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: 8 из 9

Приборы, посуда, реактивы: муфель; канические колбы; фильтры; 10%, 0,02 н и 0,25 н растворы НСl; 0,02 н раствор NaOH; 0,02% раствор метилрота; 10% раствор BаОН; 10% раствор H₂SO₄; 10% раствор ВаСl₂.
Ход работы

1. Определение карбонатов.

Методы определения содержания карбонатов в почве основаны на весовом, объемном или газометрическом определении СО₂, вытесненного при разрушении карбонатов.

Наиболее простыми и быстрыми методами являются: объемный, основанный на разрушении карбонатов титрованным раствором кислоты с последующим определением избытка кислоты щелочью, и весовой, основанный на учете потери массы почвы за счет удаления СО₂ при разрушении карбонатов кислотой. Объемный метод применим при высоком, весовой – при любом содержании карбонатов.

Из образца почвы, просеянной через сито с отверстиями 1 мм, берут на аналитических весах навеску от 2 до 5 г (в зависимости от содержания карбонатов: чем оно больше, тем меньше навеска). Навеску помещают в колбу вместимостью 750-1500 мл, приливают 500-1000 мл титрованного раствора НСl. При содержании СО₂ карбонатов в количестве до 15 % применяют 0,02 н раствор НСl, при содержании СО₂ карбонатов от 16 до 18 % – 0,1 н раствор НСl, и в случае очень высокого количества СО₂ (более 18 %) применяют 0,2 н раствор НСl в объеме 250 мл. Навеску почвы настаивают с соляной кислотой в течение суток, периодически взбалтывая ее. Закрывать колбу пробкой нельзя, так как реакция разрушения карбонатов идет очень бурно:

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂

Через сутки настаивания проверяют реакцию раствора лакмусовой бумагой. Если реакция кислая, вытяжку отфильтровывают через бумажный складчатый фильтр. Если реакция не кислая, к раствору добавляют еще 100-200 мл титрованного раствора кислоты и снова настаивают в течение суток, периодически взбалтывая. Из отфильтрованной вытяжки берут пипеткой 25 мл раствора, прибавляют 2-3 капли индикатора метилового красного и титруют избыток кислоты титрованным раствором щелочи соответствующей концентрации (0,02; 0,1 или 0,2 н) до перехода красной окраски в бледно-желтую.

Количество СО₂ (%) вычисляют по формуле



где а – количество миллимолей в 25 мл исходного раствора кислоты (т.е. количество миллилитров НСl, умноженное на молярную концентрацию раствора); b– количество миллимолей в 25 мл вытяжки (т.е. количество миллилитров NaOH, умноженное на молярную концентрацию); 0,044 – граммовое значение миллимоля СО₂; 100 – коэффициент пересчета на 100 г почвы; К – коэффициент пересчета на сухую почву; с – навеска почвы, соответствующая 25 мл вытяжки.

Для пересчета процентного содержания СО₂ карбонатов в процентное содержание СаСО₃ полученный результат умножают на коэффициент 2,274.
2. Определение гипса

Определение количества гипса и глубины залегания гипсоносных горизонтов необходимо для общей характеристики почв, а также решения вопроса о способах коренной мелиорации солонцеватых почв и солонцов. Методы определения основаны на извлечении гипса 0,2 н раствором НСl (растворимость гипса в воде незначительна). При взаимодействии гипса с кислотой идет реакция:

CaSO₄ + 2 HCl → CaCl₂ + H₂SO₄

В фильтрате определяют ион SO₄^2- путем осаждения его хлористым барием.

Навеску почвы в 1-5 г (в зависимости от содержания гипса), просеянной через сито с отверстиями 0,25 мм, заливают в стакане на 100 мл 0,25 н раствором НСl, тщательно перемешивают и оставляют на ночь. Если почва очень богата гипсом (> 10%), навеску следует брать в пределах от 0,2 до 1 г.

Через сутки почву отфильтровывают, отмывают многократно декантацией 0,25 н раствором НСl до отсутствия реакции на ион SO₄^2- (проба с ВаС1₂). Фильтрат собирают в стакан, в котором предполагается осаждение SO₄^2-, выпаривают до объема 150-200 мл. Избыток соляной кислоты нейтрализуют 10% раствором аммиака, фильтрат подкисляют 10% раствором НСl до ясно кислой реакции, подогревают до кипения и осаждают SO₄^2- горячим 10% раствором ВаСl₂, который прибавляют из пипетки медленно, по каплям, в количестве 10 мл. Осадок оставляют на 2 ч в теплом месте. На другой день осадок фильтруют через фильтр диаметром 7-9 мм с синей лентой, промывают горячей водой, подкисленной несколькими каплями 10% раствора НСl до исчезновения реакции на барий (проба с 10% раствором Н₂SO₄).

Если при промывании осадок BaSO₄ начинает проходить через фильтр, то фильтрат следует еще раз перефильтровать. Осадок сернокислого бария озоляют, прокаливают в тигле при температуре не выше 600°С и после охлаждения в эксикаторе взвешивают. Чтобы получить правильное представление о количестве гипса в почве, необходимо из полученного количества SO₄^2- вычесть количество его, содержащееся в водной вытяжке. Количество SO₄^2- (%) вычисляют по формуле

,

где а – масса BaSO₄ во взятой навеске, г; 0,4114 – коэффициент пересчета на ион SO₄^2-; К – коэффициент для пересчета на сухую почву; с – навеска почвы, г; b– содержание SO₄^2- в водной вытяжке, %.

Если необходимо содержание гипса выразить в CaSO₄·2Н₂O полученное количество SO₄^2- умножают на 1,79.
Задания для самоподготовки

1. Влияние карбонатов на свойства почвы.

2. Перечислите минераты, представляющие карбонатные породы.

3. Влияние карбонатов на вскипание почвы.

4. Цели гипсования и известкования почвы.

5. Нормы и способы внесения гипса.

6. Значение гипсования для почвы.

7. Как проводится извлечение гипса из почвы.
Лабораторная работа № 7

Определение содержания кальция и магния
Цель работы: овладеть методом определения кальция и магния в почвенных объектах.
Теоретическое обоснование

В состав поглощенных катионов входят катионы кальция, магния, водорода, калия, натрия, аммония, железа и алюминия. Энергия поглощения катионов зависит от валентности. Сильнее поглощаются двухвалентные катионы (Са²⁺, Mg²⁺), слабее – одновалентные (Na⁺, NH₄⁺, К⁺). Ион водорода составляет исключение, его энергия поглощения во много раз превосходит энергию поглощения даже двухвалентных катионов. Поглощение катионов почвой сильно зависит от их концентрации в почвенном растворе. Катионы с большей концентрацией в растворе сильнее вытесняют из ППК другие катионы.

Качественный и количественный состав ППК в почвах разных типов значительно различается. Так, в черноземах ППК насыщен главным образом Са²⁺ и Mg²⁺. Известно, что эти двухвалентные катионы вызывают коагуляцию коллоидов и способны удерживать одновременно две коллоидные частицы. А так как в черноземах содержится еще и достаточное количество гумуса, то в них формируется ценная структура.

В почвах, находящихся к северу от черноземной зоны, кроме кальция и магния в ППК присутствует катион водорода, который создает кислую реакцию. В южных почвах наряду с кальцием и магнием присутствует катион натрия.

Особенно много поглощенного Na⁺ в солонцах. Почвы, насыщенные натрием, во влажном состоянии набухают, а при высыхании сильно уменьшаются в объеме, в них возникают вертикальные трещины, образуя столбчатые отдельности.

В зависимости от наличия поглощенного водорода почвы подразделяются на насыщенные и ненасыщенные основаниями. К почвам, насыщенным основаниями, относят черноземы, каштановые почвы, сероземы. В их поглощающем комплексе находятся только катионы Са²⁺, Mg²⁺, Na⁺. Ненасыщенные основаниями почвы – это подзолистые, дерново-подзолистые, серые лесные, болотные и другие почвы таежно-лесной и лесостепной зон. В них наряду с катионами Са²⁺ и Mg²⁺ содержатся катионы Н⁺ и Аl³⁺. Степень насыщенности почв основаниями (%) вычисляют по формуле

V=S·100/(S+H)

где S – сумма поглощенных оснований, мг-экв/100 г почвы; Н – гидролитическая кислотность, мг-экв/100 г почвы.

Ион алюминия оказывает отрицательное влияние на рост и развитие сельскохозяйственных растений только в условиях сильнокислой реакции. При наличии в растворе иона водорода ион алюминия становится подвижным и может появляться как в почвенном растворе, так и в ППК.

Таким образом, свойства почвы в значительной степени зависят от состава обменных катионов. Почвы, содержащие Са²⁺ и Mg²⁺, имеют реакцию, близкую к нейтральной, они хорошо оструктурены и обладают благоприятными физическими свойствами. Почвы, в ППК которых наряду с Са²⁺ и Mg²⁺ содержится значительное количество Na⁺, имеют щелочную реакцию, плохо оструктурены и трудно поддаются обработке.

