Поглотительная способность почв почвенный поглощающий комплекс

Министерство образования  и науки РФ
Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ
(ГОУ ВПО ИГУ)
РЕФЕРАТ
ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ  СПОСОБНОСТЬ ПОЧВ ПОЧВЕННЫЙ ПОГЛОЩАЮЩИЙ КОМПЛЕКС
	Руководитель
	Мартынова Наталья Александровна
	Студентка 2 курса заочного отделения
	Географического факультета
	Специальность «Природопользование».
	№06241-зс
	Лопаткина Ольга Александровна
Иркутск  2011

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ	3
1.  ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОЧВЫ	3
1.1. КАЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ВИДОВ ПОГЛОТИТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ ПОЧВЫ	7
1.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СУММЫ ПОГЛОЩЕННЫХ ОСНОВАНИЙ ПО МЕТОДУ КАППЕНА-ГИЛЬКОВИЦА	9
2. ПОЧВЕННЫЙ ПОГЛОЩАЮЩИЙ КОМПЛЕКС (ППК)	11
2.1. ПОЧВЕННЫЕ КОЛЛОИДЫ	11
2.2. СТРОЕНИЕ И ЗАРЯД ПОЧВЕННЫХ КОЛЛОИДОВ	13
2.3. СОРБЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ПОЧВАХ	17
2.4. СОРБЦИЯ АНИОНОВ ПОЧВАМИ	22
2.5. ФИЗИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВЕННЫХ КОЛЛОИДОВ	24
3. ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ПОГЛОТИТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ	28
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ	29

 

 

1. ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОЧВЫ

 

Поглотительной  способностью почвы называется ее свойство обменно либо необменно поглощать  различные твердые, жидкие и газообразные вещества или увеличивать их концентрацию у поверхности содержащихся в почве коллоидных частиц.

Учение о поглотительной способности почв разработано в  трудах К. К. Гедройца, Г. Вигнера, С. Маттсона, Е. Н. Гапона, Б. П. Никольского, Н. П. Ремезова, И. Н. Антипова-Каратаева, Н. И. Горбунова. Наиболее полно характеристика поглотительной способности почв изложена в работах К. К. Гедройца, который

выделил пять ее видов.

 

Цель: Изучить виды и факторы формирования поглотительной способности почвы, получить представление о почвенном поглощающем комплексе, освоить методику количественного определения суммы поглощенных оснований почвы.

Поглотительной  способностью почвы называют способность почвы поглощать из водной или воздушной среды вещества в ионном, молекулярном, коллоидном виде или в виде суспензий, а также живые микроорганизмы. Эта способность почвы обусловлена протекающими в ней разнообразными процессами сорбционной и несорбционной природы. Совокупность минеральных, органических и органо-минеральных частиц твердой фазы почвы, обладающих поглотительной способностью, носит название почвенного поглощающего комплекса (ППК). Основную часть ППК составляют почвенные коллоиды. По К.К. Гедройцу, выделяют 5 видов поглотительной способности почвы: механическую, физическую, физико-химическую, химическую и биологическую.

Механическая  поглотительная способность – это свойство почвы, как всякого пористого тела, задерживать в своей толще твердые частицы крупнее, чем система пор. Это могут быть взвешенные в поверхностных водах частицы глины и песка, детрит и т. п. Механическая поглотительная способность зависит от гранулометрического состава почвы, ее пористости, сложения. Благодаря механической поглотительной способности почвы и грунтов обеспечивается чистота грунтовых вод, происходит заиление каналов.

Физическая (молекулярно-сорбционная) поглотительная способность представляет изменение концентрации молекул растворенного вещества на поверхности твердых частиц почвы. Это свойство почвы обусловливается притяжением отдельных молекул к поверхности твердых почвенных частиц в результате проявления так называемой поверхностной энергии. Интенсивность проявления поверхностной энергии зависит от величины поверхности почвенных частиц и, следовательно, обязана присутствию в почве тонкодисперсных частиц. Эти частицы могут притягивать молекулы газов (водяной пар>NH3>CO2>O2>N2), молекулы жидких веществ. В частности, наличие пленочной влаги вокруг почвенных частиц обусловлено поверхностными силами. Наконец, в результате поверхностной энергии почвенными частицами поглощаются недиссоциированные на ионы молекулы веществ, находящихся в виде молекулярного раствора.

Физико-химическая (ионно-сорбционная) поглотительная способность заключается в способности почвы сорбировать ионы в результате обменных и необменных процессов. Наиболее важную роль в ионном почвенном обмене играют катионы. Общая схема катионного обмена в почве выглядит следующим образом:

Са 2 + → (ППК) Mg 2 +

+ 5KCl (ППК)5К + CaCl2 + MgCl2 + HCl + ← H

Физико-химическое поглощение имеет ряд закономерностей.

1) Обменно поглощаются  преимущественно катионы, так как поглощающий комплекс заряжен в основном отрицательно.

2) Обмен катионов происходит  в строго эквивалентном количестве.

3) Энергия обменного  поглощения различных катионов  зависит от валентности, а при одной и той же валентности - от атомной массы.

4) Интенсивность поглощения зависит от концентрации раствора, а при одинаковой концентрации - от количества раствора.

5) Поглощение и закрепление  катионов зависит не только  от характера ионов, но и от свойств самой почвы.

Разные типы почв отличаются величиной емкости поглощения и имеют определенный состав поглощенных катионов. Величина емкости поглощения почв определяется минеральным составом высокодисперсной части пород, на которых сформированы эти почвы, и содержанием в них гумуса. Как правило, глинистые тяжелые почвы имеют большую емкость поглощения, чем песчаные. Состав поглощенных катионов влияет на ряд важных свойств почвы. Скорость всасывания воды, прочность структуры почв и некоторые другие показатели последовательно уменьшаются при преобладании кальция, магния, калия и натрия. Оценочной характеристикой содержания в ППК катионов служит показатель суммы поглощенных оснований (S), который выражается в ммоль/100 г почвы. Группировка почв по этому показателю приведена в табл. 12.

 

 

 Таблица 12

Почвы обладают обменной поглотительной способностью не только в отношении катионов, но и в отношении анионов, среди которых наиболее активно поглощаются анионы фосфорной кислоты (Н2РО4+, НРО42+, РО43+).

Химическая  поглотительная способность - образование труднорастворимых химических соединений при взаимодействии отдельных компонентов почвенного раствора. Например, при взаимодействии фосфат-ионов с кальцием образуется слаборастворимый фосфат кальция. Возникновение новообразований гипса в почве протекает следующим образом:

СаСl2 + Na2SO4 = 2NaCl + CaSO4↓

Кроме того, химическая поглотительная способность почв связана с комплексообразовательной сорбцией, адгезионным взаимодействием (склеиванием), в которых активно  участвуют гумусовые соединения. В результате образуются устойчивые органоминеральные соединения. Так в почве могут накапливаться устойчивые соединения тяжелых металлов.

Биологическая поглотительная способность почвы обусловлена присутствием в ней животных и растительных организмов. В процессе своего жизненного цикла растения и животные накапливают некоторые химические элементы, необходимые для нормальной жизнедеятельности организмов. После отмирания последних, накопленные элементы частично задерживаются в почве. Таким образом, почва постепенно обогащается определенными элементами, например углеродом, азотом, фосфором и пр., а также некоторыми микроэлементами.

Играя важнейшую роль в формировании почвы и почвенного плодородия, поглотительная способность  почв имеет большое экологическое  значение. Она определяет важнейшее свойство – буферность почвы – устойчивость к неблагоприятным воздействиям, в том числе химическому, биологическому загрязнению. Благодаря поглотительной способности почвы регулируют реакцию среды (при кислотных или щелочных воздействиях), снижают токсическое действие тяжелых металлов, предотвращают загрязнение грунтовых вод. Эта способность почв широко используется в биологической очистке сточных вод (сооружение полей орошения и фильтрации), для рекультивации отвалов токсичных горных пород и отходов и т.п.

 

1.1. КАЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ВИДОВ ПОГЛОТИТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ ПОЧВЫ

 

Определение механической поглотительной способности.

Порядок работы:

1.На железных штативах укрепляют две стеклянные воронки диаметром около 8см.

2. В фарфоровой ступке  растирают суглинистую почву, от которой на технических весах берут навеску в 30 г. Ее помещают в воронку.

3. Во вторую воронку  кладут такую же навеску сильно  песчаной почвы или песка. Во  избежание высыпания материала  в обе воронки предварительно  помещают гравелинки, закрывающие большую часть выходного отверстия воронки.

4. Через суглинистую  и песчаную массу фильтруют  заранее приготовленную глинистую суспензию. Фильтрат, полученный после прохождения через первую и вторую воронки, будет обладать различной прозрачностью в зависимости от того, какая почва лучше задерживает («поглощает») частицы глинистой суспензии.

5. Результаты опыта  следует записать и сделать  выводы.

 

Определение молекулярно-сорбционной (физической) поглотительной способности

Порядок работы

1. В стеклянные воронки, укрепленные в железных штативах, помещают навески в 25 г песка и суглинка.

2. Через приготовленные  образцы фильтруют какой-либо  молекулярный раствор с хорошо окрашенным веществом. Наиболее удобен для опыта жидкий раствор анилиновых фиолетовых чернил.

3. В зависимости от  величины так называемой поверхностной  энергии, обусловленной в основном  степенью дисперсности каждого  образца, происходит поглощение молекул. Интенсивность поглощения проявляется в обесцвечивании фильтрата.

4. Цвет фильтрата из-под каждого образца записывают и делают вывод, в каком образце энергичнее проявляется сорбция (поглощение) молекул.

 

Определение ионно-сорбционной (обменной) поглотительной способности

Порядок работы

1. Заранее заготавливают  фракцию агрегатов крупнее 3 мм гумусового горизонта чернозема или серой лесной почвы. На технических весах берут навеску в 10 г и помещают в стеклянную воронку. Во вторую воронку насыпают 20 г песка. Воронки укрепляют в железных штативах.

2. Исходные растворы  – дистиллированная вода и 5-процентный раствор хлорида калия – проверяют на содержание кальция. С этой целью дистиллированную воду и хлорид калия в количестве 5-6 см3 наливают в пробирки и туда добавляют около 1 см3 4%-ного раствора оксалата (щавелевокислого) аммония (NH4)2C2O4. Появление белой мути (оксалата кальция) указывает на примесь кальция. В дистиллированной воде кальций отсутствует. В растворе хлористого калия иногда обнаруживают очень слабое помутнение, свидетельствующее о содержании кальция в количестве, меньшем 0,01%. Реакция идет по схеме:

Ca2+ + C2O42- → CaC2O4↓

3. Через образцы в  воронках фильтруют дистиллированную  воду в конические

колбы емкостью около 100 см3. Жидкость, прошедшая через образцы, обычно содержит большее или меньшее количество механической примеси. Поэтому фильтрат из-под каждого образца вновь фильтруют через воронку с бумажным фильтром в пробирку в количестве 5-6 см3.

4. В обоих фильтратах  определяют содержание кальция  реакцией с оксалатом аммония. Как правило, констатируется отсутствие кальция или обнаруживается слабое помутнение, указывающее на присутствие водорастворимых форм кальция в количестве 0,01-0,001%.

5. Эти же образцы  промывают 5%-ным раствором хлорида  калия. Фильтрат от каждого образца фильтруют через воронку с бумажным фильтром в пробирку, где определяют содержания кальция.

6. Полученные результаты  записывают. Объясняют появление  обильного белого осадка оксалата кальция в фильтрате из-под почвы. Записывают схему процесса. Оборудование: железные штативы с зажимами, стеклянные воронки диаметром 8 см и 5 см, фарфоровая ступка с пестиком, технические весы, конические колбы емкостью 100 см3, пробирки в штативе.

 Реактивы: глинистая  суспензия, химические чернила, 5%-ный  раствор хлористого калия, 4%-ный раствор щавелевокислого аммония.

 

1.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СУММЫ ПОГЛОЩЕННЫХ ОСНОВАНИЙ ПО МЕТОДУ КАППЕНА-ГИЛЬКОВИЦА

 

Метод основан на вытеснении катионов из почвенного поглощающего комплекса 0,1 н. раствором соляной кислоты и последующим титровании гидроксидом натрия остатка кислоты, не вступившей в реакцию. Если в почве содержатся карбонаты, этот метод использовать нельзя, т.к. кислота будет израсходована на разрушение карбонатов.

 

Порядок работы

1. Из средней пробы  почвы, растертой пестиком в  фарфоровой ступке и просеянной  через сито с отверстиями 1 мм, на технических весах берут навеску в 10 г (для черноземов можно 5 г).

2. Навеску переносят  в колбу емкостью около 100 см3, куда наливают 50 см3 0,1 н. раствора соляной кислоты.

3. Колбу с почвой  взбалтывают в течение 30 мин  и оставляют на 24 ч.