Задания для самоподготовки

1. Источники органического вещества в почве.

2. Категории почв по гумусу и окраске.

3. Классификация гумусовых веществ, содержащихся в почве.

4. Важнейшая характеристика гумусовых веществ.

5. Классификация гуминовых, фульвокислот, гумина и их характерные свойства.

6. Роль органического вещества в почвообразовании.

7. Мероприятия, способствующие сохранению и увеличению содержания гумуса в почве.

Лабораторная работа № 3

Определение продуктов азотистого обмена почвы

Цель работы:определить содержание аммонийных ионов и нитрат-ионов в почвенных образцах.

Теоретическое обоснование

Азотистый обмен почвы– это круговорот в почве азота, который присутствует там не только в виде простого вещества (газа – N₂), но и в виде ионов: нитритов (NO₂^-), нитратов (NO₃^-) и аммония (NH₄⁺). Концентрации этих ионов отражают состояние почвенных сообществ, поскольку на эти показатели влияет состояние биоты (растений, микрофлоры), состояние атмосферы, вымывание из почвы различных веществ. Очень большую роль в круговороте азота играют почвенные микроорганизмы. Они способны снижать концентрации азотсодержащих веществ, губительные для других живых организмов. Они могут переводить токсичный для живых существ аммиак в менее токсичные нитраты и в биологически инертный атмосферный азот. Таким образом, микрофлора почвы способствует поддержанию стабильности её химических показателей.

Уникальной способностью превращать N₂в азотсодержащие соединения обладают некоторые бактерии, которые называют азотфиксирующими, или азотфиксаторами. Фиксация азота возможна многими бактериями и цианобактериями. Они живут или в почве, или в симбиозе с растениями, или с несколькими разновидностями животных. Например, семья бобовых растений (Fabaceae) содержит такие бактерии на своих корнях. Типичным представителем свободноживущих азотфиксирующих микроорганизмов является Azotobacter – грамотрицательная бактерия, связывающая азот воздуха. Продукты фиксации азота – аммиак (NH₃), нитриты.

Продукты гниения белков и разложения мочевины – аммиак и аммиачные соли, обычно превращаются в нитраты – соли азотной кислоты.

NH₃→NH₄OH→HNO→HNO₂+ 274,3 кДж

HNO₂→HNO₃+ 87,3 кДж

В черноземных почвах процесс нитрификации протекает более интенсивно. Накопление нитратов в почве влияет на жизнедеятельность растений. Внесение в почву азотных удобрений увеличивает содержание белка в зерновых культурах, выход муки, влияет на содержание клейковины.

В отсутствие деятельности человека процессы связывания азота и нитрификации практически полностью уравновешены противоположными реакциями денитрификации. Часть азота поступает в атмосферу из мантии с извержениями вулканов, часть прочно фиксируется в почвах и глинистых минералах, кроме того, постоянно идёт утечка азота из верхних слоёв атмосферы в межпланетное пространство. Но в настоящее время на круговорот азота влияют много факторов, вызванных человеком. Во-первых, это кислотные дожди – явление, при котором наблюдается понижение pH дождевых осадков и снега из-за загрязнений воздуха кислотными оксидами (например, оксидами азота). Химизм этого явления состоит в следующем. Для сжигания органического топлива в двигатели внутреннего сгорания и котлы подается воздух или смесь топлива с воздухом. Почти на ⁴/₅ воздух состоит из газа азота и на ¹/₅ – из кислорода. При высоких температурах, создаваемых внутри установок, неизбежно происходит реакция азота с кислородом и образуется оксид азота:

N₂+ O₂ = 2NO – Q

Эта реакция эндотермическая и в естественных условиях происходит при грозовых разрядах, а также сопутствует другим подобным магнитным явлениях в атмосфере. В наши дни человек в результате своей деятельности сильно увеличивает накопление оксида азота (II) на планете. Оксид азота (II) легко окисляется до оксида азота (IV) уже при нормальных условиях:

2NO + O₂ = 2NO₂

Далее оксид азота реагирует с атмосферной водой:

2NO₂ + H₂O = HNO₃ + HNO₂,

в результате чего образуются азотная и азотистая кислоты. В капельках атмосферной воды эти кислоты диссоциируют с образованием, соответственно нитрат- и нитрит-ионов, а ионы попадают с кислотными дождями в почву. Вторая группа антропогенных факторов, влияющих на азотистый обмен почв, – это технологические выбросы. Оксиды азота – одни из самых распространенных загрязнителей воздуха. А неуклонный рост производства аммиака, серной и азотной кислоты напрямую связан с увеличением объёма отходящих газов, а, следовательно, с увеличением количества выбрасываемых в атмосферу оксидов азота. Третья группа факторов – переудобрение почв нитритами, нитратами и органическими удобрениями. И, наконец, на азотистый обмен почв отрицательно влияет повышенный уровень биологического загрязнения. Возможные его причины: сброс сточных вод, несоблюдение санитарных норм (выгул собак, неконтролируемые свалки органических отходов, плохое функционирование канализационных систем и др.). Как следствие почва загрязняется аммиаком, солями аммония, мочевиной, индолом, меркаптанами и другими продуктами разложения органики. В почве образуется дополнительное количество аммиака, который затем перерабатывается бактерииями в нитраты.

Токсичность удобрений для человека и животных определяется химическим составом и агрессивностью отдельных компонентов в них. Предельно допустимая концентрация нитрат-ионов в почвах 130 мг/кг.

Приборы, посуда, реактивы:ФЭК; конические колбы; 1 н раствор КСl; сегнетовая соль; стандартные растворы нитрата калия 0,01 н, 0,001 н, 0,0001 н в 1% растворе алюмокалиевых квасцов; 2 % раствор КОН илиNaOH; фильтры; реактив Несслера; фарфоровые чашки; водяная баня.