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
[Н+] [ОН-] = 10-14.
В абсолютно чистой воде должно находиться равное количество
[Н+] = [ОН-] = 10-7.
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+] < 10-7).
Поскольку иметь дело с такими малыми показателями неудобно, оперируют с отрицательным десятичным логарифмом величин концентраций Н+-иона. Этот логарифм обозначается через рН. Следовательно,
рН = -Ig [Н]+.
В нейтральных растворах величина рН = 7, в щелочных рН > 7, в кислых -рН < 7. Величина рН почвенного раствора изменяется от 3 до 9. Степень кислотности почв является чрезвычайно важным показателем, так как определяет многие генетические и производственные качества почвы. В зависимости от степени кислотности почвенных растворов в почве растворяются различные легко- и средне растворимые соединения. В кислых почвах отсутствуют хлориды, сульфаты, карбонаты. В нейтральных почвах присутствуют карбонаты и следы сульфатов. В почвах с щелочной реакцией накапливаются не только карбонаты, но и сульфаты и хлориды.
Различные растения на протяжении многовекового процесса естественного отбора приспособились к определенной концентрации элементов в разных почвах. Каждое растение имеет определенный интервал кислотности, при котором оно может нормально развиваться.
Различают активную (актуальную), обменную и гидролитическую кислотность почвы.
Активная кислотность зависит от концентрации ионов водорода в почвенном растворе и определяется при помощи водных вытяжек из почвы растворами нейтральных солей (обычно раствором хлористого калия). Полное вытеснение поглощенных ионов водорода достигается воздействием на почву раствором гидролитически щелочной соли (обычно раствором уксуснокислого натрия). В этом случае кислотность называется гидролитической (Практикум..., 2001).
1.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ рН ВОДНОЙ ВЫТЯЖКИ КОЛОРИМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
1. Среднюю пробу почвы растирают в фарфоровой ступке пестиком и просеивают через сито с величиной отверстия в 1 мм.
2. Берут навеску в 25 г. и помещают в коническую колбу емкостью 250 см3. В колбу наливают 125 см3 дистиллированной воды. Содержимое колбы несколько раз взбалтывают и отстаивают 5 мин.
3. Водную вытяжку фильтруют через без зольный бумажный фильтр в стеклянной воронке.
4. 5 см3 отфильтрованной водной вытяжки наливают в пробирку и прибавляют затем около 0,25 см3 универсального индикатора. Жидкость в пробирке окрашивается в определенный цвет. Пробирку встряхивают для равномерного распределения окраски. Пробирку с анализируемым раствором и другую пробирку с таким же количеством дистиллированной воды вставляют в компаратор. При подведении под пробирку с дистиллированной водой различных цветов шкалы Алямовского можно найти цвет эталона, близкий к цвету испытуемого раствора, и определить величину рН.
1.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ рН СОЛЕВОЙ ВЫТЯЖКИ КОЛОРИМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
1. Воздушно-сухой образец почвы в 20 г. растирают и просеивают через сито с величиной отверстий 1 мм. Затем берут навеску в 20 г. и помещают в коническую колбу емкостью около 100 см3.
2. В колбу с почвой наливают 50 см3 одно нормального раствора КСl, перемешивают в течение 3 мин, закрывают пробкой и ставят на 24 часа.
3. После 24-часового отстаивания пипеткой переносят в пробирку 2,5 см3 вытяжки, добавляют 0,15 см3 универсального индикатора и пробирку встряхивают для перемешивания жидкости.
4. Затем определяют величину рН по шкале Алямовского аналогично определению рН водной вытяжки.
РН одно нормального раствора КСl равен 5,6. Если рН солевой вытяжки будет меньше 5,6, это свидетельствует о наличии потенциальной (обменной) кислотности. Наличие обменной кислотности менее 5,5 указывает на то, что почвы нуждаются в известковании.