|
|
ПРАКТИЧЕСКОЕ РУКОВОДСВО ПО ХИМИИ ПОЧВ. Руководство по химии почв учебное пособие
Для анализа используют следующие реактивы:
1.Раствор серно-хромовой смеси. 120 г хромового ангидрида (CrO3) растворяют в мерной колбе на 1 л и переносят в термостойкую посуду. Под тягой к раствору CrO3 приливают небольшими порциями при осторожном перемешивании 500 мл концентрированной H2SO4 (пл 1.84). Приготовленную смесь оставляют до охлаждения, затем переливают в бутыль с притертой пробкой и хранят в темном месте. Приготовление остальных реактивов приведено в разделах 3.2.2.1. и 3.3.2.
3.8.3. Определение общего содержания азота в растительных материалах (торфах, лесных подстилках и пр.) методом К.Е. Гинзбурга и Г.М. Щегловой
Помимо метода Анстета в модификации В.В. Пономаревой и Т.А. Николаевой для определения общего содержания азота в торфах могут быть использованы и другие методы: метод Кьельдаля, микрохромовый метод И.В. Тюрина, описанные в разделе для минеральных почв, а также метод Мирса и Хусси, видоизмененный К.Е. Гинзбургом и Г.М. Щегловой (1960).
В последнем методе так же, как и в методе Кьельдаля, достигается более полное окисление органического вещества по сравнению с другими методами и поэтому он может быть рекомендован для определения азота в торфах, лесных подстилках и других растительных материалах с высоким содержанием органического вещества и трудноокисляемых его форм, а также в препаратах гумусовых веществ. Преимущество данного метода по сравнению с методом Кьельдаля состоит в том, что в нем значительно сокращается время сжигания одного образца - с 8-14 часов до 20-30 мин.
Ход анализа. Непосредственно перед сжиганием готовят смесь Н2SO4+НСlО4 с таким расчетом, чтобы на каждые 5 мл концентрированной Н2SO4 приходилось 0,5 мл 60%-ной НСlО4. На аналитических весах берут навеску в 0,2 г анализируемого материала, предварительно измельченного и пропущенного через сито с диаметром отверстий 0,25 мм, помещают в колбу Кьельдаля емкостью 100 мл идобавляют 5,5 мл смеси серной и хлорной кислот и 0,1 г соли медного купороса. Все операции следует делать с большой осторожностью в вытяжном шкафу. Смесь оставляют на холоде в течение 30-60 мин (можно оставить на ночь для более полного смачивания и обугливания навески), затем колбы ставят вначале на слабый нагрев и осторожно нагревают в течение 5-7 минут до образования однородной коричневато-бурой кашицы. После этого сжигание продолжают на более сильном огне до появления бледно-голубой окраски прозрачного раствора. Сжигание одного образца продолжается 20-30 мин, но иногда и дольше. После окончания озоления смесь охлаждают и отгоняют аммиак на перегонном аппарате. В аналогичных условиях проводят холостой опыт на чистоту реактивов и производят расчет анализа, как описано в методе Кьельдаля.
3.8.4. Определение содержания органического азота в вытяжках из торфов микрохромовым методом И.В. Тюрина
При изучении состава органического вещества торфяных почв большое значение имеет определение в выделяемых фракциях органического вещества не только С, но и N. Определение N в кислотных и щелочных вытяжках в ходе фракционирования органического вещества торфа обычно производят микрохромовым методом И.В. Тюрина.
Ход анализа. В конические колбочки из термостойкого стекла емкостью 100 мл помещают определенные порции щелочной или кислой вытяжки в 2-х повторностях, осторожно приливают 2,5 мл концентрированной Н2SO4 уд. веса 1,84 и выпаривают в вытяжном шкафу при умеренном нагревании на песчаной плитке или закрытой электроплитке до начала выделения белых паров SO2. Затем колбочки снимают с плитки, и после охлаждения их содержимого добавляют по 1 мл 50 %-ного водного раствора хромового ангидрида закрывают маленькими воронками в качестве холодильников, ставят на заранее разогретую песчаную плитку и кипятят не менее 10 минут до полного позеленения жидкости.
После охлаждения содержимое колбы полностью переносят в колбу для отгона аммиака, тщательно обмывая водой стенки колбочки, в которой проводилось сжигание, приливают в отгонную колбу 15 мл 50 %-ного раствора NаОН и отгоняют аммиак, как описано в методе Кьельдаля. Отгоняющийся аммиак улавливается в приемнике 0,01 н. или 0,02 н. раствором Н2SO4. Оставшаяся несвязанной кислота оттитровывается 0,01 н. или 0,02 н. раствором NаОН в присутствии смешанного индикатора Гроака.
Определение N в вытяжках необходимо сопровождать холостым опытом на чистоту реактивов.
Вычисление результатов.
Содержание органического N в щелочных и кислых вытяжках вычисляют в процентах от массы абсолютно сухой почвы по формуле:
где Vo – общий объем вытяжки, мл; V1 – объем вытяжки, взятый для анализа, мл; V2 – количество раствора NaOH, израсходованное на титрование серной кислоты в холостом опыте, мл; V3 – количество раствора NaOH, израсходованное на титрование оставшейся свободной серной кислоты (не связанной аммиаком), мл; н. – нормальность раствора NaOH; 0,014 – граммовое значение 1 мг-экв N; m – навеска почвы, г; 100 – множитель для пересчета N на 100 г почвы.
Пример расчета. Для определения содержания азота взято 20 мл щелочной вытяжки после декальцирования почвы, общий объем которой составил 500 мл, навеска почвы была равна 5 г. На титрование серной кислоты в холостом опыте пошло 19,8 мл 0,01 н. раствора NaOH, на титрование анализируемого образца – 19,2 мл. Содержание азота в вытяжке составило:
Для анализа используют следующие реактивы:
1. 50 %-ный раствор хромого ангидрида. 50 г CrO3 растворяют в дистиллированной воде и доводят до объема 100 мл. Приготовление остальных реактивов изложено в разделах 3.3.1 и 3.3.2.
3.8.5. Определение состава органического вещества торфяно-болотных почв по методу В.В. Пономаревой и Т.А. Николаевой.
В.В.Пономаревой и Т.А.Николаевой (1959, 1961) предложена следующая схема фракционирования органического вещества торфяно-болотных почв.
Экстракция спирто-бензолом 1:1
Непосредственная 0,1 н. NаОН - вытяжка из отдельной навески недекальцированной почвы.
Декальцирование 0,1 н. раствором Н2SO4 (или НСl для карбонатных торфов).
4. 0,1 н. NаОН - вытяжка на холоду.
5. 0,02 н. NаОН - вытяжка при 6-часовом нагревании на водяной бане.
6. Гидролиз 1,0 н. раствором Н2SO4.
7. Гидролиз 80% раствором Н2SO4.
8. Нерастворимый и негидролизуемый остаток.
В целях унификации методов изучения фракционно-группового состава органического вещества всех без исключения почв в основу данной схемы положена схема И.В. Тюрина (1951, 1957) для минеральных почв, дополненная некоторыми особыми определениями с учетом специфики органического вещества торфяных почв. Выделенные при данной схеме анализа гумусовые вещества подразделяется на те же фракции, и вычисляются на основании тех же табличных форм, как описано для минеральных почв. Помимо гумусовых веществ, в схеме предусмотрено определение в торфах, по возможности, и негумифицированных органических веществ: гидролизуемых 1,0 н. и 80% растворами Н2SO4, а также негидролизуемого остатка.
В схеме принято стандартное соотношение между торфом и растворителями - 1:100 (как для кислотных вытяжек, так и для щелочных). Время настаивания торфа с растворителями 20 час. Учет фракций производят по С и N, причем результаты анализа выражают в процентах на абсолютно сухую почву и в процентах к валовому содержанию в ней органических С и N. Данный метод позволяет одновременно вести анализ 10-12 почвенных образцов.
Ход анализа. 1. Выделение фракции битумов. Навеску воздушно-сухого торфа от 10 до 20 г., пропущенную через сито диаметром отверстий 1 мм, экстрагируют в аппарате Сокслета смесью спирта с бензолом в соотношении 1:1 до полного выделения битумов. Растворитель отгоняют на водяной бане, остаток битумов высушивают при температуре около 60° и взвешивают. Содержание С в битумах условно может быть принято равным 72% или же его определяют весовым путем в приборе Кнопа. Почву после экстрагирования высушивают на воздухе до полного удаления спирта и бензола.
После того, как торф полностью высохнет, на аналитических весах берут две навески по 2,5 г каждая. Одну навеску торфа используют для получения непосредственной 0,1 н. NaOH-вытяжки. Вторая навеска торфа подвергается декальцированию, после чего из нее экстрагируют различные фракции гумусовых и негумусовых веществ.
2. Непосредственная 0,1 н NaOH-вытяжка из недекальцированной почвы. Подготовленную навеску торфа переносят в коническую колбу на 400 – 500 мл и приливают 200 мл 0,1 н. раствора NaOH. В течение рабочего дня колбу несколько раз перемешивают и оставляют на ночь. На следующий день в колбу прибавляют четвертую часть от объема щелочи (т.е. 50 мл) насыщенного раствора Na2SO4 для ускорения фильтрации, перемешивают раствор, выжидают свертывания коллоидов (10-15 мин), вновь перемешивают содержимое колбы непосредственно перед фильтрацией и фильтруют через рыхлый фильтр диаметром 15-16 см. Остаток почвы в колбе и на воронке промывают 1-2%-ным раствором Na2SO4 до полного или почти полного обесцвечивания промывных вод. Фильтрация щелочных вытяжек из торфяно-болотных почв идет довольно медленно, но все же при той небольшой навеске, какая принята в схеме анализа, она заканчивается обычно к концу дня; на следующий день проводят промывание. Лишь в редких случаях фильтрация вместе с промыванием растягивается на три дня.
Щелочной фильтрат вместе с промывными водами доводят до объема 500 мл и хорошо перемешивают. В отдельных его порциях определяют общий С и N по Тюрину, С и N гуминовых кислот после их осаждения серной кислотой (осаждение гуминовых кислот изложено в разделе 3.5.1. при этом концентрация свободной Н2SO4 должна соответствовать приблизительно 0,05-0,1н); С и N фульвокислот могут быть вычислены по разности. Остаток почвы после непосредственной щелочной вытяжки в дальнейшем анализе не используется и выбрасывается.
Данные этого определения, отвечающие содержанию свободных или связанных с R2O3 гуминовых кислот и фульвокислот, вычитают из суммы данных анализа кислотной (0,1н. Н2SO4) вытяжки и последующей щелочной (0,1 н. NаОН) вытяжки, после декальцирования почвы. Полученная разность отвечает содержанию гуминовых кислот и фульвокислот, связанных с кальцием, или вообще более устойчивых к растворению в щелочи.
3. Декальцирование 0,1 н. Н2SO4. Вторую подготовленную навеску торфа переносят в коническую колбу на 400-500 мл и заливают 250 мл раствора 0,1 н Н2SO4. В течение рабочего дня почву перемешивают и оставляют до следующего дня. На следующий день вытяжку фильтруют через плотный фильтр диаметром 12-15 см, остаток почвы промывают водой, подкисленной Н2SO4, до полного вытеснения кальция, а после этого 2-3 раза дистиллированной водой. Вытяжку вместе с промывными водами доводят до определенного объёма (обычно до 500 мл) и хорошо перемешивают. В отдельных порциях её определяют: органический С (по Тюрину, после нейтрализации содой и выпаривания досуха), органический N (по Тюрину) и, при желании, редуцирующие вещества после двухчасового гидролиза на водяной бане с 1,0 н. растором Н2SO4. Кроме того, попутно можно определить минеральный состав вытяжки, например, количество в ней Са и Мg, которые в бескарбонатных торфах можно считать вытесненными из обменного состояния. Так как перед определением Са и Мg, необходимо осаждение R2O3, то легко провести и их определение для суждения о содержании в торфах подвижных Fе и А1.
Содержание углерода в этой фракции органического вещества торфяно-болотных почв обычно невысокое, тогда как количество азота достигает значительных величин, особенно в слаборазложившихся верховых торфах.
В случае карбонатных почв для декальцирования используют соляную кислоту. Если содержание в почве СО2 карбонатов известно, то для их разрушения приливают эквивалентное им количество 5 %-ной НСl, если не известно – 5 %-ную НСl приливают к навеске почвы небольшими порциями до прекращения вскипания или до слабокислой реакции (капельная проба с метилротом). Затем концентрацию свободной НСl в растворе доводят до 0,1 н. Отмывание Са ведут сначала водой, подкисленной НСl , а затем водой, подкисленной Н2SO4, до полного удаления Са и Сl .
Анализом данной фракции при наличии карбонатов можно пренебречь, ввиду незначительного содержания в ней С и невозможности его определения методом Тюрина (в присутствии Сl), или следует провести определение С и N путем настаивания отдельной навески торфа (2,5 г) с 250 мл 0,1н. раствора Н2SO4 (без промывания).
4. 0,1 н. NаОН – вытяжка после декальцирования. Остаток почвы после декальцирования в сыром виде в тот же день смывают с фильтра в ту же колбу при помощи отмеренного в чистую промывалку раствора 0,1н. NаОН (200 мл). В колбу предварительно вставляют воронку диаметром 10-12 см с коротким и широким горлом, на которой разворачивают фильтр с почвой. Под конец остатки щелочи выливают на фильтр, чтобы вымыть из него растворившиеся органические вещества. После этого фильтр выбрасывают, а щелочной раствор с почвой несколько раз перемешивают и оставляют до следующего дня.
На следующий день в колбу прибавляют четвертую часть от объема щелочи (т.е. 50 мл) насыщенного раствора Na2SO4 для ускорения фильтрации, перемешивают раствор, выжидают свертывания коллоидов (10-15 мин), вновь перемешивают содержимое колбы непосредственно перед фильтрацией и фильтруют через рыхлый фильтр диаметром 15-16 см. Остаток почвы в колбе и на воронке промывают 1-2%-ным раствором Na2SO4 до полного или почти полного обесцвечивания промывных вод.
Щелочной фильтрат вместе с промывными водами доводят до объема в 500 мл и хорошо перемешивают. В отдельных его порциях определяют общий С и N по Тюрину, С и N гуминовых кислот после их осаждения серной кислотой, С и N фульвокислот могут быть вычислены по разности.
5. 0,02 н. NaOH – вытяжка. Остаток почвы после операции 4 смывают, используя промывалку, в сыром состоянии в тот же день в ту же колбу 200 мл 0,02 н. раствора NаОН. Смывание происходит быстрее, если раствор 0,02 н. NаОН предварительно подогреть до 70-80°. Затем колбу накрывают часовым стеклом и ставят на сильнокипящую водяную баню на 6 часов,считая с момента, когда содержимое колбы достаточно разогреется. Фильтрацию этой вытяжки и промывание остатка проводят на следующий день таким же способом, как описано выше для 0,1 н. NaOH-вытяжки после декальцирования почвы. Вытяжку вместе с промывными водами также доводят до объема в 500 мл и в ней производят те же определения, что и в предыдущих щелочных вытяжках. Данная операция переводит в раствор очень характерную для сильноразложившихся торфов устойчивую фракцию гумусовых веществ, по-видимому, типа гуминов.
6. Гидролиз 1,0 н. H2SO4. Остаток почвы смывают в сыром состоянии в тот же день в ту же колбу отмеренным в чистую промывалку раствором 1,0 н. Н2SO4 (250 мл), который также полезно подогреть до 70-80°. Колбу накрывают часовым стеклом и ставят на сильнокипящую водяную баню на 2 часа. Вытяжку фильтруют через гладкий бумажный фильтр и промывают холодной водой до обесцвечивания промывных вод и полного удаления серной кислоты.
Фильтрат и промывные воды доводят до объема 500 мл и берут отдельные пробы на определение С и N и, если это необходимо (в слаборазложившихся торфах), – восстанавливающих веществ по Бертрану. Последние для сравнения с общим С этой фракции, выражаются в углероде.
В хорошо гумифицированных торфах количество С восстанавливающих веществ иногда бывает выше содержания общего С гидролизуемой фракции, что свидетельствует не об углеводном, как в слаборазложившихся торфах, а о каком-то другом составе этой фракции, обычно богатой азотом.
7. Гидролиз 80%-ной Н2SO4. Остаток почвы после гидролиза 1,0 н раствором Н2SO4 смывают с фильтра горячей водой в фарфоровую чашку диаметром 6-8 см, воду удаляют выпариванием на водяной бане, причем чашку снимают с бани в тот момент, когда материал остается еще чуть влажным. Полного высушивания остатка следует избегать потому, что в таком случае он становится очень твердым и кожистым, не растирающимся в ступке и не диспергирующимся в 80 %-ной Н2SO4. Когда же он снимается с бани в чуть влажном состоянии, то легко распускается в 80%-ной Н2SO4 при перемешивании стеклянной палочкой с плоским пестикообразным концом. 80 %-ную Н2SO4 приливают прямо в фарфоровую чашку в количестве 18 мл и несколько раз перемешивают с остатком в течение 2,5-часового настаивания. После этого содержимое чашки смывают из промывалки отмеренным количеством воды (250 мл) в коническую колбу, которую накрывают часовым стеклом и ставят на 5 часов на сильнокипящую водяную баню. Вытяжку фильтруют через взвешенный стеклянный фильтр (воронки Шотта 2-3), остаток полностью переносят на фильтр, промывают водой до полного удаления серной кислоты, высушивают и взвешивают.
Фильтрат и промывные воды доводят до определенного объема (500 мл), из которого берут отдельные пробы для определения С, N и, в случае надобности, восстанавливающих веществ по Бертрану.
8. Нерастворимый и негидролизуемый остаток. Содержание С и N в остатке может быть вычислено по разности между общим С и N в торфе и суммой С и N всех выделенных фракций, или же определено по видоизмененному методу Анстета. В последнем случае следует ввести поправку на убыль в весе остатка по сравнению с первоначальной навеской. Величину С : N в остатке лучше определять непосредственно, так как в случае ее вычисления по разности она может сильно отклониться от истинной из-за влияния ошибок многих отдельных определений С и N. Вследствие неизбежных потерь органического вещества в ходе выделения различных фракций величина остатка может быть несколько заниженной, а следовательно, заниженными будут и данные С и N при определении их в остатке, на величине же С : N это не отразится.
Так как в органическом веществе почв и особенно торфов содержание С в десятки раз выше содержания N то данные фракционного состава по С получаются более точными, чем по N. Поэтому лучше всего при определении С и N в остатке поступать так: С остатка вычислить по разности между общим содержанием С в торфе и суммой С всех растворимых фракций; величину С : N в остатке определить прямым путем, т.е. описанным выше серно-хромовым методом Анстета в модификации В.В. Пономаревой и Т.А. Николаевой. Разделив величину С, вычисленную по разности, на фактически полученное отношение С : N, получают содержание N в остатке.
Для анализа необходимы следующие реактивы:
1. 80%-ная Н2SO4. В термостойкую колбу приливают
150 мл дистиллированной воды и затем 785,5 мл концентрированной Н2SO4. Раствор перемешивают, охлаждают, переносят в мерную колбу на 1 л и доводят до метки дистиллированной водой, заливая ее предварительно небольшими порциями в термостойкую колбу, что бы смыть оттуда остатки реактива. Приготовление остальных реактивов приводится в разделе 3.5.1.
Контрольные вопросы
1. В чем заключается подготовка почвы для определения содержания и состава гумуса?
2. Какие методы используют для определения содержания гумуса в почве?
3. Какие методы используют для определения общего содержания азота в почве?
4. Что понимается под групповым и фракционным составом гумуса?
5. Какие методы используют для определения группового и фракционного состава гумуса?
6. Для чего определяют порог коагуляции гуминовых кислот?
7. Что характеризует коэффициент цветности (Q4/6) гумусовых веществ?
8. Какую информацию получают на основании гель-хроматографии гумусовых веществ?
9. Какие параметры включает система показателей гумусового состояния почв?
10. Для чего используется система показателей гумусового состояния почв?
11. Какие показатели определяют при изучении органического вещества болотных торфяных почв?
12. Какие методы используют при анализе органического вещества болотных торфяных почв?
Литература
1. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв.– М.: Изд-во МГУ, 1970.
2. Кононова М.М. Органическое вещество почвы. – М.: Изд-во АН СССР, 1963.
3. Мамонтов В.Г. Методы определения содержания и состава гумуса почвы. – М.: Изд-во РГАУ-МСХА, 2006.
4. Орлов Д.С. Гришина Л.А. Практикум по химии гумуса. – М.: Изд-во МГУ, 1981.
5. Орлов Д.С., Садовникова Л.К., Суханова Н.И. Химия почв. – М.: Изд-во Высшая школа, 2005.
6. Пономарева В.В., Плотникова Т.А. Методические указания по определению содержания и состава гумуса в почвах (минеральных и торфяных). – Ленинград.: Изд-во ВАСХНИЛ, 1975.
7. Пономарева В.В., Плотникова Т.А. Гумус и почвообразование. – Ленинград. Изд-во Наука, 1980.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ………………………………………………………………
|
|
|
Скачать 2.43 Mb.