ПОДГОТОВКА ПОЧВЫК ХИМИЧЕСКОМУ АНАЛИЗУ
Особенности полевого отбора почвенных образцов
Отбор почвенных образцов определяется целями исследований и является ответственным этапом полевых работ. Из свежих почвенных образцов по возможности тщательно отбирают корни и другие растительные остатки. Поскольку, высохнув вместе с почвой, эти остатки становятся хрупкими, легко крошатся, и их полное удаление становится невозможным, особенно в случае сильно затвердевающих почв тяжелого гранулометрического состава.
После отбора растительных остатков почвенные образцы высушивают в хорошо проветриваемых помещениях, в специальных сушильных камерах с подогревом воздуха не выше 40°С или в тени на воздухе, прикрыв пробы бумагой. Принято считать, что высушивание в значительной мере препятствует изменению почвенных проб под влиянием биохимических процессов. В состоянии естественной влажности почвы анализируют в тех случаях, когда оценивают свойства, которые изменяются в зависимости от влажности. Во влажных образцах определяют, например, содержание нитритов и двухвалентного железа. При высыхании почв и увеличении окислительно-восстановительного потенциала эти компоненты окисляются, нитриты переходят в нитраты, а двухвалентное железо - в трехвалентное. В некоторых странах вместо высушивания почвенные пробы замораживают и хранят при температуре -20°С.
В связи с тем, что анализу, как правило, подвергают лишь малую часть почвенного образца, взятого при полевых изысканиях, рассмотрим вопросы, связанные с отбором средней лабораторной и аналитических проб из почвенного образца, который можно рассматривать как первичную почвенную пробу.
Лабораторная, аналитическая пробы. Представительность почвенных проб
Взятая для анализа первичная почвенная проба, как отмечалось выше, неоднородна по составу. Тем не менее, состав отдельных подготовленных к анализу почвенных проб и навесок должен соответствовать среднему составу первичной почвенной пробы. Другими словами, лабораторные почвенные пробы и навески должны быть представительными, или репрезентативными. Анализ бессмыслен, если состав навески не соответствует составу почвенной пробы в целом. Неправильное составление лабораторной пробы может обесценить любой, даже выполненный самым тщательным образом, анализ. Чтобы навески были представительными, из первичной почвенной пробы берут среднюю лабораторную пробу и аналитические пробы для конкретных видов анализа. Аналитические пробы составляют из большого числа порций средней лабораторной почвенной пробы, взятых произвольно из разных ее участков. Однако даже в тех случаях, когда аналитические пробы составляются грамотно, то есть из большого числа порций средней лабораторной пробы, они никогда не имеют точно такого же состава, как почвенная проба в целом.
Ошибки, обусловленные отбором аналитических проб и навесок, называют ошибками представительности, или репрезентативности. Эти ошибки могут быть оценены статистически. Статистические методы позволяют рассчитать минимальное количество частиц, которое должно содержаться во взятой для анализа навеске, чтобы состав навески в должной мере соответствовал составу всей пробы. Однако, если объект анализа состоит из частиц различного диаметра с различной концентрацией определяемого компонента, расчет количества частиц или минимальной навески для достижения заданной точности анализа требует знания столь многих предварительных данных, что проведение этого строгого расчета становится практически нецелесообразным. Именно к таким объектам анализа относится почва.
Тем не менее, в общей форме можно утверждать, что ошибка представительности возрастает с ростом размера частиц и с уменьшением массы навески. Высокая степень измельчения почвы требуется, когда анализируемая навеска мала. Например, гумус определяют в навесках, массы которых соответствуют десятым долям грамма. Это связано с условиями проведения анализа. В то же время для определения обменной и гидролитической кислотности используют навески, масса которых составляет десятки граммов. Поэтому при определении гумуса аналитическую почвенную пробу принято измельчать таким образом, чтобы диаметр частиц не превышал 0,25 мм. А размер почвенных частиц в аналитической пробе для определения кислотности может быть большим, но не должен превышать 1—2 мм. В руководстве «Physical and chemical methods of soil and water analysis» (FAO,1984) при анализе навесок массой менее 5 г рекомендуется измельчать почву таким образом, чтобы диаметр частиц не превышал 0,5 мм, при навесках 5 г и более можно анализировать почвенные пробы с диаметром частиц до 2 мм.
