Тема 1: «Методы лабораторного изучения агрохимических свойств почв».

Лабораторная работа № 5.

Цель занятия: Определить с помощью лабораторных анализов физико-химический (актуальную, обменную, гидролитическую кислотность, сумму обменных оснований, емкость поглощения, степень насыщенности почв основаниями) и питательный (содержание подвижных форм фосфора, калия) статус почв. Научиться использовать полученные результаты с целью оптимизации агрохимических свойств почв путем применения химической мелиорации и внесения удобрений.

Форма выполнения работы: Самостоятельная работа студентов по определению обменной кислотности почвы потенциометрическим методом с помощью иономеров: рН-150М, И-160 и подвижных форм фосфора в кислотной вытяжке из почвы с помощью фотоколориметра КФК-3.

Раздаточный материал: методические указания, табличные материалы, лабораторное оборудование, реактивы.

Задание 1. Определение обменной и актуальной кислотности почв потенциометрическим способом.

С давних времен человек при использовании земли оценивал ее по способности производить урожай растений, т.е. по уровню ее плодородия. Плодородие – существеннейшее свойство почв, выражающееся в способности производить урожай растений и отличающее их от горной породы – определяется способностью почв обеспечивать благоприятные водные, воздушные, тепловые, питательные условия. Важнейшими количественными параметрами, отражающими плодородие, являются конкретные показатели почвенных режимов, в особенности физико-химического и питательного, так как именно на них человеку легче всего повлиять. Комплекс этих показателей определяется химическими методами и лабораторные занятия по химии почв проводятся с целью получения студентами-географами основных навыков химического исследования почвенных образцов и составления почвенно-агрохимических картограмм. Лабораторные занятия должны содействовать получению студентами представлений о почве как природно-историческом теле, обладающем комплексом химических свойств, в сильной степени определяющих плодородие почвы.

Агрохимическое картографирование почв начинается с разбивки полей на элементарные участки. С гумусового (пахотного) горизонта на каждом элементарном участке буром-тростью отбирается один смешанный образец почв. На пашне и культурных лугах берут один образец из 20 почвенных проб (мест), на естественных кормовых угодьях – индивидуальные образцы. Частота отбора проб и смешанных образцов зависит от пестроты почв, размещения культур на полях и особенностей применения удобрений. В большинстве случаев на пашне один смешанный образец почв берется с 6 га, на культурных пастбищах и сенокосах – с 10 га, в огородах, садах, ягодниках – с 3 га. Отобранные образцы просушиваются в затемненном и хорошо проветриваемом помещении, помещаются в коробки или бумажные пакеты, снабжаются этикетками и отправляются на анализ в агрохимические лаборатории. На основании данных полевых исследований и результатов анализов составляются агрохимические карты и пояснительная записка по каждому хозяйству.

Агрохимические обследования почв проводятся (через каждые 4 года) в целях разработки мероприятий по эффективному применению удобрений. В качестве картографической основы используется контурный план землепользования хозяйства масштаба 1: 10 000.

Определение показателей физико-химического и питательного режима почв, обычно называемых агрохимическими, проводится в первую очередь с целью выяснения реального статуса почв и планирования мероприятий по повышению плодородия, таких, как известкование и внесение удобрений. На практике стремятся к достижению оптимальных параметров почвенного плодородия (табл. 10), под которыми понимается такой интервал количественных показателей, в котором могут быть максимально использованы факторы роста растений и обеспечиваться оптимальный уровень урожая. ("Оптимальные параметры свойств почв – это такое сочетание количественных показателей свойств (и режимов) почвы, при котором могут быть максимально использованы все жизненно важные для растений факторы, наиболее полно реализованы потенциальные возможности выращиваемых культур и обеспечен наивысший урожай при его хорошем качестве").

Сравнивая полученные лабораторным путем результаты с оптимальными параметрами агрохимических свойств необходимо учитывать различное отношение отдельных культур к свойствам почв, особенно по почвенной кислотности.

Таблица 10

Оптимальные показатели кислотности, содержания подвижных форм фосфора и калия в почвах сельскохозяйственных угодий Беларуси

Почвы	pН в KCl	Р2О5,мг/кг	К2О, мг/кг
Суглинистые и глинистые	6,0-6,7	250-300	200-300
Супесчаные	5,5-6,2	200-250	170-250
Песчаные	5,3-5,8	150-200	100-150
Торфяно-болотные	5,0-5,3	700-1000	600-800
Минеральные сенокосов и пастбищ	5,5-6,2	120-200	150-200

Обычно сельскохозяйственные растения делятся на 4 группы по отношению к почвенной кислотности:

1. Растения, переносящие повышенную кислотность и не нуждающиеся в известковании: щавель, картофель, люпин (оптимальный интервал рН в КС1 4,6-5,3).

2. Растения, мало чувствительные к кислотности: овес, рожь, лен, морковь, томаты, тыква, малина, земляника, крыжовник, репа, редька, редиска, груша (оптимальный интервал рН в КСl 4,8-6,0).

3. Растения, чувствительные к повышенной кислотности и нуждающиеся в известковании: ячмень, пшеница, горох, кукуруза, огурцы, салат, яблоня, слива, вишня (оптимальный интервал рН в КСl 5,6-6,5).

4. Растения, очень чувствительные к кислотности: свекла, капуста, лук, чеснок, донник, клевер красный, люцерна, смородина (оптимальный интервал рН в КС1 5,6-6,5).

По содержанию элементов питания растений также имеют место существенные видовые различия, хотя и не такие существенные. Так, травы и корнеплоды очень чувствительны к содержанию калия.

Наибольшее значение для плодородия имеет кислотность почв и содержание основных макроэлементов (азота, фосфор, калия) в доступной для растений форме, поэтому в ходе лабораторных занятий изучается именно определение этих показателей (за исключением азота, на который не существует надежного почвенного теста).

Содержание подавляющего большинства элементов питания в почвах оценивается по количеству химического элемента, переходящего в определенную жидкую среду, называемую вытяжкой. Сначала определенное количество почвы, называемое навеской, обрабатывается данным реактивом, обеспечивается их взаимодействие, а затем полученная вытяжка из почвы анализируется на содержание испытуемого элемента либо непосредственно, либо после отделения твердой фазы. Количественное определение может проводиться различными методами, чаще ионометрически, колориметрически, спектрофотометрически или титрованием. Применительно к каждому из химических свойств почв имеются стандартные отработанные методики определения.

Основные задачи лабораторных занятий:

1. Освоение основных методов определения кислотности почвы.

2. Освоение основных методов определения содержания в почве доступных форм элементов питания растений.

3. Получение навыков оформления данных лабораторных анализов в виде агрохимических картограмм.

Все работы по теме подразделяются на три периода по 4 часа для выполнения каждой из основных задач.

В повседневной агрономической практике возникает необходимость определять кислотность торфов, удобрений, силоса, но чаще всего кис­лотность почв. Потребность такого анализа вызывается различными причинами: стремлением рационально распределить в полях известь, подобрать формы азотных удобрений и правильно разместить культуры.

Кислотность (реакция среды) считается одним из важнейших свойств почв, индикатором многих процессов почвообразования и регулятором роста и развития растений. Она проявляется в содержании ионов водорода (протонов) и гидроксила (ОН^-) в твердой и жидкой частях почвы. Реакция почвы кислая, если в ней преобладают ионы Н⁺, и щелочная, если ионы ОН^-. Реакция почвы оказывает большое влия­ние на развитие растений и почвенных микро­организмов, на эффективность удобрений, на химиче­ские и биохимические процессы в почве. Поскольку концентрация протонов в растворе изменяется в диапазоне нескольких порядков, то для ее выражения используют так называемый показатель рН, представляющий собой отрицательный логарифм концентрации ионов водорода (в г/л). Так, показатель рН 4 означает концентрацию протонов 0,1 мг/л, рН 6 – 1 мкг/л, то есть в 100 раз меньше. Для ко­личественной оценки реакции почвы чаще применяют показатели рН суспензии почвы в воде или в растворе КСl.

В Беларуси принята градация по степени кислотности (рН в КСl) почв Беларуси (табл.11)

Таблица 11

Градация по степени кислотности (рН в КСl) почв Беларуси

Группа кислотности	Степень кислотности	pH (в KCl)
Минеральные почвы	Торфяно-болотные почвы	Цвет на картограмме
I	Сильнокислые	Менее 4,50	Менее 4,00	Красный
II	Среднекислые	4,51–5,00	4,01–4,50	Оранжевый
III	Кислые	5,01–5,50	4,51–5,00	Желтый
IV	Слабокислые	5,51–6,00	5,01-5,50	Зеленый
V	Близкие к нейтральным	6,01–6,50	5,51-6,00	Голубой
VI	Близкие к нейтральным и нейтральные	6,51–7,00	6,01-6,50	Синий
VII	Нейтральные и слабощелочные	Более 7,00	Более 6,50	Фиолетовый

Удалить?

1. Сильнокислые (красный цвет на картограмме) – рН в КСl 4,5 (4,0) и менее,

2. Среднекислые (розовый) – рН 4,6–5,0 (4,1–4,5),

3. Кислые (желтый) – рН 5,1–5,5 (4,6–5,0),

4. Слабокислые (зеленый) – рН 5,6–6,0 (5,1–5,5),

5. Близкие к нейтральным (голубой) – рН 6,1–6,5 (5,6–6,0),

6. Нейтральные (светло-синий) – рН 6,6–7,0 (6,1–6,5),

7. Слабощелочные (фиолетовый) – рН более 7,0 (6,5).

Кислую реакцию имеют подзолистые почвы и торфяные верхового типа, слабокислую – серые лесные и северные черноземы, близкую к нейтральной – большинство черноземных почв, щелочную – сероземы и солонцы. Кислотность (щелочность) почв существенно сказывается на биологических процессах. Так, бактерии и актиномицеты более активны в щелочной среде, а грибная микрофлора – в кислой. От кислотности почвенных вод зависит даже само протекание отдельных почвообразовательных процессов. Так, подзолообразование немыслимо без кислой реакции почвенного раствора. Солончаковый почвообразовательный процесс в условиях Беларуси всегда развивается лишь при щелочной реакции почвенного раствора.

Различают активную кислотность, определяемую интенсивностью перехода протонов из почвы в водную среду, обменную кислотность, определяемую интенсивностью перехода протонов из почвы в раствор нейтральной соли, а также гидролитическую кислотность, под которой понимают общее количество протонов, вытесненное из почвы раствором химически щелочной соли.

Для определения кислотности почвенного раствора применяют метод вытяжек: 1) определение рН в водной вытяжке; 2) определение рН в растворе хлористого калия. Кислотность первой вытяжки называют актуальной, а второй - обменной. Показания кислотности почвенного раствора водной вытяжки менее ус­тойчивы, чем показания солевой.

Обменная кислотность почвы дает более устойчивые показания - она менее зависима от условий погоды, времени года. Показания солевой вытяжки ближе к истинным (в почвенном растворе). Поэтому для подзолистых почв кислотность определяют главным образом в солевых вытяжках из почвы. Иногда параллельно с этим определяют кислот­ность почвенного раствора и в водных вытяжках.

Цифровые показания рН водных вытяжек всегда выше солевых, так как при действии хлористого калия на почву извлекают не только ионы водорода почвенного раствора, но и поглощенные ионы.

Активная (актуальная) кислотность — это кислотность почвен­ного раствора, обусловленная повышенной концентра­цией в нем ионов Н+, а также слабых минеральных (Н₂СО₃), органических кислот и гидролитически кислых солей (АlСl₃). Последние при гидролизе образуют слабое основание и сильную кислоту:

АlСl₃ + ЗН₂0= Аl(ОН)₃ + ЗНСl

З НСl= 3Н⁺ + ЗСl^-.

Актуальная кислотность непосредственно влияет на развитие растений и почвенных микроорганизмов. Она измеряется величиной рН водной вытяжки и определяется студентами с помощью универсальных иономеров с водородным электродом. Определение основано на определении электродвижущей силы, возникающей между двумя электродами, опущенными в раствор. Порядок настройки прибора к работе изложен в инструкции к прибору. Для определения активной кислотности на технических весах в химический стаканчик набирается навеска почвы в 10г (для торфяных горизонтов – 1 г) и заливается 25 мл дистиллированной воды. После 1-2 минутного взбалтывания стаканчик ставится под прибор и производится отсчет. Обычный для почв Беларуси диапазон – от 4,5 до 8,0. Показания измерения рН в водной вытяжке сравнительно неустойчивы и нечасто используются в практике.

Потенциальная (скрытая) кислотность обусловле­на ионами Н⁺, Al³⁺ и Fe⁺³, поглощенными ППК с от­рицательным зарядом. Часть поглощенных ионов водо­рода и алюминия может быть вытеснена в раствор ка­тионами нейтральных солей (КСl):

(ППК)Н+КСl=(ППК)К+НСl,

в результате чего почвенный раствор подкисляется. Это – обменная кислотность почвы, выражается рН в КСl.Она определяется студентами аналогично, но почвенная навеска заливается 1М-раствором KCl. В течение одного занятия все студенты бригады (подгруппы) проводят определение 2 образцов почв и записывают полученные данные. Обычный для почв Беларуси диапазон – от 3,5 до 7,0. Щелочная реакция среды в Беларуси встречается крайне редко на сильнокарбонатных почвообразующих породах. Показания прибора при анализе нейтральносолевой вытяжки сравнительно устойчивы и обменная кислотность является основным показателем кислотных свойств почв, по крайней мере, в условиях Беларуси.

При обработке почвы уксуснокислым натрием CH₃COONa или уксуснокислым кальцием (СН₃СОО)₂Са ионы, способные формировать кислот­ность почвы, в наибольшей степени вытесняются в раствор:

(ППК)Н⁺ + CH₃COONa = (ППК)Na⁺ +СН₃СОО^- + Н⁺.

Эта часть потенциальной кислотности получила название гидролитической.

Кислотность, обнаруживаемая при обработке почвы раствором CH₃COONa, включает актуальную и потен­циальную кислотность — как обменную, так и собственно гидролитическую (которая не обнаруживается при обработке КСl).

Задание 2. Определение обменной и актуальной (активной) кислотности почв потенциометрическим методом.

Метод основан на изменении электродвижущей силы (э.д.с), возникающей при опускании в раствор двух электродов. При измерении рН между мембра­ной стеклянного электрода и раствором возникает разность потенциа­лов, по которой определяется рН.

Перед анализом электроды необходимо сполоснуть дистиллированной водой. Порядок работы с прибором изложен в инструкции к прибору.

Дата добавления: 2017-02-01