ПОКАЗАТЕЛИ И МЕТОДЫИЗУЧЕНИЯ ВАЛОВОГО
Валовым анализом почв называют комплекс определений, позволяющих установить валовой или элементный состав почв, т. е. получить представление об общем содержании химических элементов в почве. Изначально валовой анализ был разработан для горных пород и минералов, а позднее был применен для анализа почв при изучении их генезиса и оценки почвенного плодородия. Данные валового состава почв дают возможность проследить изменения в содержании химических элементов по почвенному профилю в сравнении с почвообразующей породой, выявить направление почвообразовательного процесса. Кроме того, результаты валового анализа почв позволяют определить запасы питательных элементов в генетических горизонтах почвенного профиля, используются для уточнения минералогического состава почв. Также, знания элементного состава почв позволяют сделать долгосрочные прогнозы продуктивности агроландшафтов, а также оценить состояние ландшафтов, не затронутых деятельностью человека или изменяющихся в результате техногенеза.
В почвах представлены практически все встречающиеся в природе химические элементы. Наиболее высокое содержание в составе минеральной части почв приходится на долю Si, Al, Fe, Ca, Mg, K, Na, Ti, Mn, S, P. Имен-но эти элементы принято определять при валовом анализе почвы. По абсолютному содержанию (в процентах к массе почвы) все химические элементы подразделяются на несколько групп:
1. Первая группа включает кремний и кислород, содержание которых составляет десятки процентов, а в сумме они могут составлять 80-90 % почвенной массы.
2. Вторая группа включает элементы, содержание которых в почве меняется от целых до десятых долей процентов (Al, Fe, Ca, Mg, K, Na, С). Первые две группы – типичные макроэлементы.
3. Третья группа, переходная к микроэлементам представлена такими элементами как Тi, Mn, N, P, S, их количество в почвах выражается сотыми и
десятыми долями процента.
4. В четвертую группу входят микро- и ультрамикроэлементы, которые содержатся в почвах в количествах от тысячных до миллионных долей процен-тов, т.е. «следы» (Ni, Ва, Cu, Mo, Cr, Cr, В, Li и др.)
Концентрационная группировка составляющих почву химических элементов является наиболее простой. Она наиболее полезна при выявлении роли отдельных элементов в формировании почвенного профиля и удобна для выбора методов химического анализа почв.
По классификации В.М. Гольдшмидта все элементы разделяются на четыре группы: литофильные, халькофильные, сидерофильные и атмофильные. Литофильные элементы отличаются сродством к кислороду и в условиях биосферы образуют минералы типа оксидов, гидроксидов, солей кислородных кислот. К их числу относятся: Si, Тi, S, P, F, CI, Al, Se, Na, K, Ca и др. (всего 54 элемента). Халькофилы склонны образовывать соединения с серой – Cu, Zn, Pb, Cd, Ag, Mn и другие. Сидерофильные элементы растворяются в железных расплавах и дают сплавы с железом: Fe, Ni, Co, P, C, Pt, Au, Mo и др. В группу атмофилов входят элементы земной атмосферы – Н, N, C, О, He, Ne, Ar, Kr, Xe, Cl, Br, I. В особую группу В.М. Гольдшмидт выделил биофильные элементы, то есть те элементы, которые концен-трируются в живых организмах (С, Н, О, N, Р, S, Cl, I и в меньшей степени В, Са, Mg, К, Na, V, Mn, Fe, Cu). Кроме того, при оценке роли отдельных элементов в почвообразовании используют группу элементов, играющих конституционную роль. К данной группе относят элементы, которые входят в структуру решетки минералов, или молекулы тех компонентов, из которых реально складывается масса почвы. В первую очередь это такие элементы как кремний, алюминий и кислород, составляющие основу почвенных силикатов и алюмосиликатов; углерод, водород, азот и кислород – важнейшие компоненты органического вещества.
Валовой химический анализ включает определение гигроскопической влаги, потерь при прокаливании, содержания органического углерода и азота, а также содержания вышеуказанных элементов, входящих в состав минеральной части почв. В некоторых случаях проводят сокращенный анализ и определяют те элементы, которые в процессе почвообразования в наибольшей мере выносятся или накапливаются в почвенном профиле. Валовой химический анализ чаще всего ограничивается следующим набором элементов и включает определение кремния, алюминия, железа, кальция и магния, так как данный анализ достаточно длительный и трудоемкий процесс. При оценке техногенного загрязнения почв набор определяемых элементов зависит от состава загрязняющего вещества.
Результаты определения SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MnO, CaO, Mg3O, SO3, P2O5, K2O, и Na2O выражают количеством оксидов. 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.
Для реального представления о химическом составе минеральной части почвы используют следующие перерасчеты: на бесперегнойную (безгумусную) почву – для устранения маскирующего влияния гумуса на содержание химических элементов, входящих в состав минеральных компонентов почвы; на бескарбонатную почву - устраняют влияние свободных карбонатов на химический состав алюмосиликатной части почвы; на прокаленную почву – это позволяет определить содержание минеральных компонентов в бескарбонатных почвах и наиболее полно выявить изменения в химическом составе минеральной части почв по сравнению с почвообразующей породой.
Существует несколько методов определения валового химического состава почв – химический, спектрофотометрический, атомно-абсорбционный и другие, но поскольку минеральная часть твердой фазы почвы состоит из компонентов, не растворимых ни в кислотах, ни в щелочах, то первым этапом валового анализа является разложение почвенного образца (навески).
Разложение почвы – процесс, в результате которого минералы, входящие в состав почвы, переходят в форму соединений, способных раствориться в воде или кислотах. Способность минералов к разложению определяется их составом и зависит от свойств металлов, входящих в кристаллическую решетку минерала, а также зависит от количества оксида кремния в составе минерала к сумме оксидов металла.
В валовом анализе почв используют методы кислотного разложения, сплавления и спекания. Для разложения почв используют такие минеральные кислоты как HCL, H2SO4, НF, HCLO4, НNO3. Хорошим растворителем считается концентрированная хлорная кислота, но в присутствии органических веществ окислительный процесс может сопровождаться взрывом. При определении элементного состава почв, в частности микроэлементов, используют смесь кислот HCL, H2SO4, НNO3. В тех случаях, когда не требуется определить содержание кремния, применяют смесь фтороводородной (плавиковой) кислоты с серной или азотной кислотами. Недостатком данного метода является то, что при разложении почвы плавиковой кислотой органическое вещество не окисляется и в последующем мешает количественному определению элементов. Поэтому при использовании для разложения почв хлорной или плавиковой кислот почву обычно предварительно прокаливают.
При разложении почв сплавлением используют специальные добавки (плавни) при высокой температуре в расплавленном состоянии. Для сплавления используют щелочные, кислотные, окислительные и восстановительные плавни. Выбор плавня зависит от состава почвы, набора определяемых элементов и используемых методов анализа. Чаще всего в качестве плавня применяют углекислый натрий, углекислый калий и т. д., либо используют смесь карбонатов калия и натрия. Смесь плавится при температуре около 700 0С, т. е. при более низкой температуре, чем температура плавления каждого из компонентов. Сплавление почв с плавнем проводится при температуре около 1000 0С 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. Спекание позволяет проводить разложение почвы при температуре ниже точки плавления, в результате происходит разрыхление кристаллической решетки минералов и диффузия щелочных металлов вглубь решетки кристалла. Чаще всего в качестве плавня используется карбонат натрия.