- •Практическое руководство по химии почв
- •Введение
- •Раздел I. Валовой анализ
- •1.1. Способы разложения почв
- •1.1.1. Разложение почв кислотами.
- •1.1.2. Разложение почв сплавлением.
- •1.1.3. Разложение почвы спеканием.
- •1.2. Определение гигроскопической влажности
- •1.3. Определение потери при прокаливании
- •1.4. Спекание почвы с содой
- •1.5. Анализ элементного состава почв
- •1.5.1. Определение кремния желатиновым методом
- •Пример расчета. Для спекания взято 1,0224 г прокаленной почвы. Прокаленный осадок SiO2 весит 0,8014 г. Содержание SiO2 равно:
- •1.5.2. Определение полуторных оксидов гравиметрическим методом
- •1.5.3. Определение железа фотометрическим методом
- •1.5.4. Определение алюминия фотометрическим методом
- •1.5.5.Вычисленное содержание алюминия по разности
- •1.5.6. Определение кальция и магния комплексонометрическим методом
- •1.5.6.1. Определение кальция
- •1.5.6.2. Определение суммы кальция и магния
- •1.5.7. Пероксидный метод определения титана
- •1.5.8. Определение фосфора фотометрическим методом
- •1.6. Способы выражения результатов валового анализа
- •1.7. Пересчеты данных валового анализа
- •1.8. Использование данных валового анализа
- •1.8.1. Использование элементного состава для суждения о генезисе почв.
- •1.8.2. Использование элементного состава для оценки потенциального плодородия почвы.
- •1.8.3. Использование данных элементного состава для расчета молекулярных отношений
- •1.8.4. Использование данных элементного состава для расчета запасов химических элементов
- •Пример расчета. Найти запас SiO2 в т/га если его содержание равно 80,63 %, плотность сложения почвы 1,18 г/см3, мощность слоя 9 см.
- •1.8.5. Использование данных элементного состава при изучении биологического круговорота веществ
- •1.8.6. Использование данных элементного состава для
- •1.8.6.1. Метод прямого сравнения
- •1.8.6.2. Методы стабильного компонента
- •1.8.6.2.1. Метод молекулярных отношений
- •1.8.6.2.2. Метод элювиально-аккумулятивных (еа) коэффициентов
- •1.8.6.2.3. Метод баланса веществ
- •1.8.7. Использование данных элементного состава для диагностики минералов илистой фракции.
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Раздел II. Ионно-солевой комплекс почв
- •2.1. Метод водной вытяжки
- •2.1.1. Влияние солей на сельскохозяйственные культуры
- •2.1.2. Достоинства и недостатки водной вытяжки как метода изучения засоленных почв
- •2.1.3 Анализ водной вытяжки
- •2.1.3.1. Определение величины рН водной вытяжки
- •2.1.3.2. Определение величины сухого остатка
- •2.1.3.3. Определение величины прокаленного остатка
- •2.1.3.4. Определение щелочности от растворимых карбонатов
- •2.1.3.5. Определение общей щелочности
- •2.1.3.6. Определение хлорид-ионов
- •2.1.3.7. Определение сульфат-ионов
- •2.1.3.8. Определение ионов кальция и магния комплексонометрическим методом
- •2.1.3.8.1. Определение кальция
- •2.1.3.8.2. Определение суммы кальция и магния
- •2.1.3.9. Определение натрия и калия
- •2.1.3.9.1. Определение натрия и калия методом фотометрии пламени
- •2.1.3.9.2. Определение содержания натрия и калия по разности
- •Форма 4. Данные анализа водной вытяжки
- •2.1.4. Интерпретация данных водной вытяжки
- •2.1.4.1. Характеристика солевого режима почв по величине сухого остатка
- •2.1.4.2. Оценка химизма (типа) засоления почв.
- •2.1.4.2.1. Общие принципы оценки химизма засоления почв
- •2.1.4.2.2. Оценка степени засоления почв по содержанию токсичных ионов
- •2.1.4.2.3. Оценка степени засоления почв по «суммарному эффекту» токсичных ионов
- •2.1.5. Расчет промывной нормы
- •2.2. Катионообменная способность почв
- •2.2.1. Общие представления о катионообменной
- •2.2.2. Методы определения катионообменной способности почв
- •2.2.2.1. Оценка эффективной емкости катионного обмена
- •2.2.2.2. Определение стандартной емкости катионного обмена по Бобко-Аскинази в модификации цинао
- •2.2.2.3. Определение суммы обменных оснований методом Каппена-Гильковица
- •2.2.2.4. Определение гидролитической кислотности
- •2.2.2.5. Определение обменных катионов по методу Пфеффера в модификации в.А. Молодцова и и.В. Игнатовой
- •2.2.2.5.1. Определение кальция комплексонометрическим методом
- •2.2.2.5.2. Определение суммы кальция и магния комплексонометрическим методом
- •2.2.2.5.3. Определение натрия и калия методом фотометрии пламени
- •2.2.3. Использование результатов определения катионообменной способности почв
- •2.2.3.1. Вычисление степени насыщенности почв основаниями
- •2.2.3.2. Расчет дозы извести
- •2.2.3.3. Вычисление степени солонцеватости почв
- •2.2.3.4. Расчет дозы гипса
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Раздел III. Органическое вещество почвы
- •3.1. Подготовка почвы для определения содержания и состава гумуса
- •3.2. Методы определения содержания общего гумуса почвы
- •3.2.1. Прямые методы определения содержания углерода органических соединений (гумуса) почвы.
- •3.2.2. Косвенные методы определения содержания углерода органических соединений (гумуса) почвы
- •3.2.2.1. Определение гумуса методом и.В.Тюрина в модификации в.Н.Симакова
- •3.2.2.2. Другие модификации метода и.В. Тюрина.
- •3.2.2.2.1. Спектрофотометрический метод определения содержания гумуса (д.С. Орлов, н.М. Гриндель)
- •3.2.2.2.2. Определение содержания органического углерода почвы методом и.В.Тюрина в модификации б.А.Никитина.
- •3.3. Методы определения общего содержания азота почвы.
- •3.3.1. Определение общего содержания азота методом Кьельдаля.
- •3.3.2. Определение общего содержания азота микрохромовым методом и.В. Тюрина.
- •3.4. Использование данных по содержанию общего гумуса и азота
- •3.4.1. Расчет отношения c:n
- •3.4.2. Вычисление запасов гумуса, углерода и азота.
- •3.5. Методы определение группового и фракционного состава гумуса.
- •3.5.1. Определение группового и фракционного состава гумуса по методу и.В. Тюрина в модификации в.В.Пономаревой и т.А.Плотниковой
- •3.5.2. Определение группового и фракционного состава гумуса по модифицированной схеме в.В.Пономаревой и т.А. Плотниковой (т.А. Плотникова, н.Е. Орлова, 1984).
- •Ход анализа
- •3.5.3. Ускоренный пирофосфатный метод определения состава гумуса по м.М. Кононовой и н.П. Бельчиковой
- •3.6. Методы изучения некоторых свойств гумусовых кислот при анализе фракционно-группового состава гумуса
- •3.6.1. Определение порога коагуляции гуминовых кислот.
- •3.6.2. Оптические свойства гумусовых веществ.
- •3.6.2.1. Электронные спектры поглощения гумусовых веществ
- •3.6.2.2. Определение коэффициента цветности q4/6
- •3.6.3. Гель-хроматография гумусовых веществ
- •3.7. Показатели гумусового состояния почв
- •Продолжение таблицы 31
- •3.8. Методы определения содержания и состава органического вещества в болотных торфяных почвах.
- •3.8.1. Определение потери при прокаливании и зольности торфа.
- •3.8.2. Одновременное определение общего содержания углерода и азота в торфяных почвах методом Анстета в модификации в.В. Пономаревой и т. А. Николаевой
- •Вычисление результатов анализа
- •Для анализа используют следующие реактивы:
- •3.8.3. Определение общего содержания азота в растительных материалах (торфах, лесных подстилках и пр.) методом к.Е. Гинзбурга и г.М. Щегловой
- •3.8.4. Определение содержания органического азота в вытяжках из торфов микрохромовым методом и.В. Тюрина
- •3.8.5. Определение состава органического вещества торфяно-болотных почв по методу в.В. Пономаревой и т.А. Николаевой.
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Раздел I. Валовой анализ ……………………………………
- •Раздел II. Ионно-солевой комплекс почв ……………………
- •Раздел III. Органическое вещество почв
2.2. Катионообменная способность почв
2.2.1. Общие представления о катионообменной
способности почв.
Ионообменные свойства почвы обусловлены особенностями ее почвенного поглощающего комплекса (ППК) и процессами обмена катионов и анионов, адсорбированных ППК на катионы и анионы почвенного раствора. ППК по К.К. Гедройцу – совокупность органических, минеральных и органо-минеральных соединений обладающих высокой реакционной и ионообменной способностью. Ионообменная способность ППК определяется наличием положительных и отрицательных зарядов на поверхности формирующих его компонентов. Обмен катионов происходит на отрицательно заряженных позициях ППК, анионов – на положительно заряженных. В большинстве почв преобладают отрицательно заряженные коллоиды, сумма положительных зарядов в ППК чаще всего составляет лишь 1-5% от суммы отрицательных зарядов.
Среди отрицательно заряженных центров ППК обусловливающих процессы обмена катионов выделяют постоянные и переменные. Постоянные заряды связаны с изоморфными замещениями в кристаллических решетках глинистых минералов. Их количество не зависит от рН и других факторов.
Переменные заряды часто называют рН-зависимыми. Их количество зависит от рН среды. С увеличением рН возрастает ионизация функциональных групп глинистых минералов, в реакции обмена помимо карбоксильных групп гумусовых кислот дополнительно включаются их фенольные гидроксилы и поверхностные ОН-группы оксидов и гидроксидов металлов, в результате чего возрастает ионообменная способность почвы.
Обменные (поглощенные) катионы в почвах представлены главным образом Na+, K+, NH4+, Ca2+, Mg2+, Al3+, H+. В незначительных количествах обнаруживаются железо, цинк, медь, марганец и другие элементы. Практически все почвы в составе обменных катионов содержат кальций и магний, причем в большинстве случаев кальций преобладает над магнием. Также среди обменных катионов всегда содержатся К+ и NH4+, но доля их в ППК невелика. Количество обменного калия чаще всего не превышает 2-5% от емкости обмена, содержание поглощенного аммония еще меньше. В почвах с кислой реакцией среды наряду с кальцием и магнием важную роль среди обменных катионов играют ионы Н+ и Al3+, на долю которых может приходиться 50% и более от емкости катионного обмена. В почвах с щелочной реакцией среды наряду с кальцием и магнием значительная доля в составе обменных катионов приходится на поглощенный натрий.
Общее содержание всех обменных катионов, кроме Н+ и А13+, называют суммой обменных оснований. Исходя из этого, все почвы можно разделить на две большие группы: почвы насыщенные основаниями и почвы ненасыщенные основаниями.
Почвы насыщенные основаниями не содержат в ППК ионы Н+ и А13+. Обменные катионы представлены только обменными основаниями — Са2+, Mg2+, Na+, K+, NH4+. Количество их соответствует величине реальной емкости обмена.
Почвы ненасыщенные основаниями всегда содержат некоторое количество обменных Н+ и А13+, поэтому сумма обменных оснований у них меньше емкости обмена. Для относительной оценки количества содержащихся в них обменных оснований используется показатель – степень насыщенности почвы основаниями (V).
Для характеристики катионообменной способности почвы используют следующие показатели.
Емкость катионного обмена (ЕКО) – общее количество катионов, удерживаемых почвой в обменном состоянии и способных к замещению на катионы раствора, взаимодействующего с почвой. Поскольку ЕКО в значительной мере зависит от рН, различают реальную (эффективную) емкость катионного обмена (ЕКОэфф), стандартную емкость катионного обмена (ЕКОст) и дифференциальную емкость катионного обмена (ЕКОдиф).
Реальную (эффективную) ЕКО определяют с помощью небуферных растворов нейтральных солей. С определенной долей допущения об ЕКОэфф судят по сумме обменных катионов.
Стандартную ЕКО определяют с помощью буферного раствора Ва2+, имеющего рН 6,5 и исключающего влияние реакции среды на величину ЕКО.
Дифференциальная (рН-зависящая) ЕКО характеризует приращение емкости катионного обмена с увеличением рН равновесного раствора: ∆ЕКО/∆рН. Ее находят, насыщая почву катионами одного рода из буферных растворов с различными значениями рН (например, 6,5 и 8,2) и рассчитывают или общее приращение ЕКО, или ее увеличение на единицу рН.
Катионообменная способность относится к числу фундаментальных свойств почвы. Это вытекает из следующих положений:
1. От состава обменных катионов зависит характер взаимодействия органических веществ с твердой фазой почвы, образование органо-минеральных соединений и формирование органопрофиля почвы. Аккумуляции органических веществ в почвенном профиле, в том числе с образованием устойчивых адсорбционных комплексов способствуют Fe, Al, Ca, Mg.
2. Обменные реакции между катионами почвенного раствора и почвенным поглощающим комплексом влияют на рН и ионный состав почвенного раствора, кислотно-основную и другие виды буферности почв. От количества обменных катионов Н+ и Аl3+ зависит величина потенциальной кислотности почвы, от количества обменного Na+ – величина потенциальной щелочности почвы.
3. От состава обменных катионов зависят водно-физические свойства почвы. Одновалентные катионы, насыщая почвенный поглощающий комплекс, вызывают пептизацию тонкодисперсных частиц и разрушение почвенной структуры. Почвы, обогащенные обменным натрием (солонцы, солонцеватые почвы) сильно набухают при увлажнении и характеризуются крайне низкой фильтрационной способностью. Во влажном состоянии они очень вязкие, а при высыхании становятся очень плотными и твердыми, содержат значительное количество недоступной для растений влаги. Обменный кальций вызывает коагуляцию тонкодисперсных частиц, способствует формированию водопрочной структуры и улучшению водно-физических свойств почвы.
4. Обменные катионы – один из непосредственных источников элементов минерального питания растений.
5. Состав обменных катионов – один из важнейших показателей используемых при диагностике и классификации почв. В практических целях широко используется разделение почв на насыщенные и не насыщенные основаниями; по содержанию обменного натрия устанавливают степень солонцеватости почв.
6. Состав обменных катионов учитывают при составлении проектов промывок засоленных почв и использования для орошения минерализованных вод.
7. Закономерности катионного обмена являются теоретической основой для химической мелиорации почв (известкование, гипсование и др.).