СТРОКОВА ЗИНАИДА ПЕТРОВНА – КАНДИДАТ ХИМИЧЕСКИХ НАУК, ДОЦЕНТ. ПОЧВЕННЫЙ РАСТВОР. РОЛЬ АНИОННОГО И КАТИОННОГО СОСТАВА В ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ РАСТЕНИЙ.

СТРОКОВА ЗИНАИДА ПЕТРОВНА – КАНДИДАТ ХИМИЧЕСКИХ НАУК, ДОЦЕНТ.

ПОЧВЕННЫЙ РАСТВОР. РОЛЬ АНИОННОГО И КАТИОННОГО СОСТАВА В ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ РАСТЕНИЙ.

Экспериментальные исследования проводились

в научно-исследовательской лаборатории

ЗКГУ в 2003 - 2004 годах.

Значение органической части почвы

         Для гумусовой оболочки почвенного покрова, которая играет роль общепланетарного фиксатора, аккумулятора и распределителя энергии характерно значительное уменьшение.

        Причиной этому служит неправильное использование земельных угодий в области, техническая обработка почв, односторонний подход к развитию мелиорации.

       Огромная роль принадлежит гумусу в формировании профиля почвы во всех природных зонах, причем характер этого участия в значительной степени обусловлен составом гумусовых веществ. В тех почвах, где образуется много гуминовых кислот, которые обычно накапливаются на месте своего образования, формируется хорошо выраженный гумусовый горизонт, с высокой поглотительной способностью катионов.

        Следует указать, что в жизни почвы – в ее генезисе и развития плодородия – огромная роль принадлежит не только гумусовым веществам, но и промежуточным низкомолекулярным органическим соединениям. Органические остатки содержат значительное количество элементов питания (азот, фосфор, серу, калий, магний, микроэлементы), освобождающиеся при минерализации и используемых растениями и микроорганизмами. Органические остатки также являются источником углекислого газа для растений.

         В темно – каштановых почвах содержание гумуса не одинаково. Лугово-каштановые почвы характеризуются повышенной мощностью гумусового горизонта и более высоким содержанием питательных элементов, чем каштановые почвы.

Почвенный раствор. Водная вытяжка, как один из методов выделения почвенного раствора

      Дождевая вода, поступающая в почву, содержит некоторое количество растворенных веществ: газов атмосферного воздуха, а также соединений, находящихся в виде пыли (соли и т.д.). В почве она активно взаимодействует с твердой фазой, переводя в раствор отдельные ее компоненты.

       Следовательно, вода в почве представляет собой почвенный раствор.

       Почвенный раствор постоянно находится в тесном взаимодействии с твердой и газовой фазами почвы и корнями растений, и поэтому состав и концентрация его являются результатом биологических, физико-химических и физических процессов, лежащих в основе этого взаимодействия.

       В почвенном растворе содержатся минеральные, органические и органо-минеральные вещества, представленные в виде ионов. Из минеральных соединений в составе почвенного раствора могут быть анионы: HCO3 -, CO3-, SO42- , C1- и др., и катионы: Ca2+, Na+, Mg2+, K+ и др.

         В сильно кислых почвах могут быть также Al3+, Fe3+.

         Содержание отдельных компонентов почвенного раствора существенно изменяется по генетическим горизонтам одного и того же типа почв.

             В черноземах, каштановых почвах, сероземах и солонцах в составе почвенных растворов нижних горизонтов заметно возрастает содержание минеральных соединений – карбонатов, гипса и легкорастворимых солей.

         Состав и концентрация почвенного раствора является результатом целого ряда процессов, которые протекают в почве в тесной зависимости от ее температуры, влажности и аэрации.

Изучение почвенного раствора осуществляется различными способами.

        В данной работе нами использован метод водных вытяжек. Методика получения водной вытяжки представлена в 2.2. Сущность метода состоит в том, что почва обрабатывается водой в соотношении 1:5 и после взбалтывания в течение 3 минут отстаивается (5 минут), затем проводится фильтрование, а фильтрат анализируется.

         Водная вытяжка резко отличается от почвенного раствора, как по концентрации отдельных компонентов, так и по общему количеству извлекаемых из почвы веществ. Вода, взаимодействуя с почвой, оказывает на нее разнообразное влияние. Основными видами действия воды на почвенные соединения при получении водной вытяжке относятся: растворение и гидролиз.

        Растворяющее действие воды касается, прежде всего, простых солей почвы. Они делятся на легкорастворимые (нитраты, нитриты, хлориды и сульфаты натрия и магния, карбонат натрия), среднерастворимые (гипс) и трудно растворимые (карбонаты кальция и магния, фосфаты кальция, железа и алюминия).

        Уже при небольшом количестве воды легкорастворимые соли переходят в водную вытяжку. Среднерастворимые переходят в раствор при большом количестве воды и времени воздействия. Трудно растворимые соли переходят в водную вытяжку в небольших количествах.

1.1. Роль анионного и катионного состава почвенного раствора в жизнедеятельности растений

Почвенный раствор играет большую роль в почвообразовательных процессах. В почвенном растворе или с его участием происходят процессы разрушения и синтеза органических веществ, минералов, образование органоминеральных соединений. Почвенный раствор является непосредственным источником воды и питательных веществ, что и определяет важнейшую роль жидкой фазы в питании растений.

Кальций и магний – необходимые элементы питания растений. Им принадлежит, важнейшая физиологическая роль. Магний входит в состав хлорофилла. Кальций имеет большое значение в создание благоприятных для растений физических, физико-химических и биологических свойств почвы.

     В почве кальций и магний находится в кристаллической решетке минералов, в обменнопоглощенном состоянии и в форме простых солей (хлоридов, нитратов, карбонатов, сульфатов и фосфатов). Кальций среди поглощенных катионов занимает в большинстве почв первое место, магний – второе. Ионы кальция и магния преобладают в почвенном растворе

Растения обычно не испытывают недостатка в кальции и магния, однако многие почвы нуждаются в известковании или гипсовании в целях улучшения их свойств.

Недостаток кальция для питания растений чаще всего характерно для солонцеватых почв, где поступление этого элемента в растение сильно задерживается присутствием значительного количества поглощенного натрия.

Магний необходим для многих ферментов гликолиза и цикла Кребса. Недостаток магния приводит к уменьшению содержания фосфора в растениях, даже если фосфаты в достаточных количествах имеется в питательном субстрате.

Калий – осуществляет важные физиологические функции в организмах. Потребляется растениями в больших количествах.

Калий - это «элемент молодости», т.к. хорошо притягивает воду. Он омолаживает клетки растений, и способствует росту растений.

Калий содержится в почве как в малодоступной для растений форме, а также в поглощенном состоянии и в форме простых солей. В этой форме он легко доступен для растений.

Натрий – участвует в процессе фотосинтеза и фотодиссоциации воды. Натрий нарушает почвенную структуру снижая плодородие почв.

Солонцовые почвы характеризуются большим содержанием натриевых солей. Почвенные частицы, насыщенные натрием, теряют агрегатное состояние вследствие высокой гидратации иона натрия. При высоком содержании ионов натрия, резко возрастает растворимость органических и минеральных соединений почвы и подщелачивается почвенный раствор.

Гидрокарбонаты – поступают в почву при декарбонизации химическим путем. Количество их сильно варьирует в зависимости от интенсивности процессов окисления органического вещества и образования углекислоты.

В  почвах карбонатных или известкованных концентрация гидрокарбонатов постоянно сохраняется на большой высоте благодаря растворению карбонатов.

CaCO3 + H2CO3 = Ca(HCO3)2

Сульфаты и хлориды – поступают в почву биологическим и химическим путями. Сульфат ионы появляются в почвенном растворе благодаря растворению гипса почвы.

Хлориды – являются токсичными элементами почвы, которые поступают в нее только химическим путем.

Материалы и методы исследования.

Материал исследования

Материалом исследования служили образцы почв зоны Карачаганака: каштановые, лугово-каштановые, карбонатно-солонцеватые почвы с различными растительными ассоциациями.

Получение водной вытяжки

Сущность метода состоит в том, что почва обрабатывается водой в соотношении 1: 5 и после взбалтывания в течение 3 минут отстаивается 5 минут, затем проводится фильтрование полученной суспензии через складчатый фильтр. В полученной вытяжке анализируется катионный и анионный состав почвенного раствора.

Методы исследования катионного и анионного состава водной вытяжки почв. Определение кальция и магния

Определение ионов натрия и калия проводилось методом эмиссионной фотометрии пламени. По калибровочному графику определяли содержание натрия и калия в анализируемой пробе вытяжки.

Массовая доля натрия в анализируемой почве (Х) в процентах вычисляется по формуле:

Х= С*0,023

С – количество эквивалентов натрия в почве, ммоль в 100 граммах почвы.

0,023 – коэффициент пересчета на натрий в процентах.

Массовая доля калия в анализируемой почве (Х1) в процентах вычисляется по формуле:

Х1 = С1*0,0391

С1 – количество ммоль -эквивалентов калия в 100 г почвы;

0,0391 – коэффициент пересчета калия в процентах.

         Содержание ионов кальция и магния проводилось методом комплексонометрического титрования. Сущность метода заключается в последовательном титровании в одной пробе ионов кальция при pH 12,5 – 13 и ионов магния при pH 10 0,01 н раствором трилона Б с использованием в качестве индикатора хрома кислотного темно-синего.

Выполнение анализа

     10 см3 вытяжки отбирается в химический стакан или в коническую колбу. В пробу вводится 50 см3 дистиллированной воды. 0,5 см3 раствора гидроксиламина ( 5%), 2 см3 раствора гидроксида натрия концентрации 2 моль/ дм3, несколько кристаллов диэтилдитиокарбомата натрия и 5 капель раствора хрома кислотного темно-синего ( 0,5%), затем титруется кальций раствором трилона Б до перехода окраски индикатора от розовой к сиреневой. Отмечается объем трилона Б по бюретке Оттитрованный раствор нейтрализуется соляной кислотой концентрации 2моль/л до перехода окраски в исходную (розовую) так, чтобы избыток кислоты не превышал 1-2 капли. В полученный раствор вводится 5 см3 хлоридно-аммиачного буферного раствора и в нем титруется магний раствором трилона Б до перехода окраски от розовой к синей. Аналогично титруется холостая проба.

Количество миллиграмм- эквивалентов кальция или магния в 100 г, анализируемой почвы вычисляется по формуле:

Х = (V-V1)*C*500

V2

V – объем раствора трилона Б, израсходованный на титрование ионов кальция и магния, см3

V1 - объем раствора трилона Б, израсходованный на титрование ионов кальция и магния, в холостой пробе, см3.

С – концентрация раствора трилона Б с (1/2 Na2 ЭДТА) моль/ см3.

500 - коэффициент пересчета на 100 грамм почвы.

V2 – объем пробы анализируемой вытяжки, см3.

Массовую долю иона кальция в почве (Х1) в процентах вычисляется по формуле:

Х1 = С*0,020

С* – количество мг- экв. ионов кальция в 100г анализируемой почвы;

0,02 – коэффициент пересчета содержания кальция в процентах.

Массовую долю ионов магния в почве ( Х1 ) вычисляется по формуле:

Х1 = С*О,012

где, С* - количество мг-экв. ионов магния в 100 г анализируемой почвы;

0,012 – коэффициент пересчета содержания магния в процентах.

Определение рН, карбонат- и бикарбонат-ионов потенциометрическим методом