Кислотность, щелочность и буферность почв

Реакция почвы зависит от соотношения в ней свободных ионов Н + и ОН — . Если в почвенном растворе концентрация этих ионов одинакова, то реакция будет нейтральной, при Н + >OH — – реакция кислая, а при Н >OH — – реакция щелочная.Реакцию почвенного раствовра выражают в единицах рН. рН – десятичный отрицательный логарифм концентрации ионов водорода в граммах на 1 литр раствора. Реакцию почвенного раствора определяют потенциометрически в водной или солевой вытяжке.

Реакция почвенного раствора некоторых почв представлена в таблице 4.

Кислотность почв – способность почвы подкислять почвенный раствор, обусловленная наличием в почве органических и минеральных кислот, кислых и гидролитически кислых солей, а также обменных ионов H + и Al 3+ .

Виды кислотности. Различают актуальную и потенциальную кислотность. В свою очередь, потенциальная кислотность подразделяется на обменную и гидролитическую.

Актуальная кислотность определяется значением рН почвенного раствора или водной вытяжки.

Потенциальная кислотность определяется ионами водорода и алюминия находящимися в твердой фазе почвы в поглощенном состоянии.

Таблица 4 – Уровни кислотности и щелочности почв

Обменная кислотность определяется количеством ионов алюминия и водорода в вытяжке, приготовленной с помощью гидролитически нейтральной соли (1н. KCl).

ППК ]Al 3+ , H + + 4KCl ↔ ППК]4К + + AlCl₃ + HCl

Образующийся хлористый алюминий это гидролитически кислая соль, поэтому в водном растворе она расщепляется на кислоту и основание.

Гидролитическая кислотностьобусловлена как обменными, так и прочносвязанными ионами H + и Al 3+ , извлекаемых с помощью гидролитически щелочной соли (1н. CH₃COONa).

ППК]Al 3+ , H + + 4CH₃COONa + 3H₂O → ППК]4Na + +

Гидролитическая кислотность всегда выше обменной, выражается в мг·экв/100г почвы. По ее величине определяют норму извести, необходимую для нейтрализации кислой реакции почв. Как правило, норма извести дополнительно корректируется в зависимости от степени насыщенности основания и гранулометрического состава почв.

Щелочность почв – способность почвы подщелачивать почвенный раствор. Также как и кислотность, щелочность угнетающе действует на растения и микроорганизмы, ухудшает агрофизические свойства почвы. Различают актуальную и потенциальную щелочность.

Актуальная щелочность зависит от содержания в почвенном растворе гидролитически щелочных солей (Na₂CO₃, NaHCO₃, Ca(HCO₃)₂ и др.). При диссоциации этих солей в почвенном растворе образуются гидроксил ионы. Актуальная щелочность определяется значением pH водного раствора.

Потенциальная щелочностьпочв определяется содержанием обменного Na + , поскольку он может переходить в почвенный раствор и подщелачивать его. По содержанию обменного натрия определяют количество гипса для мелиорации солонцов и солонцеватых почв.

Большинство сельскохозяйственных культур предпочитают нейтральную и слабокислую реакцию среды. В целом растения лучше переносят кислотность, чем щелочность. Каждая сельскохозяйственная культура имеет свой оптимальный интервал рН. Пшеница лучше растет и развивается при pH 6,5-7,5. Кукуруза, свекла требуют нейтральной реакции. Картофель хорошо растет при кислой реакции среды (pH≈5,0). Лен лучше всего растет при слабокислой реакции. Рожь и овес малотребовательны к реакции почвы, но предпочитают рН 5,0-6,0. Чай и цитрусовые культуры предпочитают, кислую среду, а люцерна, донник, наоборот – щелочную (рН≈8,0).

Буферная способность почв – способность почвы противостоять изменению концентрации почвенного раствора. Чем больше коллоидов в почве, тем выше ее буферность. Тяжелые почвы с высоким содержанием гумуса обладают большой буферной способностью, легкие и малогумусные почвы наоборот слабобуферны.

