CC BY
4УДК [631.4 + 542.46]: 535.37
ЗАМЕДЛЕННАЯ ФЛУОРЕСЦЕНЦИЯ КАК МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ АГРОХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА ПРИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ ПОЧВ
Савченкова Е.Э., старший преподаватель кафедры безопасности жизнедеятельности, Оренбургский государственный университет, Оренбург е-шаИ: [email protected]
Шарипова М.Н., старший преподаватель кафедры безопасности жизнедеятельности, Оренбургский государственный университет, Оренбург е-шаП: [email protected]
По однотипности поступления и комплексу процессов превращения органических и минеральных веществ, их миграции, а также по строению профиля все многообразие почв на территории Оренбургской области можно представить тремя генетическими типами: серыми лесными, черноземами и каштановыми почвами. По степени выраженности основного в черноземной зоне процесса гумусонакопления, солонцеватости в пределах типа выделяют чернозем типичный и выщелоченный, обыкновенный и южный. Микроэлементный состав почв определяется минералогическим составом почвообразующих пород. Характерная черта почв области - повышенное (иногда в 2 раза и более) содержание основных валовых форм микроэлементов по сравнению с почвами и породами других регионов России.
Ключевые слова: флуоресценция, почвенный покров, метод исследования, агрохимический показатель.
Почвообразующие горные породы, неустойчивые в термодинамических условиях земной поверхности, подвергаются действию колебаний температуры, ветра, движущей силы воды, химических и биологических факторов, изменяющих их состав и внутреннюю структуру. В почвах Предуралья выявляется тенденция к повышению содержания оксидов кальция и магния, что свидетельствует о преобладании гидрослюдистого -монтмориллонитового минерального состава. Высокое содержание валового натрия заметно в почвах Зауралья - это означает преобладание каолинитового - гидрослюдистого минерального состава. Группы каолинитовых минералов сообщают почве высокую способность к водопоглащению. Монтмориллонит в 10-30 раз повышает прочность в почвах связи минеральной части с органической по сравнению с каолинитом. Оценка качественного и количественного химического состояния почвообразующих пород имеет определяющие значение в прогнозировании процессов почвообразования.
Антропогенное воздействие на почвенный покров меняет агрохимическое состояние почв и физико-химические показатели. Например, экологические последствия загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами проявляется в значительном изменении морфологических, физико-химических и микробиологических свойств почв [1]. Изменения свойств почв проявляются в возрастании рН, повышении общего количества углерода и содержания углеводородов, снижается плодородие почв. Нарушенные в результате промышленной эрозии земли подлежат рекультивации путем восстановления плодородия почв с использованием минеральных удобрений. Интенсивное развитие сельскохозяйственного производства также ставит задачи повышения плодородия земель с использованием минеральных удобрений. Вместе с тем, следует отметить отрицательные стороны применения минеральных удобрений, к которым можно отнести засоленность почв и изменение геоэкологического равновесия в почвенно-растительных системах. Актуальной задачей является восстановление ее плодородия с использованием минеральных удобрений,
содержащих подвижные формы питательных веществ, не изменяющих экологическое равновесие при их использовании.
Целью является исследование влияния термической обработки на физико-химические показатели почв естественных агросистем степной зоны Оренбургской области на основе применения метода замедленной флуоресценции. В качестве объекта исследования отобраны следующие типы почв: черноземы (типичный и выщелоченный, южный, обыкновенный) и темно-каштановая почва. Отбор проб почв осуществлялся методом конверта по профилю горизонтов А -0-20; АВ -20-40; ВС -40-90 см. Пробы были разделены на контрольные и опытные группы. Опытные пробы почв подвергались термической обработке при температурах 200°С, 400°С, 600°С и 800°С с выдержкой при каждой температуре в течение 30 мин. Исследование контрольных и опытных групп проб производилось на установке для регистрации замедленной флуоресценции (Патент 2220413 (13) С1 2003 г., авторы: И.В. Ефремов, Л.В. Межуева, Л.А. Быкова, ОГУ). Контрольные и опытные группы почвы подвергались химическому анализу на содержание основных агрохимических показателей: определение лабильного органического вещества, гумуса, подвижных форм фосфора и калия, рН, плотного остатка.
Экспериментально установлено, что для всех исследованных типов почв независимо от режимов температурного воздействия на них выполняется экспоненциальный закон затухания флуоресценции [2]. Характер изменения флуоресценции описывался
экспоненциальной зависимостью вида N = м, где X - показатель экспоненты,
характеризующий скорость затухания флуоресценции; N0 - начальная интенсивность свечения. Отмечается, что все типы и подтипы почв различны по показателям замедленной флуоресценции таблица 1.
По агрохимическим показателям установлена линейная корреляция интенсивности свечения N0 от солевого рН для контрольных и опытных образцов, из таблицы 1 видно, что показатель рН солевого увеличивается в зависимости от температур термической обработки почв; в интервале температур прокаливания 400-600°С повышается содержание подвижных форм фосфора в прокаленных образцах в 3-6 раз, калия в 2-5 раз таблица 2.
Таблица 1 -рН солевого почв от
Изменение интенсивности свечения (К0) флуоресценции и показателя температуры прокаливания
Почва Профиль, см М0*104, импульсы рН,солевой
Температура, 0С
20 200 400 600 800 20 200 400 600 800
Чернозем обыкновенный (Ч.О.) 0-20 5,1 15,8 15,2 30,5 46,2 6,32 5,91 7,43 7,87 9,68
20-40 2,7 2,9 2,5 4,3 7,7 6,41 6,51 7,96 7,60 8,93
40-90 5,4 5,8 3,9 5,9 8,5 6,55 5,99 6,37 7,19 8,14
Чернозем южный (Ч.Ю.) 0-20 4,5 6,7 15,7 13,4 13,7 5,85 6 6,87 6,89 7,12
20-40 6,1 4,6 4,2 8,7 7 6,18 6,11 7,04 6,82 8,01
40-90 7,1 8,8 3,4 5,1 8,3 6,03 6,45 6,40 6,40 9,97
Чернозем типичныи и выщелоченный (Ч.В.) 0-20 6,7 13 7,2 9,6 17,0 7,34 7,04 7,94 8,34 11,67
20-40 12,1 12,6 15,3 1,9 11,2 7,92 7,73 7,62 8,42 12
40-90 8,1 9,2 16,4 5,7 8,6 8,22 7,56 7,8 8,43 10,83
Темно-каштановая почва (Т.К.) 0-20 7,5 4,5 10,1 19,7 17,7 7,41 7,48 7,75 7,84 7,94
20-40 6,6 10,4 13,1 23,1 20,1 6,13 6,12 8,23 7,78 7,59
40-90 0,7 0,5 2,6 9,3 17,8 5,96 5,91 7,28 6,92 7,27
Почва Профиль, см М0*104, импульсы рН,солевой
Температура, 0С
20 200 400 600 800 20 200 400 600 800
Чернозем обыкновенный (Ч.О.) 0-20 5,1 15,8 15,2 30,5 46,2 6,32 5,91 7,43 7,87 9,68
20-40 2,7 2,9 2,5 4,3 7,7 6,41 6,51 7,96 7,60 8,93
40-90 5,4 5,8 3,9 5,9 8,5 6,55 5,99 6,37 7,19 8,14
Чернозем южный (Ч.Ю.) 0-20 4,5 6,7 15,7 13,4 13,7 5,85 6 6,87 6,89 7,12
20-40 6,1 4,6 4,2 8,7 7 6,18 6,11 7,04 6,82 8,01
40-90 7,1 8,8 3,4 5,1 8,3 6,03 6,45 6,40 6,40 9,97
Чернозем типичныи и выщелоченный 0-20 6,7 13 7,2 9,6 17,0 7,34 7,04 7,94 8,34 11,67
20-40 12,1 12,6 15,3 1,9 11,2 7,92 7,73 7,62 8,42 12
(Ч.В.) 40-90 8,1 9,2 16,4 5,7 8,6 8,22 7,56 7,8 8,43 10,83
Темно-каштановая почва (Т.К.) 0-20 7,5 4,5 10,1 19,7 17,7 7,41 7,48 7,75 7,84 7,94
20-40 6,6 10,4 13,1 23,1 20,1 6,13 6,12 8,23 7,78 7,59
40-90 0,7 0,5 2,6 9,3 17,8 5,96 5,91 7,28 6,92 7,27
Данные исследования позволили предложить способ получения калийно-фосфорных удобрений, содержащих подвижные формы питательных веществ, путем термической обработки исходного сырья (Патент РФ № 2314318 (13) С1 2008 г., авторы: И.В. Ефремов, Е.Э. Савченкова, ОГУ). В качестве исходного сырья берут почву, которую прокаливают при температуре 400-600°С. Удобрение, содержащее подвижные формы калия и фосфора, вносят в исходную почву для повышения ее плодородия [3].
На основе проведенных исследований нами предлагается технология рекультивации почв путем восстановления ее плодородия внесением удобрения.
Таблица 2 - Изменение подвижных форм фосфора и калия от температур обработки
почв
Почва Профиль, см Подвижный фосфор, мг/кг Подвижный калий, мг/кг
Температура, 0С
20 200 400 600 800 20 200 400 600 800
Чернозем обыкновен ный (Ч.О.) 0-20 132,5 106,2 101,9 114,4 44,5 563,7 573,8 778,7 1205,8 144,1
20-40 53,9 112,3 102,2 91 27,4 364 484,9 981,5 1082 159
40-90 13,4 35,6 107,5 93 20,5 297,6 332,3 662,6 1038,3 103,3
Чернозем южный (Ч.Ю.) 0-20 51,4 70,9 107,6 94,3 30,3 267,1 313,4 458,7 795,7 90,7
20-40 58,9 95 111,6 96,2 58,3 344,4 382,3 721,2 725,9 317,6
40-90 30,2 68,5 105,2 94,4 47,2 311,7 392,3 712,3 857,9 341,2
Чернозем типичный и выщелочен ный (Ч.В.) 0-20 19,7 41,6 120,9 97,9 41,2 392,6 501,6 924,9 1340,7 217,1
20-40 1,4 9 80,5 117,3 26,6 182,2 250,9 559,9 1347 226,9
40-90 8,3 31,9 54,5 65,3 33,4 143,8 268,3 572,8 973,6 759,7
Темно-каштановая почва (Т.К.) 0-20 43,0 94,8 105,8 97,1 44,5 187,3 194,4 276,1 285,8 62,7
20-40 36,0 108,7 108,9 100 97,9 160,4 152 317,7 336,5 208
40-90 37 104,8 107,2 102,8 35 163 148,7 267,3 363,6 43,7
Примечание. 200С - температура контрольных образцов почв
Алгоритм технологии состоит из следующих этапов:
1. Отбор проб почв.
2. Определение физико-химических показателей почв: агрохимический анализ в лабораторных условиях с определением рН, содержания гумуса и подвижных форм фосфора и калия; проведение флуоресцентного анализа проб с определением интенсивности флуоресценции.
3. По физико-химическим показателям и результатам флуоресцентного анализа определяется тип и подтип почвы таблица 1.
4. Зная тип и подтип почв, по таблице 2 выбираем оптимальный режим термической обработки в интервале температур 400-600°С.
5. В исходную почву вносится в качестве калийно-фосфорного удобрения прокаленная почва, оптимальная доза внесения удобрения устанавливается с учетом рН почвы и рН удобрения по таблице 1.
6. Проводится флуоресцентный анализ удобренной почвы и оценивается рН по интенсивности флуоресценции К0: если рН оптимален, то конец технологии, если нет, то возвращаемся к пункту 5.
На основании предложенного нами алгоритма можно проводить мелиорацию и рекультивацию почв, нарушенных в результате промышленной эрозии, путем восстановления ее плодородия внесением удобрения с учетом рН и содержания питательных элементов. Особенностью данной технологии является то, что в качестве удобрения вносится термически обработанная (при определенной температуре) почва с повышенным содержанием подвижных форм фосфора и калия. Метод термической обработки целесообразно применить для рекультивации почв, загрязненных нефтепродуктами.
Экспериментальные данные показали, что данный метод замедленной флуоресценции позволяет оценить динамику изменения органо-минерального состава почв при различных температурах обработки почв. На основании проведенных исследований можно предложить методику диагностики агрохимических показателей почв. При обработки почв различными температурами в диапазоне 400-600°С обнаружено увеличение подвижных форм фосфора и калия. По данной методике предложена технология использования термической обработки почв для получения калийно-фосфорных удобрений.
Литература
1. Ефремов, И.В. Исследование замедленной люминесценции почвенного покрова / И.В. Ефремов, Е.Э. Савченкова, К.Я. Гафарова // Экология и жизнь: Сборник материалов VII Международной научно-практической конференции. - Пенза, 2004. - С. 109-111.
2. Ефремов, И.В. Патент РФ № 2314318 (13) С1 2008 г. Способ получения калийно-фосфорного удобрения / И.В. Ефремов, Е.Э. Савченкова, ОГУ - С. 1-5.
3. Савченкова, Е.Э. Исследование замедленной флуоресценции почв Оренбургской области / Е.Э. Савченкова, И.В. Ефремов // Вестник ОГУ. - 2006. - №12. - С. 400-405.
