В соответствии со спецификой заочного обучения студенты выполняют на сессии только те лабораторные работы, которые знакомят их с наиболее важными свойствами почвы (содержанием в ней перегноя, поглотительной способностью, структурой, реакцией почвенного раствора, классификацией почв и их строением). Выполнение всех работ сессионного и межсессионного периодов совершенно обязательно (9— 18 работ выборочно по рекомендации преподавателя). В отдельных случаях, с учетом специфики конкретного вуза, по решению кафедры одни работы могут быть за менены другими. В практикум включен ряд упрощенных работ демонстрационного характера, которые с успехом могут быть использованы и в школе. Записи, чертежи и схемы по лабораторным работам, выполняемым во время сессии, и полевой практике каждый студент ведет в отдельной тетради. По окончании сессии тетрадь в виде отчета представляется преподавателю для проверки. Выполнение лабораторных работ должно быть тесно связано с изучением теоретического курса. Во время сессии студенты предварительно слушают лекции и самостоятельно изучают соответствующие разделы учебной литературы. Для установления связи практической работы с соответствующим разделом теоретического курса в пособие включен краткий теоретический материал, который поможет студенту правильно ориентироваться в существе вопроса. Однако необходимо помнить, что этот материал полностью не раскрывает тему и не исключает работу над учебником. После выполнения каждой работы особое внимание следует обратить на осмысление полученных результатов. Только умение объяснять их и правильно использовать говорит о творческом, активном усвоении проделанной работы. В процессе выполнения практических работ и изучения теоретического материала необходимо помнить о том, что почва является одним из важных элементов ландшафта, который отражает все особенности последнего. По образному выражению Б. Б. Полынова, почва — «зеркало ландшафта». Поэтому понять свойства почвы, разобраться в особенностях со строения и образования 4 можно только на фоне общего анализа фнзико-географических условий. Но в то же время почва является и основным средством сельскохозяйственного производства. Поэтому «видеть в почве... самодовлеющий предмет изучения... громадная ошибка»1. В связи с особым местом почвы в природе и жизни человека ее изучение обязательно должно быть многоплановым. Особое внимание следует уделить вопросам связи конкретных почв с основными факторами почвообразования (растительностью, климатом, рельефом, материнскими породами), выявлению зависимости свойств почв от них, уяснению взаимосвязи отдельных свойств и, наконец, значению агропроизводственных свойств и путей рационального использования каждого типа почвы.
Тема 1
. ПОЧВЕННЫЙ ПЕРЕГНОЙ (ГУМУС).
Почва состоит из трех фаз: твердой (минеральные и органические соединения), жидкой (вода, почвенный раствор) и газообразной (почвенный воздух). Органические соединения представлены: а) неспецифическими для почвы веществами (например, веществами, входящими в состав организмов растений и животных, — углеводами, белками, жирами); б) специфическими веществами, встречающимися только в почве. Комплекс специфических, относительно устойчивых органических соединений почвы получил название перегноя или гумуса (от лат. humus — земля). Перегной — важнейшая 'составная часть почвы. От богатства почвы перегноем во многом зависит ее структурное состояние, содержание в ней различных необходимых растениям питательных веществ, тепловой, водный и воздушный режим почвы, т. е. в конечном итоге весь комплекс важнейших свойств почвы, от которых зависит ее плодородие. Нужно иметь в виду, что перегной почвы — это не просто полуразложившиеся остатки различных организмов, а значительно более сложные органические соединения, образование которых во многом связано с процессами микробного синтеза. Следует особо подчеркнуть это положение вопреки часто встречающемуся неправильному представлению о перегное как о полуразложившихся растительных остатках. Образование перегноя тесно связано с процессами синтеза, тогда как в результате простого разложения органических остатков может произойти или их полная минерализация, т. е. полное разрушение органического вещества в аэробных условиях, или в случае анаэробных условий образуется торф, т. е. смесь различных продуктов разложения растительных остатков с частями самих растений. ‘ Тимирязев К. А. Избр. соч. М., Сельхозгиз, 1948, т. II, с. 22—23. 5 В связи с тесной зависимостью плодородия почвы от содерж ания в ней перегноя его определение имеет исключительно большое значение. Содержание перегноя в почве определяют различными методами. Наиболее простой из них (но менее точный)— определение содержания перегноя путем прокаливания почвы. Учитель может с успехом применить этот метод в школе.
Работа 1.
Определение содержания перегноя в почве методом прокаливания Оборудование: тигель, газовая горелка или муфельная печь, весы и разновесы к ним, муфельные щипцы. Метод прокаливания дает возможность приближенно определить содержание перегноя в почве. Неточность этого метода объясняется в основном тем, что при высоких температурах (выше 4-600° С) происходит разложение карбонатов, которое может исказить результаты. Поэтому прокаливание следует проводить при температурах не выше +500° С. Лучший результат получается при прокаливании при температуре + 4 5 0 — 500° С (еле заметное темнокрасное каление муфеля1). При этой температуре происходит сж игание всех органических веществ в почве и удаление из нее всех форм воды. Метод этот прост, не требует сложного оборудования, и поэтому его можно с успехом использовать на занятиях в школе. Следует особо подчеркнуть необходимость учета потери гигроскопической влаги при прокаливании, без чего результат определения будет значительно искажен.
Х о д работы.
1. Из образца почвы массой около 6— 8 г тщ ательно выбрать все неразложившиеся части растений. 2. О бразец растереть в ступке и полностью просеять через сито с отверстиями диаметром 0,25 мм. 3. В предварительно взвешенный тигель поместить навеску около 3—5 г подготовленной таким образом почвы. 4. Поставить открытый тигель наклонно над газовой горелкой и начать прокаливание. По мере нагревания тигля горелку передвинуть к его дну. 5. После сгорания органического вещества почвы, что будет з а метно по потере почвой темной окраски, тигель охладить и, осторожно постукивая по его стенкам, перемешать почву. 6. Поставить тигель на горелку и вновь прокалить его в течение получаса. 7. Охладить тигель и определить его массу. 8. Рассчитать содержание перегноя по формуле (А — В)-ю о __ v С “ ’ где А — потеря в массе после прокаливания; В — масса гигроско1.
Прокаливать можно на газовой горелке, в муфельной печи или на примусе. С пической воды; С — масса абсолютно сухой навески; X — содерж ание перегноя, в %. Расчет массы содержащейся в образце гигроскопической воды и массы абсолютно сухой навески производится следующим образом. Допустим, что навеска воздушно-сухой почвы была 0,3057 г, а содержание гигроскопической в л а ги —3,7% (величину сообщает преподаватель). Рассчитаем массу абсолютно сухой навески (навески без гигроскопической воды). Для этого сначала вычислим массу гигроскопической влаги в нашем образце: Х = 0,3°цз73,7 =0,0011. Следовательно, масса абсолютно сухой навески будет равна: 0,3057— 0,0011 = 0,3046 г. Результаты записывают в форме таблицы 1. Таблица 1 Навеска (в г) воздушносухая абсолютно сухая Масса гигроскопической воды (в г) Потеря в массе после прокаливания Содержание перегноя (в %) Расчет содержания в почве минеральных соединений. Зная величину содержания в почве перегноя, определенную методом прокаливания, легко рассчитать, сколько минеральных соединений (в %) содержится в абсолютно сухой почве.Для этого следует величину процентного содержания перегноя вычесть из 100. При прокаливании почвы на занятиях в школе следует об р атить внимание учащихся на окраску прокаленного остатка, так как она, как и окраска почвы вообще, говорит о химическом составе прокаленного остатка. Так, кирпично-красный или буро-красный цвет свидетельствует о наличии в почве значительного количества окислов железа, сероватый цвет — о присутствии кремнезема и о значительной оподзоленности почвы и т. п. Работа 2. Демонстрационное определение наличия в почвенном перегное различных групп органических веществ.
О б о р у д о в а н и е и р е а к т и в ы:
10-процентный раствор NaOH или N H 4OH, 10-процентный раствор НС1, три колбы емкостью 250 мл, воронка, фильтры, электроплитка. Перегной почвы — это сложный комплекс специфичных для нее органических соединений. Состав почвенного перегноя далеко не однороден. В него входят самые различные органические соединения, природа которых полностью еще не изучена. Согласно наи7 более общей классификации, построенной только на таких признаках, как окраска и отношение к растворителям, перегнойные (гумусовые) вещества подразделяются на следующие группы соединений: 1. Гуминовые кислоты — темноокрашенные соединения, растворимые в слабых щелочах. 2. Фульвокислоты — светлые (желтые) соединения, растворимые в слабых кислотах и в воде. 3. Гумусовые «угли» — нерастворимые соединения гумин и ульмин. В почвах различных типов состав гумуса далеко не однороден. В черноземных почвах, например, преобладает группа гуминовых кислот, в почвах подзолистых — фульвокислот, нерастворимых же фракций перегноя больше в сероземах и красноземах. Состав гумуса главных групп почв приведен в таблице 2. Таблица 2 Состав гумуса в главных группах почв СССР в слое 0—20 см к общему содержанию (по И. Тюрину), в % Почпы Средний процент гумуса Г уминовые кислоты Фульвокислоты Нерастворимый остаток Отношение гуминовых кислот к фуль- вокислотам гуминовых кислот к остатку Воски, смолы Подзолистые, серые лес 3,4 — 4,0 15—25 47 28 0,4 0,7 5 ной зоны Серые слабооподзоленные 4, 0 - 6, 0 25 50 22 0,5 1,1 3 лесостепной зоны Черноземы выщелоченные 0 1ОО о 35 42 20 0,8 1,7 3 Черноземы мощные 10,0 40 39 19 2,0 2,0 2 Черноземы обыкновенные 7, 0 - 8, 0 35 37 25 1,0 1,4 3 Темно-каштановые 3,4 — 4,0 34 35 26 1,0 1,3 5 Солонцы каштановой зо 3,0 23 45 28 0,5 0,8 4 ны Сероземы 1,0— 2,0 21 41 32 0,5 0,7 6 Красноземы 4,0 — 6,0 15 50 33 0,3 0,5 2 Все перечисленные группы почвенного перегноя играют большую роль как в почвообразовании в целом, так и в формировании почвенного плодородия в частности. На плодородие почвы, очевидно, положительно влияют прежде всего гуминовые кислоты, а также гумин и ульмин. Все перегнойные вещества принимают активное участие в почвообразовательных процессах. Так, многие авторы считают, что в образовании подзолистых почв большую роль играют фульвокислоты; гумин и ульмин обусловливают в к а кой-то степени водопрочность почвенной структуры и т. п. Выделение из почвы различных групп перегнойных веществ производится по следующей схеме: Почва I (обработка раствором NaOH или NH4OH) Г черно-бурый раствор нерастворимые (гумусные (гуминовые кислоты вещества гумин и ульмин) и фульвокислоты) остаются в почве 1 действие НС1 I_____________________ I | осадок (гуминовые соломенно-желтый кислоты) раствор (фульвокислоты)
Х о д работы.
1. Взять около 20 г воздушно-сухой, богатой перегноем почвы, пропущенной через сито с диаметром отверстий 1 мм, и поместить в колбу. 2. Залить почву 50 мл 10-процентного раствора NaOH, тщ ательно взболтать и оставить на 15 мин стоять. Через каждые 5 мин взбалтывание повторять. 3. Поставить суспензию на электроплитку и довести до кипения. 4. Профильтровать полученную суспензию; при этом в почве остается нерастворимая часть перегноя (гумин и ульмин), а р астворимая его часть (гуминовые кислоты и фульвокислоты) будет находиться в растворе. 5. Нейтрализовать фильтрат, прибавляя к нему небольшими порциями 10-процентную соляную кислоту (тщательно взбалтывая содержание колбы), в результате чего в осадок выпадут гуминовые кислоты, а фульвокислоты останутся в растворе. Соляную кислоту прибавлять до помутнения фильтрата, свидетельствующего о начале выпадения гуминовых кислот. После начала выпадения осадка прилить к фильтрату еще несколько кубических сантиметров кислоты и оставить его стоять примерно на 5 мин. 6. После окончания выпадения осадка профильтровать полученную суспензию, получив на фильтре гуминовые кислоты, а в растворе — фульвокислоты. 7. Познакомиться с внешними признаками выделенных групп органических веществ почвы.
3. Законспектировать в тетради.