CC BY
7Таблица
Формальные кинетические параметры реакции ршхчйжтпп гимрштмегшсульфтттй натрия able* The formal kinetics parameters of the reaction of solium hydroxymethanesylphSnate decomposition.
Условия протскздшя
¡(пиииктшшмкш
ki 10 „
umx1 моль/я " мин!
Для
шжушноп В атмосфере аргона
Для метанолы goro раствора
В шздушиой атмосфере ! JÖ±Ü*02 0,3^^0,02
В атмосфере аргона [ 0,54x0,03
Представленные данные позволяют еде« лать вывод о том, что в метанол ьном растворе процесс раздоженш! пщрокснметаисульфииата натрия протекает медленнее, чем в водном растворе, Причем, это относится к стадиям как аэробного, так и анаэробного разложения.
5
Необходимо отметите также факт образования осадка в период анаэробного разложения, который объясним слабой растворимостью образующихся неорганических солей: тиосульфата, сульфита, пентатиоиата натрия в метаноле.
ЛИТЕРАТУРА
Буданов ВЖ* Макаров С.В, Химия серосодержащих шссгаповителей. М: Химия, 1994. 140 с, Макаров СЛ.* Поленов Булано» В. В, Жури
нсорг. химии. 1984. Т29. ВыпЛО. €.2456-2460-Поленов Ю.В.* Пушкина В,АМ Егорова Е*В* Жури, обшей химии. 2001. Т.7К Вып.5. €.722-725* Jarvis W.F. et aL 1 Org. Chcm, 1988. Vol53, P,575Ü~5756. Tcrcio Ferreira JLB,* de Oliveira A.fLfML, C^masseto J.V* Synth. Comrnun. 1989. Voll 9. N 1-2. P.239-244 Noch JLR., van Hoeven P.C.* Haslinghuh W.P* Tetrahe-dran Utt 1970. N 29, Р.25Э 1-2534. Кокшаров t\B и др. Жури, нрию;~ химии. 1999. T, 72. Вып. 7, С♦ '
■дра физическом н коллоидно и химии
УДК 536.12: 541.12.127:531.4
И.К)« Винокуров
КРИТЕРИЙ КИНЕТИЧЕСКОГО СОВЕРШЕНСТВА ПОЧВЕННЫХ ЭКОСИСТЕМ
(Владимирский государственный университет)
e-mail: [email protected]
Обсуждается проблема описания устойчивости починных экосистем. Предложено в качестве критерия кинетического совершенства использовать константу скорости нитрификации, определенную в рамках логистического уравнения Ферхюльста.
Фундаментальные физико-химические
представления, относящиеся к скоростям протекания химических реакции, модели на згой основе использовались и для описания биологических систем.
Так, кинетические представлен: г: успешно использовались С. Шпилем для оцеио:; направления и скорости биологической эволюции [1]. При сравнении процесса эволюции с кристаллизацией им введено понятие кинетического совершенства - скорости увеличения массы некоторого вида. По его мнению, при прочих равных условиях кинетическое совершенство является мерой биологического совершенства данного вида, потому что в
процессе биологическол эволюции доминируют кинетические, а не термодинамические закоко-
Нами предлагается критерий кинетического совершенства почвенных экосистем (ПЭС) в виде константы скорости нитрификации в рамках логистического уравнения Ферхюльста:
dx / ~%
dt
r.Y
X
CD
г- константа скорости процесса нитрификации, К- экологическая емкость (ресурс ПЭС), хи- начальная и л - их текущая концентрации нитратов.
Нитрифнкациопиьш процесс можно пред-ставить упрощенной схемой:
ННи + 2О2 - НКО | + Н2О Для этой схемы химическое сродство определяется уравнением (2):
Л= 1§(К( I) С С £<;>2 С нмоз С н2о) (2) где К(Т) - константа равновесия.
Концентрация кислорода постоянна в процессе нитрификации Она определяется его содержанием в атмосфере, Постоянство концентрации воды поддерживается в кинетической нитри-фикацмонной методике на уровне 60% влагоемко-сти. Концентрацию аммиачных форм азота также можно принять постоянной в связи с особенностями минералогического состава серых лесных почв (высокое содержание слюда - слюда- смек-титовых минералов, эффективно поглощающих аммиачные формы азов). Поэтому при изменении органоминеральных систем ПЭС варьирование аммиачных форм азота должно находиться в пределах ошибок опытов.
Тогда выражение для химического сродства примет вид:
2
N113 ^ 02 ШО
те, зависимость химического сродства для различных органоминеральных систем выразится прямой зависимостью от логарифма концентрации содержания нитратов с отрицательным угловым коэффициентом.
Здесь отметим, что точное определение химического сродства иитрнфикациошюго процесса проблематично, тж. См о по сути - символ всех почвенных органических форм* доступных нитрификационным ба:ггериям.
Для медленных реакций как нитрификация должно соблюдаться предположение о локальном равновесии [2], что позволяет воспользоваться линейным соотношением между константой скорости п. химическим сродством и попытаться найти зависимость величин констант скоростей нитрификации от логарифма начальной концентрации нитратов, На рис. К представлена эта зависимость для различных реабилитационных технологий ПЭС ( коэффициент корреляции ЕЮ, 90),
Таким образом, константа скорости нитрификации может использоваться в качестве меры химического сродства, а значит и характеристики удаленности процесса от равновесного (квазиста-цнонарного) состояния ПЭС.
На рис. 2 представлена зависимость содержания органического вещества от величии констант нитрификации. Из приведенных данных следует, что воспроизводство органического вещества эффективно вблизи к вази стационарно го состояния. Выше некоторого порога, характери-
зуемого величиной г = 0*01 час ', вое органического вещества практически
tfcwi
4,2 nj fl.,5 й;.
i
\>жА. Зависимость величины константы скорости нитрификации от логарифма начальной концентрации нитратой для различных почвенных экосистем. Fig. 1, The relationship for rate constant of nitrification from logarithm of beginning concentration of soil nitrate of different
soil ecology system.
tv.m. : : : T-*-——'—■ »
«
I, WiY*rt« КМЛ<Л<ЛТ|>Л~<| ^
Рис. 2. Зависимости, содержания с^штчсстт всщссгоа or величии констант скоростей нитрификации для различных
пачжмных жосистем. Fig, 2< The relationship for content of organic substance from rate constant for mtnficatimi of different soil ecology system.
нами критерии устойчиво-сти К/г учитывает4 почвенные ресурсы ПЭС в виде экологической емкости, в которую включены органические компоненты, доступные нитрифицирующим бактериями. Константа скорости m при-
¿VIT
удаленность процесса от квазистационарного состояния и может использоваться в качестве критерия почвенной эволюции. Из этого следует, что устойчивая система должна иметь достаточно высокий уровень почвенных ресурсов и, в то же время, находится вблизи ква-зистацпопарного состояния нитрификации.
Предлагаемый нами критерий кинетического совершенства ПЭС в виде константы скорости нитрификации наряду с терминологическим
сходством имеет существенные отличия от под*
Во-первых, мы исходим из того, что кинетические закономерности ПЭС не доминируют над термодинамическими, а могут отражать и термодинамический характер эволюции.
Во-вторых, принцип С. III иол я предполагает максимизацию ки неги чес к их параметров, когда для ПЭС кинетический критерий оптимизируется. Величина оптимума лежит в интервале г = ,0В) час
3-третьих, почвы представляют биокоеные г. Для них характерен синергизм между биотическими и абиотическими факторами, органической и минеральной составляющими. Предлагаемый нами подход направлен на изучение сопряжения между биологической и минеральной составляющими ПЭС и поэтому находится в рамках биогеохимического принципа В,И, Вернадского. Из этого принципа следует невозможность описания эволюции почвенных систем параметрами, относящимися только к биологическом или только к их минеральной составляющей [3]>
Здесь отметим, что параметры, относящиеся к свойствам почвенно-попющающего комплекса, его физико-химической сорбции, незф-
В таблице приведены характеристики продуктивности, содержания органического вещества как восполняемого природного ресурса, констант скоростей нитрификации, экологических емкостей, параметров устойчивости и емкостей обменных оснований.
Последняя характеристика отражает буферные свойства ПЭС, т.е. способность нейтрализовать подкисление среды за счет образования угольной кислоты в процессе почвенного дыхания. Почвы с высоким содержанием органического вещества (черноземы, серые лесник почвы) характеризуются высокими значениях.!! емкостей обменных оснований, На этом основании можно предлагать и эти параметры в качестве характеристик устойчивости ПЭС,
Таблица
Характеристики ПЭС после длительного воздействия ш них реабилитационных технологий Table. The characteristics for soil ecosystem after longtime action of rehabilitation technologies
,............——........ > 1.1.1.......................................... .........' l 'итДЕш i
| ca ¿ S? \é> á « 1 2 ™ \
- I" ¡ P 2 ~ ° ° tr> I y O
"Г - c_ £ о 3 ~ 5 о ЬХ ~ ] t
o i = Sr o s = * S з ж w I
с. о К >. Sí ? LS * & С
L [О [ О у | U ^ g [ а <* I [
("Ксиггроль") 2*3 3.68 I 23.4 бЗ 325 I 200
V——«м-м-w... А..............——— Й--———————— t-Yf|................... ..........-¿^---.^.^-w-., |..............................—.....................а.............'liYilrtllllHllH".........^..........jl
1 Щ j 3.75 I 25.6 I 15 Г 1830 Г 82
ji'it'Vi.............-——■■■■■■■■■■n^il'HM' МУГГГГГГГГ.........................¿..........rtliirtHWiViriirin"M'f..............1"..........................Iiftlli*||...........Vi'i'i'iII...............Ill.........................fi • у"-—— ц............f ¡.........................J
i 2 1 Щ ГУК2 [26,9 Г 1? I 2350 j 71.9
I ~3~| зз"4 |~Хб8 ] 24^8 "TI 977"1 133
I 4 35,1 pF 24,4 Г if "Г""687 .....Мб!)]
f 5 36Л 3.73 I 24,3 1 ГЙ [ ! 260 143
V ..................11 mi ■ и !■ 1111 ^vrt^v * v« 4 r*— —л--------"'"wwwiiyn 1 m> ■ 'S.......f^^j^ta^^^m^gii^))),,^^........itfyftimttmww^wjAg^Buwr»......
Г 6 34J I 3,70 24/4 20 j^l ' 206
J""!..............—^■iftiii-----^.iaiaiiiWH... rrrrrrrrrrrrr|1f|--.rr.-..----------.(1«|Ц|ЦЦЦЦ..............))n ...........rAj......................................................................................................... ,, «- -
Г 7 Ж5 г4,(К) j 26.4 j 20 2740 j 73
f Г 39fi 4.04 I 26,5 22 T32ÍT|67~|
j-.------и* V щи 11............||-......Infi.....* ..............................................................U.U.-.................................. ■ ■ «..a.. i 11 ......................................A . . . .
Однако как видно из таблицы, величины суммы емкостей обменных оснований отражают только качественное улучшение свойств ПЭС в процессе воздействия на них реабилитационных технологий по сравнению с контролем: параметрами до реабилитации. Варьирование этих параметров очень низкое н поэтому они не пригодны для технологических оценок.
В то же время, ни грификационные кинетические параметры обнаруживают высокое варьирование и закономерности их влияния на эволюционные параметры ПЭС (продуктивность и содержание воспроизводимого органического вещества), могут успешно использоваться для решения практических задач,
Л II Т Е Р А ТУРА
L Ulimiib СЗ. Фтто~\штстт факторы биологической эволюции. М; Наука. 1979. 262с.
2, Гленсдорф IT, Нршшшн И.Р. Термодинамическая теория структуры, устойчивости и флуктуации. М.: YPCC 20(0. 280 с-
3, Вернадский В,И, Химическое строение биосферы 3сшш и ее окружения. М. 198?, С,. 219.
химии
