Виды почвенной кислотности реферат

Обновлено: 02.07.2024

Кислотно-щелочная характеристика, или реакция, — это способность почв проявлять свойства кислот и щелочей при взаимодействии с водой или растворами солей. Мерой реакции почв является соотношение в почвенном растворе водородных (Н + ) и гидроксильных (ОН — ) ионов. Реакция почв характеризуется величиной pH — отрицательным логарифмом активности водородных ионов в растворах. Почвы могут иметь кислую (pH 7) реакцию.

Различают два вида почвенной кислотности: актуальную и потенциальную, которая в свою очередь подразделяется на обменную и гидролитическую.

Виды кислотности почв

Актуальной кислотностью называется кислотность почвенного раствора. Она измеряется при взаимодействии почвы с дистиллированной водой (pH_H2O). Актуальная кислотность зависит от наличия в почвенном растворе свободных органических и минеральных кислот (главным образом, угольной кислоты). Актуальная кислотность в почвах проявляется в диапазоне pH от 3 до 7.

Обменная кислотность обусловлена наличием в ППК обменных водорода и алюминия и определяется путем вытеснения ионов Н + и Аl 3+ раствором нейтральной соли КСl. Степень кислотности оценивают по величине pH солевой вытяжки. Обменная кислотность всегда больше актуальной. В почвах с ППК, насыщенны основаниями, обменная кислотность не определяется. Наиболее сильно она выражена в подзолистых почвах и краснозёмах. Существует четыре градации потенциальной кислотности почв, характеризуемой рН_КСl.

Градации кислотности почв

Гидролитическая кислотность определяется путем воздействия на почву гидролитически щелочной соли. При взаимодействии почвы с солью происходит более полное вытеснение из ППК обменных водорода и алюминия. Для определения гидролитической кислотности принято использовать 1,0 н. раствор CH₃COONa. Он выражается в мг-экв на 100 г почвы.

По величине гидролитической кислотности (Н) находят необходимую для известкования почвы дозу извести и рассчитываю степень насыщенности почвы основаниями (V, %):

где S — сумма поглощенных оснований.

Почвы, обладающие кислотностью, распространены очень широко в бореальном поясе, а также в условиях влажных субтропиков и тропиков.

В Российской Федерации в конце XX в. кислые почвы занимал 51 млн га сельскохозяйственных угодий, в том числе 43 % всей пашни. Среди них преобладают сильно- и среднекислые почвы (рН_КСl менее 5,0), площадь которых составляла 28 млн га. Во многих странах площади, занятые кислыми почвами, увеличиваются, и растет степень их кислотности. Причин тому несколько. Одна из них — внесение минеральных, часто физиологически кислых удобрений, не сопровождаемое необходимым известкованием.

Для многих, особенно промышленных, регионов характерно выпадение кислых и даже сильнокислых дождевых осадков с pH примерно 4,0—4,5, содержащих серную и частично азотную кис-лоты. Кислые дожди служат дополнительным фактором ускорения развития кислотности почв. В Нечерноземной зоне РФ потери СаCO₃ в результате антропогенного подкисления почв достигают 400—450 кг/га в год.

Негативное влияние повышенной кислотности на растения обусловлено несколькими причинами, среди которых наибольшее значение имеют следующие:

недостаток Са 2+ — необходимого для растений элемента питания;
повышенная концентрация ионов Аl 3+ , Мn 2+ , Н + ;
изменение доступности растениям макро — и микроэлементов питания;
изменение физических свойств почвы.

От величины pH зависят подвижность и доступность растениям практически всех элементов питания. Усвояемость фосфора максимальна при pH = 6,5, снижаясь как в более кислой, так и в щелочной среде. Только в сильнощелочных почвах при pH около 9 и выше растворимость фосфатов вновь возрастает.

В кислых почвах повышается растворимость соединений железа, марганца, алюминия, бора, меди, цинка. При избытке этих элементов продуктивность растений снижается. В то же время высокая кислотность понижает доступность такого важного микроэлемента, как молибден.

Оптимальный интервал pH связан не только с растворимостью почвенных компонентов, но и с физиологическими особенностями возделываемых культур. Для одних растений оптимум pH лежит в интервале 4,0 — 5,0 (чайный куст, клюква), для других — от 6,0 до 8,0 (вишня, груша, орех грецкий, слива, яблоня). Для снижения поденной кислотности в качестве химических мелиорантов используют различные материалы. Наиболее употребительны осадочные породы, состоящие преимущественно из кальцита, доломита СаМn(СO₃)₂, доломитизированные известняки, мергели. Кроме того, применяют известковые туфы и различные промышленные отходы: дефекат (отход свеклосахарного производства), другие шлаки. В большинстве мелиорантов действующим веществом является СаСО₃.

С химической точки зрения карбонат кальция является лучшим средством для снижения почвенной кислотности.

При внесении карбоната кальция в кислую почву происходят реакции:

В результате этих реакций создаются наиболее благоприятные условия: почвенный поглощающий комплекс насыщается кальцием, а в почвенном растворе образуется слабая угольная кислота.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Реакция почвы оказывает большое влияние на развитие растений и почвенных микроорганизмов, на скорость и направленность происходящих в ней химических и биохимических процессов. Усвоение растениями питательных веществ, деятельность почвенных микроорганизмов, минерализация органических веществ, разложение почвенных минералов и растворение труднорастворимых соединений, коагуляция и пептизация коллоидов и другие физико-химические процессы в сильной степени зависят от реакции почвы. Она оказывает влияние на эффективность вносимых в почву удобрений. Удобрения, в свою очередь, могут изменять реакцию почвенного раствора, подкислять или подщелачивать ее.

Содержимое работы - 1 файл

кислотность почвы.docx

Реакция почвенного раствора зависит от соотношения в нем ионов водорода (Н+) и гидроксила (ОН-). Концентрацию ионов водорода в растворе принято выражать символом рН, который обозначает отрицательный логарифм концентрации водородных ионов.

В природных условиях реакция почвенного раствора колеблется от рН 3—3,5 (в сфагновых торфах) до рН 9—10 (в солонцовых почвах), но чаще всего она не выходит за пределы рН 4—8. Щелочную реакцию раствора имеют почвы сухих степей, полупустынь и пустынь — южные черноземы и каштановые почвы (рН 7,5), сероземы (рН до 8,5) и солонцы (рН 9 и более).

Близкая к нейтральной (рН 6,5—7) реакция раствора у обыкновенного и мощного черноземов. Выщелоченные черноземы и серые лесные почвы имеют слабокислую реакцию (рН 5,5—6,5), а дерново-подзолистые и некоторые торфяные почвы — кислую или сильнокислую (рН 4—5 и ниже).

Кислые почвы занимают в нашей стране значительные площади и широко используются для выращивания зерновых, кормовых, овощных и технических культур.

Многие сельскохозяйственные культуры и полезные почвенные микроорганизмы отрицательно относятся к повышенной кислотности. В связи с этим важное значение имеет выяснение природы почвенной кислотности и разработка способов ее устранения.

Различают следующие виды почвенной кислотности: актуальную (или активную) кислотность и потенциальную (скрытую) кислотность, которая подразделяется, в свою очередь, на обменную и гидролитическую.

В тех почвах, где в составе поглощенных катионов наряду с кальцием и магнием имеются ионы водорода (выщелоченные черноземы, серые лесные и дерново-подзолистые почвы), реакция почвенного раствора определяется содержанием в нем одновременно угольной кислоты и бикарбоната кальция, а также растворимых органических кислот и их солей. Реакция растворов этих почв зависит от состава поглощенных катионов и колеблется в пределах рН 5—7. Чем меньше в поглощающем комплексе катионов кальция и чем больше катионов водорода, тем меньше в почвенном растворе будет бикарбоната кальция и больше свободной Н2СО3 и тем ниже рН.

В кислых и сильнокислых дерново-подзолистых почвах и торфяно-болотных почвах, содержащих в поглощенном состоянии мало кальция и значительное количество ионов водорода и алюминия, почвенный раствор, кроме угольной кислоты, подкисляют растворимые органические кислоты, а также соли алюминия, в результате гидролиза которых образуются кислота и слабое основание. В этом случае происходит подкисление почвенного раствора до рН 4,5 и ниже.

Таким образом, актуальная кислотность — это кислотность почвенного раствора, создаваемая ионами водорода, водорастворимыми органическими кислотами и гидролитически кислыми солями. Она определяется измерением рН водной суспензии или водной вытяжки из почвы. Актуальная кислотность оказывает непосредственное влияние на развитие растений и почвенных микроорганизмов.

Гидролитическую кислотность выражают в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы. Иногда результаты определения гидролитической кислотности бывают меньше, чем при определении обменной кислотности. Это связано с тем, что анионы уксусной кислоты сорбируются некоторыми почвами, в которых преобладают коллоиды с сильно выраженными базоидными свойствами (красноземы), а взамен вытесняются ионы ОН-, в результате кислотность почвенной вытяжки уменьшается.

В подобных случаях, очевидно, обычный метод определения гидролитической кислотности оказывается непригодным.

Гидролитическая кислотность в почвах появляется в самом начале обеднения их основаниями. При дальнейшей потере оснований появляется также обменная и актуальная кислотность.

Черноземы, за исключением южных, имеют гидролитическую кислотность, хотя обменной кислотности в них может и не быть. Если в почве есть обменная кислотность, то она входит как часть в кислотность гидролитическую. Выщелоченные черноземы, более обедненные основаниями, характеризуются как гидролитической, так и небольшой обменной кислотностью. Еще более обедненные основаниями дерново- подзолистые почвы имеют значительную гидролитическую кислотность и сильно выраженную обменную кислотность, а также они имеют актуальную кислотность.

Вследствие того что гидролитическая кислотность включает менее подвижную часть ионов водорода, она (при отсутствии обменной кислотности) не вредна для растений. Знание величин ее очень важно при решении ряда практических вопросов применения удобрений (известкование, внесение фосфоритной муки).

В настоящее время на основе многочисленных исследований можно считать наиболее вероятным, что при взаимодействии кислых почв с растворами нейтральных солей в солевую вытяжку переходят ионы как водорода, так и алюминия. Соотношение между ними зависит от условий образования почв, состава поглощающего комплекса и других причин. Так, органические коллоиды почвы содержат преимущественно обменно- поглощенный водород, а обменная кислотность минеральной фракции почвы обусловливается и водородом, и переходящим в солевую вытяжку алюминием.

Обменная кислотность характерна для дерново-подзолистых почв и красноземов, а также для почв северной части черноземной зоны. В почвах, имеющих слабокислую реакцию водной вытяжки, обменная кислотность незначительна, а в щелочных вообще отсутствует. Обменная кислотность регулирует реакцию почвенного раствора. При взаимодействии твердой фазы почвы с катионами растворимых солей, образующихся в результате минерализации органических веществ, или с катионами вносимых в почву минеральных удобрений обменно-поглощенные ионы водорода и алюминия переходят в раствор и увеличивают актуальную кислотность, а если почвенный раствор нейтрализуется, то благодаря обменной кислотности он снова подкисляется.

Обменная кислотность приобретает особенно большое значение при внесении в почву больших количеств растворимых минеральных удобрений. Легко переходя в активную форму и подкисляя почвенный раствор, ионы водорода отрицательно влияют на развитие чувствительных к кислотности растений и почвенных микроорганизмов. Особенно токсичен для многих растений переходящий в раствор алюминий. Поэтому при внесении в кислые почвы извести необходимо добиваться нейтрализации не только актуальной, но и обменной кислотности.

Обменную кислотность выражают величиной рН КСl-вытяжки или в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы. В величину обменной кислотности входит и актуальная кислотность, следовательно, обменная кислотность почвы всегда больше, чем актуальная, а рН солевой вытяжки ниже, чем рН водной вытяжки, если почва обладает обменной кислотностью.

Расчёт доз и́звести

Расчёт необходимого количества CaCO3 (т/га) может производиться исходя из величины гидролитический кислотности (H) по формуле

где h - мощность пахотного слоя, d - его плотность.

Расчёт необходимого количества CaCO3 (т/га) также может приблизительно производиться по величине pH солевой вытяжки с учётом гранулометрического состава почвы.Грансостав pH солевой вытяжки

Песчаный 2,5 2,1 1,6 1,3 1,0 0,7-0,5

Супесчаный 3,5 3,0 2,5 2,0 1, 5 1,2-1,0

Легкосуглинистый 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0

Среднесуглинистый 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0

Тяжелосуглинистый 7,0 6,5 6,0 5,5 5,0 4,5

Глинистый 8,0 7,5 7,0 6,5 6,0 5,5

Наиболее точно рассчитать дозу CaCO3 можно по кривым буферности. Их строят, добавляя в несколько колб с равными навесками почвы и прилитыми к ним равными объёмами 1,0 н. раствора CaCl2 возрастающие количества Ca(OH)2. После взбалтывания и 24-часового настаивания измеряют pH и строят график зависимости pH от количества прилитой щелочи. Аналогично строится вторая ветвь графика, но в этом случае добавляется не Ca(OH)2, а HCl. По полученной кривой можно найти количество Ca(OH)2, необходимое для доведения pH до любого значения, и пересчитать его в CaCO3.

В то же время, при слишком частом известковании существует риск исчезновения питательных веществ в почве, так как повышение количества растений требует повышения этих веществ в почве, а известковые удобрения их не воспроизводят.

Кислотность почвы — свойство почвы, обусловленное наличием ионов водорода в почвенном растворе и обменных ионов водорода и алюминия в поглощающем комплексе почвы.

Интервал pH 5,5-7 соответствует наиболее агрономически благоприятной структуре почвы, высокому качеству гумуса и оптимальному водному режиму.

Реакция среды почвенного раствора

Реакция среды почвенного раствора — соотношение концентрации Н + и OH — ионов почвенного раствора, выраженное в виде pH водной или солевой вытяжки. Удобрения, как правило, изменяют реакцию почвенного раствора.

Реакция почвы оказывает влияние на питательный режим почв, рост, развитие и урожайность растений, деятельность микроорганизмов почвы, трансформацию форм питательных элементов удобрений и почвы, агрофизические, агрохимические, физико-химические и биологические свойства почв. Удобрения и мелиоранты позволяют регулировать реакцию почв в желаемую для возделываемых культур сторону.

Реакция почвенного раствора определяется концентрацией ионов водорода (Н + ) и гидроксид-иона (OH — ). В чистой воде с нейтральной реакцией, концентрация ионов водорода совпадает с концентрацией гидроксид-иона и равна 1⋅10 -7 моль/л. При добавлении 1 ммоль соляной и азотной кислоты к 1 л воды, которые полностью диссоциируют в водном растворе, концентрация ионов водорода составит 1 ммоль Н + , или 1⋅10 3 моль/дм 3 . Концентрацию ионов водорода выражают через показатель pH, равный:

где C_{H +} — концентрация ионов водорода в растворе, моль/дм 3 .

В растворе с нейтральной реакцией концентрация ионов водорода равна 0,0000001 = 1 · 10 -7 моль/дм 3 , или pH = 7.

По реакции среды (рН) почвы деляться на:

Реакция почвенных растворов может колебаться в широких пределах от pH = 3-3,5, характерная для сфагновых торфов и лесных подстилок сфагновых лесов до pH = 10-11 у солонцов.

Для большинства возделываемых сельскохозяйственных культур благоприятны почвы с нейтральной или близкой к нейтральной реакцией, однако значительные площади сельскохозяйственных угодий характеризуются неблагоприятной реакцией.

Состав поглощенных ионов определяет многие свойства почв, например, кислотность и щелочность. Различают следующие формы или виды почвенной кислотности: актуальная кислотность; потенциальная кислотность, которая подразделяется на обменную и гидролитическую кислотность.

Актуальная кислотность. Эта форма кислотности наиболее проста для понимания; так называют кислотность почвенного раствора, обусловленную растворенными в нем компонентами. На практике редко измеряют рН почвенного раствора. Вместо этого анализируют водные вытяжки или водные суспензии почв. Согласно решению, II Международного конгресса почвоведов, водные вытяжки и суспензии для измерения рН готовят при отношении почва: вода, равном 1: 2,5. Для торфянистых почв и торфов это отношение расширяют до 1: 25.

Степень кислотности почвенных растворов, вытяжек и суспензий оценивают величиной рН, количество кислотности — по содержанию титруемых щелочью веществ, обладающих кислотными свойствами.

Кислотность почвенных растворов обусловлена присутствием свободных органических кислот или других органических соединений, содержащих кислые функциональные группы, свободных минеральных кислот (главным образом угольной кислоты), а также других компонентов, проявляющих кислотные свойства. В числе последних наибольшее влияние оказывают ионы А1 3+ и Ре 3+ , причем их кислотные свойства соизмеримы с кислотными свойствами таких кислот, как угольная и уксусная.

По данным И.Н. Скрынниковой, в кислых почвенных растворах дерново-подзолистых почв содержатся:

• свободные нелетучие органические кислоты;

• соли сильных оснований и слабых органических кислот;

• свободный СО₂ и соли угольной кислоты;

• аммонийные соли слабых органических кислот. Сочетание этих компонентов в почвенных растворах обусловливает значение рН в интервале 4,2—6,8.

По степени кислотности почвы подразделяются на очень сильнокислые (рН ниже 4,0), сильнокислые (4,1—4,5), кислые (4,6—5,2), слабокислые (5,3—6,4), нейтральные и близкие к нейтральным (6,5—7,4) и щелочные (свыше 7,5). Почвенная кислотность неблагоприятна для жизнедеятельности растений и микроорганизмов, поэтому для ее устранения применяют известкование почв. При внесении извести в почву поглощенный водород замещается кальцием. Дозы извести: т/га = 1,5Н. Также в качестве сырья вносят мергель, долонит, мел.

Способность почвы подкислять почвенный раствор обусловлена наличием в почве кислот, гидролитически кислых солей, а также поглощенных ионов водорода и алюминия.

Кислотность почвы вызывается ионами водорода. В зависимости от того, в каком состоянии ионы водорода находятся в почве, кислотность может быть активной (актуальной) и потенциальной.

Активная (актуальная) кислотность зависит от концентрации свободных ионов водорода в почвенном растворе. Их источником являются органические кислоты, образующиеся при разложении растительных остатков, и угольная кислота, появляющаяся в почве при растворении диоксида углерода в воде.

Кислую реакцию имеют подзолистые, дерново-подзолистые и болотные почвы, нейтральную – черноземы, щелочную – каштановые почвы, сероземы и солонцы.

Для определения активной кислотности почву заливаю дистиллированной водой, взбалтывают, фильтруют и в полученном растворе с помощью индикатора рН-метра определяют рН.

Потенциальная кислотность подразделяется на обменную и гидролитическую. Она обусловлена содержанием ионов водорода и алюминия, находящихся в поглощенном состоянии.

Обменная кислотность обусловлена содержанием поглощенных ионов водорода, которые могут быть вытеснены из ППК раствором нейтральной соли КСl. Также её создают поглощенные ионы алюминия, которые вытесняются из ППК катионами нейтральной соли и переходят в раствор. Обменная кислотность сильно выражена в кислых подзолистых и дерново-подзолистых почвах, а в нейтральных и щелочных почвах она не проявляется.

Гидролитическая кислотность зависит от содержания как обменных, так и прочносвязанных ионов водорода. Для определения гидролитической кислотности почву обрабатывают ацетатом натрия.

ДОЗА ИЗВЕСТИ=1.5Н_Г, H_г-гидролитическая кислотность(сумма ионов водорода)

Виды сырья для понижения кислотности - катионы кальция магния повышают плодородие почв, нейтрализуют кислую реакцию и создают цельную структуру. Катионы водорода разрушают структуру и повышают кислотность почв. Катиона натрия повышают щелочность.

Применение половинных доз извести (0,5 Н_г) обеспечивает в первой ротации севооборота прибавку урожая примерно 70% от полной дозы, а во второй ротации — 40-50%. Внесение более высоких доз извести (>1,0 Н_г) неэффективно, поскольку прибавки урожая незначительны, а затраты и потери кальция из почвы вследствие вымывания осадками возрастают. Полную дозу извести определяют по величине гидролитической кислотности:

Д = (Н_г ∙ Э_м ∙ 10 ∙ 3 000 000)/1 000 000 000 = (Н_г ∙ Э_м ∙ 3)/100, где: Д — доза извести, т/га; Н_г — гидролитическая кислотность по Каппену, мг-экв/100 г почвы; Э_м — эквивалентная масса известкового удобрения; 10 — коэффициент для пересчета Н_г в мг-экв/кг почвы; 3000000 — масса 1 га пахотного слоя почвы, кг; 1 000 000 000 — коэффициент пересчета мг в тонны.

Если в качестве известкового удобрения используется СаСО₃ , то формула приобретает вид: СаСО₃, т/га = 1,5 Н_г.

Дозы извести можно также рассчитать по формуле: Д = 0,05 ∙ Н_г ∙ d ∙ h, где Д — доза СаСО₃, т/га; Н_г — гидролитическая кислотность, мг-экв/100 г почвы; d-объемная масса почвы, г/см 3 ; h — глубина пахотного слоя, см.

Метод определения доз извести по гидролитической кислотности принят в РФ и многих других странах в качестве основного (стандартного) для дерново-подзолистых, серых лесных почв, оподзоленных и выщелоченных и черноземов. В производственных условиях дозы извести часто устанавливают, пользуясь справочными таблицами, по рН солевой вытяжки (1 н. KCl) и гранулометрическому составу почвы.

В отличие от минеральных почв, торфяно-болотные почвы имеют обычно высокую потенциальную кислотность, однако они практически не содержат в ППК обменный алюминий. Их кислотность обусловлена в основном ионами водорода, поэтому, несмотря на большую величину гидролитической кислотности, она менее токсична для растений. Эти почвы обладают большой буферной способностью и при рН_KCl более 5,2 в известковании не нуждаются.

В севооборотах, в структуре которых преобладают культуры слабо чувствительные к кислотности почвы (картофель, лен, рожь, овес, козлятник, люпин, сераделла и другие) не требуется полное устранение кислотности. В таких севооборотах необходимо поддерживать оптимальную для культур слабокислую реакцию (рН_KCl) почвы. Дозы СаСО₃ для достижения заданного уровня реакции почвы рассчитывают по формуле Д = 10 dpH∙M, где Д — доза СаСО₃, т/га; dpН — планируемый сдвиг рН; 10 — коэффициент; М — норма расхода СаСО₃, т/га для сдвига рН на 0,1. Затраты (нормативы) СаСО₃ для доведения кислотности почвы до заданного значения.

При возделывании в севооборотах люцерны, сахарной и кормовой свеклы, капусты и других культур, относящихся к первой группе, почву известкуют при Н_г выше 2 мг-экв и степени насыщенности основаниями менее 90%. Дозы извести для этих почв устанавливают по величине гидролитической кислотности.

При определении необходимости известкования почвы следует учитывать не только гидролитическую кислотность и степень насыщенности основаниями, но и активность Н+ почвенного раствора, поскольку непосредственное негативное воздействие на сельскохозяйственные культуры оказывает не общее количество ионов водорода в ППК, а концентрация (активность) ионов водорода.

Известковые удобрения (известняковая и доломитовая мука, металлургические шлаки и др.) существенно различается по химическому составу, тонине помола и механическим примесям, поэтому их действие оценивают по нейтрализующей способности. Нейтрализующее действие известковых удобрений зависит от содержания в них карбонатов (СаСО₃ и МgСО₃), механических примесей, влаги, размера частиц (тонины помола) и их прочности. Для агрохимической оценки качества известковых удобрений определяют "активно действующее вещество" (АДВ) по формуле (%): АВД = (Х ∙ (100 — Н) ∙ (100 — Х1)) / (100 ∙ 100), где Х — суммарная массовая доля карбоната кальция и магния; Н — содержание недеятельной фракции извести — для металлургических шлаков, известняковой и доломитовой муки частиц крупнее 1 мм, для меловой муки — крупнее 3 мм; Х₁ — массовая доля влаги, %. Доза известкового удобрения в физической массе рассчитывается по следующей формуле: Д_ф = (Др ∙ 100)/АВД, т/га, где Д_ф — доза известкового удобрения в физической массе, т/га; Д_р — доза рассчитанная на 100% содержание карбонатов; АДВ — содержание активно действующего вещества, %; 100 — коэффициент.

Читайте также: