Адаптация метода оптической счётной микроскопии для определения гранулометрического состава почв

Конончук, Павел Юрьевич

Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Адаптация метода оптической счётной микроскопии для определения гранулометрического состава почв
ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "Адаптация метода оптической счётной микроскопии для определения гранулометрического состава почв"

На правах рукописи

КОНОНЧУК Павел Юрьевич

АДАПТАЦИЯ МЕТОДА ОПТИЧЕСКОЙ СЧЁТНОЙ МИКРОСКОПИИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОЧВ

Специальность 06.01.03 - агропочвоведение, агрофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

2 6 НОЯ 2009

Санкт-Петербург 2009

003484605

Диссертационная работа выполнена в государственном научном учреждении ордена Трудового Красного Знамени Агрофизический научно-исследовательский институт Россельхозакадемии в 2003-2007гг.

Научный руководитель: академик Россельхозакадемии

доктор сельскохозяйственных наук, Виктор Анатольевич Семёнов

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук

Анатолий Иванович Осипов

кандидат сельскохозяйственных наук Дмитрий Викторович Чернов

Ведущая организация: Ленинградский научно-исследовательский

институт сельского хозяйства Россельхозакадемии (ГНУЛНИИСХ)

Защита состоится 16> декабря 2009 года в 11.00 часов на заседании диссертационного совета Д 006.001.01 при Агрофизическом научно-исследовательском институте по адресу: 195220, г.Санкт-Петербург, Гражданский пр. д. 14

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Агрофизического научно-исследовательского института. Отзывы в двух экземплярах, заверенных гербовой печатью организации, просим направлять по адресу:

195220, г.Санкт-Петербург, Гражданский пр,. д. 14 Автореферат разослан Д ноября 2009г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор биологических наук

Е.В.Канаш

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Гранулометрический состав почв является одним из важнейших свойств, определяющих водно-воздушный, тепловой и питательный режимы. Детальные сведения о гранулометрическом составе почв необходимы при планировании и обосновании систем мелиорации, размещении севооборотов и культур в них, систем обработки почв, систем удобрения и др.

В методах определения гранулометрического состава почв существует большое разнообразие как в приемах подготовки почв к анализу, так и в технике определения относительного содержания элементарных частиц различного размера. В основу этих методов заложены разные по своей физической сути подходы к определению гранулометрического состава, что вносит определённые трудности в сопоставлении результатов распределений частиц по размерам, полученных разными методами, а главное ставит под сомнение достоверность этих результатов. Большинству из этих методов свойственны существенные недостатки, вследствие которых определение гранулометрического состава почв не находит широкого применения в практике информационного обеспечения земледелия.

Метод оптической счётной микроскопии апробирован в различных отраслях науки и производства, относится к методам прямого измерения размеров исследуемых частиц, лишённым свойственных другим методам погрешностей в интерпретации и представлении данных. Однако по причине исключительной сложности почвы как объекта исследования и не отработанности ряда методологических аспектов в гранулометрическом анализе почв метод практически не использовался.

Цель и задачи исследований. Цель исследования состояла в адаптации оптической счётной микроскопии для определения гранулометрического состава почв. Для её достижения были поставлены и последовательно решались следующие задачи

1) изучение современного состояния систем и методов определения гранулометрическою состава почв;

2) изучение и оценка возможностей оптической счётной микроскопии для учёта гранулометрических фракций почв;

3) адаптация метода оптической микроскопии в ее стандартном приборном исполнении для определения гранулометрического состава почв включающая;

- отработку методов пробоподготовки и определения полноты диспергации пробы для микроскопического и других методов;

- изучение и измерение размеров частиц различных фракций;

- отработку методов ручною и автоматизированного счёта частиц:

4) Сравнение метрологических характеристик метода микроскопии при определении гранулометрического состава с основными методами определения -седиментометрическим (метод пипетки по Качинскому) и лазерно-дифрактометрическим.

Новизна и научная значимость работы заключается в том, что в ней впервые показаны адаптивные требования к методу оптической счётной микроскопии в ее стандартном приборном исполнении для определения гранулометрического состава почв. Получены конкретные результаты измерений данным методом гранулометрического состава почв нескольких подтипов, видов и разновидностей, показана возможность внутрифракционной оценки распределения различных частиц. Оценены основные метрологические характеристики метода (диапазон измерения, точность), и показана возможность его использования на

практике. Отработаны различные варианты пробоподготовки и измерения. Сделаны сравнительные оценки результатов, полученных различными методами и сравнены сами методы по точности и сложности исполнения.

Практическая значимость работы. Метод микроскопического определения гранулометрического состава адаптирован и отработан для практического применения при изучении почв. На основе оценки метрологических характеристик метода показана возможность его применения в качестве стандартного или, при необходимости, арбитражного. Изученный метод является универсальным контрольным экспресс-методом определения полноты диспергации для всех типов пробоподготовки почв к гранулометрическому анализу. Фактически предложен альтернативный метод и методика микроскопического исследования почв (гранулометрический состав, внутрифракционное распределение).

Основными положениями диссертации, выносимыми на защиту являются: обоснование возможности применения оптической счётной микроскопии для определения гранулометрического состава почв, параметры применения этого метода с ручным или автоматическим счётом частиц и обработкой результатов при использовании оптического микроскопа в стандартной комплектации; метрологические характеристики метода, позволяющие применять его в качестве альтернативного или арбитражного.

Публикации результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано три печатных работы, в том числе одна в издании, рекомендованном ВАК.

Объем и структура работы. Диссертация написана на русском языке, изложена на 197 страницах машинописного текста, содержит 15 таблиц, 41 рисунок, 7 приложений, состоит из введения, 4 глав, заключения, выводов, практических рекомендаций. Список литературы включает 192 наименования, в том числе 43 на иностранных языках.

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СИСТЕМ И МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОЧВ

На основе литературных данных проведён анализ всех известных методов пробоподготовки и определения гранулометрического состава почв, выполнена их систематизация по физическим принципам и диапазонам измерения, преимуществам, недостаткам и вносимым в измерения погрешностям. Указано значение метода оптической счётной микроскопии в различных отраслях хозяйства и его возможности при определении фракционного состава частиц почв. Систематизированы и представлены основные направления развития современных методов и приборного оснащения для определения гранулометрического состава почв.

2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объекты исследования. В составе сельскохозяйственных угодий Северо-Запада России преобладают почвы лёгкого гранулометрического состава: песчаные и супесчаные - около 40%, легкосуглинистые - около 30%. На долю средне-суглинистых почв приходится около 20%, тяжелосуглинистых и глинистых - 10% общей площади (Иванов И.А., Иванов А.И., 2006). Для выявления возможности использования метода микроскопии при определении гранулометрического состава взяты различающиеся по гранулометрическому составу (табл. 1) и физико-химическим свойствам почвы в Новгородской Псковской и Ленинградской областях

Табл. 1 - Гранулометрический состав изучаемых почв (по Качинскому)

№ Название почвы Уд. масса г/см3 Размеры частиц, мм

10,25_ 0,250,05 0,050,01 0,010,005 0,0050,001 <0,001 <0,01

Масса фракций в % к сухой навеске

1 Дериово-сильпонодзолистая, супесчаная на краспо-цветпом моренном суглипке 2,65 14,13 41,95 28,10 8,07 5,13 2,62 15,82

2 Дерново-подзолистая оглееяная тяжелосуглп-пистая па озёрно-лезпиковой глине 2,46 11,20 17,21 18,69 8,93 27,01 16,96 52,90

3 Дерново-подзолистая, супесчаная на моренном карбонатном суглинке 2,55 6,23 54,69 23,45 5,84 8,59 1,20 15,63

4 Дерново-подзолистая, супесчаная па моренном карбонатном суглинке 2,58 3,37 63,69 22,92 4,13 4,87 1,02 10,02

5 Дерново-подзолистая легкосуглинистая на моренном суглинке 2,59 1,54 35,76 40,97 8,29 3,92 9,52 21,73

6 Дерпово-подзолистая глееватая тяжелосуглинистая на моренном суглинке 2,59 3,43 18,61 30,15 11,34 23,79 12,68 47,81

7 Дерново-ср ед и с под 1 о.1 истая супесчаная па морепном суглинке 2,57 21,32 38,12 22,06 4.54 7,61 6,35 18,50

8 Дерново-среднеподзолистая супесчаная на морепном суглипке 2,62 18,81 32,12 29,26 5.61 10.08 4,12 19,81

В главе приведена морфологическая, агрофизическая и агрохимическая характеристика используемых в работе почв. Исследуемые почвы отличались но ряд}' агрохимических показателей. Реакция почвенного раствора отличалась высокой кислотностью в почве № 1 (рН 4,22), слабокислой в почве № 2 (рН 5,07). Кислотность других почв была близкой к нейтральной. Наибольшее содержание

органического вещества в почве № 2 (5,08 %) и почве № 7 (5,01 %), наименьшее в почве № 1 (1,49 %). Почвы заметно различались по содержанию подвижных соединений фосфора и калия. Наименьшим оно было в почве №4 (53 и 55 мг/кг соответственно), наибольшим в почвах №7 и №8 (550/200 мг/кг и 450/195 мг/кг соответственно).

Методы исследования. Исследование по данной тематике включало следующие этапы:

- выбор оптимального метода и оценка полноты диспергации при пробоподго-товке образцов для проведения гранулометрического анализа почв методом микроскопии и другими методами;

- определение основных методологических аспектов оптической счётной микроскопии для определения гранулометрического состава почв: выбор оптимального метода приготовления микроскопируемого почвенного образца и определение его представительности, выбор рабочих параметров приборного обеспечения, отработка методов определения размеров частиц и их счёта, определение оптимального расчётного количества измеряемых частиц, отработка методов обработки и представления данных при ручном и автоматическом измерениях;

- сравнение результатов гранулометрического анализа почв полученных разными методами и метрологическая характеристика этих методов.

При проведении исследований производили отбор почвенных образцов в соответствии с ГОСТ 28168 - 89 Почвы. Отбор проб (1989); ГОСТ 29269-91 Почвы. Общие требования к проведению анализов (1992); подготовка гомогенных образцов по ГОСТ 8.315 - 97. Стандартные образцы состава свойств веществ и материалов (1998); Методические указания по изготовлению, исследованию и аттестации стандартных образцов состава почв (1985). Физические характеристики исследуемых почвенных образцов определяли в соответствии с требованиями ГОСТ 5180-84 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик; ГОСТ 28268-89 Почвы. Методы определения влажности, максимальной гигроскопической влажности и влажности устойчивого завядания растений (1989).

Гранулометрический состав определяли по ГОСТ 12536 - 79 ГРУНТЫ. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава (2003), метод H.A. Качинского (1958), а так же с использованием лазерного анализатора частиц фирмы Fritsch «Analysette 22». Среднюю пробу для анализа отбирали методом квартования (Коузов, 1974; ГОСТ 12536 -79, 2003). При дезагрегации почвенных образцов использовали следующие методы: растирания в модификации С.И.Долгова и А.И. Личмановой (Практикум по почвоведению, 1973; Вадюпина, Корчагина, 1986) к 10 г воздушносухой почвы добавляли 10 мл 4%-ого раствора пирофосфата натрия и растирали в течение 10-ти минут пестиком; метод кипячения (ГОСТ 12536 - 79, 2003) к 10 г почвы прибавляли 200 мл воды, 25 мл 4%-ого раствора пирофосфата натрия и кипятили 60 мин; метод воздействия акустических колебаний (Владимиров, 1966) с помощью ультразвуковой установки УЗУ-025 с частотой 18,6 кГц, интенсивностью 2,5 Вт/см2 (10 г почвы смачивали 25 мл 4%-ого раствора пирофосфата натрия, через 4-6 мин добавляли 50 мл воды и обрабатывали ультразвуком 10 мин).

Оценку полноты диспергирования проб проводили методом визуальной оценки капли суспензии при увеличении хЗОО. Использовался короткофокусный объектив и система прямого освещения препарата в проходящем светлом поле.

За основу при адаптации метода микроскопии взяли ГОСТ 23402 - 78 (Порошки металлические. Определение величины частиц) с измерением частиц в

капле суспензии, используя проходящий свет при нескольких увеличениях в разных полях зрения, и руководство по дисперсионному анализу методом микроскопии (Градус, 1979). Так же основополагающими являлись следующие источники: Микроскопические исследования структур глинистых пород (Попов, 1949), Характеристика дисперсности глинистых минералов с помощью электронного микроскопа (Рекшинская, 1972), Оптическое определение породообразующих минералов (Трёгер, 1968), Основные методы дисперсного анализа порошков (Ходаков, 1968).

Обработка результатов измерений проводилась на персональном компьютере с использованием электронных таблиц Excel пакета офисных программ Microsoft Office 2000 и пакета программ «Statistica» версия 6.1. Представленные в работе фотографии являются оригинальными снимками, сделанными цифровым фотоаппаратом Canon PowerShot А530 во время проведения исследований. Файлы, содержащие захват изображения окна программного обеспечения, сделаны с помощью програмы HyperSnap 6.

3 АДАПТАЦИЯ МЕТОДА МИКРОСКОПИИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОЧВ

3.1 Пробоподготовка и контроль полноты диспергации изучаемого образца

Основная ошибка измерений при определении гранулометрического состава возникает при пробоподготовке и дезагрегации исследуемого образца (Ва-дюнина, Корчагина, 1986). При сопоставлении наиболее распространённых методов пробоподготовки наших почвенных образцов так же выявились существенные различия в конечном распределении частиц по фракциям (табл. 2).

