эта величина значительно возрастает от п* 104 до п- ІО8'3 при подщелачивании среды от 3 до 10.

П

-Оценка ОВ,буферной емкости почв. Под буферной емкостью понимается способность почв противостоять изменению ЕЬ при добавлении-, окислителя и восстановителя извне.

Она оценивается по показателям (Каури-

чев -И., С., Латфулииа Г. Г., ',Саш1Ч В. И., 1974)' и может быть оценена по количеству мг-экв.титр анта,. которое надо добавить к почве, чтобы измеинть ЕЬ на заданную величину. В работе ОВ буферная* емкость, определена при титровании почв 0,-11 н НС1..0.1 и ЫаОН; К»[Ро<СМ)6]; <К4[Ре(СМ)6]; Ма^Оа; РеЭО^, КМп04; К2СГ2О7. По полученным данным, чернозем обладает большей ОВ буферной емкостью по сравнению с дерново-подзолистой и ферралитной почвами;

Буфериость трансформации.по-параметрам, зависящим от окислительно-восстановительного потенциала. Для оценки ге-• незиса:и плодородия почв.важно знать завнсимость.Х = ?(ЕЬ), где Х—; подвижность и состояние различных ионов и молекул п*. почве. Для анализа-указанной зависимости было поставлено несколько серий .опытов. В первой серии определялась подвижность ионов; константы диссоциации при'пропускании через суспензию.почвы СОа, воздуха, кислорода. Во второй серии почва компостировалась при избыточной влажности при различных. рН среды:и пропусканием тока 02 и,N2, создавался разный окнслительно-восстанопительный_ потенциал. В центр и-фугате. определяли-Содержаиия элементов. В третьей серии опытов элементы• вытеснялись 1ГЗ почв различными десорбенг тами без добавления и с добавлением восстановителя..По полученным данным, пропускание через, суспензию тока Ог уменьшило оптическую плотность .подвижных форм органического вещества, привело к изменению.рН, констант днссоцна-, цин функциональных групп ПИК*,к изменению вытеснении из почв катлонов. Компостирование ;почв при низких значениях ЕЬ-увеличнло лодвижность Ре и Л1п..Вытеснение Ре и Мп из .почв разнойгстепенн увлажнения''десорбентами при разных ЕЬ.среды позволило установить некоторые характерные осо-бенностинзбыточно увлажненных почв; В.огленных почвах по сравнению с неоглеенными,-выше доля восстановленно-рас-створимых, форм Ре и Мп, больше;менее прочносвязаиных, аморфных форм, железа..Некоторые данные иллюстрирующие эти-положения приведен ыв.табл. 5 н.6.

Применение регуляторов ОВ состояния почв. Растения развиваются при определенных величинах окислительно-восстановительного потенциала, .что обусловлено в основном влиянием. ОВЛ на подвижность элементов )(в том числе элементов питания) и лроннцаемость стенок'корней. Для оптимального роста растений необходимо;создан-ие микрозон .аэробных.и анаэроб-' пых условий, на что указывал В..Р, Вильяме (1931). Созда-

Таблица 5

Содержание восстано а лен но-растворимых фарм Fe и Мп в почвах, компостировавшихся лрн избыточном увлажнении

Почвы Вариант Вытеснение Fe и Мп из избыточно-увлажненных почв в % к вытеснению из судих образцов Fe 1 Мп вытесняемых десорбентамн (ОД и) 0,1 и Н^О, NaOH H)S04 NaOH

1 2 1 3 1 4 5 ] 6

Дерноэ on одз олнстэ я . . 1 О 300 14:1 650 І 162

.485 — 1142 1 762

Чернозем...... \ 2 234 100 436 1 —

639 170 700 1 —

Феррэлитная ..... 1 2 180 238 80 23Э

7С6 535 267 1367

■1 — почва компостировалась при избыточном увлажнении; 2 — при избыточном увлажнении и токе азота.

Таблица С

Изменение фракционного состава железа при избыточном увлажнении почв

Почва Вытеснено Fe из избыточно-увлажненных почв в % к вытеснению из сухИх образцов

вытяжками

Мера и Джексона Франц Мейера Кофеина Тамма Маккен- 3!1 *

Дер новоподзолиста я , , Чернозем ...... 125,0 121,2 302,5 257,4 270,2 277.4 128,4 396у2 207,4 546,1 794,1 1353,6 ЗОООД 14571,4

* Только при обработке Na2SzO' t»45°.

