Д.С. Орлов - Химия почв, страница 13

5). Введение в каолин гидроксида железа резко снижает отра­жательную способность при 400 нм, а в области от 480 до 600 нм зна­чения р быстро растут, образуя на кривой характерный изгиб. Есликаолин с Fe(OH) 3 прокалить при 300° С, то гидроксид железа пере­ходит в оксид РегОз. В спектре каолина с оксидом железа также ви­ден перегиб, но значительно сдвинутый в сторону больших значенийдлин волн. Визуально это отвечает изменению окраски от желто-бурыхдо красно-бурых тонов.По величине перегиба на кривой спектральной отражательной спо­собности можно в некоторых случаях судить о валовом содержаниижелеза в почвах (по спектрам прокаленных образцов почв) или об от­носительном распределении по профилю почвы оксидов и гидроксидовжелеза, расположенных на поверхности механических элементов.Используя спектральную отражательную способность почв дляхарактеристики их химического состава, для диагностики и дистанци­онного картографирования приходится учитывать, что величны р* ир 2 очень сильно зависят от влажности почвы и гранулометрическогосостава.42ТаблицаСредние значения и границы колебаний интегральногоотражения света гумусовыми горизонтами почвПочвыТундровыеТорфаДерново-луговые илугово-болотныеДерново-подзолис­тыеСветло-серые лесныеСерые лесныеТемно-серые лесныеТипичные черно­земыОбыкновенные чер­ноземыПредкавказскиечерноземыКаштановыеСветло-каштановыеСероземыКрасноземыЖелтоземы4Средняя ариф­Вероятныеметическая ве­ Ошибка сред­ границы коле­личина интег­ него арифмети­баний прическогорального отра­Р=0,95жения, %9,37,90,310,496,9—11,74,7—11,113,10,529,5—16,716,921,118,17,40,780,570,540,4110,5—23,317,2—25,013,9—22,34,1—10,78,20,256,4—10,07,90,186,41— 9,411,613,221,827,718,616,60,320,210,320,280,170,458,9—14,311,6—14,819,3—24,325,7—29,717,4—19,813,4—19,8Способы выражения элементного состава почвыНаиболее распространен простейший и традиционный способ вы­числения результатов анализа валового элементного состава почвы впроцентах (весовых) высших окислов элементов, входящих в составпочвы.

Этот способ употребляют главным образом для макроэлемен­тов. При полном валовом анализе почвы учитывают следующие окис­лы: Si0 2) А1203, Fe 2 0 3) ТЮ2, Na 2 0, MnO, CaO, MgO, S0 3 , P 2 0 5 , K 2 0.Единственное достоинство этого способа заключается в возможностибыстрой проверки правильности выполненного анализа. В первом при­ближении можно считать, что в пересчете на прокаленную навеску поч­вы сумма высших окислов должна быть близка к 100%; допустимые от­клонения не должны превышать 1—1,5%. Такая проверка несколько ус­ловна, поскольку не во всех почвах и не всегда валентное состояниеэлементов отвечает их высшим окислам и не все элементы в почвахпредставлены кислородными соединениями.

В разных степенях окисленности в почвах могут быть из перечисленных выше макроэлемен­тов Fe, Mn, S. В восстановленных почвах некоторые элементы могутбыть представлены сульфидами. Если, например, результаты анализапирита FeS 2 выразить в окислах, то сумма окислов составит более200%. Однако для большинства почв проверка правильности анализаэлементного состава по сумме окислов оказывается вполне прием­лемой.43Вместе с тем выражение результатов в окислах и в весовых про­центах имеет существенные недостатки.

Прежде всего, эта условнаяформа записи не соответствует реально присутствующим в почвах со­единениям. Только Si, Ti, Fe и А1 частично находятся в почвах в формеперечисленных окислов различной степениокристаллизованности.Остальные оксиды не могут существовать в почве в свободномсостоянии.Окисная форма искажает представление о соотношении количествразличных элементов в составе почвы, поскольку весовая и мольная до­ля кислорода в составе окислов различных элементов неодинакова.Например, доля S в составе S 0 3 составляет только 40% от массыокисла, тогда как доля К в составе КгО равна 83%. Если, например,найдено, что в почве содержится 1,5% К2О и 0,3% S0 3 , то по такимданным содержание КгО в почве в 5 раз больше, чем S0 3 ; в пересчетена элементы содержание К оказывается равным 1,25%, a S — 0,12%,т.

е. количество калия в 10 раз превышает количество серы. Следова­тельно, содержание окислов не дает правильного представления о на­коплении в почве химических элементов и их соотношении.Правильному восприятию элементного состава почвы мешает ивыражение результатов анализов в весовых процентах, даже если сос­тав представлен в элементах, а не в окислах. В химических реакциях ипроцессах участвуют атомы, ионы и молекулы, конечный результат за­висит от числа вступивших в реакцию молекул или от числа атомов,перенесенных из одного почвенного горизонта в другой.

Иными слова­ми, итог процесса, его интенсивность должны быть выражены числомчастиц вещества, а не его массой.Сравним поведение алюминия и железа в черноземе. В пахотномгоризонте типичного чернозема (Курская обл.) содержится 9,2% АЬ0 3и 3,7% Fe 2 0 3 . В пересчете на элементы это составит 4,9% A1 и 2,6% Fe.Но атомные массы этих элементов резко различны и равны 26,98 и 55,85для А1 и Fe соответственно.

Следовательно, в 100 г почвы содержится0,18 моля А1 и 0,047 моля Fe. Если по массе содержание А1 в 1,9 разапревышает содержание Fe, то по числу атомов — в 3,8 раза. Коли­чественные соотношения между содержанием отдельных элементов ши­роко используются почвоведами для решения многих генетических во­просов и разобранные примеры показывают, что решение задачи можетзависеть от выбранного способа выражения результатов анализов.В практике почвоведения нередки и такие случаи, когда выводы опреобладании того или иного элемента могут быть изменены на про­тивоположные при правильном выборе способа выражения результатованализа. Рассмотрим пример с дерново-подзолистой почвой, в гор. А2которой содержится 0,95% СаО и 0,75% MgO или в пересчете на Саи Mg — 0,68 и 0,45% соответственно.

Сравнение этих величин пока­зывает преобладание Са над Mg. Однако число молей Са в 100 г поч­вы оказывается меньше, чем число молей магния — 0,017 и 0,019 соот­ветственно.Поэтому при исследованиях химического строения почвенных ком­понентов, их трансформации, закономерностей миграции и аккумуля­ции элементов результаты определения элементного состава следуетвыражать в молях на определенную массу (кг) и (или) объем почвы.Согласно Международной системе единиц измерений (СИ), моль —это количество простого или сложного вещества, содержащее такое ко­личество структурных элементов (атомов, молекул, ионов или элек­тронов), которое равно числу атомов в 12 г изотопа углерода 12С, аименно 6,022-1023 (число Авогадро).

Чтобы найти число молей элемен44та в 1 кг почвы, надо его процентное содержание в почве разделить наатомную массу (AM) и умножить на десять:%-юмоль/кг = — — .AMДопустимо также пользоваться мольными долями или мольнымипроцентами. Мольная доля — это число молей данного элемента (ком­понента) отнесенное к общему числу молей всех элементов (компонен­тов), составляющих почву. Мольная доля может изменяться от нуля доединицы. Мольный процент — то же, что и мольная доля, но выражен­ная в процентах; изменяется от нуля до 100%.В табл.

5 приведен элементный состав дерново-подзолистой почвы,выраженный различными способами. Сумма окислов, как видно из таб­лицы, составляет от 89 до 97%. Недостающее до 100% количество при­ходится на MnO, P2O5, S 0 3 и на органические вещества. Наименьшая«умма — 89,35% — найдена для верхнего гор. AiA2, в котором содерТаблица 5Элементный состав дерново-подзолистой почвы; в расчетена абсолютно сухую навескуI.

Процентное (по массе) содержание окисловГоризонтAiA2А2А2вхв2ВзГлубина,см2-1111-2733—4260—8790—100170—190Si0 2А1 г 0 3Fe203ГаОMgOк»оNa 2 0Сумма73,0478,4381,3473,8572,4970,008,7410,027,8311,5212,3413,592,572,692,654,394,885,261,020,921,191,121,171,030,660,730,721,281,301,762,222,372,232,712,702,621,101,201,171,041,101,0789,3596,3697,1395,9195,9895,33NaОII. Процентное (по массе) содержание элементовГоризонтAiA2А2А2Biв2ВзГлубина,смSiА1FeСаMgК2—1111—2733—4260—8790—100170—19034,1836,7138,0734,5633,9332,764,625,304,146,096,537,191,801,881,853,073,413,680,730,660,850,800,840,740,400,440,430,760,781,061,841,971,852,252,242,170,820,890,870,770,820,7944,9648,5149,0747,6147,4346,94III. Содержание элементов, моль/кгГоризонтAjA2А2А2в,в2ВзГлубина,см2—1111-2733—4260—8790—110170—190Si12,1713,0713,5512,3012,0811,66А1Fe1,711,961,532,262,422,660,320,340,330,550,610,66СаMgк0,180,160,210,200,210,190,160,180,180,310,320,440,470,500,470,580,570,56Na0,360,390,380,330,360,35О28,1030,3230,6729,7629,6429,3445Окончание табл.

5IV. Мольные доли элементов, % от суммы молейГоризонтAXA2А2А2Biв2в3Глубина,смСумма,моль/кгSiА1FeСаMgКNaО2—1111—2733—4260—8790—110170—19043,4746,9247,3246,2946,2145,8628,027,928,626,626,125,43,94,23,24,95,25,80,70,70,71,21,31,40,40,30,40,40,50,40,40,40,40,70,71,01,11,11,01,31,21,20,80,80,80,70,80,864,664,664,864,364,164,0жится наибольшее количество органического вещества. По весовому содержанию окислы располагаются в следующий убывающий ряд:Si0 2 >Al 2 03>Fe 2 03>K20>MgO ) CaO, Na 2 0.При пересчете на элементы этот ряд сохраняется, но соотношениеэлементов меняется.

Так, в гор. AiA2 отношение Si0 2 /Al 2 0 3 равно 8,4,тогда как отношение Si/Al=7,4. Еще резче это отношение выражено присопоставлении кремния и железа. В том же горизонте отношениеSi0 2 /Fe 2 03 = 28,4, a Si/Fe = 19,0.Пересчетные коэффициенты отношений зависят от атомных масс иформулы оксида. Ниже приведены некоторые массовые пересчетные ко­эффициенты.ПересчетныйИсходноеИскомоеотношение отношение коэффициентSi0 2Si—0,88А1203 —AlSi0 2Si0,67Fe 2 0 3 FeSi0 2Si—0,65CaO —CaSi0 2Si0,77MgO —Mg —Si0 2Si0,56KaO КSi0 2Si—0,63Na 2 0 —NaПересчетные коэффициенты неодинаковы и это означает, что выводы онакоплении, миграции элементов, их перераспределении в почвенномпрофиле будут различны в зависимости от выбранной формы выраже­ния результатов анализа.

Еще более контрастны заключения при ис­пользовании не весовых (массовых), а мольных величин.В весовом выражении количество А1 (по массе) в 2—3 раза пре­вышает содержание Fe, а по числу атомов в 4—5 раз больше, чем Fe(см. табл. 5). По массе количество Са в верхних горизонтах в 1,5—2 раза больше, чем Mg, но по числу атомов уровни содержания Са иMg соизмеримы, или даже Mg преобладает. Также сглаживаются раз­личия между К и Na. Поскольку генетические вопросы в почвоведенииво многом основаны на количественной химической характеристике почви на соотношении элементов (или групп элементов), то выбор способавычисления имеет принципиально важное значение.46В зависимости от решаемой задачи могут быть использованы раз­личные способы расчета результатов анализов. Наиболее употреби­тельны из них следующие:1) вычисление на воздушно-сухую массу (навеску) почвы; 2) вы­числение на абсолютно сухую (высушенную при 105° С) почву; 3) рас­чет на прокаленную почву; 4) расчет на безгумусную массу почвы;5) расчет на бескарбонатную почву; 6) расчет на безгумусную и бес­карбонатную почву; 7) вычисление на определенный объем почвы.Кроме того, прибегают и к различным частным показателям.

На­пример, пересчет ведется не на всю почву, а на ее часть. Так, содер­жание углерода и азота можно вычислять не на всю массу почвы, атолько на количество содержащегося в ней органического вещества.Это позволяет выявить качественные особенности гумуса. Кроме пере­численных можно предложить множество других способов пересчета, носледует предостеречь начинающих исследователей от излишнего увле­чения такими поисками.