Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ПОДВИЖНОСТЬ НЕКОТОРЫХ ХИМИЧЕСКИХ КОМПОНЕНТОВ В ОСУШАЕМЫХ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ГРУНТОВО-ОГЛЕЕННЫХ ПОЧВАХ НА КАРБО­НАТНЫХ ПОРОДАХ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "ПОДВИЖНОСТЬ НЕКОТОРЫХ ХИМИЧЕСКИХ КОМПОНЕНТОВ В ОСУШАЕМЫХ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ГРУНТОВО-ОГЛЕЕННЫХ ПОЧВАХ НА КАРБО­НАТНЫХ ПОРОДАХ"

ФАКУЛЬТЕТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ ^/7 оО~Г ¿>~> На правах рукописи

УДК 631.416 НОВЫХ Лариса Леонидовна

ПОДВИЖНОСТЬ НЕКОТОРЫХ ХИМИЧЕСКИХ КОМПОНЕНТОВ В ОСУШАЕМЫХ ДЕРНОВО-ЛОДЗОЛИСТЫХ ГРУНТОВО-ОГЛЕЕННЫХ ПОЧВАХ НА КАРБОНАТНЫХ ПОРОДАХ

Специальность 06.01.03 - почвоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА* 1984

-¿-cV G/f/jn '' - - ''

' 1 ct.- U. s

Работа выпоены' ,:a кафедре химии почв факультета почвоведения Московского гос^ дарственного унт-верси" >та им. ГЛ. В. Ломоносова.

Научный руководитель - кандидат апологических наук,

доцент Л.А.Воробьева Официальные оппоненты - доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Ф.Р.ЗаЙдельман кандидат биологически наук И.И.Лыткик

Ведушее учреждение - Мосгшрсводхоз Защита диссертации состоится "2? и Meß

<1 п

в 15 в аудитория i-J-2 на заседании специализированного совета ? 3.05.16 ШУ им. М.В.Ломоносова; Москва, Ленгоры, МГУ, факуль-почвоведения.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета доведения МГУ.

Автореферат разослан " ZH " Q ftp ел Я 1985г.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на ;едаыии специализированного совета, а отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенных печатью, просим направлять по адресу : II98S9, ГШ| Москва, Ленгоры, МГУ, факультет почвоведения. Ученый Совет.

Ученый секретарь специализированного совета И.П.Бабьева

Актуальность проблемы. Продовольственная программа СССР поставила задачу довести к-1990 году площади 'осушенных земель до 18-19 шн*. га. В то же время известно, что дренирование территорий сопровождается неизбежным выносом из почвы химических'элементов. В связи о этим необходима количественная оценка я прогноз подвижности я возможного выноса химических компонентов прж осушении пота.

Цель паботн. Провести количественную оценку подвижности химических компонентов в осушаемых дерново-подз оли стых груятово--оглееинкс почвах на карбонатных породах, установить закономерности формирования химических свойств дренажных нод исследуемых почв, которые могут служить основой прогноза конпентрацжй элементов в дренажных водах. , -

Задали Изучить химические свойства дренаж-

ных вод дерново-подзолистых грунтово-оглеенннх почв на карбонатных породах. 2. Идентифицировать процесс», контролирующие кислотно-основные свойства дренажных вод и концентрации в них железа, кальция, марганца, фосфора. 5. Оценить возможность использования. установленных закономерностей при прогнозе выноса элементов с дренажным стоком, угрозы заохривания. дренажа и влияния ... ' дренажных вод на отфужашцую среду.

Научная новизна. I. Установлено, что диаграммы растворимости труднорастворамых соединений, построенные, по эффективным ПР, могут быть использованы для идентификации процессов, ограничивающих подвижность & , Со. , Мп , Р при. осушении почв, прогноза их концентраций и возможного выноса с дренажным стоком, 2, Мето-., дом прямого в.обратного потенииометрического титрования установлено, что кислотно-основные свойства исследуемых вод связаны с карбонатно-кальциевши равновесиями. 3. Доказано, что заохрива-нве дренажной сети зависит от соотношения концентрации Яз (») в ■ водах а концентрации Ре(т) , при которой происходит выпадение в осадок Для прогноза заохривания могут быть использованы

диаграммы растворимости соединений, ограничивающих концентрацию в исследуемых условиях, и диаграмма растворимости

Практическая пенност!,. Установленные закономерности подвижности химических компонентов в осушаемнх почвах могут быть использованы при разработке прогноза их концентраций в водах, выноса с дренажным стоком н влияния дренажных вод на состояние водоемов.

2 ; ■ , Ддвй^здва. Материалы диссертации докладывалась на У1 • конференции молодых.ученых факультета почвоведения МГУ (1983 г.), на заседаниях кафедры химии, почв факультета почвоведения МГУ»

Пу&одаоие. По теме диссертации опубликовано 4 статье, I статья сдана в печать. s " '

Объем работы. Диссертационная работа содержит MS страниц «аш&апаснога текста» тайлид, 24 рисунков. Состоит из введения, четырех глав, выводов, научно-методических рекомендаций и приложения. Список литературы включает наименований; из них ez на иностранных языках.

ОЕЬЕКТЫ И МЕГОДН ИССЛЕДОВАНИЯ ■ Исследования проводились на опытно-производственном участке МШИ "Пенье", расположенном в колхозе ем. Кирова Калязинского района Калининской области. Осуштельнзя система на участке за- -проектирована в виде сети закрытого гончарного дренажа, уложенного с меадренщдш расстояниями 12, 18, 24, $0 метров, введена в эксплуатацию ъ 1979 г. По границе участка проложен канал, выполнявший функцию сброса дренаяного и перехвата поверхностного стока, каждая дрена имеет открытый выход в канал.

Почвенный покров участка представлен дерново-подзолистыми грунтово-оглеэнными почвами ка карбонатной морене. Исследуемые почвы характеризуются сочетанием оглеаиая и отчетливой оподзо-ленности профиля с карбонатностью,, вскипание наблюдается с глубины 50-70 см, Реакция почв в горизонте Aj слабокислая (рй^^Б; pHMt(j 5,8), в JLj - нейтральная, в карбонатных горизонтах - слабощелочная. Распределение элементов в профиле почв свидетельствует о его диЗймэрекдаадиа по элювиально-иллювиальному типу,-

Пробы дренажных вод ох^бираля каждые 10 дней в период , с июня по октябрь 1982 и 1983 гг., проанализировано около 300 проб дренажных вод, около 100 проб вод канала г 60 проб, других типов природных вод. В водах общепринятыми.метопами определяли Ca, , Mo ,Jo. .К ,Mn tZn , Pö/"„ . f/Ht\ SOf,

HcOj", pH, СВЦ и окисляемость. Для изучения природы кислотно-основных свойств дренажных вод нсполъзовалд метод прямого я обрат-/ дето нотенциометридеского титрования (Воробьева,Замана,I9QI) „ Идентификацию процессов» контролиругщих уровни концентраций элементов, проводили по диаграммам растворимости трудаорастворимых соединений элементов, построенным по эффективным величинам про--; изведений растворимости (Воробьева,Рудакова,1980).

■ з

ПОДВИЖНОСТЬ ХИМИЧЕСКИЕ КОМПОНЕНТОВ В работе под подвижностью химических элементов в почвах понимается их. способность-переходить из твердых фаз.в жидкую. Уровень интенсивного показателя подвижности химических элементов (Орлов(Воробьева, 1982) в исследуемых: почвах отвивается по > их дояцентрации в дренажных водах*

В настоящее время в ЕССГ, Прибалтике, Северо-Западаом в Центральном районах РСФСР детально изучены химический состав вод дренажного стока, его динамика, установлены размеры выноса элементов из почвенного профиля, влияние на него различных факторов а аэмененае свойств почв в процессе осушительных шлиорадай. В Калининской области, несмотря на широкие масштабы осушения, проводились лишь единичные исследования. Однако для исследований: химических свойств вод дреназяого стока характерен эмпирический подход, в то время как современная химия-почв характеризуется многочисленными и удачными попытками применения законов классической химии и термодинамики для изучения равновесий в системе твердые фазы - косвенный раствор.и количественной оценки состава яидкой фазы вочв. Идентифицированы процессы, контролирующие концентрации фоофора (КудеяроваД376; ,1960; й5.Ча!-

,1979), марганца (Рудакова, 1983; ХлпсСглу ,1979), железа (Воробьева, Рудакова, 1980; ¿ЙгЛяу, ,1982), кальция (Мкнкян, ЕвдовицкиЙДЭТЗ; Теоретические основы.,1981) в почвенных растворах а вытяжках из почв. .1 I. Кислотно-основные свойств"дрена^нш; вод. Дренажные воды исследуемых почв по классификации О.А.Алекина (1970) относятся к гидрокарбояатному классу кальциевой группе 1-му или 11-му' типу пресных вод. Она характеризуются умеренко-эосстаяовительнщ,т или слабо-окислительныт свойствами, нейтральной или слабощелочной реакцией. ОЩ дреналшнх вод в течение летне-осеннего сезона изменяется от 261 до 463 мВ, составлял, в среднем, 381 мВ.

