тюменцева пособие

51

венного профиля, при этом укажите слой каждого горизонта и глубину его залегания, а также примерный диаметр слагающих частиц.

Опыт № 2. Определение гранулометрического состава почвы

2.1. Метод втирания сырой почвы в ладонь

Берут немного почвы (0,5–1 г), слегка увлажняют ее водой и хорошо растирают безымянным пальцем другой руки. По степени загрязнения ладони частицами почвы и в зависимости от «ощущений», определяют механический состав почвы, пользуясь предлагаемой таблицей (табл. 15).

2.2. Метод «шнура»

Измельчают почву или растирают ее в ступке. Берут немного подготовленной почвы, смачивают водой и скатывают ее в ладонях в шнур толщиной примерно 3 мм и длиной примерно 3 см. Свертывают шнур в кольцо. Согласно данным таблицы 15 делают вывод о гранулометрическом составе почвы.

Исходя из типа почвы по механическому составу, можно определить, что в ней преобладает: кремнезем или глинозем.

Таблица 15

Определение гранулометрического состава экспресс-методами

Название почвы или	Метод втирания	Метод «шнура»
породы по грануло-	сырой почвы	(длина 3 см, толщина 3 мм)
метрическому	в ладонь
составу
Песок	Песка много,	Шнур не образуется
	ладонь не загрязняется
Супесь	Песка много, ладонь	Получаются только	зачатки
	загрязняется	шнура
Легкий суглинок	Ощущение мыла	Шнур непрочен, распадается
	с большим количеством	при раскатывании
	песка
Средний	Ощущение мыла	Шнур сплошной, свертывает-
суглинок	с песком	ся в кольцо; кольцо с разло-
		мами и трещинами
Тяжелый	Ощущение мыла	Легко раскатывается в шнур-
суглинок	с едиными песчинками	кольцо с трещинами по пери-
		ферии
Глина	Ощущение мыла	Образует тонкий	длинный
		шнур, кольцо без трещин

52

Опыт № 3. Определение структуры почвы

Структуру почвы во многом определяет ее механический состав. Если почва состоит из комочков до 10 мм в диаметре, то она комковатая или зернистая. Эти комочки включают минеральные частицы, склеенные гумусом. В этих типах почв много воды и воздуха.

Бесструктурные почвы состоят из очень мелких частиц до 0,001 мм в диаметре. При поглощении воды такие почвы образуют сплошную липкую массу.

Берут немного почвы (0,5–1 г) и накладывают ее в чашку Петри. Рассматривают почву и отмечают в ней наличие или отсутствие структуры, затем добавляют немного воды и перемешивают почву. Какая масса образовалась? Сплошная вязкая или нет? Делают вывод о структуре почвы и проделывают аналогичные опыты с другими образцами почв. Результаты заносят в таблицу 17.

Опыт № 4. Определение водопроницаемости почвы

Водопроницаемость – способность почвы пропускать через себя воду. Чем меньше частицы почвы, тем меньше ее водопроницаемость. Максимальную водопроницаемость имеют песчаные почвы.

В процессе водопроницаемости различают впитывание и фильтрацию (просачивание). Впитывание – это поступление воды в почву, не насыщенную влагой; фильтрация же начинается с момента, когда большая часть пор почвы данного слоя заполнена водой.

Водопроницаемость измеряется количеством влаги, поступившей

впочву с ее поверхности. В первый период она обычно велика, а затем постепенно уменьшается и к моменту полного насыщения, т. е. к концу фильтрации, становится почти постоянной. Оценка водопроницаемости почвы в агрономических и мелиоративных целях приведена

втаблице 16.

Таблица 16

Шкала водопроницаемости почвы при напоре воды 5 см и температуре 10 0С (по Н. А. Качинскому)

Оценка водопроницаемости	Количество воды, поступившей в почву
	за первый час наблюдений, мм
Излишне высокая	1000–500
Наилучшая	500–100
Хорошая	100–70
Удовлетворительная	70–30
Неудовлетворительная	< 30

53

Свойство водопроницаемости может играть как положительную, так и отрицательную роль.

Берут цилиндр и закрывают в нижней части фильтром (вкладышем с сетчатым дном) (рис. 3). Просеивают через сито с отверстиями в 1 мм воздушно-сухую почву. В цилиндр насыпают почву слоем в 10 см, уплотняют почву, постукивая о стенки цилиндра.

