Химические свойства почвы Занятие № 4.

Тема: Значение реакции почвенного раствора.

Пояснения к занятию: От реакции почвенного раствора во многом зависят другие особенности почвы, а также минеральное питание растений. Состав почвенного раствора, а особенно содержание в нем кислот и оснований, создает реакцию раствора, которая играет важную роль.

Реакция почвенного раствора определяется соотношением Н⁺ и ОН^- - ионов. Кислотность почв вызывается, с одной стороны, водородными ионами, находящимися в почвенном растворе, а с другой - поглощенными ионами. Ионы водорода обуславливают активную или актуальную, кислотность, а поглощение — потенциальную кислотность (обменную и гидролитическую) почвенного раствора.

По величине рН почвенного раствора почвы делят на сильнокислые (рН=3-4); кислые (рН=4-5); нейтральные (рН=6-7); щелочные (рН=7-8); сильнощелочные (рН=8-9).

Кислые почвы могут формироваться, если их материнские породы содержат при выветривании много кислых соединений. Кислотность почвы усиливается при обмене веществ почвенных организмов, выделяющих СО₂ в почвенный раствор. Она повышается при определенном типе подстилки; особенно усиливает кислотность опад многих видов хвойных, вересковых, а также сфагновые мхи и кукушкин лен. Значительно снижают рН почвы выделения промышленных предприятий, особенно содержащих SO₂.

Щелочная реакция почвы обычно обусловлена избытком солей, которые при гидролизе образуют сильные щелочи.

Определенный интерес представляют пространственные и временные вариации рН. На суше значение рН очень широко варьирует в зависимости от местообитаний, а в пределах одного местообитания меняется по горизонтам почвы, т.е. по вертикали. Поверхностные слои всегда кислее, чем подпочва, из-за большого содержания органических веществ, образующих кислоты. С глубиной активность этих органических веществ подавляется. В природных условиях кислотность почвы складывается под влиянием климата, материнской породы, минерального и органического состава почвы, рельефа местности, а также самой растительности.

Огромное влияние на кислотность почвы оказывает состав растительного покрова. Реакция почвы влияет на процесс почвообразования, на высвобождение и доступность минеральных питательных веществ, на условия существования и биологическую активность почвенных организмов и многие другие свойства почвы.

При усилении кислотности ион водорода, проникая в растение, вызывает в нем следующие изменения: подкисляет клеточный сок (что усиливает поступление в клетку катионов); изменяет проницаемость цитоплазмы; ухудшает углеводный обмен; снижает содержание белка (но содержание небелковых форм азота возрастает); снижает фосфорный обмен; уменьшает количество хлорофилла (что подавляет фотосинтез); задерживает закладку репродуктивных органов и оплодотворение. Отрицательное влияние кислой реакции почвы на растение усиливается с уменьшением в ней питательных веществ. Встречаемость разных видов растений на почвах с той или иной кислотностью различна.

Для многих видов, а также для сообществ типичны более или менее определенные границы кислотности почв. Различают следующие виды: ацидофильные, растущие на почвах с рН менее 6,7 (сильноацидофильные - менее 5,3; умеренно - 5,3 - 6,0; слабо - 6,1 - 6,7); нейтрофильные, растущие на границах рЬГ=6,8 - 7,2; базифильные - на почвах с рН более 7,3 (слабобазифильные - 7,3 - 8,0; сильнобазифильные - более 8,1); индифферентные, т.е. не имеющие выраженного оптимума в той или иной границе кислотности.

Кислотность почвы значительно меняется с глубиной, поэтому виды с разными рН - оптимумами могут расти рядом, но в этом случае их корни располагаются на разной глубине. Глубоко укоренные растения (особенно деревья) получают питательные вещества из горизонтов с совсем иной кислотностью, чем в поверхностных слоях. Проростки древесных пород и подрост обычно связаны с поверностными слоями почвы и с подстилкой, а как раз в этих слоях кислотность очень сильно зависит от опада господствующей породы. С глубиной влияние опада и подстилки уменьшается, но усиливается влияние водно-воздушного и других режимов.

Сообщества в целом являются более надежными индикаторами реакции почвы, чем отдельные виды; изменения кислотности почвы во многом обуславливает и направляет ход многих сукцессии растительности. Виды могут иметь определенные популяции, приспособившиеся не только к каким - то "уникальным" почвам, но также и популяции, адаптированные к широкой амплитуде " обычных" зональных почв.

Задание 1. Определить актуальную и обменную кислотность почвы.

Материалы и оборудование: образцы почв, весы с разновесами, прибор Н.И.Алямовского, 1М р-р KCI (74,56 г соли растворяют в 700-800 мл дистиллированной воды и доводят объем до 1 л). Раствор должен иметь рН=5,6-6,0, в противном случае добавляют по каплям 10% р-р HCI или КОН до получения заданной величины рН.

Пояснения к заданию: Определение кислотности почвы чаще всего проводят потенциометрическим и колориметрическим или цветным методом по шкале Н.И.Алямовского. Колориметрический метод основан на свойствах некоторых веществ, называемых индикаторами, менять окраску при изменении рН среды.

ХОД РАБОТЫ

1. Из смешанного образца отвесить 10 г почвы и насыпать в пробирку, вместимостью 50 мл.

2. Прилить к почве 25 мл 1М раствора КС1 (если определяют обменную кислотность) или 25 мл дистиллированной воды (если определяют актуальную кислотность).

3. Закрыть пробирку чистой пробкой и хорошо взболтать в течение 5 мин.

4. Дать жидкости хорошо отстояться до полного осветления в течение 18-24 часов.

5. Перенести пипеткой 5 мл прозрачной почвенной вытяжки в чистую пробирку и добавить туда 5-6 капель комбинированного индикатора.

6. Содержимое пробирки хорошо взболтать.

7. Цвет вытяжки сравнить с окраской стандартной шкалы растворов-эталонов и записать величину рН.

Задание 2. Определить гидролитическую кислотность почвы.

Материалы и оборудование: Образцы почвы, сита с диаметром отверстий 1 мм, технические весы с разновесами, колбы на 250 мл, мерные цилиндры, пипетки, бюретки, воронки, фильтры.

Реактивы.1. 1 н. раствор уксуснокислого натрия. 136,06 г соли CH₃COONa • ЗН₂О растворяют примерно в 500 мл дистиллированной воды и до­водят объем раствора водой до 1 л (в мерной колбе). Перемешивают и определяют рН. Для этого берут 20 - 25 мл раствора и прибавляют одну каплю фенолфталеина. Если раствор окрасится в слабо-розовый цвет, что соответствует рН 8,2, раствор пригоден для работы. Если после прибавления индикатора раствор остается бесцвет­ным, добавляют 1 н. раствор щелочи NaOH до тех пор, пока от одной капли инди­катора не будет получаться слабо-розовое окрашивание. Если раствор окрашивается в интенсивно розовый цвет, то добавляют 10-процентный раствор уксусной кислоты. Раствор сохраняется плохо, поэтому его готовят непосредственно перед упот­реблением.

2. 1-процентный раствор фенолфталеина. 1 г реактива растворяют в 100 мл 96% этилового спирта.

3. 0,1 н. раствор щелочи. 4,001 г химически чистой NaОH растворяют в 400 - 500 мл дистиллированной воды и доводят до 1 л.

Пояснения к заданию: При обработке почвы нейтральными солями (например, хлористым калием) вытесняется не весь поглощенный водород. Для его полного вытеснения необходимо воздействие щелочами, возникающими в растворах гидролитически щелоч­ных солей (например, уксуснокислого натрия). Уксусно-кислый натрий в воде гидролизуется с образовани­ем едкого натра по схеме: CH₃COONa + Н₂О = СН₃СООН + NaOH.

В результате взаимодействия раствора с почвой происходит полное замещение поглощенного водорода почвы натрием. Вы­тесненный водород, находящийся в почвенном растворе, обус­ловливает величину гидролитической кислотности. Поскольку раствор CH₃COONa щелочной (рН 8,2), то он вытесняет из почвенного поглощающего комплекса боль­ше ионов, чем раствор КС1. Поэтому в большинстве случаев величина гидролитической кислотности показывает сумму всех форм кислот­ности.

ХОД РАБОТЫ

1. Воздушно-сухой образец почвы растирают в ступке и про­сеивают через сито с отверстиями величиной 1 мм. Из просеянной массы берут навеску в 20 г и переносят ее в колбу емкостью 250 см³.

2. Наливают в колбу 50 мл 1н CH₃COONa, закрывают колбу резиновой пробкой, взбалтывают в течение 5 мин и оставляют на 30 мин.

3. После 24-часового отстаивания содержимое бутылки взбалтывают и фильтруют. Первые мутные порции филь­трата вновь пропускают через этот же фильтр.

4. Пипеткой дважды отбирают по 25 мл прозрачного фильтрата. Жидкость переносят в два стакана. В каж­дый стакан прибавляют по две капли раствора фенолф­талеина.

5. При помощи бюретки раствор титруют 0,1н NaOH до бледно-розовой окраски, не ис­чезающей в течение 1 мин.

6. Расчет гидролитической кислотности производят по сле­дующей формуле:

Н = а • 10 • 1,75 • 0,1,

где Н - гидролитическая кислотность, мг-экв./100 г сухой почвы; а - количество раствора NaOH, израсходованное на титро­вание, мл; 10 - множитель пересчета на 100 г почвы; 1,75 - поправка на неполное вытеснение ионов водорода при однократной обработке почвы раствором уксусно­кислого натрия; 0,1 - нормальность раствора едкого натра.