Состав обменных катионов и анионов в различных почвах и их влияние на свойства почв
Почвы существенно различаются между собой составом обменных катионов. Эти различия обусловлены типом почвообразования, спецификой почвообразующих пород, водным и солевым режимами почв. Заметно влияют на этот показатель химические мелиорации.
Содержание обменных катионов в почве выражается как в абсолютных величинах (мг. экв/100 г почвы), так и в относительных (% от емкости обмена).
Основные обменные катионы в почве:
Ca 2+ , Mg 2+ , Na + , K + , NH4 + , H + , Al 3+ , Fe 2+ , Mn 2+
Основные обменные анионы в почве:
Практически все почвы в составе обменных катионов содержат кальций и магний, причем в большинстве случаев Ca 2+ преобладает над Mg 2+ . Так же среди обменных катионов всегда содержатся K + и NH4 + , но их доля в ППК не велика. Так, количество обменного калия чаще всего не превышает 2…5% от емкости обмена, содержание аммония еще меньше.
В географическом аспекте содержание обменных катионов почв варьирует в широких пределах и подчиняется определенным закономерностям.
Примерный состав обменных катионов в почвах:
Подзолистые – Ca 2+ , Mg 2+ , NH4 + , H + , Al 3+
Серые лесные – Ca 2+ , Mg 2+ , K + , NH4 + , H +
Чернозем обыкновенный, южный – Ca 2+ , Mg 2+ , K + , NH4 + , Na +
Чернозем выщелоченный, оподзоленный – Ca 2+ , Mg 2+ , K + , NH4 + , H +
Солонец – Ca 2+ , Mg 2+ , Na +
Каштановые – Ca 2+ , Mg 2+ , Na + , K +
Почвы полярной зоны — Ca 2+ , Mg 2+ , K + , Na +
Отдельные поглощенные катионы неравнозначны по результативной сущности в многообразных явлениях природы почв. Об экологической значимости отдельных обменных катионов дает представление следующая информация:
Ca 2+ – считается катионом хранителем плодородия в связи с его многогранной значимостью. Он присутствует во всех без исключения почвах, но в разных количествах и в разных соотношениях с другими катионами. Оптимум его содержания – 80-90% от ЕКО. Это величина характерна для черноземов. Присутствие кальция в таких количествах обеспечивает 99,9%-ную коагуляцию коллоидных систем, а, следовательно, создается необходимая предпосылка для высокого структурообразования при активной деятельности корневых систем травянистой растительности и достаточного содержания гумусовых веществ.
Однако, повышенные количества кальция в почвах, содержащих монтмориллонит и другие, набухающие интенсивно глинистые минералы, могут вызвать слитогенетические явления, противоположные зернистому и комковатому структурообразованию даже при оптимальном содержании ионов кальция.
Кальций способен к ионообменному поглощению корнями растений. Однако этот способ питания растений, как правило, не принимается во внимание, так как кальций всегда присутствует в почвенных растворах и не является в биосфере дефицитным.
Mg 2+ – магний всегда сопровождает кальций. Типичное соотношение Ca 2+ : Mg 2+ = 5:1. В таких количествах его действие аналогично действию кальция. Экологическая дисгармония почвенной среды может возникать в щелочных почвах при повышении количества магния в ППК за счет снижения содержания Ca 2+ , т.е. при изменении соотношения Ca :Mg в сторону магния. В этом случае сам магний вызывает повышение щелочности в связи с присутствием в почвенной среде карбонатов и бикарбонатов магния. Присутствие магния в ППК поддерживает свойства солонцеватости почв и даже приводит в отдельных случаях к образованию особых почв – магниевых солонцов.
При высоком содержании обменного магния возрастает растворимость гумусовых веществ и ухудшается структура почвы, снижается водопроницаемость, что отрицательно сказывается на водном режиме. При повышенном содержании обменного магния усиливается отрицательное действие обменного натрия при невысоком содержании последнего в почве.