Для почв, ненасыщенных основаниями, характерны кислая реакция серы и слабая структура.
Приборы, посуда, реактивы: конические колбы по 250 мл; пипетка; бюретка; хлоридно-аммиачный буфер; хромоген черный; 0,05 н раствор трилона Б; 0,1% раствор диэтилдитиокарбоната натрия (С₅Н₁₀NS₂Na3H₂O); 1% раствор сульфида натрия (Na₂S·9H₂O); 1% раствор солянокислого гидроксиламина (NH₂OH∙HCl); 10% раствор КОН или NaOH; мурексид.
Ход работы

1. Определение суммарного содержания ионов кальция и магния

В две конические колбы по 250 мл пипеткой вносят по 25 мл водной вытяжки.

Приливают в каждую колбу по 75 мл дистиллированной воды, лишенной ионов кальция, магния и меди. Проверяют воду на Са²⁺, Mg²⁺ следующим образом: к 100 мл дистиллированной воды прибавляют
5 мл хлоридно-аммиачного буфера, 10 капель хромогена черного и перемешивают. При отсутствии ионов кальция и магния вода окрашивается в синий цвет. Если раствор окрасится в красно-фиолетовый цвет, то его титруют 0,01 н трилоном Б. Расход трилона не должен превышать 1 мл. Проверку на Са²⁺ проводят следующим образом: к 10 мл воды прибавляют 1 мл 0,1% раствора диэтилдитиокарбоната натрия (С₅Н₁₀NS₂Na·3H₂O) и перемешивают. Желтоватый или золотисто-желтый цвет говорит о наличии ионов меди, при больших концентрациях – окраска коричнево-желтая.

Добавляют по 5-10 капель 1% раствора солянокислого гидроксиламина (для устранения влияния марганца на ход анализа),
по 2-3 капли 1% раствора сульфида натрия Na₂S·9H₂O (для устранения влияния меди), по 5 мл хлоридно-аммиачного буфера и по
10-15 капель хромогена черного (для окрашивания раствора в вишнево-красный цвет).

Титруют содержимое одной из колб 0,05 н раствором трилона Б. Вторая колба служит для сравнения окраски.

При титровании раствор все время перемешивают. Вишнево-красный цвет жидкости вблизи точки эквивалентности приобретает лиловую окраску, после чего титруют медленно. Конец титрования устанавливают по появлению синего цвета с зеленоватым оттенком (сине-голубого).
2. Определение содержания кальция

Берут пипеткой по 25 мл водной вытяжки в две конические колбы вместимостью по 250 мл. Приливают в каждую по 75 мл дистиллированной воды, лишенной ионов Са²⁺ и Сu²⁺.

Добавляют по 5-10 капель водного раствора гидроксиламина,
по 2-3 капли 1% раствора сульфида натрия, по 2 мл 10% раствора КОН или NaOH (для доведения рН раствора до 12) и вносят деревянной лопаточкой мурексид (1-2 кристалла). Раствор должен окраситься в ярко-розовый цвет.

Немедленно титруют содержимое одной из колб 0,05 н раствором трилона Б до перехода ярко-розовой окраски в фиолетовую (лиловую). Титруют медленно, при постоянном перемешивании.

Отметив количество трилона Б, пошедшего на титрование, добавляют в колбу избыток трилона и оттитровывают содержимое второй колбы, используя в качестве свидетеля первую колбу с перетитрованным раствором.

Суммарное содержание ионов Са²⁺ + Мg²⁺ вычисляют по формуле



где А – Са²⁺+Мg²⁺, мг-экв на 100 г почвы; а – количество трилона Б, пошедшего на титрование, мл; 0,05 – нормальность трилона Б; С – навеска почвы, соответствующая количеству вытяжки, взятой для титрования; 100 – коэффициент пересчета на 100 г почвы; К_Н2О – коэффициент пересчета на сухую почву.

Содержание Са²⁺ (мг-экв) вычисляют по формуле



где В – содержание Са²⁺, мг-экв на 100 г почвы. Остальные обозначения те же, что и при вычислении Са²⁺ + Мg²⁺.

Содержание Са²⁺ (%) находят по формуле



где В – содержание Са²⁺, мг-экв на 100 г почвы; 20,04 – эквивалентная масса кальция; 1000 – коэффициент пересчета в граммы.

Содержание Мg²⁺ (мг-экв) вычисляют по формуле



где С – содержание Мg²⁺, мг-экв на 100 г почвы; А – содержание Са²⁺+Мg²⁺, мг-экв на 100 г почвы; В – содержание Са²⁺, мг-экв на 100 г почвы.

Содержание Мg²⁺, (%) вычисляют по формуле



где С – содержание Мg²⁺, мг-экв на 100 г почвы; 12,16 – эквивалентная масса магния; 1000 – коэффициент пересчета в граммы.
Задания для самоподготовки

1. От чего зависит энергия поглощения катионов.

2. Состав обменных катионов почв.

3. Роль кальция и магния в почве.

4. Влияние натрия на свойства почв.

5. Отличительная особенность насыщенных и ненасыщенных почв.

6. Влияние алюминия на свойства почвы.

7. Сумма обменных оснований.
Лабораторная работа № 8

Определение калия в почве
Цель работы: овладеть методом определения калия в почвенных объектах.
Теоретическое обоснование

В разных почвах количество калия колеблется от 0, 5 до 3% и зависит от их гранулометрического состава. Все почвы, за исключением торфяных и рыхло-песчаных, характеризуются высоким валовым содержанием калия (К₂О) – 1,2-2,5%, или 35-75 т на 1 га пахотного слоя. Преобладающая часть калия связана с глинистыми частицами почвы. Поэтому существует прямая связь между механическим составом почв и содержанием в них калия. Чем больше в почве мелкодисперсных частиц, тем больше в ней калия.

Соединения калия по степени подвижности и доступности для растений можно разделить на следующие группы:

1. Калий, входящий в состав прочных алюмосиликатных минералов, главным образом полевых шпатов (ортоклаза) и слюд (мусковита, биотита).

Калий полевых шпатов для растений малодоступен. Но под влиянием воды, изменений температуры среды и деятельности почвенных микроорганизмов происходит постепенное разложение этих минералов с образованием растворимых солей калия.

2. Калий обменный, поглощенный почвенными коллоидами, составляет 1,5% общего содержания этого элемента в почве. Ему принадлежит основная роль в питании растений. Хорошая доступность для растений обменного калия обусловлена его способностью при обмене с другими катионами легко переходить в раствор, из которого он усваивается растениями. При усвоении растениями калия из раствора новые порции его переходят из поглощенного состояния в почвенный раствор. По мере использования обменного калия этот процесс замедляется, а остающийся калий все прочнее удерживается в поглощенном состоянии.

Содержание обменного калия может служить показателем степени обеспеченности почвы усваиваемым калием. Типичные черноземы и сероземы богаче обменным калием, чем дерново-подзолистые почвы, особенно песчаные и супесчаные.

3. Водорастворимый калий представлен разными солями, растворенными в почвенной влаге (фосфаты, нитраты, сульфаты, хлориды, карбонаты калия), которые непосредственно усваиваются растениями. Содержание его в почве незначительно, так как из раствора калий сразу переходит в поглощенное состояние и потребляется растениями.

Водорастворимый калий в некоторых почвах может поглощаться в необменной форме, в результате снижается его доступность для растений. Необменная фиксация калия сильно выражена в черноземах и сероземах, особенно при их попеременном увлажнении и высушивании.

У зерновых культур калия содержится больше в соломе, чем в зерне, а у картофеля и свеклы – больше в ботве, чем в клубнях и корнях. При более полном использовании растительных отходов в корм и на подстилку скоту большая часть калия с навозом снова возвращается в почву.

ПДК калия в пересчете на хлористый калий составляет 560 мг/кг.
Приборы, посуда, реактивы: прибор ВИУА; цилиндр; кобальтнитрит натрия; пипетки; пробирки; штатив.

Ход работы

Запас калия в подзолистых почвах определяют с помощью прибора ВИУА. Главная часть его – шкала из восьми запаянных пробирок, помещенных в штатив с темной задней стенкой. В пробирках находится желто-оранжевая жидкость, а на дне осадок. Перед работой все пробирки тщательно встряхивают, и жидкость в пробирках становится мутной.

В первой пробирке осадка нет, поэтому после встряхивания в ней не образуется никакой мути. Во второй после встряхивания появляется небольшая муть, в третьей – больше, в четвертой – еще больше. А в последних пробирках шкалы осадок большой, и после встряхивания образуется большая муть. На фоне темной стенки штатива пробирки хорошо отличаются одна от другой по количеству мути.

Кроме шкалы, в приборе имеются реактивы и посуда, необходимые для определения калия в почве.

На технических весах взвешивают 20 г сухой почвы. Почву пересыпают в стакан или колбу. Реактив А 1 перемешивают так, чтобы поднялся осадок со дна бутылки. Цилиндром отмеривают 50 мл реактива А и заливают им почву в стакане или колбе. Содержание стакана перемешивают палочкой в течение 5 минут (в колбе взбалтывают). После этого суспензию фильтруют. Первые порции фильтрата отбрасывают. Вытяжку отфильтровывают полностью. В пробирку с меткой на 5 мл мерным черпачком насыпают 0,2 г сухого кобальтнитрита натрия и приливают туда 5 мл фильтрата (до метки на пробирке). Пробирку встряхивают до полного растворения кобальтнитрита натрия и оставляют на 30 минут.

После отстаивания пробирку снова встряхивают, чтобы взболтать осевший осадок, и сравнивают со шкалой образцовых пробирок. Пробирки образцовой шкалы перед этим тоже встряхивают.

Испытуемую пробирку помещают рядом с образцовыми; держат в руках и стоят, повернувшись спиной к свету.

Найдя пробирку образцовой шкалы, которая по мутности больше всего подходит к испытуемой пробирке, записывают ее номер в журнал против номера почвы, взятой на анализ.

Во время анализа нужно обязательно измерить температуру раствора в пробирках.

Содержание калия в почве рассчитывают по табл. 8 и выражают в условных единицах содержания оксида калия в миллиграммах на
100 м почвы (К₂О мг/100 г почвы).

Если муть в испытуемой пробирке гуще, чем муть в восьмой пробирке, вытяжку разбавляют. Делается это так: в пробирку насыпают 0,2 г кобальтнитрита натрия и туда приливают отмеренный пипеткой 1 мл или 2,5 мл фильтрата. Раствор доливают до метки отфильтрованным реактивом А. Потом пробирку встряхивают, отстаивают 30 минут, снова встряхивают и сравнивают с образцовой шкалой.

Если температура в пробирке отличается от приведенных в табл. 8 значений, берут по таблице графу с температурой, более близкой к замеренной.

Таблица 8

Расчет содержания К₂О в почве

№ образцовой пробирки	Температура в °С
	7	16	22	25	30
1	0	0	0	0	0
2	2,0	2,5	3,5	4,0	5,0
3	2,5	5,0	5,5	6,0	7,5
4	6,0	7,4	10,0	10,0	10,0
5	9,0	10,0	14,0	16,0	17,0
6	13,0	17,0	20,0	25,0	25,0
7	22,0	25,0	25,0	40,0	40,0
8	36,0	40,0

Если температура раствора одинаково отличается от значений, приведенных в таблице, находят оба результата по таблице, складывают их и делят пополам.

По содержанию калия все почвы делятся на следующие пять групп.

№ группы	Обменный калий в мг на 100 г почвы	Содержание обменного калия	Как нуждаются растения в калийных удобрениях
1	0-5	Низкое	Очень нуждаются
2	5-10	Среднее	Нуждаются
3	10-15	Выше среднего	Меньше нуждаются
4	15-25	Высокое	Не нуждаются
5	более 25	Очень высокое	Не нуждаются

По анализам почв на содержание калия составляют агрохимическую цветную картограмму.
Вопросы для самоподготовки

1. Особенности круговорота калия.

2. Содержания калия в различных типах почв.

3. Связь содержания калия и механического состава почвы.

4. Классификация калия по подвижности и доступности растениям.

5. ПДК калия в почве.
Лабораторная работа № 9

Определение кислотности и щелочности почв
и подвижного алюминия
Цель работы: определить различные виды кислотности и щелочности почв, подвижный алюминий в почвах, оценивать степень насыщения почв алюминием.
Теоретическое обоснование

Кислотность почв – это способность почвы подкислять почвенный раствор или растворы солей вследствие наличия в составе почвы кислот, а также обменных ионов водорода и катионов, образующих при их вытеснении гидролитически кислые соли (преимущественно Al³⁺). Различают актуальную кислотность, определяемую значением рН почвенного раствора или водной вытяжки, и потенциальную кислотность, носителем которой являются ионы H⁺ и Al³⁺, находящиеся в твердой фазе почвы в обменно-поглощенном состоянии, но подкисляющие почвенный раствор в результате обменных реакций при увеличении в нем концентрации электролитов (например, при внесении в почву удобрений).

По способу определения потенциальной кислотности различают обменную и гидролитическую кислотности.

Обменную кислотность определяют количеством титруемых ионов H⁺ и Al³⁺ в вытяжке, приготовленной с помощью раствора нейтральной соли – 1 н КСl. Обменная кислотность характеризуется также величиной рН солевой вытяжки (1 н КСl). Для кислых почв интервал значений рН солевой вытяжки лежит в очень широких пределах –
от 2 (иногда менее) до 6.

Гидролитическую кислотность (Нг) определяют титрованием кислоты, но в солевой вытяжке, приготовленной на основании ацетата натрия. Гидролитическая кислотность выше обменной в связи с тем, что равновесие ионного обмена в данном случае сдвинуто в сторону более полного перехода обменно-поглощенных ионов Н⁺ в жидкую фазу вследствие применения гидролитически щелочной соли (большая степень гидролиза солей алюминия в щелочной среде с образованием осажденного Al(OH)₃ и иона Н⁺) и образования слабоуксусной кислоты.
Обменная кислотность
Al³⁺ К⁺

ППК + 4KCl ↔ ППК + AlCl₃ + HCl

H⁺ К⁺
AlCl₃ + 3HOH ↔ Al(OH)₃ + 3HCl
Гидролитическая кислотность
Al³⁺ 3Na⁺

ППК + 4CH₃COONa + 3H₂O → ППК + Al(OH)₃ + 4CH₃COOH

H⁺ Na⁺
Таким образом, обменная кислотность – это часть гидролитической кислотности почв. Ее используют при определении дозы извести, необходимой для устранения избыточной кислотности почв, а также при вычислении показателя, получившего название «степень насыщенности почвы основаниями».

Между рН солевой вытяжки (потенциальная кислотность) и гидролитической кислотностью для почв одного типа и одинакового механического состава существует корреляционная зависимость, что позволяет в ряде случаев определять дозу извести не по гидролитической кислотности, а по значению рН солевой вытяжки.

Подвижным называется такой алюминий, который обнаруживается при обработке почвы раствором нейтральной соли (KCl), тесно связан с обменной кислотностью и обычно появляется при рН солевой вытяжки меньше 5,0-5,3, наряду с обменным водородом обусловливает обменную кислотность и позволяет установить природу почвенной кислотности.

Подвижный алюминий оказывает вредное действие на растительность и полезную микрофлору почвы. Растения угнетаются при содержании подвижного алюминия более 3-4 мг и погибает при количестве его 7-8 мг на 100 г почвы.

Щелочность почв – способность почвы подщелачивать почвенный раствор вследствие наличия в составе почвы гитролитически щелочных солей, а также обменного натрия. Различают актуальную и потенциальную щелочность. Актуальная щелочность определяется содержанием в почвенном растворе или водной вытяжке гидролитически щелочных солей, преимущественно карбонатов и гидрокарбонатов щелочных и щелочноземельных металлов (Na₂CO₃, NaHCO₃, Ca(HCO₃)₂). Актуальная щелочность может определяться значением рН водной вытяжки, а также титрованием водной вытяжки кислотой и оцениваться в мг-экв/100 г почвы.

Потенциальная щелочность почв определяется содержанием обменного Na⁺, поскольку последний в определенных случаях может переходить в почвенный раствор, подщелачивая его. Например, при образовании в карбонатных и засоленных почвах значительных количеств угольной кислоты вследствие дыхания растений или разложения органических остатков могут последовательно проходить следующие процессы:

1. Превращение нерастворимого карбоната кальция в растворимый бикарбонат

CaCO₃ + H₂CO₃ → Ca(HCO₃)₂
2. Ионный обмен с подщелачиванием равновесного раствора:
Na⁺

ППК + Ca(HCO₃)₂ ↔ ППК Ca²⁺ + 2NaHCO₃

Na⁺
Щелочность почв принято оценивать только по значению актуальной щелочности.

В то же время следует иметь в виду, что актуальная и потенциальная щелочность теснейшим образом связаны друг с другом через процессы ионного обмена. Не могут существовать почвы, обладающие высокой актуальной щелочностью, обусловленной наличием свободных солей щелочных металлов, и не содержащие соответствующие катионы в составе ППК. Средства химической мелиорации засоленных почв всегда одновременно действуют на щелочность почв и состав ППК.
Приборы, посуда, реактивы: технические весы; ротатор; рН-метр; буферные растворы; сухой складчатый фильтр; пипетка на 25 мл; электроплитка; конические колбы; бюретка для титрования; 1 н раствор КСl; 1,0 н раствор CH₃COONa; 0,02 н и 0,1 н раствор NaOH; 3,5% раствор NaF; раствор фенолфталеина.
Ход работы

1. Определение общей кислотности и щелочности

В три конические колбы помещают по 5 г почвы, взвешивенных на весах с точностью до 0,1 г. К навескам прибавляют дистиллированную воду, 1 н КСl, 1,0 н CH₃COONa, отношение «почва:раствор» составляет 1:2,5.

Колбы со смесью закрывают пробкой и встряхивают 5 минут на ротаторе.

В суспензию помещают стеклянный измерительный электрод и хлорсеребряный электрод сравнения. Измеряют рН на потенциометре и по таблице находят значение гидролитической кислотности.
2. Определение гидролитической кислотности и щелочности

Взвешивают 20 г воздушно-сухой почвы, просеянной через сито
l мм и помещают в колбу на 200 мл.

К почве приливают 50 мл 1,0 н раствора СН₃СООNа, встряхивают содержимое колбы на ротаторе в течение одного часа. Часовое встряхивание можно заменить пятиминутным встряхиванием рукой с последующим отстаиванием суспензии в течение суток.

Суспензию отфильтровывают через сухой складчатый фильтр. Перед фильтрованием жидкость хорошо встряхивают, на фильтр переносят почву. Если фильтрат окажется мутным, его следует снова профильтровать через тот же фильтр.

Отбирают пипеткой 25 мл прозрачного фильтрата и переносят в коническую колбу на 100 мл, прибавляют 1-2 капли фенолфталеина и оттитровывают фильтрат без подогревания 0,1 н раствором NaOH до слабо розовой окраски, не исчезающей в течение одной минуты.

Гидролитическую кислотность вычисляют по формуле



где Н – гидролитическая кислотность, мг-экв на 100 г почвы; а – количество 0,1 н NaOH, пошедшей на титрование взятого объема фильтрата, мл; К_NaOH – поправка к титру; 100 – коэффициент пересчета на 100 г почвы; 0,1 – коэффициент пересчета в миллиэквиваленты; 1,75 – поправка на полноту вытеснения ионов водорода; с – навеска почвы, соответствующая взятому для титрования объему фильтрата.
3. Определение подвижного алюминия

При обработке почвы 1,0 н раствором KCl в раствор переходит поглощенные водород и алюминий. Хлорид алюминия в водном растворе гидролизуется с образованием дополнительного количества соляной кислоты. Принцип метода заключается в том, что солевую вытяжку титруют дважды щелочью: первую пробу обычным титрованием, вторую предварительно добавив в нее фторид натрия или калия.

Первым титрованием определяют сумму ионов Н⁺ и Al³⁺ в солевой вытяжке. При втором титровании, при добавлении фторида натрия ионы алюминия связываются в комплексе:

AlCl₃ + 6 NaF → 3 NaCl + Na₃[AlF₆]

Вычитая из результатов первого титрования результаты второго, можемполучить количество подвижного алюминия.

Взвешивают 40 г сухой просеянной почвы, помещают в колбу, приливают 100 мл 1,0 Н раствора КСl и интенсивно взбалтывают смесь в течение 10-15 мин.

Отфильтровывают солевую вытяжку черед складчатый фильтр. В две конические колбы приливают по 25 мл фильтрата в каждую и кипятят содержимое колбочек 5 мин. для удаления СО_2.

В одной колбе горячую вытяжку оттитровывают 0,02 н, раствором NaOH в присутствии 2-3 капель фенолфталеина.

Во вторую колбу после кипячения добавляют 1 мл 3,5%-ного раствора NaF, охлаждают и титруют 0,02 н раствором NaOHв присутствии фенолфталеина.

Содержание алюминия:



где А – содержание алюминия, мг на 100 г почвы; a – количество NaOH, израсходованное при горячем титрования, мл; b – количество NaOH, израсходованное при холодном титровании, мл; 100 – коэффициент пересчета на 100 г почвы; 0,18 – коэффициент пересчета алюминия в мг (1 мл 0,02 Н NaOH соответствует 0,18 мг алюминия); m – навеска почвы, соответствующая взятому для одного титрования объему жидкости.
Задания для самоподготовки
1. Виды кислотности почв.

2. Актуальная и потенциальная кислотность.

3. Влияние ионного обмена почв на кислотность и щелочность.

4. Виды щелочности почв.

5. Влияние алюминия на растения.

6. Буферность почвы. Меры борьбы с кислотностью и щелочностью.

7. Причины повышения кислотности и щелочности почвы.
Лабораторная работа № 10

Определение сульфат-ионов в почве

Цель работы: определить содержание сульфат-ионов в почвенных образцах.
Теоретическое обоснование
В почвах содержатся несколько видов сульфатных соединений. Среди них – как труднорастворимые соединения, так и ряд легкорастворимых соединений, которые и составляют основное количество сульфатов водной вытяжки из почвы.

Среди растворимых сульфатных соединений почв наиболее известны сульфат аммония, сульфат магния, натрия и калия. Эти соединения часто используются в качестве удобрений – источников соответствующих катионов.

Сульфат аммония используют в качестве азотного удобрения, так как NH₄⁺ легко отделяется от сульфатного аниона и усваивается растениями в качестве источника азота. На песчаных почвах и спесчаненных суглинках сульфат аммония может служить источником серы. В целом, сульфат аммония очень сильно влияет на химический состав почв, так как он легко распадается, и составные компоненты активно взаимодействуют с другими почвенными анионами и катионами, формируя в свою очередь соединения с иногда слабой растворимостью. Это затрудняет определение сульфатов в почвах.

Сульфат магния оказывает существенное влияние на прорастание пыльцевых зерен. Сульфат кальция ингибирует выделение метана из почв затопляемого поля (что очень важно при возделывании риса – культуры, выращиваемой на затопляеиых полях).

Сульфаты наиболее характерны для засоленных почв. Из соединений сульфатов, характерных для солончаков, можно привести в пример часто встречающиеся мирабилит Na₂SO₄×2H₂O, эпсомит MgSO₄×10H₂O, тенардит Na₂SO₄ .

Минерализация серы в почве осуществляется микроорганизмами, которые в аэробных условиях доводят ее до сульфатов, а анаэробных – восстанавливают серосодержащие белки до сероводорода и частично до меркоптанов.

Серобактери-аэробы окисляют в две стадии:

1. 2 Н₂S + O₂ → 2 Н₂О + 532,1 кДж;

2. 2 S + 3 О₂ + 2 Н₂О → 2 Н₂SО₄ + 1231,9 кДж.

Соединения серы является важнейшими веществами в производственных химических процессах. Однако предприятия по производству серной кисоты, удобрений вносят в окружающую среду значительную часть выбросов соединений серы. Они попадают в атмосферу и воду, загрязняют в дальнейшем и почву. Поэтому важнейшими показателем загрязненности почвы является концентрация сульфат-ионов.

ПДК соединений серы: H₂S – 0,4 мг/кг; SO₄^2- – 160 мг/кг.
Приборы, посуда, реактивы: муфельная печь; аппарат для встряхивания; плитка; фильтры «синяя лента»; стеклянные воронки; пипетки аликвотные на 10 мл; стакан термостойкий; конические колбы; бюретка на 25 мл; раствор HCl 10% и конц (ρ=1,19 г/см³); 10% раствор ВаСl₂; 0,2% раствор метилового красного в 60 % этаноле; 0,02 М раствор Трилон Б; 25% раствор аммиака; аммиачная буферная смесь рН=9,0; гидроксиламин солянокислый; индикаторная бумага «Конго красный»; эриохром черный Т.
Ход работы

Перед количественным определением сульфат-иона проводят качественную пробу на его наличие в водной вытяжке. Подкисляют 10 мл водной вытяжки 1-2 каплями 10% раствора НСl, прибавляют около
1 мл 10% раствора ВаСl₂ и нагревают до кипения. Если раствор не помутнеет, SO₄^2- нет; если заметна опалесценция или слабое помутнение, в водной вытяжке имеется крайне незначительное количество SO₄^2-, которое отмечается как следы; если же в пробирке выпадает осадок, необходимо количественное определение.

Для количественного определения SO₄^2- отфильтрованную через бумажный фильтр «синяя лента» анализируемую водную вытяжку объемом 100 мл поместить в колбу на 250 мл и нагреть до кипения и упарить до объема 50 мл. Прилить, тщательно перемешивая содержимое колбы, добавить 3-5 капель индикатора метилового оранжевого и раствор соляной кислоты (1:1) по каплям до появления розовой окраски и горячий 10% раствор хлорида бария до полного осаждения сульфатов. Жидкость с образовавшимся осадком оставить стоять на водяной или песчаной бане в течение 2 час и затем на холоду – на ночь. На следующий день осадок отфильтровать через потный фильтр («синяя лента»), промыть горячей водой до исчезновения в промывной воде хлоридов (проба в раствором AgNO₃, подкисленным HNO₃), высушить и прокалить в течение 30 мин при температуре 750ºС и взвешивают в виде BaSO₄.

Содержание сульфат-ионов, мг/л, определяют по формуле:

,

где а – масса прокаленного осадка сульфата бария, мг; V – объем взятой для анализа пробы водной вытяжки, мл; 0,4116 – коэффициент пересчета BaSO₄ на SO₄^2-.

Концентрацию сульфат – ионов в почве в пересчете на серу, мг/кг, вычисляют по формуле

С = 0,137m/ m₁

где m – масса сульфата бария, мг; 0,137 – коэффициент пересчета сульфата бария на серу; m₁ – масса исследуемой почвы, г.