Методы извлечения и изучения жидкой фазы почвы

В начале данного раздела перечислены группы методов, с помощью которых почвенный раствор извлекается из почвы. С первой группой методов – водными вытяжками – студенты подробно знакомятся на практических занятиях по почвоведению. Однако необходимо подчеркнуть следующее: водные вытяжки широко применяются при изучении засоленных почв для определения общего запаса легкорастворимых солей и его изменений в течение вегетационного периода или по годам. Водные вытяжки дают представление не об истинной концентрации почвенных растворов, а

об общем содержании солей. Концентрации солей из почвенных растворов и водных вытяжек, взятых одновременно, как правило, различны (табл. 3, 4).

ВСТАВИТЬ

Большое практическое значение имеет вторая группа методов, в основе которой лежит выделение почвенных растворов из твердой фазы при помощи

А) давления,

Б) замещения растворов инертной жидкостью,

В) газами и центрифугированием.

Данная группа методов позволяет определить химический состав почвенных растворов не только во время полного насыщения почв влагой, но и когда свободная влага в почве отсутствует, что часто бывает в летние периоды года.

Для выжимания растворов почвенные образцы берут с ненарушенным сложением из прикопок или с помощью бура для определения объемной массы. Если образцы берут с помощью бура, то стаканы закрывают крышкой, а если из прикопок, то их сразу же помещают в полиэтиленовые мешки, которые затем плотно закрывают. В обоих случаях образцы до извлечения почвенного раствора хранят в холодильнике при температуре 0…+20 С во избежание развития в них микробиологических процессов.

А) Выделение почвенных растворов методом отпрессования

Для выделения растворов при различной влажности методом отпрессования используются различные модификации приборов, рассчитанные на различный интервал давлений (от 1 до 20 000 кг/см ²).

В почвенных исследованиях, как правило, применяются установки с низким интервалом давлений – от 50 до 250 кг/см 2, что позволяет использовать простые рычажные или школьные гидравлические прессы.

Прибор для отпрессования почвенных растворов состоит из хорошо отшлифованного цилиндра, изготовленого из нержавеющей стали. Подставка представляет собой круглую пластину, изготовленную из нержавеющей стали, грибовидной насадки и резиновой прокладки между ними.

В центральной части грибовидной насадки проходит канал для отвода стекающих вод (рис. 4).

Рис. 4. Прибор для отпрессования почвенных растворов:

ВСТАВИТЬ РИС 4

Б) Выделение почвенных растворов методом замещения жидкостями

В настоящее время для этих целей используются приборы, предложенные П.А. Крюковым [13] и Н.А. Комаровой [14], в основу которых положено вытеснение почвенных растворов нейтральными жидкостями.

Прибор Н. А. Комаровой отличается простотой конструкции (рис. 5).

ВСТАВИТЬ РИС 5

Он состоит из пластмассовой трубки длиной около 100–150 см с внутренним диаметром ≈ 4 см. К трубке с помощью пластмассовой муфты присоедине-

на стеклянная воронка. Между нижним концом трубки и муфтой помещается дырчатая пластина из нержавеющей стали, которая с помощью резинки плотно прижимается к трубке. На пластину перед заполнением трубки сы-

рой почвой кладется фильтр.

Для вытеснения почвенного раствора трубку равномерно на 2/3 объема заполняют почвой, слегка уплотняя её легким постукиванием. Для сбора по-

чвенного раствора устанавливают приемник. Сверху в трубку наливают вытеснитель (этиловый спирт или диоксан). Этиловый спирт часто для лучшей видимости подкрашивают метиленовой синью. Простота прибора и его дешевизна, возможность работать одновременно с несколькими трубка-

ми являются положительными сторонами данного метода.

В) Вытеснение почвенных растворов при помощи газа

Л. Ричард предложил прибор для отделения почвенного раствора при помощи газа [15]. Этот метод довольно широко используется за рубежом. В нашей стране им пользуются редко, о чем говорится в исследованиях Д. В. Федоровского [16]. В качестве газа применяют сжиженный азот.

Недостатки метода заключаются в следующем:

– средняя продолжительность выделения почвенного

раствора из одного образца составляет около 10 дней;

– неудобство работы со сжиженным газом;

– возможность попадания азота в почвенный раствор,

исключающая определение в нем форм азота.

Выделение почвенных растворов при помощи центрифугирования

Для этих целей применяют центрифуги, дающие до 9000 об/мин. Исследователь заменяет простые пластмассовые стаканы центрифуги на стаканы из плексигласа, состоящие из двух частей. В одну часть закладывают почву, а в другую стекает отжимающийся почвенный раствор. При центрифугировании в течение 15 мин со скоростью ротора 7000 об/мин остаточная влажность в песке составляет 1 %, а в глинистых почвах до 20 %.

А) Достоинством метода является его быстрота. Небольшое количество раствора, выделяемое при однократном центрифугировании, компенсируется возможностью многократного повторения.

Заканчивая знакомство с методами выделения нестекающей части жидкой фазы почвы – почвенного раствора, необходимо отметить, что

наиболее надежными в настоящее время являются методы

- Крюкова – отделение растворов прессованием без применения спирта

- и выделение почвенного раствора с помощью спирта.

Третья группа методов

Методика получения и исследования свободного почвенного раствора

Вся эта группа методов основана на получении свободного почвенного раствора путем стекания под влиянием силы тяжести вниз по мере насыщения почвенных горизонтов влагой выпадающих осадков.

Наиболее широкое применение для этих целей нашли лизиметры.

Свободный почвенный раствор, собираемый лизиметрами, получил название лизиметрических вод.

В настоящее время они широко используются в почвенных исследо-

ваниях. Чаще всего используются лизиметры конструкции Е.И. Шиловой [17] (рис. 6).

ВТАВИТЬ РИС 6

Лизиметры представляют собой квадратные противни площадью 40 x 40 см, изготовленные из оцинкованного железа или пластмассы. Передняя часть лизиметра имеет бортик. Для отвода почвенного раствора в лизиметре имеется отверстие. Для установки лизиметра в почву на площадке стационара выкапывают траншею. Её глубина определяется глубиной отбора почвенных вод и должна, как правило, превышать 100 см. Затем на нужной глубине при помощи ножа или стамески делают узкие почвенные ниши и в них вставляют лизиметры. Обычно в траншею ставят 3–4 лизиметра на разную глубину. После установки лизиметров их соединяют с приемником с помощью резиновых трубок.

После окончания монтажа траншею засыпают, причем укладку почвенных горизонтов производят в прежнем порядке. При этом их слегка уплотняют. Откачку лизиметрических вод проводят ручным насосом.

Достоинства метода – отсутствие контакта почвенных растворов с атмосферным воздухом и близость получения лизиметрических вод к природным процессам.

Недостатки – получение почвенных растворов при влажности почвы не менее НВ (наименьшая влагоемкость).

Часто летом осадков мало, и этим методом почвенных растворов полу-

чить нельзя. Поэтому наряду с данным методом изучения почвенного раствора следует использовать и методы его вытеснения давлением или спиртом.

Четвертая группа Непосредственное исследование жидкой фазы

почвы в естественных условиях Этим методом определяется с помощью потенцио-метров и электродов активность ионов Са ²⁺, Mg ²⁺, Na⁺, Cl^-,SO₄²-, CO₃^2-, NO₃^‑ и т. д.

Активность ионов служит количественной мерой, позволяющей оценить поступление питательных веществ в растения. Принцип метода состоит в том, что на границе раздела «электрод–раствор» возникает раз-

ность потенциалов, зависящая от активности определяемого иона в растворе.

Электрод должен обладать высокой селективностью, т. е. его потенциал должен быть обусловлен активностью определенного иона и не зависеть от активности сопутствующих ионов.

В качестве электродных материалов применяют стекла различного состава, твердые мембраны из галогенидов и сульфидов различных металлов.

Техника полевых измерений активности ионов сравнительно проста. С поверхности на изучаемую глубину погружают индикаторный ионоселективный электрод и электрод сравнения. При необходимости используют почвенный разрез, а показания снимают по генетическим горизонтам.

Электроды присоединяют к переносному потенциометру и измеряют ЭДС (электродвижущую силу), а затем по градуировочному графику находят активность определенного иона. Измерения повторяют через заданные промежутки времени в зависимости от цели исследований.

Можно установить несколько электродов и вести наблюдения за дина-

микой активности ряда ионов одновременно.

При измерении активности нескольких ионов электроды приходится располагать на некотором расстоянии друг от друга. Это может внести некоторую неопределенность в трактовку полученных данных.

В лабораторных условиях данная неопределенность легко устранима, так как измерения ведутся в вытяжках, суспензиях и пастах. Однако результаты, полученные в лабораторных условиях, имеют другой физический смысл.

ВОПРОС 2.Особенности химического анализа почвенных растворов, лизиметрических и почвенно-грунтовых вод

Основное отличие жидкой фазы почвы от атмосферных осадков и поверхностных вод состоит в их неравновесном окислительно-восстановительном и щелочно-кислотном состоянии по отношению к атмосферному воздуху.

Оно обусловлено наличием в почвенных растворах закисных соединений органического вещества, органических кислот и повышенным содержанием свободной углекислоты. В почвенных растворах минеральные соединения могут находиться как в ионной форме, так и в коллоидной или в виде органоминеральных соединений.

Все это в целом требует соблюдения особых приемов при химическом анализе почвенных растворов.

1. общую щелочность (НСО^3-) и кислотность (величину рН), содер-

жание закисного железа, нитратов и аммиака необходимо определять сразу же после извлечения раствора.

2. Анализ почвенных растворов производится в малых объемах жидкости при их низкой концентрации, что требует применения при хими-

ческом анализе микрохимических методов.

В настоящее время для этих целей широко используются атомно-абсорбционные методы.

ВОПРОС 3. Роль почвенных растворов в продукционном процессе

Почвенные растворы являются непосредственным источником питания растений. Изменение концентрации и состава растворов ведет к изменению водного режима и минерального питания растений, что, безусловно, отражается на развитии растений и их продуктивности. Человек своими

разнообразными воздействиями на почву в процессе сельскохозяйственного использования регулирует тем или иным способом состав почвенного раствора, делает его оптимальным для получения наивысшей продуктивности агроценозов.

Орошение и осушение почв, наряду с созданием благоприятного водного режима, позволяет изменить концентрацию почвенного раствора –

- при орошении концентрации разбавляются,

- при осушении идет снижение концентрации оксидов железа, алюминия и других соединений, вредных для растений.

Внесение удобрений способствует оптимизации содержания в почвенных растворах элементов питания растений.

Для питания растений важное значение имеет осмотическое давление почвенного раствора.

Если осмотическое давление почвенного раствора равно осмотическому давлению клеточного сока растений или больше его, то рас-

тения не могут всасывать питательные элементы. Сосущая сила корней большинства сельскохозяйственных культур равна 100–120 мкПа (микропаскаль).

Осмотическое давление зависит от концентрации почвенного раствора. В незасоленных почвах оно невысокое, а в засоленных – довольно

большое. При уменьшении влажности увеличивается концентрация почвенного раствора и повышается осмотическое давление и наоборот.

При повышении осмотического давления почвенного раствора нарушается нормальное развитие растений. У пшеницы, например, наблюдается в результате этого задержка кущения, но усиливается колоше-

ние, задерживается цветение, созревание, что способствует значительному снижению урожайности.

Для сельскохозяйственных культур особенно неблагоприятны щелочная реакция почвенной среды и высокое содержание в ней соды (Na₂CO₃).

Контрольные вопросы и задания

1. Перечислить и охарактеризовать методы выделения почвенных растворов. Необходимость изучения химического состава атмосферных осадков и методы их сбора.

2. Пути извлечения и изучения жидкой фазы почвы. Какая существует взаимосвязь между почвенными растворами и водными вытяжками? В чем состоит принцип методов отпрессования почвенных растворов и выделения их методом замещения жидкостями?

3. Дать определение лизиметрическим водам. В чем заключается методика получения и исследования свободного почвенного раствора? Устройство лизиметров конструкции Е. И. Шиловой.

4. Каким образом можно изучить химический состав почвенного раствора в естественных (природных условиях)?

Какими способами представляются результаты химического анализа почвенных растворов?

5. Значение кислотности почв для растений и почвен-ных микроорганизмов. Виды кислотности. В чем заключаются методы определения разных видов кислотности почв?

 

---

<== предыдущая страница	|	следующая страница ==>
	|	Лекция . Моделирование тенденции временного ряда

---

Дата добавления: 2014-08-04; просмотров: 482; Нарушение авторских прав

---

Поделиться с ДРУЗЬЯМИ:

Мы поможем в написании ваших работ!