Валовой химический анализ почв

Валовой химический анализ почв

При валовом анализе почвы вместе с элементами, входящими в состав минеральной части почвы, мы определяем и зольные элементы гумуса почвы; определить в отдельности количество какого либо элемента, принадлежащее минеральной и органической части, мы не умеем; так как содержание минеральных веществ в гумусе почв не торфянистых и не болотных по сравнению с общим их содержанием в почве вообще-ничтожно, то без особой погрешности можно считать, что для этих почв валовой анализ дает элементарный состав минеральной части почвы. Чем больше гумуса в почве, чем почва более торфяниста, тем дальше это допущение от действительности. По всей вероятности, из отдельных элементов, определяющихся при валовом анализе почвы, из металлоидов — фосфор и сера, а из металлов-кальций и магний, дают в этом отношении наибольшее отклонение: относительное содержание ЭТИХ элементов в органической части почвы значительно, и количество их, определяемое валовым анализом и представляющее общее количество их в почве, может заметно превышать их количество в одной лишь минеральной части почвы. Для определения валового содержания входящих в почву элементов последнюю необходимо перевести в раствор, что достигается или предварительным разложением почвы фтористоводородною кислотою иди сплавлением почвы с соответствующими солями.

Разложение почвы фтористоводородной кислотою

1-ый способ. Навеску тонкоистертой почвы, соответствующую о гр. сухой почвы (т. е. 100.5/(100-a) гр. возд.-сух., где а — гигроск. вода в % от в.-с. почвы), помещают в платиновую чашечку, смачивают небольшим количеством воды и приливают осторожно 3-5 к. стм. концентрированной серной кислоты; содержимое тщательно перемешивают платиновым шпателем и в чашку приливают (в вытяжном шкапу) около 25 к. стм. 38°/о фтористоводородной кислоты (Ac. hydrofluoricum fumans puriss.!); содержимое снова перемешивают шпателем и чашку ставят на водяную баню, температуру которой поддерживают при 60°-80° в течение часов 5; содержимое чашки перемешивается время от времени шпателем; затем около 1/2 часа чашка держится на кипящей бане и, если после этого при помешивании платиновым шпателем не слышно вовсе хрустения, — обработка фтористоводородной кислотой закончена: в противном случае, что обычно и бывает, ее надо повторить вторично, прилив снова фтористоводородной кислоты и снова продержав на водяной бане, как указано выше.

Закончив с разложением почвенных силикатов, приступают к разрушению органического вещества и удалению последних следов фтористоводородной кислоты, для чего чашку осторожно нагревают на асбестовой сетке сначала на слабом огне при частом помешивании, а затем пламя постепенно усиливают, но ни в коем случае не выше той t°, при которой дно чашки снаружи приобретает темнокрасное каление; в противном случае из сернокислого железа освобождается окись железа, которая после не растворится. При таком способе сжигания почти никогда не удается полностью удалить органические вещества; часть их остается в виде угля.

После описанной обработки все почвенные основания (а также алюминий и железо, входившие в кислотный комплекс почвы) будут в вице сернокислых и фосфорнокислых солей, кремния же вовсе не останется, так как он удалится в виде газообразного фтористого кремня при действии серной кислоты на кремнефтористые металлы.

Для растворения массы, получившейся в платиновой чашке, переносят содержимое чашки горячей водой, слабо подкисленной соляной кислотою, в фарфоровую чашку (диаметром около 15 стм.); жидкость в чашке нагревают, добавляя по мере надобности водою и подкисляя соляною кислотою; обычно растворяется не все, а остается немного угля и кремнезема. Полученный раствор отфильтровывают чрез маленький беззольный фильтр в стакан (если навеска почвы предназначалась для определения фосфорной к.) или в мерную колбу (в 500 к. стм. емкостью), если навеска почвы предназначалась для определения прочих веществ. Фильтр с остатком почвы, неразложенной фтористоводородной к., сжигается и взвешивается; если вес остатка оказался выше 1%, то его снова подвергают по вышеописанному (уменьшив соответственно количество реактивов) действию фтористоводородной к. и полученный в конце концов раствор присоединяют к ранее отфильтрованному.

Примечание. Получение в растворе почвенных минеральных соединений посредством обработки почвы фтористоводородною кислотою очень усложняется, вследствие присутствия гумуса; попытки упростить способ предварительным удалением органического вещества прокаливанием почвы перед обработкой не увенчались успехом, так как имеющиеся данные указывают на возможность потери фосфора и калия при прокаливании почвы.

2-ой способ. Описанный выше способ обработки почвы фтористоводородной кислотою имеет существенные неудобства:

1) Удаление избытка серной кислоты слишком длинная и неприятная операция, ведущая к тому же очень часто к заметной потере вещества, вследствие разбрызгивания;

2) Как бы тщательно ни изгонять серную кислоту, ее всегда останется много, что вредит осаждению фосфорной кислоты и очень усложняет определение щелочей;

3) при таком способе обработки нельзя определить в почве валовой серной кислоты.

Все указанные неудобства устраняются при замене серной кислоты соляною 1 ). Ход разложения почвы в этом случае таков.

1 ) К. Гедройц. Заметки по агрономическому анализу. Ж. Оп. Агр. 1915, стр. 83.

К 5 гр. тонкоистертой почвы в платиновой чашечке приливают около 40 к. стм. фтористоводородной кислоты; приливать необходимо осторожно, так как содержимое чашки при этом сильно нагревается и происходит сильное испарение. В том случае, когда почва содержит карбонаты, углекислоту необходимо предварительно удалить разведенной соляною кислотою и содержимое чашки высушить на водяной бане. Чашку с прилитой фтористоводородною кислотою помещают на водяную баню и медленно при частом помешивании выпаривают досуха (при температуре около 80°). К сухому остатку прибавляют очень осторожно около 25 к. стм. концентрированной соляной кислоты, а по охлаждении чашки — около 15 к. стм. фтористоводородной кислоты и снова медленно выпаривают; операцию эту повторяют еще раз, при чем на этот раз выпаривание ведут уже на кипящей бане. Когда разложение окончено, то для вытеснения всей фтористоводородной кислоты обрабатывают сухой остаток в чашке последовательно пять раз концентрированной соляной КИСЛОТОЮ, каждый раз (по 25 к. стм.) с выпариванием досуха на кипящей водяной бане. После этого содержимое чашки переносится водою при помощи стеклянной палочки с каучуком в фарфоровую чашку; чашку нагревают, прибавляют немного соляной кислоты и отфильтровывают через маленький беззольный фильтр (5892). На фильтре остается довольно много органического вещества; по нашим данным в этом остатке содержатся следы алюминия, фосфорной кислоты и калия и иногда довольно много извести; поэтому фильтр с промытым остатком нужно прокалить, и, после взвешивания, остаток выщелочить горячей водою, подкисленною соляною кислотою, отфильтровать и фильтрат присоединить к ранее полученному раствору. Общий фильтрат может содержать немного растворенного органического вещества; поэтому его следует выпарить на кипящей водяной бане в фарфоровой чашке, сухой остаток раза два обработать царской водкой и вытеснить азотную кислоту соляной кислотою. Полученный сухой остаток растворяют при нагревании водою, подкисленной соляною кислотою.

Анализ раствора, полученного разложением почвы фтористоводородной кислотою.

При полном валовом анализе с определением фосфорной кислоты разложение производится, как указывалось раньше, двух отдельных навесок почвы по 5 гр. каждая. Раствор от одной из этих навесок собирается в стакане для определения фосфорной кислоты, а второй из них — в мерную колбу в 500 к. стм. емкостью для определения суммы полуторных окислов (плюс фосфорная кислота), железа, марганца, кальция, магния, калия и натрия (а при обработке почвы фртористоводородной кислотою в присутствии соляной кислоты здесь же определяется и серная кислота).

Источник

Валовой анализ почвы

Валовой анализ почвы имеет своей задачей, как известно, или определение в почве общего количества некоторых соединений (общего количества минеральных соединений, гумуса, углекислоты, почвенных карбонатов, различных простых солей и пр.) или определение элементарного состава почвы (общего количества азота, фосфора, калия, кальция и пр.). С этой целью почву переводят в раствор или путем предварительного разложения ее 33% фтористоводородной кислотой или сплавлением ее с соответствующими солями (например, углекислыми солями калия и натрия).
He входя в рассмотрение высокой научной ценности данного метода для разрешения многих первостепенной важности вопросов теоретического порядка (например, для уяснения характера и сущности почвообразовательного процесса той или иной почвы) и обращаясь к оценке этого метода с точки зрения агрономической, мы должны сказать, что значение его, взятого в отдельности, при разрешении вопросов, связанных именно с плодородием почвы, очень не велико.
Нам уже известно из предыдущего изложения, что далеко не все соединения почвы являются одинаково легко усвояемыми для культурных растений, а некоторые из них представляются и совершенно для них недоступными. А так как валовой анализ почвы дает нам сведения об общем количестве того или другого элемента или того или иного соединения, не разграничивая их на усвояемые и неусвояемые, то естественно будет предположить, что почва, весьма обеспеченная тем или иным питательным веществом (согласно данным, полученным при валовом ее анализе), может оказаться весьма нуждающейся в усвояемых формах именно этого вещества и весьма благодарной за внесение в нее соответствующих удобрений. Мыслимы случаи и обратные, когда в почве будет находиться сравнительно небольшое количество того или другого элемента, но большая часть соединений последнего будет представлена усвояемыми формами; в результате на первой из упомянутых почв растение будет показывать все признаки голодания тем или иным элементом, на второй — будет вполне им обеспечено. Практика сельского хозяйства дает нам в этом отношении целый ряд наглядных примеров. Так, например, на некоторых торфяно-болотных почвах, весьма богатых валовым содержанием азота (доходящего в них до 2—3%), культивируемые растения часто показывают явные признаки голодания именно данным элементом. Объясняется этот факт тем, что большая часть азота в упомянутых почвах заключена в формы сложных органических соединений, из которых, как нам уже известно, высшие растения извлечь необходимый им азот практически не в состоянии. Укажем, далее, на некоторые наши черноземные почвы, весьма богатые общим содержанием фосфора, доходящего в некоторых представителях этих почв до 0,3—0,4%: между тем в агрономической литературе все более начинают накопляться факты, указывающие на резко выраженную потребность со стороны этих почв именно в усвояемых формах фосфора. И здесь объяснение мы находим в том, что большая часть имеющегося в этих почвах фосфора заключена в формы органо-минеральных соединений, недоступных культурным растениям. А. Mayer указывает случай, когда почва, содержащая 3% калия, весьма резко отзывалась на внесение калийных растворимых солей и т. д. Можно привести и целый ряд случаев обратных. Так, тот же исследователь приводит пример нильского ила, который содержал в себе валовое количество калия не более 0,5%, между тем он совершенно не реагировал на внесение в него калийных удобрений, и растения на нем не показывали и признаков калийного голодания. Аналогичные случаи можно умножить примерами почв некоторых поемных лугов, по валовому содержанию весьма часто бедных и азотом и фосфором, но вполне обеспечивающих этими питательными элементами те высокие урожаи органической массы, которые на них получаются.
Все приведенные факты и соображения делают полезным разграничение двух понятий: «богатство» почвы теми или иными веществами и ее «химическое» плодородие по отношению к этим веществам. Если под первым словом понимать общее суммарное содержание в почве того или другого элемента, то под вторым мы будем разуметь лишь то количество последнего, которое в данный момент может служить источником питания для растения или, другими словами, которое представлено в почве в данный момент в усвояемой для последнего форме.
Таким образом, валовой анализ почвы, давая нам представление о богатстве последней теми или иными питательными веществами, вместе с тем не в состоянии ответить на конкретный вопрос — о степени химического плодородия этой почвы, о том, в каком именно элементе будет нуждаться культивируемое на этой почве то или другое растение, какой удобрительный материал надо будет внести и т. д., не говоря уже о том, что при пользовании этим методом, без комбинирования его с другими (см. ниже), остается совершенно без освещения целый ряд многочисленных свойств почвы и явлений, в ней совершающихся, которые, как мы видели выше, играют также весьма важную роль в жизни культурных растений и которые с этой точки зрения также представляются весьма важными факторами плодородия почвы, как, например, физико-механические свойства почвы и пр.
Валовой анализ почвы может дать нам в руки только тогда ценное средство, когда покажет, например, полное отсутствие в почве того или другого элемента. Ho такие случаи принадлежат к величайшим редкостям, а обычно приходится иметь дело со средними «нормальными» почвами, в которых все необходимые для растений питательные вещества находятся обычно налицо, но только последние в различных почвах бывают представлены различными формами соединений. Далее, необходимо указать на возможность открытия валовым анализом в исследуемой почве тех или иных вредных или ядовитых веществ, что может указать на необходимость применения к такой почве соответствующих культур-технических приемов и т. д. С точки зрения такой ограничительной оценки сельскохозяйственного значения валового анализа почв, быть может, отчасти и прав был Pfannstiehl, который указал, что этот метод исследования почв не дает никакого представления о плодородии последних, а может лишь иногда указывать на причины их неплодородия.

Источник

ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОЧВ

ПОКАЗАТЕЛИ И МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ВАЛОВОГО

Валовым анализом почв называют комплекс определений, позволяющих установить валовой или элементный состав почв, т. е. получить представление об общем содержании химических элементов в почве. Изначально валовой анализ был разработан для горных пород и минералов, а позднее был применен для анализа почв при изучении их генезиса и оценки почвенного плодородия. Данные валового состава почв дают возможность проследить изменения в содержании химических элементов по почвенному профилю в сравнении с почвообразующей породой, выявить направление почвообразовательного процесса. Кроме того, результаты валового анализа почв позволяют определить запасы питательных элементов в генетических горизонтах почвенного профиля, используются для уточнения минералогического состава почв. Также, знания элементного состава почв позволяют сделать долгосрочные прогнозы продуктивности агроландшафтов, а также оценить состояние ландшафтов, не затронутых деятельностью человека или изменяющихся в результате техногенеза.

В почвах представлены практически все встречающиеся в природе химические элементы. Наиболее высокое содержание в составе минеральной части почв приходится на долю Si, Al, Fe, Ca, Mg, K, Na, Ti, Mn, S, P. Имен-но эти элементы принято определять при валовом анализе почвы. По абсолютному содержанию (в процентах к массе почвы) все химические элементы подразделяются на несколько групп:

1. Первая группа включает кремний и кислород, содержание которых составляет десятки процентов, а в сумме они могут составлять 80-90 % почвенной массы.

2. Вторая группа включает элементы, содержание которых в почве меняется от целых до десятых долей процентов (Al, Fe, Ca, Mg, K, Na, С). Первые две группы – типичные макроэлементы.

3. Третья группа, переходная к микроэлементам представлена такими элементами как Тi, Mn, N, P, S, их количество в почвах выражается сотыми и

десятыми долями процента.

4. В четвертую группу входят микро- и ультрамикроэлементы, которые содержатся в почвах в количествах от тысячных до миллионных долей процен-тов, т.е. «следы» (Ni, Ва, Cu, Mo, Cr, Cr, В, Li и др.)

Концентрационная группировка составляющих почву химических элементов является наиболее простой. Она наиболее полезна при выявлении роли отдельных элементов в формировании почвенного профиля и удобна для выбора методов химического анализа почв.

По классификации В.М. Гольдшмидта все элементы разделяются на четыре группы: литофильные, халькофильные, сидерофильные и атмофильные. Литофильные элементы отличаются сродством к кислороду и в условиях биосферы образуют минералы типа оксидов, гидроксидов, солей кислородных кислот. К их числу относятся: Si, Тi, S, P, F, CI, Al, Se, Na, K, Ca и др. (всего 54 элемента). Халькофилы склонны образовывать соединения с серой – Cu, Zn, Pb, Cd, Ag, Mn и другие. Сидерофильные элементы растворяются в железных расплавах и дают сплавы с железом: Fe, Ni, Co, P, C, Pt, Au, Mo и др. В группу атмофилов входят элементы земной атмосферы – Н, N, C, О, He, Ne, Ar, Kr, Xe, Cl, Br, I. В особую группу В.М. Гольдшмидт выделил биофильные элементы, то есть те элементы, которые концен-трируются в живых организмах (С, Н, О, N, Р, S, Cl, I и в меньшей степени В, Са, Mg, К, Na, V, Mn, Fe, Cu). Кроме того, при оценке роли отдельных элементов в почвообразовании используют группу элементов, играющих конституционную роль. К данной группе относят элементы, которые входят в структуру решетки минералов, или молекулы тех компонентов, из которых реально складывается масса почвы. В первую очередь это такие элементы как кремний, алюминий и кислород, составляющие основу почвенных силикатов и алюмосиликатов; углерод, водород, азот и кислород – важнейшие компоненты органического вещества.

Валовой химический анализ включает определение гигроскопической влаги, потерь при прокаливании, содержания органического углерода и азота, а также содержания вышеуказанных элементов, входящих в состав минеральной части почв. В некоторых случаях проводят сокращенный анализ и определяют те элементы, которые в процессе почвообразования в наибольшей мере выносятся или накапливаются в почвенном профиле. Валовой химический анализ чаще всего ограничивается следующим набором элементов и включает определение кремния, алюминия, железа, кальция и магния, так как данный анализ достаточно длительный и трудоемкий процесс. При оценке техногенного загрязнения почв набор определяемых элементов зависит от состава загрязняющего вещества.

Результаты определения SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, TiO₂, MnO, CaO, Mg₃O, SO₃, P₂O₅, K₂O, и Na₂O выражают количеством оксидов. В карбонатных почвах, кроме того, определяют содержание карбонатов. Результаты валового химического состава почв чаще всего выражают в процентах различных оксидов. Полученную величину затем пересчитывают на сухую почву, используя коэффициент гигроскопичности.

Для реального представления о химическом составе минеральной части почвы используют следующие перерасчеты: на бесперегнойную (безгумусную) почву – для устранения маскирующего влияния гумуса на содержание химических элементов, входящих в состав минеральных компонентов почвы; на бескарбонатную почву — устраняют влияние свободных карбонатов на химический состав алюмосиликатной части почвы; на прокаленную почву – это позволяет определить содержание минеральных компонентов в бескарбонатных почвах и наиболее полно выявить изменения в химическом составе минеральной части почв по сравнению с почвообразующей породой.

Существует несколько методов определения валового химического состава почв – химический, спектрофотометрический, атомно-абсорбционный и другие, но поскольку минеральная часть твердой фазы почвы состоит из компонентов, не растворимых ни в кислотах, ни в щелочах, то первым этапом валового анализа является разложение почвенного образца (навески).

Разложение почвы – процесс, в результате которого минералы, входящие в состав почвы, переходят в форму соединений, способных раствориться в воде или кислотах. Способность минералов к разложению определяется их составом и зависит от свойств металлов, входящих в кристаллическую решетку минерала, а также зависит от количества оксида кремния в составе минерала к сумме оксидов металла.

В валовом анализе почв используют методы кислотного разложения, сплавления и спекания. Для разложения почв используют такие минеральные кислоты как HCL, H₂SO₄, НF, HCLO₄, НNO₃. Хорошим растворителем считается концентрированная хлорная кислота, но в присутствии органических веществ окислительный процесс может сопровождаться взрывом. При определении элементного состава почв, в частности микроэлементов, используют смесь кислот HCL, H₂SO₄, НNO₃. В тех случаях, когда не требуется определить содержание кремния, применяют смесь фтороводородной (плавиковой) кислоты с серной или азотной кислотами. Недостатком данного метода является то, что при разложении почвы плавиковой кислотой органическое вещество не окисляется и в последующем мешает количественному определению элементов. Поэтому при использовании для разложения почв хлорной или плавиковой кислот почву обычно предварительно прокаливают.

При разложении почв сплавлением используют специальные добавки (плавни) при высокой температуре в расплавленном состоянии. Для сплавления используют щелочные, кислотные, окислительные и восстановительные плавни. Выбор плавня зависит от состава почвы, набора определяемых элементов и используемых методов анализа. Чаще всего в качестве плавня применяют углекислый натрий, углекислый калий и т. д., либо используют смесь карбонатов калия и натрия. Смесь плавится при температуре около 700 0 С, т. е. при более низкой температуре, чем температура плавления каждого из компонентов. Сплавление почв с плавнем проводится при температуре около 1000 0 С в платиновых тиглях. Платиновые тигли применяются при сплавлении почв и для других особо точных анализов, так как они отличаются высокой температурой плавления (1773 0 С). Платина обладает очень малой гигроскопичностью, значительной устойчивостью в отношении многих сильнодействующих реактивов. Она хорошо сохраняет массу и сравнительно мало изменяется при нагревании. Спекание позволяет проводить разложение почвы при температуре ниже точки плавления, в результате происходит разрыхление кристаллической решетки минералов и диффузия щелочных металлов вглубь решетки кристалла. Чаще всего в качестве плавня используется карбонат натрия.

Источник