Методы определения углерода и азота органических веществ почв

Наиболее часто при элементном анализе органических веществ почвы определяют углерод и азот.

Определение содержания органического углерода в верхних корнеобитаемых горизонтах почвы проводят при всех почвенных исследованиях. По содержанию органического углерода в почве рассчитывают содержание общего гумуса в почве. Среднее содержание углерода в гумусе составляет 58%. Исходя из этой цифры, был получен коэффициент. Для пересчета на гумус просто умножают содержание углерода на 1,724. Но в разных типах почв колеблется содержание углерода в составе гумуса. Для многих почв этот коэффициент занижен. Поэтому, в частности, для черноземов необходимо применять коэффициент пересчета равный 1, 976. Для вторых гумусовых горизонтов иллювиально-гумусовых подзолов этот коэффициент равен уже 2,4-2,5.

Все методы определения органического углерода почвы делят на прямые и косвенные.

К прямым методам относятся: метод Г.Г. Густавсона, метод Кноппа-Сабанина, а также определение углерода с помощью автоматических экспресс-анализаторов.

Метод Г.Г. Густавсона основан на сухом озолении (сжигании органического вещества в токе воздуха) в контакте с окисью меди при 700-750ºС. Это классический метод определения общего гумуса почвы. Метод очень точен, но длителен и не применим для карбонатных почв. Относится к группе гравиметрических методов.

Метод Кноппа-Сабанина основан на мокром сжигании (окислении органического вещества почвы хромовой смесью). Метод относится к группе гравиметрических методов. Этим методом можно определять содержание органического углерода и в карбонатных почвах. Карбонаты разрушают предварительной обработкой разбавленной серной кислотой.

Определение углерода с помощью автоматических экспресс-анализаторов в большинстве приборов основано на прямом сжигании органических веществ почвы в токе кислорода при температуре 1050-1150ºС. В отечественном экспресс-анализаторе АН-7529 определение углерода происходит методом кулонометрического титрования образующейся при поглощении углекислого газа кислоты специальным раствором в электролитической ячейке. Применение специальной приставки позволяет определить содержание органического углерода и в карбонатных почвах. Этот метод получает все большее распространение в практике почвенных исследований. Продолжительность одного анализа всего 5 минут.

К косвенным методам определения органического углерода почвы относятся различные модификации метода И.В. Тюрина.

Метод И.В. Тюрина в модификации В.Н. Симакова основан на мокром сжигании (окислении органического вещества почвы хромовой смесью). Однако, в отличие от метода Кноппа-Сабанина это титриметрический метод. Избыток раствора хромовой смеси после окисления органического углерода почвы оттитровывают солью Мора. Фактически определяется степень окислености гумуса. Метод не отличается высокой точностью, однако, из-за своей доступности и относительной быстроты анализа получил наиболее широкое распространение.

Д.С. Орлов и Н.М. Гриндель предложили модификацию метода И.В. Тюрина с окончанием анализа определением оптической плотности раствора хромовой смеси при 590нм (фотоколориметрический метод). Это позволяет узнать количество восстановленного хрома, эквивалентное общему количеству гумуса в анализируемом образце. Ионы хлора, закисного железа и марганца, а также другие восстановители мешают анализу.

Б.А. Никитин предложил модификацию метода И.В. Тюрина в которой вместо пятиминутного кипячения почвы с хромовой смесью используется нагревание в сушильном шкафу при температуре 150ºС. Окончание анализа можно проводить как титриметрически, так и фотоколориметрически.

Азот почвы приблизительно на 95% представлен азотом органических веществ. Остальные 5% это ионы аммония, нитраты и нитриты. В составе гумуса азот составляет около 5%.

Содержание общего азота в почвах обычно определяют газоволюметрическими методами, которые основаны на термическом разложении органических веществ и измерении объема выделившегося азота. Помимо этих методов используют методы, предусматривающие мокрое озоление органических веществ, из которых наибольшее распространение получили методы Кьельдаля и Тюрина.

Метод Кьельдаля основан на разложении органических веществ почвы концентрированной серной кислотой. Разложение происходит при кипячении. Метод отностится к группе титриметрических методов. Метод достаточно точен и широко применяется в почвенных исследованиях, однако, нитратный азот этим методом не определяется.

В случае если необходимо определить содержание общего азота в почвах с высоким содержанием нитратов, то рекомендуется использовать метод Иодльбауэра, в котором вместо концентрированной серной кислоты используется фенолсерная кислота.

В микрохромовом методе И.В. Тюрина озоление органических веществ почвы производят кипячением навески почвы со смесью раствора хромового ангидрида или бихромата калия с концентрированной серной кислотой. Метод относится к группе титриметрических методов.

В болотных торфяных почвах содержание органического вещества определяют по потере при прокаливании навески торфа в муфельной печи при температуре 800ºС.