Метод Кноппа-Сабанина
Он основан на мокром озолении органического вещества серно-кислым раствором бихромата калия при нагревании. В результате взаимодействия по-чвы с бихроматом калия углерод органического вещества также превращается в CO2, а Cr2O72- – в Cr 3+.
Для выполнения анализа почву помещают в колбу и нагревают на плитке. Образующуюся при окислении гумуса углекислоту поглощают трубками, заполненными аскаритом, хлоридом кальция или другим поглощающим материалом. Для того, чтобы CO2 был полностью вытеснен из всех частей прибора и поглощен сорбентом через прибор 40–60 мин прогоняют воздух, лишенный CO2. При мокром озолении в карбонатных почвах бихромат способен вытеснять CO2 из карбонатов. Поэтому, проводя анализ в карбонатных почвах, необходимо разрушить в них минеральные карбонаты с помощью разбавленной серной кислоты 1:1 и после этого проводить окислние гумуса. При расчете гравиметрических методов содержание углерода рассчитывают по формуле. Для вычисления содержания гумуса величину процентного содержания углерода умножают на коэффициент 1,724. Данный коэффициент был выведен в 1864 г. на основании имеющихся тогда сведений о том, что в гумусе содержится 58 % углерода (100/58=1,724). В настоящее время известно, что содержание углерода в гумусе колеблется в широких пределах. В. В. Понамарева и Т. А. Плотникова предлагают принимать для расчета коэффициент 2 (100/50). К. К. Гедройц считал более правильным в данном анализе рассчитывать не количество гумуса, а количество углерода в почве.
Гравиметрические методы определения углерода наиболее точны. При сухом озолении происходит полное разложение органического вещества, независимо от их типа. Но эти методы сложны и трудоемки, кроме того, их нельзя использовать для анализа карбонатных почв. Минеральный углерод, входящий в состав карбонатов, будет искажать данные.
Газоволюметрические методы основаны на измерении объема углекислого газа, выделившегося при озолении гумуса и определении количества углерода по объему CO2. Вычисления проводят с учетом температуры и давления, при котором происходит озоление. Для анализа карбонатных почв неприемлемы.
Титрометрические методы также используются для определения CO2, выделившегося при озолении гумуса. В этом случае CO2 поглощается KOH с образованием K2CO3.
Косвенные методы определения органического углерода
При мокром озолении органического вещества почв раствором бихромата калия K2Cr2O7 углерод можно определить не только по количеству образовавшейся угольной кислоты, но и косвенно – титрометрическими и фотометрическими методами. В титрометрическом методе о содержании углерода судят по количеству непрореагировавшего с почвой Cr2O7, в фотометрическом – по количеству образовавшегося в процессе реакции Cr 3+.
Наиболее широко известный косвенный метод определения гумуса – метод Тюрина. Анализ сводится к следующему: к навеске почвы приливают строго определенное количество бихромата калия, смесь кипятят, в результате происходит окисление органического вещества. Если рассматривать только окисление углерода, то реакцию можно выразить следующим уравнением:
3C+2K2Cr2O7+8H2SO4 → 3CO2 + 2K2SO4 + 2Cr2 (SO4)3 + 8H2O
Затем непрореагировавший остаток Cr2O72 титруют солью Мора (раствор сульфата железа). Реакция проходит по уравнению:
K2Cr2O7 + 6FeSO4 +7H2SO4 →Cr2 (SO4)2 +3Fe2 (SO4)3 +K2SO4 +7H2O
Сравнение результатов определения органического углерода различными методами показало, что при выполнении анализа по методу Тюрина органическое вещество окисляется не полностью. Результаты, полученные по методу Тюрина, составляют 85–95% от результатов, полученных методом сухого озоления по Густавсону. Метод Тюрина прост, не требует специальной аппаратуры и сложных реактивов, однако он применим не на всех почвах. Его недостатком является неполное окисление органического вещества (до 90%). Для более полного окисления И. В. Тюрин рекомендовал добавление 0,1–0,2 г Ag2SO4 в качестве катализатора. При этом окисление органического углерода идет более полно и достигает 95–97%, но в практике массовых анализов катализатор Ag2SO4 обычно не применяют.
Методы анализа группового и фракционного состава
органического вещества почв
Для характеристики состава гумуса, выявления его генетических различий и форм связи с минеральной частью почвы определяют групповой и фракционный состав гумуса. Сущность определения группового состава гумуса состоит в разделении его на гуминовые кислоты, фульвокислоты и негидролизуемый остаток – гумины.
Гуминовые кислоты – нерастворимая в минеральных и органических кислотах группа гумусовых веществ, характеризуется сложным строением, имеет высокие молекулярные массы, повышенное содержание углерода. Преобладает в черноземах, лугово-черноземных, черноземно-луговых, луговых почвах, серых лесных, каштановых, дерновых и некоторых других.
Фульвокислоты – наиболее растворимая группа гумусовых веществ, менее сложная по строению, с более низкими молекулярными массами, чем гуминовые кислоты. Они обладают высокой миграционной способностью, характеризуются повышенной кислотностью и способностью к комплексообразованию. Это наиболее светлоокрашенная часть гумуса. Фульвокислоты преобладают в подзолах, дерново-подзолистых почвах, сероземах, красноземах и некоторых других почвах тропиков.
Гумины – часть гумуса, не экстрагируемая из почвы кислотами и щелочами. Эти гумусовые вещества наиболее прочно связаны с минеральной частью почвы (глинистыми минералами).
Гумусовые вещества могут находиться в почве как в свободном состоянии, так и в форме различных соединений с катионами металлов (простые и комплексные соли), с минералами тонкодисперсной части почвы, а также в форме адсорбционных комплексов. Распределение групп гумусовых веществ по форме связи с минеральной частью почв называется фракционным составом гумуса. Фракции гумусовых веществ выделяются в результате последовательной обработки навески почвы разбавленными растворами кислот и щелочей в различных условиях. Различные фракции гумуса оказывают разное влияние на почвообразовательный процесс. Поэтому их изучение имеет как теоретическое, так и практическое значение.
Наиболее детальная классификация форм связи гумусовых веществ с минеральной частью почвы разработана Тюриным и включает определение следующих фракций:
1. Гумусовые вещества в свободном состоянии (не связанные с минеральными компонентами).
2. Гумусовые вещества в форме гуматов сильных оснований.
3. Гумусовые вещества, связанные с оксидами железа и алюминия.
4. Гумусовые вещества в форме комплексных соединений с минеральными компонентами.
5. Вещества нерастворимого осадка, прочно связанные с глинистыми образованиями.
Контрольные вопросы:
1) Чем отличаются прямой и косвенный метод определения гумуса в почве?
2) Назовите фракции органического вещества почвы?
3) Для чего используется коэффициент 1,724 при изучении органического вещества почвы?
4) Чем отличаются гумины и гуминовые кислоты?
5) Чем отличаются гуминовые кислоты и фульвокислоты?