Статья «Качественное определение химических элементов в почвах Приморского края»

Качественное определение химических элементов в почвах Приморского края.

И.А. Галямова, В.Н. Гетун, Ю.В. Завгородняя, З.И. Смелая

 

 

В статье приводится анализ некоторых химических показателей почв, взятых из разных районов Приморского края. Методика физико-химического анализа почв проводилась на основе приготовления водной и солевой вытяжки. Исследовалось наличие в почвах карбонатов, хлоридов, нитратов, сульфатов, катионов Ca2+, Fe2+, Fe3+, Na+, Al3+, а также актуальная и обменная кислотность почв.

Ключевые слова: почва, химические элементы, актуальная кислотность почвы, обменная кислотность почвы, качественные реакции.

 

The article provides analysis of some chemical parameters of soil taken from different districts of Primorye. Methodology physico-chemical analysis of soils was conducted on the basis of the cooking water and salt extracts. We investigated the presence of soil carbonates, chlorides, nitrates, sulfates, cations Ca2+, Fe2+, Fe3+, Na+, Al3+, and actual and exchange acidity of the soils.
Key words: soil, chemical elements, the actual soil acidity, exchange acidity of the soil, quality of the reaction.

В различных почвах количественный и качественный состав органического вещества, а также минеральной части не одинаковы, поэтому почвы различаются по относительному и валовому содержанию основных элементов питания. Валовым или элементным составом почвы называют общее содержание в почве каждого из химических элементов.

Химический анализ почв – наиболее важное средство изучения и оценки природы почв, их генезиса, плодородия, мелиоративных особенностей и пригодности для использования в конкретных целях. Результаты химического анализа почв раскрывают картину химической характеристики почвы, то есть количественное и (или) качественное описание химического состояния почв. Через проведение химического анализа почв можно рассчитать показатели химического состояния почв, которые позволяют оценить свойства почвы или протекающие в ней процессы. [1]

В кратком виде общая система показателей химического состояния почв приведена ниже.

Система показателей химического состояния почв:

Группа 1. Показатели химических свойств почв и почвенных компонентов.

1.1. Показатели состава почв и почвенных компонентов.

1.2. Показатели подвижности химических элементов в почвах.

1.3. Показатели кислотно-основных свойств почв.

1.4. Показатели ионообменных и коллоидно-химических свойств почв.

1.5. Показатели окислительно-восстановительных свойств почв.

1.6. Показатели каталитических свойств почв.

Группа 2. Показатели химических почвенных процессов

2.1. Показатели направления и степени выраженности процесса;

2.2. Показатели скорости процесса.

Среди прочих показателей качества почвы нужно выделить рН водной и солевой вытяжек. Кислотность почвы – одна из основных характеристик, определяющих протекание всех процессов в почве. pH почвы определяет различные загрязнители (например, тяжелые металлы), а также дает возможность определить, какие сорта сельскохозяйственных растений возможно выращивать на данных почвах. Кислые почвы не дают возможности растениям усваивать минеральные вещества в полном объеме. Нейтральная реакция почвы соответствует рН 7. Если рН выше 7, то реакция почвы щелочная, ниже — кислая. При этом кислые почвы классифицируются следующим образом:

очень кислые почвы — рН 3,8 - 4,0,
сильнокислые почвы — рН 4,1 - 4,5,
среднекислые почвы — рН 4,6 - 5,0,
слабокислые почвы — рН 5,1 - 5,5,
близкие к нейтральной почвы — рН 5,6 - 6,9.

Уменьшение pH на каждую единицу означает увеличение кислотности почвы в 10 раз. Большинство культурных растений хорошо растут и развиваются в условиях слабокислой или нейтральной реакции почвы.

Кислотность почвы, обусловленная ионами водорода и алюминия, находящимися в поглощенном состоянии и способными вытесняться в раствор катионами нейтральной соли, называется обменной. Определяется она обработкой почвы 1н раствором KCL (солевая вытяжка). Учитывая, что в солевой вытяжке будут находиться не только обменно-поглощенные катионы водорода и алюминия, но и водород почвенного раствора, pH солевой вытяжки обычно ниже, чем водной. [2]

Ионы водорода в почвенном растворе обуславливают актуальную кислотность почв. Она определяется наличием в почвенном растворе водорастворимых кислот – щавелевой, лимонной, фульвокислот, гидролитически кислых солей и, прежде всего, угольной. Величину актуальной кислотности определяют в водной вытяжке из почвы.

Приморский край по комплексу естественных ресурсов и природных особенностей отличается большим разнообразием (рис.1).

 

Почвенный покров рассматриваемой территории отличается неоднородностью. Преобладают луговые глеевые,

 

пойменные (остаточно пойменные), лугово-болотные, лугово-бурые, буроподзолистые, буро-лесные почвы. Все они различаются по своим физико–механическим и физико-химическим свойствам, гидрофизическим характеристикам. Почвы, развитые в пределах пойменных террас характеризуются слабой водопроницаемостью и кислой реакцией среды. [5]

В северных, влажных районах Приморья почвы накапливают кислые продукты, в них происходит гелеобразование (развитие восстановительных процессов), в сухих южных районах в почвах накапливаются соли, а кислотность почв зависит от карбонатов кальция.

Кальций играет важную роль в фотосинтезе и передвижении углеводов, в процессе усвоения азота растениями. Недостаток кальция сказывается прежде всего на состоянии корневой системы растений: рост корней замедляется, корневые волоски не образуются, корни ослизняются и загнивают. [2]

Большое значение для характеристики почв имеет наличие водно-растворимых солей кальция, от которых зависит подвижность органического вещества почвы, т.к. кальций коагулирует минеральные и органические соли. Определение кальция на засоленных почвах необходимо для суждения о степени и характере засоления. В незасоленных почвах кальций находится, главным образом, в форме азотнокислого кальция, бикарбоната и, в небольших количествах, в форме монофосфатов. В засоленных почвах, кроме этих соединений, имеются хлориды и сульфаты (гипс). Последняя соль среднерастворима в воде и полностью в водную вытяжку не переходит.[8]

Одной из важнейших сторон почвообразования является образование почвенных коллоидов и формирование почвенного поглощающего комплекса, способного удерживать катионы кальция, магния, натрия, калия, аммония, алюминия, железа и водорода в обменном и необменном состоянии. [3]

Коллоидные системы состоят из дисперсионной фазы ( массы коллоидных частиц) и дисперсной среды (почвенный раствор), в которой распределяются коллоидные частицы. Минеральные коллоиды образуются в результате выветривания горных пород и минералов. Они представлены преимущественно глинистыми минералами, гидроксидами кремния SiO2• nH2 O, железа Fe(OH)3• nHO, алюминия AL(OH)3• nH2O, марганца Mn2O3•H2O, а также некоторыми первичными минералами, раздробленными до коллоидного состояния.[6]

При обычных условиях pH почвы железо накапливается в виде Fe(OH)3. При малом содержании кислорода понижается окислительно-восстановительный потенциал почвы, что способствует восстановлению Fe( ɪɪɪ) в Fe (ɪɪ). Таким образом, железо переходит в форму, усвояемую растениями.

Железо, марганец и ряд других металлов после восстановления обладают повышенной подвижностью в почве, поэтому в восстановительных условиях данные элементы вымываются из почвы легче, и она в результате обедняется этими металлами.

Основная масса (до 99%) почвенного азота находится в виде органических (белковых и гумусовых веществ), недоступных для питания растений. Скорость минерализации органических соединений азота почвенными микроорганизмами до усвояемых растениями минеральных соединений (аммония и нитратов) зависит от условий аэрации, влажности, температуры и реакции почвы. Поэтому количество минеральных соединений азота в почвах сильно колеблется- от следов до 2-3 % общего его содержания.

Аммонийные соли в почве подвергаются нитрификации – превращению(окислению) в нитраты, усваиваемые растениями. Оптимальные условия для нитрификации - хорошая аэрация, влажность почвы 60-70 % ПВ, температура 25-32 ͦ C и близкая к нейтральной реакция. Интенсивность нитрификации – один из признаков культурного состояния почвы.

На кислых подзолистых почвах в условиях плохой аэрации, избыточной влажности и низкой температуры процессы минерализации протекают слабо и прекращаются на стадии образования аммония. Нитрификация из-за неблагоприятных для деятельности нитрифицирующих бактерий условий бывает подавлена, нитратов образуется мало.

На окультуренных, хорошо обработанных почвах процессы аммонификации и нитрификации идут интенсивнее, больше образуется минеральных соединений азота, главным образом нитратов.[2]

Одним из показателей валового состава почвы является содержание в ней ионов СО32- (карбонатов). Наличие или отсутствие свободных карбонатов является важным диагностическим признаком почв и их отдельных генетических горизонтов. Присутствие в почве заметных количеств карбонатов препятствует развитию кислотности, а иногда приводит к возникновению щелочности, что оказывает важное влияние на подвижность многих веществ в почве и на агроэкологические особенности почв.

Этот показатель нужен также для различных пересчетов, необходимых при интерпретации данных о содержании других компонентов валового химического состава почв. Из карбонатов почти во всех видах почв преобладают карбонаты щелочно-земельных элементов RCO3 (CaCO3 –кальцит, CaMg(CO3)2 – доломит, MgCO3 – магнезит, FeCO3 – сидерит, Na2CO3*10H2O – сода) и гидрокарбонаты – Са(НСО3)2. В жидкой фазе

почв содержатся ионы Са2+, Mg2+, НСО3-, СО32-, Н+, ОН-. Эта система имеет важное значение для почв при их естественной влажности, определяя кислотно-щелочное равновесие и подвижность многих компонентов почвы.

Целью наших исследований было определение карбонатов, хлоридов, нитратов, сульфатов, катионов Ca2+, Fe2+, Fe3+, Na+, Al3+ в пробах почв, выявление их сходства и различия в содержании исследуемых химических показателей, а также проверка относительной и актуальной кислотности исследуемых образцов почв.

Перед нами стояли задачи: осуществление отбора проб почв, проведение пробоподготовки и непосредственное анализирование почвы.

В качестве объектов исследования были отобраны образцы почвы в восьми пунктах: ст.Сибирцево(дорога), г. Уссурийске (ул. Тургенева, ул. Блюхера, район Сахпоселка, ул. Белинского, 3), с.Золотая Долина (с/х угодья 700м на север от ул. Центральная 45, с/х угодья 500 м на север от ул. Центральная 45,) с.Улитовка (огород). Метеорологические условия данного года, отличались несколько повышенным температурным режимом – отклонения от среднемноголетней температуры с мая по сентябрь составили от + 0,6 до + 2,80С. Выпадение атмосферных осадков было неравномерным по месяцам и декадам.

Анализируемым образцам был присвоен номер, образцы были соотнесены с типами почв, характерными для места отбора проб (табл.1).

Для исследования почвы отбирали смешанные образцы с глубины в 10 см. Каждый смешанный образец составлял 8 индивидуальных почвенных проб, взятых равномерно со всех исследуемых территорий. В лабораторных условиях из почвы удаляли посторонние предметы и просеивали ее через сито.

Таблица1 - Номер образца. Типы почв, характерные для мест отбора проб для образцов

Навеску почвы для анализа отбирали методом «квартования». Для этого просеянный образец рассыпали тонким слоем (около 0,5 см) на листе бумаги в виде квадрата и делили его шпателем на четыре сектора. Содержимое двух противоположных секторов отбрасывали, а два оставшихся снова смешивали. После многократных повторений оставшуюся пробу высушивали до воздушного состояния, после чего производили исследование образцов различными методами.

Исследовались водные и солевые вытяжки образцов почв.

Метод водной вытяжки основан на извлечении из почвы катионов пятикратным по отношению к массе навески почвы объемом дистиллированной воды. Воду добавляют к навеске почвы, суспензию взбалтывают и фильтруют. Полученный фильтрат и называют водной вытяжкой. Солевая вытяжка в зависимости от определяемого параметра химического состава почвы может быть разной. Это может быть 1н. KCl, K4P2O7, 0,01 M CaCl2, NH4Cl и т.д. Так же различным будет и соотношение почва-раствор. В основном солевые вытяжки применяются для определения фракционного состава или подвижности химических элементов в почве. Так как нам необходимо было определить обменную кислотность образцов, мы использовали вытяжку из почвы 1н. раствором КCl.

Используемая нами методика качественного определения химических элементов в почве представлена в таблице 2.

Таблица 2 - Методика качественного определения химических элементов в почве

Результаты анализа водной и солевой вытяжки представленных образцов были оформлены нами в виде таблиц (табл.3, табл.4). Интенсивность окрашивания свидетельствует об интенсивности качественных реакций - чем интенсивнее окрашивание, тем качественная реакция протекает более выраженно. Поэтому более интенсивное окрашивание клетки таблицы свидетельствует о большей концентрации содержания исследуемого компонента в образце.

Таблица 3 - Результаты анализа водной вытяжки

Исходя из полученных результатов анализа водной вытяжки, можно сделать вывод о том, что во всех образцах содержатся нитрат-ионы, следовательно процессы аммонификации и нитрификации идут достаточно интенсивно; в образцах №3,4,6,7 встречаются сульфат- и хлорид-ионы, что подтверждает малое плодородие этих почв и указывает на их засоленность; в образцах 1,3,4 обнаружены ионы натрия, что свидетельствует о засоленности почв и их засушливости; карбонат-ионы определяются в образцах №2 и №5, что может свидетельствовать о незначительном защелачивании почв, внесении удобрений и известковании (проба №2 взята с клумбы); в пробе №1 обнаруживаются ионы кальция, что связано с типом почв, соответствующих месту сбора данного образца, который изначально богат ионами кальция (табл.1).

Актуальная кислотность для всех образцов также отображена в таблице 3. Все образцы почв имеют слабокислую реакцию среды.

Результаты анализа солевой вытяжки (табл.4) показывают, что обменная кислотность по своим значениям незначительно отличается от актуальной. Так, образцы №3, №4 и №8 по показателям кислотности можно отнести к сильнокислым почвам, а образец №2 можно отнести к нейтральным почвам (как уже указывалось выше, проба для данного образца отбиралась с клумбы, поэтому предполагается, что на данную почву оказывают влияние внесенные удобрения). Образцы №№1,2,4,5,6,8 содержат ионы кальция; образцы №№3,4,7,8 содержат ионы SO42- , что в совокупности объясняет сильную закисленность данных почв; все образцы содержат нитрат-ионы и катионы алюминия, которые влияют на обменную кислотность почв.

Таблица 4 - Результаты анализа солевой вытяжки

Таким образом, результаты отчетливо показали, что на элементный состав почв влияет их местоположение и антропогенные факторы. Так же, по полученным результатам можно порекомендовать определенные виды воздействия на почвы с целью повышения их плодородности. В частности, для образцов №1,3,4 необходимо повысить влажность почв и внести дренаж (например, торф), почвы, где были взяты образцы №3 и №4 также необходимо защелачить известкованием (доза извести для нейтрализации потребуется примерно 4,0 (т/га)).

 

Список литературы

1. Воробьёва, Л.А., Ладонин, Д. В., Лопухина, О. В., Рудакова, Т. А., Химический анализ почв. Вопросы и ответы/ Л. А. Воробьева, Д. В. Ладонин, О. В. Лопухина, Т. А. Рудакова, А. В. Кирюшин.- М, 2011 – 186с.

2. Муравин, Э.А., Титова, В.И. Агрохимия/ Э.А.Муравин, В.И.Титова.-М.: КолосС, 2010.-463с.

3. Афанасьева, Т.В. Почвы СССР / Т.В. Афанасьева, В.И. Василенко , Т.В.Терешина, Б.В. Шеремет; Отв. Ред. Г.В. Добровольский. – М.: Мысль, 1979.-380с.

4. Синельников, Э.П., Слабко, Ю.И. Агрогенезис почв Приморья/ Э.П.Синельников, Ю.И.Слабко – М.: ГНУ ВНИИА, 2005.-280 с.

5. Оценка и мониторинг состояния мелиорируемых ландшафтов Российского Дальнего Востока/ А.А. Демин, А.С. Корляков, В.С. Носовский, В.И. Ознобихин, А.А. Федчун. – Уссурийск, 1999.-132 с.

6. Биологические основы сельского хозяйства: Учеб. для студ. Пед. вузов/И.М.Ващенко, В.Г.Лошаков, Б.А. Ягодинин и др., Под ред. И.М.Ващенко. – М.: Издательский центр «Академия», М2004.-544 с.

7. Бакланов, П.Я. География Приморского края: Учеб. для школ/ П.Я. Бакланов, Ю.Б.Зонов. – Владивосток: Уссури, 1998. – 180с

8. Почвоведение. В 2 частях. Часть 2. Типы почв, их география и использование / В.А.Ковда, Б.А.Розанова – М.: Высшая школа, 1988.-358с.