2.3. Способи вираження елементного складу ґрунту

Найпоширенішим способом вираження результатів аналізу валового елементного складу ґрунту є обчислення його у відсотках (масових) вищих оксидів елементів, які містяться у досліджуваному ґрунті. Цей спосіб застосовують переважно для обчислення вмісту макроелементів. Єдиною перевагою цього способу є те, що він дає змогу швидко перевірити точність виконання аналізу, оскільки сума вищих оксидів у перерахунку на прожарену наважку повинна становити 100 % (відхилення − 1-1,5 %). Незважаючи на те, що зазначений спосіб має певні недоліки, для більшості ґрунтів перевірка правильності виконання аналізу за сумою вищих оксидів елементного складу є достатньою.

Відомим способом вираження елементного складу у разі дослідження хімічної будови індивідуальних компонентів ґрунту, їхньої трансформації, закономірностей міграції та акумуляції є обчислення результатів аналізу у молях на певну масу (кг) і/або об’єм ґрунту.

Відповідно до Міжнародної системи одиниць вимірювань (СІ), моль − це кількість простої чи складної речовини, вміст у якій структурних елементів (атомів, молекул, іонів або електронів) дорівнює кількості атомів у 12 г ізотопу Карбону ¹²С, тобто 6,022∙10²³ (число Авогадро).

Для того, щоб знайти число молей елемента в 1 кг ґрунту, необхідно його відсотковий вміст у ґрунті поділити на молекулярну масу (М) і помножити на десять: моль/кг = (% ∙ 10) : М.

Достатньо часто використовують також мольні частки або мольні відсотки. Мольна частка − це відношення кількості молей певного елемента (компонента), до загальної кількості молей усіх елементів (компонентів) певного ґрунту. Мольна частка може змінюватися від 0 до 1. Мольний відсоток − це мольна частка виражена у відсотках від 0 до 100%.

Для ілюстрації різних способів вираження елементного складу у гумусово-елювіальному горизонті дерново-підзолистого ґрунту наведено таблицю 2.5. Як бачимо з таблиці, сума оксидів становить 89,35 %. До 100 % не вистачає 10,65 %, що припадає на MnO, P₂O₅, SO₃ і на органічні речовини.

Таблиця 2.5

Елементний склад дерново-підзолистого ґрунту на абсолютно суху наважку

(Д. С. Орлов та ін., 2005, фрагмент таблиці)

Горизонт	Глибина	Вищі оксиди							∑
		SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	K2O	Na2O
Гумусово-елювіальний (НЕ)	від 2 до 11 сантиметрів	Вміст оксидів (за масою), %
		73,04	8,74	2,57	1,02	0,66	2,22	1,10	89,35
		Елементи
		Si	Al	Fe	Ca	Mg	K	Na	O
		Вміст елементів (за масою), %
		34,18	4,62	1,80	0,73	0,40	1,84	0,82	44,96
		Вміст елементів, моль/кг
		12,17	1,71	0,32	0,18	0,16	0,47	0,36	28,10
		Мольні частки елементів, % від суми молей
		28,0	3,9	0,7	0,4	0,4	1,1	0,8	64,6

За ваговим (масовим) вмістом оксиди можна розмістити у такий ранжований ряд:

SiO₂ >> Al₂O₃ > Fe₂O₃ > K₂O > Na₂O > CaO > MgO.

Перерахунок відсоткового вмісту оксидів у відсотковий вміст елементів не змінює ранжований ряд, проте помітно змінює кількісні відношення. Наприклад, у гумусово-елювіальному горизонті (НЕ) відношення SiO₂/Fe₂O₃ = 28,4, а Si/Fe = 19,0 тощо (див. табл. 2.5).

Вирішення багатьох генетичних питань у ґрунтознавстві базується на кількісній хімічній характеристиці ґрунтів і на співвідношенні елементів (або груп елементів), тому вибір способу обчислення набуває принципового значення. Застосування тих чи інших способів обчислення результатів аналізів повністю залежить від конкретних завдань. Найчастіше застосовують такі способи обчислення:

• на повітряно-суху наважку (масу, вагу) ґрунту;

• на абсолютно сухий (висушений за Т = 105 ⁰С, упродовж 5-6 годин) ґрунт;

• на прожарений ґрунт;

• на безгумусну масу (вагу) ґрунту;

• на безкарбонатний ґрунт;

• на безгумусний і безкарбонатний ґрунт;

• на визначений об’єм ґрунту.

В окремих випадках доводиться використовувати вибіркові показники. Зокрема, вміст Карбону і Нітрогену можна обчислювати не на всю масу (вагу) ґрунту, а тільки на кількість органічної речовини у ґрунті. Це дає змогу, насамперед, виявити якісні особливості гумусу.

Перерахунок елементного складу ґрунту на абсолютно суху наважку зумовлений необхідністю зіставлення ґрунтів з різним рівнем зволоженості, у деякому умовно вибраному стандартному стані. Власне тому, обчислення здійснюють на ґрунт (наважку), висушений при Т = 105 ⁰С. Встановлено, що за такої температури і визначеного терміну висушування з ґрунту видаляється гігроскопічна волога (вода сорбована з атмосферного повітря) та залишається конституційна вода.

Якщо для аналізу беруть вологий або повітряно-сухий ґрунт, то для перерахунку на абсолютно сухий ґрунт вміст досліджуваного елемента множать на коефіцієнт де А − вологість ґрунту у розрахунку на висушену при 105 ⁰С наважку, %.

Для перерахунку елементного складу на безгумусний, безкарбонатний ґрунт тощо застосовують такий коефіцієнт де х − відсотковий вміст у ґрунті гумусу, карбонатів або іншого компонента, вплив якого на елементний склад необхідно елімінувати.

Ґрунтотворний процес супроводжується не тільки хімічними змінами ґрунту. Водночас змінюється і його щільність будови або відносна щільність ґрунту. Якщо не враховувати зміни об’єму ґрунту, інформація про його елементний склад буде неповною і неточною.

Врахувати відносну щільність ґрунту можна двома шляхами:

• виразити елементний склад не на одиницю маси (ваги) ґрунту, а на одиницю його об’єму;

• обчислити запаси елементів.

Запаси обчислюють для кожного генетичного горизонту ґрунту окремо у розрахунку на гектар або на призму з площею горизонтального перерізу 1 м².

Для швидкого обчислення запасів використовують формулу:

,

де З − запас елемента, кг/га, у шарі ґрунту потужністю Н см; V − щільність будови ґрунту, г/см³; X − вміст елемента, %.

Запаси елементів обчислюють також пошарово (на горизонт або на певну потужність шару ґрунту). Загальний запас елемента у ґрунті (у кг/га, т/га, г/см² тощо) знаходять шляхом додавання запасів у всіх генетичних горизонтах, наприклад:

Зазвичай, запаси елементів обчислюють в орному шарі ґрунту (0-20 см), у шарі 0-50 см або 0-100 см.

Аналіз запасів елементів або речовин дає змогу виявити причини деяких змін хімічного складу, які відбуваються унаслідок розорювання ґрунтів, їхнього окультурення та меліорації.