Водная вытяжка дает представление о содержании в почве органических и минеральных водорастворимых простых солей. На протяжении двух веков анализ водной вытяжки почв является основным методом определения минерализации почв. Результаты анализов дают хороший сравнительный материал по изучению содержания и состава водорастворимых компонентов, поэтому метод подходит для генетической характеристики 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 ГОСТу 17.4.4.02-84 [3].
В отобранных почвенных образцах был проведен анализ водной вытяжки общепринятым методом по Е.В. Аринушкиной [1] и с авторской модификацией. Нами фиксировалась скорость 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 скорости фильтрации водной вытяжки верхних горизонтов исследуемых типов почв представлены в таблице.
Показатели анализа водорастворимых ионов
|
Тип почвы |
Скорость 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 максимальная скорость фильтрации водной вытяжки бывает в почвах, наиболее обогащенных органическими и минеральными коллоидами и наименее засоленных. В черноземе южном она в 12 раз больше (264 мин), чем в солончаке (22 мин). Скорость повторной фильтрации меньше во всех образцах. Сопоставимые значения скорости фильтрации в обоих случаях свидетельствуют о наличии водорастворимых ионов в почве после проведения первого анали- за (рис. 1).
Последовательный анализ водной вытяжки в одном и том же образце почвы выявил следующие закономерности (рис. 2). В первой вытяжке было определено около половины ионов (43-66 %). Доля 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.
Рис. 1. Скорость фильтрации водной вытяжки различных типов почв
В светло-каштановой почве на целине, в солонце и солончаке в ходе первого анализа была определена большая часть ионов Cl-, (соответственно 67, 72, 89 %), а в светло-каштановой почве на пашне доля ионов - 84 %. В лугово-каштановой почве при повторном опыте значительно возрастает концентрация сульфат-иона (84 %). При проведении повторного анализа существенно увеличивается содержание Ca2+ в светло-каштановой почве на целине (68-79 %) и на пашне (63-81 %). Анализ полученных данных показал, что при повторном определении водной вытяжки в светло-каштановой почве на пашне содержание Mg2+ в горизонтах АВ пах и В не выявлено, что говорит о его полном определении в ходе первого опыта. В солончаке, лугово-каштановой 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].
В ходе анализа первой водной вытяжки для всех исследуемых типов почв была определена только часть ионов: 43-66 % , 40-89 % Cl-, 16-84 % , 19-76 % Ca2+, 17-100 % Mg2+. Из вышесказанного следует, что по результатам однократной водной вытяжки нельзя достоверно судить о содержании растворимых ионов в почве. В исследуемых почвах нами была установлена обратно-пропорциональная зависимость между скоростью фильтрации и суммой водорастворимых солей (см. рис. 2).
Рис. 2. Зависимость скорости фильтрации от суммы солей
Для определения математической зависимости нами был использован регрессионный анализ, заложенный в современные компьютерные средства обработки экспериментальных данных. Данная зависимость была проверена в компьютерных пакетах (демоверсии CurveExpert, 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 (R), наиболее близкий к единице (рис. 3):
1) кривая Гаусса
,
R = 0,930, δ = 0,158;
2) степенная функция
,
R = 0,898, δ = 0,175,
где v - скорость фильтрации водной вытяжки, мин; s - сумма солей, мг-экв/100 г.
Из представленных данных видно, что у первой функции R ближе к единице, а отклонение δ = 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 скорости фильтрации при увеличении суммы солей в водной вытяжке.
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 δ, характеризующую уклонение от экспериментальных данных [6], которую будем вычислять по формуле (1).
(1)
По полученным данным нами был построен график (рис. 4), в основе которого лежит функция со следующими параметрами (2):
(2)
где v - скорость фильтрации водной вытяжки, мин; s - сумма солей, мг-экв /100 г.
Из анализа рис. 4 видно, что предложенная функция близка к экспериментальным данным. Коэффициент корреляции R = 0,914, а отклонение предложенной функции от экспериментальных данных δ = 0,175.
Представленные результаты позволяют предположить, что обоснованная нами функция (2) лучшим образом описывает зависимость скорости фильтрации от суммы солей, содержащихся в водной вытяжке почв.
Рис. 3. Данные зависимости скорости фильтрации от суммы солей в водной вытяжке и аппроксимирующие функции
Рис. 4. Аппроксимирующая функция, наиболее близкая к экспериментальным данным
Выводы
-
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.
-
В исследуемых почвах нами была установлена обратно-пропорциональная зависимость между скоростью фильтрации и суммой водорастворимых солей.
-
Установленная обратно-пропорциональная зависимость, позволяет оценить продуктивность почв и количественно определить содержание водорастворимых солей, используя экспресс-метод фиксирования скорости фильтрации вместо длительного и трудоемкого анализа водной вытяжки.
Рецензенты:
-
Дронова Т.Н., д.с.-х.н., профессор, зам. директора по координации НИР межведомственных программ Государственного научного учреждения «Всероссийский НИИ орошаемого земледелия РАСХН», г. Волгоград;
-
Рулев А.С., д.с.-х.н., зав. отделом ландшафтного планирования и аэрокосмических исследований агролесоландшафтов Всероссийского НИИ агролесомелиорации, г. Волгоград.
Работа поступила в редакцию 30.11.2011.