1 Выявить влияние уровня интенсификации земледелия и способов обработки почвы на ее водную и солевую кислотность;

2 Установить гидролитическую кислотность почвы в связи с длительным применением различных способов ее обработки на разных фонах удобренности.

Руководитель дипломной работы зав кафедрой семеноводства, доктор сельскохозяйственных наук М.А. Глухих.

Исполнитель Сафин Д.Н.

1. Литературный обзор

Для построения технологии возделывания любой культуры, особенно применения удобрений, необходимо не только учитывать потребности растений в элементах питания, но и знать химический состав и биологические, физико-химические и химические свойства почвы, которые определяют уровень ее плодородия, условия питания растений и характер превращения в ней удобрений [1].

Всестороннее и глубокое изучение природы почвенной кислотности и механизма реакций, вызывающих подкисление, необходимо для выяснения чувствительности почв к кислотным воздействиям, для дальнейшего развития теоретических и практических основ химической мелиорации почв.

Значительная часть закономерностей уже известна из работ, обосновывающих и развивающих исследования по данному кругу вопросов, но решение многих частных вопросов и более точная оценка взаимодействий являются задачами дальнейших научных исследований [2].

Реакция почвы проявляется при ее взаимодействии с водой или растворами солей и определяется соотношением свободных ионов Н⁺ и ОН^- в почвенном растворе. Концентрация свободных ионов Н⁺ выражается величиной рН, представляющей отрицательный логарифм концентрации ионов водорода; рН равная 7 характеризует нейтральную реакцию, рН менее 7 – кислую и рН более 7 – щелочную.

Реакция почвенного раствора в различных почвах колеблется от рН 3,5 до 8-9 и выше. Наиболее кислую реакцию имеют болотные почвы верховых торфяников. Кислой реакцией почвенного раствора характеризуются подзолистые и дерново-подзолистые почвы (рН 4-6). Черноземы имеют реакцию, близкую к нейтральной. Наиболее щелочная реакция у солончаков, особенно содовых (рН 8-9 и выше). Нейтральная реакция характерна для почв, не содержащих карбонатов, почвенно-поглощающий комплекс (ППК) которых полностью насыщен кальцием и магнием. Эта реакция наиболее благоприятна для развития большинства культурных растений и бактерий. Кислая реакция является следствием развития в почве кислотности, щелочная реакция – следствие щелочности почвы[3].

Кислотность почвы – способность почвы подкислять воду и растворы нейтральных солей. Различают актуальную и потенциальную кислотность. Актуальной кислотностью называется кислотность почвенного раствора. Потенциальная кислотность характерна для твердой фазы почвы [3, 4].Между актуальной и потенциальной кислотностью в почве сохраняется подвижное равновесие, но доминирующее значение во всех почвах имеет кислотность твердой фазы почвы.

Актуальная кислотность почвенного раствора зависит от наличия в нем свободных кислот, кислых солей и степени их диссоциации. В почвенном растворе свободные минеральные кислоты в заметных количествах встречаются очень редко. В большинстве почв актуальная кислотность обусловлена угольной кислотой и ее кислыми солями [3].

Потенциальная кислотность (кислотность твердой фазы) имеет сложную природу. Ее носителем являются обменные катионы Н⁺ и Аl³⁺ почвенных коллоидов. В литературе длительное время проходила дискуссия о природе кислотности твердой фазы почвы. К.К. Гедройц, Д.Н. Прянишников и ряд других исследователей считали, что кислотность обусловлена ионами водорода, а алюминий появляется в растворе в результате побочных реакций. Г. Дайкухара и В.А. Чернов показали, что алюминий действительно является носителем кислотности твердой фазы почвы. В настоящее время доказано, что как обменные ионы Н⁺ , так и ионы Аl³⁺ являются причиной потенциальной кислотности почвы, так как при взаимодействии почвы с растворами солей эти катионы вытесняются в раствор и подкисляют его [5, 6, 7]:

[ППК^- ] H⁺ + KCl[ППК^- ] K⁺ + HCl;

[ППК^- ] Al³⁺ + 3KCl[ППК^- ] 3K⁺ + AlCl₃ .

Образующаяся в растворе соль хлористого алюминия относится к категории гидролитически кислых солей и в водном растворе расщепляется на кислоту и основание:

AlCl₃ + 3H₂ OAl(OH)₃ + 3HCl.

В гумусовых горизонтах наибольшее значение в формировании кислотности принадлежит иону водорода, а в минеральных горизонтах – алюминию. Источником обменного иона водорода являются органические кислоты, образующиеся при разложении и гумификации органических остатков, а также угольная кислота. При взаимодействии с почвой, насыщенной основаниями, водород этих кислот внедряется в диффузный слой почвенных коллоидов:

[ППК^- ] Ca²⁺ + R(COOH)₂ [ППК^- ] 2H⁺ + R(COO)₂ Ca;

[ППК^- ] Ca²⁺ + H₂ CO₃ [ППК^- ] 2H⁺ + CaCO₃ .

Источником обменного алюминия следует считать алюминий кристаллической решетки глинистых минералов и несиликатные формы гидроокиси алюминия, мобилизуемые органическими кислотами и также внедряющиеся в диффузный слой почвенных коллоидов.

В зависимости от характера вытеснения различают две формы потенциальной кислотности – обменную и гидролитическую. Обменная кислотность проявляется при обработке почвы раствором нейтральной соли:

[ППК^- ]+ 4KCl [ППК^- ] + HCl + AlCl_3.

Образующаяся в результате взаимодействия солевого раствора с почвой и гидролитического расщепления соляная кислота характеризует обменную кислотность. Величина обменной кислотности выражается в миллиграмм-эквивалентах Н⁺ и Аl³⁺ , количество которых определяется методом титрования, или величиной рН солевой вытяжки, полученной при обработке почвы раствором нейтральной соли [3, 8].

Гидролитическая кислотность определяется как общая кислотность почвы, включающая в себя актуальную, обменную и «собственно» гидролитическую. Она значительно больше обменной и выражается в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы. В отсутствие актуальной и обменной видов «собственно» гидролитическая кислотность не вредна для растений и микроорганизмов. Это наблюдается во всех черноземах, кроме южных [9].

С гидролитической кислотностью приходится встречаться чаще, чем с обменной, она свойственна большинству почв, даже черноземам. Эта кислотность включает менее подвижную часть поглощенных ионов Н⁺ , труднее обменивающихся на катионы почвенного раствора. Определять ее необходимо для решения ряда практических вопросов применения удобрений – установления норм извести и возможности эффективного применения фосфоритной муки. При обработке почвы раствором уксуснокислого натрия в раствор переходят все содержащиеся в почве ионы водорода (и алюминия), т. е. определяется сумма всех видов кислотности (актуальная, обменная и гидролитическая). Чтобы определить величину собственно гидролитической кислотности, необходимо из общего показателя вычесть величину обменной кислотности. Обычно этого не делают и термином «гидролитическая кислотность» обозначают общую кислотность почвы, выражая ее в мг-экв на 100 г почвы.

Еще в начале XX века некоторые исследователи (Вейч в США, Дайкухара в Японии и, несколько позже, Каппен в Германии) обратили внимание на то, что в нейтрально солевых вытяжках из кислых почв присутствует Аl, и приняли за причину обменной кислотности наличие Аl среди поглощенных катионов почвы. Как уже указывалось выше, реакция нейтральной соли с кислой почвой, содержащей Аl на поверхности коллоидных частиц, представляется в следующем виде:

АlСl являясь гидролитически кислой солью, подкисляет раствор:

АlСl₃ +3Н₂ О → Аl(ОН)₃ +3НCl.

Мера подкисления определяется титрованием: