Воробьева Л.А. Химический анализ почв

Подождите немного. Документ загружается.

Таким образом, при исследовании подвижности и доступно-

сти растениям почвенных фосфатов наибольшую информацию

можно получить при определении, по крайней мере, двух пока-

зателей подвижности, один из которых дает представление о воз-

можной концентрации фосфатов в жидкой фазе почвы, другой

—

о содержании его подвижных соединений в твердых фазах.

Однако при производственных обследованиях территорий под-

вижность химических элементов в почвах характеризуют, как пра-

вило,

одним показателем

—

фактором емкости, оценивающим со-

держание подвижных соединений химического элемента в почве.

Для определения содержания подвижных соединений фос-

фора в почвах используют разнообразные методы. Они различа-

ются по составу растворов, которыми извлекают фосфор из по-

чвы. В методе Кирсанова предусмотрено извлечение фосфатов

0,2 н. раствором НС1 при соотношении почва

—

раствор, равном

1:5; в методе Труога —

0,002

н. раствором H

при соотноше-

нии почвы и раствора, равном

1:200;

в методе Чирикова

—

0,5 М

раствором уксусной кислоты при отношении почвы и раствора

1:25; в методе Мачигина —

1%-ным

раствором (NH

)2C0

при

отношении почвы к раствору 1:20; в методе Олсена — 0,5 н. ра-

створом NaHC0

при отношении почва

—

раствор 1:20. Предло-

жены методы определения содержания подвижных соединений

фосфора с использованием более сложных по составу многоком-

понентных растворов. Например, в методе Эгнера—Рима—Доминго

используется буферный раствор с рН 3,7, содержащий молочную

и уксусную кислоты и ацетат аммония. Каждый из методов имеет

свою сферу применения. Метод Кирсанова, например, не исполь-

зуют при анализе карбонатных почв, тогда как методы Мачигина

и Олсена разработаны специально для анализа этих почв.

Во всех случаях количественное определение фосфатов в вытяж-

ках проводят фотометрическим методом, основанным на образова-

нии фосфорно-молибденовой гетерополикислоты (см. раздел 5.11).

Основываясь на сопоставлении запасов подвижных соедине-

ний фосфора в почвах с урожаями сельскохозяйственных культур

и их отзывчивостью на внесение фосфорных удобрений для каж-

дого из методов установлены граничные содержания подвижных

фосфатов, которые соответствуют той или иной обеспеченности

почв фосфатами.

8.2.1.

Методы оценки степени подвижности фосфатов

(фактора интенсивности)

Степень подвижности фосфатов оценивают различными спо-

собами

—

по концентрации фосфат-ионов в водных или близких

к ним по составу солевых вытяжках, по активности фосфат-ионов

201

НР0

~) в вытяжках или по величине фосфатного потен-

циала (0,5 рСа + рН

Р0

Формально фосфатный потенциал выражает произведение

растворимости монокальцийфосфата (дигидроортофосфата каль-

ция)

—

Са(Н

Р0

)

. Он характеризует возможность перехода фос-

фат-ионов из твердых фаз почвы в почвенный раствор. Фосфат-

ный потенциал рассчитывают по результатам анализа 0,01 М

СаС1

-вытяжек из почв.

В связи с тем что состояние фосфат-ионов зависит от рН,

предложены уравнения для расчета фосфатных потенциалов, спра-

ведливых для разных интервалов рН (Канунникова, 1989). На-

пример, для рН 8 предложено использовать уравнение:

Ф.п. = 9/10 рСа + 1/5 рН

РС>4 + 4/5 рН

Р02".

В кислых почвах концентрация фосфат-ионов может конт-

ролироваться растворением фосфатов железа или алюминия, а не

фосфатов кальция. Расчет фосфатного потенциала рекомендует-

ся проводить по уравнениям:

Ф.п. = 1/3 Fe + рН

Р0

или 1/3 рА1 + рН

РО^".

В то же время степень подвижности фосфатов оценивают, оп-

ределяя концентрацию фосфатов в водных, 0,03 н. K

или 0,01 М

СаС1

-вытяжках из почв. Концентрацию фосфатов в вытяжках оп-

ределяют фотометрическим методом по интенсивности окраски

синей фосфорно-молибденовой гетерополикислоты. Результаты

анализа выражают числом миллиграммов фосфора

литре вытяжки

или, если необходимо, числом молей (миллимолей) в литре.

8.2.1.1.

Методика определения концентрации фосфатов

в 0,03 н. K

-BbiT5DKKax (по Карпинскому—Замятиной)

Навеску почвы массой 20,0 г помещают в сухую колбу или

другую емкость вместимостью 250 мл. К почве с помощью мер-

ного цилиндра приливают 100 мл 0,03 н. раствора K

. Содер-

жимое колбы взбалтывают 5 мин и фильтруют через складчатый

фильтр в сухую коническую колбу. Чтобы получить прозрачные

фильтраты, на фильтр переносят как можно больше почвы. Пер-

вые порции фильтрата могут опалесцировать, их перефильтро-

вывают. Вытяжка должна быть прозрачной.

В полученной 0,03 н. К

-вытяжке определяют концентра-

цию фосфатов. Для этого в мерную колбу вместимостью 50 мл по-

мещают 20-40 мл вытяжки. В колбу добавляют 8 мл реагента Б (см.

раздел 5.11). Объем жидкости в колбе доводят дистиллированной

водой до метки, тщательно перемешивают и через 10 мин измеря-

ют оптическую плотность раствора при длине волны 630-882 нм.

202

Перед окрашиванием анализируемого раствора необходимо

приготовить шкалу стандартных растворов для получения градуи-

ровочной кривой. С этой целью в мерные колбы вместимостью

50 мл приливают по 2 мл 0,6 н. K

, что обеспечит концентра-

цию сульфата калия в находящемся в колбе растворе приблизи-

тельно такую же, какую получают при анализе 40 мл K

-Bbi-

тяжки. Затем в каждую из колб с помощью бюретки приливают

стандартный раствор с содержанием фосфора 0,005 мг Р в

мл. В

колбы добавляют 0,5; 1,0; 3,0; 5,0; 7,0 и 10,0 мл стандартного ра-

створа. В колбы приливают дистиллированную воду приблизи-

тельно до объема 35—40 мл, реагент Б. Содержимое колб тща-

тельно перемешивают, через 10 мин измеряют оптическую плот-

ность и строят градуировочную кривую в координатах: оптическая

плотность

—

количество фосфора в мерной колбе. По градуиро-

вочной кривой находят концентрацию фосфора в анализируемых

растворах. Результаты анализа выражают в мг/л:

1000

Р,

мг/л = —у >

ал

где

— объем аликвоты вытяжки, мл; с

— число миллиграм-

мов фосфора в мерной колбе, мг/объем мерной колбы.

Реагенты:

0,03

н.

раствор K

. Для получения 0,03 н. раствора K

рекомендуют (Пособие по проведению анализов почв и состав-

лению агрохимических картограмм, 1969) сначала приготовить

0,6 н. K

, растворяя при нагревании 52,3 г K

в дистилли-

рованной воде. Если необходимо, раствор фильтруют и доводят

его объем до

л в мерной колбе. С помощью пипетки 50 мл 0,6 н.

раствора K

помещают в мерную колбу вместимостью 1 л,

доводят дистиллированной водой до метки, получая 0,03 н. ра-

створ сульфата калия. В связи с тем что во многих случаях кон-

центрация фосфатов в 0,03 н. K

-вытяжках низкая, необходи-

ма проверка реактивов и фильтров на отсутствие в них фосфатов.

Способы приготовления остальных реагентов см. раздел 5. 11.

8.2.1.2. Методика определения концентрации фосфатов

в 0,01 М СаС1

-вытяжке

0,01 М СаС1

-вытяжки получают таким же образом, как и

0,03 н. К

-вытяжки. Шкалу стандартных растворов готовят на

0,01 М растворе

СаС1

Реагенты:

0,01 М

раствор

СаО* Для получения 0,01 М

СаС1

сначала

готовят более концентрированный запасной

М раствор

СаС1

203

Для приготовления растворов может быть использована соль

СаС1

-6 Н

0 — 219,1 г соли растворяют в 1 л дистиллированной

воды. Однако в связи с гигроскопичностью хлорида кальция в

полученном запасном растворе определяют концентрацию каль-

ция комплексонометрическим, пламенно-фотометрическим или

атомно-абсорбционным методами.

Чтобы приготовить рабочий 0,01 М раствор

СаС1

берут та-

кой объем запасного раствора, который содержит 10 ммоль каль-

ция, и разбавляют его дистиллированной водой до

л. Предпо-

ложим, было установлено, что запасной раствор имеет концент-

рацию кальция не 1,0, а 0,955 моль/л. Тогда для приготовления

1л 0,01 М

СаС1

нужно взять 10,5 мл 0,955 М раствора

СаС1

Действительно, в 10,5 мл раствора с концентрацией

СаС1

0,955 моль/л содержится 10 ммоль

СаС1

и, если их разбавить до

литра, получим 0,01 М раствор

СаС1

Способы приготовления остальных реагентов см. раздел 5.11.

8.2.2.Оценка запасов подвижных фосфатов

по методу Кирсанова

Для определения запасов подвижных соединений фосфора в

почвах (фактора емкости) может быть использован метод Кирса-

нова. Метод основан на извлечении фосфатов из почв 0,2 н. НС1.

Его используют при анализе подзолистых, серых лесных и других

некарбонатных почв. При анализе минеральных почвенных го-

ризонтов применяют отношение почвы к кислоте, равное 1:5,

при анализе органогенных горизонтов

—

отношение, равное 1:50.

В связи с тем что извлечение фосфатов зависит от температуры, в

ГОСТе 26207-84 рекомендуется проводить анализ при темпера-

туре экстрагирующего раствора (18 ± 3)°С.

8.2.2.1.

Методика определения фосфатов по Кирсанову

Навеску почвы массой 10,0 г помещают в сухую коническую

колбу или другую емкость, в колбу приливают 50 мл 0,2 н. НС1.

Содержимое колбы перемешивают

мин, оставляют на 15 мин и

суспензию фильтруют.

В зависимости от содержания фосфатов 2—5 мл фильтрата

помещают в мерную колбу вместимостью 50(100) мл. В колбу

добавляют дистиллированную воду приблизительно до половины

ее объема и содержимое перемешивают круговыми движениями.

Затем в колбу приливают 8(16) мл реагента Б (см. раздел 5.11),

приливают дистиллированную воду до метки, закрывают проб-

204

кой и тщательно перемешивают. Спустя 10 мин измеряют опти-

ческую плотность раствора при длине волны 630 нм.

Для получения градуировочной кривой в мерные колбы вме-

стимостью 50(100) мл приливают 1,0; 3,0; 5,0; 7,0; 10,0 мл стан-

дартного раствора с концентрацией фосфора 0,005 мг Р в

мл. В

колбы приливают дистиллированную воду приблизительно до

половины ее объема и реагент Б. Содержимое колб тщательно

перемешивают, через 10 мин измеряют оптическую плотность.

По градуировочной кривой находят концентрацию фосфора в

анализируемых растворах. Результаты анализа выражают числом

миллиграммов Р в 100 г почвы:

СрК

100

Р,

мг/100г =

° ,

Уал

где Кд, — объем аликвоты вытяжки, мл; К

— общий объем вы-

тяжки, мл; Ср — количество миллиграммов фосфора в мерной

колбе, мг/ объем мерной колбы; т — масса навески почвы, г.

Реагенты:

0,2

н.

НС1 — 16,4 мл концентрированной НС1 приливают к

200—300 мл дистиллированной воды, доводят объем до

л и тща-

тельно перемешивают. Концентрацию раствора проверяют тит-

рованием щелочью.

Способы приготовления остальных реагентов см. в разделе 5.11.

8.3.

Оценка подвижности калия в почвах

При оценке подвижности калия в почвах также могут быть

определены факторы интенсивности и емкости.

8.3.1.

Оценка степени подвижности калия

Степень подвижности калия (фактор интенсивности) можно

оценить по величине калийного потенциала. Переход калия в

жидкую фазу зависит не только от состояния калия в почве, но и

от состояния других катионов, которые могут вытеснять калий из

ППК. При проведении исследований, как правило, учитывают

обмен ионов калия на ионы кальция и магния:

П-1/2 (Са

+ Mg

) + К

=•=* П-К

+ 1/2 (Са

+ Mg

В качестве калийного потенциала рассматривают мольное

изменение стандартной свободной энергии Гиббса (AG

) :

= -2303^rig(fl^i/fl

*) = -2,303/?Г(рК

-0,5рСа

)

205

и, подставив численные значения R и Г, получим:

= -1364 (рК

- 0,5рСа

) кал/моль.

Часто калийный потенциал выражают отвлеченной величиной,

без умножения на -1364 кал/моль. По Woodruff (1955) оптималь-

ным условиям калийного питания растений соответствуют значе-

ния калийного потенциала (рК

—

0,5рСа

), равные

1,8-2,2.

