0. 2.16 Способы выражения элементного состава почвы

Распространен традиционный и простейший способ вычисления результатов анализа валового элементного состава почвы в процентах (массовых) высших оксидов элементов, входящих в состав почвы (Полынов Б.Б., 1956, Мякина Н.Б., Аринушкина Е.В., 1979). Этот способ наиболее применим для макроэлементов.

При полном валовом анализе учитывают следующие оксиды: SiO₂, Al₂О₃, Fe₂0₃, TiO₂, Na₂O, MnO, CaO, MgO, SO₃, P₂O₅, K₂O. В первом приближении можно считать, что в пересчете на прокаленную навеску почвы сумма высших оксидов должна быть близка 100 %. Допустимые отклонения не должны превышать 1-1,5 %. Такая проверка несколько условна, так как не во всех почвах и не всегда валентное состояние оксидов отвечает их высшим оксидам и не все элементы в почвах представлены кислородными соединениями.

Из перечисленных выше макроэлементов в разных степенях окисленности в почвах могут находиться Fe, Mn, S. В восстановленных почвах некоторые элементы могут быть пред­ставлены сульфидами. Если, например, результаты анализа пирита FeS₂ выразить в оксидах, то сумма оксидов составит более 200 %. Однако для большинства почв проверка правильности анализа эле­ментного состава по сумме оксидов оказывается вполне приемле­мой.

Выражение результатов валового анализа почв в оксидах и в весовых процентах имеет существенные недостатки.

1. Услов­ная форма записи в виде высших оксидов не соответствует реально присутствующим в поч­вах соединениям. Только Si, Ti, Fe и А1 частично находятся в почвах в форме оксидов различной степени окристаллизованности. Осталь­ные оксиды не могут существовать в почве в свободном состоянии.

2. Оксидная форма искажает представление о соотношении коли­честв различных элементов в составе почвы, так как весовая и мольная доли кислорода в составе оксидов различных элементов неодинаковы. Например, доля S в составе SO₃ составляет только 40 % массы оксида, тогда как доля К в составе К₂0 равна 83 %. Ес­ли, например, в почве содержится 1,5 % К₂0 и 0,3 % SO₃, то по таким данным содержание К₂0 в почве в 5 раз больше, чем S0₃; а в пересчете на элементы содержание К оказывается рав­ным 1,25 %, a S – 0,12 %, т. е. количество калия в 10 раз превыша­ет количество серы. Таким образом, содержание оксидов не дает правильного представления о накоплении в почве химических эле­ментов и их соотношении.

3. Правильному восприятию элементного состава почвы мешает и выражение результатов анализов в массовых процентах, даже если состав представлен в элементах, а не в оксидах. В химических ре­акциях и процессах участвуют атомы, ионы и молекулы, конечный результат зависит от числа вступивших в реакцию молекул или от числа атомов, перенесенных из одного почвенного горизонта в другой. Таким образом, итог процесса, его интенсивность должны быть выражены числом частиц вещества, а не его массой.

Например. Сравним поведение алюминия и железа в черноземе. В пахот­ном горизонте типичного чернозема (Курская область) содержится 9,2 % А1₂0з и 3,7 % Fe₂0₃. В пересчете на элементы это составит 4,9 % А1 и 2,6 % Fe. Атомные массы этих элементов резко раз­личны и равны 26,98 и 55,85 для А1 и Fe соответственно. Следова­тельно, в 100 г почвы содержится 0,18 моля А1 и 0,047 моля Fe. Ес­ли по массе содержание А1 в 1,9 раза превышает содержание Fe, то по числу атомов – в 3,8 раза.

Количественные соотношения между содержанием отдельных элементов широко используются почвоведами для решения многих генетических вопросов, и, решение задачи может зависеть от вы­бранного способа выражения результатов анализов. В практике почвоведения нередки и такие случаи, когда выво­ды о преобладании того или иного элемента могут быть изменены на противоположные при правильном выборе способа выражения результатов анализа.

Например. Дерново-подзолистая почва в горизонте Е (А₂) содержится 0,95 % СаО и 0,75 % MgO или в пересчете на Са и Mg – 0,68 и 0,45 % соответственно. Сравнение этих величин показывает преобладание Са над Mg. Од­нако число молей Са в 100 г почвы оказывается меньше, чем число молей магния – 0,017 и 0,019 соответственно.

Таким образом, при исследованиях химического строения почвенных компонентов, их трансформации, закономерностей миграции и ак­кумуляции элементов результаты определения элементного состава следует выражать:

а) в молях на определенную массу (кг) и (или) объ­ем почвы. Согласно Международной системе единиц измерений (СИ), моль – это количество простого или сложного вещества, со­держащее такое количество структурных элементов (атомов, моле­кул, ионов или электронов), которое равно числу атомов в 12 г изотопа углерода ¹²С, а именно 6,022 • 10²³ (число Авогадро). Что­бы найти число молей элемента в 1 кг почвы, надо его процентное содержание в почве разделить на атомную массу (AM) и умножить на десять: моль/кг = (% • 10): AM;

б) также можно пользоваться мольными долями или мольны­ми процентами. Мольная доля – это число молей данного элемента (компонента), отнесенное к общему числу молей всех элементов (компонентов), составляющих почву. Мольная доля может изме­няться от нуля до единицы. Мольный процент – то же, что и моль­ная доля, но выраженная в процентах; изменяется от нуля до 100 %.

В таблице 16 приведен элементный состав дерново-подзолистой почвы, выраженный различными способами.

Таблица 16

Элементный состав дерново-подзолистой почвы в расчете

на абсолютно сухую навеску (Орлов Д.С. и др., 2005)