Способ выделения водорастворимых фракций гумуса, в частности фракции бурых гуминовых кислот, из образца почвы
METHOD FOR WATER-SOLUBLE FRACTIONATION OF HUMUS, PARTICULARLY FRACTIONATION OF BROWN HUMIC ACIDS, FROM A SOIL SAMPLE

Изобретение относится к области почвоведения и агрохимии и может быть использовано в сельском хозяйстве для оценки плодородия почвы и ее состояния и необходимости принятия мер по ее мелиорации.
2
В настоящее время проблема гумуса приобретает наибольшую практическую значимость, поскольку в глобальном масштабе происходят его потери (до 1 т/га в год и более), качественные и структурно-функциональные изменения, снижающие плодородие, деградация почв и влияние эмиссии углекислоты из-за проявления парникового эффекта. За последнее столетие черноземы потеряли одну треть своих гумусовых запасов в результате их интенсивного использования без должной заботы о поддержании их гумусового состояния. Значительные потери гумуса имеют место при эрозии почв и антропогенном опустынивании, при их вовлечении в земледелие. В обще планетарном масштабе годовой почвенный цикл углерода идет с дефицитом, т.е. происходит разрушение гумусферы планеты, что может в конечном итоге сказаться на функционировании и устойчивости биосферы в целом. С этим процессом в какой-то степени связан и наблюдающийся рост концентрации СO в атмосфере, а не только с техногенным потоком от сжигания ископаемого топлива. Для поддержания устойчивости биосферы гумусовый баланс почв в годовом цикле должен быть либо положительным, либо нулевым. Дефицитный годовой баланс гумуса крайне опасен экологически (А.А. Мартынова. Химия почв: органическое вещество почв. Учебно-методическое пособие. Иркутск, изд. ИГУ. 2011. С. 5). В связи с этим работы по изучению группового и фракционного состава гумуса имеют большое значение.
Существует ряд методик определения фракционно-группового состава гумуса, в основе которых чаще всего лежит метод И.В. Тюрина.
Известна методика изучения группового и фракционного состава гумуса Тюрина в модификации Пономаревой-Плотниковой варианта 1968 года (Агрохимические методы исследования почв, М., «Наука», 1975. с. 47-55).
2
4
Схема включает следующие операции: с первой навеской почвы -непосредственная 0,1 н NaOH вытяжка (ос таток почвы выбрасывается); со второй навеской той же почвы: декальцирование 0,1н HSO → 0,1н NaOH вытяжка → 0,02н NaOH вытяжка при 6-часовом нагревании на водяной бане → нерастворимый остаток гумуса.
Данная схема дает возможность подразделить гумус на три фракции гуминовых кислот и четыре фракции фульвокислот.
Гуминовые кислоты: фракция 1 - растворимые непосредственно в 0,1н NaOH свободные и связанные с подвижными полуторными окислами; фракция 2 - растворимые в 0,1 н NaOH только после декальцирования почвы и связанные в основном с кальцием; фракция 3 - растворимые в 0,02н NaOH при 6-часовом нагревании на водяной бане, связанные с глинистой фракцией и устойчивыми полуторными окислами.
2
4
Фульвокислоты: фракция 1а - растворимые в 0,1н HSO при декальцировании почвы свободные и связанные с подвижными полуторными окислами; фракция 1 - растворимые в 0,1н NaOH из недекальцированной почвы и связанные в почве с фракцией 1 гуминовых кислот; фракция 2 - растворимые в 0,1н NaOH только после декальцирования почвы и связанные с фракцией 2 гуминовых кислот; фракция 3 - растворимые в 0,02н NaOH при 6-часовом нагревании на водяной бане, связанные с фракцией 3 гуминовых кислот. Остаток гумусовых веществ или негидролизуемые формы гумуса - наиболее прочно, но обратимо закрепленные глинистой фракцией гумусовые вещества.
Известная схема Тюрина в модификации Пономаревой-Плотниковой, согласно которой производят непосредственную щелочную вытяжку 0,1н. NaOH из отдельно взятой навески почвы (В.В. Пономарева, Т.А. Плотникова. Гумус и почвообразование. Ленинград «Наука». 1980. С.66), взята за прототип. В эту вытяжку переходит фракция бурых гуминовых кислот, свободных и связанных с подвижными полуторными окислами.
2
4
Известная схема выделения фракции бурых гуминовых кислот из образца почвы включает подготовку образца почвы, заключающуюся в измельчении воздушно-сухого образца почвы и просеивании через сито с ячейками 1 мм с удалением органических остатков (неразложившихся корешков растений, пожнивных остатков и др.), перевод в раствор фракции бурых гуминовых кислот из образца почвы путем экстракции ее 0,1н. раствором NaOH в течение 24 часов с последующим добавлением 50 мл насыщенного раствора NaSO для коагуляции илистых частиц, перемешиванием растворов, отстаиванием 10-15 мин., повторным перемешиванием с последующим отделением щелочного экстракта от почвенных частиц фильтрацией на стеклянных воронках с бумажными фильтрами и отбор пробы из щелочной вытяжки для анализа на содержание в ней фракции бурых гуминовых кислот по Тюрину. Соотношение навесок почв с растворителями влияет на выход в раствор гумусовых веществ. В качестве оптимального в схеме Тюрина в модификации Пономаревой-Плотниковой рекомендован наиболее употребительный средний вариант соотношений почва:растворитель 1:20 (В.В. Пономарева, Т.А. Плотникова. Гумус и почвообразование. Ленинград «Наука». 1980. С. 23).
С целью упрощения, уменьшения трудоемкости и сокращения времени выделения фракции бурых гуминовых кислот из образца почвы В.В. Пономарева и Т.А. Плотникова предложили отделять растворы гумусовых веществ от навесок почв не путем центрифугирования или отсасывания пористыми тиглями, как это принято в оригинальной схеме И.В. Тюрина, а фильтрацией на стеклянных воронках с бумажными фильтрами. Это позволило сократить время проведения анализа более чем в 2 раза и сделало методику доступной для большинства почвенных лабораторий (В.В. Пономарева, Т.А. Плотникова. Гумус и почвообразование. Ленинград «Наука». 1980. С. 12).
Недостатком известной схемы выделения фракции бурых гуминовых кислот является трудоемкость и длительность из-за наличия в ней операции фильтрации на стеклянных воронках с бумажными фильтрами. Кроме того, фильтрация ведет к дополнительным погрешностям, обусловленным особенностями проведения непосредственно самой операции. В процессе очистки щелочного экстракта от почвенных частиц фильтрацией на стеклянных воронках с бумажными фильтрами происходит забивка пор в фильтровальной бумаге глинистыми и илистыми частицами, в результате чего движение жидкости через забитые поры в фильтровальной бумаге замедляется, увеличивая время фильтрации, которая порой длится сутками. Покрытые часовыми стеклами фильтрационные колонки не ликвидируют испарения воды, увеличивая концентрацию гуматов натрия. По существующей методике проведения фильтрации после ее окончания следует смыв почвы в сосуд. В течение длительной фильтрации бумажные фильтры размокают и при смывании почвы в сосуд довольно часто рвутся, попадая в раствор. Кроме того, часть почвы теряется на фильтре, о чем говорит серый от остатков почвы цвет фильтра после фильтрации. Все это искажает реальную картину исследований. Исключая операцию фильтрации, исключаем и дополнительные погрешности результатов анализа полученной щелочной вытяжки на содержание в ней бурых гуминовых кислот.
Задача, решаемая данным изобретением, заключается в упрощении, уменьшении трудоемкости и сокращении времени выделения фракции бурых гуминовых кислот из образца почвы, а также в повышении точности полученных результатов.
Технический результат от решения поставленной задачи заключается в экспрессности и доступности разработанного способа выделения фракции бурых гуминовых кислот из образца почвы для большинства агрохимических лабораторий. Точность полученных результатов внесет свой вклад в изучение группового и фракционного состава гумуса, что позволит судить не только о плодородия почвы, но и о ее состоянии и необходимости принятия мер по ее мелиорации.
Поставленная в изобретении задача решена тем, что в способе выделения фракции бурых гуминовых кислот из образца почвы, включающем сушку, измельчение, удаление органических остатков и просеивание образца почвы через сито с ячейками 1 мм, последующую щелочную экстракцию навески почвы раствором 0,1н. NaOH при соотношении, мас. %, навеска почвы: раствор 0,1 н. NaOH 1:20 в течение 24 часов с последующим отделением щелочного экстракта от почвы и отбор пробы из щелочной вытяжки для определения содержания в ней фракции бурых гуминовых кислот (БГК), после щелочной экстракции полученный щелочной экстракт, представляющий собой темноокрашенную суспензию, подвергают пятикратному перемешиванию каждый раз по 2 минуты со скоростью w=60 об./мин. с последующим каждый раз встряхиванием его в течение 10 минут с частотой встряхивания f=60 циклов/мин., а отделение щелочного экстракта от почвенных частиц осуществляют путем отстаивания его в течение 120 минут, при этом весь технологический процесс осуществляют в единой технологической емкости при комнатной температуре, а отбор пробы для определения содержания в полученной вытяжке бурых гуминовых кислот и последующего анализа осуществляют непосредственно из технологической емкости после отстаивания щелочного экстракта в течение 120 минут.
В заявленном изобретении авторы проводят однократную обработку почвы раствором 0,1н. NaOH на том основании, что в эту вытяжку переходит идеально растворимая в 0,1н. NaOH фракция бурых гуминовых кислот, свободных и связанных с подвижными полуторными окислами (В.В. Пономарева, Т.А. Плотникова. Гумус и почвообразование. Ленинград «Наука». 1980. С. 65-66).
Очистка щелочного экстракта от почвы на воронках с фильтрационными лепестками, которая может длиться сутки и более, -длительный и трудоемкий процесс. С целью упрощения, уменьшения трудоемкости и сокращения времени выделения фракции бурых гуминовых кислот из образца почвы авторы предлагают после проведения щелочной экстракции в течение 24 часов, полученную суспензию (смесь почвы и щелочного экстракта) подвергать пятикратному перемешиванию каждый раз по 2 минуты со скоростью w=60 об./мин. с последующим каждый раз встряхиванием его в течение 10 минут с частотой встряхивания f=60 циклов/мин. и, после чего, отстаиванию раствора в течение 120 минут.
2
4
После перевода в раствор фракции бурых гуминовых кислот (БГК) из образца почвы щелочной экстракцией раствором 0,1н. NaOH нет необходимости в коагуляции илистых частиц, которой добивались для улучшения фильтрации путем прилива в колбу пипеткой точно 50 мл насыщенного раствора NaSO.
Благодаря перемешиванию и встряхиванию экстрагируются все более прочно закрепленные на поверхности почвенных частиц фракции гумусовых кислот, обеспечивая дополнительное извлечение фракции бурых гуминовых кислот из образца почвы. Кроме того, перемешивание и встряхивание диспергирует (разрушает) почвенные частицы и способствует переходу образовавшихся в процессе экстракции и находящихся в капиллярах почвенных частиц гуматов натрия в общий раствор в технологической емкости (колбе).
Опытным путем доказано, что пятикратное перемешивание суспензии каждый раз по 2 минуты со скоростью w=60 об./мин. с последующим каждый раз встряхиванием ее в течение 10 минут с частотой встряхивания f=60 циклов/мин. обеспечивает максимальный переход в раствор фракции бурых гуминовых кислот. Более длительные режимы перемешивания и встряхиваний увеличивают экстракцию незначительно (табл.).
Таким образом, процесс выделения и переход фракции БГК из образца почвы в раствор (вытяжку) длится от момента начала экстракции навески почвы раствором 0,1н NaOH в течение 24 часов, последующих пятикратного перемешивания суспензии и каждый раз ее встряхивания (общее время проведения этих операций - 1 час) и отстаивания в течение 120 мин. (2 часа) до момента отбора проб на содержание фракции БГК из технологической емкости (колбы), 27 часов.
Заявленный способ выделения фракции бурых гуминовых кислот из образца почвы, простой и нетрудоемкий, позволил сократить время его проведения более чем в 2 раза (до 27-ми часов) по сравнению с прототипом. Кроме того, он направлен на повышение точности получаемых результатов, что позволяет более грамотно судить о плодородии почвы и о ее состоянии.
Изобретение иллюстрируется чертежами.
На фиг. изображена схема, поясняющая способ выделения фракции бурых гуминовых кислот из образца почвы; в таблице показано влияние количества перемешиваний и встряхиваний на содержание фракции бурых гуминовых кислот в щелочной вытяжке из образца почвы.
Пример 1.
Получали вытяжку бурых гуминовых кислот из образца почвы по способу-прототипу. Определяли количественное содержание фракции бурых гуминовых кислот по схеме Тюрина в модификации Пономаревой-Плотниковой в полученной щелочной вытяжке из образцов почв двух видов: дерново-подзолистой глеевой и глееватой почвы, % (Гумус и почвообразование, В.В. Пономарева, Т.А. Плотникова, Ленинград, «Наука», 1980, С. 67).
Подготовка образцов почв заключалась в их сушке, измельчении, полном удалении органических остатков, просеивании через сито с размером ячеек 1 мм. Измельчение вещества перед анализом дает возможность более полного контакта и взаимодействия анализируемого вещества с реактивами.
Используемая масса навески почвы - 10 г.
2
4
Подготовленные образцы почв помещают каждый в свою коническую колбу емкостью 250 мл. К навескам приливают из мерной колбы по 200 мл 0,1н. раствора NaOH (соотношение компонентов, мас. % 1:20), почву хорошо перемешивают с растворителем (0,1н. раствором NaOH), колбы закрывают пробками и оставляют на 24 часа. В течение дня содержимое колб периодически перемешивают. На следующий день в образовавшуюся темноокрашенную суспензию в колбах приливают пипеткой 50 мл насыщенного раствора NaSO (1/4 объема жидкости) для коагуляции илистых частиц и ускорения фильтрации, растворы хорошо перемешивают, оставляют колбы в покое на 15 мин, снова перемешивают непосредственно перед фильтрацией и фильтруют через простой бумажный фильтр диаметром 15-17 см. При фильтрации, особенно в самом начале, переносят на фильтр раствор вместе с почвой, чтобы заполнить поры фильтра почвенными частицами. Порции фильтрата неоднократно выливают на фильтр, добиваясь абсолютной прозрачности фильтрата. Остаток почвы выбрасывают.
Процесс выделения фракции бурых гуминовых кислот из образцов дерново-подзолистой глеевой и глееватой почв (получение вытяжек из образцов почв) длился 3 суток для каждого образца почвы.
В основе точности получаемых в процессе анализа результатов лежит точность проведения операций выделения фракции бурых гуминовых кислот из образцов почв.
2
4
Оценку точности проведения операций выделения фракции бурых гуминовых кислот в образцах дерново-подзолистой глеевой и глееватой почв проводили по суммарной относительной ошибке каждой операции, входящей в способ выделения фракции бурых гуминовых кислот из образцов почв каждого типа: определение веса образца почвы - навески (10 г), определение объема раствора 0,1н. NaOH (200 мл), определение времени проведения экстракции (24 часа), определение объема раствора NaSO (50 мл), времени отстаивания (15 мин.), определение времени фильтрации (2 суток), определение остатка почвы на фильтре (0,2 г), определение объема потери и испарения раствора при фильтрации (9 мл).
Относительная ошибка измерения массы почвы (10 г) с точностью 0,1 г на весах ВЛКТ-500:
2
4
Относительная ошибка определения объема раствора 0,1н. NaOH (200 мл) и объема раствора NaSO (50 мл) с точностью 1 мл:
Относительная ошибка времени отстаивания (15 мин.):
Относительная ошибка определения времени проведения экстракции (24 часа):
Относительная ошибка времени проведения фильтрации (2 сут.):
Относительная ошибка определения остатка почвы (0,2 г) на фильтре:
Относительная ошибка испарения и потерь при фильтрации:
Суммарная относительная ошибка:
∑=20,7%.
В отдельных порциях полученной щелочной вытяжки определяют содержание фракции бурых гуминовых кислот в дерново-подзолистой глеевой и глееватой почвах по схеме Тюрина в модификации Пономаревой-Плотниковой (Гумус и почвообразование, В.В. Пономарева, Т.А. Плотникова, Ленинград, «Наука», 1980, С. 67). Метод определения величины углерода по Тюрину является общепринятым в практике агрохимических исследований. Он входит в состав схемы определения состава гумуса в модификации Плотниковой и Пономаревой, т.е. в способ-прототип и предлагаемый способ.
2
4
2
2
7
2
2
7
2
4
Для этого в конические колбочки на 200 мл берут пипеткой Мора 100 мл щелочной вытяжки (пробы) и прибавляют к ней двойное эквивалентное количество 1,0 н раствора HSO, то есть соответственно 20 мл, с таким расчетом, чтобы концентрация свободной серной кислоты в подкисленной вытяжке была приблизительно 0,05н и рН раствора приблизительно 1,3-1,5. Содержимое колбочек нагревают не выше 70-80°С на водяной бане и фильтруют в охлажденном состоянии через небольшой беззольный фильтр - белая лента. Осадок гуминовых кислот в колбочке и на фильтре промывают 2 раза слабым раствором серной кислоты (0,05-0,1 н), после чего осадок водой не промывают во избежание частичного растворения гуминовых кислот. Воронки с осадками гуминовых кислот после того, как они отмыты слабым раствором серной кислоты, вставляют в те же колбочки, в которых производилось осаждение (на стенках их всегда остаются частицы гуминовых кислот), и растворяют гуминовые кислоты небольшими порциями подогретого раствора 0,1 н. NaOH. Щелочной раствор доводят раствором 0,1 н. NaOH до объема 100 мл в мерной колбочке и отсюда пипеткой Мора берут пробы на определение углерода гуминовых кислот по Тюрину. В конические колбочки на 100 мл помещают пробы по 20 мл (для каждой почвы), взятые пипеткой Мора. Каждую колбочку с пробой нагревают до кипения и кипятят до образования осадка на дне колбочки, который досушивают в сушильном шкафу при 90°С. В этом осадке и определяют углерод БГК по Тюрину. Для этого в эту же колбочку приливают 10 мл 0,4н. раствора KСrO, приготовленного растворением KСrО в смеси, состоящей из 1 части воды и 1 части HSO. В колбочку вставляют воронку, содержимое колбочки кипятят 5 мин. и оставляют остывать. Воронку и внутреннюю часть колбы промывают водой, а жидкость титруют 0,2н раствором соли Мора в присутствии фенилантраниловой кислоты.
По формуле рассчитывают искомую величину углерода фракции БГК, %:
где а - количество раствора соли Мора, израсходованное на титрование 10 мл хромовой смеси в холостом опыте, мл;
в - количество раствора соли Мора, израсходованное на титрование избытка хромовой смеси в опыте с препаратом БГК, мл;
Н - нормальность раствора соли Мора, устанавливаемая по ее титрованию
0,1н. раствором перманганата калия;
0,003 - значение 1 мг экв. углерода;
Р - вес почвы, соответствующий взятому объему щелочного раствора на анализ, г;
100 - множитель пересчета полученных данных анализа на 100 г почвы.
2
4
Расчет величины веса почвы Р. Для определения содержания фракции бурых гуминовых кислот в дерново-подзолистой глеевой и глееватой почвах по схеме Тюрина (прототип) берут 10 г почвы, к которой приливают сначала 200 мл раствора 0,1н. NaOH, затем 50 мл раствора NaSO, итого 250 мл жидкости. Для анализа берут 20 мл раствора, тогда на 20 мл придется Р=0,8 г почвы:
Количество раствора соли Мора, израсходованное на титрование 10 мл хромовой смеси в холостом опыте а=20,86 мл.
Величина раствора, израсходованная на титрование избытка хромовой смеси при анализе с препаратом БГК глеевой почвы в=15,84 мл; нормальность соли Мора - 0,2018.
Подставляя данные в формулу (1), получаем значение содержания фракции бурых гуминовых кислот в образце дерново-подзолистой глеевой почвы:
Для глееватой почвы имеем: в=16,9 мл, остальные данные те же. Подставляя их в формулу (1), получаем значение содержания фракции бурых гуминовых кислот в образце глееватой почвы:
В результате получаем: в дерново-подзолистой глеевой почве содержание углерода фракции БГК - 0,38% и глееватой почвы - 0,3%.
Пример 2.
Получали вытяжку бурых гуминовых кислот из образца почвы по заявленной технологии. Определяли количественное содержание фракции бурых гуминовых кислот по схеме Тюрина в модификации Пономаревой-Плотниковой в щелочной вытяжке из образцов почв двух видов: дерново-подзолистой глеевой и глееватой почвы, % (Гумус и почвообразование, В.В. Пономарева, Т.А. Плотникова, Ленинград, «Наука», 1980, С. 67).
Для анализа берут образцы почв двух видов: дерново-подзолистой глеевой и глееватой по 6 образцов каждого вида. Повторность каждого опыта - трехкратная.
Подготовка образцов почв заключалась в их сушке, измельчении, полном удалении органических остатков, просеивании через сито с размером ячеек 1 мм. Используемая масса навески почвы для анализа - 10 г.
Подготовленные образцы почв помещают каждый в коническую колбу емкостью 250 мл. К навескам почв приливают из мерной колбы по 200 мл раствора 0,1н. NaOH в соотношении, мас. %, навеска почвы: раствор 0,1н. NaOH 1:20, почву хорошо перемешивают с раствором 0,1н. NaOH, колбы закрывают пробками и оставляют на 24 часа. В течение дня содержимое колб периодически перемешивают.
По истечении 24 часов полученный щелочной экстракт, представляющий собой темноокрашенную суспензию, в каждой колбе перемешивают в течение определенного времени с определенной угловой скоростью с помощью миксера с последующим встряхиванием раствора на аппарате Laboratory shaker type 358s в течение также определенного времени и с определенной частотой встряхивания, выбирая экспериментально оптимальный режим извлечения фракции бурых гуминовых кислот из образца почвы в щелочной экстракт. В процессе перемешивания и встряхивания происходит максимальный контакт почвенных частиц с ионами натрия и образование гуматов натрия, которые переходят в общий раствор в колбе.
Влияние количества перемешиваний и встряхиваний на содержание фракции БГК в щелочной вытяжке из образцов дерново-подзолистой глеевой и глееватой почв, %, приведено в табл., из которой видно, что оптимальный режим выделения фракции бурых гуминовых кислот из образцов дерново-подзолистой глеевой и глееватой почв после проведения щелочной экстракции образцов обеих почв раствором 0,1н. NaOH в течение 24 часов заключается в пятикратном перемешивании щелочного экстракта каждый раз по 2 минуты со скоростью w=60 об./мин. с последующим каждый раз встряхиванием его в течение 10 минут с частотой встряхивания f=60 циклов/мин. на аппарате, например Laboratory shaker type 358 s, и, после чего, отстаивании его в течение 120 минут.
Все технологические операции осуществляют в единой технологической емкости, из которой после отстаивания щелочного экстракта (получаем щелочную вытяжку и осадок) берут отдельные порции полученной щелочной вытяжки для определения количественного содержания фракции бурых гуминовых кислот в образцах дерново-подзолистой глеевой и глееватой почв.
Процесс выделения фракции бурых гуминовых кислот из образцов дерново-подзолистой глеевой и глееватой почв длился 27 часов для каждого образца почвы.
Оценку точности выполнения операций выделения фракции бурых гуминовых кислот из образцов дерново-подзолистой глеевой и глееватой почв по заявленному способу проводили, как и в примере 1, по суммарной относительной ошибке каждой операции, входящей в способ выделения фракции бурых гуминовых кислот из образцов почв каждого типа: определение веса образца почвы (10 г), определение объема раствора 0,1н. NaOH (200 мл), определение времени проведения экстракции (24 часа), перемешивание щелочного экстракта в колбе со скоростью w=60 об./мин. при пятикратном повторении, встряхивание в течение 10 минут с частотой встряхивания f=60 циклов/мин. при пятикратном повторении, отстаивание в течение 120 минут.
Относительная ошибка измерения массы почвы (10 г) с точностью 0,1 г на весах ВЛКТ-500:
Относительная ошибка определения объема раствора 0,1н. NaOH (200 мл) с точностью 1 мл:
Относительная ошибка определения времени проведения экстракции (24 часа):
Относительная ошибка перемешиваний щелочного экстракта в колбе со скоростью w=60 об./мин. при пятикратном повторении:
Относительная ошибка встряхиваний в течение 10 минут с частотой встряхивания f=60 циклов/мин. при пятикратном повторении:
Относительная ошибка отстаивания в течение 120 минут:
Суммарная относительная ошибка:
∑=7%.
В отдельных порциях полученной щелочной вытяжки определяют содержание фракции бурых гуминовых кислот в дерново-подзолистой глеевой и глееватой почвах по Тюрину, как в примере 1.
Расчет углерода фракции БГК для заявленного способа аналогичен способу, описанному в примере 1. Для анализов было взято по 20 мл пробы, т.е. р=1,0, в=13,52 мл для глеевой почвы:
Для глееватой почвы в=15,41 мл:
Аналогично рассчитаны данные по углероду фракции БГК в представленной таблице.
В результате получаем: в дерново-подзолистой глеевой почве содержание БГК - 0,42% и глееватой - 0,33%.
Изучалось и влияние мутности, присутствующей в щелочной вытяжке, на результаты определения содержания бурых гуминовых кислот, %, каждого образца почв.
Наличие глинистых частиц в почве приводит к тому, что при взбалтывании и перемешивании жидкости (в данном случае щелочного экстракта) образуется суспензия, которая оседает через 1-3 сутки. Образцы щелочного экстракта после перемешиваний и встряхиваний выдерживали 1-2 часа, однако раствор частично оставался мутным. Определенная по ГОСТ 3351-74 мутность была 16 мг/л (дерново-подзолистая глеевая почва) и 18 мг/л (глееватая почва).
При анализе щелочных вытяжек на содержание фракции бурых гуминовых кислот образцы, полученные фильтрацией через бумажный фильтр, дали результаты по мутности: 8 мг/л и 10 мг/л для дерново-подзолистой глеевой и глееватой почв соответственно.
Учитывая тот факт, что глинистые частицы по химическому составу не содержат бурых гуминовых кислот, поэтому не повлияют на результаты извлечения фракции бурых гуминовых кислот из образца почвы и последующего анализа на содержание бурых гуминовых кислот.
В отдельных порциях полученной щелочной вытяжки можно определить также содержание общего органического углерода по Тюрину, а по разнице между общим углеродом и углеродом БГК - и углерод фульвокислот (ФК) (В.В. Пономарева, Т.А. Плотникова. Гумус и почвообразование. Ленинград «Наука». 1980. С.67).
Данные количественного содержания бурых гуминовых кислот в щелочных вытяжках, полученных из образцов дерново-подзолистой глеевой и глееватой почв по способу-прототипу и заявленному способу выделения фракции бурых гуминовых кислот, приведены в табл.
Анализ данных таблицы позволяет сделать следующие выводы:
1. Экспериментально доказано, что наиболее оптимальный режим извлечения фракции бурых гуминовых кислот из образца почвы после проведения щелочной экстракции навески почвы раствором 0,1н. NaOH в соотношении, мас. %, навеска почвы : раствор 0,1н. NaOH 1:20 в течение 24 часов заключается в пятикратном перемешивании полученной щелочной вытяжки (суспензии) каждый раз по 2 минуты со скоростью w=60 об./мин. с последующим каждый раз встряхиванием ее в течение 10 минут с частотой встряхивания f=60 циклов/мин. и обеспечивает максимальный переход в щелочной экстракт фракции бурых гуминовых кислот из образца почвы. После отстаивания щелочного экстракта в течение 120 минут щелочная вытяжка готова для взятия пробы для последующего анализа содержания в ней фракции бурых гуминовых кислот.
2. Сравнивая количественное содержание фракции БГК в образцах почв по способу-прототипу и заявленному способу, видим, что в обоих образцах почв оно различаются на 10% в пользу заявленного способа. Данный факт объясняется деструкцией (разрушением) почвенных частиц вследствие перемешивания и встряхивания и лучшего контакта их с раствором щелочи, обуславливающим более полное извлечение фракции БГК из образцов исследуемой почвы.
3. Относительная ошибка способа-прототипа выделения фракции бурых гуминовых кислот из образцов дерново-подзолистой глеевой и глееватой почв и заявленного способа отличается значительно и позволяет дать оценку точности обоим способам. Заявленный способ выделения фракции бурых гуминовых кислот из образцов почв каждого типа характеризуется относительной ошибкой почти в 3 раза меньшей по сравнению с ошибкой способа-прототипа, что говорит о более точных и достоверных данных, полученных заявленным способом.
4. Точность полученных результатов достаточно высока и позволяет судить о плодородии почвы, которое регулирует уровень урожайности сельскохозяйственных культур, о ее состоянии, необходимости принятия мер по ее мелиорации.
5. Заявленный способ выделения фракции бурых гуминовых кислот из образца почвы достаточно прост, характеризуется невысокой трудоемкостью и небольшим временем его выполнения - 27 часов против 72 часов (3 суток) в способе-прототипе, что обеспечивает доступность разработанного способа для большинства агрохимических лабораторий.
6. Технико-экономическая эффективность заявленного способа заключается в более быстром (примерно в 2,5-3 раза) и более полном (на 10%) извлечении фракции бурых гуминовых кислот из образца почвы.
Заявленный способ выделения фракции бурых гуминовых кислот из образца почвы промышленно применим. Он может быть масштабирован и рекомендован для пользования почвенным и агрохимическим лабораториям.