Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Методы почвенно-экологических исследований. Учебное пособие.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
07.09.2026
Размер:
1 Мб
Скачать
☆
рН солевой и водной вытяжек. Эти показатели хорошо отражают специфику почвообразовательного процесса, особенности состава минеральной части почвы, содержание и состав гумусовых веществ.
Так, состав емкости поглощения тесно связан с гранулометри­ческим (содержанием ила), с минералогическим составом и с коли­чеством гумуса. Тяжелые почвы, богатые илом, минералами монт­мориллонитовой группы, гидрослюдами и гумусом, имеют емкость поглощения 30–70 мг·экв. Такая емкость поглощения характерна для черноземов, лугово-черноземных, луговых, темно-серых почв и др. Наоборот, бедные илом и гумусом подзолистые, дерново-подзоли­стые, сероземные и другие почвы имеют низкую емкость поглощения.
В почвах с хорошо выраженным гумусо-аккумулятивным про­цессом при отсутствии процессов разрушения или выноса ила из верхних горизонтов (черноземы, каштановые, темно-серые и др.) наи­большая емкость поглощения отмечается в верхних гумусированных горизонтах с постепенным уменьшением ее к материнской породе.
В почвах с отчетливыми элювиальными процессами (лессиваж, оподзоливание, осолодение) наименьшая емкость поглощения ха­рактерна для верхних элювиальных горизонтов и заметно возрастает в иллювиальных и материнской породе. Состав обменных катионов хорошо отражает типовые и подтиповые особенности почв и по­зволяет в совокупности с другими аналитическими данными более точно диагностировать почвы. Так, подзолистые, дерново-подзоли­стые, болотно-подзолистые, красноземные, желтоземные и некото­рые другие почвы в составе обменных катионов наряду с кальцием и магнием содержат водород и алюминий. Обыкновенные, южные черноземы, каштановые и бурые пустынно-степные почвы в составе обменных катионов имеют натрий. В солонцах и солонцеватых ро­дах черноземов, каштановых почвах обменный натрий содержится в повышенных количествах (> 3–10 % от емкости поглощения).
Реакция почвы также четко отражает особенности ее генезиса и состава. Так, подзолистые, дерново-подзолистые, красноземные и желтоземные почвы характеризуются кислой реакцией среды. Чер­ноземы и каштановые почвы имеют реакцию, близкую к нейтраль­ной. Солонцы отличаются щелочной реакцией.
Показатели физико-химических свойств имеют важное значе­ние при агрономической оценке.
41
С емкостью поглощения связана способность почв удерживать в относительно мобильном (обменном) состоянии элементы пита­ния в катионной форме (аммоний, кальций, калий и др.) и по мере потребления их растениями из почвенного раствора вновь отдавать их в раствор за счет обменных реакций. Поэтому показатель емкости поглощения имеет важное значение в оценке условий питательного режима в почвах. Емкость поглощения и степень насыщенности ос­нованиями дают представление о буферной способности почв, зна­чение реакции почв (рН) указывает, насколько благоприятна почвен­ная среда для развития тех или иных сельскохозяйственных культур, поскольку последние предъявляют к ней различные требования.
Значение рН солевой суспензии служит важным показателем необходимости известкования почв. По гидролитической кислот­ности ведут дозы известковых материалов. Данные по емкости по­глощения и гидролитической кислотности позволяют определить эффективность применения фосфоритной муки.
Данные анализа водной вытяжки – основные характеристики химизма и степени засоления почв. Они позволяют составить соле­вой профиль почвы и судить о том, в какой степени и какими солями насыщена данная почва, как распределяются соли по профилю. На основании этих данных определяют классификационное название засоленной почвы, а также необходимость проведения мелиорации, рассчитывают промывную норму и т.п., поэтому при анализе данных водных вытяжек необходимо: определить общее количество водо­растворимых солей, их распределение по профилю и дать название почвы по степени и глубине засоления; установить состав водорас­творимых солей (по анионам и катионам) и соотношение между кар­бонатами, сульфатами и хлоридами и по этим данным определить химизм засоления.
Оценка содержания доступных для растений элементов пита­ния проводится по соответствующим таблицам.
2.3.1. Определение ионно-солевого состава водной вытяжки почвы
Принцип метода. Традиционно щелочность связывают с карбо-
нат-ионами (СО
2–
) и гидрокарбонат-ионами (НСО
3
–
). Щелочность,
3
обусловленную карбонат-ионами, определяют титрованием кисло-
42
той по фенолфталеину, а общую – титрованием кислотой по мети­лового оранжевому. По разности можно найти щелочность, обуслов­ленную ионами НСО
–
.
3
Определение хлорид-иона заключается в том, что при прибав­лении азотнокислого серебра к титруемому раствору, содержащему хлорид-ионы и хромовокислый калий, при нейтральной реакции среды образуется хлорид серебра (нерастворимый белый осадок). Как только весь хлор-ион свяжется в хлорид серебра, каждая капля нитрата серебра будет вступать в реакцию с бихроматом калия. При этом образуется осадок хромовокислого серебра красновато-бурого цвета, появление которого показывает окончание титрования.
При определении кальция и магния в водной вытяжке в каче­стве титранта используют комплексон III (ЭДТА), который образует с двухвалентными катионами прочные комплексы. Для устранения мешающего влияния других катионов применяют диэтилдитиокар­бамат натрия или гидроксиламин.
Ход определения.
1. Приготовить водную вытяжку.
Взвешивают на технохимических весах 50 г воздушно-су­хой почвы, просеянной через сито 1 мм, переносят ее в колбу на 250–300 мл, приливают 250 мл дистиллированной воды, закрывают пробкой, взбалтывают 3 мин и фильтруют через складчатый фильтр в колбу на 250 мл. Суспензию выливают на фильтр, стараясь перене­сти возможно большее количество почвы. Первые 10 мл фильтрата собирают в отдельный стакан и выливают. Если фильтрат мутный, его перефильтровывают до тех пор, пока он не станет прозрачным.
2. Определить общую щелочность и щелочность, обусловлен-
ную нормальными карбонатами (СО
–
(НСО
).
3
2–
) и гидрокарбонат-ионами
3
В коническую колбу вместимостью 150–250 мл помещают 25 мл водной вытяжки, добавляют две капли фенолфталеина. Если раствор окрасился в розовый цвет, его титруют 0,01 н раствором сер­ной кислоты до обесцвечивания. Затем в колбу добавляют две капли раствора метилового оранжевого и титруют его той же кислотой до перехода желтой окраски в оранжевую. Титрование проводят со сви­детелем две капли метилового оранжевого на 25 мл воды.
43
Для расчета количества карбонат-ионов используют формулу 8:
2
2
V CV K
( )
2
Щ,
( )
2
.
2–
СО ммоль/100 г почвы ,,
3
=
10
Vm
(10)
где V1 – объем кислоты, необходимый для титрования по фенолфта­леину, мл;
С – молярная концентрация эквивалентов серной кислоты,
моль/л;
V0 и V2 – объем добавленной к навеске почвы воды и объем алик-
воты, взятой для титрования, мл;
K – коэффициент пересчета на сухую почву; т – навеска почвы, г.
Общую щелочность (Щ, ммоль/100 г почвы) рассчитывают по уравнению:
V V CV K
+
13 0
=
100
(11)
Vm
где V3 – объем кислоты, пошедшей на второе титрование той же аликвоты вытяжки по метиловому оранжевому, мл.
Щелочность, обусловленную гидрокарбонат-ионами, рассчи­тывают по уравнению:
–
НСО , ммоль/100 г почвы
3
3. Определить хлорид-ионы методом осадительного титрования.
В стакан с раствором, в котором определяли щелочность, при­бавляют 1 мл 10 %-го раствора хромата калия и титруют 0,02 н рас­твором нитрата серебра до появления красно-бурой окраски. Для точного определения конца титрования рядом помещают второй стакан, содержащий такое же количество водной вытяжки и хромат калия.
V V CV K
−
31 0
=
Vm
44
100
(12)
Содержание хлорид-ионов вычисляют по формуле:
1
100
,
VCKV
200
V MV K
–
Cl , ммоль/100 г почвы
=
0
(13)
Vm
где V – объем нитрата серебра, пошедший на титрование, мл;
С – молярная концентрация эквивалентов AgNO3, моль/л;
V1 – объем аликвоты, мл; V0 – общий объем воды, добавленный к почве, мл;
K – коэффициент пересчета на сухую почву; т – масса навески почвы, г.
4. Определить ионы кальция и магния методом комплексоно-
метрического титрования
Для определения концентрации ионов кальция в водной вытяж­ке в коническую колбу на 250 мл пипеткой помещают 50 мл водной вытяжки, приливают 50 мл дистиллированной воды, добавляют 2 мл 2 %-го раствора гидроксиламина и несколько кристаллов диэтилди­тиокарбамата натрия. Раствор тщательно перемешивают и добавля­ют 10 мл 20 %-го раствора гидроксида натрия и несколько кристал­лов мурексида. Титруют раствор 0,05 М раствором ЭДТА до пере­хода окраски индикатора из розовой в фиолетовую. При титровании раствор постоянно перемешивайте.
Для определения суммарной концентрации ионов кальция и магния в водной вытяжке в коническую колбу на 250 мл пипет­кой помещают 50 мл водной вытяжки, приливают 50 мл дистилли­рованной воды, добавляют 2 мл 2 %-го раствора гидроксиламина и несколько кристаллов диэтилдитиокарбамата натрия. Раствор тща­тельно перемешивают, добавляют 5 мл аммиачного буферного рас­твора с рН 10 и несколько кристаллов эриохрома черного Т. Титруют раствор 0,05 М раствором ЭДТА до перехода окраски из вишнево­красной в голубую.
Для расчета содержания ионов кальция и магния используют формулы:
2+
Cа , ммоль/100 г почвы ,
45
1
=
Vm
ал
w
(14)
( )
Vm
ал
200
w
(15)
V V MV K
−
2+
Мg , ммоль/100 г почвы ,
=
21
где V1/V2 – объемы ЭДТА, пошедшие соответственно на титрование кальция и суммы кальция и магния (мл);
М – молярная концентрация ЭДТА (М); V и Vал – объемы общего количества воды, добавленного к почве
и взятого для титрования (мл);
т – навеска почвы (г); коэффициент 2 введен для перевода числа атомов элементов
в число миллимолей эквивалентов Са2+ и Mg2+;
Kw – коэффициент пересчета на сухую почву.
Контрольные вопросы
1. К какой группе методов относятся выполненные вами химические анализы по изучению ионно-солевого состава водной вытяжки?
2. Как классифицируются все титриметрические методы ана­лиза?
3. Каково значение ионов кальция и магния в почвообразова­тельном процессе?
4. Присутствие каких ионов определяет щелочность почв?
5. Какое влияние оказывает хлорид-ионы на рост и развитие растений?
2.4. Оценка кислотно-основной буферности почвы
Почвенный покров не только геохимически аккумулирует ком­поненты загрязнений, но и выступает как природный буфер, суще­ственно снижающий токсичное действие поллютантов и регулиру­ющий поступление химических элементов в растение и, как след­ствие, в организм животных и человека.
Изучение кислотно-основной буферности, одного из важней­ших показателей кислотно-основного состояния почв, тесно связано с вопросом почвенной кислотности, физико-химическими процес-
46
сами, протекающими при известковании, гипсовании и рассолении, неблагоприятном воздействии кислых осадков на почву.
Под буферностью почвы понимают ее способность противо­стоять изменению реакции почвенного раствора в кислую или ще­лочную сторону при добавлении кислоты или основания. Буферной способностью обладают как жидкая, так и твердая фазы почвы.
Буферность химических свойств почв обеспечивается сохра­нением и воспроизведением в почве потоков веществ, связанных с процессами трансформации и перемещения продуктов почвообра­зования. Так как любой организованный комплекс взаимосвязанных и взаимодействующих природных объектов относится к системам, почву можно рассматривать как природную систему соединений химических элементов. Буферные свойства системы почвенных со­единений обусловлены иерархической организацией этой системы, гетерогенностью и полифункциональностью составляющих ее ком­понентов.
Различают буферную способность почв против изменения реакции в сторону подкисления и буферную способность против изменения реакции в сторону подщелачивания. Буферность зависит от химического состава и емкости поглощения почвы, состава по­глощенных катионов и свойств почвенного раствора. Она обеспечи­вается способностью различных химических соединений почвенно­го раствора как участвовать в различных реакциях, так и выполнять сходные функции в различных условиях.
Буферность почвы характеризуется количеством миллилитров кислоты или щелочи, которое необходимо прибавить, чтобы изме­нить концентрацию протонов в почвенном растворе. Обычно буфер­ность почвы выражают графически с помощью кривых титрования: на графике наносят кривую титрования чистого кварцевого песка, лишенного всякой буферной способности, и кривую титрования исследуемой почвы. Чем резче кривая титрования почвы отстает от кривой титрования песка, тем больше ее буферная способность. Кривая буферности графически выражает изменение рН почвенной суспензии при добавлении к почве кислоты или щелочи. Буфер­ность почвы выражается также буферной площадью – площадью между кривой титрования почвы и песка. Эта площадь делится на две части – для кислотной и щелочной областей. Для черноземов
47
буферная площадь как в кислой, так и в щелочной области примерно в 2–3 раза больше, чем для подзолистых почв.
Концентрация, катионо-анионный и вещественный состав по­чвенного раствора зависят и определяются емкостью поглощения почв и составом поглощенных катионов и могут изменяться под вли­янием удобрений и мелиорантов. Поэтому буферные свойства почв проявляются через реакции, происходящие в почвенном растворе.
В почвенном растворе буферность создается находящимися в нем слабыми органическими (например, уксусной) и минеральны­ми (например, угольной) кислотами и их солями:
(СН3СОО)2Са + 2HNO3 = 2СН3СООН + Ca(NO3)2;
Са(НСО3)2 + 2HNO3 = 2Н2СО3 + Ca(NO3)2;
2СН3СООН + Са(ОН)2 = (СН3СОО)2Са + 2Н2О;
Са(НСО3)2 + Са(ОН)2 = 2СаСО3 + 2Н2О.
Буферность природных почв в их естественном залегании от­личается от буферности отдельных проб почвы, которую находят в лабораторных условиях. Почва динамична, а проба почвы мертва, статична. В природных условиях буферность характеризует способ­ность почв не только противостоять изменению рН при добавлении кислоты или основания, но и восстанавливать прежнее значение рН во времени.
В поддержании стабильной реакции почв участвуют различные механизмы буферности. В почвах всегда происходят разнообразные реакции с присоединением и сдачей протонов, то есть встречаются различные буферные кислотно-щелочные системы. Поскольку части буферных систем проявляют свое действие самостоятельно или до­полняя друг друга, выявить, оценить частное явление буферности весьма трудно.
Буферность почв проявляется в устойчивости к временному повышению концентрации почвенного раствора, вызванному не­достатком влаги, неравномерным и периодическим внесением удо­брений и мелиорантов. Наиболее высокой буферной способностью
48
характеризуются тяжелые хорошо гумусированные почвы с высокой емкостью катионного обмена (ЕКО). К таким почвам относится чер­нозем выщелоченный. Буферные свойства почвы проявляются через реакции, происходящие в почвенном растворе, и могут меняться под воздействием удобрений и мелиорантов.
Буферность почвенного раствора обусловлена также присут­ствием в нем буферных систем, представленных смесью слабых кислот и их солей.
Чем выше емкость поглощения почвы, тем больше ее буферная способность. Наиболее высокой буферной способностью характери­зуются тяжелые хорошо гумусированные почвы.
Почвы с высокой степенью насыщенности основаниями (чер­ноземы, каштановые, дерновые, перегнойно-карбонатные и др.) об­ладают высокой буферной способностью против подкисления: весь водород почвенного раствора у них обменивается на поглощенные основания, вследствие чего водородный ион оказывается связанным коллоидными частицами.
Состав почвенного раствора влияет на буферность почв благо­даря находящимся в нем слабым органическим кислотам, их солям, угольной кислоте и ее солям.
Буферное действие обусловливается слабой степенью диссо­циации названных кислот и солей и способностью их связывать по­являющиеся в почвенном растворе кислоты и щелочи в недиссоции­руемые соединения.
В почвах с низкой буферностью (например, песчаных и су­песчаных, дерново-подзолистых) возможны резкие сдвиги реакции почвенного раствора при внесении высоких норм физиологически кислых и физиологически щелочных удобрений, что неблагоприят­но сказывается на урожайности сельскохозяйственных культур. По­этому рекомендуется увеличивать емкость поглощения таких почв для повышения их буферности систематическим внесением боль­ших норм органических удобрений.
Буферность почвы зависит от: 1) количества почвенных кол­лоидов (чем больше коллоидов в почве, тем выше ее буферность);
2) состава почвенных коллоидов (чем выше в почвах содержа­ние гумуса, монмориллонита и почвенных коллоидов с широким отношением кремнезема к глинозему, тем выше их буферность
49
по отношению к изменениям реакции); 3) состава обменных катио­нов (наличие большого количества катионов Ca2+, Mg2+, Na2+ и дру­гих оснований создает значительную буферность в кислую сторону; почвы, имеющие в составе обменных катионов H+ или Al3+ и спо­собные поглощать щелочь, обнаруживают буферность в щелочную сторону).
Буферность почв и почвенных растворов определяется путем их титрования: 1) по отношению к кислотам – растворами кислот;
2) по отношению к щелочам – растворами едких щелочей; 3) по от­ношению к соде – растворами соды.
Буферная способность является одним из элементов почвен­ного плодородия. Она позволяет сохранять благоприятные для рас­тений свойства почв. Буферность почвы необходимо учитывать при проведении химической мелиорации, так как при повышенной кис­лотности или щелочности почва, обладающая буферностью, сопро­тивляется изменению реакции, что требует внесения повышенных доз химических мелиорантов.
Буферность природных почв в их естественном залегании от­личается от буферности отдельных проб почвы, которую находят в лабораторных условиях. В лаборатории определяют лишь некото­рую статистическую характеристику почвенной пробы, изъятой из почвенного тела, в котором протекают различные процессы. В при­родных условиях буферность зависит не только от твердых фаз по­чвы, но и от населяющих организмов, от интенсивности нисходящих и восходящих потоков влаги, постоянно нарушающих складываю­щееся почвенно-химическое равновесие. Буферность в таких усло­виях приобретает черты динамического показателя и характеризует способность почв не только противостоять изменению рН при до­бавлении кислоты или основания, но и восстанавливать прежнее значение рН во времени.
Кислотно-основная буферность – важнейший показатель для расчета доз извести при известковании почв и оценки устойчиво­сти почв к действию кислых осадков. В поддержании стабильной реакции почв при выпадении кислых атмосферных осадков участву­ют различные механизмы буферности. В их числе реакции ионного обмена, растворение оксидов и гидроксидов, медленное разложение алюмосиликатов, реакции разложения карбонатов.
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]