Актуальная активная и потенциальная кислотность почв. Изменение почвенной реакции. Известкование кислых почв
Различают актуальную (активную) и потенциальную кислотность почв в зависимости от того, при каком взаимодействии она проявляется и измеряется.
Актуальная кислотность почвы обусловлена наличием водородных ионов (протонов) в почвенном растворе, активность которых зависит от свойств (ионной силы) раствора, влияющих на коэффициент активности иона. Актуальная кислотность почвы измеряется при взаимодействии почвы с дистиллированной водой [водный рН, рНн2о, рН (Н20)] при разбавлении 1:2,5 либо в пасте. Иногда рН почвы измеряют непосредственно в почве при естественной влажности, но для этого она должна быть достаточно увлажненной и гомогенной для обеспечения надежного контакта с измерительным электродом. Можно актуальную кислотность почвы измерять и колориметрически или путем титрования.
Потенциальная кислотность — способность почвы при взаимодействии с растворами солей проявлять себя как слабая кислота. Потенциальная кислотность определяется свойствами твердой фазы почвы, обусловливающей появление дополнительного количества протонов в растворе при взаимодействиях с удобрениями или химикатами.
Кислая реакция солевых вытяжек из почв объясняется появлением в растворе ионов водорода (гидроксония Н30 + ) в результате вытеснения из почвенного поглощающего комплекса, а также взаимодействия с водой молекулярных кислот и гидратиро- ванных катионов. Гидратированные катионы при этом можно рассматривать как кислоты (Бренстед — Лоури). Наиболее сильные кислотные свойства в воде проявляют двух- и особенно трехзарядные катионы металлов
В зависимости от характера взаимодействующего с почвой раствора различают две формы потенциальной кислотности почв — обменную и гидролитическую, характеризующиеся как последовательные этапы выделения в раствор дополнительных количеств протонов из твердой фазы.
Обменная кислотность обнаруживается при взаимодействии с почвой растворов нейтральных солей. При этом происходит эквивалентный обмен катиона нейтральной соли на ионы водорода, алюминия и другие, находящиеся в поглощающем комплексе. Обычно для определения обменной кислотности почв используют 1 н. раствор КС1 (рН около 6,0).
Природа обменной кислотности зависит от состава и свойств почвенных коллоидов. Кислотность органических почвенных коллоидов (гумусовые кислоты) обусловлена главным образом обменным водородом, причем непосредственным источником обменного водорода служат органические кислоты, включая гумусовые, и угольная кислота. При взаимодействии с коллоидами водород этих кислот внедряется в их диффузный слой, занимая место оснований, которые выщелачиваются или выпадают в осадок
Кислотность минеральных коллоидов связана с наличием в почвенном поглощающем комплексе обменных ионов водорода, алюминия или железа. Источником обменных алюминия и железа служат ионы кристаллической решетки глинистых минералов и гидроксидов, мобилизуемые органическими кислотами или присутствующие в почвенном растворе и также внедряющиеся в диффузный слой почвенных коллоидов.
При взаимодействии кислой почвы с раствором хлорида калия в результате обмена калия на водород в растворе появляется соляная кислота, а при обмене на алюминий — хлорид алюминия (III)
Образующаяся в растворе кислота оттитровывается щелочью (кислотность выражается в мг-экв/100 г) или определяется по рН раствора, который в данном случае характеризуется как солевой рН,рНКС1, рН(КС1) По значениям рН можно ориентировочно определить роль различных ионов в образовании кислотности При рН меньше 4,0 кислотность обусловлена главным образом обменным водородом, при рН от 4,0 до 5,5 — обменным алюминием
В кислых почвах (подзолистые, серые лесные, красноземы) солевой рН всегда меньше, чем водный рН, поскольку в этих почвах имеется обменный водород и (или) алюминий Для насыщенных основаниями почв солевой рН не определяется
Гидролитическая кислотность обнаруживается при воздействии на почву раствора гидролитически щелочной соли сильного основания и слабой кислоты, при котором происходит более полное вытеснение поглощенных водорода и других кислотных ионов Для определения гидролитической кислотности обычно используют 1 и раствор CH3COONa с рН 8,2 При взаимодействии уксуснокислого натрия с почвой могут происходить реакции в зависимости от содержания в ней алюминия или водорода, аналогичные приведенным выше
Количество образующейся уксусной кислоты, определяемое титрованием, характеризует гидролитическую кислотность почвы
При наличии в почве обменного алюминия образующийся в результате обменной реакции уксуснокислый алюминий распадается на гидроксид алюминия и уксусную кислоту
Так как нейтральная соль вытесняет лишь часть поглощенного водорода, а гидролитически щелочная соль — почти весь, то гидролитическая кислотность обычно больше обменной Иногда гидролитическая кислотность оказывается меньше обменной за счет поглощения почвой анионов уксусной кислоты и вытеснения ионов ОН , в результате чего уменьшается кислотность вытяжек.
Наличие потенциальной кислотности характерно для почв, обедненных основаниями (Са2+, Mg2+ и др.). Чем больше почва обеднена основаниями, тем резче проявляет она кислотные свойства.
В природе распространение кислых почв связано с определенными условиями почвообразования (подзолистые, бурые лесные, красноземы, желтоземы). Большое значение в образовании почв с той или иной реакцией имеет характер почвообразуюгцей породы. Подзолистые почвы, бедные основаниями, в основном приурочены к выщелоченным, бескарбонатным породам. Характер почвообразовательного процесса откладывает существенный отпечаток на формирование реакции почв. В одних случаях этот процесс приводит к потере оснований и подкислению (подзолистый процесс), в других — наблюдается постепенное обогащение почвы основаниями (дерновый процесс). Большое значение в формировании кислых почв имеют кл и магические условия. Промывной характер водного режима приводит к выносу солей из почвы, способствует выходу в раствор поглощенных С а2 , Mg2+ в обмен на водородные ионы и их последующему выщелачиванию. Растительность также оказывает влияние на характер почвенной реакции. Хвойные леса и сфагнум способствуют усилению кислотности благодаря кислым свойствам их органических остатков; лиственные леса и травянистая растительность благоприятствуют накоплению оснований.
Сельскохозяйственная деятельность человека вызывает изменение почвенной реакции. Само отчуждение урожаев с полей приводит к постепенному обеднению почв элементами, входящими в состав растений, в том числе и основаниями. Длительная обработка почвы в условиях зоны подзолистых почв способствует обеднению ее Са2+ и Mg2+. Снизить рН почвы может и внесение физиологически кислых минеральных удобрений.
Кислая реакция почв неблагоприятна для большинства культурных растений и полезных микроорганизмов. Кислые почвы обладают плохими физическими свойствами. Из-за недостатка оснований органическое вещество в этих почвах не закрепляется, почвы обеднены питательными веществами. Степень отрицательного влияния кислой реакции почв на растения зависит от того, какой элемент является причиной почвенной кислотности — водород или алюминий. Алюминий оказывает на растения более сильное токсическое действие, чем водород. Так, при повышении содержания обменного алюминия до 10—12 мг/100 г наблюдается выпадение клевера в посевах. Опытами Н. С. Авдонина показано, что наличие в кислых почвах обменного алюминия служит причиной гибели посевов озимых зерновых культур при перезимовке.
Доля участия в почвенном поглощающем комплексе обменных катионов водорода и алюминия, определяемых как обменная или гидролитическая кислотность, характеризует ненасыщенность почв основаниями
Степень насыщенности почв основаниями — это количество обменных оснований (обычно Ca2 + + Mg2 + ), выраженные в процентах от емкости поглощения
K=S/Е- 100=S/(S+#> • 100, (40)
где V — степень насыщенности основаниями, %, S — сумма обменных оснований, мг-экв/100 г, Е — емкость поглощения, мг- экв/100 г, Н— гидролитическая кислотность, мг-экв/100 г
Таким образом, ненасыщенность почв основаниями характеризуется разностью между емкостью поглощения при избранном значении рН и содержанием в почве обменных оснований
Основным методом повышения продуктивности кислых почв, снижения их кислотности служит известкование
При внесении извести СаС03 при наличии избытка углекислоты переходит в растворимый Са(НС03)2, который взаимодействует с почвой по следующей схеме
]2Н + + Са(НС03)2 —> [ППК2 ] Са2++ 2Н20 + 2С02
Почвы с высокой степенью насыщенности не нуждаются в известковании Путем сопоставления степени насыщенности почв с отзывчивостью на известкование в полевых опытах установлена следующая примерная шкала
Обычно доза извести рассчитывается по гидролитической кислотности пахотного слоя почвы
При плотности почвы 1,3 г/см3 ее масса в 20-сантиметровом пахотном слое на 1 га составляет 2600 т При этом каждый 1 мг-экв гидролитической кислотности на 100 г почвы требует для нейтрализации 1,3 т СаС03 на 1 га Однако обычно используется не полная доза извести, рассчитанная по гидролитической кислотности, а лишь какая-то часть ее, определяемая в соответствии со свойствами выращиваемых культур
Дозу СаС03 для известкования кислых почв определяют и по обменной кислотности, показателем которой служит солевой рН, в соответствии со следующими критериями, приведенными в табл 37
Таблица 37. Дозы извести в зависимости от рН солевой суспензии и гранулометрического состава почвы (в т/га)
Гранулометрический рН солевой суспензии
4,5 и ниже 4,6 4,8 5,0 5,2 5,4-5,5
Супеси и легкие суглинки 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 2,0
Средние и тяжелые суглинки 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5
Источник
Экология СПРАВОЧНИК
Информация
Кислотность актуальная
КИСЛОТНОСТЬ пбчвы — концентрация ионов водорода (pH) в почвенном растворе (активная, или актуальная, кислотность) и в почвенном поглощающем комплексе (потенциальная кислотность); один из важнейших агрохимических показателей.[ . ]
Актуальная (или активная) кислотность почвы связана с наличием в почвенном растворе ионов водорода и обусловлена присутствием в нем главным образом углекислоты, кислых и гидролитически кислых солей, а также органических кислот, образующихся при разложении органического вещества. Актуальная кислотность оказывает на растения непосредственное влияние, воздействуя на ткани корней и на обмен веществ между растением и почвой..[ . ]
Актуальная кислотность обусловлена наличием свободных водородных ионов в почвенном растворе. Актуальная кислотность обозначается символом pH. Потенциальная кислотность подразделяется на два вида: обменная и гидролитическая.[ . ]
Актуальная кислотность почвы заметно изменилась на свежем пале. Кислотность почвы на 6-летней кипрейно-пало-воп вырубке не отличается от 2-летней вырубки с покровом зеленых мхов. Щелочная среда создается в слое пепла на «огнищах» (pH = 8,4), слабо щелочная — в верхней части горизонта Аг на «огнищах» и в подстилке вне этих участков. В остальных горизонтах обоих объектов на свежем пале наблюдается нейтральная реакция среды, на «огнищах» несколько больше сдвинутая в щелочную сторону.[ . ]
Кислотность, обнаруживаемая при обработке почвы раствором CH3COONa, значительно больше, чем обменная. В этом случае определяется общая кислотность почвы, включающая актуальную и всю потенциальную кислотность, как обменную, так и «собственно гидролитическую» (которая не вытесняется КС1, но вытесняется 1 н. раствором CH3COONa). Следовательно, под гидролитической кислотностью почвы подразумевается кислотность, обнаруживаемая в растворе после обработки почвы уксуснокислым натрием и включающая все содержащиеся в почве ионы водорода, не только легко подвижные (обменные), но и менее подвижные, способные к замене на основания лишь при щелочной реакции.[ . ]
Актуальная кислотность — это кислотность почвенного раствора. Главным ее показателем является повышенная концентрация водородного иона (Н+). Чаще всего актуальная кислотность обусловлена распадом угольной кислоты в почве (Н2СОз-»-Н+ + НСОз-), но возникает также под влиянием воднорастворимых органических кислот и некоторых минеральных солей.[ . ]
Кислотность почвы — способность почвы подкислять воду, а также растворы солей. Различают два вида почвенной кислотности: актуальную и потенциальную.[ . ]
Средняя кислотность почв в городе: актуальная 5,8; потенциальная 5,2. Показатель суммарного загрязнения почв Z меняется в широких пределах. На большей части территории города он превышает допустимый уровень (1-8). В соответствии с оценочной шкалой (МУ2.1.7.730-99) на одиннадцати исследованных участках может наблюдаться увеличение общей заболеваемости населения (Z 16-32), на четырнадцати — увеличение числа часто болеющих детей и детей с хроническими заболеваниями (Z 32-64). В пяти исследованных микрорайонах, где Z попадает в интервал 64-128 и выше, высокий уровень загрязнения может привести к нарушению репродуктивной функции женщин.[ . ]
Обменная кислотность характерна для дерново-подзолистых почв и красноземов, а также для почв северной части черноземной зоны. В почвах, имеющих слабокислую реакцию водной вытяжки, обменная кислотность незначительна, а в щелочных вообще отсутствует. Обменная кислотность регулирует реакцию почвенного раствора. При взаимодействии твердой фазы почвы с катионами растворимых солей, образующихся вследствие минерализации органических веществ, или с катионами вносимых в почву минеральных удобрений обменнопоглощенные ионы водорода и алюминия переходят в раствор и увеличивают актуальную кислотность, а если почвенный раствор нейтрализуется, то благодаря обменной кислотности он снова подкисляется.[ . ]
Обменная кислотность приобретает особенно большое значение при внесении в почву больших количеств растворимых минеральных удобрений. Легко переходя в активную форму и подкисляя почвенный раствор, она отрицательно влияет на развитие чувствительных к кислотности растений и почвенных микроорганизмов. Особенно токсичен для многих растений переходящий в раствор алюминий. Поэтому при внесении в кислые почвы извести необходимо добиваться нейтрализации не только актуальной, но и обменной кислотности.[ . ]
Обменную кислотность определяют путем обработки навески почвы нормальным раствором КС1. В фильтрате (солевой вытяжке) затем измеряют величину pH или титруют вытяжку щелочью и выражают величину обменной кислотности в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы. В величину обменной кислотности входит и актуальная кислотность, следовательно, обменная кислотность почвы всегда больше, чем актуальная, а pH солевой вытяжки соответственно ниже, чем pH водной вытяжки.[ . ]
Проблема кислотных дождей актуальна в современной экологии. Она обязана человеческой деятельности, геологическим и метеорологическим факторам, сложно взаимодействующим между собой при соответствующих условиях.[ . ]
Определение актуальной кислотности почвы необходимо для выяснения возможности воздействия на почву разных форм, доз и сочетаний удобрений, а также подбора культур в севооборотах. Однако pH водной вытяжки — величина неустойчивая, часто изменяющаяся под действием разных факторов в течение даже одного вегетационного периода.[ . ]
Таким образом, актуальная кислотность — это кислотность почвенного раствора, создаваемая углекислотой (Н2С03), водорастворимыми органическими кислотами и гидролитически кислыми солями. Она определяется измерением pH водной суспензии или водной вытяжки из почвы. Актуальная кислотность оказывает непосредственное влияние на развитие растений и почвенных микроорганизмов.[ . ]
Обнаруживается актуальная кислотность при обработке почв водой с последующим определением в водной вытяжке концентрации водородных ионов с выражением их в единицах pH.[ . ]
Гидролитическая кислотность в почвах появляется при самом начале обеднения их основаниями. При дальнейшей потере оснований появляется также обменная и актуальная кислотность.[ . ]
Гидролитическую кислотность рассматривают как суммарную кислотность почвы, состоящую из актуальной и потенциальной кислотности. Ее величина обусловливает ненасыщенность почв основаниями. Емкость поглощения (7) в известной формуле определения степени насыщенности почв основаниями V = — 100% с учетом величины гидролитической кислотности может быть выражена как Т= + Нг, тогда V = > „100 %.[ . ]
Средние значения актуальной и гидролитической кислотности во всех горизонтах почв лугов ниже, чем в лесных почвах. Средние отличаются достоверно по критерию Стьюдента, а различия дисперсий в основном недостоверны.[ . ]
Оценка уровня химического загрязнения почв как индикатора неблагоприятного воздействия на здоровье населения проводилась с использованием показателя суммарного загрязнения (Z ), рассчитанного по концентрациям подвижных форм ТМ (Методические указания по оценке степени опасности загрязнения почвы. 1993; Сает, 1990).[ . ]
При определении обменной кислотности одновременно учитываются и те водородные ионы, которые находятся в почвенном растворе и обусловливают величину актуальной кислотности. В связи с этим величина обменной кислотности всегда больше актуальной для одного и того же почвенного образца. Выражается обменная кислотность также в единицах pH.[ . ]
Чтобы установить величину актуальной кислотности для ориентировочного суждения о необходимости применения соответствующих мелиораций почвы и выяснения возможности нормального роста на ней той или иной культуры, а также для других целей, определяют pH почвы.[ . ]
В агрономической практике степень кислотности или щелочности почв характеризуют по величинам обменной кислотности и актуальной щелочности (табл. 30).[ . ]
Наиболее зависимыми от параметров кислотности являются простая, вильчатая, коралловидная и извилистая формы микориз. Выявлена тесная отрицательная корреляция между плотностью коралловидных и вильчатых микориз и величиной актуальной и гидролитической кислотности в органическом горизонте Ао.[ . ]
Различают следующие виды почвенной кислотности: актуальную (или активную) кислотность и потенциальную (скрытую) кислотность, которая подразделяется, в свою очередь, на обменную и гидролитическую.[ . ]
Также в 2004 г. проводилось определение актуальной кислотности почвенных образцов, взятых в 4-кратной повторности с каждой пробной площади.[ . ]
Реакция почвенного раствора характеризует актуальную, или активную, кислотность или щелочность почвы и оказывает большое влияние на химические, физикохимические и биологические процессы, протекающие в почве, а также на развитие растений (см. с. 168).[ . ]
Огромное физиологическое, экономическое и агрономическое значение актуальной кислотности (pH) почвы для растительного мира и, в частности, для культурных растений было доказано многочисленными исследованиями, проведенными за последние пятнадцать лет. Не имея возможности входить здесь в описание соответствующих данных, мы ограничимся приведением одного графика, показывающего зависимость между урожаем растений и концентрацией ионов водорода, по данным, которые получены нашими русскими исследователями.[ . ]
Различные сельскохозяйственные культуры и микроорганизмы по-разному относятся к актуальной кислотности (табл. 28).[ . ]
В настоящее время экология превратилась в одну из главенствующих междисциплинарных синтетических наук, решающую актуальную проблему современности — изучение взаимоотношений человечества с окружающей средой. Это связано прежде всего с негативными экологическими последствиями воздействия антропогенных факторов на биосферу Земли: парниковый эффект, кислотные дожди, истощение “озонового слоя”, обезлеси-вание, опустынивание, угрожающее загрязнение среды различными токсикантами, обеднение и деградация природных экосистем и т.д.[ . ]
Помимо катионов из сточных вод следует удалять и анионы. Для этого необходима разработка дешевых и доступных анионитов. Это особенно актуально в связи с тем, что химическая и термическая устойчивость анионитов ниже, чем катионитов [31]. Для получения недорогих анионитов изучали относительно простые химические способы обработки торфа. Бриттен [32] запатентовал получение торфа-анионита с помощью азотной кислоты. Получен амфотерный ионит в результате обработки гуминовых кислот фенилендиамином и последующей поликонденсацией с альдегидом ¡[33]. В работе [25] рассматривается действие этилендиамина (ЭДА) на торф, модифицированный серной кислотой. Алифатический амин был использован потому, что он является не таким слабым основанием, как ароматические амины. Модифицированный торф был выбран из-за наличия дополнительных карбоксильных групп, полученных при кислотной обработке. Недостатком этого метода является то, что торф выщелачивается в основных растворах. Поэтому для создания более мягких условий, чем кипячение с раствором ЭДА, желательно совместно использовать амины и амиды. Предложено использовать тионилхлориды для образования в модифицированном торфе до обработки ЭДА хлорангидридов. Были предприняты попытки создать сильноосновный ионит, получив четвертичное аммониевое основание при действии метилиодида и диметилсульфата на слабоосновиые аминогруппы. Как и для катионитов, были изучены физические характеристики полученных анионитов, а именно обменная емкость. Было исследовано также выщелачивание и набухание в зависимости от pH.[ . ]
Гидролитически щелочная соль взаимодействует как с ППК, так и с почвенным раствором, таким образом, в данном случае определяется общая кислотность почвы, которая включает актуальную и потенциальную кислотность, как обменную, так и собственно гидролитическую. Гидролитическую кислотность выражают в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы. Установлено, что таким путём вытесняется не весь водород, поэтому при расчёте вводят коэффициент П 1,75 — поправка на полноту вытеснения водорода. Величина гидролитической кислотности используется для расчёта дозы извести при известковании кислых почв.[ . ]
Почвы лугов менее кислые, чем лесные. Это особенно ярко выражено в верхних горизонтах Адер и А1: pH верхних горизонтов почв лугов Адер и А1 вблизи завода снижается до 4,5—4,9, по мере удаления от завода растет и достигает 5,78-6,24 на фоне. Наиболее актуально кислыми являются горизонты А1 и А2, вниз по профилю значения pH, как правило, возрастают до 6,00. Наиболее гидролитически кислыми являются задернованные горизонты Адер (47,6-63,9 мг-экв/100 г), вниз по профилю гидролитическая кислотность снижается до 5-11 мг-экв/100 г. Наименьшие значения гидролитической кислотности — в горизонтах В2 и ВС.[ . ]
Газовые выбросы тепловых электростанций и металлургических предприятий содержат ядовитые окислы азота и серы. Попадая в атмосферу, эти окислы подвергаются многочисленным физико-химическим превращениям и могут приводить в конечном итоге к возникновению ядовитых смогов и выпадению губительных кислотных дождей. Поэтому проблема очистки отходящих газов от окислов азота и серы является сейчас чрезвычайно актуальной во всем мире. Решать требуется при этом задачи очистки огромных объемов газа, поскольку, например, только одна стандартная ТЭЦ мощностью 500 МВт выбрасывает за час в атмосферу около 1,5 млн. куб.м, горячих топочных газов.[ . ]
Источник