KYSELOST PŮDY BOTANICKÉ ZAHRADY KURGANSKÉ STÁTNÍ UNIVERZITY – Studentské vědecké fórum

KYSELOST PŮDY V BOTANICKÉ ZAHRADĚ KURGANSKÉ STÁTNÍ UNIVERZITY

Maslová D.V. 1
1 Kurganská státní univerzita
Práce ve formátu PDF

Text práce je umístěn bez obrázků a vzorců.
Plná verze práce je k dispozici v záložce “Job Files” ve formátu PDF

Relevance práce . Vědeckou definici půdy poprvé podal V. V. Dokučajev, pod kterou vyjádřil přírodně-historický útvar vytvořený pod vlivem přírodních faktorů – matečné horniny, fauny a vegetace, reliéfu, klimatu a stáří země. V. G. Williams k ní přidal další faktor – antropogenní, ke kterému přiřadil melioraci (vápnění kyselých půd, sádrovec – zásaditý, odvodnění a zavlažování), zavádění minerálních a organických hnojiv, zemědělské techniky. V současné době má půda velký vliv na proces tvorby půdy. Všechny tyto techniky mají na půdu tak významný vliv, že mohou dokonce změnit směr přirozeného procesu tvorby půdy.

Nejdůležitější vlastností půdy je její úrodnost, tj. schopnost zajistit růst a vývoj rostlin. Aby byla půda úrodná, musí mít dostatečné množství živin a zásobu vody nezbytné pro výživu rostlin. Úrodnost půdy však není ovlivněna pouze obsahem organických a minerálních látek v ní. Příjem živin rostlinami, aktivita půdních mikroorganismů, rozklad půdních minerálů, rozpouštění špatně rozpustných sloučenin a další fyzikální a chemické procesy.

Rozpor. Úrodnost závisí na kyselosti půdy, která má velký vliv na vývoj rostlin a půdních mikroorganismů, na rychlosti a směru chemických a biochemických procesů, které v ní probíhají. Nicméně, jaká je kyselost půd Botanické zahrady KSU a jaké faktory ji ovlivňují, dosud nebylo dostatečně prozkoumáno.

problém V rámci studované práce, jaká je kyselost půd v Botanické zahradě KSU, jaké faktory ovlivňují kyselost, pro lepší úrodnost půdy a vývoj rostlin?

hlavní myšlenka že kyselost půdy je důležitým faktorem úrodnosti.

Předmět studia — půdy botanické zahrady.

Předmět studia – vliv faktorů prostředí a antropogenních faktorů na kyselost půdy v botanické zahradě.

terč – provést teoretické zdůvodnění vlivu antropogenních a environmentálních faktorů na kyselost půd Botanické zahrady KSU; vyvinout model vlivu environmentálních faktorů na kyselost půdy

Hypotéza: LI:

– provést teoretické zdůvodnění;

— vyvinout model vlivu antropogenních a environmentálních faktorů na kyselost půdy;

— vybrat výzkumnou metodologii;

– provést experimentální práci, poté bude možné identifikovat, co přispěje k co nejrychlejšímu obnovení úrodnosti půdního krytu botanické zahrady KSU.

Analytické – provést analýzu literárních zdrojů a určit stupeň rozvinutosti výzkumného problému

Teoretické a modelovací – Provést teoretické zdůvodnění vlivu antropogenních faktorů a faktorů prostředí na kyselost půdy, vyvinout model vlivu faktorů prostředí na kyselost půdy

Metodologické – vyberte metodu pro stanovení hodnoty kyselosti půdy pomocí různých metod, popište charakteristiky zkoumaného objektu;

Experimentální – provést analýzu kyselosti půdy, vytvořit mapu kyselosti půdy;

Aplikované – vypracovat metodická doporučení pro stabilizaci kyselosti půdního krytu Botanické zahrady KSU.

Metody výzkumu:

1) analýza teoretických zdrojů v oblasti pedologie a modelování systémů;

2) praktické metody výzkumu půdy a systémů;

3) zpracování získaných výsledků výzkumu;

Koncepční aparát: Kyselost půdy, typy kyselosti půdy (skutečná, potenciální, výměnná a hydrolytická), faktory ovlivňující kyselost půdy, výzkumné metody.

Teoretická hodnota Cílem této práce je poskytnout teoretické zdůvodnění vlivu faktorů ovlivňujících kyselost půdy a vyvinout model vlivu faktorů prostředí na kyselost půdy pro identifikaci úrodnosti půdního krytu Botanické zahrady KSU.

Praktická hodnota Cílem této práce je analyzovat půdy a vypracovat praktická doporučení pro zvýšení úrodnosti půdního krytu Botanické zahrady KSU.

Schválení práce. Hlavní výsledky výzkumu byly prezentovány na obhajobě kurzové práce ve formě zprávy skupině.

Struktura práce skládá se z úvodu, tří kapitol, závěru a bibliografie.

Kapitola 1. Teoretické zdůvodnění Kyselost půd Botanické zahrady KSU, jaké faktory ovlivňují kyselost

Teoretické přístupy ke studiu kyselosti půdy

Kyselost půdy je jednou z hlavních vlastností půdního pokryvu, o kterou v průběhu historie rozvoje pedologie jako vědy neustal zájem mnoha domácích i zahraničních vědců, jako například K. K. Gedroits, V. A. Černov, D. S. Orlov, T. A. Sokolova, S. S. Jarusov, T. Veitch, J. Reiss Daikuhara a mnoho dalších [4,5,11,12,18,19]. K. K. Gedroits (1872-1932) se hlouběji zabýval chemickými a fyzikálními vlastnostmi půdy. Vyvinul mnoho metod analýzy půdy, napsal a publikoval významné dílo „Chemická analýza půd“, které se stalo referenčním materiálem pro pedology a agrochemiky [4]. Hlavním tématem studia je význam složení výměnných kationtů půdy a fyzikálně-chemických vlastností její úrodnosti, podmínek pro vývoj a pěstování rostlin. Při nedostatku draslíku a hořčíku v půdě ve vyměnitelné formě rostliny tyto prvky, které jsou v nenahraditelné formě, využívají; pokud v půdě nedochází k výměně vápníku, rostliny hynou. V půdě, ze které jsou vyměnitelné hořčík a draslík téměř úplně vytěsněny, jsou rostliny stále schopny tyto půdní prvky využívat a při zajištění dalších živin produkovat vysoké výnosy. K.K. Gedroits věnoval velkou pozornost výměnným formám Ca a Mg a jejich poměru v absorpčním komplexu, zejména při vápnění kyselých půd. Poznamenal: „Jak se půda nasycuje vápníkem a zvyšuje se pH, jednak se vytvářejí lepší podmínky pro reakci a jednak se zvyšuje poměr Ca : Mg , dostupný kořenům rostlin, když se množství Ca CO ₃ pro každou z rostlin vytvořil nepříznivý poměr mezi těmito prvky, takže nakonec začíná převaha CaCO nad příznivým účinkem ₃ jako neutralizátor, výnos začíná klesat, tento bod by měl být pro různé rostliny odlišný, protože jejich vztah k hodnotě pH a poměru Ca:Mg“ [4,5]. V další práci poznamenal, „že příčinou škodlivých účinků jsou nadměrné dávky CaCOXNUMX₃ Na kyselých půdách může být nedostatečný obsah vyměnitelného hořčíku, v důsledku čehož po přidání CaCO3 do půdy ₃, v půdním roztoku se vytváří nepříznivý, příliš vysoký poměr Ca:Mg »[4]. K.K. Gedroits zdokonalil chemické metody pro stanovení dostupnosti asimilovatelných forem fosforu v rostlinách, hodnotil fosforitany, kostní moučku a také studoval změnu dostupnosti kyseliny fosforečné pod vlivem vápnění půdy, používané jako hnojiva, v závislosti na stupni využití kyseliny fosforečné v nich obsažené rostlinami.

Na základě studií vlivu vápnění na dostupnost půdního fosforu, kyseliny a fosforečných hnojiv pro rostliny dochází K. K. Gedroits k závěru, že „uhličitan vápenatý snižuje rozpouštěcí účinek kořenových sekretů bez ohledu na jejich povahu, stejně jako rozpouštěcí účinek samotné půdy v důsledku její kyselé reakce. Proto CaCO₃„snižuje dostupnost fosforečnanů vápenatých pomocí kyseliny fosforečné a zvyšuje dostupnost železa a hliníku pomocí kyseliny fosforečné a organofosfátových sloučenin“ [5].
K.K. Gedroits v monografii „Doktrína o absorpční kapacitě půdy“. Je prezentován nejpodrobnější popis fyzikálních a chemických vlastností půdy jako stanoviště pro pěstované rostliny. Vyvinul také velké množství praktických opatření ke zlepšení úrodnosti půdy regulací složení vyměnitelných kationtů v komplexu půdní absorpce, řízením solného režimu a kyselosti půdy. Poskytly také teoretický základ pro fosforizaci a vápnění sodně-podzolických půd a úpravu solonetzových a solonetzických půd sádrovcem [5]. Vyvinul praktické metody a teorii chemické rekultivace půdy. V roce 1912 byla publikována první práce o původu a vlastnostech zasolených půd. K. K. Gedroits začal studovat z čistě teoretického hlediska a vyvinul metody pro praktické zlepšení těchto půd. Všechny tyto práce měly velký vliv na široké praktické využití těchto metod, zejména vápnění kyselých orných půd v drnově podzolickém pásmu a rozvoj výzkumu chemické rekultivace půdy[5]. V roce 1947 V. A. Černov publikoval monografii „O povaze kyselosti půdy“, ve které ve speciálně provedeném experimentu zdůvodnil a experimentálně potvrdil platnost hypotézy o výměně Al jako hlavního nosiče výměnné kyselosti půd v minerálních horizontech nejkyselejších půd. V. A. Černov ukázal, že „v reakcích kationtové výměny je hliník silnějším konkurentem ve vztahu k třetímu iontu – vápníku.“ Z výsledků tohoto experimentu dospěl k závěru, že „H je v půdě fixován slaběji než Al, a proto lze za přirozených podmínek v kyselých půdách očekávat v SPC spíše přítomnost vyměnitelného Al než vyměnitelného H“ [19]. Dalším experimentálním potvrzením, které citoval, je, že „ve vysoce kyselých půdách je titrovatelná kyselost v extraktu KCl ekvivalentní koncentraci Al³⁺ v něm“ [3]. Takovou shodu okolností by bylo těžké očekávat, pokud by se Al do extraktu dostal v důsledku rozpouštění krystalových mřížek jílových minerálů. Všechny následné studie potvrdily správnost hypotézy o výměně Al jako hlavního nosiče výměnné půdní kyselosti v minerálních půdních horizontech většiny půd. Četné experimentální studie navíc ukázaly, že většina jílových minerálů není schopna dlouhodobě existovat v H-formě – spontánně a poměrně rychle se transformují do formy nasycené převážně Al. Výměna vodíku v minerálních horizontech půdy buď chybí, nebo je obsažena ve velmi malém množství. Přítomnost vyměnitelného vodíku jako nosiče vyměnitelné kyselosti půdy je možná v organogenních půdních horizontech, stejně jako v minerálních horizontech kyselých sulfátových glejů a některých dalších půd vyvinutých na horninách obsahujících pyrit, kde během oxidace pyritu kontinuálně vzniká kyselina sírová. Největší objev V. A. Černov také zjistil, že „vyměnitelný hliník v PPC může být reprezentován nejen iontem Al³⁺, ale také hydroxokomplexy Al s různou bazicitou, tj. je

Každá půda má specifickou reakci, která se projevuje při interakci s vodou nebo roztoky solí a může být kyselá, neutrální nebo zásaditá. Půdní reakce má velký vliv na vývoj rostlin a jejich vstřebávání živin, aktivitu půdních mikroorganismů, rychlost a směr chemických a biochemických procesů: destrukci půdních minerálů, rozpouštění nerozpustných sloučenin, mineralizaci organických zbytků a humifikaci, koagulaci a peptizaci koloidů, účinnost hnojiv přidávaných do půdy. Půdní reakce závisí na poměru volných iontů H+ a OH⁻ v ní. Pokud jsou koncentrace těchto iontů v půdním roztoku stejné, bude reakce neutrální, s H+ > OH⁻ je reakce kyselá, s H+

Kyselost půdy — je vlastnost půdy okyselovat půdní roztok. Nositeli kyselin mohou být půdní roztok a půdní koloidy. Kyselost je způsobena přítomností vodíkových a hliníkových iontů v půdním roztoku a absorpčním komplexu [2]. V závislosti na umístění iontů se dělí na dva typy:

Potenciál (latentní), který se dělí na:

Aktuální kyselost je způsobena přítomností a koncentrací vodíkových iontů v půdním roztoku (suspenzi) během ošetření půdy vodou. Rozklad organické hmoty v půdě a organických hnojiv vede k neustálé tvorbě organických a aminokyselin, oxidu uhličitého a vody. Organické a aminokyseliny jsou produkty kořenových sekretů rostlin a půdních mikroorganismů a všechny živé organismy uvolňují CO2 během dýchání. Oxid uhličitý, který interaguje s vodou, tvoří oxid uhličitý. Uhlí, organické a aminokyseliny, hydrolytická kyselá hnojiva (NHXNUMX ₄ C1, (NH4) ₂ SO ₄ ) a kyselina dusičná, vznikající během nitrifikace amoniakových dusíkatých hnojiv a půdy, jsou hlavními zdroji vodíkových iontů v půdním roztoku, přibližně o aktuální kyselosti půdy. Skutečná kyselost se měří pH vodného extraktu nebo vodné suspenze v poměru půda:voda 1:2,5. V různých půdách se skutečná kyselost pohybuje od 3 do 7 [8].

Potenciální kyselost je způsobena výměnně absorbovanými ionty vodíku, hliníku, železa a manganu v PPC. PPC je soubor minerálních, organických a organominerálních sloučenin s vysokým stupněm disperze, nerozpustných ve vodě a schopných výměnných reakcí. Některé z absorbovaných vodíkových a hliníkových iontů mohou být do roztoku vytěsněny kationty neutrálních solí (KCl): (PPC)H+ + KCl = (PPC)K+ + HCl. V závislosti na schopnosti těchto iontů být vyměňovány z PPC za jiné se potenciální kyselost dělí na výměnnou a hydrolytickou [1].

Metabolická kyselost je způsobena přítomností iontů vodíku, hliníku, železa a manganu v PPC, které mohou být do roztoku vytěsněny kationty neutrálních solí, včetně hnojiv (KCl, KNO₃K₂SO₄). Pro stanovení obsahu výměnných kyselin v půdách se obvykle používá 1N roztok KCl (pH přibližně 6) [12,17].

Měří se pH kyselosti solného extraktu (KCl). Při interakci půdy s roztokem KCL se v roztoku objeví kyselina chlorovodíková v důsledku výměny draslíku za vodík a chlorid hlinitý se objeví při jeho výměně za hliník. Schematicky to lze znázornit následovně:

Do první poloviny minulého století byly vyvinuty základní principy teorie výměnné kyselosti půd (Orlov, 1992). Experimentálně bylo prokázáno, že nositeli výměnné kyselosti v minerálních horizontech většiny kyselých půd nejsou pouze ionty Al3+, ale také jeho hydroxokomplexy s různou bazicitou – Al(OH)2+ (V.A. Černov, 1947). Zdrojem výměnné kyselosti půdy mohou být také ionty Fe, což bylo prokázáno později [19].

Hydrolytická kyselost je způsobena tou částí potenciální kyselosti kationtů PPC, která může být vytěsněna během ošetření půdy 1N roztokem hydrolytické alkalické soli (CH₃COONa): CH3COONa + H₂O 3COOH + Na + + OH — . Hodnota hydrolytické kyselosti se v různých půdách pohybuje od 0,1 do 10 mg-ekv. nebo více na 100 g půdy. V běžných černozemech hydrolytická kyselost prakticky chybí, jejich reakce je neutrální, zatímco v podzolických a šedých lesních půdách někdy dosahuje 3 mg-ekv. nebo více na 100 g půdy. Nejvyšší hydrolytická kyselost je pozorována v některých rašelinných horizontech bažinných půd a jejich rozdílech. Hydrolytická kyselost půdy je obvykle vyšší než výměnná [12,20]. Alkalická reakce vodného roztoku této soli umožňuje úplněji než neutrální sůl (KS l ) vytěsnit z SPC všechny ionty železa, manganu, hliníku a vodíku podle následujícího schématu:

Hydrolytická kyselost je obecná kyselost, která zohledňuje výměnu a skutečnou kyselost. Indexy hydrolytické kyselosti se používají při výpočtech dávky vápna potřebné pro Absorbované kationty půd nenasycených bázemi se skládají převážně z kationtů Ca2+, Mg2+, H+ a AL3+. Součet kationtů vápníku a hořčíku je charakterizován indexem S, který se nazývá součet absorbovaných bází a vyjadřuje se v mg-eq/100 g. Součet absorbovaných kationtů vodíku a hliníku je charakterizován indexem hydrolytické kyselosti Hr, který se také vyjadřuje v mg-eq/100 g.

Typy půd podle kyselosti