2.1.2. Достоинства и недостатки водной вытяжки как метода изучения засоленных почв

Для анализа засоленных почв водная вытяжка имеет исключительное значение, поскольку позволяет оценить наиболее важную их генетико-агро-номическую особенность – содержание и состав водорастворимых солей аккумулирующихся в почвах.

Суть метода водной вытяжки заключается в кратковременном (3 мин.) взаимодействии почвы и дистиллированной воды, взятых в соотношении

1 : 5. При этом происходит растворение легкорастворимых солей. Частично растворяются средне- и труднорастворимые соли.

Труднорастворимые соли представлены карбонатами кальция и магния (CaCO₃, MgCO₃ ∙ 3H₂O), среднерастворимые соли – гипсом (CaSO₄ ∙ 2H₂O). Эти соли часто формируют в профиле почв южных регионов довольно мощные аккумулятивные карбонатные и гипсовые горизонты. Из легкорастворимых солей в почвах чаще всего присутствуют карбонат и гидрокарбонат натрия (Na₂CO₃ и NaHCO₃), гидрокарбонаты кальция и магния [Са(НСО₃)₂, Mg(HCO₃)₂], хлориды натрия, магния и кальция (NaCl, MgCl₂, CaCl₂), сульфаты натрия и магния (Na₂SO₄, MgSO₄). В ряде случаев встречаются очаги боратного и нитратного соленакопления.

Наиболее детальную характеристику засоленной почвы дает полная водная вытяжка, когда определяются сухой (плотный) остаток, прокаленный остаток, главные анионы - СО₃^2-, НСО₃^-, SO₄^2-, Cl^- и катионы - Са²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺. Следует иметь ввиду, что в почвах с щелочной реакцией среды в водной вытяжке могут обнаруживаться заметные количества кремнекислоты, алюминатов, органических веществ. Кроме того, в нее переходят водорастворимые фосфаты, соединения азота и микроэлементы, что отражается на величине сухого остатка.

Иногда ограничиваются сокращенной водной вытяжкой. В этом случае определяют сухой остаток, а также основные анионы и катионы. Например, применительно к провинции хлоридного засоления иногда бывает достаточным ограничить анализ водной вытяжки определением сухого остатка, натрия и хлора. Но необходимо учесть, что в этом случае значительная часть информации, которую можно получить остается за рамками анализа.

Результаты анализа водной вытяжки используются, для того чтобы получить ответы на следующие вопросы: 1. Какова величина общего содержания в почве водорастворимых солей и соответственно степень ее засоления? 2. Каков качественный и количественный состав этих солей? 3. Каково содержание и состав токсичных солей? 4. Какой тип засоления присущ анализируемой почве? 5. Какую стадию засоления или рассоления испытывает почва? 6. Как складывается солевой режим почвы, территории, каковы мелиоративные прогнозы?

Прежде чем ответить на поставленные вопросы рассмотрим достоинства и недостатки водной вытяжки, как метода исследования засоленных почв.

К несомненным достоинствам этого метода следует отнести вид используемого экстрагента. Применение дистиллированной воды по существу имитирует воздействие на почву атмосферных осадков, то есть в какой-то степени воссоздается природная ситуация. Благодаря этому исключается трансформация органической и минеральной части почвы, что наблюдается

при использовании в почвенных исследованиях таких экстрагентов как кис-лоты и щелочи. При анализе солончаков и сильнозасоленных почв процесс фильтрации протекает очень быстро. В результате, за весьма короткое время можно получить необходимое для работы количество фильтрата. Этот метод применим для любых почв, независимо от их генезиса и особенностей сельскохозяйственного использования. Для приготовления вытяжки не требуется специальная подготовка почвы и оборудование. При необходимости водная вытяжка может быть получена из почвы, имеющей полевую влажность.

Вместе с тем, данный метод имеет и ряд недостатков, которые могут существенно повлиять на адекватность полученных результатов.

Главным недостатком водной вытяжки является принятое в методе широкое отношение почва : раствор, которого не бывает в природной обстановке. В результате в фильтрат переходят не только легкорастворимые соли, но и менее растворимые компоненты. Это было показано в свое время еще К.К.Гедройцем (табл. 11).

Таблица 11. Извлечение минеральных веществ из различных по составу почв (К.К.Гедройц, 1955).

Отношение почва : вода	Общее количество минеральных веществ, г
	Натриевый солончак		Гипсоносная почва
	В 100 мл водной вытяжки	В 100 г почвы	В 100 мл водной вытяжки	В 100 г почвы
1 : 1	3,70	3,70	0,19	0,19
1 : 2	1,85	3,70	0,19	0,38
1 : 5	0,74	3,70	0,19	0,95
1 : 10	0,37	3,70	0,19	1,90
1 : 20	0,185	3,70	0,19	3,80

В случае натриевого солончака уже при соотношении почва : вода равном 1 : 1 в вытяжку переходят все легкорастворимые соли. Увеличение этого отношения вплоть до 1 : 20 лишь снижает концентрацию солей в водной вытяжке, не отражаясь на их содержании в почве.

Иная картина наблюдается в случае взаимодействия воды с почвой, содержащей гипс. Количество гипса в растворе лимитируется его растворимостью. Изменение отношения почва : вода не отражается на концентрации гипса в растворе, она остается постоянной. Количество же гипса извлекаемого из почвы будет увеличиваться по мере расширения отношения почва : вода. То есть, чем больший объем воды воздействует на почву, тем больше гипса будет из нее извлекаться. Аналогичная картина будет наблюдаться и в отношении карбонатов кальция и магния. Уже из этого следует, что химический состав водной вытяжки не аналогичен почвенным растворам, циркулирующим в профиле засоленных почв.

Следующее обстоятельство связано с тем, что как только в вытяжку переходят легкорастворимые соли, на почву начинает действовать уже не вода, а солевой раствор. В таких условиях растворимость некоторых солей изменяется. В частности, в смеси солей с разноименными ионами повышается растворимость компонента, обладающего более низкой растворимостью. Причина этого – диссоциация солей и образование новых, более растворимых соединений из комбинаций тех же катионов и анионов в результате химической реакции обмена ионами. Как отмечал В.А.Ковда (1968), в воде гипс растворяется в количестве около 2 г/л, в растворе же хлористого натрия содержание его может достигать 7,0 г/л благодаря следующей реакции:

CaSO₄ + 2NaCl ↔ CaCl₂ + Na₂SO₄

Следовательно, при высоком содержании в почве хлоридов натрия и магния и наличии в твердой фазе гипса, может происходить дополнительное поступление в вытяжку ионов Са²⁺ и SO₄^2- за счет увеличения растворимости гипса. В то же время присутствие в составе легкорастворимых солей хлористого кальция подавляет растворимость гипса.

Следует учитывать и тот факт, что в природной обстановке твердая фаза почвы находится в динамическом равновесии с почвенным раствором, от химизма которого зависит и состав обменных катионов ППК. При получении водной вытяжки создается совершенно иная ситуация. В общих чертах ее можно характеризовать как сильное разбавление почвенного раствора. Это сопровождается заменой обменного натрия на ионы Ca и Mg раствора. Причем, как показывают экспериментальные данные, чем выше степень разбавления почвенного раствора, тем сильнее выражено вытеснение обменного натрия из ППК и соответственно поглощение ионов Са²⁺ и Mg²⁺ из раствора. Десорбция обменного натрия сопровождается увеличением рН, общей щелочности и растворимости органического вещества, что отражается на результатах анализа водной вытяжки.

Следует отметить так же неадекватность данных водной вытяжки почвенному раствору при естественной влажности в отношении содержания карбонатов. В отличие от хлоридов и сульфатов карбонатная группа более сложная и подвижная и определяется рядом равновесий:

CO_{2 газ} ↔ CO_{2 раствр.}+Н₂О ↔Н₂СО₃ ↔ Н⁺ + НСО₃^- ↔ Н^-+ СО₃^2- ↔

Са²⁺, Mg²⁺

<–––––––> СаСО_{3 тв.}, MgCO₃ ^. 3H₂O_тв.

Изменение любого компонента этой системы вызывает перестройку всех карбонатных групп. Для почвенных образцов эта перестройка начинается сразу же после их отбора. Высушивание почвы до воздушно-сухого состояния сопровождается переходом ионов раствора в твердую фазу. Для карбонатных групп этот процесс идет по следующей схеме:

Са²⁺ + СО₃^2- → СаСО_3тв; Mg²⁺+ CO₃^2-→ MgCO₃ ^. 3H₂O_тв.

В результате выхода из раствора СО₃^2- происходит распад гидрокарбонатного иона НСО₃^- → Н⁺ + СО₃^2-, а с другой стороны, благодаря избытку водорода и наличия ионов НСО₃^- – к образованию углекислоты, распадающейся на воду и диоксид углерода:

Н⁺ + НСО₃^- ↔ Н₂СО₃ → Н₂О + СО₂↑

Благодаря этому процессу при высушивании почвы потери СО₂ могут доходить до 50% от общего содержания ионов НСО₃^-, находившихся в почвенном растворе (В.С.Самарина, 1977).

В процессе получения водной вытяжки происходит обратный процесс растворения карбонатов, сопровождающийся поглощением СО₂ из атмосферы. Количество СО₂, поглощенное при этом может быть меньше, больше или равно его количеству выделившемуся при сушке образца. Ошибка будет соответствовать величине поглощенного (потерянного) СО₂, оценить которую практически невозможно. В первую очередь это относится к карбонатным почвам, для которых ошибка за счет поглощения (выделения) СО₂ может достигать 100% (В.М.Боровский, Э.А.Соколенко, 1981). Вполне очевидно, что в этом случае водная вытяжка будет давать совершенно неверную информацию о содержании почве карбонатных групп.

Большие трудности возникают при получении водной вытяжки из солонцеватых почв и особенно солонцов. Это связано с сильной пептизацией почвы и очень медленной фильтрацией, причем фильтрат практически всегда оказывается, загрязнен коллоидными частицами. Поэтому при анализе таких почв необходимо прибегать к центрифугированию вытяжки используя центрифуги со скоростью вращения не менее 6 тыс. об/мин. для отделения коллоидов. В противном случае они существенно завышают величину сухого остатка.

Однако, несмотря на отмеченные недостатки, водная вытяжка до настоящего времени остается базовым методом изучения засоленных почв. Данные, полученные с ее помощью, широко используются для генетической диагностики почв, в агрономической и мелиоративной практике.