Собирают прибор согласно рисунку 3. Для этого цилиндр с почвой укрепляют в лапках универсального штатива над воронкой, под которую ставят мерный стакан. На поверхность почвы тонкой струей из пробирки с делениями наливают воду так, чтобы ее уровень был на 1 см выше уровня почвы. Этот уровень поддерживают в течение всего опыта.

Рис. 3. Прибор для демонстрации водных свойств почвы

Включают секундомер и замеряют, сколько времени потребовалось для того, чтобы из воронки просочилась первая капля воды, прошедшая через слой почвы в 10 см. Затем определяют, какая часть поступившей в почву воды пошла на впитывание, а какая – на фильтрацию в разных типах почв. Завершают опыт определением количества воды, прошедшей через почву в единицу времени (мл/сек). Результаты исследования заносят в таблицу 17.

Опыт № 5. Определение содержания воздуха в образце почвы

Аэрация – насыщенность почвы воздухом. Воздух проникает в почву и создает условия для прорастания семян, развития корневой системы, окисления веществ.

54

Чем больше величина пустот между комочками почвы, тем больше степень аэрации. Максимальная аэрация у песчаных почв, минимальная – у глинистых из-за заполнения пустот водой.

Отбирают цилиндрический образец почвы и помещают его в сосуд со 100 мл воды, затем наблюдают выделение воздуха из почвы. При этом фиксируют:

а) время, в течение которого будет выделяться воздух; б) интенсивность выделения воздуха (высокая, средняя, слабая);

в) величина пузырьков воздуха (крупные, мелкие, средние). Аналогичные исследования проводят с образцами другого типа

почв и делают выводы о степени аэрации образцов (табл. 17).

По результатам работ сравнивают свойства глинистых и песчаных почв (табл. 17).

Таблица 17

Сравнение свойств почвы

	Свойства почв		Виды почв
		Песок		Глина	Другие
1.	Структура (тонкая или грубая)
2.	Водопроницаемость (излишне высокая,
наилучшая, хорошая, удовлетворительная,
неудовлетворительная)
3.	Аэрация (высокая, средняя, низкая)
4.	Минеральный состав (кремнезем, глинозем)

После изучения данной темы студенты приобретают знания о почвенной структуре и свойствах почв различного типа.

Контрольные вопросы

1.Что такое почва? Из каких частей она состоит?

2.Дайте определение гумуса.

3.Какие типы почв являются наиболее плодородными? Почему?

4.Какие экспресс-методы применяют для определения гранулометрического состава почвы? Опишите их.

5.Что такое водопроницаемость, впитывание? Как они определяются?

6.Из каких частей состоит прибор для исследования водных свойств почвы?

7.Дайте определение аэрации. От чего зависит степень аэрации? У каких типов почв она максимальна, у каких – минимальна и почему?

8.Сравните свойства песчаных и глинистых почв.

[1, с. 70–77, 190–197, 263–270; 5; 10].

55

Тема 8 Определение содержания легкорастворимых форм

химических элементов в почве

Легкорастворимые почвенные соли имеют важное значение, так как по их содержанию в верхней части почвенного профиля (> 0,2 %) можно судить о засолении почвы. Легкорастворимые формы химических элементов – хлорид, сульфаты и карбонаты натрия, хлориды кальция и магния, нитраты и другие. Эти соединения легко растворяются в дистиллированной воде. Избыток растворенных в почве солей снижает ее плодородие. Наиболее вредны для растений сода Na2CO3, сульфат натрия Na2SO4, хлориды NaCl, MgCl2, CaCl2 – токсичные легкорастворимые соединения (табл. П. 2.1; табл. П. 2.2).

Карбонаты в почвах присутствуют как в рассеянных формах, так и в виде различных скоплений (прожилки, журавчики, белоглазка и др.). В твердой фазе почвы чаще всего встречаются карбонаты Mg и Ca, которые представлены кальцитом и арагонитом CaCO3, магнезитом MgCO3. В целом они благоприятно влияют на свойства почвы. Но для некоторых загрязняющих веществ служат эффективным сорбентом. На их поверхности сорбируются арсенат- и фосфат-ионы, фтор. Карбонаты натрия обуславливают щелочную реакцию среды, что приводит к ухудшению развития большинства культурных растений.

В засоленных видах почв – солончаках, солонцах – содержатся различные минералы соединений натрия NaHCO3, Na2CO3×10H2O, которые могут накапливаться. В солончаках данные минералы накапливаются на поверхности почвы, а в солонцах – в нижней части.

С карбонатами связано повышение щелочности почв при ороше-

нии.

Методика выполнения лабораторной работы

Цель работы: определить легкорастворимые химические элементы в почве (карбонат-, сульфат- и хлорид-ионы).

Материалы, реактивы, оборудование: образцы почв; фильтро-

вальная бумага; фильтры бумажные; 10 %-ный раствор соляной кислоты HCl; конц. соляная кислота HCl; 10 %-ный раствор азотной кислоты HNO3; 0,1 н. раствор нитрата серебра AgNO3; 20 %-ный раствор хлорида бария BaCl2; дистиллированная вода; 5 %-ный раствор хромата калия K2CrO4; 0,01 н. раствор хлорида натрия NaCl; фарфоровая чашка; пипетка мерная; фарфоровая ступка с пестиком; весы с разно-

56

весами; колбы на 100 и 250 мл; воронка; палочка стеклянная; пробирки; мерный цилиндр; спиртовка; пробиркодержатель; бюретка для титрования.

Опыт № 1. Обнаружение карбонатов в почве

Для обнаружения карбонатов берут небольшое количество почвы ( 1 г) и помещают в фарфоровую чашку. Из пипетки на образец почвы добавляют 5 капель 10 %-го раствора соляной кислоты.

Если почва содержит карбонат-ион, то под действием кислоты начнется выделение углекислого газа:

Na2CO3 + 2HCl = 2 NaCl + CO2 + H2O

или уравнение в ионном виде:

CO32- + 2H+ = CO2 + H2O.

Выделяющийся углекислый газ приводит к «окислению» почвы. Почвы, вскипающие от 10 %-го раствора соляной кислоты, являются карбонатными. Кислоту добавляют до прекращения выделения пузырьков СО2. Интенсивность выделения углекислого газа (бурная, средняя, слабая) и количество израсходованного раствора HCl дают предварительную оценку содержания карбонат-ионов в почве.

Опыт № 2. Приготовление водной вытяжки почвы

Берут 25 г почвы и тщательно растирают пестиком в фарфоровой ступке. Подготовленную почву помещают в колбу на 100 мл, добавляют 50 мл дистиллированной воды. Взбалтывают содержимое колбы 5–10 мин, дают отстояться в течение 5 мин и затем фильтруют через воронку с бумажным фильтром по стеклянной палочке. Фильтруемый раствор наливают немного больше, чем до половины фильтра.

Опыт № 3. Определение хлорид-ионов в почве

3.1. Определение наличия хлоридов в почве

Мерной пипеткой берут в пробирку 5 мл почвенной вытяжки, добавляют 1–2 капли 10 %-го раствора азотной кислоты и по каплям приливают 0,1 н. раствор нитрата серебра.

57

По образующемуся хлопьевидному белому осадку судят о присутствии в образце хлорид-ионов:

AgNO3 + NaCl = AgCl + NaNO3

или в ионном виде:

Ag+ + Cl- = AgCl .

По характеристике полученного осадка можно сделать предположение о содержании хлорид-иона (табл. 18).

			Таблица 18
Определение содержания хлорид-иона
по характеристике осадка AgCl
Характеристика осадка	Содержание Cl-
	мг/100 мл вытяжки		г/100 г почвы, %
Опалесценция	0,1–1		Тысячные доли
Сильная муть	5–10		Сотые доли
Большой хлопьевидный	> 10		Десятые доли

3.2. Количественное определение содержания хлорид-ионов

Количественное определение хлорид-иона проводят после качественного его обнаружения. Определение ведут по методу Мора. Методика приведена в УИРС (опыт № 1).

Опыт № 4. Обнаружение сульфатов в почве

Берут пипеткой 3 мл почвенный вытяжки, добавляют несколько капель концентрированной соляной кислоты и 3 мл 20 %-го раствора хлорида бария. Раствор в пробирке медленно нагревают до кипения. Если в почве содержатся сульфат-ионы, то появляется белый мелкокристаллический осадок:

Na2SO4 + BaCl2 = BaSO4 + 2NaCl

или в ионном виде:

SO42- + Ba2+ = BaSO4 .

По характеристике полученного осадка можно сделать предположение о содержании сульфат-иона (табл. 19).

58

			Таблица 19
Определение содержания сульфат-иона
по характеристике осадка
	Содержание SO42-
Осадок
	мг/100 мл		г/100 г почвы,
	вытяжки		%
Медленно появляется слабая муть (заметна	0,5–1		Тысячные доли
на черном фоне)
Муть, появляющаяся сразу	1–10		Сотые доли
Большой осадок, быстро оседающий на дно	50		Десятые доли

Сульфат-ионы могут быть связаны с токсичными солями Na2SO4

и MgSO4.

Результаты исследования занести в таблицу 4 и сравнить с ПДК.

В ходе освоения данной темы студенты изучат способы выявления легкорастворимые химические элементы в почве и вред, наносимый этими веществами.

Контрольные вопросы

1.Какие формы химических элементов в почве относят к легкорастворимым? Перечислите. Почему они так называются?

2.К чему приводит избыток растворенных в почве солей?

3.Какие типы почв являются засоленными? В какой части почвы накапливаются минералы?

4.Определение наличия хлорид-сульфат ионов и карбонатов в лабораторной работе проводят с помощью качественных реакций. На чем основано обнаружение ионов?

5.Почему для хлорид- и сульфат-ионов большие значения предельных концентраций, а для нитратов и нитритов – маленькие? Мотивируйте.

[1, с. 70–77, 190–197, 263–270; 5; 10].

59

Тема 9 Определение количества загрязняющих веществ

при работе двигателей автотранспорта

По составу воздух представляет собой смесь азота, кислорода, паров воды, углекислого и инертных газов. Однако в пределах тропосферы в воздухе присутствуют твердые, жидкие и газообразные вещества природного или антропогенного происхождения, которые являются постоянными или временными загрязняющими факторами.

Основная причина загрязнения воздуха двигателями, использующими в качестве топлива продукты нефтепереработки, заключается

внеполном и неравномерном сгорании топлива. Камера внутреннего сгорания двигателя – своеобразный химический реактор, синтезирующий загрязняющие вещества, выделяющиеся с выхлопными газами

ватмосферу.

Основная химическая реакция, протекающая в процессе сгорания топлива, может быть представлена следующим обобщенным уравне-

нием:
Сх Ну + (х + 0,25у)O2 → хСО2 + 0,5уН2О,	(9.1)

где СхНу – условное обозначение гаммы углеводородов, входящих в состав топлива.

Однако эта реакция не проходит полностью даже при стехиометрическом соотношении исходных компонентов.

Основными загрязняющими веществами, входящими в состав выхлопных газов практически всех двигателей, являются СО, СnНm, NОх. При определенных условиях в выхлопных газах содержатся также SО2, сажа, бензапирен, соединения свинца.

Выбросы загрязняющих веществ двигателями автотранспорта осуществляются на следующих основных этапах их работы: прогрев двигателя, холостой ход, пробег по территории предприятия и движение по трассе.

Удельные выбросы загрязняющих веществ двигателями автотранспорта зависят от категории автомобилей, от их грузоподъемности, типа двигателя, используемого топлива, периода года, организации контроля содержания загрязняющих веществ в отработавших газах.

Выделяют холодный, теплый и переходный периоды года, отличающиеся величиной среднемесячной температуры. Месяцы, в кото-

60

рых среднемесячная температура ниже -5 °С, относят к холодному периоду; месяцы со среднемесячной температурой выше +5 °С – к теплому периоду, а с температурой от -5 °С до +5 °С – к переходному периоду. Для разных климатических зон продолжительность условных периодов разная и определяется согласно СНиП 23.01-99.

Влияние периода года учитывается только для выезжающих с открытых стоянок автомобилей. При хранении автомобилей на закрытых стоянках расчет годовых выбросов выполняется как для постоянно теплого периода года.

Пробег автомобиля по территории предприятия в день соответствует суммарному пути, который он проходит от центра площадкистоянки до ворот при въезде и выезде.

Массовый выброс продуктов неполного сгорания при прогреве двигателя – величина непостоянная, по мере прогрева выбросы СО, СnНm и сажи (С) уменьшаются, а выбросы NOx увеличиваются. Удельные нормативы выброса отражают интегральную оценку выбросов за это время.

Методика выполнения лабораторной работы

Цель работы: Рассчитать валовое и максимальные разовые выделения загрязняющих веществ, попадающих в атмосферу при работе двигателей автотранспорта; исходные данные (характеристики) по вариантам приведены в приложении 4.

Опыт № 1. Определение валового выделения (г/день) загрязняющих веществ одним автомобилем

Валовое выделение (г/день) загрязняющих веществ одним автомобилем k-й группы в день при выезде с территории предприятия (M'k) и возврате (M''k) определяется по формулам:

M'k = gпр tпр+gL × L' + gx.x × tx.x,	(9.2)
M''k = gL × L" + gx.x × tx.x,	(9.3)

где gnp – удельное выделение загрязняющих веществ при прогреве двигателя автомобиля, г/мин;

gL – удельное выделение загрязняющих веществ при движении по территории, г/км;