Средняя лабораторная проба. Отбор средней лабораторной пробы проводят методом квартования. При большом объеме первичной почвенной пробы квартование может быть проведено несколько раз. При квартовании первичную почвенную пробу помещают на лист чистой бумаги и удаляют крупные корни, включения, новообразования. Для того чтобы средняя проба была более представительной, крупные почвенные агрегаты измельчают пестиком с резиновым наконечником непосредственно на бумаге или при плотном сложении в фарфоровой ступке до размера 5-7 мм. Затем почву перемешивают, распределяют на бумаге ровным слоем или придают ей форму усеченного конуса и делят шпателем по диагонали на четыре равные части. Две противоположно расположенные части высыпают в картонную коробку для хранения, а из оставшейся на бумаге средней лабораторной почвенной пробы берут аналитические пробы для различных видов анализа.
Аналитическая проба для определения углерода и азота. Среднюю лабораторную почвенную пробу равномерно распределяют на бумаге слоем мощностью около 5 мм. Крупные структурные агрегаты или отдельности предварительно измельчают шпателем на бумаге или пестиком в ступке. Затем почву распределяют по бумаге и делят на квадраты со стороной 3-4 см, проводя шпателем вертикальные и горизонтальные линии. Из каждого квадрата на всю глубину слоя берут с помощью шпателя небольшое количество почвы и помещают ее в пакетик из кальки. Масса почвенной пробы должна быть не меньше 7-10 г. Если она окажется меньшей, то среднюю лабораторную пробу на бумаге перемешивают, снова делят на квадраты и берут дополнительное количество почвы в пакетик. Из взятой аналитической пробы почвы тщательно удаляют корни и другие органические остатки. Их отбирают пинцетом, просматривая почву под лупой. Чтобы корни не остались внутри структурных отдельностей, последние разрушают шпателем или пестиком.
Для отбора органических остатков можно использовать наэлектризованную стеклянную палочку. Для этого палочкой, натертой куском шерстяной ткани, проводят на расстоянии нескольких сантиметров от слоя почвы. При этом органические остатки прилипают к палочке и удаляются из почвы. Палочку нельзя подносить близко к почве, так как в этом случае вместе с корешками к ней могут притягиваться и тонкодисперсные частицы почвы.
После отбора органических остатков почву просеивают через сито с отверстиями диаметром 0,25 мм. Оставшуюся на сите почву снова переносят в ступку, растирают и просеивают. Операцию повторяют до тех пор, пока все частицы не пройдут через отверстия сита. Измельчению подвергают лишь мелкозем, то есть частицы почвы, диаметр которых не превышает 1 мм. Аналитические почвенные пробы хранят в пакетиках из кальки.
Аналитическая проба для определения рН, обменных катионов, легкорастворимых солей и других анализов. Оставшуюся часть средней лабораторной почвенной пробы измельчают с помощью специальных устройств для размола почвенных проб или в фарфоровой ступке с помощью пестика с резиновым наконечником и просеивают через сито с отверстиями диаметром 1 или 2 мм. Таким образом, отделяют мелкозем от скелета почвы - элементарных частиц, представленных обломками пород и минералов, диаметр которых превышает 1 мм. Растирание и просеивание повторяют до тех пор, пока на сите не будут оставаться только частицы скелета почвы. Из подготовленной таким образом почвы проводят определение рН, обменных катионов, кислотности, и легкорастворимых солей.
Почвенные пробы хранят в банках с притертой пробкой, коробках или пакетиках. Воздух помещений, в которых хранят почвенные пробы, не должен содержать кислот и аммиака. Почвенные пробы никогда не хранят в химических лабораториях.
Аналитическая проба для валового анализа почв. Почву, просеянную через сито с отверстиями диаметром 1-2 мм, распределяют равномерно на листе бумаги, делят на квадраты и составляют еще одну аналитическую пробу массой 5-7 г. Она предназначена для проведения валового анализа. Почву небольшими порциями растирают в агатовой, халцедоновой или яшмовой ступке до состояния пудры (в этом состоянии почва не царапает кожу). Яшма, халцедон, агат обладают высокой твердостью, поэтому ступки из этих материалов используют для растирания почв. Однако они очень хрупкие и требуют осторожного обращения. Нельзя, например, очищать пестик от почвы постукиванием о края ступки. Выбирая способ измельчения почвенной пробы, нужно иметь в виду возможность попадания химических элементов из материала ступки или другого растирочного аппарата в почвенную пробу. Так, при определении микроэлементов не рекомендуется растирать почву в яшмовых ступках. Яшма содержит медь и может произойти загрязнение почвенной пробы этим элементом.
Подготовленные аналитические пробы для валового анализа хранят в пакетиках из кальки. Пакеты, коробки, банки, в которых хранятся почвенные пробы, должны быть подписаны и снабжены этикетками.