Хим анализ. Хим. анализ почв. Вопросы и ответы. Л. А. Воробьева, Д. В. Ладонин, О. В. Лопухина, Т. А. Рудакова, А. В. Кирюшин химическийанализ
 Скачать 1.09 Mb.
|
|
Л. А. ВОРОБЬЕВА, Д. В. ЛАДОНИН, О. В. ЛОПУХИНА, Т. А. РУДАКОВА, А. В. КИРЮШИН ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОЧВ ВОПРОСЫ И ОТВЕТЫ Москва – 2012 УДК 631:504.5 Л. А. Воробьева, Д. В. Ладонин, О. В. Лопухина, Т. А. Рудакова, А. В. Кирюшин. Химический анализ почв. Вопросы и ответы. М. 2011. – 186 с. Рекомендовано Учебно-методическим Советом по почвоведению при УМО по классическому университетскому образованию РФ в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению высшего профессионального образования 021900 «Почвоведение». Рецензенты: д. с/х. наук, профессор каф. почвоведения, геологии и ландшафтоведения РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева В. И. Савич; д. б. н., профессор, зав. каф. общего почвоведения факультета почвоведения МГУ имени М. В. Ломоносова. В учебном пособии в форме вопросов и ответов изложены основные понятия, термины, теоретические основы методов, основные способы расчетов и приемы интерпретации результатов химического анализа почв. Рассмотрены основные показатели элементного, вещественного и группового состава почв, показатели ионообменных, кислотно-основных свойств и подвижности химических элементов в почвах. Пособие написано в соответствии с программой курса «Химический анализ почв», который много лет преподается на факультете почвоведения МГУ имени М. В. Ломоносова. Пособие предназначено для студентов и аспирантов, обучающихся в области почвоведения, агрохимии, экологии и смежных с ними специальностей. L. A. Vorobyova, D. V. Ladonin, O. V. Lopukhina, T. A. Rudakova, A. V. Kiryushin. Chemical Analysis of Soil. Questions and Answers. In the tutorial in the form of questions and answers set forth the basic concepts, terminology, theoretical bases of analytical methods, the basic methods of calculation and interpretation of the results of chemical soil analysis. The main indicators of element, group and fraction composition of soils, indicators of mobility of chemical elements in soils, soil ion exchange and acid-base properties are considered. Tutorial is written in accordance with the program of the course "Chemical analysis of soil," which for many years taught at the Department of Soil Science, Lomonosov Moscow State University. The tutorial is intended for students studying in the field of soil science, agricultural chemistry, ecology and related disciplines. © Л. А. Воробьева, Д. В. Ладонин, О. В. Лопухина, Т. А. Рудакова, А. В. Кирюшин. 3 Оглавление Предисловие......................................................................................................... 4 Глава 1. Химический анализ почв: понятия и показатели ........................ 6 Глава 2. Почвенные пробы, их представительность, подготовка к анализу ........................................................................................ 12 Глава 3. Единицы величин и расчеты в химическом анализе почв ....... 14 Глава 4. Методы измерения........................................................................ 21 Глава 5. Показатели химического состава почв и их информативность .......................................................................... 65 Глава 6. Элементный состав минеральной части почв............................ 67 Глава 7. Элементный состав органической части почв........................... 97 Глава 8. Групповой состав соединений химических элементов .......... 105 Глава 9. Вещественный состав соединений химических элементов в почвах ..................................................................... 132 Глава 10. Подвижность химических элементов в почвах ....................... 160 Глава 11. Катионообменные свойства почв.............................................. 163 Глава 12. Кислотно-основные свойства почв. .......................................... 174 Литература ....................................................................................................... 