Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego

w Warszawie

Wydział Rolnictwa i Biologii

Paweł Morgaś

Sprawozdanie

Oznaczenie zawartości węgla organicznego (próchnicy) w glebie metodą Tiurina

1.Wstęp

Istnieje wiele metod oznaczenia węgla organicznego w związkach organicznych gleby. Najczęściej stosowane są metody objętościowe - miareczkowe i wagowe, rzadziej kolorymetryczne. Poza tym stosuje się metody oznaczenia substancji organicznej gleby przez wyżarzenie w 500⁰C; ten ostatni sposób w badaniach naukowych nie powinien być stosowany

Zasadą większości metod jest utlenianie związków organicznych gleby w środowisku kwaśnym takimi utleniaczami, jak KMO₄ i K₂Cr₂O₇. Mangan i chrom w wymienionych związkach przejmują nadmiar elektronów z węgla związków organicznych i ulegają redukcji w myśl reakcji:

Mn⁺⁷ + 5e = Mn⁺²

Cr⁺⁶ + 3e = Cr⁺³

Ilość zredukowanego Mn lub Cr jest wprost proporcjonalna do ilości utlenionego węgla związków organicznych do CO_2.

W metodach wagowych CO₂ jest absorbowany na wapnie sodowym i następnie ważony, w metodach objętościowych - pochłaniany przez roztwory KOH lub Ba(OH)_2, które następnie miareczkuje się i z różnicy oblicza ilość węgla. W bezpośrednich metodach objętościowych miareczkuje się ilość nie zredukowanego utleniacza, np. KMnO₄ lub K₂Cr₂O7, i różnicy oblicza ilość zredukowanego utleniacza podczas utleniania związków organicznych (a ściślej biorąc węgla organicznego) w glebie.

2. Metoda Tiurina

Metoda ta należy do bezpośrednich metod objętościowych, w których ilość węgla organicznego, a następnie próchnicy oblicz się z ilości zredukowanego utleniacza. Jako utleniacza używa się tu dwuchromianu potasu - K₂Cr₂O₇.

Utlenianie zachodzi w ściśle kwaśnym środowisku. Nadmiar nie zredukowanego dwuchromianu potasu, pozostającego w roztworze po utlenianiu związków organicznych, miareczkuje się solą Mohra.

Przy dużej zawartości w glebach związków redukujących nieorganicznych, takich jak Fe²⁺, Mn²⁺, Cl^- i innych, metoda ta i inne bezpośrednie metody objętościowe dają wyniki nieco za wysokie. Metoda Tiurina nie powinna być stosowana do oznaczenia węgla organicznego w próbkach gleb zawierających ponad 50% węglanów, ponieważ daje małą dokładność wyników.

2. Oznaczenie próchnicy

Z gleby, z której uprzednio wybrano pęsetką widoczne resztki roślinne i którą przesiano przez sito o średnicy 0,25mm. Z przygotowanej w ten sposób próbki odważamy 0,12g (przy mniejszej zawartości próchnicy odważamy większą naważkę gleby) i przenosimy do suchej kolbki Erlenmeyera o pojemności 100 cm³. Oznaczenie wykonujemy w jednym powtórzeniu, a po nim wykonujemy oznaczenie zerowe, w tym że zamiast gleby dajemy podobną ilość lessu wyprażonego w temp. 990 ⁰C . Tok oznaczeń próby zerowej jest taki sam jak przy normalnych próbkach gleb.

Do kolby z odważoną glebą dodajemy po około 0,1g Hg₂SO₄ jako katalizatora i zalewamy 10cm³ 0,4n roztworu K₂Cr₂O₇ z biurety. Potem gotujemy na płytce elektrycznej około 5min od momentu wrzenia. Czas gotowania musi być dokładnie przestrzegany, a samo gotowanie bardzo spokojne i równomierne, gdyż przy gwałtownym może następować rozkład dwuchromianu potasu, co nie jest pożądane. W wypadku zazielenienia roztworu w kolbce podczas gotowania należy oznaczenie powtórzyć z mniejszą naważką gleby. Po zdjęciu kolby z płytki i jej ostudzeniu, dodajemy 5 kropli 0,2-proc. Roztworu kwasu fenyloantranilowego (nasz wskaźnik) i miareczkujemy roztworem Mohra do momentu przejścia z ciemnofioletowego w ciemnozielone w próbce z glebą, jak i w próbce zerowej, w naszym przypadku odmierzamy 17,3 cm³. Należy miareczkować pojedynczymi kroplami aż do pojawienia się barwy zielonej. Przejście barwy jest wyraźne i zachodzi już w momencie, kiedy jedna kropla soli Mohra jest w nadmiarze.

Obliczenie:

%

%C próchnicy = %C x 1,724

%C próchnicy = 1,76 x 1,724 = 3,03%

Gdzie:

a - cm³ soli Mohra zużyte na miareczkowanie próby zerowej,

b - cm³ soli Mohra zużyte na miareczkowanie badanej naważki gleby,

c - naważki gleby w g,

n - normalność roztworu soli Mohra (0,22),

0,003 - milirównoważnik węgla wynikający z ciężaru atomowego węgla (12), podzielonego przez wartościowość, tj. 4 = 3g w 1000 cm³, to 1cm³ odpowiada 3: 1000

100 - przeliczenie na procent,

1,724 - współczynnik przeliczeniowy z ilości węgla organicznego na ilość próchnicy przy założeniu, że w próchnicy znajduje się 58% węgla, stąd

Odczynniki:

- dwuchromian potasu o stężeniu 0,4n przygotowany na stężonym kwasie siarkowym rozcieńczonym wodą destylowaną w stosunku 1:1,

- sól Mohra,

- wskaźnik - 0,2% kwas fenyloantranilowy

- sproszkowany siarczan srebra lub siarczan rtęci

- wyprażony less

Sprzęt:

- biureta do soli Mohra

- kolba o pojemności 100ml

- waga z dokładnością do 0,0001g

- elektryczna płytka

3. Wnioski

Zawartość próchnicy w naszej glebie wynosi 3,03%. Przez nas przebadana gleba jest to czarnoziem lub rędzina, ponieważ ilość próchnicy waha się od 2% do 5%, a w takich glebach występuje największa ilość próchnicy.

Taka ilość materii organicznej stanowi jeden z podstawowych czynników decydujących o żyzności gleby. Spełnia ona różnorodne funkcje w kształtowaniu fizycznych, fizykochemicznych i biochemicznych właściwości gleby. Z tego względu wyróżnić można trzy zasadnicze funkcje związków próchnicznych w naszej glebie:

• Funkcję fizyczną - próchnica poprawia strukturę gleby, tym samym wpływa na aerację, retencję wodną i ułatwia uprawę gleby,

• Funkcję chemiczną i fizykochemiczną - próchnica jest źródłem składników pokarmowych (głównie N i P) dla roślin oraz wpływa na właściwości fizykochemiczne gleby,

• Funkcję biologiczną - próchnica wpływa na aktywność mikroflory i mikrofauny glebowej oraz na wzrost i rozwój roślin.

Ponadto taka ilość próchnicy ma pośredni wpływ na przyswajanie mikroelementów przez rośliny, a także na wiązanie herbicydów i innych środków ochrony roślin. To są główne funkcje próchnicy w glebie przez nas badanej, teraz każdą z nich dokładniej omówię.

Wpływ związków próchnicznych w naszej glebie na właściwości fizyczne gleby. Substancje próchniczne wpływają dodatnio na tworzenie się struktury agregatowej gleb, poprawiając stosunki wodno - powietrzne. Próchnica działa jako lepiszcze strukturotwórcze, powodując sklejanie elementarnych cząstek masy glebowej w agregaty. W glebach taka jak nasza, o ciężkim składzie granulometrycznym wpływa na zmniejszenie zwięzłości. Związki próchniczne odznaczają się duża pojemnością wodną. W stosunku do swojej masy mogą zatrzymać 3-5-krotnie więcej wody w formie dostępnej dla roślin. Równie istotny jest wpływ próchnicy na barwę gleby. Dzięki ciemnemu zabarwieniu próchnica silnie pochłania promieniowanie słoneczne, poprawiając właściwości termiczne gleby.

Wpływ związków próchnicznych w naszej glebie na właściwości fizykochemiczne i chemiczne gleby. Związki próchniczne wpływają na zdolności sorpcyjne i kształtowanie się zasobności gleb w składniki pokarmowe. Swoiste związki próchniczne stanowią organiczną część kompleksu sorpcyjnego. Pojemność sorpcyjna związków próchnicznych (300-1400mmol(+) x kg^-1) przewyższa 4-12crazy pojemność sorpcyjną koloidów mineralnych. Dlatego też próchnica w naszej glebie odpowiada za 20-70% całkowitej pojemności sorpcyjnej gleby. Dzięki zdolnościom sorpcyjnym związki próchniczne wpływają silnie na właściwości buforowe gleby, a przez to regulują i stabilizują odczyn gleby. Próchnica reguluje stężenie kationów Ca²⁺, Mg²⁺, NH⁺_4, Na⁺, K⁺ i H⁺ w roztworze glebowym przez ich uwalnianie bądź sorbowanie. Próchnica odgrywa także znaczącą rolę w gospodarce azotem i fosforem. Jest podstawowym źródłem tych pierwiastków, które magazynowane są w glebie w postaci związków próchnicznych. Formy te po mineralizacji są dostępne dla roślin wyższych.

Wpływ związków próchnicznych w naszej glebie na rozwój i wzrost roślin wyższych i mikroorganizmów. Związki próchniczne oddziałują na mikroorganizmy i rośliny wyższe w różny sposób. Przede wszystkim są one źródłem azotu i fosforu, które po zmineralizowaniu są dostępne dla roślin i mikroorganizmów glebowych. Makro- i mikroorganizmy glebowe czerpią z materii organicznej energię oraz niezbędne dla ich rozwoju składniki pokarmowe. Dlatego też gleby zasobne w materię organiczną tak jak nasza odznaczają się większą aktywnością biologiczną.

Związki próchniczne wpływają także w naszej glebie na procesy fizjologiczne roślin. Stwierdzono w niej wiele substancji wzrostowych, takich jak: auksyny, witaminy, kwasy organiczne oraz substancje o charakterze antybiotyków. Działanie tych substancji nie jest jednoznacznie określone, a zależy między innymi od ich stężenia. Substancje te w małych ilościach wykazują dodatni wpływ na rośliny, natomiast w dużych hamują ich wzrost i rozwój. Substancje wzrostowe intensyfikują wiele ważnych procesów fizjologicznych roślin, takich jak: oddychanie, gospodarka wodna czy fotosynteza. Substancje próchniczne w naszej glebie mogą przeciwdziałać występowaniu wielu chorób roślin uprawnych, przy czym to fitosanitarne działanie spowodowane jest silnym namnażaniem się mikroorganizmów glebowych, które są antagonistami fitopatogenów.

Wiązanie środków ochrony roślin w naszej glebie przez substancje próchniczne. Związki próchniczne odgrywają istotną rolę w ochronie środowiska glebowego przed skutkami skażenia odpadami przemysłowymi oraz przed skutkami nadmiernej chemizacji rolnictwa. Jest to związane z właściwościami sorpcyjnymi związków próchnicznych. Nie mniej ważna jest zdolność związków próchnicznych do tworzenia odpowiednich połączeń z pestycydami, a głównie z herbicydami. Dezaktywacja herbicydów związana jest z ich adsorbowaniem, ale także z przyspieszeniem ich rozkładu przez dostarczanie mikroorganizmom związków energetycznych.

2

---