СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФОРМ ГУМУСА Российский патент 1994 года по МПК G01N33/24 

Изобретение относится к области почвоведения и агрохимии и может быть использовано в мелиорации, сельском хозяйстве и глиноземном производстве.

Известен способ определения содержания гумуса в почве, а именно метод для определения общего содержания органического углерода, заключающийся в обработке образцов почв хромовой смесью при температуре 140^оС и определении количества хромовой смеси, пошедшей на окисление органических соединений. Основным недостатком данного способа является невозможность учета качественного состава органического вещества, его активных и пассивных форм, без знания соотношения которых трудно оценивать плодородие почв.

Известен способ определения качественного состава органического вещества почв, заключающийся в регистрации спектров ЭПР почв, из которых выбраны сигналы с ζ -факторами 2,002 и 2,003, по соотношению которых судят соответственно о присутствии в почве активных и пассивных форм органического вещества. Активные формы гумуса представляют собой наиболее биохимически реакционно-способные органические соединения, связанные с круговоротом вещества и энергии в почве и в конечном итоге заметно влияют на почвенное плодородие. Пассивные формы гумуса обусловливают физико-химические свойства почв. К числу недостатков данного способа, кроме сложности и высокой стоимости радиоспектрометра ЭПР, относится весьма косвенная оценка качественного состава гумуса, основанная на изменении концентрации двух групп свободных радикалов органических соединений, одна группа считается связана с активной формой гумуса, а другая - с пассивной.

Известны способы определения качественного состава органического вещества почв, заключающиеся в термическом разложении анализируемых образцов с измерением изменения массы образца при достижении определенной температуры. Один способ основан на определении потери массы при нагревании в муфеле при 200^оС и при 500-600^оС, по соотношению потерь масс при разных температурах судят о скорости биохимических превращений гумуса, другой - на определении массы сгоревшего материала при постепенном возрастании температуры от 20. ..25^оС до 1000^оС. Серьезным недостатком данных способов, не принимая во внимание сложность и высокую стоимость аппаратуры для термического анализа, является то, что вместе с термическим разрушением органических веществ происходит разрушение некоторых неорганических минералов, а это искажает реальную картину изменения массы исследуемых образцов почв.

Известен способ определения качественного состава гумуса, наиболее близкий к предлагаемому изобретеню, заключающийся в воздействии окислителем (перманганатом калия) разной концентрации (0,1 н., 0,5 н. и 1,0 н. растворы) на органическое вещество ряда усредненных образцов почвы. Данный способ позволяет оценить фракционный состав в основном активной формы гумуса, то есть наиболее быстро химически разрушаемой части органического вещества почвы.

Недостатком известного способа является узкий диапазон определяемых фракций, а также невысокая информативность о формах гумуса.

Целью изобретения является расширение диапазона определяемых фракций гумуса, а также повышение информативности о качественном составе органического вещества почв.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, заключающемся в воздействии окислителя разной нормальности на ряд усредненных образцов почв, в соответствии с изобретением, в качестве окислителя используют растворы дихромата калия с одинаковой концентрацией и возрастающим окислительным потенциалом.

Сущность изобретения поясняется следующим: при определении фракций активных и пассивных форм гумуса используют окислительную смесь, способную разрушать все органическое вещество почвы (раствор дихромата калия), постепенно увеличивая окислительный потенциал реакционной смеси и выбирая степень дискретизации окислительного потенциала по своему усмотрению, создают такие условия, которые позволяют детально определять не только легко окисляемые, но и трудно окисляемые органические вещества (активную и пассивную формы гумуса).

Сущность предлагаемого изобретения поясняется на фиг.1 и 2.

Количество органического вещества дерново-подзолистой почвы, окисленное известным способом, где по горизонтали (фиг.1) отложены номера фракций (1.. . 4), а по вертикали - относительная величина фракции (в процентах от его общего содержания). Цифрами обозначены фракции: 1 - количество гумуса, окисленного 0,1 н. раствором перманганата калия; 2 - разница между количествами гумуса, окисленного 0,5 н. и 0,1 н. раствором KMnO₄; 3 - разница между количествами гумуса, окисленного 1,0 н. 0,5 н. растворами KMnO₄; 4 - разница между общим содержанием гумуса и количеством гумуса, окисленного 1,0 н. раствором KMnO₄ (неокисленный гумус).

Количество органического вещества дерново-подзолистой почвы, окисленное предложенным способом (фиг.2), где по горизонтали и вертикали те же обозначения, что на фиг.1. Цифрами обозначены фракции, полученные при окислении гумуса растворами дихромата калия одной концентрации, но с возрастающим окислительным потенциалом. Последний 11-й (или 6-й) раствор способен окислять практически все органическое вещество почвы (96-98%). Начиная со второй фракции, приведена разница между последующим и предыдущим результатами определения.

Увеличение окислительного потенциала 0,4 н. раствора дихромата калия обеспечивается возрастанием концентрации серной кислоты (или смеси серной и хлорной кислот) от 0 до 50 об.% с шагом в 5 или 10 об.%, получая 11 или 6 фракций соответственно. Порядок и ход операций соответствуют модифицированному методу И.В.Тюрина. Более дискретное окислительное фракционирование позволяет точнее выделять активные и пассивные формы гумуса, можно определить направление трансформации органического вещества почвы. Так, увеличение пассивных (наиболее трудно окисляемых веществ) форм гумуса свидетельствует о преобладании деструкционных процессов, которые приводят к биохимической и физико-химической инактивации гумуса, что в конечном итоге приведет к снижению плодородия почвы. Поэтому, сравнивая участки, равновеликие по содержанию органического вещества почвы, на том участке урожайность культурных растений следует ожидать выше, на котором больше будет активных форм гумуса в почве при прочих равных условиях.

Изменение аэрогидротермических условий при осушении почв приводит к нарушению соотношения активных и пассивных форм гумуса (табл.1.).

Осушенная почва находится в более окислительных условиях, чем неосушенная, что и вызвало уменьшение наиболее легко окисляемых фракций активного гумуса и относительное увеличение наиболее трудно окисляемых фракций гумуса.

На основе окислительного фракционирования можно судить и о прочности связи органического вещества с минеральной массой (табл.2).

Из данных табл.2 видно, что с утяжелением механического состава почвы происходит увеличение наиболее трудно окисляемых компонентов гумуса, что может свидетельствовать о большем количестве органо-глинистых компонентов.

Примеры конкретной реализации предложенного способа иллюстрируются таблицами 1-3.

Каждая фракция гумуса свидетельствует о наличии тех или иных органических соединений, различающихся по окисляемости. Детальный анализ биохимического состава органического вещества почвы и его сопоставление с данными окислительного фракционирования сделают возможным получение экспресс-информации о наличии интересующих групп органических соединений только на основе окислительного фракционирования. В настоящее время с помощью предлагаемого способа появляется возможность более точного разделения гумуса на активную и пассивную формы.

Принципиальное отличие предлагаемого способа определения форм гумуса от наиболее близкого по техническому решению и используемого в настоящее время способа заключается в том, что проведена замена раствора перманганата калия на более сильный окислитель, каковым является раствор дихромата калия, и более дробное окислительное фракционирование всего количества гумуса.

Изобретение обладает существенными отличиями: при определении фракций активных и пассивных форм гумуса предлагаемым способом вместо определения 4-х фракций (причем на долю последней фракции в известном способе приходится примерно половина всего органического углерода) определяется 6 или 11 фракций, что становится возможным благодаря замене окислителя (на раствор дихромата калия), все вместе взятые перечисленные признаки позволяют достичь положительного эффекта, заключающегося в повышении информативности получаемых результатов и в более строгом определении активных и пассивных форм гумуса, что позволяет судить о состоянии почвы и необходимости принятия мер по ее мелиорации.

П р и м е р. Для анализа был взят образец гумусово-аккумулятивного горизонта серой лесной почвы.

Перед анализом готовились: 0,8 н. водной раствор дихромата калия и серия растворов серной кислоты со следующей концентрацией: 10±1; 20±1; 30±1; 40±1; 50±1; 60±1; 70±1; 80±1 и 90±1 об.%.

Ход анализа.

Для фракционирования одного образца почвы необходимо 11 термостойких колбочек емкостью 50...100 мл или пробирок емкостью 20...50 мл. В каждую из 11 пробирок вносилось фиксированное количество определяемого (усредненного) образца почвы - около 200 мл (см. табл.3). (В зависимости от общего содержания гумуса в почвах, навеска находится в интервале от 100 до 500 мг). После этого в каждую пробирку с навеской почвы приливали по 5 мл 0,8 н. водного раствора дихромата калия; затем в первую пробирку с навеской почвы и с 5 мл 0,8 н. водного раствора дихромата калия добавляют 5 мл дистиллированной воды, во вторую - 5 мл 10±1 об.% раствора серной кислоты (в конечном объеме концентрация серной кислоты в этом случае - 5 об.%), в третью - 5 мл 20±1 об.% раствора серной кислоты (в конечном объеме концентрация серной кислоты - 10 об.%), в четвертую - 5 мл 30±1 об.% раствора серной кислоты (в конечном объеме концентрация серной кислоты - 15 об.%) и так далее по нарастающей концентрации серной кислоты, в одиннадцатую пробирку добавляют 5 мл концентрированной серной кислоты (1,84 г/см³, 98-100%). Во всех случаях (во всех одиннадцати пробирках) конечный объем окисляющей смеси равняется 10 мл, причем концентрация дихромата калия сохранялась одинаковой, соответствующей 0,4 н. Холостая проба готовилась следующим образом: в отдельную пробирку бралось 5 мл 0,8 н. раствора дихромата калия и 5 мл дистиллированной воды. Все пробирки помещали в термостат, нагретый до 140... 150^оС, и выдерживали их в нем в течение 20 мин. Охладив, растворы колориметрировали на ФЭКе (светофильтр оранжевый, можно использовать и красный) с целью выявления количества восстановленных (зеленых) соединений хрома (III). Чем больше восстановилось соединений хрома, тем больше пропорционально окислилось органических соединений, входящих в состав гумуса. Количество окисленных органических соединений определяли с помощью калибровочной кривой.

Калибровочную кривую получали следующим образом:
1) в мерной колбе емкостью 100 мл растворяли 237,5 мг сахарозы (С₁₂Н₂₂О₁₁), в результате получали эталонный раствор, в котором в 1 мл содержится 1 мг органического углерода;
2) брали 5 пробирок (емкостью 50 мл) с навеской дихромата калия по 200±10 мг в каждой и в первую пробирку вносили 1 мл эталонного раствора, во вторую - 2 мл, в третью - 3 мл, в четвертую - 4 мл и в пятую - 5 мл, в первой и четвертой пробирках объем жидкости доводился до 5 мл, для чего в 1-ю пробирку добавлялось 4 мл дистиллированной воды, во 2-ю - 3 мл, в 3-ю - 2 мл и в 4-ю - 1 мл. Затем, после растворения навески дихромата калия, в каждую из пяти этих пробирок добавляли по 5 мл концентрированной серной кислоты (суммарный объем 10 мл);
3) охладив калибровочные растворы, измеряли в них оптические плотности на ФЭКе (светофильтр оранжевый, можно и красный);
4) строили калибровочный график зависимости содержания органического углерода от величины оптической плотности (концентрации восстановленного хрома (III)). Обычно пользуемся переводным коэффициентом (тангенсом угла наклона кривой), в данном случае переводной коэффициент был равен 5,00.

Предлагаемый метод позволяет выделить 11 фракций составляющих гумуса органических веществ, отличающихся друг от друга устойчивостью к окислению. Легче окисляются активные или лабильные формы гумуса, труднее - относительно устойчивые (пассивные) формы гумуса.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа по отношению к базовому объекту, характеризующему мировой уровень техники, в качестве которого в данном случае принят способ определения форм гумуса по окислительному фракционированию перманганатом калия, заключается в том, что существенно расширился диапазон определяемых фракций гумуса, вследствие чего повысились точность определения форм гумуса и информативность о качестве органического вещества почв, что позволяет судить о плодородии и свойствах почв.

Высокая информативность, простота предлагаемого способа позволяют рекомендовать его к внедрению в производственной деятельности для оценки на только гумусового состояния почв агро- и биогеоценозов, но и бокситов.

Использование: изобретение относится к области почвоведения и агрохимии и может быть использовано в мелиорации, сельском хозяйстве и глиноземном производстве. Цель изобретения: расширение диапазона определяемых фракций форм гумуса. Сущность изобретения: в способе, включающем воздействие окислителей разной окисляющей способности на ряд усредненных образцов почв, в качестве окислителей используют растворы дихромата калия с одинаковой концентрацией 0,4 н. в конечном объеме и возрастающей окисляющей способностью, создаваемой за счет использования серии растворов серной кислоты, концентрация которой в конечном объеме составляет 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50 об.%. 2 ил., 3 табл.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФОРМ ГУМУСА, включающий воздействие окислителей разной окисляющей способности на ряд усредненных образцов почв, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона определяемых фракций форм гумуса, в качестве окислителей используют растворы дихромата калия с одинаковой концентрацией 0,4 н в конечном объеме и возрастающей окисляющей способностью, создаваемой за счет использования серии растворов серной кислоты, концентрация которой в конечном объеме составляет 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 45, 50 об.%.