Шпаргалка по "Геологии"

результатов анализа. Еще более  контрастны заключения при использовании

не весовых (массовых), а мольных  величин.

В весовом выражении количество А1 (по массе) в 2—3 раза превышает

содержание Fe, а по числу атомов в 4—5 раз больше, чем Fe

(см. табл. 5). По массе количество  Са в верхних горизонтах в  1,5—

2 раза больше, чем Mg, но по  числу атомов уровни содержания  Са и

Mg соизмеримы, или даже Mg преобладает.  Также сглаживаются различия

между К и Na. Поскольку генетические вопросы в почвоведении

во многом основаны на количественной химической характеристике почв

и на соотношении элементов (или  групп элементов), то выбор способа

вычисления имеет принципиально  важное значение.

В зависимости от решаемой задачи могут быть использованы различные

способы расчета результатов анализов. Наиболее употребительны

из них следующие:

1) вычисление на воздушно-сухую  массу (навеску) почвы; 2) вычисление

на абсолютно сухую (высушенную при 105° С) почву; 3) расчет

на прокаленную почву; 4) расчет на безгумусную массу почвы;

5) расчет на бескарбонатную почву; 6) расчет на безгумусную и бескарбонатную

почву; 7) вычисление на определенный объем почвы.

Кроме того, прибегают и к различным  частным показателям. Например,

пересчет ведется не на всю почву, а на ее часть. Так, содержание

углерода и азота можно вычислять  не на всю массу почвы, а

только на количество содержащегося  в ней органического вещества.

Это позволяет выявить качественные особенности гумуса. Кроме перечисленных

можно предложить множество других способов пересчета, но

следует предостеречь начинающих исследователей от излишнего увлечения

такими поисками. Каждый показатель и способ расчета должен

опираться на определенный физический смысл, только тогда он будет

полезен и не внесет путаницы в  оценку химических свойств почвы.

Цель пересчета элементного  состава почвы на высушенную навеску

очевидна; он обусловлен необходимостью сопоставления почв в

некотором условно выбранном стандартном  состоянии. Влажность

почв — величина переменная, зависит  от срока и условий взятия образца

в поле, его хранения, влажности  воздуха в лаборатории. Поэтому

принято расчет вести на почву, высушенную при 105° С. Считается, что

при этом удаляется гигроскопическая вода (сорбированная из воздуха),

но не затрагивается вода конституционная. Если для анализа была взята

влажная или воздушно-сухая почва, то для пересчета на абсолютно

сухую почву содержание определяемого  элемента умножают на коэф-

, 100 + А .

фициент ' , где А — влажность почвы в расчете на высушенную

лри 105° С навеску.

Для пересчета элементного состава  на безгумусную, бескарбонатную

почву и т. п. используется коэффициент  иного вида, а именно

100 , где Xv — процентное содержание в почве гумуса, кар,б. онатов

или любого другого компонента (или  их суммы), влияние которого на

элементный состав необходимо элиминировать. Различия в упомянутых

способах расчета обусловлены  тем, что содержание воды в почве  вычисляют

на безводную навеску, тогда  как содержание гумуса (карбонатов

и т. п.) — на всю массу почвы  включая гумус (карбонаты и т.п.).

Пересчет элементного состава  на безгумусную (бескарбонатную

и т. п.) навеску осуществляют для  того, чтобы выявить реальную профильную

дифференциацию почвы по элементному  составу. Дело в том,

что неодинаковое содержание какого-либо элемента в двух сравниваемых

генетических горизонтах может  быть обусловлено тремя различными

причинами: 1) неоднородностью почвообразующей  породы; 2) абсолютным

накоплением или потерей элемента за счет переноса его соединений

в почвенном профиле; 3) относительным  накоплением (потерей)

элемента вследствие потери (накопления) в данном горизонте других

химических веществ.

Анализ первого случая — влияния  неоднородности породы — очень

сложная задача, требующая специальных  приемов для решения. Наиболее

часто почвоведам приходится сталкиваться с необходимостью

различать второй и третий случаи, т. е. отличать абсолютное накопление

(потерю) от относительного.

Кажущееся обеднение генетического  горизонта каким-либо элементом

(относительная потеря) часто наблюдается  при аккумуляции

гумуса, карбонатов или легкорастворимых солей. Если, например, в

верхнем перегнойно-аккумулятивном горизонте  накопилось значительное

количество органического вещества, то доля минеральных компонентов

(не накапливающихся в составе  органического вещества) окажется

пониженной, если элементный состав выражать в молях или процентах

на воздушно-сухую почву. Доля тех  же элементов в нижележащем

горизонте окажется уже повышенной. Это может повлечь за собой

ложный вывод о миграционных процессах в профиле изучаемой

почвы. Рассматриваемые способы  пересчета и позволяют как  раз избежать

ложных выводов, сделать правильное заключение о процессах

миграции и аккумуляции веществ  в почвенном профиле.

В качестве примера рассмотрим элементный состав типичного чернозема

из Курской области (табл. 6). Если рассматривать состав в рас-

чете на всю массу почвы (абсолютно  сухая навеска), то сразу обращает

внимание дифференциация профиля: максимальная концентрация

Si, Al, Fe приурочена к слою 40—50 см. Верхний и нижние горизонты

ими обеднены. Однако вывод о перераспределении  силикатов, А1 и

Fe по горизонтам был бы преждевременным.  Для правильного решения

вопроса следует обратить внимание на то, что верхний горизонт

(0—10 см) этой почвы содержит  около 11% гумуса; в слое 40—50 см

его уже только 5,3%, а в Вк— 1,48%. В то же время в гор. Вк содержится

до 19% карбонатов (в пересчете на СаСОз). Нетрудно поэтому

увидеть, что дифференциация профиля  по содержанию Si, Al и

Fe кажущаяся, не связана с  переносом этих элементов по  профилю,

а вызвана накоплением органических веществ и СаСОз. При пересчете

на безгумусную навеску концентрация элементов в двух верхних

горизонтах почти выравнивается (см. табл. 6). Когда элиминировано

влияние карбонатов, то сближается состав двух нижних горизонтов.

Если, наконец, учесть и влияние  гумуса, и влияние карбонатов, как  это

сделано в последних столбцах табл. 6 (пересчет на прокаленную и бескарбонатную

почву), то становится очевидным, что  в пределах рассмотренной

толщи типичного чернозема дифференциация элементного состава

практически не происходила.

Почвообразовательный процесс  сопровождается не только химическими

изменениями; меняется также объемная масса (относительная

плотность) почвы. Это может происходить  за счет механического разрыхления

или уплотнения почвообразующей породы, а также вследствие

привноса вещества, заполняющего поры почвы. Выщелачивание

ряда веществ может увеличивать  порозность почвы, что, в свою очередь,

снижает плотность горизонта. В  таких условиях информация об

элементном составе окажется неполной или неточной, если не принято

во внимание изменение объема почвы. Особенно важны эти параметры

при решении балансовых задач.

Относительную плотность почвы  можно учесть двумя путями: 1) выражением

элементного состава не на единицу  массы почвы, а на единицу

ее объема; 2) подсчетом запасов  элементов. Запасы обычно вычисляют

для каждого горизонта почвы  в отдельности в расчете на гектар

или на призму площадью горизонтального  сечения равной 1 м2.

Для быстрого вычисления запасов можно  воспользоваться формулой:

А = 1000-Я- V-X,

где А — запас элемента в кг/га в слое почвы мощностью Я, см; V —

объемная масса почвы; X — содержание элемента в %.

Запасы элементов вычисляют  послойно (на горизонт или на определенную

мощность почвенного слоя). Общий  запас элемента в почве

(кг/га, т/га, г/см2 и т. п.) находят суммированием запасов во всех генетических

горизонтах:

A = AAl + AAl+ABl+ ...

Практически в большинстве случаев  ограничиваются нахождением запасов

элементов в пахотном слое почвы (0—20 см), в слое 0—50 или

0—100 см.

Анализ запасов элементов или  веществ позволяет вскрыть причины

некоторых изменений химического  состава, происходящих при

распашке почв, их окультуривании, мелиорации. Изучение только концентрации,

или содержания, элементов в отдельных  слоях почвы может

привести к ошибочным выводам. Типичный пример — характер изменения

содержания углерода органического  вещества при распашке

целинных почв. Практически в  любых целинных почвах максимальное

содержание органического углерода приурочено к самому поверхностному

слою, чаще всего это слой 0—5 или 0—10 см.

Допустим, что содержание Соргвслое 0—10 см было равно Ci, а в

слое 10—20 см равно С2, причем С2<СЬ Запасы Сорг тогда соответственно

равны в слое 0—10 см:

•Ai = 1000-10.Vi-Ci

и в слое 10—20 см

Л2 = 1000-10-У2-С2.

Общий запас в слое 0—20 см равен /4i+42 = 1000-10-V(Ci + C2), если

Vl = V2 = V.

После распашки на глубину 20 см усредненный  запас Сорг составит

в гор. Апах

Л3= 1000-20- V-С3.

Но если суммарный запас органического  вещества не изменился, то

при условном равенстве объемных масс получим, что

1000-10- V- ( d + C2) = 1000-20- У-С3

r _fC1 + Q

или из ~ •

Следовательно, в результате распашки содержание органического'

вещества в пахотном слое можно  рассчитать как средневзвешенную величину

из содержания гумуса в слоях 0—10 и 10—20 см целинной почвы.

Так как условием задачи было принято, что C 2<d, то очевидно, что

и С3<Сь

Этот расчет иллюстрирует простой  логический вывод, что формирование

пахотного горизонта может характеризоваться  уменьшением концентрации

органического вещества в гор. Апах по сравнению с гор. Ai

даже без усиления минерализации  гумуса, а только за счет перемешивания

двух (или более) различных по составу  горизонтов.Мольные отношения элементов

В ходе почвообразовательного процесса соотношение элементов или

остается постоянным, или закономерно  изменяется. Анализ соотношения

концентраций пар элементов  позволяет получить принципиально

важную и новую информацию о  свойствах почв и протекающих  в них

процессах.

В почвоведении широко используются вычисление отношений таких

пар, как С : Н, С : N, С : О, Si02 : A1203, Si02 : Fe203. По отношению

С : Н можно сделать заключение о типе строения органических веществ

почв, отношение С : N характеризует  обогащенность гумуса азотом и

позволяет судить о некоторых особенностях гумусообразования. Величина

Si02 : A1203 характерна для различных типов глинистых минералов

и может быть использована как дополнительный диагностический

признак при определении минералогического  состава. Отношения

Si02 : А1203 или Si02 : Fe203 используются для разделения кор выветривания

и почв на типы по их химическому составу.

Перечисленные выше отношения вычисляют  как мольные (раньше

говорили — атомные, молекулярные) величины. Чтобы получить мольные

отношения элементов необходимо найденные  при анализе содержания

элементов (в процентах) разделить  на их атомные массы. Принимая

во внимание особенности почвы  как объекта анализа и погрешности

анализа вполне можно ограничиться округленными до целых чисел

значениями атомных масс.  Использование  отношений С : Н, С : N, С : О для характерис-

тики органического вещества почв обсуждено в главе, посвященной

элементному составу гумусовых  веществ.

По С. В. Зонну, илистая фракция  аллитных кор (обогащенных алюминием)

имеет отношение Si02:Рч20з<2,5. Коры сиаллитные характеризуются

отношением Si02 : R203 (в илистой фракции )>2,5. Сиаллитные

коры подразделяются, в свою очередь, на сиаллитные и феррсиаллит-

ные. Аллитные коры подразделяются на аллитные (А120з резко преобладает

над Ре20з), ферраллитные (А12Оз преобладает над Ре20з) и

ферритные (Fe203 преобладает над Si02 и А1203 во всей массе коры).

Анализ мольных отношений в  этом случае показывает, какие элементы

накапливаются в породе в результате выветривания.

Для оценки потери и накопления щелочных или щелочноземельных

элементов в продуктах выветривания вычисляют мольные отношения

Na20 + К20 СаО -f- MgO Na20 -KK20 + CaO+MgO

 

Способ вычисления — аналогичный  изложенному выше.

При использовании элементного  состава как дополнительного  признака

для идентификации глинистых минералов  также необходимо вычисление

мольных отношений элементов или ,их окислов. Каолинит характеризуется

мольным отношением Si: А1 = 1:1 или Si02 : А12Оз = 2;

такое же отношение Si: А1 в мусковите. В минералах группы монтмориллонита

отношение Si02 : И20з повышено до 4.

Следует обратить внимание на то, что  при вычислении элювиально-

аккумулятивных коэффициентов ЕА^ форма выражения результатов

анализа не имеет значения. По А. А. Роде, величина EAR для какого-

либо элемента R (или его окисла) выражается формулой:

где Ri и Ro — содержание элемента (его окисла) в изучаемом генетическом

горизонте и в неизмененной почвообразованием  породе соответственно;

Si и So — то же для элемента (окисла) — стабильного свидетеля,

не мигрирующего по почвенному профилю. В качестве свидетеля

предлагалось использовать валовое  содержание Si02 или Si02 кварца,