2. Гранулометрический состав почв при использовании различных способов __дезагрегации образцов_

№ Поч. Методы пробоподготовки Размеры частиц в мм

10,25 0,250,05 0,050,01 0,010,005 0,0050,001 <0,001 <0,01

Масса фракций в % к сухой павеске

2 Растирание 12,86 ±0,34 18,27 ±0,39 20,07 ±0,37 8,56 ±0,53 25,22 ±035 15,02 ±0,29 48,80 ±0,57

Кипячение 11,93 ±0,40 18,13 ±0,44 19,14 ±0,52 9,15 ±0,96 25,91 ±0,72 15,74 ±0,68 50,80 ±0,93

Ультразвук 11,20 ±0,19 17,21 ±0,28 18,69 ±0,27 8,93 ±0,29 27,01 ±031 16,96 ±031 52,90 ±0,54

4 Растирание 3,78 ±0,34 64,00 ±0,31 23,16 ±0,49 4,04 ±0,32 4,11 ±030 0,91 ±032 9,06 ±0,49

Кипячеиие 4,05 ±0,51 63,81 ±0,81 23,38 ±0,76 3,62 ±0,41 4,28 ±0,51 0,86 ±037 8,76 ±0,76

Ультразвук 3,37 ±0,16 63,69 ±0,27 22,92 ±0,27 4,13 ±0,28 4,87 ±0,28 1,02 ±031 10,02 ±0,28

8 Растврание 19,17 ±0,30 32,47 ±0,34 31,14 ±0,35 5,73 ±0,50 8,24 ±031 3,25 ±036 17,22 ±0,44

Кипячение 18,96 ±0,33 31,87 ±0,43 30,29 ±0,66 6,01 ±0,81 9,16 ±039 3,71 ±0,45 18,88 ±0,91

Ультразвук 18,81 ±0,18 32,12 ±0,29 29,26 ±0,26 5,61 ±0,27 10,08 ±030 4,12 ±033 19,81 ±030

При пирофосфатно-акустической пробоподготовке почвенной суспензии в сравнении с методом растирания и кипячения выход илистой фракции в тяжелосуглинистой почве № 2 оказался на 1,22% и 1,94% выше, мелкопылеватой выше соответственно на 1,79% и 1,1%, фракции «физическая глина» на 4,1% и 2,1%. Аналогичная ситуация наблюдалась во фракции «физическая глина» супесчаной почвы № 4 (на 0,96% и 1,26% выше) и супесчаной почвы № 8 (выше на 2,59% и 0,93%). Во всех исследуемых образцах почв увеличение содержания мелкопылеватой и илистой фракций происходило за счёт дробления агрегатов мелкопесчаной и крушюпылеватой фракций. На кислых № 2 (рН 5,07) и слабокислых №8 (рН 5,5) почвах метод кипячения обеспечил более полную диспергацию почвенного образца, чем метод растирания, на карбонатной почве № 4 результат оказался обратным.

На рис. 1 наглядно представлена степень полноты диспергации исследуемого образца почвы, отчётливо видны как вторичные так и первичные микроагрегаты и частицы. Визуальная оценка показывает, что при применении пирофос-фатно-акустичестаго метода диспергация почвенного образца (рис. 2 в) произошла наиболее полно (табл. 2). В методах растирания и кипячения из-за недостаточного времени механического воздействия диспергация образца произошла не достаточно полно (рис. 1 а, б).

а) б) в)

Рис. 1 - Результаты микроскопической оценки степени диспергации почвенного образца № 8 методами растирания (а), кипячения (б), и ультразвука (в). *300

Подобная ситуация наблюдалась при визуальном анализе почв № 2 и № 4. Необходимые контрольные визуальные оценки проводились в отношении всех исследуемых образцов и методов, в результате чего вносились, при необходимости, корректировки в процесс пробоподготовки, что, в конечном итоге, приводило к более качественному фракционному разделению частиц исследуемых суспензий почв. При увеличении времени механического воздействия и повторном визуальном контроле почвенных образцов в методах растирания и кипячения наблюдалась практически полная диспергация и, как следствие, больший выход фракции пыли на 0,97% и 0,65%, и фракции «физическая глина» на 2,02% и 1,47% соответственно (табл. 3). Уменьшение времени воздействия акустических колебаний на почвенную суспензию отрицательно сказалось на полноте диспергации почвенного образца, что привело к меньшему выходу мелких фракций («физическая глина» на 1,36%). При увеличении воздействия до 10 минут (по методике) и повторной визуальной оценке наблюдалась более полная дисперга-

ция почвенного образца и больший выход крупнопылеватой на 4,13%, илистой на 1,02% фракций, а так же частиц менее 10 мкм на 10,02 % (табл. 3).

3. Гранулометрический состав почв при различной продолжительности __ пробоподготовки образцов_

№ почвы, метод Время, мин. Размеры частип в мм

1- 0Д5 0,250,05 0,050,01 0,010,005 0,0050,001 <0,001 <0,01

Масса фракций в % к сухой навеске

№4 ультразвук 7 4,02 ±0,39 63,84 ±0,36 23,48 ±0,54 3,52 ±0,37 4,31 ±0,35 0,83 ±0,36 8,66 ±0,41

№4 ультразвук 10 3,37 ±0,36 63,69 ±0,41 22,92 ±0,49 4,13 ±0,32 4,87 ±0,37 1,02 ±0,21 10,02 ±039

Л« 8 растирание 10 19,17 ±0,51 32,47 ±0,81 31,14 ±0,66 5,73 ±0,43 8,24 ±0,51 3,25 ±0,37 17,22 ±0,76

№ 8 растирание 15 18,97 ±0,43 31,36 ±0,77 30,34 ±0,69 5,21 ±0,40 9,81 ±0,46 4,22 ±0^1 19,24 ±0,61

№6 кипячение 60 11,93 ±0,50 18,13 ±0,54 19,14 ±0,65 9,15 ±1,03 25,91 ±0,84 15,74 ±0,78 50,80 ±0,82

№6 кипячение 80 11,84 ±0,43 18,12 ±0,48 17,92 ±0,46 9,04 ±0,71 26,81 ±0,54 16,27 ±0,68 52,12 ±0,68

№6 кипячение 100 11,71 ±0,46 17,98 ±0,50 18,04 ±0,42 8,99 ±0,67 26,89 ±0,51 1639 ±0,71 52,27 ±0,63

Результаты проведённых исследований показывают необходимость и универсальность применения визуальной контрольной оценки полноты диспергашга почвенного образца независимо от использования вида пробоподготовки, а так же хорошую сходимость результатов определения гранулометрического состава при механическом воздействии на почвенную суспензию в течение 80 мин при кипячении, 15 мин при растирании и 10 мин при действии ультразвука.

На основании анализа данных по вариантам пробоподготовки почв к гранулометрическому анализу установлено, что наиболее предпочтительным является пирофосфатно-акустический метод с обязательным визуальным контролем полноты диспергирования.

3.2 Приготовление препарата и выбор рабочих параметров средств измерений для микроскопического анализа

Выбор метода для приготовления микроскопируемого почвенного препарата предполагает соблюдение некоторых требований, предъявляемых к почве как объекту препарирования. Исследуемые почвенные частицы обладают большим интервалом дисперсности, значительно варьируют по плотности и удельной массе, имеют резко анизометричную форму, соответственно вещество, используемое для закрепления почвенных частиц должно обладать хорошей прочностью, высокой прозрачностью, низкой рассеивающей способностью, невидимостью структуры и малой толщиной для возможности работы с иммерсией при больших увеличениях. Из большого разнообразия методов приготовления микроскопируемого препарата оптимальным для приготовления почвенного препарата оказался метод внедрения частиц исследуемого образца в 1%-ный раствор коллодия в амилацетате, из которого потом образуется плёнка (Воларович, Тропин, 1958) (рис. 2 а). Метод приготовления микроскопируемого почвенного препарата на основе желатина и жидкого стекла как иммерсионной среды (Цукерман, 1950),

широко применяемый при микроскопировании угольных пылей и сажи, не дал качественной картины распределения, а главное закрепления частиц в препарате. Длительное время высыхания используемой иммерсии и относительная подвижность частиц в препарате приводили к наложению изображения одних частиц на другие. Из-за существенной разницы в удельном весе частиц препарат обладал отрицательной текучестью и абсолютно не подходил при измерениях с использованием средних и больших увеличений. Сложность в использовании препаратов на основе 0,3%-ного раствора поливинилацетата, 0,5%-ного раствора полистирола в бензоле (Паничкина, Уваров, 1973) заключалась в оптических дефектах, возникающих из-за разности показателей преломления с иммерсионной средой, а так же недостаточной силой сцепления и поверхностного натяжения плёнки (частицы крупных фракций проваливаются, мелкие образовывают сгустки). Микро-скопирование таких препаратов затруднительно при работе с большим увеличением (рис. 2 б, в)

а) б) в)

Рис. 2 - Приготовление микроскопируемых препаратов, а) препарат на основе 1%-ного раствора коллодия в амилацетате, почва № 3; б) препарат на основе 0,3%-ного раствора поливинилацетата, почва № 4; в) препарат на основе 0,5%-ного раствора полистирола в бензоле, почва № 2. *1000

Для приготовления препарата на основе 1%-ного раствора коллодия в амилацетате использовали кристаллизатор с! 15 см до половины заполненный дистиллированной водой с погружённым предметным стеклом. 2 г почвенной фракции размером меньше 50 мкм (почвенный образец предварительно просеян на ситах и микроситах), отобраной методом квартования (ГОСТ 12536 - 79), поместили в пробирку с тонким дном, добавили 4 мл 1%-ного раствора коллодия в амилацетате и озвучивали в ультразвуковой ванне с частотой 18,6 кГц, интенсивностью 2,5 Вт/см" в течение 30 сек. Под действием ультразвуковых колебаний заданной частоты смесь перемешивалась, образуя однородную суспензию (при проведении мокрого рассева на микроситах непосредственно после рассева для приготовления препарата использовали 2 мл суспензии почвенной фракции размером меньше 50 мкм и 2 мл 1%-ного раствора коллодия в амилацетате). Для снижения скорости оседания частиц и получения стабильной суспензии, вводили в диспергируемую суспензию загуститель - 30 % водный раствор глицерина, добавляя его в равной пропорции к диспергируемой суспензии. Полученную суспензию наносили на поверхность воды в кристаллизаторе, которая растекаясь по поверхности образовывала после испарения растворителя тонкую пленку с распределенными в ней частицами. При растекании капли частицы обволакивались пленкой и распределялись по ее поверхности, что предотвращало их коагу-

ляцию и способствовало равномерному распределению. Оптимальная толщина плёнки рассчитывалась в зависимости от объёма 1%-ного раствора коллодия в амилацетате и d сосуда (Пилянкевич, 1961). Для сосуда d 15 см необходимо 0,5 мл суспензии. После образования пленки предметное стекло вынимали из кристаллизатора, накрывали покровным, края промазывали коллодием.

Определение концентрации почвенной суспензии во всех случаях проводили опытным путём, подбирая оптимальное распределение исследуемых частиц в поле зрения микроскопа, при этом определяли представительность приготовленного препарата: готовили 2 препарата из фракции, прошедшей через сито 50 мкм и сравнивали их при увеличении ><400. Препарат считали удобным для проведения анализа, если расстояние частиц в препарате в 1,5-2 раза превышало их размеры, а в поле зрения находилось не более 130-150 частиц. Если они ориентировочно совпадали пределами размера частиц, дальнейшие измерение проводили на одном из них.

В работе использовали универсальный микроскоп МБИ-15 с короткофокусным объективом (менее 3 мм), дающим большое увеличение (рабочее увеличение х1400) при использовании в качестве иммерсии кедрового масла, показатель преломления которого nd=l,515±0,001 близок показателю преломления стекла. Использование в качестве иммерсии вазелинового масла давало худшее визуальное восприятие микроскопируемого объекта.

3.3 Определение размеров частиц

Большой диапазон размеров исследуемых частиц (0-1мм) вызывает затруднения как при приготовлении образцов, так и при одновременном определении частиц разного размера в одном микроскопическом препарате. Поэтому с помощью виброгрохота фирмы Retch, используя метод мокрого рассева, мы фиксировали фракции 1 - 0,05 мм. Частицы, прошедшие через микросито 50 мкм использовались для дальнейшего анализа.

Важным условием, влияющим на сопоставимость результатов анализа, является определение необходимого числа измеренных частиц. Для анализа частиц, размеры которых мало отличаются по фракциям достаточно измерить 200-400 частиц (Дунский и др., 1975). Для измерения фракционного состава полидисперсных систем минимальное количество измеренных частиц должно достигать 1000 и более (Юшко, 1949; Ходаков, 1972). Известно (Андреев и др., 1959), что увеличение числа измеренных частиц ведёт к сдвигу максимума распределения в область более тонких фракций и замедление такого перемещения наблюдается, если число измеряемых частиц достигает 1400.

С целью определения количества частиц, необходимого для получения воспроизводимых, статистически достоверных результатов при определении гранулометрического состава почв методом оптической счётной микроскопии был произведён расчёт содержания частиц по фракциям дерново-подзолистой глееватой тяжелосуглинистой почвы № 6 исходя из общего количества от 800 до 1400 частиц. Для определения достаточного количества измеряемых частиц данные, полученные при подсчёте разного количества частиц (от 800 до 1200) сравнивались по критерию х2 с данными при максимальном количестве частиц (1400). Точность данных фракционного распределения, полученных при подсчёте разного числа измеренных частиц определялась показателем значимости различий (р): чем ближе вычисленные показания к 1, тем выше точность сравниваемых результатов (табл. 4).

4. Точность данных фракционного распределения по критерию х в сравнении с данными максимально подсчитанного количества частиц при уровне значимости а = 0,05, _число степеней свободы у - 3_

Количество подсчитанных частиц Расчетные значения х2 Значимость различий, р

Ожидаемые Сравниваемые

1400 800 8,23 0,14

1400 900 231 0,80

1400 1000 0,97 0,96

1400 1200 0,71 0,98

Сравнение полученных данных показало, что при подсчёте уже 1000 частиц получаются достоверные результаты. Максимальные отклонения по отношению с подсчётом 1400 частиц выявились для фракций <1 мкм (2,5%) и 20 - 10 мкм (2, 81%) (табл. 5), показатели значимости различий (р) при этом доказывают сопоставимость результатов подсчёта 1000 (р - 0,96), 1200 (р - 0,98) и 1400 (р -1,0) при проведении прямых измерений с многократными наблюдениями (ГОСТ 8.207-76,2006).

Таблица 5 - Распределение частиц почвы по фракциям при подсчёте их разного _количества_

Количество измеренных частиц

Размер 800 900 1000 1200 1400

фракций Число % Число % Число % Число % Число %

мкм частиц частиц частиц частиц частиц

<50 32 4,0 27 3,0 21 2,1 46 3,8 44 зд

50 - 28 160 20,0 189 21,0 173 17,3 194 16,2 240 17,1

28-20 112 14,0 117 13,0 127 12,7 144 12,0 178 12,7

20-8 224 28,0 180 20,0 193 193 238 19,8 310 22,1

8-1 96 12,0 108 12,0 106 10,6 125 10,4 132 93

>1 176 22,0 279 31,0 380 38,0 453 37,8 496 35,5

На основании данных табл. 9 при проведении дальнейших измерений гранулометрического состава почв методом счёта под микроскопом с ручной обработкой данных для получения сопоставимых и достоверных результатов при определении расчётного количества частиц с использованием 3-х увеличений использовали следующее соотношение:

•б -ч>

■\2

\iб j

■2Х<

Ы1

= ЛГ>1000 1-1

рас

б У

Где: Мрас - расчётное количество частиц; - количество частиц 1 класса, измеренных при большом увеличении, Ыср1 - количество частиц 1 класса, измеренных при среднем увеличении, Ым1 - количество частиц I класса, измеренных при малом увеличении, Еб - большое увеличение, - среднее увеличение, - малое увеличение, 1а, 1С1» /„ - число классов, просмотренных при данном увеличении.

Размеры частиц зафиксированных в препарате составляли от 50 мкм и меньше. Из-за недостаточной глубины резкости объектива такой большой диапазон размеров не позволял получить качественное чёткое изображение одновре-

менно всех исследуемых частиц, поэтому малые и большие частицы указанного диапазона наблюдали и измеряли при разных увеличениях: при малом увеличении учитывали только большие частицы, имеющие четкое считаемое изображение, при больших - только малые. В различных полях зрения микроскопа выбирали и фотографировали при увеличении хЗОО, хбОО, х1400 отдельные участки на препарате. На фотоснимках с увеличением х1400 измеряли все частицы, попавшие в кадр. Минимальный размер частиц фракции менее 0,2 мкм условно принимали за 0,05 мкм, так как определение размера таких частиц невозможно из-за недостаточной разрешающей способности микроскопа. Измерение частиц на отдельных полях зрения проводили с помощью линейки на цифровых снимках, измеряя максимальную хорду частицы в горизонтальном направлении. Частицу считали принадлежащей к рассматриваемому полю, если она находилась на одной из половинок границ поля, т.е. учитывались все частицы находящиеся внутри круга, а также все частицы находящиеся на одной полуокружности и на одном конце проведенного диаметра.

Отдельные поля зрения выбирали на препарате, перемещая его на величину большую диаметра круга, ограничивающего поле зрения, при этом площадь на которой проводили измерение и счет частиц, равнялась сумме площадей отдельных полей зрения. Количество измерений в полях зрения прямо зависит от расчетного количества измеренных частиц. При правильно приготовленном препарате число полей зрения равнялось 7-8 при каждом увеличении (количество полей зрения подбирается исходя из формулы 1.1). Для удобства обработки данных и получения сопоставимых достоверных результатов использовалось одинаковое число просмотренных полей зрения в препарате при разных увеличениях.

При измерении на фотоснимках за размер частицы принимали хорды частицы в горизонтальном направлении. Такой вид измерения в данном случае являлся наиболее удобным и эффективным и при расчёте полного фракционного распределения частиц не вносил ошибку в конечный результат измерений. При автоматическом измерении за размер частицы принимали расстояние между касательными к контуру изображения, проведёнными параллельно выбранному направлению измерения (диаметр Фере).

3.4 Обработка полученных результатов

Конечным результатом гранулометрического анализа почв является определение распределения частиц по размерам и представление этого распределения в табличной либо графической форме.

3.4.1 Расчёт фракционного распределения частиц

Для определения количественного распределения частиц в пробе мы вычисляли процентное отношение измеренных частиц определённого класса к общему количеству измеренных частиц, которое равнялось полученному расчётному количеству частиц. Так как при проведении измерений использовалось 3 увеличения, был произведён перерасчёт соотношения полученных фракций при каждом увеличении. Для этого были выбраны пограничные размеры частиц, одновременно учитывающиеся при 2-х разных увеличениях: х125 - хбОО соответственно 20-30 мкм, хбОО - х1400 соответственно 5-7,5 мкм. Принимая для каждого из увеличений число измеренных частиц за 100%, получали 3 самостоятельных распределения, имевших общие фракции с одинаковыми интервалами распределения. По соотношению частиц распределений в этих интервалах размеров, определяли коэффициенты пересчёта для каждого измерения и с их учётом про-

изводили промежуточные и окончательный расчёт количественного распределения частиц по фракциям.

Чтобы получить возможность сравнивать результаты различных методов определения фракционного состава, производили перерасчёт числа частиц определённого размера на их массу. Для этого класс самых крупных частиц, составляющих не менее 5 %, приняли за контрольный (табл. 6).

6. Соотношения частиц контрольного класса

Содержание частиц контрольного класса, % Минимальное количество измеренных частиц, не менее

От 5 до 10 25

10-15 50

15-25 75

Свыше 25 100

Если после измерения расчётного количества частиц число их в контрольном классе оказывалось меньше, чем требуется по таблице, то на дополнительно выбранных полях зрения или на дополнительных площадях препарата проводили дальнейшее измерение частиц с измерением только контрольного класса для того, чтобы получить необходимое количество частиц и произвести перерасчёт массового содержания на поправочный коэффициент, получаемый из соотношения начального распределения частиц контрольного класса к полученному после дополнительного измерения.

Такой перерасчёт требуется для исключения ошибки измерений при переходе от количественного распределения к массовому, возникающей из-за недостаточного определения расчётного количества измеренных частиц (Рек-шинская, 1963,1972).

Массовое распределение частиц по размерам вычисляли из произведения удельного веса и среднего кубического диаметра частицы к общему количеству частиц определённой фракции по отношению к сумме произведений для всех классов.

3.4.2 Автоматическое измерение и обработка результатов

Современное развитие техники предусматривает применение новых методов обработки изображения и документирования с элементами сбора, систематизации и анализа информации. Существенное отличие их от камеральных ручных измерений заключается в возможности глубокой обработки полученного изображения с целью улучшения его визуальных характеристик. Использование специальных программ позволяет производить автоматический счет и статистическую обработку при формировании результатов. В нашей работе метод оптической счётной микроскопии испытан в тандеме с программой ВидеоТесТ-Структура 5.2. (программное обеспечение для анализа изображений) фирмы "ВидеоТесТ". Работа с этой программой состояла из нескольких этапов: ввод изображения, калибровка системы, подготовка к измерению, непосредственно измерение и статистическая обработка результатов. На рис. 3 показано окно статистической обработки данных, сопряжённых с изображением измеряемого объекта. На этом этапе работы с программой можно опциапьно активировать функции, с помощью которых производится классификация измеренных объектов, статистическая обработка полученных результатов измерений, построение диаграмм и зависимостей. В таблице «результаты измерений» отображаются данные статистической обработки полученных результатов измерений: количество измеренных объектов,

сумма, среднее арифметическое значение, среднеквадратическое отклонение, коэффициент вариации, минимум, максимум и другие. При статистической обработке данных, в программе необходимо реализовать функцию сочленения гистограмм распределений в методике, при работе с тремя увеличениями, для возможности полной автоматизации окончательного расчёта гранулометрического состава почвы.

Рис. 3 - Демонстрация окна программы обработки данных

4 СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА МИКРОСКОПИЧЕСКОГО СЕДИМЕНТОМЕТРИЧЕСКОГО И ЛАЗЕРНО-ДИФРАКТОМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОЧВ

4.1 Выбор задач сравнительной оценки точности гранулометрического анализа почв проведённого разными методами

Решая вопрос о преимуществе использования тех или иных методов или приборов используют эталонный прибор (Коузов, 1974; Квеско, 1987), эталонный образец (Wilson, 1980) или сравнивают основные статистические параметры полученных результатов (Авдеев, 1966; Авдеев, 1964; Чёрный, 1950). Чаще всего в качестве эталонных приборов и методов используются либо прямые методы измерения размеров частиц, такие как микроскопия или ситовой анализ (Градус, 1979; Коузов, 1974), либо косвенные, например седиментометрический метод (Ходаков, 1962).

В данной работе используются разные по своей физической сути методы: косвенный метод определения массы фракций частиц при отборе средних проб из объёма (метод пипетки), прямое визуальное определение размеров частиц при микроскопировании, определение угла отклонения от частицы лазерного луча при использовании лазерно-дифрактометрического метода. Прямое сравнение этих методов, может выявить расхождение результатов относительно друг друга, не определяя при этом истинного гранулометрического состава почвы.

Использование для калибровки приборов и проверки методов измерения гранулометрического состава эталонного образца (Квеско, 1989; Wilson, 1980) также имеет свои сложности, основанные на выборе предпочтительной формы частиц. Одни авторы (Wilson, 1980) считают, что типичный исследуемый материал с достаточно широким распределением неправильных по форме частиц предпочтительнее нетипичного материала, состоящего из частиц правильной формы, другие предполагают, что порошок именно со сферическими частицами при реализации любого косвенного метода будет вызывать минимальную погрешность, поскольку большинство физических законов, лежащих в основе косвенных методов определения дисперсности, применимы к идеальным сферам. Что касается почвенных частиц, то они в большинстве своём имеют неправильную форму и

использование эталонного образца с известными правильными сферичными формами частиц абсолютно неприменимо.

С нашей точки зрения, чтобы избежать необъективной оценки информации о составе исследуемого образца почвы, полученного с помощью какого-либо прибора или метода, необходимо использовать не искусственно подобранный по фракционному составу, а натуральный образец, сравнивая полученный результат с гостированным методом при условии полной однородности распределения частиц в препарате при его приготовлении. В таком случае, используя для определения гранулометрического состава исследуемого образца конкретный прибор или метод, мы получим распределение по фракциям, отличающееся от истинного в силу объективных и субъективных факторов, свойственных примененному методу или прибору и эти отклонения можно скорректировать и учесть, поэтому представляется целесообразным осуществить сравнение седиментометрического (метод пипетки по Качинскому) в качестве стандартного метода (ГОСТ 12536 -79, 2003) с лазерно-дифрактометрическим и методом оптической счётной микроскопии на предварительно подготовленных однородных по распределению во фракциях образцах почв (ГОСТ 8.315 - 97, Методические указания по изготовлению, исследованию и аттестации стандартных образцов состава почв, 1985), используя для этого анализ проверки основных статистических параметров.

4.2 Сравнение точности результатов гранулометрического анализа почв полученных разными методами

В качестве исходных данных при проведении статистического анализа гранулометрического состава почв определённого разными методами, мы взяли массовое распределение частиц по диапазонам дисперсности. Статистической обработке подвергались результаты анализа трёх, резко различающихся по гранулометрическому составу почв, полученные с помощью различных методов при проведении в каждом методе 10 параллельных повторений для каждой почвы (табл. 8).

Сравнение точности методов (термин «точность» используется в соответствии ГОСТ Р ИСО 5725-1-2002, 2002) между собой по качеству определения гранулометрического состава проводили по х2 - критерию. При этом в качестве стандартного использовали метод седиментации из объёма (метод пипетки по Качинскому) из-за наличия нормативной документации и его широкого использования (ГОСТ 12536 - 79, 2003). Так же сравнивали данные микроскопического метода (ожидаемый результат) с методом лазерной дифракции для выявления степени сходимости результатов в зависимости от дисперсности исследуемых почв. Вычисления проводили в пакете про1рамм «81аи81лса» версия 6.1. Программа оценивала степень сходимости ожидаемых и наблюдаемых результатов измерений и автоматически выдавала расчётные значения критериев, сравнивая их с табличными, определяла значимость различий в результатах рассматриваемых методов. Сравнение проводилось одновременно во всём диапазоне дисперсности исследуемых почв (табл. 7). Точность сравниваемых методов (р) определялась неравенством значимости различий: чем ближе вычисленные показания к 1, тем выше точность сравниваемых методов, то есть результаты гранулометрического анализа, полученные с помощью ожидаемого и наблюдаемого методов сходны для всего диапазона дисперсности исследуемого образца почвы.

Анализ данных (табл. 7, частицы 1 мм и менее) показал, что точность микроскопического метода высока для всех исследуемых почв независимо от диапазона дисперсности (почва № 1 р - 0,99; почва № 5 р - 0,96; почва № 6 р - 0,92).

Для метода лазерной дифракции с увеличением содержания мелких фракций в изучаемых почвах уменьшалась точность метода. Это проявлялось как в сравнении с седиментационным методом (№ 6 р - 0,14), так и в сравнении с микроскопическим (№ 6 р - 0,64), но тем не менее, она оставалась высока при сравнении фракционного распределения для почвы № 1 (седиментационный р - 0,89, микроскопический р - 0,99).

7. Точность методов гранулометрического анализа почв (1мм и менее; 50 мкм и

№ почвы Метод анализа Расчётные значения X2 Значимость различий, р Расчётные значения /2 Значимость различий, р

Ожидаемый Наблюдаемый 1 мм и менее 50 мкм и менее

1 С М 0,59 0,99 1,19 0,76

5 С М 1,01 0,96 1,58 0,66

6 С М 1,46 0,92 1,83 0,61

1 С Лд 1,68 0,89 3,74 0,29

5 С Лд 3,67 0,60 5,95 0,11

6 С Лд 8,31 0,14 10,53 0,02

1 М Лд 0,61 0,99 1,17 0,76

5 М Лд 1,01 0,96 1,65 0,65

6 М Лд 3,40 0,64 4,28 0,23

Детальный статистический анализ данных проводился в диапазоне от 50 мкм и менее. Это обусловлено тем, что при определении гранулометрического состава почв основная ошибка измерений, влияющая на общее распределение фракций из-за разницы в физической сути методов, в большей степени затрагивает именно этот диапазон. Из табл. 7 (частицы 50 мкм и менее) видно, что точность методов узкой совокупности фракций на порядок ниже, чем аналогичные показания для полного фракционного распределения. Для микроскопического метода в сравнении с методом седиментации точность методов оставалась на высоком уровне в среднем р - 0,68 хотя и несколько уменьшалась с увеличением доли мелких фракций (для супесчаной почвы № 1 р- 0,76, легкосуглинистой почвы № 5 р - 0,66, тяжелосуглинистой почвы № 6 р - 0,61). Аналогичное уменьшение наблюдалось и для широкого диапазона дисперсности ( частицы 1 мм и менее). Для метода лазерной дифракции в сравнении с седиментационным показания значимости различий оставались удовлетворительными для почв со значительным содержанием крупных фракций (для почвы № 1 р - 0,29, для почвы № 5 р - 0,11) и абсолютно неприемлемы для почвы с преимущественным содержанием мелких фракций (почва № 6 р - 0,02). Аналогичная ситуация складывалась при сравнении метода лазерной дифракции с методом микроскопии.

Существенная разница во фракционном распределении частиц почв используемых методов (табл. 8) наблюдалась в мелких фракциях (менее 50 мкм), увеличение содержания которых вело к её расширению. Незначительно это проявилось в почве № 5, где методы седиментации, микроскопии и лазерной дифракции показали содержание фракции ила 9,66%, 7,73% и 6,26% соответственно, средней 8,18%, 9,35%, 11,31% и мелкой пыли 3,86%, 2,62% 1,73%. Существенные различия наблюдались в почве № 6 содержание фракции ила 12,28%, 9,17%, 7,91%; средней 12,07%, 14,26%, 19,06% и мелкой пыли 23,33%, 21,85%, 16,23% соответственно.

№ почвы название Методы про-боподготовкн Размеры частиц в мм

10,25 0,250,05 0,050,01 0,010,005 0,0050,001 <0,001 <0,01

Масса фракций в % к Сухов навеске

№ 1 дерпово-снльноиодзолистая супесчаная Седиментация 14,10 ±0,40 41,78 ±0,70 28,03 ±0,65 8,08 ±0,33 5,23 ±0,40 2,77 ±0,26 16,09 ±0,65

Микроскопия 14,27 ±0,23 4137 ±0,20 28,93 ±0,38 9,10 ±0,21 4,52 ±0,19 1,82 ±0,21 15,44 ±0,39

Лазерная дифракция 15,16 ±0,05 42,43 ±0,16 26,25 ±0,16 10,44 ±0,17 4,25 ±0,17 1,47 ±0,21 16,16 ±0,17

№ 5 дерново-подзолистая легкосуглинистая Седиментация 1,47 ±0,22 35,80 ±0,32 41,03 ±0,55 8,18 ±0,77 3,86 ±0,28 9,66 ±0,34 21,70 ±0,85

Микроскопия 1,57 ±0,19 36,53 ±0,23 42,21 ±0,24 935 ±039 2,62 ±0,22 7,73 ±0,19 19,69 ±033

Лазерная дифракция 1,70 ±0,07 37,11 ±0,18 41,89 ±0,15 11,31 ±0,18 1,73 ±0,19 6,26 ±0,22 1930 ±0,19

№ 6 дерново-подзолистая глее-ватая тяжелосуг-лппнстая Седиментация 3,55 ±0,29 18,53 ±033 30,24 ±0,44 12,07 ±1,25 23,33 ±,64 12,28 ±0,57 47,68 ±0,31

Микроскопия 3,29 ±0,23 19,05 ±0,28 32,38 ±0,26 14,26 ±0,42 21,85 ±0,24 9,17 ±0,18 45,28 ±0,46

Лазерная дифракция 3,16 ±0,08 20,78 ±0,17 32,87 ±0,16 19,06 ±0,18 16,23 ±0,20 7,91 ±0,20 43,20 ±0,17

Анализ данных табл. 9 показал, что с уменьшением диапазона фракций почв при увеличении содержания в них мелких фракций увеличивается коэффициент вариации не зависимо от метода исследования.

9. Изменение коэффициента вариации V содержания частиц в зависимости от

интервала диспе рсности исследуемых почв

№ почв. Методы пробоподготовки Размеры частиц в мм

0,05-0,01 | 0,01-0,005 | 0,005-0,001 | <0,001

У,%

1 Седиментация 2,00 3,44 6,83 9,84

Микроскопия 0,78 2,11 3,93 7,06

Лазерная дифракция 0,55 1,50 3,89 9,04

5 Седиментация 1,80 9,67 6,99 5,36

Микроскопия 0,67 4,04 8,29 6,02

Лазерная дифракция 038 1,89 11.00 831

6 Седиментация 3,64 832 7,07 14,16

Микроскопия 3,92 6,81 11,16 11,84

Лазерная дифракция 2,76 7,63 10,02 13,81

При сравнении статистических параметров в целом необходимо отметить, что все используемые в данной работе методы обладали хорошей воспроизводимостью результатов (Ус < 10) (рис. 4). В методах лазерной дифракции и микроскопии коэффициент вариации одинаков (5,5 и 5,7%). Доля влияния случайных факторов для всех методов одинакова и несущественна, но она несколько ниже в методе микроскопии (0,25%) и лазерной дифракции (0,2%) относительно метода седиментации. Величина доверительного интервала минимальна для метода лазерной дифракции - 0,64 (сходимость измерений в повторах максимальна).

Сравнение результатов метода микроскопии и лазерной дифракции как полного фракционного распределения (частицы 1 мм и менее), так и более узкой фракции (частицы 50 мкм и менее), показали равноточные результаты с незначительным увеличением сходимости результатов измерений и метрологических характеристик при уменьшении содержания мелких частиц в исследуемых почвах. При условии приготовления представительного образца определение гранулометрического состава этими методами надёжно даже при проведении единичных измерений, независимо от дисперсности исследуемых почв. Для метода седиментации коэффициент вариации выше в целом для метода (7,2%) и в частности существенно зависит от фракционной составляющей исследуемых почв (табл. 8, 9), поэтому для получения достоверной информации по фракционному распределению с использованием этого метода целесообразно проведение серии го 2-3 параллельных измерений.

4.3 Точность и достоверность метода микроскопии при автоматической и ручной обработке данных

При выполнении анализа седиментометрическим методом из объёма (метод пипетки по Качинскому) в основу измерений положен расчёт распределения по размерам частиц с учётом удельной массы согласно формуле Стокса. В связи с широкой дисперсностью фракционной составляющей почвы, и сложным минералогическим составом, частицы одного и того же размера могут иметь разную удельную массу, поэтому гранулометрический состав почвы определяют с пренебрежением внутрифракционного распределения удельной массы. Расчёт производится для диапазона размеров частиц, поэтому невозможно получить значение содержания частиц конкретного размера и, соответственно, представить данные в виде непрерывной функции распределения. Для метода микроскопии и метода лазерной дифракции исходной экспериментальной зависимостью является кривая численности распределения, выраженная количеством частиц определённого размера в пересчёте на их массовые доли. В отличие от седиментации из объёма с отбором средних проб каждая ордината в данной кривой соответствует определённому диаметру частиц.

Сравнение результатов гранулометрического анализа методом микроскопии с использованием автоматической и ручной обработки показало, что кривые распределений частиц по фракциям несколько смещены в сторону крупных фракций относительно друг друга (рис. 5). При ручной обработке данных содержание крупных фракций больше, чем при автоматической, особенно в почвах с большим содержанием мелких фракций (в почве № 6 ручная/ автоматическая соответственно для фракции 5-10 мкм 27,27% и 23,47%, 10 - 50 мкм 44,44% и 42,38%).

Ж И -с1с

Ш - № И-Ус 1

Ив! 1 1 1 " 1 1 ж

Метод

Рис. 4 - Сравнительная оценка методов по доли влияния случайных факторов Р2, доверительному интервалу ас. и воспроизводимости результатов Ус 1 - седиментация; 2 - микроскопия; 3 - лазерная дифракция

О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

d, мкм d, мкм

Рис. 5 - Дифференциальные кривые распределения частиц по фракциям в

исследуемых почвах......- почва № 1:_- почва № 5;-----почва № б.

а) - автоматическая; б) - ручная обработка результатов

При использовании ручной обработки данных результаты содержания фракций ила и мелкой пыли, особенно в почвах № 5 (менее 1 мкм 8,6%, 1 - 5 мкм 2,81%) и № 6 (менее 1 мкм 6,56%, 1 - 5 мкм 21,73%) занижены, по сравнению с методом седиментации (табл. 8) (почва № 5 фракция менее 1 мкм 13,4%, 1 - 5 мкм 7,1%; № 6 фракция менее 1 мкм 15,1%, 1 - 5 мкм 30,02%).

Анализ по % - критерию, с автоматической обработкой, показывает хорошую точность результатов микроскопического метода и метода седиментации из объёма: почва №1 р - 0,99, № 5 р - 0,98, № 6 р - 0,95. (табл. 10).

10. Точность метода микроскопии по критерию % при различных способах получения и обработки данных

№ почвы Метод анализа Расч. знач. z2 Знач. разд., Р

Ожид. Набл.

1 С* МА"* 0,08 0,99

5 С* МА** 0,19 0,98

6 С* МА" 0,34 0,95

1 с* MP"* 1,88 0,60

5 с" MP" 1,95 0,58

6 с* MP*" 2,80 0,42

1 МА" MP*"* 1,25 0,74

5 МА"* MP*** 1,40 0,71

6 МА** MP*** 1,78 0,62

* - седиментация;

** - микроскопия автоматическая;

*** - микроскопия ручная.

Сравнение метода микроскопии с ционного метода выявило уменьшение мелких фракций (почва № 6) Для почвь

50-10 10-5 5-1 менее!

d, мкм

Рис. 6 - Зависимость коэффициента вариации V от диапазона дисперсности исследуемых почв (светлое поле - автоматическая обработка данных; тёмное поле - ручная)

ручной обработкой данных и седимента-точности (р - 0,42) с увеличение доли I № 1 и № 5 точность оставалась прием-

лемой (соответственно р - 0,60 и р - 0,58). Аналогичная ситуация наблюдалась при сравнении автоматической обработки данных с ручной: точность метода с ручной обработкой уменьшилась с увеличением доли мелких фракций (почва №1 р - 0,74, №5 р - 0,71, №6 р - 0,62). Анализ зависимости коэффициента вариации от диапазона дисперсности исследуемых фракций почв (рис. 6) показал хорошую воспроизводимость результатов повторов независимо от использования вида обработки данных во всех диапазонах дисперсности.

Благодаря более полному учёту частиц, попадающих в поле зрения микроскопа, автоматическая обработка результатов измерений позволяет более точно классифицировать фракционное распределение частиц при исследовании почв разной дисперсности, при этом надёжность измерений для обоих видов обработки данных увеличивается с уменьшением содержания в почвах мелких фракций.

ВЫВОДЫ

1. Теоретически и практически показано, что метод оптической счётной микроскопии, обеспечивающий прямое измерение размера частиц может быть использован в качестве альтернативного существующим или полностью заменяющего метода определения гранулометрического состава почв, относительно дешевого в приборном исполнении, лишённого ошибок и допущений, присущих седиментационным методам.

2. Экспериментально установлено, что для реализации метода оптической счётной микроскопии необходимо определение минимального расчётного количества частиц (ТЧрас>1000) при препарировании образца почвенной суспензии фракции 50 мкм и менее, приготовленного на основе 1%-ного раствора коллодия в амилацетате. В наблюдаемых на отдельных полях зрения, при рабочем увеличении хЗОО, хбОО, х1400, частицах измеряется максимальная хорда в горизонтальном направлении при ручном счёте и средний диаметр Фере при автоматическом.

4. По представленным статистическим характеристикам метод оптической счётной микроскопии показывает высокую воспроизводимость результатов при исследовании всего диапазона дисперсности почв (для тяжелосуглинистой почвы У=7,6%, легкосуглинистой У=5,9%, супесчаной У=6,2%).При условии приготовления представительного образца определение гранулометрического состава этим методом надёжно даже при проведении единичных измерений.

5. При анализе методом оптической счётной микроскопии исходной экспериментальной зависимостью является кривая численности распределения, выраженная в массовых долях частиц. В отличие от седиментации из объёма с отбором средних проб, каждая ордината в этой кривой соответствует определённому диаметру частиц, поэтому метод оптической счётной микроскопии может быть применен как для определения полного гранулометрического состава, так и для изучения пошагового внутрифракционного распределения частиц. Его можно использовать в качестве эталонного метода пригодного к аттестации стандартных образцов почв.

6. Результаты методов диспергирования почвенной суспензии показывают преимущество пробоподготовки образцов пирофосфатно-акустическим методом. В отличие от методов растирания и кипячения достигается достаточное разделение почвенного образца с полной сохранностью первичных частиц (выход фракции «физическая глина» в сравнении с растиранием и кипячением дерново-подзолистой глееватой тяжелосуглинистой почвы на 4,1% и 2,1% выше, дерново-подзолистой супесчаной и дерново-среднеподзолистой супесчаной на 0,96% -1,26% и 2,59% - 0,93% соответственно), а так же сокращается время подготовки почв к анализу до 10 минут.

7. Экспериментальная апробация метода оптической счётной микроскопии для экспресс-контроля полноты диспергации почвенной пробы при различных методах пробоподготовки, позволила установить недостаточность времени воздействия на почвенную суспензию некоторых рекомендованных ранее методов. При увеличении времени обработки в методе кипячения выход фракции «физическая глина» дерново-подзолистой глееватой тяжелосуглинистой почвы увеличился на 1,32%, в методе растирания дерново-среднеподзолистой супесчаной почвы на 2,02%.

8. Метрологические параметры седиментационного (метод пипетки по Ка-чинскому) и лазерно-дифрактометрического методов гранулометрического анализа показывают, что наиболее точным и объективным является лазерно-дифрактометрический метод. Седиментометрический метод показывал лучшие результаты по выходу мелких фракций (мелкой пыли и ила), но метрологические показатели у него значительно хуже: коэффициент вариации выше в целом для метода (7,2%) и существенно зависит от содержания мелких фракций исследуемой почвы.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ К ПРОИЗВОДСТВУ

1. Метод оптической счётной микроскопии необходимо применять в практике исследования гранулометрического состава почв в качестве альтернативного метода наряду с широко используемыми седиментационными методами или методом лазерной дифракции.

2. Визуальный метол оптической счётной микроскопии рекомендуется как обязательный экспресс-метод определения полноты диспергации и универсальный контрольный методом для всех методов пробоподготовки почв к гранулометрическому анализу, не требующий специальных затрат трудовых, материальных ресурсов и времени.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1. Конончук П.Ю. Использование метода микроскопии для определения гранулометрического состава почв / Сборник тезисов 11-й Пущинской школы -конференции молодых учёных. - Пущино, - 2007. - С. 169 -170

2. Конончук П.Ю. Определение гранулометрического состава почв при микроскопическом исследовании / Агрохимический вестник. - 2007. - № 3. - С. 35-38.

3. Конончук П.Ю. Оценка представительности пробы и точности результатов измерений при гранулометрическом анализе почв методом микроскопического исследования / Методическое и экспериментальное обеспечение адаптивно -ландшафтных систем земледелия: сб. науч. тр. - СПб., изд-во ПИЯФ РАН, 2007. -С. 193-196.

Подписано в печать 10.11.2009 Объем: 1,0 п. л. Тираж 100 экз. Заказ № 56

Отпечатано в ООО «Копи - Р» Санкт - Петербург, пер. Гривцова, д. 1 / 64 Лицензия ПЛД №69-338 от 12.02.99г.

Содержание диссертации, кандидата сельскохозяйственных наук, Конончук, Павел Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СИСТЕМ И МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОЧВ 11 1.1 Гранулометрический состав почв и его значение в земледелии 11 1.2. Методы определения гранулометрического состава почв

1.2.1 Методы подготовки почв к гранулометрическому анализу

1.2.2 Методы гранулометрического анализа почв

1.3 Оптическая микроскопия, её использование в производстве и практическое применение при определении гранулометрического состава

1.4 Систематизация методов определения гранулометрического состава почв

1.5 Тенденции развития современных методов и аналитического оборудования определения гранулометрического состава почв

2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 47 2.1 Почва как объект механического анализа микроскопическим методом

2.2 Общая физико-агрохимическая характеристика почвенного покрова Северо-Запада России '

2.3 Характеристика исследуемых почвенных образцов

2.4 Методы исследования и статистическая обработка данных

3 АДАПТАЦИЯ МЕТОДА МИКРОСКОПИИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОЧВ

3.1 Пробоподготовка и контроль полноты диспергации изучаемого образца

3.2 Приготовление препарата для микроскопического анализа

3.3 Выбор рабочих параметров микроскопа и средств измерений для проведения анализа

3.4 Определение размеров частиц

3.5 Обработка полученных результатов

3.5.1 Расчёт распределения частиц по фракциям

3.5.2 Автоматические измерения и обработка результатов

4 СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА МИКРОСКОПИЧЕСКОГО СЕДИМЕНТОМЕТРИЧЕСКОГО И ЛАЗЕРНО-ДИФР АКТОМЕТРИ ЧЕСКОГО МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОЧВ

4.2 Основные ошибки и вносимые погрешности седиментометрического (метод пипетки по Качинскому) метода определения гранулометрического состава почв

4.3 Использование лазерного дифракционного микроанализатора частиц Анализетте 22 при гранулометрическом анализе почв

4.4 Сравнение метрологических параметров при проведении гранулометрического анализа почв разными методами

4.5 Точность и достоверность метода микроскопии при автоматическом и ручном измерении и обработке данных

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Адаптация метода оптической счётной микроскопии для определения гранулометрического состава почв"

В настоящее время в связи с более жёсткими требованиями производства к прикладной науке, возросшим экономическим спросом к внедрению в практику разработок, важное место занимают инновационные продукты научной деятельности.

В свою очередь для полноценных научных разработок необходимо внедрение в исследовательскую практику методов, имеющих как можно большую разрешающую способность, производительность, воспроизводимость и в тоже время относительно недорогих в реализации, приборном оснащении.

Почва - как объект сельскохозяйственного производства с трудом открывает свои тайны и предоставляет огромное поле для научных исследований. Всестороннее изучение почвы и умение правильно использовать и накапливать её плодородие является основной задачей ученых и практиков сельского хозяйства.

В связи с активным воздействием человека в ходе своей жизнедеятельности на природу и почвенный покров в частности, почва, как объект исследования, всё больше отличается от своего первоначального состояния, многие закономерности, открытые ранее, нуждаются в постоянном уточнении и более глубоком изучении.

Одним из показателей почв, определяющих её основные свойства и меняющимся в ходе сельскохозяйственного использования и естественных процессов является гранулометрический состав. Соотношение элементарных частиц в почве, в первую очередь, определяет её водно-воздушный, тепловой и питательный режим. Детальные сведения о механическом составе почв необходимы при планировании и обосновании систем удобрений, при разработке технологий и проведении различных мелиоративных действий.

Гранулометрический состав почв и фунтов определяет фильтрационные и деформационные параметры, признаки ползучести и другие важные Г свойства, которые необходимо знать также при проектировании аэродромов, дорог, гражданских и промышленных объектов, поэтому изучению гранулометрического состава придавалось всегда большое значение. Этому вопросу посвящено значительное количество отечественных и зарубежных исследований.

Очень часто в агрохимической практике используется лишь значение содержания «физической глины», а соотношение других фракций, в том числе входящих в состав фракции, называемой «физическая глина» опускается, а свойства самих частиц, входящих в состав той или иной фракции, совсем не учитываются. Такое существенное загрубение связано с трудоёмкостью и сложностью определения гранулометрического состава, сложностью сопоставления и интерпретации данных, недостаточной изученностью определённых зависимостей биологических свойств корнеобитаемого слоя от гранулометрического состава и свойств частиц отдельных фракций. В методиках определения гранулометрического состава почв наблюдается большое разнообразие как в приемах подготовки почв к анализу, так и в технике определения относительного содержания элементарных частиц различного размера.

Развитие методов исследования гранулометрического состава почв связано с общим научно-техническим прогрессом. При подготовке почв к анализу вначале применяли механические методы разделения частиц (растирание, кипячение, взбалтывание). На смену этим методам, которые не потеряли своего значения до сих пор, пришли физико-химические способы подготовки суспензии, предусматривающие активное воздействие на почву различными диспергаторами (оксалат, пирофосфат, гексаметафосфат натрия и др.), растворами кислот и щелочей. Широко используется симбиоз методов, например метод растирания и пирофосфатный метод, использование пирофосфата и ультразвуковой диспергации и т.д.

Вторая стадия гранулометрического анализа почв, как известно, связана с количественным учетом механических составляющих.

Среди современных методов и приборов для определения гранулометрического анализа наблюдается огромное разнообразие. Принцип действия этих приборов основывается как на уже существующих методах исследования, так и новейших, с использованием современных технологий.

Среди «традиционных» способов фракционирования подготовленной суспензии наибольшее распространение получил седиментационный метод с отбором средних проб, отличающийся относительной непродолжительностью и возможностью разделения частиц диаметром меньше 0,01 мм на ряд фракций.

Несмотря на огромное разнообразие методов измерения гранулометрического состава почв, все они наряду с определёнными преимуществами имеют и весьма существенные недостатки, что придаёт им некую условность.

Метод оптической (световой) микроскопии давно и широко используется в различных отраслях производства: медицине (например, для изучения и счёта форменных элементов крови), микробиологии (например, для подсчёта и измерения микроорганизмов), металлургических, горнообогатительных, пищевых и других производствах, где необходимо знание гранулометрического состава используемых материалов. При соответствующих исследованиях этот метод с успехом может быть адаптирован и для определения гранулометрического состава почв.

Цель и задачи исследования. Цель научного исследования состояла в адаптации применения оптической счётной микроскопии для определения гранулометрического состава почв. Для её достижения были поставлены и последовательно решались следующие задачи:

1) изучение современного состояния систем и методов определения гранулометрического состава почв;

2) изучение и оценка возможностей оптической счётной микроскопии в сравнении с тестированным методом;

3) адаптация метода оптической микроскопии в ее стандартном приборном исполнении для определения гранулометрического состава почв, включая:

- отработку методов пробоподготовки и определения полноты диспергации для микроскопического и других методов;

- изучение и измерение частиц различных фракций;

- отработку методов ручного и автоматизированного счета частиц;

4) оценка метрологических характеристик метода микроскопии при определении гранулометрического состава при сравнении с основными методами определения - седиментометрическим (метод пипетки по Качинскому) и лазерно-дифрактометрическим.

Положения выносимые на защиту.

1. Параметры применения метода оптической счётной микроскопии для определения гранулометрического состава почв с ручным или автоматическим счётом и обработкой при использовании оптического микроскопа в стандартной комплектации.

2. Метрологические характеристики метода, позволяющие применять его в качестве альтернативного или арбитражного.

Новизна и научная значимость работы заключается в том, что в ней впервые сформулированы требования к методу оптической счётной микроскопии в ее стандартном приборном исполнении для определения гранулометрического состава почв. Получены конкретные результаты измерений данным методом гранулометрического состава нескольких подтипов, видов и разновидностей почв, показана возможность внутри фракционной оценки распределения различных частиц. Оценены основные метрологические характеристики метода (диапазон измерения, точность), и показана возможность его использования на практике. Отработаны различные варианты пробоподготовки и измерения. Даны сравнительные оценки данных, полученных различными методами, и проведено сравнение методов по точности и сложности исполнения.

Практическая значимость. Метод микроскопического определения гранулометрического состава адаптирован и отработан для практического применения при изучении почв. Оценены основные метрологические характеристики метода и показана возможность его применения в качестве стандартного или при необходимости арбитражного. Так же этот метод является универсальным контрольным экспресс-методом определения полноты диспергации для всех типов пробоподготовки почв к гранулометрическому анализу, не требующий больших затрат трудовых материальных ресурсов и времени. Полученные результаты исследований необходимо использовать при определении гранулометрического состава в целом, изучении частиц отдельных фракций и определении физических свойств почв. Фактически предложен альтернативный метод и методика микроскопического исследования почв

Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертации докладывались и обсуждались на конференции молодых учёных при ГНУ АФИ Россельхозакадемии (24-27 сентября 2007года, С-Пб.); 11-й Пущинской школы - конференции молодых учёных (29 октября — 2 ноября 2007 года., Пущино), метод оптической счётной микроскопии прошёл апробацию в аккредитованном испытательном центре Федерального государственного учреждения «Ленинградский референтный центр Федеральной службы по ветеринарному и фитосанитарному надзору» (лаборатория анализа почв, грунтов, агрохимикатов) (приложение А). Публикации. По результатам исследований опубликовано 3 работы. Объем и структура работы. Диссертация написана на, русском языке, изложена на 197 страницах машинописного текста, состоит из введения, 4 глав, 15 таблиц, 41 рисунка и 7 приложений. Список литературы включает 192 наименования, в том числе 43 на иностранных языках.

Заключение Диссертация по теме "Агропочвоведение и агрофизика", Конончук, Павел Юрьевич

выводы

1. Теоретически и практически показано, что метод оптической счётной микроскопии, обеспечивающий прямое измерение размеров частиц, может быть использован в качестве альтернативного или полностью заменяющего метода определения гранулометрического состава почв, относительно дешевого в приборном исполнении, лишённого ошибок и допущений присущих седиментационным методам.

2. Экспериментально установлено, что для реализации метода оптической счётной микроскопии необходимо определение минимального расчётного количества частиц (N^>1000) при препарировании микроскопируемого образца почвенной суспензии фракции 50 мкм и менее, приготовленного на основе 1%-ного раствора коллодия в амилацетате. В наблюдаемых на отдельных полях зрения, при рабочем увеличении хЗОО, хбОО, х1400, частицах измеряется максимальная хорда в горизонтальном направлении при ручном счёте и расстояние между касательными к контуру изображения, проведёнными параллельно выбранному направлению измерения (средний диаметр Фере) при автоматическом.

3. Современные возможности автоматизации метода оптической счётной микроскопии при использовании специального программного обеспечения в определении распределений частиц, счёта и статистической обработки результатов, позволяют значительно сократить время анализа (25-30 мин/образец), упростив при этом саму процедуру счёта и получить точные сопоставимые результаты распределений частиц не зависимо от их диапазона дисперсности. При использовании этого метода с ручной обработкой данных (время анализа 1-1,5 час/образец) увеличение дисперсности почв и содержания в них мелких фракций увеличивает среднюю величину доверительного интервала (дерново-сильноподзолистая супесчаная - 0,28%, дерновоподзолистая суглинистая - 0,31%, дерново-подзолистая глееватая тяжелосуглинистая - 0,37%) и долю влияния случайных факторов. Зависимость коэффициента вариации от дисперсности почв при этом значительно выше (на тяжелосуглинистых почвах V >10%) чем в методе с автоматизированным счётом (V=8%).

4. По представленным статистическим характеристикам метод оптической счётной микроскопии показывает высокую воспроизводимость результатов при исследовании всего диапазона дисперсности почв (для дерново-подзолистой глееватая тяжелосуглинистая почвы V=7,6%, дерново-подзолистая суглинистой V=5,9%, дерново-сильноподзолистой супесчаной V—6,2%). Доля влияния случайных факторов (Pz - 0,81) и величина среднего доверительного интервала (dc — 0,25%) несущественна, как при сравнении относительно фракционного распределения почв, так и для метода в целом, и не зависит от количественного содержания мелких фракций, что указывает на его высокую точность и близость к реальному распределению частиц. При условии приготовления представительного образца определение гранулометрического состава этим методом надёжно даже при проведении единичных измерений.

5. При анализе методом оптической счётной микроскопии исходной экспериментальной зависимостью является кривая численности распределения, выраженная в массовых долях частиц. В отличие от седиментации из объёма с отбором средних проб каждая ордината в этой кривой соответствует определённому диаметру частиц, поэтому метод счётной микроскопии может быть применен как для определения полного гранулометрического состава, так и для изучения пошагового внутрифракционного распределения частиц, соответственно его можно использовать в качестве эталонного метода пригодного к аттестации стандартных образцов почв.

6. Полученные в условиях, необходимых для проведения гранулометрического анализа, результаты методов диспергирования почвенной суспензии показывают преимущество в пробоподготовке образцов пирофосфатно-акустическим методом. В отличие от методов растирания и кипячения достигается достаточное разделение почвенного образца с полной сохранностью первичных частиц (выход фракции «физическая глина» в сравнении с растиранием и кипячением дерново-подзолистой глееватой тяжелосуглинистой почвы на 4,1% и 2,1% выше, дерново-подзолистой супесчаной и дерново-среднеподзолистой супесчаной на 0,96% - 1,26% и 2,59% - 0,93% соответственно), а так же сокращается время подготовки почв к анализу до 10 минут.

7. Экспериментально апробирован метод оптической счётной микроскопии как метод экспресс-контроля процесса полноты диспергации почвенной пробы не зависимо от типа пробоподготовки, в связи с чем установлена недостаточность времени воздействия на почвенную суспензию используемых в работе методов. При рекомендованном увеличении времени обработки в методе кипячения до 80 минут выход фракции «физическая глина» дерново-подзолистой глееватой тяжелосуглинистой почвы увеличился на 1,32%, в методе растирания при увеличении воздействия до 15 минут в дерново-среднеподзолистой супесчаной почве до 2,02%.

8. Метрологические параметры седиментационного (метод пипетки по Качинскому) и лазерно-дифрактометрического методов гранулометрического анализа показывают, что наиболее точным и объективным является лазерно-дифрактометрический метод. Седиментометрический метод показывал лучшие результаты по выходу мелких фракций (мелкой пыли и ила), но метрологические показатели у него значительно хуже: коэффициент вариации выше в целом для метода (7,2%) и существенно зависит от содержания мелких фракций исследуемой почвы, в связи с чем для получения достоверной информации по фракционному распределению целесообразно проведение серии из 2-3 параллельных измерений.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ К ПРОИЗВОДСТВУ

2. Визуальный метод оптической счётной микроскопии рекомендуется как обязательный экспресс-метод определения полноты диспергации и универсальный контрольный методом для всех типов пробоподготовки почв к гранулометрическому анализу, не требующий специальных затрат трудовых, материальных ресурсов и времени.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Существующие методы определения гранулометрического (дисперсного) состава, так же как и методы прободготовки, имеют в сравнении между собой наряду с определёнными преимуществами определённые недостатки, что придаёт им некую условность и ставит перед аналитиком сложную задачу в возможности выбора одного из методов в зависимости от требований, предъявляемых к анализу.

Отличительной особенностью практически всех седиментационных методов является хорошая воспроизводимость результатов, относительная простота и дешевизна исполнения, именно поэтому их (ареометрический и метод пипетки) используют как эталонные методы в определении гранулометрического состава. При этом необходимо учитывать, что в методах измерения концентрации происходит искажение процесса осаждения частиц при заборе проб (пипеточный метод); в весовых методах объёмной седиментации неопределённость начального момента сказывается на содержании наиболее крупных фракций. В косвенных методах, к которым относятся и седиментометрические методы, используют разные физические явления, например, оптические свойства дисперсных систем или их электрические свойства. Чаще всего таким методам анализа требуется калибровка, сравнение результатов замеров с каким-либо эталонным образцом. Чем больше физических аналогий используется в конкретном процессе, тем выше вероятность существования ошибок, поскольку каждая используемая аналогия вносит свои погрешности, которые, в конечном счете, суммируются. Поэтому представляет интерес тот метод, в котором число используемых аналогий минимально. С этой точки зрения таким методом является метод оптической счётной микроскопии, который также является экспресс-методом определения полноты диспергации и универсальным контрольным методом для всех типов пробоподготовки почв к гранулометрическому анализу.

Из всех использованных в данной работе методов пробоподготовки почв к гранулометрическому анализу наиболее лучшие результаты в отношении времени исполнения, полноты диспергации и дешевизны показал пирофосфатно-акустический метод с обязательным визуальным контролем полноты диспергирования.

Для приготовления микроскопируемого почвенного препарата в работе использовались такие методы как прямой перенос суспензии на предметное стекло или счётную камеру при определении степени полноты диспергации, введение в диспергируемую суспензию загустителей или метод внедрения частиц исследуемого образца в 1%-ный раствора коллодия в амилацетате при расчёте фракционного состава. При этом в ходе работы определено минимальное расчётное количество частиц почвы (1000) необходимое для получения достоверных результатов гранулометрического анализа. Увеличение расчётного количества частиц крайне не существенно влияет на конечное распределение гранулометрического состава. В работе отмечена зависимость количества измерений в полях зрения от расчетного количества измеренных частиц, а также важность использования при автоматическом измерении специальных программ анализа изображений которые позволяют получать статистически достоверный результат с минимальными затратами трудовых материальных ресурсов и времени.

Сравнение на качественном уровне статистических характеристик распределений гранулометрического состава исследуемых почв, полученных с помощью различных методов показало, что наиболее точным и объективным методом, не смотря на собственные ошибки, в сравнении с использованными в данной работе является лазерно-дифрактометрический (оптический) метод.

Седиментометрический метод (метод пипетки по Качинскому) показывает несколько худшие результаты в качественном отношении, зато в количественном у него лучшие показатели по выходу мелких фракций (мелкой пыли и ила).

Метод микроскопии с автоматизацией обработки данных занимает пограничное положение между методом лазерной дифракции и седиментации по фракционному распределению и имеет хорошие показания точности статистических данных (несколько уступает методу лазерной дифракции) для всех диапазонов дисперсности используемых в работе почв.

Лучшей воспроизводимостью результатов из рассмотренных в настоящей работе обладают методы микроскопии и лазерной дифракции. Такое положение сохраняется при исследовании всего диапазона дисперсности почв. При условии приготовления представительного образца определение гранулометрического состава этими методами надёжно даже при проведении единичных замеров. В методе седиментации для получения достоверной информации по фракционному распределению целесообразно проведение серии из 2-3 параллельных измерений. Определение точности методов говорит лишь о значимости различий со сравниваемыми методами, но это не значит что результаты, полученные на основе сравниваемого метода являются истинными результатами распределения фракционного состава. Точность показывает степень близости результатов к истинному или опорному значению. Следует полагать, что она наиболее высока в методах прямого измерения (лазерная дифракция и оптическая микроскопия), т. к. заведомо исключает различные допущения и условности.

Различия в показаниях фракционных распределений полученных разными методами зависят от физических основ этих методов. Незначительная разница в результатах седиментационного и микроскопического методов скорее всего связана с отличием «стоксовского» диаметра от размера частицы, используемого в микроскопическом анализе. В методе седиментации происходит завышение содержания мельчайших фракций. Для него характерны субъективные ошибки аналитика и метода, которые могут повторяться при проведении измерений, такие как неравномерность усреднения по объёму при перемешивании в зависимости от длительности перемешивания суспензии и соотношения между плотностью твёрдой фазы и вязкостью жидкости, изменение температуры окружающей среды при проведении анализа, а так же образование псевдофракций. К тому же более крупные по размерам частицы, обладающие меньшей плотностью или являющиеся резко анизометричными, падают в жидкости с меньшей скоростью, нежели частицы правильной формы меньшего диаметра и большего удельного веса. В методе микроскопии и лазерной дифракции распределение частиц по фракциям счетное: в методе микроскопии прямой счёт, а в методе лазерной дифракции - дифракция электромагнитных волн. В обоих методах при одинаковом массовом содержании фракций менее 1 мкм и 5 — 1 мкм первых по числу частиц неизмеримо больше, что вносит определённую ошибку при переходе от численного распределения к массовому. К тому же в методе лазерной дифракции нижний предел измеряемых частиц 0.4 мкм. Это занижает содержание фракций менее 1 мкм в исследуемых почвах в ходе чего происходит перераспределение общего фракционного состава в пользу более крупных фракций. В методе лазерной дифракции существенное влияние на результат оказывает и плотность частиц потока, увеличение погрешности измерений происходит при увеличении количества мелких фракций.

В целом сходимость и воспроизводимость результатов измерений от метода к методу очень высока за исключением определения мелких (менее 10 мкм) фракций, при этом следует отметить, что точность результатов гранулометрического состава, выполненных методами прямого измерения выше, чем аналогичные показатели косвенных измерений. В методе оптической счётной микроскопии точность результатов определения гранулометрического состава выше при использовании автоматической обработки данных анализа.

Библиография Диссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Конончук, Павел Юрьевич, Санкт-Петербург

1. Авдеев Н.А. Об аналитическом методе расчёта седиментометрического дисперсионного анализа/ Н.А.Авдеев. Ростов-на-Дону.: Изд-во Рост, ун-та, 1964.-201 с.

2. Авдеев Н.А. Расчёт гранулометрических характеристик полидисперсных систем/ Н.А.Авдеев. Ростов-на-Дону.: Рост. кн. изд-во, 1966. -56 с.

3. Адзолини Л. Гранулометрический анализ для контроля качества порошковых продуктов. (Фирма Лидс и Норсруп, Итальянское отделение)/Л.Адзолини. Пер. КР-65425 (КР ВЦП), 1984. -17с.

4. Айдинян Р.Х. Выделение почвенных коллоидов без химической обработки/ Р.Х.Айдинян// Коллоидный журнал. 1947. Т. 9. Вып. 1. -С. 46 - 53.

5. Александрова Л.Н. О природе органо-минеральных коллоидов и о методах их изучения/ Л.Н.Александрова// Почвоведение. 1958. № 10. -С. 37 - 42.

6. Александрова Л.Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации/ Л.Н.Александрова. Л.: Наука, Ленинградское отделение. 1980. -288 с.

7. Ананьев В.П. О связи гранулометрического состава с минералогическим в лессовых породах/ В.П.Ананьев// Тр. совещ. по инж.-геол. свойствам горн, пород и методам их изуч. 1956. Т. 1. -С. 78 -90.

8. Андреев С.Е. Закономерности измельчения и исчисление характеристик гранулометрического состава/ С.Е.Андреев, В.В.Товаров, В.А.Петров. Л.: Металлургиздат, 1959. - 368 с.

9. Антипов-Каратаев И.Н. Химические исследования коллоидных фракций некоторых почвенных разностей СССР/ И.Н.Антипов-Каратаев, В.К.Бруновский, А.А.Роде. М.: Изд. ВАСХНИЛ, 1937.

10. Антипов-Каратаев И.Н. К вопросу о генезисе глинистых минералов при выветривании первичных минералов/ И.Н.Антипов-Каратаев, Г.М.Кадер // Тр. Почвенного института АН СССР. 1956. Т. II.

11. Аппельт Г. Введение в методы микроскопического исследования/ Г. Аппельт. М.: МЕДГИЗ, 1959. -397 с.

12. Астапов С.В. Мелиоративное почвоведение/ С.В.Астапов. Практикум. М.: Сельхозгиз, 1958. -275 с.

13. Афонин М. И. Слово о пользе, знании, собрании и расположении чернозёму, особливо в хлебопашстве/ М. И.Афонин. 1771.

14. Березин П.Н. Гранулометрия почв и почвообразующих пород. Современные физические и химические методы исследования почв/ П.Н. Берёзин М.: Изд-во Моск. Ун-та, 1987. -С. 56-73.

15. Березин П.Н. Применение седиграфа для гранулометрического состава почв и грунтов / П.Н.Березин, А.Д.Воронин// Почвоведение. -1981. вып. № 5. -С. 56-73.

16. Бегунов Б.Н. Теория оптических систем/ Б.Н.Бегунов, Н.П.Заказнов. -М.: Машиностроение, 1973. -484 с.

17. Бурштеин А.И. Методы исследования запылённости и задымлённости воздуха/ А.И.Бурштеин. Киев: Медгиз, 1950. -206 с.

18. Борн М. Основы оптики/ М.Борн, Э.Вольф. М.: Наука, 1970. -845 с.

19. Вадюнина А.Ф. Методы исследования физических свойств почв и грунтов/ А.Ф.Вадюнина, З.А.Корчагина. М.: Высшая школа, 1973. -399с.

20. Вадюнина А.Ф. Методы исследования физических свойств почв/ А.Ф.Вадюнина, З.А.Корчагина. М.: Агропромиздат, 1986. -416с.

21. Васильев A.M. Исследования физических свойств почвы/ А.М.Васильев. -Кишинев: 1952. -168с.

22. Вахромеев С.А. Руководство по минераграфии/ С.А.Вахромеев. М.: Госгеолиздат, 1950. -198 с.

23. Вершинин П.В. Почвенная структура и условия её формирования/ П.В.Вершинин. М.: Изд-во АН СССР, 1958. -284 с.

24. Вершинин П.В. Основы Агрофизики/ П.В.Вершинин, М.К Мельникова, Б.Н.Мичурин, Б.С.Мошков, Н.П.Поясов,

25. A.Ф.Чудновский. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1959, -904 с.

26. ВидеоТесТ-Структура. Версия 5.2. Программное обеспечение для анализа изображений/ С-Пб: ООО «ВидеоТесТ», 2009. -14 с.

27. ВидеоТесТ. Современные системы анализа изображений. Рекламный проспект/ -С-Пб: ООО «ВидеоТесТ», 2008. -2 с.

28. Викулова М. Ф. Исследование минералогического состава глин электронным микроскопом/ М. Ф.Викулова// Сов. геол. 1949. № 39. -С. 43-51.

29. Вильяме В.Р. Опыт исследования в области механического анализа почв/В.Р.Вильямс. М.: 1893.

30. Вильяме В.Р. Почвоведение: Общее земледелие с основами почвоведения/ В.Р.Вильямс. М.: Сельхозгиз, 1939. -328 с.

31. Владимиров В.Е. Способ подготовки грунтов к гранулометрическому анализу/ В.Е.Владимиров// Авт. Свид. №179606, бюллетень изобретений. № 5. -1966.

32. Владимиров В.Е. Изучение диспергирующего действия акустических колебаний и их использование для определения механического состава почв / В.Е.Владимиров// Дисс. на соиск. канд. с/х наук. -Л.: 1973. -181 с.

33. Воларович М.П. Исследование степени дисперсности сапропелей при помощи седиментометра и электронного микроскопа/ М.П.Воларович,

34. B.И.Тропин// Коллоидн. журн. 1958. Т. 20. №1. -С. 53-61

35. Воронин А.Д. Основы физики почв/ А.Д. Воронин. М.: Изд-во Моск. Ун-та, 1986. -244с.

36. Воронин А.Д. Структурно функциональная гидрофизика почв/ А.Д.Воронин. - М.: изд-во МГУ, 1984. -204 с.

37. Гедройц К.К. Ультрамеханический состав почв/ К.К.Гедройц. М.: Избр. соч. 1955.Т. 1. -С. 387-405.

38. ГОСТ Р ИСО 5725.1-6-2002. Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 1-6. М. Изд-во стандартов. 2002. -43с.

39. ГОСТ 8.207-76. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений/ М.: Стандартинформ. 2006. -7 с.

