Определение содержания гумусовых веществ в почве

Гумус – это основная часть органического вещества почвы, полностью утратившая черты анатомического строения организмов. Делится на две большие группы веществ:

● неспецифические органические соединения, которые могут быть выделены из почвы, идентифицированы и количественно определены (сахара, аминокислоты, белки, органические основания, дубильные вещества, органические кислоты и т.п.). Они составляют единицы процентов;

● специфические гумусовые соединения – наиболее характерная специфическая часть, составляющая приблизительно 80-90% общего содержания органического вещества в большинстве минеральных почв.

Гумусовые вещества по растворимости и экстрагируемости делят на большие группы: фульфокислоты, гумусовые кислоты, гумин, иногда выделяют группу гиматомелановых кислот.

Фульвокислоты – наиболее растворимая группа гумусовых соединений, обладающий высокой подвижностью, значительно более низкими молекулярными массами, чем в целом. Содержание углерода более низкое, чем у представителей других групп гумусовых веществ. Обладают относительно более выраженными кислотными свойствами и склонностью к комплексо- и хелатообразованию. Фульвокислоты содержат 44,7-49,8% углерода и 43,8-47,3% кислорода.

Гуминовые кислоты – не растворимая в минеральных и органических кислотах группа гумусовых соединений. Имеют в среднем более высокие молекулярные массы, повышенное содержание углерода (до 62%), менее выраженный кислотный характер. Гуминовые кислоты содержат больше углерода (56,2-61,9%) и меньше кислорода (29,5-34,8%) по сравнению с фульвокислотами. Это свидетельствует о большей обогащенности гуминовых кислот циклическими фрагментами.

Гумин – неэкстрагируемая часть гумуса. Представлена двумя типами соединений: гумусовыми веществами, наиболее прочно связанными с глинистыми минералами (глиногумусный гумин); частично разложившимися растительными остатками, утратившими анатомическое строение и обогащенными наиболее устойчивыми компонентами, прежде всего лигнином (детритный гумин).

Гиматомелановые кислоты – группа гумусовых веществ с промежуточными свойствами между фульвокислотами и гуминовыми кислотами. Ранее включались в группу гуминовых кислот. Отличаются растворимостью в полярных органических растворителях и другими свойствами.

В структуре гумусовых веществ условно выделяют ядерную и периферическую части. Ядерные фрагменты представлены преимущественно циклическими соединениями. Периферические части молекул представляют собой фрагменты, легко расщепляемые при гидролизе (имеют пептидные, сложноэфирные связи и др.). Периферические части относительно обогащены функциональными группами. Это, прежде всего, карбоксильные, аминогруппы, спиртовые и фенольные группы, карбонильные и др. Наличие этих функциональных групп определяет многие физико-химические свойства почв в целом: поглотительную способность почв, катионообменные свойства, способность связывать и аккумулировать в себе тяжелые металлы, регулировать содержание в почвенном растворе многих компонентов и др. Именно гумусовые соединения способны поддерживать определенное значение рН почвы, проявляя при этом буферные свойства.

Следует отметить, что в почвах сохраняется, до определенных пределов, постоянство состава гумусовых веществ. Изменение содержания какого-либо соединения с течением времени компенсируется тем, что данное соединение создается в таком же количестве за счет других гумусовых веществ или за счет поступающих в почву органических соединений.

Общее количество гумуса в почве определяют косвенно по количеству углерода в почве путем окисления гумуса 0,4 н. раствором K₂Cr₂O₇.

Цель работы: познакомиться с органическими составляющими почвы, свойствами гумусовых соединений, научиться определять содержание гумусовых веществ в почве.

Оборудование и реактивы: образцы почвы, конические колбы на 100 мл, электроплитка, технические и аналитические весы, химические стаканы на 500 и 1000 мл, колба мерная на 1000 мл.

0,4 н. раствор хромовой смеси (40 г K₂Cr₂O₇ растворяют в 600…800 мл дистиллированной воды в колбе на 1000 мл, после растворения раствор доводят до метки. Затем раствор выливают в колбу из термостойкого стекла на 2…3 л и осторожно при помешивании вливают туда 1 л концентрированной H₂SO₄).

0,2 н. раствор соли Мора (NH₄)₂SO·FeSO₄^.6H₂O, раствор дефиниламина C₁₂H₁₁N (5 г дефиниламина помещают в химический стакан, приливают при помешивании 100 мл H₂SO₄, затем приливают 20 г воды); H₂SO₄ конц. (ρ = 1,84 г/см³); 85%-ная Н₃РО₄ (ρ = 1,7 г/см³).

Порядок выполнения работы

0,1…0,3 г почвы отдельно от растительных остатков и просеянной через сито 0,25 мм, помещают в коническую колбу на 100 мл. Из бюретки приливают точно 10 мл 0,4 н. раствора K₂Cr₂O₇ в кислоте. Осторожно круговыми движениями взбалтывают содержимое. В горло колбы вставляют воронку, служащую холодильником, и кипятят содержимое на водяной бане 4-5 мин. Содержимое колбы периодически встряхивают. Отсчет времени начинают с момента появления пузырьков газа. Кипение должно быть медленным. При нагревании идет реакция

2 K₂Cr₂O₇ + 8Н₂SO₄ + 3C(гумус) à 2K₂SO₄ + 2Cr₂(SO₄)₃ + 8H₂O + 3CO₂

По окончании кипения колбу вынимают из водяной бани, охлаждают до комнатной температуры. Переносят содержимое в колбу на 250 мл, смывают дистиллятом остатки с воронки и маленькой колбы и тоже переносят вместе с дистиллятом в колбу на 500 мл. Доводят содержимое большой колбы до 250 мл. Добавляют 2 мл 85%-й Н₃РО₄ и восемь капель дифениламина в качестве индикатора (вместо дифениламина можно использовать 5…8 капель 2%-ного раствора N-фенилантраниловой кислоты).

Содержимое колбы оттитровывают 0,2 н. раствором соли Мора до перехода темно-бурой окраски через фиолетовую и синюю в грязно-зеленую. При появлении синего цвета титровать нужно осторожно.

Параллельно нужно провести холостое титрование. Для этого взять 0,2 г прокаленного песка, поместить в коническую колбу на 100 мл, прилить из бюретки 10 мл 0,4 н. раствора K₂Cr₂O_7, закрыть воронкой, прокипятить 4-5 мин. на водяной бане, охладить и оттитровать.

Вычислить процентов содержание гумуса по формуле:

 

где a − объем раствора соли Мора, затраченной на холостое титрование 10 мл хромовой смеси, мл; в − объем раствора соли Мора, затраченный на титрование содержимого колбы после окисления гумуса, мл; N - поправка к титру соли Мора; 100 – коэффициент пересчета на 100 гпочвы; 0,0010362 − коэффициент пересчета на гумус (показывает, что 1 мл 0,2 н. раствора соли Мора соответствует такому количеству хромовой кислоты, которое окисляет 0,0010362 г гумуса или 0,0006 г углерода), W − влажность в пересчете на абсолютно сухую почву, %; С – навеска почвы, г.

Одновременно с анализом почвы определяют ее влажность для пересчета результата на абсолютно сухую почву. Влажность почвы W, % определяют по формуле:

_,

где m₁ − масса влажной почвы со стаканчиком, г; m₀ − масса абсолютно сухой почвы со стаканчиком, г; m − масса стаканчика, г.

Требования к отчету

К отчету следует представить описание хода выполнения работы, результаты титрования, расчеты содержания гумусовых веществ в почве.

Лабораторная работа № 11