Физико-химические методы исследования почв

Решение современных проблем почвоведения базируется на детальном изучении химических и физических свойств почвы. Вопросы химизации сельского хозяйства и повышения почвенного плодородия, рационального использования земельных угодий и удобрений, природа и генезис отдельных почвенных типов и обширных почвенно-географических зон и провинций — все это требует предварительной химико-аналитической характеристики почв в сочетании с глубоким пониманием закономерностей почвообразования и специфических особенностей химии почв.

В почвоведении с помощью приемов обычного анализа накоплен огромный фактический материал, освещающий химический состав почв и многие ее свойства. Это позволило обосновать нуждаемость почв в удобрениях, описать историю и закономерности образования типов почв. Классические объемные и весовые методы анализа, которые часто сокращенно называют просто химическими методами, останутся и в дальнейшем как один из важнейших приемов изучения состава почв. Существенным недостатком этих методов является их громоздкость и большая трудоемкость; кроме того, их применение сопровождается более или менее сильным воздействием на почву различных реактивов и в силу длительности определения они мало пригодны для изучения динамики почвенных процессов.

Перспективными для изучения почвообразования и плодородия почв являются физико-химические методы анализа. Современные физико-химические методы не отвечают, конечно, всем предъявляемым требованиям и дают ответ далеко не на все вопросы, но их основные принципы и приемы применения близко совпадают с потребностями науки о почвах.

Физико-химические методы анализа — это большая группа методов, в которую часто включают все приемы химических исследований, базирующиеся на количественном измерении физических свойств. Предварительно изученная зависимость состав —свойства позволяет посредством простых физических измерений анализировать любую систему. Если в химическом анализе для определения количественного состава измеряют количество вещества, вступающего в реакцию, или весовое (объемное) количество продуктов реакции, то в физико-химическом анализе непосредственного измерения объема или веса не производят, а количественно определяю/ какое-либо физическое свойство вещества или системы. Поэтому первым этапом разработки и применения любого физико-химического метода является установление зависимости между составом и свойствами, выражаемой математически в виде формулы или графика.

Зависимости, используемые в физико-химических методах анализа, опираются на общие законы физики и химии; специфичность свойств веществ, характер реакций и особенности изучаемых систем находят отражение в величинах параметров уравнений. Это придает физико-химическим методам универсальность, позволяющую применять одни и те же приборы для исследования разнообразных соединений. В связи с этим классификация методов и последовательность их изучения основывается на общности используемых законов (свойств) и применяемой аппаратуры. Вместе с тем специфика состава, структуры и свойств почвы требует уточнения, иногда разработки особых условий проведения исследования, а подчас и новых приемов и деталей аппаратуры. Следует подчеркнуть, что еще далеко не все физико-химические методы исследования в полной мере проверены и приспособлены к изучению состава, структуры и свойств почвы.

Другая особенность физико-химического анализа связана с тем, что свойства вещества или системы не зависят от взятого объема вещества. Любые свойства: окраска, интенсивность излучения, показатель преломления, величина потенциала— определяются только концентрацией, а не абсолютным количеством изучаемого компонента. Это позволяет значительно повысить чувствительность методов количественного определения и вносит некоторые особенности в технику работы по сравнению с обычными химическими методами.

Ряд физико-химических методов позволяет определять такие свойства вещества, или компонента в смеси, которые нельзя изучить обычными приемами: окислительно-восстановительный потенциал, активности ионов, светопоглощение и отражательная способность почвы и т. п.

Разнообразие физико-химических методов столь велико, что сейчас уже трудно установить границы, в пределах которых тот или иной метод следует считать физико-химическим. При почвенных исследованиях наиболее употребительными за последнее время оказались следующие:

1. потенциометрические методы, применяемые в почвоведении для определения рН, окислительно-восстановительного потенциала, активности ионов натрия, калия, хлора и др.;
2. кондуктометрические методы, используемые в почвоведении для определения солесодержания в почвах и почвенных растворах;
3. полярографические методы, нашедшие применение в почвоведении для количественного определения многих катионов и анионов, особенно присутствующих в микроколичествах;
4. фотометрические и нефелометрические методы анализа, позволяющие определять практически любые компоненты почв и почвенных растворов;
5. спектрофотометрический анализ, используемый в почвоведении как для количественных определений, так и для изучения структуры гумусовых веществ и минералов тонкодисперсной фракции;
6. методы пламенной фотометрии, используемые в почвоведении преимущественно для определения содержания в почвах катионов щелочных и щелочноземельных металлов;
7. методы термического анализа, применяемые в почвоведении для изучения минералогического состава почв и почвенных коллоидов.

Кроме перечисленных в почвоведении находят применение рефрактометрия, поляриметрия, люминесценция; все шире используют спектральный эмиссионный атомный анализ, рент-геноструктурный, электронномикроскопический анализ и др. В настоящем руководстве излагаются только те методы, которые наиболее широко применяются в почвенно-химических лабораториях.

Необходимо подчеркнуть, что в большинстве случаев проведение анализа физико-химическими методами требует очень немного времени и, хотя используется часто дорогостоящая аппаратура, все же достигается экономия средств благодаря быстроте определения и малому расходу реактиbob. Вместе с тем по чувствительности и точности определения (особенно малых количеств) физико-химические методы безусловно превосходят обычные объемные и весовые методы анализа. С точки зрения почвоведения особенно важно, что многие почвенные характеристики могут быть получены этими методами без какого-либо нарушения естественного состояния почвы. И, наконец, физико-химические методы позволяют глубоко изучить принципы построения вещества, в том числе таких важнейших компонентов почвы, как тонкодисперсные минералы и органические гумусовые вещества.

Физико-химические приемы анализа осуществимы при наличии специальной, часто дорогостоящей аппаратуры, безотказно работающей только при умелом обращении с ней. Теория самих методов довольно сложна и требует достаточно высокой подготовки сотрудников и умелого толкования получаемых данных. Успех и более широкое использование физико-химических методов в почвоведении зависит прежде всего от подготовки почвоведов в этой области.

Данное руководство должно служить учебным пособием при обучении студентов по специальностям почвоведение и агрохимия, а также для ознакомления сотрудников лабораторий, обслуживающих сельское хозяйство, с физико-химическими методами исследования почв.

Источник

Физико-химический анализ почвы для озеленения школьного участка

Онлайн-конференция

«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение центр образования «Наследие»

Физико-химический анализ почвы для озеленения школьного участка.

Выполнила ученица 8 класса Нуруллина Эльвина

Руководитель: учитель химии

1. Основные характеристики почвы…………………………………………………..4

2. Общая характеристика исследуемого объекта…………………………………….6

4.1 Определение механического состава почвы……………………………………. 8

4.2 Определение структуры почвы……………………………………………………9

4.3 Определение влагоемкости почвы………………………………………………. 9

4.4 Определение водопроницаемости почвы……………………………………….10

4.5 Определение содержания воздуха в почвенном образце………………………10

5.2 Определение карбонат-ионов……………………………………………………11

5.3 Определение сульфат-ионов и хлорид-ионов…………………………………..13

5.4 Определение содержания гумуса………………………………………………. 14

Земля — ценнейшее природное достояние народа, место обитания человека. Почвенный покров является объектом труда и средством производства. Он используется для выращивания растений, получения продукции, размещения населенных пунктов, промышленных предприятий, дорог, аэродромов, мест отдыха. Таким образом, почва — одно из важнейших богатств, которым располагает человечество, так как именно почва обеспечивает необходимыми продуктами питания. Все мы, в конечном счете, зависим от ее плодородия.

Актуальность данной темы заключается в том, что пришкольная территория МБОУ ЦО «Наследие» д. Урмикеево нуждается в посадке зеленых насаждений: деревьев, кустарников и цветов.

Цель исследования : изучить состав почвы пришкольного участка для улучшения её плодородия и видового многообразия растений.

Предмет исследования : структура почвы, водопроницаемость, содержание воздуха, содержание ионов, гумуса, кислотность почвы.

Объект исследования: почва пришкольного участка.

Для достижения поставленной цели работы необходимо решить следующие задачи:

изучить механический и химический состав почвы;

освоить методику ионов;

выработать рекомендации по улучшению почвы пришкольного участка.

Методы исследования: изучение литературы, эксперимент, обобщение, сравнительный анализ, описательный, расчетный методы.

Новизна : проведено исследование и получены результаты, которые позволяют определить состав и свойства почвы как среды обитания, наметить программу действий по качественному улучшению почв и видового разнообразия растений пришкольного участка.

Научное и практическое значение работы : результаты работы можно будет использовать при проведении агротехнических мероприятий по улучшению свойств почвы.

1. Основные характеристики почвы.

Структура почвы — в почве можно выделить две части: органическую и неорганическую.

Органическая часть – в составе органического вещества почвы находятся все соединения растений, бактерий и грибной плазмы, а также продукты их последующего взаимодействия. Основу органической части почвы представляют гумусовые и фульвокислоты. Эти группы кислот обуславливают основные свойства почвы.

Неорганическая часть – это т вердая фаза почв и почвообразующих пород состоит из частиц различной величины, которые называются – механическими элементами. Они представляют обломки горных пород, отдельные минералы, гумусовые вещества, продукты взаимодействия.

Кислотность почвы — характеризует содержание протонов водорода в почве (выражают величиной рН). Различают кислотность почвы: до 4 — очень сильнокислая; 4,1-4,5 – сильнокислая; 4,6-5,0 – среднекислая; 5,1-5,5 – слабокислая; 5,6-6,0 — близкая к нейтральной и 6,0 — нейтральная.

Почвенный раствор может быть кислым, нейтральным и щелочным.

Кислая реакция определяется преобладанием в почвенном растворе ионов водорода (Н+), щелочная — гидроксильной группы (ОН

), а нейтральная — равновесием между этими ионами.

Однако для всех без исключения растений сильнокислые или сильносоленые (щелочные) почвы (рН 3-4 или 8-9) вредны. Слишком кислые почвы можно «исправить» внесением раствора извести. Для этого применяют гашеную или жженую известь, доломитовую муку, мел, сланцевую или древесную золу, известняк и т.д., но в большинстве своем используют распушенную известь. Снизить засоленность и щелочную реакцию почвы можно гипсованием.

Химический состав почв отличается большим разнообразием и зависит от типа почвообразования, почвообразующих пород, уровня грунтовых вод, их минерализации и других факторов. Содержание питательных и других веществ в разных почвах различно. Для многих растений главными элементами пищи являются: азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера и железо, которые считаются основными питательными веществами.

Азот — составная часть растительных белков. При недостатке азотного питания снижается рост побегов, при избытке сильно увеличивается рост побегов и листьев, удлиняется период вегетации. Фосфор играет важную роль в формировании и развитии органов плодоношения. Калий необходим для образования крахмала и сахара, усиливает обмен веществ в растениях и способствует повышению устойчивости их к морозам и болезням.

Значительное содержание в почве кальция способствует мощному развитию корневой системы. Железо содержится во всех частях растения. Без железа не образуется хлорофилл, хотя оно и не входит в его состав. Сера входит в состав белков. Она способствует растворению минеральных веществ в почве и тем самым улучшает питание растений. Магний участвует в образовании хлорофилла и в процессе ассимиляции. Недостаток магния вызывает пожелтение листьев с некрозами отдельных участков их.

Кроме них, существенную роль в жизни растении играют натрий, алюминий, кремний, барий, а также микроэлементы — бор, мышьяк, марганец, медь, цинк, кобальт и др. Микроэлементы являются катализаторами, ускоряющими течение биохимических реакций в тканях растений.

Определение количества питательных веществ в почве необходимо для разумного использования почвенного плодородия и для разработки системы удобрений.

2. Общая характеристика исследуемого объекта.

В качестве объекта для исследования почвы нами был выбран пришкольный участок МБОУ ЦО «Наследие» д. Урмикеево Нижнесергинского района.

Участок находиться на территории школы и состоит из нескольких частей: игровая площадка детского сада, открытый спортивный участок, учебно-опытный участок и школьный двор.

Практически со всех сторон он граничит с территориями частного сектора. С одной стороны к нему примыкает школьный двор. И лишь небольшая часть участка обращена к улице с движением транспорта, но отграничена от нее широкой полосой травяной растительности и ограждением.

Вблизи от пришкольного участка нет промышленных и сельскохозяйственных предприятий, автомобильных трасс, магазинов и других мест скопления людей и транспорта. На территории школы нет источников поверхностных вод (родников, рек, болота и др.) и других естественных преград.

На учебно-опытном участке школы организованы отделы: полевых, овощных и плодово-ягодных культур, цветочно-декоративный, коллекционный. Полевые и овощные культуры выращиваются в системе севооборота. Отдел плодово-ягодных культур состоит из сада, ягодника. В цветочно-декоративном отделе выращиваются однолетние, двулетние и многолетние цветочно-декоративные растения.

Большая часть территории школьного двора занята травяной растительностью. Очень мало древесных форм и кустарников. На опытном участке древесный ярус представлен плодовыми деревьями (яблонями) и кустарниками (черемуха и рябина)

Учащиеся школы регулярно осуществляется уборка территории от мусора.

В целом, такие факторы, как отсутствие по близости загрязняющих предприятий, удаленность от автотрасс, регулярная уборка территории, благоприятно влияют на состав и свойства почвы участка школы.

Поскольку средняя проба, взятая для анализа, должна характеризовать все свойства исследуемой почвы, на подготовку образца к взятию этой пробы мы обратили особое внимание.

Осенью 2016 года в сухую и ясную погоду мы из четырех различных мест участка взяли приблизительно по 200 г почвы, для проведения опытов по изучению свойств почвы.

Из взятого на участке образца и доведенного до воздушно-сухого состояния образца почвы тщательно отобрали пинцетом корни и видимые глазом органические остатки (панцири насекомых, семена, угольки и т. п.), раздавили почвенные комки пестиком и вновь тщательно отобрали корни, пользуясь при этом лупой. Затем пропустили через сито с отверстиями диаметром 1 мм, повторили отбор корешков, используя для этого следующий прием: сухую стеклянную палочку энергично натираем сухой шерстяной тканью и быстро проводим над почвой, распределенной тонким слоем по поверхности бумаги. Тонкие мелкие корешки и полуразложившиеся растительные остатки, которые до этого не удалось отобрать в связи с их малыми размерами, прилипают к поверхности наэлектризованной палочки и таким образом выносятся из почвы, снимаем их с палочки.

4. Физический анализ.

Для описания физических свойств мы исследовали механический и минеральный состав, структуру, влагоемкость, водопроницаемость и содержание воздуха в почвенном образце.

4.1 Определение механического состава почвы.

Взяли немного почвы, слегка увлажнили её и скатали в ладонях. Почва скатывается в толстую колбаску, которая ломается при изгибании. Из чего мы сделали вывод, что почва лёгкая суглинистая. И в ней не значительно преобладает глинозём.

4.2 Определение структуры почвы.

Взяли немного почвы, разложили её тонким слоем на стекле и рассмотрели. Почва распалась на комочки. При добавлении воды не образовалась сплошная вязкая масса. Проанализировав результаты, мы сделали вывод, что почва имеет структуру.

4.3 Определение влагоемкости почвы.

Отобрали немного почвы и взвесили. Масса почвы m 1 = 100,2 г. Поместили на сутки в духовку при температуре около 100 градусов по Цельсию. Взвесили высушенную почву. Масса почвы стала m 2 = 88,4 г. Рассчитали процентное содержание воды по формуле:

Почва содержит 11,7 % воды. Сделали вывод, что из-за жаркого, сухого лета и осени без дождей в исследуемой почве содержится мало влаги.

4.4 Определение водопроницаемости почвы.

В цилиндр поместили образец почвы, перевернули его вверх дном в широкий стакан, затем налили примерно 100 мл в воды. Отметили время, за которое вода полностью впиталась в почву — 43 мин 18 с. Вывод: почва имеет не высокую водопроницаемость.

4.5 Определение содержания воздуха в почвенном образце.

В цилиндр поместили образец почвы, перевернули его вверх дном в широкий стакан, затем налили примерно 100 мл в воды. Наблюдали, как выделяется из почвы воздух, замещаясь водой. Определили:

— 10 минут 15секунд –время в течении которого выделялся воздух;

— величины пузырьков – крупные и средние;

Вывод: аэрация почвы хорошая.

По результатам физического анализа исследуемого образца мы установили:

— выраженная структурность, невысокая водопроницаемость и не плохая аэрация.

5. Химический анализ почвы.

5.1 Определение кислотности.

В пробирку поместили почву (высота столбика почвы должна быть 2-3 см). Прилили 5-7 см³ прокипячённой (для удаления углекислого газа) воды. Закрыли пробирку пробкой и встряхивайте в течение 2-3 минут. Дали раствору отстояться 1-2 минуты. Затем приготовили бумажный фильтр, вставили его в воронку, закреплённую в кольце штатива. Поставили под воронку сухую чистую пробирку и осторожно профильтровали, не взбалтывая осадка, полученную смесь почвы и воды. Почва осталась на фильтре, а собранный в пробирке фильтрат представляет собой почвенный раствор (почвенную вытяжку). Нанесли стеклянной палочкой почвенный раствор на индикаторную бумагу и увидели рН = 5. Сделали вывод, что почва слабокислая.

5.2 Определение карбонат – ионов.

Наличие или отсутствие свободных карбонатов является важным диагностическим признаком почв. Присутствие заметных количеств карбонатов препятствует развитию кислотности, а иногда приводит к возникновению щелочности, что оказывает важное влияние на подвижность многих веществ в почве. Из карбонатов почти во всех видах почв преобладают карбонаты щелочно-земельных металлов (доломит, магнезит, гидрокарбонаты кальция и натрия).

В случае качественного обнаружения карбонатов осуществляется их количественное определение. О примерном содержании карбонатов можно судить по характеру вскипания почвы в определённой навеске образца.

Наличие в почве карбонатов устанавливают с помощью 10%-ной соляной кислоты. Небольшое количество почвы поместили в фарфоровую чашку и прилили несколько капель кислоты. При наличии в почве карбонатов с её поверхности начинают выделяться пузырьки углекислого газа. По интенсивности их выделения судят о более или менее значительном содержании карбонатов. Почва вскипала не интенсивно, мало-заметно, следовательно почва содержи 1-2% карбонат – ионов.

Таблица 1. Определение величины навески почвы для определения карбонат — ионов.

Очень сильное (бурное)

Заметное, но кратковременное

Слабое и кратковременное

Очень слабое и малозаметное

5.3 Определение сульфат – ионов и хлорид – ионов.

Наличие в почве легко растворимых солей определяют с помощью анализа водной вытяжки. В большую пробирку поместили 5 г почвы и залили 25 см³ дистиллированной воды, 2 минуты взбалтывали, а затем получившийся раствор отфильтровывали. Раствор разделили на две части и к одной пробирке добавили азотнокислое серебро, а в другую – хлористый барий. Если при добавлении азотнокислого серебра раствор белеет и на дно выпадает хлопьевидный осадок хлорида серебра, то в почве содержатся хлориды. Если при добавлении хлористого бария раствор мутнеет и происходит выпадение мелких кристалликов сульфата бария, то в почве имеются легкорастворимые сульфаты.

Хлориды и сульфаты снижают плодородие почвы, поэтому их наличие снижает хозяйственную ценность почвы и требует их удаление.

При добавлении азотнокислого серебра раствор на побелел, осадок не выпал, следовательно в почве не содержатся хлориды.

При добавлении хлористого бария раствор не помутнел, осадок не выпал значит в почве не имеются легкорастворимые сульфаты.

5.4 Определение гумуса.

Одним из главных признаков плодородия почвы является наличие в ней гумусовых веществ, которые обуславливают чёрную, тёмно-серую и серую окраски.

Гумусовые вещества — это органическая часть почвы, которая образуется при разложении и гумификации органических остатков растительного и животного происхождения. От запасов гумуса в почве зависит ее плодородие. В необрабатываемых почвах содержание гумуса находится в равновесном состоянии, при распашке и использовании их это равновесие нарушается. В связи с этим возникает необходимость определения гумуса в почвах и его регулирования для создания условий бездефицитного и положительного баланса. Для определения гумуса в почве разработаны различные методики, в том числе инструментальные. Для школьной лаборатории эти методики не приемлемы, поэтому мы определяли визуально образцы почвы по их цвету.

Таблица 2 . Категории почвы по окраске, содержанию гумуса и плодородию

Источник