Month: February 2017

Методика определения обменных оснований в засоленных почвах методом Пфеффера в модификации Молодцова и Игнатовой

Навеску почвы, пропущенную через сито с отверстиями диаметром 1—2 мм, массой 5 г помещают в центрифужную пробирку вместимостью 50-100 мл.

Почву увлажняют дистиллированной водой, добавляя ее по каплям до полного смачивания навески, но с таким расчетом, чтобы на поверхности почвы не появилась свободная вода. Влажность почвы в зависимости от гранулометрического состава будет соответствовать 20—40%. Пробирку закрывают пробкой и оставляют на ночь. Затем в пробирку приливают 10 мл 70%-ного (по объему) этилового спирта и содержимое перемешивают стеклянной палочкой. Суспензию центрифугируют 10 мин при 2000 об/мин. Отмывание

легкорастворимых солей спиртом повторяют несколько раз до полного удаления хлорид и сульфат-ионов. Для слабозасоленных почв достаточно трех последовательных обработок почвы спиртом, для очень сильно засоленных почв требуется 6-кратная обработка (Руководство по лабораторным методам…, 1990). Качественную пробу на Cl- проводят с AgNO3 (раздел 6.3.5.1), на SO42- — с ВаCl2 (раздел 6.3.6.4).

Если в процессе отмывания солей происходит пептизация коллоидов и помутнение раствора, то увеличивают время центрифугирования до 20-25 мин и его скорость до 6000-7000 об/мин. Чтобы предотвратить пептизацию колллоидов, рекомендуют отмывание солей прекратить, когда качественные пробы еще показывают крайне незначительные количества хлорид- и сульфат- ионов.

После удаления солей из ППК вытесняют обменные катионы реактивом Пфеффера. В центрифужную пробирку приливают 25 мл 0,1 М NH4Cl в 70%-ном этиловом спирте, тщательно перемешивают содержимое стеклянной палочкой и оставляют на 1 час. Затем суспензию центрифугируют (5 мин, 2000 об/мин). Центрифугат сливают в фарфоровую чашку и выпаривают на водяной бане. Операцию повторяют еще 3 раза при 30-минутном настаивании почвы с раствором. Центрифугаты сливают в ту же чашку и выпаривают. Дно чашки вытирают фильтровальной бумагой. Чашку прокаливают в муфеле до прекращения дымления. В чашку с прокаленным остатком добавляют 2—3 капли концентрированной HCl и около 10 мл горячей дистиллированной воды. Затем добавляют еще дистиллированную воду и полученный раствор фильтруют по стеклянной палочке в мерную колбу

вместимостью 200 мл. Чашку и фильтр промывают горячей дистиллированной водой, количественно перенося содержащиеся в чашке соли в фильтрат. Объем жидкости в колбе доводят дистиллированной водой до метки и тщательно перемешивают, многократно переворачивая колбу вверх дном.

В полученном растворе любыми подходящими для этой цели методами определяют концентрацию кальция, магния, натрия и калия и вычисляют содержание каждого из обменных оснований.

Реагенты:

70%-ный этиловый спирт (этанол). К 730 мл 96%-ного этанола приливают 270 мл дистиллированной воды и перемешивают.
Реактив Пфеффера — 0,1 М NH4Cl в 70%-ном этаноле с рН 7. 5,35 г NH4CI растворяют в 270 мл дистиллированной воды и к полученному раствору приливают 730 мл 96%-ного этанола. Значение рН раствора доводят до 7, добавляя по каплям концентрированный аммиак по индикатору бромтимоловому синему, при рН 7 окраска раствора становится зеленой.

Уровни показателей катионообменных свойств почв и расчет доз гипса

Почвы, в составе обменных оснований которых содержится Na+ в количествах от 3-5 до 15-20% от емкости катионного обмена, относят к солонцеватым, а почвы с содержанием обменного натрия, превышающим 15% от ЕКО, — к солонцам.

Солонцеватые почвы, и особенно солонцы, обладают неблагоприятными химическими и физическими свойствами и при сельскохозяйственном использовании необходима мелиорация этих почв.

Одним из наиболее эффективных приемов мелиорации солонцов и солонцеватых почв является замена обменного натрия на кальций. В качестве универсального мелиоранта солонцов и щелочных почв используют гипс (CaSO4*2H2O). Дозы гипса для мелиорации почв рассчитывают по уровням содержания обменного натрия, емкости катионного обмена и общей щелочности. Расчет основан на эквивалентности обмена Na+ на Ca2+ гипса.
При расчете доз гипса принимают, что общая щелочность, не превышающая 0,7—0,8 ммоль(—)/100 г, и обменный натрий, содержание которого не превышает 5% от ЕКО, не оказывают отрицательного влияния на свойства почв и развитие растений.

где V — объем раствора комплексона III, пошедший на титрование, мл; М — молярная концентрация комплексона III, моль/л или ммоль/мл; M(Ме) — молярная масса атомов металла, г/моль, а M(Ме)/1000 — г/ммоль, Va — объем титруемого раствора, мл; V0 — общий объем анализируемого раствора, мл; т —- навеска высушенной почвы, г. Расчет результатов анализа в оксидах металла проводят по уравнению:

Для расчета доз гипса при мелиорации нейтральных почв используют уравнение, где Na — содержание обменного Na+, ммоль(+)/100 г почвы; 0,05 ЕКО — количество обменного Na+, которое составляет 5% от ЕКО мелиорируемой почвы, ммоль(+)/100 г почвы; h — мощность мелиорируемого слоя, см; 108 — площадь гектара, выраженная в см^2; р — плотность сложения почвы, г/см^3; 0,086 — молярная масса эквивалента гипса (1/2 CaSO42H2O), г/ммоль.

Me2O3% – VMVoM(1/2M2O3)100/Vam1000,
где M(1/2Me2O3)/1000 — молярная масса эквивалента оксида, г/ммоль. В связи с тем, что один моль комплексона III реагирует с одним молем атомов металла, эквивалент оксида в комплексонометрическом титровании включает 1 атом металла и соответствует М(1/2Me2O3).

При мелиорации щелочных почв учитывают ту часть общей щелочности, которую необходимо «нейтрализовать» гипсом (Na2CO3 + CaSO4 = CaCO3 + Na2SO4).

Определение обменного натрия

При оценке свойств степных, сухостепных и полупустынных почв большое значение имеют сведения о содержании обменного натрия. По содержанию обменного натрия оценивают степень солонцеватости почв и рассчитывают дозы мелиорантов для мелиорации солонцовых почв и солонцов. Предложено несколько методов определения обменного натрия в почвах.

Метод Гедройца основан на вытеснении обменного натрия ионом Ca2+. При проведении анализа к навеске почвы добавляют СаCO3, дистиллированную воду и суспензию интенсивно перемешивают потоком диоксида углерода. При высоком РCO2 увеличивается растворимость карбоната кальция и происходит замещение обменного натрия на кальций. После 3-часового пропускания CO2 суспензию фильтруют и в фильтрате определяют натрий.

Однако метод без соответствующих поправок неприменим к анализу почв, содержащих легкорастворимые соли и гипс.

Метод определения обменного натрия, предложенный И.Н. Антиповым-Каратаевым и Л.Я. Мамаевой (1955), также основан на вытеснении обменного натрия кальцием. Содержание обменного натрия оценивают по снижению концентрации кальция в титрованном растворе гипса после взаимодействия раствора с почвой. Этот метод также не совершенен, он неприменим для анализа почв, засоленных натриевыми солями, и почв, содержащих гипс. Кроме того, Ca2+ входит в ППК не только вследствие вытеснения Na+, но и Mg2+ и К+.

С особыми трудностями связано определение обменных оснований в засоленных почвах. При обработке навески почвы раствором, содержащим катион-вытеснитель, из почвы извлекаются не только обменные основания, но и легкорастворимые соли, гипс и карбонаты. При анализе таких почв необходимо использовать приемы, позволяющие селективно оценить количество катионов, вытесненных из почвенного поглощающего комплекса. С этой целью используют 2 подхода: 1) определяют общее количество катионов, извлеченных из навески почвы при ее обработке раствором катиона-вытеснителя, и вносят поправку на содержание легкорастворимых солей; 2) перед обработкой навески почвы раствором катиона-вытеснителя из нее с помощью неводных растворителей удаляют легкорастворимые соли.

Определение обменных оснований с внесением поправки на содержание легкорастворимых солей правомерно проводить в тех случаях, когда количество солей оценивают по результатам анализа почвенных растворов или методом насыщенных водой почвенных паст. Как отмечалось в разделе 6.3.1, при работе методом насыщенных водой почвенных паст в минимальной степени нарушаются химические равновесия, в том числе и ионообменные, свойственные реальным почвам.

При выполнении анализа навеску почвы многократно обрабатывают раствором катиона-вытеснителя, например 1 М NH4Cl, извлекая из почвы легкорастворимые соли и обменные основания. При вычислении содержания обменных оснований из общего количества извлеченных из почвы 1 М раствором NH4Cl эквивалентов катионов вычитают количество эквивалентов катионов, которое было определено методом паст. Полученный результат отражает содержание эквивалентов обменных катионов в почве. В качестве единицы измерения количества эквивалентов обменных катионов используют ммоль или смоль, а результат анализа выражают числом миллимолей эквивалентов катионов в 100 г почвы [ммоль (+)/100г почвы] или числом сантимолей в 1 кг почвы [смоль(+)/кг].

В тех случаях, когда легкорастворимые соли определяют методом водной вытяжки при соотношении почвы и воды 1:5, внесение поправки на содержание легкорастворимых солей в результаты определения обменных катионов неправомерно. Как отмечалось в главе 6, при получении водных вытяжек нарушаются химические (в том числе и ионообменные) равновесия, свойственные реальным почвам. В Руководстве по лабораторным методам исследования ионно-солевого состава нейтральных и щелочных минеральных почв (1990) приведены результаты определения обменных оснований, извлеченных из засоленных почв 1 М раствором NH4Cl (табл. 22). Поправка на содержание в почвах легкорастворимых солей вводилась по результатам анализа почвенных растворов (1) и водных вытяжек из почв (2), полученных при соотношении почвы и воды, равном 1:5.

Приведенные в табл. 22 данные свидетельствуют, что способ введения поправки на содержание легкорастворимых солей при определении обменных оснований влияет на результаты исследований.
Введение поправки на содержание легкорастворимых солей, основанной на результатах анализа водных вытяжек, приводит к получению заниженных результатов определения обменного натрия. В разделе 6.3.1 отмечалось, что извлечение легкорастворимых солей при широком (1:5) отношении почвы и воды приводит к замене обменного натрия на кальций. Вытеснение обменного натрия из ППК и искусственное увеличение его количества в составе легкорастворимых солей приводит при вычислении содержания обменного натрия к получению заниженных результатов.

Данные, приведенные в табл. 22, показывают также, что введение поправки на содержание легкорастворимых солей, которое было определено методом водной вытяжки, приводит к неверной оценке степени солонцеватости почв. В этом случае получают заниженные величины относительной доли обменного натрия (%) от суммы обменных оснований.
В связи с тем, что в России легкорастворимые соли определяют методом водной вытяжки, по анализу которой некорректно вносить поправку в результаты определения обменных оснований в засоленных почвах, легкорастворимые соли предварительно удаляют. Соли нельзя удалять водой, так как при добавлении воды к засоленной почве получают раствор, катионы которого способны вытеснять обменные основания из ППК и тем самым способны привести к получению искаженных результатов. Легкорастворимые соли принято удалять с помощью органических растворителей. Наиболее широко используют водно-этанольные растворы, в частности 70%-ный (по объему) этиловый спирт. Спирт, кроме того, уменьшает растворимость СаСОэ и CaSO4-2H2O.