Тема 5. Гумус, его состав

Гумус является основной составной частью органического вещества почвы. Под органическим веществом почвы понимают совокупность живой биомассы и органических остатков растений, животных, микроорганизмов, продуктов их метаболизма и специфических новообразованных органичес­ких веществ почвы - гумуса. В органическом веществе почвы всегда присутствует какое-то количество остатков отмерших организмов, нахо­дящихся на разных стадиях разложения, живые клетки микроорганизмов, почвенная фауна.

Гумусовые вещества как специфический продукт гумификации - это ге­терогенная полидисперсная система высокомолекулярных азотсодержащих ароматических соединения кислотной природы, которые представлены гуминовыми кислотами, фульвокислотами и негидролизуемым остатком или гумином. Деление гумусовых веществ на эти группы было основано на способе выделения их из почвы, исследованиями И.В.Тюрина, МЛ. Кононо­вой, С.С.Драгунова, Л.Н.Александровой, Д.С.Орлова и других были выяв­лены их специфические качества.

Гумусовые кислоты - особый класс соединений с переменным составом. В пределах этой общей группы гуминовые кислоты и фульвокислоты сохра­няют общий принцип строения. Их высокомолекулярный характер обуслов­ливает практическую независимость основных физических и химических свойств от небольшого изменения состава.

Гуминовые кислоты (ГК) хорошо растворяются в щелочных растворах, слабо растворяются в воде и не растворяются в кислотах. Из растворов ГК легко осаждаются водородом минеральных кислот и двух – и трехвалентными катионами (Сa⁺², Mg ⁺², Fe ⁺³ , Al ⁺³). Гуминовые кислоты, выделенные из почвы в виде сухого препарата, имеют тёмно-коричневый или чёрный цвет, среднюю плотность 1,6 г/см3.

Элементарный состав гуминовых кислот в процентах по массе составляет: С – 50-62; Н - 2,8-6,6; О - 31-40; N - 2-6.

Фульвокислоты (ФК) - группа гумусовых кислот, остающаяся в растворе после осаждения гуминовых кислот. Они же, как и ГК, представляют собой высокомолекулярные азотсодержащие органические кислоты. От ГК отличаются светлой окраской, более низким содержанием углерода, растворимостью в кислотах, большей гидрофильностью и способностью к кислотному гидролизу. Плотность фульвокислот по имеющимся немногочисленным данным равна 1,43-1,61 г/см3. Элементарный состав фульвокислот (в % по массе) составляет: С - 41-46, И - 4-5, N - 3-4. Содержание кислорода зависит от количества углерода; его больше, чем в ГК. Фульвокислоты различных типов почв имеют большое сходство.

Наряду с ГК и ФК в групповом составе гумуса выделяют негидролизуемый остаток, ранее называвшийся гумином. Современные исследования показали, что гумин представляет собой совокупность гуминовых и фульвокислот, прочно связанных с минеральной частью почвы, а также трудноразлагаемых остатков растений: целлюлозы, лигнина, углистых частиц.

5.1. Определение гумуса в почве методом и.В.Тюрина в модификации в.Н.Симакова с дополнениями б.А.Никитина

Метод отличается простотой, быстротой и точностью. Он основан на окислении бихроматом калия углерода гумуса почвы:

3 С⁰ + 2К₂С_Ч20₇ + 8Н₂SO₄=2С_Ч2(S0₄)₃ + 2К₂SO₄ + 8Н₂0 + ЗС0₂

окисление происходит в сильнокислой среде и сопровождается восстановлением шестивалентного хрома в трёхвалентный, избыток бихромата в растворе после окисления гумуса титруют раствором соли Мора.

К₂Сч₂0₇ + 7Н₂S0₄ + бFeSO₄=Сч₂(S0₄)₃ + К₂SO₄ + 7Н₂0

По разности бихромата калия до и поcле окисления находят содержание органического углерода в почве.

Ход анализа

из образца почвы, просеянной через сито с отверстиями 0,25 мм, берут на торcионных весах навеску от и,05 до 0,5 г, в зависимости от предполагаемого содержания гумуса в почве.

О приблизительном содержании гумуса судят по цвету почвы:

Цвет почвы	Содержание гумуса (%)	Величина навески (г)
очень чёрный	10 - 15	0,05
чёрный	7-10	0,1
тёмно-серый	4 - 7	0,2
серый	2-4	0,3
светло-серый	1 - 2	0,4
белесоватый	0,5- 1	0,5

Навеску осторожно переносят в коническую колбу ёмкостью 100 ил и приливают из бюретки медленно (по каплям) 10 мл 0,4 н раствора К₂Сч₂О₇ в разведённой (1:1) серной кислоте.

Содержимое колбы осторожно перемешивают круговыми движениями, следя за тем, чтобы частицы почвы не остались на её стенках в горлышко колбы вставляют маленькую воронку, служащую холодильником и помещают в сушильный шкаф. Доводят до температуры 160°С и держат 20 минут.

После этого из промывалки дистиллированной водой промывают воронку и стенки колбы, доведя объём в ней до 30-40 мл. Добавляют в колбу 4-5 капель фенилантраниловой кислоты и титруют 0,2 н раствором соли Мора, Конец титрования определяют переходом вишнёво-фиолетовой окраски в зелёную. Записывают число соли Мора, пошедшей на титрование остатка хромовокислого калия.

Содержание углерода (%) вычисляют по формуле:

, где

А - количество раствора двухромовокислого калия, взятое для окисления органических веществ почвы,

Н1- нормальность раствора бихромата калия,

В - количество соли Мора, затраченное на титрование избытка хромовой кислоты, Н₂ - нормальность соли Мора,

0,003 - величина мг.экв. углерода,

г - навеска воздушно-сухой почвы в г.

Коэффициент пересчета углерода на гумус = 1,724.

Реактивы, их приготовление

I. 0,4 н раствор К₂Сч₂0₇ В разбавленной (1:1) серной кислоте 40 г тонко измельченного в фарфоровой ступке кристаллического К₂Сч₂О₇. растворяют примерно в 500-600 мл дистиллированной воды (можно с подогреванием) и фильтруют через бумажный фильтр в мерную колбу ёмкостью I л. Раствор доводят до метки дистиллированной водой и перели­вают в большую колбу (ёмкостью 2,5-5,0 л) из термостойкого стекла, так как при смешивании с серной кислотой происходит сильное разогревание жидкости, а толстостенная посуда (бутылки и склянки) не выдер­живают резкого повышения температуры.

К этому раствору при осторожном и многократном помешивании прили­вают (примерно по 100 мл) 1 л H₂SO₄ пл. 1,84, затем закрывают ворон­кой или стеклом, оставляют стоить до полного охлаждении, до следую­щего дня, ещё раз перемешивают и переливают в бутыль или склянку с , притёртой пробкой. Хранят ого в тёмном месте.

2. 0,2 н раствор соли Мора. 800 г соли (NH₄)₂ SO х FeSO₄ х 6Н₂0 (используют только голубые кристаллы, побуревшие отбрасывают) поме­щают в колбу и заливают 1 н раствором Н₂0 примерно на 2/3 объёма колбы, взбалтывают до полного растворения соли, фильтруют через складчатый фильтр с двойным вкладышем, добавляют дистиллированную во­ду до метки и хорошо перемешивают. Раствор хранят в бутыли, изолиро­ванной от воздуха.

Нормальность раствора соли Мора устанавливают и проверяют по 0,1 н раствору KMnO₄. В коническую колбу ёмкостью 250 мл мерным цилиндром вливают 1 мл Н₂0₄ (пл. 1,84) отмеряют бюреткой 10 мл раствора соли Мора, прибавляют 50 мл дистиллированной воды и титруют 3,1 н KMnO₄ на холоде до слаборозовой окраски, не исчезающей в течение 1 мин.Тит­рование повторяют трижды. Нормальность вычисляют по формуле:

V₂ - объём ,

N₂ - нормальность раствора KMnO₄

3. Раствор фенилантраниловой кислоты C₁₃H₁₁O₂N1/ Кислота представ­ляет собой бесцветное или слегка окрашенное в сероватый или желтый цвет кристаллическое веoество, нерастворяющееся в воде. Поэтому инди­катор приготовляют в растворе соды, чтобы перевести кислоту в раство­римую натриевую соль.

Отвешивают 0,2 г фенилантраниловой кислоты и растворяют в 100 мл 0,2 %—го раствора Nа₂С0₃. Для лучшего смачивания порошка индикатора Б.Н.Симаков рекомендует взятую навеску предварительно перемещать в чашке стеклянной палочкой с несколькими мл 0,2 %-го раст­вора Nа₂С0₃ до пастообразного состояния, а затем при тщательном пе­ремешивании добавить остальное количество раствора Nа₂С0_3. Раствор фенилантраниловой кислоты может сохраняться долгое время. Прозрачный раствор постепенно темнеет, но это не мешает его использованию.