184 4 ПРЕДИСЛОВИЕ Химический анализ почв является одним из наиболее важных средств познания природы, генезиса и плодородия почв. Благодаря большому значению химического анализа почв ему на всех этапах развития почвоведения уделялось большое внимание. В начале XX века важный вклад в развитие теоретических основ и методов исследования почв внес К. К. Гедройц. В 1923 году вышла в свет его книга «Химический анализ почв», которая неоднократно переиздавалась и не утратила своего значения до наших дней. В ней систематизированы и теоретически обоснованы методы химического анализа почв, оценено влияние различных факторов на результаты анализа, рассмотрены основы их интерпретации. Заметным явлением второй половины XX века стала вышедшая в 1970 году в издательстве МГУ книга Е. В. Аринушкиной «Руководство по химическому анализу почв» - настольная книга нескольких поколений почвоведов, в настоящее время являющаяся библиографической редкостью. В 1995 и 1998 годах в Московском и Санкт-Петербургском государственных университетах вышли учебное пособие и учебник с одноименным названием «Химический анализ почв» (Растворова и др., 1995; Воробьева, 1998). В 2006 году преподаватели обоих вузов объединили свои усилия и выпустили совместную монографию «Теория и практика химического анализа почв». Предлагаемое учебное пособие развивает традиции преподавания химического анализа почв в Московском государственном университете. В книге обсуждаются общие теоретические и методические вопросы химического анализа почв, методы определения элементного, группового и вещественного состава почв, оценки подвижности химических элементов, кислотно-основных и катионообменных свойств почв. Особенность этого учебного пособия состоит в форме изложения материала в виде вопросов и ответов. Целесообразность такого подхода 5 продиктована педагогическим опытом авторов, которые не понаслышке знают о том, что нынешнее поколение студентов, чрезвычайно продвинутое в области использования информационных технологий, зачастую испытывает затруднения, пытаясь найти в учебной и научной литературе ответы на конкретные вопросы, возникающие в ходе обучения. Авторы надеются, что четкость определения основных понятий, краткость изложения теоретических основ методов анализа и особенностей проведения расчетов в химическом анализе почв будут более понятны и доступны студентам, специализирующимся в области почвоведения, экологии, химии почв и близким к ним специальностям. 6 Глава 1. ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОЧВ : ПОНЯТИЯ И ПОКАЗАТЕЛИ 1.1. Что понимают под химическим анализом почв? Под химическим анализом почв понимают совокупность аналитических приемов, результат которых позволяет оценить химическое состояние почв. 1.2. Какие задачи решают с помощью химического анализа почв? Химический анализ почв рассматривают как одно из наиболее важных средств познания природы почв, их генезиса, оценки плодородия, мелиоративных особенностей и пригодности для использования в любых целях. 1.3. Как используют результаты химического анализа почв? Результаты химического анализа содержат информацию о химических свойствах почв и химических почвенных процессах. Они составляют основу мониторинга и прогноза изменения свойств почв в процессе их естественного развития, сельскохозяйственного использования, мелиорации, при антропогенном воздействии и пр. 1.4. Что понимают под химическим состоянием почв? Химическое состояние почвы можно рассматривать как совокупность химических свойств почвы и протекающих в ней процессов. 1.5. Что представляет собой химическая характеристика почв? Химическая характеристика почв представляет собой количественное и (или) качественное описание химического состояния почв. 1.6. Что называют показателями химического состояния почв? Показатели химического состояния почв – полученные в результате химического анализа или рассчитанные по результатам анализа величины, которые позволяют оценить свойства почвы или протекающие в ней процессы. 7 1.7. Какие системы показателей химического состояния почв используют в почвоведении? В практической работе почвоведы используют общую и частные системы показателей химического состояния почв. В кратком виде общая система показателей химического состояния почв приведена ниже, частные системы, показатели которых характеризуют одно из химических свойств почв – в соответствующих разделах. СИСТЕМА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ХИМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВ Группа 1. Показатели химических свойств почв и почвенных компонентов. 1.1. Показатели состава почв и почвенных компонентов. 1.2. Показатели подвижности химических элементов в почвах. 1.3. Показатели кислотно-основных свойств почв. 1.4. Показатели ионообменных и коллоидно-химических свойств почв. 1.5. Показатели окислительно-восстановительных свойств почв. 1.6. Показатели каталитических свойств почв. Группа 2. Показатели химических почвенных процессов 2.1. Показатели направления и степени выраженности процесса; 2.2. Показатели скорости процесса. 1.8. Какие вопросы необходимо решить, прежде чем приступать к химическому анализу почв? 1. Основываясь на цели исследования необходимо выбрать показатель, который наилучшим образом будет характеризовать изучаемое свойство почвы или протекающий в ней процесс. 2. Выбрать оптимальный метод определения показателя, для этого, в свою очередь, необходимо: а. Выбрать метод извлечения из почв компонента, по количеству или концентрации которого оценивается свойство почвы или протекающий в ней процесс. б. Выбрать метод количественного определения массы или концентрации компонента. 8 Получив результат анализа, интерпретировать его и сформулировать выводы, т. е. решить поставленную профессиональную задачу (см. схему). 1.9. Какие сопутствующие процессы, происходящие в анализируемой системе (почвенной суспензии, пасте), могут влиять на результаты анализа и в конечном итоге - на их интерпретацию и решение профессиональной задачи? На результаты химического анализа, их интерпретацию и решение профессиональной задачи могут влиять процессы осаждения - растворения соединений, окисления-восстановления, комплексообразования, адсорбции, ионного обмена и др., которые осуществляются при взбалтывании суспензий и получении вытяжек из почв. 1.10. Как осуществляют подготовку почвенных проб к химическому анализу? Как правило почвенную пробу высушивают до воздушно-сухого состояния. Отбирают среднюю лабораторную и аналитические пробы, из которых берут навески для проведения анализа. Подробное описание подготовки почв к анализу см. в главе 2. ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОЧВ Проведение анализа почв и получение результата Интерпретация результата и решение поставленной задачи Выбор определяемого показателя Выбор метода определения уровня показателя Выбор метода извлечения компонента из почвы Выбор метода количественного определения компонента ( метода измерения ) 9 1.11. Как осуществляют подготовку лабораторной посуды к химическому анализу почв? Лабораторную посуду (колбы, стаканы, бюретки, пипетки) моют до такого состояния, чтобы капли дистиллированной воды не задерживались на ее внутренней поверхности. Чистую лабораторную посуду с внешней стороны вытирают полотенцем. Обязательно сушат ту лабораторную посуду, которую используют: 1) в качестве тары для взятия навесок химических реактивов; 2) для взятия навесок почв при получении любых вытяжек из почв; 3) в качестве емкостей- приемников при фильтровании суспензий и получении вытяжек. Воронки и фильтры должны быть сухими, если их используют для получения вытяжек из почв. Мерные колбы, как правило, не сушат. 1.12. Какие фильтры используют для отделения осадков (осаждаемых соединений) и твердых фаз почв при получении вытяжек? Как правило, используют круглые бумажные беззольные (масса золы при сжигании меньше 0,0001 г) фильтры. Выпускаются фильтры диаметром 5,5; 7; 9; 11; 15 и 18 см с разным диаметром пор. Пачки фильтров обернуты лентами разного цвета. Цвет лент характеризует диаметр пор фильтров и скорость фильтрации (табл. 1.1.). Таблица 1.1. Характеристика бумажных фильтров. Цвет ленты Диаметр пор, мкм Скорость фильтрации, тип осадка Красный или черный зольный 10 Быстрофильтрующие для аморфных или грубых осадков Белый 3 - 3,5 Среднефильтрующие для крупных осадков Синий 1-2,5 Медленнофильтруюшие для мелкокристаллических осадков Зеленый Менее 1 Медленнофильтруюшие для мелкодисперсных осадков Желтый Менее 1 Обезжиренные быстрофильтрующие для масло- и жиропродуктов 10 1.13. В каких случаях в химическом анализе почв при фильтровании используют складчатые фильтры? Складчатые фильтры при получении вытяжек используют в тех случаях, когда на фильтр единовременно переносят практически весь объем почвенной суспензии, предназначенной для фильтрования, например, при получении водных вытяжек из почв. Во всех тех случаях, когда определяемые компоненты (например, обменные катионы) извлекают из почв многократной обработкой навески почвы экстрагирующим (вытесняющим) раствором с последующим переносом надосадочной жидкости на фильтр по стеклянной палочке, используют гладкие (нескладчатые) фильтры, плотно прилегающие к воронке. 1.14. Что называют гигроскопической влажностью почвы? Гигроскопической влажностью называют содержание воды в почве, находящейся в равновесии с окружающим её воздухом, то есть это влажность воздушно-сухой почвы. 1.15. Почему результаты анализа почв выражают на почву, не содержащую гигроскопической влаги? Гигроскопическая влажность зависит от гранулометрического и минералогического состава почв, а также от условий, в которых почвенные пробы хранятся. Чтобы результаты анализа разных почв были сопоставимы, их выражают на почвы, не содержащие гигроскопическую влагу. 1.16. Как определяют содержание гигроскопической влаги? Содержание гигроскопической влаги оценивают по потере массы навеской воздушно-сухой почвы при её высушивании при 105 о С. Почву, не содержащую гигроскопической влаги, часто условно называют сухой, высушенной, или абсолютно-сухой. В настоящем издании такую почву будем называть сухой. 11 1.17. Как рассчитывают массовые доли (W,%) гигроскопической влаги? При расчете гигроскопической влаги за 100% принимают массу высушенной при 105 о С почвы. 1.18. Как, зная массовую долю (%) гигроскопической влаги и массу воздушно-сухой почвы, рассчитать массу высушенной почвы? Для этого массу воздушно сухой почвы нужно умножить на коэффициент: К w = 100/100+W, где W – гигроскопическая влажность, %. 1.19. Как результат анализа, выраженный на воздушно сухую почву, пересчитать на почву высушенную? Для этого результат, выраженный на воздушно сухую почву, нужно умножить на коэффициент: К 1 w = 100+W/100, где W – гигроскопическая влажность, %. 12 Глава 2. ПОЧВЕННЫЕ ПРОБЫ , ИХ ПРЕДСТАВИТЕЛЬНОСТЬ , ПОДГОТОВКА К АНАЛИЗУ 2.1. Что понимают под первичной почвенной пробой? Первичной называют почвенную пробу, отобранную для анализа в поле из почвенного разреза, из пахотного слоя, из объекта модельного опыта и пр. и высушенную до воздушно-сухого состояния. Часто первичную пробу называют почвенным образцом. 2.2. Что понимают под средней лабораторной почвенной пробой? При большой массе первичной почвенной пробы ее можно уменьшить квартованием, деля пробу по диагоналям на 4 части. Две противоположно расположенные части используют в качестве средней лабораторной пробы. При необходимости квартование повторяют. Из средней пробы удаляют крупные корни и включения. 2.3. Что понимают под аналитической почвенной пробой? Аналитической называют почвенную пробу, используемую для определения одного или нескольких показателей свойств почв. Аналитическую почвенную пробу составляют из большого числа порций средней лабораторной пробы, взятых произвольно из разных ее участков. Как правило, среднюю пробу распределяют ровным слоем на листе бумаги, делят на квадраты со стороной 3-4 см. Из каждого квадрата на всю глубину слоя отбирают шпателем небольшое количество почвы и из этих порций составляют аналитическую почвенную пробу. 2.4. Что понимают под репрезентативностью или представительностью почвенных проб? Репрезентативными или представительными считают пробы, состав которых соответствует составу горизонта или слоя исходной почвы (для первичной пробы), или составу первичной пробы (для аналитических проб). 13 2.5. Что такое ошибка репрезентативности? Ошибка репрезентативности (или представительности) характеризует степень отклонения свойств анализируемой пробы от свойств объекта, который данная проба представляет. Ошибка репрезентативности уменьшается с уменьшением размера частиц аналитической пробы и с увеличением массы навески. 2.6. Как подготовить аналитическую пробу для определения органического углерода и азота? Среднюю лабораторную почвенную пробу делят на квадраты и из каждого квадрата берут шпателем небольшое количество почвы. Из взятой таким образом аналитической пробы пинцетом тщательно отбирают корешки и другие органические остатки, измельчают в ступке и просеивают сквозь сито с отверстиями диаметром 0,25 мм. Измельчение и просеивание осуществляют до тех пор, пока все почвенные частицы не пройдут сквозь сито. 2.7. Каким образом получают аналитическую пробу для определения рН, обменных катионов, легкорастворимых солей и других анализов? После взятия аналитической пробы на углерод и азот оставшуюся часть средней лабораторной почвенной пробы измельчают в фарфоровой ступке и просеивают сквозь сито с отверстиями диаметром 1 мм. 2.8. Как готовят аналитическую почвенную пробу для валового анализа минеральной части почв? Почву, просеянную сквозь сито с отверстиями диаметром 1 мм, распределяют на листе бумаги, делят на квадраты, берут из каждого квадрата небольшое количество почвы, которую затем растирают в агатовой, халцедоновой или яшмовой ступке до состояния пудры (в этом состоянии почва не царапает кожу руки). 14 |