новая папка 2 / 111143

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени С. М. Кирова»

Кафедра почвоведения и лесных культур

М. Б. Субота, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, Л. С. Богданова, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, А. Н. Партолина, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, В. В. Часовская, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

АГРОХИМИЯ

Лабораторный практикум для студентов направления подготовки 35.03.01

«Лесное дело»

Санкт-Петербург

2018

ВВЕДЕНИЕ

Агрохимия изучает взаимоотношения между растением, почвой и удобрениями в процессе питания сельскохозяйственных и лесных культур. Главная задача агрохимии, по определению ее выдающегося представителя Д. Н. Прянишникова, – изучение круговорота веществ вземледелииивыявлениетехмервоздействиянахимическиепроцессы, протекающие в почве и растении, которые могут повышать урожай или изменятьегосостав.Основнымсредствомвмешательствачеловекавэтот круговорот веществ являются удобрения. Внесение минеральных удобрений позволяет вводить в круговорот веществ в данном хозяйстве новые количества элементов питания растений.

Агрохимические исследования дают возможность изучать свойства почвы и удобрений, их особенности взаимодействия.

Методы агрохимического анализа позволяют изучить и объяснить процессы, протекающие в почве под влиянием различных факторов.

Предлагаемый практикум по агрохимии содержит наиболее широко используемые методы агрохимических анализов почвы.

Для проведения аналитической работы важно правильно отобрать почвенные образцы. В зависимости от опыта (полевой, мелкоделяночный,производственный,вегетационный),задачиисследованияихберут разными методами. Нужно взять смешанный образец из 5–6 мест – делянок одного варианта. Из смешанного образца, после тщательного перемешиванияиудалениякрупныхкорней,нерастворившихсяудобре- ний,камней,взятьсреднююпробу–500–600гдляпроведенияполного агрохимического анализа.

Вполе пробу берут буром, лопатой или ножом из прикопа глубиной 18–20 см, в пакет со средневзятой пробой вкладывается этикетка с названием типа почвы, варианта опыта, датой отбора образца.

Взаключение изучения курса агрохимии составляется отчет, включающий данные, полученные в ходе исследований.

Порядок оформления отчета приведен в прил. 2.

3

1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

1.1.Определение водно-физических свойств почвы

Почва, как и любое физическое тело, обладает рядом физических свойств. Физические свойства почвы связаны с ее дисперсностью (раздробленностью на отдельные частицы) и пористостью. Дисперсность

ипористостьпочвыпозволяютусловновыделитьтриеечасти:твердую, жидкуюигазообразную,находящиесявовзаимодействиидругсдругом. Физическиесвойствапочвымогутбытьразделенынаобщиефизические, физико-механические, гидрофизические, аэрофизические, тепловые

иэлектрофизические. Цель данной работы заключается в изучении некоторыхобщихфизическихигидрофизическихсвойствпочвы.Занятия проводятся в три этапа, самостоятельно, но под руководством преподавателя.

Отбор образцов почвы для многоцелевого использования

При невозможности закладки почвенных разрезов для определения водно-физических свойств отбор почвы производится из верхнего (10–15 см) гумусового (окультуренного) горизонта буровым методом. Почвенный бур в комплекте представляет собой цилиндр объемом 250 см3, кольцевой нож, нажимное кольцо и две крышки, одна из которых – сетчатая.

Каждый студент получает бур Качинского и почвенный нож. Взвешивает бур и бюкс при надетых крышках, записав массу бура (М) ибюкса(m) врабочуютетрадь.Далее,подруководствомпреподавателя, бригада студентов из 3–5 человек выбирает объект в парке. Таким образом, для каждой точки отбора образцов будем иметь 3–5-кратную повторностьопределениясвойствпочвы.Наместеотборабурготовится кработе.Необходимоснятьсцилиндракрышки,анаихместоустановить цилиндрический нож и нажимное кольцо. Очистив поверхность почвы от подстилки (неразложившегося опада), установить на поверхность почвенногогоризонтабурножомвниз.Затемзагнатьбурвпочвувровень

споверхностью (подошвой обуви пли специальным молотком). Далее ножом с одной стороны от бура вырезать в почве лунку на всю высоту бура. Бур, при легком нажиме с противоположной от лунки стороны, отваливаетсявлункуилегковынимаетсяизпочвы.Очистивповерхность бураотприлипшейпочвы,осторожнымвращениемснимаютнажимное кольцо, избыток почвы осторожно срезают почвенным ножом вровень

скраями цилиндра и надевают крышку.

4

Аналогичная работа выполняется и с цилиндрическим ножом.

Влабораториибурспочвойснаружитщательнопротираетсяветошью, взвешивается при закрытых крышках, и масса бура с почвой М1 заносится в рабочую тетрадь. По окончании взвешивания открывают одну изкрышекиберут15–20гсыройпочвыдляопределенияполевойвлаж- ности.Взятуюпочвупомещаютвпредварительновзвешенный(сточностью до 0,01 г) бюкс с крышкой. Записывают массу бюкса (m1) с сырой почвойиставятеговсушильныйшкафстемпературой105˚С.Крышку приэтомнадеваютнаднобюкса.Оставшаясявбурепочвапереносится на плотную бумагу для сушки в естественных условиях. Заполняется этикеткасуказаниемместаотборапочвыифамилииисполнителя.Этот образец почвы в дальнейшем будет использоваться для определения агрохимическихпоказателей.Всечастибурамоют,тщательнопротирают ветошью и сдают в лабораторию.

Определение влажности почвы

Послесушкибюксзакрываюткрышкойивзвешивают,предварительноостудиввэксикаторе.Данныезаписываютврабочуютетрадь.Почву в бюксе оставляют для последующих анализов.

Абсолютную влажность, %, рассчитывают по формуле

W = ba 100,

где а – масса испарившейся влаги, г; b – масса сухой почвы, г. Следовательно,

W = m1 −m2 100, m2 −m

гдет1 – масса бюкса с сырой почвой, г;т2 – масса бюкса с сухой почвой, г; т – масса пустого бюкса (с крышкой), г.

Определение плотности почвы

Плотностьпочвыdv естьмассаединицыобъемаеевсухомсостоянии и при естественном сложении. Ранее эта величина именовалась объемнымвесомпочвы(ОВ).Внекоторыхруководствахпоследнихлетплотность почвыназываюттакжеобъемноймассой,объемнойплотностью,плотностью сложения, плотностью сухой почвы, плотностью скелета почвы.

Плотность почвы (г/см3 или т/м3) определяют по формуле

dv =–m/V,

где т – масса сухой почвы в буре, г; V – объем цилиндра бура (250 см3).

5

Масса сухой почвы в буре (г) будет равна

m = 100 (M1 − M ) ,

100 +W

где М1 – масса цилиндра бура с крышками и сырой почвой, г; М – масса пустого бура (с крышками), г; W – абсолютная влажность почвы, %.

Определение плотности твердой фазы почвы

Плотностьтвердойфазыпочвыdестьмассаединицыобъематвердой части почвы (без скважин и пустот). Наглядно это можно представить себеследующимобразом:взятькусоксухойпочвыиспрессоватьеготак, чтобы совершенно не осталось пустот. Тогда частное от деления взятой массыпочвыкполученномуобъемуибудетпредставлятьсобойплотность твердой фазы почвы. Ранее эта величина именовалась удельным весом (УВ)почвы.Знаниееенеобходимодлярасчетапористостипочвы.Плотность твердой фазы почвы в среднем составляет 2,5–2,7 г/см3. Она зависит от химического и минералогического состава и определяется средней плотностью веществ, составляющих данную почву, их относительным содержанием. Плотность торфяных горизонтов и гумуса 0,2–1,7 г/см3, красноземных почв – до 3,0 г/см3.

Плотностьтвердойфазыпочвыопределяютпикнометрическимспособом. Для этого необходимо знать объем и массу твердой фазы почвы. Массу определяют на весах, объем твердой фазы находят путем вытеснения воды взятой навеской почвы.

Порядок выполнения анализа

1.Сухую почву из бюкса тщательно растирают, просеивают через миллиметровоеситоиберутнавеску9–10гпочвы.Точноезначениена- вески (А) записывают.

2.Взвесить пикнометр (П). Записать данные в тетрадь.

Перенести взвешенную почву в пикнометр через маленькую бумажную воронку.

3.Налить в пикнометр с почвой дистиллированную воду до метки. Аккуратно перемешать почву и воду в пикнометре для смачивания.

Поставить пикнометр на электроплитку и кипятить 30 минут, для удаления воздуха, доливая пикнометр дистиллированной водой примернодополовиныегообъемапомеревыкипанияводы.Прикипячении необходимо регулировать температуру, чтобы не допустить бурного кипения и выбрасывания воды и почвы из пикнометра.

4.Охладить пикнометр с содержимым до комнатной температуры.

6

Долитьпикнометрдистиллированнойводойдометки,протеретьего снаружи фильтровальной бумагой и взвесить. Записать вес пикнометра с почвой и водой в тетрадь (С).

Плотность твердой фазы почвы d (г/см3) вычисляют по формуле

где А – навеска сухой почвы, г; В – масса пикнометра с водой, г; С – масса пикнометра с водой и почвой, г.

Пористость почвы

Суммарный объем пор в почве в единице ее объема называется пористостью. Общая пористость подразделяется на капиллярную и некапиллярную (поры аэрации). Некапиллярные поры обычно заняты почвенным воздухом. В капиллярных порах размещается вода, удерживаемая менисковыми силами. Объем пор в почве, размер их определяются механическим составом и структурой почвы. Общую пористость Робщ, %, можно рассчитать на основании плотности твердой фазы почвы и плотности почвы по формуле

Для оценки общей пористости суглинистых и глинистых почв Н. А. Качинский предлагает следующую шкалу:

> 70 – Избыточно пористая. Почва вспушена. 55 – 65 – Отличная. Культурный пахотный слой. 50 – 55 – Удовлетворительная для пахотного слоя.

40 – 50 – Неудовлетворительная для пахотного слоя.

40 – 25 – Чрезмерно низкая. Характерна для уплотненных иллювиальных горизонтов.

Пористость аэрации

ПористостьаэрацииРаэр естьчастьобщейпористостипочвы,заполненнаявоздухом.Онаравнаразностимеждуобъемомобщейпористости и объемом пор, занятых водой, Pw, %:

Pаэр = Pобщ. – Pw.

Pw, %, определяется по формуле Pw = dv W, где все обозначения приведены ранее.

7

Вагрономическомотношенииважно,чтобыпочварасполагалабольшим объемом капиллярных пор, но при этом имела и некапиллярную пористость не менее 20–25 % от общей пористости.

Расчет продуктивной влаги в почве

Продуктивной(доступнойдлярастений)влагойназываютвсеколичество воды сверх влажности завядания (ВЗ). Только при наличии доступной влаги растения могут расти. Содержание доступной влаги Wдост,%,определяютпоразностимеждуабсолютнойвлажностьюпочвы W и влажностью завядания ВЗ:

Wдост = W – ВЗ.

Всвоюочередь,влажностьзавяданияопределяютилинепосредственно, или по максимальному содержанию гигроскопической (парообразной) влаги, которую поглощает (сорбирует) почва. Эта величина называется максимальной гигроскопичностью почвы (МГ), выражается в процентах от массы почвы и колеблется для разных почв в пределах от 0,01 до 20 % и более.

ВЗ = 1,34 МГ.

Ориентировочно для почв разного механического состава величина МГ, %, будет следующей (по С. А. Воробьеву и др., 1971):

Все показатели, определенные на занятиях, оформляются в виде таблицы (табл. 1).

Таблица 1

Общие физические и гидрофизические свойства почвы

8

Для определения плодородия почв произвести отбор почвы из верхнего корнеобитаемого слоя почвы.

1.2. Определение содержания гумуса по методу Тюрина

Метод основан на «мокром» сжигании (окислении) гумуса почвы в хромовой смеси при 180–200 °С. Хромовую смесь готовят, смешивая концентрированнуюсернуюкислотуснасыщеннымводнымраствором К2Сr2O7. Реакция окисления гумуса идет поэтапно:

2К2Сr2O7 + 8Н2SO4 = 2К2SO4 + 2Сr2(SO4)3 + 8Н2O + 3O2, 3O2+3С (гумус) =3СO2.

Остаток хромовой смеси титруется раствором соли Мора и сравниваетсясрезультатамиконтрольного(холостого)титрования10мл хромовой смеси без почвы. Порядок выполнения анализа следующий:

взять на шпателе около 0,5 г почвы, свободной от органических остатков, поместить навеску в фарфоровую или агатовую ступку, рас- тиратьипросеиватьчерезсито0,25ммналистбумаги–дотехпор,пока вся навеска не будет растерта и просеяна.

В зависимости от предполагаемого количества гумуса (чем больше гумуса, тем меньше навеска), взвесить на торзионных весах навеску просеянной почвы и поместить ее в коническую колбочку. Ориентировочно рекомендуются для различных горизонтов почвы следующие навески, г:

А1……………………...0,08–0,15 А2………………………0,10–0,30

BА2иB……….……………0,20–0,30BC………….…….0,30–0,40

Прилить в колбочку из бюретки по способу «быстрых капель» 10 мл хромовой смеси, вставить в колбочку воронку и поставить на электроплитку (с асбестом) для сжигания. Сжигание на электроплитке можно заменитьвыдерживаниемобразцовсхромовойсмесьювтермостатепри 140 ˚С в течение 20 мин. Параллельно поставить на сжигание колбочку с 10 мл хромовой смеси без почвы (холостой ход).

Сжигание проводить в течение 5 мин, с использованием песочных часов. Начало 5-минутного отсчета – появление крупных устойчивых пузырьков.Присжиганииследуетизбегатьбурногокипения,подкладывая под колбочку асбест или приподнимая ее бумажным «ухватиком». Надопомнить,чтовсякаяпотеряхромовойсмесиведеткискусственному завышению содержания гумуса.

9

Колбочку остудить, аккуратно обмыть горлышко колбы и воронку (с обеих сторон) дистиллированной водой так, чтобы вся вода попала внутрьколбы.Приэтомуровеньжидкостивколбенедолженпревышать 2–3см.Востывшуюсуспензиюдобавить6–7капельфенилантраниловой кислоты (ФАК) и титровать раствором соли Мора до перехода окраски через вишнево-фиолетовую в зеленую. Записать количество соли Мора (в мл), пошедшее на титрование (a).

Оттитровать хромовую смесь без почвы (холостой ход) – ахол. Содержание гумуса, %, рассчитать по формуле

Г = (ахол–а) ∙ КИщ/ m ∙ 100,

где КИщ – коэффициент Ищерекова для перевода раствора соли Мора в гумус (1 мл 0,1 н раствора соли Мора соответствует 0,000517 г гумуса), коэффициент Ищерекова указывается учебным мастером; m – навеска почвы, г.

1.3. Определение кислотности почвы и суммы обменных оснований

Совокупность действия факторов почвообразования в зоне тайги приводитктому,чтопочвыздесьимеюткислуюреакцию.Этомупрежде всегоспособствуютобедненныеоснованиями(Са2+ и Мg2+)почвообразующие породы, а также кислые продукты разложения органических остатков. Эти продукты в условиях промывного водного режима систематически подкисляют расположенные ниже горизонты почвы.

Приизучениипочвеннойкислотностиследуетразличатьактуальную

ипотенциальнуюкислотность.Последняяподразделяетсянаобменную

игидролитическую кислотность.

Определение актуальной и обменной кислотности почвы

Известно, что произведение концентрации ионов Н+ и ОН– в воде и водных растворах есть величина постоянная, равная 10–14 моль/л

(при 20–25 ˚С):

[Н+] ∙ [ОН–] = 10–14 моль/л.

Вхимическичистойводеконцентрацииионовводородаигидрокси-

ла равны, т. е.

[Н+] = [ОН–]= 10–7 моль/л.

Для удобства вместо молярной концентрации водородных ионов применяют отрицательный логарифм этой величины, называемый показателемводородныхионов(рН)илипростоводороднымпоказателем:

рН=–lg[Н+].

10