Биохимический состав почвы это

Состав почвы

Почва – это сложная динамическая система. Она состоит из минеральных и органических веществ. Минеральные компоненты поступают в почву, в первую очередь, из материнской породы , на которой она образовалась. Органические вещества появляются и развиваются благодаря живым организмам, населяющим почвенный покров. Взаимодействие минералов и органики создает сложный комплекс разных соединений.

В этом разделе мы расскажем, из чего состоит почва. Вы узнаете о ее фазах и их особенностях. Также вы прочитаете о минеральном и органическом составах покрова, их соотношении и характеристиках.

Фазы почвы

Прежде всего мы поговорим о фазах почвы.

Выделяют четыре основных части:

Все они взаимосвязаны и активно влияют друг на друга.

К твердой фазе относятся органические и минеральные вещества. Это частицы разного размера и формы, которые неплотно примыкают друг к другу (глыбы, обломочные породы, глина, песок, пыль и другие). Тем не менее, они создают твердый почвенный каркас, на котором размещаются другие части. Эта фаза определяет петрографический (гранулометрический) состав, структуру, сложение и пористость почвенного покрова.

Сама по себе тве р дая часть является малодинамичной системой. Она же самая объемная – занимает 45-60% покрова. С ней связаны многие физические, физико-химические и химические свойства материала.

Подробнее об этом читайте на нашей странице Твердая фаза почвы.

Жидкая часть – это вода и растворенные в ней соли. Данная фаза формируется из атмосферных осадков, грунтовых вод, конденсации водяных паров. Она составляет около 25% от всего объема почвенного покрова.

Эта фаза считается самой динамичной. Именно из нее растения усваивают питательные вещества. Ведь без достаточного количества влаги нормальное развитие флоры и почвенных микроорганизмов невозможно. Кроме того, жидкая фаза участвует в таких процессах как гумификация и минерализация органических остатков, выветривание, перемещение веществ внутри покрова и формирование почвенного профиля.

Вода является и терморегулирующим фактором. Она определяет расход тепла из почвы и растений вследствие испарения и транспирации. С влажностью покрова тесно связаны его физико-механические свойства (твердость , крошение, липкость и другие). Стоит отметить, что передвижение влаги в почве и по ее поверхности также влияет и на отрицательно сказывающиеся на плодородии процессы. Среди них эрозия и вынос из верхних слоев питательных элементов.

Подробнее об этом читайте на нашей странице Жидкая фаза почвы.

Газообразная часть – это почвенный воздух. Он занимает все поры в почве, не занятые водой.

Эта фаза, как и жидкая, является динамической. Она покрывает 20-25% от общего объема почвы. В отличие от атмосферного воздуха, почвенный беден на кислород. В нем много углекислот. Это объясняется деятельностью микроорганизмов и растений: чем их больше в почве, тем больше кислорода они потребляют и углекислого газа выделяют.

Также в составе почвенного воздуха постоянно присутствуют нелетучие органические соединения (углеводороды жирного и ароматического рядов, сложные альдегиды, спирты и другие). Они , пусть и в небольшом количестве, тоже образуются в процессе жизнедеятельности почвенных микроорганизмов. Эти вещества поглощаются корнями, способствуя росту растений и повышению их жизнедеятельности.

Подробнее об этом читайте на нашей странице Газообразная фаза почвы.

Все фазы взаимодействуют друг с другом, активно переходят из одной в другую. Это возможно благодаря деятельности живых организмов. Они являются четвертой, живой фазой почвенного покрова. К ней относятся растения, грибы, бактерии, простейшие, мелкие животные. Высокая активность этих организмов доказывает, что все естественные процессы, которые происходят в почве, прямо или косвенно являются биохимическими по своей природе.

Подробнее об этом читайте на нашей странице Живая фаза почвы.

Примерное соотношение всех фаз почвы показано на диаграмме ниже.

Следующее, о чем мы поговорим, – это химический состав почвенного покрова. Он представлен минеральными и органическими веществами. Они сконцентрированы в твердой и жидкой фазах. В синтезе химических соединений принимают активное участие живые организмы.

Минеральный состав почвы

Минеральные вещества составляют 80-90% от общего объема покрова. Они поступают в почву двумя путями – из материнской породы и при полном разложении живых организмов. Из горной по р оды в почву попадают первичные минералы. Они имеют кристаллическое строение и практически не усваиваются растениями. Вторичные минералы аморфные, способны набухать и задерживать воду. Именно они являются источником питательных элементов почвы.

В составе почвы содержатся практически все известные химические элементы. Процентное содержание основных вы найдете в таблице ниже (средние значения).

Кроме того, около 1-3% составляют фосфор, марганец, хлор, азот, сера и микроэлементы (кобальт, фтор, йод, медь, цинк, молибден). Все элементы входят в состав оксидов, гидроксидов, растворимых и нерастворимых солей. Для роста и развития флоры наибольшее значение имеют калий, фосфор, азот, в меньшей мере – кальций и магний. Но в небольших количествах растениям требуются и другие элементы.

Первоисточником всех минералов в почве являются магматические породы. Они составляют 95% от общей толщи литосферы. На долю осадочных пород приходятся оставшиеся 5%. Метаморфические же причисляются к тем материалам , из которых они образовались. Поэтому здесь они в расчет не принимаются.

Подробно о влиянии горных пород на почву и процессы формирования почвенного покрова вы сможете узнать в нашей статье Почвообразующая порода как фактор почвообразования.

Химический состав почв находится в состоянии постоянного изменения. Это связано с непрерывностью процессов выветривания и почвообразования.

Органический состав почвы

Органические вещества составляют от 1-2% до 10-15% почвы. Они образуются при частичном разложении растений, животных и микроорганизмов. В состав почвы входят белки, углеводы, смолы, воски, лигнин, липиды и продукты их распада (спирты, аминокислоты, пептиды, моносахариды). Эти вещества составляют около 10% от всей органики, являются источником минералов и питательной средой для почвенной фауны, бактерий, грибов.

Скорость разложения растительных остатков зависит от содержащихся в них веществ. Так, древесина и хвоя содержат много лигнина, смол и дубильных веществ, но мало белков. Их разложение идет медленно. Остатки же бобовых трав, богатые белками, разлагаются быстро.

Основную часть почвенной органики (80-90%) составляют гуминовые вещества. Они и определяют плодородие грунта.

В группу входят:

• Гуминовые кислоты
  Это вещества темного цвета. Они образуют нерастворимые соли с железом и алюминием. Гуминовые кислоты способны поглощать и задерживать в верхних слоях почвы воду и питательные элементы , затем постепенно их высвобождать. Они участвуют в превращении химических соединений в доступную для растений форму. Эти кислоты играют главную роль в формировании структуры почвы и ее плодородия.
• Фульвокислоты
  Это растворимые вещества желтого цвета. Они быстро вымываются в нижние горизонты, плохо задерживают влагу и минералы, подкисляют почву.
• Гумины
  Это инертные вещества, связывающие минералы. Они не участвуют в почвообразовании.

Помимо соединений, органические остатки всегда содержат некоторый объем зольных элементов. Их количество и состав варьируются в зависимости от вида организмов и условий среды их обитания. В состав золы входят калий, кальций, магний, кремний, фосфор, сера, железо и многие другие элементы, содержащиеся в незначительных количествах. Очень низкая зольность характерна для древесины. Большое количество зольных элементов содержат остатки травянистой растительности.

Знание минерального и органического состава почвы и ее фаз помогает лучше разобраться в свойствах материала, его применении. Отсюда также становится понятно, какими способами можно улучшить плодородие почвенного покрова. Об этом мы у же писали в нашей статье Плодородность почвы: как ее сохранить и повысить. Возможно вам также будет полезна наша статья о кислотности почв. В ней подробно рассказано, как можно регулировать такой показатель как кислотность почвенного покрова, делать почву более кислой или щелочной.

Источник

Сельское хозяйство | UniversityAgro.ru

Агрономия, земледелие, сельское хозяйство

Популярные статьи

Состав почвы

В состав почвы входят:

• твердая фаза;
• жидкая фаза, или почвенный раствор;
• газовая (газообразная) фаза, или почвенный воздух.

Почва — самостоятельное естественно-историческое органоминеральное природное тело, возникшее на поверхности Земли в результате длительного воздействия биотических, абиотических и антропогенных факторов, состоящее из твердых минеральных и органических частиц, воды и воздуха и имеющее специфические генетико-морфологические признаки, свойства, создающие для роста и развития растений соответствующие условия. Почва — сложная саморегулирующаяся поликомпонентная биокосная единая система.

Газовая фаза

Газовая фаза является результатом взаимодействия атмосферного воздуха и газов, образующихся в почве. В его составе отмечается более высокое, по сравнению с атмосферным воздухом, содержание углекислого газа — 0,3-1%, иногда до 2-3% и более и меньшее содержание кислорода. Газа фаза отличается высокой подвижностью, которая зависит от множества условий: содержания органического вещества, погодных условий, характера растительности и др.

Достаточное содержание кислорода в почве создает благоприятные условия для деятельности аэробных микроорганизмов. Напротив, при его недостатке складываются условия для развития анаэробных бактерий, которые часто являются патогенными для растений.

Объем почвенного воздуха находится в динамическом равновесии с жидкой фазой: чем больше воды, тем меньше воздуха. Процессы газообмена в почве происходят постоянно в результате разложения органических веществ, дыхания корней растений и почвенных организмов, а также некоторых химических реакций. В результате газообмена надпочвенный воздух обогащается углекислым газом, улучшая условия фотосинтеза. При взаимодействии углекислого газа с водой жидкой фазой происходит слабое подкисление почвенного раствора по реакции:

Подкисление способствует переходу некоторых минеральных веществ твердой фазы, например, фосфатов и сульфата кальция, в доступную для растений форму. Одновременно, избыток углекислого газа приводит к недостатку кислорода и созданию анаэробных условий, что наблюдается при переувлажнении и переуплотнении почв. Недостаток кислорода в газовой фазе тормозит рост и развитие микроорганизмов и растений, препятствует усвоению питательных веществ, усиливает восстановительные процессы в жидкой и твердой фазах.

Почвенный воздух сосредотачивается в некапиллярных порах, то есть в больших промежутках почвы. При заполнении всех пор водой почвенный воздух вытесняется, наоборот, если почва сухая, воздух заполняет все поры — капиллярные и некапиллярные.

Наиболее оптимальное соотношение воды и воздуха складывается на рыхлых структурных окультуренных и обработанных почвах. Регулирование водного и воздушного режимов почв соответствующими обработками в сочетании с применением удобрений и мелиорантов улучшает корневое и воздушное питание растений, тем самым повышает количество и качество продукции, способствует развитию почвенной биоты.

Источник

Биохимический состав почвы это

Исследование свойств и состава почвы

Срок приема материалов с 5 до 30 сентября 2016 г.

Для разработки данной темы использованы, в основном, следующие материалы:

Прудникова Т.И., Леонтьев Д.В., Неделько О.П. Почвоведение. Методические рекомендации к лабораторным занятиям для студентов биологического факультета. – Харьков: ХНУ, 2010. – 42 с.

Почва в эволюции образовалась при тесном взаимодействии биосферы и литосферы при участии водной и воздушной сред. Без почв было бы невозможно существование растений, а следовательно – жизнь животных и человека. Почвы формируются под влиянием климатических условий, геологической структуры материнской породы, флоры и фауны данной области, поэтому в различных регионах планеты они существенно отличаются друг от друга. В свою очередь, состав и структура почв оказывает заметное воздействие на флору и фауну. В связи с этим, изучение природных экосистем невозможно в отрыве от изучения особенностей почвенного покрова исследуемого региона.
Поэтому, если вы хотите провести геоботаническое описание, то рекомендуем выполнить также исследование почвы. В этом случае вы получите более полную картину. Очень важно знать особенности почвы для различных агротехнических работ. То есть, можно выполнить комплексную работу самому или распределить задания для нескольких участников.

Основные характеристики почв

Почвенный профиль

Почвенный профиль – это вертикальный разрез почвы, состоящий из нескольких слоев, отличающихся друг от друга по окраске, структуре и другим морфологическим признакам. Эти слои называются генетическими горизонтами. Они сформировались в процессе генезиса (развития) почвы из первоначально однородной толщи материнской породы.
По классической системе В.В. Докучаева в составе почвенного профиля выделяют следующие генетические горизонты (рис. 1):

• подстилка (О)– не является частью собственно почвы и состоит из растительных остатков, сохраняющих свое анатомическое строение (лесной опад, очёс трав и т.п.);

• поверхностные горизонты (А)– наиболее насыщенные органическим веществом слои почвы, в состав которых входят переработанные органические остатки , иногда и минеральные новообразования;

• подповерхностные горизонты (В) – частично затронутая почвообразовательным процессом горная порода, находящаяся в тесном взаимодействии с органической фазой почвы;

• почвообразующая порода (С или Р) – незатронутая почвообразовательным процессом горная порода, которая служит исходным материалом для формирования почвы;

• подстилающая порода (D) – горная порода, сменяющая почвообразующую породу в нижней части профиля и не принимающая участия в образовании почвы.

По степени выраженности различают три типа границ между почвенными горизонтами:

резкий переход – смена одного горизонта другим происходит на протяжении 2-3см;
ясный переход – смена горизонтов происходит на протяжении 5см
постепенный переход – очень постепенная смена горизонтов на протяжении более 5см.

На фотографиях представлены генетические горизонты различных типов почв и их названия.

Образцы почвенных профилей (по Н.И. Полупануи др.)

5. 6. 7. 8.

Окраска почвы – один из важнейших показателей,. Он определяется литологическим и химическим составом горизонтов, качеством органического вещества. Многие типы почв имеют «цветовые» названия: чернозёмы, бурозёмы, краснозёмы, каштановые, коричневые, серозёмы, желтозёмы и др.

Окраску почвам придают следующие группы веществ:

• гумусовые вещества придают почве черную, темно-серую и серую окраску (такую окраску имеют, например, чернозёмы);

• соединения окисного железа (Fe2O3) окрашивают почву в красный, оранжевый и желтый цвета (такую окраску имеют краснозёмы, желтозёмы, каштановые почвы);

• соединения закисного железа (FeO) окрашивают почву в сизые и голубоватые цвета (такую окраску имеют, например, тундровые глеезёмы, дерново-глеевые почвы тайги);

• кремнезем (SiO2), карбонат кальция (CaCO3), гипс (CaSO4) и легкорастворимые соли окрашивают почву в серые и беловатые цвета (так окрашены, например, подзолистые, серые лесные почвы).

Основные типы окраски и их взаимные переходы описываются в так называемом треугольнике Захарова.

Задание 1.

Определите тип почвы в вашей местности, в изучаемом фитоценозе или на своем участке. Для этого, как вы понимаете, надо выкопать достаточно глубокую яму, иначе вы не увидите все слои почвы. Если копать очень не хочется (хотя ничего страшного в этом нет), то можно поработать коллективно или воспользоваться тем, что рядом идет строительство, есть овраг или обрыв. Можно рассмотреть почвенные горизонты на таких образцах и использовать для работы. Но будьте благоразумны и аккуратны, соблюдайте технику безопасности. Даже ради науки не стоит падать в котлован или овраг.
Выделите и дайте название генетическим горизонтам. Оцените окраску каждого горизонта, используя шкалу цветов. Определите мощность почвы и ее отдельных горизонтов. Полученные результаты занесите в таблицу.

Задание 2. Определение механического состава почвы

В полевых условиях механический состав почвы определяют следующим образом: берут комочек почвы, растирают его и увлажняют до тестообразного состояния, затем скатывают ладонями шнур и шар (раскатывать надо ладонями, а не пальцами). Далее по таблице и рисункам вы можете установить нужные показатели.

Определение гранулометрического состава почв в полевых условиях (по Н.А. Качинскому)

Стандартные критерии полевого определения гранулометрического состава почв

Задание 3. Определение влажности почвы в полевых условиях.

Влажность почвы (степень увлажнения) – процентное содержание воды в почве по массе. В зависимости от влажности изменяется цвет, способность распадаться на комочки, пластичность и другие свойства почвы. В полевых условиях определяется влажность по градациям с использованием представленной ниже шкалы.

Шкала для определения степени влажности почв и грунтов в поле:

• Сухое:

для песка – на глаз не имеет влаги, при сжатии в горсти и разжатии быстро рассыпается;
для глин – руками влажность не ощущается, разламывается с большим усилием. Иногда надо применять какое-нибудь орудие, чтобы разбить кусок.
• Свежее:
для песка – при сжатии в горсти влага ощущается по холодности. При встряхивании на ладони рассыпается в комки;
для глин – при сжатии чувствуется влага по ощущению холода. Цвет темнее, чем в сухом образце. При раздавливании несколько сминается, не крошится.
• Влажное:
для песка – в руке при сжатии ощущается влажность. Можно придать форму, которая при разжатии держится довольно долгое время;
для глин – пластична, в руке ощущается влажность, легко лепится, при изгибе растягивается, но не крошится.
• Мокрое:
для песка – мокрый на ощупь, на ладони при встряхивании расползается в лепешку;
для глин – при встряхивании куска теряет форму, расплывается;
• Плывучее, текучее:
для песка – в спокойном состоянии расползается и растекается;
для глин – в спокойном состоянии расползается и растекается.

Задание 4. Определение кислотности почвы

Кислотность почв – это кислая реакцию почвенного раствора за счет наличия в ней катионов водорода. Наиболее распространенным источником кислотности почв являются фульвокислоты, которые образуются при разложении растительных остатков. Кроме них в почве присутствуют многие низкомолекулярные кислоты – органические (масляная, уксусная) и неорганические (угольная, серная, соляная).

Различают актуальную, или активную, и потенциальную, или пассивную, кислотность почв. Актуальная кислотность обусловливается наличием ионов водорода в почвенном растворе, а потенциальная — водородных ионов и ионов алюминия в почвенном поглощающем комплексе. Актуальную кислотность почвенного раствора обусловливают в основном растворимые органические кислоты, которые образуются в почве в результате биохимических процессов. Потенциальную кислотность можно определить, если выделить из поглощающего комплекса поглощенные ионы водорода.

Кислотность в большой степени влияет видовой состав растений и жизнь обитателей почвы. Избыточная кислотность прямо или косвенно оказывает негативное влияние на растения. Подкисление почв приводит к нарушению их структуры, вызывает резкое ухудшение аэрации и капиллярных свойств почвы. Избыточная кислотность подавляет жизнедеятельность полезных микроорганизмов (особенно нитрификаторов и азотфиксаторов), усиливает связывание фосфора алюминием, что нарушает ионообменные процессы в корнях растений. В конечном счете, эти процессы приводят к закупорке корневых сосудов и отмиранию корневой системы.

Для большинства сельскохозяйственных культур предпочтительны нейтральные почвы, однако многие естественные почвы являются щелочными или кислыми. Поэтому особо важно определить кислотность почвы на вашем участке. Если она не идеальна для культурных растений, то значения кислотности можно и нужно корректировать.

Определение кислотности почвы как правило проводится потенциометрическим методом. Прибор для измерения рН называется потенциометром или рН-метром. Если его нет в школе, то обычно его можно обнаружить в любой лаборатории.

Результаты потенциометрического измерения рН почвы оцениваются по стандартным шкалам.

Классификация почв по уровню кислотности

Материалы и оборудование

1) химические стаканчики на 100-150 мл, 2) 1 N раствор КСl, 3) потенциометр (рН-метр), 4) технические весы; 5) образцы почвы.

Ход работы

Для определения актуальной кислотности следует взвесить 20 г воздушно-сухой почвы. Навеску поместить в химический стакан на 100-150 мл и прилить 50 мл дистиллированной воды. Содержимое перемешивать 1-2 мин и оставить стоять 5 мин. Перед определением суспензию еще раз перемешать, после чего с помощью рН-метра определить значение рН. Для определения потенциальной кислотности к навеске почвы 20 г приливают 50 мл 1N р-ра КСl. Дальнейший ход анализа тот же, что и при определении актуальной кислотности. Если у вас нет рН-метра, то можно использовать обычную индикаторную бумагу. Результаты будут менее точные. Но вы определите самое главное – какие у вас почвы: нейтральные, кислые или щелочные.

Результаты работы занести в таблицу:

Задание 5. Качественное определение водорастворимых солей в почве

Солевой состав почв играет важную роль в минеральном питании растений. Каждый вид растений потребляет определенный набор катионов и анионов, необходимый для их жизнедеятельности.

Засоленными называются почвы, содержащие легкорастворимые соли в токсичных для сельскохозяйственных растений количествах. Они широко распространены в зонах сухих и пустынных степей, в пустынной зоне, встречаются также в степной, лесостепной и таежно-лесной зонах.

Засоление бывает разным как по интенсивности – слабое, среднее, сильное, интенсивное, так и по качеству – по составу солей. Чаще всего в почвах встречаются хлориды (NaCl, MgCl2, CaCl2), сульфаты (Na2SO4, MgSO4, CaSO4) и карбонаты (Na2CO3, NaHCO3. Избыточное содержание этих солей приводит к обезвоживанию растений. Чем сильнее засолена почва, тем больше угнетаются растения. Интенсивно засоленные почвы без мелиорации для возделывания культурных растений непригодны.
Определение агрономически значимых элементов засоления осуществляется с помощью качественных реакций, которые проводятся либо непосредственно в почве, либо в почвенном фильтрате.

Материалы и оборудование

1) Реактивы: 0,1 М р-р AgNO3, 10% р-р HCl, 20% p-p BaCl2; 2) образцы почв;
3) фарфоровая ступка с пестиком; 4) мерный цилиндр; 5) колбы на 200 и 100 мл; 6) бумажные фильтры; 7) воронки; 8) пробирки; 9) пипетки на 2 мл; 10) стерильная вода; 11) индикаторная бумага.

Ход работы.

1. Приготовление фильтрата водной вытяжки почвы

Навеску почвы 15 г растереть в фарфоровой ступке, перенести в колбу емкостью 200 мл и прилить 25 мл стерильной воды. Содержимое колбы тщательно взболтать и дать отстояться в течении 5-10 минут, а затем, после легкого взбалтывания, отфильтровать в колбу на 100 мл через бумажный фильтр. При фильтровании всю почву необходимо перенести на фильтр.

2. Качественное определение хлорид-иона

Налить в пробирку 2 мл фильтрата, добавить 1-2 капли 0,1М р-ра AgNO3. При наличии в пробе хлорид-иона образуется белый осадок хлорида серебра. При концентрации хлорид-иона в количестве десятых долей процента и более образуется обильный хлопьевидный осадок. При содержании сотых и тысячных долей процента хлоридов осадок не выпадает, но раствор мутнеет.
3. Качественное определение сульфат-иона
В пробирку налить 2 мл фильтрата, добавить 1-2 мл 20% p-pBaCl2. При наличии в пробе сульфатов образуется белый осадок сульфата бария. При концентрации сульфат-иона в количестве нескольких десятых долей процента и более образуется обильный мелкокристаллический осадок. Помутнение раствора также указывает на содержание сульфатов в количестве сотых долей процента.

3. Качественное определение сульфат-иона

В пробирку налить 2 мл фильтрата, добавить 1-2 мл 20% p-pBaCl2. При наличии в пробе сульфатов образуется белый осадок сульфата бария. При концентрации сульфат-иона в количестве нескольких десятых долей процента и более образуется обильный мелкокристаллический осадок. Помутнение раствора также указывает на содержание сульфатов в количестве сотых долей процента.

4. Качественное определение карбонат-иона

Проводится с нативной почвой. Небольшое количество почвы поместить в фарфоровую чашку и прилить пипеткой несколько капель 10% р-р HCl. Образующийся при реакции оксид углерода выделяется в виде пузырьков (почва «кипит»). По интенсивности выделения их судят о более или менее значительном содержании карбонатов.

Результаты работы занести в таблицу:

+ – слабая реакция (помутнение фильтрата, отдельные пузырьки газа)

++ – сильная реакция (образование осадка, обильное «кипение»)

Задание 6. Определение содержания гумуса в почве

Гумусом называют сложный комплекс органических соединений, образующихся при разложении и гумификации органических остатков. Гумус является основным фактором плодородия почв. Однако его влияние на жизнедеятельность растений является непрямым: растения, будучи автотрофами, не усваивают органические вещества почвы. В качестве фактора плодородия гумус выполняет две основные функции:

• Обеспечивает оструктуренность почв, которая необходима для нормализации воздушно-водного режима;

• снабжает элементами питания почвенную микрофлору, которая минерализует химические элементы, делая их доступными для растений, выступает в качестве симбионтов и т.п.

Органическое вещество почв по своему составу разнообразно и сложно. Главные продукты гумификации, от которых непосредственно зависит формирование разных свойств почв и типов почвообразования, представлены тремя классами соединений:

• гуминовые кислоты– высокомолекулярные фенольные соединения темно-коричневого и черного цвета, растворимые в воде;
• фульвокислоты– высокомолекулярные азотсодержащие фенольные соединения желтого цвета, растворимые в щелочах;
• гумин – негидролизуемый остаток органического вещества, не растворимый в воде и щелочах.
• Общее содержание гумуса в различных почвах варьирует в широких пределах.

Определение содержания гумуса по методу И.В. Тюрина

Этот метод основан на окислении углерода гумусовых веществ до СО2 0,4 N раствором К2Cr2O7. По количеству хромовой смеси, ушедшей на окисление органического углерода, судят о его количестве.

Материалы и оборудование

1) конические колбы на 100 мл, 2) воронки, 3) 0,4 N раствор К2Cr2О7в разбавленной Н2SО4(1:1), 4) 0,1N или 0,2N раствор соли Мора, 5) 0,2% раствор фенилантраниловой кислоты, 6) бюретка для титрования, 7) газовая горелка.

Ход работы

Для проведения анализа среднюю пробу необходимо специально подготовить: очень тщательно удалить корни и другие органические остатки. Кроме того, в связи с относительно небольшими навесками почвы, которые берутся для этих определений, необходимо иметь почву, растертую и пропущенную через сито 0,25 мм. Удалив органические остатки, комочки почвы осторожно разрушают фарфоровым пестиком и снова тщательно отбирают корешки и другие органические остатки. Далее почву растирают в фарфоровой ступке и пропускают через сито в 1мм. Из растертой почвы берут среднюю пробу весом около 10 г, из которой снова удаляют оставшиеся органические остатки. Для этого почву расстилают тонким слоем на пергаменте и над почвой, на высоте примерно 10 см, проводят стеклянной палочкой, предварительно наэлектризованной. Оставшиеся мелкие кусочки корешков и других органических остатков, не удаленные до этого из почвы, пристанут к палочке. Операцию повторяют до тех пор, пока к палочке будут приставать только единичные корешки. В процессе отбора органических остатков почву следует несколько раз перемешивать и снова распределять тонким слоем. Нельзя очень близко проводить палочкой над почвой, так как к ней могут прилипать не только органические остатки, но и илистые частицы почвы. После отбора органических остатков почву еще раз растирают в фарфоровой ступке и пропускают через сито с отверстием 0,25 мм.

На аналитических весах взять навеску почвы 0,2-0,3 г. и осторожно перенести ее в коническую колбу на 100 мл. В колбу из бюретки прилить 10 мл хромовой смеси и осторожно перемешать круговыми движениями.

В колбу вставить маленькую воронку, которая служит обратным холодильником, затем поставить колбу на асбестовую сетку, довести содержимое колбы до кипения и кипятить ровно 5 минут с момента появления крупных пузырьков СО2. Бурного кипения не допускать: это приводит к искажению результатов из-за возможного разложения хромовой смеси. При массовых анализах рекомендуется кипячение заменить нагреванием в сушильном шкафу при 150°С в течение 30 минут.

Далее колбу остудить, воронку и стенки колбы обмыть из промывалки дистиллированной водой, доведя объем до 30-40 мл. Добавить 4-5 капель 0,2%-ного раствора фенилантраниловой кислоты и титровать 0,1N или 0,2N раствором соли Мора. Конец титрования определяется по переходу вишнево-фиолетовой окраски раствора в зелёную. Параллельно следует провести холостое определение, используя вместо почвенного образца прокаленную почву или пемзу (0,2-0,3 г)

Содержание органического углерода вычисляют по формуле:

С = (100 · (а — в)· КМ · 0,0003 · КН2О) · Р-1,
где С– содержание органического углерода, %;а– количество соли Мора, пошедшее на холостое титрование;в– количество соли Мора, пошедшее на титрование остатка хромовокислого калия;КМпоправка к титру соли Мора;0,0003количество органического углерода, соответствующее 1 мл 0,1 N раствора соли Мора, г (при использовании 0,2 N раствора соли Мора, количество органического углерода, соответствующее 1 мл соли Мора, равно0,0006г);КН2Окоэффициент гигроскопичности для перерасчета на абсолютно сухую навеску почвы;Рнавеска воздушно-сухой почвы, г.
Наконец, содержание гумуса определяется из расчета, что в его составе содержится в среднем 58% органического углерода (1 г углерода соответствует 1,724 г гумуса):
Гумус (%) = С (%) · 1,724

Полученные результаты сравнивают с данными таблицы и определяют степень обеспеченности гумусом анализируемой почвы.

Типы почв по обеспеченности гумусом

М ожно определить количество гумуса иным методом, если вам представится возможность поработать в лаборатории, где есть спектрофотометр или более простой прибор – фотоэлектроколориметр.

Спектрофотометрический метод определения содержания гумуса (Д.С. Орлов, Н.М. Гриндель)

Сущность метода заключается в следующем. При окислении гумуса раствором дихромата калия шестивалентный хром восстанавливается до трехвалентного (Cr2O72-→ 2Сr3+), количество которого будет эквивалентно содержанию углерода органических соединений и других восстановителей в навеске почвы. Поэтому, если нет ограничений (присутствие ионов хлора, закисного железа и марганца), содержание углерода органических соединений можно определить по количеству образовавшегося в процессе реакции окисления Сr3+, используя для этого фотометрический метод.

В пределах видимой части спектра раствор дихромата калия имеет только один четко выраженный максимум поглощения с λmax= 447 нм. По мере увеличения длины волны оптическая плотность быстро падает, достигая нулевого значения при 570-580 нм. Спектр поглощения раствора восстановленного трехвалентного хрома выглядит иначе. При переходе от ультрафиолетовой области к видимой оптическая плотность резко падает, достигая минимума при 490-500 нм, а затем вновь увеличивается, достигая максимума поглощения при 584-594 нм, то есть в той области, где поглощение дихромата калия (Cr2O72-) практически равно нулю. Таким образом, имеется реальная возможность, измерив оптическую плотность раствора при 590 нм, узнать количество восстановленного хрома, эквивалентное общему количеству гумуса (окислителя) в анализируемом образце.

Ход анализа. Навеску почвы около 0,3 г, взятую на аналитических весах (такая навеска, по мнению авторов метода, пригодна для определения при содержании гумуса от 0,6-0,8 до 12 — 13%; при большем или меньшем содержании гумуса навеску изменяют), переносят в коническую колбу на 100 мл и приливают мерным цилиндром 20 мл хромовой смеси. Колбы должны быть проградуированы на объем 100 мл. Осторожно перемешивают содержимое, закрывают горло колбы маленькой воронкой и кипятят ровно 5 мин, как и в методе Тюрина.

После окончания сжигания колбу охлаждают, ополаскивают дистиллированной водой воронку и стенки колбы и доводят общий объем в колбе до 100 мл. Колбу закрывают пробкой, смесь хорошо перемешивают и оставляют на ночь. Отстоявшийся раствор осторожно, чтобы не взмутить осадок, сливают в кювету и определяют оптическую плотность при длине волны 590 нм. «Нуль» прибора устанавливают по холостому раствору.

При содержании гумуса до 6-7% пользуются кюветой 5 см, при большем содержании – кюветой 3 см. Холостым раствором ( контрольная проба, против которой измеряют экспериментальный образец) служат 20 мл дихромата калия прокипяченные и разбавленные до 100 мл.

Общая расчетная формула имеет вид:

где С – содержание углерода, %; D– оптическая плотность;ελ– коэффициент погашения;L– длина кюветы, см;m– навеска почвы, г; Кн2о – коэффициент пересчета на абсолютно сухую почву.

Подставляя численные значения ελ(приλ= 590,ελ=0,06983) и размер кюветы получим: для кюветы 3 см,

для кюветы 5 см,

Как и во всех остальных работах вы можете выполнить все задания или только те, которые вам более интересны, для каких есть возможности ( материалы, реактивы, оборудование и т.д.)

Желаем успеха и интересных результатов!

Источник