Гумус, его типы

   В обменной форме в почве находятся  ионы: Zn²⁺ , Cu²⁺, Mn ²⁺, Pb²⁺. Почвы, богатые гумусом, прочно связывают металлы, образуя хелаты, в которых металл входит в анионную часть молекул органического вещества. В этом случае металл соединен координационными (гомеополярными) связями и не проявляет себя как катион. Металл так же может обмениваться на катион водорода во вне функциональных группах, т.е в катионную  часть гумусовых кислот ( см. рисунок 5).

   

   Рисунок 5- Один из вариантов нахождения тяжелых  металлов (черные точки) в комплексе  гуминовой кислоты с высокодисперсным глинистым минералом.

   В силу указанных свойств гумусовые  кислоты играют исключительно важную роль в процессах миграции тяжелых металлов, контролируя их геохимические потоки в окружающей среде. По степени влияния гумуса на переход ТМ в сельскохозяйственные культуры из тяжелых металлов можно выстроить нисходящий ряд Cu>Pb>Zn>Cd. 

1.6. Показатели гумусного состояния почв.

     Гумусное  состояние почв характеризуется  большим набором (совокупностью) показателей, отражающих уровни накопления гумуса в почве, его профильное распределение, качественный состав, образование органоминеральных  производных и миграционную способность гумусовых веществ.Важнейшие показатели гумусного состояния почв приведены в приложении таблице1.

      Пределы величин, характеризующие отдельные  уровни, выражаются целыми числами: запас  гумуса в слое 0-20 см считается очень  высоким если его накопление превысило 200 т/га, высоким – при 150-200 т/га, средним- при 100-150 т/га, низким- при 50-100 т/га и очень низким при накоплении гумуса менее 50 т/га [4].В промышленных зонах высокие показатели по гумусу следует считать результатом промышленного загрязнения.

     Увеличению  содержания органического углерода способствуют:

      1. компоненты нефти, попавшие в  почву и сорбированные почвенными  частицами в местах разлива  нефтепродуктов;

      2. региональное загрязнение почв  атмосферными углеводородными выбросами;

      3. выбросы в атмосферу технического углерода – сажи.

     Качество  гумуса оценивается показателем  степени гумификации, показателями группового и фракционного состава  гумуса и природы гуминовых кислот. Степень гумификации оценивается  как доля гумифицированного материала ( гуминовых кислот) в составе органического вещества. Этот показатель несколько условен, т.кгумифицированные компоненты представлены не только гуминовыми кислотами. Степень гумификации считается очень высокой, если более 40% органического вещества представлено гуминовыми кислотами; 100% степень гумификации практически не встречается.

     Тип гумуса оценивается по отношению  С_гк :С_фк , это гуматно-фульфатное отношение, или отношение содержания углерода гуминовых кислот к содержанию углерода фульфокислот. Эта величина безразмерная, и ее можно вычислить по результатам анализа группового состава гумуса независимо от способа его выражения – в %к почве или к общему содержанию гумуса. Отношение С_гк :С_фк  удобно тем, что оно не зависит от общего содержания гумуса в почве, и, следовательно, от ошибок его определения[14].

     Для гуматного и фульфатно-гуматного  типов гумуса характерно преобладание гуминовых кислот над фульфокислотамиС_гк :С_фк> 1.

Фульфатный  и гуматно-фульфатный гумус характеризуется  величиной соотношения  С_гк :С_фк< 1.

     Показатели  фракционного состава гумуса- содержание гуминовых кислот, свободных или  связанных с Са²⁺ ,- характеризуют связь гумусовых веществ с минеральной частью почвы и активность, агрессивность гумусовых веществ.

     Наиболее  удобно и наглядно вычислять содержание каждой фракции в долях (%) от суммы фракций группы веществ.

Различают 3 главные фракции гуминовых кислот, которые сокращенно называют «свободные», «связанные с Са²⁺ », и «прочносвязанные».

Их сумму  принимают за 100%, и по отношению  к сумме вычисляют содержание каждой функции.

     Для прочносвязанных гуминовых кислот обычно не велика: всего 10% от суммы  ГК. Поэтому, если их содержание превышает 20% от суммы ГК, то они уже считаются  высокими [4].

Глава 2. Определение гумуса в почве.

2.1. Определение гумуса почвы по методу И.В. Тюрина.

     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 неизрасходованным после окисления. В качестве окислителя применяют 0,4 н. раствор K2Cr2O7 в серной кислоте, предварительно разбавленной водой в соотношении 1:1. 