Увеличение калийного потенциала может привести к недо-

статку калия, уменьшение — к его избытку. При увеличении

рК

- 0,5рСа

равновесие реакции обмена смещается в сторону

образования продуктов реакции, калий входит в ППК, вытесняя

Са

и Mg

в жидкую фазу. При уменьшении рК

—

0,5рСа

равновесие сдвигается влево, калий переходит из ППК в жидкую

фазу, а Са

и Mg

поглощаются твердыми фазами почвы.

Определение рК

— 0,5рСа

можно провести с помощью

ионселективных электродов, которые позволяют оценить актив-

ность К

и Са

в почвенных суспензиях и вытяжках из почв.

Кроме того, степень подвижности калия может быть оценена

при анализе водных или СаС1

-вытяжек из почв. По результатам

определения калия, кальция и магния вычисляют активности

ионов К

, Са

, Mg

и рассчитывают величину калийного по-

тенциала.

В то же время в качестве показателя степени подвижности

калия иногда используют концентрацию калия в 0,0025 М

СаС1

вытяжках при соотношении почва—раствор, равном 1:2 (Посо-

бие по проведению анализов почв и составлению агрохимичес-

ких картограмм, 1969). Низкая концентрация Са

в экстраги-

рующем растворе и узкое соотношение почвы и раствора позво-

ляют надеяться, что при проведении анализа не происходит

резкого нарушения ионообменных равновесий, и концентрация

калия в вытяжках отражает его состояние в жидких фазах почв.

Метод позволяет сравнивать по степени подвижности калия под-

золистые и серые лесные почвы, выщелоченные черноземы. Ре-

зультаты анализа выражают числом миллиграммов калия в лит-

ре вытяжки.

8.3.1.1.

Методика определения степени подвижности калия

Навеску почвы массой 40 г помещают в сухую колбу или дру-

гую емкость вместимостью 250 мл, в колбу добавляют 80 мл

0,0025 М раствора

СаС1

и взбалтывают

час. Суспензию фильт-

руют и в фильтрате методом фотометрии пламени определяют

калий. Для калибровки прибора стандартные растворы готовят

на 0,0025 М

СаС1

206

8.3.2.Определение обменного калия

по методу Масловой

При определении содержания обменного калия в почвах по

методу Масловой его вытесняют из почвенного поглощающего

комплекса

М раствором ацетата аммония. Навеску почвы зали-

вают 10-кратным по отношению к массе почвы объемом

М ра-

створа CH

COONH

(рН = 7), суспензию взбалтывают в течение

часа или сутки настаивают. Затем суспензию фильтруют и в филь-

трате определяют калий методом фотометрии пламени. Установ-

лено,

что однократная обработка почвы 1 М раствором

COONH

вытесняет

69—73%

обменного калия из разных по

генезису почв. Результаты анализа выражают в миллиграммах на

100 г почвы.

Содержание подвижных соединений калия может быть опре-

делено теми же методами, которые применяют для определения

подвижных фосфатов (методами Чирикова, Кирсанова, Мачиги-

на, Олсена, Эгнера—Рима—Доминго и др.).

ГЛАВА 9

ПОКАЗАТЕЛИ И МЕТОДЫ ОЦЕНКИ

КИСЛОТНО-ОСНОВНЫХ СВОЙСТВ ПОЧВ

Кислотно-основные свойства почв оценивают при решении

практически любых проблем почвоведения, агрохимии, мелио-

рации. От кислотно-основных свойств зависит рост и развитие

растений. Но не менее важен и тот факт, что кислотность и ще-

лочность в той или иной мере обусловливают многие другие свой-

ства почв, влияя на подвижность химических элементов в почвах

и их доступность растениям, на реальную емкость катионного

обмена и состав обменных катионов, на ферментативную актив-

ность почв, их физические свойства и т.п.

9.1.

Понятия, термины, показатели

Почвы представляют собой сложные кислотно-основные си-

стемы. В их состав входят разнообразные компоненты, которые

при взаимодействии с водой проявляют свойства кислот, основа-

ний, амфотерных соединений (амфолитов). При исследовании

кислотно-основных свойств почв характеризуют их кислотность

и щелочность, которые отражают отношение почв к протону (иону

водорода). В связи с этим кислотность логично рассматривать

как способность почвы проявлять свойства кислот, или доноров

протонов, а щелочность

—

как свойства оснований, или акцепто-

ров протонов.

Кислотно-основные свойства почв характеризуют специфи-

ческим набором показателей. Универсальным показателем, ко-

торый определяют во всех почвах независимо от их свойств и

используют при решении практически любых проблем, является

рН.

Величина рН позволяет дать сравнительную оценку активно-

сти Н

и ОНГ-ионов в жидких фазах исследуемых почвенных

систем

—

реальных почв, паст, суспензий. В почвоведении кис-

лотность, которая связана с активностью ионов Н

в жидких фа-

зах почв и характеризуется величиной рН, часто называют акту-

альной кислотностью. В таком же понимании целесообразно ис-

208

пользовать и термин «актуальная щелочность». Актуальная ще-

лочность, таким образом, связана с активностью ионов ОН" в

жидких фазах почв и так же, как и актуальная кислотность, ха-

рактеризуется величиной рН (рН = 14

—

рОН). Оценивая актив-

ности ионов Н

и ОН", величина рН, тем не менее, не несет

информации о количестве содержащихся в почвах кислотных и

основных компонентов, которые обусловливают уровень рН. Све-

дения о содержании этих компонентов получают, определяя по-

тенциальную кислотность или общую щелочность.

Для удобства использования в практических целях потенци-

альную кислотность можно рассматривать как показатель почвен-

ной кислотности, характеризующий количество кислотных ком-

понентов в почве, а общую щелочность

—

как показатель щелоч-

ности, характеризующий количество основных компонентов в

почве. Принципы определения уровней этих показателей разные,

они основаны на представлении о разной природе кислотности и

щелочности почв.

Принято считать, что потенциальная кислотность связана

главным образом с обменными катионами почвенного поглоща-

ющего комплекса, которые проявляют свойства кислот. В связи с

этим методы определения потенциальной кислотности основаны

на обработке навески почвы растворами солей. В результате та-

кой обработки Н

А1

обусловливающие потенциальную кис-

лотность, вытесняются из ППК вследствие ионного обмена. Их

количество определяют титрованием щелочью.

Щелочность почв в основном связывают с анионами слабых

кислот, которые проявляют свойства оснований и присутствуют

в почвах в составе различных солей: легко-, средне- и труднора-

створимых. В соответствии с растворимостью эти соли переходят

из твердых фаз в почвенный раствор или извлекаются из почвы

водой при проведении анализа, поэтому методы определения

компонентов, обусловливающих щелочность почв, основаны на

анализе почвенных растворов, фильтратов из насыщенных водой

почвенных паст, водных вытяжек. Количество извлеченных из

почвы анионов-оснований определяют титрованием сильной кис-

лотой и находят величину общей щелочности, ее иногда называ-

ют «титруемой», «титровальной». Кроме общей, определяют кон-

кретные виды щелочности, обусловленные карбонатами, бората-

ми и другими компонентами.

Таким образом, для оценки кислотности и щелочности почв

используют две группы показателей. Первую группу составляют

величины рН различных почвенных систем, вторую группу —

потенциальная кислотность и общая щелочность. Эти две груп-

пы показателей характеризуют разные аспекты кислотно-основ-

ных свойств почв и поэтому не всегда взаимозаменяемы. Часто

209

величину рН рассматривают как интенсивный показатель кис-

лотно-основных свойств почв или как фактор интенсивности, а

потенциальную кислотность, общую и другие виды щелочнос-

ти

—

как экстенсивные показатели кислотности и щелочности

почв или факторы емкости. Система показателей кислотно-ос-

новных свойств почв приведена в табл. 15.

Таблица 15

Показатели кислотно-основных свойств почв

Свойство

Кислотность

(протонодонорная

способность почвы)

Щелочность

(протоноакцепторная

способность) почвы

Кислотно-основная

буферная способность

почвы

Показатели

Показатели актуальной кислотности

почвы (фактор интенсивности):

_ РНса,

—известковый потенциал

Показатели количества кислотных

компонентов или потенциальной

кислотности почвы (фактор емко-

сти):

—

обменная кислотность

—

обменный Н

—

обменный А1

-рн

— гидролитическая (рН-зависимая)

кислотность

Показатели актуальной щелочности

почвы (фактор интенсивности):

—

рН водной суспензии

— рН насыщенной водой почвенной

пасты

—

рН почвенного раствора

—

рН водной вытяжки

—

рН фильтрата из пасты

Показатели количества основных

компонентов, или титруемая щелоч-

ность (фактор емкости):

—

щелочность общая

—

щелочность карбонатная

—

щелочность от СО,

—

щелочность органическая

—

щелочность боратная

Буферная емкость

Единицы

измерения

рН •

РН

ммоль(+)/100 г

рН

ммоль(+)/100 г

РН

ммоль(-)/100 г

210