1.7. Пересчеты данных валового анализа

Наряду с различными способами выражения результатов валового анализа существуют и разные способы расчетов экспериментальных данных. Пересчеты, используемые для обработки результатов валового анализа, необходимы для того, чтобы получить реальное представление о химическом составе минеральной части почвы и возможной профильной дифференциации химических элементов.

Различное содержание тех или иных элементов в отдельных генетических горизонтах почвы может быть обусловлено следующими причинами:

1. Неоднородностью почвообразующей породы;

2. Абсолютной аккумуляцией или потерей элемента за счет миграции его соединений в почвенном профиле;

3. Относительным накоплением или потерей элемента вследствие увеличения или уменьшения содержания других химических элементов.

Оценка влияния неоднородности почвообразующей породы на химический состав почвы – очень сложная проблема, требующая применения специальных приемов для ее решения. Чаще всего возникает необходимость отличить абсолютное накопление (потерю) того или иного химического элемента от относительного.

Кажущееся обеднение генетического горизонта каким-либо элементом (относительная потеря) часто наблюдается при аккумуляции в нем гумуса, карбонатов, гипса, легкорастворимых солей. Так, если в гумусовом горизонте содержится большое количество органического вещества, то доля минеральных компонентов (Si, Al и др.) окажется пониженной, если выразить валовой состав в молях или процентах от массы почвы. В нижележащих горизонтах по мере уменьшения содержания гумуса доля этих компонентов будет возрастать, что может повлечь за собой предположение о миграционном перемещении их по почвенному профилю, которого на самом деле не происходит. Чтобы избежать неверных выводов, используют различные пересчеты результатов валового анализа.

Исходные данные валового анализа получают в % от массы сухой почвы (высушенной при 105^оС). Пересчет на сухую почву необходим для того, чтобы сопоставление химического состава почв проводилось в определенном стандартном состоянии.

Воздушно-сухая почва (высушенная на воздухе) всегда содержит некоторое количество гигроскопической влаги, содержание которой в разных почвах и даже в разных горизонтах одной почвы неодинаково, и, кроме того, это величина переменная, зависящая от условий хранения образца и влажности воздуха в лаборатории. Поэтому, результаты, вычисленные в % от массы воздушно-сухой почвы не сопоставимы между собой. Чтобы получить объективную информацию необходимо исключить содержание гигроскопической воды, т.е. выполнить пересчет результатов анализа на абсолютно сухую почву. Для этого содержание определяемого элемента умножают на коэффициент:

где H₂O – содержание гигроскопической воды в почве, %.

В дальнейшем, в зависимости от решаемой задачи, результаты валового анализа (в %, от массы абсолютно сухой почвы) пересчитывают тем или иным способом.

Пересчеты результатов, применяемые в валовом анализе, очень разнообразны. Наиболее часто используются следующие пересчеты:

на безгумусную почву;

на бескарбонатную почву;

на прокаленную почву;

на прокаленную бескарбонатную почву.

Пересчет на безгумусную почву. Этот пересчет иногда называют пересчетом на минеральную часть или минеральное вещество почвы. С его помощью устраняют маскирующее влияние гумуса на содержание химических элементов, входящих в состав минеральных компонентов почвы. Пересчет результатов валового анализа на безгумусную почву производят, умножая содержание определяемого оксида на соответствующий коэффициент:

где %гумуса – содержание гумуса в %.

Пример пересчета. Содержание гумуса в горизонте А выщелоченного тяжелосуглинистого чернозема равно 8,55%, содержание оксидов в % от массы сухой почвы следующее: SiO₂ – 66,46; Al₂O₃ – 10,96; Fe₂O₃ – 3,29. Коэффициент пересчета на безгумусную почву равен К = 100 : (100-8,55) = 1,094. Содержание оксидов в пересчете на безгумусную почву будет следующим: SiO₂ – 66,46 ∙ 1,094 = 72,71%; Al₂O₃ – 10,96 ∙ 1,094 = 11,99%; Fe₂O₃ – 3,29 ∙ 1,094 = 3,60%.

Пересчет на бескарбонатную почву. В этом случае с помощью пересчета устраняют влияние свободных карбонатов на химический состав алюмосиликатный части почвы. Производят пересчет результатов валового анализа на бескарбонатную почву с помощью коэффициента:

где %СаСО₃ – содержание карбонатов в %.

Данный коэффициент используют вследствие того, что карбонаты почвы представлены преимущественно карбонатом кальция. Общее количество CaCO₃ в почве находят по содержанию СО₂ карбонатов. Для этого определенное экспериментально количество СО₂ умножают на коэффициент 2,274, исходя из следующего соотношения:

На пересчетный коэффициент (К) умножают содержание всех оксидов, за исключением CaO, поскольку его количество соответствует сумме некарбонатного (силикатного) и карбонатного СаО. Количество карбонатного СаО находят умножая процентное содержание СО₂ карбонатов на коэффициент 1,274, вытекающий из следующего соотношения:

Содержание силикатного СаО находят по разнице между общим количеством СаО и содержанием карбонатного оксида кальция:

СаО = СаО – СаО

силикатный общий карбонатный

Найденное количество силикатного СаО умножают на пересчетный коэффициент (К) и узнают его содержание в бескарбонатной почве.

Пример пересчета. Содержание СО₂ карбонатов в горизонте В₁ обыкновенного тяжелосуглинистого чернозема в расчете на массу сухой почвы равно 6,00%, SiO₂ – 56,39%, Al₂O₃ – 11,95%, Fe₂O₃ – 4,92%, CaO – 8,52%.

Содержание СаСО₃ составило 6,00 ∙ 2,274 = 13,64%. Коэффициент пересчета на бескарбонатную почву равен:

Содержание оксидов от массы бескарбонатной почвы составит: SiO₂ – 56,39 ∙ 1,16 = 65,41%, Al₂O₃ – 11,95 ∙ 1,16 = 13,86%, Fe₂O₃ – 4,92 ∙ 1,16 = 5,71%.

На долю карбонатного оксида кальция приходится 6,00 ∙ 1,274=7,64%, а на силикатный СаО – 8,52-7,64 = 0,88%. Отсюда содержание силикатного СаО от массы бескарбонатной почвы равно 0,88 ∙ 1,16=1,02%.

Пересчет на прокаленную почву. В бескарбонатных почвах этот пересчет является одновременно пересчетом на безгумусную и безводную навеску, поскольку в величину потери при прокаливании (п.п.) этих почв входят гумус и химически связанная вода. Пересчет на прокаленную навеску позволяет наиболее точно определить содержание минеральных компонентов в бескарбонатных почвах и наиболее полно выявить изменения в химическом составе минеральной части почв по сравнению с почвообразующей породой. Производят пересчет результатов валового анализа на прокаленную почву путем умножением процентного содержания оксидов на коэффициент:

где %п.п. – потери при прокаливании в %.

Пример пересчета. Потеря при прокаливании в горизонте А₁ темно-серой лесной почвы равна 9,13%, содержание SiO₂ – 72,75%, Al₂O₃ – 10,09%, Fe₂O₃ – 2,32%. Коэффициент пересчета . В пересчете на прокаленную почву содержание оксидов составило:SiO₂ – 72,75 ∙ 1,10 = 80,03%, Al₂O₃ – 10,09 ∙ 1,10 = 11,10%, Fe₂O₃ – 2,32 ∙ 1,10 = 2,55%.

Пересчет на прокаленную и бескарбонатную почву. Использование данного пересчета дает возможность наиболее объективно охарактеризовать особенности химического состава минеральной части почв, содержащих свободные карбонаты. Поскольку СО₂ входит в величину потери при прокаливании коэффициент пересчета результатов валового анализа на прокаленную и бескарбонатную почву равен:

где %п.п. – потери при прокаливании в %; %СаО_карб – содержание оксида кальция карбонатов в %.

