Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,441

ОЦЕНКА ПРОДУКТИВНОСТИ ПОЧВ С ПОМОЩЬЮ РЕГРЕССИОННОГО АНАЛИЗА

Околелова А.А. 1 Стяжин В.Н. 1 Касьянова А.С. 2
1 ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет», Волгоград
2 ФГБОУ ВПО «Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия», Волгоград
Разработан и обоснован модифицированный экспресс-метод оценки содержания водорастворимых ионов в различных типах почв. Предлагаемый метод оценки может служить информативным и объективным параметром при организации контроля за динамикой изучаемых элементов, при проведении мониторинга и диагностики состояния почвенного покрова, разработке мероприятий по предотвращению деградации почв и рациональных приемов эксплуатации сельскохозяйственных угодий с учетом степени засоления почв. Предложена новая интерпретация результатов анализа водной вытяжки, установлено, что для более объективной оценки содержания водорастворимых ионов необходим повторный анализ водной вытяжки, так как в ходе анализа первой водной вытяжки для всех исследуемых типов почв было определено около половины катионов и анионов. Впервые установлена различная скорость фильтрации водной вытяжки в зависимости от продуктивности почв. В данной работе представлены результаты исследования, в ходе которого была установлена обратно-пропорциональная зависимость между скоростью фильтрации водной вытяжки почв и суммой водорастворимых солей. Для определения функциональной зависимости проведен регрессионный анализ. Положительным эффектом предложенного метода является экономия времени и материальных средств, которые затрачиваются при проведении общепринятого трудоемкого и дорогостоящего анализа водной вытяжки, при этом точность определения не снижается.
продуктивность почв
водная вытяжка
скорость фильтрации
сумма солей
уравнение регрессии
коэффициент корреляции
1. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. - М.: МГУ, 1961. - 490 с.
2. Вальков В.Ф. Почвоведение / В.Ф. Вальков, К.Ш. Казеев, С.И. Колесников. - Ростов-н/Д.: МарТ, 2006. - 496 с.
3. ГОСТ 17.4.4.02-84. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа.
4. Околелова А.А. Определение содержания водорастворимых ионов в почвах степной зоны экспресс-методом / А.А. Околелова, А.С. Иванова // Экокультура и фитотехнологии улучшения жизни на Каспии: материалы международной конференции с элементами научной школы. - Астрахань: Астраханский государственный институт, 2010. - С. 211-214.
5. Околелова А.А. Лекции по почвоведению и ландшафтоведению по дисциплине «Науки о Земле»: учеб. пособие / А.А. Околелова, Г.С. Егорова. - Волгоград: ВолгГТУ, 2010. - 144 с.
6. Ракитин, В.И. Руководства по методам вычислений и приложения Mathcad. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. - 264 с.

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

  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 обратно-пропорциональная зависимость между скоростью фильтрации и суммой водорастворимых солей.
  3. 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.


Библиографическая ссылка

Околелова А.А., Стяжин В.Н., Касьянова А.С. ОЦЕНКА ПРОДУКТИВНОСТИ ПОЧВ С ПОМОЩЬЮ РЕГРЕССИОННОГО АНАЛИЗА // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 3-2. – С. 328-332;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=29603 (дата обращения: 19.09.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074