
- •В.Г. Мамонтов, а.А. Гладков практикум по химии почв Москва 2014
- •Введение
- •Раздел I. Валовой анализ
- •1.1. Способы разложения почв
- •1.1.1. Разложение почв кислотами.
- •1.1.2. Разложение почв сплавлением.
- •1.1.3. Разложение почвы спеканием.
- •1.2. Определение гигроскопической влажности
- •1.3. Определение потери при прокаливании
- •1.4. Спекание почвы с содой
- •1.5. Анализ элементного состава почв
- •1.5.1. Определение кремния желатиновым методом
- •Пример расчета. Для спекания взято 1,0224 г прокаленной почвы. Масса прокаленного осадка SiO2 составила 0,8014 г. Содержание SiO2 равно:
- •1.5.2. Определение полуторных оксидов гравиметрическим методом
- •1.5.3. Определение железа фотометрическим методом
- •1.5.4. Определение алюминия фотометрическим методом
- •1.5.5. Вычисленное содержание алюминия по разности
- •1.5.6. Определение кальция и магния комплексонометрическим методом
- •1.5.6.1. Определение кальция
- •1.5.6.2. Определение суммы кальция и магния
- •1.5.7. Пероксидный метод определения титана
- •1.5.8. Определение фосфора фотометрическим методом
- •1.6. Методы определения карбонатов
- •1.6.1.000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 Ацидометрическое определение карбонатов
- •1.6.2. Алкалиметрическое определение карбонатов по ф.И. Козловскому
- •1.7. Определение гипса
- •1.7.1. Солянокислый метод определения гипса
- •1.7.2. Определение гипса по н.Б. Хитрову
- •1.8. Способы выражения результатов валового анализа
- •1.9. Пересчеты данных валового анализа
- •1.10. Использование данных валового анализа
- •1.10.1. Использование элементного состава для суждения о генезисе почв.
- •1.10.2. Использование элементного состава для оценки потенциального плодородия почвы.
- •1.10.3. Использование данных элементного состава для расчета молекулярных отношений
- •1.10.4. Использование данных элементного состава для расчета запасов химических элементов
- •Пример расчета. Найти запас SiO2 в т/га если его содержание равно 80,63 %, плотность сложения почвы 1,18 г/см3, мощность слоя 9 см.
- •1.10.5. Использование данных элементного состава при изучении биологического круговорота веществ
- •1.10.6. Использование данных элементного состава для
- •1.10.6.1. Метод прямого сравнения
- •1.10.6.2. Методы стабильного компонента
- •1.10.6.2.1. Метод молекулярных отношений
- •1.10.6.2.2. Метод элювиально-аккумулятивных (еа) коэффициентов
- •1.10.6.2.3. Метод баланса веществ
- •1.10.7. Использование данных элементного состава для диагностики минералов илистой фракции.
- •Контрольные вопросы
- •Раздел II. Ионно-солевой комплекс почв
- •2.1. Метод водной вытяжки
- •2.1.1. Влияние солей на сельскохозяйственные культуры
- •2.1.2. Достоинства и недостатки водной вытяжки как метода изучения засоленных почв
- •2.1.3 Анализ водной вытяжки
- •2.1.3.1. Определение величины рН водной вытяжки
- •2.1.3.2. Определение величины сухого остатка
- •2.1.3.3. Определение величины прокаленного остатка
- •2.1.3.4. Определение щелочности от растворимых карбонатов
- •2.1.3.5. Определение общей щелочности
- •2.1.3.6. Определение хлорид-ионов аргентометрическим методом по Мору
- •2.1.3.7. Определение сульфат-ионов
- •2.1.3.7.1. Гравиметрический метод определения сульфат-ионов
- •2.1.3.7.2. Фотометрический метод определения сульфат-ионов
- •2.1.3.8. Определение ионов кальция и магния комплексонометрическим методом
- •2.1.3.8.1. Определение кальция
- •Титрование кальция по индикатору флуорексону
- •2.1.3.8.2. Определение суммы кальция и магния
- •2.1.3.9. Определение натрия и калия
- •2.1.3.9.1. Определение натрия и калия методом фотометрии пламени
- •2.1.3.9.2. Определение содержания натрия и калия по разности
- •Форма 4. Данные анализа водной вытяжки
- •2.1.4. Интерпретация данных водной вытяжки
- •2.1.4.1. Характеристика солевого режима почв по величине сухого остатка
- •2.1.4.2. Оценка химизма (типа) засоления почв.
- •2.1.4.2.1. Общие принципы оценки химизма засоления почв
- •2.1.4.2.2. Оценка степени засоления почв по содержанию токсичных ионов
- •2.1.4.2.3. Оценка степени засоления почв по «суммарному эффекту» токсичных ионов
- •2.1.5. Расчет промывной нормы
- •2.2. Кислотно-основные свойства и катионообменная способность почв
- •2.2.1. Общие представления о кислотно-основных свойствах почв
- •2.2.1.1. Определение рН потенциометрическим методом
- •2.2.2. Общие представления о катионообменной
- •2.2.2.1. Оценка эффективной емкости катионного обмена
- •2.2.2.2. Определение стандартной емкости катионного обмена по Бобко-Аскинази в модификации цинао
- •2.2.2.3. Определение суммы обменных оснований методом Каппена-Гильковица
- •2.2.2.4. Определение обменной кислотности по Дайкухара
- •2.2.2.5. Определение обменных водорода и алюминия по Соколову
- •2.2.2.6. Определение гидролитической кислотности по Каппену
- •2.2.2.7. Определение обменных катионов по методу Гедройца
- •2.2.2.7.1. Определение обменного кальция
- •2.2.2.7.2. Определение суммы обменных кальция и магния
- •2.2.2.7.3. Определение обменных натрия и калия методом фотометрии пламени
- •2.2.2.8. Определение обменных катионов по методу Шолленбергера
- •2.2.2.9. Определение обменных катионов по методу Пфеффера в модификации в.А. Молодцова и и.В. Игнатовой
- •2.2.2.9.1. Определение обменного кальция комплексонометрическим методом
- •2.2.2.9.2. Определение суммы обменных кальция и магния комплексонометрическим методом
- •2.2.2.9.3. Определение обменных натрия и калия методом фотометрии пламени
- •2.2.3. Использование результатов определения катионообменной способности почв
- •2.2.3.1. Вычисление степени насыщенности почв основаниями
- •2.2.3.2. Расчет дозы извести
- •2.2.3.3. Вычисление степени солонцеватости почв
- •2.2.3.4. Расчет дозы гипса
- •Контрольные вопросы
- •Раздел III. Обеспеченность почв основными элементами питания
- •3.1. Методы определения доступных для растений форм азота
- •3.1.1. Определение нитратного азота дисульфофеноловым методом
- •3.1.2. Определение аммонийного азота
- •3.1.3. Определение щелочногидролизуемого азота по Корнфилду
- •3.2. Методы определения доступных для растений форм фосфора и калия
- •3.2.1. Калориметрическое определение подвижного фосфора по фосфорномолибденовой сини
- •3.2.1.1. Восстановление молибдена фосфорномолибденовой кислоты двухлористым оловом
- •3.2.1.2. Восстановление молибдена фосфорномолибденовой кислоты аскорбиновой кислотой
- •3.2.2 Определение подвижного калия методом фотометрии пламени
- •3.2.3. Определение подвижных фосфатов и калия по методу Кирсанова
- •3.2.4. Определение подвижных фосфатов и калия по методу Чирикова
- •3.2.5. Определение подвижных фосфатов и калия по методу Мачигина
- •3.3. Методы определения микроэлементов – тяжелых металлов
- •3.3.1. Определение микроэлементов-тяжелых металлов с помощью 1 н. Раствора hno3
- •3.3.2. Определение микроэлементов-тяжелых металлов с помощью ацетатно-аммонийного буферного раствора с рН 4,8
- •Контрольные вопросы
- •Раздел IV. Органическое вещество почвы
- •4.1. Подготовка почвы для определения содержания и состава гумуса
- •4.2. Методы определения содержания общего гумуса почвы
- •4.2.1. Прямые методы определения содержания углерода органических соединений (гумуса) почвы.
- •4.2.2. Косвенные методы определения содержания углерода органических соединений (гумуса) почвы
- •4.2.2.1. Определение гумуса методом и.В.Тюрина в модификации в.Н.Симакова
- •4.2.2.2. Другие модификации метода и.В. Тюрина.
