1.6. Способы выражения результатов валового анализа

Результаты валового анализа обычно выражаются в виде процентного содержания высших оксидов элементов, входящих в состав почвы и определяемых в ходе анализа: SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO, MgO, Na₂O, K₂O, TiO₂, MnO, SO₃, P₂O₅ . Это традиционный и широко распространенный способ представления аналитических данных, дающий возможность быстрой проверки точности выполнения анализа.

Для проверки точности результатов анализа суммируют содержание всех оксидов, вычисленное в % от массы сухой почвы вместе с величиной потери при прокаливании (п.п.). Эта сумма должна быть равной 100% или отклоняться в пределах ±1,0-1,5%. В качестве примера аналитического баланса рассмотрим данные валового анализа приведенного в таблице 4.

Таблица 4. Валовой состав горизонта А₁ (8-14 см) дерново-слабоподзолистой почвы в % от массы абсолютно сухой почвы

Оксид	Содержание, %	Оксид	Содержание, %
SiO2	77,29	K2O	1,73
Al2O3	10,12	TiO2	0,53
Fe2O3	2,48	MnO	0,20
CaO	0,88	SO3	0,58
MgO	0,66	P2O5	0,19
Na2O	1,48	п.п	4,13
Сумма = 100,27

Поскольку отклонение от 100% не превышает указанного предела, то точность анализа следует считать удовлетворительной.

Значительные отклонения суммы от 100%, как в меньшую, так и большую стороны, обусловлены ошибками, допущенными в ходе выполнения валового анализа. Сумма оксидов больше 100% – следствие плохого промывания и прокаливания осадков, сумма оксидов меньше 100% обусловлена потерей анализируемых веществ.

При интерпретации данных валового анализа необходимо иметь в виду, что выражение его результатов в форме процентного содержания высших оксидов являются условными и не совсем точными. Во-первых, элементы с переменной валентностью (Fe, Mn, S) могут находиться в почве в разных степенях окисления, во-вторых – только Si, Ti, Fe и Al частично присутствуют в почвах в форме высших оксидов в различной степени окристаллизованности. Остальные оксиды не могут существовать в почве в свободном состоянии. Кроме того, выражение результатов в форме оксидов исключает представление о соотношении количеств различных элементов. Это обусловлено тем, что у оксидов разных элементов неодинакова массовая и мольная доля кислорода.

Например, доля Р в составе P₂O₅ составляет 44% от массы оксида, а доля К в составе K₂O равна 83%. Если судить по приведенным выше данным, то в горизонте А₁ дерново-слабоподзолистой почвы содержится в 9 раз больше калия (1,73%) нежели фосфора (0,19%). При пересчете на элементы содержание калия оказывается равным 1,44%, фосфора – 0,08%. В этом случае количество К будет в 18 раз превосходить количество фосфора. Аналогичные примеры можно привести и в отношении других элементов. Следовательно, данные валового анализа, выраженные в форме оксидов не дают реального представления о содержании в почве химических элементов и их соотношениях. Данное обстоятельство имеет важное значение, поскольку количественные отношения между содержанием отдельных элементов широко используется для решения многих химических и агрономических вопросов.

Чтобы пересчитать оксиды на элементы необходимо содержание оксида в процентах умножить на соответствующий коэффициент. Коэффициент представляет собой частное от деления атомной массы определенного элемента на молекулярную массу соответствующего оксида (табл. 5)

Таблица 5. Пересчетные коэффициенты оксидов на элементы

Оксид	Элемент	Отношения	Пересчетный коэффициент
SiO2	Si		0,468
Al2O3	Al		0,529
Fe2O3	Fe		0,699
CaO	Ca		0,715
MgO	Mg		0,603
TiO2	Ti		0,599
MnO	Mn		0,774
SO3	S		0,400
P2O5	P		0,436
K2O	K		0,830
Na2O	Na		0,742

Правильная оценка химического состава почвы затруднена также вследствие того, что результаты валового анализа, даже если они представлены не в форме оксидов, а в элементах, выражаются в массовых процентах. Поскольку в химических реакциях и процессах участвуют ионы и молекулы, то и конечный результат будет зависеть от того, сколько их вступило во взаимодействие или было вовлечено в профильную дифференциацию веществ. Поэтому, итог процесса, его интенсивность должны быть выражены количеством частиц вещества, а не его массой.

В качестве примера обратимся к данным валового анализа горизонта А₁ дерново-слабоподзолистой почвы. Здесь содержание Al₂O₃ = 10,12%, Fe₂O₃ – 2,48%, K₂O – 1,73%. В пересчете на элементы это составляет 5,35% Al, 1,73% Fe и 1,44% К. По массе содержание алюминия в 3,1 раза превышает содержание Fe, однако атомные массы этих элементов существенно различаются и равны 26,98 и 55,85 для алюминия и железа соответственно. Вследствие этого в 100 г почвы будет содержаться 0,20 моля алюминия и 0,03 моля железа. Следовательно, по числу атомов алюминий будет превышать железо в 6,7 раза.

При сопоставлении железа и калия получается иная картина. Если по массе содержание железа в 1,2 раза превосходит содержание К, то по числу молей в 100 г почвы обнаруживается преобладание калия над железом – 0,05 моля калия и 0,03 моля железа соответственно.

Эти примеры показывают, что способ выражения данных валового анализа имеет важное значение для правильного суждения о состоянии химических элементов в почве. Поэтому, для получения объективной информации о химическом составе почвы, особенностях его трансформации, закономерностях миграции и аккумуляции элементов наиболее целесообразно выражать результаты валового анализа в молях на определенную массу или объем почвы.

В международной системе единиц измерения (СИ), моль – это количество вещества, содержащее столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в 12 г изотопа углерода ¹²С, а именно 6,022∙10²³ (число Авогадро). Структурными элементами наряду с атомами могут быть молекулы, ионы, электроны и другие частицы. Чтобы найти число молей элемента в 100 г почвы, нужно его процентное содержание в почве разделить на атомную массу. В таблице 6 приведен элементный состав темно-серой лесной легкосуглинистой почвы, выраженный различными способами.

Таблица 6. Элементный состав темно-серой лесной почвы в расчете на абсолютно сухую навеску

I. Содержание оксидов в % от массы почвы
Горизонт	Глубина образца, см	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	Na2O	K2O
А1	0-10	72,75	10,09	2,32	0,88	0,72	1,41	1,74
АВ	29-39	75,70	11,48	3,52	0,70	0,65	1,52	1,96
В1	50-60	74,26	11,94	4,18	0,71	0,76	1,47	1,74
В2	70-80	72,18	14,42	4,49	0,71	0,69	1,58	1,66
ВС	140-150	73,53	13,03	4,49	0,77	0,72	1,54	1,65
II. Содержание элементов в % от массы почвы
Горизонты	Глубина образца, см	Si	Al	Fe	Ca	Mg	Na	K
А1	0-10	34,05	5,34	1,62	0,63	0,43	1,05	1,44
АВ	29-39	35,43	6,07	2,46	0,50	0,39	1,13	1,63
В1	50-60	34,75	6,32	2,92	0,51	0,46	1,09	1,44
В2	70-80	33,78	7,63	3,14	0,51	0,42	1,17	1,38
ВС	140-150	34,41	6,89	3,14	0,55	0,43	1,14	1,37
Ш. Содержание элементов в моль/100 г почвы
Горизонты	Глубина образца, см	Si	Al	Fe	Ca	Mg	Na	K
А1	0-10	1,21	0,20	0,029	0,016	0,018	0,046	0,037
АВ	29-39	1,26	0,23	0,044	0,013	0,016	0,049	0,042
В1	50-60	1,24	0,23	0,052	0,013	0,019	0,047	0,037
В2	70-80	1,20	0,28	0,056	0,013	0,017	0,051	0,035
ВС	140-150	1,23	0,26	0,056	0,014	0,018	0,050	0,035

По весовому содержанию оксиды располагаются в следующий убывающий ряд:

SiO₂ >>Al₂O₃> Fe₂O₃> K₂O >Na₂O >CaO, MgO.

При пересчете на элементы этот ряд сохраняется, но соотношения между элементами изменяются. Так если в пределах профиля в весовом отношении Al в 2,2-4,4 преобладает над Fe, то по числу атомов в 4,3-6,9 раза. По массе кальция содержится несколько больше чем магния, а калий преобладает над натрием, однако по числу атомов обнаруживается уже некоторое доминирование Mg над Ca и Na над К. Эти примеры показывают, что выбор способа выражения результатов валового анализа имеет принципиальное значение для правильного суждения об особенностях химического состава почвы.