CC BY
61
АГРОНОМИЯ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО
УДК 631.41/43:631.47
ОБОСНОВАНИЕ ВИДА РЕГРЕССИОННОЙ ЗАВИСИМОСТИ МИНЕРАЛИЗАЦИИ ПОЧВ И ВРЕМЕНИ ФИЛЬТРАЦИИ ВОДНОЙ ВЫТЯЖКИ
А.А. Околелова, доктор биологических наук, профессор
В.Н. Стяжин, кандидат технических наук, доцент
Волгоградский государственный технический университет
Г.С. Егорова, доктор сельскохозяйственных наук, профессор А.С. Касьянова, аспирант
Волгоградский государственный аграрный университет
В данной работе представлены результаты исследования, в ходе которого была установлена обратно пропорциональная зависимость между временем фильтрации водной вытяжки почв и суммой водорастворимых солей. Для определения функциональной зависимости проведен регрессионный анализ.
Ключевые слова: продуктивность почв, водная вытяжка, скорость фильтрации, сумма солей, уравнение регрессии, коэффициент корреляции.
При исследовании почв важное значение имеет ионный состав почвенного раствора. По содержанию и характеру распределения элементов по профилю возможна оценка экологического состояния почв. Количество содержащихся ионов в составе водной вытяжки дает относительное представление о минерализации почв [2].
Объектами исследования послужили: чернозем южный Новоаннинского района, в черте Волгограда: светло-каштановая почва (пашня и целина) и солонец, УНПЦ «Горная поляна», лугово-каштановая почва, памятник природы «Григорова балка» и солончак, окрестности Соленого пруда. Отбор проб и подготовку почвы к анализу проводили согласно ГОСТ 17.4.4.02-84 [5].
В отобранных почвенных образцах был проведен анализ водной вытяжки общепринятым методом по Е. В. Аринушкиной [1] и с авторской модификацией. Нами фиксировалось время фильтрации водной вытяжки, а для уточнения полноты растворения ионов был поставлен модельный опыт. После проведения анализа почву с фильтра снимали, взвешивали, готовили повторную водную вытяжку, учитывая потери почвы, переносили на фильтр и проводили повторный анализ. Полученные результаты времени фильтрации водной вытяжки верхних горизонтов исследуемых типов почв представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Время фильтрации исследуемых почв
Тип почвы Время фильтрации, мин.
первая повторная
Чернозем южный среднесуглинистый, пашня 264 236
Лугово-каштановая легкосуглинистая, целина 153 148
Светло-каштановая тяжелосуглинистая, пашня 142 138
Светло-каштановая легкосуглинистая, целина 135 128
Солонец среднесуглинистый, пашня 77 69
Солончак гидроморфный среднесуглинистый, урболандшафт 22 15
Нами было отмечено, что максимальное время фильтрации водной вытяжки наблюдалось в почвах, наиболее обогащенных органическими и минеральными коллоидами и наименее засоленных.
В черноземе южном оно в 12 раз больше (264 мин.), чем в солончаке (22 мин.). Время повторной фильтрации меньше во всех образцах. Сопоставимые величины времени фильтрации в обоих случаях свидетельствуют о наличии водорастворимых ионов в почве после проведения первого анализа (рис. 1).
1
2
га
н
.0
с
к
2
ф
т
Тип почв
—■— первая фильтрация - -■— повторная фильтрация Рисунок 1 - Время фильтрации водной вытяжки различных типов почв
Последовательный анализ водной вытяжки в одном и том же образце почвы выявили следующие закономерности (рис. 2). В первой вытяжке было определено около половины ионов НСО "з (43-66 %). Доля SO2"4 в обеих вытяжках чернозема южного и светло-каштановой почвы на целине изменяется незначительно, в ходе первого анализа было выявлено на черноземе южном 48 %, в ходе повторного анализа - 52 % сульфат-ионов, на целине - 53 и 47, соответственно.
В светло-каштановой почве на целине, в солонце и солончаке в ходе первого анализа была определена большая часть ионов СГ, (соответсветвенно, 67, 72, 89 %), а в светло-каштановой почве на пашне доля ионов SO "4 - 84 %. В лугово-каштановой почве при повторном опыте значительно возрастает концентрация сульфат-иона (84 %).
2+
При проведении повторного анализа существенно увеличивается содержание Са в светло-каштановой почве на целине (68-79 %) и на пашне (63-81 %). Анализ получен-
ных данных показал, что при повторном определении водной вытяжки в светло-
2+
каштановой почве на пашне содержание Mg в горизонтах АВ пах и В не выявлено, что говорит о его полном определении в ходе первого опыта. В солончаке, луговокаштановой почве и солонце концентрация магния при повторном определении более, чем вдвое превышает его содержание в первой водной вытяжке и составляет, соответственно 61, 68, 78 %. Данная закономерность требует более глубоких исследований особенности процесса фильтрации [4].
Сумма солей, мг-экв/100 г
А-А1 - чернозем южный (пашня)
В-В1 - лугово-каштановая почва (целина) С-С1 - светло-каштановая почва (пашня) D-D1 - светло-каштановая почва (целина) E-E1 - солонец (пашня)
F-F1 - солончак (урболандшафт)
Рисунок 2 - Зависимость времени фильтрации от суммы солей
В ходе анализа первой водной вытяжки для всех исследуемых типов почв была
определена только часть ионов: 43-66 % НСО - 3 , 40-89 % СГ, 16-84 % SO2"4, 19-76 % 2+ 2+
Са , 17-100 % Mg . Из вышесказанного следует, что по результатам однократной водной вытяжки нельзя достоверно судить о содержании растворимых ионов в почве. В исследуемых почвах нами была установлена обратнопропорциональная зависимость между временем фильтрации и суммой водорастворимых солей (рис. 2).
Для определения математической зависимости нами был использован регрессионный анализ, заложенный в современные компьютерные средства обработки экспериментальных данных. Данная зависимость была проверена в компьютерных пакетах (демо-
версии Сп^еЕхреН, DataFit), которые, как правило, ставят на первое место функции, имеющие наименьшее отклонение от экспериментальных данных.
По полученным результатам и с учетом химизма процесса нами было отобрано несколько функций. Из них мы выбрали две, имеющие коэффициент корреляции (Я) наиболее близкий к единице (рис. 3):
1) кривая Гаусса й(^) = 210-е~0,095 + 60, R = 0,930, 8 = 0,158;
2) степенная функция 12(5) = 227,55 - s ~0'36, R = 0,898, 8 = 0,175,
где: t - время фильтрации водной вытяжки, мин.; 5 - сумма солей, мг-экв/100 г.
Из представленных данных видно, что у первой функции R ближе к единице, а отклонение 8 = 0,158 меньше, чем у второй функции. Но кривая Гаусса достаточно близка к данным при сумме солей, не превышающей 2,77 мг-экв/100 г, и не учитывает значительное снижение времени фильтрации при увеличении суммы солей в водной вытяжке.
t - время фильтрации, мин
Рисунок 3 - Данные зависимости времени фильтрации от суммы солей в водной вытяжке и аппроксимирующие функции
Для увеличения достоверности мы уточнили предложенную степенную функцию и её коэффициенты в Mathcad. Так как параметры регрессии входят в искомую зависимость нелинейным образом, то необходимо воспользоваться функцией genfit [6]. В качестве критериев применяли коэффициент корреляции и величину 8, характеризующую отклонение от экспериментальных данных [6], которую будем вычислять по формуле (1).
8
1/1
л Е(г (^)_ е )2
VI=1____________________
ке|
(1)
По полученным данным нами был построен график (рис. 4), в основе которого лежит функция со следующими параметрами (2):
I (л) = 357 • (л +1)'0,57, (2)
где t - время фильтрации водной вытяжки, мин; л - сумма солей, мг-экв./100 г.
t - время фильтрации, мин
Рисунок 4 - Аппроксимирующая функция, наиболее близкая к экспериментальным данным
Из анализа рисунка 4 видно, что предложенная функция достаточно близка к экспериментальным данным. Коэффициент корреляции R = 0,914, а отклонение предложенной функции от экспериментальных данных 8 = 0,175.
Представленные результаты позволяют предположить, что обоснованная нами функция (2) лучшим образом описывает зависимость времени фильтрации от суммы солей, содержащихся в водной вытяжке почв.
Выводы:
1. В ходе анализа первой водной вытяжки для всех исследуемых типов почв была определена только часть анионов и катионов. Из этого следует, что по результатам однократной водной вытяжки нельзя достоверно судить о содержании растворимых ионов в почве.
2. В исследуемых почвах нами была установлена обратнопропорциональная зависимость между временем фильтрации и суммой водорастворимых солей.
5
3. Установленная обратнопропорциональная зависимость позволяет количественно определить содержание водорастворимых солей в почвах, используя экспресс-метод фиксирования времени фильтрации вместо длительного и трудоемкого анализа водной вытяжки.
Библиографический список
1. Аринушкина, Е. В. Руководство по химическому анализу почв [Текст] / Е. В. Аринуш-кина. - М. : МГУ, 1961. - 490 с.
2. Вальков, В. Ф. Почвоведение [Текст]: учебник для вузов / В. Ф. Вальков, К. Ш. Казе-ев, С. И. Колесников. - Ростов-н/Д.: МарТ, 2006. - 496 с.
3. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа [Текст]: ГОСТ 17.4.4.02-1984. - Введ. 1986-01-01. - М.: Изд-во стандартов, 1985. - 12 с.
4. Околелова, А.А. Определение содержания водорастворимых ионов в почвах степной зоны экспресс-методом [Текст] / А.А. Околелова, А.С. Иванова // Материалы Международной конференции с элементами научной школы «Экокультура и фитотехнологии улучшения жизни на Каспии»: сб. науч. работ. - Астрахань: Астраханский государственный институт, 2010. -
С.211-214.
5. Околелова, А.А. Лекции по почвоведению и ландшафтоведению по дисциплине «Науки о Земле» [Текст]: учеб. пособие / А.А. Околелова, Г.С. Егорова. - Волгоград: Изд-во ВолгГТУ, 2010. - 144 с.
6. Ракитин, В.И. Руководства по методам вычислений и приложения Mathcad [Текст]: учебное пособие / В.И. Ракитин. - М.: Изд-во ФИЗМАТЛИТ, 2005. - 264 с.
E-mail: alevtina_ivanova@bk.ru
