Лабораторная работа: Поглотительная способность и кислотность почвы
Поглотительная способность и кислотность почвы
1. ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОЧВЫ
При выполнении предыдущих заданий мы убедились в том, что почва имеет весьма сложный состав. Крупные и тонкодисперсные минеральные частицы, остатки животных и растительных организмов, а так же специфические почвенные, органические соединения образуют сложную структуру с обилием пустот и пор разной конфигурации. Пористая почвенная масса, проницаемая для воды и воздуха, является своеобразным природным фильтром. Свойство почвы задерживать, поглощать твердые, жидкие и газообразные вещества, находящиеся в соприкосновении с твердой фазой почвы, называется ее поглотительной способностью (Практикум. 2001).
Эта способность почвы определяется различными причинами. Создатель учения о поглотительной способности почвы академик К.К. Гедройц различал несколько типов поглотительной способности почвы.
Механическая поглотительная способность. При фильтрации воды через почву в почвенных порах и капиллярах задерживаются относительно крупные частицы, взвешенные в поверхностных водах: мелкие частички глины и песка, мелкий органический детритус и т.п. Механическая поглотительная способность почвы обусловливает чистоту ключевых грунтовых вод, образующихся из поверхности вод, мутных от большого количества механических примесей. Явление механической поглотительной способности используется при устройстве искусственных фильтров для очистки воды.
Молекулярно-сорбционная (физическая) поглотительная способность. Обусловливается притяжением отдельных молекул к поверхности твердых почвенных частиц в результате проявления так называемой поверхностной энергии. Интенсивность проявления поверхностной энергии зависит от величины поверхности почвенных частиц и, следовательно, обязана присутствию в почве тонкодисперсных частиц. Эти частицы могут притягивать молекулы газов (например, молекулы водяного пара из воздуха), молекул жидких веществ. В частности, наличие пленочной влаги вокруг почвенных частиц обусловлено поверхностными силами. Наконец, в результате поверхностной энергии почвенными частицами поглощаются недиссоциированные на ионы молекулы веществ, находящихся в виде молекулярного раствора. Например, при прохождении через почву навозной жижи из последней поглощаются молекулы органических соединений вследствие их притяжения к поверхности тонких частиц. В результате этого же явления происходит обесцвечивание неконцентрированных водных растворов анилиновых красок при прохождении их через почву.
Следует подчеркнуть, что сорбированные молекулы не входят в состав твердых частиц, а лишь концентрируются у их поверхности.
Ионно-сорбционная (физико-химическая) илиобменная поглотительная способность, представляющая, по выражению К.К. Гедройца, поглотительную способность в тесном смысле этого слова, заключается в обмене сорбированных ионов тонкодисперсной части почвы на ионы почвенного раствора. Между почвенной высокодисперсной массой (почвенным поглощающим комплексом) и почвенным раствором существует подвижное равновесие. Изменение в составе почвенного раствора вызывает соответственные изменения в составе поглощенных ионов. Особо важное значение в ионном почвенном обмене имеют катионы. Поглощение анионов менее изучено.
Разные типы почв отличаются величиной емкости поглощения и имеют определенный состав поглощенных катионов.
Почвы, поглощенный комплекс которых представлен катионами металлов (преимущественно катионами щелочей и щелочных земель), называются насыщенными. К ним относятся черноземы, каштановые почвы, сероземы и ряд других почв, преимущественно аридных ландшафтов. Почвы, содержащие в составе поглощенного комплекса ион водорода, называются ненасыщенными. Сюда относятся подзолистые почвы, красноземы и другие почвы, преимущественно гумидных ландшафтов.
Величина емкости поглощения почв определяется минеральным составом высокодисперсной части пород, на которых сформированы эти почвы, и содержанием в них гумуса. Как правило, глинистые тяжелые почвы имеют большую емкость поглощения, чем песчаные.
Состав поглощенных катионов влияет на ряд важных свойств почвы. В частности, способность к распадению почвенных агрегатов на механические частицы, максимальная гигроскопичность, высота поднятия воды, пластичность, электропроводность и ряд других качеств почвы являются наибольшими в случае преобладания в поглощенном комплексе натрия. Степень выраженности этих свойств уменьшается при преобладании в поглощенном комплексе калия, магния, кальция. Скорость всасывания воды, прочность структуры почв и некоторые другие показатели будут последовательно уменьшаться при преобладании кальция, магния, калия и натрия.
Химическая поглотительная способность — образование трудно растворимых химических соединений в результате обменных реакций в почвенном растворе. Например, возникновение новообразований гипса в почве протекает следующим образом:
Биологическая поглотительная способность почвы обусловлена присутствием в ней животных и растительных организмов. В процессе своего жизненного цикла растения и животные накапливают некоторые химические элементы, необходимые для нормальной жизнедеятельности организмов. После отмирания последних накопленные элементы частично задерживаются в почве. Таким образом почва постепенно обогащается определенными элементами. например, углеродом, азотом, фосфором и пр., а также некоторыми микроэлементами.
Методы определения химического и биологического поглощении почвы пока не разработаны. Количественный анализ ионносорбционной (обменной) поглотительной способности широко применяется при анализе почвы в виде определения обменных катионов и емкости поглощения.
1.1 КИСЛОТНОСТЬ ПОЧВЫ
Кислотность почв определяется величиной концентрации ионов водорода в почвенном растворе. Вода, в слабой степени подвергаясь электролитической диссоциации, распадается на два иона: Н+ и ОН-. Концентрация этих ионов ничтожная; произведение концентрации
В абсолютно чистой воде должно находиться равное количество
Кислоты, присутствующие в почвенном растворе, повышают концентрацию Н+ -ионов ([Н+] > 10-7) и создают кислую реакцию. Присутствие оснований или щелочей повышает концентрацию ОН+ -ионов и создает щелочную реакцию ([Н+] 7, в кислых -рН
Источник
ЗАНЯТИЕ 5 ТЕМА: ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОЧВЫ. РЕАКЦИЯ ПОЧВ
Цель занятия: Познакомиться с качественным определением основных видов поглотительной способности почв. Познакомиться с методами определения реакции почвенного раствора
Литература: 1) Белобров В.М., Овечкин С.В., Замотаев И.В. География почв с основами почвоведения. М.,2004. С. 65– 73. 2) Геннадиев А.Н., Глазовская М.А. География почв с
основами почвоведения. М.,2005. С.66 – 69, 141 – 146. 3)Добровольский В.В. География почв и основы почвоведения. М., 1999. С.81– 95, 97– 100. 4) Добровольский В.В. Практикум по географии почв с основами почвоведения. М., 2000. С. 55 – 64.
5)Козлова Г.В. Почвоведение. Словарь-справочник.Курск,2006
Оборудование: Образцы почв, стеклянные воронки, мерные цилиндры,
стеклянные стаканы, наборы пробирок в штативах, пипетки, фильтры, марля, спиртовки, держатели для пробирок, прибор Н.И. Алямовского, портативный рНметр.
Реактивы: Глинистая суспензия, жидкий раствор анилиновых фиолетовых чернил, щавелевокислый аммоний, вода дистиллированная, хлористый калий, универсальный индикатор,
Вопросы для собеседования:
1.Что такое поглотительная способность почвы?
2.Виды поглотительной способности почв по К.К. Гедройцу.
3.Охарактеризовать каждый из видов поглотительной способности
4.Что такое почвенный поглощающий комплекс? 5.Каково значение поглотительной способности почвы?
6Элементный состав почвы
7 Биологическое значение химических элементов.
8.Виды реакции почвенного раствора. Что означает символ рН?
9.Виды кислотности почвы
10.Влияние реакции почв на развитие растений
Задание 1: Поставить серию демонстрационных опытов по качественному определению видов поглотительной способности почвы.
Поглотительная способность почвы – это способность почвы поглощать почвенного раствора и удерживать различные твердые, жидкие, газообразные вещества. Поглощение в основном определяют почвенные коллоиды. Совокупность компонентов почвы, участвующих в процессах поглощения академик К.К. Гедройц назвал почвенным поглощающим комплексом (ППК)
По способу поглощения различают пять видов поглотительной способности почвы:
Механическая поглотительная способность – способность почвы удерживать в себе частицы крупнее почвенных пор (фильтрационная способность). Она зависит от механического состава: чем тоньше почва по механическому составу, тем в большей степени она задерживает взмученные вещества (пойменные почвы).
Физическая поглотительная способность – способность почвенных частиц удерживать у своей поверхности молекулы растворенных веществ и газов и закреплять их от вымывания .
а) положительная адсорбция – наблюдается в том случае, если к поверхности коллоидной частицы притягиваются вещества и не позволяют им вымываться (спирты, органические кислоты и т.д.)
б) отрицательная адсорбция – вызывается воздействием большинства минеральных солей, кислот, щелочей и некоторых органических соединений.
Химическая поглотительная способность — способность почвы переводить растворимые в воде соединения в нерастворимые, благодаря реакции взаимообмена и закреплять их от вымывания.
Химической адсорбции не подвергаются нитраты и нитриты, так как не дают нерастворимых в воде соединений.
Физико-химическая поглотительная способность (обменная, ионносорбционная) – способность почвенных частиц поглощать и обменивать ионы, находящиеся на поверхности коллоидных частиц, на эквивалентное количество ионов раствора, взаимодействующего с твердой фазой почвы. Чаще поглощаются или обмениваются катионы, так как большинство почвенных частиц удерживают катионы и обменивают их на катионы растворов. Это свойство почвы обусловлено наличием в ее составе почвенного поглощающего комплекса (ППК), связанного с почвенными коллоидами.
Биологическая поглотительная способность – способность растений и микроорганизмов усваивать растворимые питательные вещества, переводить их в нерастворимые вещества своего тела и закреплять от вымывания.
Исследуем некоторые виды поглотительной способности.
Ход опытов:
1.В воронку кладут несколько слоев марли, насыпают почву, в центре делают небольшое углубление и постепенно приливают суспензию. Фильтрат прозрачный. Взвешенные частицы задерживаются почвой.
Сделать вывод о том, какой вид поглотительной способности почвы проявляется.
2.Через почву, насыпанную в воронку с бумажным фильтром, пропускают раствор чернил. Фильтрат практически сразу становится прозрачным.
Объяснить, какой вид поглотительной способности проявляется в этом случае.
3.Насыпают в пробирку немного почвы (2 – 3 см 3 ), приливают в 2 – 3 раза
больше по объему раствора хлористого калия, взбалтывают в течение 3 – 5
минут. Затем отфильтровывают. В полученный фильтрат приливают 2 – 3 мл
раствора щавелевокислого аммония. Фильтрат становится белым, через не-
которое время выпадает белый осадок.
Какой вид поглотительной способности проявляется в этом опыт?
Запишите уравнения реакции, характеризующие этот вид поглощения. Результаты и вывод по всем опытам записать в тетрадь.
Задание 2: Определить величину рН водной вытяжки (активную кислотность) различных типов почвы.
Концентрация и состав растворенных веществ обусловливают ту или иную реакцию почвенного раствора. Реакция почвыобусловлена наличием и соотношением в почвенном растворе водородных (Н + ) и гидроксильных (ОН — ) ионов и характеризуется рН – отрицательным логарифмом активности водородных ионов в растворе. В зависимости от состава растворенных веществ и характера их взаимодействия с твердой фазой почв, определяющих соотношение между концентрациями водородных и гидроксильных ионов в почвенном растворе, почвы могут иметь нейтральную (рН 7), кислую (рН 7) реакцию
Кислотность почв – это способность почвы подкислять почвенный раствор имеющимися в почве кислотами и обменно-поглощенными катионами водорода. Она определяется величиной концентрации ионов водорода в почвенном растворе. Различают актуальную (активную) и потенциальную (пассивную) кислотность.
Актуальная кислотность (активная, реальная) обусловлена наличием свободных ионов водорода в почвенном растворе и характеризуется величиной рН водной вытяжки из почвы. Обозначается символом рН (Н2О). Актуальная кислотность зависит от многих факторов. Величина активной реакции имеет решающее значение для произрастания растений, жизнедеятельности микроорганизмов, развития и направления биохимических процессов в почве.
Ход опыта:
На весах взвешивают 20 г. почвы, просеянной через сито с отверстиями в 1 мм. Высыпают почву в колбу объемом 100 мл и добавляют к ней 50 мл дистиллированной воды. Тщательно взбалтывают почву с водой в течение 10 мин. Содержимое колбы профильтровывают через двойной фильтр, добиваясь прозрачности фильтрата.
Для определения величины рН используется прибор Н.И.Алямовского и портативный рНметр.
При использовании прибора Н.И.Алямовского выполняют следующие операции: в фильтрат объемом 3–4 см 3 добавляют 3—4 капли универсального индикатора, смешивают, сравнивают со шкалой Н.И. Алямовского( набором эталонных пробирок) и определяют величину рН.
По величине рН определяют степень кислотности.
Результаты опыта и вывод записать в тетрадь.
Задание 2: Определить величину рН солевой вытяжки (обменную кислотность почвы)
Потенциальная кислотность обусловлена ионами водорода и алюминия, находящимися в почвенном поглощающем комплексе. По способу определения она делится на обменную, когда ионы водорода вытесняются из поглощающего комплекса действием нейтральных солей и гидролитическую, если ионы водорода вытесняются щелочными солями. Обменная кислотность определяется при взаимодействии с почвой 1н раствора гидролитически нейтральных солей КСl.
Обменная кислотность характеризуется величиной рН (КСl) и обычно ниже значения рН (Н2О).
Ход опыта:
Насыпают в пробирку 2 см 3 измельченной почвы, добавляют к ней в 2,5 раза больше по объему 1,0-нормального раствора хлористого калия. Взбалтывают в течение 1 мин, подогревают до 50 – 55 С и ставят пробирку минут на 5 –10. Затем фильтруют. В фильтрат объемом 3–4 см 3 добавляют 3–4 капли универсального индикатора, смешивают, сравнивают со шкалой Н.И. Алямовского и определяют величину рН.
По величине рН солевой вытяжки определяют степень кислотности почв и их потребность в известковании.
Источник