Со знаком плюс: как катионы микроэлементов влияют на структуру почвы и плодородие
AGRONEWS продолжает рассказывать о плодородии почвы и влияющих на него факторах. Одна из них — способность к катионному обмену. Высокая способность означает, что почва может содержать много питательных веществ, необходимых растениям. При низком показателе питательные вещества не связаны частицами гумуса и глины, поэтому легко вымываются из почвы и уходят под пахотный слой.
При оценке способности почвы к катионному обмену учитываются три фактора: емкость катионного обмена (ЕКО), насыщенность питательными веществами и соотношение между катионами химических элементов в почве.
Емкость катионного обмена
Емкость катионного обмена (емкость поглощения) — общее количество катионов одного рода, которое может быть вытеснено из почвы. Чем показатель выше, тем почва плодороднее. Помимо минералогического и гранулометрического состава почвы, на ЕКО влияет содержание органических веществ, то есть значение в основном зависит от доли глины и гумуса в почве. Показатель также повышается при увеличении pH участка.
Насыщенность почвы основаниями
Глино-гумусовый комплекс может связывать как основания, полезные для питания растений (катионы Са2+, Mg2+, К+, Na), так и ионы Н+ и А13+. Степень насыщенности основаниями (V ) вычисляется как отношение суммы обменных оснований к общей емкости катионного обмена, выраженное в процентах. В зависимости от соотношения почвы делят на насыщенные (V> 80%) и ненасыщенные (V= 50-70%) основаниями.
Лучшими считаются почвы, насыщенные основаниями, например, черноземы с высоким содержанием Са2+ и Мg2+. Они имеют нейтральную или слабощелочную реакцию. В таких почвах органические и минеральные коллоиды сохраняются и накапливаются, что способствует увеличению общей емкости поглощения катионов.
Преобладающее содержание ионов Н+ и А13+ в почвенном поглощающем комплексе (ППК) обуславливает высокую кислотность почвы и со временем приводит к разрушению минералов. Емкость поглощения катионов уменьшается, ухудшается структура. В таких почвах создается неблагоприятный водно-воздушный режим, на поверхности постепенно образуется корка.
Степень насыщенности основаниями используется при определении нуждаемости почв в известковании. При V более 80% известкование проводить не нужно, при V менее 50% — потребность в нем высокая, в промежутке — средняя и слабая.
Соотношение катионов
Соотношение катионов калия, магния и кальция влияет на потенциальную структуру почвы. Кальций делает структуру почвы рыхлой; он удерживает частицы глины на расстоянии друг от друга и действует как связующее вещество между глиной и органическим веществом. Магний действует аналогичным образом, но не является связующим элементом между органическим веществом и песком или глинистыми частицами. Слишком большое количество калия и натрия приводит к поверхностному уплотнению почвы.
Проиллюстрировать это можно с помощью структурного треугольника, который представляет соотношение между Ca+, Mg+ и ионами K, Na, H, AI, Fe. Он показывает фактическую структуру почвы.
Катионы натрия, кальция, калия и магния являются связывающими агентами: они сохраняют частицы почвы, но также обеспечивают достаточное расстояние между ними.
Оптимальная структура (синее пятно в треугольнике структуры) — это идеальный баланс ионов Ca, Mg и K, связанных с глиной и гумусом. Положение черной точки относительно темно-синей области определяет, какое удобрение требуется для улучшения почвы.
Если черная точка находится над синей областью, значит, в почве превышено содержание кальция и не хватает магния. Для улучшения структуры почвы необходимо использовать удобрения, содержащие магний.
Если черная точка находится ниже темно-синей области, значит, есть нехватка кальция и избыток магния. Желаемый результат даст применение известковых удобрений.
Меньшая доля катионов Ca+ и большая Mg+ не вызовет больших проблем напрямую (синие и голубые пятна). Магний удерживает частицы глины на расстоянии, как и кальций, но он связывается с органическим веществом. Однако слишком большое количество K+ делает почву восприимчивой к поверхностному уплотнению. Слишком малое количество K+, в свою очередь, приводит к снижению урожайности.
Состояние почвы ухудшается и при избыточной доле Na+ в составе обменных катионов: усиливается разрушение почвенной структуры, возрастет распыленность. Из-за уменьшения пористости, особенно некапиллярной, снижается скорость фильтрации воды вплоть до полной водонепроницаемости.
Лабораторный анализ емкости катионного обмена
Определить емкость катионного обмена и другие показатели в лабораторных условиях сегодня можно различными методами. Они отличаются предварительной обработкой образцов, видами солей и катионов, процедурой насыщения и извлечения, способами конечного определения ионов.
Однако большинство этих методов имеют большую или меньшую погрешность в результатах. Так, определить точный состав обменных катионов в некоторых видах почв сложно из-за содержания в них водорастворимых солей, карбонатов и гипса, так как они могут растворяться в применяемых реактивах и искажать результаты. Кроме того, на результат лабораторных исследований влияет человеческий фактор.
Еще большая погрешность у экспресс-тестов для определения ЕКО. Точность этого анализа зависит от правильного отбора и обработки пробы, качества реактивов (снижается при загрязнении, неправильном хранении и истечении гарантийного срока), правильности приготовления растворов потребителем, погрешностей при титровании и калибровке.
Вместе с тем, за рубежом становится все более популярной технология NIRS — спектроскопия ближнего инфракрасного излучения. Преимущество NIRS перед другими методами — в точных результатах и меньшем времени, которое требуется на анализ.
При NIRS-исследовании на образец оказывается воздействие ближним инфракрасным излучением. Современное оборудование за несколько секунд измеряет, волны какой длины отражаются от исследуемого материала, а какой — поглощаются. Полученный спектр содержит точную информацию о составе образца.
Благодаря результатам исследований NIRS сельхозпроизводитель может принять оперативные меры для улучшения структуры почвы. К слову, скоро эта технология анализа почвы станет доступна и для белорусских аграриев.
Источник
Со знаком плюс: как катионы микроэлементов влияют на структуру почвы и плодородие
AGRONEWS продолжает рассказывать о плодородии почвы и влияющих на него факторах. Одна из них — способность к катионному обмену. Высокая способность означает, что почва может содержать много питательных веществ, необходимых растениям. При низком показателе питательные вещества не связаны частицами гумуса и глины, поэтому легко вымываются из почвы и уходят под пахотный слой.
При оценке способности почвы к катионному обмену учитываются три фактора: емкость катионного обмена (ЕКО), насыщенность питательными веществами и соотношение между катионами химических элементов в почве.
Емкость катионного обмена
Емкость катионного обмена (емкость поглощения) — общее количество катионов одного рода, которое может быть вытеснено из почвы. Чем показатель выше, тем почва плодороднее. Помимо минералогического и гранулометрического состава почвы, на ЕКО влияет содержание органических веществ, то есть значение в основном зависит от доли глины и гумуса в почве. Показатель также повышается при увеличении pH участка.
Насыщенность почвы основаниями
Глино-гумусовый комплекс может связывать как основания, полезные для питания растений (катионы Са2+, Mg2+, К+, Na), так и ионы Н+ и А13+. Степень насыщенности основаниями (V ) вычисляется как отношение суммы обменных оснований к общей емкости катионного обмена, выраженное в процентах. В зависимости от соотношения почвы делят на насыщенные (V> 80%) и ненасыщенные (V= 50-70%) основаниями.
Лучшими считаются почвы, насыщенные основаниями, например, черноземы с высоким содержанием Са2+ и Мg2+. Они имеют нейтральную или слабощелочную реакцию. В таких почвах органические и минеральные коллоиды сохраняются и накапливаются, что способствует увеличению общей емкости поглощения катионов.
Преобладающее содержание ионов Н+ и А13+ в почвенном поглощающем комплексе (ППК) обуславливает высокую кислотность почвы и со временем приводит к разрушению минералов. Емкость поглощения катионов уменьшается, ухудшается структура. В таких почвах создается неблагоприятный водно-воздушный режим, на поверхности постепенно образуется корка.
Степень насыщенности основаниями используется при определении нуждаемости почв в известковании. При V более 80% известкование проводить не нужно, при V менее 50% — потребность в нем высокая, в промежутке — средняя и слабая.
Соотношение катионов
Соотношение катионов калия, магния и кальция влияет на потенциальную структуру почвы. Кальций делает структуру почвы рыхлой; он удерживает частицы глины на расстоянии друг от друга и действует как связующее вещество между глиной и органическим веществом. Магний действует аналогичным образом, но не является связующим элементом между органическим веществом и песком или глинистыми частицами. Слишком большое количество калия и натрия приводит к поверхностному уплотнению почвы.
Проиллюстрировать это можно с помощью структурного треугольника, который представляет соотношение между Ca+, Mg+ и ионами K, Na, H, AI, Fe. Он показывает фактическую структуру почвы.
Катионы натрия, кальция, калия и магния являются связывающими агентами: они сохраняют частицы почвы, но также обеспечивают достаточное расстояние между ними.
Оптимальная структура (синее пятно в треугольнике структуры) — это идеальный баланс ионов Ca, Mg и K, связанных с глиной и гумусом. Положение черной точки относительно темно-синей области определяет, какое удобрение требуется для улучшения почвы.
Если черная точка находится над синей областью, значит, в почве превышено содержание кальция и не хватает магния. Для улучшения структуры почвы необходимо использовать удобрения, содержащие магний.
Если черная точка находится ниже темно-синей области, значит, есть нехватка кальция и избыток магния. Желаемый результат даст применение известковых удобрений.
Меньшая доля катионов Ca+ и большая Mg+ не вызовет больших проблем напрямую (синие и голубые пятна). Магний удерживает частицы глины на расстоянии, как и кальций, но он связывается с органическим веществом. Однако слишком большое количество K+ делает почву восприимчивой к поверхностному уплотнению. Слишком малое количество K+, в свою очередь, приводит к снижению урожайности.
Состояние почвы ухудшается и при избыточной доле Na+ в составе обменных катионов: усиливается разрушение почвенной структуры, возрастет распыленность. Из-за уменьшения пористости, особенно некапиллярной, снижается скорость фильтрации воды вплоть до полной водонепроницаемости.
Лабораторный анализ емкости катионного обмена
Определить емкость катионного обмена и другие показатели в лабораторных условиях сегодня можно различными методами. Они отличаются предварительной обработкой образцов, видами солей и катионов, процедурой насыщения и извлечения, способами конечного определения ионов.
Однако большинство этих методов имеют большую или меньшую погрешность в результатах. Так, определить точный состав обменных катионов в некоторых видах почв сложно из-за содержания в них водорастворимых солей, карбонатов и гипса, так как они могут растворяться в применяемых реактивах и искажать результаты. Кроме того, на результат лабораторных исследований влияет человеческий фактор.
Еще большая погрешность у экспресс-тестов для определения ЕКО. Точность этого анализа зависит от правильного отбора и обработки пробы, качества реактивов (снижается при загрязнении, неправильном хранении и истечении гарантийного срока), правильности приготовления растворов потребителем, погрешностей при титровании и калибровке.
Вместе с тем, за рубежом становится все более популярной технология NIRS — спектроскопия ближнего инфракрасного излучения. Преимущество NIRS перед другими методами — в точных результатах и меньшем времени, которое требуется на анализ.
При NIRS-исследовании на образец оказывается воздействие ближним инфракрасным излучением. Современное оборудование за несколько секунд измеряет, волны какой длины отражаются от исследуемого материала, а какой — поглощаются. Полученный спектр содержит точную информацию о составе образца.
Благодаря результатам исследований NIRS сельхозпроизводитель может принять оперативные меры для улучшения структуры почвы. К слову, скоро эта технология анализа почвы станет доступна и для белорусских аграриев.
Источник
Емкость катионного обмена почвы таблица
Методы определения емкости катионного обмена
Nature protection. Soils. Methods for determining the capacity of cation exchange
Дата введения 1985-04-01
Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 28 апреля 1984 г. N 1503 дата введения установлена 01.04.85
ПЕРЕИЗДАНИЕ. Август 2008 г.
Настоящий стандарт устанавливает методы определения емкости катионного обмена в почвах естественного и нарушенного сложения.
Стандарт применяется при выполнении почвенных, агрохимических и мелиоративных обследований с целью определения качества плодородного слоя естественного сложения, а также для оценки пригодности нарушенного плодородного слоя для землевания малопродуктивных угодий и рекультивируемых земель.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Поступающая на анализ почва должна быть предварительно доведена до воздушно-сухого состояния, измельчена и пропущена через сито с круглыми отверстиями диаметром 1-2 мм. Почву хорошо перемешивают и распределяют по ровной поверхности слоем толщиной не более 1 см. Пробу для анализа массой 2,5 г отбирают ложкой или шпателем по методу конверта из пяти разных мест, равномерно расположенных по площади.
2. АППАРАТУРА, МАТЕРИАЛЫ, РЕАКТИВЫ
Весы лабораторные 2-го класса точности с предельной нагрузкой 200 г и весы лабораторные 3-го класса точности с предельной нагрузкой 500 г по ГОСТ 24104-88*.
* С 01.07.2002 введен в действие ГОСТ 24104-2001**.
** На территории Российской Федерации действует ГОСТ Р 53228-2008. — Примечание изготовителя базы данных.
Дозаторы ШД-115 и ДАЖ-115 или бюретки и пипетки по ГОСТ 29169-91 и ГОСТ 29252-91, 2-го класса.
Кассеты десятипозиционные с технологическими емкостями вместимостью 200 см или колбы стеклянные конические вместимостью 200 см по ГОСТ 25336-82.
Колбы мерные по ГОСТ 1770-74, наливные.
Мешалка магнитная для перемешивания раствора при титровании.
Спектрофотометр атомно-абсорбционный и лампа с полым катодом для определения магния.
Стаканы стеклянные по ГОСТ 25336-82.
Ротатор Р-120 для взбалтывания почвенных суспензий с оборотом емкостей на 360 °С*, с частотой вращения 30-40 мин или встряхиватель с возвратно-поступательным движением с частотой колебаний 75 цикл/мин.
* Текст соответствует оригиналу. — Примечание изготовителя базы данных.
рН-метры — милливольтметры с блоком автоматического титрования, погрешность измерения не более ±0,05 рН (±5 мВ).
Установки фильтровальные десятипозиционные или воронки диаметром 8-10 см по ГОСТ 25336-82.
Фотоэлектроколориметр или другие аналогичные приборы, позволяющие работать при длине волны 535-555 нм.
Бумага фильтровальная по ГОСТ 25336-82.
Аммиак водный по ГОСТ 3760-79, раствор с массовой долей 10%.
Аммоний хлористый по ГОСТ 3773-72.
Барий уксуснокислый по НТД.
Барий хлористый 2-водный по ГОСТ 4108-72.
Вода дистиллированная по ГОСТ 6709-72.
Гидроксиламин солянокислый по ГОСТ 5456-79, раствор с массовой долей 5%.
Калий хлористый по ГОСТ 4234-77.
Кальций хлористый кристаллический 6-водный.
Кислота серная по ГОСТ 4204-77, концентрированная; раствор ( H SO )=0,05 моль/дм .
Кислота соляная по ГОСТ 3118-77, концентрированная, разбавленная дистиллированной водой 1:250 и 1:60; раствор с массовой долей 25%.
Кислота уксусная по ГОСТ 61-75, раствор с массовой долей 10%.
Магний уксуснокислый 4-водный по НТД.
Натрия гидроокись по ГОСТ 4328-77, раствор (NaOH)=0,1 моль/дм и раствор (NaOH)=2 моль/дм .
Окись магния по ГОСТ 4526-75, х.ч.
Соль этилендиамин-N, N, N’, N’-тетрауксусной кислоты динатриевая 2-водная (трилон Б) по ГОСТ 10652-73.
Спирт поливиниловый по ГОСТ 10779-78 или желатин по ГОСТ 11293-89.
Спирт этиловый ректификованный по ГОСТ 18300-87.
Стронций хлористый, 6-водный по ГОСТ 4140-74.
Триэтаноламин, разбавленный дистиллированной водой 1:4.
Фенолфталеин спиртовой раствор с массовой долей 1%.
3. ПОДГОТОВКА К АНАЛИЗУ
3.1. Приготовление буферного раствора хлористого бария
61,0 г хлористого бария 2-водного и 68,0 г уксуснокислого бария растворяют дистиллированной водой в мерной колбе и доводят объем раствора до 1 дм . Полученный раствор должен иметь рН 6,5.
3.2. Приготовление раствора уксуснокислого магния (Mg(CH COO) )=0,5 моль/дм рН=7,0.
107 г уксуснокислого магния 4-водного растворяют дистиллированной водой в мерной колбе и объем раствора доводят до 1 дм . Если рН раствора не равен 7, добавляют раствор с массовой долей уксусной кислоты 10% или раствор с массовой долей аммиака 10%.
Раствор уксуснокислого магния (Mg(CH COO) )=0,25 моль/дм , рН=7,0 получают разведением раствора (Mg(CH COO) )=0,5 моль/дм дистиллированной водой в 2 раза.
Раствор уксуснокислого магния (Mg(CH COO) )=0,025 моль/дм готовят разведением дистиллированной водой в 10 раз раствора (Mg(CH COO)
3.3. Приготовление раствора хлористого калия (KCl)=0,5 моль/дм .
37,3 г соли KCl растворяют дистиллированной водой в мерной колбе и объем раствора доводят до 1 дм .
3.4. Приготовление хлоридно-аммиачного буферного раствора
20 г хлористого аммония растворяют в 100 см дистиллированной воды, смешивают со 100 см раствора с массовой долей аммиака 25% и доводят объем раствора дистиллированной водой до 1 дм
3.5. Приготовление раствора индикатора
0,5 г кислотного хрома темно-синего растворяют в 10 см хлоридно-аммиачного буферного раствора и доводят объем до 100 см этиловым спиртом.
3.6. Приготовление раствора (трилона Б) =0,025 моль/дм
9,3 г соли растворяют в дистиллированной воде и доводят объем раствора до 1 дм .
3.7. Приготовление раствора с массовой долей титанового желтого 0,05%
0,5 г реактива растворяют в дистиллированной воде, доводят объем раствора до 1 дм , перемешивают и фильтруют через плотный бумажный фильтр. Раствор хранят в темной склянке.
3.8. Приготовление раствора поливинилового спирта с массовой долей 2%
20 г поливинилового спирта помещают в коническую колбу, приливают 1 дм дистиллированной воды, закрывают колбу резиновой пробкой с клапаном Бунзена и нагревают на кипящей бане при периодическом помешивании до полного растворения. Полученный раствор может храниться в течение месяца. При появлении мути раствор следует профильтровать. Допускается замена раствора поливинилового спирта раствором с массовой долей желатина 0,5%, приготовленным в день проведения анализа.
3.9. Приготовление раствора хлористого кальция (CaCl)=0,5 моль/дм
Источник