лабороторные по почве. Практикум по почвоведению Семей2014 удк 338. 24 339. 138 758 ббк 85. 9 Ж 77 Жанадилов А. Ю. Практикум по почвоведению Семей, 2014. 87 с
 Скачать 0.49 Mb.
|
|
Тема: Поглотительная способность почвы. Цель занятия: Изучить виды и факторы формирования поглотительной способно- сти почвы, получить представление о почвенном поглощающем комплексе, освоить методику количественного определения суммы поглощенных оснований почвы. Поглотительной способностью почвы называют способность почвы поглощать из водной или воздушной среды вещества в ионном, молекулярном, коллоидном виде или в виде суспензий, а также живые микроорганизмы. Эта способность почвы обу- словлена протекающими в ней разнообразными процессами сорбционной и несорбци- онной природы. Совокупность минеральных, органических и органо-минеральных час- тиц твердой фазы почвы, обладающих поглотительной способностью, носит название почвенного поглощающего комплекса (ППК). Основную часть ППК составляют почвенные коллоиды. По К.К. Гедройцу, выделяют 5 видов поглотительной способно- сти почвы: механическую, физическую, физико-химическую, химическую и биологи- ческую. М е х а н и ч е с к а я п о г л о т и т е л ь н а я с п о с о б н о с т ь – это свойство почвы, как всякого пористого тела, задерживать в своей толще твердые частицы крупнее, чем сис- тема пор. Это могут быть взвешенные в поверхностных водах частицы глины и песка, детрит и т. п. Механическая поглотительная способность зависит от гранулометриче- ского состава почвы, ее пористости, сложения. Благодаря механической поглотитель- ной способности почвы и грунтов обеспечивается чистота грунтовых вод, происходит заиление каналов. Физическая (молекулярно-сорбционная) поглотительная способ- н о с т ь представляет изменение концентрации молекул растворенного вещества на по- верхности твердых частиц почвы. Это свойство почвы обусловливается притяжением отдельных молекул к поверхности твердых почвенных частиц в результате проявления так называемой поверхностной энергии. Интенсивность проявления поверхностной энергии зависит от величины поверхности почвенных частиц и, следовательно, обязана присутствию в почве тонкодисперсных частиц. Эти частицы могут притягивать моле- кулы газов (водяной пар>NH3>CO2>O2>N2), молекулы жидких веществ. В частности, наличие пленочной влаги вокруг почвенных частиц обусловлено поверхностными си- лами. Наконец, в результате поверхностной энергии почвенными частицами поглоща- ются недиссоциированные на ионы молекулы веществ, находящихся в виде молекуляр- ного раствора. Физико-химическая (ионно-сорбционная) поглотительная спо- с о б н о с т ь заключается в способности почвы сорбировать ионы в результате обмен- ных и необменных процессов. Наиболее важную роль в ионном почвенном обмене иг- рают катионы. Общая схема катионного обмена в почве выглядит следующим образом: Са 2 + → (ППК) Mg 2 + + 5KCl (ППК)5К + CaCl2 + MgCl2 + HCl + ← H Физико-химическое поглощение имеет ряд закономерностей. 1) Обменно поглощаются преимущественно катионы, так как поглощающий комплекс заряжен в основном отрицательно. 2) Обмен катионов происходит в строго эквивалентном количестве. 3) Энергия обменного поглощения различных катионов зависит от валентности, а при одной и той же валентности - от атомной массы. 4) Интенсивность поглощения зависит от концентрации раствора, а при одинако- вой концентрации - от количества раствора. 5) Поглощение и закрепление катионов зависит не только от характера ионов, но и от свойств самой почвы. Разные типы почв отличаются величиной емкости поглощения и имеют опреде- ленный состав поглощенных катионов. Величина емкости поглощения почв определя- ется минеральным составом высокодисперсной части пород, на которых сформированы эти почвы, и содержанием в них гумуса. Как правило, глинистые тяжелые почвы имеют большую емкость поглощения, чем песчаные. Состав поглощенных катионов влияет на ряд важных свойств почвы. Скорость всасывания воды, прочность структуры почв и некоторые другие показатели последовательно уменьшаются при преобладании каль- ция, магния, калия и натрия. Оценочной характеристикой содержания в ППК катионов служит показатель суммы поглощенных оснований (S), который выражается в ммоль/100 г почвы. Группировка почв по этому показателю приведена в табл. 21. Таблица 21 Группировка почв по содержанию суммы поглощенных оснований Класс Уровень признака Сумма поглощенных оснований, ммоль/100 г почвы I Очень низкий 0 – 5,0 II Низкий 5,1 – 10,0 III Средний 10,1 – 15,0 IV Повышенный 15,1 – 20,0 V Высокий 20,1 – 30,0 VI Очень высокий более 30 Почвы обладают обменной поглотительной способностью не только в отноше- нии катионов, но и в отношении анионов, среди которых наиболее активно поглощают- ся анионы фосфорной кислоты (Н2РО4+, НРО42+, РО43+). Х и м и ч е с к а я п о г л о т и т е л ь н а я с п о с о б н о с т ь - образование труднораство- римых химических соединений при взаимодействии отдельных компонентов почвенно- го раствора. Например, при взаимодействии фосфат-ионов с кальцием образуется сла- борастворимый фосфат кальция. Возникновение новообразований гипса в почве проте- кает следующим образом: СаСl2 + Na2SO4 = 2NaCl + CaSO4↓ Кроме того, химическая поглотительная способность почв связана с комплексооб- разовательной сорбцией, адгезионным взаимодействием (склеиванием), в которых ак- тивно участвуют гумусовые соединения. В результате образуются устойчивые органо- минеральные соединения. Так в почве могут накапливаться устойчивые соединения тяжелых металлов. Б и о л о г и ч е с к а я п о г л о т и т е л ь н а я с п о с о б н о с т ь почвы обусловлена при- сутствием в ней животных и растительных организмов. В процессе своего жизненного цикла растения и животные накапливают некоторые химические элементы, необходи- мые для нормальной жизнедеятельности организмов. После отмирания последних на- копленные элементы частично задерживаются в почве. Таким образом, почва посте- пенно обогащается определенными элементами, например углеродом, азотом, фосфо- ром и пр., а также некоторыми микроэлементами. Играя важнейшую роль в формировании почвы и почвенного плодородия, погло- тительная способность почв имеет большое экологическое значение. Она определяет важнейшее свойство – б у ф е р н о с т ь п о ч в ы – устойчивость к неблагоприятным воз- действиям, в том числе химическому, биологическому загрязнению. Благодаря погло- тительной способности почвы регулируют реакцию среды (при кислотных или щелоч- ных воздействиях), снижают токсическое действие тяжелых металлов, предотвращают загрязнение грунтовых вод. Эта способность почв широко используется в биологиче- ской очистке сточных вод (сооружение полей орошения и фильтрации), для рекульти- вации отвалов токсичных горных пород и отходов и т.п. Лабораторная работа №21 Тема:Качественное определение основных видов поглотительной способности почвы Определение механической поглотительной способности Порядок работы 1. На железных штативах укрепляют две стеклянные воронки диаметром около 8 см. 2. В фарфоровой ступке растирают суглинистую почву, от которой на техниче- ских весах берут навеску в 30 г. Ее помещают в воронку. 3. Во вторую воронку кладут такую же навеску сильно песчаной почвы или пес- ка. Во избежание высыпания материала в обе воронки предварительно помещают гра- велинки, закрывающие большую часть выходного отверстия воронки. 4. Через суглинистую и песчаную массу фильтруют заранее приготовленную глинистую суспензию. Фильтрат, полученный после прохождения через первую и вто- рую воронки, будет обладать различной прозрачностью в зависимости от того, какая почва лучше задерживает («поглощает») частицы глинистой суспензии. 5. Результаты опыта следует записать и сделать выводы. Определение молекулярно-сорбционной (физической) поглотительной способности Порядок работы 1. В стеклянные воронки, укрепленные в железных штативах, помещают навески в 25 г песка и суглинка. 2. Через приготовленные образцы фильтруют какой-либо молекулярный раствор с хорошо окрашенным веществом. Наиболее удобен для опыта жидкий раствор анили- новых фиолетовых чернил. 3. В зависимости от величины так называемой поверхностной энергии, обуслов- ленной в основном степенью дисперсности каждого образца, происходит поглощение молекул. Интенсивность поглощения проявляется в обесцвечивании фильтрата. 