Применение легкорастворимых минеральных удобрений возможно благодаря буферности почвы. В противном случае в зонах вокруг гранул удобрений создавались бы губительные для растений концентрации солей. В то же время буферность делает почву инертной, противостоящей усилиям человека, направленным на улучшение почвы. Поэтому зачастую фактические дозы химических мелиорантов и удобрений вносимых в почву значительно выше расчетных.

Дата добавления: 2015-05-21 ; просмотров: 3538 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Почвенная кислотность. Кислотно-основная буферность почв. Соединения алюминия в твердой фазе почвы и в почвенном растворе. Учебное пособие по некоторым главам курса химии почв.

В учебном пособии рассматриваются естественные и антропогенные факторы подкисления почв, проблемы актуальной и потенциальной почвенной кислотности, понятие кислотно-основной буферности почв, общие сведения о химии и геохимии алюминия, основные группы соединений алюминия в составе твердой фазы почвы и почвенного раствора.

Указана основная необходимая литература.

Кислыми называют почвы, если они имеют значение рН водной вытяжки, измеренное в стандартных условиях, ниже 7. В соответствии с этим определением к кислым почвам относятся почти все почвы гу-мидных областей и некоторые выщелоченные от карбонатов почвы аридных территорий. Натерритории России общая площадь, занятая кислыми почвами, исчисляется десятками миллионов гектар и включает большую часть почв тундровой, таежной и лесостепной зон, бурые лесные почвы, выщелоченные и оподзоленные черноземы, солоди и некоторые другие почвы. Кислая реакция почв — один из основных факторов, препятствующих получению высоких урожаев большинства сельскохозяйственных культур. Очень немногие культуры (напримар, чайный куст, некоторые овощные культуры) хорошо развиваются в условиях кислой реакции среды. Большая же часть сельскохозяйственных культур, в том числе пшеница, овес, кукуруза, сахарная свекла, подсолнечник, люцерна, многолетние травы и другие, а также плодовые деревья и кустарники, дают наиболее высокие урожаи в условиях слабокислой или нейтральной реакции среды, т. е. в интервале значений рН от 6 до 7.Неблагоприятное влияние среды на растения осуществляется различными путями. Сама по себе повышенная концентрация протонов в почвенных растворах приводит к резкому снижению поступления в растения элементов питания в катионной форме или даже к потере элементов питания, особенно калия, из корней растений.При низких значениях рН заметно снижается активность многих микроорганизмов, в результате чего замедляется разложение растительных остатков и освобождение из них азота, фосфора, серы и многих микроэлементов В условиях кислой реакции концентрация ряда химических элементов, прежде всего — AI и Мп, может достигать уровня, токсичного для многих растений. Повышенная концентрация А1 препятствует правильному развитию корневых систем, особенно в фазе проростков, угнетает реакцию фосфорилирования, снижает поступление в растения Са, Mg, К, Р, Fe, препятствует реакции репликации нуклеиновых кислот вследствие образования прочных комплексов АI с этими кислотами, снижает потребление воды рвстениями.Под влиянием высокой концентрации AI ухудшается качество растительной продукции — снижается содержание крахмала в картофеле, сахара в сахарной свекле, белка в бобовых культурах, подавляется образование хлорофилла. В целом в растительной продукции уменьшается содержание моносахаридов, сахарозы и суммы Сахаров, а также белковых форм азота. Негативное влияние AI на растения особенно сильно проявляется на первых стадиях их развития и при общем недостатке элементов питания.В условиях кислой реакции среды концентрация не только AI и Мп, но и других элементов в почвенном растворе может возрастать до токсичного для растений уровня, особенно втехногенно загрязненных почвах. Это относится, прежде всего, к тяжелым металлам (Си, Zn, Pb, Cd и др.) н радионуклидам (ll7Cs, wSr и др.)- Повышение концентрации этих компонентов в почвенном растворе приводит к вовлечению их в Значительных количествах в пищевые цепи со всеми вытекающими отсюда негативными последствиями.В условиях кислой реакции снижается емкость катионного обмена почв, ухудшаются некоторые водно-физические характеристики.Все сказанное показывает большую роль теоретических и прикладных исследований в области изучения почвенной кислотности, природа которой достаточно сложна и окончательно не раскрыта. Актуальность работ в этой области в настоящее время особенно велика, т. к. араал распространения кислых почв на планете имеет тенденцию к расширению, несмотря на широкие масштабы известкования почв. Эта тенденция объясняется совокупным влиянием ряда факторов, прежде всего — антропогенных, из которых наиболее важными являются ежегодное отчуждение с высокими урожаями большого количества оснований и кислотные атмосферные выпадения.

Источник

Кислотность, щелочность и буферность почвы

1.Реакция почв и ее природа. рН почвы.

2. Кислотность почв и ее виды.

3. Щелочность почв и ее виды.

4. Буферность почв.

5. Сущность физиологических действий концентраций почвенного раствора на растения.

6. Окислительно-восстановительные процессы, их значение в генезисе и плодородии.

7. Методы регулирования реакции почв.

1. Кислотно-основные свойства (реакция среды) почвы имеют важное генетическое и агротехническое значение. Они определяют интенсивность внутрипочвенного выветривания, подвижность химических элементов и соединений, биологическую активность почвы, трансформацию органического вещества. Для выращивания с/х растений важно соответствие реакции среды почвенного раствора диапазону оптимальных значений рН, который различен для разных видов.

В почвенном растворе и ППК все катионы находятся в динамическом равновесии. Вода в почвенном растворе подвергается электролитической диссоциации и распадается на два иона: Н + и ОН — . В идеальных условиях концентрация Н и ОН равна 10 -7 , т.е. реакция среды нейтральна. При добавлении к этому раствору кислоты, концентрация Н + увеличивается и раствор будет подкисляться. При добавлении щелочи повышается концентрация ОН — и раствор подщелачивается. рН – показатель концентрации водородных ионов рН = — lg 10 -7 .

Реакция почвы зависит от многих факторов, и, прежде всего, от химического состава, состава обменно-поглощенных катионов, наличия солей, органических и минеральных кислот, жизнедеятельности организмов.

2. Под кислотностью почвы понимают ее способность подкислять почвенный раствор имеющимися в почве кислотами и обменно-поглощенными катионами Н, а так же Al способного при вытеснении из ППК образовывать гидролитически кислые соли.

В зависимости от реакции почвенного раствора различают строго определенные уровни кислотности и щелочности:

В зависимости от того, в каком состоянии находятся в почве ионы Н и Al, кислотность может быть активной или актуальной и потенциальной.

Под активной (актуальной)понимают концентрацию свободных водородных ионов в почвенном растворе.

Источником свободного Н в почвенном растворе могут быть растворимые органические кислоты, образующиеся после разложения органических остатков, и углекислота, при растворении углекислого газа в воде. Активная кислотность частично вызывается и десорбцией обменных ионов водорода поглощающим комплексом.

Факторами активной кислотности в почве могут быть и некоторые минеральные соли Al и Fe. Известно, что соли слабых оснований и сильных кислот в водных растворах гидролитически расщепляются освобождая кислоту. Примером может служить хлористый Al , который при взаимодействии с водой расщепляется специальным образом:

Образующаяся соляная кислота придает раствору кислую реакцию. Это явление наблюдаются в почвах, ненасыщенных основаниями. В почвах, насыщенных основаниями, активной кислотности нет.

Активная кислотность определяется в лабораториях в водной вытяжке из почвы. Количественно выражается символом рН_H2OилирН_вод.

Кислую реакцию имеют подзолистые, дерново-подзолистые и болотные почвы; нейтральную – главным образом чернозёмы; щелочную – каштановые, серозёмы и солонцы.

Потенциальная кислотность –обусловлена ионами Н и Al, находящиеся в поглощенном состоянии.

Потенциальная кислотность подразделяется на обменную и гидролитическую.

Обменная кислотность –та часть потенциальной кислотности, которая определяется при взаимодействии с почвой раствора гидролитически нейтральной соли КCl. При этом катион К вытесняет из ППК обменно – поглощенные катионы, среди которых H, Al, Fe подкисляют солевую вытяжку, образуя кислоту HCl.

ППК) Н, Al, Fe + 7KCl = ППК) K + HCl + AlCl₃ + FeCl₃

Уровень обменной кислотности определяется значением рН солевой вытяжки (рН_KClилирН_сол). Отмечено, что при рН_КCl

ППК)Н, Al + 4CH₃COONa + 3H₂O = ППК)Na, 3Na + Al(OH)₃ + 4CH₃COOH

Нг выражается в мг экв/100 г почвы. Нг больше обменной.

3. Почвы, в поглощенном комплексе которых, находится Na имеют щелочную реакцию. Она обусловливается главным образом содой, образующейся в результате обмена поглощенного почвой Na на Н углекислоты.

Аналогично почвенной кислотности различают актуальную и потенциальную щелочность почвы. Актуальная щелочность обусловлена содержанием в почве гидролитически щелочных солей, это преимущественно карбонаты щелочных и щелочноземельных металлов: сода, гидрокарбонаты Са и Mg. Определяется актуальная щелочность значением рН водной вытяжки или путем титрования водной вытяжки кислотой с последующим выражением результатов в мг экв/100 г почвы.

Потенциальная щелочность определяется содержанием обменно-поглощенного катиона Na, который, переходя в раствор, подщелачивает его.

Потенциальную щелочность отдельно не оценивают и щелочность почвы выражают по значению актуальной щелочности. При мелиорации солонцеватых и засоленных почв оценка щелочности почвы является одним из условий, учет которого необходим для эффективного повышения плодородия.

4. Под буферностью почвы понимают ее способность как полифункциональной системы, противостоять изменению концентрации почвенного раствора, особенно ее щелочно-кислотного и окислительно-восстановительного состояния. Буферные свойства почвы связаны с процессами физико-химического (обменного) поглощения ионов, перехода различных соединений в ионные или молекулярные формы, с нейтрализацией и выпадением в осадок вновь образующихся соединений. В основном буферность почвы определяется качеством ее твердой фазы, однако механизм работы буферных систем почвы весьма разнообразен и может обходиться без вовлечения элементов твердой фазы. Наиболее простым примером проявления буферности почв является нейтрализация попадающих в почву кислых и щелочных соединений в результате реакции обмена между ионами почвенного раствора и катионами ППК.

Изменение концентрации почвенного раствора проявляется при внесении в почву в виде удобрений водорастворимых солей, которые локально могут создавать токсичные для растений концентрации. Благодаря буферности почв это отрицательное действие высоких концентраций блокируется. В целом, чем большей емкостью поглощения обладает почва, тем выше ее буферная способность. Наименьшая буферность свойственна песчаным почвам и пескам. Величина буферности почв зависит от содержания почвенных коллоидов их качества (чем больше гумусовых веществ, тем больше), состава обменно-поглощенных катионов (наличие в ППК катионов Са, К, Na препятствует подкислению, Н – подщелачиванию.)

5. Реакция почв зависит от концентрации и состава почвенного раствора. При наличии в почвенном растворе большого количества кислот, она будет более кислой, а при наличии соды – щелочной. По отношению к концентрации солей в почвенном растворе растения делят на гликофиты и галофиты.

Гликофиты — растения, не приспособленные к высокой концентрации солей.

Галофиты — растения, которые выдерживают высокую концентрацию солей и осмотическое давление (солярос, солянка).

Повышенная концентрация солей приводит к разрушению дыхательной функции растений, к появлению травматических пятен на корнеплодах и корнях, т.к. разрушаются клетки.

Наличие в почвенном растворе одних элементов способствует или усилению проникновения других элементов или снижению. Процесс усиления поступления одних элементов в почвенном растворе при наличии других называется синергизмом.

Так при наличии катионов NH₄ усиливается поступление в растения фосфат иона, а при преобразовании нитрат иона усиливается поступление катионов Са. Повышенное содержание Са в растениях сдерживает поступление в них К и St.

Антогонизм ионов проявляется только при некотором избытке концентраций некоторых ионов. Уравновешенным составом почвенного раствора является состав, соответствующий требованиям растений и без большого избытка других элементов.

6. Почвенный раствор, содержащий различные органические и минеральные соединения, способен их окислять и восстанавливать, поэтому состав и свойства его изменяются. Окислительные процессы усиленно развиваются при превращении органических соединений.

К основным окислителям относятся молекулярный кислород почвенного воздуха и раствора, а также продукты жизнедеятельности почвенных организмов. Их содержание тесно связано с аэрацией почвы, поэтому окислительно-восстановительные процессы зависят от свойств почв, определяющих газообмен и влажность. Уплотнение почв и повышенная влажность ухудшают аэрацию и приводят к ослаблению окислительных процессов. Наименее выражены окислительные процессы в сильно увлажненных почвах, для этих почв характерны процессы восстановления.

Для количественной характеристики окислительно-восстановительных процессов в почве определяют величину окислительно-восстановительного потенциала Е, которая выражается в милливольтах, используя потенциометрический метод, как и при определении рН. В дерново-подзолистых почвах нормального увлажнения величина ОВ-потенциала в течение лета колеблется в пределах 550-750 мв, в черноземах 400-600, в сероземах 350-450 мв.

ОВ условия влияют на жизнедеятельность микроорганизмов, превращение растительных остатков, темпы накопления и состав образующихся органических веществ, превращение соединений N₂, фосфаты Se, Fe, Al и формирования почвенного профиля. При величине потенциала 200 мв и ниже интенсивнее развиваются восстановительные процессы, что приводит к образованию закисных соединений Fe и подвижных форм марганца, который может накапливаться в растворе в токсичных для растений концентрациях. Низкое значение ОВ-потенциала способствует замедленному разложению растительных остатков, образованию подвижных и активных форм органических веществ, превращению гуминовых кислот в фульвокислоты. Кроме того, если восстановительные процессы сочетаются с промывным водным режимом, происходит разрушение почвенных минералов и вымывание продуктов разрушения.

Таким образом, ОВ-потенциал 200 мв и ниже неблагоприятно влияет на плодородие почв и указывает на необходимость проведения мероприятий по регулированию ОВ-режима почвы.

7. Почвы, в коллоидном комплексе которых значительное количество занимают катионы Н и Al или Na отличаются плохими агрономическими свойствами и нуждаются в химической мелиорации. Для улучшения почв необходимо обменно-поглощенные катионы Н, Al, Na заменить на катионы Са, которые во – первых: снизят кислотность кислых почв подзолистого типа почвообразования и уменьшает щелочность солонцовых почв; во – вторых: закрепляет гумусовые вещества и другие коллоиды, сформируют агрономически ценную водопрочную структуру и улучшают агрофизические свойства почвы; в – третьих повысят биологическую активность почв, улучшают в целом и питательный режим растений. Обогащение Са нуждающихся в улучшении почв на практике осуществляют при помощи известкования и гипсования.

Известкование –это прием внесения извести, доломитовой муки, дефеката и др. известковых материалов на кислых подзолистых и дерново-подзолистых, а также на серых и бурых лесных почвах.

Помимо перечисленного положительного влияния на почву, известкование, устраняя избыточную кислотность, так же снижает подвижность и токсичность Al, повышает эффективность удобрений.

Гипсование –внесение гипса и фосфогипса на щелочных и солонцеватых почвах и солонцах для замены Na на Са.

Са, входя в коллоидный комплекс солонцовых почв, обусловливает коагуляцию почвенных коллоидов, улучшает агрофизические и химические свойства, а вытесненный Na образует с анионами SO₄ гидролитически нейтральную и хорошо растворимую соль. В результате снижается щелочность почвенного раствора и Na вымывается.

Лекция 10 (2 часа)

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник