Способ извлечения гумусовых веществ из почвы

 

СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ГУМУСО-ВЫХ ВЕЩЕСТВ ИЗ ПОЧШЛ, включающий декальцирование пробы почвы раствором минерашьной кислоты, многократное вытеснение гумусовых веществ раствором едкого натра ,оссикдение коллоидов насьаценным раствором сульфата натрия, центрифугирование,отделение гуминовых кислот от фульвокислот добавлением минеральной кислоты, отличаюцийс я тем, что, с целью более полного и (Нестрого извлечения гуминовых кислот и одновременного количественного выделения фракции гуминоглинистых веществ из почвы, вытеснение гумусовых и гумино-глинистых веществ иэ почвы осуществляют в сочетании с одновременной или последовательной обработкой ультразвуком при частоте 75-85 кГц и можности излучателя 18-22 Вт в течение 9-11 мин эа один прием до полного извлечения фракций.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

И О |

РЕСПУБЛИН

09) (!1)

3(51) G 01 N 33 24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3475 994/30-15 (22) 29. 07. 82 (46) 28 ° 02.84. Бюл. У 8 (72) И.С.Степанов (71) Ордена Трудового Красного

Знамени почвенный институт им. В.В.Докучаева (53) 631.4.41.417(088.8) (56) 1. Кононова И.М., Вельчикова Н.П. Ускоренные методы определения состава гумуса минеральных почв. - Почвоведение, 1961, 9 10 с. 75-87.

2; Орлов Д.С., Гришина Л.A.

Практикум по химии гумуса, М., изд-во ИГУ, 1981, с 119-128 (прототип) . (54) (57) СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ГУИУСО-ВЫХ ВЕЩЕСТВ ИЗ ПОЧВЫ, включающий декальцирование пробы почвы растваром минеральной кислоты, многократное вытеснение гумусовых веществ раствором едкого натра,осаждение коллоидов насыщеннымраствором сульфата натрия, центрифугирование, отделение гуминовых кислот от фульвокислот добавлением минеральной кислоты, о .т л н ч а ю шийся.тем, что, с целью более полного и быстрого извлечения гуминовых кислот и одновременного количественного выделения фракции г; миноглинистых веществ из почвы, вытеснение гумусовых и гумино-глинистых веществ as почвы осуществляют в сочетании с одновре. менной или последовательной обработ» кой ультразвуком при частоте е

75-85 кГц и можности излучателя

l8-22 Вт в течение 9-11 мин за один прием до полного извлечения фракций.

1076829

Поставленная цель достигается тем, что вытеснение гумусовых и гуминоглинистых веществ иэ почвы осуществ- ляют в сочетании с одновременной или последовательной обработкой ультразвуком при частоте 75-85 кГц и мощности излучателя 18-22 Вт в течение 9-11 мин эа один прием до полного извлечения фракций.

Пример. Исследования выпол- 60 няют с образцом, взятым иэ rop.

A„(0-15 см) краснозема типичного тяжелосуглинистого, сформировавшегося вблизи с. Анасеули (Аджария). на эебровидных глинах, под.пологом 65

Изобретение относится к сельскому хозяйству и касается биохимии, физико-химии, химии, физики почв и охраны окружающей среды. Оно может быть использовано,в почвенно-агрохимических исследованиях.

Известно применение для экстракции гумусовых кислот из почвы водного раствора пирофосфата натрия с РН 12-13 (1).

Недостатками данного способа являются нецелесообразность применения для почв, содержащих в заметных количествах подвижные формы соединений железа, которые взаимодействуют с пирофосфатом натрия и тем самым снижают реакционную способность раствора — вытеснителя гумусовых кислот; трудность очистки получаемых препаратов гумусовых кислот от аниона Р О-, пеРеход в вытяжку гумусовых кислот иной природы, нежели в вытяжку раствора

0,1 н. NaOH.

Известен способ экстракции гумусовых веществ из почвы, включающий декальцирование пробы. почвы раствором.минеральной кислоты, многократное вытеснение гумусовых веществ раствором NaOH, осаждение коллоидов насыщенным раствором сульфата натрия, центрифугирование и отделение гуминовых кислот от фульвокислот добавлением минеральной кисло- ты (2 2.

