Теория и практика химического анализа почв

В монографии химический анализ почв представлен в виде единой целостной системы исследований. В книге на современном уровне рассмотрены понятия, термины и система показателей химических свойств почв и химических почвенных процессов, дано теоретическое обоснование методов химического анализа почв и приемов интерпретации результатов анализа. Приведены методы анализа элементного, вещественного, фракционного (группового) состава соединений и подвижности химических элементов в почвах, методы оценки кислотно- основных и катионообменных свойств почв. Впервые в одном издании, предназначенным как для дипломированных специалистов, так и для начинающих аналитиков (лаборантов и студентов), объединены сведения об особенностях работы в почвенно-химических лабораториях (посуда, реактивы, оборудование, детальное описание хода анализа, техники выполнения каждой операции), и глубокое теоретическое обоснование всех операций и химического анализа почв в целом. Книга рассчитана на широкий круг специалистов почвоведов, агрохимиков, экологов и мелиораторов. Химический анализ почв. Понятия и показатели Показатели химического состояния почв и их систематизация Методы химического анализа почв Методы извлечения определяемого компонента из почв Методы количественного определения концентрации компонента (методы измерения) Приемы интерпретации результатов химического анализа почв Единицы измерения показателей, способы выражения и точность представления результатов химического анализа почв Единицы измерения показателей Расчеты и способы выражения результатов анализа почв Расчеты при титриметрическом определении почвенных компонентов Расчеты при гравиметрическом определении почвенных компонентов Точность представления результатов анализа почв Почвенно-химическая лаборатория и общие правила выполнения аналитических работ Организация рабочего места Лабораторная посуда Нагревательные приборы Весы и техника взвешивания Химические реактивы Общие правила работы с химическими реактивами Приготовление растворов Стандартные растворы Важнейшие аналитические процедуры и общие правила выполнения химического анализа Выпаривание растворов Осаждение, фильтрование и промывание осадков Прокаливание осадков Центрифугирование Титрование Методы количественного анализа (методы измерения), используемые при химическом анализе почв Классические химические методы Гравиметрические методы Титриметрические методы Инструментальные методы Электрохимические методы Спектральные методы Масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС) Метрологические параметры аналитических методов Подготовка почвенных проб к анализу и способы выражения результатов анализов Представительность почвенных проб Отбор и подготовка к анализу средней лабораторной и аналитических почвенных проб Гигроскопическая влага и выражение результатов анализа на сухую почву Потеря при прокаливании и выражение результатов анализа на прокаленную почву Показатели химического состава почв. Валовой анализ органической части почв Определение углерода органических соединений Азот в почвах и методы определения общего содержания азота Одновременное определение общего содержания углерода и азота в торфяных почвах методом Анстета в модификации В.В. Пономаревой и Т.А. Плотниковой Отношение C:N Показатели и методы определения элементного состава минеральной части почв (валовой анализ) Определяемые элементы и способы выражения результатов валового анализа почв Способы разложения почв Разложение почв кислотами Разложение почв сплавлением Разложение почвы спеканием Методы анализа продуктов разложения почв Определение кремния состояние кремния в растворах Полуторные оксиды, методы определения Алюминий в почвах и методы его определения Железо в почвах и методы его определения Кальций в почвах и методы его определения Магний в почвах и методы его определения Титан в почвах и методы его определения Марганец в почвах и методы его определения Фосфор в почвах и методы определения Сера в почвах и методы ее определения Калий и натрий в почвах и методы их определения Карбонаты, гипс и легкорастворимые соли. Методы определения Карбонаты щелочноземельных металлов и методы их определения Гипс в почвах и методы его определения Легкорастворимые соли. Методы определения и показатели засоления почв Проверка точности результатов анализа водных вытяжек Оценка химизма и степени засоления почв Показатели и методы оценки группового (фракционного) состава соединений химических элементов в почвах Показатели и методы определения группового состава соединений железа Определение железа несиликатных соединений Определение железа «аморфных» (оксалаторастворимых) соединений по методу Тамма Определение железа, связанного с органическим веществом, по методу Баскомба Система показателей группового состава соединений железа в почве Показатели и методы определения группового состава соединений алюминия Показатели и методы определения группового состава соединений кремния в почвах Показатели и приемы оценки группового состава соединений фосфора почвах Метод Чирикова (вариант Шконде в модификации К.Е. Гинзбург) Метод Чанга-Джексона в модификации Д.Л. Аскинази, К.Е. Гинзбург Метод Гинзбург-Лебедевой Фракционирование соединений фосфора по методу Олсена и Соммерса Методы определения фракционного состава соединений тяжелых металлов в почвах Кислоторастворимые соединения тяжелых металлов в почвах Подвижные соединения тяжелых металлов в почвах Водорастворимые соединения тяжелых металлов Определение фракционного состава соединений тяжелых металлов в почвах методами последовательных селективных вытяжек Показатели и способы оценки подвижности химических элементов в почвах Оценка подвижности почвенных фосфатов Методы оценки степени подвижности фосфатов (фактора интенсивности) Оценка запасов подвижных фосфатов по методу Кирсанова Показатели и способы оценки катионообменных свойств почв Понятия, термины, показатели Приемы оценки катионообменных свойств Методы оценки емкости катионного обмена Методы определения состава обменных оснований Уровни показателей катионообменных свойств и расчет доз гипса Показатели и методы оценки кислотно-основных свойств почв Понятия, термины, показатели Оценка актуальной кислотности и актуальной щелочности почв (измерение рН) Потенциальная кислотность почв и способы ее оценки Методы определения общей потенциальной (гидролитической) кислотности Оценка потребности почв в извести по гидролитической кислотности Статистическая обработка результатов химического анализа Математическая статистика: некоторые понятия и термины Случайный характер результатов анализов Генеральная и выборочная совокупности Константы и оценки, характеризующие случайную величину Распределение вероятностей, закон нормального распределения Статистические гипотезы и статистические критерии Доверительный интервал среднего арифметического Статистическая обработка результатов анализов Выявление промахов. Q-тест Обработка данных одной выборочной серии Сравнение двух средних. Тест Стьюдента при равенстве и неравенстве дисперсий Оценка точности химических методов Оценка воспроизводимости аналитического метода Оценка правильности химического метода Литература Приложения ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ПОЧВ......Page 1 Титульный лист......Page 2 Аннотация......Page 3 Предисловие......Page 4 Глава 1. ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОЧВ. ПОНЯТИЯ И ПОКАЗАТЕЛИ......Page 5 1.1. Показатели химического состояния почв и их систематизация......Page 6 1.2. Методы химического анализа почв......Page 7 1.3. Приемы интерпретации результатов химического анализа почв ......Page 8 2.1. Единицы измерения показателей......Page 10 2.2.1. Расчеты при титриметрическом определении почвенных компонентов......Page 12 2.2.2. Расчеты при гравиметрическом определении почвенных компонентов......Page 16 2.3. Точность представления результатов анализа почв......Page 17 3.1. Организация рабочего места......Page 19 3.2.1. Стеклянная посуда......Page 20 3.2.2. Фарфоровая посуда......Page 25 3.2.3. Платиновая посуда......Page 27 3.2.4. Моющие средства и подготовка лабораторной посуды к работе......Page 29 3.3.1. Газовые горелки......Page 31 3.3.2. Электронагревательные приборы......Page 32 3.4.1. Технические весы......Page 33 3.4.2. Аналитические весы......Page 36 3.4.4. Погрешности взвешивания и их устранение......Page 39 3.4.5. Весовая комната......Page 40 3.5.1. Общие правила работы с химическими реактивами......Page 41 3.5.2. Приготовление растворов......Page 43 3.6. Стандартные растворы......Page 47 3.7. Важнейшие аналитические процедуры и общие правила выполнения химического анализа......Page 49 3.7.2. Осаждение, фильтрование и промывание осадков......Page 50 3.7.3. Прокаливание осадков......Page 54 3.7.4. Центрифугирование......Page 55 3.7.5. Титрование......Page 56 Глава 4. МЕТОДЫ КОЛИЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА (МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ), ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ХИМИЧЕСКОМ АНАЛИЗЕ ПОЧВ......Page 58 4.1.1. Гравиметрические методы......Page 59 4.1.2. Титриметрические методы......Page 61 4.2. Инструментальные методы......Page 66 4.2.1. Электрохимические методы......Page 67 4.2.2. Спектральные методы......Page 74 4.2.3. Масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС)......Page 96 4.3. Метрологические параметры аналитических методов......Page 100 5.1. Представительность почвенных проб......Page 104 5.2. Отбор и подготовка к анализу средней лабораторной и аналитических почвенных проб......Page 106 5.3. Гигроскопическая влага и выражение результатов анализа на сухую почву......Page 108 5.4. Потеря при прокаливании и выражение результатов анализа на прокаленную почву......Page 110 Глава 6. ПОКАЗАТЕЛИ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОЧВ......Page 113 7.1.1. Методы, основанные на отгонке диоксида углерода......Page 116 7.1.2. Косвенные методы определения углерода органических соединений......Page 121 7.1.3. Вычисление массовой доли (%) гумуса в почве......Page 127 7.2.1. Определение общего содержания азота методом Кьельдаля......Page 128 7.2.2. Фотометрические методы определения азота......Page 134 7.2.3. Определение общего содержания азота в почве методом Иодльбауэра......Page 135 7.2.4. Определение общего содержания азота в растительных материалах (торфах, лесных подстилках и пр.)......Page 136 7.3. Одновременное определение общего содержания углерода и азота в торфяных почвах методом Анстета в модификации В.В. Пономаревой и Т.А. Плотниковой [1975]......Page 137 7.4. Отношение C:N......Page 139 Задачи......Page 140 8.1. Определяемые элементы и способы выражения результатов валового анализа почв......Page 142 8.2. Способы разложения почв......Page 143 8.2.1. Разложение почв кислотами......Page 144 8.2.2. Разложение почв сплавлением......Page 146 8.2.3. Разложение почвы спеканием......Page 150 8.4. Определение кремния; состояние кремния в растворах......Page 155 8.4.1. Гравиметрические методы определения валового содержания кремния......Page 157 8.5.1. Аммиачный метод определения R203......Page 161 8.6.2. Комплексонометрический метод определения алюминия......Page 164 8.7.1. Фотометрические методы определения железа......Page 166 8.7.2. Комплексонометрический метод определения железа в почве......Page 168 8.8.1. Оксалатный метод определения кальция......Page 170 8.8.2. Комплексонометрическое определение кальция......Page 172 8.9.1. Гравиметрический пирофосфатный метод определения магния......Page 175 8.9.2. Комплексонометрическое определение магния......Page 177 8.10.1. Пероксидный метод определения титана......Page 179 8.11.1. Фотометрические методы определения марганца......Page 181 8.12.1. Фотометрические методы определения фосфора......Page 185 8.13. Сера в почвах и методы ее определения......Page 188 8.14.1. Пламенно-фотометрическое определение К и Na......Page 190 Задачи......Page 192 Глава 9. КАРБОНАТЫ, ГИПС И ЛЕГКОРАСТВОРИМЫЕ СОЛИ. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ......Page 195 9.1. Карбонаты щелочноземельных металлов и методы их определения......Page 196 9.1.1. Методы определения карбонатов......Page 197 9.2.1. Методы определения гипса......Page 200 9.3. Легкорастворимые соли. Методы определения и показатели засоления почв......Page 207 9.3.1. Методы извлечения легкорастворимых солей из почв......Page 208 9.3.2. Извлечение легкорастворимых солей методом насыщенных водой почвенных паст......Page 212 9.3.3. Извлечение легкорастворимых солей методом водной вытяжки......Page 214 9.3.4. Сухой (плотный) остаток водной вытяжки......Page 215 9.3.5. Общая и другие виды щелочности почв, методы определения......Page 216 9.3.6. Методы определения хлорид-ионов......Page 223 9.3.7. Сульфаты в почвах и методы их определения......Page 226 9.3.8. Определение кальция и магния в водных вытяжках......Page 233 9.3.9. Определение натрия и калия в водных вытяжках......Page 236 9.3.10. Проверка точности результатов анализа водных вытяжек......Page 238 9.3.11. Оценка химизма и степени засоления почв......Page 239 Задачи......Page 246 10.1. Показатели и методы определения группового состава соединений железа......Page 249 10.1.1. Определение железа несиликатных соединений......Page 