Методы определения обменных катионов в почвах

В почвах элементы могут быть представлены ионами, способными к обмену, поглощенными или обменными катионами.

Максимальное количество обменных катионов, которое почва может удержать в поглощенном, способном к обмену состоянии в данных условиях, есть величина постоянная, ее называют емкостью поглощения, или емкостью катионного обмена.

Величину, характеризующую общее содержание в почвах обменных металлических катионов, представленных катионами щелочных и щелочно-земельных металлов (Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺), называют суммой обменных оснований.

Разность между емкостью катионного обмена и суммой емкостных оснований дает некоторое представление о содержании обменных ионов водорода и алюминия в почвах.

Почвы, которые в составе обменных катионов не содержат H⁺ и Al³⁺, относят к почвам, насыщенным основаниями; почвы, в которых в составе обменных катионов присутствует Н⁺, называют почвами, не насыщенными основаниями.

Свойства почв могут быть разными в зависимости от доли, которую составляют H⁺, Al³⁺, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ от емкости обмена или от суммы обменных оснований.

Результаты определения емкости катионного обмена, суммы обменных оснований и содержания обменных катионов в почвах выражают в мг-экв/100 г почвы.

При определении содержания и состава обменных катионов их вытесняют из почвенного поглощенного комплекса растворами солей или кислот.

4.8.1. Методы определения обменных ионов водорода

и алюминия или потенциальной кислотности почв

Потенциальная кислотность почв характеризуется количеством поглощенных или обменных ионов водорода и алюминия. Относительно подвижная часть этих катионов может быть вытеснена из почвы растворами нейтральных солей KCl, BaCl₂ (обменная кислотность).

Растворы солей слабых кислот и сильных оснований, благодаря гидролизу имеющие щелочную реакцию, вытесняют из почвенного поглощающегося комплекса не только ионы Н⁺, которые обмениваются на катионы нейтральных солей, но и менее подвижную часть способных к обмену ионов Н⁺ (гидролитическая кислотность).

Таким образом, и обменная и гидролитическая кислотность обусловлена водородными ионами, находящимися в почве в поглощенном, способном к обмену состоянии, но вытесняющимися из почвы при различных значениях рН.

1) Обменную кислотность почв определяют, вытесняя ион водорода растворами KCl, BaCl₂ и титруя его раствором NaOH с индикатором фенолфталеином (ГОСТ 26484-85 «Почвы. Метод определения обменной кислотности»).

Увеличение концентрации ионов водорода при взаимодействии почвы с растворами нейтральных солей может происходить не только за счет перехода в раствор обменного водорода, но и иона Al³⁺:

ПAl³⁺ + 3KCl ↔ ПЗK⁺ + AlCl₃

AlCl₃ + 3H₂O ↔ Al(OH)₃+ 3HCl

При исследовании почв часто проводят раздельное определение обменной кислотности, связанное с обменным водородом и обменным алюминием. В этом случае фильтруют две порции фильтрата. В одной оттитровывают ионы водорода, вытесненные из почвенного поглощенного комплекса (ППК) и образовавшиеся в результате гидролиза AlCl₃. Во вторую порцию фильтрата добавляют фторид натрия, который связывает алюминий в комплекс:

AlCl₃ + 6NaF ↔ Na₃AlF₆ + 3NaCl

Затем отфильтровывают Н⁺, вытесненные из ППК. Содержание Al, перешедшее в раствор при обработке почвы раствором KCl, рассчитывают по разности двух титрований. Метод определения алюминия косвенный, о его количестве судят по количеству ионов водорода, образовавшихся при гидролизе.

Для проведения анализа на технических весах берут 40 г почвы, пропущенной через сито с диаметром отверстий 1 мм, помещают в колбу, приливают 100 мл 1 н раствора KCl, закрывают пробками и взбалтывают в течение 1 часа (можно настаивать суспензию в течение 1 суток). Суспензию фильтруют через беззольный фильтр в сухие колбы, первые несколько миллилитров фильтрата отбрасывают. В конические колбы емкостью 250 мл помещают 50 мл фильтрата, 2-3 капли фенолфталеина и титруют 0,02 н раствором NaOH до розовой окраски, не исчезающей в течение 1 минуты.

2) Гидролитическую кислотность определяют, взбалтывая почву в течение часа с 1 н раствором CH₃COONa, отношение почвы к раствору 1:25.

По величине гидролитической кислотности рассчитывают дозы извести. В зависимости от возделываемых сельскохозяйственных культур и свойств почв известь вносят, исходя из ¾ или ½ величины гидролитической кислотности.

Величину гидролитической кислотности используют для расчета степени насыщенности почв основаниями, которая выражается в процентах:

, (37)

где V – степень насыщенности основаниями;

S – сумма обменных оснований;

Н – гидролитическая кислотность

Для проведения анализа на технических весах берут 40 г почвы, пропущенной через сито с диаметром отверстий 1 мм, помещают в колбу, приливают 100 мл 1 н раствора CH₃COONa и взбалтывают в течение 1 часа или оставляют на 1 сутки. Суспензию фильтруют через беззольные складные фильтры, первые порции (5-10 мл) фильтрата выбрасывают. В конические колбы емкостью 250 мл помещают 50 мл фильтрата, 2-3 капли фенолфталеина и титруют 0,1 н раствором NaOH до розовой окраски, не исчезающей в течение 1 минуты. Если фильтрат окрашен, титрование проводят со свидетелем, в качестве которого используют фильтрат; титруют до изменения цвета фильтруемого раствора по сравнению с исходным фильтратом. Гидролитическую кислотность Н⁺ (мг-экв на 100 г почвы) рассчитывают по формуле

, (38)

где V – объем раствора NaOH, пошедшего на титрование;

V_o – общий объем исследуемого раствора;

V_a – анализируемый объем раствора;

а – навеска почвы;

1,75 – условный коэффициент, учитывающий неполное вытеснение Н⁺ при однократной обработке почвы.