Недостатком способа является невысокий, полуколичественный выход гумусовых кислот, что вызывает . необходимость работы с большими на,весками почвы (1-3 кг) и с большими объемами вытяжки (20-30 л) . Кроме того, выделение гумусовых кислот 40 протекает в течение нескольких суток, что может вызвать их химическую деструкцию. Наконец, в прототипе не представляется возможным выделение фракции гуминоглинистых веществ. 45 . Цель изобретения - более полное и быстрое извлечение гуминовых кис.лот и одновременное количественное выделение фракции гуминоглинистых веществ из почвы. 50 порослевого буково-грабового леса.

Воздушно-сухую навеску образца массой 30 г слегка растирают в фарфоровой ступке, отбирают пинцетом корешки, пропускают через сито в 1 мм, декальцируют раствором 0,1 н. HCP отмывают от СГ, высушивают при

40-50 С, вновь растирают и просеивают через сито в 110 мкм. Из этой пробы берут две навески по 5,1 г.

Иэ первой навески первоначально извлекают гумусовые кислоты по прототипу следующим образом. К навеске приливают сначала 10 мл раствора

0,1 í. NaOH а через 20-30 мин после смачивания пробы объем суспензии доводят тем же раствором до 100 мл и оставляют на 18-20 ч. Образовавшуюся темноокрашенную суспензию сливают в приемник и проводят операцию экстракции еще 5 раз. Последняя порция вытяжки оказывается светло-желтой, мутноватой. На 6 обработок расходуют около 500 мл раствора 0,1 н.

NaOH, т.е. соотношение раствор:почва=17-16:1. Общая продолжительность обработки почвы раствором превышает

4 сут. Вытяжку центрифугируют при

6000 за 20 мин, к фугату приливают 120 мл насыщенного раствора сульфата натрия, оставляют на ночь для е образования осадка коллоидов, вторичным центрифугированием того же pewuма отделяют раствор гумусовых кислот, объем которого доводят до 1 л дистиллированной водой. К 500 мл этого раствора приливают 430 мл 0,1 н. Раствора HCP (РН 1,5) и оставляют на ночь. Из раствора выпадает осадок тяжелых гуминовых кислот (ГК), а на его поверхности образуется пленка хлоньевидных сгустков легких ГК. .Легкую фракцию ГК собирают на стеклянный фильтр путем откачивания раствора фульвокислот под вакуумом.

Обе фракции ГК переосаждают, отмывают от избытка СГ до РН 6,5 дистиллированной водой при центрифугироваиии и полученные препараты высушивают на часовых стеклах в термостате при

40-50 С. Эти препараты ГК названы исходными.

Извлечение дополнительной фракции ГК и фракции гуминоглинистых веществ из той же пробы выполняют следующим образом. К остатку почвы, помещенному в 200-миллилитровый стакан, небольшими объемами,0,1 н. раствора. NaOH иэ центрифужных пробирок переносят осадки, образовавшиеся в ходе первого и второго центрифугирований ватяжки в прототипе.

Объем суспензии в стакане доводят тем же раствором NaOH примерно до

100 мл и проводят первый сеанс ее обработки ультразвуком на установке ванночного типа фирмы Культроникс

1076829 (Франция) при мощности излучателя

18-22 Вт, частоте 75-85 кГц в течение 9-11 мин, что является оптимальным режимом для выделения гуминоглинистых веществ, иэ почвы. Образовавшуюся темноокрашенную суспензию отстаивают 15-20 мин и декантацией сливают в приемник, а к почве приливают новую порцию 0,1 н. раствора

NaOH и проводят второй сеанс обработки ультразвуком. Поскольку масса про- 10 бы в остатке постепенно уменьшается, то количество проливаемого раствора

ЩОН снижают на 5-10 мл в каждом последующем сеансе. Указанные операции выполняют до тех пор, пока не образу- 15 ется минеральный осадок, а суспензия становится слабо мутной и слабоокрашенной. Для этого требуется 12 сеансов. При последнем сливании суспензии осадок минералов отделяют декантацией. Этот осадок отмывают от избытка щелочи дистиллированной водой до рН 6,5-7,0, высушивают в термостате и взвешивают. Гуминоглинистые вещества отделяют от раствора гумусо 25 вых кислот центрифугированием при

6000 - за 20. мин. Коллоиды, осажденные раствором сульфата натрия из раствора гумусовых кислот, присоединяют к основному осадку гуминоглинис- З,1 тых веществ, которые отмывают до рН 6,5-7,0 при центрифугировании, затем переносят в фарфоровые чашки и высушивают. Окончательную очистку гуминоглинистых веществ от минералов проводят с использованием тяже1 лой жидкости. Осаждение дополнительной фракции ГК и их отделение от раствора ФК проводят так же, как и в прототипе. В дополнительной фракции

ГК подфракция легких ГК практически 40 отсутствует.

Из второй декальцированной пробы препараты ГК и фракции гуминоглинистых веществ извлекают следующим об-.разом. К навеске почвы приливают 45

100 мл 0,1 н. раствора NaOH u полученную суспензию обрабатывают ультразвуком на установке ванночного типа фирмы Культроникс (Франция) при мощности излучателя 18-22 Вт, 50 частоте 75-85 кГц в течение 9-11 мин..

Образовавшейся темноокрашенной суспенэии дают отстояться 15-20 мин и декантацией сливают ее в приемник, а к пробе приливают примерно 95 мл

0,1 н. раствора NaOH и повторяют укаэанную операцию. Далее поступают так же, как и при извлечении дополнительной фракции ГК и гуминоглинистых веществ из первой навески. Подфракцию легких ГК собирают на стеклянный фильтр при откачивании раст- вора ФК под вакуумом. Всего выполняют 12 обработок, общая продолжительность экстракции составляет 7 ч.

Выход гуминовых кислот приведен в табл. 1. Эти данные показывают, что предлагаемый способ позволяет дополнительно зкстрагировать значительные количества ГК, которые превышают 1/3 массы исходных ГК, выделенных по прототипу. Дополнительная фракция ГК отличается от ГК прототипа по элементному составу (табл. 2) они обогащены углеродом, водородом, т.е. содержат повышенное число групп

СН, но отличаются меньшим содержанием кислорода. Данные позволяют предположить, что природа дополнительно выделенной фракции ГК несколько иная, чем природа ГК прототипа.

Преимуществом предлагаемого способа является количественное выделение фракции гуминоглинистых веществ. Обнаружено, что на нх извлечение заметное влияние оказывает техника экстракции: наиболее полный их выход про-, исходит в варианте а (изначальная обработка ультразвуком почвы в 0,1 и растворе ИаОН). Можно полагать, что предварительная обработка почвы одним раствором 0,1 н. NaOH оказывает закрепляющее воздействие на исходную пробу, после которого обработка ультразвуком в том же растворе NaOH не позволяет выделить определенную часть г миноглинистых веществ.

Технико-экономическая эффективность способа заключается в более быстром (примерно в 10 раз) и более полном (на 35-40% относительных) извлечении гуминовых кислот, получении дополнительной фракции ГК особой природы, одновременном количественном выделение фракции гуминоглинистых веществ, возможности исследования малых по массе проб почвы с целью получения препаратов ГК в количествах (десятки-сотни мг), достаточных для выполнения анализов по их диагностике, более глубоком и полном познании природы гумусовых и гуминоглинистых веществ, ответственных за почвенное плодородие, которое регулирует уровень урожайности сельскохозяйственных культур.

107а829 ность

5,2474 90,1

Не выделяются

9,6 99,7

0,20 1,90

Не выделяются

100,0

1,70

5,0900 92 0 9,8 101 8

l,82 0,18

2,00

100,0

10,0

104,5

4,9762

94,5

1,91

92,2

0il9

9 8

2,10

102,0

100,0

1 i81

2,00

0 19

1,32 0,01

0,18

2ю207 Ot014 Ot315.7 4. . 15,8

2,4

1,4

4,2

P Ф

9,1

Дополнительно получено

ГК

34,80В к массе ГК прототипа

Предл ага еый

Вариант а

Повторность

1 5, 0535

0,9885 3,0766

6,1 128;9

%22,8

2,55 19,56 . 60,88

100,00

5,1059

0,12

2,43

6,3 136,5 1,0896 3,2494

130,2

2,55 0,12

100,00

5,1963

63,64

2,67 21,34

1,3043 3,6655

6,8 147,1

140 3

2,83 25,10 70,54

100, 00

0,13

2t70

1,1266 3,3299

6,4 137,5

131 t1

2,68 22,00

5,28 0,09

65, 02

2,56 0,)2

5,07 0,21

0,17

8,785 0,360 9,141 0,161

0,303

9 1

1483 б,б

6@7 . 5гб

3,9

5,3

Р, Ъ

8,3

3,8

3,3 т а Ь л и ц а 1

Результаты сравнительного определения содераания гуминовых кислот, извлеченных по прототипу и по предлагаемому способам, а такае фракции гуминоглинистых веществ, выделенных по предлагае мому способу - варианты и 6 - из гор. A „ (0-15 см) -:краснозема (Адаария) (воздушно-сухая навеска) (йо варианту 8 . данные по дополнительной фракции гуминовых кислот) 1076829.Продолжение табл. 1

6 1 8

Вариант

Повторность

1 5,2474

38,9

Не выделены

О 8936 3,1915

100 00 0,74

5,0900 38,2

17у03 60,82

0,9167 3,4978

100,00 0,75

4,9762 38,1

68,72

18,01

0,9345 3,4873

l00t00

0,77

18,78

70,08

38,4

0,9150 3,3939

0,75

17,94

66,54

0,25

0,01

0,10

0,021, 0,174

0,436

2,2

5 1

Р, а 0,7

3,0

1,3

Таблица 2

Результаты сравнительного определения элементного состава ГК (тяжелая подфракция), извлеченных по прототипу и по предлагаемому способам - варианты ot и .6 - иэ гор. А „ (0-15 см) краснозема (Аджария) (на безвольную, безводную пробу, %у по варианту б данные по дополнительной фракции ГК) Прототип

Повторяемость

4,53

51,82

9,55

49,22 . 4,30

4,28

48, 96

30,00

4,37

0,381

0,660

0 913 0,080 0 081 1,074

1,582 0,139 0,140 1,859

3,2

4,5

3,3

3,2

6,5

2,6

1 8

1 9, 1,8

3,7

Р Ъ

10 18

10,87

10,20

Дополкитель-. но получено

ГК

36,86% к массе ГК прототипа

4,44 39,21

4,21 42,27

4,19 42,57

4,28 .41,35 С Н, О Н

1076829

Продолжение

4,57

8,19

4,25

9,02

36 i 59 C4+H970,2 к

8,33

3,93

4,42

1,306 0,093 0,076 1,475

2 262 0,161 0,131 2,555

0,365

0,632

7,6

3,6

3,3

7i0

Р, % 4,4

2,4

1,9

4,0

2,1

4,68

4,45

4,43

4,52

30i23 С Н О N

7,23

1,085 0,080 0,104 1,263

l 880 0,139 0,180 2,187

0)935

1,620

13,0

3,2

3,1

2,5

7,2

1,9

7,5

1 8

4,2

П р и м е ч а.н и е Анализы выполнены A.Ï.Ìóõèíoé в институте биоорганической химиным. М.М.Шемякина, АН СССР на анализаторе модели 185-Б фирмы

Хоюлетт-Паккард Швейцария

Составитель JI.Ðóáèíîâà

РеДактоР Н.СтаЩишина ТехРеД М,Иаь Корректор Г. Решет ни к.Ф

Зйкав 739/42 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4

Предлагаемый

Вариант 4 Повторяемость

l 7,7&

Предлагаемый

Вариант 0

Повторяемость

1 10,85

12,56 14,09

12 50

57,12

55,42

52,64

55,06

60,18

57,12

56,76

58,02

4,05 34,26

3,95 36,19

3,79 39,32

7,43 27,71

7,08 31,35

7,18 31,63.