Формирование кислотно-основной буферности в эмбриоземах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Биолого-почвенный институт ДВО РАН, г. Владивосток, Россия

Формирование кислотно-основной буферности в эмбриоземах

Е.Н. Толстоконева

канд. биолог. наук

Кислотно-основная буферность почв является интегральным показателем. Она отражает качественное и количественное состояние гетерогенной почвенной системы и является одним из важнейших факторов устойчивости почв [10]. Для формирования высокобуферных почвенно-генетических химических систем, которые придают почвам способность противостоять колебаниям климата и растительности, нужны сотни лет. Такая буферность обусловлена высоким разнообразием химических соединений в почвах. Все это позволяет почвам оптимально обеспечивать устойчивое состояние биоценоза [5].

В качестве буферных систем могут выступать практически все почвенные компоненты, действие которых проявляется в присоединении и отдаче протонов. Высокие показатели буферности определяются комплексным действием органических, органоминеральных и минеральных буферных систем. Самой крупной буферной системой «кислота-щелочь» в зрелых почвах является коллоидная составляющая (почвенно-поглощающий комплекс): органическое вещество почв и глинистые минералы. Поведение коллоидов при реакциях протонирования-депротонирования зависят от реакции среды, и в зависимости от характера воздействия, почвенно-поглощающий комплекс выступает как кислота или основание. Уровень реакции среды при сдвиге кислотно-основного равновесия зависит от буферности почв. Факторами, влияющими на буферность почв, являются емкость катионного обмена, которая определяет величину отрицательных зарядов почвенных коллоидов и состав поглощенных катионов, которые в свою очередь, определяются почвообразующими породами, гранулометрическим составом и содержанием гумуса [4, 6, 8]. В почвах техногенных ландшафтов, в частности, в эмбриоземах, которые относятся к собственно почвам, элементарные почвообразовательные процессы формируются под влиянием естественных факторов почвообразования. Условия их протекания отличаются от почвообразовательных процессов в «нормально развитых почвах» [1, 2]. В эмбриоземах формирование почвенно-поглощающего комплекса происходит в основном за счет минеральных коллоидов, так как для образования собственно гумусового вещества и достаточного количества органических коллоидов требуется очень длительный период. Это сказывается на устойчивости эмбриоземов к разнообразным кислотным и щелочным воздействиям. Буферность, как интегральный показатель, отражает особенности, связанные с формированием почвенно-поглощающего комплекса эмбриоземов.

Целью работы - выявление основных закономерностей формирования кислотно-основной буферности в эмбриоземе инициальном. Были поставлены следующие задачи: определение параметров кислотно-основной буферности, выявление корреляционных связей между буферностью и физико-химическими показателями и оценка буферности эмбриозема инициального. В качестве объекта исследования был выбран эмбриозем инициальный, располагающейся в западной части рекультивированных северных отвалов Лучегорского угольного разреза.

Для определения буферности в основу щелочной обработки почвы был положен метод равновесного потенциометрического титрования в присутствии сильного электролита, необходимого для получения четких перегибов на кривых титрования [7]. Буферность оценивалась по изменению количества вещества на изменение рН (условно можно назвать интенсивностью буферности), соотношению активности ионов водорода до и после обработки почвы щелочью и точкам эквивалентности на кривых потенциометрического титрования. Интенсивность буферности рассчитывалась по формуле

в = ДC/ДрН,

где ДC - изменение количества вещества на изменение рН при добавлении возрастающих на 1 мэкв, доз щелочи. Между интенсивностью буферности и физико-химическими показателями почв выявлялись корреляционные связи [3]. Общая буферная способность почв, Кщел_12мэкв, (а_H1⁺/а_H2⁺) оценивалась по соотношению активности ионов водорода при дозе щелочи 12 мэкв [9].

Результаты титрования выражались в виде графиков зависимости

pH = f(Са(ОН)₂), ДC/ДрН = f(Са(ОН)₂) и а_H1⁺/а_H2⁺ = f(Са(ОН)₂),

показывающих изменение этих величин при добвлении возрастающих доз щелочи.

Графики зависимости dC/dрН = f(Са(ОН)₂) и а_H1⁺/а_H2⁺ = f(Са(ОН)₂) эмбриозема инициального

Исследование кислотно-основной буферности показало следующее. В гор. I эмбриозема инициального проявляется 3 максимума интенсивности буферности (в), первый (в = 5,3) отмечается при буферной емкости 1… 2 мэкв щелочи и рН 5,10…5,29, второй (в = 7,1…7,7) при рН 5,88…6,01 - имеет буферную емкость 5…6 мэкв и третий (в = 5,9) проявляется ближе к нейтральной области (рН 6,18…6,3) и имеет максимальную буферную емкость 11…12 мэкв. Точек эквивалентности на графике кислотно-основного титрования было 8, что свидетельствует о непрерывности процесса нейтрализации щелочи кислотными компонентами до рН 6,8 (рис.). Наиболее сильные кислотные компоненты нейтрализуются 1…5 мэкв щелочи, более слабые - 7…10 мэкв. Кщел._12мэкв гор. I по оценочной градации относится к средним значениям [9].

В гор. II интенсивность буферности очень низкая, ее максимумы выражены слабо, резко возрастает при буферной емкости 11…12 мэкв (в = 16,7…20,0), рН 7,78…7,83. Точек эквивалентности несколько меньше, чем в гор. I и нейтрализация щелочи осуществляется более слабыми кислотными компонентами. Кщел._12мэкв гор.II относится к низким значениям оценочной градации соотношения активности ионов водорода до и после обработки почвы щелочью.

В гор. III интенсивность буферности проявляет себя так же, как и в гор. II, при буферной емкости 9…12 мэкв щелочи и рН 9,0 возрастает до 6,7…8,3. Наблюдается всего пять точек эквивалентности с равным соотношением слабых и сильных кислотных группировок. Кщел._12мэкв как и в гор. II, относится к низким значениям.

В гор. IV четко выделяется один максимум интенсивности буферности (в = 7,1) с рН 6,64 и буферной емкости 8 мэкв щелочи. Количество точек эквивалентности возрастает до 6, но нейтрализация щелочи сильными кислотными группами наблюдается всего в двух точках. Кщел._12мэкв также относится к низкой градации.

По профилю эмбриозема инициального наблюдается положительная корреляция интенсивности буферности с содержанием гумуса, r = 0.8_Р=0,9, обменным водородом, r = 0.88_Р=0,95 и гидролитической кислотностью r = 0.98_Р=0,99 при буферной емкости 7… 8 мэкв щелочи и отрицательная корреляция, r = - 0.7_Р=0,9 с поглощенными основаниями при этой же буферной емкости. Положительная корреляция с обменным алюминием наблюдается при буферной емкости 1…3 и 5…8 мэкв щелочи, r = 0.85_Р=0,95 и отрицательная корреляция - 9…12 мэкв щелочи.

В эмбриоземе инициальном наблюдается проявление кислотно-основных буферных свойств почв - интенсивности буферности, максимумов буферности, но их значения - невысокие. В буферных реакциях принимают участие в основном слабые кислотные группировки. Общая буферная способность, Кщел._{12 мэкв} в верхнем горизонте средняя, вниз по профилю почвы - низкая.

Проведенный анализ буферных свойств эмбриозема инициального показал их значительное отличие от свойств зональных почв. Сила их проявления связана с основными физико-химическими свойствами исследуемой почвы, с содержанием гумуса, с гидролитической кислотностью, с обменными водородом и алюминием, с суммой поглощенных оснований. Наиболее высокие значения интенсивности буферности определяются слабыми кислотными группировками, активизирующимися в условиях более высокой реакции среды и буферными системами с участием алюминия. Это свидетельствует о преобладании в буферных реакциях эмбриозема инициального, особенно в нижележащих слоях, минеральных коллоидов. Формирование буферных свойств исследуемых почв связано с развитием почвенно-поглощающего комплекса, в составе которого преобладают минеральные коллоиды.

Библиографический список

буферность почва техногенный отвал

1. Андраханов, В.А. Специфика и генезис почвенного покрова техногенных ландшафтов [Текст] /В.А. Андраханов //Сибирский экологический журнал. 2005. № 5. С. 795-800.

2. Курачев, В.М., Андраханов В.А. Классификация почв техногенных ландшафтов [Текст] / В.М. Курачев, В.А. Андраханов //Сибирский экологический журнал. 2002. № 3. С. 255-261.

3. Дмитриев, Е.А. Математическая статистика в почвоведении [Текст] / Е.А. Дмитриев. - М.: Изд-во МГУ. 1972. 292 с.

4. Орлов, Д.С. Химия почв [Текст] / Д.С. Орлов. - М.: Изд-во МГУ, 1985. 376 с.

5. Орлов, Д.С. Химия и охрана почв. [Текст] / Д.С. Орлов. - М.: Изд-во МГУ. 1996.

6. Понизовский, А.А., Пампура, Т.В. Применение метода потенциометрического титрования для характеристики буферной способности почв [Текст] /А.А. Понизовский, Т.В. Пампура //Почвоведение. 1993. № 3. С. 106-114.

7. Ремезов, Н.П. Почвенные коллоиды и поглотительная способность почв [Текст]. /Н.П. Ремезов. - М.: Сельхозгиз. 1957. 224 с.

8. Соколова, И.С., Мотузова, Г.В., Малинина, М.С., Обуховская, Т.Д. Химические основы буферности почв [Текст] / И.С. Соколова [и др.]. - М.: Изд-во МГУ, 1991. 108 с.

9. Толстоконева, Е.Н. Буферность равнинных почв юга Дальнего Востока России [Текст] / Е.Н. Толстоконева. - Дальнаука, 2005. 112 с.

10. Фокин, А.Д. Устойчивость почв и наземных экосистем: подходы к систематизации понятий и оценке [Текст] /А.Д. Фокин // Изв. ТСХА. 1995. № 2. С. 71-85.

Размещено на Allbest.ru