ZO FIA SO K O ŁO W SK A
PRZEMIESZCZANIE SIĘ FOSFORANÓW W GLEBIE SZTUCZNIE
AGREGOWANEJ 1
Z akład A g ro fizy k i P o lsk iej A k a d em ii N au k w L u b lin ie
W ST ĘP
Istotne znaczenie dla mineralnego odżywiania roślin ma wiązanie fos foru w glebie oraz jego ruchliwość w profilu glebowym . U podstawy tych zagadnień leży zjawisko sorpcji fosforu przez gleby. Procesy sorp cyjne badane są najczęściej metodami statycznym i, tj. w warunkach rów nowagi termodynamicznej. Warunki jednak, w jakich w tedy procesy te zachodzą, dalekie są od naturalnych. Metody dynamiczne, mimo że od twarzają w m niejszym lub większym stopniu naturalne warunki glebowe, są bardziej skomplikowane i dlatego znacznie rzadziej stosowane. Do ba dań dynamiki sorpcji jonów w glebach mają zastosowanie, m iędzy in
nymi, m etody radiochromatografii [1, 6]. W ostatnich latach coraz czę
ściej do opisu migracji soli w ośrodkach porowatych stosuje się m etody
sym ulacji num erycznych [2, 3, 4, 8].
Celem niniejszej pracy było prześledzenie procesu sorpcji jonów fos foranowych w warunkach dynam icznych w glebach sztucznie agrego wanych.
M ETO D Y K A
Pom iary prowadzono na glebie płowej (tab. 1) wytworzonej z piasku
gliniastego (poziom A\). Badania prowadzono na glebie naturalnej
i sztucznie zagregowanej za pomocą rokrysolu WF-1. Agregację gleby uzyskano w następujący sposób: próbkę gleby powietrznie suchej, prze
sianej przez sito o średnicy oczek 1 mm, zwilżano do wilgotności 60%
roztworem rokrysolu o takim stężeniu, aby dawka flokulanta w ynosiła
od 1 do 1000 g na tonę suchej gleby. Następnie glebę mieszano i pozo
1 P raca w y k o n a n a w ram ach p rob lem u II. 8, k o ord yn ow an ego p rzez Z akład A g ro fizy k i P A N w L u b lin ie.
stawiono w temperaturze pokojowej na 7 dni. Tak przygotowane próbki glebowe używano do badań.
Doświadczenie prowadzono następująco: 200-gramową próbkę gleby
(naturalnej lub agregowanej) umieszczano w szklanej kolumnie, którą wytrząsano na wytrząsarce w celu ujednolicenia ubicia. Następnie
kolum-T a b e l a 1 Slcład m ech an iczn y o ra z n i e k t ó r e w ła ś c iw o ś c i g le b y p ło w e j u ż y t e j do b a d ań
• Some p r o p e r t i e s o f p s e u d o - p o d z o lic s o i l form ed from sa n d , u sed i n o u r e x p e r im e n ts P ro c e n t c z ę ś c i o ś r e d n ic y w mm • P e r c e n t o f s o i l f r a c t i o n s i n mm ^ o S u rfa c e a r e a m2/ g P r ó c h n ic a O rg a n ic m a t t e r . % pH P 2°5 K2 ° 1 ,0 - 0 ,1 0 ,1 - 0 ,0 2 0 ,0 2 - 0 ,0 0 2 <0,002 KC1 H20 B g/100 g 67 20 13 4 8 ,3 3 0 ,9 6 5#6 6 ,8 5 ,0 6 ,0
nę napełniano wodą destylowaną. W tym celu w ylot kolumny połączono wężykiem z napełnionym wodą wkraplaczem, który bardzo powoli pod noszono do góry. Woda dążąc do wyrównania poziomu w kolumnie i wkraplaczu wypierała powietrze zawarte m iędzy ziarnami w kolumnie glebowej. Napełnianie kolum ny wodą prowadzono aż do ukazania się jej nad poziomem gleby. W tedy ustalano szybkość w ypływ u wody na 0,5 ml/min, a na wierzchołek kolum ny wprowadzono 5 ml roztworu KH2PO4, znaczonego izotopem 32P, o stężeniu 10 m g/m l, aktywności w ła ściw ej 20 pCi/ml i pH 3, 7, 9. Po utworzeniu się w kolumnie pasma sorpcyjnego przemywano kolumnę w sposób ciągły wodą destylowaną o odpowiednim pH, zwiększając jednocześnie szybkość kropienia do 1,5 ml/min. Przesuwanie się pasma sorpcyjnego wzdłuż kolum ny śledzono
za pomocą 6-kanałowego urządzenia opisanego w innej pracy [7]. Otrzy-
wane z rejestratora radiochromatogramy były podstawą do obliczenia zmian stężenia jonu fosforanowego wzdłuż kolumny glebowej.
W Y N IK I I D Y S K U S JA
Rozłożenie fosforanów wzdłuż kolum ny glebowej przy różnym pH dla gleby płowej i wybranych dawek flokulanta po przefiltrowaniu przez ko lumnę 10 ml i 30 ml w ody przedstawia rys. 1, a — po przefiltrowaniu 300 ml wody — rys. 2.
W przypadku większych dawek flokulanta obserwuje się na ogół szybszą migrację pasma sorpcyjnego w kolum nie oraz niewielkie jego zwężenie. W przypadku przefiltrowania przez kolumnę 10 ml wody zmia ny stężenia fosforanu w profilu glebowym są dla w szystkich dawek rok- rysolu podobne i osiągają maiksimum na głębokości około 10 cm. W iel
kość tego maksimum jest przy wszystkich pH podobna i wynosi około
10% ogólnej dawki KH2PO4 na 1 cm długości kolumny. W pływ wielkości
dawki rokrysolu WF-1 na ilość zatrzym ywanego fosforanu uwidacznia się wyraźnie przy pH 7 i 9. Nie stwierdzono prostej zależności m iędzy w
iel-R ys. 1. P ro file stę ż e n io w e dla g le b y p seu d obielić ow ej 1 oraz dla w y b r a n y c h -da w e k flo k u la n tu
2 — 10 g /t, 3 — 250 g /t, 4 — 1000 gI t , o t r z y m a n e p o p r z e m y c i u k o l u m n y 10 m l w o d y ( r y s u n k i g ó r n e ) o r a z 30 m l w o d y ( r y s u n k i d o ln e ) . P o m i a r y p r z e p r o w a d z o n o d l a p H 3 A , p H 7 В
i p H 9 С
C on cen tration p ro files for p seu d o-p od zolic so il 1 and for soils m o d eiefie d w ith d if fe r e n t flo c c u la n te doses
2 — 10 g /t, 3 —i 250 g /t, 4 — 1000 g /t, o b t a i n e d a f t e r e l u t i o n o f 10 m l o f w a t e r ( u p p e r f i g u r e s ) a n d 30 m l o f w a t e r ( l o w e r f i g u r e s ) . M e a s u r e m e n t s w e r e c a r r i e d o u t a t p H 3 A , p H 7 B ^
kością dawki flokulanta a ilością zatrzymanego fosforanu. Obfitsze prze
m ywanie wodą kolum ny glebowej z zasorbowanym fosforanem (rys. 1
dolny) powoduje obniżenie i niew ielkie przesunięcie maksimum na głę bokości około 12— 14 cm. Wielkość maksimum jest różna dla różnego
pH i wynosi odpowiednio około 5% całkowitej dawki KH2P 04 na 1 cm
Rys. 2. P ro file stę ż e n io w e dla g le by pseudobielicoiw ej 1 oraz dla w y
b ran ych d aw ek flo k u la n tu
2 — 50 git, 3 — 500 git, 4 — ] 000 g /t, o t r z y m a n e p o p r z e m y c i u k o l u m n y 300 m l
w o d y
C oncentration p ro files for p seu d o- -podzolic soil 1 an d for m o d ified
w ith d ifferen t flo ccu la n t doses
2 — 50 git, 3 — 500 g /t, 4 — 1000 g it, o b t a i n e d a f t e r e l u t i o n o f 300 m l o f w a t e j
długości kolum ny przy pH 3 oraz około 7% przy pH 7 i 9. Również i tu taj, przy pH 3, nie obserwuje się zbyt wielkich różnic w rozmieszcze niu fosforanu w profilu glebowym od dawki rokrysolu. Natomiast przy pH 7 i 9 różnice te są znaczne i wyraźnie widoczne, chociaż i tutaj brak jest prostej zależności. Przefiltrowanie przez ikolumnę glebową z za sorbowanym fosforanem znacznej ilości wody, to jest 300 m l (rys. 2). powoduje całkowite rozmycie pasma sorpcyjnego i zanik maksimum. Ilość fosforanu pozostała w kolumnie może być praktycznie biorąc, uważana za trwale związaną. Jest ona największa przy pH 3, a najniższa p r z y pH 9. Dodatek do gleby flokulanta powoduje niew ielkie obniżenie ilości trwale związanego fosforanu. Porównanie całkowitej ilości fosforanu po zostałego w kolumnie glebowej po przemyciu jej taką ilością wody, która zapewnia w przesączu aktywność rzędu 0,003% aktywności wyjściowej (od tego poziomu obserwuje się na radiochromatogramach wydłużoną, rozmytą część pasma, tzw. „ogon”, nie zmieniający się podczas dalszego filtrowania wody przez kolumnę) przy różnych pH i różnych dawkach flokulanta, przedstawia rys. 3. Całkowita ilość fosforanu pozostała w kolumnie jest największa przy pH 3,0, a najmniejsza przy pH 9. W glebie
pozostaje około 20— 30 mg KH2P 04 z całkowitej dawki 50 mg KH2PÛ4
dodanej do gleby. W pływ flokulanta na dynamikę sorpcji fosforanów w glebach może być wynikiem blokady centrów sorpcyjnych na powierzchni cząstek glebowych przez cząsteczki flokulanta, a także efektam i sterycz- nymi, związanymi z kształtem cząsteczek. Wiadomo też, że zasorbowany flokulant sam stanowi nowe centra adsorpcyjne [5]. Atomy lub grupy atomów polimeru mogą odziaływać z jonami siłami Van der Waalsa. Ponadto sugerowano też możliwość istnienia połączeń typu jonowego.
Zhy-Rys. 3. Z ależn ość m ięd zy ilo ścią fo sfo ra n u p o zo sta łeg o w k olu m n ie g leb o w ej a w ie l k o ścią d aw k i flo k u la n tu
A m o u n t o f fie ld p h osp h ate v ersu s flo c c u la n t dose
drolizowana cząsteczka poliakryloamidu (PAA) może wiązać elektrosta tycznie aniony w następujący sposób [5]:
O O O
~ C —N H3+ ...PO; 3 lub ~ C —N H3+ ...P O -3...NH ^—C ~
Rola wym ienionych czynników będziie tym większa, im większa część powierzchni cząstek glebowych będzie zajęta przez cząstki flokulanta. Na podstawie badań sorpcyjnych trudno ustalić, jakiego rodzaju centra sorpcyjne biorą udział w wiązaniu flokulanta oraz który z czynników od grywa decydującą rolę w wiązaniu fosforanu.
W N IO SK I
1. Stwierdzono w pływ obecnego w glebie flokulanta na dynamikę
sorpcji jonu fosforanowego. Procent zatrzym ywanego KH2P 04 na 1 cm
długości kolum ny jest dla gleb zagregowanych prawie dwa razy w ięk szy niż dla gleby naturalnej.
2. Ilość trwale związanego fosforanu (tj. nie dającego się w ym yć wo dą) nie jest prostą funkcją wielkości dawki flokulanta w glebie. W spo sób trw ały zatrzym ywane jest w całej kolumnie około 20—30 mg z o- gólnej ilości wprowadzonego fosforanu, tj. 50 mg.
3. Rozmieszczenie trwale związanego fosforanu zależy od obecności w glebie flokulanta, ale praktycznie nie zależy od wielkości jego dawki.
L IT E R A T U R A
[1] B o l o g h J. C., G r i g a l D. F.: S o il ch rom atographic m o v em en t of tech n e tiu m -99 through se le c te d M in n esota so ils. S o il Sei. 130, 1980.
[2] В o u m a J., A n d e r s o n J. L.: W ater and ch lorid e m o v em en t through so il co lum ns sim u la tin g p ed a l so ils. S oil Sei. Soc. A m . J. 41, 1977.
[3] H a r t e r R. D., F o s t e r B. B.: C om puter sim u la tio n of p h osphorus m o v em en t trough soils. S oil Sei. Soc. A m . J. 40, 1976.
[4] M a n s e 1 R. S., S e l i m H. M., F i s ik e 1 G. A.: S im u la ted tran sform ation s and transport o f p h osp h oru s in so il. S o il S ei. 124, 1977.
[5] M o r a w e t z H.: M acrom olecu les in so lu tio n . J. W illey, N. Y ork 1975.
|6] R a c z y ń s k i W. W.: P ra k tik u m po p rim ien ien i izo to p o w i izłu czen i w siels- kom ch o zja jstw ie. W ypusk V i V III, TSChA , M oskw a 1962.
[7] S z c z y p a J., S o k o ł o w s k a Z., S z y m u l a M.: In v estig a tio n s of th e dyna m ics of ion sorp tion in m o d ifield so ils. Zesz. probl. P ost. N auk rol. 220. w druku.
[8] T a n j i K. K.: A com puter a n a ly sis on th e lea ch in g of boron from sta tifie ld so il colu m n s. S o il Sei. 110, 1970. 3. СО КО Л О В С КА ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ФОСФАТОВ В ИСКУССТВЕННО АГРЕГИРОВАННОЙ ПОЧВЕ Отделение агрофизики Польской академии наук Р е з ю м е С применением метода элиционной радиохроматографий исследовалось перемещение фосфата, меченного изотопом Р-32, в почвенных колонках. Опыты велись на искусственно агрегированной (флоккулянтом из группы РАА Rokrysol WF-1) палевой почве, образованной из средней супеси. Количество введенного в почву флоккуланта составляло 0-1000 г/т сухой почвы. В работе представлены полученные профили концентрации фосфата на искусственно агрегированной почве при различном pH растворов К Н 2Р 0 4 и определено влияние флокку- лянта на количество задерживаемого в почве фосфата. Предпринята также попытка ка чественного выяснения роли флоккулянта в процессе сорбции фосфатных ионов на искусст венно агрегированной почве. Констатировалось, что: — флоккулянт, прибавленный к почве, влиял на сорбцию фосфатных ионов; процент задерживаемого К Н 2Р 0 4 на 1 см длины колонки был для агрегированных почв почти в два раза больше чем для контрольной почвы, — количество устойчиво связанного фосфата (т.е. не позволяющего вьпцелочиваться водой) не является обыкновенной функцией величины дозы флоккулянта, введенного в почву; устойчиво задерживается во всей колонке ок. 20-30 мг из общего количества 50 мг введенного фосфата, — размещение в колонке устойчиво связанного фосфата зависит от наличия в почве флоккуляниа, но практически не зависит от величины дозы, вводимой в почву. Z. SO K O ŁO W SKA
P H O SPH A T E M IG R A TIO N IN SO IL A R T IFIC IA L L Y FLO CC U LA TED In stitu te of A grop h ysics, P o lish A cad em y of S cien ces in L u blin
S u m m a r y
U sin g a rad ioch rom atograp h ic elu a tio n m ethod th e m igration of p h osp h ates, la b elled w ith P-32, in so il colu m n s w e r e in v estig a ted . E x p erim en ts w ere carried out u sin g a p seu d o -p o d zo lic so il form ed fro m san d , flo ccu la te d a r tific ia lly w ith R ok
ry-sol W F-1 (the flo ccu la n t from th e P A A group). The am ou n t of th e flo c c u la n t in so il w a s ch an ged , from 0 to 1000 g per ton of th e dry so il. For th e p u rp ose of de term in a tio n th e in flu en ce of the flo c c u la n t on m igration of p h osp h ates in soils, and on th e am ou n t of p h osp h ates fix e d in th e soil, w e m easu red th e co n cen tra tio n of p h osp h ates alon g th e soil colu m n s.
— T he am ou n t of th e flo ccu la n t in trod u ced in to soil in flu e n c e s upon th e sorp tion of p h osp h ates. The am ou n t of K H 2P 0 4 fix e d in th e flo ccu la te d soil w as about tw o tim es as g reater th en th at fix e d in th e n o n flo ccu la ted soil.
— The am ount of fix e d p h osp h ates is n ot sim p ly rela ted to th e a m o u n t of f l o c cu lan t introd u ced in soil, but th e to ta l am ou n t of fix e d p h osp h ate ch an ges from 40 to 60 p ercen t of th e p h o sp h a te in trod u ced into the colum ns.
— T he d istrib u tion of th e p h osp h ates in th e colu m n s depends m a in ly upon the p resen t of th e flo ccu la n t, bu t p ra ctica lly it does n ot depend u p on th e dose of th e floccu lan t.
D r Z o f i a S o k o ł o w s k a Z a k ł a d A g r o f i z y k i P A N
