Методы определения основных минеральных компонентов почв.. Показатели и методы определения элементного состава
Минеральной части почв.
Показатели и методы определения элементного состава
Контрольные вопросы
1.Определение углерода в почве: прямые методы; косвенные методы. Метод Тюрина, его особенности. Погрешности метода и приемы их устранения.
Расчет содержания гумуса.
2. Азот в почвах и методы его определения.
3. Молярное отношение С:N как характеристика почвы.
Элементный состав почвы позволяет оценить итоги процессов почвообразования. Он различен для разных генетических горизонтов. Гумусово-аккумулятивным горизонтам свойственно повышенное содержание углерода, азота, фосфора, иллювиальные горизонты богаче железом, алюминием. По сочетанию элементных составов генетических горизонтов проводят диагностику почв.
При решении проблем генезиса почв или формирования генетических горизонтов оценивают изменение химического состава материнской породы в процессе почвообразования. Для этого проводят валовый анализ почвенных проб, отобранных из почвенного разреза по генетическим горизонтам. При этом допускают, что: 1)материнская порода однородна и различия в элементном составе почвенных горизонтов обусловлены только процессами почвообразования ; 2)слой, который принимают за материнскую породу, не изменился при почвообразовании; 3)процесс почвообразования развивался в одном направлении.
При оценке степени загрязнения почв техногенными выбросами анализируют в основном поверхностные слои почвы.
Обычно валовый анализ сводится к определению содержания элементов, содержание которых в почве довольно велико – кремния, алюминия, железа, кальция, магния. Сумма оксидов этих элементов составляет около 98% минеральной части почвы. При оценке техногенного загрязнения набор определяемых элементов зависит и от состава загрязнителей.
Результаты валового анализа выражают массовой долей элемента (реже – его оксида) и рассчитывают на воздушно- сухую или высушенную при 105 о С почву.
Методы определения кремния.
Среднее содержание кремния в почвах 30 – 45%. Он представлен различными модификациями SiO2, а также силикатами и алюмосиликатами.
Эти соединения труднорастворимы в воде и поэтому определение кремния возможно только после сплавления или спекания. При растворении сплава или спека, а также при растворении нативного SiO2, образуются растворы ортокремниевой кислоты:
Эти соединения способны к поликонденсации с образованием гидрозолей и гидрогелей. Полимеризованные и неполимеризованные кремниевые кислоты обладают разными свойствами: полимеризованные легко коагулируют и выпадают в осадок при добавлении желатина;моно- и дикремниевые кислоты образуют окрашенные соединения с молибдат-ионом и могут быть определены фотометрически. Скорость полимеризации максимальна в очень кислых средах ( СHCl= 8моль/л) и при высоких температурах. Реакция заметно обратима. В связи с этим кремниевую кислоту осаждают из концентрированных, нагретых до кипения растворов, немедленно после растворения солей. Осадок быстро отфильтровывают и промывают 1% раствором соляной кислоты. Он обладает высокоразвитой поверхностью и соосаждает катионы многих металлов, которые не могут быть удалены промыванием. Определение оксида кремния обычно заканчивают гравиметрически (отгонка SiF4), а остаток соосажденных элементов сплавляют, переводят в раствор и присоединяют к фильтрату, полученному после отделения кремниевой кислоты.
Полуторные окислы, гравиметрическое определение в почвах.
Среднее содержание алюминия в почвах 7,1%, железа – 3,85. Железо может присутствовать в степенях окисления +2 и +3, обычно определяют общее содержание железа.
Их осаждают аммиаком в виде гидроксидов из раствора, полученного при отделении кремнекислоты в присутствии метилового красного (РН = 4,4) или уротропином. Осадок отфильтровывают, тщательно отмывают от хлоридов раствором нитрата аммония (т.к. в процессе прокаливания возможно улетучивание FeCl3), прокаливают и взвешивают.
По распределению полуторных окислов в профиле почв диагностируют почвенные процессы.
Для определения содержания алюминия и железа в почве осадки гидроксидов растворяют в разбавленной соляной кислоте и определяют компоненты раствора (комплексонометрическим титрованием, атомно-абсорбционным методом или фотоколориметрически). (задачи)
Кальций и магний в почвах, методы определения.
