способ определения содержания в почве гумуса

Формула изобретения

Способ определения содержания в почве гумуса, включающий отбор почвенных проб и их анализ, отличающийся тем, что анализ почвенных проб включает определение рентгенофлюоресцентным способом содержание мышьяка и кобальта в исследуемом образце и о содержании гумуса в почве судят по соотношению содержания мышьяка к кобальту на предварительно построенном калибровочном графике.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к агрохимии и может быть использовано в сельском хозяйстве для оценки плодородия почв посредством определения содержания гумуса в почве.

Известен способ определения характеристик гумусовых кислот рентгенодифрактометрическим методом (Орлов Д.С., Гришина Л.А., Еротичева Н.Л. Практикум по биохимии гумуса. - М., Изд-во Моск. ун-та, 1969, с.381). Для этого гуминовые кислоты и фульвокислоты извлекают из образца почвы и очищают. Сухой препарат измельчают в агатовой ступке, насыпают в стеклянную кювету, устанавливают в держатель образца гониометрического устройства рентгенодифрактометра ДРОН-2, включают приборы и ведут съемку в области от 1 до 25° углов . Поскольку зависимость интенсивности рассеяния I дифрагируемых рентгеновских лучей от длины волны излучения и угла рассеяния рентгеновских лучей имеет вид I=f·sin/, то на рентгенодифрактограммах гумусовых кислот, записываемых на диаграммной ленте, имеются диффузионные дифракционные максимумы, соответствующие определенным углам . При анализе гумусовых кислот на дифрактометре используют рентгеновские трубки с медным анодом, излучение фильтруется через фильтр из никелевой фольги. Зная угол и материал анода в рентгеновской трубке, по таблицам Гиллера находят межплоскостные расстояния в ангстремах. Относительные высоты дифракционных максимумов на дифрактограмме и значения периодов, которым они отвечают, помогают судить о наличии и строении гумусовых кислот.

Широкому распространению указанного метода препятствует достаточно высокая сложность выделения гуминовых кислот из почвы, сложность обработки спектров и их интерпретации, отсутствие достаточного количества специалистов в этой области.

Известен способ определения гумуса в почве, основанный на окислении углерода гумуса почвы раствором бихромата калия в 0,4 н. Н₂SO₄, что приводит к образованию в растворе трехвалентного хрома зеленого цвета в количестве, эквивалентном окисленному углероду. Это позволяет, измерив оптическую плотность раствора смеси в области 580-590 нм, определить концентрацию трехвалентного хрома и рассчитать содержание углерода (Физико-химические методы исследования почв, М., Изд-во Моск. ун-та, 1980, с.155-157). Ход определения углерода органических соединений почвы включает два этапа: окисление гумуса по методу Тюрина и фотометрирование полученного раствора после разбавления его до определенного объема на спектрофотометре или фотоэлектроколориметре. Калибровочную шкалу готовят из раствора соли Мора и бихромата калия с оптической плотностью, эквивалентной содержанию 1, 2, 3, 4, 5 и 6% углерода в почве.

Однако и этот метод недостаточно удовлетворителен из-за громоздкой и длительной подготовки образцов для анализа - сушки, измельчения, полного удаления органических остатков, просеивания через сито 0,25 мм, окрашивания окисленного углерода и измерения его оптической плотности на спектрофотометре. Используемая масса навески почвы для анализа - 0,3 г малопредставительна, в результате, как правило, надежность и воспроизводимость анализов низкая. К недостаткам метода относится также необходимость использования расходуемых материалов и деструкция образцов почвы при анализе.

Известен способ определения содержания в почве фосфора и гумуса (Пат. СССР №1785572, кл. 5 G 01 N 33/24, 1990, прототип), согласно которому определяют содержание радионуклида тория в почвах; по концентрации радионуклида тория, используя установленные ранее корреляционные связи, определяют концентрации нерадиоактивных элементов, например, фосфора, и других почвообразующих компонентов, например, гумуса. Недостатком данного способа определения в почве фосфора и гумуса является следующее.

Способ определения тория не указан. Он может быть химическим или радиохимическим. Если выбран химический способ определения тория, то ни в скорости определения содержания гумуса в почве, ни в его точности преимущества нет. То же самое происходит, если способ определения радиохимический. Выигрыш во времени поучается, если концентрация тория определяется гамма- и спектрометрическим методом - по линии 608 кэВ. Однако и в этом случае в полевых условиях погрешность определения концентрации тория не меньше 20%, поскольку удельная радиоактивность тория очень низка. Следовательно и погрешность определения гумуса не менее 20%. Причем, поскольку эта погрешность относится как к самим измерениям концентрации тория, так и к калибровочному графику, погрешность может достигать 40%.

Поскольку торий и калий совершенно различны по химическим свойствам, никакой корреляции в калибровочном графике между ними быть не может, поэтому так велик статистический разброс точек на фиг.2 в описании изобретения к Пат. СССР №1785572.

В связи с вышеизложенным указанный способ определения гумуса следует признать неудачным.

Задача, решаемая данным изобретением, заключается в разработке экспрессного и достоверного способа определения гумуса в почве.

Поставленная в изобретении задача решена путем измерения с помощью рентгенофлуоресцентного анализа содержания мышьяка и кобальта в образцах почвы, и по величине их отношения на калибровочном графике определяют содержание гумуса в почве.

Измерение содержания As и Со выбраны по той причине, что они резко противоположны по своим прежде всего биологическим характеристикам. Все живые организмы, так же как и гумус, обогащены As и, напротив, обеднены Со. Поэтому существует прямая пропорциональная зависимость между содержанием гумуса в почве и концентрацией As в ней. Отношение As/Co выбрано для того, чтобы зависимость от количества гумуса была контрастной и, следовательно, более точной.

На чертеже изображен калибровочный график зависимости величины отношения мышьяка к кобальту (As/Co) от содержания гумуса в почве.

Заявленный способ определения содержания в почве гумуса включает следующие операции:

- отбор почвенных проб;

- анализ почвенных проб рентгенофлюоресцентным способом, направленным на определение содержания мышьяка (As) и кобальта (Со) в исследуемом образце;

- на предварительно построенном калибровочном графике в координатах гумус, % - As/Co определяют содержание гумуса в почве по отношению As/Co.

Заявленный способ осуществляют следующим образом. После отбора образца почвы проводят его высушивание и просеивание через сито с диаметром отверстий 1 мм. Требования к удалению органических остатков не так велики, как в методике по Тюрину, так как при рентгенофлюоресцентном анализе определяют состав минеральной компоненты образца. Из образца прессуют таблетку массой 1-2 г, элементный состав которой анализируется рентгенофлюоресцентным способом. При этом не требуется расхода химических реактивов, метод анализа недеструктивный, экспрессный, погрешность анализа не более ±5%, воспроизводимость результатов 90-95%.

Установка для проведения рентгенофлуоресцентного анализа включает в себя источник первичного рентгеновского излучения - закрытый источник радионуклида кадмия-109, детектор вторичного рентгеновского излучения - кремний-литиевый полупроводниковый детектор типа БДРК 1/4-25, охлаждаемый жидким азотом, и многоканальный амплитудный анализатор импульсов АИ-1024. Образец устанавливают в активационное устройство и производят измерение интенсивности вторичного рентгеновского излучения в течение 10-15 минут.

Концентрацию мышьяка определяют по его К-линии за вычетом интенсивности L-линии свинца, а концентрацию кобальта - по его К-линии за вычетом К-линии железа.

Содержание гумуса в образце определяют по калибровочному графику зависимости отношения концентраций As/Co от содержания гумуса в почве. На чертеже приведен калибровочный график зависимости величины отношения As/Co от содержания гумуса в почвенных стандартах СП-1 - Курский чернозем, содержание Со - 10 мг/кг, As - 7,7 мг/кг, гумуса - 5,7%, СП-2 - Московская дерново-подзолистая почва, содержание Со - 10 мг/кг, As - 2,5 мг/кг, гумуса - 0,7%, СП-3 - Прикаспийская светло-каштановая почва, содержание Со -14 мг/кг, As - 5,7 мг/кг, гумуса - 1,8% (С.В.Лонцих, Л.Л.Петров. Стандартные образцы состава природных сред. Новосибирск “Наука” СО, 1988, с.276).

Поскольку предел обнаружения для большинства элементов при рентгенофлуоресцентном анализе составляет порядка 1 мг/кг, а содержание в почве As составляет 2,5-7,5 мг/кг, Со - 10-14 мг/кг, определение содержания гумуса указанным способом проводится с достаточно высокой надежностью и достоверностью, что позволяет гарантированно оценивать плодородие почвы. Этому способствует линейная зависимость величины отношения концентраций мышьяка и кобальта от содержания гумуса в почве.

Заявленный способ определения гумуса в почве отличается экспрессностью, высокой надежностью и достоверностью, легко осуществим в лабораторных условиях.