40. ГОСТ 29269-91 Почвы. Общие требования к проведению анализов/ -М.: изд-во стандартов, 1992. -5 с.

41. ГОСТ 17.4.4.02-84. Почвы. Методы отбора и подготовки почв для химического, бактериологического, гельминтологического анализа/ -М.: изд-во стандартов, 1986. -12 с.

42. ГОСТ 28268-89 Почвы. Методы определения влажности, максимальной гигроскопической влажности и влажности устойчивого завядания растений/ М.: Изд-во стандартов, 1989. -10 с.

43. ГОСТ 23402-78. Порошки металлические. Определение величины частиц/ -М.: Изд-во стандартов, 1979. -13 с.

44. ГОСТ 8.315 — 97. Стандартные образцы состава свойств веществ и материалов/ М.: ИПК Изд-во стандартов 1998. -30 с.

45. ГОСТ 28168-89. Почвы. Отбор проб/ М.: Изд. Стандартов, 1989. -6 с.

46. ГОСТ 12536-79. Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава/ М.: Изд-во стандартов, 2003 .-16с.

47. ГОСТ 26212-91 Почвы. Определение гидролитической кислотности по методу Каппена в модификации ЦИНАО/ М.: Изд-во стандартов, 1992. -5 с.

48. ГОСТ 27821-88 Почвы. Определение суммы поглощенных оснований по методу Каппена/ М.: Изд-во стандартов, 1988. -5 с.

49. ГОСТ 26213- 91 Почвы. Методы определения органического вещества/- М.: Изд-во стандартов, 1992. -6 с.

50. ГОСТ 26204- 84, Гост 26213- 84. Почвы. Методы анализа/ М.: Изд-во стандартов, 1984. -С. 19-24.

51. ГОСТ 26483-85 Почвы. Приготовление солевой вытяжки и определение ее рН по методу ЦИНАО/ М.: Изд-во стандартов, 1987. -С. 1-4.

52. Горбис З.Р. Теплообмен и гидромеханика дисперсных сквозных потоков/ З.Р.Горбис. М.: Энергия, 1970. -424 с.

53. Горбунов Н.И. Минералогия и коллоидная химия почв/ Н.И.Горбунов. -М.: Наука, 1974. -302 с.

54. Горбунов Н.И. Минералы тонкой фракции почв, закономерности их распространения и методика изучения/ Н.И.Горбунов// Почвоведение.- 1952. № 10

55. Горбунов Н.И. Высоко дисперсные минералы и методы их изучения/ Н.И.Горбунов. М.: Наука, 1963. -285 с.

56. Грин X. Аэрозоли пыли, дымы, туманы/ Х.Грин, В.Лейн. - Л.: Химия, 1969. -427 с.

57. Григоров О.Н. Руководство к практическим работам по коллоидной химии / О.Н.Григоров, И.Ф.Карпова, З.П.Козъмина и др. М.-Л.: Химия, 1964. -332 с.

58. Градус Л.Я. Руководство по дисперсионному анализу методом микроскопии / Л.Я.Градус. М.: Изд-во Химия, 1979. -232 с.

59. Грабаров П.Г. Сравнительная характеристика методов химической подготовки к механическому анализу методом пипетки/ П.Г.Грабаров.- М.: Изд-во АН СССР, 1959. -84 с.

60. Годлин М.М. Методика подготовки почв для механического анализа/ М.М. Годлин//Почвоведение. М.: Наука. -1938. №9 .-С. 637-643

61. Дунский В.Ф. Монодисперсные аэрозоли/ В.Ф.Дунский, Н.В.Никитин, М.С.Соколов. М.: Наука, 1975.-192 с.

62. Дерягин Б.В. Проточный ультрамикроскоп ВДК-4/ Б.В.Дерягин, Г.Я.Власенко// Коллоидный журнал. 1951. № 4. -249 с.

63. Егорова О.В. С микроскопом на «ты»/ О.В.Егорова. СПб.: Интермедика, 2000. -328 с.

64. Зайдельман Ф.Р. Мелиорация почв/ Ф.Р. Зайдельман. М.: Изд-во МГУ, 1996. -384 с.

65. Зимон А.Д. Адгезия пыли и порошков/ А.Д. Зимон. М.: Химия, 1976. -431 с.

66. Иванов И.А. Научно-практические основы систем земледелия СевероЗападного районаI России/ И.АИванов, А.И.Иванов. -Великие Луки.: изд. ВГСХА, 2006. -274 с.

67. Иоффе А.Ф. Основы Агрофизики/ А.Ф.Иоффе, И.Б. Ревут -М.: Физматгиз, 1959. -380 с.

68. Карелин Б.А. Методы и аппаратура для измерения размеров частиц: Обзор отеч. и зарубеж. Лит./ Б.А.Карелин, В.К.Луцкин. Централ. НИИ информ. и техн. экон. исслед. цвет. Металлургии, - М.: 1966. -94 с.

69. Карпинский Н.П. Механический анализ почв методом пипетки/ Н.П.Карпинский, С.И.Долгов. М.: Новый агроном, 1930. -42 с.

70. Кауричев И.С. Практикум по почвоведению/ И.С.Кауричев -М.: Колос, 1973. -279 с.

71. Качинский Н.А. Механический и микроагрегатный состав почвы, методы его определения/ Н.А.Качинский. М.: Изд-во АН СССР, 1958. -268 с.

72. Качинский Н.А. Физика почвы/ Н.А.Качинский. М.: Высшая школа,41. 1965. -324 с.

73. Качинский Н.А. Физика почвы/ Н.А.Качинский. М.: Высшая школа,42. 1970. -360 с.

74. Квеско Н.Г. Автоматизированный метод анализа дисперсного составапорошков с использованием систем изображений/ Н.Г Квеско, В.К.Никульчиков, А.А.Козлов, В.И.Щеглик// Тез. докл. Всес. конф. Механика сыпучих материалов. -Одесса. 1980. -96 с.

75. Квеско Н.Г. Источники систематических погрешностей в гранулометрическом анализе и способы их устранения. Материалы отраслевого совещания Проблемы и перспективы развития ПО ТНХК/ Н.Г.Квеско. -Томск: 1987. -С 19- 20.

76. Квеско Н.Г. Совершенствование метода седиментации из слоя применительно к определению гранулометрического состава полидисперсных материалов/ Н.Г.Квеско. Дис. канд. техн. наук. -Томск: Томский политехнический институт. 1989. -151 с.

77. Квеско Н.Г. Исследования метрологических характеристик ситового и микроскопического методов анализа дисперсного состава порошков. Вопросы аэрогидромеханики и тепломассообмена/ Н.Г.Квеско, В.К.Никульчиков. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1986. -С.42-46.

78. Клименко А.П. Методы и приборы для измерения концентрации пыли/

79. A.П.Клименко. М.: Химия, 1978. -208 с.

80. Коган Я.Н. Зав. лаб./ Я.Н.Коган, Т.А.Пфейфер, В.В.Корсаков 1958, №10, -С.1212-1224

81. Кононова М.М. Проблема почвенного гумуса современные задачи его изучения/ М.М.Кононова. М.: Изд. АН СССР, 1951.

82. Комов И.М. О земледелии/ И.М.Комов. 1788.

83. Корневская В.Е. О методах подготовки почв к механическому анализу/

84. B.Е.Корневская. М.: Вестник МГУ, 1953. №8. -С. 72-79.

85. Костычёв П.А. О борьбе с засухами в чернозёмной области посредством обработки полей и накопления на них снега/ П.А.Костычёв. -С-Пб.: 1893. -С. 1-80.

86. Костычёв П.А. Избранные произведения/ П.А.Костычёв. JL: АН СССР, 1951. -146 с.

87. Коузов П.А. Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и измельченных материалов/ П.А.Коузов. JL: Химия, 1974. -279 с.

88. Коузов П.А. Методы определения физико-химических свойств промышленных пылей / П.А.Коузов, Л.Я.Скрябина. JL: Химия, 1983. -143 с.

89. Кочерина Е.И. Некоторые химические и физические свойства отдельных механических фракций дерново-подзолистой почвы/ Е.И.Кочерина//Почвоведение. 1954. № 12. -С. 1186-1195.

90. Кругер М.Я., Панов В.А., Кулагин В.В. и др. Справочник конструктора оптико механических приборов/ М.Я.Кругер, В.А.Панов, В.В.Кулагин и др. - JL: Машиностроение, 1968. -760с.

91. Кузнецов В.Н., Климович В.У. Определение фракционного состава порошков по данным светопропускания в суспензиях/ В.Н.Кузнецов, В.У. Климович// Науч. тр. Омск: институт ж/д транспорта. 1968. Т. 86. -С. 56-62.

92. Кучинский П.А. О методах механического анализа почв/ П.А.Кучинский. Уч. Зап. Черновицкого гос. Ун-та. 1952. Т 9. Вып.З. -426 с.

93. Литвинова Т. И. Петрография неметаллических включений/ Т. И.Литвинова, В. П.Пирожкова, А. К.Петров. М.: Металлургия, 1972. -183с.

94. Личмарёва А.И. Некоторые свойства механических фракций светло -серой лесной почвы/ А.И.Личмарёва// Почвоведение. 1962. № 6.

95. Ломоносов М. В. Первые основания металлургии или рудных дел. Прибавление второе: О слоях земных/ М. В.Ломоносов // Тр. По минералогии, металлургии и горному делу. М.: -С. 174-1763.

96. Методические указания по изготовлению, исследованию и аттестации стандартных образцов состава почв (Агрохимических показателей)/ -М.: ЦИНАО, 1985.-57 с.

97. Методы цитологического анализа/ Под ред. Р.Меллорса М.: 1957. -З64.с.

98. Мельников П.Ф. Исследования по разработке метода подготовки засоленных и карбонатных грунтов к гранулометрическому анализа/ П.Ф.Мельников. -М.: Уч. Зап. МГУ, 1956. Вып. 117. -С. 81-94.

99. Микрофотометрический седиментограф SKC-2000S./ Проспект фирмы Сэисин Энтерпрайз Ко, ЛТД. 1998. -4 с.

100. Микромерограф. Проспект прибора фирмы Sharpies (США). 1970. -4 с.

101. Микроскопы биологические серии «Биолам»/ Проспект Ленинградского оптико-механического объединения. Л.: 1973. -24 с.

102. Микроскопическая техника/ Под редакцией Д.С.Саркисова, Ю.Л.Перова Руководство для врачей и лаборантов. М.: Медицина, 1996. -531 с.

103. Морозов С.С. Химические и физические свойства глинистых фракций подзолистых и подзолисто-болотных почв/ С.С.Морозов// Почвоведение. -1940. № 8.

104. Недин В.В. Современные методы исследования пыли/ В.В.Недин, О.Д.Нейков / М.: Недра, 1967. -190 с.

105. Никульчиков В.К. Метод экспресс- анализа дисперсного составапорошков/ В.К.Никульчиков, Н.Г.Квеско, В.А.Пшебыславский// Тез. докл. юбилейной конференции Казанского химико технологического института. -Казань: - 1979. -118 с.

106. Оборудование для определения размеров частиц сыпучих материалов/ RETSCH. Германия. Рекламный проспект фирмы. 2004. -4 с.

107. Паничкина В.В., Уваров И.В. Методы контроля дисперсности и удельной поверхности металлических порошков/ В.В.Паничкина, И.В.Уваров. -Киев: «Наукова думка», 1973. -168 с.

108. Панов В. А., Андреев JI.H. Оптика микроскопа/ В. А.Панов, Л.Н.Андреев -Д.: «Машиностроение», 1976. -430 с

109. Панченко Е.В. и др. Лаборатория металлографии/ Е.В.Панченко и др. М.: ГНТИ литературы по черной и цветной металлургии, 1957. -695 с.

110. Пестряков В.К. Окультуривание почв Северо-запада/ В.К.Пестряков. -Л.: Колос, 1977. -343 с.

111. Пилянкевич А.Н. Практика электронной микроскопии/ А.Н.Пилянкевич. М.: «Машгиз», 1961. -176 с.

112. Попов И.В. Микроскопические исследования структур глинистых пород (структура в искусственно получаемых препаратах глин)/ И.В. Попов// Проблемы советского почвоведения. М., - Л.: 1949. Вып. 15. -С. 174-210.

113. Поль Р. Введение в оптику/ Р.Поль. Л.: ОГИЗ, 1947. -476 с.

114. Размеры частиц: экспериментальная интерпретация и применение/ ВИНИТИ. М.: 1964. № 4259. -120 с. - Пер. Irani R.R., Callis C.F. Particle Size: Measurement Interpretation and Application. Wiley: New York, 1963. -55c.

115. Рекшинская Л.Г. К вопросу о диагностике минералов глинистой фракции пород с помощью электронного микроскопа/ Л.Г.Рекшинская// Вопросы инженерной геологии и грунтоведения. -М.: Изд-во МГУ, 1963. -С 21-28.

116. Рекшинская Л.Г. Характеристика дисперсности глинистых минералов с помощью электронного микроскопа/ Л.Г.Рекшинская// Вестник МГУ. М.:-1972. №1. -С. 45-53.

117. Ринне Ф., Берек М. Оптические исследования при помощи поляризационного микроскопа/ Ф.Ринне, М.Берек. М.: ОНТИ, 1937. -332 с

118. Ромашов Г. И. Основные принципы и методы определения дисперсного состава промышленных пылей/ Г. И.Ромашов. Л.: ЛИОТ ВЦСПС, 1938. -176 с.

119. Роде А.А. Почвоведение/ А.А.Роде. М. Изд-во АН СССР, 1955. -312 с.

120. Роде А.А. Система методов исследования в почвоведении/ А.А.Роде. -Новосибирск: Наука, 1971. -174 с.

121. Сабанин А.Н. Различные способы механического анализа почв и способ двойного отмучивания с малой навеской/ А.Н.Сабанин // Почвоведение. -1903. № 1 -С. 59-64, № 2 -С. 121- 128.

122. Салтыков С.А. Стереометрическая металлография/ С.А.Салтыков. -М.: «Металлургия», 1976. -271 с.

123. Сахарова М.С. Иммерсионный метод минералогических исследований / М.С. Сахарова, Ю.А.Черкасов. М.: Изд-во Московского университета, 1970. -88 с.

124. Воронин А.Д. Современные физические и химические методы исследования почв/ А.Д. Воронин, Д.С. Орлов М.: Изд-во Моск. Унта, 1987.-204 с.

125. Соколович В.Е. Исследование некоторых особенностей процесса пылимости дисперсных грунтов/ В.Е.Соколович. М.: МГУ, 1947. -283 с.

126. Спурный К. Аэрозоли/ К.Спурный, Ч.Йех, Б.Седлачек и др./ -М.: Атомиздат, 1964. -360 с.

127. Счётчик Культер ТА 2. Распределение частиц по размерам. Рекламный проспект фирмы «Coultronics France».С.А., 1987. -19 с.

128. Трёгер В.Е. Оптическое определение породообразующих минералов/ В.Е.Трёгер. М.: Недра, 1968. -199 с.

129. Тюлин А.Ф. Коллоидно химическое изучение почв в агрономических целях/ А.Ф.Тюлин. - М.: Тр. ВИУАА. 1946. Вып. 27.

130. Тюрин И.В. К изучению процесса подзолообразования/ И.В.Тюрин// Почвоведение. 1944. №10. -С. 441-445.

131. Федин JI.A. Микроскопы, принадлежности к ним и лупы/ Л.А.Федин. М.: Оборонгиз, 1961.-251 с.

132. Федотов Г.Н. Влияние коллоидной структуры органо-минерального геля на свойства почв/ Г.Н.Федотов, Ю.Д.Третьяков, А.И.Поздняков, Д.В.Жуков, Е.М. Пахомов// Доклады Академии Наук. 2004. Т. 394. № 2.-С. 212-214.

133. Фигуровский Н.А. Седиментометрический анализ/ Н.А.Фигуровский. Изд-во АН СССР, М.: 1948. -160 с.

134. Фигуровский Н.А. Современные методы седиментометрического анализа суспензий и эмульсий/Н.А.Фигуровский. М.: 1939. -198 с.

135. Фролов В.Т. Руководство к лабораторным занятиям по петрографии осадочных пород/ В.Т.Фролов. Изд-во МГУ, М.: 1964. -84 с.

136. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы/ Ю.Г.Фролов. М: Химия, 1989. -С. 288-310.

137. Фукс Н.А. Коллоиды/ Н.А. Фукс//Коллоид. Ж. -1936. Т. 11. № 4. -С. 507-511.

138. Фукс Н.А. Механика аэрозолей/ Н.А.Фукс. М.: Изд. АН СССР, 1955. -351с.

139. Фукс Н.А. Успехи механики аэрозолей/ Н.А.Фукс. М.: Изд. АН СССР, 1961.-159 с.

140. Ходаков Г.С. Физика измельчения/ Г.С.Ходаков. М.: Химия, 1972. -307 с.

141. Ходаков Г.С. Седиментационный анализ высокодисперсных систем/ Г.С.Ходаков, Ю.Л.Юдкин. М.: Химия, 1981. -190 с.

142. Ходаков Г.С. Основные методы дисперсного анализа порошков/ Г.С.Ходаков. М.: Госстройиздат, 1968. -199 с.

143. Цукерман Л.И. Практическое руководство по микрофотографии/ Л.И.Цукерман. М.: Металлургиздат, 1950. -256 с.

144. Чёрный Л.М. Применение логарифмически-нормального закона распределения для расчёта гранулометрических характеристик измельчённых материалов/ Л.М.Чёрный. ДАН СССР, 1950. Т. 72. №5. -С. 929- 932.

145. Чурилловский В. Н. Теория оптических приборов / В. Н.Чурилловский. М.: -Л.: Машиностроение, 1966. -559 с.

146. Шеин Е.В. Полевые и лабораторные методы исследования физических свойств и режимов почв/ Е.В.Шеин, Т.А.Архангельская, В.М.Гончаров. М.: изд-во МГУ, 2001. -200 с.

147. Шеин Е.В. Курс физики почв/ Е.В.Шеин. М.: Изд-во Моск. Ун-та, 2005. -432 с.

148. Шеин Е.В. Гранулометрический состав почв: проблемы методов исследования, интерпритации результатов и классификации/ Е.В.Шеин//Почвоведение. 2009. № 3. -С. 309-317.

149. Шеин Е.В., Гончаров В.М. Агрофизика/ Е.В.Шеин, В.М.Гончаров. -Ростов-на-Дону: Феникс, 2006. -400 с.

150. Юшко С.А. Методы изучения руд под микроскопом в отраженном свете/ С.А.Юшко. М.: Госгеолиздат, 1949. -303 с.

151. Alex W. Teilchengroftenanalyse. 5. Sedimentations analyse (Fortsetzung)/ W.Alex, B.Koglin, K.Leschonski// Chemie Ingenieur Technick. 46. 1974. № 17. -P.729- 732.

152. Austin L.G. A Method for Inter-Conversion of Microtrack and Sieve Size Distributions/ L.G.Austin, I.Shah// Powder Technology. 1983. 35. -P. 271278.

153. Bohren. Absorption and scattering light by small particles/ Bohren, D.R.Huffman. New York: John Wiley and Sons, 1998. -519 p.

154. Bordas M.J. Une mise an point de la technique des analyses granulometriques en grande serie/ M.J.Bordas, T.Hugnet, Y.Meynadier// Bull. Assoc. franc. Etude Sol. 1958. № 4.

155. Brugger K. The Particle Size Determination of Pigments with the Disk Cenri-fuge/ K.Brugger// Powder Technologi. 1976. № 13. -P.215-221.

156. Cushman A.S. & Hubbard P. Eir electriation of fine. Powders/ A.S.Cushman, P.Hubbard// Journ. Amer. Chem. Soc. 1907. V. XXIX.

157. Edwards A.P. Dispersion of soil particles by sonic vibration/ A.P.Edwards, J.M.Bremner. J.: Soil Sci, 1967. 18 № 1.

158. Eshel G. Critical evaluation of the use of laser diffraction for parti-cal-size distribution analysis/ G.Eshel, G.J.Levy, U.Mingelgrin, M. J.Singer// Soil Sci. Soc. Am. J. -2004. V. 68. -P. 736-743.

159. Fritsch GmbH Laborgeratebau. «Analysette 21» пипеточная центрифуга для гранулометрического анализа в диапазоне от 0.05 до 10 мкм в суспензии/ ФРИЧ Лабораторное приборостроение ГмбХ. Проспект фирмы, 1995. -3 р.

160. Fritsch GmbH Laborgeratebau. «Analysette 20» сканирующий фотоседиментограф для автоматического гранулометрического анализа в диапазоне от 0.5 до 500 мкм в суспензии/ ФРИЧ Лабораторное приборостроение ГмбХ. Проспект фирмы. 1995. -5 р.

161. Instructions Sedimentation Balance PC 650. A. Gallewnkamp & Co., London E. -С.2/ Рекламный проспект фирмы Gallenkamp. 1960. -2 p.162. luda J. Badanie pylowi wizadzen odpylajacych, PWT, Warszawa/ J.luda. 1959. -P. 91- 98.

162. Jury W.A. Soil physics / W. A Jury, R.Gardner Wiford, H.Gardner Walter / John Wiley & Sons. Inc, 1991. -239 p.

163. Konert M. Comparison of laser grain size analysis with pipette and sieve analysis: a solution for the underestimation of the clay fraction/ M.Konert, J.Vandenberghe. Sedimentology. 1997. V. 44. -P. 523-535.

164. Krauss G. Neue methode der mechanischen bodenanalyse, sowie ein einfaches graphisches verfahren zur bestimmung der kornoberflache/

165. G.Krauss. Intern. Mitt. Bodenkunde, Bd.13. H.3-4. 1923.

166. LA-920 Horiba LB550 Horiba LA-300 Horiba лазерные дифракционные микроанализаторы частиц/ HORIBA. Япония.: Проспект фирмы. 2004. -4 р.

167. Lange М. Sedimentationsanalysen mit manomitrischer Messung im Schwerefeld/ M.Lange, T.Gast. Staub Reinhal, Luft 37. 1977. № 4. -P. 141-147.

168. Lehneer D. Static light scattering on dense colloidal systems: new instrumentation and experimental results / D.Lehneer, G.Kellner,

169. H.Scnablegger, O.Clatter. J.: of Colloid and Interface, 1998. V. 201. -P. 34-47.

170. Leschonski K. Verleichende Untersuchungen der Sedimentationanalyse/ K.Leschonski. Staub, 22. 1962. № 11. -P. 475-485.

171. Lynn J.E. Induster and engineer Chem. Industry/ J.E.Lynn, E.A.Hauser. E.V. 1940. №5.

172. Malvern Instrument. High performance systems for particle characterization/ Рекламный проспект фирмы Malvern .1998. -18 р.

173. Mathieu CI. Analyze physique des sols/ Cl.Mathieu, F.Pieltain. Paris: New York: Lavoisier, TecDoc. Londres, 1998. -275 p.

174. Neumann R. Kritische Betrachtung der Ergebnisse und Verwendung von Sedimentation Analyses/ R.Neumann. «Tonindustrie - Zeitung», 1959. Bd. 83. N. 18.

175. Puri A.N. Dispersion of soil for mechanical analysis by sodum carbonate or sodum oxalate treatment/ A.N.Puri// Soil Science. 1934. V. 42. №4. -267 p.

176. Puri A.N. The dispersion of soil in water under various conditions/ A.N.Puri, B.A.Keen// T. Agr. Sci. 1925. V. 15.

177. Retsch. Фотоседиментометр «ЛЮМОСЕД»/ Рекламный проспект фирмы Retsch, 1990. -4 p.

178. Sartorius Sedimentationwaage, Sartorius Werke Akt. G. Gottingen, 1998. -2 p.

179. Sartorius Sedimentationswaage/ Prospekt der Firma Sartorius, Gottingen. 2002. -2 p.

180. Sedigraf 5100. Рентгеновский сканирующий седиментограф/ США: Micromeritick, Проспект фирмы. 1996. -5 р.

181. Sedigraf 5000 Е. Particle size analyzer/ Рекламный проспект фирмы "Культроникс Франс", 1996. -7 р.

182. Shein E.V. The granulometric composition: the role of soil organic matter in data distinctions between sedimentation and laser diffraction analysis/ E.V.Shein, E.Yu.Milanovsky, A.Z.Molov// Eurasian Soil Science. 2006. V. 39, №13. Suppl. 1. -P. 84-90.

183. Shimadzu centrifugal particle size analyzer SA-CP2-10-20 Series/ Каталог оборудования для измерения распределения частиц по размерам, 1986. -5 р.

184. Sikdar S.K. Coulter Particle counting at high counting rates/ S.K.Sikdar, S.H.Webster/-Great Britain: J. Phys. E: Sci. Insrum., 1980. V. 13.

185. Simecek J. Zur mikroskopischen Bestimmung der KorngroBenverteilung/ J. Simecek. Staub Reinhalt. Luft 26, 1966. №4. -P. 162- 167.

186. Stokes G.G. Trans. Gambr. Philos. Soc/ G.G.Stokes. 1845. V 8. Pt. III. № XXII. -287 p.

187. Whitby K.T. Part II. Procedures and applications/ K.T.Whitby. Heating, piping air condi-tioning. June. 1955. -P.29-35.

188. Whitby K.T. Rapid General purpose centrifuge sedimentation method for measurement of size distribution of small particles. Part I. Apparatus and method/ K.T.Whitby / Heating, piping and air conditioning, June. 1955. -P.21-27.

189. Wilson R. Reference Materials of Defined Particle Size Certified Recently by the Community Bureau of Reference of the European Economic Community/R.Wilson//Powder Technology. 1980. 27. -P. 37-43.

190. Wolfgang Mutter Vibratory Sieve Shaker «Analysette 3». Вибрационный грохот «Анализетте 3»/ ФРИЧ Лабораторное приборостроение ГмбХ. Инструкция фирмы. 1998. -27 р.

191. Wood R.W., Woomic A.L. The physical and biological effects of high -frequency sound waves of great intensity/ R.W.Wood, A.L.Woomic// Phil. Mag. (7), 4,-1927.-417 p.

192. Zar J. H. Biostatistical Analysis, 2d ed, Prentice-Hall, Englewood Cliffs/ J. H. Zar.-N.J.: 1984.

193. Министерство сельского чо tmlc i ин РФ

194. Федеральная служба по ветеринарному и ijlHIOCailimipilOMV IIA'UOpy (Росссльчолы.иор)

195. Федеральное государственное учреждение

196. Государственное научное учреждение Агрофизический клучно-иееледокательский институ 1 Рос сел b\oia км чс ч ни1. НдЛ*и

197. Справка об апробации «Микроскопического метода определения гранулометрического состава почв»

198. Зав. лабораторией почв, грунтов, агрохимикагов-г^^ШилИКОй Г.С. Хомяков Ю.В. Солодун А.А.1. Яковлева Т.Л.

199. Методы дезагрегации почв при подготовке их к гранулометрическому анализу

200. Метод пробоподготовки, автор метода используемые принадлежности и приборы Используемые принципы и явления Достоинства метода и его преимущества перед остальными Недостатки метода и вносимые погрешности1. Механическая подготовка

201. Химико-механическая подготовка с удалением некоторых составных частей

202. Суданский или содовый метод (Кочерина, 1954, Вадюнина, Корчагина, 1973) Ротационная мешалка Действие углекислого натрия Не пригоден для карбонатных почв, меньший выход иловатой фракции при увеличении мелкой и средней пыли

203. Химико-механическая подготовка без удаления из почвы составных частей

204. Сравнительная характеристика применяемых методов анализа фракционного состава почв

205. Метод анализа, используемый прибор (если может применяться) Диапазон определяемых размеров, мкм. Определяемая характеристика Используемые принципы и явления Достоинства метода и его преимущества перед остальными Недостатки метода и вносимые погрешности

206. Метод счётной электронной микроскопии 0.005мкм -5мкм

207. Кондуктометрия, счётчик О.бмкм Число частиц в

208. Коултера 800мкм зависимости отвеличины амплитудыимпульсанапряжения

Информация о работе

Конончук, Павел Юрьевич
кандидата сельскохозяйственных наук
Санкт-Петербург, 2009
ВАК 06.01.03

Диссертация

Адаптация метода оптической счётной микроскопии для определения гранулометрического состава почв - тема диссертации по сельскому хозяйству, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы