УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

К ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ

ПО ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОМУ

АНАЛИЗУ ПОЧВ

КАЗАНЬ - 2011

УДК 631.4

Печатается по решению Редакционно-издательского совета ФГАОУВПО

«Казанский (Приволжский) федеральный университет»

методической комиссии биолого-почвенного факультета

Протокол № от ноября 2011 г.

заседания кафедры почвоведения

Протокол № от ноября 2011 г.

Рецензенты:

Доктор биологических наук, профессор Копосов Г.Ф.

Доктор сельскохозяйственных наук, профессор Фомин В.Н.

Матвеева Н.М.,Валеева А.А.

Название: Учебно-методическое пособие к лабораторно-практическим занятиям по физико-химическому анализу почв / Матвеева Н.М., Валеева А.А. – Казань: Казанский университет, 2011. – с.

Методическое пособие предусматривает ознакомление студентов с основными требованиями подготовки почв к физико-химическому анализу, с основными методами исследования. В нем представлены классические методы анализа почв, ускоренные методы, применяемые в агрохимической службе для массовых поточных анализов, а также методы с оригинальным подходом еще не вошедшие в практику.

В В Е Д Е Н И Е

Успешное внедрение современных технологий возделывания сельскохозяйственных культур невозможно без четкого осуществления всех мероприятий, обеспечивающих наиболее эффективное применение минеральных и органических удобрений. В связи с этим все большее значение приобретают методы химической диагностики плодородия почв и контроля за правильным использованием удобрений и других химических препаратов, применяемых в сельском хозяйстве.

Сельскохозяйственная практика показала, что, используя агрохимические методы исследования почв, можно более экономно и более эффективно применять удобрения, повышая не только урожай, но и изменяя качество сельскохозяйственной продукции.

Физико-химические методы исследования свойств почв применяют при решении самых разных вопросов оптимизации питательного режима почв: 1) при изучении взаимодействия между почвой, растением и удобрением; 2) при диагностике режима, уровней минерального питания, для избежания загрязнения окружающей среды; 3) при разработке систем применения удобрений и расчете доз внесения удобрений на планируемые урожаи.

Методы физико-химического анализа, используемые в почвенно-агрохимических исследованиях, можно подразделить на следующие группы: 1) методы определения катионообменной поглотительной способности почв, включающие определения, характеризующие величины ёмкости катионного обмена, обменных оснований, форм кислотности, природу кислотности, оценочные шкалы этих величин, способы установления необходимости известкования почв, вычисление степени солонцеватости и расчет доз гипса для гипсования солонцеватых почв; 2) методы определения обеспеченности почв основными питательными элементами (азотом, фосфором, калием), включающие определение содержания в почвах азота легкогидролизуемых соединений, минеральных форм азота (нитратного, нитритного, аммиачного), нитрификационной способности почв, доступных для растений соединений фосфора и калия в связи с особенностями почв и оценочные шкалы обеспеченности почв подвижными элементами в соответствии с применяемыми вытяжками для их извлечения.

Отбор образцов почвы

В зависимости от цели агрохимического анализа пробы почвы отбирают по-разному. Обычно берут смешанные почвенные образцы из пахотного слоя. Но в зависимости от поставленной задачи образцы отбирают либо по генетическим горизонтам профиля из разреза или буром через каждые 5, 10, или 20 см до определенной глубины.

При отборе образцов в поле необходимо помнить о том, что смешанная средняя проба может быть составлена из отдельных образцов, взятых только в пределах одной почвенной таксономической единицы. Если поле или участок имеет комплексный почвенный покров, то каждый смешанный образец отбирается в пределах каждого почвенного контура.

Среднюю пробу составляют из многих индивидуальных образцов, отбираемых равномерно со всей площади участка или поля. При взятии образцов необходимо избегать нехарактерных мест, таких как площадки из-под куч навоза и прочих удобрений, западин, полос около дорог, бугров и т.д.

Образцы почвы берут буром на всю глубину пахотного слоя, или из прикопки, сделанной отвесно лопатой. Из вертикальной стенки ножом или лопаткой вырезают прямоугольную пластину так, чтобы в каждый образец попало такое количество почвы верхнего и нижнего ее слоев, которое пропорционально их мощности. Взятый образец тщательно перемешивают на листе фанеры или куске полиэтиленовой пленки. Затем из него меркой (стакан, банка и т.п.) отбирают небольшой объем почвы и высыпают в чистый почвенный мешочек. Эту операцию повторяют при взятии образов почвы из каждой точки поля или участка. Из всех от­дельных образцов в смешанную среднюю пробу должно попасть при­мерно одинаковое количество почвы. Вес среднего образца 300 - 500 г.

Расположение точек для отбора образцов зависит от конфигурации поля. На узком, вытянутом в длину участке их можно разместить вдоль (посередине) поля. На широком, близком к квадрату поле оптимально шахматное расположение точек отбора образцов. На очень больших площадях отбор проб проводится по одной или двум диагоналям. Сред­нюю смешанную пробу составляют из нескольких десятков перво­начальных проб.

В точках, намеченных для взятия образцов, предварительно чистой лопатой удаляют все остатки растительности.

Пробы желательно отбирать при таком состоянии почвы, чтобы она не мазалась и не прилипала к лопате.

Смешанную пробу почвы, отобранную с участка, пересыпают в чистый пронумерованный почвенный мешочек или полиэтиленовый пакет. Сверху кладут фанерную или картонную этикетку, подписанную простым карандашом с указанием наименования места отбора образца (хозяйство, опытная станция), названия опыта, номера или наименования варианта, глубины отбора образца, даты его отбора, типа почвы, культуры севооборота.

Аналогичную запись делают в полевом дневнике, где указывают рельеф поля, тип почвы, ориентировочную фазу развития культуры и т.д.

Составление аналитической пробы - ответственная операция, которая обеспечивает надежность полученных результатов. Небрежность и ошибки при подготовке образцов и взятии средней пробы не компенсируются последующим качественным лабораторным анализом.

При агрохимическом обследовании отбор проб с пахотных земель, почв сенокосов, пастбищ, лесных питомников производят в соответствии с ГОСТом 28168.

Основные положения этого стандарта следующие:

• Отбор проб проводят в течение всего вегетационного периода. На полях, участках сенокосов, пастбищ, лесных питомников, где доза внесенных минеральных удобрений по каждому виду составляла более 90 кг д. в. на 1 га, пробы отбирают спустя 2 мес. после внесения удобрений.

• Картографической основой для отбора проб является план земле­пользования хозяйства (или питомника) с нанесенными на него элемента­ми внутрихозяйственного землеустройства (полей) и границами почвен­ных контуров. Масштаб картографической основы должен соответство­вать масштабу почвенных карт обследуемой территории.

• После рекогносцировочного осмотра территории, подлежащей агро­химическому обследованию, на картографическую основу наносят сетку элементарных участков установленного размера. Элементарный участок - это наименьшая площадь, которую можно охарактеризовать одной объединенной пробой почвы.

• Форма элементарного участка по возможности должна приближаться к прямоугольной с отношением сторон не более 1:2. Для лесных питомни­ков элементарным участком является поле питомника. Каждому элементарному участку присваивают порядковый номер. Максимально допустимые размеры элементарных участков на не- эродированных и слабоэродированных богарных и орошаемых пахотных почвах должны быть не более указанных в таблице ГОСТа 28168 (сокращенный вариант которой представлен в таблице 1).

♦ На средне- и сильноэродированных дерново-подзолистых и серых лесных почвах размер элементарного участка должен составлять 1 - 2 га, на черноземах и каштановых почвах - 3 га. На долговременных культурных пастбищах размер элементарного участка соответствует площади загона. На улучшенных сенокосах и пастбищах размер элементарного участка соответствует площади элементарного участка пашни, принятого для каждой зоны. Размер элементарного участка в лесных питомниках равен площади поля питомника.

Перед непосредственным отбором проб на богарных землях наносят сетку элементарных участков путем сплошного наложения на все сельскохозяйственные угодья, подлежащие агрохимическому обследова­нию. На орошаемых землях при открытой осушительной сети элементар­ные участки располагают между дренами. На участках закрытого дренажа элементарные участки располагают длинной стороной поперек междренья. На орошаемых землях хлопкосеющих и рисосеющих районов элементарные участки располагают по всей ширине поливной карты.

На картографической основе в пределах каждого выделенного элементарного участка прокладывают маршрутный ход. На неэродированных и слабоэродированных почвах маршрутный ход прокладывают посередине элементарного участка вдоль его длинной стороны. На средне- и сильноэродированных почвах, расположенных на склоне длиннее 200 м, маршрутные ходы прокладывают вдоль склона, на более коротких - поперек склона. На полях лесных питомников маршрутные ходы прокладывают по диагонали поля.

Отбор проб в соответствии с ГОСТом 28168 производят следующим образом:

1. Территорию, предназначенную для обследования, разбивают на элементарные участки в соответствии с сеткой элементарных участков и определяют расстояние между точечными пробами.

2. Точечные пробы отбирают буром. На уплотненных почвах допускается отбор точечных проб лопатой.

3. Точечные пробы не допускается отбирать вблизи дорог, куч органи­ческих и минеральных удобрений, мелиорантов, со дна развальных борозд, на участках, резко отличающихся лучшим или худшим состоянием растений.

4. В пределах каждого элементарного участка точечные пробы отбирают равномерно по маршрутному ходу через равные интервалы. В лесных питомниках - на полях, занятых сеянцами и саженцами, точечные пробы отбирают на грядках между посевными строчками или рядами посадки саженцев.

5. На пахотных почвах точечные пробы отбирают на глубину пахотного слоя, на сенокосах и пастбищах - на глубину гумусо-аккумулятивного горизонта, но не глубже 10 см.

6. Из точечных проб, отобранных с элементарного участка, составляют объединенную пробу.

7. Если в пределах элементарного участка располагается несколько почвенных контуров, то объединенные пробы отбирают с преоблада­ющего контура.

8. В зависимости от пестроты агрохимических показателей почв, вы­явленной по результатам предыдущего агрохимического обследования, каждую объединенную пробу составляют из 20 - 40 точечных.

9. Масса объединенной пробы должна быть не менее 400 г.

10. Отобранные объединенные пробы вместе с этикеткой помещают в мешочки или коробки.

11. На этикетке объединенной пробы указывают: 1) наименование организации, проводящей обследование; 2) область; 3) район; 4) хозяйство; 5) номер объединенной пробы; 6) дату отбора пробы; 7) фамилию исполнителя; 8) обозначение настоящего стандарта.

12. Номер объединенной пробы должен соответствовать номеру элементарного участка или номеру поля питомника.

13. Отобранные в течение дня объединенные пробы подсушивают в раскрытых мешочках или коробках в сухом проветриваемом помещении.

14. После завершения отбора объединенных проб в хозяйстве составляют сопроводительную ведомость в двух экземплярах (рис. 1) и отправляют на анализ. Один экземпляр ведомости прилагают к пробам, второй остается у специалиста, проводящего агрохимическое обследование.

СОПРОВОДИТЕЛЬНАЯ ВЕДОМОСТЬ ОТБОРА ПОЧВЕННЫХ ПРОБ

Почвенные пробы в количестве штук отобраны

в период с

наименование хозяйства

по почвоведом-агрохимиком

Дата отправки проб

п/п

Вид тары (перечисляется каждый ящик и мешок)

Число проб

Номера проб

Примечание

Обозначение настоящего стандарта

Личная подпись Расшифровка подписи

Рис. 1. Сопроводительная ведомость отбора почвенных проб по ГОСТу 28168

Таблица 1

Максимально допустимые размеры элементарных участков при отборе проб почв в Российской Федерации, га

Республики и экономические районы	Размеры элементарных участков, га
	при ежегодном уровне применения фосфорных удобрений (кг д. е. на 1 га)			на орошаемых Землях
	менее 60	60-90	более 90
Центрально - Черноземный: а) лесостепные районы с преобладанием серых лесных почв и черноземов оподзоленных б) лесостепные районы с преобладанием черноземов выщелоченных и типичных в) степные районы с преобладанием черноземов обыкновенных и южных	10 15 25	8 10 15	5 5 10	3 3 5
Поволжский а) лесостепные районы с преобладанием серых лесных почв и черноземов выщелоченных и типичных б) степные и сухостепные районы с преобладанием обыкновенных, южных черноземов и каштановых почв	20 40	15 20	10 15	5 5

Подготовка почвы к агрохимическому анализу

Правильная подготовка почвы к агрохимическому анализу на всех ее этапах (взятие почвенных образцов в поле; условия высушивания, хранения; освобождение от включений, отбор средних проб; размалывание; взятие аналитических проб) влияет на достоверность результатов анализа. Погрешности могут быть на всех перечисленных этапах, но самой опасной и трудноисправимой является ошибка, обусловленная взятием образца в поле и проб для анализа. Это видно из следующего сравнения, проведенного голландскими исследователями.

Ошибка, вызванная аппаратурой, - 1,4%.

Ошибка, вызванная добросовестным аналитиком, - 1,4%.

Ошибка при взятии навесок почв, - 3,8%.

Ошибки, вызванные различиями условий в лаборатории (температура, влажность воздуха и др.), - 9,4%.

Общая лабораторная ошибка – 16%.

Ошибка, обусловленная взятием проб в поле для анализа, - 84%.

Образцы почвы, отобранные в поле, предварительно подсушивают на воздухе при комнатной температуре.

Если образцов много, то проводится сушка в шкафах с принудительной вентиляцией при температуре не выше 40°С. Цель высушивания – прекращение в почве микробиологической деятельности и связанного с этим изменения образца.

Определение нитратов, нитритов, поглощённого аммония, водо­растворимых форм калия, фосфора и т.п. проводится в день взятия образцов при их естественной влажности. Влажную почву просеивают через сито с диаметром отверстий 3 мм. Остальные определения проводятся в воздушно-сухих образцах.

Для взятия средних и аналитических проб образец почвы рассыпают на чистый лист бумаги, разравнивают тонким слоем, удаляют из него корни, включения, новообразования, скелет. Наиболее мелкие частицы органики можно удалить при помощи стеклянной или эбонитовой палочки, натертой куском шерстяной ткани. Наэлектризованной палочкой проводят на расстоянии нескольких сантиметров от слоя почвы. При этом мелкие органические остатки прилипают к ней и удаляются из почвы. Палочку нельзя подносить очень близко к почве, так как при этом к ней могут пристать частицы почвы. Крупные комочки почвы разламывают или дробят в фарфоровой ступке пестиком с резиновым наконечником до небольших комков 5-7 мм. Цель получить более однородный образец мелкозема и иметь возможность тщательно перемешивать его каждый раз перед взятием средних проб. Поскольку средняя проба должна характеризовать все свойства исследуемой почвы, на подготовку образца к взятию средних проб следует обращать особое внимание.

Среднюю пробу лучше брать квадратированием. Две противоположные части квадратов ссыпают в коробку для хранения. В коробку следует положить этикетку наименования образца, кроме того, наклеить вторую этикетку на стенку коробки (не на крышку!).

Из оставшейся на бумаге почвы берут лабораторные пробы для анализов, которые требуют дополнительного, более тщательного отбора мелких корешков (до растирания в ступке!). Для этого почву на листе делят на небольшие (3х3 см) квадратики (линейкой или шпателем вертикальными и горизонтальными линиями). Из каждого квадратика (или через один) берут небольшое количество почвы, захватывая ее на всю глубину слоя. Эти взятия объединяют в среднюю пробу. Оставшуюся часть средней пробы (после отбора лабораторных проб, требующих отбора корешков) растирают в фарфоровой ступке пестиком с резиновым наконечником и пропускают через сито диаметром 1мм (с крышкой и поддоном). Открывать сито полагается спустя 1-2 мин после просеивания, чтобы дать пыли осесть и не потерять самую активную часть почвы – илистую фракцию.

Цель просеивания – отделение мелкозема от скелета почвы. Поэтому то, что остается на сите (если это не хрящ или гравий, а агрегаты почвы), снова высыпают в фарфоровую ступку, растирают и вновь просеивают. Если есть скелет, вычисляют его %. Почву помещают в пластиковую коробку с этикеткой внутри и этикеткой, наклеенной на стенке.

Для определения физико-химических и агрохимических показателей почв чаще используют почву, подготовленную вышеописанным способом, т.е. пропущенную через сито диаметром 1мм. Особые подготовки почвы к некоторым видам анализов будут приводиться индивидуально в прописях их выполнения.

Поскольку во время хранения таких почвенных образцов происходит дифференциация тяжелых и легких частиц, то перед каждым взятием аналитических проб образец необходимо хорошо перемешивать.

I. Катионная поглотительная способность почв

Все катионы, находящиеся во внешнем слое мицеллы почвенных коллоидов (слой компенсирующих ионов почвенного поглощающего комплекса – ПК), способные к обмену с катионами почвенного раствора, называются поглощенными или обменными и характеризуют емкость катионообменной поглотительной способности почв.

Таковыми в почвах являются Са, Мg, Н, К, Na, NH₄, Аl. Реакцию их с катионами почвенного раствора, например, в случае, когда в почву вносится удобрение КСl, можно записать так:

Са

(ПК)Мg + 6КCl = (ПК)5К + СаСl₂ + МgСl₂ + НСl + КСl.

H

Помимо катионообменной поглотительной способности коллоидальная мицелла имеет на своей поверхности участки, способные к обменному поглощению анионов. Однако при интервалах окислительно-восстановительных потенциалов, характерных для почвенных объектов, в подавляющем большинстве поверхность мицеллы имеет отрицательный заряд, т.е. способна к поглощению и обмену катионов. Поэтому мы и говорим о катионообменной поглотительной способности, хотя в некоторой степени имеет место и анионообменная поглотительная способность почвы. В современных условиях интенсивного применения минеральных удобрений много элементов питания попадает в почву в анионной форме (с селитрами, суперфосфатом, сложными, комплексными удобрениями, тукосмесями).