Практическая часть. 
Роль органического вещества в генезисе и плодородии почв

Определение гранулометрического состава полевым методом.

Полевой метод также называют мокрым методом. Образец растертой почвы увлажняют и перемешивают до тестообразного состояния, при котором почвы становятся наиболее пластичными. При определении гранулометрического состава карбонатных почв и пород применяют вместо поды 10%-ную HCl для разрушения водопрочных агрегатов.

Из подготовленной почвы на ладони скатывают шарик и раскатывают его в шнур толщиной 3 мм, затем свертывают в кольцо диаметром 2…3 см. В зависимости от гранулометрического состава почвы или породы показатели будут следующими (Таб.1):

Таблица 1 — Пластичность почвы в зависимости от гран. состава.

На практических занятиях мы определяли гранулометрических состав почвы таким методом. Изучаемая почва легко превращалась в шарик, в последствии образовывала шнур, который был весьма не прочен. По этим показателям можно сделать вывод, что изучаемая почва — легкий суглинок.

Определение углерода гумуса по методу И. В. Тюрина модернизации В. Н. Симакова.

Изучаемая почва — ЛОД Дерново-подзолистая Разрез 1 А12−30.

Органическое вещество неотъемлемая часть почвы. Без органического вещества почва не имела бы столь темный окрас и не давала бы пищу всем растениям и животным на планете. Органическое вещество является источником азота и зольных элементов питания для растений. Установлено, что около 50% потребности в азоте культурные растения получают за счет почвенного органического вещества, прежде всего легкоразлагаемого, остальные 50% - за счет минеральных удобрений. Органическое вещество выявляют с помощью лабораторных анализов, полевых опытов и практических занятий. На одном из таких практических занятий мы определили процентное содержание гумуса в почве.

Дерново-подзолистые почвы — подтип подзолистых почв. Содержат 3−7% гумуса, среди подзолистых почв наиболее плодородны. Распространены на юге лесной зоны Восточно-Европейской и Западно-Сибирской равнин. Дерново-подзолистые почвы характерны для зоны широколиственных лесов. 14].

Определение процентного содержание гумуса мы проводили по методу И. В. Тюрина в модификации В. Н. Симакова.

Данный метод основан на окислении углерода гумусовых веществ до СО2 0,4 н. раствором двухромовокислого калия (K2Cr2O7), приготовленного на серной кислоте, разведенной в воде в объемном отношении 1:1. Остаток хромовой смеси, не прошедший на окисление углерода, оттитровывают солью Мора. По количеству хромовой смеси, израсходованной на окисление органического углерода, судят о его количестве.

Реакция окисления протекает по следующим уравнениям:

• 2K2Cr2O7+8H2SO4=2K2SO4+2Cr (SO4)3+8H2O+3O2,
• 3C+3O2=3CO2.

Для почв, содержащих свыше 0,6% хлоридов, закисных соединений железа и марганца, метод непригоден, так как часть хромовой смеси расходуется на окисление этих соединений, что искажает результаты анализа. Метод неприменим также при содержании гумуса свыше 15%, так как при этом не достигается полноты окисления.

Содержание органического углерода вычисляют по формуле:

Где С — содержание органического углерода, % к массе сухой почвы; V1 — количество соли Мора, пошедшее на холостое титрование (мл); V2 — количество соли Мора, пошедшее на титрование остатка хромовокислого калия (мл); KM — поправка к титру соли Мори; 0,0003 — количество органического углерода, соответствующее 1 мл 0,1 г раствора соли Мора, г. При использовании 0,2 н. раствора соли Мора количество органического углерода, соответствующее 1 мл соли Мора, равно 0,6 г; KW — коэффициент пересчета на сухую почву; m — навеска воздушно-сухой почвы, г.

Вычисление процентного содержания гумуса из расчета, что в его составе содержится в среднем 58% органического углерода (1 г углерода соответствует 1,724 г гумуса).

Гумус (%)=С (%)?1,724.

В процессе практической работы нами было подсчитано, что:

Гумус (%)=1,62 1,724=2,79%.

Низкий запас гумуса в данной почве, по сравнению с черноземом типичным, характеризуется тем, что в гумусе этой почвы преобладают растворимые продукты гумификации (фульвокислоты и их соли — фульваты), которые вымываются осадками до грунтовых вод.

Таблица 2 — Обеспеченность гумусом по типу почв[15].

Из данных в таблице (Таб.2) можно сделать вывод, что процентное содержание гумуса посчитано правильно.

Определение суммы обменных оснований методом Каппена-Гильковица Определение производили по почве ЛОД Дерново-подзолистая Разрез 1 А12−30. Этот метод основан на вытеснении поглощенных оснований ионом водорода соляной кислоты. Количество обменных оснований определяют по разности между содержанием H+ до и после взаимодействия кислоты с почвой. Метод используют в основном для практических целей, поскольку результаты анализа почв с кислой реакцией среды получаются завышенными, а с нейтральной и слабокислой — заниженными, так как часть кислоты затрачивается на другие реакции.

Сумму обменных оснований находят по формуле:

Где S — сумма обменных оснований, мг-экв/100 ш почвы (ммоль (+)/100 г почвы (в СИ); V1 — количество фильтрата 0,1 н. HCl, взятого для титрования (мл); KHCl — поправка к титру HCl; V2 — количество 0,1 н. NaOH, пошедшей на титрование взятого объема фильтрата (мл); KNaOH — поправка в титру NaOH; 100 — коэффициент пересчета на 100 г почвы; m — навеска почвы, соответствующая взятому для титрования объему фильтрата (г); 0,1 — коэффициент пересчета в мг-экв; KW — коэффициент пересчета на сухую почву.

В процессе практической работы было посчитано, что сумма обменных оснований равна:

Определение гидролитической кислотности.

Метод основан на том, что при взаимодействии почвы, содержащей в ППК катионы H+ и Al3+, с раствором CH3COONa (pH 8,2) образуется уксусная кислота, которая оттитровывается щелочью. По количеству щелочи, ушедшей на титрование, судят о величине гидролитической кислотности.

Расчет гидролитической кислотности расчитывают по формуле:

Где Hr — гидролитическая кислотность, мг-экв/100 г почвы (ммоль (+)/100 г почвы в СИ); V — количество 0,1 н. NaOH, пошедшей на титрование (мл); KNaOH — поправка к титру; 100 — коэффициент пересчета на 100 г почвы; 0,1 — коэффициент пересчета в мг-экв; 1,75 — поправка на полноту вытеснения кислотных компонентов; m — навеска почвы, соответствующая взятому для титрования объему фильтрата (г); KW — коэффициент пересчета на сухую почву.

В конце практической работы, после вычислений мы получили гидролитическую кислотность равную:

Вычисление емкости катионного обмена (ЕКО).

Емкость катионного обмена (ЕКО) — общее количество катионов, удерживаемых почвой в обменном состоянии и способных к замещению на катионы раствора, взаимодействующего с почвой. Величина ЕКО выражается количеством вещества эквивалентов обменных катионов в мг-экв/100г почвы. Также на величину ЕКО влияет реакция среды.

В данной работе мы высчитывали ЕКО, суммируя показатели гидролитической кислотности и суммы обменных оснований:

Чем тяжелее гран состав почвы, чем больше она содержит органического вещества и минералов, тем выше ее ЕКО.

Степенью насыщенности почв основаниями называется отношение суммы обменных оснований к емкости поглощения. Она показывает, какую часть всех поглощенных катионов составляют поглощенные основания. Степень насыщенности почв основаниями (V) вычисляют по формуле:

Где S — сумма обоменных оснований, мг-экв/100 г; Hr — гидролитическая кислотность, мг-экв/100 г.

Степени насыщенности основаниями используется при определении нуждаемости почв в известковании. При V более 80% почвы не нуждаются в известковании; при V менее 50% - потребность высокая; в промежутке — средняя и слабая.

В процессе практической работы было подсчитано, что равна:

Также было подсчитана степень насыщенности основаниями:

Из этого следует вывод, что почва ЛОД Дерново-подзолистая Разрез 1 А 12−30 не нуждается в известковании.

Определение pH водной и солевой суспензии потенциометрическим способом Величина pH водной суспензии (вытяжки) характеризует актуальную кислотность, а солевой суспензии (вытяжки) — обменную кислотность.

Для определения pH почвы потенциометрическим методом используют стеклянный измерительный электрод и хлорсеребряный электрод сравнения. При измерении pH между мембраной электрода и раствором (суспензией) возникает разность потенциалов, которая зависит от активности ионов водорода в растворе. По разности потенциалов на стеклянном электроде и электроде сравнения определяют pH. Приборы откалиброваны в единицах pH и окислительно-восстановительного потенциала (Eh).

После измерения четырех пробирок по две с каждой из почв: ЛОД Дерново-подзолистая Разрез-3 А12−30 и ЛОД Дерново-подзолистая Разрез-5 А12−30 получились следующие результаты (Таб.3):

Таблица 3 — Результаты измерения pH на практическом занятии.

Плотность сложения почвы Плотность почвы — масса сухого вещества почвы в единице ее объема, ненарушенного естественного сложения (объем почвы включает поры). Показатели плотности используются для агрономической и генетической характеристики почв и для пересчета данных по содержанию каких-либо веществ в почве на запасы в определенном слое.

Плотность минеральных почв колеблется от 1,0 до 1,8 г/см3; торфяных — от 0,04 до 0,5 г/см3. Пробы для определения плотности почвы с ненарушенным сложением берут в поле в металлические цилиндры. В лабораторных условиях при проведении модельных и вегетационных опытов часто возникает потребность определения плотности из рассыпного образца с нарушенным сложением.

Формула для определения плотности почвы:

Где dV — плотность (г/см3); m — масса сухой почвы (г); V — объем цилиндра (см3).

Объем цилиндра (V, г/см3) находят по формуле:

Где — 3,14; r — радиус цилиндра (см); h — высота цилиндра (см).

Плотность почвы равна:

Далее был посчитан объем цилиндра:

Расчет проводился для почвы Чернозем обыкновенный Апах.

Плотность твердой фазы почвы Изучаемая почва — Чернозем обыкновенный Апах.

Плотность твёрдой фазы — средняя плотность частиц, из которых состоит почва — масса сухого вещества в единице объема твердой фазы почвы (другими словами — масса сухого вещества в единице объема при сплошном заполнении этого объема). Плотность твердой фазы почвы всегда выше плотности сложения. Плотность минеральных горизонтов почвы находится в пределах 2,60−2,75 г/см3; гумусовых горизонтов — 2,4−2,6 г/см3; торфяных горизонтов и горизонтов лесных подстилок — 1,4−1,8 г/см3. Показатели твердости твердой фазы используются для вычисления порозности почвы и при определении гранулометрического состава.

Определение плотности твердой фазы почвы пикнометрическим методом Сущность метода заключается в определении объема твердой фазы почвы путем вытеснения воды и пикнометра взятой навеской почвы.

Плотность твердой фазы почвы вычисляют по формуле:

Где d — плотность твердой фазы почвы (г/см3); m — навеска сухой почвы (г); m1 — масса пикнометра с водой (г); m2 — масса пикнометра с водой и почвой (г); V — объем твердой фазы почвы (см3).

Порозность почвы.

Изучаемая почва — Чернозем обыкновенный Апах.

Порозность почвы — это суммарный объем пор между твердыми частицами, занятый водой и воздухом. Различают общую порозность, капиллярную (внутриагрегатную) и некапиллярную (межагрегатную). Капиллярные поры при влажности, соответствующей ППВ, полностью заняты водой. Некапиллярные (крупные поры) обычно заняты воздухом (порозность аэрации). Общая порозность соответствует полной влагоемкости. Последняя всегда несколько меньше (на 2−7%), поскольку всегда остается защемленый в порах воздух.

Общую порозность (Pобщ, % от объема) можно вычислить по показателям плотности почвы (dv) плотности твердой фазы (d):

Где d — плотность твердой фазы почвы (г/см3); dV — плотность почвы (г/см3).