- •В.Г. Мамонтов, а.А. Гладков практикум по химии почв Москва 2014
- •Введение
- •Раздел I. Валовой анализ
- •1.1. Способы разложения почв
- •1.1.1. Разложение почв кислотами.
- •1.1.2. Разложение почв сплавлением.
- •1.1.3. Разложение почвы спеканием.
- •1.2. Определение гигроскопической влажности
- •1.3. Определение потери при прокаливании
- •1.4. Спекание почвы с содой
- •1.5. Анализ элементного состава почв
- •1.5.1. Определение кремния желатиновым методом
- •Пример расчета. Для спекания взято 1,0224 г прокаленной почвы. Масса прокаленного осадка SiO2 составила 0,8014 г. Содержание SiO2 равно:
- •1.5.2. Определение полуторных оксидов гравиметрическим методом
- •1.5.3. Определение железа фотометрическим методом
- •1.5.4. Определение алюминия фотометрическим методом
- •1.5.5. Вычисленное содержание алюминия по разности
- •1.5.6. Определение кальция и магния комплексонометрическим методом
- •1.5.6.1. Определение кальция
- •1.5.6.2. Определение суммы кальция и магния
- •1.5.7. Пероксидный метод определения титана
- •1.5.8. Определение фосфора фотометрическим методом
- •1.6. Методы определения карбонатов
- •1.6.1.000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 Ацидометрическое определение карбонатов
- •1.6.2. Алкалиметрическое определение карбонатов по ф.И. Козловскому
- •1.7. Определение гипса
- •1.7.1. Солянокислый метод определения гипса
- •1.7.2. Определение гипса по н.Б. Хитрову
- •1.8. Способы выражения результатов валового анализа
- •1.9. Пересчеты данных валового анализа
- •1.10. Использование данных валового анализа
- •1.10.1. Использование элементного состава для суждения о генезисе почв.
- •1.10.2. Использование элементного состава для оценки потенциального плодородия почвы.
- •1.10.3. Использование данных элементного состава для расчета молекулярных отношений
- •1.10.4. Использование данных элементного состава для расчета запасов химических элементов
- •Пример расчета. Найти запас SiO2 в т/га если его содержание равно 80,63 %, плотность сложения почвы 1,18 г/см3, мощность слоя 9 см.
- •1.10.5. Использование данных элементного состава при изучении биологического круговорота веществ
- •1.10.6. Использование данных элементного состава для
- •1.10.6.1. Метод прямого сравнения
- •1.10.6.2. Методы стабильного компонента
- •1.10.6.2.1. Метод молекулярных отношений
- •1.10.6.2.2. Метод элювиально-аккумулятивных (еа) коэффициентов
- •1.10.6.2.3. Метод баланса веществ
- •1.10.7. Использование данных элементного состава для диагностики минералов илистой фракции.
- •Контрольные вопросы
- •Раздел II. Ионно-солевой комплекс почв
- •2.1. Метод водной вытяжки
- •2.1.1. Влияние солей на сельскохозяйственные культуры
- •2.1.2. Достоинства и недостатки водной вытяжки как метода изучения засоленных почв
- •2.1.3 Анализ водной вытяжки
- •2.1.3.1. Определение величины рН водной вытяжки
- •2.1.3.2. Определение величины сухого остатка
- •2.1.3.3. Определение величины прокаленного остатка
- •2.1.3.4. Определение щелочности от растворимых карбонатов
- •2.1.3.5. Определение общей щелочности
- •2.1.3.6. Определение хлорид-ионов аргентометрическим методом по Мору
- •2.1.3.7. Определение сульфат-ионов
- •2.1.3.7.1. Гравиметрический метод определения сульфат-ионов
- •2.1.3.7.2. Фотометрический метод определения сульфат-ионов
- •2.1.3.8. Определение ионов кальция и магния комплексонометрическим методом
- •2.1.3.8.1. Определение кальция
- •Титрование кальция по индикатору флуорексону
- •2.1.3.8.2. Определение суммы кальция и магния
- •2.1.3.9. Определение натрия и калия
- •2.1.3.9.1. Определение натрия и калия методом фотометрии пламени
- •2.1.3.9.2. Определение содержания натрия и калия по разности
- •Форма 4. Данные анализа водной вытяжки
- •2.1.4. Интерпретация данных водной вытяжки
- •2.1.4.1. Характеристика солевого режима почв по величине сухого остатка
- •2.1.4.2. Оценка химизма (типа) засоления почв.
- •2.1.4.2.1. Общие принципы оценки химизма засоления почв
- •2.1.4.2.2. Оценка степени засоления почв по содержанию токсичных ионов
- •2.1.4.2.3. Оценка степени засоления почв по «суммарному эффекту» токсичных ионов
- •2.1.5. Расчет промывной нормы
- •2.2. Кислотно-основные свойства и катионообменная способность почв
- •2.2.1. Общие представления о кислотно-основных свойствах почв
- •2.2.1.1. Определение рН потенциометрическим методом
- •2.2.2. Общие представления о катионообменной
- •2.2.2.1. Оценка эффективной емкости катионного обмена
- •2.2.2.2. Определение стандартной емкости катионного обмена по Бобко-Аскинази в модификации цинао
- •2.2.2.3. Определение суммы обменных оснований методом Каппена-Гильковица
- •2.2.2.4. Определение обменной кислотности по Дайкухара
- •2.2.2.5. Определение обменных водорода и алюминия по Соколову
- •2.2.2.6. Определение гидролитической кислотности по Каппену
- •2.2.2.7. Определение обменных катионов по методу Гедройца
- •2.2.2.7.1. Определение обменного кальция
- •2.2.2.7.2. Определение суммы обменных кальция и магния
- •2.2.2.7.3. Определение обменных натрия и калия методом фотометрии пламени
- •2.2.2.8. Определение обменных катионов по методу Шолленбергера
- •2.2.2.9. Определение обменных катионов по методу Пфеффера в модификации в.А. Молодцова и и.В. Игнатовой
- •2.2.2.9.1. Определение обменного кальция комплексонометрическим методом
- •2.2.2.9.2. Определение суммы обменных кальция и магния комплексонометрическим методом
- •2.2.2.9.3. Определение обменных натрия и калия методом фотометрии пламени
- •2.2.3. Использование результатов определения катионообменной способности почв
- •2.2.3.1. Вычисление степени насыщенности почв основаниями
- •2.2.3.2. Расчет дозы извести
- •2.2.3.3. Вычисление степени солонцеватости почв
- •2.2.3.4. Расчет дозы гипса
- •Контрольные вопросы
- •Раздел III. Обеспеченность почв основными элементами питания
- •3.1. Методы определения доступных для растений форм азота
- •3.1.1. Определение нитратного азота дисульфофеноловым методом
- •3.1.2. Определение аммонийного азота
- •3.1.3. Определение щелочногидролизуемого азота по Корнфилду
- •3.2. Методы определения доступных для растений форм фосфора и калия
- •3.2.1. Калориметрическое определение подвижного фосфора по фосфорномолибденовой сини
- •3.2.1.1. Восстановление молибдена фосфорномолибденовой кислоты двухлористым оловом
- •3.2.1.2. Восстановление молибдена фосфорномолибденовой кислоты аскорбиновой кислотой
- •3.2.2 Определение подвижного калия методом фотометрии пламени
- •3.2.3. Определение подвижных фосфатов и калия по методу Кирсанова
- •3.2.4. Определение подвижных фосфатов и калия по методу Чирикова
- •3.2.5. Определение подвижных фосфатов и калия по методу Мачигина
- •3.3. Методы определения микроэлементов – тяжелых металлов
- •3.3.1. Определение микроэлементов-тяжелых металлов с помощью 1 н. Раствора hno3
- •3.3.2. Определение микроэлементов-тяжелых металлов с помощью ацетатно-аммонийного буферного раствора с рН 4,8
- •Контрольные вопросы
- •Раздел IV. Органическое вещество почвы
- •4.1. Подготовка почвы для определения содержания и состава гумуса
- •4.2. Методы определения содержания общего гумуса почвы
- •4.2.1. Прямые методы определения содержания углерода органических соединений (гумуса) почвы.
- •4.2.2. Косвенные методы определения содержания углерода органических соединений (гумуса) почвы
- •4.2.2.1. Определение гумуса методом и.В.Тюрина в модификации в.Н.Симакова
- •4.2.2.2. Другие модификации метода и.В. Тюрина.
- •4.2.2.2.1. Спектрофотометрический метод определения содержания гумуса (д.С. Орлов, н.М. Гриндель)
- •4.2.2.2.2. Определение содержания органического углерода почвы методом и.В.Тюрина в модификации б.А.Никитина.
- •4.3. Методы определения общего содержания азота почвы.
- •4.3.1. Определение общего содержания азота методом Кьельдаля.
- •4.3.2. Определение общего содержания азота микрохромовым методом и.В. Тюрина.
- •4.4. Использование данных по содержанию общего гумуса и азота
- •4.4.1. Расчет отношения c:n
- •4.4.2. Вычисление запасов гумуса, углерода и азота.
- •4.5. Методы определение группового и фракционного состава гумуса.
- •4.5.1. Определение группового и фракционного состава гумуса по методу и.В. Тюрина в модификации в.В.Пономаревой и т.А.Плотниковой (1968)
- •4.5.2. Определение группового и фракционного состава гумуса по модифицированной схеме в.В.Пономаревой и т.А. Плотниковой (т.А. Плотникова, н.Е. Орлова, 1984).
- •Ход анализа
- •4.5.3. Ускоренный пирофосфатный метод определения состава гумуса по м.М. Кононовой и н.П. Бельчиковой
- •4.6. Методы изучения некоторых свойств гумусовых кислот при анализе фракционно-группового состава гумуса
- •4.6.1. Определение порога коагуляции гуминовых кислот.
- •4.6.2. Оптические свойства гумусовых веществ.
- •4.6.2.1. Электронные спектры поглощения гумусовых веществ
- •4.6.2.2. Определение коэффициента цветности q4/6
- •4.6.3. Гель-хроматография гумусовых веществ
- •4.7. Показатели гумусового состояния почв
- •Продолжение таблицы 31
- •4.8. Методы определения содержания и состава органического вещества в болотных торфяных почвах.
- •4.8.1. Определение потери при прокаливании и зольности торфа.
- •4.8.2. Одновременное определение общего содержания углерода и азота в торфяных почвах методом Анстета в модификации в.В. Пономаревой и т. А. Николаевой
- •Вычисление результатов анализа
- •Реактивы.
- •4.8.3. Определение общего содержания азота в растительных материалах (торфах, лесных подстилках и пр.) методом к.Е. Гинзбурга и г.М. Щегловой
- •4.8.4. Определение содержания органического азота в вытяжках из торфов микрохромовым методом и.В. Тюрина
- •4.8.5. Определение состава органического вещества торфяно-болотных почв по методу в.В. Пономаревой и т.А. Николаевой.
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Раздел I. Валовой анализ …………………………………………..…………5
- •Раздел II. Ионно-солевой комплекс почв……………………………70
- •Раздел III. Обеспеченность почв элементами питания….....158
- •Раздел IV. Органическое вещество почв……………………………190
2.1.1. Влияние солей на сельскохозяйственные культуры
Засоление почв сопровождается снижением урожайности сельскохозяйственных культур, вплоть до их гибели. Между количеством солей, аккумулирующихся в почве (степень засоления), и состоянием сельскохозяйственных культур наблюдается отчетливо выраженная зависимость (табл. 9).
Таблица 9. Влияние степени засоления почв на состояние сельскохозяйственных культур (В.А.Ковда и др., 1960).
Степень засоления почв |
Состояние среднесолеустойчивых культур |
Незасоленные |
хороший рост и развитие (выпадов растений нет, урожай нормальный) |
Слабозасоленные |
слабое угнетение (выпады растений и снижение урожая на 10-20%) |
Среднезасоленные |
среднее угнетение (выпады растений и снижение урожая на 30-50%) |
Сильнозасоленные |
сильное угнетение (выпады растений и снижение урожая на 50-80%) |
Солончаки |
выживают единичные растения, урожай гибнет практически полностью |
Угнетение растений под влиянием солей может быть вызвано следующими причинами:
1) увеличение концентрации и осмотического давления почвенного
раствора сверх критических значений;
2) токсичное действие отдельных ионов на растения;
3) нарушение условий питания растений.
Осмотические эффекты, как следствие повышения концентрации почвенного раствора является основным фактором угнетения растений на засоленных почвах.
Согласно исследованиям американских ученых (L.A. Richards, 1968), зависимость между осмотическим давлением и концентрацией почвенного раствора можно выразить следующим приближенным уравнением:
Р = 5,6 ∙ 10-5 ∙ С ,
где Р – осмотическое давление почвенного раствора, МПа; С – суммарное содержание солей в почвенном растворе, мг/л.
Осмотическое давление почвенных растворов варьирует в широких пределах, от 0,03-0,05 до 0,1-0,2 МПа в незасоленных черноземах и каштановых почвах до 10,0-30,0 МПа в солончаках.
Водоудерживающая способность незасоленных почв возрастает по мере их иссушения и при достижении ею 1-2 МПа наблюдается устойчивое завядание большинства сельскохозяйственных культур. Накопление солей, увеличивающих осмотическое давление почвенного раствора, приводит к "физиологической сухости" почвы. В таких условиях растения, несмотря на достаточную влажность почвы, не могут получить необходимое количество воды (табл. 10).
Таблица 10. Зависимость между влажностью, степенью засоления и водоудерживающей способностью почв (В.С. Шардаков, 1953)
Незасоленные почвы |
Почвы, содержащие 0,55 % солей |
Почвы, содержащие 2,13 % солей |
|||
влажность, % |
водоудерживающая способность, МПа |
влажность, % |
водоудерживающая способность, МПа |
влажность, % |
водоудерживающая способность, МПа |
9,4 |
2,02 |
9,3 |
3,54 |
9,9 |
14,4 |
12,2 |
1,01 |
12,4 |
2,63 |
13,3 |
5,96 |
18,3 |
0,20 |
18,6 |
1,82 |
19,6 |
3,03 |
- |
- |
24,8 |
1,11 |
25,8 |
1,72 |
Сельскохозяйственные растения проявляют неодинаковую чувствительность к величине осмотического давления почвенного раствора. Как считают D.W. Thorne H.B. Peterson (1954), у чувствительных культур угнетение может наблюдаться уже при значениях осмотического давления в пределах 0,07-0,15 МПа, у менее чувствительных при 0,15-0,30 МПа. Когда значения осмотического давления достигают 0,3-0,6 МПа, урожайность многих культур резко снижается и большинство растений гибнет. Лишь немногие культурные растения устойчивы к осмотическому давлению почвенного раствора свыше 0,61 МПа.
Под влиянием высоких концентраций солей в почве изменяется и отношение растений к внешним условиям. Такие, например, факторы, как температура и свет, положительно влияющие на развитие растений в нормальных условиях, при засолении могут действовать отрицательно.
Токсичность ионов. Избыток определенных ионов может оказаться токсичным для протекания различных физиологических процессов в растениях. Токсичное действие солей на растения связано с нарушением водного режима и подавлением фотосинтеза, с общим нарушением нормальных физиологических функций растений.
Б.П. Строгановым установлено, что при хлоридном засолении у растений снижается интенсивность дыхания, фотосинтеза и деятельность ряда ферментов, а также замедляется поглощение и расход воды в процессе транспирации. Когда листья древесных растений накапливают более 0,5 % Cl- или 0,2 % Na+ (в процентах от сухой массы), обычно происходит характерное обгорание края листа или образуются некрозы. Наиболее чувствительные к хлору растения могут повреждаться, если содержание Cl- в почвенном растворе превышает 5-10 мг-экв/л, в то время как наиболее устойчивые к действию хлора растения получают повреждения лишь при концентрации его выше 30 мг-экв/л.
Очень токсична для растений сода. При ее появлении в почвенном растворе происходит резкое подщелачивание среды, что негативно сказывается на корневой системе растений. Корни испытывают своеобразный "щелочной ожог", в результате которого корневые волоски теряют тургор, сморщиваются и отмирают. Это нарушает нормальное функционирование корневых систем растений в целом.
Нарушение условий питания. Для нормального роста и развития растений требуется, чтобы в почве имелись все необходимые питательные вещества в оптимальных для конкретной культуры соотношениях. Нарушение этого условия устраняется за счет внесения удобрений. Однако при засолении почвы не всегда удается достичь требуемого результата, поскольку водорастворимые соли вносят существенные коррективы в закономерности поступления химических элементов в растения.
Например, по данным В.А. Ковды (1961), в растениях, угнетенных под влиянием засоления, по сравнению с нормально развитыми значительно возрастает содержание ряда элементов: SiO2 в 4-5 раз, Al2О3 и P2О5 в 3-5 раз, Cl в 2-3 раза, Mg и Na в 2,6 раза. При этом наблюдается недостаточное поступление таких важных элементов минерального питания растений, как Са, Fe, K, Mn, и сера. На поступление элементов в растения влияет не только общее содержание солей в почве, но и их химизм. Как показали исследования Б.П. Строганова (1962), у растений в условиях сульфатного засоления по сравнению с хлоридным увеличивается содержание P2О5, K, Mg, SiO2, SО4 и снижается количество Na, Fe2О3, Al2О3, Cl. При сульфатно-хлоридном засолении уменьшается поступление фосфора в растения по сравнению с хлоридно-сульфатным, а сильное хлоридное засоление ограничивает поступление в сельскохозяйственные культуры нитратов. В результате снижается эффективность соответствующих минеральных удобрений. Кроме того, при засолении почв резче проявляется антагонизм ионов.
Токсичное влияние солей связано с повреждением цитоплазмы клеток, в результате чего, избирательное поглощение химических элементов сменяется пассивным и приводит к ненормально высокому накоплению солей в органах растения. Солевое отравление растений внешне проявляется в образовании на отдельных участках листьев солевых пятен. Пораженные участки листьев теряют зеленую окраску и приобретают светло-желтый оттенок. Это свидетельствует о глубоком воздействии солей на процессы метаболизма и фотосинтеза зеленого листа.