Na + – натрий в количествах менее 3% от ЕКО – необходимый компонент оптимального для биоценозов функционирования почвенной системы. В этом случае натрий обеспечивает дисперсность коллоидов на уровне около 0,1%, что важно для подвижности, динамичности и первоочередной резервности для минерализации гумусовых веществ и обеспечения почвенных растворов биологически необходимыми компонентами. Однако следует признать, что эта роль натрия в почвоведении и агрохимии изучена недостаточно.
Натрий как обменный катион является активным пептизатором коллоидов при концентрации его в почвенном растворе ниже порога коагуляции. При этом в состояние золя переходят все коллоидные системы, почва приобретает свойства солонцеватости, становясь текучей, вязкой, бесструктурной. В растворах появляются щелочные соли, рН может достигать 9,5-10,0. Образуются особые соли – солонцы.
K + – в питании растений – основной источник доступного калия. Отмечена тенденция необменного поглощения калия из слоя компенсирующих противоионов в кристаллическую решетку минералов. Избыток калия может вызвать солонцеватость почв.
NH4 + – ион аммония: единственная возможная аккумуляция доступного растениям азота. Поглощается коллоидами в процессе аммонификации. Легко используется корневыми системами растений. Не накапливается в количествах, превышающих 3% от ЕКО. Физическая и физико-химическая значимость не изучена. Повышенное содержание свидетельствует о недостатке азота.
H + – обменный водород – источник почвенной кислотности. Его присутствие фиксируется всегда в бескарбонатных почвах, т.е. в почвах, не содержащих CaCO3.
В нейтральных почвах при рН от 6,5 до 7,2 водород присутствует в ППК в количествах менее 5% от ЕКО. В этих условиях обменный водород экологически нейтрален. В количествах более 5% от ЕКО начинают проявляться кислотные свойства почв. При этом кислотные свойства проявляются сильнее при повышении количества H + в коллоидно-поглощенном состоянии.
Максимум кислотности почвенной среды наступает когда среди обменных катионов водорода становится более 40-50%, рН почвы при этом становится кислой и сильнокислой (рН 3-5). Максимальное количество водорода в ППК может достигать 80% от ЕКО.
Al 3+ – алюминий в обменном состоянии – интенсивный коагулятор коллоидов. Является объектом пристального внимания в кислых почвах. При переходе в почвенный раствор образует гидролитически кислые соли, способствующие повышенной пептизации Al 3+ в почвенной среде, поэтому учитывается при определении кислотности почв, наравне с ионом водорода. Алюминий изучается как физиологически токсичный катион.
Fe 3+ – интенсивный коагулятор коллоидов, как и алюминий во влажных тропических почвах. Участвует в создании структурных микроагрегатов.
Принимая во внимание огромную роль обменных катионов в жизни растений, неоднократно предпринимались попытки обосновать их оптимальное содержание в почве. Так, Байер (1945) предложил модель почвы с «идеальным» соотношением обменных катионов: Ca 2+ — 65%, Mg 2+ — 10%, K + — 5%, H + — 20%.
Такие модели, несомненно, представляют интерес, но следует учитывать, что оптимальный состав обменных катионов может существенно меняться в зависимости от различных факторов – требований культуры, минералогического и гранулометрического составов почв и т.д.
В почвах со слабокислой, нейтральной и слабощелочной реакцией среды состав обменных катионов, как правило, благоприятен для большинства сельскохозяйственных культур. При высоком содержании в почвах обменных H + и Al 3+ или Mg 2+ и Na + состав обменных катионов регулируют с помощью химической мелиорации.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Источник
АНИОННО-КАТИОННЫЙ СОСТАВ ПОЧВЕННОГО КОМПОНЕНТА ВОДОСБОРНОЙ ТЕРРИТОРИИ ОЗЕРА МАЛЫЕ КИРПИЧИКИ
Аннотация: Исследование направлено на анализ содержания органического вещества и определение анионно-катионного состава в почве супераквального компонента водосбора экосистемы замедленного водообмена озера Малые Кирпичики. Показано их распределение по глубине почвенного профиля.
Ключевые слова: супераквальный, органическое вещество, озерная экосистема, почва, анионно-катионный состав
Для территории Восточного склона Уральских гор характерна неоднородная экологическая обстановка, что обусловлено, прежде всего, деятельностью ПО «Маяк», функционирующего с 1948 года. Довольно продолжительное время в результате сложного химического производства данное предприятие, помимо урана и плутония, получали большое количество радиоактивных отходов, которые сливались непосредственно в реку Теча, на которой расположено производство [1].
По прошествии 55 лет после аварии и формирования ВУРСа встает вопрос о возврате в хозяйственное использование загрязненных территорий, включая озерные экосистемы. В связи с этим возникают задачи изучения функционирования этих водоемов с целью выяснения оптимальных условий их эксплуатации. Общие особенности распределения удельной активности радионуклидов между различными компонентами водоемов (вода, почва, донные отложения, биомасса), позволяют более правильно понять особенности функционирования таких водоемов в качестве дезактиваторов. Одним из таких объектов является озеро Малые Кирпичики, относящееся к Течинскому водохозяйственному участку [4, 5].
Почва, являясь одним из неотъемлемых компонентов данных экосистем, играет важную роль в миграции и накоплении различных поллютантов, осуществлении вертикального переноса веществ из почвы в водную массу, а также влияет на химический состав воды, с которой она непосредственно контактирует. Почва обладает способностью к осуществлению обмена ионами с природной водой, в свою очередь почвенные воды эффективнее всего растворяют хлориды, сульфаты, соединения магния и кальция, что влияет на их широкое распространение в водном компоненте экосистем [2, 3].
Целью настоящей работы является исследование материалов, полученных в ходе отбора проб почвы с водосборной территории экосистемы озера Малые Кирпичики. Объектом исследования являются почвы водосборной территории озера Малые Кирпичики, используемое местным населением в хозяйственно-бытовых целях.
Водоем расположен на юго-востоке ВУРСа, на расстоянии 19 км от эпицентра взрыва. Площадь водного зеркала исследуемого озера составляет 1,76 км2. Озеро слабопроточное, является притоком р. Караболка (Иртышский бассейн) у села Кирпичики. Отселение населенных пунктов с прибрежной зоны озера не производилось [5].
Почвенные разрезы были заложены на приозерной территории с учетом особенностей ландшафтных катен, с выделением супераквальной позиции ландшафта. Проводился анализ времени последнего антропогенного воздействия на почвы (по целостности почвенных горизонтов) и выбирались точки с наибольшей вероятностью значительной длительности периода покоя. Почву из почвенных разрезов вынимали слоями по 1 и 5 см с учетом генетических горизонтов и площади отбора проб до глубины 30 – 65 см, высушивали, растирали и просеивали через сито с ячейками в 1 мм. Пробоподготовка (высушивание, измельчение, просеивание), гравиметрический и титриметрический методы анализа проводились на базе лаборатории физико-химических методов исследований кафедры химии и МОХ ЧГПУ. Относительная погрешность гравиметрического метода не превышает 0,1 %, титриметрического метода 0,3 %.
Отбор проб почв супераквальной позиции водосборной территории оз. Малые Кирпичики.
Источник
Катионно анионный состав почв
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
Метод определения натрия и калия в водной вытяжке
Soils. Method for determination of sodium and potassium in water extract
Срок действия с 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 натрия и калия 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 относительная погрешность метода составляет:
7,5% — при определении натрия;
10% — при определении калия.
Сущность метода заключается в определении интенсивности излучения атомов определяемых элементов с помощью пламенного фотометра. Натрий определяют по аналитическим линиям 589,0 и 589,9 нм, калий — по аналитическим линиям 766,5 и 769,9 нм.
1. МЕТОД ОТБОРА ПРОБ
1.1. Метод отбора проб — по ГОСТ 26423-85.
2. АППАРАТУРА, МАТЕРИАЛЫ И РЕАКТИВЫ
2.1. Для проведения анализа применяют:
пламенный фотометр с монохроматором или интерференционными светофильтрами с максимумом пропускания в области 588-590 нм для определения натрия и 766-770 нм для определения калия (допускается использование газовой смеси состава пропан-бутан-воздух и сетевой газ-воздух);
весы лабораторные 2-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания 200 г и 4-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания 500 г по ГОСТ 24104-80;
натрий хлористый по ГОСТ 4233-77, х.ч.;
калий хлористый по ГОСТ 4234-77, х.ч.;
посуду мерную лабораторную 2-го класса точности по ГОСТ 1770-74;
пипетки и бюретки 2-го класса точности по ГОСТ 20292-74;
воду дистиллированную по ГОСТ 6709-72.
3. ПОДГОТОВКА К АНАЛИЗУ
3.1. Приготовление раствора концентрации натрия (Nа )=0,1 моль/дм и калия (K )=0,01 моль/дм
5,845 г хлористого натрия и 0,746 г хлористого калия, прокаленных до постоянной массы при температуре 500 °С, взвешивают с погрешностью не более 0,001 г, помещают в мерную колбу вместимостью 1000 см и растворяют в дистиллированной воде, доводя объем раствора до метки. Приготовленный раствор тщательно перемешивают
3.2. Приготовление растворов сравнения
В мерные колбы вместимостью 250 см помещают указанные в таблице объемы раствора, приготовленного по п.3.1, и доводят объемы до меток дистиллированной водой. Приготовленные растворы тщательно перемешивают. Растворы хранят в склянках с притертыми пробками не более 1 мес.
Номер раствора сравнения
Объем раствора, приготовленного по п.3.1, см
в растворе сравнения, моль/дм
в пересчете на 100 г почвы, ммоль
в растворе сравнения, моль/дм
в пересчете на 100 г почвы, ммоль
Растворы сравнения используют для градуировки пламенного фотометра в день проведения анализа.
4. ПРОВЕДЕНИЕ АНАЛИЗА
4.1. Приготовление вытяжки из почвы
Для анализа используют фильтраты вытяжек, приготовленных по ГОСТ 26423-85.
4.2. Определение натрия и калия
Пламенный фотометр настраивают на измерение концентрации натрия или калия в соответствии с инструкцией по его эксплуатации. Растворы сравнения и анализируемые вытяжки вводят в пламя и регистрируют показания прибора.
5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
5.1. По результатам фотометрирования растворов сравнения строят градуировочный график. По оси абсцисс откладывают концентрации натрия или калия в растворах сравнения в пересчете в миллимоли в 100 г почвы, а по оси ординат — соответствующие им показания прибора.
Количество эквивалентов натрия или калия в анализируемых почвах определяют непосредственно по градуировочному графику.
За результат анализа принимают значение единичного определения натрия и калия.
Если результат определения выходит за пределы градуировочного графика, определение повторяют, предварительно разбавив фильтрат дистиллированной водой. Результат, найденный по графику, увеличивают во столько раз, во сколько был разбавлен фильтрат.
Массовую долю натрия в анализируемой почве ( ) в процентах вычисляют по формуле
,
где — количество эквивалентов натрия в почве, ммоль в 100 г;
0,023 — коэффициент пересчета в проценты.
Массовую долю калия в анализируемой почве ( ) в процентах вычисляют по формуле
,
где — количество эквивалентов калия в почве, ммоль в 100 г;
0,0391 — коэффициент пересчета в проценты.
Результаты анализа выражают в мг·экв на 100 г почвы и в процентах с округлением до трех значащих цифр.
При проведении массовых анализов вместо построения градуировочного графика допускается градуирование шкалы прибора по растворам сравнения в день проведения анализа.
5.2. Допускаемые относительные отклонения при доверительной вероятности =0,95 от среднего арифметического результатов повторных анализов при выборочном статистическом контроле составляют:
11% — для определения натрия;
14% — для определения калия.
Текст документа сверен по:
Почвы. Метод определения катионно-анионного
состава водной вытяжки: Сб. ГОСТов. —
Источник