Пример пересчета. В горизонте В_к светло-каштановой почвы содержание СО₂ карбонатов составило 2,71%, потеря при прокаливании равна 6,86%, содержание оксидов от массы сухой почвы равно: SiO₂ – 65,61%, Al₂O₃ – 13,58%, Fe₂O₃ – 3,21%, СаО – 4,13%.

На долю СаО_карб приходится 2,71 ∙ 1,274 = 3,45%. Сумма %п.п. + %СаО_карб. будет равна 6,86+3,45=10,31%. Подставив эту величину в формулу для расчета коэффициента пересчета, получаем:

Умножая на этот коэффициент содержание всех оксидов за исключением СаО, находят их содержание в пересчете на прокаленную и бескарбонатную почву: SiO₂ – 65,61 ∙ 1,12=73,48%, Al₂O₃ – 13,58 ∙ 1,12=15,21%, Fe₂O₃ – 3,21 ∙ 1,12=3,60%. Количество оксида СаО найденное по результатам валового анализа учитывает общее количество кальция – силикатного (СаО_сил) карбонатного (СаО_карб).

Чтобы найти содержание силикатного СаО_сил из общего количества СаО_общ вычитают количество карбонатного СаО_карб. СаО_сил = 4,13-3,45 = 0,68%. Умножив полученную величину на пересчетный коэффициент, находим содержание силикатного СаО в пересчете на прокаленную и бескарбонатную почву: СаО_сил = 0,68 ∙ 1,12 = 0,76%.

При валовом анализе засоленных почв наряду с рассмотренными выше пересчетами используют пересчеты на бессолевую и безгипсовую почву.

Пересчет на безгумусную и бессолевую почву. Использование данного пересчета позволяет наиболее объективно охарактеризовать химический состав минеральной части почв, в которых происходит аккумуляция легкорастворимых солей. Пересчет результатов валового анализа производят с помощью коэффициента:

где %гумуса – содержание гумуса в %; % сухого остатка – содержание сухого остатка по данным водной вытяжки в %.

Пример пересчета. В горизонте В₁ светло-каштановой почвы содержание гумуса составило 0,95%, величина сухого остатка равна 0,84%, содержание оксидов было следующим: SiO₂ – 68,15%, Al₂O₃ – 8,65, Fe₂O₃ – 3,05%, CaO – 1,85%, MgO – 1,05%. Содержание водорастворимых CaO и MgO 0,05 и 0,15% соответственно. Коэффициент пересчета на безгумусную и бессолевую почву равен:

Умножая на этот коэффициент содержание всех оксидов кроме CaO и MgO, находят их количество в пересчете на безгумусную и бессолевую почву: SiO2 – 68,15 ∙ 1,018 = 69,38%, Al₂O₃ – 8,65 ∙ 1,018 = 8,81%, Fe₂O₃ – 3,05 ∙ 1,018 = 3,11%. Чтобы определить количество силикатных CaO_сил и MgO_сил необходимо из их количеств найденных в валовом анализе вычесть содержание водорастворимых СaO_вод и MgO_вод определенных при анализе водной вытяжки. CaO_сил – 1,85 – 0,05 = 1,80%, MgO_сил – 1,05 – 0,15 = 0,90%. После этого умножают количество силикатных оксидов кальция и магния на пересчетный коэффициент и находят их содержание в безгумусной и бессолевой почве: CaO_сил – 1,80 ∙ 1,018 = 1,83%, MgO_сил – 0,90 ∙ 1,018 = 0,92%.

Пересчет на безгумусную и безгипсовую почву. Использование данного пересчета позволяет наиболее объективно охарактеризовать минеральную часть почв, в которых происходит аккумуляция гипса (CaSO₄ ∙ 2H₂O). Для пересчета результатов валового анализа используют следующий коэффициент:

где %гумуса – содержание гумуса, %; % CaSO₄ ∙ 2H₂O – содержание гипса, %.

Пример пересчета. В горизонте В₂ каштановой почвы содержание гумуса составило 0,75%, содержание гипса 3,25%, содержание оксидов по данным валового анализа оказалось следующим: SiO₂ – 68,36%, Al₂O₃ – 7,15%, Fe₂O₃ – 4,68%, CaO – 2,92%. Коэффициент пересчета на безгумусную и безгипсовую почву составил:

На этот коэффициент умножают содержание всех оксидов за исключение СаО и находят их количество в пересчете на безгумусную и безгипсовую почву: SiO₂ – 68,36 ∙ 1,042 = 71,23%, Al₂O₃ – 7,15 ∙ 1,042 = 7,45%, Fe₂O₃ – 4,68 ∙ 1,042 = 4,88%.

Содержание СаО полученное по результатам валового анализа (СаО_общ) соответствует сумме силикатного СаО (СаО_сил) и СаО гипса (СаО_гипса). Находят количество СаО гипса, умножая содержание гипса на коэффициент 0,326 исходя из следующего соотношения:

СаО_гипса = 3,25 ∙ 0,326 = 1,06%. Количество силикатного СаО равно: СаО_сил = СаО_общ – СаО_гипса = 2,92 – 1,06 = 1,86%. Содержание силикатного СаО в пересчете на безгумусную и безгипсовую почву составит: СаО_сил = 1,86 ∙ 1,042 = 1,94%.

Пересчет на безгумусную, бескарбонатную, безгипсовую, безсолевую почву. В засоленных почвах обычно одновременно аккумулируются легкорастворимые соли, гипс и карбонаты. В этом случае результаты валового анализа пересчитывают на безгумусную, бескарбонатную, безгипсовую, бессолевую почву с использованием следующего коэффициента:

где %гумуса – содержание гумуса в %; %СаСО₃ – содержание карбонатов в %; %CaSO₄ ∙ 2H₂O – содержание гипса в %; %сухого остатка – содержание сухого остатка по данным водной вытяжки в %.

Пример пересчета. Содержание гумуса в горизонте В₂ солонца составило 1,15%, СО₂ карбонатов – 1,55%, CaSO₄ ∙ 2H₂O – 0,85%, величина сухого остатка – 0,65%, водорастворимого СаО – 0,06%, водорастворимого MgO – 0,45%. По данным валового анализа содержание оксидов составило: SiO₂ – 66,6%, Al₂O₃ – 11,97%, Fe₂O₃ – 6,35%, CaO – 3,68%, MgO – 1,97%. Содержание СаСО₃ будет равно: 1,55 ∙ 2,274 = 3,53%. Коэффициент пересчета на безгумусную, бескарбонатную, безгипсовую, бессолевую почву равен:

На этот коэффициент умножают содержание всех оксидов кроме СаО и MgO и находят их содержание в пересчете на силикатную часть почвы: SiO₂ – 66,6 ∙ 1,066 = 71,0%, Al₂O₃ – 11,97 ∙ 1,066 = 12,76%, Fe₂O₃ – 6,35 ∙ 1,066 = 6,77%. Валовое содержание кальция (СаО_общ) включает силикатный кальций (СаО_сил), кальций карбонатов (СаО_карб), кальций гипса (СаО_гипса) и водорастворимый кальций (СаО_вод). Содержание силикатного кальция будет равно СаО_сил = СаО_общ – (СаО_карб + СаО_гипса + СаО_вод). Используя пересчетные коэффициенты, находим содержание оксидов кальция карбонатов и гипса.

СаО_карб = 1,55∙ 1,274 = 1,96%. СаО_гипса = 0,86 ∙ 0,326 = 0,28%. Теперь находим количество силикатного кальция. СаО_сил = 3,68 – (1,96 + 0,28 + 0,06) = 1,38%. Количество силикатного магния равно MgO_сил = MgO_общ – MgO_вод = 1,97 – 0,45 = 1,52%. В пересчете на силикатную часть почвы содержание оксидов кальция и магния составит: СаО – 1,38 ∙ 1,066 = 1,47%, MgО – 1,52 ∙ 1,066 = 1,62%.