Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Сборник заданий по почвоведению. Учебное пособие
.pdf
Al3+, занимавший центральное место в алюмогидроксильном окта-
32
+ +↔
эдре, превращается в ион Al(OH)
2+
или Al(OH)2+, который связан
с решеткой только электростатическими силами, т.е. уже не ковалентной, а ионной связью, хотя пространственно и занимает еще
прежнее положение. При последующем воздействии на почву оснований алюминий вытесняется в раствор.
Таким образом, ППК кислых почв всегда содержит небольшое
количество обменных H
зонтах (А
, А2В, В1, В2) кислых почв (подзолистых, дерново-подзоли-
2
+
и Al3+. Как правило, в малогумусных гори-
стых, серых лесных) обменная кислотность в основном обусловлена
обменными ионами Al
тах обменный H
3+
Al
может вообще отсутствовать, т.е. обменная кислотность будет
полностью обусловлена ионами H
3+
+
преобладает над обменным Al3+, причем обменный
, нежели H+. Наоборот, в гумусовых горизон-
+
.
Гидролитическая кислотность
Это та часть потенциальной кислотности, которая определяется
при взаимодействии с почвой раствора гидролитически щелочной
соли СН
СООNa (ацетата натрия) с рН 8,2.
3
В этом случае катион натрия вытесняет обменно-поглощенный
водород, алюминий и другие катионы в процессе эквивалентного
обмена. При этом щелочная реакция раствора соли уксуснокислого
натрия способствует более интенсивному вытеснению из ППК обменно-поглощенных катионов:
+
H
−
ППК 4CH COONa 3H O
↔ ++
ППК Al OH 4CH COOH.
3
+
Al
+
Na
−
3Na
( )
+
3
3
Гидролитическая кислотность, как правило, больше обменной.
Ее рассматривают как суммарную кислотность почвы, состоящую из
актуальной и потенциальной кислотности, и выражают в мг-экв/100 г
почвы.
Величину гидролитической кислотности используют для нахождения дозы извести, необходимой для устранения кислотности,
и расчета степени насыщенности почв основаниями.
71
Щелочность почв – способность почв нейтрализовать компоненты кислой природы и подщелачивать воду. Различают актуальную и потенциальную щелочность:
Актуальная щелочность – обусловлена присутствием в почве гидролитически щелочных солей: Na
MgCO
, Mg(HCO3)2 и др.
3
, NaHCO3, Ca(HCO3)2,
2CO3
Na
Эти соли увеличивают концентрацию ионов ОН
+ 2НОН→ H2CO3 + 2Na+ + 2OH–.
2CO3
-
в почвенном
растворе, рН становится щелочной.
Потенциальная щелочность – определяется содержанием обменно-поглощенного натрия в ППК, который переходя в раствор,
подщелачивает его.
Потенциальную щелочность отдельно не оценивают, и щелочность почвы выражают по значению актуальной щелочности.
Почвы с щелочной реакцией среды формируются в регионах
с дефицитом атмосферных осадков, где ограничен вынос из почв
и почвообразующих пород продуктов выветривания и почвообразования. Щелочная реакция среды типична для каштановых и светло-каштановых, бурых полупустынных и серо-бурых пустынных почв, сероземов, карбонатных черноземов и темно-каштановых почв. Особенно
высокой щелочностью отличаются содовые солонцы и солончаки.
Высокая щелочность почв неблагоприятна для большинства
сельскохозяйственных культур. В условиях щелочной среды в растениях нарушается обмен веществ, снижается растворимость и доступность фосфатов, соединений железа, меди, марганца, бора и цинка.
При щелочной реакции в почвенном растворе появляются токсичные для растений вещества, в частности, сода и алюминаты натрия.
В случае резкого повышения рН корневые волоски растений испытывают щелочной ожог, что негативно отражается на их дальнейшем развитии и может привести к отмиранию. Сильнощелочные почвы характеризуются ярко выраженными отрицательными агрофизическими свойствами, что связано с сильной пептизацией почвенных коллоидов и растворением гумусовых веществ. Такие почвы
обесструктуриваются, приобретают высокую липкость во влажном
72
состоянии и твердость в сухом, отличаются плохой фильтрацией
и неудовлетворительным водно-воздушным режимом. Сильнощелочные почвы малоплодородны.
Буферность почв
Под буферностью почвы понимают ее способность как полифункциональной системы противостоять изменению концентрации
почвенного раствора, особенно ее щелочно-кислотного и окислительно-восстановительного состояния.
Буферные свойства почвы связаны с процессами физико-химического (обменного) поглощения ионов, перехода различных соединений в ионные и молекулярные формы, с нейтрализацией и выпадением в осадок вновь образующихся соединений. В основном буферность почвы определяется качеством ее твердой фазы, однако механизм работы буферных систем почвы весьма разнообразен и может
обходиться без вовлечения элементов твердой фазы.
Изменение концентрации почвенного раствора проявляется
при внесении в почву в виде удобрений водорастворимых солей, которые локально могут создавать токсичные для растений концентрации. Благодаря буферности почв это отрицательное свойство высоких концентраций блокируется. В целом чем большей емкостью поглощения обладает почва, тем выше ее буферная способность. Наименьшая буферность свойственна песчаным почвам и пескам.
Величина буферности почв зависит от содержания почвенных
коллоидов (чем больше коллоидов, тем выше буферность), их качества (чем больше гумусовых веществ, глин группы монтмориллонита, минеральных коллоидов с широким отношением кремнезема
к глинозему, тем буферность выше), состава обменно-поглощенных
катионов (наличия в ППК катионов кальция, магния, калия, натрия
препятствует подкислению почв, а катионов водорода, алюминия –
подщелачивания).
Приемы мелиорации кислых и щелочных почв
Мелиорация (от лат. мelio – улучшать) – это система меро-
приятий по улучшению свойств и режимов почв, созданию благоприятных условий для роста и развития растений. Мелиорация
73
обеспечивает создание важнейших условий для получения высоких и устойчивых урожаев, рациональное использование почв, совершенствует производство, качественно меняет условия и производительность труда. Следует иметь ввиду, что мелиорация представляет собой лишь часть сложного комплекса мероприятий,
направленных на оптимизацию процесса сельскохозяйственного
производства, общего объема продуктивности почв.
Мелиорация кислых почв
1. Известкование. Теория и практика известкования кислых
почв были освещены еще в работах И. А. Стебута (1865) и получали завершенность в классических работах Д. Н. Прянишникова,
К. К. Гедройца.
Основное известковое удобрение – известняк CaCO
– прак-
3
тически нерастворимо в воде, однако под влиянием содержащейся
в почвенном растворе углекислоты карбонат кальция постепенно
превращается в растворимый бикарбонат кальция: CaCO
+ CO
= Ca(HCO3)2.
2
Бикарбонат кальция диссоциирует на ионы Ca
2+
+ H2O +
3
и 2 HCO3– и ча-
стично подвергается гидролизу:
Ca(HCO
+ H2O = Ca(OH)2 +2 H2O + 2CO2;
3)2
Ca(OH)
= Ca2+ + 2OH–.
2
В почвенном растворе, содержащем бикарбонат кальция, повышается концентрация ионов Ca
2+
и OH–. Катионы кальция вытесняют
ионы водорода из почвенного поглощающего комплекса, и кислотность нейтрализуется:
[ППК]2Н
+
+ Ca2+ + 2 HCO3– → [ППК]Ca + 2 H2O +2 CO2.
Что положительного дает известкование?
1. Внесение извести устраняет актуальную и обменную кис-
лотность, значительно снижается гидролитическая кислотность.
2. В почвенном растворе повышается степень насыщенности
почвы основаниями и содержание кальция. Кальций коагулирует по-
74
чвенные коллоиды, и, как следствие, образуются структурные агрегаты с последующим улучшением водно-воздушного режима, повышения водопроницаемости. Почва легче поддается обработке. Физическая спелость почвы наступает на 2–3 дня раньше.
3. Ввиду повышения поглотительной способности почвы
уменьшаются потери элементов питания через вымывание. Снижается содержание подвижного алюминия, марганца, подвижность тяжелых металлов и загрязняющих веществ.
4. Усиливается микробиологическая активность почвы, особенно активность азотфиксирующих микроорганизмов, нитрификаторов. Подавляется жизнедеятельность патогенной микрофлоры.
5. Происходит мобилизация запасов фосфора за счет интенсификации минерализации органического вещества и перевода фосфатов алюминия, железа в более подвижные кальцийфосфаты.
6. Повышается доступность растениям целого ряда микроэлементов.
7. Улучшается питание растений кальцием и магнием. В растениях активно синтезируются завершенные биохимические соединения (белки, жиры, углеводы).
8. Повышается эффективность органических и минеральных
удобрений и бактериальных препаратов.
Что отрицательного дает известкование?
1. Усиление минерализации органического вещества почвы,
если известкование не сопровождается применением органических
удобрений, может сопровождаться обеднением почвы.
2. «Известкование обогащает родителей, но разоряет детей», –
говорит голландская пословица.
3. После известкования активизируется почвенный калий, но
может быть нарушено соотношение K:Ca с преобладанием последнего. Поэтому в некоторых случаях возникает потребность в увеличении доз калийных удобрений.
4. Возникает необходимость контроля обеспеченности растений некоторыми микроэлементами.
5. После известкования возрастает вымывание оснований
и органического углерода, 78–87 % которых представлены фульво-
и низкомолекулярными органическими кислотами, а 13–22 % –
веществами, сходными с гуминовыми кислотами.
75
Экологическая и экономическая напряженность в сельскохозяйственном производстве предполагает поиск и других нетрадиционных подходов к использованию кислых почв:
а) создание и подбор устойчивых и толерантных к повышенной кислотности, к высокому содержанию подвижного алюминия
сортов культурных растений. Растения участвуют в регулировании
реакции среды через корневые выделения: если в почве больше катионов, растения преимущественно выделяют анионы; если в почве
больше анионов, растения выделяют катионы;
б) использование на кислых почвах минеральных удобрений
на фоне органических;
в) освоение альтернативных систем земледелия, исключающих применение физиологически кислых удобрений.
Химические мелиоранты – удобрения длительного действия.
При многократных механических обработках почвы они тщательно
перемешиваются со всей массой пахотного слоя. Полная доза извести оказывает положительное действие на урожай полевых культур
на средне- и тяжелосуглинистых почвах в течение 15–20 лет, а на почвах легкого гранулометрического состава 8–10 лет. Главное условие – необходимо, чтобы максимальный сдвиг показателя рН в сторону щелочного интервала по времени совпал с размещением на известкованном поле культуры, наиболее отзывчивой на это мероприятие. И наоборот, культуры, на которые известкование оказывает отрицательное действие, должны размещаться на этом поле в момент
затухания действия мелиоранта.
2. Сидерация. Заделка в почву зеленой массы культур, содер-
жащих в своем химическом составе кальций (бобовые культуры).
3. Внесение физиологически щелочных минеральных удо-
брений. Внесение в почву кальциевой и натриевой селитры, преципитата, кроме того, может быть внесена древесная зола.
4. Внесение органических удобрений. Внесение в почву на-
воза, перегноя, готовых компостов способствует нормализации биологических процессов и нейтрализации реакции среды.
76
Мелиорация щелочных почв
Главный способ коренного улучшения щелочных почв – гипсование, т.е. внесение в почву в качестве мелиорирующего средства
гипса CaSO
∙2H2O. Теоретическое обоснование гипсования солон-
4
цов было дано в работах академика К. К. Гедройца. При внесении
в солонцовые почвы гипса протекает реакция:
[ППК]2Na + CaSO
∙2H2O → [ППК]Сa + Na2SO4.
4
При внесении в почву гипса в почвенном растворе устраняется
сода, поглощенный натрий вытесняется и замещается кальцием с образованием хорошо растворимой нейтральной соли – сульфата натрия. Таким образом, данный прием устраняет щелочную реакцию
солонцовой почвы. Замена поглощенного натрия кальцием сопровождается коагуляцией почвенных коллоидов; образующиеся при
разложении растительных остатков молодые гумусовые вещества
в присутствии кальция склеивают почвенные комочки, поэтому почва приобретает прочную комковатую структуру, улучшаются ее физические свойства, водопроницаемость и аэрация, облегчается обработка. Устраняя щелочность и улучшая физические свойства почвы, гипсование создает благоприятные условия для развития и деятельности почвенных микроорганизмов. Поэтому под влиянием гипсования улучшаются физические, физико-химические и биологические свойства солонцеватых почв, повышается их плодородие, они
становятся пригодными для возделывания даже весьма требовательных культур.
Непременным условием успешной мелиорации является удаление побочных продуктов реакции гипсования (Na
) из корнеоби-
2SO4
таемых горизонтов почвы во избежание ее вторичного засоление ее
вторичного засоления, а это достигается при достаточном естественном увлажнении. Поэтому гипсование целесообразно сочетать с мероприятиями, усиливающими промывание почвы (снегозадержание,
дренирование), особенно эффективно в условиях орошения. Орошение способствует удалению натриевых солей из почвенной толщи
и предотвращает возможность вторичного осолонцевания или засоления почвы. В условиях орошения мелиоративный эффект может быть достигнут за сравнительно короткий период – 2–3 года.
77
В условиях богарного земледелия химический метод (гипсование)
наиболее эффективен в степной зоне с годовым количеством осадков 400–450 мм при мелиорации черноземных и лугово-черноземных солонцов.
Для мелиорации почв содового засоления используют прием –
кислование. При кисловании содовых солонцов происходит их радикальное улучшение: нейтрализация щелочности, разложение карбонатов с переходом их в сульфаты и бикарбонаты кальция и магния
и образование тонкодисперсного гипса, вытесняющего обменный
натрий из ППК.
Изучение генетических особенностей солонцовых почв, своеобразное строение их профиля позволило разработать методы коренного улучшения солонцов без внесения химических мелиорантов извне путем использования внутренних ресурсов самой почвы.
В солонцах второй группы поглощенного натрия немного и нет
соды. На этих почвах наиболее эффективен агробиологический способ освоения солонцов. Он заключается в сочетании механического,
химического и биологического воздействий на солонцовые почвы
с целью их улучшения и состоит из комплекса мероприятий:
– мелиоративная обработка почв, направленная на создание
глубокого пахотного и корнеобитаемого слоя с вовлечением в него
углекислого кальция или гипса из нижележащих горизонтов, за счет
которых осуществляется самомелиорация солонцов;
– система применения органических и минеральных удобрений;
– система влагонакопительных мероприятий;
– посев культур-освоителей.
Впервые прием самомелиорации солонцов был предложен
В. А. Ковдой и А. Ф. Большаковым для мелиорации солонцов Прикаспийской низменности. Применение способа самомелиорации солонцов основано на том, что в зоне сухих степей и пустынной зоне
в этих почвах близко к дневной поверхности залегают гипсовый
и карбонатный горизонты. С помощью плантажной вспашки на глубину 50–55 см гипсовый горизонт, залегающий в этих почвах на глубине 35–50 см, перемешивают с солонцовым. Способ мелиоративной обработки зависит от мощности надсолонцового и солонцового
горизонтов и глубины залегания карбонатов. На глубоких и средних
солонцах применяют трехъярусную вспашку плугом ПТН-40. При
78
такой обработке гумусовый надсолонцовый горизонт остается на
поверхности, а солонцовый и карбонатный меняются местами.
На мелких солонцах с неглубоким (до 40 см) залеганием карбонатов проводят плантажную вспашку плугом ППН-50. При этой
вспашке происходит перемешивание гумусового, солонцового
и подсолонцового (карбонатного) горизонтов. После плантажной
вспашки производят обработку почв тяжелыми дисковыми боронами для разрушения глыб, а также выполняют мероприятия по накоплению влаги в почве путем устройства продуваемых полос, посева высокостебельных культур для создания кулис. Затраты на проведение мелиоративной вспашки окупаются за 2–3 года, а длительность действия продолжается 10–12 лет.
Агробиологическая мелиорация включает в себя накопление
влаги, введение черных и кулисных паров, напахивание снежных
полос, лиманное орошение. Благодаря этому создаются условия для
увеличения запасов и выноса вредных солей в нижележащие горизонты. Мелиоративную обработку солонцов осуществляют в раннем
или черном пару. При обработке раннего пара основную мелиоративную вспашку на 45–50 см проводят весной, летом его культивируют. Ранней весной следующего года боронуют и высевают культуры – освоители солонцов.
При обработке черного пара основную мелиоративную вспашку
проводят осенью. На следующий год осуществляют уход за паром (ранневесеннее боронование, культивация, осеннее глубокое рыхление).
Отрицательные свойства сильнозасоленных почв и солончаков
могут быть ослаблены в результате биологической мелиорации. Этот
вид мелиорации осуществляется путем возделывания на засоленных
почвах галофитов. Галофиты способны поглощать до 25–50 % солей
от собственной сухой массы. Скашивание и удаление солянок позволяет освободить поверхностные горизонты от части солей. Кроме
того, солянки затеняют почву, обогащают ее верхние горизонты органическим веществом. Такими растениями в зоне каштановых почв
являются тамариск, лох, скумпия, акация желтая, клены татарский
и ясенелистный. Своей корневой системой они благоприятно влияют на физические и химические свойства почвы. Дополнительная
аккумуляция снега не только улучшает их водный режим, но и способствует промывке солей.
79
Землевание как способ мелиорации заключается в искусственном создании мощного плодородного пахотного горизонта на поверхности солонца или сильносолонцовой почвы. С этой целью
скреперами срезают тонкий (1–2 см) слой поверхностного горизонта
окружающей солонец плодородной несолонцовой почвы, который
и будет пахотным горизонтом нового профиля. Этот прием наиболее
эффективен для мелиорации солонцов черноземной зоны, поскольку
срезка поверхностных слоев при тщательном выполнении этого приема не вызывает заметного изменения плодородия черноземов.
Срезанный мелкозем гумусового горизонта в буртах складируют на поверхности мелиорируемых солонцовых участков, а затем
разравнивают грейдерами по полю. Н. В. Орловский, впервые предложивший этот прием мелиорации солонцов в черноземной зоне Западной Сибири, считал достаточным нанесение слоя мощностью
6–9 см в несколько приемов. Землевание должно сочетаться с интенсивной системой мероприятий по восстановлению плодородия почв
на срезанных участках поверхности. Большое значение приобретает
внесение удобрений, особенно органических, посев сидератов.
Примеры решения задач
Пример 1. Из пробы почвы взята навеска массой 10 г и обработана 25 мл 2М раствора НС1. По завершении реакции избыток
кислоты оттитрован стандартным раствором NaOH. Расчеты показывают, что на реакцию с почвой расходуется 22,5 мл кислоты. При
условии, что кислота реагирует только с СаСО
, вычислите процент-
3
ное содержание этого вещества (по массе) в почве. Если кислота реагирует с доломитом CaMg(CО
, найдите процентное содержание
3)2
этого вещества в почве.
Решение
Соляная кислота взаимодействует с карбонатом кальция по
уравнению:
СаСО
+ 2НС1 → СаС12 + СО2 + Н2О.
3
Определим количество кислоты, которое прореагировало
с СаСО
:
3
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]