Определение гумуса почвы по методу И. В. Тюрина в модификации ЦИНАО

Цель занятий:

  • а) контроль знаний методики определения гумуса в почве;
  • б) определение содержания гумуса в образцах почвы по методу Тюрина;
  • в) роль гумуса в плодородии почвы и питании растений.

Значение анализа. Метод И. В. Тюрина основан на окислении органического вещества почвы хромовой кислотой до образования углекислоты. Количество кислорода, израсходованное на окисление органического углерода, определяют по разности между количеством хромовой кислоты, взятой для окисления, и количеством ее, оставшимся не израсходованным после окисления. В качестве окислителя применяют 0,4 н. раствор К2Сг2О7 в серной кислоте, предварительно разбавленный водой в соотношении 1:1.

Реакция окисления протекает по следующим уравнениям:

2Сг2О7 + 8H2SO4 = 2K2SO4 + 2Cr2(SO4)3 + 8Н2О + ЗСО2

ЗС + ЗО2 = ЗСО2

Остаток хромовой кислоты, не израсходованной на окисление, оттитровывают 0,1 н. раствором соли Мора с индикатором дифениламином. Титрование солью Мора, представляющей собой двойную соль сернокислого аммония и сернокислой закиси железа -(NH4)2SO4 FeSO4-6H2O, идет по следующему уравнению:

K2Cr2O7 + 7H2SO4 + 6FeSO4 =

= 7Н2О + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 3Fe2(SO4)8

Полнота окисления органического вещества при соблюдении всех условий метода, указанных ниже, составляет 85-90 % величины окисления методом сухого сжигания (по Густавсону).

Применение сернокислого серебра в качестве катализатора увеличивает полноту окисления до 95 % (Комарова).

Для получения надежных результатов необходимо обратить внимание: 1) на тщательную подготовку почвы к анализу и 2) на точное соблюдение продолжительности кипячения при окислении органического вещества; само кипение окислительной смеси должно протекать спокойно.

Метод дает хорошую сопоставимость параллельных анализов, быстр, не требует специальной аппаратуры (в связи с чем может быть использован и в экспедиционных условиях) и в настоящее время является общепринятым, особенно при проведении массовых анализов.

Подготовка почвы к анализу. При подготовке почвы к анализу на содержание гумуса особое внимание должно быть обращено на удаление из почвы корешков и различных органических остатков растительного и животного происхождения.

Из взятого в поле и доведенного до воздушно-сухого состояния образца почвы берут среднюю пробу в количестве 50 г, тщательно отбирают пинцетом корни и видимые глазом органические остатки (панцири насекомых, семена, угольки и т. д.), раздавливают почвенные комки деревянным пестиком с резиновым наконечником и вновь тщательно отбирают корни, пользуясь при этом лупой. Затем растирают почву в фарфоровой ступке и пропускают через сито диаметром отверстий в 1 мм, после чего из нее снова берут среднюю пробу весом 5 г и повторяют отбор корешков, используя для этого следующий прием. Сухую стеклянную палочку энергично натирают сухой суконной или шерстяной тканью и быстро проводят на высоте около 10 см над почвой, распределенной тонким слоем по поверхности восковки или пергаментной бумаги. Тонкие мелкие корешки и полураз-ложившиеся растительные остатки, которые до этого не удалось отобрать в связи с их малыми размерами, прилипают к поверхности наэлектризованной палочки и таким образом выносятся из почвы. Их снимают с палочки при повторном ее натирании. Не следует слишком низко проводить палочкой над поверхностью почвы во избежание выноса из почвы не только органических остатков, но и мелкозема.

В процессе отбора корешков надо неоднократно перемешивать почву и вновь распределять ее тонким слоем. Операцию следует вести до тех пор, пока на палочке будут обнаруживаться лишь единичные корешки. Чистоту отбора корешков контролируют, помимо того, просмотром почвы в лупу.

По окончании отбора корешков почву снова растирают в фарфоровой, яшмовой или агатовой ступке и пропускают через сито с диаметром отверстий в 0,25 мм. Описанным выше способом должен быть подготовлен весь образец в 5 г. Отбрасывать трудно поддающуюся растиранию часть образца ни в коем случае нельзя.

Почву, подготовленную вышеуказанным образом для анализа, следует хранить в пакетиках из пергаментной бумаги или восковки, либо в пробирках с пробками.

Ход анализа. Навеску воздушно сухой почвы для анализа на гумус берут на аналитических весах. Размер навески зависит от предполагаемого содержания гумуса в почве, причем учитывается тип почвы (чернозем, подзолистая и т. д.) и глубина взятия образца.

При содержании гумуса от 7 до 15 % И. В. Тюрин рекомендует навеску в 0,1 г; при 4-7 % - 0,2 г; при 2-4 % - 0,3 г; меньше 2 % - 0,5 г. В случае песчаных почв с малым содержанием гумуса навеску можно увеличить до 1 г.

При очень высоком содержании гумуса (свыше 15-20 %) его определение по методу Тюрина становится ненадежным, так как не достигается полнота окисления.

Навески лучше брать точные 0,1, 0,2 г, что облегчает в дальнейшем вычисления. Для взятия точных навесок можно пользоваться тарированным часовым стеклом диаметром 2,5-3 см, с которого навеску целиком переносят в колбу для сжигания при помощи маленького шпателя и кисточки для акварельных красок. Определение гумуса по Тюрину одновременно можно вести 20-30 навесками.

Навески помещают в сухие конические колбы на 100 мл из обыкновенного стекла, туда же добавляют на кончике ножа порошкообразное сернокислое серебро. При выполнении массовых анализов сернокислое серебро не применяется. Для возмож ности сравнения получаемых в этом случае результатов с методом сухого сжигания Тюрин И. В. приводит коэффициент 1,17 (1936). Затем в каждую колбу приливают по 10 мл 0,4 н. раствора К2Сг2О7, приготовленного на смеси одной части H2SO4 удельного веса 1,84 и одной части дистиллированной воды.

Раствор бихромата калия следует приливать из бюретки, отмеривая необходимый объем каждый раз от нуля и давая жидкости стекать всегда с одинаковой скоростью. Можно пользоваться также пипеткой, но обязательно снабженной в верхней части предохранительными шариками. Очень удобна в данном случае делительная воронка из тугоплавкого стекла, приспособленная для работы с крепкими кислотами. Пользование такой воронкой намного ускоряет работу и делает ее безопасной.

После приливания раствора К2Сг2О7 в горлышко колбы вставляют воронки диаметром около 4 см, содержимое колб осторожно перемешивают (следя, чтобы почва не прилипала к их стенкам), после чего колбы ставят на уже горячую этернитовую или песчаную электроплитку, или на плитку с обнаженной спиралью, но прикрытую слоем асбеста. Можно пользоваться также газовыми горелками, а в экспедиционных условиях - примусом или керосинкой, помещая нагревательный прибор под песчаную баню (сковорода с прокаленным кварцевым песком).

Содержимое колб доводят до кипения и кипятят ровно 5 минут. Необходимо точно отмечать начало кипения жидкости, не смешивая его с появлением в начале нагревания мелких пузырьков воздуха. Кипение должно быть равномерным и умеренным. Выделение пара из воронки и подпрыгивание последней недопустимы. Сильного кипения следует избегать, чтобы не изменить концентрацию серной кислоты, увеличение которой может вызвать разложение хромовой кислоты. Во избежание слишком бурного кипения, кипячение на плитках с обнаженной спиралью недопустимо. После 5-минутного кипячения колбы с нагревательного прибора снимают, дают им остыть, обмывают воронки над колбами с внутренней и наружной стороны дистиллированной водой из промывалки и содержимое колб количественно переносят в конические колбы на 250 мл, несколько раз тщательно ополаскивая колбу, в которой производилось окисление. Объем жидкости после переноса в колбу на 250 мл должен составлять 100-150 мл. Цвет жидкости - оранжево-желтый или зеленовато-желтый; позеленение ее свидетельствует о недостатке окислителя; анализ в этом случае необходимо повторить, уменьшив навеску

К жидкости прибавляют 8 капель раствора дифениламина, являющегося индикатором, и титруют оставшуюся не израсходованной после окисления органического вещества хромовую кислоту 0,1 н. раствором соли Мора. Индикатор следует вносить непосредственно перед титрованием. Титрование ведут на холоду. Красно-бурая окраска жидкости, появляющаяся после прибавления дифениламина, при титровании раствором соли Мора постепенно переходит в интенсивную синюю, а затем в грязнофиолетовую. С этого момента титрование ведут осторожно, прибавляя соль Мора по одной капле и тщательно перемешивая содержимое колбы. Конец титрования - изменение грязнофиолетовой окраски раствора в бутылочно-зеленую; после некоторого стояния (10-15 минут) окраска жидкости становится зеленой. Появление при титровании ярко-зеленой окраски указывает на избыток соли Мора, т. е. на то, что раствор перетитро-ван, анализ в этом случае необходимо повторить.

Для устранения влияния ионов трехвалентного железа, которое окисляет индикатор и вызывает преждевременное изменение окраски раствора, применяют 85 %-ную ортофосфорную кислоту. Ее вносят в колбу перед титрованием в количестве 2,5 мл; изменение окраски в конце титрования в присутствии фосфорной кислоты очень резкое и вызывается 1-2 каплями раствора соли Мора.

Одновременно с основными анализами в той же последовательности проводят холостой (в трехкратной повторности) для установления соотношения между 10 мл раствора хромовой смеси и раствором соли Мора. Для равномерного кипения жидкости при холостом анализе в колбу перед приливанием раствора хромовой смеси обязательно вносят около 0,1-0,2 г растертых в порошок прокаленных пемзы или почвы. В противном случае происходит неизбежное при кипячении чистого раствора перегревание, могущее вызвать разложение хромовой кислоты. В остальном поступают согласно описанному ходу анализа.

При проведении больших партий анализов на содержание гумуса по методу Тюрина (30-60 анализов единовременно) можно делать перерывы на следующих этапах работы: взятие навесок - один день; окисление, перенос в колбы для титрования и титрование - на другой день. Или, что менее желательно, взятие навесок и окисление проводить в один день, титрование - на следующий. В последнем случае содержимое колб после сжигания должно быть разбавлено и перенесено в колбы для титрования. Титрование холостых анализов в этом случае также должно быть оставлено до следующего дня. Титрование каждой партии необходимо всегда вести при одинаковых условиях освещения (при дневном или электрическом свете).

Вычисление результатов анализа. Количество миллиметров раствора соли Мора, пошедшее на титрование после окисления гумуса навески, отвечает тому количеству хромовой кислоты, которое осталось неизрасходованным в процессе окисления.

И. В. Тюрин указывает, что устойчивые результаты наблюдаются тогда, когда на титрование остатка хромовой кислоты после окисления органического вещества идет не менее 20 мл 0,1 н. раствора соли Мора. Иначе говоря, концентрация СгО3 не должна быть к концу окисления ниже 0,2 н.

Количество соли Мора, отвечающее тому количеству хромовой кислоты, которое пошло на окисление гумуса пробы, определяют вычитанием из результатов холостого титрования результатов титрования после окисления гумуса.

При вычислении содержания органического углерода и гумуса приняты следующие величины: 1 мл 0,1 н. раствора соли Мора соответствует 0,0003 г органического углерода или 0,000517 г гумуса (1 г углерода соответствует 1,724 г гумуса).

Если раствор соли Мора не точно 0,1 н., то вводится соответствующая поправка.

Примеры. Титр соли Мора 0, 10, 50 последовательно, 1 мл этого раствора соответствует:

  • (0,0003 • 0,1050) : 0,1 = 0,000315 г углерода или
  • (0,000517 • 0,1050 • 0,1) : 0,1 = 0,000543 г гумуса.

Формула вычисления содержания гумуса в почве:

Гумус в процентах к воздушно сухой почве = (а - в) • К • 100, где а - количество раствора соли Мора, пошедшее на титро

вание 10 мл 0,4 н. раствора К2Сг2О7 при холостом анализе, мл;

в - количество соли Мора, пошедшее на титрование после окисления гумуса, мл;

(а - в) - количество раствора соли Мора, отвечающее тому количеству, которое израсходовано на окисление гумуса, мл;

К - коэффициент перевода в гумус с внесенной поправкой на нормальность раствора соли Мора;

Если результаты желательно вычислить в углероде, то, вместо коэффициента перевода на гумус, следует поставить величину 0,0003 г с соответствующей поправкой на нормальность раствора соли Мора, т. е.:

0, 0003 (нормальность раствора соли Мора): 0,1

Пример вычисления содержания гумуса в почве:

Титр соли Мора 0,1050 н., следовательно, 1 мл соответствует

0,000517 • 0,1050 : 0,1 = 0,000543 г гумуса.

Между раствором двухромовокислого калия и раствором соли Мора установлено следующее соотношение: на 10 мл хромовой смеси при холостом анализе идет 44,2 мл соли Мора. Навеска почвы 0,2 г. На титрование после окисления гумуса пошло 34,2 мл раствора соли Мора.

Таким образом, на окисление гумуса израсходовано 44,2 - 34,2 = 10,0 мл 0,1050 н. раствора хромовой кислоты.

Содержание гумуса в навеске: 10 • 0,000543 = 0,00543 г. Содержание гумуса в процентах к воздушно сухой почве из пропорции:

  • 0,2 г почвы - 0,00543 г гумуса,
  • 100,0 г почвы - X г гумуса;

X = 0,00543 • 100 : 0,2 = 2,72 %

Для пересчета содержания гумуса в процентах к абсолютно сухой почве определяют влажность в отдельной навеске почвы и в вычисление вводят соответствующий коэффициент.

Для работы удобна следующая форма записи:

Содержание гумуса в почве

№ анализа

№ разреза

Глубина пробы, см

Воздушно-сухая навеска, г

Количество соли Мора, пошедшее на титрование после окисления гумуса, мл

Количество соли Мора, отвечающее количеству хромовой кислоты, израсходованной на окисление гумуса, мл

Гумус, %к воздушно-сухой почве

Холостой анализ на титрование раствора 10 мл 0,4 н. раствора К2Сг2О7 идет 45,0 мл раствора соли Мора 0 ,102 н. (среднее из трех определений), К - коэффициент пересчета на гумус.

Подведение итогов занятия. Сравнивая полученные в агрохимическом анализе данные с группировкой почв (табл. 41), определяется количество гумуса (%) и устанавливается к какой группе по обеспеченности данным элементом относится испытуемый образец.

Таблица 41

Группировка почв по содержанию гумуса

Класс

Обеспеченность

Содержание гумуса, %

1

очень низкая

менее 2,0

2

низкая

2,1-3,0

3

средняя

3,1-4,0

4

повышенная

4,1-5,0

5

высокая

5,1-6,0

6

очень высокая

более 6,0

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ

ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА

ПО МЕТОДУ ТЮРИНА

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >