УДК 542
ББК 40.3
М22

Рецензенты:
Г.Ф. Копосов — доктор биологических наук,
профессор Казанского (Приволжского) федерального университета;
П.М. Сапожников — доктор сельскохозяйственных наук,
профессор Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Мамонтов В.Г., Гладков А.А.
М22
Практикум по химии почв : учебное пособие / В.Г. Мамонтов,
А.А. Гладков. — М. : ФОРУМ : ИНФРАМ, 2015. — 272 с. — (Высшее
образование. Бакалавриат).

ISBN 9785911349547 (ФОРУМ)
ISBN 9785160101989 (ИНФРАМ)

В учебном пособии изложены методы анализа элементного состава ми
неральной части почв, способы выражения результатов валового анализа и
пересчета аналитических данных. Приведены методы изучения ионносо
левого комплекса почв и доступных форм элементов питания растений, а
также методы, используемые для определения общего гумуса и азота, груп
пового и фракционного состава гумуса, и методы изучения некоторых
свойств гумусовых кислот. Рассмотрено использование данных валового
анализа, результатов изучения ионносолевого комплекса и органического
вещества почв в практических целях.
Пособие предназначено студентам и бакалаврам высших учебных заве
дений, обучающимся на факультетах почвоведения, агрохимии и экологии
по направлению 35.03.03 «Агрохимия и агропочвоведение», а также магист
рам, аспирантам и научным работникам, специализирующимся в области
почвоведения, агрохимии, экологии и агрономии.

УДК 542
ББК 40.3

ISBN 9785911349547 (ФОРУМ)
ISBN 9785160101989 (ИНФРАМ)
© Мамонтов В.Г., Гладков А.А., 2014
© Издательство «ФОРУМ», 2014

Введение

Одной из важнейших характеристик почвы является ее химиче
ский состав, включающий большой набор химических элементов и их
соединений. По химическому составу почва отчетливо выделяется
среди других природных тел. Формируясь при непосредственном
взаимодействии атмосферы, гидросферы, литосферы и живых орга
низмов, почва в той или иной степени наследует их химический со
став, приобретая вместе с тем и свои индивидуальные особенности,
что является следствием определенной совокупности элементарных
почвенных процессов, протекающих в специфических условиях био
геохимического круговорота веществ.
Твердая фаза почвы состоит из минеральных и органических со
единений. Органическая часть почвы представлена органическими
остатками животного и растительного происхождения, гумусовыми
веществами и их органоминеральными производными. Минераль
ную часть почвы формируют различные по химическому составу и
свойствам компоненты — силикаты, алюмо и феррисиликаты, окси
ды и гидроксиды, легко и труднорастворимые соли. В связи с этим
для твердой фазы почвы характерно большое разнообразие химиче
ских элементов, содержание которых варьирует в широком диапазоне
(табл. 1.1).
По абсолютному содержанию все химические элементы почвы
могут быть разделены на несколько групп. Первая группа включает
элементы, содержание которых варьирует от десятых долей процента
до десятков процентов. В нее входят: кремний, кислород, алюминий,
железо, углерод, кальций, магний, натрий, калий. Это типичные мак
роэлементы. В следующую группу входят: титан, водород, азот, фос
фор, сера. Их количество колеблется от десятых до сотых долей про
цента. Эта группа считается переходной от макро к микроэлементам.
Микро и ультрамикроэлементы содержатся в почве в количествах
n ⋅ 10−3—n ⋅ 10−10 %. К ним относятся марганец, кобальт, медь, цинк,
никель, молибден и другие элементы.

Введение

Таблица 1.1. Средний элементный состав метрового слоя некоторых почв, % на абсолютно сухую навеску
(Д.С. Орлов и др., 2005)

Почвы
O
H
C гумуса
N
P
S
Si
Al
Fe
Ti
Mn
Ca
Mg
K
Na

Торфяные
36,86
5,33
53,33
1,9
0,2
0,24
1,0
0,12
0,5
—
0,05
1,2
0,13
0,3
0,07

Подзолистые
суглинистые
49,6
0,06
0,66
0,08
0,054
0,031
34,86
6,33
3,02
0,28
0,2
0,78
0,72
2,04
1,28

Подзолистые
песчаные
52,2
0,04
0,64
0,06
0,022
0,026
43,77
1,72
0,55
—
0,06
0,28
0,09
0,33
0,16

Бурые лесные
47,93
0,11
1,59
0,15
0,062
0,15
28,89
8,23
5,77
0,38
0,17
1,98
1,08
1,41
1,09

Серые лесные
49,27
0,09
1,25
0,115
0,044
0,076
33,45
6,67
3,8
0,45
0,06
1,24
1,02
1,6
0,76

Черноземы
48,74
0,16
2,2
0,2
0,071
0,156
31,71
6,86
3,59
0,46
0,08
2,36
0,95
1,36
0,65

Каштановые
48,85
0,08
1,15
0,115
0,067
0,194
29,9
6,53
3,64
0,51
0,18
3,7
1,09
1,58
1,06

Красноземы
48,37
0,13
1,81
0,11
0,079
—
21,5
14,15
11,5
—
0,18
0,34
0,93
0,23
0,08

Таким образом, почва представляет собой сложную полихимиче
скую систему, в которой содержание отдельных химических элемен
тов может различаться в тысячи и более раз, а сами элементы могут
находиться в составе различных по природе и растворимости соеди
нений, как перешедших в почву из почвообразующей породы, так и
являющихся продуктами почвообразования.

Введение
5

Раздел I
ВАЛОВОЙ АНАЛИЗ

Наиболее полное представление о химическом составе почвы
дает валовой анализ.
Валовой анализ — комплекс определений, позволяющий устано
вить элементный состав почвы, т. е. получить представление об об
щем или валовом содержании в почве химических элементов незави
симо от того, в виде каких соединений они присутствуют в почвах.
Валовой анализ включает определение содержания гигроскопи
ческой воды, потери при прокаливании, содержания органического
углерода и азота, а также элементов, входящих в состав минеральной
части почвы: Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K, P, S, Ti, Mn. Сумма оксидов
этих элементов обычно составляет более 99 % минеральной части
почв. В карбонатных и содержащих гипс почвах, кроме того, опреде
ляют содержание гипса и СО2 карбонатов.
В зависимости от целей и задач исследования валовой анализ мо
жет быть полным, т. е. состоять из определения всех указанных выше
элементов, или сокращенным, когда определяются только те элемен
ты, которые в процессе почвообразования в наибольшей степени вы
носятся или накапливаются в почвенном профиле. В ряде случаев ог
раничиваются определением валового содержания Si, Al, Fe, Ca, Mg.
При оценке техногенного загрязнения почв набор определяемых эле
ментов иной и зависит от состава загрязняющих веществ.
Принципиально возможен валовой анализ почвы в твердом со
стоянии с помощью эмиссионного спектрального, рентгенфлуорес
центного и др. методов анализа. Однако в лабораториях не всегда
имеется соответствующая аппаратура и не всегда удовлетворяет точ
ность получаемых результатов. Значительно чаще при валовом анали
зе используют методы, позволяющие анализировать растворы. К ним
относятся классические химические, атомноабсорбционный, спек
трофотометрический и другие методы.

Поскольку минеральная часть твердой фазы почвы преимущест
венно состоит из компонентов нерастворимых ни в кислотах, ни в
щелочах, то первым этапом валового анализа является разложение
почвы.

1.1. Способы разложения почв

Под разложением почв понимают процесс, в результате которого
минералы, входящие в состав почвы, переходят в форму соединений,
способных растворяться в воде или кислотах.
Способность минералов к разложению определяется их составом
и, кроме того, зависит от свойств металлов, входящих в их кристалли
ческие решетки. Минерал разлагается тем легче, чем меньше доля в
его составе приходится на SiO2 или чем меньше отношение SiO2 к
сумме оксидов металлов и чем более основной характер имеют входя
щие в его состав металлы. Например, силикат натрия растворяется в
воде, силикат кальция легко разлагается кислотами, а на силикат
алюминия (Al2SiO5) кислоты почти не действуют.
В валовом анализе почв используют методы кислотного разложе
ния, сплавление и спекание.

1.1.1. Разложение почв кислотами

Для разложения почв используют различные минеральные кисло
ты — HCl, HNO3, H2SO4, HClO4, HF. Кислоты в зависимости от их
природы и концентрации могут проявлять окислительные свойства.
Это характерно для концентрированной серной и азотной кислоты,
горячей концентрированной хлорной кислоты.
Хорошим растворителем является горячая концентрированная
хлорная кислота, но в присутствии органических веществ окисли
тельный процесс может происходить с взрывом.
При определении элементного состава почв, в частности микро
элементов, применяют разложение почв смесью кислот HCl, HNO3 и
H2SO4. Для более полного и быстрого разложения почвы применяют
автоклавы. Однако эти приемы не позволяют добиться полного раз
ложения почвы.
В тех случаях, когда необходимо нацело разложить почву и не
нужно определять кремний, разложение почвы проводят смесью фто
ристоводородной (плавиковой) кислоты с серной или азотной кисло

1.1. Способы разложения почв
7

тами. Разложение силикатов плавиковой кислотой происходит сле
дующим образом:

K2Al2SiO6 + 32HF = 6SiF4↑ + 2KF + 2AlF3 + 16H2O.

Образующийся в процессе реакции летучий четырехфтористый
кремний (SiF4) при выпаривании выделятся из раствора в газообраз
ном виде. В присутствии серной кислоты образующиеся фториды ме
таллов разлагаются и переходят в сульфаты:

2KF + H2SO4 = K2SO4 + 2HF;

2AlF3 + 2H2SO4 = Al2(SO4)3 + 6HF.

Однако некоторые силикаты — топаз, андалузит, силлиманит и
разновидности турмалина не полностью разлагаются плавиковой ки
слотой. Кроме того, при разложении почвы плавиковой кислотой ор
ганическое вещество не окисляется и в последующем мешает количе
ственному определению элементов. Поэтому при использовании для
разложения почв хлорной или плавиковой кислот почву обычно
предварительно прокаливают.

1.1.2. Разложение почв сплавлением

При сплавлении происходит взаимодействие почвы с введенными
в нее плавнями (специальными добавками) при высокой температуре в
расплавленном состоянии. При сплавлении почвы одновременно
протекают окислительновосстановительные и кислотноосновные
реакции, происходит обогащение почвы щелочными металлами. Все
эти процессы приводят к глубоким изменениям в структуре минера
лов. В результате сплавления вместо природных оксидов, силикатов и
алюмосиликатов образуется смесь более простых соединений, состоя
щая из силикатов щелочных металлов, карбонатов, алюминатов и
манганатов, растворимых в воде и кислотах. Продукт сплавления на
зывается плавом.
Для сплавления могут быть использованы щелочные, кислотные,
окислительные и восстановительные плавни. Выбор плавня зависит
от состава почвы, набора определяемых элементов и используемых
методов анализа. Щелочные плавни (Na2CO3, K2CO3, NaOH, бораты
щелочных металлов и их смеси) применяют при анализе почв, обога
щенных кислотными или амфотерными оксидами (SiO2, Al2O3).

8
Раздел I. Валовой анализ

Кислотные плавни используют для разложения почв, в составе
которых преобладают основные или амфотерные оксиды — оксиды
Al, Fe, Ti, Cr, а также для разложения некоторых трудносплавляемых
минералов (титаниты, циркон). Кислотными плавнями служат гидро
сульфат или пиросульфат калия и оксид бора (В2О3). Их разлагающее
действие обусловлено тем, что при высокой температуре плавень раз
лагается с выделением триоксида серы, который реагирует с оксида
ми металлов и переводит их в сульфаты:

K2S2O7 → K2SO4 + SO3,;

3SO3 + Fe2O3 → Fe2(SO4)3.

В качестве окислительных плавней могут быть использованы пе
роксид натрия (Na2O2) или смесь пероксида натрия со щелочными
плавнями.
В большинстве почв преобладают кислотные оксиды, поэтому
при валовом анализе обычно используют щелочные плавни — смесь
безводных карбонатов натрия и калия в соотношении 1:1. Na2CO3
плавится при температуре около 850 °C, К2СО3 — около 900 °C,
а смесь карбонатов натрия и калия плавится при температуре 712 °C,
т. е. при более низкой температуре, чем каждый из компонентов в от
дельности. Сплавление чаще всего ведут в платиновых тиглях. Плати
на плавится при очень высокой температуре (1773 °C) и инертна по
отношению к большинству химических реактивов.
Отдельные минералы, входящие в состав твердой фазы почвы,
также плавятся при очень высокой температуре: кварц — 1700 °C,
мусковит — 1280 °C, ортоклаз — 1215 °C. Однако смесь минералов, из
которой состоит твердая фаза почвы, плавится при более низкой тем
пературе по сравнению с индивидуальными минералами, а темпера
тура плавления смеси почвы и плавня еще ниже и составляет около
1000 °C. Способность плавня снижать температуру плавления сили
катов используют для разложения почвы.
Разложение алюмосиликатов на примере минерала ортоклаза и
соды в качестве плавня выглядит следующим образом:

KAlSi3O8 + 3Na2CO3 = KAlO2 + 3Na2SiO3 + 3CO2.

Полученный сплав разлагают последовательной обработкой во
дой и кислотой:

2KAlO2 + 6Na2SiO3 + 20HCl =

= 2AlCl3 + 2KCl + 6H2SiO3 + 12NaCl + 4H2O.

1.1.2. Разложение почв сплавлением
9

1.1.3. Разложение почвы спеканием

Спекание позволяет проводить разложение почвы при темпера
туре ниже точки плавления. Процессы, происходящие при спекании,
относятся к твердофазным процессам, т. е. к таким, в которых как
исходные, так и конечные продукты твердые. Эти процессы в боль
шинстве случаев очень сложные и до конца не достаточно изучены.
В процессе спекания происходит разрыхление кристаллической ре
шетки минералов и диффузия щелочных металлов вглубь решетки
кристалла. При этом диффузия ионов натрия идет быстрее, чем ио
нов калия, в результате чего образуются растворимые в воде и кисло
тах продукты.
При спекании особое внимание обращают на тщательное расти
рание почвенного образца и равномерное перемешивание его с плав
нем, чтобы обеспечить их тесный контакт.
При разложении почвы спеканием в качестве плавня используют
карбонат натрия (Na2CO3). Спекание проводят при температуре 850—
900 °C в фарфоровых тиглях в присутствии нитрата калия, служащего
окислителем.
Для определения валового содержания натрия и калия проводят
спекание почвы с плавнем, состоящим из карбоната кальция и хлори
да аммония, при температуре 750—800 °C. В этом случае для калинат
риевого полевого шпата имеет место следующая реакция:

2KNaAlSi3O8 + 6CaCO3 + 2NH4Cl =

= 6CaSiO3 + Al2O3 + 6CO2↑ + 2NH3↑ + H2O + KCl + NaCl.

При выщелачивании спека водой в раствор переходят хлориды
щелочных металлов, большое количество хлорида кальция и гидро
ксида кальция. Остальные компоненты спека в воде не растворяются.
Кальций осаждают в виде оксалата или карбоната кальция, а натрий и
калий остаются в растворе.
Для проведения валового анализа берут три навески почвы. Одна
навеска служит для определения содержания гигроскопической вла
ги, вторая навеска — для определения потери при прокаливании, тре
тью навеску используют для спекания почвы. Ниже приводится со
кращенный экспрессметод валового анализа по Ю.И. Добрицкой
(1973) с дополнениями по Е.В. Аринушкиной (1970) и Л.А. Воробье
вой (2006).

10
Раздел I. Валовой анализ