XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2021
Содержание карбонатов в почвенных образцах ботанического сада Курганского Государственного Университета
Современный мир не представляется возможным без исследовательского и научного подхода к изучению объектов. Анализы почвенных образцов позволяет нам не только наглядно познакомиться с поверхностными слоями почвы, но и углубленно, с точки зрения науки.
Одним из важных дисциплин в изучении у студентов-экологов является такой предмет, как почвоведение. На современном этапе данный предмет играет значимую роль. Почвоведение позволяет нам исследовать почвенный покров, обеспечивая нужды городского и сельского хозяйства. Благодаря изучению мы можем не только улучить плодородность почвы, но и даже можем предположить, как она изменялась на промежутках исторического времени.
Одним из немаловажных объектов изучения в дисциплине почвоведения можно выделить — содержание карбонатов в почве. Карбонатность позволяет нам рассмотреть содержание в почве или почвообразующей породе карбоната кальция (СаСО3). Они рассматриваются не как причина или способ изменения реакции среды, а как почвенная масса, постоянно присутствующая в горизонтах почвенного профиля.
Актуальность изучения карбонатного состояния в почве не имеет сомнений так, как она основывается на выявление плодородности почвы для растений, а также позволяет нам дать информацию о признаках кислотности почвы. Карбонатность выступает необходимым условием для предупреждения негативных условий, что может позволить нам улучить состояние почвенного покрова.
Основная цель работы заключается в выявлении значимости карбонатности на жизнедеятельность растений, сопоставить закономерности распределения карбонатов в почвенном профиле.
Задачи работы включают в себя:
Теоретически обосновать изучение карбонатов в почвенных образцах;
Подобрать необходимую методику исследования почв в направлении карбонатности;
Обработать результаты исследовательской работы на базе почвенных карт;
Выявить закономерности (при наличии);
Значение данной работы позволит нам широко рассмотреть содержания карбонатов в почвенных образцах на большой территории для определения возможности произрастания декоративных и культурных растений на базе Ботанического сада Курганского государственного университета.
Глава 1. Теоретическое обоснование предмета.
Определение карбонатов, главным образом, имеет важнейшее значение для характеристики физико-химических и механических свойств. Содержание большого количества карбонатов во многом связано с высокой карбонатностью материнских пород.
Вследствие разложения органического вещества, выветривания минералов и значительного приноса углесолей с поливной водой преимущественно в форме двууглекислого кальция происходит постоянное пополнение поверхностных горизонтов почв карбонатами. Накопление карбонатов кальция и магния наиболее резко выражено в торфяно-болотных почвах, где содержание их в поверхностных горизонтах может доходить до 50-60% общего веса почвы.[2]
Распределение карбонатов различно. Это связано с условиями формирования почвы и сроков ее использования для орошения. В целинных почвах карбонаты распределены более равномерно по всему почвенному профилю.
Выделяются следующие источники и механизмы поступления карбонатов в почвы:
1.) унаследованность от материнской породы;
2.) осаждение из растворов, образованных в результате выветривания содержащих кальций минералов;
3.) осаждение карбонатов, вызванное увеличением концентрации катионов кальция при дегазации за счет эмиссии углекислого газа;
4.) осаждение карбонатной пыли на поверхность почвы с последующим перемещением карбонатов вглубь профиля в составе растворов;
5.) осаждение в результате объединения катионов кальция, поступающего с атмосферными осадками, с ионами гидрокарбонатов; находящимся в составе почвенных растворов;
6.) привнос с грунтовыми водами
Условно пути поступление карбонатов в почвы можно разделить на две группы:
1.) формирование карбонатов непосредственно в почве;
2.) поступление извне.
В первой группе синтез карбонатов происходит в результате процесса карбонатизации при выветривании содержащих кальций минералов. Следствием этого процесса является появление растворов щелочей и щелочных земель слабых концентраций, которое в присутствии угольной кислоты сопровождается образованием карбонатов и биокарбонатов.
Во втором пути поступление карбонатов в почвы соответствует перемещение продуктов выветривания карбонатных пород любыми геологическими агентами. В зависимости от способа переноса и климатических условий источниками карбонатов могут быть осадки, пыль и т.д. [4]
В почвах могут встречаться такие формы карбонатов, как:
Литогенные карбонаты, унаследованные от почвообразующих пород. Часто характеризуются магниевыми составами, более крупными размерами минеральных зерен, тяжелым изотопным составом углерода. В почвах они могут встречаться в виде обломочных включений, концентраций, раковин моллюсков, но чаще всего находятся в дисперсном состоянии. Иногда литогенные карбонаты обнаруживаются в составе педогенных новообразований; [1]
Гидрогенные карбонаты формируютмя за счет привноса боковым или восходящим током капиллярных ратворов от грунтовых вод. Отличия гидрогенных и педогенных карбонатов следующие: прослои гидрогенных карбонатов имеют резкие границы с вмещающей массой как в нижней, так и в верхней частях; толща гидрогенных карбонатов массивна ( в ней отсутствуют горизонты либо они выражены слабо); не содержат вертикальных следов корневых каналов и структурных отдельностей; гидрогенные карбонаты не могут залегать над горизонтом иллювиирования ила.[1]
К педогенным карбонатам относятся аутигенные карбонатные минералы, формирующиеся в почвах. Это карбонаты кальция, магния, натрия и другие, новообразованные или преобразованные в почвах при участии угольной кислоты, продуцируемой при разложении органических остатков и дыхании корней.[1]
Наличие большого количества карбонатов в почвах определяет высокую буферность к водородному иону, состав почвенно-поглощающего комплекса, щелочность почвенного раствора и его кислотность, а также усиленную микробиологическую деятельность, подвижность органического вещества, большое связывание анионов, дающих с кальцием труднорастворимые соединение ( в особенности с фосфатами), содержание почвенных фосфатов в виде основных фосфорно-кальциевых соединений.
Ввиду слабой растворимости карбонатов в воде, их количество изменяется на длительном промежутке времени.
Содержание карбонатов в почве представлены в таблице 1
Источник
Карбонатность почв как определить
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
Метод определения ионов карбоната и бикарбоната в водной вытяжке
Soils. Method for determination of carbonate and bicarbonate ions in water extract
Cрок действия 01.01.86
до 01.01.96*
______________________________
* Ограничение срока действия снято
по протоколу N 5-94 Межгосударственного Совета
по стандартизации, метрологии и сертификации
(ИУС N 11-12, 1994 год). — Примечание «КОДЕКС».
РАЗРАБОТАНЫ Министерством сельского хозяйства СССР
Л.М.Державин, С.Г.Самохвалов, Н.В.Соколова, В.Г.Прижукова, А.А.Шаймухаметова, А.Л.Еринов, Л.Е.Лучкина, В.Л.Конкина, Н.Г.Панкова, Н.В.Василевская, А.П.Плешкова, Т.А.Яковлева, Т.С.Груздева, Н.А.Чеботарева, Л.И.Молканова, О.В.Соболева, Г.К.Кондратьева
ВНЕСЕНЫ Министерством сельского хозяйства СССР
Зам. министра Н.Ф.Татарчук
УТВЕРЖДЕНЫ И ВВЕДЕНЫ В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 8 февраля 1985 г. N 283
Настоящий стандарт устанавливает метод определения ионов карбоната и бикарбоната в водной вытяжке из засоленных почв при проведении почвенного, агрохимического, мелиоративного обследования угодий, контроля за состоянием солевого режима почв, а также при других изыскательских и исследовательских работах.
Суммарная погрешность метода, выраженная средним квадратическим отклонением, составляет 0,07 ммоль в 100 г почвы.
Сущность метода заключается в титровании раствором серной кислоты в водной вытяжке ионов карбоната до рН 8,3, бикарбоната — до рН 4,4. Конечную точку титрования устанавливают с помощью рН-метра или по изменению окраски индикаторов — фенолфталеина (рН 8,3) и метилового оранжевого (рН 4,4).
Для анализа темно-окрашенных вытяжек титрование с использованием индикаторов не применяют.
1. МЕТОД ОТБОРА ПРОБ
1.1. Метод отбора проб — по ГОСТ 26423-85.
2. АППАРАТУРА, МАТЕРИАЛЫ И РЕАКТИВЫ
2.1. Для проведения анализа применяют:
рН-метр или иономер с погрешностью измерений не более 0,05 рН;
электрод стеклянный для определения активности ионов водорода;
электрод сравнения хлорсеребряный насыщенный образцовый 2-го разряда по ГОСТ 17792-72 или аналогичный;
блок автоматического титрования БАТ-15 или аналогичный прибор;
бюретку вместимостью 5 см 2-го класса точности по ГОСТ 20292-74;
дозаторы с погрешностью дозирования не более 1% или пипетки 2-го класса точности по ГОСТ 20292-74;
стаканы химические вместимостью 100 см по ГОСТ 25336-82;
посуду мерную лабораторную 2-го класса точности по ГОСТ 1770-74;
кислоту серную, стандарт-титр (1/2 H SO )=0,1 моль/дм (0,1 н.);
фенолфталеин, индикатор по ГОСТ 5850-72, раствор с массовой долей 2% в этиловом спирте;
метиловый оранжевый, индикатор по ГОСТ 10816-64, раствор с массовой долей 0,1%;
спирт этиловый ректификованный технический по ГОСТ 18300-72;
воду дистиллированную по ГОСТ 6709-72.
3. ПОДГОТОВКА К АНАЛИЗУ
3.1. Приготовление раствора серной кислоты концентрации (1/2H SO )=0,1 моль/дм (0,1 н.)
Готовят из стандарт-титра.
3.2. Приготовление раствора серной кислоты концентрации (1/2 H SO )=0,02 моль/дм (0,02 н.)
Отбирают пипеткой 100 см раствора, приготовленного по п.3.1, в мерную колбу вместимостью 500 см , доводят объем до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. Раствор хранят в склянке с притертой пробкой не более 3 мес.
4. ПРОВЕДЕНИЕ АНАЛИЗА
4.1. Приготовление вытяжки из почвы
Для анализа используют фильтраты вытяжек, приготовленных по ГОСТ 26423-85.
4.2. Определение ионов карбоната и бикарбоната
Отбирают дозатором или пипеткой 20 см водной вытяжки в химический стакан и помещают стакан на магнитную мешалку. Заполняют бюретку раствором серной кислоты концентрации 0,02 моль/дм . В пробу вытяжки погружают электродную пару и кончик дозирующей трубки бюретки. На блоке автоматического титрования задают значение рН конечной точки титрования, равное 8,3. Включают магнитную мешалку, рН-метр и блок автоматического титрования. Когда показания рН-метра установятся, открывают кран бюретки, титруют пробу до рН 8,3 и регистрируют расход кислоты. Затем задают на блоке автоматического титрования значение рН конечной точки титрования, равное 4,4, и продолжают титрование. По окончании титрования регистрируют расход кислоты по бюретке.
При отсутствии блока автоматического титрования пробы титруют вручную. Значение рН контролируют с помощью рН-метра или по индикаторам. При использовании индикаторов сначала к пробе прибавляют 1 каплю раствора фенолфталеина и, если раствор приобретает малиновую окраску, титруют до ее исчезновения (рН 8,3). Затем прибавляют 1 каплю раствора метилового оранжевого и титруют раствор до перехода окраски от желтой к оранжевой (рН 4,4).
5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
5.1. Количество эквивалентов карбонат-нона ( ), ммоль в 100 г почвы, вычисляют по формуле
,
где 2 — коэффициент, учитывающий, что при рН 8,3 карбонат-ион оттитрован наполовину;
— концентрация раствора серной кислоты (1/2 H SO ) ммоль/см ;
— объем раствора серной кислоты, израсходованный на титрование пробы до рН 8,3, см ;
500 — коэффициент пересчета ммоль в 100 г почвы;
— объем пробы вытяжки, см .
Массовую долю карбонат-иона в почве ( ) в процентах вычисляют по формуле
,
где — количество эквивалентов карбонат-иона в анализируемой почве, ммоль в 100 г;
0,030 — коэффициент пересчета в проценты.
5.2. Количество эквивалентов бикарбонат-иона ( ), ммоль в 100 г почвы, вычисляют по формуле
,
где — концентрация раствора серной кислоты, ммоль/см ;
— объем раствора серной кислоты, израсходованный на титрование пробы от рН 8,3 (или ниже, если отсутствует карбонат-ион) до рН 4,4, см ;
— объем раствора серной кислоты, израсходованный на титрование пробы до рН 8,3, см ;
500 — коэффициент пересчета в ммоль в 100 г почвы;
— объем пробы вытяжки, см .
Массовую долю бикарбонат-иона в почве ( ) в процентах вычисляют по формуле
,
где — количество эквивалентов бикарбонат-иона в анализируемой почве, ммоль в 100 г;
0,061 — коэффициент пересчета в проценты.
За результат анализа принимают значение единичного определения карбонат- и бикарбонат-иона. Результат выражают в милли-молях в 100 г почвы и в процентах с округлением до трех значащих цифр.
5.3. Допускаемое отклонение при доверительной вероятности =0,95 от среднего арифметического результатов повторных анализов при выборочном статистическом контроле составляет 0,10 ммоль в 100 г почвы.
Текст документа сверен по:
Почвы. Метод определения катионно-анионного
состава водной вытяжки: Сб. ГОСТов. —
Источник