научная статья по теме ПРИРОДА ПОЧВЕННОЙ КИСЛОТНОСТИ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ РАЗНОГО ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА И ЕЕ ИЗМЕНЕНИЕ ПРИ ИЗВЕСТКОВАНИИ Сельское и лесное хозяйство

Текст научной статьи на тему «ПРИРОДА ПОЧВЕННОЙ КИСЛОТНОСТИ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ РАЗНОГО ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА И ЕЕ ИЗМЕНЕНИЕ ПРИ ИЗВЕСТКОВАНИИ»

АГРОХИМИЯ, 2015, № 5, с. 3-13

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ Плодородие почв

УДК 631.415.1:631.445.24:631.431.1:631.821

ПРИРОДА ПОЧВЕННОЙ КИСЛОТНОСТИ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ РАЗНОГО ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА И ЕЕ ИЗМЕНЕНИЕ ПРИ ИЗВЕСТКОВАНИИ

© 2015 г. Л.Г. Бакина

Санкт-Петербургский научно-исследовательский центр экологической безопасности 197110 Санкт-Петербург, ул. Корпусная, 18, Россия E-mail: bakinalg@mail.ru

Поступила в редакцию 29.12.2014 г.

Изучена природа почвенной кислотности почв многолетних полевых опытов по известкованию в буферных солевых растворах на основе триэтаноламина. Выявлены различия в параметрах общей потенциальной кислотности и кислотно-основных буферных свойств дерново-подзолистых почв разного гранулометрического состава и их изменение при известковании. Установлено, что все виды потенциальной почвенной кислотности, связанной с донорной способностью почв в отношении протонов, находятся в тесной (практически функциональной) зависимости от содержания гумусовых кислот, извлекаемых щелочным раствором 0.1 н. NaOH.

Ключевые слова: почвенная кислотность, дерново-подзолистая почва, гранулометрический состав, известкование.

ВВЕДЕНИЕ

Проблема почвенной кислотности имеет огромное значение, поскольку от реакции среды непосредственно зависят практически все происходящие в почвах химические и биологические процессы. Значимость изучения кислотности и кислотно-основных буферных свойств почв определяется необходимостью известкования кислых почв, особенно в Нечерноземной зоне, поскольку кислотность является характерным и непременным свойством подзолистых и дерново-подзолистых почв. Нейтральных или щелочных подзолистых почв в природе не существует, даже если они формируются на исходно щелочных (карбонатных) породах, что несомненно связано с почвенно-генетическими процессами и в первую очередь - с процессами гумусообразования.

В настоящее время многочисленными исследованиями установлено, что среди компонентов, определяющих почвенную кислотность, наиболее сильнокислотными являются, как правило, обменный протон и обменный А1. Несмотря на то, что при оценке обменной кислотности почвы определение ионов водорода и алюминия является

обязательной составляющей химической характеристики почв, до сих пор не вполне ясно, какие процессы контролируют переход этих ионов из твердых фаз почв в жидкие и их соотношение в жидких фазах [1-31].

Переход ионов А1 в жидкие фазы почв может быть связан с вытеснением из почвенно-погло-щающего комплекса (ППК) в процессе ионного обмена катионов, содержащих в своем составе А1, а также с растворением различных соединений А1, в первую очередь оксидов и гидроксидов. В водном растворе соединения алюминия подвергаются гидролизу, и по крайней мере часть ионов Н+ в водных растворах, содержащих соединения А1, является продуктом его гидролиза. В то же время ионы Н+ могут появляться в почвенном растворе и в результате других процессов: диссоциации, вытеснения в раствор обменных ионов водорода из ППК и др.

Важнейшим механизмом, обеспечивающим буферные реакции почвы при подкислении, являются реакции вытеснения катионов из ППК протоном. По данным разных авторов, изучавших влияние кислых осадков на почвы, на эту реакцию может расходоваться до 70% поступающих в

почву протонов, в результате чего в составе ППК уменьшается содержание обменных Са2+, Mg2+, Ка+, К+ и увеличивается доля обменных Н+, А13+ [14, 21, 27, 31]. Поэтому любое изменение состава катионов в ППК может существенно изменить буферность почв к кислоте [23], а ведь именно это явление происходит при внесении в почву извести или доломитовой муки.

Многие исследователи полагают, что практически все ионы водорода в вытяжках являются продуктом гидролиза соединений алюминия [20, 24, 29]. Однако доказать это однозначно сложно, т.к. в зависимости от свойств почв гидролиз алюминия может проходить по-разному.

Величина рН, измеряемая в различных почвенных системах (почвенных растворах, пастах, суспензиях и т.д.), дает сравнительную оценку активности ионов Н+ и ОН- и не несет информации о количестве содержащихся в почвах кислотных и основных компонентов. Содержание этих компонентов в почвах оценивают по уровням потенциальной кислотности и общей щелочности. Для удобства принято рассматривать потенциальную кислотность как показатель почвенной кислотности, характеризующий количество кислотных компонентов в почвах, а общую щелочность - как показатель щелочности, характеризующий количество основных компонентов в почвах [6, 8, 26, 30].

Обменная кислотность главным образом связана с минеральной частью почв и определяется особенностями структуры почвенных минералов, обеспечивающих отрицательные заряды на их поверхностях, и с наличием относительно сильных кислотных компонентов, главным образом А13+ и Н+, способных вытесняться из ППК при относительно низких величинах рН [7, 20, 22].

