Определение емкости поглощения почвы

Лекция 2в — Емкость поглощения и состав поглощенных катионов в различных почвах

Емкость поглощения показывает, сколько катионов в поглощенном состоянии содержит данная почва и в значительной степени зависит от рН почвы, от количества и качественного содержания коллоидных фракций почвы. Она рассчитывается по формуле:

Т – емкость поглощения, мг . экв/100 г почвы

S – сумма поглощенных оснований, мг . экв/100 г почвы

Нг – гидролитическая кислотность, мг . экв/100 г почвы

Величина емкости поглощения характеризует поглотительную способность почв. Очень высокой Т обладают илистые почвы, меньшей — песчаные. Кислые почвы имеют низкую емкость поглощения, а нейтральные – более высокую. Почвы, содержащие в поглощенном состоянии Са 2+ , Мg 2+ , К + , Nа + , NН₄ +, называются насыщенными основаниями, а почвы, в которых наряду с перечисленными катионами в значительных количествах присутствуют Н + и Аl 3+ — ненасыщенными. В большинстве почв в составе поглощенных катионов преобладает Са 2+ , затем – Мg 2+ (в сумме они обычно составляют около 90% обменно-поглощенных катионов). В значительно меньших количествах представлены К + и NН₄ + _. В кислых почвах в составе поглощенных катионов много Н + и Al 3+ , а в солонцовых – Nа + .

От состава поглощенных катионов в значительной степени зависят свойства почвы и условия роста растений. Почвы, насыщенные кальцием (черноземы), обладают хорошими физическими свойствами, имеют хорошую структуру, водный и воздушный режимы. Насыщение почвы натрием (солонцы) приводит к разрушению структурных агрегатов, ухудшению физических свойств, обеднению питательными элементами.

4.Кислотность почвы – одна из основных ее агрохимических

характеристик

Реакция почвы имеет большое значение для развития растений и почвенных микроорганизмов. Она оказывает влияние на скорость процессов, протекающих в почве; на деятельность почвенных микроорганизмов; на усвоение питательных веществ; на минерализацию органического вещества и т.д. Кислотность почвы создается наличием ионов водорода в почвенном растворе и в поглощающем комплексе. Различают актуальную (активную) и потенциальную кислотность почвы.

Актуальная кислотность.

Реакция почвенного раствора зависит от соотношения в нем ионов Н + и ОН — . Произведение концентрации этих ионов есть величина постоянная и равна 10 -14 .

Актуальная кислотность, оказывающая непосредственное влияние на развитие растений и почвенных микроорганизмов, обусловлена повышенной концентрацией ионов водорода в почвенном растворе. Она определяется в водной вытяжке из почвы и измеряется величиной рН, которая обозначает отрицательный логарифм концентрации ионов Н + в растворе. Источником свободных ионов водорода является угольная кислота и ее кислые соли. При дыхании корней и разложении органического вещества образуется углекислый газ (СО₂). При его растворении образуется угольная кислота (Н₂СО₃), которая диссоциирует на ионы Н + и НСО₃ — . В результате повышается концентрация ионов водорода в почвенном растворе и он подкисляется.

При наличии в почве большого количества поглощенных оснований (Са, Мg) и карбонатов, угольная кислота может быть нейтрализована. При наличии же в почве большого количества поглощенного натрия образуются углекислые соли натрия (NаНСО₃, Nа₂СО₃ и др.) и раствор приобретает щелочную реакцию. В природных условиях реакция почвенного раствора колеблется от рН = 3 – 3,5 (сфагновые торфа) до рН=9 – 10 (солонцовые почвы), но в растениеводческой практике в основном используются почвы с рН от 4 до 8. По степени кислотности почвы подразделяются на сильнокислые (рН менее 4,5), кислые (рН 4,5 – 5,5), слабокислые (рН 5,5 – 6,5) и близкие к нейтральной (рН 6,5 – 7). Подзолистые и дерново – подзолистые почвы имеют кислую или сильнокислую реакцию; выщелоченные черноземы и серые лесные почвы – слабокислую; обыкновенные черноземы — близкую к нейтральной и щелочную реакцию имеют южные черноземы и каштановые почвы (рН 7,5), сероземы (рН до 8,5) и солонцы (рН до 9 и более).

С актуальной кислотностью тесно связана потенциальная (скрытая) кислотность, обусловленная наличием ионов Н + и Аl которая в свою очередь подразделяется на обменную и гидролитическую.

Обменная кислотность проявляется при обработке почвы раствором нейтральной соли (1 н. КСl) и обусловлена наличием в поглощенном состоянии ионов Н + и Аl 3+ , которые способны обмениваться на катионы нейтральной соли. Выражается в мг . экв/100 г почвы или величиной рН _ксl.

ППК] Н + + КСl = ППК]К + + НСl

В сильнокислых почвах в поглощенном состоянии присутствует много алюминия. Хлористый алюминий – гидролитически кислая соль, которая при диссоциации образует слабое основание и сильную кислоту:

Обменная кислотность свойственна кислым дерново – подзолистым, серым лесным почвам, выщелоченным и оподзоленным черноземам, красноземам. Отсутствует в щелочных почвах. Обменная кислотность имеет большое значение при внесении высоких доз растворимых минеральных удобрений. Особенно вредно действует переходящий в раствор алюминий. Во избежание подкисления почвенного раствора необходимо перед их применением известковать почву или нейтрализовать минеральные удобрения. При внесении извести необходимо нейтрализовать как актуальную, так и обменную кислотность.

Гидролитическая кислотность. Более полно ион водорода вытесняется из почвенного поглощающего комплекса (ППК) при действии на почву раствором гидролитически щелочной соли, чаще всего уксуснокислого натрия:

ППК]Н + + СН₃СООNа = ППК]Nа + + СН₃СООН

Следовательно, гидролитическая кислотность – это потенциальная кислотность почвы, обусловленная менее подвижными ионами водорода, вытесняемыми при обработке почвы гидролитически щелочной солью. Гидролитическую кислотность можно рассматривать как общую, суммарную кислотность почвы (актуальная, обменная, гидролитическая), выражая ее в мг . экв/100 г почвы. Гидролитическая кислотность присуща большинству почв, даже черноземам и отсутствует только в карбонатных и щелочных почвах. Так как она включает менее подвижную часть поглощенных ионов водорода, то при отсутствии обменной кислотности она не вредна для растений. Значение Н_г необходимо знать для установления дозы извести и возможности эффективного применения фосфоритной муки.

5.Степень насыщенности почв основаниями

Реакция почвенного раствора зависит не только от величины обменной и гидролитической кислотности, но и от того, какую долю от емкости поглощения почвы (Т, мг . экв/100 г) занимают поглощенные водород и алюминий, и какая доля приходится на остальные катионы (Са 2+ , Мg 2+ , Nа + , К + и др.). Количество всех поглощенных катионов, кроме водорода и алюминия называется суммой поглощенных оснований, обозначается буквой S и выражается в мг . экв/100 г почвы. Общую емкость поглощения дает сложение суммы поглощенных оснований (S) и поглощенного водорода (гидролитической кислотности):

Доля суммы поглощенных оснований (S) от емкости поглощения (Т), выраженная в процентах, называется степенью насыщенности почвы основаниями (V):

V=S/T х 100 V=S/S + H_г х 100

Величина степени насыщенности почвы основаниями – важный показатель для характеристики поглотительной способности и степени кислотности почв. Ее определение позволяет точнее решать вопрос о необходимости (очередности) известкования. Не всегда при большей абсолютной величине гидролитической кислотности почва сильнее нуждается в известковании и не всегда равные величины Н г свидетельствуют об одинаковой нуждаемости почв в известковании. В первую очередь известкуют почвы со степенью насыщенности основаниями менее 50 %, во вторую – 50 – 70%, почвы с V% более 70% — не известкуют. Следовательно, чем меньше степень насыщенности почвы основаниями (при одинаковой абсолютной величине кислотности), тем сильнее ее нуждаемость в известковании.

6. Буферная способность почв.

Буферная способность почвы – это способность почвы противостоять изменению реакции почвенного раствора в сторону подкисления или подщелачивания. Буферность почвы зависит от количества и качества органического вещества почвы, так как его карбоксильные группы (СООН) противостоят подщелачиванию, а аминогруппы (NН₂) – подкислению. Богатые органическим веществом почвы имеют высокую буферную способность против подкисления и подщелачивания одновременно.

Буферная способность почв зависит также от содержания и состава обменных катионов в почвенном поглощающем комплексе, т.е. от емкости поглощения и степени насыщенности почв основаниями. Чем больше емкость поглощения, тем больше буферность почвы и наоборот. Поглощенные основания (Са, Мg и др.) оказывают буферное действие против подкисления:

Поглощенный водород оказывает буферное действие против подщелачивания. Роль буфера в почве выполняют также слабые кислоты (угольная, уксусная и др.) и их соли. Почвы, богатые карбонатами – буферят против подкисления.

Буферная способность почв имеет большое значение при выборе форм и внесении в почву минеральных удобрений. На почвах с низкой буферностью при внесении кислых и щелочных удобрений возможны резкие сдвиги реакции почвенного раствора, что неблагоприятно сказывается на растениях и почвенной микрофлоре.

Источник

Экология СПРАВОЧНИК

Информация

Определение емкости поглощения почвы (по)

Принцип метода. Навеску почвы обрабатывают 0,05 н. раствором соляной кислоты для полного вытеснения из поглощающего комплекса обменнопоглощенных оснований. Насыщенную водородными ионами почву подвергают взаимодействию с 1,0 н. раствором ацетата кальция; катионы кальция вытесняют из почвы ионы водорода. Освобождающуюся при этом уксусную кислоту оттитровывают щелочью, по расходу которой и судят о емкости поглощения. Количество свободной соляной кислоты, удержанное почвой, учитывают в параллельном опыте и вычитают из найденной величины емкости поглощения.[ . ]

Ход анализа. Две навески растертой и просеянной через сито (с отверстиями .1 мм) почвы по 5 г (а при малой емкости поглощения — по 10 или 20 г) помещают в фарфоровые чашки, приливают в каждую из них по 50 мл 0,05 н. раст- вора соляной кислоты (реактив 1); содержимое чашек перемешивают стеклянными палочками несколько минут.[ . ]

Дав почве отстояться; сливают жидкость на фильтры (одинакового размера для обеих навесок почвы), установленные на воронках. В чашки снова приливают по 50 мл соляной кислоты, и операцию повторяют несколько раз. Затем почву из чашек переносят на фильтры и промывают раствором соляной кислоты, приливая одинаковое ее количество на оба фильтра до полного вытеснения поглощенного кальция. Полноту его вытеснения устанавливают прибавлением к 50 мл нейтрализованного фильтрата насыщенного раствора щавелевокислого аммония и последующим кипячением и отстаиванием в течение 20 минут.[ . ]

По окончании промывания почву с одной воронки (вместе, с фильтром) снимают и быстро переносят в коническую колбочку емкостью 250 мл. Вторую навеску почвы вместе с фильтром помещают в такую же, но предварительно взвешенную сухую колбу и вместе с нею взвешивают. По разности между полученным весом, с одной стороны, и навеской почвы и весом сухого фильтра — с другой, определяют количество жидкости, впитанной ими в процессе промывания почвы.[ . ]

По разности Нг и 2 находят емкость поглощения (в мг-экв. на 100 г почвы).[ . ]

Для установления степени насыщенности почвы основаниями часто определяют сумму поглощенных оснований.[ . ]

Остаток кислоты учитывают титрованием щелочью такой же концентрации.[ . ]

Сумма поглощенных оснований эквивалентна количеству соляной кислоты, израсходованной на их вытеснение; ее находят по разности между взятым количеством этой кислоты и ее остатком (расчет обычно ведут в миллиэквивалентах).[ . ]

Ход анализа. 20 г почвы помещают в колбу емкостью 250—300 мл, приливают пипеткой или из бюретки 100 мл 0,1 н. раствора соляной кислоты (реактив 1); содержимое колбы взбалтывают в течение 60 минут на ротаторе и оставляют на 24 часа; потом фильтруют через сухой складчатый фильтр, отбрасывая первые мутные порции фильтрата. Затем 50 мл фильтрата переносят в коническую колбочку на 150—200 мл, нагревают на асбестовой сетке над горелкой или на электрической плитке до кипения, кипятят 3—5 минут и горячий раствор титруют в присутствии двух капель фенолфталеина (реактив 2) 0,1 н. раствором щелочи (реактив 3) до не исчезающей в течение минуты слабо-розовой окраски.[ . ]

Источник

Поглотительная способность почвы

Большую роль в питании растений и в превращении внесенных в почву удобрений играет ее поглотительная способность. Под поглотительной способностью понимается способность почвы поглощать различные вещества из раствора, проходящего через нее, и удерживать их. Основы современных представлений о поглотительной способности почвы были заложены работами академика К. К. Гедройца. Он различал пять видов поглощения в почве.

Биологическая поглотительная способность связана с жизнедеятельностью растений и почвенных микроорганизмов, которые избирательно поглощают из почвы необходимые элементы минерального питания, переводят их в органическую форму и предохраняют тем самым от выщелачивания. После отмирания корней, растительных остатков и тел микроорганизмов происходят их разложение и постепенная гумификация. Минерализация и последующее использование растениями ранее закрепленного в почве в органической форме азота, фосфора и серы протекают довольно медленными темпами.

Интенсивность биологического поглощения зависит от аэрации, влажности и других свойств почвы, от количества и состава органического вещества, служащего источником пищи и энергетического материала для преобладающих в почве гетеротрофных микроорганизмов. Внесение в почву значительного количества бедного азотом органического вещества (соломы или соломистого навоза) вызывает быстрое размножение микроорганизмов, сопровождающееся интенсивным биологическим, закреплением минеральных форм азота, что приводит к ухудшению азотного питания растений и снижению урожая. В то же время биологическое поглощение способствует закреплению нитратного азота, который никаким другим путем в почве не удерживается и может вымываться, особенно на легких почвах в зонах достаточного увлажнения и орошаемого земледелия.

Механическая поглотительная способность обусловлена свойством почвы, как всякого пористого тела, задерживать мелкие частицы из фильтрующихся суспензий. Механическим поглощением объясняется сохранение и характер распределения в почве илистых частиц и вносимых нерастворимых удобрений (фосфоритной муки, извести). Благодаря механической поглотительной способности они не вымываются из верхнего слоя почвы.

Физическая поглотительная способность — это положительная или отрицательная адсорбция частицами почвы целых молекул растворенных веществ. Положительная физическая адсорбция почвой растворимых минеральных солей неизвестна. Отрицательная абсорбация наблюдается при взаимодействии почвы с растворами хлоридов и нитратов, что обусловливает высокую подвижность их в почве и возможность вымывания из ее верхнего слоя при повышенной влажности. Это имеет положительное значение для Сl — иона (избыток которого вреден для некоторых растений), но для нитратов оно нежелательно.

Химическая поглотительная способность связана с образованием нерастворимых и труднорастворимых в воде соединений в результате химических реакций между отдельными растворимыми солями в почве (ионами в почвенном растворе).

Особую роль химическое поглощение играет в превращении фосфора в почве. При внесении водорастворимых фосфорных удобрений — суперфосфата, содержащего фосфор в виде монокальцийфосфата Са(H₂PO₄)₂, аммофоса NH₄H₂PO₄ и др.- в почвах происходит интенсивное химическое связывание фосфора. В кислых почвах (в подзолистых и красноземах), содержащих много полуторных окислов, химическое поглощение фосфора идет с образованием труднорастворимых фосфатов железа и алюминия. В почвах, насыщенных основаниями и содержащих бикарбонат кальция в почвенном растворе (черноземы, сероземы), химическое связывание фосфора происходит в результате образования слаборастворимых фосфатов кальция.

Химическое поглощение (фиксация) фосфора обусловливает слабую подвижность его в почве и снижает доступность растениям этого элемента из внесенных в почву легкорастворимых форм удобрений. По способности к фиксации фосфора почвы располагаются в следующем порядке: красноземы далее дерново-подзолистые почвы далее сероземы далее черноземы.

Физико-химическая, или обменная, поглотительная способность имеет особенно важное значение при взаимодействии удобрений с почвой. Физико-химическое поглощение — это способность мелкодисперсных (от 0, 2 до 0, 001 мкм) коллоидных частиц почвы поглощать из раствора различные катионы. Поглощение одних катионов сопровождается вытеснением в раствор эквивалентного количества других, ранее связанных твердой фазой почвы.

Вся совокупность органических и минеральных коллоидных частиц почвы (представленных гумусовыми веществами, глинистыми минералами и гидроксидами железа и алюминия), участвующих в обменном поглощении катионов, была названа К. К- Гедройцем почвенным поглощающим комплексом (ППК).

Способность органических и минеральных коллоидных частиц к обменному поглощению катионов обусловлена тем, что большая часть их имеет отрицательные заряды.

В естественном состоянии почвы всегда содержат определенное количество поглощенных катионов (Са 2+ , Mg 2+ , Н + , Аl 3+ , Na + , K + , NH₄ + и др.). Эти катионы могут обмениваться на другие катионы, находящиеся в растворе.

Обмен катионами между раствором и почвенным поглощающим комплексом происходит в строго эквивалентных количествах.

Реакция обмена катионов протекает быстро. При внесении в почву легкорастворимых удобрений (КСl, NH₄Cl, NH₄NO₃ и др.) они сразу же вступают во взаимодействие с ППК, катионы их поглощаются в обмен на катионы, ранее находившиеся в поглощенном состоянии.

Реакция обмена катионов обратима, так как поглощенный почвой катион может быть снова вытеснен в раствор:

В зависимости от концентрации раствора, его объема и природы обменивающихся катионов между катионами раствора и катионами почвенного поглощающего комплекса устанавливается некоторое подвижное равновесие. При изменении состава почвенного раствора это равновесие смещается, в результате одни катионы переходят из раствора в поглощенное состояние, а другие — из поглощенного состояния в почвенный раствор. При внесении минеральных удобрений, например KCl, концентрация почвенного раствора повышается, катионы удобрения вступают в обменную реакцию с катионами почвенного поглощающего комплекса и поглощаются почвой.

При усвоении какого-либо катиона растениями концентрация его в растворе уменьшается, он переходит из поглощенного состояния в раствор в обмен па другие катионы, содержащиеся в почвенном растворе. Чем выше степень насыщенности поглощающего комплекса данным катионом, тем легче и быстрее он вытесняется в раствор. Количество катионов, вытесняемых из поглощенного состояния в раствор, возрастает с повышением концентрации раствора, а при одинаковой концентрации — с увеличением объема раствора вытесняющей соли.

Разные катионы обладают неодинаковой способностью к поглощению. Чем больше заряд (валентность) катиона и его атомная масса, тем сильнее он поглощается и труднее вытесняется из поглощенного состояния другими катионами. Исключение из этого правила составляют ионы Н + , которые имеют наименьшую атомную массу, но обладают высокой энергией поглощения и способностью вытеснять другие катионы из ППК.

Емкость поглощения и состав поглощенных катионов у разных почв. Разные почвы содержат неодинаковое количество способных к обмену поглощенных катионов. Общее содержание в почве всех обменно-поглощенных катионов называется емкостью поглощения. Она обозначается буквой Т и выражается в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы. Например, если в 100 г почвы в поглощенном состоянии содержится 200 мг Са 2+ , 24 мг Mg 2+ и 9 мг NH₄ + , то емкость поглощения этой почвы будет равна;

(где 20—эквивалентная масса кальция, 12 — магния, 18 — аммония).

Величина емкости поглощения характеризует поглотительную способность почв. Она зависит от механического и минералогического состава почвы и содержания в ней органического вещества. Почвы с малым количеством коллоидной фракции (песчаные и супесчаные) имеют невысокую емкость поглощения. Чем больше в почве минеральных и органических коллоидных частиц, тем выше ее поглотительная способность. У глинистых и суглинистых почв емкость поглощения больше, чем у песчаных и супесчаных. Более богатые органическим веществом черноземные почвы отличаются значительно более высокой емкостью поглощения (30—60 мэкв на 100 г), чем подзолистые почвы и сероземы (10—15 мэкв на 100 г).

Поглотительная способность почвы оказывает большое влияние на превращение в ней минеральных удобрений, определяет степень подвижности их в почве. На почвах с малой поглотительной способностью (песчаных и супесчаных) при внесении легкорастворимых удобрений возможно вымывание питательных веществ и излишнее повышение концентрации раствора, поэтому азотные и калийные удобрения на таких почвах лучше вносить небольшими дозами и незадолго до посева. На почвах с высокой поглотительной способностью вымывания питательных веществ и избыючного увеличения концентрации раствора не происходит.

Разные почвы отличаются не только по общей емкости поглощения, но и по составу поглощенных катионов.

В большинстве почв в составе поглощенных катионов преобладает Са 2+ , второе место занимает Mg 2+ и в значительно меньших количествах находятся К + и NH₄ + . Сумма Са 2+ и Mg 2+ обычно составляет около 90% общего количества обменно-поглощенных катионов. В кислых почвах (подзолистых и красноземах) среди поглощенных катионов значительную часть занимают Н + и А1 3+ , а в солонцовых почвах — Na +

Состав поглощенных катионов оказывает большое влияние па свойства почвы и условия роста растений. Кальций коагулирует органические и минеральные коллоиды. Поэтому преобладание в составе поглощенных катионов Са 2+ , например на черноземах, способствует поддержанию прочной структуры и обусловливает хорошие физические свойства почвы. Насыщение почвы натрием (у солонцовых почв) вызывает пептизацию коллоидов, что приводит к их вымыванию, разрушению структурных агрегатов и ухудшению физических свойств почвы (плотное сложение, вязкость и т. д.). Кроме того, при наличии натрия в почвенном поглощающем комплексе происходит вытеснение его в раствор в обмен на другие катионы с образованием соды, что вызывает щелочную реакцию раствора, неблагоприятную для развития растений:

При большом содержании в почвенном поглощающем комплексе ионов водорода и алюминия они могут переходить в раствор и подкислять его.

Повышенная кислотность раствора и особенно высокое содержание в нем алюминия оказывают вредное действие на растения.

Источник