МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТНОГО (ВАЛОВОГО)

МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТНОГО (ВАЛОВОГО)

СОСТАВА ПОЧВ

Валовым анализом почв называют комплекс определений, позволяющих установить валовой или элементный состав почв, т. е. получить представление об общем содержании химических элементов в почве.

Данные валового состава почв дают возможность проследить изменения в содержании химических элементов по почвенному профилю в сравнении с почвообразующей породой, выявить направление почвообразовательного процесса, т. е. установить генезис почв. Кроме того, результаты валового анализа почв позволяют определить запасы тех или иных элементов в генетических горизонтах почвенного профиля и используются для уточнения минералогического состава почв. В почвах обнаружены почти все элементы периодической системы Д. И. Менделеева. Наиболее высокое содержание в составе минеральной части почв приходится на долю некоторых элементов (табл. далее), и именно их принято определять в валовом анализе почв.

Содержание некоторых элементов в почвах

Химический элемент	Содержание в почве, %
Si	33,0
Al	7,13
Fe	3,80
Ca	1,37
K	1,36
Na	0,63
Mg	0,63
Ti	0,46
Mn	0,085
S	0,085
P	0,08

Валовой анализ включает определение гигроскопической влаги, потерь при прокаливании, содержания органического углерода и азота, а также содержания вышеуказанных элементов, входящих в состав минеральной части почв. Результаты определения выражают количеством оксидов: SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, TiO₂, MnO, CaO, Mg₃O, SO₃, P₂O₅, K₂O, и Na₂O. В карбонатных почвах, кроме того, определяют содержание карбонатов.

Результаты валового химического состава почв чаще всего выражают в процентах различных оксидов. Полученную величину затем пересчитывают на сухую почву, используя коэффициент гигроскопичности. Затем результаты анализа можно пересчитать на прокаленную почву. В некоторых случаях пересчет ведется на бесперегнойную (безгумусную) почву.

Важной характеристикой почв являются молярные соотношения различных оксидов. Их вычисление дает возможность вскрыть относительное перемещение или накопление оксидов SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃ в генетических горизонтах профиля. Чем выше молярное соотношение SiO₂: Al₂O₃, тем ярче выражен процесс подзолообразования. Особое значение имеет молярное соотношение силикатов и оксида алюминия, так как оно способствует определению группы глинистых минералов. Для монтмориллонита это соотношение равно 4 и больше, для бейделита – 3, для каолинита приближается к 2.

В зависимости от целей и задач исследований валовой анализ может быть полным, т. е. включать в себя определение всех вышеперечисленных элементов, или сокращенным. Большое число определений обусловливает длительность и трудоемкость валового анализа. Существует несколько методов определения валового химического состава почв – химический, эмиссионный, нейтронно-активационный, рентген-флуоресцентный и другие.

Химический метод является классическим. Он наиболее точный, и обычно все вышеперечисленные анализы контролируются им. Классический химический метод изучения валового состава почв основан на исследовании растворов, поэтому его начинают с переведения в раствор составных частей почвы или с разложения почв. Процесс разложения состоит в разрушении минералов, входящих в состав почв, и последующем растворении как продуктов разложения минералов, так и других компонентов почв. В валовом анализе почв используют методы кислотного разложения, сплавления и спекания.

Экспериментально была выявлена связь между способностью минералов к разложению и их составом:

1. Минералы тем легче разлагаются кислотами, чем меньше в них доля SiO₂ или чем меньше отношение SiO2 к сумме оксидов металлов.

2. Минералы разлагаются тем легче, чем более основный характер имеет металл, входящий в состав силиката (силикат натрия, например, растворим в воде, силикат кальция легко разлагается кислотами, а на силикат алюминия кислоты почти не действуют).

Так как наибольшая часть массы почвы представлена SiO₂, которая нерастворима в воде и кислотах, для перевода почвы в раствор используют различные плавни. К последним относятся углекислый натрий, углекислый калий. В анализе почв чаще всего используют смесь карбонатов калия и натрия. Эта смесь плавится при температуре около 7000 ⁰С, т. е. при более низкой температуре, чем температура плавления каждого из компонентов (температура плавления Na₂CO₃–8500 ⁰С, K₂CO₃–9930 ⁰С). Сплавление почв с плавнем проводится при температуре около 1000 ⁰ С в платиновых тиглях.

Платиновые тигли применяются при сплавлении почв и для других особо точных анализов, так как они отличаются высокой температурой плавления (1773 ⁰С). Платина обладает очень малой гигроскопичностью, значительной устойчивостью в отношении многих сильнодействующих реактивов. Она хорошо сохраняет массу и сравнительно мало изменяется при нагревании.

Разложение почвы углекислым калием и натрием основано на образовании щелочных солей кремниевой кислоты и других химических элементов. Для разложения почвы на элементы используют способность плавня снижать температуру плавления силикатов, поскольку отдельные минералы, в состав которых входит кремний, плавятся при очень высокой температуре: кварц – 1700⁰ С, мусковит – 1280 ⁰С, ортоклаз – 1215 ⁰С. Горные породы, состоящие из нескольких минералов, плавятся при более низких температурах, а смесь горных пород и почв, смешанных с плавнем, – при еще более низкой температуре.

Из методов инструментального анализа химического состава почв в настоящее время применяются следующие: атомная абсорбция, эмиссионный, полярографический метод, рентгенфлуоресцентный, активационный.

С помощью этих методов в почвах определяется большая группа не только макро-, но и микроэлементов, включая тяжелые металлы. Это особенно важно при оценке уровня загрязнения металлами поверхности и толщи почвенного профиля.