Определение скорости диффузии кислорода на поверхность платинового электрода, помещенного в почву

Методы изучения диффузии кислорода сквозь почву

Методы изучения диффузии кислорода в почве

Определение концентрации растворенного кислорода в почвенном растворе полярографическим методом

Для определения концентрации кислорода в почвенном растворе Эванс и Скотт насыпали почву в стеклянный горизонтально расположенный цилиндр и затем насыщали водой. Концентрацию раствора в получившемся растворе измеряли полярографически с помощью капельного ртутного электорода, который помещался в почву и был защищен чехлом из капроновой сетки (Н.Н. Игнатьев, 1970). В почву сквозь отверстие в цилиндре вставлялся также электрод сравнения (каломельный или хлорсеребряный). Оба электрода соединялись с корпусом полярографа (слайд 58). Кислород, диффундирующий из почвенного раствора на ртутный электрод, влияет на силу электрического тока в цепи полярографа. По изменению тока можно получить представление о концентрации кислорода в почвенном растворе. Можно создать ситуацию, когда почвенный раствор будет двигаться сквозь цилиндр с почвой.

Большую роль для газообмена играет скорость диффузии кислорода через почву. На слайде 59 показана конструкция для изучения диффузии кислорода через почву с ненарушенной структурой и полевой влажностью. Почва находится в патроне, который соединяет герметично две емкости «А» и «В». В «В» находится воздух, содержащий кислород, а в «А» инертный газ. Кислород будет диффундировать из сосуда «А» в сосуд «В», и концентрация его в обоих сосудах будет меняться. Если через фиксированные промежутки времени концентрации кислорода определять в обоих сосудах, то можно подсчитать, сколько кислорода прошло в единицу времени через сечение почвы в патроне на расстоянии длины почвенного образца в патроне.

Если в почву ввести игольчатый платиновый электрод длиной 4мм, можно определить, сколько граммов кислорода диффундирует на 1см² платины за 1 минуту. Электрод можно считать моделью корешка, тогда указанный результат можно считать количеством граммов кислорода которое получит 1 см² корней за 1 минуту (Е. Лемон и А. Эриксон, 1952, 1955).

В почву кроме платинового электрода вводят электрод сравнения. Электроды соединяют с полярографом (слайд 60). С помощью реостата полярографа на платиновый электрод подают напряжение 0,65В. На электроде в почве при этом идут окислительно-восстановительные реакции:

О₂ + 2Н⁺ + 2е → Н₂О₂

Н₂О₂ + 2Н⁺ + 2е → 2Н₂О.

Результат вычисляют по формуле:

i ∙ 10^-6 = n FАf, где

i – ток в цепи полярографа в микроамперах;

n – число электронов, которое участвует в восстановлении одной молекулы кислорода (n=4);

F – число Фарадея (F = 96500 кулонов);

А – поверхность платинового электрода в см²;

f – число молей кислорода, которое диффундирует в единицу времени на 1см² электрода.

На рисунке не показан вольтметр в схеме полярографа. Обязательным использованием данного метода является такая влажность почвы, при которой весь платиновый электрод будет покрыт пленкой почвенного раствора.

Ценность измерения величины СДК (скорость диффузии кислорода) определяется следующими соображениями. Во-первых, наряду ч концентрацией кислорода в почвенном растворе и в почвенном воздухе СДК является кислородным уровнем, характеризующим состояние изучаемой системы. Во-вторых – это прямое измерение кислородного уровня в почвенном растворе, который зависит от концентрации кислорода в почвенном воздухе, из которого он диффундирует в водную пленку, окружающую электрод. В-третьих, платиновый игольчатый электрод можно, как сказано выше, рассматривать как модель тонкого корня. Как и электрод, корень окружен пленкой воды, из которой он поглощает кислород, поступающий на его поверхность путем диффузии. Если, например, в результате измерений мы получили величину СДК, равную 3∙10^-7г/см²∙мин, то можно утверждать, что на данной глубине 1см² корней за минуту получает 3∙10^-7г кислорода (Н.Н. Игнатьев, В.Т. Емцев, Л.И. Передкова, 2003).