1

ĆWICZENIE V

Część teoretyczna ćwiczenia

SUBSTANCJA ORGANICZNA gleby stanowi ok. 7% składu gleby. Składają się na nią:

Resztki roślinne (10 %);

Ciała mikroflory i mikrofauny (5 %);

Produkty przejściowe rozkładu resztek roślinnych, zwierzęcych, mikrofauny;

Próchnica glebowa (85 %).

Zarówno zawartość próchnicy jak i C jest zróżnicowana dla różnych typów gleb.

Zawartość próchnicy waha się:

od 0,6 - 1,8% (18 – 54 t/ha) w bielicach piaskowych;

do 2,6 do 4,0% (78 – 120 t/ha) w czarnoziemach.

Zawartość C waha się również w podobnych granicach:

od 0,35 - 0,95% (10,5 – 30,0 t/ha) w bielicach piaskowych;

do 1,51 – 2,30% (69,6 – 100,0 t/ha) w czarnoziemach.

Szacuje się, że całkowita zawartość C w glebie kuli ziemskiej wynosi 400 mld ton.

Rośliny zużywają ok. 20 mld ton rocznie.

Próchnica

Związek amorficzny (bezpostaciowy) tworzony w procesie humifikacji złożonym z 2 faz:

I faza, w której skomplikowane związki organiczne ulegają rozkładowi na związki prostsze;
II faza, w której w wyniku syntezy ze związków prostszych tworzy się próchnica.

Rozkład związków może zachodzić w warunkach:



aerobowych – poprzez butwienie



anaerobowych – poprzez gnicie

Gdy związki organiczne ulegają całkowitemu rozkładowi na proste związki mineralne mamy do czynienia z
procesem mineralizacji.
W glebach strukturalnych procesy aerobowe zachodzą na powierzchni agregatów,
anaerobowe (obniżające tempo rozkładu) wewnątrz agregatów.

W miarę zachodzenia procesów mineralizacji zmienia się skład zespołów drobnoustrojów:

od bakterii rozkładających związki białkowe;

poprzez bakterie celulolityczne i grzyby celulolityczne (2 tygodnie);

bakterie nitryfikacyjne (1 miesiąc);

promieniowce i grzyby (4 – 6 miesięcy).

Po tym okresie substancja organiczna traci 70 – 80% C i 30 –60% N.

Istnieje ścisła zależność tempa procesu mineralizacji od:

rodzaju gleb (dodatek materiałów ilastych hamuje ten proces);

natlenienia – niedotlenienie powoduje produkcje kwasów organicznych (średnie pochłanianie O

2

przez 1 m

2

gleby wynosi 4 l O

2

dziennie;

związków biologicznie aktywnych (witamin, giberelin, antybiotyków – głównie z grupy B) pochodzących z
rozkładu hemiceluloz;

właściwości rozkładanych połączeń, a w szczególności od:

stosunku C:N – duże ilości C zużywane są dla celów energetycznych, wzrasta ilość drobnoustrojów a ich białko
wzbogaca przetwarzaną substancję w N.

W glebie organiczno-mineralnej stosunek C:N wynosi 10

- im stosunek C:N szerszy tym energiczniej wydzielany jest CO

2

:

- im gleba uboższa w N tym słabiej mineralizowane są połączenia C i N jej substancji organicznej.

W ciągu 1 roku mineralizacji ulega 5% glebowego C i 1% glebowego N

Rocznie 1 ha gleby wytwarza 8000kg CO

2

(70 - 319 kg CO

2

/1 ha dziennie).

Wydzielany z utlenianych węglowodanów CO

2

:

♦

spulchnia glebę;

♦

nasyca roztwory i działa, jako rozpuszczalnik mineralnych połączeń.

Dziennie (obliczenia z Rothamsted) 1m

2

gleby:

♦

pochłania 2 - 4 l O

2

;

♦

wydziela 4,2 - 7,5 g CO

2

;

♦

uwalnia 10 cal energii

(w okresie wegetacyjnym ilość wydzielanego CO

2

szacuje się w zakresie 0,7 - 33 g CO

2

).

2

Próchnica zawiera więcej C i więcej N niż resztki roślin, z których powstała (ok. 58% C i ok. 5% N), poza tym

zawiera O

2

, H

2

, S, P., składniki popiołowe oraz kationy Ca

+2

, Mg

2+

, Na

+

, K

+

.

W skład próchnicy wchodzą:

I.

BITUMINY

II.

ZWIĄZKI HUMUSOWE

1.

KWASY HUMUSOWE w postaci wolnej i związanej:
kwasy huminowe właściwe,
kwasy huminowe brunatne, czyli kwasy ulminowe,
fulwokwasy.

2.

HUMINY I ULMINY

♦

Bituminy - stanowią mieszninę: węglowodorów oraz ich tlenowych pochodnych: smół i wosków
(rozpuszczalne w mieszaninie alkoholu i benzenu);

♦

Kwasy huminowe - barwy czarnej (nierozpuszczalne w H

2

O, rozpuszczalne w zasadach, niektórych

obojętnych solach lub roztworach związków organicznych (np. mocznik);

♦

Kwasy ulminowe - barwy brunatnej (uważane za brunatną odmianę kwasów huminowych) mogą w nie
przechodzić;

♦

Fulwokwasy - (np. krenowy czy apokrenowy) są produktem przejściowym, mają znacznie prostszą budowę
niż kwasy, mogą tworzyć z nimi połączenia, bardzo łatwo rozpuszczają się w H

2

O. Łatwa rozpuszczalność

fulwokwasów i większości ich soli warunkuje znaczną ruchliwość i zdolność przenikania tych związków w
głąb profilu glebowego - odgrywają dużą rolę w procesie bielicowym;

♦

Huminy i ulminy - stanowią nieaktywne formy kwasów huminowych.

Można dokonać podziału próchnicy na kilka grup:

♦

próchnica amorficzna (właściwa) - całkowicie zmumifikowana;

♦

próchnica torfowa - powstała w warunkach złego dostępu powietrza (daje się wyróżnić pierwotna struktura
tkanek roślinnych)

Zarówno próchnica właściwa jak i torfowa jest związkiem koloidalnym ujemnie naładowanym,

może być wysycona różnymi kationami:

♦

próchnica nienasycona - gdy przeważają jony H

+

(kwaśna);

♦

próchnica nasycona - próchnica z kationami o charakterze zasadowym:

słodka - wysycona głównie Ca

2+

(Mg

2+

);

słona - wysycona kationami jednowartościowymi (Na

+

).

Najkorzystniejsze właściwości posiada próchnica słodka - występuje w czarnoziemach, czarnych ziemiach,
rędzinach, madach i glebach mułowych.
Niekorzystana jest próchnica słona - silnie zdyspergowana, pogarsza właściwości fizyczne gleby.
Najniekorzystniejsza jest próchnica kwaśna - nieskoagulowana, łatwo rozpuszczalna, powoduje wymywanie
minerałów z kompleksu sorpcyjnego - występuje w glebach leśnych, zbielicowanych.

ZNACZENIE PRÓCHNICY (głównie słodkiej):

dzięki dużym zdolnościom sorpcyjnym jest składnikiem pokarmowym dla roślin, a także głównym źródłem
N i P;

posiada silne właściwości buforowe - zapobiega zmianom pH gleby;

dzięki ciemnej barwie wpływa na nagrzewanie się gleb;

przy dostatecznej ilości kationów wielowartościowych (Ca

+2

, Mg

+2

, Al.

+3

, Fe

+3

) jest materiałem klejącym

decydującym o gruzełkowatości gleby;

wywiera dodatni wpływ na właściwości wodne, powietrzne i cieplne gleb - spoistość, kruchość, pulchność;

wpływa stymulująco na wzrost, rozwój mikroorganizmów i roślin wyższych.

Literatura:

Young C.C., Cheng K.T., Waller G.R., 1991, “Phenolic compounds in conductive and supressive soils on clubroot disease
of crucifers”. Soil Biol. Biochem. 23: 1183 - 1189
-opis metody oznaczania kwasów huminowych w glebie (zmodyfikowana metoda Wanga i in. 1967)

3

METODY OZNACZANIA ZAWARTOŚCI PRÓCHNICY

Wszystkie metody oznaczania zawartości próchnicy polegają na jej utlenieniu.

C spala się do CO

2

.

Z ilości CO

2

można obliczyć ilość C, a stąd ilość próchnicy przyjmując,

ż

e zawiera ona przeciętnie 58% C.

(Stąd lepiej podawać wyniki w % C organicznego)

Ogólnie dzielimy na:

♦

metody wagowe

♦

metody objętościowe (miareczkowe).

METODY WAGOWE
Spalanie substancji organicznej na drodze suchej lub mokrej.
CO

2

jest wychwytywany w urządzeniach absorpcyjnych.

♦

Metoda Knopa - spalanie kwasem chromowym na mokro, CO

2

wolny od zanieczyszczeń

przechodzi do V - rurek z wapnem sodowym i ulega absorpcji.

3C(sub.org) + 4H

2

CrO

4

+ 6H

2

SO

4

= 2Cr

2

(SO

4

)

3

+ 3CO

2

+10H

2

O

♦

Metoda Terlikowskiego - utlenianie substancji organicznej gleby mieszaniną K

2

Cr

2

O

7

i bezwodnego CuSO

4

i zaabsorbowanie wydzielającego się CO

2

w V - rurkach z wapnem

sodowym. Mieszanina K

2

Cr

2

O

7

i bezwodnego CuSO

4

łatwo się topi wydzielając obficie O

2

.

2K

2

Cr

2

O

7

+ 2CuSO

4

= 2K

2

SO

4

+ 2Cr

2

O

3

+ 2CuO + 3O

2

3C(sub.org) + 3O

2

= 3CO

2

METODY OBJĘTOŚCIOWE
Szybsze od metod wagowych.

Substancja organiczna utleniana jest za pomocą K

2

Cr

2

O

7

z H

2

SO

4

lub KMnO

4

.

Nadmiar pozostałego po redukcji utleniacza oznacza się używając związków redukujących np.
tiosiarczanu Na lub siarczanu Fe; względnie kwasu szczawiowego.
Nadmiar K

2

Cr

2

O

7

można oznaczyć kolorymetrycznie.

Zużyty na spalanie dwuchromian redukuje się do zielonego Cr

+3

.

Intensywność zielonego zabarwienia jest proporcjonalna do ilości próchnicy (metoda Westerhoffa).

Metoda Tiurena - w obecności HgSO

4

jako katalizatora utleniana kwasem chromowym.

Nadmiar kwasu chromowego redukowany solą Mohra w obecności H

3

PO

4

i dwufenyloaminy jako

indykatora.
Kwas fosforowy wiąże Fe

+3

na fosforan żelaza słabiej zabarwiony od Fe

2

(SO

4

)

3

.

Dwufenyloamina ulega utlenieniu do dwufenylobenzydyny, a ta do fioletu dwufenylobenzydyny.
Przy samym końcu reakcji powstaje produkt przyłączenia dwufenylobenzydyny do fioletu - związek o
barwie zielonej

.

Dwufenyloamina

4

Część praktyczna ćwiczenia

OZNACZANIE ZAWARTOŚCI WĘGLA I PRÓCHNICY W GLEBIE

I. Oznaczanie węgla ogólnego wg Tiurena

Metoda ta polega na utlenianiu próchnicy kwasem chromowym w obecności

HgSO

4

lub AgSO

4

jako katalizatora.

Nadmiar kwasu chromowego redukuje się solą Mohra (NH

4

)SO

4

FeSO

4

· 6H

2

O w obecności

dwufenyloaminy jako indykatora.

Zachodzą tu następujące reakcje:

K

2

Cr

2

O

7

+ H

2

SO

4

= K

2

SO

4

+ 2CrO

3

+ 2H

2

O

4CrO

3

+ 6H

2

SO

4

= 2Cr

2

(SO

4

)

3

+ 3O

2

+ 6H

2

O

3C + 3O

2

= 3CO

2

K

2

Cr

2

O

7

+ 6FeSO

4

+ 7H

2

SO

4

= Cr

2

(SO

4

)

3

+ 3Fe

2

(SO

4

)

3

+ K

2

SO

4

+ 7H

2

O

Wykonanie oznaczenia

Do analizy używamy glebę powietrznie suchą (przesianą przez sito), którą starannie rozcieramy

w moździerzu.
Wielkość odważki jest zależna od zawartości substancji organicznej i waha się w granicach 0,1 - 0,5g.

Odważamy glebę na wadze analitycznej, a następnie przenosimy do suchej kolby Erlenmayera

o pojemności 100 ml.
Do kolby dodajemy 0,2 g sproszkowanego siarczanu rtęci oraz 10 ml 0,4 N kwaśnego roztworu
dwuchromianu potasu. Dwuchromian potasu odmierzamy dokładnie biuretą.
Kolbę zakrywamy małym lejkiem, który w czasie gotowania spełnia rolę chłodnicy zwrotnej.
Kolbę z zawartością stawiamy na płycie grzejnej z płytką azbestową i podgrzewamy do stałego
wrzenia. Podczas wrzenia powinny odrywać się od powierzchni pojedyncze pęcherzyki. Następnie
zdejmujemy kolbę z płyty i doprowadzamy do temperatury pokojowej.
Po ostudzeniu kolby lejek należy dokładnie opłukać wodą z tryskawki.
W chwili przystępowania do miareczkowania w kolbie powinno być 10 – 15 ml płynu.
Roztwór powinien mieć zabarwienie żółto-pomarańczowe.
Zielone zabarwienie roztworu po 5 min. gotowania świadczy o niedostatecznej ilości dwuchromianu
potasu dla utlenienia całkowitej zawartości węgla organicznego.

Roztwór w kolbie miareczkujemy 0,2 N roztworem soli Mohra wobec 10 kropli

dwufenyloaminy jako wskaźnika.
W każdej serii oznaczeń należy wykonać analizę zerową składającą się z dwóch powtórzeń.
W analizie zerowej w miejsce odważki gleby należy dodać 0,1-0,2 g wyprażonej gleby.
Dodatek ten jest konieczny dla równomiernego wrzenia w kolbie.
Obliczenia:

%

100

)

2

1

(

•

•

•

−

=

a

M

n

m

m

p

m

1

- ilość ml 0,2 N soli Mohra zużytej na zmiareczkowanie próby zerowej

m

2

- ilość ml 0,2 N soli Mohra zużytej na odmiareczkowanie nadmiaru dwuchromianu potasu po

utlenieniu węgla organicznego
n - współczynnik dla C organicznego wynoszący 0,003
M - miano soli Mohra
a - waga analizowanej próbki w gramach

5

II. OZNACZANIE RODZAJU I ZAWARTOŚCI PRÓCHNICY

W próchnicy glebowej wyróżnia się grupy związków różniące się reakcją na różnorodne

czynniki fizyczne i chemiczne.

Ze względu na rozpuszczalność w kwasach i zasadach związki te dzielimy na trzy grupy:

1. kwasy fulwowe - rozpuszczalne w wodzie kwasach i zasadach;
2. kwasy huminowe - rozpuszczalne w zasadach, nierozpuszczalne w kwasach;
3. huminy i ulminy - nierozpuszczalne ani w kwasach ani w zasadach.

Ze względu na stopień i charakter wysycenia jonami próchnicę dzielimy na:

1. kwaśną - adsorpcyjnie nienasyconą, w której przeważają jony wymienne H

+

i Al

+3

;

2. słodką - adsorpcyjnie nasyconą jonami Ca

+2

i Mg

+2

;

3. słoną - adsorpcyjnie nasyconą jonami Na

+

.

Oznaczanie rodzaju próchnicy
A. Próchnica kwaśna pod wpływem jonów OH

-

2%-wego roztworu amoniaku łatwo peptyzuje

i przechodzi do roztworu. Roztwór ten zabarwia się na kolor brunatny.
B. Próchnica słodka potraktowana 2%-wym roztworem amoniaku nie daje brunatnego zabarwienia
roztworu.
C. Próchnica słona dysperguje i rozpuszcza się w wodzie destylowanej zabarwiając ją na kolor ciemny.
Wykonanie oznaczenia

Odważyć po 4 próby 1 g badanej gleby każda. Wsypać każdą z próbek do probówek.

Do 2 probówek dodać 5 ml 2%- wego roztworu amoniaku;
Do 2 probówek dodać 5 ml H

2

O.

Probówkę zamknąć korkiem i wytrząsać ok. 1 min. Roztwór pozostawić do sklarowania.
- Próchnica ma charakter kwaśny, jeżeli roztwór amoniakalny nad glebą ma zabarwienie ciemne:
brunatne lub żółte;
- Próchnica ma charakter słodki, jeżeli roztwór amoniakalny nad glebą jest niezabarwiony;
- Próchnica ma charakter słony, jeżeli roztwór wodny nad glebą jest niezabarwiony.

Oznaczanie zawartości kwasów huminowych w glebie

Zasada metody polega na ekstrakcji kwasów huminowych z gleby za pomocą zasady

a następnie wytrąceniu kwasów huminowych z roztworu przez nagłe zakwaszenie środowiska.
Wykonanie:
Część 1.
- Odważyć 100 g gleby do kolbek o pojemności 300 ml;
- Dodać 100 ml 0,5 N NaOH i wytrząsać przez ok. 2 godziny w temperaturze niższej niż pokojowa
(może być obniżona nawet do 5

o

C);

- Odwirować roztwór przy 9000 obr/min;
- Supernatant zlać do kolbek o pojemności 100 ml.
Część 2.
- Otrzymany roztwór w celu sprecypitowania kwasów huminowych należy doprowadzić do pH 1;
- Zakwaszony roztwór należy odwirować przy 12000 obr/min i zdekantować supernatant;
- Osad kwasów huminowych przepłukać wodą o pH 1, przenieść na uprzednio zważone sączki,
wysuszyć w suszarce i zważyć.
Obliczyć procentowe stężenie kwasów huminowych w glebie.