Введение к работе
Актуальность темы. Изменения состава фаз почв обусловлены поступлением ієщєств в почвенный профиль, выносом за его пределы и протеканием процессов нутрвпочвенного массообмена. Качественное и количественное описания массооб-іенньгх процессов в почвах относят к числу важнейших задач почвоведения Гедройд, 1906, 1912). Благодаря работам И.Н.Антипова-Каратаева, А.Вэнслоу, Ш.Гапова, К.К.Гедройца, Н.И.Горбунова, КДараб, Г.Датга, М.Б.Минкина, Б.Н.Ни-ольского, М.Редли и др. накоплен большой материал, полученный в ходе иссле-ования межфазных взаимодействий в различных типах почв. Теоретические под-, оды развиты в обобщающих монографиях Г.Спозито (Sposito, 1981, 1984), Дж.Бол-1 и др. (Soil chemistry. Physico-chemical models, 1982), Я.А.Пачепского (1990) и р. Однако имеющиеся данные и полученные на их основе зависимости относятся разным типам почв, регионам, диапазонам условий опыта и, в целом, носят азрозненный характер.
Количественные закономерности массообмена используют для построения магматических моделей, которые в последние годы . нашли самое широкое при-енение в качестве эффективного средства как при изучении механизмов эчвенных процессов, так и для решения прикладных задач мелиоративного рогнозированиа на основе результатов исследования почв в лабораторных и элевых условиях. Наибольшие трудности при этом возникают, как правило, s в ходе построения моделей, а при определении их параметров и проверке, гличины, которые используют в качестве параметров, часто оказываются лисящими от состава фаз почв и условий эксперимента, подверженными юстранственной и сезонной вариабельности. Существующие методики иссле-івания во многих случаях не учитывают эти обстоятельства, в результате трое о применимости математических моделей к описанию процессов и вновесий в почвах продолжает оставаться предметом дискуссий, а возможности )делирования использованными явно не в полной мере. В связи с этим рассмотренная в данной работе проблема комплексного иссле-вания закономерностей массообмена в почвах важнейших сельскохозяйственных гионов и построения моделей для их описания представляется весьма актуальной я химии почв и имеющей большое прикладное значение.
Цель и задачи работы. Цель данной работы состояла в комплексном изучении няния естественных факторов почвообразования и антропогенных воздействий закономерности и параметры массообмена и разработке методических и инфор-циониых основ моделирования межфазных взаимодействий в почвах степной и метенной зон.
Рассмотрены следующие задачи:
0 создание методического обеспечения для исследования межфазного обмена в аах;
б) экспериментальное выявление закономерностей массообмена между основныму
составляющими почв (почвенным раствором, почвенным воздухом, малораствори
мыми солями и поглощающим комплексом);
в) построение математических моделей внутрипочвенного массообмена, опреде
ление их параметров и проверка применимости для изучаемых почв;
г) оценка влияния биоты на химические равновесия в почвах;
д) оценка пространственной неоднородности почв по отношению к параметра]
массообмена и выявление их сезонного варьирования.
Научная новизна. С помощью методик, разработанных и модифицированны применительно к задачам данной работы, впервые прослежено воздействие факторе почвообразования (состава пород, рельефа, климата, сезонных изменений) в закономерности массообменных взаимодействий в почвах степной и лесостепно зон.
Изучено влияние жизнедеятельности биоты и наличия растворенных органически веществ на химические равновесия в почвах.
Выявлены закономерности изменения коллоидно-химических свойств почв (су< пензионного эффекта, ионообменной способности).
Впервые исследована растворимость гипса и кальцита в водно-солевых система: соответствующих составам природных вод, разработана и проверена математическ; модель доит описания растворимости этих солей в почвенных растворах и воднь вытяжках из почв.
На представительном экспериментальном материале изучены закономерности влі яния состава жидкой фазы (рН, ионной силы и соотношения катионов в растворі и почвенного поглощающего комплекса (минералогического состава илистой фра ции, содержания органического вещества, соотношения обменных катионов), также профильного, пространственного и сезонного варьирования на равновеа катионного обмена в черноземах и темно-каштановых почвах.
Установлено наличие сезонных изменений свойств поверхности почвенных часта Построены математические модели для описания основных массообменных равн весий в почвах, определены их параметры и диапазоны применимости.
На защиту вынесены следующие положения:
-
Влияние жизнедеятельности биоты на химические равновесия в почвах пр является через изменения химического состава фаз за счет поглощения питательш элементов и выделения продуктов метаболизма. Учет количества и качественно состава поглощаемых и выделяемых биотой соединений позволяет описывать ра новесия с помощью физико-химических моделей.
-
Закономерности межфазного, в частности катионного обмена, обусловлены, первую очередь, генетическими особенностями почв. Пространственная неоднорс ность почв по характеристикам массообмена внутри одного подтипа связана различиями элементов рельефа и антропогенными воздействиями (в частное орошением).
-
Относительно устойчивые при многолетних наблюдениях характеристики, с
оделяемые свойствами поверхности почвенных частиц, оказываются подверженными взонным колебаниям. В то же время состав наиболее динамичной составляющей очв - почвенного раствора - в течение года варьирует в сравнительно узких ределах, что является одним из проявлений буферной способности почв. Практическая значимость результатов исследования. Разработки, выполненные в шках данной работы, включены в отраслевой стандарт СТО 03-140-84 "Вода ія заводнения нефтяных месторождений. Показатели качества. Совместимость с шстовой водой"; использованы при подготовке государственного стандарта ГОСТ '593-88 "Почвы. Термины и определения"; "Руководства по лабораторным методам следования ионно-солевого состава нейтральных и щелочных минеральных почв" 990); создании Банка данных по ионообменным свойствам почв (ИПФС РАН, давно, 1993).
Разработанные подходы и полученные в ходе выполнения работы данные ис-льзованы при подготовке учебного курса для студентов кафедры химии почв культета почвоведения МГУ.
Іубликации и апробация работы. По проблеме исследования закономерностей и
эеделения параметров физико-химических моделей массообмена фаз почвы опуб-
совано (в соавторстве) 62 печатных работы, в том числе коллективная монография,
данная в нашей стране и за рубежом, учебное пособие и руководство по методам
>еделения состава почвенных растворов. Результаты исследований доложены на
VII и VIII Делегатских съездах Всесоюзного общества почвоведов (1981, 1985,
;9 гг); всесоюзной конференции "Современные методы исследования почв"
эсква, 1983); республиканской конференции "Мелиорация и химизация земле-
яя Молдавии" (Кишинев, 1988); международной конференции по солонцовым
вам (Осиек, Югославия, 1988); международном симпозиуме "Генезис и контроль
продуктивностью засоленных почв" (Волгоград, 1991); совместном российско-
іанском семинаре по применению математического моделирования в экологии
очвоведении (Брауншвейг, Германия, 1991); международной конференции по
аческой химии и массообменным процессам в почвах (Путино, 1992); семинаре
[сследованию взаимодействия в системе "почвенный раствор - растение" (Мон-
«, Франция, 1993).
повная часть работы выполнена в Институте почвоведения и фотосинтеза ииской академии наук лично автором или под его руководством. Личный д автора в решение поставленных задач заключался в разработке программ дадик исследований, проведении экспериментов, обработке и интерпретации ченвых результатов, теоретическом обобщении данных, формулировке вы-з и кошіепций.
руктура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 9 глав, заключения, цов и приложения. Она изложена на 466 страницах, содержит 48 таблиц, 70 жов и список литературы, включающий 613 публикаций.