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