Одним из условий наиболее полной оценки состояния почвенного плодородия является определение совокупности показателей, характеризующих его со всех сторон имеющегося в почве вещества: твердого, жидкого, воздушного и живого. С другой стороны, существует ряд интегральных характеристик, позволяющих в комплексе оценить почву не только как средство питания сельскохозяйственных растений, но и как самостоятельный объект биогеоценоза, взаимодействующий с окружающей средой. В частности, к таким показателям относится содержание гумуса в почве, степень ее кислотности и щелочности, емкость обмена, буферная способность и другие. К последней относят свойство почвы оказывать сопротивление к изменению собственного состояния под влиянием какого-либо фактора окружающей среды [6].
Современные научные изыскания нетрадиционных кремнийсодержащих источников питания культурных растений описывают их положительное влияние на агрохимическую и микробиологическую характеристику почвы и, в том числе, позитивное влияние на обменную кислотность [1, 2, 5]. Известно, что диатомиты представляют собой преобразованные остатки диатомовых водорослей, обладающие емкостью поглощения и содержащие большое количество амфотерного элемента кремния (более 82 % SiO2). В связи с этим предполагается, что диатомиты могут проявлять буферные свойства и способны повлиять на буферность почвы.
Цель исследования. Изучение кислотно-основных свойств диатомита Инзенского месторождения Ульяновской области и светло-серой лесной легкосуглинистой почвы, обработанной диатомитовым порошком.
Материалы и методы исследования
В опыте № 1 образец Инзенского диатомита был проанализирован на определение кислотности его суспензий потенциометрическим методом. Определение рН водной и солевой (1 n раствор KCl) вытяжек порошка диатомита, предварительно размолотого и просеянного через сито с диаметром ячеек в 0,5 мм, проводилось с помощью ионометра PortLab-102, откалиброванного по трем буферным растворам – 4,01, 6,86 и 9,18 ед. рН. Результаты измерений представлены в таблице.
В опыте № 2 изучалась кислотно-основная буферность светло-серой лесной легкосуглинистой почвы и порошка диатомита. Буферность определялась потенциометрическим методом по Аррениусу [7] с определением площадей буферности в кислотном и щелочном интервалах [3], результаты которого представлены на рис. 1.
В опыте № 3 изучалось действие диатомита на буферные свойства светло-серой лесной легкосуглинистой почвы. для этого почва предварительно компостировалась с тонкоразмолотым порошком диатомита в течение 4-х месяцев в полиэтиленовых пакетах при t ≈ +25 ºС с еженедельным увлажнением до 60 % от ПВ и перемешиванием. Доза диатомита составила 1,5 г/кг почвы. В дальнейшем проводилось определение кислотно-основной буферности по Аррениусу, результаты которого представлены на рис. 2.
Результаты исследования и их обсуждение
Установлено, что водная вытяжка диатомита (табл. 1), независимо от его соотношения с водой, обладала слабощелочной реакцией. Такое явление можно объяснить наличием в составе диатомитовой породы около 50 мг-экв. ионов Ca2+ и Mg2+, способных к обменным реакциям, а также амфотерными свойствами кремния, входящего в состав диатомита в большом количестве. В частности, элемент кремний, проявляющий двойственные кислотно-основные свойства, в структуре исследуемого вещества образует, в том числе, и соединения основной природы типа Si(OH)4, которые, диссоциируя в растворе, подщелачивают его ионами ОН– [6].
При взаимодействии солевого раствора гидролитически нейтральной соли (1 n раствора KCl) с диатомитом в различных объемных соотношениях отмечалось снижение показателя рН относительно его определения в водной вытяжке диатомита. Предполагается, что диатомит обладает определенной емкостью поглощения, из которой, по-видимому, раствор хлористого калия вытесняет кислотные катионы. Например, такие катионы как Al3+ и Fe3+, содержание веществ которых в диатомовой агроруде превышает соответственно 5 % и 2 %, способны образовывать в растворе соединения кислотного характера, которые и подкисляют среду. В итоге выделяющиеся из диатомита катионы способствуют незначительному увеличению кислотности суспензии и, как следствие, снижению ее рН.
Повышение показателя рНводн. при увеличении соотношения экстрагирующего вещества и диатомита, очевидно, свидетельствует о повышении растворимости щелочных соединений, входящих в состав агроруды при разбавлении ее порошка. Увеличение же показателя кислотности (рНсол.) диатомита при разбавлении его солевым раствором, в свою очередь, может говорить о повышении степени вытеснения всех катионов из диатомита в раствор, большинство которых, очевидно, имеет щелочную природу.
На рис. 1 (опыт № 2) видно, что исследуемая почва обладает определенной буферной силой, причем ее площадь в кислотном интервале (рН 1-7) немного больше площади щелочного интервала (рН 7-14), что обусловлено присутствием большего количества кислотных ионов (H+, Al3+, Fe3+) в ППК почвы относительно щелочных (Ca2+, Mg2+). Поэтому в расчете полной дозы извести, необходимой для снижения кислотности светло-серой лесной легкосуглинистой почвы, берется увеличенная доля значения гидролитической кислотности почвы – 1,2 от НГ [4]. Кроме того, установлено, что диатомит Инзенского месторождения также обладает буферными свойствами. Причем, площадь буферной силы в щелочном интервале визуально несколько больше площади кислотного. Это явление также подтверждает слабощелочные свойства исследуемого вещества.
Определение актуальной и обменной кислотности диатомита
|
Показатель |
Соотношение «диатомит: экстрагент» |
Экстрагент |
|
|
дистиллированная вода |
раствор KCl, 1 n |
||
|
Lim |
1 : 2,5 |
7,25 – 7,45 |
6,90 – 7,30 |
|
M ± m |
7,33 ± 0,06 |
7,15 ± 0,13 |
|
|
V, % |
1,4 |
3,1 |
|
|
Lim |
1 : 25 |
7,35 – 7,85 |
7,45 – 7,65 |
|
M ± m |
7,58 ± 0,15 |
7,58 ± 0,06 |
|
|
V, % |
3,3 |
1,5 |
|
|
Lim |
1 : 50 |
7,55 – 7,80 |
7,60 – 7,70 |
|
M ± m |
7,70 ± 0,07 |
7,65 ± 0,03 |
|
|
V, % |
1,7 |
0,7 |
|
Показатели: Lim – интервал между максимальным и минимальным значением показателя; M – среднее значение показателя; m – ошибка среднего значения; V – коэффициент вариации, %.
Рис. 1. Кислотно-основная буферность светло-серой лесной легкосуглинистой почвы и порошка диатомита
Рис. 2. Кислотно-основная буферность светло-серой лесной легкосуглинистой почвы, компостированной с диатомитом
При сравнении кривых буферности исходной почвы и почвы, компостированной с диатомитом (рис. 2, опыт № 3), видно, что в процессе компостирования почва претерпела изменения и кривая ее буферности сместилась. При этом сдвиг кривой визуально уменьшил буферную площадь в щелочном интервале и немного увеличил ее в кислотном. Отсюда следует, что буферная способность светло-серой лесной легкосуглинистой почвы, компостированной с диатомитом, будет сильнее проявляться при подкислении почвы и такую почву станет сложнее подкислить.
Можно предположить, что применение физиологически кислых удобрений на почвах пашни, обработанных диатомитом, не будет оказывать существенного влияния на ее кислотные свойства, по сравнению с почвами, которые не подвергаются ни известкованию, ни обработкой такими веществами как диатомиты.
Выводы