Среднее содержание кальция в почвах 1,37%. Однако оно зависит от климатических условий, карбонатности почвообразующих пород и может варьироваться в значительных пределах. Содержание магния значительно ниже – 0,5%.
Кальций и магний определяют из растворов после отделения полуторных окислов и осаждения других мешающих компонентов в нейтральной среде (РН=6) диэтилдитиокарбаминатом натрия. Этот реагент образует со многими металлами хелаты (внутрикомплексные соединения), хорошо растворимые в органических растворителях. Диэтилкарбаминаты тяжелых металлов выделяют экстракцией. (дать понятие об экстракции) В водной фазе определяют содержание кальция и магния химическими (гравиметрия, комплексонометрия) или физико-химическими методами ( пламенная фотометрия, атомно-абсорбционный анализ).
В валовом анализе определяют также содержание титана, марганца, фосфора. Их содержание в почвах невелико (до 0,5%), поэтому определяют их редко, используя принятые аналитиками методики.
Источник
ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ ПОЧВ
ЭЛЕМЕНТНЫЙ И ФАЗОВЫЙ СОСТАВ ПОЧВ
Практически все процессы, протекающие в почвах, имеют сложный комплексный характер, что обусловлено спецификой почвы как природного тела. В числе химических особенностей почв можно назвать следующие.
Полихимизм. Почва содержит очень большой набор химических элементов и веществ, причем один и тот же элемент представлен, как правило, несколькими соединениями, а одно и тоже вещество может находиться в различных кристаллических или аморфных состояниях.
Гетерогенность и полидисперсность. Почва представляет собой многофазную систему с развитыми неоднородными поверхностями раздела, на которых происходят процессы сорбции и десорбции (включая хемосорбцию) органических и минеральных компонентов.
Органно-минеральные взаимодействия – одна из наиболее специфичных почвенных особенностей исущественная черта почвообразования. В почвах формируются не толькопростые и комплексные соли, но и сложные адсорбционные комплексы, состоящие из минералов и органических веществ.
Динамичность почвенных процессов. Для природных почв характерны суточная, сезонная, годичная и вековая динамика. Изменения происходят непрерывно, что заставляет трансформировать классические химические представления и понятия.
Пространственная неоднородность – неотъемлемое почвенное свойство, обусловленное исходной пространственной неоднородностью факторов почвообразования (первичная неоднородность); она может нарастать по мере развития почвообразовательного процесса (вторичная неоднородность).
Неравновесность состояний и термодинамическая необратимость процессов. Почва – открытая термодинамическая система, через которую непрерывно протекает поток энергии и вещества. Это не позволяет достичь равновесных состояний, что усугубляется и своеобразной кинетикой почвенно-химических процессов, в которых сочетаются и очень быстрые и крайне медленно протекающие реакции.
Основой понимания происходящих в почвах процессов является знание химического состава почв и его изменений при почвообразовании и использовании почвенного покрова. Химический состав почв характеризуется двумя показателями: элементным и фазовым (вещественным) составом.
Элементный состав почв – одна из основных химических характеристик почв, на которой базируется понимание свойств почв, их генезиса и плодородия. Без знания элементного состава почв глубокие почвенно-химические исследования невозможны.
Элементным составом почв называют набор и количественное соотношение химических элементов в почвенной массе.
Элементный состав отражает многие наиболее важные итоги почвообразовательного процесса. По элементному составу различают генетические горизонты почв: в частности перегнойно-аккумулятивные горизонты отличаются повышенным содержанием углерода, фосфора, азота; в элювиальных горизонтах повышено содержание кремния и понижено содержание многих других элементов; в иллювиальных горизонтах накапливаются железо, алюминий и ряд других элементов.
Элементный состав дает представление о потенциальном плодородии почв. Высокое содержание углерода органических соединений и азота обычно считают признаком плодородной почвы. Высокий уровень накопления хлора – показатель неблагоприятных для растений условий. Конечно, растениям доступна только часть находящихся в почве элементов питания. Элементы, входящие в кристаллические решетки алюмосиликатов, в состав труднорастворимых соединений или в состав негидролизуемых компонентов гумусовых веществ, становятся доступными растениям после их полной мобилизации, т.е. после полного или частичного разрушения исходной структуры и перехода элемента в форму растворимого соединения. Тем не менее валовое содержание, или запасы элемента, показывают, как долго та или иная почва потенциально может обеспечивать растения при условии полной мобилизации запасов.
Элементный состав – один из важнейших факторов, который обусловливает выбор методов химического и физико-химического анализа почв.
Почвы содержат практически все природные элементы периодической системы Д.И.Менделеева. По набору элементов и их количественному содержанию почвы существенно отличаются от живых организмов, минералов и горных пород. Живые организмы состоят главным образом из элементов-органогенов – углерода, азота, водорода, кислорода, фосфора, серы; так называемые минеральные компоненты входят в их состав в сравнительно небольших количествах. Индивидуальные минералы содержат, как правило, небольшой набор элементов.
В почвах практически все входящие в их состав элементы являются обязательными и необходимыми. Большой набор элементов – первая отличительная особенность почв. Вторая особенность заключается в сочетании высокого содержания углерода и кремни, что отражает взаимное влияние двух факторов почвообразования: растительного и животного мира, с оной стороны, и почвообразующих пород – с другой. Третья особенность — большой диапазон концентраций, охватывающий 4-5 порядков и даже достигающий 9-10 порядков.
Средний элементный состав некоторых важнейших почв приведен в таблице … Приведенные в таблице данные об элементном составе почв показывают усредненный состав метрового слоя почвы. Этот слой включает 2-3 (а иногда и больше) почвенных горизонтов.
По абсолютному содержанию в почвах все элементы могут быть объединены в несколько групп. В первую группу следует отнести кислород и кремний, содержание которых составляет десятки процентов. Вторая группа включает элементы, содержание которых в почве меняется от десятых долей до нескольких процентов: это Al, Fe, Ca, Mg, K, Na, C. Первые две группы – типичные макроэлементы. В третью группу входят Ti, Mn, N, P, S, H, концентрации которых измеряются десятыми и сотыми долями %. Они составляют переходную группу. Микро- и ультрамикроэлементы содержатся в почвах в количестве 10 -3 …10 -10 %; к ним можно отнести все остальные элементы, встречающиеся в почвах: Ba, Sr, Cu, Cr и т. д.
Почвы различного механического состава значительно отличаются друг от друга, особенно по содержанию Si, Al, Fe, щелочных и щелочноземельных металлов. В легких почвах повышена концентрация кремния – основную массу составляет SiО2. По сравнению со средним содержанием пород почвы обогащены С, N, P, S, т. е. биогенными элементами, накапливающимися в результате деятельности живых организмов. Si, Al, Fe, Mg, K, Na практически унаследованы почвами от почвообразующей породы.
Источник
Методы определения основных минеральных компонентов почв.. Показатели и методы определения элементного состава
Минеральной части почв.
Показатели и методы определения элементного состава
Контрольные вопросы
1.Определение углерода в почве: прямые методы; косвенные методы. Метод Тюрина, его особенности. Погрешности метода и приемы их устранения.
Расчет содержания гумуса.
2. Азот в почвах и методы его определения.
3. Молярное отношение С:N как характеристика почвы.
Элементный состав почвы позволяет оценить итоги процессов почвообразования. Он различен для разных генетических горизонтов. Гумусово-аккумулятивным горизонтам свойственно повышенное содержание углерода, азота, фосфора, иллювиальные горизонты богаче железом, алюминием. По сочетанию элементных составов генетических горизонтов проводят диагностику почв.
При решении проблем генезиса почв или формирования генетических горизонтов оценивают изменение химического состава материнской породы в процессе почвообразования. Для этого проводят валовый анализ почвенных проб, отобранных из почвенного разреза по генетическим горизонтам. При этом допускают, что: 1)материнская порода однородна и различия в элементном составе почвенных горизонтов обусловлены только процессами почвообразования ; 2)слой, который принимают за материнскую породу, не изменился при почвообразовании; 3)процесс почвообразования развивался в одном направлении.
При оценке степени загрязнения почв техногенными выбросами анализируют в основном поверхностные слои почвы.
Обычно валовый анализ сводится к определению содержания элементов, содержание которых в почве довольно велико – кремния, алюминия, железа, кальция, магния. Сумма оксидов этих элементов составляет около 98% минеральной части почвы. При оценке техногенного загрязнения набор определяемых элементов зависит и от состава загрязнителей.
Результаты валового анализа выражают массовой долей элемента (реже – его оксида) и рассчитывают на воздушно- сухую или высушенную при 105 о С почву.
Методы определения кремния.
Среднее содержание кремния в почвах 30 – 45%. Он представлен различными модификациями SiO2, а также силикатами и алюмосиликатами.
Эти соединения труднорастворимы в воде и поэтому определение кремния возможно только после сплавления или спекания. При растворении сплава или спека, а также при растворении нативного SiO2, образуются растворы ортокремниевой кислоты:
Эти соединения способны к поликонденсации с образованием гидрозолей и гидрогелей. Полимеризованные и неполимеризованные кремниевые кислоты обладают разными свойствами: полимеризованные легко коагулируют и выпадают в осадок при добавлении желатина;моно- и дикремниевые кислоты образуют окрашенные соединения с молибдат-ионом и могут быть определены фотометрически. Скорость полимеризации максимальна в очень кислых средах ( СHCl= 8моль/л) и при высоких температурах. Реакция заметно обратима. В связи с этим кремниевую кислоту осаждают из концентрированных, нагретых до кипения растворов, немедленно после растворения солей. Осадок быстро отфильтровывают и промывают 1% раствором соляной кислоты. Он обладает высокоразвитой поверхностью и соосаждает катионы многих металлов, которые не могут быть удалены промыванием. Определение оксида кремния обычно заканчивают гравиметрически (отгонка SiF4), а остаток соосажденных элементов сплавляют, переводят в раствор и присоединяют к фильтрату, полученному после отделения кремниевой кислоты.
Полуторные окислы, гравиметрическое определение в почвах.
Среднее содержание алюминия в почвах 7,1%, железа – 3,85. Железо может присутствовать в степенях окисления +2 и +3, обычно определяют общее содержание железа.
Их осаждают аммиаком в виде гидроксидов из раствора, полученного при отделении кремнекислоты в присутствии метилового красного (РН = 4,4) или уротропином. Осадок отфильтровывают, тщательно отмывают от хлоридов раствором нитрата аммония (т.к. в процессе прокаливания возможно улетучивание FeCl3), прокаливают и взвешивают.
По распределению полуторных окислов в профиле почв диагностируют почвенные процессы.
Для определения содержания алюминия и железа в почве осадки гидроксидов растворяют в разбавленной соляной кислоте и определяют компоненты раствора (комплексонометрическим титрованием, атомно-абсорбционным методом или фотоколориметрически). (задачи)
Кальций и магний в почвах, методы определения.
Среднее содержание кальция в почвах 1,37%. Однако оно зависит от климатических условий, карбонатности почвообразующих пород и может варьироваться в значительных пределах. Содержание магния значительно ниже – 0,5%.
Кальций и магний определяют из растворов после отделения полуторных окислов и осаждения других мешающих компонентов в нейтральной среде (РН=6) диэтилдитиокарбаминатом натрия. Этот реагент образует со многими металлами хелаты (внутрикомплексные соединения), хорошо растворимые в органических растворителях. Диэтилкарбаминаты тяжелых металлов выделяют экстракцией. (дать понятие об экстракции) В водной фазе определяют содержание кальция и магния химическими (гравиметрия, комплексонометрия) или физико-химическими методами ( пламенная фотометрия, атомно-абсорбционный анализ).
В валовом анализе определяют также содержание титана, марганца, фосфора. Их содержание в почвах невелико (до 0,5%), поэтому определяют их редко, используя принятые аналитиками методики.
Источник