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"

А-30Ш

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 сттнция ФОСФОГИПСА В ТЕХНОГЕННЫХ МЕЛИОРИРУЕМЫХ ЛАНДШАФТАХ САЛО-МАНЫЧСКОГО ВОДОРАЗДЕЛА

Специальность 03.00.27 — почвоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1993

Г/

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, профес

сор 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 ^^

Защита диссертации состоится *ъб&шкЖъ 1 <№3 г

„¿Г*0—часов на заседании специалгйзированного совета К 120 35 01 в Московской сельскохозяйственной академии имени К А Тимирязева.

Адрес: 127530 г Москва, И-550, Тимирязевская ул, 49, Ученый совет ТСХА

С диссертацией можно

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета — кандидат биологических наук

« X ч ✓ •2 *

I -ОБЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ ■ Загрязнение Почвы тяяелыми металлами тлшаёт; • сведу обитаю«, нарувает естественные фитоцежззы и-негативно влияет на здоровье, человека. :, Внедрение > практику " интенсификации /сельского хозяйства* отходов /лромшленности.' • в тон: числе фосфогкпеа. ведет к загрязнению почв токсичными пршесями.

♦осфогик вирою применяется в Ростовской области для мелиорации солонцовых почв, - которые составляй1 около ч г млн. . . га. Однако последствия его использования в области практически . не изучены.

-.В связи"сжатии настоящая'работа включает в себя исследован»: следущих эталов почвенного мошггоишга. 1.) олпеделение уровня содержания стронция в почве и фосфогмпсе:2) изучение поведения . 8г в почве I 3) экологически обоснованное жрюадвакив примене- , ихя фосфогипсав качестве иелиорантасоломизвыхлочв..' ~

ими и зямчм исследования'

. -Основной.V • целью..данной работы явжяется: выяснение особенностей ]> поведения : - стронция . при : мелиорации почв • Сахо-Канычсхого водораздела фосфогилсом. Это определило необ- . овэднжкть псстадавхи следухвих эадач: ' 1: изучение влияния: свойств почвы, на ' распределенив . стронция в: •: системе почва-раствор; 2. выяснение факторов." отэеделявдих . подвижность стронция в ючвег3.оденка юграцшзююя способности различные форм внесения стронция в - почву: ■ 4. разработка V алгоритмов и Программ. расчета. содержания: стронция в почвенном рвстворе■ солонцовых почв: ,5.построение диаграмм - >, растворимости трудюрастворихых- соединения стронция г и оценка тенденция.; изменения растворимости при смене вневнмх > условия:; 6. изучение• взаимодействия • стронция \- с,водооастворкмш . органичвсххм; веществом.; ■

Г* -ц-.. ТРАЛЬНАЯ

Рнаучная бльллотека

1 Моск. ;э№а«»эз владеем«

1 И К

г ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИИ

исследования проводились на почвах Сало-Манычского водораздела в совхозе Дубовския Дубовсхого района Ростовская области. Для модельных опытов были использованы образин солонца каштанового степного целинного среднего малонатриевого хлорадно"сульфатного типа засоления табл. 1 4 В ряде экспериментов использовались образцы солонцовых почв, различающиеся по своим физико-химических свойствам: такысювидная солон-цевато-солончаковатая почва СКазахстан). каштановая солонцева-то-солончамзватая почва ^Дагестан). корковый сррдненатриевый солонец (.Новосибирская обл.). В экспериментах использовалась партия фосфогкпса Воскресенского хим.комбината с содержанием

3.2*

Бш применен метод радиоизотопных индикаторов (зг-ез) Радиометрические измерения проводили на г-спектрометре "Совригаююв 1282 фирмы • ькв наНак" Ошибка радиометрических измерений не превышала Зх. Метод раддаизототшх индикаторов сочетали с методами последовательных вытяжек 'Л. И.Мамонтова. 1977; Н.Б.Хитров. 1984.) систематизированной гель-хроматографии (А.И.Карпухин, 1£В7). ионообменной хроматографии в тонком слое СИ. С.Кауричев, 1979)

Диаграммы растворимости рассчитывали по уравнениям материального баланса катионов и анионов с использованием констант устойчивости предполагаемых ассоциатов <М В Булатов. 1384. Т.А.Рудакова с соавт. .1986. В.И.Савич. 1387 > Анализ агрохимических и физикохимических свойств исследуемых почв проведен общепринятыми методами <Е. В.Аринушгаша 1961). Определение валового количества стронция и кальция пооводили на атомно-абсорбционном спектрофотометре 'Карл-Иеяс-Яена" а*?-з<г в воздушно-ацетиленовом пламени после разложения почвы СЮ.В.Алексеев. 1987) Ошибка не превышала 6 4« Опыты прово-

■ • . ', ; Таблица 1

♦измко-химическая характеристика образцов почвы

Горизонт и глубина взятия образцами- Гумус, X СаСО,, . X 3 Сумма обменных катионов ад*- Обменные катионы мг-экв^100 г Физичес-кая глина; ■ X

СА2* н3г+ На*

А1 о- 17 2.05 0.20 18.5Z в;43 а. оо 2.08 47.20

Bj 17- 31 1^,0: . 0.26- 20.48, 14.55 10.39 4.48 60.49

В2 40- 50 1.22 3.66 25.11 12.30 8.38 4.42 56.37

С 80;100 0.40 6.75 17.21 8.86 4.01 3.44 51.18

дались в З~5 кратных ловторностях ■ Проведена статистическая • обработка всех полученных, данньк: Принятия уровень вероятности Р = 0.95./у ; : ; . .' ; .''-/.' ^

Научная новизна■ исследования. ; Установлено • ; влияние ;' ионов почвенного раствора на растворимость стронция ФосФогипса при мелиорации солонцовых почв ; Сало - Мандаского ; "водораздела;, расчиталы коэффициенты - конкурирующих ~ реакциям . разработаны программы -расчета растворимости : стронция .. (soil, fr. soil pCCi2 ), позЕоляхиие' осуществить прогноз ..изменения его

концентрации при сиене внешних условий и рассчитать условия, необходимые•дая создания . безопасной . с ; эколопмесхоя точки • зрения - концентрации стронция . в почвенном растворе по ■ генетическимгсриэонтам. Определены- масштабы и формы миграции стронция при мелиорации,; почв фосйюгипсом. Проведена юличественная ^ оценка • .различзак v Форм стронция фосфогипса в почве я "оценено/ влияние - свойств ,;почвы на его фракционный состав; ЗЬтановяено наличие хишлехсиьсс соединения стронция с фульвохислотахи, ввделенными: из солонцов« лочвг определены молекулярные массы комплексны« соединения стронция с> фракциями фулъвокислот;* похазана различия: юмллексообразупаая емкость- молекулярно-массовыкфракций фулъвокислот поотнонению

к стронции, рассчитаны константы устойчивости стронций-органических соединения различной молекулярной массы. Установлена преобладающая миграция Фульвокислотного стронция ю сравнению с его иондая формой.

Апробация работы и публикации Основные материалы диссертационной работы доложена х обсуждены на межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов в г Воронежа. 1933 г.. школе-семинаре 'Совеомеиные проблемы почвоведения и экологии' . г.Москва, 1933 г. научных конференциях'в 1992-1993 г.г. Дрнского госагроунивеоситета; кафедре почвоведения ТСХА, 1993. По теме диссертации опубликовано 5 работ.

Структура и обгем работу Диссертация изложена на 166 стр.. вклхнает 30 таблиц, 14 рисунков, состоит из введения, пяти глав, выводов и предложений, списка использованных источников из 197 наименований, приложения на 13 страницах.

3. ГЮЧВЕНШ-ЭКШОГИЧЕСКИЙ ПРОГНОЗ МИГРАЦИИ СТРОНЦИЯ ПО ДИАГРАММАМ РАСТВОРИМОСТИ На основе полученных экспериментальных значения содержания стронция в фосфогипсе и доз его внесения в почву были построены диаграммы его растворимости■

При расчете растворимости фосфогипса учитывали: 1) реакции катионов с гидроюсидными ионами воды, а также с другими анионами, г; реакции образупдихся анионов с ионами гидроксония. а также с другими катионами; з; ионную силу раствора; ■») образование комплексных ионов.

Расчет растворимости соединения предусматривает построение уравнений материального баланса на основе которых были получены коэффициенты конкурирущих реакция СККР) ионов ФосФогмлса. с учетом концентрации анализируемой водно-солевой системы.

' ' ' ■ ■ Таблица 2;'. '

- ..Кйэффициёмты конкурирующих реакций t-i3°tk. _1эо<Лп)

Иол ■ значение гн раствора

■.г • 3 ■ 4 5 . R 7 • 9 ' •9 .10

Sr2+ 0 25 0 29 0 30 0.30 0 30 0 30 0 30 0 30 0 30

c.2+ 0 21 0 22 0 22 0.22 0 22 0 23 0 25 1 15 3 10

: \P04: 4 20 4 20 4 20 4.20 4 20 4 20 4 20 4" 20 4 20

HPO2^ 5 62 4 35 9 19 2.30 1 40 0 68 0 77 0 75 0 75

H2PO4" 0 42 0. 12 0 08 0.08 0 08 0 08 0 08 0 OS 0 08

;. F" 4 01 4 81 4 81 4.91 4 ai 4 91 4 91 4 91 4 91

so2* 0 57 0 46 0 45 0.45 0 45 0 45 0 4$ 0 45 0 45

' Диаграххы :растворимости соединениякальция и стронция • ; представлены на рис. 1. * ; .

Экспериментальные значения растворимости стронция фосфогилса ■ оказались несколько ниже рассчитанной при данной ионной силе раствора (i =0.ó2). это обменяется условностью используемого в расчетах значения Пр. которое составляет - в.40: -в;чв: -в.зз и неточностью - расчета ионной силы • раствора. . вследствие ююгокоипонентности системы- * • :',у-•■'•'.

" При расчетах диаграмм» растворимости - саи sr c , учетом; . концентраций - почвенного ;. раствора >: учитывались - . средаив ; концентрации-сопутствующих ионов,- а • такие .данные анализов & учетом внесенные с фосфоптсом 'ca.p.sr^i, При расчете XJP исходил* *з 5 вариантов концентраций i коль/* - -tro43 j . = 10-*. tso42"í "= lo'3; trj x Ю"4, tc«L2+l = lo"3: 2- '

tP043"i = ío"27 Сзо42"з = cc«2t 3 = см*2*} х'ю^-З - tP043']* \ 10"2. tso42"i * 10:г.',сса2+з\= си^з Vto"3: 4-- tP043" 1 = lo"4. tso42;] = lo",1. CCa2* 3 = lo"2 cuk*V« Ю"1: S - tP043'3

= lo"4, tso.2"3 « I0"3;.tc>í = lo"2 t*«2*! Vio-1. ;

... -

На рис Е представлены диаграммы растворимости сульфата стронция для этих вариантов.

Уровень концентрации стронция, обусловленный растворимостью Эгзо4 наименьший в 3-х варианте при максимальной концентрации эо42" ,с которым стронция образует труднорастворимое соединение Следовательно, в сульфатном горизонте солонцов следует ожидать его осаждения в виде Згбо^. Увеличение концентрации 4ос4ат-иона на два порядка почти не влияет на уровень концентрации так как значения КХР стронция изменяется незначительно Возросшие концентрации с» и не (вариант 3 и О при прочих равных условиях, несколько увеличивает растворимость стронция за счет увеличения ЮСР сульфат-иона. Самая высокая концентрация стронция в расгьоре наблвдается в 5-м варианте, при низкой хонкентарцин сульфат-ионов и выгокоя концентрации конкурирупцих катионов, что соответствует в некотором приближении под-солонцовому горизонту.

Диаграюш растворимости гг с учетом влияния карбонатных

комплексов рассчитывали при различных Ргп и гн По Ы.Б.Шшкину

2

(1980) среднее парциальное давление составляет о ооз атм, а в карбонатных почвах может повыситься до о 01 атм Диаграмма растворимости сульфата и карбоната стронция с учетом Рсо^

показаны на рис.3

Анализ диаграмм позволяет заклшнть. что уровень концентрации стронция в кислой среде контролируется процессом осаждения - растворения Згбо4. в швлочноя - згсо3 Интервал рН = 7 - В. является пограничной областью, где могут иметь место оба процесса.

В слабо-щелочной среде уровень концентрации 5г и са повшается. в основном, за счет гшгоо карбонатных комплексов Расхождения растворимости металлов при используемых парциальных

1Са50„ , 55г50.

¿Ш чзгть

— КаНРО, 5$гНРО„ • ¡аСаГа .

* ЙСо,(РО»к

п ?£г,(Р001

-тг: -ж.

"Рис;I. = Диаграммы растворимости • ' .Рис.2.Диаграммы растворимости соединений Со и' ■ .¿>г£СХ/ ПрИ различных кон-

. фосфогипса .(.£7.»0,02)• : • Л центрациях почвенного р-ра

Д<

Рис.3. Диаграммы растворимости - Рис*4. Распределение. - по,

, (а), «Гл^(б) с < . длине почвенной колонки.'.,

учетом парциального дав- " г•• •- .-••'•

ления '-/^^« 0,003,

давлениях незначительны.

Расчет свободной энергии реакции эгэо^ * с*со3 = ггС03 ♦ с»зо4. показа)!, что термодинамически более вероятна ассоциация сульфата стронция с кальцитом. Подученные диаграммы растворимости свидетельствуют о существовании геохимических барьеров для стронция

4. ФРАЩЮННШ СОСТАВ СТРОНЦИЯ ФОСФОГИПСА В ПОЧВЕ Миграционная способность химических элементов неразрывно связана с понятием подвижности. Нами изучалось распределение Эг, внесенного в почву с фосфогипсом и закрепленного в ней. переходящее в воднорастворимое и обменное состояние. При этом использовались различные методики определения этих Форм. (Л.А.Мамонтова. 1977. Н.Б.Хитров. 1984. М.М.Кононова 1989)

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

Таблица з

Фракционный состав стронция, х /мг-окв

* 1 Г¥ №

Горизонт Водорастворимый Обменный Кислото-растворимый Связанный с органическим веществом

н2о Н.,0 * сл^он ЫН^Ас Реактив ПфеФера 6й НС1 нсх* Н&С1 0 1М На4Рг07 0 1Н ЫаОН

1 2 3 4 л 7 я

Солонец каштановый степной целинный средний малонатриевый го т-та

1 88 0 07 18 01 0 48 13 92 22 69 2 31

1,0 10"2 3 8 10~4 0 102 2 5 10~3 0 075 0 123 1 2 Ю-2

В1 2 34 0 05 17 82 0 52 16 01 19 4В 1 52

1.3 10~2 2.7 10"^ 0 096 2 е 10"3 0 860 0 105 8 2 10~3

В2 3 45 0 14 10 0 39 17 04 19 88 1 28

1.8 10" 2 4 в 10"4 0 076 2 1 Ю"3 0 092 0 107 6 9 10*3

а

Продолжение табл.3

1 | 2 | а | 4 | 5 } е | 7 | е —■

Солонец каштановый степно! [ целинный средний малонатриевый, ©тта ■

ч 2,22 0,06 • 18,72 0.56 14.83 23,17 2,60

2,4 10",2 6,5 1С"4 0,202 ею ю"3 0,160 0,250 2,В Ю"2

в1' 3,38 0.06 16.74 0.50 15.58 21,93 ' 1.57

.3,6 10"2 6,4,10*4 0,202 5,4 Ю"3 0,168 0,236 1,06 ю"г

В2 з,м ■-• 0,06 15,21 0.46 19.52 20,23 1.55

4,3 Ю"2 6,6 10"^ 0,164 5,2 Ю"3 0,210 0,216 1.67 10"?

Такыровидная солонцевато-солончаховатая ш»ша. , •'•-••". тута ^ ,-V -'.-л-

Л 4,20^ ; 0,36 21,46 1:56 • 19.50 15,58 1.59

1,7 10"2 1;4710"3 0*066 6,4-10"3 0,079 0,064 6,52 Ю"3

: : . '* ■ - КЬрковый средненатриевьй солонец1лл^^ " . - ' , .,« • 15 Т/Та. . . . •• ' : •

л 2.48 о:об 26.07 0.22 20.45 г-ее

;1.0 10Г2 3;3 10"^ 0,'107 9,0 ДО"4 0,056 0,084 1.21 Ю"2

Каштановая солонцевато-солончаковатая почва 15 т«та - -

4,07 1 о.га 18.36 0 46 15.04 0,062 18.73 0,061 1.67-

1.7 10"2 9,0 Ю"4 0,079 1.9 10"3 7,87 10"5

. Содержание : водорастворимого>■; обменного стронция по Н. Б. Хитрову в среднем в 37-40 раз меньше.:; по , хисяоторастворх-. мым формам лрожходагг сблмиеюе д^^ обменяется ■ тем.

что количество извлекаемых из почвы веиеств зависят, от объема воды м ^растворшак ' солея стронция. Лш. переходе х нижним горизонтам наблюдается увеллнеюю содаиинмя водорастворююго стронция. * ' ' . '," ' . ' • ,

• Нами установлено, что "в результате воздействия солевого . раствора, особенно и»с1. иаг гочву{ повмвются . мствошоюсть солей и происходят реакции:хатиокного- обменаиеждупэгюшенш« •, стронцием и хатмонами вытяжки.' нступдаоаи;:^ в • ром ? конхуоен-

тов Это явление отмечалось в такыровидной солонцеjdio-vüíOH-чаковатоя почве и кавггановоЯ солониеьат >-солйнчаков<1ГоЯ почве * гох. « u7x Sr>, где наблюдается нлиб^га^ег значение сухого остатка <1 з.о в i '&) и махслмальше козичество водорастворимою кальция и натрля С i ot> « н ii.7d,j,8i мг-окв/ íourj.

Количество стронция. извлекаемого аце^агш-аммонийным буфером возрастает с увелячьнлем сушш обменных катионов. и обменным и», в то время как с обненнда с» ;акой лавлс-юысти не наблшается Это сбглсняется тем. что способность к обменному поглощению возрастает в ряду и» < м* « с» < $г, следовательно стронция, в больших количествах логлсшается в тех ислзснтах. где большая ЕХХ) и повидано содержание к» в ППК. (1С селективности iSrCt - i *Sr „. в a ie, « -

1в>

Повшенное содержание кнсдотор^стшримого стоопд/л, извлекаемого хонцентрироваЯ.чзЯ солянол ю-слог^й. скяач."^. очевидно, с разрушением периферических частей гуммои^х кислот, более глубоким по сравнении с си на разрушением почвенных минералов и освобождением фиксированных ионов Sr вытяжка ек нс1 отражает количество стронция разрушившихся каойонатов и сульфатов. Стронция в составе органического вещества повторяет закономерности распределения гумуса по почвенному профили с максимумом в корковом средненатриевом солонце, где наблшается наиболее вьсокое содержание органического вещества - j,7ox

5 ВЛИЯНИЕ ИСКУССТВЕННЫХ И ЕСТЕСТВЕННЫХ

КОМПЛЕШХЖРАЗОВАТЕЛЕЙ НА ПОДВИЖНОСТЬ СТРОНЦИЯ В ПОЧВЕ

Изучение влияния искусственных и естественных комплексо-образоватедеЯ на распределение стронция, внесенного в виде srso4 и фосфогипса проводили в почвенных колонках нарушенного

Ю

строения, (горизонты а1, в^ вг. с). Колонки промывались растворами фульвокислот 0. 5 мг/мл ш углероду. 0,01Н ЭДТА , и ' во доя.

Анализ распределения активности по длине колонки показал, что когда в качестве промываемой жидкости использовали воду. ,основная часть меченого элемента во всех вариантах остается локализованной в зоне внесения. Активность радиостронция в первом сантиметре почвы составляет эо.в - 97,7Л <рис.

Распределение меченого вещества то длине колонки при промывании водорастворимыми органическими веществами заметно отличается от вариантов с водой. В колонках, промываемые фулъЕскмслотами зс-85 обнаружен на глубине и см. а промываемых ЭДТА - на выходе мз колонки/ Акгиеность в первом сантиметре почвы уменьшалась до 87,з- 91.8* в варианте с ЭДТА. Глубина шлумиграцни пря использовании ФК и ЭДТА увеличивалась до 2 - 7 см. в то врекя как в вариантах с водой соответствовала 1 см. Варианты промывных жидкостей постепени влияния на величину вертикального пзремевдния Бг можно расположить в следующий ряд: ЭДТА > Ф!С > н,о > н2о (ФГ). • ' .

. , В табл.4 представлены средние данные да содержании меченого эг.: переходного в различные .вытяжки из сегментов с, достаточной активностью." Назиеньшее - количество, водорастворимого гг приходится на колонки, промываемыз водой. Органические вещества увеличивает миграционную способность 5г за счет возрастания содержания юдорастворимой фракции во- всех . генетических горизонтах. - * Г,',

„Наибольшие величины обменного стронция получены в колонках, промываемых фульвокислотами. что объясняется их большой,адсорбционной способностью. - Максимальное содержание 5г. в солянокислой вытяжке' приходится на колонки.1 промываемые водой.: .

Таблица 4

Содержание меченого стронция. извлекаемого различными вытяжками, х

горизонт шло растворимый иоменныя сн3сооин4 кислоторстворимый бь нс1

Промывные жидкости

2 •К ЭД1А нго ФК. ЮТА н2о ♦К ЭД1А

А1 20.« 29,4 50,5 38,2 45,8 30.6 37.2 20,8 18,8

В1 25,2 23,2 50,2 37,0 53,0 31,4 33.В 13.8 17.4

в2 г«,в 27,3 4в.з 37.6 52,2 32,3 зо,г 18. 1 17.2

с 25,7 30.в 5Х,7 35.8 44,8 28,2 33.2 21,3 18,1

В различных генетических горизонтах наблюдались следующие закономерности. Минимальное количество стронция, извлекаемого водной вытяжкой в гумусово-эллшиальшм горизонте, объясняется закреплением бг гуминовыми кислотами с образованием устойчивых органо-минеральных комплексов. В горизонтах в2 с

происходит сближение данных по количеству водорастворимой формы стронция.

В колонках, промываемых органическими веществами, наибольшие количества водорастворимого стронция приходится на гумусово-эллгвиальныя и карбонатный горизонты.

Фракция стронция, извлекаемого ен нс1 во всех вариантах ^ кроме ЭДГ/0 максимальна в гумусово-эллшиальном горизонте. В связи с тем, что ем нс1 извлекает металлы связанный с оксидами железа и алхминия, карбонатами, сульфатами, часть соединений, связанных с органическим веществом, можно предположить, что такое распределение стронция связано в большей степени с органическим веществом.

в. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СТРОНЦИЯ ФОСФОГИПСА С ОРГАНИЧЕСКИМ ВЕЩЕСТВОМ

Целы настоящих исследования являлось изучение взаимодействия стронция фосфогипса с водорастворимым органическим веществам после иесткмесячнога юампостиоования распределение эг по фракциям органического вещества переходящего в водную пярсфссфатную. аммиачную вытяжку установление количественного соотношения между металлом и органическим веществом а также оценка устойчивости этих соединения

Поставленные задачи решались с применением метода меченых атомов < 5г-в5 > в сочетании с систематизированной гель-хтоиа-тографиея на сефадексах о-ю. о-ао и ионообменная хроматографии в тонком слое

Для установления факта взаимодействия стронция с оогани-ческим веществом, выделенным из гукусово-эллшиальяого гоои-зонта каштанового солонца целинного среднего малонатриевого Производили его фракционирование на сефадексе а-ю После фракционирования снимались кривш ш оптической плотности <Ш и по радиоактивности <зг).

Совладение пиков активности и оптической плотности указывает на образование металлорганического соединения с молекулярной массой более 700. а отсутствие активности в последующих порциях элгента говорит о том. что все количество стронция связано с фульвокислотой

Дня определения молекулярных масс зг-4К. произвели дальнейшее фракционирование стронция, связанного с органически веществом на геле о-эо. Хроматограммы полученные пси помощи гелевой фильтрации из аммиачной. пхто4ос4атноя и водной вытяжки идентичны и имеют два пика по оптическая плотности и радиоактивности стронция с элщиоюшки объемами *е1-гз, Уег-40 *л. Определенные с помощью калибровочного графика.

построенного на основе элщионных объемов высокомолекулярны« веществ м известней молекулярной массой, Фракции, строи-цийорганических веществ составили соответственно з*ьо и геоо.

При этом вторая фракция значительно превосходит первую и составляет около 68.2*.

Определение молекулярных отношения показало большую емкость комплексного связывания ионов стронция ММ 9450. по сравнению с Ш 2600. что предполагает различную устойчивость: фракция фульвокислотного стронция, отношение с«5т составляет 1:2.13 и 1=0.63 соответственно.

Константы устойчивости выделенных Эг-ФК определялись методом распределительной хроматогра&ш в тонком слое на. катионообменной пластине по методике И.С.Кауричева <1979)

Практическое определение констант устойчивости комплексных соединений сводится к; нахождению экспериментальных значений путей, пройденных изучаемыми фракциями гг-ФК с последущим нахождением рК по калибровочному графику . Стабл.5) -. *

" . Таблица 5 •■.

Устойчивость стронцийоргакических соединения и параметры • распределительной хроматографии-:

Органические лиганды ш Путь комплекса. X. см . ЯГ ':. рК

Эталонный

вещества: ; . . * .

(СН3С00)2Зс 203, в 0,6 0,05 0,44

Зг(Н03)2 211,8 1.2 0.09 0.62

5ГС204 175,7 з,4 - 0.26 2,54

8г2Р2°7 348.1 ." -в.в- ■ 0,51 4,68

гг^ДГА 465,4 .12,2 0.83 , 8,63

Фракция 1 фракция г 8450 2600 1 12,0 -3,6 0,02 0.28 8.50 2.66 '

Устойчивость комплексных соединения ионов Зг с различными фракциями фульвокислот увеличивается с возрастанием их молекулярной массы Ст ронцняо рганические соединения с Ш 345и в з раза устойчивее фракций с ММ гвоо Значения рК устойчивости высокомолекулярных фракций эг ЯС сопоставимы с устойчивостью Эгг-ЭДГА. устойчивость низкомолекуяярных фракций близка с устойчивостью щавелевокислого стронция

В связи с тем. что константы устойчивости гуматов и фуль-ватов. возрастал- с увеличением рН почвенного раствора можно предположить что в нативных условиях соединения эг -НС имеют рК несколько вше. чем определенное нами тем не менее дале зашшеннаь значения рК указывает на образование достаточно устойчивых комплексов

7 ВЛИЯНИЕ ВНЕСЕЬИЯ СТРОНЦИЯ

ал ЕГО ПОДВИЖНОСТЬ В ПОЧВЕ

В да.сю* разят *с исс.й11д>..ьалас.ь шлаилмость маяомстшолхоя сы'н »гьо4. ^ерма стсаиьш ь ФосЗшлпсе) ы.чная

формы Згси а -г-ФК. внесенных на поверхность колонок которые промывались водой в объеме, эквивалентном реальному количеству осадков ^табл. 6).

Во всех генетических горизонтах згбо^ остается локализованным в зоне внесения, причем в гумусово-эллювиальном горизонте характер кривой более пологий и фоновое значение активности" наблюдалось только на 5-6 см колонки. Пространственное перемещение растворимых форм эг значительно больше, причем во всех вариантах опыта использование ионной Формы способствовало проникновению на меньшую глубину ш сравнению с внесенными фульвокислоткыми соединениями

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

Наибольшее количество водорастворимого эг приходится на

Таблица 6

Распределение эг®5 по длине почвенной колонки

илой почвы см Генетический горизонт

*1 *2

БГ504 Эг«С ЗгС12 ЗгФК ЗГС12 5ГЭ04 ЗгФК 5гС1г

1 84 .9 65.29 66 05 86 05 63 89 66.40 96 04 62.8 82.8

2 3 07 7.56 6 38 3 60 в .49 6.0 3 48 6.81 5.73

3 0 61 4.28 4 31 0 09 4 33 4.25 0 09 5.53 4.66

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 О.Бв 0.67

6 0 06 0.25 0 30 0 20 0.15 0 04 0.40 0.21

7 0 08 0.26 0 24 0 16 олв 0.32 0.13

8 0.20 0 18 0 10 :о.оз ; - . 0.23 0.03

8 0.15 ; о 10 0 06 ; - 0.15

10 0.10 0 03 0 03 •/■ ■ 0.06 -■' ' -

колонки с внесеншмк ^лъвокислотными соединения)«- ; В целой прослеживается увеличение содержания . водорастворимого 5г . по генетическим горизонтах. V . " :

'■ V Таблица? ..фракционная состав стронция,* : . : ■

Генетические горизонты Водораствор) ОШЙ 'ОС ¡менш д Кислот •ооастворимый

гг5о4 8гИС 5гС12 БгБ04 ЭгФК 5ГС12 ¿г304 5гФК 5гС12

А1 В1 V 15.7 17.3 16.5 22.4 21.2 24.8 16.01 18.58 21.00 32.5 34.8 33.7 43.7 48.6 45.9 39.5 40.6 40.1 21.8 20.3 ■ 19.7 12.5 9.8 9.8 15.5 19.6 20.9

Наибольшее количество обменного стронция наблюдается -в -варианте с внесенным эсФК, обладающих ваммой; адсорбционной способностью. с махсмхухох в иллшшьнок горизонте.

Максимальное количество кислоторастворимого г г наблшается в колонках с внесенной малорастворимой солью, минимальное - в колонках с эгйС. причем, распределение активности в генетических горизонтах различно В первом варианте наблюдалось уменьшение кислоторастворимых форм эг при переходе к нижним горизонтам. Следовательно, перенос мелкодисперсных частиц Зг$о4 с током воды в гумусово-эллювиальном горизонте, отличавшимися лучшими фильтрационными свойствами превышает количество образовавшегося кислоторастворимого 5гС03 в подсолонцовом горизонте.

При внесении в колонку ггси происходит быстрое распределение его по всем составляющим ППК. В данном случае увеличение концентрации Зг в солянокислой вытяжке в подсолонцовом горизонте до го вг связано с увеличением содержания карбонатов и утяжелением гранулометрического состава почвы. На характер распределения ггфК с максимумом в а1 горизонте влияет повшенное содержание органического вещества.

е ВЛИЯНИЕ СВОЙСТВ ПОЧВЫ НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ йг В СИСТЕМЕ ПОЧВА-РАСТЮР

Одним из отрицательных факторов применения фосфогипса

является возможность поступления Зг в сопредельные среды. В

связи с этим изучалось влияние фосфогипса на полноту и

скорость растворения стронция и его поступление в раствор. ,

Ионы фосфогипса значительно подавляют растворимость Бг

находящегося в нем преимущественно в виде малорастворимой соли

эгбо^ Основное количество стронция фосфогипса поступало в

раствор в течение первого часа и далее изменялось

незначительно. Растворимость зг фосфогипса в 3.3 раза меньше

раСТВОрИМОСТИ чистого бгбо^

В системе с почвой содержание зг85 значительна ниже за

счет пассивации.фосфогипса гумусом. а такяе вхождением вг в

'■','''. Таблица 8 Кинетика перехода эс-85 с поверхности фосфогипса

Вариант опыта. ТФ:Т» Количество растворившегося 8г. мг

1 час з часа 5 час. 2 сут. 5 СУТ. 18 СУТ. 3.5 мес. 6 мес.

вгЭО^ Фосфо-гипс 3.13 0.21 3.13 0.21 3.20 0.22 3.30 0,30 3.35 0.46 3.81 0,92 4.01 1.19 9.54 1.69

Каштанов! д солонец Роа юза йос±огипс{ ■овской области. -20 т-та

Ах, 1:5 В1, 1:5 А1,1:10 В1.1:10 0.018 0.022 0.042 0.126 0.019 0.022 0.033 0.128 0.021 0.033 0.042 0.131 0.022 0.039 0.046 0.132 0.022 0.060 0.048 0.160 0.024 0.062 0,048 0.185 0.024 0.063 0.050 0; 173 0.024 0.063 0.058 0.160

ППК по типу ионно-обменной сорбции.

Количество эг постуливлЕго'в раствор в системе с солонцо-. выми горизонтом несколько выве, чем в гумусово-эллхвиальном. что объясняется увеличивающейся при "переходе к нижним горизонтам лонной силой раствора и сменой типа гумуса с .1 фульватно-гуматного на гуматно-фульваткьй- , •.:Ч

9 .РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КАЛЬЦИЯ И СТРОНЦИЯ , В ПОЧВАХ САЛО-МАНЬНСКОГО ВОДОРАЗДЕЛА

"' Определение.валового количества 5г и с» проводили на атом-

но-абсорбционном спектрофотометре "Карл-11ейс-Иена". "ааз-зо" в

воздушно-ацетиленовом пламени. ■ '■'.-.'■''• ■ '

Результаты наших исследований " показали.; , что . среднее

содержание стронция в гумусово-эллшиалъном горизонте целинных

- солонцов составляет 167.8 мг/кг .почвы. . при. агрономическом

- : ■ ; ' " - ' ■ " '' 18 V.-',,' : ■ : ' ■

эталоне гоо мг-'хг. Отношение Се/Вг - в.з В солонцовом и дадсолодадавом горизонте содержание зг составляет *о.гг и зг. еэ мг/кг. В шчвообразухшей породе на глубине 45-50 см - «5. «е мг^-кг. эо-юо см - 221. 20 мг/кг. Отношение с«/8г составляет

42. 76. 80.12, 40. 51 И 150. 16 СООТВЕТСТВеННО.

В исследуемых районах дозы внесения фосфогипса колеблется от 7 т-та до 14 тхга при этом в почву вносится 210-420 кг или 70-140 мг-осг стронция.

По нашим наблюдениям при фоновом содержании бг в почве вэ.з - во 4 мг-кг внесение 7 т--га фосфогипса увеличило его содержание до 132. ее мг-тсг, отношение с«/5г составило ег. ее при ю. 97 г^кг кальция. Дозы фосфогипса в Сало-Манычском районе не превшавг 14 т^га. следовательно опасность превьшения ПДС стронция сеоо мг^кг; невелика. Однако. при повторной мелиорации и длительном применении гг-содержаших минеральных удобрений, необходим контроль за содержанием бг в почве. С учетом природного содержания общее количество данного

элемента может составить: Р* Л

^общ. = Рэг * - • где Р -хпрошнтное содержание 8 г в

"м*

фосфогипсе. х. Д - доза фосфогипса. т.<га. Р3г - фоновое содержание эг в почве. мг'Хг. Нм - глубина пахотного слоя. м. <1 - объемная масс, Г'См? Предельно допустимая доза фосфогипса определяется по предложенной нами формуле:

Н„а С1000 т 600 - Р,г> див. --

гх

ВЫВОДЫ

1 Миграционная способность стронция в составе фосфогипса в почвах Сало-Манычсного водораздела является составляпией комплекса физико-химических взаимодействий мелиоранта с

компонентами ПГОС и почвенного раствора. ■ ; * , ;

2.Взаимодействие стронция фосфогипса с минеральными и органическими составляющий ППК трансформируют его в . водорастворимое, обменное и прочнофиксированное состояние. Количественное определение лростоФиксированных и обменных форм, а такие изучение пространственного перемещения позволило оценить его миграционную способность. , ......

3.В модельных экспериментах с. помощью метода меченых атомов... установлены параметры вертикального перемещения стронция, внесенного в различных формах в почвенные .колонки. Получены следующие параметры вертикального ■ перемещения: радиоактив- . ность стронция в первом сантиментре почвы- БгС12 - ег.е -86.0*; БгфК - 62.8 - 65.3Х. ггйО^' - 94.9 - 96.ОХ, Глубина: полумиграции: 8гС12 - г см; ггФК - 2 - 4 см: Яс804 - 1 , см: глубина проникновения Бг: 5гС1г - 6 - 7 см: БгфК - 10 см: ЗгБ04 - 3 - 6 СМ.

4 .Существенное влияние на подвижность -'8 г в почве оказывают ' естественные и искусственные комллексообразователи. Основной миграционной формой стронция в почве .являются устойчивые . комплексные соединения с фульвокислотами. 5-Исследование стронцийорганических . соединения ■методами радиогельхроматографии и ^ распределительной хроматографии;. в '. тонком слое позволило установить наличие двух . фракций , комплексных соединения' вг_ с ИМ 94 50; геоо и рКуСТ 8.5052.66. ;• ? Определение молекулярных отношений с^г показало большую. • емкость комплексного связывания ионов 5г высокомолекулярной фракцией по сравнению с низкомолекулярной .с: з г х фракции равняется 1:2.13; С:5е XX фракции соответственно 110.63. -6.Программа "расчета." растворимости стронция позволяет прогнозировать его поведение ^и различных концентрациях •почвенного раствора и моделировать' тенденции изменения. его-

растворимости при сиене внешних условия. Установлено, что повывение концентрации стронция в грунтовых водах маловероятно из-за существования геохимических барьеров в виде сульфатного и карбонатного горизонтов. 7 Установлено значительное подавленна растворимости Sr фосфогипса в гумусово-эллшиальном и солонцовом горизонтах по сравнению о водно-солевыми системами Равновесие в исследуемых системах устанавливалось в течение е мес ■ растворимость sr в горизонте составила 0.024 мг в солонцовом о оез. в фосфогнпсе 1 69 мг при рассчитанном и полученном экспериментально значении растворимости ScS04 -5 54 мг.

В В модельных опытах установлено незначительное влияние увеличения дозы фосфогипса с го тта до 40 тта на содержание различных форм sr. которые составляют <*>• i.se - г 22 водорастворимого. 19.01 - 18.72 обменного: хз.аг - м ее кислоторастворимого. 2 si - г.60 в составе органического вещества.

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕОСИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1 Диаграммы растворимости sr и са для различных концентрация почвенного раствора солонцовых почв Сало-Маншского водораздела. Программа растворимости соединения Sr и Са (soil pr. soil rc02>.

2 Диаграммы растворимости sr и са фосфогипса с учетом различной ионной силы раствора ^Программа foSFoaiPS).

з.Алгоритмы расчета коэффициентов конкурирующих реакций, коэффициенты конкурирующих реакция ионов почвенного раствора. 4 формулы расчета общего количества стронция при внесении фосфогипса и предельно допустимых доз фософгипса s Рекомендации по системе применения фосфогипса при мелиорации

солонцовых почв Сало-Маншского водораздела.

ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ СЛЕДЯЩИЕ РАБОТЫ: 1 .Вестажов Е.И., Михайлова И.Н., Датта С. Процессы миграции. к аккумуляции стронция в . солонцах Ростовской области ; /.';

. Проблемы рационального землепользования в степной зоне. -Новочеркасск. . 1902. С.106-114. >

2.Михайлова И.Н. Влияние природных я 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" < .'7 Воронеж! 1993 .С .63. ' ' ■'•'."'1'-"

3.Минкин М.Б., Михайлова И.Н.. Определение.различных Форм стронция при мелиорации почв фосфогююом. - Ростов-на-Дону - . ЦНТИ. 1993. н17-33 5о. 3 .

. 4.Михайлова И.Н. Миграция «трансформация стронция в солонцовых почвахРостовсхой области -'/• Тезисы докладов хп научно-практической конференции: г "Пути увеличения производства к резервы повшенкя качества сельскохозяйственной продукции". - Оренбург, 1993. С.65. : ■'

5.Михайлова И.Н., . Назареихо Г.И.. Почвенно-экологический прогноз миграция стронция при мелиорации почв. ФэсФогилсом по диаграммам растворимости " Тез.дркл.: школы-семинара, молодых ученых МГУ:: ."Соверменные проблемы экологии я почвоведения". -М.. 1993. С.61.

Объем I'(2 п л

Зак 1488

Тираж 100

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