Гидролитическая кислотность прежде всего связана с функциональными группами органических и в меньшей степени - минеральных компонентов, способных при возрастании рН отдавать протон и нейтрализоваться ионами ОН-. В настоящее время можно считать доказанным, что разность между экспериментально определяемыми величинами гидролитической и обменной кислотностей определяется увеличением диссоциации за счет большей щелочности раствора, т.е. более высокой равновесной величины рН почвенной суспензии [5, 7, 29].

Двойственная природа почвенной кислотности является причиной того, что в почвенном растворе кислых почв всегда одновременно присутствуют и ионы Н+, и ионы А13+ в том или ином количестве в зависимости от степени кислотности почв.

И те, и другие ионы совместно присутствуют и в почвах, которые подкисляются в экспериментальных целях. Поэтому для изучения природы почвенной кислотности весьма перспективным является использование методов, создающих условия, исключающие гидролиз солей алюминия. Один из таких методов [1, 28] предусматривает использование серии буферных растворов на основе триэтаноламина (ТЭА). Преимущества данного метода заключаются в том, что в течение всего периода взаимодействия поддерживается постоянная величина рН, следовательно, одинаковые условия ионного обмена, идентичность перехода элементов в раствор.

Цель работы - изучение природы и показателей актуальной и потенциальной кислотности дерново-подзолистых почв разного гранулометрического состава, кислотно-основной буферно-сти почв, их изменения при известковании, а также выявление связи кислотности с содержанием фракций гумусовых кислот.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Природу почвенной кислотности и роль фракций гумуса в ее формировании изучали на двух объектах - почвах многолетних полевых опытов по известкованию, расположенных на территории Ленинградской и Новгородской обл.

Объект 1. Дерново-подзолистая глинистая глее-ватая почва, Новгородская государственная сельскохозяйственная опытная станция, п. Борки. Почва сформирована на бескарбонатных ленточных глинах в условиях выровненного рельефа Невской низменности. Многолетний опыт по известкованию заложен в 1968 г. под руководством Л.И. Егоровой. Площадь делянок - 100 м2, повторно сть опыта четырехкратная.

Объект 2. Дерново-подзолистая супесчаная почва, Ленинградский НИИСХ, пос. Белогорка. Многолетний полевой опыт по известкованию в 1999 г. включен в реестр Географической сети опытов с удобрениями, был заложен в 1957 г. М.Ф. Корниловым. С 1964 по 2008 гг. работы возглавлял А.Н. Небольсин, с 2008 г. - З.П. Небольсина. Площадь делянок - 198 м2, повторность опыта четырехкратная.

Севообороты в опытах семипольные: на супесчаной почве - зерно-травяной, на глинистой почве - льняной. Все культуры полевого севооборота выращивали с учетом агротехнических требований их возделывания в условиях Северо-Запада. Минеральные и органические удобрения в обоих

опытах вносили общим фоном. Разница в вариантах опыта заключалась в дозах внесенной извести, которые были эквивалентны гидролитической кислотности (Нг). Для изучения почвенной кислотности были выбраны варианты с внесением полной (по 1 Нг) и повышенных (по 2.5 Нг -для глинистой и 3 Нг - для супесчаной почв) доз извести.

Для характеристики почвенной кислотности определяли величины рНН2О и рНкс1 и гидролитическую кислотность традиционными методами: рНкс1 - используя 1 М раствор KCl при рН 5.8, гидролитическую - обрабатывая почву 1 М буферным раствором ацетата натрия рН 8.3. Определение общей рН-зависимой потенциальной кислотности с помощью растворов ТЭА проводили по методике, предложенной А.М. Александровой с сотр. [1]. Для этого была приготовлена серия буферных растворов на основе ТЭА с добавлением катиона кальция в виде СаС12 из расчета 0.1 н. Растворы имели 5 градаций рН: 3.0, 4.5, 5.0, 6.5, 9.0. Навески почвы взбалтывали с солевыми буферными растворами в течение 2 ч, почвенные суспензии фильтровали и в фильтрате определяли: величину рН - стеклянным электродом, кислотность почвенной вытяжки - как разность потенциометр ических титрований буферной почвенной вытяжки и исходного раствора, алюминий - фотоколориметрическим методом с алюминоном.

Общее содержание гумуса определяли методом Тюрина, фракционно-групповой состав гумуса -по методу Тюрина в модификации Пономаревой-Плотниковой. Активные (подвижные, лабильные) формы гумуса определяли в пирофосфатных вытяжках 0.1 М Na4P2O7 при рН 7.0 и 10.0, а также в водной вытяжке [19].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты эксперимента по изучению общей рН-зависимой потенциальной кислотности с помощью растворов ТЭА представлены в табл. 1. Рассмотрены закономерности выделения (поглощения) ионов Н+ исследованными почвами в вытяжках с ТЭА при определении почвенной потенциальной кислотности (табл. 1, рис. 1).

В щелочной среде вследствие буферности почв к основанию происходило подкисление растворов за счет дополнительных протонов, высвобождающихся при диссоциации слабых кислотных группировок в условиях увеличения рН среды. В более кислой области, ниже рН изоэлектриче-ской точки (рНиэт), отмечено явление подщелачи-

вания буферных солевых растворов при анионном обмене на гидроксильный и

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком