Химико-аналитический центр


О лаборатории

Анализ воды

Анализ почвы

Экспресс-анализ

Отбор проб


Статьи

Вопросы

Контакты

Химический анализ почвы

 

Химический анализ почвы позволяет оценить как агрохимические показатели, важные для получения урожая, так и общее экологическое состояние почв и грунтов, формирующее качество получаемой продукции. .
Для оценки химических свойств почвы используется широкий набор показателей. Одним из наиболее важных показателей химического состояния почвы является содержание в ней органического вещества. Почвы разных районов сильно различаются по этому показателю. Так, максимальное содержание органического углерода (30 % и более) наблюдается в оторфованных почвах, в черноземах содержание органического углерода достигает 10-12 %, в дерново-подзолистых почвах – 1-2 %. По своей сути органическое вещество почвы аккумулирует ряд важнейших элементов питания растений (азот, фосфор), а также способно связывать ряд загрязнителей (ионы тяжелых металлов). При неправильном сельскохозяйственном использовании почвы (будь-то грядка на приусадебном участке или большое поле в фермерском хозяйстве) количество органического вещества в почве снижается, что приводит к снижению плодородия. В нашей лаборатории возможно определение содержание органического углерода и гумуса почвы по методу И.В. Тюрина с точностью до 0,02 %.

С содержанием органического углерода в почве тесно связан такой показатель, как содержание азота. Азот является одним из наиболее значимых для урожайности сельскохозяйственных культур элементов. Он входит в состав белков, формирующих все ткани и органы растений. Особенно важен азот для формирования надземной части растений – листьев и стеблей. Весь азот в почве можно разделить на несколько групп по степени его доступности: общий, легкоминерализуемый, аммонийный и нитратный. Показатель общего азота характеризует общие запасы этого элемента в почве. В нашей лаборатории определение общего азота производится на анализаторе ….

Легкоминерализуемый азот представляет собой тот запас азота, который может быть использован растениями, т.е. характеризует потенциальную продуктивность вашей почвы. Определение легкоминерализуемого азота проводится в водных и солевых вытяжках из почвы на анализаторе  TOC CNP Shimadzu  (см. фото лаборатории). Азот аммонийных и нитратных соединений является источником азотного питания растений. В тоже время всем известна опасность превышения допустимого содержания нитратов в овощах и фруктах. Их избыток приводит к заболеванию крови – метгемоглобинемии, при которой разрушается гемоглобин эритроцитов крови. Согласно Гигиеническим нормативам ГН 2.1.7.2041-06, установленным с 1 апреля 2006 года предельно допустимое содержание нитратов в почве не должно превышать 130 мг/кг. В нашей лаборатории используются спектрофотометрический метод определения нитратного азота с точностью до 0,001 мг/л.

Помимо азота важнейшими элементами питания растений являются фосфор и калий. Фосфор наиболее важен на стадии цветения и плодоношения растений. Калий – обеспечивает развитие подземных органов растений (корней, клубней, корнеплодов). Содержание фосфора в почве не должно превышать 200 мг Р2О5/кг почвы. Этот порог связан с тем, что повышенное содержание свободной фосфорной кислоты растворяет большое количество тяжелых металлов, которые всегда присутствуют в почве в связанном виде.

analizvod.ru

Озеленение, ландшафтный дизайн.

Строительство бассейнов

____________


   

Переведенные таким образом в подвижное состояние ионы тяжелых металлов воздействуют на растения, снижая количество и, что самое главное, качество урожая. Употреблять в пищу растительный материал, загрязненный ионами тяжелых металлов крайне опасно ввиду их высокой токсичности для человека. Определение фосфора и калия производится в солянокислой вытяжке (по Кирсанову) на Масс-спектрометре с индуктивно-связанной плазмой Agilent ICP-MS 7500А – одном из наиболее современных приборов (см. фото лаборатории).


Среди прочих показателей качества почвы нужно выделить рН водной и солевой вытяжек. Кислотность почвы – одна из основных характеристик, определяющих протекание всех процессов в почве. Помимо мобилизации ионов тяжелых металлов (о чем было сказано выше) и других загрязнителей, рН почвы определяет возможность произрастания определенных сортов сельскохозяйственных растений. Известно, что на кислых почвах растения плохо усваивают элементы минерального питания. Измерить рН почвенной вытяжки можно с помощью рН-метра (см. фото лаборатории). Нейтральная реакция почвы соответствует рН 7. Если рН выше 7, то реакция почвы щелочная, ниже — кислая. При этом кислые почвы классифицируются следующим образом:
очень кислые почвы — рН 3,8 - 4,0,
сильнокислые почвы — рН 4,1 - 4,5,
среднекислые почвы — рН 4,6 - 5,0,
слабокислые почвы — рН 5,1 - 5,5,
близкие к нейтральной почвы — рН 5,6 - 6,9.

Уменьшение pH на каждую единицу означает увеличение кислотности почвы в 10 раз. Большинство культурных растений хорошо растут и развиваются в условиях слабокислой или нейтральной реакции почвы. Оптимальная кислотность почвы для садовых культур: виш¬ни, облепихи, сливы — 7,0, груши, крыжовника, смородины, яблони — 6,0-6,5, малины — 5,5-6,0, земляники — 5,0-5,5. Кислотность почв часто является большим препятствием при выращивании многих овощных культур. Овощные культуры лучше растут на почвах с реакцией от слабокислой до нейтральной (рН 6,0-7,0).
Повышенная кислотность почвы отрицательно сказывается на овощных культурах: капуста поражается килой, морковь — фомозом, свекла — гнилью сердцевины, лук — шейковой гнилью. Кроме того, у лука затягивается период созревания. Единственный прием устранения избыточной кислотности почвы — известкование. Оно резко смещает биологические процессы в сторону, благоприятную для роста растений. Активизация микробной деятельности улучшает агрофизические и агрохимические свойства почвы. Труднодоступные формы элементов питания переходят в легкоусвояемые соединения. Вносимые фосфорно-калийные удобрения закрепляются в корнеобитаемом слое почвы, не вымываются из нее весной и осенью, оставаясь доступными для растений.
Для правильного расчета дозы внесения извести необходимо определение гидролитической кислотности почвы. В России принято определять гидролитическую кислотность почвы в вытяжках ацетата натрия. Установленное значение гидролитической кислотности позволяет правильно произвестковать почву и создать оптимальные условия для развития растений на вашем участке.


Для развития растений важны не только азот, калий, фосфор и рН среды, но и наличие ионов ряда металлов, таких как кальций, магний, железо, алюминий и другие. В почве ионы металлов находятся в равновесном состоянии и связаны либо с органическим веществом, либо с глинистыми минералами почвы. При определенных условиях (например, известковании или внесении удобрений) часть катионов может освобождаться и поступать в почвенный раствор, т.е. становиться доступными для растений. При этом такие ионы, как H+ и Al3+  поступая в почвенный раствор вызывают его подкисление, а ионы Na + вызывают засоление почвы и гибель большинства сельскохозяйственных растений. Для прогнозирования возможных последствий и выработки грамотной стратегии ведения сельского хозяйства необходимо определение таких показателей, как Емкость катионного обмена (ЕКО) и состав обменных катионов.

ЕКО. Емкость катионного обмена – это суммарное количество положительных зарядов обменных катионов, которые компенсируют отрицательные заряды почвенного поглощающего комплекса (ППК). ППК – совокупность минеральных, органических и органоминеральных компонентов твердых фаз почвы, которые являются носителями электрических зарядов. К ППК относятся также и обменные катионы, компенсирующие отрицательные заряды ППК. Часто под ЕКО понимается общее количество катионов одного рода, которое почва в заданных стандартных условиях может удержать в состоянии способном к обмену. В России ЕКО принято определять методом Бобко-Аскинази, предусматривающим многократную обработку почвы забуференным раствором BaCl2 при рН 6,5. Такое значение рН соответствует кислотности почвенных растворов многих почв. Окончательное определение ЕКО проводят путем титрованием.

Электропроводность. Измерение удельной электропроводности насыщенных водой почвенных паст позволяет приблизительно оценить концентрацию солей, поскольку электропроводность функционально связана с концентрацией растворенных солей.  Следует учитывать, что ля разных по составу солей отмечаются достаточно большие различия в зависимостях между удельной электропроводностью и концентрацией, достигающие порой 30-50%. Это связано с различной долей однозарядных и двухзарядных ионов в фильтратах из почв разного типа засоления. Поэтому стоит быть осторожным при переводе электропроводности в суммарную концентрацию солей. Традиционно к засоленным относят почвы, удельная проводимость фильтратов из паст которых выше 4 мСм/см. Почвы с удельной электрической проводимостью фильтратов из паст 4-8 мСм/см относят к слабозасоленным, 8-15 мСм/см – к среднезасоленным, больше 15 мСм/см – к сильнозасоленным. Измеряют удельную электропроводность кондуктометрическим методом.

