ОСОБЕННОСТИ АНАЛИЗА ПОЧВ И ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ.

 

Химические инградиенты, которые входят в состав почв и донных отложений с точки зрения их аналитического определения можно разделить на 3 группы. К первой группе принадлежат компоненты, которые составляют основную минеральную часть этих объектов, а также углерод и азот органических соединений. Для их определения твердую пробу необходимо полностью перевести в раствор. Вторую группу инградиентов составляют биологически активные и доступные для растений компоненты, которые извлекают из почв и донных отложений действием определенных растворителей. К третьей группе входят неорганические и органические токсичные вещества, которые являются антропогенными загрязнителями почв и донных отложений. Для определения этих соединений их также переводят в растворенное состояние обработкой специальными растворителями. При этом необходимо учитывать то, что один и тот же инградиент может одновременно входить в разные группы. Например, некоторая часть ионов Са или другого металла (микроэлемента) входит в состав практически нерастворимых в воде соединений, однако другая часть вступает в обмен с другими ионами и переходит в раствор, т.е. является биологически активной формой. Исходя из этого, способ подготовки и обработки проб почв и донных отложений зависит от целей анализа и может привести к получению разных результатов при определении одного и того же инградиента в определенном объекте. Например, валовое содержание многих химических инградиентов в почвах и донных отложениях, как правило, превышает содержание доступных для растений форм этих инградиентов.

 

Отбор проб и их подготовка к анализу

В отличие от природных вод и воздуха химический состав почв и донных отложений является наиболее стабильным во времени и в пространстве, особенно по содержанию в них основных компонентов. Исходя из этого, нет необходимости для определения таких компонентов часто отбирать пробы во многих местах. Однако содержание в почвах и донных отложениях доступных для употребления растениями этих форм является более лабильным и может значительно изменять во времени и пространстве, в частности на различных участках поверхности и на различных глубинах. Поэтому для определения этих компонентов пробы отбирают с большего количества мест на поверхности и с разных глубин. Время отбора проб необходимо согласовать с этапами вегетации сухостойких и водных растений.

Для определения антропогенных загрязнителей пробы почв и донных отложений отбирают в районах наиболее интенсивного загрязнения. Необходимо иметь в виду, что антропогенное загрязнение часто имеет мозаичный характер и поэтому наиболее загрязненные места выявляют специальными исследованиями.

Отобранную для анализа почву высушивают на воздухе на протяжении нескольких суток. Донные отложения отбирают с помощью специальных устройств – грунтоотборников, отделяют от них воду фильтрацией под вакуумом и высушивают на воздухе, как и почвы. Высушивание способствует остановке микробиологических процессов, которые приводят к изменению содержания биогенных элементов и органических соединений. Воздушносухие образцы можно легко просеять через специальные сита при подготовке пробы к анализу. Сухие образцы можно также хорошо перемешать с целью отбора средней пробы. Однако необходимо учитывать, что при высушивании меняется рН, гидролитическая кислотность, содержание закисного железа и доступных для растений соединений азота, фосфора и т.д. Исходя из этого, при специальных исследованиях анализируют свежую отобранную почву или свежие донные отложения.

Подготовка пробы к анализу. Воздушносухую почву или донные отложения массой 600 – 750 г размешивают на чистой бумаге и удаляют корни растений, камни и другие включения. Большие грудки почвы растирают в фарфоровой ступке и перемешивают с основной массой.

Среднюю пробу готовят к анализу способом квартования. Для этого тщательно перемешивают пробу размещают на чистой бумаге в виде квадрата и шпателем делят по диагонали на 4 равные части. Две противоположные части объединяют и из них отбирают пробы для анализа, а др. две высыпают в коробку, закрывают и сберегают для повторных возможных анализов.

Для получения однородных образцов, среднюю пробу перед анализом просеивают сквозь сито с диаметром отв. 0,25 мм. Частички, оставшиеся на сите, растирают в ступке и вновь просеивают. Просеивание через почвенные сита необходимо проводить с закрытой крышкой и открывать ее не раньше чем через 2 – 3 мин. после завершения просеивания, для осаждения пыли и не потерять наиболее активную часть почв и донных отложений – илистая фракция. Такую подготовку средней пробы выполняют для проведения валового анализа. При подготовке почв или донных отложений для получения вытяжки достаточно просеять пробу через сито с диаметром дырок 1 мм.

Для отбора лабораторной пробы просеянную среднюю пробу размешивают на листе чистой бумаги, перемешивают и раскладывают шаром толщиной ~ 0,5 см. Потом делят шпателем на маленькие квадраты и отбирают ложкой или шпателем из каждого квадрата или через один небольшую порцию образца и тщательно перемешивают. Для анализа необходимо отобрать 5 – 6 г мелко растертой и хорошо перемешанной пробы.

 

Основные этапы анализа

Анализ почв и донных отложений включает следующие основные этапы: определение валового состава, катионообменной (поглотительной) емкости, доступных для растений форм азота, фосфора и калия (NPK), микроэлементов, движимых форм кремниевой кислоты и полуторных оксидов, анализ водной вытяжки и определение антропогенных загрязнений.

Валовый анализ включает комплекс определений, которые дают возможность установить элементарный состав почв и донных отложений, т.е. общее содержание в них химических элементов. К этой группе показателей входит также гигроскопическая вода.

Для установления валового состава определяют следующие компоненты: гигроскопическую воду, состав минеральной части, который выражают содержанием SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MnO, CaO, MgO, SO3, P2O5, K2O и Na2O, а также С и N органических соединений. В карбонатных почвах определяют СО2 карбонатов (неорганический углерод). Интегральной характеристикой валового состава почв (ППП), которая характеризует суммарное содержание химически связанной воды, карбонатов и органических соединений, которые разлагаются при высокой температуре.

Определения гигроскопической воды, ППП, С и N, СО2 карбонатов и минеральной части проводят с отдельных навесок.

Компоненты минеральной части почв и донных отложений определяются по схеме.

Калий и натрий определяют из отдельных навесок почв и данных отложений после их разложения и полного растворения смесью фтористоводородной и серной кислот.

 

 

 

 

Катионообменная (поглотительная) способность почв и донных отложений играет важную роль в корневом питании растений. Она включает определение обменных катионов, емкости поглощения, солонцеватости и кислотности.

Основные закономерности ионного обмена почв и донных отложений такие:

а) поглощенный катион можно вытеснить другим катионом;

б) катионный обмен в растворах минеральных солей происходит быстро и в эквивалентных количествах;

в) при повышении (увеличении) концентрации катиона – вытеснителя увеличивается количество вытесненных ионов, но не пропорционально концентрация ионов – вытеснителей;

г) способность почв (донных отложений) поглощать разные катионы увеличивается по мере увеличения величины заряда катиона и его атомной массы: Na₂₃⁺ < (NH₄⁺)₁₈ < K₃₉⁺ < Mg₂₇²⁺ < Ca₄₀²⁺ < Al₂₇³⁺ < Fe₅₉³⁺.

Особенное место в катионообменному ряду занимают ионы водорода, которые поглощаются лучше за другие одно- и двузарядные катионы. Наименьшую энергию сродства имеет ион Na⁺, и поэтому его соли вытесняют из почв и донных отложений меньшее количество обменных катионов, чем соли аммония при одинаковых концентрационных условиях. В результате содержание обменных катионов определяют с использованием аммонийных вытяжек.

Результаты определения катионообменной (поглотительной) способности почв и донных отложений выражает в молях эквивалентов на 100 г образца.

Доступные для употребления растениями N2, Р и К (NРК) характеризуют обеспечение почв и донных отложений основными веществами питания растений. В эту группу входят ионы NН4+, NО3-, NО2- легкогидролизные азотносодержащие органические соединения, водорастворимые фосфаты и ионы К+. Интенсивность употребления этих веществ растениями зависит от многих факторов, среди которых главными являются природа растения – ее биологические особенности и физиологическое состояние, в котором она пребывает во время отбора проб для анализа. В результате этого одноразовый химический анализ почвы или донных отложений не дает возможности надлежащим образом характеризовать их обеспечение питательными веществами. Для этого необходимо проводить анализ почв и донных отложений, а также растений на протяжении всего вегетационного периода.

Результаты определения NРК выражается в мг/100 г сухого образца.

Группу микроэлементов, которые наиболее часто определяют в почвах и донных отложениях составляют такие биометаллы как Mn, Cu, Zn, Co, Mo и В. В зависимость от целей исследования анализ проводят на общее содержание микроэлементов после полного растворения пробы или на содержание движимых, доступных для растений форм элементов в кислотных или буферных вытяжках.

Движимые формы кремниевой кислоты и полуторных оксидов являются важными характеристиками геохимических и биологических процессов при сотворении почв и донных отложений разных типов. Движимые формы Si и Al определяют после обработки проб раствором КОН, а Fe – раствором оксалата аммония при рН 3,2.

Анализ водной вытяжки дают информацию о содержании в почвах водорастворимых веществ. В водных вытяжках из почв определяют те же инградиенты, что и в природных водах – рН, солевые компоненты, биогенные элементы, микроэлементы и С (углерод) органических соединений. Иногда определяют также перманганатную окисленность водных вытяжек.

Антропогенные загрязнители определяют в пробах почв, которые отбирают в районах промышленных, с/х, коммунально-бытовых и транспортных источников загрязнения. Донные отложения отбирают в местах сброса сточных вод и в местах, куда переносятся отложения с течением воды. Особое внимание следует обратить на определения радионуклидов в почвах и донных отложениях вблизи атомных электростанций, в частности после возникновения на них аварийных ситуаций.

При определении веществ, которые сорбируются на поверхности почв и доп. отложений, таких как нефть, нефтепродукты, тяжелые металлы и т.д., пробы для анализа отбирают пошарово на глубинах 0,5 и 20 см массой 0,2 кг. При загрязнении почв и доп. отложений летучими или химически нестойкими соединениями пробы кладут в стеклянные емкости и герметично закрывают. При необходимости сохранения проб сроком около месяца их консервируют, как указано в методике анализа. Из неорганических загрязнений чаще всего определяют такие металлы, как Hg, Pb, Cr, Cn, Ni, Zn, и Mn, а также нитраты, фосфаты, фториды и сульфаты, а из органических - ароматические углеводы (бензин, бензол, стирол, толизол), пестициды и ПАВы. В последнее время в связи с частыми авариями на атомных электростанциях возникла необходимость определять в почвах и донных отложений радионуклиды Sr, Ce, Pu.