250 10.1.2. Определение железа «аморфных» (оксалаторастворимых) соединений по методу Тамма......Page 252 10.1.3. Определение железа, связанного с органическим веществом, по методу Баскомба [Bascomb, 1968]......Page 255 10.1.4. Система показателей группового состава соединений железа в почве......Page 257 10.2.1. Методы определение алюминия несиликатных («свободных») соединений......Page 260 10.2.4. Определение обменного и «экстрагируемого» алюминия......Page 261 10.2.5. Методы определения концентрации алюминия в вытяжках ......Page 262 Задачи......Page 266 10.3.1. Определение общего (валового) содержания кремния......Page 269 10.3.3. Определение «экстрагируемого» кремния......Page 271 10.3.4. Количественное определение концентрации кремния в вытяжках атомно-абсорбционным методом......Page 274 10.3.5. Спектрофотометрические методы определения концентрации кремния в вытяжках из почв......Page 275 10.4. Показатели и приемы оценки группового состава соединений фосфора почвах......Page 278 10.4.1 Метод Чирикова (вариант Шконде в модификации К.Е. Гинзбург)......Page 279 10.4.2. Метод Чанга-Джексона в модификации Д.Л. Аскинази, К.Е. Гинзбург......Page 284 10.4.3. Метод Гинзбург-Лебедевой [Гинзбург, 1975]......Page 288 10.4.4. Фракционирование соединений фосфора по методу Олсена и Соммерса [1982]......Page 289 Задачи......Page 293 10.5.1. Кислоторастворимые соединения тяжелых металлов в почвах......Page 294 10.5.2. Подвижные соединения тяжелых металлов в почвах......Page 296 10.5.3. Водорастворимые соединения тяжелых металлов......Page 299 10.5.4. Определение фракционного состава соединений тяжелых металло в почвах методами последовательных селективных вытяжек......Page 301 Задачи......Page 310 Глава 11. ПОКАЗАТЕЛИ И СПОСОБЫ ОЦЕНКИ ПОДВИЖНОСТИ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ПОЧВАХ......Page 311 11.1. Оценка подвижности почвенных фосфатов......Page 312 11.1.1. Методы оценки степени подвижности фосфатов (фактора интенсивности)......Page 313 11.1.2. Оценка запасов подвижных фосфатов по методу Кирсанова......Page 314 Залачи......Page 315 Глава 12. ПОКАЗАТЕЛИ И СПОСОБЫ ОЦЕНКИ КАТИОНООБМЕННЫХ СВОЙСТВ ПОЧВ......Page 317 12.1. Понятия, термины, показатели......Page 318 12.2. Приемы оценки катионообменных свойств......Page 319 12.3. Методы оценки емкости катионного обмена......Page 320 12.3.2. Способы оценки стандартной емкости катионного обмена ......Page 321 12.3.3. Определение суммы обменных оснований по методу Каппена-Гильковица......Page 326 12.4. Методы определения состава обменных оснований......Page 327 12.4.1. Методы определения обменных оснований в некарбонатных незасоленных почвах......Page 328 12.4.2. Определение обменных оснований в карбонатных почвах......Page 329 Методы определения обменных оснований в засоленных почвах......Page 331 12.5. Уровни показателей катионообменных свойств и расчет доз гипса......Page 335 Задачи......Page 336 13.1. Понятия, термины, показатели......Page 338 13.2. Оценка актуальной кислотности и актуальной щелочности почв (измерение рН)......Page 340 13.3. Потенциальная кислотность почв и способы ее оценки......Page 342 13.3.1. Методы определения рН КСl и обменной кислотности......Page 343 13.4. Методы определения общей потенциальной (гидролитической) кислотности ......Page 345 13.4.1. Определение общей потенциальной кислотности с использованием ВаСl2-ТЕА......Page 348 13.5. Оценка потребности почв в извести по гидролитической кислотности......Page 349 Задачи......Page 350 14.1.1. Случайный характер результатов анализов......Page 352 14.1.2. Генеральная и выборочная совокупности......Page 354 14.1.3. Константы и оценки, характеризующие случайную величину......Page 355 14.1.4. Распределение вероятностей, закон нормального распределения......Page 356 14.1.5. Статистические гипотезы и статистические критерии......Page 359 14.1.6. Доверительный интервал среднего арифметического......Page 360 14.2. Статистическая обработка результатов анализов......Page 361 14.2.1. Выявление промахов. Q-тест......Page 362 14.2.2. Обработка данных одной выборочной серии......Page 363 14.2.3. Сравнение двух средних. Тест Стьюдента при равенстве и неравенстве дисперсий......Page 364 14.3.1. Оценка воспроизводимости аналитического метода......Page 366 14.3.2. Оценка правильности химического метода......Page 367 Задачи......Page 370 Литература......Page 371 ПРИЛОЖЕНИЯ......Page 377 СОДЕРЖАНИЕ......Page 394