Лабораторное занятие 5

Тема 5. Аналитическое определение кислотности почв, подвижных элементов и их оценка (4 часа)

1. Объяснение - 45 мин.

1.1 Ознакомление студентов с рабочим планом лабораторных занятий.

1.2 Определение актуальной и обменной кислотности почв.

1.3 Определение подвижного фосфора и обменного калия в почве.

1.4 Проработать тему занятия по рекомендованной литературе.

2. Самостоятельная работа студентов - 135 мин.

2.1 Выполнить лабораторные исследования по определению актуальной и обменной кислотности почв, подвижному фосфору и обменному калию. Рассчитать запасы элементов питания в почве и дать их оценку. Результаты записать в рабочую тетрадь (таблица 24, 25, 26, 27). Защита методики и цифровых материалов расчёт запасов элементов питания

Материальное обеспечение занятий:

Весы технохимические и аналитические, дозатор или цилиндр (ошибка дозирования – 5%), электромеханическая мешалка (число оборотов лопастей - 700 в мин) или стеклянная палочка, рН-метр со стеклянным электродом (точность измерения – 0,1 рН), колбы конические с пробками или бытовые банки, фотоэлектроколориметр, фотометр пламенный, набор сит, колбы конические на 100 и 50 см³, колбы мерные на 1000 см³, 500 см³,100 см³, капсулаторка или шпатель, набор пипеток 2-го класса точности по ГОСТ 20292-74, цилиндр на 50 см³, оловянная палочка, бумага фильтровальная по ГОСТ 12026-76, вода дистиллированная по ГОСТ 670972.

Реактивы. Хлористый калий по ГОСТ 4234-65, 1 М раствор, кислотность раствора 5,6…6,0 рН, х.ч. и ч.д.а., вода дистиллированная, буферные растворы для проверки рН-метра. Готовят их из фиксаналов или буферных таблеток.

Экстрагирующий раствор 0,2 моль/дм³ НС1 (16,4 см³ соляной кислоты ГОСТ 3118 плотностью d = 1,19 разбавляют в 1000см³ дистиллированной воды); окрашивающий реактив (реактив А - 6,0±0,1) г молибденовокислого аммония ГОСТ 3765 и (0,15±0,01) г сурьмяновиннокислого калия растворяют соответственно в 200 и 100 см³ воды при слабом нагревании. Охлажденные растворы приливают к 500 см³ раствора серной кислоты концентрации с (1/2 H₂S0₄)=5 моль/дм³ ГОСТ 4204 и доводят объем водой до 1 дм³; реактив Б - 1,00±0,01 г аскорбиновой кислоты растворяют в 170 см³ реактива А и доводят объем раствора водой до 1 дм³. Раствор готовят в день проведения анализа.).

5.1 Определение актуальной кислотности почв

Актуальная или активная кислотность обусловлена наличием водородных ионов в почвенном растворе, определяется при взаимодействии почвы с дистиллированной водой (1:2,5). Для большинства почв актуальная кислотность обусловлена угольной кислотой и её солями и обозначается . Величина рН_в находится в пределах от 4 до 8 и более. Крайне низкие значения рН характерны для торфяно-болотных и болотно-подзолистых почв. Для подзолистых, дерново-подзолистых почв и краснозёмов рН_в равен 4,5-5,6, для серых лесных оподзоленных – 5,5-6,5, чернозёмов, каштановых, серозёмов – 6,5-7,5, в карбонатных почвах, солонцах, солончаках рН_в более 8,5.

Ход анализа. На технохимических весах отвешивают навеску почвы 20 г и переносят в коническую колбу на 100…150 см³. К навеске приливают 50 см³ дистиллированной воды, не содержащей СО₂, (соотношение почва:раствор = 1:2,5) и взбалтываем в течение 5 минут. Измеряют рН на рН-метре. В торфяных почвах и лесных подстилках соотношение почва : раствор равно 1:25.

5.2 Определение обменной кислотности

Обменная кислотность определяется количеством поглощённых ионов Н⁺ и Аl³⁺ и обнаруживается при взаимодействии почвы с растворами нейтральных солей (КСl). Образующаяся в растворе соляная кислота и создаёт кислую реакцию. Источником обменных катионов Н⁺ и служат ионы кристаллической решётки глинистых минералов и гидроксидов.

При содержании в почве обменного Аl³⁺ реакция происходит следующим образом:

Обменная кислотность:

[ППК] + 4КСl → [ППК]4К⁺ + АlСl₃ + НСl;

АlСl₃ + 3НОН → Аl(ОН)₃ +3НСl.

Образующаяся в растворе кислота оттитровывается щёлочью. Выражается в мг-экв или рН_КСl или рН_{солевое}.

Кислотность от иона алюминия можно определить в солевой вытяжке при рН менее5,0. При большем значении рН алюминий в ионной форме не существует. Величина обменной кислотности всегда выше актуальной кислотности и значение рН солевой вытяжки всегда ниже, чем рН почвенного раствора.

Принцип метода. Настоящий стандарт (ГОСТ 26484-85) устанавливает метод определения обменной кислотности в почвах, вскрышных и вмещающих породах при проведении почвенного, агрохимического, мелиоративного обследования угодий, контроля за состоянием почв, а также при других изыскательских и исследовательских работах.

Суммарная относительная погрешность метода составляет 25% при обменной кислотности до 0,1 моль в 100 г почвы, 10% — св. 0,1 до 0,5 моль в 100 г почвы, 7,5% —св. 0,5 моль в 100 г почвы.

Сущность метода заключается в извлечении обменных ионов водорода и алюминия из почвы раствором хлористого калия концентрации 1 моль/дм³ при соотношении почвы и раствора 1:2,5 и последующем потенциометрическом определении на рН-метре. В торфяных почвах и лесных подстилках соотношение почва:раствор равно 1:25.

Ход анализа. На технохимических весах берут навеску усреднённой воздушно-сухой почвы массой 20 г. Переносят в коническую колбу на 100…150 см³, приливают 50 см³ 1 М раствора KCl, закрывают пробкой и взбалтывают 15 мин. Измеряют величину рН на рН-метре.

Потенциометрическое измерение производят после проверки рН-метра по буферному раствору.

Ополаскивают электроды дистиллированной водой, снимают лишние капли воды фильтровальной бумагой и опускают электроды в испытуемый раствор. Сначала производят измерения приближённо в широком диапазоне (1…14 рН) по нижней шкале прибора. Затем выбирают соответствующий узкий диапазон, устанавливают в нужное положение выключатель диапазонов. Отсчёт берут по верхней шкале.

По окончании работы электроды промывают, переключатели ставят в исходное положение. Электроды погружают в дистиллированную воду, закрыв пробкой вспомогательный электрод.

5.3 Определение подвижного фосфора и обменного калия по методу А.Т. Кирсанова

Ход анализа. Навеску воздушно-сухой почвы в 10 г для минеральных и в 1 г для органических почв, отвешенную на технохимических весах с точностью до 0,01 г, помещают в коническую колбу ёмкостью 100 см³, и приливают 50 см³ 0,2 М раствора НС1 (соотношение почва:раствор = 1:5).

Взбалтывают содержимое колбочки в течение 1 мин. и оставляют в покое на 15 мин., после чего вновь хорошо взбалтывают и фильтруют через простой складчатый фильтр. Первые порции фильтрата отбрасывают.

Берут пипеткой 5 см³ фильтрата из полностью профильтрованной вытяжки, переносят в пробирку и приливают 5 см³ раствора молибденовокислого аммония в соляной кислоте (реактив Б).

В пробирку на всю глубину опускают оловянную палочку и непрерывно перемешивают жидкость в течение 5…30 сек до получения постоянной по интенсивности голубой или синей окраски (чрезмерно длительная обработка растворов оловянной палочкой, особенно с небольшим содержанием фосфора, приводит к появлению буровато-зелёного оттенка, что нежелательно). При малом содержании фосфора перемешивание проводят не менее 5 мин. При переносе оловянной палочки из одной пробирки в другую её обмывают дистиллированной водой.

Одновременно с испытуемыми растворами готовят шкалу образцовых растворов, для чего рабочих растворов берут по 5 см³ и помещают в пробирки. Нумерация пробирок такая же как и рабочих растворов.

В пробирки добавляют по 5см³ реактива Б, растворы перемешивают оловянной палочкой как описано выше.

Определение содержания фосфора в вытяжках проводится путём сравнения окрасок испытуемых растворов с окрасками растворов образцовой шкалы. Установив номер пробирки образцовой шкалы, с которой совпала окраска испытуемого раствора, по таблице 16 находят содержание Р₂0₅ в пересчёте на 100г почвы в анализируемом образце.

Шкалу образцовых растворов можно использовать в течение часа, так как при более длительном стоянии интенсивность окраски растворов уменьшается, и голубой цвет приобретает буровато-зелёный оттенок.

Если интенсивность синей окраски просматриваемых растворов сильнее, чем интенсивность окраски раствора последней пробирки образцовой шкалы, вытяжку разбавляют и определяют в ней фосфор. Для этого в пробирку помещают 1 см³ фильтрата, приливают к нему 4 см³ 0,2 М раствора соляной кислоты, прибавляют 5 см³ реактива Б и перемешивают раствор оловянной палочкой. Разведение вытяжки учитывают при вычислении результатов.

Шкалу образцовых растворов используют для колориметрирования. По показаниям колориметра и концентрациям Р₂0₅ мг/дм³ образцового раствора строится калибровочный график, по которому находят концентрацию Р₂0₅ в мг/дм³ в испытуемых растворах.

Приготовление образцовых растворов. Навеска 0,1917 г дважды перекристаллизованного однозамещённого фосфата калия (КН₂РО₄) и 1,5826г дважды перекристаллизованного хлористого калия (КС1) растворяется в дм³ дистиллированной воды. Полученный раствор содержит 0,1 мг Р₂О₅ и 1,0 мг К₂О в 1 см₃.

Содержание фосфора в мг Р₂0₅ на 1 кг почвы (Х) рассчитывается по формуле:

Х = (А : 1000)∙в∙г∙1000,

где А – концентрация Р₂0₅ в мг/дм³, найденная по калибровочному графику для испытуемых растворов;

в – во сколько раз разведена вытяжка;

г – отношение объёма раствора – вытеснителя (вытяжки) к навеске почвы;

1000 – пересчёт на 1 кг почвы;

1000- пересчёт концентрации Р₂0₅ на 1 см³.

Таблица 24 - Приготовление шкалы образцовых растворов для определения содержания Р₂0₅ и построения калибровочного графика*

№№ образцового раствора	Рабочий образцовый раствор, см3	Р205 в 100 см3 образцового раствора, мг	Р205 в 5 см3 образцового раствора, мг (соответствует 1 г почвы)	Р205 на кг почвы, мг
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12	2,5 5,0 7,5 10,0 12,5 15,0 17,5 20,0 25,0 30,0 40,0 50,0	0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 2,50 3,00 4,00 5,00	0,0125 0,0250 0,0375 0,0500 0,0625 0,0750 0,0875 0,1000 0,1250 0,1500 0,2000 0,2500	12,5 25,0 37,5 50,0 62,5 75,0 87,5 100,0 125,0 150,0 200,0 250,0

* - Шкала образцовых растворов готовится в мерных колбах на 100 см³.

Определение калия. Принцип количественного анализа методом пламенной фотометрии основан на том, что каждый элемент имеет свой характерный спектр излучения, а интенсивность спектра зависит от концентрации элемента.

Интенсивность спектра определяется с помощью селенового фотоэлемента, преобразующего световую энергию в электрическую, и зеркального гальванометра, количественно измеряющего образовавшийся фототок.

По шкале снимают отсчёты относительного содержания калия в вытяжках. Абсолютные значения вычисляют с помощью калибровочных кривых.

График строится аналогично графику по определению фосфора, только на оси ординат откладывают значения стандартных растворов, на оси абсцисс – показания гальванометра. Пользуясь калибровочной кривой, находят величину концентрации калия в испытуемых растворах, которую выражают в мг К₂О на 1 дм³ раствора (вытяжка).

При соотношении почва : раствор = 1:5, полученное количество мг К₂О на 1 дм³ делят на 2 или определяют по формуле:

,

где Д – количество К ₂О мг на 1 кг почвы:

с - количество мг К₂О на 1 дм³;

А – показания гальванометра по почвенной вытяжке;

В – показания гальванометра по стандартному раствору.

Таблица 25 - Приготовление шкалы образцовых растворов для определения содержания К ₂О и построения калибровочного графика*

№№ образцового раствора	Рабочий образцовый раствор, см3	К 2О в 1дм3 образцового раствора, мг	К 2О на кг почвы, мг
1 2 3 4 5 6 7	0,4 0,8 1,2 2,0 4,0 8,0 10,0	4,0 8,0 12,0 20,0 40,0 80,0 100,0	20,0 40,0 60,0 100,0 200,0 400,0 500,0

* - Шкала образцовых растворов готовится в мерных колбах на 100 см³.

Таблица 26 - Группировка и шкала оценки почв по содержанию подвижных форм фосфора (метод Кирсанова)

Группы	Содержание Р2О5, мг/кг почвы	Обеспеченность	Нуждаемость в фосфорных удобрениях
1	Менее 25	Очень низкая	Очень высокая
2	26 – 50	Низкая	Высокая
3	51 – 100	Средняя	Средняя
4	101 – 150	Повышенная	Слабая
5	151 – 250	Высокая	Слабая
6	Более 250	Очень высокая	Очень слабая

Таблица 27 - Группировка и шкала оценки почв по содержанию обменных форм калия (метод Кирсанова)

Группы	Содержание К2О, мг/кг почвы	Обеспеченность	Нуждаемость в фосфорных удобрениях
1	Менее 40	Очень низкая	Очень высокая
2	41 – 80	Низкая	Высокая
3	81 – 120	Средняя	Средняя
4	121 – 170	Повышенная	Слабая
5	171 – 250	Высокая	Очень слабая
6	Более 250	Очень высокая	Отсутствует

Литература:

1. Белобров, В.П. География почв с основами почвоведения: Учеб. Пособие для вузов [Текст] /В.П. Белобров, И.В. Замотаев, С.В. Овечкин; Под ред. В.П. Белоброва. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 352с.

2. Волкова, Г.В. Практикум по почвоведению с основами агрохимии [Текст] /Г.В. Волкова и др. - М.: Агропромиздат, 1987. – 135 с.

3. Газизуллин, А.Х. Почвоведение. Общее понятие о почвах: учеб. пособие [Текст] /А.Х. Газизуллин. – М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2007. – 484 с.

4. Горбылёва, А.И. Почвоведение с основами геологии: Учебное пособие [Текст] /А.И. Горбылёва, Д.М. Андреева, В.Б. Воробьёв, Е.И. Петровский; Под ред. А.И. Горбылёвой. – Мн.: Новое знание, 2002. – 480с.

5. Горбылёва, А.И. и др. Почвоведение. Лабораторный практикум [Текст] /Под ред. Горбылёвой А.И. – Мн.: Дизайн ПРО, 2000. – 192 с.

6. Гречин, И.П. Практикум по почвоведению [Текст] /И.П Гречин и др. - М.: «Колос», 1964. – 423 с.

7. Зеликов, В.Д. Почвоведение с основами геологии: Учебное пособие [Текст] /В.Д. Зеликов. – МГУЛ. – 3-е изд. - М.: Изд-во МГУЛ, 2008.- 220с.

8. Карпачевский, Л.О. Лес и лесные почвы [Текст] /Л.О. Карпачевский. - Л.: “Лесн. пром-сть.”, 1981.- 264 с.

9. Шишов, Л.Л. Классификация почв России [Текст] /Л.Л. Шишов, В.Д. Тонконогов, И.И. Лебедева. – М.: Почвенный институт им. В.В. Докучаева, РАСХН, 2000г. – 240с.

10. Ковриго, В.П. Почвоведение с основами геологии [Текст] /В.П. Ковриго, И.С. Кауричев, Л.М. Бурлакова. – М.: Колос, 2000. – 416 с.

11. Мамонтов, В.Г. Общее почвоведение [Текст] /В.Г. Мамонтов, Н.П. Панов, И.С. Кауричев, Н.Н. Игнатьев. – М.: КолосС, 2006. – 456 с.

12. Маркина З.Н. Почвы таёжно-лесной зоны и Брянского лесного массива: методическое пособие для студентов очного и заочного обучения по направлению 656200 «Лесное хозяйство и ландшафтное строительство» [Текст] /З.Н. Маркина, В.И. Шошин, Л.А. Соколов, В.А. Егорушкин, Д.А. Костюченко, С.И. Марченко. – БГИТА, Брянск, 2007. – 78 с.

13. Метод определения обменной кислотности – ГОСТ 26484-85.

14. Определение гидролитической кислотности по методу Каппена –Гильковица в модификации ЦИНАО – ГОСТ 26212-91.

15. Определение обменного кальция и обменного (подвижного) магния методами ЦИНАО – ГОСТ 26487-85.

16. Определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО - ГОСТ 26207-91.

17. Определение суммы поглощённых оснований по Каппену-Гильковицу - ГОСТ 27821-88.

18. Определение органического вещества по методу Тюрина в модификации ЦИНАО - ГОСТ 26213-91.

19. Орлов, Д.С. Органическое вещество почв Российской Федерации [Текст] /Д.С. Орлов, О.Н. Бирюкова, Н.И. Суханова. – М.: Наука, 1996.– 256с.

20. Почвоведение: учебник для вузов/И.С.Кауричев. - М.:”Колос”, 1989. – 719 с.

21. Пособие по проведению анализов почв и составлению агрохимических картограмм [Текст] /Под ред. Н.П.Карпинский, К.А. Гаврилов. - М.: Россельхозиздат, 1969. – 328 с.

22. Роде, А.А., Смирнов В.Н. Почвоведение [Текст] /А.А. Роде, В.Н. Смирнов. - М.: “Высш. школа”, 1972. – 480 с.

Содержание

Введение…………………………………………………………………………...5

1 Лабораторное занятие 1. Тема 1.1 Подготовка почвенных образцов к анализу, проведение ситового анализа структурных агрегатов и гранулометрического состава …………………………........................................7

1.1.1 Подготовка почвенных образцов к анализу……………………………….7

1.1.2 Определение плотности почвы из рассыпного образца…………………..9

1.1.3 Определение гигроскопической влажности почвы……………………....10