Способ определения содержания ионов водорастворимых солей в почве Советский патент 1989 года по МПК G01N33/24 

В отстое с помощью электродной пары, состоящей из стеклянного электрода для измерения активности ионов водорода марки ЭСЛ-43-07 и хлорсе- ребряного электрода сравнения ЭВЛ- 1МЗ, измеряют рН. В этой же части суспензии с помощью натрийселектив- ного электрода марки ЭСЛ-51-07 и электрода сравнения той же марки из- меряют активность иона натрия pNa, а затем активность иона кальция рСа с помощью кальцийселективного электрода ЭИМ-3 и того же электрода сравнения. Измерение активности иона хло- рида рС1 проводят в остатке суспензии в исходной емкости после измерения удельной электрической проводимости. Измерения проводят хлоридселеки т.п. Знание величины рН, удельной электрической проводимости, активности ионов хлорида pCl, натрия pNa и кальция этой связи достаточно для расчета с помощью эмпирических уравнений общей концентрации солей и отдельных ионов, определяемых при анализе водной вытяжки, включая ионы, которые непосредственно не измеряются ионометрическим методом.

Почвенные пробы анализируют на содержание водорастворимых солей стандартными ионометрическими методами. Для установления количественных соотношений между содержанием, ионов водорастворимых солей, определяемых стандартными методами (магния Mg

Изобретение относится к области физико-химических способов исследования почв и может быть использовано для определения содержания ионов водорастворимых солей в почве при проведении почвенного, агрохимического и мелиоративного обследования земельных угодий, контроля за состоянием солевого режима почв, а также при других исследовательских и изыскательских работах. Целью изобретения является повышение производительности и экспрессивности анализа. Способ включает приготовление водной почвенной суспензии, измерение ее удельной электропроводимости, измерение в ней ионнометрическим методом активностей ионов водорода PH, хлорида PCL, натрия PNA, кальция PCA. Определение содержания ионов HCO^-+CO^2-, SO^2-, CL^-, NA⁺, CA²⁺, MG²⁺ в почвенной суспензии производят методом множественного регрессионного анализа с учетом величины удельной электрической проводимости. 13 табл.

тивным электродом ЭМ-С1-01 и электро- JQ карбоната и бикарбоната HCOj + СО 5,

сульфата ионометрическим методом (величина рН, удельная электр ческая проводимость, активности ион хлорида рС1, натрия pNa, кальция

дом сравнения ЭВЛ-1МЗ, на которьй надета электролитическая ячейка, заполненная раствором азотно-кислого калия концентрации 1 моль/дм ,

Величину удельной электрической проводимости водной фазы почвенной суспензии рассчитывают по формуле

L а-С-К,

где L - удельная электрическая про-

водимость, мСм/см; а - измеренная электрическая проводимость суспензии, мСм; С - константа ковдуктометричес-

кой ячейки, К - коэффициент термпера гурной

поправки для приведения элерической проводимости, измеренной при данггой темиерату ре, к 25°С.

Величплу рН находят по шкале прибора, активности ионов pNa, рСа и рС1 - г.о градуировочному графику.

Получены следуюаше результаты: L 0,53 мСм/см; рН 9,06, рС1 3,14; pNa 2,53-, рСа 4,63.

Определение содержания ионов во- дорастЕОримых солей в анализируемой почве основано на след;ующей зависимости. Известно, что концентрации ионов в растворе, полученном при взаимодействии воды с почвой, находятся в определенных соотношениях, определяемых произведениями растворимости карбонатов кальция и магни гипса и других трудиорастворимьо: содинений почвы, константами гидролиза ионов, реакцией ионного обгчена

карбоната и бикарбоната HCOj + СО 5,

сульфата ионометрическим методом (величина рН, удельная электрическая проводимость, активности ионов хлорида рС1, натрия pNa, кальция

рСа )I использован метод множественного регрессионного анализа . В качестве модели взято уравнение с

,pH+b,jlO

ЧрнЬзЬ+Ь Ь

+

+ Ь7а„+ Ъ

bjaj-e + b.

(2)

0

5

0

5

где Y

содержание ионов водорастворимых солей в почве, определенное известным методом в фильтрате водной вытяжки, мг-экв/100 г почвы; коэффициент уравнения регрессии;

активность иона в почвенной суспензии, определяемая ионометрическим методом;

удельная электрическая проводимость, мСм/см; активность иона водорода в почвенной суспензии, увеличенная в 10 раз. Регрессионный анализ проводят с помощью микро-ЭВМ. В процессе регрессионного, анализа в уравнение (1) последовательно включают Т5езависимые переменные - показатели, определяемые в почвенной суспензии, коэффициенты при которых существенны при доверительной вероятности ,95.

Обработка результатов анализа почв различных типов засоления в npv

10- - делах значений рН почвенной суспензии 6,5-9,3 позволяет установить значения коэффициентов в уравнении регрессии в зависимости от величины удельной электропроводности и критерии оценки существенности уравнений (табл.1).

