- •Практическое руководство по химии почв
- •Введение
- •Раздел I. Валовой анализ
- •1.1. Способы разложения почв
- •1.1.1. Разложение почв кислотами.
- •1.1.2. Разложение почв сплавлением.
- •1.1.3. Разложение почвы спеканием.
- •1.2. Определение гигроскопической влажности
- •1.3. Определение потери при прокаливании
- •1.4. Спекание почвы с содой
- •1.5. Анализ элементного состава почв
- •1.5.1. Определение кремния желатиновым методом
- •Пример расчета. Для спекания взято 1,0224 г прокаленной почвы. Прокаленный осадок SiO2 весит 0,8014 г. Содержание SiO2 равно:
- •1.5.2. Определение полуторных оксидов гравиметрическим методом
- •1.5.3. Определение железа фотометрическим методом
- •1.5.4. Определение алюминия фотометрическим методом
- •1.5.5.Вычисленное содержание алюминия по разности
- •1.5.6. Определение кальция и магния комплексонометрическим методом
- •1.5.6.1. Определение кальция
- •1.5.6.2. Определение суммы кальция и магния
- •1.5.7. Пероксидный метод определения титана
- •1.5.8. Определение фосфора фотометрическим методом
- •1.6. Способы выражения результатов валового анализа
- •1.7. Пересчеты данных валового анализа
- •1.8. Использование данных валового анализа
- •1.8.1. Использование элементного состава для суждения о генезисе почв.
- •1.8.2. Использование элементного состава для оценки потенциального плодородия почвы.
- •1.8.3. Использование данных элементного состава для расчета молекулярных отношений
- •1.8.4. Использование данных элементного состава для расчета запасов химических элементов
- •Пример расчета. Найти запас SiO2 в т/га если его содержание равно 80,63 %, плотность сложения почвы 1,18 г/см3, мощность слоя 9 см.
- •1.8.5. Использование данных элементного состава при изучении биологического круговорота веществ
- •1.8.6. Использование данных элементного состава для
- •1.8.6.1. Метод прямого сравнения
- •1.8.6.2. Методы стабильного компонента
- •1.8.6.2.1. Метод молекулярных отношений
- •1.8.6.2.2. Метод элювиально-аккумулятивных (еа) коэффициентов
- •1.8.6.2.3. Метод баланса веществ
- •1.8.7. Использование данных элементного состава для диагностики минералов илистой фракции.
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Раздел II. Ионно-солевой комплекс почв
- •2.1. Метод водной вытяжки
- •2.1.1. Влияние солей на сельскохозяйственные культуры
- •2.1.2. Достоинства и недостатки водной вытяжки как метода изучения засоленных почв
- •2.1.3 Анализ водной вытяжки
- •2.1.3.1. Определение величины рН водной вытяжки
- •2.1.3.2. Определение величины сухого остатка
- •2.1.3.3. Определение величины прокаленного остатка
- •2.1.3.4. Определение щелочности от растворимых карбонатов
- •2.1.3.5. Определение общей щелочности
- •2.1.3.6. Определение хлорид-ионов
- •2.1.3.7. Определение сульфат-ионов
- •2.1.3.8. Определение ионов кальция и магния комплексонометрическим методом
- •2.1.3.8.1. Определение кальция
- •2.1.3.8.2. Определение суммы кальция и магния
- •2.1.3.9. Определение натрия и калия
- •2.1.3.9.1. Определение натрия и калия методом фотометрии пламени
- •2.1.3.9.2. Определение содержания натрия и калия по разности
- •Форма 4. Данные анализа водной вытяжки
- •2.1.4. Интерпретация данных водной вытяжки
- •2.1.4.1. Характеристика солевого режима почв по величине сухого остатка
- •2.1.4.2. Оценка химизма (типа) засоления почв.
- •2.1.4.2.1. Общие принципы оценки химизма засоления почв
- •2.1.4.2.2. Оценка степени засоления почв по содержанию токсичных ионов
- •2.1.4.2.3. Оценка степени засоления почв по «суммарному эффекту» токсичных ионов
- •2.1.5. Расчет промывной нормы
- •2.2. Катионообменная способность почв
- •2.2.1. Общие представления о катионообменной
- •2.2.2. Методы определения катионообменной способности почв
- •2.2.2.1. Оценка эффективной емкости катионного обмена
- •2.2.2.2. Определение стандартной емкости катионного обмена по Бобко-Аскинази в модификации цинао
- •2.2.2.3. Определение суммы обменных оснований методом Каппена-Гильковица
- •2.2.2.4. Определение гидролитической кислотности
- •2.2.2.5. Определение обменных катионов по методу Пфеффера в модификации в.А. Молодцова и и.В. Игнатовой
- •2.2.2.5.1. Определение кальция комплексонометрическим методом
- •2.2.2.5.2. Определение суммы кальция и магния комплексонометрическим методом
- •2.2.2.5.3. Определение натрия и калия методом фотометрии пламени
- •2.2.3. Использование результатов определения катионообменной способности почв
- •2.2.3.1. Вычисление степени насыщенности почв основаниями
- •2.2.3.2. Расчет дозы извести
- •2.2.3.3. Вычисление степени солонцеватости почв
- •2.2.3.4. Расчет дозы гипса
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Раздел III. Органическое вещество почвы
- •3.1. Подготовка почвы для определения содержания и состава гумуса
- •3.2. Методы определения содержания общего гумуса почвы
- •3.2.1. Прямые методы определения содержания углерода органических соединений (гумуса) почвы.
- •3.2.2. Косвенные методы определения содержания углерода органических соединений (гумуса) почвы
- •3.2.2.1. Определение гумуса методом и.В.Тюрина в модификации в.Н.Симакова
- •3.2.2.2. Другие модификации метода и.В. Тюрина.
- •3.2.2.2.1. Спектрофотометрический метод определения содержания гумуса (д.С. Орлов, н.М. Гриндель)
- •3.2.2.2.2. Определение содержания органического углерода почвы методом и.В.Тюрина в модификации б.А.Никитина.
- •3.3. Методы определения общего содержания азота почвы.
- •3.3.1. Определение общего содержания азота методом Кьельдаля.
- •3.3.2. Определение общего содержания азота микрохромовым методом и.В. Тюрина.
- •3.4. Использование данных по содержанию общего гумуса и азота
- •3.4.1. Расчет отношения c:n
- •3.4.2. Вычисление запасов гумуса, углерода и азота.
- •3.5. Методы определение группового и фракционного состава гумуса.
- •3.5.1. Определение группового и фракционного состава гумуса по методу и.В. Тюрина в модификации в.В.Пономаревой и т.А.Плотниковой
- •3.5.2. Определение группового и фракционного состава гумуса по модифицированной схеме в.В.Пономаревой и т.А. Плотниковой (т.А. Плотникова, н.Е. Орлова, 1984).
- •Ход анализа
- •3.5.3. Ускоренный пирофосфатный метод определения состава гумуса по м.М. Кононовой и н.П. Бельчиковой
- •3.6. Методы изучения некоторых свойств гумусовых кислот при анализе фракционно-группового состава гумуса
- •3.6.1. Определение порога коагуляции гуминовых кислот.
- •3.6.2. Оптические свойства гумусовых веществ.
- •3.6.2.1. Электронные спектры поглощения гумусовых веществ
- •3.6.2.2. Определение коэффициента цветности q4/6
- •3.6.3. Гель-хроматография гумусовых веществ
- •3.7. Показатели гумусового состояния почв
- •Продолжение таблицы 31
- •3.8. Методы определения содержания и состава органического вещества в болотных торфяных почвах.
- •3.8.1. Определение потери при прокаливании и зольности торфа.