- •4.2.2.2.1. Спектрофотометрический метод определения содержания гумуса (д.С. Орлов, н.М. Гриндель)
- •4.2.2.2.2. Определение содержания органического углерода почвы методом и.В.Тюрина в модификации б.А.Никитина.
- •4.3. Методы определения общего содержания азота почвы.
- •4.3.1. Определение общего содержания азота методом Кьельдаля.
- •4.3.2. Определение общего содержания азота микрохромовым методом и.В. Тюрина.
- •4.4. Использование данных по содержанию общего гумуса и азота
- •4.4.1. Расчет отношения c:n
- •4.4.2. Вычисление запасов гумуса, углерода и азота.
- •4.5. Методы определение группового и фракционного состава гумуса.
- •4.5.1. Определение группового и фракционного состава гумуса по методу и.В. Тюрина в модификации в.В.Пономаревой и т.А.Плотниковой (1968)
- •4.5.2. Определение группового и фракционного состава гумуса по модифицированной схеме в.В.Пономаревой и т.А. Плотниковой (т.А. Плотникова, н.Е. Орлова, 1984).
- •Ход анализа
- •4.5.3. Ускоренный пирофосфатный метод определения состава гумуса по м.М. Кононовой и н.П. Бельчиковой
- •4.6. Методы изучения некоторых свойств гумусовых кислот при анализе фракционно-группового состава гумуса
- •4.6.1. Определение порога коагуляции гуминовых кислот.
- •4.6.2. Оптические свойства гумусовых веществ.
- •4.6.2.1. Электронные спектры поглощения гумусовых веществ
- •4.6.2.2. Определение коэффициента цветности q4/6
- •4.6.3. Гель-хроматография гумусовых веществ
- •4.7. Показатели гумусового состояния почв
- •Продолжение таблицы 31
- •4.8. Методы определения содержания и состава органического вещества в болотных торфяных почвах.
- •4.8.1. Определение потери при прокаливании и зольности торфа.
- •4.8.2. Одновременное определение общего содержания углерода и азота в торфяных почвах методом Анстета в модификации в.В. Пономаревой и т. А. Николаевой
- •Вычисление результатов анализа
- •Реактивы.
- •4.8.3. Определение общего содержания азота в растительных материалах (торфах, лесных подстилках и пр.) методом к.Е. Гинзбурга и г.М. Щегловой
- •4.8.4. Определение содержания органического азота в вытяжках из торфов микрохромовым методом и.В. Тюрина
- •4.8.5. Определение состава органического вещества торфяно-болотных почв по методу в.В. Пономаревой и т.А. Николаевой.
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Раздел I. Валовой анализ …………………………………………..…………5
- •Раздел II. Ионно-солевой комплекс почв……………………………70
- •Раздел III. Обеспеченность почв элементами питания….....158
- •Раздел IV. Органическое вещество почв……………………………190
3.1.1. Определение нитратного азота дисульфофеноловым методом
Нитраты экстрагируют из почвы дистиллированной водой или 0,05%-ным раствором K2SO4 при соотношении почва : раствор 1 : 5. Более предпочтительно использование раствора K2SO4, поскольку в этом случае фильтрование вытяжки идет быстрее, и фильтрат получается прозрачным.
Ход анализа. К навеске свежей почвы массой 10-20 г (в зависимости от содержания нитратов) приливают пятикратное количество дистиллированной воды или 0,05%-ного раствора K2SO4 (50-100 мл) и взбалтывают 3 мин. Одновременно берут навеску почвы для определения гигроскопической воды.
Вытяжку фильтруют через плотный складчатый фильтр, предварительно промытый горячей безаммиачной водой до отсутствия окрашивания фильтрата в желтый цвет реактивом Несслера. Чтобы получить прозрачную вытяжку, нужно сразу как можно полнее перенести почву на фильтр. Почва задержит прохождение через фильтр тонкодисперсных частиц, создающих муть. Первые порции фильтрата (5-10 мл) отбрасывают. Если фильтрат мутный, его несколько раз перефильтровывают через тот же фильтр.
Если определение нитратов не может быть проведено сразу после приготовления вытяжки, в нее добавляют 2 капли (на 100 мл вытяжки) толуола. В консервированном виде вытяжка может храниться не более 2 дней.
Перед определением нитратов необходимо сделать качественное испытание на содержание в вытяжке NH4+ и Cl-. Выпаривание вытяжек, содержащих значительное количество аммония, и ионов Cl- более 30 мг в 1 л, занижает количество нитратов.
Чтобы предотвратить отрицательное влияние аммония перед выпариванием вытяжки в фарфоровую чашку добавляют 2-3 капли 10%-ного раствора сернокислого калия.
Ионы хлора осаждают сернокислым серебром на основании показателей предварительного титрования.
К 10 мл вытяжки добавляют 0,5 мл 10%-ного
раствора K2CrO4
и титруют раствором Ag2SO4
до розового окрашивания. К той части
вытяжки, которую берут для определения
нитратов, сернокислое серебро добавляют
из расчета,
где
а – количество Ag2SO4
пошедшее на титрование, мл; с – количество
вытяжки, взятое для выпаривания, мл; b
– количество вытяжки, взятое для
титрования, мл. Поскольку при титровании
в присутствии K2CrO4
окраска раствора изменяется при избытке
Ag2SO4,
количество последнего по отношению к
выпариваемому объему вытяжки берут на
10-15% меньше, чем найдено по результатам
титрования. В случае почернения сухого
остатка при выпаривании вытяжки в
фарфоровой чашке выпаривание повторяют
заново, уменьшив количество добавляемого
к вытяжке сернокислого серебра.
По рекомендации Бремнера для осаждения ионов хлора к 100 мл вытяжки добавляют 0,1 г Ag2SO4 (в порошке), смесь взбалтывают 25 мин. Для осаждения избытка Ag+ в раствор добавляют в виде сухих реактивов, 0,2 г Са(ОН)2 и 0,5 г MgCO3, взбалтывают 5 мин. Суспензию фильтруют через сухой складчатый фильтр. В фильтрате определяют содержание нитратов.
В зависимости от ожидаемого содержания нитратов берут пипеткой 5-50 мл приготовленной вытяжки, помещают в фарфоровую чашку соответствующего объема и выпаривают на водяной бане досуха. Снимают чашку с сухим остатком и дают полностью охладиться.
В охлажденную чашку по каплям из пипетки приливают 1 мл дисульфофеноловой кислоты, стараясь смочить находящийся на дне и на боках чашки остаток. Сухой остаток тщательно растирают с дисульфофеноловой кислотой оплавленным концом стеклянной палочки. Растирание следует проводить не только в середине чашки, но и по бокам ее, где сухой остаток невиден. Оставляют чашку в покое на 10 мин (палочку не вынимать).
Приливают в чашку 15 мл дистиллированной воды, смачивая ею всю поверхность чашек, чтобы собрать все продукты нитрования. Нейтрализуют кислый раствор 20%-ным раствором NaOH или КОН до щелочной реакции. При удалении ионов хлора с помощью сернокислого серебра подщелачивание раствора проводят 10%-ным раствором NH4OH. Использование NaOH или КОН может вызвать появление бурого оттенка при развитии желтой окраски раствора.
В присутствии нитратов жидкость после подщелачивания окрашивается в желтый цвет. Щелочь прекращают добавлять, когда раствор приобретет устойчивую желтую окраску или универсальная лакмусовая бумажка, опущенная в раствор, посинеет.
Окрашенный раствор переливают в мерную колбочку объемом 50 или 100 мл (в зависимости от количества нитратов), обмывают фарфоровую чашку вместе с палочкой 3-4 раза дистиллированной водой, которую присоединяют к раствору в мерной колбе. Доводят раствор в колбе дистиллированной водой до метки, закрывают пробкой, тщательно перемешивают и сразу же определяют оптическую плотность, поскольку интенсивность окраски почвенной вытяжки при стоянии снижается. Оптическую плотность измеряют при длине волны 400-450 нм. В качестве раствора сравнения используют дистиллированную воду, выпаренную и обработанную реактивами (дисульфофеноловой кислотой и щелочью) по аналогии с почвенным образцом. Если интенсивность окраски анализируемого раствора слишком велика, берут определенную его часть и разбавляют до нужного объема и определяют оптическую плотность разбавленного раствора. При расчете содержания нитратов в почве учитывают разбавление. Содержание нитратов в вытяжке находят по калибровочному графику.
Содержание нитратного азота в мг/кг почвы находят по формуле
где N-NO3 содержание азота нитратов, мг/кг почвы; a – концентрация азота нитратов, найденная по калибровочному графику, мг/мл; V0 – общий объем вытяжки, мл; Vk – объем колбы, в которую помещалась аликвота фильтрата после выпаривания и окрашивания, мл; 1000 – коэффициент пересчета на 1 кг почвы; Кн2о – коэффициент пересчета на сухую почву; m – навеска почвы, г; V1 – объем вытяжки взятый для определения нитратов, мл.
Пример расчета. Для определения содержания азота нитратов взято 20 г свежей почвы, общий объем вытяжки составил 100 мл, на окрашивание взято 15 мл фильтрата и после выпаривания и окрашивания перенесено в мерную колбу объемом 50 мл, Кн2о равен 1,156, концентрация азота нитратов, найденная по калибровочному графику, составила 0,0014 мг/мл. Содержание нитратов равно:
Реактивы.
1. Раствор дисульфофеноловой кислоты. 30 г чистого фенола помещают в плоскодонную колбу емкостью 500 мл, приливают 200 мл конц. H2SO4 (пл. 1,84), закрывают колбу корковой пробкой со вставленной в нее длинной стеклянной трубкой (~ 50 см), служащей обратным холодильником. Конец трубки в пробке должен находиться на уровне ее нижней поверхности. Содержимое колбы хорошо перемешивают, после чего колбу опускают в кипящую водяную баню и держат в ней 6 час. После этого реактив охлаждают и хранят в склянке из коричневого стекла.
Реактив, хранящийся в холодном месте, может выкристаллизоваться. Кристаллы растворяют, поставив колбу в горячую воду. Разбавлять реактив водой не следует.
Для анализа можно использовать реактив – фенол-2,4-дисульфокислоту. Навеска его массой 50 г растворенная в 100 мл конц. H2SO4 (пл. 1,84) соответствует реактиву дисульфофеноловой кислоты, приготовление которого описано выше.
2. 20%-ный раствор NaOH или КОН. 20 г того или иного реактива растворяют в 100 мл дистиллированной воды.
3. 10%-ный раствор NH4OH. В мерную колбу объемом 500 мл приливают примерно 200 мл дистиллированной воды, приливают 211 мл 25%-ного раствора NH4OH, перемешивают, доводят дистиллированной водой до метки и снова перемешивают.
4. 10%-ный раствор K2CrO4. 10 г реактива растворяют в 100 мл дистиллированной воды.
5. Запасной эталонный раствор нитратного азота. 0,7216 г прекристаллизованного и высушенного при 100-105 °С до постоянной массы KNO3 помещают в мерную колбу емкостью 1 л, растворяют в дистиллированной воде. Добавляют для консервации 1 мл толуола, доводят объем дистиллированной водой до метки и тщательно перемешивают. Полученный раствор содержит 0,1 мг N в 1 мл.
6. Рабочий эталонный раствор нитратного азота. Берут пипеткой 10 мл запасного эталонного раствора, переносят в мерную колбу емкостью 100 мл, доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. Раствор содержит 0,01 мг N в 1 мл. Рабочий раствор нитрата калия не устойчив при хранении, его готовят непосредственно перед определением.
7. Серия рабочего эталонного раствора для калибровочного графика. Для построения калибровочного графика в фарфоровые чашки бюреткой отмеряют 2; 2,5; 5; 7,5; 10; 12,5; 15,0 мл рабочего эталонного раствора, выпаривают и далее выполняют все операции, предусмотренные для окрашивания аликвоты анализируемой вытяжки.
8. При выражении результатов анализа в форме нитрат-ионов NO3- для приготовления запасного эталонного раствора берут 0,1631 г перекристаллизованного и высушенного до постоянной массы при 100-105 °С «х.ч.» KNO3, растворяют в дистиллированной воде, прибавляют 1 мл толуола, доводят дистиллированной водой до объема 1 л и тщательно перемешивают. Раствор содержит 0,1 мг NO3- в 1 мл. Рабочий эталонный раствор готовят разбавлением запасного эталонного раствора в 10 раз, получая раствор с содержанием NO3- 0,01 мг/мл. Рабочий эталонный раствор используют для построения калибровочного графика