нне таких .микрозон достигается хорошей водопрочной структурой. На поверхности и внутри комочка величина Eh различается на 100—200 мв |(Тарарнна Л. Ф., 1971). В почвах избыточного увлажнения чаще требуется повышение Eh в мнк-розонах. Это, например, делают сами растения риса {Ghosh S. N.. 1974, 1975; Костяков Н. М., <1976; Бобков В.. П., 1976; Каг Л. К-, 1977). На почвах временного избыточного увлажнения.очевидно перспективно для повышения Eh в мик-

розонах применять регуляторы ОВ состояния. Для этой цели ■ могут быть использованы: продувание Ог через почву и растворение в поливной воде На02 (Блэк К. А., 1973), применение кислородсодержащих соединений (Лопатин В. Д., 1959г 1962), применение перекиси натрия -(К. И. Преображенский, И. М, Емельянова, 1967), применение NH4N03, KMn04; KN03 (Овчаренко М. М„. 1972). Fe(OH)3, (Asami Temo, 1970). Очевидно, что для разных почв требуются свои регуляторы ОВ состояния,, повышающие, понижающие, стабилизирующие Eh. Для. применения, регуляторов ОВ состояния необходимо решить следующие вопросы: ¡1) выяснить зависимость на данной почве подвижности элементов от ЕЬ н рН среды; 2) решить необходимость изменения Eh в микрозонах; 3) задать скорость действия регуляторов ОВ' состояния; 4) выбрать типы регулятора по принципу действия, по форме, по химическому составу; 5) рассчитать дозу регулятора ОВ состояния; 6) выбрать форму и способ внесения регулятора (Савнч В. И., 1979). В задачу исследования входила отработка некоторых из-этих вопросов. Была изучена подвижность , элементов от ЕК'н-рН среды, исследовано влияние на ЕЬ и рН среды ряда регуляторов ОВ состояния, оценено изменение фракционного состава ОВ систем при применении регуляторов. Отработан принцип расчета их дозы. В табл. 7'представлены данные о „.-'..' ... Таблица 7

Влияние регуляторов ОВ'состояния на Eh и рН лочв

- Величина и рН для почв

Вариант (внесение I ——---г—--

регулятора ОВ [ дерті овоподзол иста я |_феррзлитиая

состояния) Eh - рН Eh рН

Контроль 490 5,8 642 5.8

P3Os 536 5.4 605 5,2

КМпО( ' 560 6.2 792 6,7

Fez(SOt)j 575 5,0 749 5,6

Fe.¡Pi 543 5,8' 725 5,8

КИгРО, 551 5,7 620 5,8

влиянии регуляторов ОВ состояния на ЕЬ и рН почв. Почвы компостировались в условиях избыточного увлажнения 12 дней. Как видно из данных таблицы, внесенные регуляторы ОВ •состояния значительно повысили ЕЬ почв. В опытах было испытано влияние на Eh-.ii рН избыточно-увлажненных лочв так-же*КЖ)з, Н2О2, СаСОз, |(1\,Н4НЗО|, золы, красного фосфора, НСЮ^,.КаСЮ«. НгБОч в дозе 50 мг на 50 г почвы твердых регуляторов и 10 мл на 50 г жидких. По полученным данным, увеличение ЕЬ вызывали .соединения подкисляющие среду, в высокой-степени окисления. Хорошие результаты дало-приме-н ен и е. КМп04, Исд (604)3,, Ре^Оз, 1КЛ гР О*. суперфосфата в дозе 14 *

100 мг на 100 г почвы; (NHíhSO«; KN03 в дозе 20 мг на 10Ó г почвы; ÑaCiO-t в дозе 60 мг на 100 г-почвы. В табл. 8 представлены данные о влиянии на Eh и рН органических регуляторов ОВ состояния. ¡Как видно из представленных данных, органические соединения- и комллексообразователн вызвали снижение Eh почв. Аналогичное влияние оказало внесение фенола, изобутнлового спирта, однако в первые дни внесения ре-

Таблица 8

Влияние органических регуляторов ОВ состояния на ЕК и рН почв при избыточном увлажнении (1—8 дней)

Величина Eh и рН для почв

Вариант (внесение регуляторов О В состояния) ■чернозем феркрплнтпая

Eh рн Eh рн

Контроль ЭДТА Щавелевая кислота Глюкоза 3-74 ± 1,3 358+4.5 313 ±18.3 144±17/> 6.5 ±0,1 5,2 ±0,04 3,5+0,1 5,5±0£3 338±1,2 315±2,9 100 ±21.6 5,!>±О,03 4.7 ±0.04 3.2 ±0.4 5,4 ±0,04

гуляторов наблюдалось ■повышение ЕЬ. Изменение ЕЬ почв зависит от дозы внесения регулятора ОВ состояния и ОВ буферной емкости -почв. Из сравниваемых почв, чернозем обладал большей ОВ буферной емкостью. На этой почве внесение регулятора ОВ состояния вызвало наименьшее изменение ЕЬ среды. Большие дозы регулятороввызывалн большее изменение ЕЬ. >В работе предлагается расчет доз регуляторов ОВ состояния методом экстраполяции на основании модельных опытов. Регуляторы ОВ состояния.изменяют величину ОВ бу-ферности, фракционный состав ОВ -систем, поглощение почтой кислорода. В табл. 9 представлены данные' о влиянии регуляторов ОВ состояния на ОВ буферность. .Как видно из данных табл. 9, внесение регуляторов ОВ состояния, повышающих ЕЙ, снизило скорость .падения потенциала в почве при -затоплении. Однако в тех случаях, когда внесение регуляторов в почву сразу вызывало резкий скачок Е1], скорость падения потенциала при затоплении была велика, хотя конечная величина ЕЙ с применением регуляторов была выше. Внесение регулятора ОВ состояния Н2Ог понизило потребление кислорода почвой. В нижеследующей таблице представлено влияние регулятора ОВ состояния на фракционный состав ОВ систем.