Реакция окисления  протекает по следующим уравнениям:

1)  2K₂Cr₂O₇+8H₂SO₄=2K₂SO₄+2Cr₂(SO4)₃+8H₂O+3O₂

2)  3C+3O₂=3CO₂

     Остаток хромовой кислоты, не израсходованной  на окисление, оттитровывают 0,1 н. раствором  соли Мора с индикаторм дифениламином. Титрование солью Мора, представляющей собой двойную соль сернокислого аммония и сернокислой закиси железа – (NH4)2SO4.FeSO4.GH2O, идёт по следующему уравнению:

K₂Cr₂O₇+7H₂SO₄+6FeSO₄=7H₂O+K₂SO₄+Cr₂(SO4)₃+3Fe₂(SO4)₃

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

Для получения  надёжных результатов необходимо обратить внимание:

1) на тщательную подготовку почвы к анализу;

2) на точное соблюдение продолжительности кипячения при окислении органического вещества; само кипение окислительной смеси должно протекать спокойно.

     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 доведённого до воздушно-сухого состояния образца почвы берут среднюю пробу в количестве 50г, 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 с  диаметром отверстий в 1мм, после  чего из неё снова берут среднюю  пробу весом 5г и повторяют  отбор корешков, используя для этого следующий приём. Сухую стеклянную палочку энергично натирают сухой суконной или шерстяной тканью и быстро проводят на высоте около 10см над почвой, распределённой тонким слоем по поверхности восковки или пергаментной бумаги.

     Тонкие  мелкие корешки и полуразложившиеся 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 её натирании. Не следует слишком низко проводить палочкой над поверхностью почвы во избежание выноса из почвы не только органических остатков, но и мелкозёма.

     В процессе отбора корешков надо неоднократно перемешивать почву и вновь распределять её 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 5г. 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.

     Содержание  гумуса определяют по специальной формуле  на основании количества хромовой кислоты, пошедшей на окисление. Анализируемый  материал должен быть тщательно очищен от органических остатков.

     2.2 Проведение анализа

2.2.1 Аппаратура и реактивы

1)Фотоэлектроколориметр.

2)Баня водяная.

3)Весы торзионные с погрешностью не более 1 мг.

4)Пробирки стеклянные термостойкие вместимостью 50 см по ГОСТ 23932.

5)Штатив для пробирок.

6)Бюретка или дозатор для отмеривания 10 мл хромовой смеси.

7)Палочки стеклянные.

8)Цилиндр или дозатор для отмеривания 40 мл воды.

9)Груша резиновая со стеклянной трубкой или устройство для барбатации.

10)Бюретка  вместимостью 50 мл.

11)Колбы мерные вместимостью 50 мл.

  12)Колба коническая вместимостью 1 дм.

   13)Аммоний-железо (II) сернокислый (соль Мора) по ГОСТ 4208 или железо (II) сернокислое 7-водное по ГОСТ 4148.

  14)Калия гидроокись по ГОСТ 24363.

   15)Калий двухромовокислый по ГОСТ 4220.

   16)Калий марганцовокислый, стандарт-титр для приготовления раствора концентрации (KMnO)=0,1 моль/дм (0,1 н.).

   17)Натрий сернистокислый по ГОСТ 195 или натрий сульфит 7-водный по ТУ 6-09 5313.

18)Кислота серная по ГОСТ 4204 концентрированная и раствор концентрации ( HSO)=1 моль/дм.

19)Вода дистиллированная.

20)Фильтры  обеззоленные, синяя лента.

2.4. Проведение анализа

2.4.1. Окисление органического вещества

     Массу пробы почвы или породы для анализа определяют, исходя из предполагаемого содержания органического вещества, по табл.1. 

 

Определение гумуса по методу Тюрина в модификации  ЦИНАО.

ГОСТ 26213 – 84

Растворы готовят согласно ГОСТу (26213 – 84).

Для вычисления коэффициента поправки используют среднее арифметическое результатов трех титрований раствора восстановителя перманганата калия(Конц.0,05N).

K=V1/V,

Где V1 - объем раствора перманганата калия(Конц.0,05N), израсходованного на титрование , мл

V- объем раствора соли Мора, взятый на титрование , мл.

К1=9,8мл/10мл=0,98

К2=9,8мл/10мл=0,98

К3=9,9мл/10мл=0,99

Кср=0,988

  Методика проведения  анализа

Масса почв для анализа 500мг

В стаканы на 50 мл с анализируемыми пробами  и в 9  стаканов  для приготовления растворов  сравнения приливают по 10мл хромовой смеси,  перемешивают стеклянной палочкой и погружают в кипящую водяную баню и выдерживают в ней в течение 1 часа с момента закипания воды . После охлаждения в пробирки с почвами приливают по 40 мл дистиллированной воды, а растворы сравнения и восстановителя готовят по таблице 1.