6) Получение водного раствора почв

Растворы веществ, содержащихся в почве, получают многими способами, которые принципиально можно разделить на две группы:-получение почвенного раствора;- получение водной вытяжки из почвы.В первом случае получают несвязанную или слабо связанную почвенную влагу - ту, которая содержится между частицами почвы и в почвенных капиллярах. Это слабо насыщенный раствор, но его химический состав является актуальным для растения, поскольку именно эта влага омывает корни растений и именно в ней идет обмен химическими веществами. Во втором случае вымывают из почвы связанные с ее частицами растворимые химические соединения. Выход соли в водную вытяжку зависит от соотношения почвы и раствора и увеличивается при возрастании температуры экстрагирующего раствора (до определенных пределов, так как слишком высокая температура может разрушить какие-либо вещества или перевести их в иное состояние) и увеличении объема раствора и степени измельченности почвы (до определенных пределов, так как слишком мелкие пылеобразные частицы могут сделать затруднительной или невозможной экстракцию и фильтрацию раствора).Почвенный раствор получают с помощью ряда инструментов: опрессование, центрифугирование, вытеснение несмешивающимся раствором жидкости, вакуум-фильтрационный метод и лизиметрический метод.

Опрессование проводится с образцом почвы, взятым из полевых в лабораторные условия. Чем большее количество раствора необходимо, тем крупнее должен быть образец или выше применяемое давление, или и то, и другое одновременно. Центрифугирование проводится при 60 об/мин в течение длительного времени. Метод малоэффективен, и подходит для образцов почв с влажностью, приближенной к полной возможной влажности данной почвы. Для пересушенной почвы такой способ неприменим. Вытеснение почвенной влаги веществом, не смешивающимся с почвенным раствором, позволяет получить фактически всю влагу почвы, включая капиллярную, без использования сложной техники. В качестве вытесняющей жидкости используется спирт или глицерин. Неудобства в том, что эти вещества, кроме высокой плотности, обладают хорошей экстрагирующей способностью по отношению к некоторым соединениям (например, спирт легко экстрагирует почвенную органику), поэтому можно получить завышенные показатели содержания ряда веществ по сравнению с их реальным содержанием в почвенном растворе. Метод подходит не для всех типов почв.

При вакуум-фильтрационном методе над образцом с помощью вакуума создается разрежение, превышающее уровень натяжения почвенной влаги. При этом не извлекается капиллярная влага, так как силы натяжения в капилляре выше сил натяжения поверхности свободной жидкости.Лизиметрический метод используется в полевых условиях. Лизиметрический метод позволяет не столько оценить гравитационную влагу (то есть влагу, способную к перемещению по почвенным слоям благодаря силе гравитации - за исключением капиллярной влаги), сколько провести сравнение содержания и миграции химических элементов почвенного раствора. Свободная влага почвы фильтруется через толщу почвенного горизонта по гравитационным силам до пробоотборника, расположенного на поверхности почвы.

Для получения более полного представления о химическом составе почвы, готовят почвенную вытяжку. Для ее получения образец почвы измельчают, пропускают через сито с ячейками диаметром 1 мм, добавляют воду в массовом соотношении 1 часть почвы на 5 частей бидистиллированной (очищенной от любых примесей, дегазированной и деионизированной) воды, рН 6.6-6,8, температура 20⁰С. Дегазация проводится для того, чтобы освободить воду от примесей растворенного газообразного углекислого газа, который при соединении с некоторыми веществами дает нерастворимый осадок, снижая точность эксперимента. Примеси других газов также могут оказывать негативное влияние на результаты эксперимента.

Для более точного взвешивания навески следует учитывать ее естественную влажность, полевую (для только что взятого образца) или гигроскопическую (для высушенного и хранившегося образца). Определенную в процентах от массы образца его влажность переводят в массу и суммируют с требуемой массой. Навеска помещается в сухую колбу объемом 500-750 мл, добавляется вода. Колба с образцом почвы и водой плотно закрывается пробкой и встряхивается в течение двух-трех минут. Далее полученный раствор фильтруется через обеззоленный бумажный складчатый фильтр. Важно, чтобы в помещении при этом не было летучих паров кислот (работу предпочтительнее проводить под тягой, где не хранятся растворы кислот). Перед фильтрованием раствор с почвой хорошо взбалтывают, чтобы мелкие частицы почвы закрыли самые крупные поры фильтра и фильтрат получился более прозрачным. Примерно 10 мл начального фильтрата выбрасывается, так как он содержит примеси с фильтра. Фильтрование остальной части первичного фильтрата повторяют несколько раз.

К работе по определению содержания химических веществ в водной вытяжке приступают сразу после ее получения, так как с течением времени происходят химические процессы, изменяющие щелочность раствора, его окисляемость и т.п. Уже скорость фильтрации может показать относительное суммарное содержание солей в растворе. Если водная вытяжка богата солями, то фильтрация будет проходить быстро и раствор получится прозрачным, поскольку соли препятствуют пептизации почвенных коллоидов. В случае если раствор беден солями, фильтрация будет проходить медленно и не очень качественно. При этом имеет смысл отфильтровать раствор несколько раз, несмотря на низкую скорость, т.к. при дополнительных фильтрациях возрастает качество водной вытяжки благодаря снижению содержанию в ней частиц почвы.

7) Методы количественного анализа вытяжек или любых других

полученных в ходе анализа почв растворов

В большинстве случаев интерпретация результатов анализа почв от метода измерения не зависит. В химическом анализе почв может быть использован практически любой из методов, которыми располагают аналитики. При этом измеряется либо непосредственно искомая величина показателя, либо величина, функционально с ней связанная. Основные разделы хим. анализа почв: валовой, или элементный, анализ -- позволяет выяснить общее содержание в почве С, N, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Р, S, K, Na, Mn, Ti и др. элементов; анализ водной вытяжки (основа исследования засоленных почв) -- даёт представление о содержании в почве водорастворимых веществ (сульфатов, хлоридов и карбонатов кальция, магния, натрия и др.); определение поглотительной способности почвы; выявление обеспеченности почв питательными веществами -- устанавливают количество легкорастворимых (подвижных), усваиваемых растениями соединений азота, фосфора, калия и др. Большое внимание уделяют изучению фракционного состава органических веществ почвы, форм соединений основных почвенных компонентов, в том числе микроэлементов.

В лабораторной практике анализа почв используют классические химические и инструментальные методы. С помощью классических химических методов можно получить наиболее точные результаты. Относительная погрешность определения составляет 0,1-0,2%. Погрешность большинства инструментальных методов значительно выше -- 2-5%

Среди инструментальных методов в анализе почв наиболее широко используются электрохимические и спектроскопические. Среди электрохимических методов находят применение потенциометрические, кондуктометрические, кулонометрические и вольтамперометрические, включающие все современные разновидности полярографии.

Для оценки почвы результаты анализов сравнивают с оптимальными уровнями содержания элементов, установленными экспериментальным путем для данного типа почв и проверенными в производственных условиях, или с имеющимися в литературе данными обеспеченности почв макро- и микроэлементами, либо с ПДК изучаемых элементов в почве. После этого делается заключение о состоянии почвы, даются рекомендации по её использованию, рассчитываются дозы мелиорантов, минеральных и органических удобрений на планируемый урожай.

Классические химические методы анализа

Электрохимические методы анализа

Систематизация и некоторые особенности спектроскопических методов

При выборе метода измерения учитываются особенности химических свойств анализируемой почвы, природа показателя, необходимая точность определения его уровня, возможности методов измерения и выполнимость требуемых измерений в условиях проведения эксперимента. В свою очередь, точность измерений обусловливается целью исследования и природной вариабельностью изучаемого свойства. Точность -- собирательная характеристика метода, оценивающая правильность и воспроизводимость получаемых результатов анализа.

Соотношение уровней содержания в почвах некоторых химических элементов.

Разные уровни содержания и разные химические свойства элементов не всегда делают целесообразным применение одного и того же метода измерения для количественного определения всего необходимого набора элементов.

В элементном (валовом) анализе почв используют методы с разными пределами обнаружения. Для определения химических элементов, содержание которых превышает десятые доли процента, возможно использование классических методов химического анализа -- гравиметрических и титриметрических.

Разные свойства химических элементов, разные уровни их содержания, необходимость определения разных показателей химического состояния элемента в почве делают необходимым использование методов измерения с разными пределами обнаружения.

8) Кислотность почв

Определение реакции почв относится к числу наиболее распространенных анализов, как в теоретических, так и в прикладных исследованиях. Наиболее полная картина кислотных и основных свойств почв складывается при одновременном измерении нескольких показателей, в том числе титруемой кислотности или щелочности - фактор емкости и величины рН - фактор интенсивности. Фактор ёмкости характеризует общее содержание кислот или оснований в почвах, от него зависят буферность почв, устойчивость реакции во времени и по отношению к внешним воздействиям. Фактор интенсивности характеризует силу мгновенного действия кислот или оснований на почву и растения; от него зависит поступление минеральных веществ в растения в данный отрезок времени. Это позволяет дать более правильную оценку кислотности почв, так как в этом случае учитывается общее количество ионов водорода и алюминия, находящихся в почве в свободном и поглощенном состояниях.Актуальную кислотность (рН), определяют потенциометрически. Потенциальную кислотность определяют переведением в р-р ионов водорода и алюминия при обработке почвы избытком нейтральных солей (KCl):

По количеству образовавшейся свободной соляной кислоты судят об обменной кислотности почвы. Часть ионов Н⁺ остаётся в поглощённом состоянии (образующаяся в результате р-ии сильная HCl полностью диссоциирует и избыток свободных Н⁺ в растворе препятствует их полному вытеснению из ППК). Менее подвижная часть ионов Н⁺ может быть переведена в раствор лишь при дальнейшей обработке почвы растворами гидролитически щелочных солей (CH₃COONa).

По количеству образовавшейся свободной уксусной кислоты судят о гидролитической кислотности почв. Ионы водорода при этом наиболее полно переходят в раствор (вытесняются из ППК), т.к. образующаяся уксусная кислота прочно связывает водородные ионы и реакция смещается вправо вплоть до полного вытеснения ионов водорода из ППК. Величина гидролитической кислотности равна разности между результатами, полученными при обработке почвы CH₃COONa и KCl. На практике за величину гидролитической кислотности принимают результат, полученный при обработке почвы CH₃COONa.

Кислотность почвы обуславливается не только ионами водорода, но и алюминия:

Гидроокись алюминия выпадает в осадок, и система практически ничем не отличается от той, в которой содержатся только поглощённые ионы водорода. Но если даже АlСl% останется в растворе, то при титровании

АlСl₃+ 3 NaOH = А(ОН)₃ + 3 NaCl

что равноценно реакции

3 НСl + 3 NaOH = 3 NaCl + 3 Н₂О.Поглощённые ионы алюминия вытесняются и при обработке почвы раствором CH₃COONa. В этом случае весь вытесненный алюминий переходит в осадок в виде гидроокиси.

По степени кислотности, определяемой в солевой вытяжке 0.1н. КKCl потенциометрически, почвы делятся на:

9)Определение рН, обменной кислотности и подвижного

алюминия по Соколову

Определение обменной кислотности основано на вытеснении из ППК ионов водорода и алюминия 1.0 н. раствором КKCl:

Образовавшуюся кислоту оттитровывают щёлочью и рассчитывают величину обменной кислотности, обусловленную суммой ионов водорода и алюминия. Al осаждают 3.5% р-ром NaF. В осадке образуется комплексная нейтральная соль-криолит:

AlCl₃ + 6NaF = Na₃AlF₆ + 3NaCl

Повторное титрование раствора позволяет определить кислотность, обусловленную только ионами водорода. По разности данных первого и второго титрования проводят расчёт содержания алюминия в почве.

Ход анализа

1. На технических весах взять навеску 40 г воздушно-сухой почвы методом средней пробы.

2. Перенести навеску в коническую колбу ёмкостью 150-300 мл.

3. Прилить из бюретки 100 мл 1.0 н. KCl (рН 5.6-6.0).

4. Взбалтывать на ротаторе 1 час или взбалтывать 15 мин. и оставить на ночь.

5. Отфильтровать через воронку с сухим бумажным складчатым фильтром, отбросив первую порцию фильтрата.

6. В фильтрате определить значение рН потенциометрически.

7. Для определения обменной кислотности взять пипеткой 25 мл фильтрата в колбу Эрленмейера объемом 100 мл.

8. На горелке или электроплитке кипятить фильтрат 5 мин. по песочным часам для удаления углекислого газа.

9. Прибавить в фильтрат 2 капли фенолфталеина и оттитровать горячий раствор 0.01 или 0.02 н. раствором щёлочи (КОН или NaOH) до устойчивой розовой окраски -- 1-ое титрование.

10. В другую колбу Эрленмейера взять пипеткой также 25 мл фильтрата прокипятить 5 мин., охладить в водяной бане до комнатной температуры.

11.В охлаждённый фильтрат прилить пипеткой 1.5 мл 3.5 %-го раствора фтористого натрия, перемешать.

12. Прибавить 2 капли фенолфталеина и оттитровать 0.01 или 0.02 н. раствором щёлочи до слабо-розовой окраски -- 2-ое титрование.

Расчет

1. Обменная кислотность, обусловленная ионами водорода и алюминия (по результатам 1-го титрования) в мг-экв на 100 г сухой почвы:

где: Р - разведение 100/25=4; Н - навеска почвы в граммах; К- коэффициент влажности почвы; мл КОН- количество щёлочи, пошедшее на титрование; н. КОН - нормальность щелочи.

2 Расчет кислотности, обусловленной ионами водорода тот же, но по результатам второго титрования, после осаждения алюминия.

3. Расчёт содержания алюминия (ионов) по разности 1-го и 2-го определений (Н⁺ + Аl³⁺) мг-экв - Н⁺ мг-экв =Аl³⁺ мг-экв/100 г почвы, умножив полученное значение на 9 (эквивалентный вес алюминия), определяем количество алюминия в мг на 100 г почвы.

* При определении этих показателей во влажной почве одновременно

определяют процент влажности.

Реактивы

1. Раствор 1 н. КСl, 74.6 г х.ч. КСl растворить в 400-500 мл дистиллированной воды, перенести в мерную колбу 1 л и довести до метки. рН реактива должен быть 5.6-6.0 (проверить перед началом анализа - в случае необходимости установить нужное значение рН добавлением 10%-го раствора КОН)

2. 0.01 или 0.02 н. раствор КОН или NaOH готовится из навески реактива или фиксанала.

3. 3.5% раствор фтористого натрия, приготовленный на дистиллированной воде без СО₂ (кипятить дистиллированную воду, упаривая до 1/3 первоначального объёма).