Формирование физико-химических свойств пахотных почв лесостепи центрального Черноземья и пути (стр. 5 из 11)

ЕКО_П=М ln(pH_Н)-τ М( рН_Н - pH_KCL), (6)

где изменение ЕКО (∆ ЕКО_П= τ М( рН_Н - pH_KCL) имеет вид линейной зависимости, τ – показатель удельной дифференциальной емкости почвы, характеризующий величину изменения полной емкости катионного обмена почвы, приходящегося на единицу показателя (М) при изменении pH_KCL на единицу (табл. 9). Серым лесным почвам характерно более высокое значение (τ), чем для черноземов (0,16 и 0,1).

Схематически зависимость величин S, ЕКО_П и Нг при разном значении рН_KCL представлена на рис. 7.

Таблица 9. Зависимость емкости катионного обмена от кислотности почв

№ выб.	Объемвыборки	Параметры уравнений вида*ЕКОП= a - b·(рНН - рНKCL)		(М)Отношениеа / ln(рНН)	(τ)Отношениеb/М
		a	b
2.3.4.	4722258690	34.5636.4528.54	-2.87-1.85-2.29	17.2518.1714.25	0.100.100.16

Рис. 7.Зависимость емкости катионного обмена, суммы обменных оснований и гидро-литической кислот-ности от величин рН_KCL

Величине суммы поглощенных оснований соответствует разница:

S = ЕКО_Н - ∆ ЕКО_П – Нг:

S = М (ln(рН_KCL) – τ (рН_Н-рН_KCL)) (7)

Таким образом, количественная взаимосвязь показателей поглотительной способности выражается уравнением состояния ППК, как аналога выражения (ЕКО_П =S+ Нг), учитывающего величины ∆ ЕКО_П :

М(ln(pH_Н)–τ(pH_Н–pH_KCL))=M(ln(pH_KCL)–τ(pH_Н–pH_KCL))+M∙ln(pH_Н/pH_KCL) (8)

Анализ уравнения свидетельствует, что показатель обменной кислотности (рН_KCL) характеризует соотношение величин Нг и S в ППК и степень насыщенности почвы основаниями согласно выражению :

(9)

Для черноземных почв (рН_Н≈7.4), поскольку ∆ЕКО_П относительно невелико, показатель степени насыщенности почвы основаниями (V%) будет иметь вид:

V% ≈ 50 ln(pH_KCL) (10)

Фактическая реализация зависимостей (9, 10) подтверждает форму взаимосвязей по уравнению (8). Теоретически рассчитанные значения V% черноземов оподзоленных, выщелоченных и типичных, а также серых лесных имеют стандартную ошибку 0.8 и 2.1%, а коэффициент соответствия величин составляет при этом – 99 и 98% (рис. 8).

Рис. 8. Зависимость степени насыщенности основаниями черноземов выщелоченных и типич-ных от рН_KCL(n= 255).

Поскольку величины (pH_H, τ) носят характер, близкий к нормативному для исследованных почв, то соотношения величин Нг, S и ЕКО_П в конкретных почвах практически полностью определяются величиной рН_KCL. Тем самым реализуется принцип о взаимосвязи и взаимообусловленности компонентов, составляющих единую систему ППК. Изменения в составе катионов ППК при изменении рН_KCL пропорциональны величине (М) и логарифму относительного изменения рН_KCL:

(11) ,(12)

где рН₀ - исходное, рН_i – текущее (фактическое) значение.

Изменение суммы обменных оснований, при изменении кислотности почвы, равно сумме абсолютных изменений емкости катионного обмена и гидролитической кислотности │∆S│=│∆ЕКО_П│+│∆Нг│, что соответствует:

(13)

Cоотношение весовых коэффициентов к содержанию гумуса (%) и количеству физической глины (< 0.01мм, %) в показателе модуля катионообменной емкости почвы (М) равно 24:1 (r=0.76-0.99). В соответствии с этим, величине (М) можно придать более точное выражение:

М = К_М (2.4Г + 0.1Фг), (14)

где К_М – коэффициент пропорциональности (для черноземов К_М≈1), соответствующий тому, что различным типам почв могут быть характерны разные удельные сорбционные показатели.

По сути, показатель модуля катионообменной емкости почвы (М), связанный с количеством и качеством обменных центров ППК может отражать предельное минимальное количество вещества отрицательных зарядов ППК в единице массы почвы (ммоль (е^-) /100г) в условиях кислой реакции среды. Таким образом, при изменениях реакции среды величины показателей поглотительной способности почв становятся производными от значения (М).

Оценка буферных свойств почв

Количественные оценки кислотно-основной буферности почв подтверждают, что чем больше в почве содержится гумуса и тяжелее механический состав, тем выше ее буферная способность как к подкислению, так и к подщелачиванию и, при прочих равных условиях, большая буферность в ту или иную сторону определяется преобладанием в составе ППК ионов Н⁺ или оснований (Надточий, 1993; Надточий, 1998; Савченко, 1989; Фрид, Гребенников, 1999; Соколова, Мотузова, Малинина, 1991).

Проведена серия лабораторных экспериментов по определению буферных кривых в солевой (1Н KCL) и водной суспензии (1:2.5) для чернозема типичного тяжелосуглинистого (рН_KCL=5,75) и серой лесной среднесуглинистой почвы (рН_KCL=4,9). Общая методика соответствовала методу Аррениуса. Установлено, что во всем диапазоне буферных кривых измеряемые величины рН водных суспензий подчиняются логарифмической зависимости от количеств вводимых. По солевым суспензиям в интервалах ±2.0 ед. рН от точки начала титрования (рН_ТНТ) как в щелочном, так и в кислотном диапазоне зависимость устанавливающихся величин рН_KCL от количеств вводимых реагентов соответствовала функции (табл. 10):

рН_i = рН_ТНТ·(КБ)^х , (15)

где (х)- количество применяемых реагентов (ммоль/100г.); фактический коэффициент к изменению рН (рН_i/рН_ТНТ) представляет собой показательную функцию: рН_i/рН_ТНТ = КБ^Х , где КБ -коэффициент буферности

а) к подкислению: КБ_К=1/exp(1/M); (16)

б) к подщелачиванию: КБ_Щ= exp(1/M·(1+τ)). (17)

При этом величины КБ_К <1 и КБ_Щ>1 зависят только от базовых свойств почв, определяющих величину модуля катионообменной емкости почв (М), а, следовательно, и емкость катионного обмена (рис. 9).

Таблица 10. Зависимость рН солевых суспензий почв (1:2.5) от количества вводимых реагентов

Почва	Параметры уравнений *ln(рНi/ рНТНТ)= a∙x		КБ по уравнениюрНi/ рНТНТ = (КБ)х
	а	R2	по экспериментуКБ=exp(a)	по свойствампочв**
Чернозем Серая лесная	Подкисление (HCl)		КБК	М	КБК
	-0.057-0.084	0.990.99	0.9440.920	17.66 0.94511.82 0.919
Чернозем Серая лесная	Подщелачивание (NaOH)		КБЩ	М	КБЩ
	0.0520.074	0.990.99	1.0541.077	17.66 1.05311.82 1.075

* где х – ммоль / 100г; **τ - 0,1 и 0,16 для чернозема и серой лесной почвы

Рис. 9. Зависимость коэффициентов буферности (КБ) от величин модуля катионообменной емкости (τ=0,1)

Коэффициенты буферности соответствуют относительному изменению величины рН от 1 ммоль/100 г применяемых реагентов. Приближение величин КБ к единице соответствует повышению буферности почв. Сам коэффициент буферности является безразмерным и универсальным показателем, поскольку величины интенсивности буферности (ИБ) и емкости буферности (ЕБ) являются производными от КБ:

ИБ_К =М·ln(рН_ТНТ/(рН_ТНТ-1)) (18); ИБ_Щ =М·(1+τ)·ln((рН_ТНТ +1)/рН_ТНТ) (19)

Отсюда следует, что как интенсивность буферности, так и емкость буферности пропорциональны величине (М) и зависят от исходной кислотности почв (рН_ТНТ).

Определение доз мелиорантов в соответствии со свойствами кислых почв и агроэкологическими условиями

Уравнение состояния поглощающего комплекса и вытекающие из него взаимосвязи показателей ППК при соответствующем нормативном обеспечении по значениям рН_Н и (τ) позволяют значительно расширить диапазон и унифицировать уравнение расчета доз мелиорантов в соответствии с буферными свойствам почв.

За основу расчетов мелиоративных доз извести при этом берется то количество Са²⁺ в составе гидролитически щелочных соединений, которое входит в состав ППК в расчете на заданное изменение кислотности (рН_KCL)от исходного рН_i до оптимального значения рН_орt. Эта величина соответствует изменению суммы обменных оснований и выражается суммой абсолютных изменений гидролитической кислотности и емкости катионного обмена (И, СаСО₃ т/га = DS∙5∙h∙d ) в соответствии с мелиорируемой глубиной (h, м) и объемной массой почвы (d, г/см³) :

. (20)

В этом состоит принципиальное отличие предлагаемого подхода, что позволит повысить разрешающую способность самого приема.

Расчетные значения расхода СаСО₃ для сдвига рН на 0,1 ед. в различных интервалах рН для основных типов почв ЦЧЗ разного гранулометрического состава подтверждают соответствующие их нормативные значения (Нормативы…,1980; Рекомендации…, 1983; Рекомендации…, 1993).

При наличии данных агрохимического анализа почв оцениваются необходимые показатели для каждого рабочего или элементарного участка.