1

dr in

ż

. Beata Smoli

ń

ska, mgr in

ż

. Joanna Jabło

ń

ska

Oznaczanie materii organicznej w glebie metod

ą

Tiurina

WPROWADZENIE

Substancja organiczna gleby jest jednym z podstawowych i charakterystycznych składników
gleby. W jej skład wchodz

ą

wszystkie obumarłe szcz

ą

tki ro

ś

linne i zwierz

ę

ce oraz

organiczne produkty ich rozkładu, nagromadzone zarówno w glebie, jak i na jej powierzchni.
Wszystkie materiały tworz

ą

ce substancj

ę

organiczn

ą

, zarówno

ś

wie

ż

e, nierozło

ż

one szcz

ą

tki

ro

ś

lin i zwierz

ą

t, jak równie

ż

substancje bezpostaciowe b

ę

d

ą

ce produktami rozkładu,

stanowi

ą

genetyczn

ą

cało

ść

. Do substancji organicznej gleby nie zalicza si

ę

jednak

organizmów

ż

yj

ą

cych w glebie (edafonu).

Głównymi

ź

ródłami substancji organicznej gleby s

ą

: obumarłe cz

ęś

ci ro

ś

linne, które opadły

w czasie wegetacji, resztki po

ż

niwne i korzenie ro

ś

lin wy

ż

szych, obumarłe ciała makro

i mezofauny, ekskrementy tych organizmów oraz obumarłe mikroorganizmy, a tak

ż

e nawozy

organiczne (obornik, komposty, nawozy zielone itp.). Najwa

ż

niejszym

ź

ródłem materii

organicznej, która dostaje si

ę

do gleb lub gromadzi si

ę

na jej powierzchni, s

ą

obumarłe

cz

ęś

ci ro

ś

lin wy

ż

szych, a dopiero w drugiej kolejno

ś

ci - obumarłe ciała mikroorganizmów

i zwierz

ą

t. Obumarłe substancje organiczne gleb nazywane s

ą

próchnic

ą

.

Materia organiczna gleb ma ró

ż

norodny i zło

ż

ony skład, gdy

ż

zawiera produkty chemicznych

i biologicznych przemian wyj

ś

ciowych materiałów ro

ś

linnych i zwierz

ę

cych. Materia

organiczna jest układem dynamicznym, podlega ci

ą

głym zmianom, prowadz

ą

cym do

całkowitego jej rozkładu (mineralizacja), b

ą

d

ź

do cz

ęś

ciowego rozkładu a nast

ę

pnie wtórnej

syntezy produktów prostszych (humifikacja). Materia organiczna wyst

ę

puj

ą

ca w glebie nie

jest wi

ę

c jednorodna pod wzgl

ę

dem chemicznym. Jest to mieszanina wielu bardziej lub mniej

zło

ż

onych substancji, których rozdzielenie jest praktycznie niemo

ż

liwe. Dlatego te

ż

przyjmuje

si

ę

,

ż

e podana wy

ż

ej definicja materii organicznej gleb jest, w szerokim i ogólnym znaczeniu,

synonimem próchnicy (humusu). Nale

ż

y jednak pami

ę

ta

ć

,

ż

e wła

ś

ciwymi zwi

ą

zkami

próchnicznymi s

ą

tylko te substancje organiczne, które pod wpływem procesu humifikacji

utraciły całkowicie struktur

ę

tkanek organizmów, z których powstały.

W skład materii organicznej gleb wchodz

ą

:

- nieswoiste substancje próchniczne, które stanowi

ą

około 10-15% ogólnej ilo

ś

ci substancji

organicznej; obejmuj

ą

produkty cz

ęś

ciowego lub daleko posuni

ę

tego rozkładu resztek

organicznych, m.in. w

ę

glowodany, białka, tłuszczowce, w

ę

glowodory i ich pochodne,

drobnocz

ą

steczkowe kwasy organiczne oraz bituminy;

- swoiste substancje próchniczne, które stanowi

ą

85-90% ogólnej ilo

ś

ci substancji

organicznej; obejmuj

ą

ce kwasy fulwowe, huminowe i huminy;

Próchnic

ę

dzieli

ć

mo

ż

na na podstawie ró

ż

nych kryteriów. Jednym z nich s

ą

warunki

siedliskowe, w których odbywaj

ą

si

ę

procesy próchnicotwórcze. St

ą

d mo

ż

na próchnic

ę

podzieli

ć

na próchnic

ę

gleb uprawnych, ł

ą

kowych (próchnica darniowa), torfowych

(próchnica torfowa), le

ś

nych (próchnica le

ś

na), podwodnych (próchnica gytiowa).

Próchnic

ę

gleb uprawnych dzieli si

ę

, ze wzgl

ę

du na stopie

ń

i charakter jej wysycenia na:

próchnic

ę

słodk

ą

(nasycona jonami Ca

2+

i Mg

2+

), kwa

ś

n

ą

(nasycona jonami H

+

i Al

3+

), słon

ą

(wysycona jonami Na

+

).

Ponadto wyró

ż

ni

ć

mo

ż

na próchnic

ę

pokarmow

ą

, w której przewa

ż

aj

ą

składniki łatwo

przyswajalne dla ro

ś

lin, oraz próchnic

ę

trwał

ą

, która zawiera kwasy huminowe, huminy oraz

smoły i

ż

ywice.

2

Materia organiczna stanowi jeden z podstawowych czynników decyduj

ą

cych o

ż

yzno

ś

ci

gleby. Spełnia ona ró

ż

norodne po

ś

rednie i bezpo

ś

rednie funkcje w kształtowaniu si

ę

fizycznych, fizykochemicznych oraz biochemicznych wła

ś

ciwo

ś

ci gleb.

Wła

ś

ciwo

ś

ci próchnicy:

•

zwi

ę

ksza zwi

ę

zło

ść

gleb piaszczystych, poprawiaj

ą

c tym samym wła

ś

ciwo

ś

ci fizyczne

gleb lekkich oraz zmniejszaj

ą

c przemieszczanie si

ę

najdrobniejszych cz

ą

stek w gł

ą

b

profilu glebowego;

•

zmniejsza zwi

ę

zło

ść

gleb o du

ż

ej zawarto

ś

ci cz

ęś

ci spławialnych poprzez tworzenie

bardziej stabilnych agregatów;

•

podczas procesu mineralizacji próchnica staje si

ę

ź

ródłem wielu składników

pokarmowych, niezb

ę

dnych dla wzrostu i rozwoju ro

ś

lin;

•

zwi

ą

zki próchnicowe zwi

ę

kszaj

ą

zdolno

ś

ci buforowe gleb, reguluj

ą

odczyn roztworu

glebowego i st

ęż

enie składników pokarmowych;

•

ogranicza wyst

ę

powanie chorób niektórych ro

ś

lin uprawnych na skutek sprzyjaj

ą

cych

warunków dla rozwoju organizmów saprofitycznych, b

ę

d

ą

cych antagonistami

patogenów;

•

wykazuje zdolno

ść

do ochrony

ś

rodowiska glebowego przed ska

ż

eniem odpadami

przemysłowymi oraz przed ujemnymi skutkami nieracjonalnej chemizacji. Gleby
zasobniejsze w próchnic

ę

s

ą

odporniejsze na ujemny wpływ zanieczyszcze

ń

ni

ż

gleby słabo próchniczne. Jest to zwi

ą

zane ze zdolno

ś

ciami sorpcyjnymi zwi

ą

zków

próchnicznych oraz ze zwieszaniem si

ę

tempa rozkładu zanieczyszcze

ń

organicznych w warunkach wysokiej aktywno

ś

ci biologicznej tych gleb.

Zawarto

ść

substancji organicznej w wierzchnich warstwach gleb waha si

ę

w szerokich

granicach od 0,6 do 6,0%. Najmniej materii organicznej zawieraj

ą

piaszczyste gleby

bielicowe, najwi

ę

cej mady, czarne ziemie czarnoziemy i r

ę

dziny. W wi

ę

kszo

ś

ci gleb ornych

zawarto

ść

próchnicy wynosi od 1 do 3%.

OZNACZANIE W

Ę

GLA ORGANICZNEGO W GLEBIE MET. TIURINA

W

ę

giel w próbkach glebowych oznaczany jest najcz

ęś

ciej metodami oksydacyjno-

miareczkowymi z wykorzystaniem dwuchromianu potasu jako utleniacza.
Substancja

organiczna

utlenia

si

ę

przez

gotowanie

próbki

gleby

z

K

2

Cr

2

O

7

w roztworze st

ęż

onego kwasu siarkowego, w obecno

ś

ci AgSO

4

jako katalizatora. St

ęż

ony

kwas siarkowy ma zdolno

ść

odci

ą

gania wody i rozkładania substancji organicznej

z równoczesnym wydzieleniem w

ę

gla atomowego, który jest natychmiast utleniany przez

chrom z dwuchromianu potasu do CO

2

. Chrom ulega ilo

ś

ciowej redukcji pod wpływem w

ę

gla

substancji organicznej z Cr

6+

do Cr

3+

.

3C + 8H

2

SO

4

+ 2K

2

Cr

2

O

7

↔

2K

2

SO

4

↑

+ 2Cr

2

(SO

4

)

3

+ 8H

2

O + CO

2

, czyli:

3C + 4Cr

6+

↔

3C

4+

+ 4Cr

3+

Roztwór

dwuchromianu

potasu

daje

si

ę

w

ilo

ś

ci

dokładnie

odmierzonej,

ale w nadmiarze. Ilo

ść

Cr

6+

z dwuchromianu, nie zu

ż

yt

ą

na utlenianie w

ę

gla, redukuje si

ę

przez miareczkowanie sol

ą

Mohra (Fe

2+

) w obecno

ś

ci difenyloaminy jako indykatora.

Reakcja przebiega wg równania:

K

2

Cr

2

O

7

+ 7H

2

SO

4

+ 6FeSO

4

·

(NH

4

)

2

SO

4

↔

3Fe(SO

4

)

3

+ K

2

SO

4

+ Cr(SO

4

)

3

+

+ 6(NH

4

)

3

SO

4

+ 7H

2

O, czyli:

2Cr

6+

+ 6Fe

2+

↔

2Cr

2+

+ 6Fe

3+

Z ró

ż

nicy pomi

ę

dzy ilo

ś

ci

ą

dwuchromianu potasu pobranej do analizy, a jego ilo

ś

ci

ą

znalezion

ą

w wyniku miareczkowania sol

ą

Mohra, oblicza si

ę

t

ę

ilo

ść

K

2

Cr

2

O

7

, która została

zu

ż

yta do utlenienia C

org

.

3

CEL

Ć

WICZENIA

Celem

ć

wiczenia jest oznaczenie w

ę

gla organicznego w kilku próbkach gleb aglomeracji

łódzkiej.

ODCZYNNIKI I APARATURA

•

Roztwór dwuchromianu potasowego o st

ęż

eniu 0,07 mol/dm

3

z kwasem siarkowym:

20,5947g wysuszonego K

2

Cr

2

O

7

cz.d.a. rozpu

ś

ci

ć

w około 300 cm

3

wody

redestylowanej, doda

ć

ostro

ż

nie 500 cm

3

st

ęż

onego H

2

SO

4

, ostudzi

ć

i uzupełni

ć

wod

ą

redestylowan

ą

do 1 dm

3

;

•

Roztwór soli Mohra o st

ęż

eniu 0,2 mol/dm

3

: rozpu

ś

ci

ć

78,427g Fe(NH

4

)

2

(SO

4

)

2

·

6H

2

O

cz.d.a. w 50 cm

3

st

ęż

onego H

2

SO

4

i rozcie

ń

czy

ć

do 1 dm

3

wod

ą

redestylowan

ą

. Z

powodu powolnego utleniania, miano soli nale

ż

y ustala

ć

ka

ż

dorazowo bezpo

ś

rednio

przed analiz

ą

; Ustalenie miana soli Mohra: 25 cm

3

roztworu soli Mohra odpipetowa

ć

do kolbki sto

ż

kowej o pojemno

ś

ci 250 cm

3

, doda

ć

50 cm

3

2N H

2

SO

4

i 50 cm

3

H

2

O

destylowanej, ogrza

ć

do temperatury około 80ºC i miareczkowa

ć

0,1 N KMnO

4

do

wyst

ą

pienia nie zanikaj

ą

cego słaboró

ż

owego zabarwienia.

MnO

4

-

+ 8H

+

+ 5Fe

2+

→

Mn

2+

+ 5Fe

3+

+ 4H

2

O

c

soli Mohra

= (c

KMnO4

·

V

KMnO4

· 5) / V

soli Mohra

•

Kwas siarkowy st

ęż

ony (d = 1,84 g/cm

3

);

•

Roztwór wska

ź

nika: difenyloamina

•

siarczan rt

ę

ciowy HgSO

4

cz.d.a.;

•

pra

ż

ony piasek kwarcowy lub pumeks

•

woda destylowana;

•

mo

ź

dzierz 2-3 szt.;

•

kolba sto

ż

kowa 6 szt. o poj 500cm

3

;

•

lejki szklane 6 szt.;

•

biureta 2 szt.;

WYKONANIE OZNACZENIA

Próbk

ę

gleby umie

ś

ci

ć

w mo

ź

dzierzu i dokładnie utrze

ć

. Z utartego materiału odwa

ż

y

ć

0,02g,

nawa

ż

k

ę

przenie

ść

do kolby sto

ż

kowej o obj. 100 cm

3

, do której nale

ż

y równie

ż

doda

ć

około

5 mg HgSO

4

jako katalizatora i 10cm

3

mieszaniny dwuchromianu z kwasem siarkowym.

Kolb

ę

nakry

ć

lejkiem (spełnia rol

ę

chłodnicy zwrotnej) i ogrzewa

ć

przez 5 minut, od momentu

wrzenia. Wrzenie powinno by

ć

niezbyt intensywne.

Lejki i szyjk

ę

kolbki opłuka

ć

wod

ą

, przenie

ść

do kolbki na 300-500 mL, doda

ć

100-200 mL

wody destylowanej, nast

ę

pnie nadmiar dwuchromianu miareczkowa

ć

sol

ą

Mohra po dodaniu

1 kropli difenyloaminy, jako wska

ź

nika. Miareczkowa

ć

do momentu przej

ś

cia barwy z

czerwonofioletowej do fioletowoniebieskiej, a ostatecznie kobaltowozielonej. Najwi

ę

ksz

ą

poprawno

ść

i oznacze

ń

uzyskuje si

ę

, je

ś

li na miareczkowanie badanych próbek zu

ż

ywa si

ę

20-30 cm

3

soli Mohra.

Równocze

ś

nie nale

ż

y przeprowadzi

ć

prób

ę

ś

lep

ą

, w której zamiast materiału glebowego

nale

ż

y doda

ć

pra

ż

ony piasek. Cało

ść

oznaczenia przeprowadzi

ć

analogicznie jak

w przypadku próby wła

ś

ciwej. Oznaczenie wykona

ć

w trzech powtórzeniach.

4

OBLICZENIA i WYNIKI

Zawarto

ść

w

ę

gla organicznego C

org

w próbce glebowej obliczono ze wzoru:

C

org

[%] = [(a-b) · n · 0,003 ·100] / c, gdzie:

a - ilo

ść

cm

3

soli Mohra u

ż

yta do miareczkowania próbki zerowej

b – ilo

ść

cm

3

soli Mohra u

ż

yta do miareczkowania próbki badanej

n – st

ęż

enie soli Mohra [mol/dm

3

]

c – nawa

ż

ka próbki glebowej [g]

0,003 – ilo

ść

w

ę

gla [g] reaguj

ą

ca z 1 cm

3

soli Mohra o st

ęż

eniu 0,137 mol/dm

3

Wyniki umie

ś

ci

ć

w tabeli 1.

Tabela 1.

Numer próby Zawarto

ść

C

org.

[%]

SPRAWOZDANIE

Sprawozdanie powinno zawiera

ć

krótki wst

ę

p teoretyczny, cel

ć

wiczenia, opis

przeprowadzonych czynno

ś

ci, wyniki oraz wnioski.

Sprawozdanie nale

ż

y odda

ć

po wykonanym

ć

wiczeniu, najpó

ź

niej w ci

ą

gu nast

ę

pnego

tygodnia.

PYTANIA KONTROLNE

1. Co to jest substancja organiczna gleby i z czego powstaje?
2. Skład próchnicy
3. Podział próchnicy
4. Wła

ś

ciwo

ś

ci substancji organicznej

5. Zasada oznaczenia w

ę

gla organicznego met. Tiurina (ł

ą

cznie z równaniami reakcji)

LITERATURA

1. Dobrza

ń

ski B., Zawadzki S.: Gleboznawstwo, PWRiL Warszawa 1999

2. Uggla H.: Gleboznawstwo rolnicze, PWN Warszawa 1983
3. Bednarek R., Dziadowiec H., Pokojska U., Prusinkiewicz Z.: Badania ekologiczno-

gleboznawcze, PWN Warszawa 2004

4. Turski R.: Gleboznawstwo –

ć

wiczenia dla studentów wydziałów rolniczych, PWN

Warszawa 1986