Почва. Почва имеет многоуровневую структурную организацию

• Название: Почва имеет многоуровневую структурную организацию
• Анкор: Почва.doc
• Дата: 20.05.2018
• Размер: 0.81 Mb.
• Имя файла: Почва.doc
• Тип: Документы; #19480
• страница: 7 из 9

Ход работы

Этим методом определяются те подвижные соединения фосфора, которые переходят в раствор при обработке почвы 0,2 н раствором НСl. Раствор этот извлекает из почвы фосфаты кальция, большую часть фосфатов железа и алюминия, но не затрагивает органических соединений фосфора. Одновременно вытесняются обменный калий и его водорастворимые формы. Метод пригоден для некарбонатных почв.

На технохимических весах отвешивают 5 г воздушно-сухой почвы, пропущенной через сито с отверстиями 1 мм, помещают в колбу и обрабатывают 25 мл 0,2 н раствора НСl. Колбу встряхивают в течение
1 мин и оставляют в покое на 15 мин, после чего содержимое фильтруют через небольшой складчатый фильтр. Фосфор в растворе определяют колориметрическим методом с использованием молибденовокислого аммония.

Метод основан на образовании комплексной фосфорномолибденовой кислоты при взаимодействии молибденовокислого аммония с фосфором. Фосфорномолибденовая кислота восстанавливается оловом в солянокислой среде до оксидов молибдена, окрашенных в голубой цвет: (МоО₂·4МоО₃)₂ · Н₃РО₄ · 4Н₂О

Из фильтрата берут пипеткой от 3 до 25 мл (в зависимости от предполагаемого содержания фосфора) в мерную колбу вместимостью
50 мл, разбавляют дистиллированной водой до 40-45 мл, прибавляют пипеткой 2 мл 2,5 % раствора молибденовокислого аммония, тщательно перемешивают и вносят 3 капли раствора хлористого олова. Содержимое колбы доводят до метки и вновь тщательно перемешивают. Через 5-10 мин приступают к колориметрированию, предварительно приготовив серию образцовых растворов. Для этого из рабочего образцового раствора, содержащего 0,01 мг Р₂О₅ в 1 мл, в каждую из 10 мерных колб вместимостью 100 мл бюреткой наливают следующее количество образцового раствора:

Номер колбы 1 2 3 4 5 6 7 8
Количество образцового

раствора, мл 2 4 6 8 10 20 30 40
Содержание Р₂О₅

в 100 мл, мг 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,20 0,30 0,40
В колбы прибавляют дистиллированную воду до 90-95 мл, 4 мл
2,5 % раствора молибденовокислого аммония, 6 капель раствора хлористого олова и аскорбиновую кислоту. Все тщательно перемешивают, доводят раствор до метки дистиллированной водой и вновь перемешивают. После этого приступают к фотометрированию.

Для определения концентрации фосфора в растворе строят калибровочный график.
Задания для самоподготовки

1. Круговорот фосфора в природе.

2. Роль соединений фосфора для почв и растений.

3. Классификация соединений фосфора по доступности для растений.

4. Источники поступления соединений фосфора в почву.

5. Особенности усвоения соединений фосфора растениями.

6. ПДК фосфора в почве.
Лабораторная работа № 5

Определение емкости поглощения в карбонатных почвах методом Е.В. Бобко и Д.Л. Аскинази
Цель работы: научиться определять емкость поглощения в карбонатных почвах.

Теоретическое обоснование

Согласно К.К. Гедройцу, под поглотительной способностью следует понимать способность почвы задерживать «соединения или части их, находящиеся в растворенном состоянии, а также коллоидально распыленные частички минерального и органического вещества, живые микроорганизмы и грубые суспензии». Совокупность компонентов почвы, участвующих в процессах поглощения, К.К. Гедройц назвал почвенным поглощающим комплексом, или сокращенно ППК. Основную часть ППК составляют почвенные коллоиды. К.К. Гедройц выделил 5 видов поглотительной способности: механическую, физическую, физико-химическую или обменную, химическую и биологическую.

Механическая поглотительная способность – это свойство почвы задерживать взмученные в фильтрующейся через почву воде частицы, если они превышают определенный размер.

Физическая поглотительная способность обусловлена значительной поверхностной энергией тонкодисперсных частиц в результате чего на поверхности раздела твердая фаза почвы ↔ раствор изменяется концентрация находящихся в растворе молекул различных веществ вследствие развития сил отталкивания или притяжения между этими молекулами и поверхностью.

Физико-химическую или обменную поглотительную способность почв определяют, как способность почв обменивать некоторую часть находящихся на поверхности частиц катионов на эквивалентное количество катионов находящихся в растворе. Между катионами твердой фазы почвы и катионами раствора устанавливается равновесие.

Химическая поглотительная способность почв заключается в том, что из катионов и анионов почвенного раствора образуются труднорастворимые соли, они осаждаются из раствора и переходят в твердую фазу почвы.

Биологическая поглотительная способность почв связана с поглощением различных веществ из раствора растениями и микроорганизмами.

Катионы, находящиеся во внешнем слое (слое компенсирующих ионов) мицеллы почвенных коллоидов и способные к обменным реакциям с катионами почвенного раствора, называются обменными. Обменными катионами в почвах являются Са²⁺, Mg²⁺, H⁺, К⁺, Na⁺, NH₄⁺, Аl³⁺. Реакцию обмена, протекающую между обменными катионами и катионами почвенного раствора, можно представить следующей схемой:

[почва] Са²⁺ + 2 КСl = [почва] 2 К⁺ + СаСl₂

Обменная реакция протекает с большой скоростью и является обратимой. Для ее протекания в одном направлении необходимы многократная обработка почвы раствором соли и удаление образующихся продуктов из сферы реакции.

Вся сумма обменных катионов почвы называется емкостью обменного поглощения. Как количество отдельных обменных катионов, так и емкость обменного поглощения выражаются в миллимолях на 100 г почвы.

Емкость катионного обмена – это максимальное количество обменных катионов, которое может удержать почва в обменно-поглощенном состоянии, выраженное в мг-экв/100 г почвы. Песчаные почвы имеют самую низкую емкость катионного обмена – 1-5 мг-экв/100 г почвы, супесчаные – 7-8, суглинистые – до 15-18, глинистые – 25-30 мг-экв/100 г почвы и выше.

Величина емкости поглощения дает представление о количестве коллоидов в почве и колеблется в зависимости от типа почвы
от 3-5 (подзолистые почвы) до 25-30 мг-экв (черноземы). Лишь в торфяных горизонтах заболоченных и болотных почв она достигает
50-100 мг-экв на 100 г почвы. Емкость катионного обмена в гумусовых горизонтах, как правило, выше, чем в материнской породе. Так, в верхнем горизонте чернозема она достигает 50-60 мг-экв/100 г почвы.

Обменные катионы можно количественно вытеснить из почвы катионом любой соли, который не входит в состав обменных катионов и анион которой не дает с последними нерастворимых соединений. Обычно пользуются 1 н раствором NaCl, NH₄Cl, CH₃COONH₄.

Ионообменные свойства почвы связаны с процессом эквивалентного обмена находящихся в почвенном поглощающем комплексе катионов и анионов взаимодействующего с твердыми фазами почвы раствора. Основная часть обменных анионов находится в почвах на поверхности гидроксидов железа и алюминия, которые в условиях кислой реакции имеют положительный заряд. В обменной форме в почве могут присутствовать анионы Cl^-, NO₃^-, SeO₄^-, MoO₄^2-, HMoO₄^-. Обменные фосфат-, арсенат- и сульфат-ионы могут содержаться в почвах в небольших количествах, так как эти анионы прочно поглощаются некоторыми компонентами твердых фаз почвы и не вытесняются в раствор при воздействии других анионов. Поглощение анионов почвами в неблагоприятных условиях может приводить к накоплению ряда токсичных веществ. Обменные катионы находятся на обменных позициях глинистых минералов и органического вещества, их состав зависит от типа почв. В тундровых, подзолистых, бурых лесных почвах, красноземах и желтоземах среди этих катионов преобладают ионы Al³⁺, Al(OH)²⁺, Al(OH)₂⁺ и H⁺. В черноземах, каштановых почвах и сероземах обменные процессы представлены преимущественно ионами Ca²⁺ и Mg²⁺, а в засоленых почвах – также ионами Na⁺. Во всех почвах среди обменных катионов всегда есть небольшое количество ионов К⁺. Некоторые тяжелые металлы (Zn²⁺, Pb²⁺, Cd²⁺ и др.) могут присутствовать в почвах в качестве обменных катионов.

Степень поглощения анионов почвой зависит от природы аниона, состава коллоидов и реакции среды. Физико-химическое поглощение аниона происходит при взаимодействии его с диффузным слоем полуторных оксидов и потенциалопределяющим слоем отрицательно заряженных коллоидов. При этом повышается емкость обмена и усиливается поглощение катионов. В кислой среде активность полуторных оксидов повышается, поэтому усиливается поглощение аниона фосфорной кислоты.

Если почва засолена легкорастворимыми солями, их необходимо предварительно удалить многократной промывкой почвы на воронке дистиллированной водой. Если почва содержит карбонаты щелочноземельных металлов или гипс, определять обменные катионы Са²⁺ и Mg²⁺ этим методом нельзя.
Приборы, посуда, реактивы: весы; сито; фарфоровая чашка; беззольный фильтр; стакан на 500 мл; электроплитка; муфель; 10%, 0,1 н, 0,2 н и 0,5 н растворы HCl; 10% раствор H₂SO₄; забуференный раствор BaCl₂; этиловый спирт; встряхиватель; магнитная мешалка; конические колбы; стеклянные воронки; мерный цилиндр; пипетка на 25 мл; бюретка на 50 мл; фильтры «синяя лента»; 0,05 н раствор NaOH; фенолфталеин.
Ход работы

1. Определение емкости поглощения

На технохимических весах взвешивают 10 г почвы, просеянной через сито в 1 мм, помещают ее в фарфоровую чашку и декантируют 0,05 н раствором НСl до полного разрушения карбонатов. Раствор из чашки переносят на плотный беззольный фильтр. Полноту разрушения карбонатов следует чаще контролировать пробой на кальций в фильтрате, вытекающем из воронки.

При наличии в почве гипса или большего количества карбонатов навеску почвы предварительно обрабатывают 2-3 раза 50 мл 0,8 н раствором HCl, а затем уже 0,05 н НСl.

После разрушения карбонатов почву в чашке обрабатывают забуференным до рН 6,5 раствором хлористого бария и постепенно таким же раствором переносят на фильтр.

Обрабатывают почву на фильтре хлористым барием до полного насыщения поглощающего комплекса барием, то есть до тех пор, пока окраска прошедшего через почву раствора хлористого бария от прибавления бромтимолового синего не будет примерно такой же, как в пробе исходного раствора ВаСl₂.

Дистиллированной водой отмывают почву и стенки воронки от механически задержанного хлористого бария до исчезновения реакции на хлор. Ее проводят следующим образом: 1-2 мл фильтрата, взятого из-под воронки, подкисляют 1 мл концентрированной азотной кислоты и добавляют 2-3 капли 1% раствора AgNO₃. Выпадающий белый осадок свидетельствует о содержании хлора в растворе. При появлении мутного раствора промывание заканчивают 88-96% этиловым спиртом, затем поглощенный барий вымывают из почвы 1,0 н раствором HCl до исчезновения реакции на барий.

Фильтрат собирают в стакан на 500 мл, упаривают до 200 мл и нейтрализуют избыток НСl 10% раствором аммиака, но не полностью, так как осаждают барий в кислом растворе.

Для осаждения бария фильтрат после нейтрализации доводят до кипения, приливают 5-20 мл горячей 10% Н₂SO₄, кипятят 2 минуты и оставляют в теплом месте на 18-20 часов.

Осадок BaSО₄ профильтровывают через плотный беззольный фильтр, отмывают от избытка серной кислоты горячей водой, подкисленной 10% раствором НСl, подсушивают, озоляют и прокаливают.

Емкость поглощения по барию вычисляют по формуле:



где А – содержание бария, % массы сухой почвы (емкость поглощения по барию); а – масса прокаленного остатка, г; 0,588 – множитель пересчета с ВаSO₄ на Ва:



где 100 – коэффициент пересчета на 100 г почвы;– коэффициент пересчета на сухую почву; С – навеска почвы, г.

Для пересчета полученных результатов в миллиэквиваленты содержание бария (А) делят на его эквивалентную массу (68,7) и умножают на 1000.
2. Определение суммы поглощенных оснований

Пробы почв массой 10 г (для чернозема – 5 г) взвешивают с погрешностью не более 0,1 г, пересыпают в конические колбы. К пробам приливают 50 мл 0,1 н раствора соляной кислоты, перемешивают на встряшивателе и оставляют на 24 ч. Определение суммы поглощенных оснований возможно как в отстоявшихся растворах, так и в фильтрате. В последнем случае раствор встряхивают вручную и фильтруют через бумажный фильтр «синяя лента».

Для анализа отбирают 25 мл отстоявшейся жидкости и титруют, контролирую рН с помощью ионометра или индикатора фенолфталеина, до появления ярко-розовой окраски, не исчезающей в течение
1 минуты. Титрование проводят 0,05 н раствором гидроксида натрия. В случае выпадения осадка полуторных окислов при титровании с фенолфталеином окраску следует наблюдать в прозрачном слое над осадком.

Сумму поглощенных оснований (в миллимолях в 100 граммах почвы) вычисляют по формуле



где V₀ – объем 0,05 н раствора гидроксида натрия, израсходованного на титрование пробы соляной кислоты, мл; V – объем раствора гидроксида натрия, израсходованный на титрование пробы вытяжки, мл;
С – концентрация раствора гидроксида натрия, моль/л; 100 – коэффициент пересчета на 100 г почвы; m – масса навески почвы, соответствующая взятому для титрования объему вытяжки, г.
Задания для самоподготовки

1. Что понимают под поглотительной способностью почв.

2. Виды поглотительной способности почв.

3. Структура почвенного поглощающего комплекса.

4. Классификация катионов и анионов по способности к почвенному поглощению.

5. Величина емкости поглощения некоторых почв.

6. Причины возникновения оснований в почве.

7. Почвенные коллоиды как носители сорбционных свойств почвы.

8. Что понимается под суммой поглощенных оснований.

9. Роль анионов в почве.
Лабораторная работа № 6

Определение карбонатов и гипса

Цель работы: научиться определять карбонаты и гипс в почвах, уметь оценивать химический состав почв по содержанию карбонатов и гипса.

Теоретическое обоснование

Одним из показателей валового состава почвы является содержание в ней СО₂ и карбонатов. Наличие или отсутствие свободных карбонатов является важным диагностическим признаком почв и их отдельных генетических горизонтов. Присутствие в почве заметных количеств карбонатов препятствует развитию кислотности, а иногда приводит к возникновению щелочности, что оказывает важное влияние на подвижность многих веществ в почве и на агроэкологические особенности почв.

Этот показатель нужен также для различных пересчетов, необходимых при интерпретации данных о содержании других компонентов валового химического состава почв. Из карбонатов почти во всех видах почв преобладают карбонаты щелочно-земельных элементов RCO₃ (CaCO₃ – кальцит, CaMg(CO₃)₂ – доломит, MgCO₃ – магнезит, FeCO₃ – сидерит, Na₂CO₃·10H₂O – сода) и гидрокарбонаты – Са(НСО₃)₂. В жидкой фазе почв содержатся ионы Са²⁺, Mg²⁺, НСО₃^–, СО₃^2–, Н⁺, ОН^–. Эта система имеет важное значение для почв при их естественной влажности, определяя кислотно-щелочное равновесие и подвижность многих компонентов почвы.

Количественное определение карбонатов проводят в тех почвах, где они обнаружены качественно (проба с HCl) хотя бы в некоторых горизонтах. Основанием для определения карбонатов является также значение рН_Н2О >7. О примерном содержании карбонатов и соответственно размерах навески для анализа можно судить по характеру вскипания почвы (пробы) от 2-3 капель 10% раствора HCl (табл. 4).

Таблица 4

Определение величины навески почвы

для определения СО₂ карбонатов

Вскипание	Содержание СаСО3, %	Величина навески, г
Очень сильное (бурное)	>10	0,5–1,0
Сильное, продолжительное	5-10	1,0-1,5
Заметное, но кратковременное	4-3	1,5-2,0
Слабое и кратковременное	3-2	2,0-3,0
Очень слабое и малозаметное	2-1	3,0-5,0
Вскипание отсутствует	<1	>5,0

С целью удаления избыточного обменного натрия, отрицательно влияющего в первую очередь на физические свойства почвы, проводят ее гипсование.

Гипсование является одним из способов химической мелиорации солонцов и солонцеватых почв.

В результате гипсования натрий, растворённый в почве, замещается кальцием. В итоге улучшаются физические, физико-химические и биологические свойства почвы, что благоприятно сказывается на её плодородии.

Дозировка гипса определяется тем, какое количество натрия должно быть замещено кальцием в корнеобитаемом слое почвы. Больше всего гипса требуется на содовых солонцах. Гипс вносится в два приёма: первый раз перед вспашкой, второй – после неё под культивацию. На солонцеватых почвах, в которых меньше натрия, чем в солонцах, гипс вносится в меньших дозах. Гипсование проводится совместно с агротехническими мероприятиями, такими, как глубокая вспашка, орошение, внесение органических удобрений, задержание талых вод и снега, посев многолетних трав.

Для целей гипсования в основном применяется сыромолотый гипс, отходы производства удобрений (фосфогипс), отходы содовой промышленности.

В гипсе, продаваемом как удобрение, всегда содержится более или менее значительное количество посторонних примесей: известкового шпата, углекислой магнезии, песка и глины.

При удобрении гипс действует на вещества, находящиеся в почве, как в твердом виде, так и в растворе; переходя в углекислую известь он переводит двууглекислые щелочи в сернокислые, более способные проникать в глубь почвы, причем эти соли, дойдя до бедных кислородом слоев, превращаются, в присутствии разлагающихся без доступа воздуха органических веществ, в сернистые, затем, при избытке угольной кислоты, выделяя серу – в углекислые; таким образом, углекислый калий, находящийся в верхних слоях почвы, уносится в нижние почвенные слои, где снова превращается в углекислую соль. В водных кремнекислых соединениях известь гипса (31-35%) вытесняет другие основания, заменяя их собой. Гипс, растворенный в воде, извлекает из невыветрившихся горных пород, находящихся в почве, калий, натрий и магний в большем количестве, чем чистая вода, но не действует на растворение глинозёма, оксиды железа и кремневой и фосфорной кислот.

Значение гипсования почвы для сельскохозяйственной культуры объяснялось прежде непосредственным одновременным действием, как удобрение, обеих составных частей гипса – извести и серной кислоты.

Польза гипсования почвы действием каждой из составных частей гипса в отдельности проявляется в:

а) урожай увеличивается от применения гипсования даже на таких почвах, как меловые, где не может быть недостатка в кальции;

б) сера, хотя и входит в состав протеиновых веществ, но содержание ее в растениях настолько незначительно, что едва ли могут встретиться почвы, нуждающиеся в удобрении их серой в виде серной кислоты.

Влияние гипсования на рост растений зависит:

а) от состояния почвы и климата – оно благоприятно на почвах хорошо разработанных, содержащих в верхних слоях много питательных веществ, содействуя перенесению их вглубь почвы, и недействительно на почвах бедных, тяжелых, засоренных сорными травами, или покрытых стоячей на поверхности водой. Излишняя сухость, точно так же как и влажность почвы и климата одинаково ослабляют действие гипса и делают его незаметным;

б) от различия культивируемых растений, гипсование наиболее производительно для бобовых растений (клевера, люцерны, эспарцета, бобов, вики и гороха) и гречихи, менее для горчицы, капусты и рапса и незначительно для корнеплодов.

Для надлежащего успеха гипсования крайне необходимо своевременное его выполнение: гипс в тонкоизмельченном, порошкообразном виде разбрасывается по поверхности, в количестве 160 до 640 кг на сотку. Гипсование повторяется каждые 5-6 лет.