При величине удельной электрической проводимости L почвенной суспензии меньше 1 мСм/см содержание иона X водорастворимой соли( мг-экв) в 100 г почвы рассчитывают по уравнениям {НСо; со-) -0,803-H,23L + 0,166х

,рН- I,23L + )

(4) А -0,803 -« I,23L + 1,

о

где X

(нсоз -fcOj) А + В;

+ 0,166 рН

В 10 (6)

Значения величин А и В могут быть затабулированы, при этом для А - по величинам L и рН, полученным в процессе анализа (табл.2), дпя В - по величинам активностей натрия pNa и хлорида рС1 (табл.3). Путем суммирования двух найденных по табл. 2 и 3 величин А и В по уравнению (4) рассчитывают содержание суммы ионов карбоната и бикарбоната в почве:

Хсе- 0,114 + 0,20L + )

где .- содержание хлорид-иона СГ

мг-экв/100 г почвы. По определенным в процессе анализа значениям L и рС1, пользуясь табл.4, находят содержание хлорид- иона Cl в почве:

Х5о1- -0,228 + 2,76L - + + 3,(8)

где Х t содержание иона сульфата,

мг-экв/100 г почЬы. Содержание иона сульфата в почве рассчитывают по уравнению (8) или находят в табл.5 по величинам L и рС1, определенным в ходе анализа.

No. 0,052+0,771. + 10 -

a,Ji-pNe

где X ,- содержание иона натрия,

мг-экв/100 г почвы. Далее приемы упрощения расчетов аналогичны приемам, описанным для

определения суммы карбоната и бикар- , боната.

Содержание иона натрия в почве рассчитьшают после определения активности ионов натрия, кальция, хлорида и удельной электрической проводимости А 0,052 + 0,77L + 10 , (Ю) В -Ю - ),

А + В.

Величины А и В приведены в табл.6 15 и 7.,,

1 24 - рСе1 ir-pNa .

Х,, 0,518-10 -10 + ,оМв-рСа 2,(12)

20

где X f содержание иона кальция.

-Cq

мг-экв/100 г почвы;

л1Х-0СС4

А ,0,518-10 + 2,34L , (13)

В -,o %ш -

X , А f В . Се

(1А) (15)

Содержание иона кальция в почве рассчитывают по уравнению (12) или после нахождения в табл.8 и 9 значения величин А (по величинам L и активности хлорид-иона рС1) и В (по величинам активностей ионов кальция и натрия) путем их суммирования согласно уравнению (15).

X ,F 0,086+l,18L-10 - -lo - % м

+ 0,91Ь ,(16)

где Х. - содержание иона магния, мг-экв/100 г почвы.

Дпя упрощения расчетов принимают

+

45

г

. А + в

Mf где А 0,086 -- r,18L 0,91L d

- ,(18)

В (19)

Содержание иона магния в почве 5Q рассчитывают по уравнению (16) или после нахождения в табл.10 и 11 значения величин А (по величине удельной электрической проводимости и рС1) и В (по величине активности иона нат- .cg рия путем их суммирования согласно уравнению (17).

При удельной электрической проводимости L почвенной суспензии больше 1 мСм/см основные приемы анализа

и расчета анлогичны, и содержание иона X водорастворимой соли (мг-экв/ ,100 г почвы) рассчитывают по уравнениям

НСО, -2,56-0,08L+0,414 рН +

ч- ;(20)

Х„ 0,160-0,237L lo 4lo - % . 10 - - %10 - %ю ;/ .. 2,)

,38|6,02Ь-Ю,218Ь -10 + ,Q,,,Qt,43-PN«,QA9i- p ,j,,-pC« ,о5,,.)

X. 0,211-10 - + IQi. (23)

X.i,-0,2A7-H.071+0,

+ ,3,«-ipci,oV«-f -io « - -io -

(24)

Хмв- -0,346+5, 34L-0,0458L - 1 - ,Qi,«-pce,Q3,S7-ipc.,Q3,o7.pC, 25)

где X - содержание определяемого

иона водорастворимой соли, мг-экв/100 г почвы;

L - удельная электрическая про- водимость анализируемой почвенной суспензии, мСм/см; р - отрицательный логарифм активности иона водорода рН, натрия .pNa, хлорида рС1 и каль- ция рСа.

Используя уравнения (3)-(25), с помощью микрокалькулятора рассчитывают содержание ионов в исследуемой почве - солонце, упрощенньй расчет осуществляется С помощью табл.2-11.

Содержание суммы ионов карбоната и бакарбоната определяют после подстановки значений в уравнение (3),

получают X -0,803+1,23-0,53+ 1 HCOjfCoi

+0,165-9.06-10 - 1 ,23-0,53 + .,o4,S7-i:,3 -0,803+0,6519+1,504-0,09-0,346+0,,24 мг-экв/100 г почвы.

По значениям величин L и рН (независимые переменные) в табл.2 находят величину А, ранную 1,02, а по значениям величин рС1 и pNa (независимые переменные) в табл.3 находят величину В, равную 0,21. После подстановки значений А и В в уравнение (4) полу-

чают X . - 1,23 мг-экв/100 г поч- нсо,+ со;

вы. 33

0

5

5

i 0

5

Основные приемы определения содержания ионов хлорида, сульфата натрия, кальция и магния аналогичны приемам, описанным для определения суммы карбоната и бакарбоната, с использованием соответствующих уравнений (7)-(9), (12) и (16) или таблиц, составленных на основе этих уравнений. Содержание иона водорастворимой соли в почве, мг-зкв/100 г почвы, по уравнениям и по таблицам составляет соответственно: карбонат+бикарбонат 1,24 и 1,23; хлорид 0,61 и 0,63; сульфат 1,75 и 1,74; натрий 2,35 и 2,38; кальций 0,59 и 0,60; магний 0,53 и 0,53.

Сравнение двух приемов показывает хорошую сходимость результатов и целесообразность использования упрощенного приема расчета содержания ионов водорастворимых солей в почве с использованием предлагаемых таблиц.

В табл.12 приведены сравнительные результаты определения содержания водорастворимых солей в засоленных почвах, отобранных в различных регионах страны, с разным уровнем L (0,38 до 8,79 мСм/см) и с различным, наиболее широко распространенш, химизмом засоления. Сопоставление результатов известного и предлагаемого способов определения ионов водорастворимых солей свидетельствует об их идентичности: в почвах, в составе водорастворимых солей которых преобладают сульфаты (образцы 3,5 и 7), разность между результатами химического (турбидиметрического) метода их определения и предлагаемого способа колеблется в пределах 1,7-10,5%, а с преобладанием хлоридов (образцы 4 и 6) разность между аргентометри- ческим методом Мора и предлагаемым составляет 2,8-8,1%, в почве с содовым засолением (образец 2) разница в величинах щелочности (HCOj + COj) 3%. Сумма анионов отличается от известного способа на 0,8-4,5%, а сумма катионов - на 0,3-3,4%. Достаточная точность определения предлагаемым способом количественного и качественного составов ионов водорастворимых солей позволяет правильно классифицировать засоленные почвы. Основными диагностическими показателями засоленных почв являются общее содержание водорастворимых солей (сумма солей,%), тип и степень засоления. Сумма солей при использовлпии

известного и предлагаемого способов для обследуемых почв различается всего на 0,4-4,5%, тип и степень засоления во всех случаях аналогичны. В табл.13 приведены результаты анализа засоленных почв, сгруппированных по типам засоления (lOl обра-i зец почв, проанализированных известным и предлагаемым способами. Усредненные данные епе меньше различаются между собой и они свидетепьст- вуют о пригодности предлагаемого способа для диагностики засоленных почв

. Таким образом, .предлагаемый способ пригоденодпя экспресс-диагностики засоленных почв, так как позволяет с помощью злектрохимических зкс- пресс-методов и последующих расчетов с достаточной точностью определить катионно-анионный состав водорастворимых солей и на их основании правильно классифицировать почвы по типу и степени засоления. Расчеты содержания солей, соотношения ионов, тип и степень засоления могут быть

а

значительно ускорены при использовании ЭВМ. Последнее значительно повышает зкономическую эффективность предложенного способа.

Формула изобретения

Способ определения содержания ионов водорастворимых солей в почве

включающий приготовление водной почвенной суспензии, измерение ее удель ной электрической проводимости и рН, определение в ней содержания ионов нес- ч- С0|; Cl, Na, Са, Mg

отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и экспрессивности анализа, дополнительно измеряют в почвенной суспензии ионометрич ск им методом актйвнос1 ионов хлорцца рС1, натрия pNa, кальция рСа, а определение содержания ионов нсо + ci, маЛ

Са, Mg производят методом множесг венного регрессивного анализа с уче- том величины удельной электрической проводимости.

ТаОляа 3

19

1492275

20 Продолжение табл.4

Продолжение табл.5

Продолжение табл.5

Продолжение табл.5

29

0,70 0,72 0,74 0,76 0,78 0,80 0,82 0,84 0,86 0,88

U92275

30

Продолжение табл.5

Продолжение табл. 5|

Продолжение табл. 5/

35

492275

36 Продолжение тлбл.5

37

1492275

38 Продолжение табл. 6

Таблица

39

U92275

40

Продолжение табл. 7/

Продолжение табл. 7

Таблица -9

Таблица 10

G л и ц a II

вен

ов, по ого/ спо

100 г:

ей,

23

0,24 - 12,90

6,87 - 8,05

6,61/0,60

15,90/15,64

7,36/7,61

11,82/11,92

6,

4,60/4,47

23,87/23,85 23,24/23,30

1,419/1,424

Таблица 13

8,41

7,82

30

0,44 - 6,89

7,30 - 7,70

0,46/0,58

1,74/1,83

15,17/15,01

6,89/6,81

6,09/6,18

4,08/4,05

17 37/17,42 17,06/17,04

1 ,148/1,150