Влияние почвы на активность компонентов смешанных минеральных удобрений

Введение. Ранее методом физикохимического моделирования исследовалось взаимное влияние компонентов смешанных минеральных удобрений [1–3]. Выявлено, что компоненты смеси могут оказывать существенное взаимное влияние, результатом которого могут являться изменение активности компонентов смеси и протекание химических процессов, приводящих к изменению их состава и концентраций. При этом отмечена особая роль карбоната кальция и гидроксида кальция в смешанных удобрениях.

Приведенные в публикациях [1, 2] результаты физико-химического моделирования согласуются с результатами экспериментальных работ. Многие исследователи отмечают особенную роль известкования в процессах оптимизации свойств почвы и действия минеральных удобрений [4–6].

При этом ранее полученные результаты моделирования свидетельствуют о том, что одной из причин ярко выраженного положительного влияния известняка и гидроксида кальция как компонентов смешанных минеральных удобрений обусловлено повышением химической активности кислорода [1].

Цель исследования : изучение влияния одного из компонентов глинистых почв на активность компонентов минеральных удобрений.

Как известно, глина представляет собой совокупность минералов группы каолинита [7], основными из которых являются каолинит Al 2 O 3 ∙2SiO 2 ∙2H 2 O, монтмориллонит – Al 2 O 3 ∙4SiO 2 ∙H 2 O∙n H 2 O, иллит – K 2 O∙MgO^.4Al 2 O 3 ∙7SiO 2 ∙2H 2 O. Таким образом, одним из важнейших компонентов глин является оксид алюминия, массовая доля которого в каолините составляет 39 %.

Исследовалось влияние оксида алюминия на активность азотсодержащих, фосфорсодержащих и калийсодержащих минеральных удобрений.

Объекты и методы исследования . Исследование выполнялось методом физикохимического моделирования на основе программного комплекса «Селектор» [8, 9]. Известно использование программного комплекса Селектор» для изучения процессов, протекающих в почвах [10].

Основными источниками термодинамических величин явились работы [11–15].

Основные параметры моделируемых систем в отношении количеств активных компонентов удобрений определялись, исходя из данных, представленных в работе [16].

Исследовались системы:

• 1.    Оксид алюминия – дигидроортофосфат кальция – вода – воздух.

• 2.    Оксид алюминия – нитрат аммония – вода – воздух.

• 3.    Оксид алюминия кальция – хлорид калия – вода – воздух.

Рассчитывались следующие итоговые показатели систем: энергия Гиббса системы, химические потенциалы соответствующих независимых компонентов, количество компонентов раствора, количество выделяющихся газов, рН раствора, окислительно-восстановительный потенциал системы.

Результаты исследования . Наибольший интерес представляют значения химических потенциалов кислорода, азота, фосфора и калия, а также мольные количества нитрат-ионов в зависимости от состава компонентов смесей.

На рисунке 1 представлена зависимость химических потенциалов кислорода от мольных количеств оксида алюминия в вышеуказанных системах.

Количество оксида алюминия, моль

оксид алюминия - дигидроортофосфат кальция

—■— оксид алюминия - нитрат аммония оксид алюминия - хлорид калия

Рис. 1. Зависимость химического потенциала кислорода от количества оксида алюминия в смесях

Как следует из данных, приведенных на рисунке 1, увеличение содержания оксида алюминия в смесях снижает химический потенциал и, следовательно, увеличивает активность кислорода во всех исследуемых системах. Особенно выражена эта зависимость для смеси с участием фосфорсодержащего удобрения, затем – калийсодержащего удобрения и, в несколько меньшей степени, с участием азотсодержащего удобрения.

Таким образом, глинистые почвы с позиций химической термодинамики являются благоприятными в отношении увеличения активности кислорода при использовании азотсодержащих, фосфорсодержащих и калийсодержащих удобрений. В этом плане эффект одинаково положителен и в малой степени зависит от вида минерального удобрения.

Иная направленность воздействия оксида алюминия выявлена для химических потенциалов фосфора, азота и калия в соответствующих минеральных удобрениях.

Прежде всего, следует отметить существенное увеличение химического потенциала азота при увеличении количества оксида алюминия в смесях с нитратом аммония (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость химического потенциала азота от количества оксида алюминия в смеси оксид алюминия – нитрат аммония

Химический потенциал фосфора практически мический потенциал калия в смеси оксида алю-не зависит от количества оксида алюминия в миния с хлоридом калия увеличивается крайне смеси с дигидроортофосфатом кальция, а хи- незначительно (рис. 3).

-80000 -0 о 1 -100000 го S -120000 S с -140000 >s S и т -160000 S S S X -180000	А--*--*--*--А--*--*--*--*--* 4—Ф—Ф—Ф—Ф—Ф—Ф—Ф—Ф—^
	0,01      0,1      0,2      0,3      0,4      0,5      0,6      0,7      0,8      0,9 Количество оксида алюминия, моль
		=0= фосфор —*— калий

Рис. 3. Зависимость химических потенциалов фосфора и калия от количества оксида алюминия в смесях: оксид алюминия – дигидроортофосфат кальция и оксид алюминия – хлорид калия соответственно

Таким образом, можно предположить, что активность азота в азотсодержащих удобрениях снижается на глинистых почвах.

С другой стороны, глинистый характер почв практически не влияет на активность фосфора в фосфорсодержащих удобрениях и крайне незначительно снижает активность калия в калийных удобрениях.

Разумеется, влияние глинистых почв может быть связано с наличием в почвообразующем минерале другого основного компонента – диоксида кремния. Кроме того, эффект влияния может быть обусловлен формой нахождения макроэлемента в составе минерального удобрения (например, в зависимости от окисленной формы азота в нитратах и восстановленной формы азота в аммиачной воде и мочевине) [3], и это также требует дальнейшей конкретизации.

Выводы

• 1.    Глинистые почвы с позиций химической термодинамики являются благоприятными в отношении увеличения активности кислорода при использовании азотсодержащих, фосфорсодержащих и калийсодержащих удобрений. В этом плане эффект одинаково положителен и в малой степени зависит от основного компонента минерального удобрения.

• 2.    Активность азота в азотсодержащем удобрении (аммиачная селитра) снижается на глинистых почвах.

• 3.    Глинистый характер почв практически не влияет на активность фосфора в фосфорсодержащем удобрении (двойной суперфосфат) и крайне незначительно снижает активность калия в калийном удобрении (хлорид калия).