- •3.8.2. Одновременное определение общего содержания углерода и азота в торфяных почвах методом Анстета в модификации в.В. Пономаревой и т. А. Николаевой
- •Вычисление результатов анализа
- •Для анализа используют следующие реактивы:
- •3.8.3. Определение общего содержания азота в растительных материалах (торфах, лесных подстилках и пр.) методом к.Е. Гинзбурга и г.М. Щегловой
- •3.8.4. Определение содержания органического азота в вытяжках из торфов микрохромовым методом и.В. Тюрина
- •3.8.5. Определение состава органического вещества торфяно-болотных почв по методу в.В. Пономаревой и т.А. Николаевой.
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Раздел I. Валовой анализ ……………………………………
- •Раздел II. Ионно-солевой комплекс почв ……………………
- •Раздел III. Органическое вещество почв
Ход анализа
Непосредственная 0,1 н. NaOH - вытяжка № 1.
Из подготовленного образца почвы (пропущенного через сито с диаметром отверстий 1 мм) берут в конические колбы на 300-400 мл навески почвы от 2,5 до 20 г в зависимости от содержания общего гумуса. К навескам приливают по 200 мл 0,1 н раствора NaOH, перемешивают, колбы закрывают пробками и оставляют на 20-24 часа. На следующий день в колбы приливают пипеткой точно 50 мл насыщенного раствора Na2SO4 для коагуляции коллоидов, хорошо перемешивают растворы и оставляют на 10-15 мин. Снова перемешивают перед фильтрованием и фильтруют через бумажный фильтр диаметром 15-17 см. Если первые порции фильтрата получаются мутными, их снова выливают на фильтр, добиваясь абсолютной прозрачности фильтрата. По окончании фильтрации почву в колбе и на фильтрате промывают 1-2% раствором Na2SO4 до обесцвечивания фильтрата. Вытяжку и промывные воды объединяют, доводят в мерной колбе до метки и определяют Собщ и СГк методом И.В.Тюрина, как описано выше. Фильтрование можно заменить центрифугированием.
Остаток почвы в колбе и на фильтре не отбрасывают как в методе В.В. Пономаревой и Т.А.Плотниковой (1968) а подвергают декальцированию, обрабатывая небольшими порциями 0,1 н. раствора H2SO4 до удаления обменного кальция. Все операции по декальцированию навески, последовательному выделению вытяжек № 2 и № 3 (0,1 н. и 0,02 н. NaOH), определению общего углерода вытяжек и углерода гуминовых кислот и фульвокислот ведут так, как описано выше в методе В.В. Пономаревой и Т.А. Плотниковой (1968).
Параллельно берется такая же навеска почвы для определения фракции Фк 1а, вся последовательность операций аналогична описанному выше.
Главное преимущество данной схемы заключается в том, что она дает возможность непосредственно выделить и определить содержание (а при необходимости состав и свойства) гуминовых кислот предположительно связанных с кальцием, или фракции 2. К недостаткам метода следует отнести необходимость определения Фк фракции 1а из отдельной навески и увеличение времени на выполнение анализа. Кроме того, не исключена возможность частичного гидролиза гумусовых веществ в результате попеременной обработки почвы щелочью и кислотой.
3.5.3. Ускоренный пирофосфатный метод определения состава гумуса по м.М. Кононовой и н.П. Бельчиковой
Метод, предложенный М.М. Кононовой и Н.П. Бельчиковой, занимает особое положение. Он рационален для ускоренного и широкодоступного определения состава главной, наиболее динамичной части почвенного гумуса, растворимой в схеме И.В.Тюрина после предварительного декальцирования почвы.
Принцип метода заключается в однократном настаивании почвы с раствором 0,1 М Na4P2O7 + 0,1 М NaOH имеющего рН около 13. Количество переходящих в вытяжку гумусовых веществ при этом оказывается близким сумме веществ переходящих в декальцинат и вытяжку № 2 в методе И.В. Тюрина в модификации В.В. Пономаревой и Т.А. Плотниковой (1968), то есть сумме фракций 1а, 1, 2.
Авторы полагают, что взаимодействие щелочного раствора пирофосфата натрия с почвой идет с образование нерастворимых фосфорнокислых солей кальция, железа, алюминия и растворимых гуматов и фульватов натрия. Схематично реакцию взаимодействия можно представить следующим образом:
1.R-(COO)4Ca2 + Na4P2O7 → R-(COONa)4 + Ca2 P2O7↓
(в осадке)
2.[R-(COO)4]3Fe4 (или Al4) + 3 Na4P2O7 → R-(COONa)4 + Fe4 (Al4) (P2O7)3
(в осадке)
Применение пирофосфатного метода позволяет значительно ускорить выделение гумусовых веществ, в первую очередь за счет исключения (особенно в случае карбонатных почв) длительного процесса декальцирования почвы. В пирофосфатную вытяжку переходят гумусовые вещества свободные и связанные с подвижными полуторными оксидами, а также связанные с кальцием, причем перевод их в раствор происходит с большой полнотой. Разграничение этих двух фракций производят путем дополнительного определения количества гумусовых веществ, извлекаемых из недекальцированной почвы 0,1 н. раствором NaOH. Кроме того, при необходимости определяют количество Фк фракции 1а, для чего отдельную навеску почвы обрабатывают 0,1 н. раствором H2SO4.
Ход анализа. Из образца почвы, просеянной через сито с диаметром отверстий 1 мм, берут в коническую колбу на 250 мл навеску 5 г и заливают 100 мл свежеприготовленного раствора пирофосфата натрия (44,6 г Na4P2O7 10 Н2О и 4 г NaOH растворяют в 1 л дистиллированной воды). Колбу закрывают пробкой, перемешивают и оставляют до следующего дня. Время взаимодействия почвы и экстрагента 16-18 часов. На следующий день прибавляют насыщенный раствор Na2SO4 (точно пипеткой 50 мл), перемешивают раствор и оставляют на 15-20 мин. Перемешивают раствор перед фильтрацией и фильтруют вытяжку через бумажный фильтр диаметром 15-17 см. Если первые порции фильтрата мутные их снова переносят на фильтр, фильтрат должен быть прозрачным. Остаток почвы в колбе и на фильтре выбрасывают. Для определения общего углерода вытяжки в конические колбочки на 100 мл берут пипеткой от 2 до 25 мл, в зависимости от интенсивности окраски, выпаривают досуха и определяют углерод по И.В.Тюрину, добавляя прокаленную пемзу. Определение проводят в двух повторностях.
Для определения содержания углерода гуминовых кислот в химический стакан на 100-150 мл берут пипеткой 20-50 мл вытяжки и прибавляют к ней 10 или 25 мл 0,1 н H2SO4, доводя рН раствора до 1,5 -2. Содержимое стаканов нагревают на водяной бане до 70-80° и после некоторого отстаивания отфильтровывают осадок гуминовых кислот через небольшой фильтр. Осадок Гк в стакане и на фильтре отмывают от Фк 2-3 раза небольшими порциями 0,05 н. H2SO4. Растворяют осадок Гк в стакане и на фильтре в мерную колбу на 100 мл небольшими порциями горячего 0,1 н. раствора NaOH, доводят раствор в колбе до метки и тщательно перемешивают. Из нее берут пробы 5-25 мл для определения углерода гуминовых кислот методом И.В.Тюрина. Углерод фульвокислот находят по разности между общим углеродом вытяжки и углеродом гуминовых кислот. Количество гумина находится по разности между общим углеродом почвы и углеродом вытяжки.
Для определения количества гумусовых веществ фракции 1 и фракции 1а получают дополнительные вытяжки с использованием 0,1 н. раствора NaOH и 0,1 н. раствора H2SO4 для чего в конические колбы на 250 мл берут две отдельные навески почвы по 5 г каждая. В одну колбу приливают 100 мл 0,1 н. раствора NaOH в другую – 200 мл 0,1 н. раствора H2SO4. Колбы закрывают пробками, перемешивают и оставляют на 20-24 ч. На следующий день в колбу с 0,1 н. раствором NaOH приливают насыщенный раствор Na2SO4 (точно пипеткой 25 мл), перемешивают суспензию и оставляют на 15-20 мин. для коагуляции коллоидов, после чего вытяжку отфильтровывают. В отфильтрованной щелочной вытяжке выполняют все те же определения что и в пирофосфатной вытяжке (Собщ. выт, Сгк), содержание Сфк находят по разности. По разности между гумусовыми веществами пирофосфатной вытяжки и переходящими в непосредственную 0,1 н. NaOH вытяжку судят о количестве гумусовых веществ связанных с кальцием.
Сернокислотную вытяжку на следующий день отфильтровывают в мерную колбу на 500 мл. Почву из колбы переносят на фильтр и промывают 0,1 н. раствором H2SO4; общий объем фильтрата должен быть 500 мл. В этой вытяжке определяют только общее содержание углерода. Для этого в коническую колбочку на 100 мл берут 50 мл вытяжки, нейтрализуют содой до начала выпадения полуторных оксидов, выпаривают досуха и определяют содержание углерода методом Тюрина.
Для вычисления результатов анализа пирофосфатной вытяжки и дополнительных вытяжек с применением растворов 0,1 н. NaOH и 0,1 н. H2SO4 используют формулы, приведенные в разделе 3.5.1.
Пример расчетов.
Пирофосфатная вытяжка.
Для приготовления пирофосфатной вытяжки к 5 г почвы, общее содержание углерода в которой равно 2,25%, добавлено 100 мл щелочного раствора пирофосфата натрия, для коагуляции коллоидов к вытяжке добавлено 25 мл насыщенного раствора Na2SO4. Общий объем вытяжки составил 125 мл. Для определения общего углерода вытяжки на выпаривание и последующее окисление хромовой смесью взято 10 мл. На титрование испытуемого образца пошло 15,2 мл раствора соли Мора, на холостое титрование – 22,5 мл. Нормальность соли Мора – 0,194. Содержание углерода вытяжки равно:
Для определения содержания гуминовых кислот взято 50 мл пирофосфатной вытяжки. После осаждения гуминовых кислот их осадок растворен в мерную колбу на 100 мл. На выпаривание и последующее окисление хромовой смесью взято 15 мл раствора Гк. На холостое титрование пошло 22,5 мл 0,194 н. раствора соли Мора, на титрование испытуемого образца – 19,8 мл. Содержание углерода гуминовых кислот равно:
Содержание углерода фульвокислот равно:
Сфк = Собщ.выт. – Сгк = 1,06 – 0,52 = 0,54%.
Содержание гумина составило:
Сгум. = Собщ. почвы – Собщ. выт. = 2,25 – 1,06 = 1,19%.
Вытяжка 0,1 н. раствором H2SO4.
Общий объем вытяжки 500 мл. Для определения углерода вытяжки взято 50 мл. На холостое титрование пошло 22,5 мл 0,194 н. раствора соли Мора, на титрование испытуемого образца 20,8 мл. Содержание углерода в сернокислотной вытяжке составило:
Результаты оформляют в виде таблицы.
Таблица 26. Состав гумуса серой лесной почвы*
Глубина, см |
Общий углерод почвы, % |
С веществ, извлекаемых 0,1 н H2SO4 |
С веществ, извлекаемых щелочным раствором Na4P2O7 |
СГк |
СФк |
СГк СФк |
Из общего количества гуминовых кислот |
С гумина | |
Свободные и связанные с подвижными R2O3 |
Связанные с кальцием | ||||||||
0-20 |
2,25 |
0,15 6,7 |
1,06 47,1 |
0,52 23,1 |
0,54 24,0 |
0,96 |
0,16 7,1 |
0,36 16,0 |
1,19 52,9 |
* В числителе – в % от массы почвы; в знаменателе – в % от общего углерода почвы.