Кислотность и щелочность почв и их роль в почвенном плодородии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кислотность и щелочность почв и их роль в почвенном плодородии



Вы будете изучать

· Сущность кислотности, ее происхождение и формы.

· Меры борьбы с кислотностью почв.

· Щелочность почвы и ее формы.

· Мероприятия по устранению щелочности почв.

· Реакцию среды основных типов почв.

Цели модуля

· Дать общую характеристику реакции среды почвы.

· Раскрыть сущность кислотности, ее происхождение и формы.

· Раскрыть сущность щелочности, ее происхождение и формы.

· Сравнить реакцию среды основных типов почв.

· Выявить причины негативного влияния реакции среды на растения.

· Изучить меры борьбы с излишней кислотностью и щелочностью.

После изучения модуля вы сможете

кислотность щелочность почва мелиорант

· Знать происхождение, формы и градацию кислотности и щелочности.

· Оценить степень кислотности и щелочности почв и рассчитать дозы мелиорантов по устранению этих процессов.

· Применять приемы по предотвращению усиления кислотности и щелочности.

· Установить степень солонцеватости почв.



Литература

1. Задачи, упражнения и тестовые задания по почвоведению и основам геологии: учебн. пособие для студентов высших учебных заведений, орбучающихся по направлениям «Агрохимия и агропочвоведение» и «Агрономия»/ П.Н. Гришин, В.В. Кравченко, В.И. Губов [и др.]. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2011. 228 с.

2. Мамонтов В.Г., Панов Н.П., Кауричев И.С., Игнатьев Н.Н. Общее почвоведение. М.: КолосС, 2006. 456 с.

3. Орлов Д.С., Садовникова Л.К., Суханова Н.И. Химия почв. М.: Высшая школа, 2005. 558 с.

4. Хабаров А.В., Яскин А.А., Хабаров В.А. Почвоведение. М.: КолосС, 2007. 310 с.

1. Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Почвоведение: Учебник для вузов. М.: ИКЦ «МарТ», Ростов н/Д: Издательский центр «МарТ», 2004. 496 с.

2. Васильков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.М. Почвоведение. Учебник для ВУЗов. М.: Ростов н/Д, 2006. 495 с.

3. Возбуцкая А.Е. Химия почв. М.: Высшая школа, 1968. 427 с.

4. Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А., Байбеков Р.Ф. Практикум по почвоведению. М.: Агроконсалт, 2002. 280 с.

5. Жукова Н.Н., Суслова Т.А. Физико-химические процессы в почвах: Учебное пособие. Сарат. гос. агр. ун-т им.Вавилова, Саратов, 2003. 54 с.

6. Муха Д.В. Агропочвоведение. М.: Колос, 1994. 528 с.

7. Почва и почвообразование / под ред. В.А. Ковды, Б.Г. Розанова. 1-2 часть. М.: Высшая школа, 1989. 400 с.

8. Почвоведение / под ред. Кауричева И.С. М.: Агропромиздат, 1989. 719 с.

9. Савич В.И., Амергужин Х.А., Карманов И.И., Булгаков Д.С., Федорин Ю.В., Карманова Л.А. Оценка почв. Астана, 2003. 544 с.

10. Синицына Н.Е., Гришин П.Н., Варюхин А.М., Кравченко В.В., Павлова Т.И. Почвенный покров Саратовской области и его агроэкологическая характеристика. Саратов: ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2011. 124 с.

11. Синицына Н.Е., Пронько В.В., Медведев И.Ф., Палагина Т.Я., Павлова Т.И. Физико-химические свойства почв: Метод. указания к лабораторным занятиям. ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». Саратов, 2006. 54 с.



Введение

Реакцию среды относят к числу важнейших свойств почвы. Она обусловлена наличием в почвенном растворе водородных (Н⁺) и гидроксильных (ОН ^-) ионов и их соотношений.

Реакцию почвы характеризуют величиной рН, представляющей собой отрицательный логарифм активности ионов водорода: рH = -lga_H⁺.

На реакцию среды почвы влияет общая направленность почвообразовательного процесса, химический и минералогический составы почвы, содержание и состав органического вещества, состав обменных катионов, наличие или отсутствие солей, жизнедеятельность живых организмов, состав почвенного воздуха и влажность почвы.

В свою очередь от реакции среды зависят свойства почвы и характер процессов, протекающих в ней. С реакцией среды связаны растворимость многих соединений и доступность элементов питания растениям, жизнедеятельность микроорганизмов, образование гумусовых кислот, распад и синтез минералов. От реакции во многом зависит подвижность минеральных и органических веществ почвы, что создает предпосылки для вовлечения их в миграционные потоки.



Кислотность почвы, ее сущность, происхождение и виды

? Что такое кислотность почвы?

Кислотность почв - это способность почвы подкислять почвенный раствор вследствие наличия в составе почвы кислот, а также обменных ионов водорода и катионов, образующих при их вытеснении гидролитически кислыми солями (преимущественно алюминий).

Различают актуальную и потенциальную кислотность.

? В чем сущность актуальной кислотности ?

! Актуальная кислотность почв - это кислотность почвенного раствора, обусловленная повышенной концентрацией в нем ионов водорода, наличием свободных кислот (угольная кислота) и водорастворимых органических кислот, гидролитически кислых солей и степенью их диссоциации. В почве постоянно образуется СО₂, при растворении которого в почвенной влаге, образуется угольная кислота, диссоциирующая на Н⁺ и НСО₃^-. При этом повышается концентрация ионов водорода в растворе и он подкисляется.

Актуальная кислотность определяется измерением рН водной суспензии или водной вытяжки из почвы. Она оказывает непосредственное влияние на развитие растений и почвенных микроорганизмов.

Если рН_водн = 4-5 - резкокислая - (градации по Валькову В.Ф.);

5,1 - 6,0 - сильнокислая;

6,1 - 6,5 - слабокислая;

6,6 - 7,5 - нейтральная и близкая к ней.

? В чем сущность потенциальной кислотности ?

Потенциальная (скрытая) кислотность - кислотность твердой фазы почвы, т. е. ионы водорода и алюминия находятся в ППК.

В гумусовых горизонтах потенциальная кислотность обусловлена водородом, в горизонте В (иллювиальном) - алюминием. Источником водорода являются органические кислоты, которые образуются при разложении органических остатков и угольная кислота. Источником алюминия является кристаллическая решетка глинистых минералов.

? Какие две формы потенциальной кислотности существуют ?

В зависимости от характера вытеснения из ППК различают две формы потенциальной кислотности - это обменная и гидролитическая.

! Обменная кислотность - это кислотность, обусловленная обменно-поглощенными ионами водорода и алюминия, которые извлекают из почвы при обработке ее раствором нейтральной соли КCl.

Обменная кислотность ярко выражена в подзолистых, дерново-подзолистых почвах, красноземах, а также проявляется в серых лесных почвах, выщелоченных и оподзоленных черноземах, имеющих кислую реакцию среды. В почвах со слабокислой, нейтральной и щелочной реакцией среды обменная кислотность не проявляется.

При действии нейтральной соли обменная кислотность переходит в актуальную, вредную для растений и микроорганизмов.

Обменную кислотность выражают величиной рН солевой вытяжки (рН_сол) или в мг-экв/100 г почвы. В величину обменной кислотности входит и актуальная кислотность, следовательно, обменная кислотность почвы всегда больше, чем актуальная, а рН солевой вытяжки ниже, чем рН водной вытяжки.

Если рН_сол - менее 4,0 - очень сильно кислые почвы;

4,1 - 4,5 - сильнокислые;

4,6 - 5,0 - среднекислые;

5,1 - 5,5 - слабокислые;

5,6 - 7,4 - нейтральные.

При обработке почвы нейтральной солью не все ионы водорода и алюминия переходят в почвенный раствор. Часть их прочно закрепляется почвенными коллоидами.

! Гидролитическая кислотность это кислотность, обусловленная обменно-поглощенными ионами водорода и алюминия, которые извлекают из почвы при обработке ее раствором щелочной соли - уксуснокислым натрием. Эта кислотность характеризует общую кислотность всей почвы (и почвенного раствора и ППК), выражается в мг-экв/100 г почвы и свойственна даже черноземам.

? В чем проявляется отрицательное воздействие излишней кислотности почв на растения?

Кислотность усиливает связь фосфора с полуторными окислами и снижает его доступность растениям; приводит к закупорке сосудов корневой системы, что снижает поступление элементов питания; приводит к разрушению структуры почвы, что вызывает ухудшение ее водно-физических свойств, угнетение растений и жизнедеятельности микроорганизмов.

Негативное влияние кислотности на растения проявляется через недостаток кальция и повышенную концентрацию токсичных для растений ионов алюминия, марганца и водорода. В кислых почвах повышается растворимость железа, марганца, алюминия, бора, меди, цинка. При избытке этих элементов продуктивность растений снижается. Высокая кислотность понижает доступность молибдена. Кислая среда угнетающе действует на процессы аммонификации, нитрификации, фиксации азота из воздуха, ухудшая азотный режим почвы. Оптимальные условия для развития микрофлоры, определяющей эти процессы лежат в пределах рН 6,5 - 8,0.

Чувствительность растений к повышенному содержанию подвижных алюминия и марганца различна. Повышенное количество подвижного алюминия в почве приводит к нарушению у растений обмена веществ, формирования генеративных органов и оплодотворения; тормозит развитие корневых систем. Особую проблему представляет наличие его в подпахотном горизонте почвы, где повышенную кислотность нельзя устранить известкованием.

?Какова чувствительность растений к содержанию алюминия в почве?

По чувствительности к повышенному содержанию подвижного алюминия Авдонин Н.С. выделяет 4 группы растений:

1) высокоустойчивые - тимофеевка луговая, овес;

2) среднеустойчивые - люпин, кукуруза, просо;

3) повышенно чувствительные - горох, репа, фасоль, гречиха, ячмень, пшеница яровая, лен, турнепс;

4) высокочувствительные - клевер луговой, свекла столовая и сахарная, люцерна, озимая пшеница.

Установлены критические пределы содержания алюминия в почве для ряда культур (табл. 1).

Таблица 1

Критические пределы содержания алюминия в почве для с/х культур

Культура	Количество алюминия в мг-экв/100 г почвы, снижающее урожай на:
	25-50 %	50-100 %
Овес	11-14	15-18
Кукуруза	7-8	8-10
Ячмень	7-8	8-10
Пшеница яровая	8-10	10-12
Лен-долгунец	8-10	10-12

В кислых и переувлажненных почвах растения могут страдать от повышенного содержания подвижного марганца, негативно влияющего на углеводный, фосфатный и белковый обмен, развитие генеративных органов. Но растения могут выдержать более высокие концентрации растворимого марганца, чем алюминия.



Меры борьбы с кислотностью почв

? Что такое известкование почв?

! Известкование - это внесение в почву кальция и магния в виде карбонатов, окиси или гидроокиси для нейтрализации кислотности почв.

Это прием химической мелиорации, направленный не только на нейтрализацию, но и на улучшение агрофизических, агрохимических и биологических свойств почвы, обеспечение растений кальцием и магнием, что оказывает влияние на мобилизацию и иммобилизацию (перевод элементов питания из недоступных форм в доступные) макро- и микроэлементов в почве, на создание оптимальных условий для жизни культурных растений.

? По каким величинам устанавливаются дозы известкования ?

Дозы извести устанавливают по обменной (рН_сол), гидролитической кислотности (Н_г) и по степени насыщенности почв основаниями (V):

1. Установление доз извести по рН_сол:

Если рН_сол = менее 4,5 - почвы сильно нуждаются в известковании;

4,6 - 5,0 - средне нуждаются;

5,1 - 5,5 - слабо нуждаются;

более 5,5 - не требуется известкования.

2. Установление доз извести по гидролитической кислоте (Н_г):

Д = = 1,5Н_г,

ДCaCO₃ = 1,5Н_г, (т/га),

где Д - доза; d - плотность, h - мощность слоя, 50 - молярная масса СаСО₃ в г/моль.

При использовании Са(ОН)₂ дозу извести умножают на коэффициент 1,11, а СаО - умножают на 0,84.

3. Установление доз извести по степени насыщенности почв основаниями:

Если V менее 50 % - почвы сильно нуждаются в известковании;

50 - 70 % - средне нуждаются;

70 - 80 - слабо нуждаются;

более 80 % не нуждаются.

Сроки известкования определяются в зависимости от культуры: в апреле - под культуры ярового сева; в июне-августе - под озимые.

Главная задача при этом - равномерно распределить известь по полю. Через 2-3 года рН приближается к нейтральной:

ППК 2Н⁺ + СаСО₃ > ППК Са²⁺ + Н₂СО₃ ; Н₂СО₃ > Н₂ О + СО₂^.

? Какие удобрения применяются нейтрализации кислых почв?

К известковым удобрениям относятся:

а) мергель; б) мел; в) доломит; г) жженная известь СаО; д) гашенная известь Са(ОН)₂; е) известковые туфы; ж) отходы свеклосахарной промышленности - дефекат.

Для нейтрализации кислых почв используют физиологически щелочные удобрения: натриевая селитра, мочевина, аммиачная селитра, термофосфат, фосфатшлак, фосфоритная мука и другие.

Щелочность почв и меры борьбы с ней

? Что такое щелочность почвы?

Щелочность почвы - способность почв подщелачивать почвенный раствор. Различают актуальную и потенциальную щелочность.

! Актуальная щелочность обусловлена содержанием в почвенном растворе гидролитически щелочных солей: карбонатов и гидрокарбонатов щелочных и щелочноземельных металлов.

Актуальная щелочность может быть общей, включающей в себя щелочность от нормальных карбонатов и гидрокарбонатов.

Актуальная щелочность выражается рН_водн:

Если рН_водн 7,2 - 7,5 - слабощелочная;

7,6 - 8,5 - щелочная;

более 8,6 - сильнощелочная.

! Потенциальная щелочность обусловлена содержанием катионов натрия в ППК. По количеству катионов натрия в ППК различают почвы по степени солонцеватости:

Если содержание натрия в ППК менее 3 % - почвы несолонцеватые;

3-10 % - слабосолонцеватые;

10-15 % - среднесолонцеватые;

15-20 % - сильносолонцеватые;

более 20 % - солонцы.

Почвы с щелочной реакцией среды формируются в регионах с дефицитом атмосферных осадков, где ограничен вынос из почв и почвообразующих пород продуктов выветривания и почвообразования.

? В чем выражается отрицательное действие излишней щелочности почв на растения?

Высокая щелочность почв неблагоприятна для большинства растений и сельскохозяйственных культур. В условиях щелочной среды в растениях нарушается обмен веществ, снижается растворимость и доступность фосфатов, соединений железа, меди, марганца, бора и цинка. При щелочной реакции в почвенном растворе появляются токсичные для растений вещества, в частности сода и алюминаты натрия. В случае резкого повышения рН корневые волоски растений испытывают щелочной ожог, что негативно отражается на их дальнейшем развитии и может привести к отмиранию. Сильнощелочные почвы характеризуются ярко выраженными отрицательными агрофизическими свойствами, что связано с пептизацией почвенных коллоидов и растворением гумусовых веществ. Такие почвы обесструктуриваются, приобретают высокую липкость, связность во влажном состоянии; отличаются плохой фильтрацией, водопроницаемостью и неудовлетворительным водно-воздушным режимом. Сильнощелочные почвы малоплодородны. Но щелочность почвы менее вредна, чем кислотность.

? Что такое гипсование почв?

! Гипсование - это внесение в почву гипса для улучшения ее физико-химических, физических и биологических свойств. Гипс вносится в почву, если содержание натрия в ППК более 10 %. Гипсование эффективно в зонах со средним количеством осадков не менее 350 мм в год или при орошении (при наименьшей влагоемкости 70-80 %), т. к. образованная соль Nа₂SO₄ должна быть вымыта из корнеобитаемого слоя.

ППК 2Nа⁺ + CaSO₄ > ППК Са²⁺ + Nа₂SO₄

Для улучшения свойств солонцеватых почв в качестве мелиоранта чаще всего используется гипс CaSO₄^.2Н₂О. Доза гипса (т/га) рассчитывается по формуле:

ДCaSO₄ = 0,086 (Nа - 0,1 Е)^. h^. d^. 100

где 0,086 - значение 1 мг-экв. гипса; Nа - содержание обменного натрия, мг-экв/100 г почвы; 0,1 - содержание обменного натрия, не оказывающее отрицательного влияния на свойства почвы, % от емкости обмена (Е); Е - емкость обмена, мг-экв/100 г почвы; h - мощность пахотного слоя, см; d - плотность почвы, г/см³; 100 - коэффициент пересчета в %.

Важное условие эффективной химической мелиорации щелочных почв является удаление продуктов нейтрализации и обменных реакций, чаще всего, сернокислого натрия (Nа₂SO₄).

В качестве гипсующих веществ применяют гипс и фосфогипс.

? Какие еще мероприятия проводятся для нейтрализации щелочности?

Применение кислых минеральных удобрений: хлористый аммоний, сульфат аммония, суперфосфаты, аммиачная селитра; внесение навоза, лигнина.

В качестве средств кислования можно применять отходы промышленности, содержащие сильные кислоты или серу; последняя с помощью бактерий окисляется до серной кислоты. Но экономически это не эффективно.

Реакция среды основных типов почв

?Какие значения рН характерны для различных типов почв?

В природных условиях реакция почвенного раствора колеблется от рН 3-3,5 (в сфагновых торфах) до рН 9-10 (в солонцовых почвах) и рН 11-12 (в содовых солончаках). Но чаще всего она не выходит за пределы значений рН 4-8.

Щелочную реакцию раствора имеют почвы сухих степей, полупустынь и пустынь - это южные черноземы и каштановые (рН 7,2- 8,5), сероземы (рН 8,5), солонцы (рН более 8,5).

Близкая к нейтральной (рН 6,5-7,0) реакция раствора у выщелоченных, обыкновенных и типичных черноземов.

Оподзоленные черноземы, темно-серые лесные почвы имеют слабокислую реакцию среды (рН 6,0-6,5); дерново-подзолистые, подзолистые и болотные почвы имеют кислую и сильнокислую реакцию среды (рН 4-5).

Различные растения неодинаково относятся к реакции почв. Одни из них могут расти в очень широких пределах рН, а другие очень чувствительны к изменению среды.



Таблица 2

Оптимальные значения рН почвы для основных сельскохозяйственных культур

Культура	рН	Культура	рН
Овес	5,0-7,7	Картофель	5,0-5,5
Рожь озимая	5,5-7,5	Сахарная свекла	7,0-7,5
Пшеница яровая	6,0-7,5	Люцерна	7,0-8,0
Пшеница озимая	6,3-7,6	Клевер	6,0-7,0
Ячмень	6,8-7,5	Донник	6,5 и более
Кукуруза	6,0-7,0	Люпин	4,5-6,0
Просо	5,5-7,5	Тимофеевка	5,6 и более
Гречиха	4,7-7,5	Капуста	6,7-7,4
Горох	6,0-7,0	Свекла столовая	6,8-7,5
Соя	6,5-7,1	Томат	6,3-6,7
Горчица	около 7	Редис, репа	5,5 и более
Лен	5,9-6,5	Морковь	5,5-7,0
Подсолнечник	6,0-6,8	Огурец	6,0-7,9
Конопля	7,1-7,4	Салат	6,0-7,0

Большинство растений не могут развиваться при рН менее 3 и рН более 9.

Кислые почвы занимают в нашей стране значительные площади и широко используются после окультуривания для выращивания зерновых, кормовых, овощных и технических культур.

Контрольные вопросы и задания

1. Какая величина характеризует реакцию среды?

2. Какие компоненты почвенного раствора и ППК формируют почвенную кислотность?

3. Какие виды почвенной кислотности вы знаете?

4. Какова природа актуальной кислотности почв?

5. В чем заключается сущность потенциальной кислотности почв?

6. Как определяют обменную и гидролитическую кислотность почв?

7. Как влияет излишняя кислотность на развитие растений и жизнедеятельность микроорганизмов?

8. Какие мероприятия применяют для устранения излишней кислотности?

9. Какие виды щелочности почв вы знаете?

10. Как определить степень солонцеватости почв?

11. Как влияет излишняя щелочность на развитие растений и жизнедеятельность микроорганизмов?

12. Какие мероприятия применяют для устранения излишней щелочности?

13. Какова реакция среды различных типов почв?

Размещено на Allbest.ru

...