Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Процессы миграции и трансформация стронция фосфогипса в техногенных мелиорируемых ландшафтах Сало-Манычского водораздела

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Процессы миграции и трансформация стронция фосфогипса в техногенных мелиорируемых ландшафтах Сало-Манычского водораздела"

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

На правах рукописи МИХАЙЛОВА Ирина Николаевна

УДК 631.445.53 : 631.8

ПРОЦЕССЫ МИГРАЦИИ И ТРАНСФОРМАЦИЯ СТРОНЦИЯ ФОСФОГИПСА В ТЕХНОГЕННЫХ МЕЛИОРИРУЕМЫХ «ЛАНДШАФТАХ САЛО-МАНЫЧСКОГО ВОДОРАЗДЕЛА

Специальность 03.00.27 — почвоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1993

Диссертационная работа выполнена в Донском ордена Трудового Красного Знамени государственном аграрном университете и Московской сельскохозяйственной академии им. К- А. Тимирязева.

Научные руководители: доктор биологических наук, профессор Минкин М. Б. |, доктор, биологических наук, профессор Карпухин А. И., кандидат биологических наук Шеста-ков Е. И.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Соколова Т. А., кандидат ических наук,

Кузнецов А. В.

Ведущее предприятие: Московский гидромелиоративный институт, кафедра мелиоративного почвоведения и земледелия, * ¡у

За^уа диссертации состоится ъ &С&бЛ^. 1 943 г

в -часов на заседании специализированного совета

К 120.35.01 в Московской сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева.

Адрес: 127550, г. Москва, И-550, Тимирязевская ул., 49, Ученый совет ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в^ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан « /У »ш.&ш . 1993 г.

Ученый секретарь А)

специализированного совета — кандидат биологических наук ' .

г.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Загрязнение почвы тяжелыми металлами ухудшает среду обитания, нарушает естественный фитоценоза и негативно влияет на здоровье человека. Внедрение в прапнку тггенсгеШкацнн сельского хозяйства отходов. прошменностн, в то* числе фэсфогклса, ведет х загрязнению почв токсичными примесями.

Фосфогипс широко применяется в Ростовской области для мелиорации солонцовых шчв, которые составлял! около г млн. га. Однако последствия его использования в области практически не изучены. ;

В. связи с Этта настоящая работа вклшает в себя исследование следущнх этапов почвенного коннтошнга. 13 определение уровня содержания стронция.в почве и фосфогипсе: 2) изучение поведения зг в почве; 3) экологически обоснованное шокирование прикеие- . ши фосфогипса в качестве излщшта солонцовых почв.. .' Цели и задачи исследования ■. .

. Осковноя целью данной работа' является:,: вдасшшз особеншстея повздемм ; стронция - при келиорации почв Сало-Манычского . водораздела фосфогююом. Это определяю необ-• сводимость постановки- следуища задач:изучение вяюшня свояств почва, на распределение ., стронция ' в системе почва-раствор; 2. гьнсненке факторов.' опседелящих . подвижность стронция в почва ¡. 3. оценка илграционной способности различных форм внесения стронция в почву : 4. разработка \алгошнов и программ , расчета; содержания стронция в почвенном растворе солонцовых почв; . 5.построение . дааграюг растворимости труднорастворзмых- соедишния строншя;. и оценка тенденция, изменения растворимости при смене вкеямкх . условий:; 5.изучений взаимодействия стронция с.. годорастворимш органическим веществом.-

2.ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Исследования проводились на . почвах Сало-Манычского водораздела в совхозе Дубовския Дубов;кого района Ростовской области. Для модельных опытов были использованы 1 образцы солонца каштанового степного целинного среднего малонатриевого хлорвдно-сулы$атного типа засоления (табл.1 >. Б ряде экспериментов использовались образцы солонцовых почв, различающиеся да своих физико-химическим свойствах: такъровидная солон-цевато-солончаковатая почва (.Казахстан) ; каштановая солонцева-то-содончахюватая почва С Дагестан) ; корковый средненатриевыя солонец (.Новосибирская обл.). В экспериментах использовалась партия фосфогкпса Воскресенского хим. комбината с содержанием sr

3.2%.

Был применен метод радиоизотопных индикаторов (sr-85). Радиометрические измерения проводили на ^-спектрометре "Conpugaena" 1282 фирш "LKB" "Huilait". Ошибка РаДИОКвТРИЧаСШС измерения не превышала 3%. Метод радиоизотогашх индикаторов сочетали с методами последовательных вытяжек (Л. И.Мамонтова. 1377; Н.Б.Хитров, 1984;) систематизированной гель-хроматоггайни С А. И. Карпухин, 1987); ионообменной хроматографии в тонком слое СИ.С.Кауричев, 1979;,

Диаграмма растворимости рассчитывали по уравнениям материального баланса катионов и анионов с использованием, констант устойчивости предполагаемых ассощшов (il .В Булатов, 1984. " Т.А.Рудакова с соавт. .1966, В.И.Савкч. 1987>, , Анализ агоохи-' ' , мических и физикохимических свойств исследуемых почв проведен обще принятыми методами (Е. В. Аринушюша.. 19Б1). '.Определение ; валового, количества стронция и кальция проводили ;на атохно-абсорбционном спектрофотометре "Карл-Цейс-йена". aas-згг ■ в воздушно-ацетиленовом : пламени после разложения почвы. CD.B. Алексеев. 1987). Ошибка не превылала 6.4?. Опыты прово-ч

Таблица 1

Физико-хихическая характеристика образцов почва

Горизонт и глубина взятия образца, сх . Гумус, X СаСО-, % 3 Сумка обнзнннх хатионов ХГ-ЭКВ 100 Г" Обменный катионы мг-эквЛОО Г Физическая глина. %

И*?'

0- 17 2.05 0.20 19.52 8.43 8.00 г. оа 47.20

Bj 17- 31 16.0 . 0.20 29.48 14.55 10.38 4.48 60.48

В2 40- 50 х.гг 3,6в 25.11 12.30 з.зе 4.42 56.37

С 80-100 0.40 6.75 17.21 в. 96 4 .81 3.44 51.18

дались в 3-5 кратных повторностях. Проведена статистическая обработка всех полученных, данных. Принятый уровень вероятности Р = 0.35.

Научная новизна исследования- Установлено влияние ионов почейиного раствора на растворимость стронция ФосФогиНса при мелиорации солойцовьх лочв Сало Маншского водораздела;, расчитани коэффициенты конкурируюш ' реакция, разработаны программы расчета растворимости стронция. (soil ph. soil рсо^ ), лозвотщий осуществить прогноз .изменения его

'концентрации . при" сиене внешних условия и рассчитать условия.' необходим-для создашь безопасной с экологической точки зрения концентрации стронция в почвенном растворе' no L геяетичесюм горизонта*. ; Определены масштабы и форма миграции стронция при мелиорации,.почв- ФосФогилсом. Прошдена/толкчественная одашса ' .разяишок Форн стоондая фосфогинса в почве к оценено влияние свойств почвы на его фращгаккьй состав.' 2стгномеко наличие кохпяехсжк сседшкхя стронция, с фульвокислотами,' вадэленньши '■: из солонцовых лочв; определены молекулярные масса кэишексньк соединений стронция с фракциями фульвожлот ;'показана различная ; кокллексообразухшя. ехгость «олекулярно-иассовьк фракция Фулъвохислот по отноиенио

к стронцию, рассчитаны константы устойчивости строкция-органическнх соединенна различной молекулярной касса Установлена преобладаяиая миграция Фульвскислотного стронция по сравнению с его ионной формой. .

Апробация работы и публикации. Основнда материала диссертационной работа доложена и обсуждены на- хенрегионалъноя научно-практической конференции молодых ученых и специалистов в Г-Воронеже. 1933 г.; школе-семинаре "Совеоке нкье проблемы почвоведения к экологии". г.Москва, 1933 г. ; научных конференциях в 1992-1933 г. г. Дрнского госагро университета; кайедре ¡почвоведения ТСХА, 1993. По тепе диссертации одублиховано 5 работ.

ртрукгуса и обгем работы. Диссертация изложена на 165 стр.. включает 33 тайдкц. Н рисунков, состоит иа введения, пяти глав, выводов и предложения, списка использованных источников да 197 наименований, приложения на 13 страницах.

3. ПОЧШШО-ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОГНОЗ МИГРАЦИИ СТРОНЦИЯ ПО даАГРАМШШ РАСТВОРИЮСта

На основе полученных экспериментальных значения содержания стронция в 4осфогилсе и доз его внесения в почву бщи; построены диаграммы его растворимости.

При расчете растворимости фосфогмпс'а учитывали: . реакции катионов с гидроксиднши ионами вода, а такае с другими анионами; г) реакции образущихся анионов с ионами гидроксония. а такке с другими катионами; ионную силу раствора: 4} образование какпдешшх ионов.

Расчет растворимости соединений предусматривает построение уравнений материального баланса на основе которых были получены коэффициенты конкурирущих реакций СЮСР) ионов йосйогшса. с учетом концентрации анализируемой водно-солевой системы.

Таблица г.

Коэйащиенты гсоикурируодк реакция (.-1зо<. .

Ион лначекяе гн раствора

2 3 4 5 ? 7 я я 10

5г2+ 0 25 0 20 0 30 0.30 0 30 0 30 0 30 0 30 0 30

Са2* 0 21 0 22 0 22 0.22 0 22 0 23 0 25 1 15 3 10

4 20 4 20 4 20 4.го 4 го 4 20 4 20 4 20 4 20

нео£_ 5 62 4 35 9 18 2.30 1 40 0 86 0 77 0 75 0 75

н2ро4" 0.42 0 12 0 08 а. об 0 03 0 08 0 08 0 08 0 08

4 01 4 31 4. 91 4.81 4 01 4 81 4 91 4 81 4 91

эо2" 0 57 0. 46 0. 45 0.45 0 45 0 43 0 45 0 45 0 45

Диаграммы растворимости соединения каяьция и стронция лредставлены на рис.1.

Экспериментальные значения растворимости стронция йосйогипса оказались несколько нзвяе рассчитанной при данной ионной силе раствора (I =0.02), это объясняется условностью используемого в расчетах значения Пр, которое составляет - в.4о: -8.49; -е.53 и неточностью расчета ионной силы раствора. вследствие многокоютонентности системы.

' При расчетах диаграмм растворжости лса и зг с учетом концентраций' почвенного; . раствора . учитывались средние концентрации -солутствудак понов, - а такгз данныз анализов, с учетох внесенных.;с фосфогипсом ' са.р.зг.г. . Пси васчете ККР исходили из 5 вариантов концентрация: юль^я-.. 1-:1ро43"з = ' ю-4, [3042-] ю'3; = Ю-4. Сс*2+3 = смз2*3 = Ю"3: 2--сро/-] = тг; его42"з = 1са2+з = снз2^ = ю'3; 3 - 1ро/'з : = ю'2, Ьо/-] = ю"1. .^»24] = снз2*з ио"3; 4 - СР043"э = - ю"4, [эо/'з = го"1, [с*2+з у ю"2 з = Ю'1: 5 - Сро43"з V ю'4, [3042-) = ю-3, [Са2+з = ю"2 сна2* 1 = Ю"1. ;

На рис .2 представлена дааграюш растворимости сульфата стронция для этих вариантов.

Уровень концентрации стронция, обусловленный растворимостью 5гво4 наименьший в 3-м варианте при максимальной концентрации 8о42",с которым стронций образует трудшрастворимое соединение Следовательно, в сульфатном горизонте солонцов следует ожидать его осаждения в виде Бгзо4. Увеличение концентрации фосфат-иона на два порядка почти не влияет на уровень концентрации вг. так как значения КХР стронция изменяется незначительно. Возросшие концентрации с» и на (вариант 3 я О, при прочих равных условиях, несколько увеличивает растворимость стронция за счет увеличения ККР сульфат-иона. Самая васохая концентрация стронция в рас пюре наблвдаегся в 5-м варианте, при низкой хонцентарции сульфат-ионов и аьсокой концентрации коякуриругшх катионов, что соответствует в некотором приблюкении под-солонцовому горизонту.

Диаграммы растворимости 8г с учетом влияния карбонатных комплексов рассчитывали при различных Рсс,2 и гн. По ИВ.Мишину

(ДЭВСУ среднее парциальное давление составляет о.ооз атм, а в карбонатных почвах может повыситься до о.ог атм. Диаграммы растворимости сульфата и карбоната стронция с учетом Рсо^

показана на рис.3.

Анализ диаграмм позволяет заклшить, что уровень концентрации стронция в кислой среде контролируется процессом осаждения - растворения бгбо^, в щелочной - згсо3. Интервал рН - 7 - 8. является пограничной областью, где могут иметь место оба процесса.

Б слабо-щелочной среде уровень концентрации эг и са повшается, в основном, за счет пища карбонатных комплексов ■ Расхождения растворимости металлов при используемых парциальных

ЮсгёО, RSrSOt ШМонЬ

— УСаНрОо УБгНРО» ЗСаГ1

__ Э5гЯ>

- 3 Са^РО^К

Рис Л. Диаграммы растворимости, соединений Са и . фосфогипса.( б =0,02)

. «

6 4. Ь О . -1-■4-6

2

А-1 6

- .8^ Х<ГрН Ю 11

- 1А

-у

¥

1и

. а ' I

-Ж

Рис.2.Диаграммы растворимости О'/ при различных концентрациях почвенного р-рд

2

6

58

90 92.

,1м. > , .1_

ЭОТА <РК Н^ХоИ

98

ЗйТА

СМ

Рис.3. Диаграммы растворимости Рис.4. Распределение ¿г" . по (а), ,¿>¿^(6). с, длине почвенной колонки.

■ учетом парциального, дав, ления■ Рсо± - ,0 >003.

давлениях нездачитедьны.

Расчет свободной энергии реакции <*F) srsa4 + сас03 = SrC03 * caso4. показы, что термодинамически более вероятна ассоциация сульфата стронция с зсальцитои. Полученные диаграммы растворимости свидетельствуют о существовании геохимических барьеров для стронция.

i ■ ФРАКЦИОННЫЙ СОСТАВ СТРОНЦИЯ ФОСЮГИЛСА В ПОЧВЕ Миграционная способность химических элементов неразрывно связана с понятием подвижности. Нами изучалось распределение Sr, внесенного в почву с фосфогипсом и закрепленного, в ней. переходное в водно растворимое и обменное состояние. При этом использовались различные методики определения этих Форм, сл.А.Мамонтова, 1977; Н.Б.Хитров. 1984; М.М. Кононова. 1989).

В табл. 3 представлены данныз модельного эксперимента по изучению фракционного состояния стронция после е . месяцев мелиорации исследуемых почв фосфогипсом.

- Таблица з

Фракционный состав стронция. X /мг-экв

' KVlr

Горизонт Водорастворимый Обмишшй Кислото-растворимый Связанный с органическим веществом

"2° н2о + С2Н50Н ЫН^Ас Реактив Пфефера 6».. HCl HCl* Ыа.01 0.1Н На4Рг07 0.1Н N&QH

1 2 3 4 ' ' ' 5 "" е 7 ?

Солонец каштановый степной целинный средний малонатриевый. го т/га ■.

А1 1.88 0.07 18.01 0.43 13.92 22.89 2.31

1,0 10"2 3.8 10"4 0.102 2.5 10"3 0.075 0.123 1;г 10"2

е1 г. 34 0.05 17.82 0. 52 16 .01 19.48 1.52

1,3 ю"2 2.7 10"4 0.096 2.8 10"3 0.860 0.105 е. г. 10"3

В2 3.45 0.03 14.10 0.39' 17 .04 19.88 . 1.28

1,8 'Ю-2 4.0 10~4 0.076 2.1 10"? 0.092 0.107 .6.9 10"3

а

Продолжение табл.3

t I * '"¡Г" 1 4 1 8 1 « 7 «

Солонец хаитановьй степноя целтшя средний иалонатриевыя. 15 т-та

А1 2.22 0,06 1в,тг 0,5в 14,33 23,17 2,60

2,4 10"4 8,5 10~4 0,202 6,0 10~3 0,150 0,250 2,8 iO"Z

В1 3,30 0.06 10, ц 0,50 15,58 21,03 1,57

3,6 10"2 6,4 10~4 0,202 5,4 10~3 0,168 0,236 1.08 Ю-2

В2 3,94 0,08 15,21 0,48 19.52 20.23 1.55

4,3 Ю"2 в,в 10"^ 0,16« 5,2 10"3 0.210 0,216 1.87

ТакыроЕздная солонцевато-солончаковатая почва. 15 т/га

Л1 4,20. 0,38 21,46 1,58 18,50 15,56 1.59

1,7 10~г 1,4710~3 0,086 6,4 10 3 0,079 0,064 6,52 10 3

Коршкя среднекатрмевып солонец п т/га

А1 2,48 . о; 08 2ei£I 0,22 19,17 20,45 2.98

1,0 10"2 3,3 10~4 0,107 9.0 10"4 0.056 0,084 1.21 10~Z

Каштановая солокцзвато-солончаковатая почва. .-...• 15 т-та ■.

А1 4,07 0,22 19,38 0.46 15,04 13.ТЗ 1.87

1,7 10""2 8,0 10~* 0,073 1,9 10"а 0,062 0,081 7,6? 10"3

Содержанке водррастщрююго . П. обменного стронция по Н. Б.Хнтрову в средней в ЗГ-40 раз 5*енмв. . га. .юклогорастшрн-мыи формам происходит сблюгзнне данных.... Это обменяется тен, что количество извлекаете из лочви весеств■зависит. от объена воды и рзстеорюш солея CTp0iÜ8iÄ. При, ПЙСвХОГЗ К ИИЯЮМ горизонтам наблвдается увеличение солес^янзш еодорествориного стронция» ' 'V'v V

Нами установлено, что в результате воздгйствзт солевого . раствора, особенно «sei, на почву. повьиаегся. растворюгость солея и происходят реакции хатионного обмена кедпу погяоденюи стронцием и катионамивагяахи. ихтупаидаи в роли конкурен-

тов. Это явление отмечалось в такырошлдоя солонневаю-солон-чаиоватой почве и каштановой солонцевато-солончаковатой почве (.4-20К, 4.07* эо. где наблшается наибольшее значение сухого остатка (1.3;0.8 г/%) ц иаксимальное количество водорастворимого кальция и натрия (136; 4.16 и 15,7в;3,81 мг-экв/100г^

Количество стронция, извлекаемого аиртатно-аммонийным буфером возрастает с увеличением суммы обменных катионов, и обменным н», в то время как с обменным с», такой зависимости не наблвдается. Это объясняется тем. что способность к обменному поглощению возрастает в ряду Ма < на < Са < бг, следовательно, стронций, в бодышх количествах шглошается в тех горизонтах, где большая ЕКО и пошлвно содержание н» в ППК. (К селективности к3г С11 » 1.2. к3г|и -- в;» - 18; кС4 Н(1 - 4 -18).

Повышенное содержание кисдоторастворимого стронция, извлекаемого концентрированной' соляной кислотой, связано, очевидно, с разрушением периферических частей гуминовых кислот, более глубоким ш сравнении с бн НС1 разрушением почвенных минералов и освобождением фиксированных ионов йг: вытяжка вн нс1 отражает количество стронция разрушившихся карбонатов и сульфитов. Стронция в составе органического вещества повторяет закономерности распределения гумуса по почвенному профилю с максимумом в корковом средаенатриевом солонце, где наблюдается наиболее выгохое содержание органического вещества - ¿,тох.

5-ВЛИЯНИЕ ИСКУССТВЕННЫХ И ЕСТЕСТВЕННЫХ

КО^ЯСОХБРАЗОВАТЕЛЕИ НА ПОДВИЖНОСТЬ СТРОНЦИЯ В ПОЧВЕ

Изучение влияния искусственных и естественных комллехсо-образователен на распределение стронция, внесенного в виде и фэсфогилса проводили в почвенных колонках нарушенного Ю

строения, (.горизонту лг вг в2. с>. Колонки пшмывалмсь растворам фульвокислот 0.5 кг/мл ш углегоду. о,01н ЭДГА и водоя.

Анализ раслределения аотквности по длине колонки показал, что когда в качестве промываемой юикости использовали воду, основная часть иечэлого элемента во всех вариантах остается локализованной в зона внесения. Активность радиостронция в первой сантиметре почвы составляет за, а - 97,7* (рис.4)

Распределение хечаиого сэ1зства по ялике колонки при промывании водорастворичыки орга,чи«ескини веществами заметно отличается от вариантов с кздоЯ. В колонках, промываемых фуяъвохислстаии Зг-оь обмружн яя глубине н см. а промываемых ЭДГА - на выходе из колонки. Активность в первом сантиметре почтам уменьшалась до 07.з - о 1.вх в варианте с ЭДГА. Глубина полумиграиил яри использовании ЙС и ЭДГА .увеличивалась до 2 - 7 см. в то время как в вариантах с водой соответствовала 1 си. Варианты промивиых жидкостей по степени влияния на величину вартикал1ного перемещения г,г можно расположить в следунция ряд: ЭДГА > ФК > н2о > 'н2о <<?Г).

В табл.4 представлены средние дашце да содержанию меченого иг, переходящего в различие выгякки из сегментов с достаточной активность». Наименьшее количество водорастворимого 5г приходится яа колонки. промываемые водоя. Органические гешества увеличивает миграционную способность эг за счет возрастания содержания водорастюримой фракции во всех генетических горизонтах.

Наибольшие величина обменного стронция получены в колонках, промываемых фульвокислотами. что объясняется их большой адсорбционной способность». Максимальное содержание эг в солянокислой вытяжке приходится на колонки, лромываемъв водой..

П

Таблица 4

Содержание меченого стронция. извлекаемого различными вдгяжкамк. х

Горизонт иода растворимый Обменный 1н сн3соо»н4 кислоторсгворимьй 6в нс1

Промышше жидкости

н2о ш аД1'А н20 «с ЗД'А к2о ФК. УЯГА

а1 20,4 50,5 38,2 49,8 30,6 37,2 20,6 16,9

в1 25,2 26,2 50,2 37,0 53,0 31,4 33.в 13.8 17,4

В2 24,6 27,3 48,3 37,6 52,2 32,3 30,2 1в, 1 17,2

с 55,7 30,0 51,7 35,0 44 ,8 28,2 33,2 21,3 18,1

В различных генетических горизонтах наблвдались следующие закономерности. Минимальное количество стсонция. извлекаемого водноя шгяжоя в гумусово-эллхшальном горизонте, объясняется закреплением зг гуминовши кислотами с образованием устойчивых органо-юшеральных комплексов. В горизонтах вг вг. с происходит сближение данных ш количеству водорастворимой форма стронция.

В колонках, лромываемж органическими веществами, наибольшие количества водорастворимого стронция приходится на гукуссво-эллввиальный и карбонатный горизонты. ,

Фракция стронция, извлекаемого ен нс1 во всех вариантах (.кроме ЭДТА) максимальна в гумусово-эллхшальном горизонте. В связи с тем, что ем нс1 извлекает металлы, связанные с оксидами келеза и алшшия, карбонатами, сульфатами, часть соединений, связанных с органическим веществом, можно .предполошть, что такое распределение стгондия связано в большей степени с органическим веществом.

б .ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СТРОНЦИЯ ФОСФОГИПСА С ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВОМ

Целью настоящих исследований являлось изучение взаимо-деяствия стронция фосфогипса с водорастворимым органическим веществом-после шестимесячного кокпоспгоования: распределение бг до фракциям органического вещества, переходящего в боднул. лирсфосфатную. амжачнзю кпяэд; установление количественного соотношения мезду металлом и органическим велеством. а также оценка устойчивости этих соединения.

Поставленные задачи решались с применением метода меченых атомов (Эг-ез) в сочетаний с систематизированной гелъ-хрома-тографией на сефадексах о-го. о-50. и ионообменной хроматографии в тонком слое.

Для установления факта взаимодействия стронция с органическим веществом, выделенный из гуиусово-эллгаиаяьного горизонта каштанового солонца целинного среднего малонатриевого. Производили его фракционирование на сефадексе <ыо. После фракционирования снимались кривые по оптической плотности <ФЮ и ш радиоактивности №>.

Совладение пиков активности и оптическая плотности указывает на образование металлорганического соединения с молекулярной хассоЯ более 700, а отсутствие активности в последующих порциях элсента говорит о том. что все количество стронция связано с фуяьвокислотой.

Для определения юлекулярньх масс Бг-ФК. произвели дальнейшее фракционирование стронция, связанного с органически веществом., на геле а-ао. Хроматограмми. лолучешшз при помощи гелевоя фильтрации из аммиачной, пмрофосфатной и водной втяжка идентичны и имеет два пика ш оптической плотности и радиоактивности стронция с элщиошшми объемами Уе1=гз, Уе2=чо мл. Определенные с помощью калибровочного графика.

Р

построенного на основе элшиоюшх объемов высокомолекулярных еспесте я известной ммекрярноя хассой. Фракции строн-цийорганических весрств составили соответственно 845о и геоо.

При этой вторая фракция значительно превосходит первую и составляет около 68.гх.

Определение молекулярных отношений показало большую емкость комплексного связывания ионов стронция ММ 9450, по сравнению с ММ 2600. что предполагает различную устойчивость фракция фульвокислотного стронция. отноишше с:5г составляет

1:2.13 И 1:0.63 СООТВеТСТВбННО.

Константы устойчивости ваделенных Зг-ФК определялись методом распределительной хроматограф в тонкой слое на катионообкенной пластине по методике И.С.Кауоичева <1979)

Практическое определение констант устойчивости комплексных соединений сводится к наховдеюш экспериментальных значений дутей, пройденных изучаемые фракциями Зг-<Ж с последующ« нахождением рК яо калибровочному графиту. С табл. 5)

Таблица 5

Устойчивость стронцийорганмческих соединения и параметры распределительной хроматограф

Органические лиганды Ш Путь комплекса, X. см ¡и • рК

Эталонные вещества: <СНдС00)2Зг 203,6 0,6 0,05 0,44

5Г(Н03)2 211,6 1.2 . 0,09 0.62

БГС204 175,7 3,4 0,26 2,54

БГ2Р207 349.1 6,6 0,51 4,66

Бг^ДГА 465,4 12,2 0.93 8,63

Эг-М: фракция 1 фракция 2 8450 2600 12,0 3.6 0,92 0,26 В,50 2,66

Устойчивость комплексны« соединения ионов Бг с различными фракциями фульвокислот увеличивается с возрастанием их молекулярной массы. Стронцкюрганические соединения с ММ 3450 в з раза устойчивее фракций с Ш 2600. Значения рК устойчивости вшохомолекулярных фракция Бг-ЭД сопоставимы с устойчивостью 8г2-эдГА. устойчивость низкомолекулярньк фракций близка с устойчивостью щавелевокислого стронция.

В связи с тем, что константы устойчивости гуматов и фуль-ватов. возрастают с увеличением рН почвенного раствора, можно предположить.что в нативных условиях соединения 5г-ФК имеют рК несколько вше. чем определенное нами, тем не менее даже "заниженные" значения рК указывают на образование достаточно устойчивых комплексов.

7. ВЛИЯНИЕ МРМЫ ВНЕСЕНИЯ СТРОНЦИЯ НА ЕГО ПОДВИЖНОСТЬ В ПОЧВЕ

В данном разделе исследовалась подвижность малорастворимой соли БгБо^. (преобладающая форма стронция в фосфогилсе) лонной формы бгС12 и вгНЖ. внесенных на поверхность колонок, которые промывались водой в объеме, эквивалентном реальному количеству осадков (табл. 6).

Во всех генетических горизонтах 5гзо4 остается локализованным в зоне внесения, причем в гумусово-эллювнальном горизонте характер кривой более пология и фоновое значение активности' наблвдалось только на 5-6 см колонки. Пространственное перемещение растворимых форм эг значительно болью, причем во всех вариантах опыта использование ионной формы способствовало проникновению бг на меньшую глубину по сравнению с внесенными фульвокислотныки соединениями.

В сегментах с достаточной активностью производилось его фракционирование методом последовательных вытяжек (табл.7).

Наибольшее количество водорастворимого бг приходится на

Таблица Б

Распределение Эг65 по длине почвенной колонки

Слоя потаи см Генетический горизонт

Л1 »1 *2

^ г БгФК ЗгС12 ЭгЭОд йгфК ЗгС12 БГФК: ЗгС1г

1 84 .0 65.28 66 05 96.05 63 69 86 40 96.04 82.8 82.8

2 3 .07 7.56 6 за 3.60 е 49 6 0 3.40 6.01 5.73

3 0 .61 4.20 4 31 0.09 4 33 4 25 0.09 5.53 4 .86

4 0 63 2.13 2 26 0.04 1 27 3 26 0.07 3.50 3.71

5 0 42 0.36 1 13 0.03 0 20 0 38 0.06 0.63 0.67

6 0 08 0.25 0 30 - 0 20 0 15 0.04 0.40 0.21

7 0 05 0.26 0 24 - 0 16 0 18 - 0.32 0.13

8 0.20 0 18 - 0 10 0 03 - 0.23 0.03

8 0.15 0 10 - 0 06 - 0.15 -

10 0.10 0 03 - 0 03 - 0.06 -

колонки с внесенными фульвокислотнши соединениями. В целой прослеживается увеличение содержания водорастворимого 5г ло генетическим горизонтам.

Таблица 7

Фракционный состав стронция,х

Генети- Водорастворимый Обменный Кислотораствооимый

ческие горизонта БгБО^ БгфК БГС12 Бгго^ ЭГФК: 5ГС12 ЭГ£04 »г«С 5гС12

А1 15.7 22.4 18.01 32.5 43.7 38.5 21.9 12.5 15.5

В1 17.3 21.2 18.58 34.8 48.6 40.6 20.3 е.8 18.6

В2 16.5 24.8 21.00 33.7 45.9 40.1 18.7 9.8 20.8

Наибольшее количество обменного стронция наблюдается в варианте с внесенных 5г}к. обладать еьсокпй адсорбционной способностью, с максимумом в илишгдънох горизонте.

Максимальное количество кислоторастюоимого Бг наблюдается в колонках с внесенноя малорастворимоя солью, минимальное - в колонках с БеФК, причем, распределение активности в генетических горизонтах различно. В первом варианте наблюдалось уменьшение кислотораствсримых форм Зг при переходе к нижним горизонтам, Следовательно, перенос мелкодисперсных частиц 2гзо4 с током воды в гумусово-эллшиальном горизонте, отличающимися лучшими фильтрационными свойствами превышает количество образовавшегося кислоторастворимого 2гсо3 в подсолониовом горизонте.

При внесении в колонку 5гС12 происходит быстрое распределение его по всем составляющим ПИК. В данном случае увеличение концентрации Зг в солянокислой вьггяжке в подсолониовом горизонте до 20. в* связано с увеличением содержания карбонатов и утяжелением гранулометрического состава почвы. На характер распределения БгФК с максимумом в а1 горизонте влияет повышенное содержание органического вещества.

6.ВЛИЯНИЕ СВОЙСТВ ПОЧВЫ НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ¿г В СИСТЕМЕ ПОЧВА-РАСТВОР,

Одним из отрицательных факторов применения фосфогипса является возможность поступления эг в сопредельные среды. В связи с этим изучалось влияние фосфогипса на полноту и скорость растворения стронция и его поступление в раствор. #

Ионы фосфогипса значительно подавляет растворимость эг находящегося в, нем преимущественно в виде малорастворимоя соли зсза4. Основное количество стронция фосфогипса поступало в раствор в течение первого часа и далее изменялось незначительно. Растворимость эг фосфогипса в 3.3 раза меньше растворимости чистого 5гБ04.

В системе с почбой содерзание зг85 значительно ниже, за

счет пассивации фосфогипса гумусом, а также вхождение* sr в

Таблица 8

Кинетика перехода sr-es с поверхности фосфогипса

Вариант опыта. ТФ:Т» Количество растворившегося Sr. мг

i час з часа s час. 2 СУТ. 5 СУТ. 1в сут. 3.5 мес. 6 кес.

SrS04 Фосфо-гипс 3.13 0.21 3.13 0.21 3.20 0.22 3.30 0,30 3.35 0.48 3.81 0,92 4.01 1.19 Э. 54 1.69

Каштановый соло) лоза йос 1ец Poci -Фогилсг •овской области, го т/га

Aj, 1:5 Bj, 1:5 Arl:10 Bj,1:10 0.018 0.022 0 .042 0 .126 0.019 0.022 0.038 0.126 0 .021 0.033 0.042 0.131 0.022 0.038 0.04$ 0. 132 0.022 0.060 0.046 0. 160 0.024 0.062 0.048 0.165 0.024 0.063 0.050 0,173 0.024 0.063 0.056 0.160

ППК по типу ионно-обменноЯ сорбции.

Количество sr постудившего в раствор в системе с солонцовыми горизонтом несколько выше, чем в гумусоБо-эллсвиальном, что объясняется увеличивавдеяся при переходе к нижним горизонтам ионноя силоя раствора и сменой типа гумуса с фульватда-гуматного на гуматно-фульватиш ■

9 .РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КАЛЬЦИЯ И СТРОНЦИЯ В ПОЧВАХ САЛО-МАННЧОСОГО ВОДОРАЗДЕЛА

Определение валового количества Sr и са проводили на атом-но-абсорбционном спектрофотометре "Карл-ЦеЯс-йена". "aas-зо" в воздужно-ацетиленовом пламени.

Результаты наших исследования показали, что среднее содержание стронция в гумусово-эллювиальном горизонте целинных солонцов составляет 167.8 мг/кг почва, при агрономическом,

18

эталоне 200 мг/кг. Отношение Ca/jsr - в.э. В солонцовом и лодсолоздрвом горизонте, содержание зг составляет 40.22 и зг. ез иг/кг. В лочвообразушея породе на глубине 45-50 см - 45. 68 мг/кг ¡ 80-Ю0 см - 221. 20 мг/кг. Отношение Ca/Sr составляет 42.76; 60.12; 40. 51 И 150. 16 С00ТВеТСТВ8НН0.

В исследуемых районах дозы внесения фосфогилса колеблются ОТ 7 т-та ДО 14 Т/Га при этом в почву вносится 210-420 кг или 70-140 МГ/КГ стронция.

По нашим наблвдениям при фоновом содержании Sr в почве 69.з - 60.4 мг/кг внесение 7 т/га фосфогилса увеличило его содержание до 132. 66 мг/кг, отношение cysr составило вг. еэ при ю. 97 г/кг кальция. Дозы фосфогилса в Сало-Ыанычском районе не превышают 14 т/га, следовательно. огасность превышения ПЛК стронция (.600 мг/кг; невелика. Однако, при повторной мелиорации и длительном применении Sr-содержаших минеральных удобрений, необходим контроль за содержанием sr в почве. С учетом природного содержания обшее количество данного элемента может составить:

р* д

робщ = psr + —- • W р -¡¡процентное содержание sr в

нм d

фосфогипсе. S; Д - доза фосфогилса. т/га; PSr - фоновое содержание Sr в почве, мг/кг; Нм - глубина пахотного слоя, м; d - объемная масс, г/см.3 Предельно допустимая доза фосфогилса определяется по предложенной нами формуле:

HMd (.1000 * 600 - PSr)

Ди«= р

ВЫВОДЫ

1 .Миграционная способность стронция в составе фосфогилса в почвах Сало-Маншского водораздела является составляйся комплекса физико-химических взаимодействий мелиоранта с

компонентами ППК и почвенного раствора.

2.Взаимодействие стронция фэсфогилса с минеральными и органическими составлящими ППК трансформируют его в водорастворимое, обменное и прочнофиксированное состояние. Количественное определение простофиксированных и обменных форм, а также изучение пространственного перемещения позволило оценить его миграционную способность.

3.В модельных экспериментах с помогою метода меченых атомов установлены параметры вертикального перемещения стронция, внесенного в различных формах в почвенные колонки. Получены следущие параметры вертикального перемещения: радиоактивность стронция в первом сантиментре почвы- Зг«2 - 82.в -

86.ОК; ЭгФК - 82.9 - 85.ЗЯ, БгБО^ - 94.9 - 96.ОХ ГЛУбИНЭ полумиграции: ЗгС12 - г см; ЯгФК - г - 4 см: ЗсБ04 - 1 см; глубина проникновения Бг: БгС12 - 6 - 7 см: ЭгФК - ю см; БгБО^ - 3 - 6 СМ. 4 .Существенное влияние на подвижность ?г в почве оказывают естественные и искусственные комплексообразователи. Основной миграционной формой стронция в почве являются устойчивые комплексные соединения с фульвокислотами.

5.Исследование стронцийорганических соединений методами радиогельхроматографии и распределительной хроматографии в тонком слое позволило установить наличие двух фракций комплексных соединений 5г сШ 9450; 2600 и рКуСГ 8.50; 2.66. Определение молекулярных отношений С:Вг показало большую емкость комплексного связывания ионов Зг высокомолекулярной фракцией по сравнению с низкомолекулярной. С:Эг I фракции равняется 1:2.13; с:Бг п фракции соответственно 1:0.63.

6.Программа расчета растворимости стронция . позволяет

прогнозировать его поведение при различных концентрациях »

почвенного раствора и моделировать' тенденции изменения его

го 1

растворимости при смене внешних условия. й:гадашеда. что повышение концентрации стронция в грунтовых водам маловероятно из-за существования геохимических барьеров в виде сульфатного и карбонатного горизонтов. ?. Установлено значительное подавление растворимости sr фосфогипса в гумусово-эллгаиашюм и солонцовом горизонтах по сравнению о водно-солевьмм системами- Равновесие в исследуемых системах устанавливалось в течение в мес. • растюримость Sr в горизонте составила 0.024 мг, в солонцовом о.обз. в фосфогипсе 1.зз мг при рассчитанном и полученном экспериментально значении растворимости Srso4 -5.54 мг.

В.В модельных опытах установлено незначительное влияние увеличения дозы фосфогипса с го т-та до 40 тта на содержание ^ различных форм sr, которые составляет Ш- 1.88 - 2.22 водорастворимого; 18.01 - 18.72 обменного: 13.92 - 14.88 кислоторастворимого,• 2.31 - 2.60 в составе органического вещества.

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ 1.Диаграммы растворимости sr и са для различных концентраций почвенного ■ раствора солонцовых почв Сало-Ианычского водораздела. Программа растворимости соединений Sr и са (зон PR, soil РСо2>.

г.Диаграмма растворимости, sr и с» фосфогипса с учетом различной ионной силы раствора (Программа Fosroaips). з.Алгоритмы расчета коэффициентов конкурирущих реакций, коэффициенты конкурирущих реакций ионов почвенного раствора. 4 .Формулы расчета общего количества стронция лри внесении фосфогипса и предельно допустимых доз фософгипса. 5.Рекомендации по системе применения фосфогипса при мелиорации

солонцовых почв Сало-Манычского водораздела.

ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ ОПЗ/БЛИКОВАНЫ СЛЕДВДИЕ РАБОТЫ: г.Шестаков E.H., Михайлова И.Н., Датта С. Процессы миграции и аккумуляции стронция в солонцах Ростовской области // Проблемы рационального землепользования в степной зоне. -Новочеркасск. , 1992. С.106-114.

2.Михайлова H.H. Влияние природных и искусственных комплексо-образователей и формы внесения на подвижность стронция " Тез. докл. межрегиональной научно-практической конференции: Обеспечение эффективного функционирования производственного потенциала АПК России в условиях рыночных отношений". -Воронеж, 1933 .С .63.

3.Минкин М.Б., Михайлова H.H. Определение различных Форм стронция при мелиорации почв фосфогилсом. - Ростов-на-Дону-ЩШ. 1993. N17-93. 5с.

4.Михайлова И.Н. Миграция и трансформация стронция в солонцовых почвах Ростовской областиТезисы докладов хп научно-практической конференции; "Пути . увеличения производства к резервы повшения хачества сельскохозяйственной продукции". - Оренбург, 1993. С.65.

5.Михайлова H.H., Назарета» Г.И. Почвенно-экологический прогноз миграции стронция при мелиорации почв фосфогипсом по диаграммам растворимости " Тез.докл. ■ школы-семинара молодых ученых МГУ: "Соверменныз проблемы экологии и почвоведения". -U., 1993. С.61.

U