Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методы почвенно-экологических исследований. Учебное пособие.pdf
X
- •Введение
- •Раздел 1
- •1.1. Определение интенсивности «дыхания» почвы
- •1.1.1. Полевой метод определения «дыхания» почвы (метод В. И. Штатного)
- •1.1.2. Лабораторный метод определения «дыхания» почвы (метод А.Ш. Галстяна)
- •1.2. Определение нитрификационной активности почв
- •Раздел 2
- •Методы почвенных исследований
- •1.3. Определение целлюлозоразлагающей активности почв
- •1.3.1. Определение целлюлозоразлагающей активности почв (полевой метод)
- •1.3.2. Определение активности разложения целлюлозы (лабораторный метод)
- •2.1. Показатели и методы оценки вещественного состава почв
- •2.1.1. Определение общего содержания азота методом Кьельдаля
- •2.2. Оценка гумусного состояния почвы
- •2.3. Интерпретация данных анализа водной вытяжки
- •2.3.1. Определение ионно-солевого состава водной вытяжки почвы
- •2.4. Оценка кислотно-основной буферности почвы
- •2.4.1. Оценка буферности почвы по отношению к кислотам и основаниям
- •Приложение 1
- •Приложение 2
- •Список литературы
- •Словарь терминов

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]