Значения р([ дренажных вод за период наблюдений колеблются от 6,60 до 7,90, составляя, в среднем, 7,31; вод канала.во всех сраках отбора проб выше к составляет, в среднем, 7,87, Щелочность дренажных вод равна 7,39 мг-экв/л; при попадании дре-начшых вод в канал она уменьшается до 5,36 мг-экв/л. Кривые пря-' мого и обратного потекцкометрического титрования (рис.1) показывают,, что кислотно-основные свойства и, в частности, рК дре-наянше вод связаны с карбонатными равновесиям». Титруемая ое-

рН II

9 7

б 3 I

ОД- 0,2 мг—зкв

0^3

0,4

лочносгь дренаюяоос ■ вод (. кривая I) обусловлена НСОд" —

- ионами* В водах канала ( кривая 2) присутствуют следовые количества-С0д"?~ -

- ионов, которые обусловливают более высокие значения 1 рИ вод канала при меньшей < величине щелочности» Повышение рй. а содержания.СОд2" после выхода дренажных вод в кавал связано с уменьшением концентрации диоксида углерода вследствие выделения его в атмосферу. Уменьшение общей щелочности обусловлено как снижением концентрации

СОо в воле, так и осазденаем карбоцат-ионов в форме Со,СО*

Изменение кислотно-основных свойств дренажных вод при их хранении подтверждает установленные закономерности (табл.1)*

Таблица1.

Изменение рН, общей щелочности и Рсо% при хранении проб вод

0,5

— —МГ-ЭКВ Н^Оч

Рис.. I,. Кривыэ пряного (-) и

обратного. (---) титрования вод

дрен. (I) и канала (2).

Показатель

- вода

: дрена.: канал

.■Ззрм.-З.'ашд

. дрена : канал

^реэ-15 сутрк дрена: канал:

рЫ 7,28 8,21 7,91 8,41

Щелочность,мг-экв/л 8,20 5,.22 - 7,92 4,96 Р«^, атм. 0,0150 0,0006- 0,0016 0,0003

8,53 8,58 3,50 3,32 -0,0003 0,0003

Значения Рсо^ получена расчетным путем, исходя из реального значения рН вод в соответствии с уравнением (Ролпамае'шлц 1967);

где К1 и К^- константы диссоциации Кг^д , а ^сл" -коэф-

фициентн активности ионов. Средняя ионная сила вод дрен ( 0,011) и канала ( 0,008) рассчитана на основе их химического состава;, во всех последующих расчетах она принята равной 0,01, Через 15 . сутоя хранения рЫ, общая щелочность и РсОд, вод дрен в канала достигла одного уровня, совпали и кривые потенцаометрическо-го титрования.

■ 5 ■ N \ ■

. , Анализ других типов природных вод показывает, что кисдотно--основные. свойства грунтовых вод исследуемой территории обусловлены гидрокарбодат-ионами; вод луж, ручьев а реки - карбонат- а. гвдрокарбонат-ионаш. Во всех тепах год рН при их хранении шва-, шается до 8,3-8,6, одновременно уменьшается титруемая щелочность.

Таяш образом,, при поступлении исследуемых дренажных вод в природные водоемы можно ожидать повышения рН до 8,3-8,6 и уменьшения общей щелочности вод.

2. Подрджцддсь, р^лышр. В исследуемых почвах кальций является наиболее интенсивным мигрантом: концентрация его в дренажных водах, выраженная в мг-экв/л, превышает концентрацию магния в 2 раза, натрия - в 27 раз, далия - в 257 раз. Средняя яонцент-ращи кальция в дренажных водах в летне-осенний период составляет 4,89 мг-экэ/л (97,8 кг/л), в ведах канала - 3,39 мг-экв/л (67,9 мг/л). Многочисленными исследованиями установлено* что концентрация кальция в почвенных растворах карбонатных почв определяется карбонатно-кадьциавыма равновесиями. Исследования карбокатно-кальциевых равновесий в изучаемых дренажных водах ос. новавались на диаграммах растворимости соединений кальция. Цря расчетах диаграмм растворимости принята во внимание ионная сила исследуемых вод и образование разнообразят комплексов кальция в. соответствии с концентрацией комплексообразуших компонентов в водах. Уравнение материального баланса имеет вид: , Cea, =£V*J +£С&0Н*3 +[Са{ОНХ] +ÍCo.CO¿]+ f Со. НС09+2<СьМл+3 * + [Со. PüfJ+ГСа HPCi'J+tCü. tf¿ Р&4 +3+£Са у.

Так лак кислотно-основные свойства исследуемых вод связаны с карбонатно-кальциевыми равновесиями, расчет растворимости соединений кальция проводили с учетом Fto¿ и соответствующего ему значения рй. '

На рис.2 представлена концентрация кальция в дренажных водах и диаграммы растворимости некоторых его соединений. Сопоставление концентрации с диаграммами растворимости дозволяет заключить, что при рН выше 7 исследуемые воды представляют собой растворы, насыщенные относительно СлС03 , а концентрация кальция в них соответствует растворимости карбоната кальция с ПРиЮ-®* (Ve-níLfve,j[974).w, i&W-ía^ (1979) указывает, ЧТО при рН.киже 7 концентрация кальция определяется ионообменными равновесиями. О насыщенности исследуемых дренажных вод относительно Gi C0¿свидетельствует и тот факт, что внесение двойного суперфосфата -

- .Ил0 - не приводит

к увеличению концентрации кальция »водах, хотя ее уровень за счет растворения удобрений манат быть значительно вше* Вследствие.того, что дренажные воды и воды канала различаются по Рс&г и значеньям рН, концентрация кальция в них не одинакова, т.к. соответствует растворимости СлСС^ в разных условиях.

При хранена* лреназщнх вод, сопровоадапземся падением

, концентрация кальция уменьшается и через 15 суток соответствует растворимости Са.С0} . Б промежуточные срока - - .д.. - . - ^ а концентрация кальция была выше ПВ*Ю * , 4 - Слбс^ , ПМО""8*4? расчетной (табл.2), что обу-.

словлено неравнове сностью системы, связанной о постепенным уменьшением концентрации диоксида углерода, и увеличением По этой же причине концентрация кальция в исходной воде канала превышает расчетную»

Таблица 2

Экспериментальные и расчетные концентрации кальция в опыте по хранению вод, шаль/л

Образец : Исходная вода : Через 2 суток: : Через 15 сутчрк _. : экспердм.; расчет г зксяерим.; расчет : эксперта.; расчет

Вода Дрены '2,69 2Д9 ' 2,32 1,15 0,75 ' 0,65 Вода канала 1,45 0,96 ' 1,31 1,00 - 0,70 0,65

1ажзв!1 образом, общая концентрация кальция в исследуемых водах при рН выше 7 контролируется растворимостью карбоната кальция с ПР 10-8.32. £ связи 0 этим диаграмма растворимости указанного соединения (рис.2, кривая 3) была использовала для прогноза концентрации кальция в водах. В табл. 3 представлены концентрации и выкос кальция, определенные экспериментально цо реальной концентрация кальция и объему помесячного дренажного стока о ло--

6 7 8 рН Рис. 2. Концентрация кальция в водах дрен (*} г канала <*) и диаграммы растворимости соединений кальция: I - Са3 » •> _Л|.<?П. и. п -а О.

т

сдедуицнм суммированием, ж вычисленные по диаграмме растворимоо-тм, похода аэ рН вод и объема общего дренажного стока, за исследуемый период.

Таблица 5

Экспериментальные и расчетные концентрации и вынос кальция с дренажным стоном

г"11Г • К? тШТКШЗ • .>№ЛЬ /д У,, мг/й,, . Вынос. кг/га

: эксперимент : расчет . : эксперимент : : расчет

1962 2,47 / 98,8 2,51 / 100,4 35,4 35,8

1983 " 2,42 / 96,3 2,09 / 83,6 42,9 87,4

среднее 2,45 / 97,8 2,30 / 92,0 ^9,2 36,6

Сопоставление рассчитанных и экспериментальных уровней, концентрации кальция в дренажных водах свидетельствует о принципиальной возможности использования диаграмм растворимости для прогноза концентрация калыхая в водах и его вшоса из почв*

' Я- Т^тт^г^ь фосйоуа. концентрация фоо$ора в дренажных водах в летне-осенний период изменяется от следовых количеств до 0,0039 шаль/л (0,121 мг/л), составляя, в среднем, 0,0004 ымоль/д (0,022 мг/л). Средний вынос фосфора за исследуемый период из метровой толщи почвы составляет 7 г/га.

На рис. 3 приведена концентрация фосфора в дренажных водах а диаграммы растворимости соединений фосфора, построенные по эффективным НЕ. Концентрации железа я алюминия, необходимые для. расчета диаграмм растворимости фосфатов, находили по ПР их гид-роксядов ( ПРре(№)3 = Ю"37'5, = КГ32,0). Сопоставление .

концентрации с диаграммами дозволяет заключить, что она ограничивается осаждением фосфатов кальция с растворимостьо, близкой-к растворимости гидроксид- или фторапатвта.

Внесение фосфорных удобрений не приводит к существенному повышению концентрадки' фосфора в дренажных водах; ни в одной из проб не зафиксировано концентрации фосфора,, соответствугщей растворимости более растворимых фосфатов кальция. Найлюдатоееся в ряде проб превышение концентрации фосфора со сравнении с рассчитанной по растворимости гидроксилапатита связано, по-видимэку, с кинетикой процесса осаждения апатита. На решающую роль кинети-. ка указанного процесса в регулировании концентрации фосфат-конов в природных водах указывали В.А.Ковалев, А.Л.Еуховицкая (1976), ^Слл^зау, 1.<Л1огеьо (1960).