4. Цвет фильтрата из-под каждого образца записывают и делают вывод, в каком образце энергичнее проявляется сорбция (поглощение) молекул. Определение ионно-сорбционной (обменной) поглотительной способности Порядок работы 1. Заранее заготавливают фракцию агрегатов крупнее 3 мм гумусового горизонта чернозема или серой лесной почвы. На технических весах берут навеску в 10 г и поме- щают в стеклянную воронку. Во вторую воронку насыпают 20 г песка. Воронки укреп- ляют в железных штативах. 2. Исходные растворы – дистиллированная вода и 5-процентный раствор хлорида калия – проверяют на содержание кальция. С этой целью дистиллированную воду и хлорид калия в количестве 5-6 см3 наливают в пробирки и туда добавляют около 1 см3 4%-ного раствора оксалата (щавелевокислого) аммония (NH4)2C2O4. Появление белой мути (оксалата кальция) указывает на примесь кальция. В дистиллированной воде кальций отсутствует. В растворе хлористого калия иногда обнаруживают очень слабое помутнение, свидетельствующее о содержании кальция в количестве, меньшем 0,01%. Реакция идет по схеме: Ca2+ + C2O42- → CaC2O4↓ 3. Через образцы в воронках фильтруют дистиллированную воду в конические колбы емкостью около 100 см3. Жидкость, прошедшая через образцы, обычно содержит большее или меньшее количество механической примеси. Поэтому фильтрат из-под каждого образца вновь фильтруют через воронку с бумажным фильтром в пробирку в количестве 5-6 см3. 4. В обоих фильтратах определяют содержание кальция реакцией с оксалатом аммония. Как правило, констатируется отсутствие кальция или обнаруживается слабое помутнение, указывающее на присутствие водорастворимых форм кальция в количест- ве 0,01-0,001%. 5. Эти же образцы промывают 5%-ным раствором хлорида калия. Фильтрат от каждого образца фильтруют через воронку с бумажным фильтром в пробирку, где оп- ределяют содержания кальция. 6. Полученные результаты записывают. Объясняют появление обильного белого осадка оксалата кальция в фильтрате из-под почвы. Записывают схему процесса. Оборудование: железные штативы с зажимами, стеклянные воронки диаметром 8 см и 5 см, фарфоровая ступка с пестиком, технические весы, конические колбы емко- стью 100 см3, пробирки в штативе. Реактивы: глинистая суспензия, химические чернила, 5%-ный раствор хлористого калия, 4%-ный раствор щавелевокислого аммония. Лабораторная работа №22 Тема:Определение суммы поглощенных оснований. Определение суммы поглощенных оснований по методу Каппена-Гильковица Метод основан на вытеснении катионов из почвенного поглощающего комплекса 0,1 н. раствором соляной кислоты и последующим титровании гидроксидом натрия ос- татка кислоты, не вступившей в реакцию. Если в почве содержатся карбонаты, этот ме- тод использовать нельзя, т.к. кислота будет израсходована на разрушение карбонатов. Порядок работы 1. Из средней пробы почвы, растертой пестиком в фарфоровой ступке и просеян- ной через сито с отверстиями 1 мм, на технических весах берут навеску в 10 г (для чер- ноземов можно 5 г). 2. Навеску переносят в колбу емкостью около 100 см3, куда наливают 50 см3 0,1 н. раствора соляной кислоты. 3. Колбу с почвой взбалтывают в течение 30 мин и оставляют на 24 ч. 4. Затем содержимое колбы взбалтывают и фильтруют через воронку с бумаж- ным фильтром. Определение суммы поглощенных оснований возможно и в отстое. В этом случае отстой аккуратно сливают, не взмучивая почву. Для определения пипеткой берут 25 см3 фильтрата или отстоя в коническую колбу на 100 см3. 5. В раствор добавляют 2-3 капли фенолфталеина и титруют 0,1 н. раствором гидроксида натрия при помощи бюретки на 25 или 50 см3 появления ярко-розовой ок- раски, не исчезающей в течение 1 мин. В случае выпадения осадка полуторных оксидов окраску следует наблюдать в прозрачном слое над осадком. Аналогично проводят тит- рование 25 см3 раствора соляной кислоты (контроль). 6. Результаты вычисляют по формуле: (V − V ) ⋅ c ⋅ 100 ⋅ К Г S= 0 , где m где S - сумма поглощенных оснований в ммоль на 100 г почвы, V0 – объем раствора гидроксида натрия, израсходованный на титрование соля- ной кислоты в контрольной колбе, см3; V – объем раствора гидроксида натрия, израсходованный на титрование испы- туемого раствора, см3; с – концентрация раствора гидроксида натрия, ммоль/дм3; 100 – коэффициент пересчета на 100 г почвы; КГ – коэффициент гигроскопичности почвы; m – масса навески почвы, соответствующая взятому для титрования объему вытяжки, г. Оборудование: фарфоровая ступка с пестиком, сито с отверстиями 1 мм, техниче- ские весы, конические колбы емкостью 100 см3, стеклянная воронка, бюретки на 25 или 50 см3, железный штатив с зажимами, фильтровальная бумага, капельница для фенол- фталеина. Реактивы: 0,1 н. раствор соляной кислоты, фенолфталеин, 0,1 н. раствор гидро- ксида натрия. Приготовление растворов: 1) Приготовление 0,1 н. раствора соляной кислоты. Раствор указанной концентра- ции приготовляют из 8,2 см3 соляной кислоты с удельным весом 1,19, которую разбав- ляют до 1 л дистиллированной водой. 2) Приготовление 0,1 н. раствора гидроксида натрия. Указанный раствор гидро- ксида натрия готовят из 4 г кристаллического гидроксида натрия, который растворяют в дистиллированной воде, освобожденной от углекислого газа кипячением, и в мерной посуде объем доводят до 1 л. 3) Приготовление раствора фенолфталеина. Навеску в 0,1 г фенолфталеина рас- творяют в 100 см3 96-98-процентного этилового спирта. Задание: 1. Исследовать различные виды поглотительной способности почвы и сделать выводы по полученным результатам. 2. Произвести определение суммы поглощенных оснований по методу Каппена- Гильковица для разных горизонтов (бескарбонатных!) почвы или для разных почв. Объяснить полученные различия показателей. 3. Произвести оценку содержания обменных оснований в почве по табл. 12. 4. Написать схему вытеснения обменных оснований из почвенного поглощающе- го комплекса соляной кислотой. Вопросы для контроля: 1. Что называется поглотительной способностью почвы? 2. Что такое почвенный поглощающий комплекс? 3. Назовите и охарактеризуйте виды поглотительной способности почвы. 4. Каково значение поглотительной способности почвы для формирования поч- венного плодородия? 5. Каково экологическое значение поглотительной способности почвы? 6. Опишите метод определения суммы поглощенных оснований почвы по Кап- пену-Гильковицу. Что представляют собой поглощенные основания почвы? Лабораторная работа №23 Тема:Кислотно-основные свойства почвы. Цель занятия: Установить факторы, определяющие реакцию почвенного раствора, изучить виды кислотности и щелочности почв, познакомиться с оценкой кислотно- основных свойств почв, освоить методы потенциометрического определения реакции почвенных вытяжек, метод определения гидролитической кислотности почв. Научиться вычислять степень насыщенности почв основаниями и определять потребность почв в известковании. Кислотно-основные свойства (реакция среды) почвы имеют важное генетическое и агротехническое значение. Они определяют интенсивность внутрипочвенного вывет- ривания, подвижность химических элементов и соединений, биологическую активность почвы, трансформацию органического вещества. Для выращивания сельскохозяйствен- ных растений важно соответствие реакции среды почвенного раствора диапазону оп- тимальных значений рН, который различен для разных видов. Важен учет кислотно- основных свойств почв для эффективного использования удобрений, которые сами мо- гут быть факторами изменений рН почвенного раствора. Кислотность почв - это способность почвы подкислять почвенный раствор имеющимися в почве кислотами и обменно-поглощенными катионами водорода, а так- же алюминия, способного при вытеснении из ППК образовывать гидролитически кис- лые соли. Внешним источником подкисления почв могут быть атмосферные осадки, содер- жащие растворы кислот (угольной, серной, азотной), особенно в промышленных рай- онах. При разложении растительных остатков, поступающих на почву, образуются ор- ганические кислоты, особенно это характерно для лесного (в большей степени хвойно- го) опада. В почвах имеются также внутренние источники кислотности: корни и микоорганизмы образуют при дыхании СО2, который растворяется в почвенном растворе с образованием угольной кислоты; Н+ выделяется в процессе разложения органического вещества почвы в резуль- тате минерализации, нитрификации и выщелачивания; органические кислоты, которые выделяются из растительности, органического вещества почвы и корней растений; корни выделяют Н+ и ОН–, чтобы их поверхность оставалась электронейтраль- ной в ходе поглощения ионов питательных веществ. Таким образом, корни могут быть источниками кислот и оснований; педогенные минералы являются кислыми, выделяя Н+ в ходе их растворения почвенной водой; уничтожение естественной растительности вызывает ускоренное разложение ор- ганического вещества, вымывание нитратов и развитие кислотности; в процессе нитрификации аммонийных удобрений образуются ионы Н+. Различают актуальную (активную, реальную) и потенциальную (пассивную, ре- зервную). А к т у а л ь н а я к и с л о т н о с т ь обусловлена наличием свободных ионов водорода в почвенном растворе. Она определяется в водной вытяжке (при соотношении почва : вода 1 : 5 или 1: 2,5). Актуальную кислотность определяют как для кислых, так и для щелочных почв. Обозначают символом рН (Н2О). П о т е н ц и а л ь н а я к и с л о т н о с т ь обусловлена ионами водорода и алюминия, находящимися в обменно-поглощенном состоянии в ППК. По способу определения ее подразделяют на обменную и гидролитическую. О б м е н н а я к и с л о т н о с т ь - это та часть потенциальной кислотности, которая определяется при взаимодействии с почвой 1 н. раствора гидролитически нейтральной соли KCI (рН 5,6). При этом взаимодействии ионы Н+ и Al3+ в ППК замещаются ионом К+: Al 3+ → (ППК) + + 4KCl (ППК)4К + AlCl3 + HCl H ← → AlCl3 + H2O Al(OH)3 + 3HCl ← Обменная кислотность характеризуется величиной pH (KCI) и обычно ниже зна- чения рН (Н2О). Значения обменной кислотности могут быть использованы при опре- делении необходимости в известковании почвы, но для этих целей чаще используют другой показатель – гидролитическую кислотность почвы. По значениям обменной кислотности производят оценку кислотности почв (табл. 22). Таблица 22 Группировка почв по степени кислотности Класс Степень кислотности Величина рН (КCl) I Очень сильнокислые менее 4,0 II Сильнокислые 4,1 – 4,5 III Среднекислые 4,6 – 5,0 IV Слабокислые 5,1 – 5,5 V Близкие к нейтральной 5,6 –6,0 VI Нейтральные более 6,0 Г и д р о л и т и ч е с к а я к и с л о т н о с т ь (Нг) – дает более полное представление о потенциальной кислотности почв, т. к. замещение Н+ и Al3+ в ППК производится при воздействии на почву 1 н. раствором гидролитически щелочной соли ацетата натрия CH3COONa с рН 8,2. Выражается в ммоль/100 г почвы. Al 3+ (ППК) + + 4CH3COONa + 3H2O → (ППК)4Na + Al(OH)3↓ + 4CH3COOH H Кроме расчета доз извести, гидролитическую кислотность используют также при вычислении показателя, получившего название степени насыщенности почвы основа- ниями. Оценку потенциальной кислотности почв производят по величине гидролитиче- ской кислотности (табл. 23) Таблица 23 Степень кислотности почвы по величине НГ Класс Степень кислотности Величина Нг, ммоль/100 г почвы I Очень сильнокислые более 6,0 II Сильнокислые 5,1 – 6,0 III Среднекислые 4,1 – 5,0 IV Слабокислые 3,1 – 4,0 V Близкие к нейтральной 2,1 – 3,0 VI Нейтральные менее 2,0 Устранение вредной кислотности почв осуществляется известкованием – внесени- ем в почву извести Са(ОН)2, карбоната кальция СаСО3 и некоторых других известко- вых материалов. Al 3+ Сa 2+ (ППК) + 2СаСО3 + 3H2O → (ППК) 2+ + Al(OH)3 + H2CO3 (CO2 + H2O) H+ Ca Щелочность почв связана с избытком ионов ОН–. Эти ионы образуются при вы- ветривании алюмосиликатов почвообразующей породы, но в большей степени – при наличии в почве гидролитически щелочных солей (Na2CO3, NaHCO3, Ca(HCO3)2) и ио- нов Na+ в ППК. Подщелачивание почв возможно также вследствие выпадения щелоч- ной пыли из атмосферы, загрязняемой предприятиями стройиндустрии. Различают ак- туальную и потенциальную щелочность. А к т у а л ь н а я щ е л о ч н о с т ь определяется содержанием в почвенном растворе гидролитически щелочных солей, преимущественно карбонатов и гидрокарбонатов щелочных и щелочноземельных металлов. Актуальная щелочность может определяться значением рН водной вытяжки. П о т е н ц и а л ь н а я щ е л о ч н о с т ь почв определяется содержанием обменного Na+, переходя в почвенный раствор, он подщелачивает его. Оценку щелочности почв производят по значениям рН водной вытяжки (табл. 24) Таблица 24 Группировка почв по степени щелочности Класс Степень щелочности Величина рН (Н2О) I Слабощелочные 7,2 – 7,5 II Щелочные 7,6 – 8,5 III Сильнощелочные 8,5 – 10,0 IV Резкощелочные 10,1 – 12,0 Для борьбы с повышенной щелочностью почв применяют их гипсование, т.е. вне- сение гипса СаSO4·2H2O. Na + (ППК) + + СаSО4 → (ППК)Са2+ + Na2SO4 Na С процессами ионного обмена связано и такое свойство почв, как к и с л о т н о - о с н о в н а я б у ф е р н о с т ь , то есть сопротивляемость почвы изменению рН при дейст- вии кислоты или основания. Почва является «буферной» средой, поскольку противо- стоит резким изменениям рН. Буферная способность почвы зависит от емкости погло- щающего комплекса, который выполняет важную функцию регулятора концентрации почвенного раствора. Лабораторная работа №24 Тема: Определение рН водной вытяжки (актуальной кислотности) Метод основан на определении концентрации ионов Н+ в водной вытяжке из почвы по разности потенциалов, возникающей между рН-электродом и электродом сравнения специального прибора – рН-метра-иономера . Порядок работы 1. Среднюю пробу почвы растирают в фарфоровой ступке и просеивают через сито с величиной отверстий в 1 мм. 2. Для приготовления водной вытяжки берут навеску почвы в 10 г и помещают в коническую колбу на 100 см3. В колбу наливают 50 мл дистиллированной воды (соот- ношение почвы и воды 1 : 5), лишенной СО2 (30 мин. кипячением). Активную кислот- ность можно определять в почвенной суспензии. Для ее приготовления навеску почвы в 20 г помещают в коническую колбу на 100 см3 и добавляют 50 мл дистиллированной воды (соотношение почвы и воды 1 : 2,5), лишенной СО2 (рН 7). 3. Колбу взбалтывают или размешивают содержимое с помощью лабораторной мешалки 5 мин. Затем водную вытяжку отстаивают 5 мин и фильтруют через беззоль- ный бумажный фильтр в коническую колбу или небольшой химический стакан. Поч- венную суспензию можно анализировать непосредственно: ее переливают в небольшой химический стакан. 4. Определяют рН вытяжки или суспензии с помощью рН-метра-иономера по инструкции кприбору. Прибор должен быть перед проведением анализа откалиброван по стандартным буферным растворам согласно инструкции. Оборудование: фарфоровая ступка с пестиком, сито с диаметром отверстий 1 мм, технические весы, конические колбы на 100 см3, химические стаканы на 50 см3, стеклянные воронкидиаметром 6 см, фильтровальная бумага беззольная, рН-метр-иономер. Реактивы: буферные растворы для калибровки рН-метра или иономера, дистиллированнаявода, лишенная СО2 30-минутным кипячением(рН 7). Определение рН солевой вытяжки (обменной кислотности) потенциометрическим методом Метод основан на определении концентрации ионов Н+, вытесненных из поч- венного поглощающего комплекса ионами К+ 1 н раствора хлорида калия, по разности потенциалов, возникающей между рН-электродом и электродом сравнения специально- го прибора (рН-метра-иономера). Порядок работы 1. Среднюю пробу почвы растирают в фарфоровой ступке и просеивают через сито с величиной отверстий в 1 мм. 2. Навеску почвы в 20 г помещают в коническую колбу на 100 см3, приливают 50 3 см 1 н. раствора хлорида калия. 3. Содержимое колбы взбалтывают 5 мин, закрыв колбу пробкой, и оставляют отстаиваться на 24 ч. 4. После отстаивания осторожно сливают отстоявшийся раствор (или отбирают с помощью пипетки) в химический стакан на 50 см3 и определяют значение рН с помо- щью рН-метра-иономера. Оборудование: фарфоровая ступка с пестиком, сито с диаметром отверстий 1 мм, технические весы, конические колбы на 100 см3, резиновые пробки, химические стака- ны на 50 см3, рН-метр-иономер. Реактивы: буферные растворы для калибровки рН-метра или иономера, 1 н. рас- твор КCl. Приготовление 1 н. раствора КCl: 74,5 г кристаллического хлорида калия раство- рить в 1 л дистиллированной воды. Лабораторная работа № 25 Тема: Определение актуальной кислотности Теория: потенциометрическое определение рН почвы основано на измерении электродвижущей силы в цепи, состоящей из двух полуэлементов: электрода измерения, погруженного в испытуемый раствор, и вспомогательного электрода с постоянным значением потенциала. Прибор для измерения рН называется потенциометром или рН-метром. Цель работы: научится определять актуальную кислотность потециометрическим методом. Материалы и оборудование: 1) химические стаканчики на 100-150 мл, 2) 1 N раствор КСl, 3) потенциометр (рН-метр), 4) технические весы. Ход выполнения работы: на технических весах отвешивают 20 грамм воздушно-сухой почвы. Навеску помещают в химический стакан на 100-150 мл и приливают 50 мл дистиллированной воды. Содержимое перемешивают 1-2 мин и оставляют стоять 5 мин. Перед определением суспензию еще раз перемешивают и погружают в нее электрод измерения и электрод сравнения так, чтобы электроды были полностью погружены в почвенную суспензию. Через 0,5-1 мин отсчитывают по шкале значение рН, соответствующее измеряемой почвенной суспензии. При определении рН солевой суспензии к навеске почвы 20 г приливают 50 мл 1 N КСl. Дальнейший ход анализа тот же, что и при определении рН водной вытяжки. В лесном хозяйстве приняты следующие градации почв лесных питомников по значениям рН солевой вытяжки (таб.25): Таблица 25
Определение гидролитической кислотности Теория: определение гидролитической (необменной) кислотности по методу Каппена основано на том, что при взаимодействии раствора гидролитически щелочной соли СН3СООNа с почвой вытесняется поглощенный водород и алюминий, которые оттитровываются щёлочью. По количеству щёлочи, пошедшей на титрование, судят о величине гидролитической кислотности (ГК). Показатель ГК используют при вычислении нормы и дозы извести при известковании и для прогноза действия фосфоритной муки. Степень насыщенности основаниями рассчитывается как процентное содержание обменных оснований в почвенном поглощающем комплексе (ППК). Общая ёмкость поглощения ППК считается равной сумме обменных оснований и гидролитической кислотности. Цель работы: научится определять гидролитическую кислотность и степень насыщенности основаниями почвы. Материалы и оборудование: 1) конические колбы на 100 и 200 мл, 2) 1 N раствор уксуснокислого натрия, 3) 0,1 N раствор NaOH, 4) фенолфталеин, 5) фильтровальная бумага, 6) титровальная бюретка, 7) технические весы, 8) ротатор. Ход выполнения работы: 20 г воздушно-сухой почвы помещают в колбу на 200 мл. К почве приливают 50 мл 1,0 N раствора СН3СООNа, взбалтывают на ротаторе в течении 1 часа. Суспензию отфильтровывают через сухой складчатый фильтр. Если фильтрат окажется мутным, его снова профильтровывают 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 0,1 N раствором NаОН до слабой розовой окраски, не исчезающей в течении 2 мин. Гидролитическую кислотность (мг/100г) вычисляют по формуле: ГК = а • Т • 100 • 0,1 • 1,75 • m-1, где а количество 0,1 NNаОН, пошедшее на титрование, мл; Т поправка к титру NаОН; 100 коэффициент пересчёта на 100 г почвы; 1,75 поправка на неполноту вытеснения; m навеска почвы, соответствующая объему взятого для титрования фильтрата, г. Насыщенность основаниями (%) рассчитывается по формуле: BS = S• (S+ГК)-1• 100%, где S сумма обменных оснований (рассчитанная в лаб. работе № 11), мг-экв/100 г; ГК гидролитическая кислотность, мг-экв/100 г. Лабораторная работа №26 Тема: Определение гидролитической кислотности Метод основан на вытеснении из ППК почвы ионов Н+ и Al3+ щелочью NaOH, образующейся при гидролизе щелочной соли ацетата (уксуснокислого) натрия СH3COONa, и титровании образующейся уксусной кислоты гидроксидом натрия. Порядок работы 1. Взвешивают 20 г воздушно-сухой почвы, измельченной и пропущенной через сито с диаметром отверстий в 1 мм, и помещают в колбочку емкостью 100 см3. 2. Приливают 50 см3 1,0 н. раствора ацетата натрия (СНзСОONa), закрывают колбу пробкой и взбалтывают содержимое колбы в течение 5 мин. Оставляют колбу на 24 ч отстаивания. 3. После отстаивания раствор взбалтывают и профильтровывают через складча- тый фильтр, перенося по возможности на него почву. Если первые порции фильтрата окажутся мутными, необходимо снова пропустить их через тот же фильтр 4. Отбирают пипеткой 25 мл фильтрата, добавляют 2 капли фенолфталеина и титруют 0,1 н. раствором гидроксида натрия до появления розового окрашивания, не исчезающего 1 мин. 5. Величину гидролитической кислотности НГ вычисляют в ммоль/100 г абсо- лютно сухой почвы по формуле: HГ = V ⋅ c ⋅ 100 ⋅ 1,75 ⋅ K Г m где V - объем раствора гидроксида натрия, израсходованный на титрование уксусной кислоты, образовавшейся в колбе, см3; с – концентрация раствора гидроксида натрия, ммоль/дм3; 100 – коэффициент пересчета на 100 г почвы; 1,75 – поправка не неполное вытеснение ионов водорода при однократной обработ- ке почвы раствором ацетата натрия. КГ – коэффициент гигроскопичности почвы. m – масса навески почвы, соответствующая взятому для титрования объему вытяж- ки, г. Оборудование: фарфоровая ступка с пестиком, сито с диаметром отверстий 1 мм, весы технические, конические колбы на 100 см3, резиновые пробки, воронки диаметром 5-6 см, фильтровальная бумага, пипетки на 25 см3, бюретки на 25 или на 50 см3, лабо- раторные штативы. Реактивы: 1,0 н. раствор ацетата натрия, 0,1 н. раствор NaOH, фенолфталеин. Приготовление растворов: 1) Приготовление 1,0 н. раствора ацетата натрия. 136 г кристаллического CH3COONa·3H2O растворяют в мерной колбе в 1 л. дистиллированной воды, лишенной СО2 кипячением в течение 30 мин. 2) Приготовление 0,1 н. раствора гидроксида натрия. Указанный раствор гидро- ксида натрия готовят из 4 г кристаллического гидроксида натрия, который растворяют в дистиллированной воде, освобожденной от углекислого газа кипячением, и в мерной посуде объем доводят до 1 л. 8.4. Вычисление степени насыщенности почвы основаниями Степенью насыщенности почв основаниями называется отношение суммы обмен- ных оснований к емкости катионного обмена, выраженное в %: S V= ⋅ 100 , S + HГ где V – степень насыщенности почв основаниями, %; S – сумма обменных (поглощенных) оснований, ммоль/100 г почвы; HГ – гидролитическая кислотность, ммоль/100 г почвы; S+НГ – емкость катионного обмена, ммоль/100 г почвы; 100 - коэффициент пересчета на проценты. По степени насыщенности почв основаниями определяется нуждаемость почв в известковании: если V = 50 % и менее – нуждаемость в известковании сильная; V = 50 - 70 % – нуждаемость в известковании средняя; V = 70 - 80 % – нуждаемость в известковании слабая; V = 80 % и более – нуждаемость в известковании отсутствует. 8.5. Вычисление потребности почвы в извести по величине гидролитической кислотности Полная норма извести в т/га рассчитывается по величине гидролитической ки- слотности: - при слабой и средней нуждаемости почвы норма извести (в т/га) равна величине гид- ролитической кислотности (НГ х 1); - при сильной нуждаемости величину гидролитической кислотности увеличивают в 1,5 раза (НГ х 1,5). При расчете норм извести можно пользоваться также следующей формулой: Х= ГН ⋅ 0,05 ⋅ 10000 ⋅ 2400 1000000 где НГ - полная гидролитическая кислотность, ммоль/100 г почвы; 0,05 – количество г СаСО3, требуемого для полной нейтрализации гидролити- ческой кислотности 1 ммоль/100 г почвы; 10000 – коэффициент для перевода 100 г почвы в 1 т; 2400 – масса одного гектара пахотного слоя мощностью 20 см и плотностью сложения 1,2 г/см3, определена по формуле m=dV·h·10000, где dV – плотность сложения, г/см3=т/м3; h – мощность пахотного слоя, м; 10000 – коэффициент перевода на 1 га. 1000000 – коэффициент перевода г СаСО3 в тонны. Задание: 1. В тех же образцах, в которых на предыдущем занятии определяли сумму по- глощенных оснований, произвести определение актуальной, обменной и гидролитиче- ской кислотности почвы. 2. Произвести оценку полученных показателей по таблицам 13, 14 и 15. 3. Произвести расчет емкости катионного обмена почвы и степени насыщенно- сти почвы основаниями. Сделать вывод о необходимости в известковании анализируе- мой почвы. 4. Произвести расчет необходимого количества карбоната кальция для нейтрали- зации гидролитической кислотности почвы. Вопросы для контроля: 1. От каких факторов зависят кислотно-основные свойства почв? 2. Что называют кислотностью почвы? 3. Какие выделяют виды кислотности почвы? 4. Как определяются различные виды кислотности почвы? На каких принципах основаны эти методы определения? 5. Какие меры принимаются для устранения неблагоприятной кислотности почв? На чем они основаны? 6. Что такое щелочность почвы? Назовите виды щелочности почвы? 7. Как устраняется неблагоприятная щелочность почвы? 8. Что называют кислотно-основной буферностью почвы? 9. Как вычисляется степень насыщенности почв основаниями? 10. Как определяется необходимость почв в известковании? 11. Как рассчитывается необходимое для известкования количество карбоната кальция? Лабораторная работа №27 |