Метод Мера-Джексона. Метода Мера-Джексона используют для извлечения из почвы всех несиликатных соединений железа вне зависимости от степени окристализованности. Группой несилактных соединений железа в почве называют содержащие железо в качестве основного компонента минералы из группы оксидов и гидроксидов. Метод Мера-Джексона основан на восстановлении Fe (III) дитионитом натрия (Na2S2O4) до Fe (II), для удержания иона железа в растворе в систему добавляют цитрат натрия, который образует с Fe (II) устойчивое комплексное соединение.  Полученные растворы имеют высокую концентрацию матричных компонентов и содержат вещества, являющиеся источником различных помех при анализе (сульфаты, органические соединения). Для измерения концентрации железа в этих растворах методами атомно-абсорбционной спектрометрии или масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой рекомендуется устранять все эти влияния, добавляя перекись водорода для окисления органики и разбавляя, полученные растворы.

Метод Тамма. Метод Тамма используется для извлечения из почвы железа, входящего  в состав плохоокристализованных железистых минералов. Оксиды и гидроксиды железа, находящиеся в почве различаются по степени окристализованности. Железистые минералы с недостаточно развитыми кристаллическими решетками называют слабоокристаллизованными или аморфными железистыми минералами. Метод Тамма предполагает обработку почвы оксалатно-аммонийным буферным раствором с рН 3,2. При этом происходит восстановление Fe(III) до Fe(II), растворение железистых минералов и удержание железа в растворе за счет образование устойчивых оксалатных комплексов. Реактив Тамма обладает меньешей реакционной способностью по отношению к железистыми минералам по сравнению с реактивом Мера-Джексона. При его использовании наиболее устойчивые хорошоокристализованные железистые минералы остаются в составе твердой фазы, а их концентрация рассчитывается как раз по разнице между содержанием железа, полученного по методу Мера-Джексона, и содержанием железа, полученного по методу Тамма. Растворы полученные по методу Тамма содержат меньше матричных компонентов и их легче анализировать методами атомно-абсорбционной спектроскопии и масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. Существенное влияние могут оказывать только органические компоненты и соли щавелевой кислоты, откладывающиеся на элементах распыления проб.

Валовой анализ. Валовой анализ почвы представляет собой комплекс методов для определения элементного состава почвы, т.е. позволяет получить представление об общем содержании химических элементов в почве, вне зависимости от их формы нахождения. Большинство используемых в настоящее время методов количественного измерения концентрации элементов предполагают анализ жидкой пробы. Поэтому перед их применением определяемые элементы, необходимо перевести в раствор, т.е. разложить почву. Для разложения почв в настоящее время используют либо концентрированную азотную кислоту, либо царскую водку (смесь азотной и соляной кислоты 1 HNO3 : 3 HCl) при нагревании в микроволновой печи. В зависимости от тех элементов которые нужно определять при валовом анализе используются различные аналитические приборы, как правило,  применяется масс-спектрометр с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС, ISP-MS), либо атомно-абсорбционный спектрометр (AAS).

Обменные катионы. Обменные катионы, это катионы находящиеся в составе ППК, способные замещаться другими катионами из контактирующей с ППК жидкой фазой. К ни относятся: Ca2+, Mg2+, K+, Na+, H+, Al3+.

Тяжелые металлы.
Из техногенных источников тяжелые металлы поступают в ок­ружающую среду в виде разнообразных химических соединений. Среди соединений неорганической природы в наибольших количест­вах встречаются карбонаты, галогениды, оксиды, сульфаты и сульфиды. Часть металлов пылевых выбросов (свинец, кадмий, ртуть и другие) могут находиться в виде металлоорганических соединений. Соединения такого рода особенно распространены в сточных водах и осадках сточных вод.
Одним из основных источников поступления тяжелых металлов в почву в условиях города являются атмосферные выбросы промышленных предприятий. Тяжелые металлы в основном попадают в атмосферу в составе аэрозолей. При этом элементы с относительно высокими кларками – железо, марганец, цинк, медь – связаны главным образом с мелко и крупно дисперсным аэрозолем (0,05-2 мкм), а наиболее токсичные элементы с низкими кларками – кадмий, свинец, мышьяк – находятся преимущественно в субмикронной фракции (менее 0,05 мкм), но уже в течении первого часа часть из них коагулирует до размеров 0,5 мкм. Набор металлов и их концентрация в аэрозолях определяются специализацией промышленных и энергетических предприятий. Основными источниками атмосферного загрязнения, связанного с деятельностью человека, являются тепловые и иные электростанции (27%), предприятия черной металлургии (24,3%), предприятия по добыче и переработки нефти (15,5%), транспорт (13,1%), предприятия цветной металлургии (10,5%), а также предприятия по добыче и изготовлению строительных материалов (8,1%).
Химические формы существования тяжелых металлов в атмосфере оказывают существенное влияние на степень экологического воздействия на окружающую среду, поскольку они определяют растворимость ТМ. Сразу же после попадания тяжелых металлов в атмосферу из труб предприятий большая часть их находится в нерастворимой в воде форме. Соотношение растворимых и нерастворимых форм зависит как от природы элемента, так и от деятельности конкретного предприятия. К примеру, с выбросами предприятий цветной металлургии металлы поступают в атмосферу практически в нерастворимых формах. Так для свинцового завода доля водорастворимых форм тяжелых металлов, поступающих непосредственно из трубы в атмосферу для свинца и цинка ничтожно мала. Но в то же время кадмий представлен водорастворимой фракцией на четверть от общего его количества, поступающего в атмосферу. Это обстоятельство еще раз доказывает, что форма поступления тяжелых металлов в атмосферу зависит не только от конкретного предприятия, но и от конкретного элемента.
При анализе выбросов мусоросжигательных заводов было установлено, что количество водорастворимой фракции увеличивается до десятков процентов. Например, ртуть, поступающая в атмосферу при сжигании топлива и переработки руд, в основном элементарная, малорастворимая в воде. А из мусоросжигательных печей она поступает в двухвалентной форме, хорошо растворимой в воде. Растворимость аэрозолей тяжелых металлов зависит еще и от степени удаления от источника загрязнения. Это связано с тем, что на большие расстояния переносятся самые мелкодисперсные частички. Так, вблизи промышленных предприятий доля водорастворимых форм доходит максимум до нескольких процентов, в пригородной зоне - до10-30%, в отдаленных районах - до 80% всех выпадений находятся в водорастворимой форме.
В дальнейшем тяжелые металлы поступают на подстилающую поверхность из атмосферы двумя путями:
1. Путем сухого осаждения. В отсутствии атмосферных осадков под действием седиментации и турбулентной диффузии.
2. Путем мокрого осаждения. Внутриоблачное вымывание, начинающееся с конденсации водяного пара на аэрозольных частичках или подоблачное вымывание, включающее захват аэрозольных частиц падающими каплями дождя, тумана или снежинками.
Почва - это весьма специфический компонент биосферы, который выступает, как природный буфер, контролирующий перенос химических элементов и соединений в атмосферу, гидросферу и живые организмы. Тяжелые металлы, поступающие из различных источников, попадают в итоге на поверхность почвы и их дальнейшая судьба определяется свойствами почвы. Продолжительность пребывания тяжелых металлов в почве гораздо больше, чем в других частях биосферы. К примеру, период полуудаления тяжелых металлов варьирует от 70-510 лет для цинка до 740-5900 лет для свинца. Это связано с тем, что ионы металлов прочно связываются с почвенными компонентами и медленно удаляются из них в процессах выщелачивания, потребления растениями, эрозии и дефляции.
Вопрос установления ПДК загрязняющих веществ в почвах весьма сложен. С одной стороны почва – это среда гораздо менее подвижная, чем поверхностные воды и атмосфера, и накопление загрязняющих веществ может происходить долгое время, постепенно приближаясь к ПДК. С другой стороны – активная микробиологическая деятельность в почве и протекающие в ней физико-химические процессы, порой еще до конца не изученные, способствуют трансформации загрязняющих веществ и скорость этого процесса зависит от многих факторов. ПДК загрязняющих веществ в почвах определяется не только их химической природой и токсичностью, но и и особенностями самих почв, что и нашло отражение в разработке ПДК тяжелых металлов в почвах.

N п/п

Наименование вещества

Группа почв

Величина ОДК* (мг/кг)

1

Кадмий (Cd)

а) песчаные и супесчаные

0,5

 

 

б) кислые (суглинистые и глинистые), рН КСl<5,5

1,0

 

 

в) близкие к нейтральным, нейтральные (суглинистые и глинистые), рН КСl>5,5

2,0

2

Медь (Cu)

а) песчаные и супесчаные

33

 

 

б) кислые (суглинистые и глинистые), рН КСl<5,5

66

 

 

в) близкие к нейтральным, нейтральные (суглинистые и глинистые), рН КСl>5,5

132

3

Мышьяк (As)

а) песчаные и супесчаные

2

 

 

б) кислые (суглинистые и глинистые), рН КСl<5,5

5

 

 

в) близкие к нейтральным, нейтральные (суглинистые и глинистые), рН КСl>5,5

10

4

Никель (Ni)

а) песчаные и супесчаные

20

 

 

б) кислые (суглинистые и глинистые), рН КСl<5,5

40

 

 

в) близкие к нейтральным, нейтральные (суглинистые и глинистые), рН КСl>5,5

80

5

Свинец (Pb)

а) песчаные и супесчаные

32

 

 

б) кислые (суглинистые и глинистые), рН КСl<5,5

65

 

 

в)близкие к нейтральным, нейтральные (суглинистые и глинистые), рН КСl>5,5

130

6

Цинк (Zn)

а) песчаные и супесчаные

55

 

 

б) кислые (суглинистые и глинистые), рН КСl<5,5

110

 

 

в) близкие к нейтральным, нейтральные (суглинистые и глинистые), рН КСl>5,5

220

*- ОДК - ориентировочно допустимые концентрации

Существует множество методов и приемов определения тяжелых металлов в почвах: определение подвижных форм, обменных форм, кислоторастворимых (техногенных) форм, валового содержания. Для извлечения всех этих форм нахождения тяжелых металлов используются различные вытяжки из почвы. А вот определение концентрации металлов уже в самой вытяжке осуществляется двумя методами – атомно-абсорбционной спектрометрией (ААС или AAS) и масс-спектрометрией с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS). Выбор одного из двух приборов (атомно-абсорбционного спектрометра или масс-спектрометра с индуктивно-связанной плазмой) проводится исходя из конкретного элемента и его предполагаемой концентрации.

Нефтепродукты. Нефть представляет собой сложную смесь углеводородов и их производных, каждое из этих соединений может рассматриваться как самостоятельный токсикант. Попадание нефтяных углеводородов в районах нефтедобычи и нефтепереработки вызывает интенсивную трансформацию морфологических и физико-химических свойств почвы, приводящих к негативным последствиям. Токсичность нефти объясняется присутствием летучих ароматических углеводородов (толуол, ксилол, бензол). Высокие концентрации нефти в почве приводят к угнетению роста растений, гибели почвенных беспозвоночных и позвоночных организмов.
Лабораторное определение нефти процесс достаточно сложный и долгий. После проведения всех предварительных процедур - фильтрации, экстракции содержание нефти определяют на концентратомере КН-3.

Бор играет важную роль в опылении растений. Недостаток его приводит к большому количеству неоплодотворенных цветков, что снижает семенную продуктивность растений. Недостаток бора приводит к нарушению анатомического строения растения. Бор влияет на углеводный и белковый обмен в растениях, при его недостатке сахар и крахмал накапливаются в листьях, а отток в другие части растения задерживается. Симптомы борного голодания у растений: сахарная свекла заболевает гнилью сердечка, у льна отмирает точка роста, вследствие ее поражения бактериозом, у картофеля отмечается повышеная заболеваемость клубней паршой. Среднее содержание бора в почве от 1,5 до 50 мг/кг. Меньше всего его в почвах тундры, слабо обеспечены им дерново-подзолистые почвы, лесостепные и торфяные почвы. Больше всего бора содержится в солонцах и солончаках. Также известно, что содержание усвояемого бора резко снижается при известковании почвы. Борные удобрения эффективны в том случае, когда концентрация бора в почве меньше 0,3 мг/кг. Определяют валовой или подвижный бор на масс-спектрометре с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS).

Марганец принимает участие во многих окислительно-восстановительных процессах: фотосинтезе, дыхании, в усвоение молекулярного и нитратного азота, а также в образовании хлорофилла. При недостатке марганца в почве растения заболевают серой пятнистостью, что часто приводит к их последующей гибели. При менее остром недостатке марганца снижается урожайность растений. Содержание валового марганца в почвах велико: в дерново-подзолистых – 0,06-0,09%, в лесостепных – 0,06-0,20%, в черноземах – 0.08-0.09%. В почве содержиться двух, трех и четырехвалентный марганец, но растениям доступна только двухвалентная форма, находящаяся в почве либо в обменном, либо в водорастворимом состоянии. В анаэробных условиях доступного марганца всегда больше, за счет восстановления его микроорганизмами. Так в рыхлой легкой почве доступного марганца будет меньше, чем в плотной и увлажненной почве. На растениях пагубно сказывается как избыток, так и недостаток марганца. Содержание подвижного марганца также сильно зависит от кислотности почвы. Определение марганца в почвенных вытяжках можно проводить как на атомно-абсорбционном спектрометре (ААС), так и на масс-спектрометре с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS).

Молибден принимает участие во многих биохимических процессах в растениях. Он оказывает влияние на процессы восстановления нитратов, нитритов и гидроксиламида до аммиака, участвует в биосинтезе аминокислот, способствует фиксации молекулярного азота клубеньковыми бактериями в симбиозе с бобовыми культура и свободноживущими почвенными микроорганизмами, влияет на биосинтез нуклеиновых кислот и белков. При недостатке молибдена в растениях образуется меньше белков,  накапливаются нитраты, нарушается обмен азотистых веществ, замедляется образование хлорофилла и снижается концентрация аскорбиновой кислоты. Недостаток молибдена четко проявляется на крестоцветных (цветная капуста и т.д.) и бобовых растениях.  Листья капусты сначала становятся пятнистыми, а при сильно недостатке молибдена закручиваются в спираль и увядают. У бобовых растений резко снижается урожай. Среднее содержание молибдена в почвах 0,2-7,5 мг/кг. Недостаток подвижного молибдена обычно свойственен кислым дерново-подзолистым почвам и светло-серым лесостепным. Доступность его зависит от реакции среды, подкисление почвы понижает его доступность, подщелачивание увеличивает содержание подвижного молибдена. Определение молибдена проводят в почвенных вытяжках, получсенных при воздействии на почву оксалатного буфера,  на масс-спектрометре с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS).

Медь необходима для жизни растений в небольших концентрациях, однако без нее погибают даже всходы. Медь участвует в процессах окисления, входя в состав ферментов, усиливает интенсивность дыхательных процессов, придает хлорофиллу большую устойчивость, усиливает фотосинтетическую деятельность. Медь играет важную роль в водном балансе растений.  При недостатке меди растения теряют тургор, листья становятся вялыми. Симптомы медной недостаточности чаще всего проявляются у злаковых культур, болезнь называется белоколосницей или «белой чумой». Чаще всего растения испытывают недостаток меди на освоенных заболоченных и торфяных почвах. Валовое содержание меди в незагрязненных почвах колеблется в широких пределах от 1 до 100 мг/кг. Богаты медью красноземы и желтоземы, обеднены торфяники. Однако для растений доступна только водорастворимая и обменная часть меди, что составляет не более 1 % от ее валового содержания. Определение меди проводят в 1н. HCl -  вытяжке можно проводить методами атомно-абсорбционной спектрометрии (ААС) и масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS).

Цинк участвует во многих физиолого-биохимических процессах растений, являясь их катализатором и активатором. Недостаток цинка приводит к нарушению обмена веществ у растений. Нарушаются белковый обмен, углеводный обмен, фосфорный обмен, процесс образования хлорофилла. Наиболее чувствительны к недостатку цинка плодовые деревья. Валовое содержание цинка в незагрязненных почвах колеблется от 24 до 90 мг/кг почвы. С увеличением рН доступность цинка снижается. Перевод из почвы в раствор подвижного цинка осуществляется с помощью 1н. KCl-вытяжки. Определение цинка в почвенных вытяжках можно проводить методами атомно-абсорбционной спектрометрии (ААС) и масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS).

Кальций оказывает многостороннее положительное влияние на растения: влияет на рост и развитие корневой системы, усиливает обмен веществ в растениях, влияет на активность ферментов, кальций препятствует поступлению в излишнем количестве других катионов  в растения. Наличие в почве других катионов водорода (H+), натрия (Na+), калия (K+) препятствует поступлению кальция в растения. Наличие в почвенном растворе нитратного азота усиливает, а аммиачного – снижает поступление кальция в ткани растения. На кислых песчаных и супесчаных почвах, а также на солонцах при внесении извести (Сa(OH)2) и гипса (CaSO4 x 2H2O) улучшаются не только  физико-химические свойства почвы, вследствие нейтрализации избыточной кислотности или щелочности, но и питание растений кальцием. Валовое содержание кальция в почвах велико, так в подзолистых почвах его содержится 0,73 % от сухого вещества почвы, в черноземе - 1,44%. Извлечение обменного кальция из почвы осуществляется при  помощи уксуснокислого аммония. Определение кальция в почвенных вытяжках можно проводить методами атомно-абсорбционной спектрометрии (ААС) и масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS).

Магний играет важную физиологическую роль в процессе фотосинтеза, входит в состав хлорофилла, влияет на окислительно-восстановительные процессы. При недостатке магния увеличивается активность пероксидазы, усиливаются процессы окисления в растениях, снижается содержание аскорбиновой кислоты. Недостаток магния тормозит синтез азотсодержащих соединений. Внешним признаком недостаточности этого элемента является хлороз листьев. Среднее валовое содержание магния в различных типах почв ( в % на сухое вещество): в подзолистых – 0,5, в черноземах – 0,9. При содержании в почве обменного магния на уровне 2 мг/100 г и ниже наблюдается его резкая недостаточность. Прежде всего, это проявляется на дерново-подзолистых кислых почвах легкого механического состава. Для определения обменного магния используют обработку почвы уксуснокислым аммонием. Определение концентрации магния в почвенных вытяжках можно проводить методами атомно-абсорбционной спектрометрии (ААС) и масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS).

Валовое содержание алюминия в почве составляет 8-15% Al2O3, в основном он содержится в составе алюмосиликатов, гидратов и фосфатов, т.е. в труднорастворимом состоянии. На кислых почвах алюминий может находится и в обменно-поглощенном состоянии. С формами алюминия связана кислотность почв. В природных условиях явление недостаточности алюминия для растений не отмечено, а вот явления токсического влияния повышенных концентраций этого элемента встречаются довольно широко и распространены по всей Нечерноземной зоне. Негативное влияние алюминия на растения связано прежде всего с увеличением кислотности почвы и поступление в растения фосфора и других элементов питания. Начиная с концентрации подвижного алюминия 2-5 мг/100 г почвы наблюдается угнетение роста растений, а при 10 мг/100 г резко падает урожайность растений и часто наблюдается его гибель. Обменный алюминий извлекают из почвы KCl-вытяжкой и измеряют его концентрацию методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS).

Хлор содержится в почве на уровне 0,01% и находится в большей части в составе хорошо растворимых соединений и легко поступает в растения. Высокое содержание хлора в почве и легкое поступление его в растения может оказывать негативное влияние на поступление других важных анионов, а при очень высоких концентрациях хлориды могут оказывать и прямое токсическое воздействие на растения. Растений испытывающих недостаток хлора в природе не отмечено. Накопление хлора в поверхностных горизонтах при испарении влаги в сухих районах приводит к хлоридному засолению почв. Концентрацию хлора в почве определяют аргентометрическим методом (титрованием) в водной вытяжке из почвы.

Сера является одним из необходимых микроэлементов питании растений. Валовое содержание ее в почве составляет 0,05-0,25%. Меньше всего серы в легких почвах в зоне избыточного увлажнения, тогда как средне- и тяжелосуглинистые почвы, и особенно торфяные, имеют более высокое содержание серы. Почвы сухих районов России не только хорошо обеспечены серой, но и часто в них наблюдается сульфатное засоление. Определение сульфатов в почве проводится из водной вытяжки при помощи хромата бария с окончание на спектрофотометре. 

Кобальт является важным микроэлементом не только для растений, но и для животных, он входит в состав витамина В12, при недостатке которого нарушается обмен веществ. Также кобальт требуется бобовым для фиксации молекулярного азота. Чтобы животные не испытывали недостатка в кобальте, кормовые культуры должны содержать 0,7 мг/кг корма. В почвах кобальт встречается в концентрациях 0,4-4,0 мг/кг. Поступление кобальта в растения  усиливается при подкислении почв. Для определения подвижного кобальта из почвы готовят 1н HNO3 (азотнокислую) вытяжку. Определение концентрации кобольта в почвенных вытяжках можно проводить методами атомно-абсорбционной спектрометрии (ААС) и масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS).

Первичная подготовка почвы к анализу.

Доставленные в лабораторию образцы необходимо быстро и квалифицированно подготовить к анализу и хранению. Почвенные образцы при подготовке к анализу доводят до воздушно-сухого состояния в сушильном шкафу при температуре 40-45 ?С и разламывают на специальной мельнице. Небольшие количества почвы растирают вручную пестиком в фарфоровой ступке. После размола почву просеивают через сито диаметром 1 мм. При определении общего азота и гумуса перед размолом из почвы удаляют растительные остатки.

Приготовление водной или солевой вытяжки

Метод водной вытяжки основан на извлечении из почвы катионов пятикратным по отношению к массе навески почвы объемом дистиллированной воды. Воду добавляют к навеске почвы, суспензию взбалтывают и фильтруют. Полученный фильтрат и называют водной вытяжкой. Солевая вытяжка в зависимости от определяемого параметра химического состава почвы может быть разной. Это может быть 1н. KCl, K4P2O7, 0,01 M CaCl2, NH4Cl  и т.д. Так же различным будет и соотношение почва : раствор. В основном солевые вытяжки применяются для определения фракционного состава или подвижности химических элементов в почве.

Определение ионного состава водной вытяжки

            Обычно в водной вытяжке определяются следующие катионы: кальций (Ca2+), калий (K+), натрий (Na+), магний (Mg2=) и анионы: карбонат (CO32-), гидрокарбонат (HCO3-), хлорид (Cl-), сульфат (SO42-), нитрат (NO3-), нитрит (NO2-), борат (H2BO3-).

Определение общего азота

            Общий запас азота в почве является важнейшим показателем ее потенциального плодородия. В гумусовых горизонтах почв преобладающая часть азота входит в состав органических соединений, на долю минеральных форм - аммония (NH4), нитрата (NO3-), нитритов (NO2-) приходится 1-3% общего содержания азота. В нижних горизонтах почв доля органического азота падает, часто за счет фиксированного аммония, на его долю может приходиться здесь до 30-60% от общего количества азота.
Для определения азота в почвах используют: газоволюмометрические методы, основанные на термическом разложении органического вещества почв; методы. Основанные на мокром озолении органического вещества почв концентрированной серной кислотой H2SO4 (метод Кьельдаля) или сернокислым раствором CrO3 (метод Тюрина).

 

Приготовление почвы для валового анализа

 

            Валовой анализ почв состоит из разложения почвенной пробы и определения химических элементов в продуктах разложения. Большинство используемых в настоящее время методов количественного определения химических элементов предполагают анализ жидких проб. Поэтому перед их применением необходимо перевести определяемые элементы из пробы в раствор, выполнив разложение проб. Под разложением проб понимается специальная процедура химического и термического воздействия на почву, в результате которой нужные для определения элементы переходят в раствор. Из-за сложного состава почвы невозможно подобрать один универсальный способ разложения, одинаково пригодный для анализа почв разных типов, определения всех химических элементов, а также для любых методов количественного измерения. Существуют три принципиально разных способа разложения почв: сплавление, спекание и кислотной разложение. К примеру, при контроле химического загрязнения почв тяжелыми металлами можно обойтись без полного разложения почвы. В этом случае почву подвергают кислотному разложению «царской водкой» (смесь азотной HNO3 и соляной кислот HCl в соотношении 1/3) при воздействии высоких температур и давлении. Данная операция позволяет перевести в раствор практически все тяжелые металлы из почвы.

 

Приготовление азотнокислой или ацетатно-аммонийной вытяжки для определения тяжелых металлов

            1 н. HNO3 вытяжка была первоначально рекомендована для извлечения из некарбонатных и малокарбонатных почв Нечерноземной зоны России «подвижных» форм соединений кобальта, а 1 н. HCl – меди. Дальнейшие исследования показали, что обе вытяжки не только практически равноценны по степени извлечения из почвы кобальта и меди, но и подходят для экстракции большого набора элементов. Считается, что 1 н. азотная кислота растворяет такие соединения тяжелых металлов (ТМ) техногенного происхождения, как оксиды и сульфиды. Именно в виде этих соединений ТМ поступают в почву в зоне воздействия газо-пылевых выбросов промышленных предприятий и транспорта. При высоком уровне загрязнения в 1 н. HNO3 вытяжку может переходить до 90-95% от валового содержания ТМ в почве.
Ацетат-аммонийный буферный раствор с рН 4,8 (ААБ) служит для выделения из почвы подвижных форм тяжелых металлов. Определение подвижных соединений металлов в ацетатно-аммонийных вытяжках проводят для оценки количества доступных для растений микроэлементов, а также для оценки экологического состояния почв при их загрязнении тяжелыми металлами. Содержание в почве подвижных форм хрома (Cr III), марганца (Mn), кобальта (Co), никеля (Ni), меди (Cu), цинка (Zn), свинца (Pb), нормируется ПДК, установленными ГН 2.1.7.2041-06.

Пробоподготовка для бенз(а)пирена
Определение бенз(а)пирена

Под полициклическими углеводородами понимают соединения ароматической природы, в структуре которых обязательно наличие конденсированных бензольных колец в различных сочетаниях. Многие из ПАУ отличаются своими канцерогенными и мутагенными свойствами, что делает их предметом пристального внимания специалистов в течение уже нескольких десятков лет. В зависимости от условий воздействия некоторые ПАУ могут вызывать задержку роста, ускорение старения, нарушение работы иммунных систем. В результате может наблюдаться нарушение индивидуального развития организмов, происходить изменения в составе их генофонда и в конечном итоге эти последствия могут привести к сдвигу в составе биоценозов.
В России нормативы по содержанию ПАУ в почве, воздухе, водах и других природных средах установлены только для бенз(а)пирена. Именно бенз(а)пирен является одним из наиболее сильных канцерогенов среди углеводородов и имеет повсеместное распространение в окружающей среде. В нашей стране впервые в мировой практике были установлены предельно допустимые концентрации (ПДК) для бенз(а)пирена:
в воздухе населённых мест (среднесуточные) — 1 нг/м3;
в воздухе рабочей зоны— 150 нг/м3;
в воде водоёмов хозяйственно-питьевого назначения — 5 нг/л;
в почве — 20 мкг/кг  (Пшенин, 1995).

Метод определения бенз(а)пирена основан на следующих этапах анализа:

  1. Экстракция бенз(а)пирена из проб почв хлористым метиленом
  2. Концентрирование экстракта
  3. Очистка его методом колоночной хроматографии
  4. Определение бенз(а)пирена методом ВЭЖХ с использованием флуориметрического детектора

 

назад