Как видно из представленных данных, компостирование почв в условиях избыточного увлажнения с добавлением регулятора ОВ состояния, повышающего ЕЬ, привело к уменьшению в почве восстановленных веществ.

Та блица- 9 Влияние регуляторов ОВ состояния на ОВ буферность

'Вариант (внесение регул ятораОВ состояния):

ЛЕИ

ді

. мв/суткн для почв

чернозем

ферралитная

* Контроль :КМп04 КНІРО, . Ре»(50і)з"

РезОэ

5,7 5,4

ад

■5(7

4.7 2,2

2.8 1,4 4,2

* Почвы компостировались в условиях избыточного увлажнения 12 дней.

Таблица 10 Изменение количества восстановленных веществ, в почве при применении МаС104

Фракции

Изменение емкости в ОВ интервале при добавлении ЫаСЮ< в % от контроля (почвы без добавления _ЫаСЮ«)_

_ для почв

дер новол од-зол иста я

чернозем

ферралитная

КМпО,-КІСгіО) ■

Окисляемы« --1 н — 60" . 0.5 н—60е . 0,5 и —20° . 0.1 н —60* . -1 н —20" .. 0.1 н —20° .. 0,5 н —20е .

80,3 103,5

50.0: 101,5 . 72,3 58,7

75,5 —

99,3 76,9

103.4 10&

50.0 100

40,9 •Ї4.1

30,3 ' —

30,6 71,6

Предложения производству. На основании проведенных исследований выяснена, перспективность комплексной оценки ОВ состояния почв. Такая оценка рекомендуется к внедрению в научно-исследовательские учреждения; Установленные зависимости изменения.фракционного состава ОВ систем, железа при; избыточном увлажнении, следует учитывать при оценке ■степени гидр о морф но стн почв. Предлагаемый метод сравнения напряженности ОВ; процессов, в^ почвах с раадьй рН сре-дыгрекомендуется к; использованию при оценке ОВ состояния' •различных типов почв.шв учебных пособиях ло химии почв. Установленные завнсимости нзменения ЕЙ от внесения регуляторов ОВ состояния позволяют •перейти к следующему этапу создания теории регуляторов ОВ состояния.

Л6

ВыводЫ

■1. Проведена сравнительная оценка ОВсостояния чернозема, дерново-подзолистой и ферралнтной почв по факторам емкости, интенсивности, кинетики, мобильности, ОВ буферным свойствам.

Черноземьгпосравнению с другими сравниваемыми почвами, характеризуются большей ОВ емкостью, большей ОВ буферной емкостью, меньшей скоростью падения ЕЬ при затоплении, меньшей скоростью ОВ систем. Для изменения ЕЬ на единицу на черноземы требуется внесение большего количества регулятора ОВ состояния.

2. Почвы характеризуются определенным фракционным составом ОВ систем. В избыточно увлажненных почвах возрастает количество восстановленных веществ. Как один из возможных вариантов предлагается определение фракционного состава ОВ систем, путем определения непрореагировав-шего с почвой окислителя, восстановителя спектрофотометрн-чески.

3. Почвы характеризуются величиной ^Д1- часто отличной от 50 мв. Эта величина является характеристической для компонентов ППК и меняется в зависимости от интервала рН.

4. Для сравнения напряженности ОВ процессов в почвах с различной рН среды рекомендуется формула ЕЬСТ=ЕЫ—

—Х(рН„—рШ) где х — изменение

5. Почвы, компостировавшиеся при избыточном увлажнении, по сравнению с сухими образцами, характеризуются большим относительным содержанием востановленно-рас-творимых форм Ре, Мп, аморфного, менее прочносвязанного железа.

6- Внесение в почву К|Мп04, рез(&0«)з, ЫаСЮ^ РегОэ, Рг05, КН*РО«, КЖ)3 и некоторых других соединений, содержащих ионы в высокой степени окисления л не подщелачивающих сильно среду, приводит к повышению ЕЬ почв. Внесение подобных регуляторов ОВ состояния приводит к уменьшению скорости падения потенциала при затоплении, уменьшению во фракционном составе доли восстановленных веществ.

Список опубликования работ

'•■й; |К.,Драман,"В: ИнСавич,. Л. А. Колыма нова — Оценка и ¡регулирование окислительно-восстановительного состояния ¿почв. Доклады гТСХА, «Агрохимия, физиология .растений и почвоведение». Выпуск 236, стр. 38—42, 1978. * ■

2.;Окислительно-восстановительная буферная.емкость чернозема,..дерново-подзолистой и-ферралитной почв. Доклады ХСХА «Агрохимия и почвоведение». Выпуск 243, стр. 74—78, 1978. ■ •

Объем I1/« п. л.

Заказ 1948.

Тираж 100

Типография Московской с.-х. академик им. К. Л. Тимирязева 127550, Москва И-550, Тимирязевская ул., 44