Ćwiczenie 9. Oznaczanie potrzeb wapnowania gleb.

7.1. Wprowadzenie.

Odczyn gleby jest jednym z podstawowych wskaźników jej żyzności. Wpływa on między innymi na
takie właściwości gleb oraz kierunek i tempo takich procesów jak: wietrzenie chemiczne, tworzenie
minerałów, humifikacja i mineralizacja materii organicznej, aktywność biologiczna, toksyczność
jonów Al i H, przyswajalność składników pokarmowych. Powszechnie uważa się, że regulacja
odczynu gleby kwaśnej powinna być pierwszym zabiegiem stosowanym przez rolnika. Rośliny
uprawne charakteryzują się zróżnicowanymi wymaganiami w stosunku do odczynu gleby. Wyma-
gania te powinny być brane pod uwagę przy określaniu optymalnego pH gleby i dawek nawozów
wapniowych niezbędnych do jego uzyskania.

Istnieje wiele metod określania potrzeb wapnowania gleb. Można je podzielić na metody laboratoryjne
i polowe.

Metody laboratoryjne.

Do najbardziej rozpowszechnionych w tej grupie należy metoda inkubacyjna, metody miareczko-
wania gleby, metody z zastosowaniem buforów, a w Polsce metoda oparta na pomiarze kwasowości
hydrolitycznej.

Metoda inkubacyjna.

Metoda ta polega na inkubowaniu próbek gleby ze wzrastającymi naważkami CaCO

3

w ściśle

określonych warunkach (czas inkubacji, temperatura, wilgotność gleby). Po zakończeniu inkubacji
oznacza się pH każdej próbki a następnie wyznacza się równanie regresji obrazujące zależność
między dawką CaCO

3

a pH gleby. Z równania tego można obliczyć dawkę nawozu potrzebną do

doprowadzenia gleby do określonego odczynu. Metoda ta jest bardzo czasochłonna, ale jej warunki
są bardzo zbliżone do praktyki rolniczej. Z tego też względu jest ona często stosowana do testowa-
nia nowych metod określania potrzeb wapnowania.

Metody miareczkowania gleby.

Polegają one na traktowaniu szeregu naważek badanej gleby wzrastającymi ilościami wodorotlenku.
Po upływie określonego czasu reakcji gleba/roztwór mierzy się pH zawiesiny i wyznacza równanie
regresji między ilością dodanej zasady a pH gleby. Najczęściej wyznaczenie tego równania jest
bardzo proste, ponieważ w interesującym nas przedziale pH (4,0 - 7,0) ma ono z reguły charakter
liniowy. Metody miareczkowania są stosunkowo proste i tanie. Należy jednak pamiętać, że warunki
reakcji (gleba/roztwór zasady) odbiegają znacznie od warunków polowych. Z tego też względu
dawka nawozu wyliczona na ich podstawie z reguły nie powoduje zmiany odczynu do założonej
wartości. Potrzeby wapnowania określone za pomocą metod miareczkowania gleby są najczęściej
korygowane za pomocą empirycznych współczynników. Na ćwiczeniach poznamy jedną z metod
miareczkowania gleby.

Metody z zastosowaniem buforów.

Metody te są szeroko stosowane w praktyce rolniczej USA i Kanady. Polegają one na pomiarze
zmiany pH roztworu buforowego, po jego reakcji z określoną naważką gleby. Roztwór buforowy
jest tak dobrany, aby w określonym zakresie pH uzyskać zależność liniową między zmianą jego
odczynu a zmianą kwasowości gleby. Poszczególne metody z tej grupy różnią się między sobą
głównie składem roztworu buforowego oraz ilością buforów używanych do określenia potrzeb
wapnowania gleby (metody pojedynczego oraz podwójnego buforu).

Józef Wójcik. Oznaczanie potrzeb wapnowania gleb.

2

Metoda oparta na pomiarze kwasowości hydrolitycznej.

Kwasowość hydrolityczna (H

h

) została szczegółowo omówiona w ćwiczeniu 7. Ujawnia się ona po

potraktowaniu gleby roztworem soli mocnej zasady i słabego kwasu. Jest określana jako suma
wszystkich jonów wodorowych występujących w glebie, wyrażonych w milimolach H

+

na 100 g

gleby, lub w centymolach ładunku na kg gleby (cmol

c

.

kg

-1

). Pod względem liczbowym obie

jednostki są takie same. Oznaczenie potrzeb wapnowania na podstawie kwasowości hydrolitycznej
sprowadza się do wykonania serii prostych obliczeń wynikających z zależności, że 1 cmol

c

odpowiada 0,28 g CaO lub 0,50 g CaCO

3

. Metoda ta jest szeroko stosowana w naszym doświad-

czalnictwie rolniczym oraz czasami w praktycznym rolnictwie. Dla tego ostatniego celu ustalono
wielokrotności H

h

służące do ustalania dawek nawozów wapniowych w zależności od kategorii

agronomicznej gleby (tabela 9.1).

W danej kategorii agronomicznej, górny zakres H

h

zaleca się stosować na glebach bardzo kwaśnych

oraz w uprawie gatunków o dużej wrażliwości na zakwaszenie gleby. Dawki obliczone wg dolnego
zakresu H

h

zalecane są na gleby kwaśne w uprawie gatunków mniej wrażliwych na zakwaszenie.

Istnieje jeszcze cały szereg laboratoryjnych metod określania potrzeb wapnowania. Metody te
opierają się na takich wskaźnikach kwasowości gleby jak kwasowość wymienna, zawartość glinu
ruchomego, czy stopień wysycenia kompleksu sorpcyjnego zasadami. Mnogość metod świadczy o
roli, jaką odgrywa regulacja odczynu gleb użytkowanych rolniczo.

Tabela 9.1.

Wielokrotności kwasowości hydrolitycznej do ustalania dawek nawozów wapniowych w zależności od
kategorii agronomicznej gleby (wg Fotymy i Zięby, 1988).

Kategoria agronomiczna gleb

Wielokrotność H

h

, na podstawie której określa się

dawkę nawozu wapniowego

Bardzo lekkie

0,75 - 1,25

Lekkie

1,00 - 1,50

Ś

rednie

1,25 - 1,75

Ciężkie

1,50 - 2,00

Metody polowe.

Polegają one na stosowaniu wzrastających dawek nawozów wapniowych w warunkach ścisłego
wieloletniego doświadczenia polowego. W trakcie doświadczenia mierzy się plony roślin oraz
odczyn gleby i niektóre jej właściwości chemiczne. Doświadczenia takie, ze względu na ich
wysokie koszty, nie są oczywiście bezpośrednio stosowane w systemie doradztwa rolniczego.
Wykorzystuje się je natomiast do opracowywania i testowania innych metod określania potrzeb
wapnowania.

Obowiązująca w naszym systemie doradztwa rolniczego metoda określania potrzeb wapnowania
została opracowana na podstawie wielu doświadczeń polowych przeprowadzonych głównie przez
IUNG. Potrzeby wapnowania ustala się na podstawie odczynu i składu granulometrycznego gleby.
Odczyn gleby jest oznaczany potencjometrycznie w zawiesinie roztworu KCl o stężeniu 1 mol

.

dm

-3

.

W celu uwzględnienia właściwości buforowych, wykonuje się analizę organoleptyczną składu

Józef Wójcik. Oznaczanie potrzeb wapnowania gleb.

3

granulometrycznego gleby. Wyniki tej analizy są podstawą do zaliczenia gleby do jednej z czterech
kategorii agronomicznych (tabela 9.2). Na podstawie doświadczeń polowych wyznaczono tzw.
przedziały potrzeb wapnowania (tabela 9.3) oraz zalecane dla tych przedziałów dawki nawozów
wapniowych (tabela 9.4).

Tabela 9.2.

Kategorie agronomiczne gleb.

Kategoria agronomiczna

gleb

Grupa granulometryczna

Zawartość części

spławialnych [%]

Bardzo lekkie

piasek luźny, piasek słabogliniasty, piaski: luźny i

słabogliniasty pylaste

0 - 10

Lekkie

piaski gliniaste, piaski gliniaste pylaste, pył zwykły

11 - 20

Ś

rednie

glina lekka, glina lekka pylasta

21 - 35

Ciężkie

pozostałe gliny, pył ilasty, ił zwykły, ił pylasty

powyżej 35

Tabela 9.3.

Przedziały potrzeb wapnowania.

pH dla przedziału potrzeb wapnowania

Kategoria agronomiczna gleb

konieczne

potrzebne

wskazane

ograniczone

zbędne

Bardzo lekkie

do 4,0

4,1 - 4,5

4,6 - 5,0

5,1 - 5,5

od 5,6

Lekkie

do 4,5

4,6 - 5,0

5,1 - 5,5

5,6 - 6,0

od 6,1

Ś

rednie

od 5,0

5,1 - 5,5

5,6 - 6,0

6,0 - 6,5

od 6,6

Ciężkie

od 5,5

5,6 - 6,0

6,1 - 6,5

6,6 - 7,0

od 7,0

Tabela 9.4.

Zalecane dawki nawozów wapniowych [Mg CaO na hektar].

Potrzeby wapnowania

Kategoria agronomiczna

gleb

konieczne

potrzebne

wskazane

ograniczone

Bardzo lekkie

3,0

2,0

1,0

-

Lekkie

3,5

2,5

1,5

-

Ś

rednie

4,5

3,0

1,7

1,0

Ciężkie

6,0

3,0

2,0

1,0

Józef Wójcik. Oznaczanie potrzeb wapnowania gleb.

4

W warunkach znacznego niedoboru nawozów można zrezygnować z wapnowania gleb o ograni-
czonych potrzebach wapnowania. Dotyczy to zwłaszcza gleb średnich i ciężkich. Zalecane dawki
CaO nie zapewniają optymalnego odczynu gleb o potrzebach wapnowania koniecznych. Na glebach
tych zabieg wapnowania należy po kilku latach powtórzyć.

Na ćwiczeniach potrzeby wapnowania określać będziemy metodą miareczkowania gleby oraz
metodą stosowaną przez Okręgowe Stacje Chemiczno-Rolnicze.

9.2. Metoda miareczkowania gleby.

Metoda ta umożliwia stosunkowo szybkie obliczenie teoretycznej dawki nawozu wapniowego,
która doprowadzi pH gleby do każdej założonej wartości. Opiera się ona na określeniu właściwości
buforowych gleby (zobacz ćwiczenie 4).

Mając wyznaczoną krzywą miareczkowania gleby można określić jej potrzeby wapnowania. W tym
celu wyznacza się równanie regresji między ilością dodanej zasady a pH gleby. Aby uprościć
obliczenia nie wyznacza się równania regresji dla całego zakresu pH lecz tylko w interesującym nas
przedziale (pH 4-7). Równanie w tym przedziale pH ma najczęściej charakter liniowy.

Wykonanie oznaczenia.

Do 13 kolb stożkowych lub zlewek o pojemności 50 cm

3

odważyć po 10 g gleby. Do 1 kolby dodać

25 cm

3

wody destylowanej, do 6 kolb kolejno 3, 5, 10, 15, 20 i 25 cm

3

roztworu HCl o stężeniu 0,1

mol

.

dm

-3

. Do następnych 6 kolb dodać 3, 5, 10, 15, 20 i 25 cm

3

nasyconego (około 0,04 moldm

-3

)

roztworu Ca(OH)

2

. Następnie zawartość kolb uzupełnić wodą destylowaną do 25 cm

3

, szybko

zakorkować w celu odcięcia dopływu CO

2

, mieszać przez 5 minut i odstawić na 24 godziny. Po

zakończeniu inkubacji potencjometrycznie oznaczyć pH zawiesin i wyznaczyć równanie regresji
między pH gleby a ilością dodanej zasady, wyrażoną w Mg Ca na hektar warstwy ornej (gęstość
objętościowa 1,5 g

.

cm

-3

). W tym celu należy oznaczyć stężenie nasyconego roztworu Ca(OH)

2

(poprzez miareczkowanie mianowanym roztworem HCl) i przeliczyć ilość moli Ca(OH)

2

dodaną do

naważek gleby (10 g) na ilość Ca(OH)

2

odpowiadającą masie gleby na powierzchni 1 hektara. Do

równania regresji podstawić żądaną wartość pH gleby i obliczyć dawkę Ca, potrzebną do osiągnię-
cia tego odczynu.

9.3.

Określenie potrzeb wapnowania gleby metodą obowiązującą w systemie doradztwa
rolniczego.

Analiza organoleptyczna składu granulometrycznego gleby.

Powietrznie suchą próbkę gleby rozcierać w palcach. Gleba bardzo lekka nie powoduje zabrudze-
nia, a między palcami wyczuwa się ziarna piasku. Jeżeli ziarna piasku są wyczuwalne, a gleba
powoduje mało wyraźne zabrudzenie, należy ona do kategorii gleb lekkich. Wyraźne brudzenie i
obecność ziaren piasku charakteryzuje gleby średnie, a dokładne rozcieranie się i brak ziaren piasku
– gleby ciężkie.

Analiza organoleptyczna jest metodą bardzo orientacyjną i wymaga pewnej wprawy od wykonują-
cego.

Oznaczenie odczynu gleby.

Odważyć 10 g gleby, dodać 25 cm

3

roztworu KCl o stężeniu 1 mol

.

dm

-3

. Zawartość kolbki

wymieszać i odstawić na 2 godziny. Oznaczyć potencjometrycznie pH zawiesiny (zobacz ćwiczenie
3).

Józef Wójcik. Oznaczanie potrzeb wapnowania gleb.

5

9.4. Określenie dawki nawozu wapniowego.

1.

Wyznaczyć równanie regresji między ilością dodanej zasady a pH gleby (w przedziale pH 4,0 –
7,0). Do równania regresji podstawić żądaną wartość pH gleby i obliczyć dawkę Ca, potrzebną do
osiągnięcia tego odczynu.

2.

Na podstawie organoleptycznej analizy składu granulometrycznego zaliczyć badaną glebę do
jednej z czterech kategorii agronomicznych (tabela 9.2).

3.

W oparciu o wartość pH zmierzoną w KCl określić potrzeby wapnowania gleby (tabela 9.3).

4.

Na podstawie potrzeb wapnowania i kategorii agronomicznej ustalić dawkę Ca w Mg na hektar
(tabela 9.4).

5.

Porównać dawki Ca określone obydwoma metodami, wyciągnąć wnioski, wyniki zapisać w tabeli
9.5.

Tabela 9.5.

Zestawienie wyników.

Dawka Ca [Mgha

-1

] wg metody

Nazwa
próbki

Kategoria
agronomiczna

pH

miareczkowania

OSCh-R

Wnioski

9.5. Odczynniki.

1.

Roztwór kwasu solnego o stężeniu 0,1 mol

.

dm

-3

2.

Nasycony roztwór wodorotlenku wapniowego: roztwór przygotować na wodzie destylowanej
wolnej od CO

2

.

3.

Roztwór chlorku potasowego o stężeniu 1 mol

.

dm

-3

4.

Roztwory buforowe o pH 4,0; 7,0 i 9,0.

9.6. Pytania kontrolne.

1.

Scharakteryzuj laboratoryjne metody określania potrzeb wapnowania.

2.

Co rozumie się pod pojęciem właściwości buforowe gleb i od czego one zależą ?

3.

Napisz reakcje ilustrujące właściwości buforowe kompleksu sorpcyjnego względem kwasów i
zasad.

4.

Na czym polega metoda określania potrzeb wapnowania stosowana w OSCh-R ?

5.

W oparciu o jakie kryterium, gleby dzieli się na kategorie agronomiczne ?

6.

Gleby: bardzo lekka, lekka, średnia i ciężka mają pH równe 4,4. Uszereguj je wg wielkości dawki
nawozu wapniowego potrzebnej do wzrostu pH o 1 jednostkę.