CC BY
70ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ АГРОХИМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ГУМУСА ПРИ ЗАГРЯЗНЕНИИ ПОЧВ
НЕФТЕПРОДУКТАМИ
К.Г. Панкратова, к.х.н., В.И. Щелоков, к.х.н., Ю.Г. Сазонов, к.б.н., ВНИИА
Одним из важнейших критериев оценки плодородия почв является содержание в ней органического вещества (гумуса). Поскольку анализ структуры и содержания гумуса практически невозможен из-за сложности процедуры, содержание гумуса в почве вычисляется по результатам определения углерода в почве [1, 2]. Существуют многочисленные методы количественного определения органического углерода [3]. В основу методики, разработанной для массового определения органического вещества в почвах в нашей стране, положен метод Тюрина в модификации ЦИНАО по ГОСТ 26213-91 [4]. Следует отметить, что метод Тюрина, основанный на окисляемости органического вещества, позволяет получать только приближенные данные о содержании органического углерода в почве [5-8].
Все более широкое применение для определения содержания гумуса находят инструментальные методы неразрушаю-щего контроля. В последние десятилетия получила развитие спектроскопия в ближней ИК-области в качестве количественного инструмента для одновременного определения влаги, органического углерода и общего азота в почвах [9-11]. В нашей стране в качестве альтернативы химическому определению гумуса была предложена методика, основанная на использовании ИК-анализатора Инфрапид-61 для ближней инфракрасной области. При этом отсутствует необходимость в какой-либо дополнительной подготовке образцов кроме измельчения до 2 мм. Продолжительность анализа составляет около 2 мин [12].
Известно, что концентрация производства, рост транспорта, низкий уровень внедрения энергосберегающих и малоотходных технологий создают сильную техногенную нагрузку на окружающую среду, в том числе приводят к загрязнению нефтью и нефтепродуктами. Поскольку нефтепродукты являются органическими соединениями и содержат углерод и те же функциональные группы, что и органические компоненты гумуса, они могут оказывать влияние на определение содержания гумуса как методом Тюрина, так и методом ИК-спектроскопии.
Нами проведены исследования, с целью оценить степень этого влияния и найти способы его уменьшения. Содержание гумуса в почвах определяли методом Тюрина в модификации ЦИНАО. Для этой цели пробы почв с известным содержанием гумуса (также определенным методом Тюрина в модификации ЦИНАО) подвергали искусственному загрязнению различными концентрациями нефтепродукта и вновь анализировали на содержание гумуса. В качестве нефтепродукта использовали моторное масло М-10Г2К по ГОСТ 8581-78.
Спектральные исследования проводили на массивах проб чернозема и серой почвы, отобранных в разных районах Московской области. К выбранным пробам почвы добавлялось рассчитанное количество нефтепродукта. Пробу тщательно перемешивали, и спектры загрязненных проб снимали на ИК-анализаторе. Измерения осуществляли на ИК-анализаторе Инфрапид-61 венгерской фирмы Лабор-МИМ.
В таблице приведено содержание гумуса в чистых пробах, определенное методом Тюрина и выраженное в процентах углерода (С, %) и в пересчете на гумус, количество добавленного моторного масла, %, и результаты анализа загрязненных проб по методу Тюрина, выраженные в процентах углерода (С, %) и в пересчете на гумус. Погрешность определения содержания гумуса в почвах увеличивается при увеличении содержания нефтепродукта (рис. 1).
Результаты определения содержания гумуса в образцах почв, загрязненных нефтепродуктом (НП), по методу Тюрина в модификации ЦИНАО
№ Почва чистая Моторное Почва с маслом
пробы С, % гумус, % масло, % С, % гумус, %
Серая лесная почва
1 2 3 1,16 1,16 1,16 2 2 2 Ч 3,5 3,5 3,5 2 4 6 ернозем 2 4 6 2,36 3,86 4,69 4.07 6,66 8.08
1 2 3 2,02 2,02 2,02 3,32 4,26 4,94 5,72 7,34 8,52
Загрязнение почв нефтепродуктами завышает результаты определения гумуса, поскольку метод Тюрина учитывает весь органический углерод в почве, включая углерод загрязнителя, в данном случае нефтепродукта. С увеличением содержания нефтепродукта в почве ошибка определения гумуса увеличивается, и это увеличение пропорционально содержанию нефтепродукта, однако различается в зависимости от типа почвы.
* — Чернозем ■ — Серая почва
Содержание нефтепродукта, %
Рис. 1. Влияние загрязнения почв нефтепродуктами на ошибку определения содержания гумуса методом Тюрина
Далее было исследовано влияние загрязнения почв нефтепродуктами на результаты определения содержания гумуса методом ИК-спектроскопии. Для этой цели пробы чернозема и серой лесной почвы, не содержащие нефтепродукта, а также искусственно загрязненные пробы, были проанализированы на ИК-анализаторе. Получены аналогичные результаты (рис. 2).
л а. о
s
5
X
Я
Чернозем чистый
Чернозем загрязненный
Содержание гумуса (ст. метод), %
Рис. 2. Отклонения результатов определения гумуса по градуировке на чистых пробах почвы
20
This document was created using
Плодородие №4 • 2007
Solid Converter PDF
To remove this message, purchase the product at www.SolidDocuments.com
Полученные данные показали, что при анализе почв, загрязненных нефтепродуктом, ошибка определения содержания гумуса существенно возрастает (с 0,2-0,3 до 7,0% в черноземе и с 0,13-0,14 до 0,5-0,9% в серой почве). Кроме того, выявляется существенная систематическая погрешность при определении содержания гумуса в загрязненных почвах, которая составляет 5,9-6,2% для черноземов и 0,5-0,7% для серых почв. Такое значительное завышение результатов анализа связано с тем фактом, что нефтепродукты, как и гумус, являются органическими соединениями, содержащими связи С-Н, С-С и др., используемые анализатором при расчете градуиро-вочных уравнений для определения содержания гумуса. Как было выявлено при статистической обработке, завышение результатов определения гумуса на ИК-анализаторе в загрязненных пробах почвы пропорционально содержанию нефтепродукта, однако различается для разных типов и подтипов почв. Это, может быть, связано с различием во взаимодействии между нефтепродуктом и активными компонентами почвенного гумуса в разных почвах.
Для оценки возможности компенсации этого влияния была проведена повторная градуировка ИК-анализатора для расчета содержания гумуса, при этом в градуировочный массив проб были добавлены пробы, загрязненные нефтепродуктом (не менее 10% от количества проб в массиве). Полученные градуировочные уравнения имели несколько худшие метрологические характеристики: стандартное отклонение увеличилось с 0,13-0,31 до 0,16-0,51%. Эти уравнения были использованы для повторного анализа проб почв, в том числе загрязненных нефтепродуктом, на содержание гумуса (рис. 3). В результате общая погрешность измерения содержания гумуса в чистых почвах несколько возрастает: стандартное отклонение от результатов стандартного метода увеличивается с 0,22-0,29 до 0,38-0,48% для чернозема и с 0,130,14 до 0,13-0,15% для серой почвы. В то же время ошибка определения гумуса в загрязненных почвах существенно падает: стандартное отклонение от результатов стандартного метода уменьшается с 6,9-7 до 0,36-0,48% для чернозема и с 0,51-0,87 до 0,37-0,42% для серых почв.
Таким образом, при анализе почв, загрязненных нефтепродуктами, с использованием ИК-анализатора можно уменьшить ошибку определения содержания гумуса, если включить в градуировочный массив ИК-анализатора пробы загрязненных почв.
Рис. 3. Отклонения результатов определения гумуса по градуировке с использованием загрязненных проб почвы
Сравнение погрешности определения содержания гумуса в почве с количеством нефтепродукта при анализе по градуировке, проведенной на чистых пробах почвы и с включением загрязненных проб в градуировочный массив (рис. 4), показывает, что в последнем случае содержание нефтепродукта не влияет на точность определения содержания гумуса: коэффициент регрессии в уравнении, связывающем погрешность определения гумуса с содержанием нефтепродукта, несущественно отличается от нуля.
Рис. 4. Зависимость погрешности определения гумуса в черноземе от содержания нефтепродукта при градуировке на чистых пробах и при включении загрязненных проб в градуировочный массив
Выводы. Проведенные исследования показали, что наличие нефтепродуктов в почвах влияет на точность определения содержания гумуса как стандартным методом Тюрина, так и методом ИК-спектроскопии, завышая результаты определения. Завышение результатов определения гумуса пропорционально содержанию нефтепродукта, однако зависит от вида почвы. Влияние загрязнения почвы нефтепродуктами на результаты измерения содержания гумуса в почвах методом ИК-спектроскопии может быть устранено включением загрязненных проб в градуировочный массив ИК-анализатора. В этом случае содержание нефтепродукта не влияет на точность определения содержания гумуса в анализируемых почвах.
Литература
I. Nelson D.W. and Sommers L.E. Total carbon, organic carbon, and organic matter // Methods of Soil Analysis, Part 2, 2nd ed., A.L. Page et al., Eds. 1996; Agronomy, 9: 961-1010. 2. Rasmussen P.E., Collins H.P. Long-term impacts of tillage, fertilizer, and crop residue on soils organic matter in temperature semiarid regions // Adv. Agron., 1991. V. 45. - P. 93-134. 3. Лаптева Е.М., Ванникова Е.В. Сравнительная оценка методов определения органического углерода и общего азота в почвах // Вестник Института биологии Коми НЦ УрО РАН. 2001. Т. 41. № 3. -
C. 8-9. 4. Пономарева В.В., Плотникова Т.А. Гумус и почвообразование. Л.: Наука, 1980. 222 с. 5. Amacher M.C., Henderson R.E., Brypba-cher R.N., et al. Dichromateoxidizable an total organic carbon of representative soils of the major areas of Louisiana // Commun. Soil. Sci. Plant Anal., 1986. V. 17. No. 10. - P. 1019-1032. 6. Gillman G.R., Sinalair
D.F., Dettch T.A. Recovery of organic carbon by the Walklay and Black procedure in highly weathered soils // Commun. Soil. Sci. and Plant Anal., 1986. Vol. 17. № 8. - P. 885-892. 7. Швец Н.С., Самохин А.П. Влияние карбонатов, цинка и свинца на результаты определения углерода по методу Тюрина, http://rec.ipoc.rsu.ru/education/Int conf2001/p 97.htm. 8. Безуглова О.С, Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И., Морозов И.В. Влияние высоких концентраций тяжелых металлов на гумусное состояние и биологическую активность чернозема обыкновенного карбонатного // Изв. вузов Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки, 1999. N 2. - С. 65-71. 9. Martin P.D., Malley D.F., Manning G., Fuller L. Determination of Soil Organic-Carbon and Nitrogen at the Field Level Using Near-Infrared Spectroscopy // Can. J. Soil Sci., 2002. V. 82. No. 4. - P. 413-422. 10. Reintam L., Kann J., Kailas T., Kahrik R. Elemental composition of humic and fulvic acids in the epipedon of some Estonian soils // Proc. Estonian Acad. Sci. Chem., 2000. V. 49. No. 3.- P. 131-144.
II. Misun Kang. Quantification of Soil Organic Carbon Using Mid- and Near-DRIFT Spectroscopy, MS Thesis, Texas Univ., 2002. - 74 P. 12. Самохвалов С.Г., Прижукова В.Г., Арсеньева М.Н., Сазонов Ю.Г. Использование спектроскопии в ближней инфракрасной области для экспрессного анализа гумуса // Аналитический контроль с.-х. продукции. Новосибирск, 1990. - С. 162-167.
Плодородие №4 • 2007
21
This document was created using
Solid Converter PDF
To remove this message, purchase the product at www.SolidDocuments.com