ра

Рис. 3. Концентрация фоофора в дренажных водах (•) в диаграммы • растворимости его соединений: I -АСРО? , 2 -РлРО^ , 5 *!НЛ0 » 4 -Са}(Ю^ , 5 -Саю(РС*)е(СН),,. & -

4. Подвиднплтт, мя^гяяття. Концентрация марганца в дренажных водах изменяется от еледовах количеств до 0,015 ммоль/л (0,83 кг/а), составляя, в среднем, 0,003 ммоль/л (0,15 мг/д>. Вынос марганца дренажным стоком из. метровой толщи почвы незначителен и составляет 64 г/га. Максимумы концентрации марганца в водах наблюдаются в периоды максимального дренажного стока при сквозном промачиваяая почвы, сопровождающемся понижением значений рЕ ДО 6,6*.

Результаты лабораторного эксперимента по промывке монолитов дерново-сильноподзоластой супесчаной почвы ненарушенного сложения показывают, что концентрация марганца в промывных водах зависит от рН. Изменение рН. промывных вод горизонта А^ от 5,2-5,7 до 3,7-4,0 сопровождается увеличением концентрация. марганца от 0,05-0,2 мг/л до 4,59-8,2 иг/л. Сопоставление выноса марганца из разных горизонтов этой почвы свидетельствует, что марганец, выносится, в основном, из гуыусо-аккуыудятивного горизонта, нижележащие горизонты являются, своеобразным геохлклческим барьером. В промывных водах монолитов, включающих горизонты Ар А2, В^, концентрация марганца ниже, чем в водах из горизонта она изменяется от следов до 1,74 кг/л. Уменьшение концентрации марганца в этих водах соответствует увеличению рЕ; интервалы его изменения составляют: 5,6-5,9 - 4,2-4,4. Распределение валового содержания марганца по почвенному профилю показывает на-

9 "

копление марганца в горизонте Вг).

В дерново-подзолистых грунт ово-оглееаных почвах на карбо- ■ натной морене распределение ¿вого содержания марганца.свидетельствует о накоплении его в.горизонтах В^ и В^.

На рио. 4 представлены концентрации марганца в исследуемых водах и диаграммы растворимости некоторых его соединений.

ЕдСип

-3

-4

-5

■ -6

_7 - • . ■-------->--

3 4 5 7 8 ЭрП

Рис. 4. Концентрация марганца в водах в диаграммы растворимости его соединений: I - МпНРО» , Ср= Ю"6'3^?; 1а - МпНРО^е учетом ■ карбонатных комплексов; I' -МпИРО^ . Ср= Ю-5,8«; I" -МпНРО^,

Ср= КГ6»®«, 2 -МлСй, ,. 3 - , _____

При расчетах учтено комплексообразованиа ионов соответствии с уравнением материального баланса: -См, * [М«1*ММ.. + [Мл (0н)г*] (0Н)/]+[Мп {ОН)?'] * 1н*со/]+

[ м« (съ)/*]+1МпН со3+]+[м* и« РО+У+[Нп (РО*1*~ММ* н№]+ .+ С Мп (Н РО^Ч-ГМп Иг|ЭД. Условные знаки» характеризующие концентрацию марганца в дренаж- -ных водах дерново-подзатстых грунтово-оглеенных почв на карбонатной морене, располагаются между диаграшами растворимости МпИРО^при максимальной (кривая Г ) и минимальной (кривая 1° ) концентрации фосфора в исследуема водах. Наблюдаемое превышение реальной концентрации марганца в водах по сравнению с расчетной при рН 7-8, по-видимому, связано с образованием растворимых карбонатных комплексов марганца. Расчет показывает, что в области

Исследуемые воды:

а) воды осушительной системы "Пенье": « -дрен, * - канала;

б) промывные воды монолитов:

* - из гор.А^, А - из монолита, включавшего гор

-----Г

, ■ 10 ' ' _ ■ рН, свойственной исследуемым водам, растворимость соединений марганца может значительно повышаться за счет образования кзрбо-аатных комплексов. Кривая 1а на рис. 4 характеризует растворимость МпНР&,при условии, что все карбонатные' юны- раствора образуют растворимые комплексы с ионами Мпл*. Однако образование карбонатных комплексов марганца контролируется наличием в.водах, кальция, который регулирует концентрации С Од'*- в растворе. ■

На основе анализа диаграммы растворимости МпНРЙ, можно ожидать, что при уменьшении Рсог концентрация марганца в водах должна уменьшаться и соответствовать растворимости МпНРО^без образования карбонатных комплексов. Б водах канала, которые характеризуются значительно меньшими значениями Рсог (0,0018 атм.) в более высокими значениями рН ( в средаем, 7,87), по сравнению с дренажными водами, концентрация марганца соответствует растворимости МпНРО^без учета карбонатных комплексов.

' В связи с тем, что в литературе имеются указания на осаждение в карбонатных почвах М* СО5 (Ролпом/яъ/та- ,1967; ,1979), теоретически оценена возможность образования карбоната марганца в исследуемых условиях. Расчет показывает, что условия сосуществования Мп Н РОц и Ми Юз выражаются уравнением:

ЦРсо^+рН+рН^РО^-* Осаждение МпСОл происходит в случае, если указанный параметр преважен. В ассдедуемшс дренажных водах осаадение МпСО} возможно при снижении обшей концентрации фосфат-ионов ниже 10~®» (0,81 мкг/л). Так как найденное значение концентрация фоофат--исшов меньше, чем концентрация фосфата, рассчитанная по растворимости фторапатита в данных.условиях, то следует ожидать прея-цушественного осаждения гидрофосфата марганца. Следовательно, в исследуемых дренажных водах концентрация марганца контролируется осаждением МпНРС^.

Вследствие ограничения концентрации марганца в дренажных водах образованием гидрофосфата марганца по дшаграше растворимости этого соединения может быть осуществлен ориентировочный прогноз концентрации марганца в водах на основе измеренной величины рН. Дня прогноза состояния марганца в дренажных водах дер-ново-подзоластой грунтово-оглеенной почвы на карбонатной морене может быть использована кривая I на рис.4. Эта кривая отвечает средней концентрации фосфора - 10*^' Прогноз концентрация и выноса марганца представлен в табл. 4.

Таблица 4

Экспериментальные и расчетные концентрации и вынос марганца с дренажным стоком

Год Конпентпягтия. мгаюль/л / мг/л :_Вынос, г/га

^удма д шацодд. эксперимент : расчет : ......• эксперимент : расчет

1982

дрены 3,0 / 0,17 1,6 / 0,09 60 31

канал 0,9 / 0,05 0,9 / 0,05 - ■ -

1983

дрены 2,5 / 0,14 . 1,5 / 0,08 -67 37

канал 0,9 / 0,05 1,0 / 0,06 - -

Среднее 2,8 / 0,15

дрены 1,6 / 0,09 64 34

канал 0,9 / 0,05 1,0 / 0,06 - -

Занижение расчетных концентраций марганца в дренажных водах, по--ввдямогду, может быть связано о образованием карбонатных комплексов, которое кривой I не учитывается. Можно полагать, что в кислой среде, когда карбонатные комплексы не образуются, прогноз будет более точным.'

Кривая 3 на рас. 4 демонстрирует растворимость МпНРС^при концентрации фосфора, свойственной промывным водам монолитов. Хорошее соответствие концентрации марганца в этих водах диаграмме растворимости Мп МЩ связано с отсутствием комплекс ©образования с карбонатными ионами в квелей среде.

Б. Подвижность железа. В исследуемых дренажных водах концентрация Г<(т) в летне-осенний период изменяется от следовых количеств до 0,0293 шоль/д (1,64 мг/л), среднее содержание составляет 0,0023 шоль/л (0,13 мг/я). Концентрация Ь(») изменяется в более широких пределах: от следовых количеств до 0,135 ммоль/л (7,6 мг/д), составляя, в среднем, 0,005 ммодь/л ( 0,28 иг/л). Вынос железа эа исследуемый период из метрового слоя почвы достигает 130 г/га, из них 60 г/га составляет &(*<). Динамика концентрация железа в дренажных водах обусловлена изменением концентрации , которое коррелирует с ОВД ( коэффициент корреляции * = -0,80).

На рис. 5 представлены диаграммы растворимости гидрокевда _ трехвалентного железа и некоторых соединений двухвалентного железа. При расчетах диаграмм растворимости учтено образование раз—

12 \ личных комплексов железа а соответствии с уравнениями материального баланса: С^о ^ +£ ^ ОН1+]+Ш<>н)С] +1 * (0Н)}*]+[& (ОН)?]*

Сре(») а Г ЧР« И/; * + [ЬРШ* -

+ ГЯг Н &)<,+] +[Ь «л

♦ ЕМНдред.

е

Исследуемые во-. да:

а)дренажные вода дерново-подзолистых грунтово-огле-еняых вочв:\ • л -йф;

б) дренажные воды торфяных почв:4-Л -

4 5 6 7.8 9 pH -

Рис. Концентрация железа в дреВ&жных ведах и диаграммы растворимости соединений железа: I - , ПР = 2 -- ПР = Ю"37*5; 3 -Fe,(0H)t ; 4 - feCOj ; 5 ;.. в - FeWPÖ* ; 7 - Я;4fWt)A

На рис. 5 знакалш доказаны концентрации и F*(>) в исследуемых водах. Значки, соответствующие концентрации , располагаются между диаграммами растворимости Fe(öK,)j с ПР и Ю-37,5. Как отмечает tA tfovUoy. (1979), процесс осавдепяя Fe(0Hjj включает 2 стадии - оса-вдение шовного гидроксида яего кристаллизацию. Б нейтральной и щелочной среде трансформация гидр окевдов трехвалентного железа является очень медленным процессом. Состояние Ре(ш) в дренажных водах отражает разные стадии этого процесса, что и обуславливает колебания в содержании Fe(m) в разных пробах вод. По диаграммам растворимости можно прогнозировать максимальную в минимальную концентрации . Для иссле-дуемыхвод ( pH 6,6-7,9) эти концентрации соответствуют 0,73 и

0,02 мг/л < рис.5, кривые 1,2)..

Большинство проб дренажных вод'ненасыщены по отношению к ■„ трудворастворямым соединениям двухвалентного железа, однако встречаются пробы, в которых концентрация-; соответствует

растворимости (ОН.* г СС^ . Для решения вопроса о

природе процесса, ограничивающего1 подвижность Ре(*0 , проведена оценка условий образования. и , При расчете использован показатель ре- , равный отрицательному логарифму активности электронов в растворе. Этот показатель позволяет единообразно оценивать химические и электрохимические ( окислительно-восстановительные) равновесия,- которые могут осуществляться а исследуемой системе. Окислительно-восстановительный потенциал и />« связаны соотношение^: СШП (мВ) = 59,2( ХСпЫ^а^ , 1979). Анализ возможных равновесий показывает, что существование . {Он)э и ГеСОз обусловлено Рсск ■ , рН я ^е и описывается уравнением:

Если указанный критерий состояния железа не достигается, можно ожидать проимушественного образования . в исследуемых

дренажных водах он равен 33,20, следовательно, более вероятно образование . Как показывает расчет, осаждение РеСОз

станет доминирующим процессом, ограничивающим подвижность в исследуемых условиях,лишь при снижении СШ до -10 »©. Таким образом, ддя оценки максимально возможных концентраций Яг (я) в исследуемых дренажных водах можно использовать диаграмму растворимости [0Н)з .Степень приближения концентрации Ре 00 в водах к рассчитанной во растворимости Ре^ (ОН% обусловлена величиной ОБИ. Так как СШ отличается высокой динамичностью, то, соответственно, и уровень концентрации может сильно ко-

лебаться. По диаграмме растворимости ^¡{ОЯ}/ мы можем предсказать лишь максимально возможную концентрацию Р« (н) \\ в частности, при рН 7,31, свойственном исследуеиым водам, она может достигать 6,27 мг/л.

Сведения об уровне концентрации двухвалентного железа вме-' ют большое значение для прогноза заохривания дренажа. В основе -классификаций грунтовых вод по угрозе заохривания дренажа лежит уровень концентрации Ре (и) . По классификации, разработанной Ф.Р.ЗаЙделъмздом (1975), заохривание пластмассового дренажа возможно при концентрации Ре {ц) в грунтовых водах выше 3 мг/л.

' - . 14

гончарного - при концентрация в'дае С вг/л. Известно, что

заахриваиие дренажа происходит в результате окисления Ре ('») и осаждения . Очевидно', угроза заохривания, будет тем ва-

ше, чем больше-концентрация Ре (я) в вода превышает концентрацию Ре(ю) , . , при которой.начинается осаждение гидроксида трехвалентного железа, т.е. чем большее количество Р*(ОН)$ вы' падет в осадок при окислении Рь{») . Таким образом, для прог- ■ ноз а угрозы, заохривания дренажа полезно сопоставлять диаграммы растворимости- р*з (Он)? в Рг (0Н)1 . Это сопоставление позволит оценить возможное превышение концентрация над концент-

рацией Ре(т) и количество осажденного гидроксида в рассматриваемых кислотно-основных условиях* Сопоставление диаграш растворимости Р*з (ОН)х и (кривые I иЗ на рас .5) по-

казывает, что область рН, свойственная исследуемым водам характеризуется близкими концентрациями Ре («) и • , обусловленными раствор икостьв ферроферригидроксида и гидроксида трехвалентного железа. Вследствие этого в исследуемых водах не наблюдается резких различий в концентрациях Яг (и) и Ре 0*] и опасность заохривания изучаемой дренажной системы минимальна. Действительно, функционирование системы г течение 4-х лет не привело к нарушению работы дренажной сети в связи с заохриванием■ дрен.

Безусловно, исследования угрозы заохривания дренажа для почв, развитых на карбонатных породах, неактуальны. Однако высказанное предположение о зависимости заохривания дренажной сети от соотношения концентрации в водах и концентрации

при которой выпадает в осадок ^е (0Н)} > имеет более широкое . значение и должно быть проверено в других кислотно-основных ус-.ловиях. В частности, разовые определения содержания железа в дренажных водах торфяных почв Яхромской поймы (рис,5) показывают, что в области рй меньше 6,5 концентрация Р* 00 может значительно превышать концентраций Ре О'О , при которой осаждается Ре(0Н)}, достигая в некоторых пробах 56 мг/л и приводя к ярко выраженному на этой системе заохриванию дрен.

ВЫВОДЫ <

I. Дренажные воды дерново-подзолистых грунтово-оглеенных.почв на карбонатных породах Калининской области характеризуются нейтральной ала слабощелочной реакцией, умерекно-восстановительнн-ми или слабо-окислительными свойствами. Химический состав вод,

Л" 15 *

^дренирующих целинные и пахотные участки, а также участки с различишь каждреашш® расстояниями, существенно не различается.

2. Кислотко-оскозиые свойства дренажных вод исследуемых почв связаны с карбонатно-кальциевыми равновесиями. При поступлении вод дренажного стока в природные водоемы происходит повышение рН и уменьшение общей щелочности вод вследствие уменьшения концентрация диоксида углерода и осаждения СаСОд.

3. Подвижность кальция в исследуемых почвах регулируется карОо-натко-кальциевыми равновесиями. При поступлении вод дренажного стока в канал и другие водоемы происходит уменьшение концентрации кальция в соответствии с уменьшением растворимости СаСОд при изменении Рсог и рН. Для прогноза концентрации кальция в дренажных водах и выноса его дренажным стоком может быть использована диаграмма растворимости СаСОд, построенная с учетом изменения .Рсс^ , рН и комплексообразованин ионов кальция..

4. Концентрация фосфора в дренажных водах регулируется осаждением труднорастворимых фосфатов кальция с растворимостью,, близкой к растворимости гвдроксдлапатята или фторапатита. Внесение в почву повышенных доз фосфорных удобрений не приводит к значительному повышению содержания фосфора в дренажных водах.

Подвижность марганца в исследуемых почвах регулируется процессом образования гидрофосфата двухвалентного марганца." При поступлении дренажных вод в водоемы происходит уменьшение концентрации марганца в соответствии с уменьшением растворимости МпНРС^ при уменьшении Рс<?д . Для описания состояния марганца в исследуемых водах можно использовать диагрзшу растворимости МпНРР^.,

6. Подвижность железа (Ш) в исследуемых почвах ограничивается осаждением гидроксида - Ре (0И)}. Для описания состояния Яе ("')

в нейтральных или слабощелочных дренажных водах следует использовать диаграммы растворимости Ре(0Н)з , построенные по ПР 10-35,96 и хо-37'^.

7. В исследуемых дренажных водах концентрация железа (П) зависит от ОНИ, а ее максимально возможный уровень ограничивается образованием (ОН)» . Диаграмма растворимости этого соединения может быть использована деля прогноза возможных концентраций двухвалентного железа в дренажных водах. Большинство проб исследуемых вод ненасыгзены по отношению к Fcз(0^t.

8. Заохривание дренажной сети зависит от соотношения концентрации в исследуемых водах и концентрации (м) ,

ара которой происходит выпадение в осадок Для прогноза

угрозы заохраванвя дренажа могут быть использованы диаграммы растворимости соединений, ограничивающих концентрацию в исследуемых условиях, и диаграммы растворимости . В частности, для прогноза заохрнвания исследуемой дренажной системы можно использовать диаграммы растворимости и Ре (оц)2 . Угроза заохравания для изучаемой системы минимальна в связи с близостью концентраций , обусловленных раствори- ' мостью (он), и

НАУШЮЧдаОДИЧЗСКИЕ РЕКОШЩШДО I. Б связи с тем, что при хранении проб дренажных вод осушаемых почв на карбонатных породах происходит увеличение рН, уменьшение обшей щелочности, концентрации кальция, марганца, железа,* химический анализ вод необходимо проводить в день отбора проб.

Материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. О возможности прогноза состояния некоторых химических элементов в природных водных растворах по диаграммам растворимости.II. Влияние фосфат-иоиов на уровень концентрации железа. - Вести. Ыоск,ун-та.Сер.ночв.,1932, № 2, с.Ю-14 < в соавторстве).

2. Подвижность железа и свинца в почвах. - В кн.: Геохимия тяжелых металлов в природных а техногенных ландшафтах/ Под ред. М.А. Глазобской. - М.:Изд-во МГУ, 1983, с.5-12 ( в соавторстве).

3. Карбокатко-кальцаевое.равновесие в дренажных водах. - Биод. науки, 1984, й 5, с. Э( в соавторстве).

4. Состав дренажных вод и вынос химических элементов из осушаемых почв Калининской области. - Гидротехника и мелиорация, 1985, $ 2 , с.53-6/ ( в соавторстве).

По АПК,во к плчжтж '/л се.

Усп. пч. я, п. ^С^

Тарах

«э. Зим /¿Об

Иэдтльсгео Момовеюг» тяпвр»т«тв 103009, Мое»»», Геровиа, 5/7. Типограф" Иэдоа МГУ. Мое«*», Лввшкжп» горы