Ход работы

Этим методом определяются те подвижные соединения фосфора, которые переходят в раствор при обработке почвы 0,2 н раствором НСl. Раствор этот извлекает из почвы фосфаты кальция, большую часть фосфатов железа и алюминия, но не затрагивает органических соединений фосфора. Одновременно вытесняются обменный калий и его водорастворимые формы. Метод пригоден для некарбонатных почв.

На технохимических весах отвешивают 5 г воздушно-сухой почвы, пропущенной через сито с отверстиями 1 мм, помещают в колбу и обрабатывают 25 мл 0,2 н раствора НСl. Колбу встряхивают в течение 1 мин и оставляют в покое на 15 мин, после чего содержимое фильтруют через небольшой складчатый фильтр. Фосфор в растворе определяют колориметрическим методом с использованием молибденовокислого аммония.

Метод основан на образовании комплексной фосфорномолибденовой кислоты при взаимодействии молибденовокислого аммония с фосфором. Фосфорномолибденовая кислота восстанавливается оловом в солянокислой среде до оксидов молибдена, окрашенных в голубой цвет: (МоО₂·4МоО₃)₂· Н₃РО₄· 4Н₂О

Из фильтрата берут пипеткой от 3 до 25 мл (в зависимости от предполагаемого содержания фосфора) в мерную колбу вместимостью 50 мл, разбавляют дистиллированной водой до 40-45 мл, прибавляют пипеткой 2 мл 2,5 % раствора молибденовокислого аммония, тщательно перемешивают и вносят 3 капли раствора хлористого олова. Содержимое колбы доводят до метки и вновь тщательно перемешивают. Через 5-10 мин приступают к колориметрированию, предварительно приготовив серию образцовых растворов. Для этого из рабочего образцового раствора, содержащего 0,01 мг Р₂О₅в 1 мл, в каждую из 10 мерных колб вместимостью 100 мл бюреткой наливают следующее количество образцового раствора:

Номер колбы 1 2 3 4 5 6 7 8

Количество образцового

раствора, мл 2 4 6 8 10 20 30 40

Содержание Р₂О₅

в 100 мл, мг 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,20 0,30 0,40

В колбы прибавляют дистиллированную воду до 90-95 мл, 4 мл 2,5 % раствора молибденовокислого аммония, 6 капель раствора хлористого олова и аскорбиновую кислоту. Все тщательно перемешивают, доводят раствор до метки дистиллированной водой и вновь перемешивают. После этого приступают к фотометрированию.

Для определения концентрации фосфора в растворе строят калибровочный график.

Задания для самоподготовки

1. Круговорот фосфора в природе.

2. Роль соединений фосфора для почв и растений.

3. Классификация соединений фосфора по доступности для растений.

4. Источники поступления соединений фосфора в почву.

5. Особенности усвоения соединений фосфора растениями.

6. ПДК фосфора в почве.

Лабораторная работа № 5

Определение емкости поглощения в карбонатных почвах методом Е.В. Бобко и Д.Л. Аскинази

Цель работы: научиться определять емкость поглощения в карбонатных почвах.

Теоретическое обоснование

Согласно К.К. Гедройцу, под поглотительной способностью следует понимать способность почвы задерживать «соединения или части их, находящиеся в растворенном состоянии, а также коллоидально распыленные частички минерального и органического вещества, живые микроорганизмы и грубые суспензии». Совокупность компонентов почвы, участвующих в процессах поглощения, К.К. Гедройц назвал почвенным поглощающим комплексом, или сокращенно ППК. Основную часть ППК составляют почвенные коллоиды. К.К. Гедройц выделил 5 видов поглотительной способности: механическую, физическую, физико-химическую или обменную, химическую и биологическую.

Механическая поглотительная способность– это свойство почвы задерживать взмученные в фильтрующейся через почву воде частицы, если они превышают определенный размер.

Физическая поглотительная способностьобусловлена значительной поверхностной энергией тонкодисперсных частиц в результате чего на поверхности раздела твердая фаза почвы ↔ раствор изменяется концентрация находящихся в растворе молекул различных веществ вследствие развития сил отталкивания или притяжения между этими молекулами и поверхностью.

Физико-химическую или обменную поглотительную способностьпочв определяют, как способность почв обменивать некоторую часть находящихся на поверхности частиц катионов на эквивалентное количество катионов находящихся в растворе. Между катионами твердой фазы почвы и катионами раствора устанавливается равновесие.

Химическая поглотительная способность почв заключается в том, что из катионов и анионов почвенного раствора образуются труднорастворимые соли, они осаждаются из раствора и переходят в твердую фазу почвы.

Биологическая поглотительная способность почвсвязана с поглощением различных веществ из раствора растениями и микроорганизмами.

Катионы, находящиеся во внешнем слое (слое компенсирующих ионов) мицеллы почвенных коллоидов и способные к обменным реакциям с катионами почвенного раствора, называются обменными. Обменными катионами в почвах являются Са²⁺, Mg²⁺, H⁺, К⁺, Na⁺, NH₄⁺, Аl³⁺. Реакцию обмена, протекающую между обменными катионами и катионами почвенного раствора, можно представить следующей схемой:

[почва] Са²⁺+ 2 КСl= [почва] 2 К⁺+ СаСl₂

Обменная реакция протекает с большой скоростью и является обратимой. Для ее протекания в одном направлении необходимы многократная обработка почвы раствором соли и удаление образующихся продуктов из сферы реакции.

Вся сумма обменных катионов почвы называется емкостью обменного поглощения. Как количество отдельных обменных катионов, так и емкость обменного поглощения выражаются в миллимолях на 100 г почвы.

Емкость катионного обмена – это максимальное количество обменных катионов, которое может удержать почва в обменно-поглощенном состоянии, выраженное в мг-экв/100 г почвы. Песчаные почвы имеют самую низкую емкость катионного обмена – 1-5 мг-экв/100 г почвы, супесчаные – 7-8, суглинистые – до 15-18, глинистые – 25-30 мг-экв/100 г почвы и выше.

Величина емкости поглощения дает представление о количестве коллоидов в почве и колеблется в зависимости от типа почвы от 3-5 (подзолистые почвы) до 25-30 мг-экв (черноземы). Лишь в торфяных горизонтах заболоченных и болотных почв она достигает 50-100 мг-экв на 100 г почвы. Емкость катионного обмена в гумусовых горизонтах, как правило, выше, чем в материнской породе. Так, в верхнем горизонте чернозема она достигает 50-60 мг-экв/100 г почвы.

Обменные катионы можно количественно вытеснить из почвы катионом любой соли, который не входит в состав обменных катионов и анион которой не дает с последними нерастворимых соединений. Обычно пользуются 1 н раствором NaCl,NH₄Cl,CH₃COONH₄.

Ионообменные свойства почвы связаны с процессом эквивалентного обмена находящихся в почвенном поглощающем комплексе катионов и анионов взаимодействующего с твердыми фазами почвы раствора. Основная часть обменных анионов находится в почвах на поверхности гидроксидов железа и алюминия, которые в условиях кислой реакции имеют положительный заряд. В обменной форме в почве могут присутствовать анионы Cl^-, NO₃^-, SeO₄^-, MoO₄^2-, HMoO₄^-. Обменные фосфат-, арсенат- и сульфат-ионы могут содержаться в почвах в небольших количествах, так как эти анионы прочно поглощаются некоторыми компонентами твердых фаз почвы и не вытесняются в раствор при воздействии других анионов. Поглощение анионов почвами в неблагоприятных условиях может приводить к накоплению ряда токсичных веществ. Обменные катионы находятся на обменных позициях глинистых минералов и органического вещества, их состав зависит от типа почв. В тундровых, подзолистых, бурых лесных почвах, красноземах и желтоземах среди этих катионов преобладают ионы Al³⁺, Al(OH)²⁺, Al(OH)₂⁺и H⁺. В черноземах, каштановых почвах и сероземах обменные процессы представлены преимущественно ионами Ca²⁺и Mg²⁺, а в засоленых почвах – также ионами Na⁺. Во всех почвах среди обменных катионов всегда есть небольшое количество ионов К⁺. Некоторые тяжелые металлы (Zn²⁺, Pb²⁺, Cd²⁺и др.) могут присутствовать в почвах в качестве обменных катионов.

Степень поглощения анионов почвой зависит от природы аниона, состава коллоидов и реакции среды. Физико-химическое поглощение аниона происходит при взаимодействии его с диффузным слоем полуторных оксидов и потенциалопределяющим слоем отрицательно заряженных коллоидов. При этом повышается емкость обмена и усиливается поглощение катионов. В кислой среде активность полуторных оксидов повышается, поэтому усиливается поглощение аниона фосфорной кислоты.

Если почва засолена легкорастворимыми солями, их необходимо предварительно удалить многократной промывкой почвы на воронке дистиллированной водой. Если почва содержит карбонаты щелочноземельных металлов или гипс, определять обменные катионы Са²⁺иMg²⁺этим методом нельзя.

Приборы, посуда, реактивы: весы; сито; фарфоровая чашка; беззольный фильтр; стакан на 500 мл; электроплитка; муфель; 10%, 0,1 н, 0,2 н и 0,5 н растворы HCl; 10% раствор H₂SO₄; забуференный раствор BaCl₂; этиловый спирт; встряхиватель; магнитная мешалка; конические колбы; стеклянные воронки; мерный цилиндр; пипетка на 25 мл; бюретка на 50 мл; фильтры «синяя лента»; 0,05 н растворNaOH; фенолфталеин.