Определение гигроскопической влаги и выражение результатов химического анализа на сухую почву

Влажность отобранных в поле почвенных проб зависит от многих факторов - свойств почв, погодных условий и пр. Анализируют же, как правило, воздушно-сухие почвенные пробы. Однако они содержат влагу, которая может быть удалена высушиванием при более высокой температуре, чем температура воздуха. Влагу, которая удаляется из воздушно-сухой почвы при температуре 100-105°С, называют гигроскопической.

Гигроскопическая вода находится в равновесии с парообразной водой атмосферы и характеризует влажность воздушно-сухой почвы. Гигроскопическую влажность (ГВ) почвы определяют при любых видах химического анализа, чтобы иметь возможность пересчитать содержание любого определяемого компонента на сухую навеску. Необходимость такого пересчета вызывается тем, что количество гигроскопической воды в разных почвах и даже в разных горизонтах одной почвы неодинаково, и поэтому результаты, вычисленные на воздушно-сухую навеску, не сравнимы между собой.

Кроме того, величина ГВ сама по себе несет существенную информацию о свойствах почвы. Содержание ГВ в почве колеблется от десятых долей до нескольких процентов и зависит, во-первых, от длительности и условий хранения образца, во-вторых, от свойств и состава самой почвы. При длительном хранении в сухом отапливаемом помещении пробы минеральных горизонтов почв легкого гранулометрического состава содержат менее 1%, глинистые и сильно гумусированные - более 5% гигроскопической влаги. Органогенные горизонты (торфяные, лесная подстилка) могут содержать в воздушно-сухом состоянии более 20% влаги. Величина ГВ заметно изменяется по профилю почвы: в текстурно-дифференцированных почвах минимальные значения ГВ соответствуют элювиальным горизонтам, максимальные - перегнойно-аккумулятивным или оглиненным (иллювиальным либо метаморфическим).

При температуре 105 °С почва, кроме гигроскопической воды, теряет адсорбированные газы (СО₂, NH₃ и др.) и часть гидратной (кристаллизационной) воды. Например, гипс (CaSО₄∙2H₂О) начинает выделять гидратную воду при температуре около 100°С. В связи с этим определение гигроскопической влаги в почвах, содержащих гипс, рекомендуется проводить, высушивая почву при температуре 60-65°С, а не 100-105°С. Полученный результат умножают на эмпирический коэффициент (1,23), учитывающий неполное удаление из почвы гигроскопической влаги. В заболоченных почвах количество гигроскопической воды может быть заниженным за счет идущего при нагревании окисления минералов, содержащих Fe(II), и недоокисленных гуминовых соединений торфяных горизонтов.

Чтобы исключить влияние гигроскопической влаги на результаты анализа почв, их выражают на высушенную почву при 100-105°С. Для этого определяют массовую долю гигроскопической влаги (%) в каждом образце почвы, а в некоторых случаях и в каждой аналитической пробе.

Зная содержание гигроскопической влаги можно: 1) по массе воздушно-сухой почвы рассчитать соответствующую ей массу сухой почвы; 2) по массовой доле (%) компонента в воздушно-сухой почве рассчитать его массовую долю (%) в сухой почве.

Для осуществления этих расчетов могут быть использованы соответствующие коэффициенты K_w и K_w'. При их расчете необходимо помнить, что при вычислении массовой доли (%) гигроскопической влаги за 100% принимают массу не воздушно-сухой почвы, а высушенной при 105°С, то есть сухой почвы (ее часто называют абсолютно-сухой почвой).

Тогда, чтобы найти массу сухой почвы, величину навески воздушно-сухой почвы умножают на коэффициент K_w. Чтобы рассчитать коэффициент K_w, позволяющий по массе воздушно-сухой почвы найти соответствующую ей массу сухой почвы, составим пропорцию. Для этого обозначим массовую долю гигроскопической влаги через W (%), массу воздушно-сухой почвы через , а массу сухой почвы через . Приняв за 100% массу сухой почвы, получим: - 100;

Тогда , а коэффициент K_W для расчета массы сухой почвы по известной массе воздушно-сухой почвы будет иметь вид:

Этот коэффициент удобно использовать в тех случаях, когда в одной навеске почвы определяют несколько компонентов, например при валовом анализе почв. В тех случаях, когда навеску почвы используют для определения только одного компонента (например, углерода или азота) можно вычислить коэффициент, с помощью которого результат анализа, вычисленный на воздушно-сухую почву пересчитывают на сухую почву. Так как при расчете массовой доли любого компонента величина навески всегда находится в знаменателе расчетного уравнения, то коэффициент, позволяющий результаты анализа, выраженные на воздушно-сухую почву, отнести к сухой почве равен величине, обратной K_w:

Выполнение определения.

Навеску почвенной аналитической пробы массой 2-5 г взвешивают (на аналитических весах) в предварительно высушенных при температуре 100-105°С и взвешенных стеклянных бюксах (бюксы взвешивают с крышками) с точностью до 0,0001 г. Бюксы с навесками ставят открытыми в предварительно нагретый термостат (сушильный шкаф) и в течение 5 ч выдерживают при температуре 100-105°С. С помощью щипцов с резиновыми наконечниками бюксы вынимают из сушильного шкафа, закрывают крышками, охлаждают 30-40 минут в эксикаторе и взвешивают. Условились считать, что высушивание почвы в течение 5 часов при температуре 100-105°С приводит к полной потере гигроскопической влаги. Если необходимо проверить полноту удаления гигроскопической влаги, бюксы с почвой снова ставят в сушильный шкаф на 1,5-3 часа и взвешивают. Высушивание прекращают, если масса равна или больше результата предыдущего взвешивания (увеличение массы может произойти за счет окисления некоторых компонентов почв).

Вычисление результатов анализа и форма записи.

Расчет массовой доли гигроскопической влаги (%) проводят по уравнению:

где: - масса воздушно-сухой почвы, г; - масса сухой почвы, г.

Форма записи результатов: