Поиск

Особенности миграционных потоков влаги в почве (часть 3)
22.10.2012

В реальных почвах ландшафтов (например, в подзолистых) компоненты BOB и иные соединения растворов могут заметно изменить силу поверхностного натяжения воды, её вязкость, а следовательно, и градиент всасывающего давления влаги в капиллярах. Изменится скорость (возможно, и направленность) инфильтрации реальных растворов вследствие реакций ионного обмена, осадков и комплексообразования, формирования коллоидных систем гидрозолей гидроксидов Si, Al, Fe, Mn и ассоциатов молекул ВОВ. Последние (совместно с микроорганизмами и простейшими живыми организмами) способны на известном этапе контакта природных растворов с твёрдой фазой почвы вызывать кольматаж пор, что, в принципе и проявляется на гидравлической проводимости кривой скорости инфильтрации влаги, имеющей вид отрицательной экспоненты. Вещества, находящиеся в природных растворах, перемещаются в профиле почвы не пассивно, а находятся в постоянном сорбционно-десорбционном (фазовом) взаимодействии: твёрдая фаза -жидкость, твёрдая фаза - газ и жидкость - газ. Эти фазовые взаимодействия дополняются участием продуктов жизнедеятельности живой фазы почвы. При этом скорости перемещения носителя (воды) и растворённых веществ (соответственно v1 и v2) часто оказываются неравновеликими: v1 » v3. В этом случае общая оценка миграции веществ будет определяться её лимитирующей компонентой. Быстрый проскок веществ в склоновых почвах происходит после дождя по перколиням (Джерард А.Дж., 1984): глубоким трещинам и крупным ходам сгнивших корней и почвенных червей. Наиболее типично этот вид «проскоковой» миграции (как и сквозной сток через своеобразные трубки в нижней 1/3 части склонов) проявляется в аридных ландшафтах земного шара, где система трубок (с площадью сечения 67,5 см2) часто переходит в сеть оврагов.
Природа элюентов играет ведущую роль в трансформации веществ почвы.
В наших модельных опытах было изучено сравнительное действие природных (ВОВ и галловая кислота) и искусственных (0,1 н. H2SO4) экстрагентов на десорбцию из твёрдой фазы в раствор ионов Ca2+.
Схема модельного лабораторного опыта включала следующие варианты: 1-й - контроль (дистиллированная вода, рНисх 6,7), 2-й - водный раствор галловой кислоты (представитель фенолкарбоновых кислот): C0 = 500 мг/л, pH 4,5; 3-й - BOB из «свежей» хвои ели (настаивание 50 г массы опада с 500 мл воды в течение 3 сут. - pH 3,25, концентрация Cорг BOB - 375-415 мг/л), 4-й - водный раствор 0,1 н. H2SO4 (pH 1,0). При десорбции использовался только один элюент: или вода, или 0,1 н. H2SO4... Режим десорбции - 5 порций по 50 мл. Скорость элюирования регулировалась зажимом на выходной трубке колонок и составляла = 60 мл*час-1. В серийных опытах десорбцию Ca5 проводили в стеклянных колонках (h - 8,5 см и d = 5,9 см) как без сорбента, так и с сорбентом (катионит КУ-2 в Н+-форме), который располагали над дренажом в нижней части колонок. Ca + определяли на атомно-абсорбционном спектрофотометре ААС-3 (Германия) в аликвотах элюатов после сжигания BOB (аликвоты выпаривали досуха на водяной бане, сухой остаток растворяли в 0,1 н. HCl). Воспроизводимость - 1-2%. Предел обнаружения 0,013 мкг/мл Ca7 Результаты опытов оценены с помощью метода вариационной статистики для однородной выборки, Определена достоверность средних значений (х) по рассеиванию (флюктуации) величин а в связи с механизмами мобилизации Ca2+ в растворимое состояние. Если значения опытных данных (по отдельным элюентам) были 3σ > х, то их считали недостоверными, поскольку действовали разные механизмы десорбции Ca2+ (ионообменное вытеснение, гидролиз и растворение осадков СаСО3...), которые вызывали разные масштабы элюирования.
Установлено, что наиболее активная десорбция ионов Ca2+ из почвы происходит под действием 0,1 н. H2SO4 и ВОВ. По-видимому, это связано с тремя факторами: первый - с химической природой элюентов и активностью протонов (ионов H3O+) данных реагентов, второй - со своеобразием состояний и формами Ca в гор. A1 и Ск, третий - со спецификой химических реакций, происходящих при взаимодействии компонентов почв и реагентов.
На основе величин произведения растворимости (ПР) СаСО3, равной 4,9*10в-9 моль/л и константы диссоциации (Кд) 2-й ступени угольной кислоты (4,7*10в-11 моль/л) рассчитаем искомые концентрации ионов Ca2+ при условно заданных величинах pH: 4,0; 7,0 и 9,0, Определив величину К2 = ПР/Кд, равную 1,04*10в2, получим концентрацию ионов [Са2+] в растворах: при pH 4,0 - 1,02*10в-1 моль/л (или 4,09 г/л Ca2+); при pH 7,0 - 3,33*10в-1 моль/л (или 0,129 г/л Ca2+) и при pH 9,0 - 3,26*10в-4 моль/л (или 0,0131 г/л Ca2). Таким образом, эффект растворимости (мобилизации в раствор ионов Ca2+ из труднорастворимого состояния), с химической точки зрения, зависит от концентрации ионов Н3О+, очевидно, обменно вытесняющих Ca2+. Здесь следует внести поправку, поскольку величины ПР обычно получают в статических лабораторных условиях и с дистиллированной водой, что также неадекватно объектам исследования.