Лабораторная работа 8. Поглотительная способность почвы

Цель работы: изучить виды и факторы формирования поглотительной способности почвы, получить представление о почвенном поглощающем комплексе, освоить методику количественного определения суммы поглощенных оснований почвы. Научиться вычислять степень насыщенности почв основаниями и определять потребность почв в известковании. В ходе работы студенты должны освоить выполнение анализов, уметь проводить агрономическую оценку этих свойств, что позволит сформировать части профессиональных компетенций 6, 14, 22.

 

Материальное обеспечение

1. Белый халат, тетрадь, ручка, карандаш простой, калькулятор.

2. Аналитические весы, электроплитка.

3. Бутылки или колбы на 250-500 см³, воронки стеклянные, колбочки или химические стаканчики ёмкостью 150-200 см³, пипетки на 50 см³, бюретки.

4. 0,1 н. раствор соляной кислоты, фенолфталеин, 0,1 н. раствор щелочи (NaOH).

5. Фильтровальная бумага.

Теоретическая часть

Поглотительной способностью почвы называют способность почвы поглощать из водной или воздушной среды вещества в ионном, молекулярном, коллоидном виде или в виде суспензий, а также живые микроорганизмы. Эта способность почвы обусловлена протекающими в ней разнообразными процессами сорбционной и несорбционной природы. Совокупность минеральных, органических и органо-минеральных частиц твёрдой  фазы почвы, обладающих поглотительной способностью, носит название почвенного поглощающего комплекса (ППК). Основную часть ППК составляют почвенные коллоиды. По К.К. Гедройцу, выделяют 5 видов поглотительной способности почвы: механическую, физическую, физико-химическую, химическую и биологическую.

Механическая поглотительная способность – это свойство почвы, как всякого пористого тела, задерживать в своей толще твердые частицы, крупнее, чем система пор. Это могут быть взвешенные в поверхностных водах частицы глины и песка,детрит и т. п. Механическая поглотительная способность зависит от гранулометрического состава почвы, ее пористости, сложения. Благодаря механической поглотительной способности почвы и грунтов обеспечивается чистота грунтовых вод, происходит заиление каналов.

Физическая (молекулярно-сорбционная) поглотительная способность представляет изменение концентрации молекул растворенного вещества на поверхности твердых частиц почвы. Это свойство почвы обусловливается притяжением отдельных молекул к поверхности твёрдых 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 (водяной пар>NH₃>CO₂>O₂>N₂), молекулы 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.

Физико-химическая (ионно-сорбционная) поглотительная способность заключается в способности почвы сорбировать ионы в результате обменных и необменных процессов. Наиболее важную роль в ионном почвенном обмене играют катионы. Общая схема катионного обмена в почве выглядит следующим образом:

                       C а²⁺

(ППК) М g ²⁺ + 5КС l ↔ (ППК) 5К + СаСl₂ + MgCl ₂ + HCl

                       Н⁺

Физико-химическое поглощение имеет ряд закономерностей:

1) Обменно поглощаются преимущественно катионы, так как поглощающий комплекс заряжен в основном отрицательно.

2) Обмен катионов происходит в строго эквивалентном количестве.

3) Энергия обменного поглощения различных катионов зависит от валентности, а при одной и той же валентности – от атомной массы.

4) Интенсивность поглощения зависит от концентрации раствора, а при одинаковой концентрации – от количества раствора.

5) Поглощение и закрепление катионов зависит не только от характера ионов, но и от свойств самой почвы.

Разные типы почв отличаются величиной ёмкости поглощения и имеют определенный состав поглощенных катионов. Величина ёмкости 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 ёмкость поглощения, чем песчаные. Состав поглощенных катионов влияет наряд важных свойств почвы. Скорость всасывания воды, прочность структуры почв и некоторые другие показатели последовательно уменьшаются при преобладании кальция, магния, калия и натрия. Оценочной характеристикой содержания в ППК катионов служит показатель суммы поглощенных оснований(S), который выражается в ммоль/100 г почвы. Группировка почв по этому показателю приведена в таблице 29.

Таблица 29 – Группировка почв по содержанию суммы поглощенных                          оснований

Класс	Уровень признака	Сумма поглощенных оснований, мг-экв/100 г почвы
I	Очень низкий	0-5,0
II	Низкий	5,1-10,0
III	Средний	10,1-15,0
IV	Повышенный	15,1-20,0
V	Высокий	20,1-30,0
VI	Очень высокий	более 31,0

 

Почвы обладают обменной поглотительной способностью не только в отношении катионов, но и в отношении анионов, среди которых наиболее активно поглощаются анионы фосфорной кислоты (Н₂РО₄⁺, НРО₄²⁺, РО₄³⁺).

В зависимости от состава обменных катионов все почвы делят на две группы:

- почвы насыщенные основаниями (чернозёмы , каштановые, солонцы);

- почвы не насыщенные основаниями (подзолы, дерново-подзолистые, торфа верховых болот).

Химическая поглотительная способность– образование труднорастворимых химических соединений при взаимодействии отдельных компонентов почвенного раствора. Например, при взаимодействии фосфат-ионов с кальцием образуется слаборастворимый фосфат кальция. Возникновение новообразований гипса в почве протекает следующим образом:

СаСl₂ + Na₂SO₄ = 2NaCl + CaSO₄↓

Кроме того, химическая поглотительная способность почв связана с комплексообразовательной сорбцией, адгезионным взаимодействием (склеиванием), в которых активно участвуют гумусовые соединения. В результате образуются устойчивые органо-минеральные соединения. Так в почве могут накапливаться устойчивые соединения тяжёлых металлов.

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.

Состав обменных катионов существенно влияет на плодородие почв. Почвы с высоким содержанием обменного водорода и алюминия обладают кислотностью, бесструктурны, имеют плохие физические свойства. В почвах с абсолютным преобладанием кальция и магния при благоприятном их соотношении 4: 1 или 5: 1 образуется агрономически ценная водопрочная структура, улучшаются водно-физические свойства, реакция становится нейтральной.

При значительном содержании обменного магния свойства почв ухудшаются, повышается растворимость гумусовых веществ, ухудшается структура, снижается водопроницаемость.

При высоком содержании натрия образуется неблагоприятная в агрономическом отношении столбчатая и глыбистая структура. Почва во влажном состоянии сильно набухает и не способна пропускать воду. Реакция почвенного раствора при наличии натрия щелочная. Липкость и сопротивление обработке солонцов в 3-4 раза больше, чем почв, насыщенных Ca²⁺ и Mg²⁺. Наличие натрия в коллоидной части почв значительно снижает их плодородие.

Играя важнейшую роль в формировании почвы и почвенного плодородия, поглотительная способность почв имеет большое экологическое значение. Она определяетважнейшее свойство – буферность почвы – устойчивость к неблагоприятным воздействиям, в том числе химическому, биологическому загрязнению. Благодаря поглотительной способности почвы регулируют реакцию среды (при кислотных или щелочных воздействиях), снижают токсическое действие тяжелых металлов, предотвращают загрязнение грунтовых вод. Эта способность почв широко используется в биологической очистке сточных вод (сооружение полей орошения и фильтрации), для рекультивации отвалов токсичных горных пород и отходов и т.п.

 

Задания

1. Определить сумму обменных оснований методом Каппена-Гильковица.

2. Вычислить степень насыщенности почв основаниями.

3. Определить нуждаемость почв в известковании.

 

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться: