Задание 1 Определение количества гумуса по методу И.В. Тюрина

Материалы и оборудование: образцы почвы, сита с диаметром отверстия 1,0 и 0,25 мм, пинцеты, лупы, стеклянные палочки, фарфоровые ступки, резиновые пестики, конические колбы вместимостью 100 мл, химические стаканы или колбы вместимостью 500 и 1000 мл, бюретки, небольшие стеклянные воронки (холодильник), электроплитка или газовая горелка, технические и аналитические весы.

Реактивы:

1) 0,4 н. раствор хромовой кислоты (смеси). 40 г хорошо измельченного кристаллического двухромовокислого калия (K₂Cr₂O₇) или 32 г хромового ангидрида (Cr₂O₃) растворяют примерно в 600-800 мл дистиллированной воды и фильтруют через бумажный фильтр в мерную колбу вместимостью 1 л. Раствор доводят дистиллированной водой до метки, выливают в большую фарфоровую чашку или в колбу вместимостью 3-5 л из термостойкого стекла и к нему очень осторожно приливают (под тягой) небольшими порциями (по 50-100 мл) 1 л концентрированной серной кислоты (плотностью 1,84). После каждого прибавления Н₂SO₄ раствор осторожно перемешивают, дают немного охладиться и только после этого добавляют следующую порцию кислоты. Когда вся кислота добавлена, раствор закрывают стеклом, оставляют стоять для полного охлаждения до следующего дня, затем переносят в склянку с притертой пробкой и хранят в темном месте;

2) 0,2 н. раствор соли Мора (NH₄)₂SO₄· FeSO₄· 6H₂O. 80г соли мора растворяют в 600-700 мл дистиллированной воды, к которой прибавлено 20 мл концентрированной серной кислоты (плотностью 1,84). Раствор фильтруют через складчатый фильтр, доводят водой в колбе вместимостью 1 л до метки и хорошо перемешивают. Раствор хранят в закрытой бутыли (кислород воздуха окисляет соль Мора);

3) раствор дифениламинаC₁₂H₁₁N. 0,5 г дифениламина помещают в химический стакан и приливают при постоянном помешивании стеклянной палочкой 100 мл серной кислоты плотностью 1,84. После этого осторожно добавляют 20 мл дистиллированной воды, в результате чего происходит разогревании раствора, что способствует растворению индикатора;

4) концентрированная серная кислота;

5) 85-процентный раствор ортофосфорной кислоты H₃PO₄ (плотностью 1,7).

Пояснения к заданию. Общее количество гумуса в почве определяют косвенным путем по количеству углерода в почве (прямых методов определения общего количества гумуса в почве нет). Сущность этого метода заключается в окислении углерода органического вещества (гумуса) 0,4 н. раствором двухромокислого калия (K₂Cr₂O₇), приготовленного на разведенной в воде (1:1) серной кислоты. Количество окислителя, израсходованного на окисление углерода перегноя, определяют по разности между количеством хромовой смеси, взятой на окисление, и количеством ее, оставшимся неизрасходованным (устанавливают титрованием остатка хромовой смеси солью Мора). По количеству израсходованного окислителя вычисляют процентное содержание гумуса.

Установлено, что среднее содержание углерода в перегное 58%. Поэтому при пересчете углерода на гумус процентное содержание углерода умножают на коэффициент 1,724. Обратный пересчет гумуса на углерод проводят по формуле

% С = % гумуса ·0,58. (25)

Ход работы:

1) из смешанного образца почвы взять 5-10 г;

2) взятую пробу поместить на стекло с подложенной под него белой бумагой (для фона) и тщательно отобрать корешки (под лупой), раздавливая комочки почвы пинцетом. Если мелких корешков много, то при отборе их можно пользоваться наэлектризованной (натертой шерстяной или суконной тканью) эбонитовой или стеклянной палочкой (мелкие корешки притягиваются палочкой, если быстро пронести ее над распределенной тонким слоем почвой). Слишком близко к почве палочку подносить нельзя, так как к ней прилипают и минеральные частицы почвы;

3) почву, отделенную от корешков, просеять через сито с отверстиями 0,25 мм. Если на сите останется минеральный остаток, растереть его в ступке, просеять и присоединить к просеянной раньше почве. Почву тщательно перемешать;

4) отвесить на аналитических весах 0,05-0,5 г почвы (чем больше гумуса содержит данная почва, тем меньше должна быть навеска. Одновременно берут навеску почвы около 5 г для определения коэффициента гигроскопичности) и поместить ее в коническую колбу вместимостью 100 мл;

5) прилить из бюретки точно 10 мл 0,4 н. раствора K₂Cr₂O₇, приготовленного в разбавленной серной кислоте (приливать медленно, чтобы раствор полностью стекал со стенок бюретки);

6) содержимое колбы осторожно взбалтывать круговым движением. При этом следить за тем, чтобы частицы почвы не оставались на стенках колбы;

7) в горло колбы вставить маленькую воронку, служащую холодильником, и поставить на этернитовую плитку, песочную баню или газовую горелку с асбестовой сеткой;

8) содержимое колбы кипятить 5 мин. Отсчет времени начать с момента появления первого относительно крупного пузырька газа (СО₂). Нельзя допускать сильного кипения и выделения пара из воронки (пузырьки газа должны быть хотя и обильными, но по величине не больше зерна проса). При нагревании идет окисление углерода перегноя до СО₂ на которое затрачивается некоторая часть двухромовокислого калия по схеме:

2K₂Cr₂O₇ +8H₂SO₄ + 3C (гумуса) = 2K₂SO₄ + 2Cr₂(SO₄)₃ + 8H₂O + 3CO₂

При сильном кипении часть хромовой кислоты разрушается, что отрицательно сказывается на точности анализа. Если хромовая кислота будет израсходована полностью, о чем можно судить по зеленой окраске раствора, то определение следует повторить, уменьшив навеску почвы или увеличив количество бихромата;

9) по окончании кипячения колбу снять с плитки, охладить до комнатной температуры и перенести ее содержимое дистиллированной водой в колбу вместимостью 500 мл.(Сначала вынимают и обмывают дистиллированной водой воронку, а затем несколько раз ополаскивают водой маленькую колбу, выливая ее содержимое в большею колбу). Объем жидкости в колбе довести до 250 мл (приблизительно), прибавить 2 л 85-процентного раствора фосфорной кислоты и восемь капель дифениламина в качестве индикатора¹. Оттитровать содержимое колбы 0,2 н.раствором соли Мора до перехода темно-бурой окраски раствора через фиолетовую и синюю в грязно-зеленоватую. При появлении синего цвета титровать следует очень осторожно, прибавляя раствор соли мора по одной капле и все время перемешивать энергичным взбалтыванием;

10) записать объем (мл) раствора соли Мора, пошедший на титрование содержимого колбы;

11) произвести холостое определение (установить соотношение между K₂Cr₂O₇ и солью Мора), т.е. определить, сколько соли Мора идет на титрование 10 мл раствора хромовокислого калия в серной кислоте. Для этого взять примерно 0,2 г прокаленного песка (для равномерного кипения), поместить в коническую колбочку вместимостью 100 мл, прилить из бюретки 10 мл 0,4 н. раствора K₂Cr₂O₇, закрыть маленькой воронкой и кипятить на плите точно 5 мин, охладить, добавить индикатор и оттитровать;

12) найти количество соли Мора, которое соответствует хромовой кислоте, израсходованной на окисление гумуса (по разности между количеством раствора Мора, пошедшим на титрование при холостом опыте, и количеством соли Мора, пошедшим на титрование остатка бихромата после окисления углерода перегноя);

13) вычислить процентное содержание гумуса по формуле

где а – объем раствора соли Мора, затраченный на холостое титрование 10 мл хромовой смеси (пункт 11), мл;

b – объем раствора соли Мора, затраченный на титрование содержимого колбы после окисления гумуса (пункт 10), мм;

N – поправка к титру соли Мора;

K – коэффициент гигроскопичности почвы (пересчет на сухую почву);

с – навеска воздушно-сухой почвы, взятая для анализа, г;

100 – коэффициент пересчета на 100 г почвы;

_______________

¹ В.Н. Симаков в качестве индикатора вместо дифениламина рекомендует прибавлять 5-8 капель 0,2 процентного раствора фенилантраниловой кислоты.

0,0010362 – коэффициент для пересчета на перегной (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).

Например, для определения содержания перегноя взята навеска 0,2123 г воздушно-сухой почвы. Содержание гигроскопической воды в почве – 5,01%.

При установке соотношения между 10 мл K₂Cr₂O₇ и солью Мора (холостой опыт) израсходовано 21,9 мл 0,2042 н. раствора соли Мора, на титрование избытка хромовой кислоты после окисления затрачено 12,8 мл того же раствора. Поправка на нормальность раствора соли Мори равна 0,2042 : 0,2 + 1,021. Следовательно, на окисление гумуса израсходовано такое количество хромовой кислоты, которое соответствует 21,9 – 12,8 = 9,1 мл раствора соли Мора.

Количество гумуса в пересчете на сухую почву будет равно:

(21,9 – 12,8) · 0,0010362 · 1,021 ·100 · 1,05 : 0,2123 = 5,34%;

14) вычислить процентное содержание азота в почве.

% N = % гумуса · 0,05. В нашем примере % N = 5,34 · 0,05= 0,267%;

15) вычислить процентное содержание углерода перегноя.

% С = % гумуса · 0,58. В нашем примере % С = 5,34 · 0,58 = 3,097%;

16) вычислить запасы гумуса в верхнем 20-сантиметровом слое почвы, если содержание гумуса в нем 5,34% от массы сухой почвы, а объемная масса – 1,4 г/см³. Вычисляем, что запасы гумуса равны

20 · 1,4 · 5,34 = 149,5 т/га.