dr inż. Beata Smolińska, mgr inż. Joanna Jabłońska
Oznaczanie materii organicznej w glebie metodÄ… Tiurina
WPROWADZENIE
Substancja organiczna gleby jest jednym z podstawowych i charakterystycznych składników
gleby. W jej skład wchodzą wszystkie obumarłe szczątki roślinne i zwierzęce oraz
organiczne produkty ich rozkładu, nagromadzone zarówno w glebie, jak i na jej powierzchni.
Wszystkie materiały tworzące substancję organiczną, zarówno świeże, nierozłożone szczątki
roślin i zwierząt, jak również substancje bezpostaciowe będące produktami rozkładu,
stanowią genetyczną całość. Do substancji organicznej gleby nie zalicza się jednak
organizmów żyjących w glebie (edafonu).
Głównymi z
ródłami substancji organicznej gleby są: obumarłe części roślinne, które opadły
w czasie wegetacji, resztki pożniwne i korzenie roślin wyższych, obumarłe ciała makro
i mezofauny, ekskrementy tych organizmów oraz obumarłe mikroorganizmy, a także nawozy
organiczne (obornik, komposty, nawozy zielone itp.). Najważniejszym z
ródłem materii
organicznej, która dostaje się do gleb lub gromadzi się na jej powierzchni, są obumarłe
części roślin wyższych, a dopiero w drugiej kolejności - obumarłe ciała mikroorganizmów
i zwierząt. Obumarłe substancje organiczne gleb nazywane są próchnicą.
Materia organiczna gleb ma różnorodny i złożony skład, gdyż zawiera produkty chemicznych
i biologicznych przemian wyjściowych materiałów roślinnych i zwierzęcych. Materia
organiczna jest układem dynamicznym, podlega ciągłym zmianom, prowadzącym do
całkowitego jej rozkładu (mineralizacja), bądz
do częściowego rozkładu a następnie wtórnej
syntezy produktów prostszych (humifikacja). Materia organiczna występująca w glebie nie
jest więc jednorodna pod względem chemicznym. Jest to mieszanina wielu bardziej lub mniej
złożonych substancji, których rozdzielenie jest praktycznie niemożliwe. Dlatego też przyjmuje
się, że podana wyżej definicja materii organicznej gleb jest, w szerokim i ogólnym znaczeniu,
synonimem próchnicy (humusu). Należy jednak pamiętać, że właściwymi związkami
próchnicznymi są tylko te substancje organiczne, które pod wpływem procesu humifikacji
utraciły całkowicie strukturę tkanek organizmów, z których powstały.
W skład materii organicznej gleb wchodzą:
- nieswoiste substancje próchniczne, które stanowią około 10-15% ogólnej ilości substancji
organicznej; obejmują produkty częściowego lub daleko posuniętego rozkładu resztek
organicznych, m.in. węglowodany, białka, tłuszczowce, węglowodory i ich pochodne,
drobnoczÄ…steczkowe kwasy organiczne oraz bituminy;
- swoiste substancje próchniczne, które stanowią 85-90% ogólnej ilości substancji
organicznej; obejmujÄ…ce kwasy fulwowe, huminowe i huminy;
Próchnicę dzielić można na podstawie różnych kryteriów. Jednym z nich są warunki
siedliskowe, w których odbywają się procesy próchnicotwórcze. Stąd można próchnicę
podzielić na próchnicę gleb uprawnych, łąkowych (próchnica darniowa), torfowych
(próchnica torfowa), leśnych (próchnica leśna), podwodnych (próchnica gytiowa).
Próchnicę gleb uprawnych dzieli się , ze względu na stopień i charakter jej wysycenia na:
próchnicę słodką (nasycona jonami Ca2+ i Mg2+), kwaśną (nasycona jonami H+ i Al3+), słoną
(wysycona jonami Na+).
Ponadto wyróżnić można próchnicę pokarmową, w której przeważają składniki łatwo
przyswajalne dla roślin, oraz próchnicę trwałą, która zawiera kwasy huminowe, huminy oraz
smoły i żywice.
1
Materia organiczna stanowi jeden z podstawowych czynników decydujących o żyzności
gleby. Spełnia ona różnorodne pośrednie i bezpośrednie funkcje w kształtowaniu się
fizycznych, fizykochemicznych oraz biochemicznych właściwości gleb.
Właściwości próchnicy:
" zwiększa zwięzłość gleb piaszczystych, poprawiając tym samym właściwości fizyczne
gleb lekkich oraz zmniejszając przemieszczanie się najdrobniejszych cząstek w głąb
profilu glebowego;
" zmniejsza zwięzłość gleb o dużej zawartości części spławialnych poprzez tworzenie
bardziej stabilnych agregatów;
" podczas procesu mineralizacji próchnica staje się z
ródłem wielu składników
pokarmowych, niezbędnych dla wzrostu i rozwoju roślin;
" związki próchnicowe zwiększają zdolności buforowe gleb, regulują odczyn roztworu
glebowego i stężenie składników pokarmowych;
" ogranicza występowanie chorób niektórych roślin uprawnych na skutek sprzyjających
warunków dla rozwoju organizmów saprofitycznych, będących antagonistami
patogenów;
" wykazuje zdolność do ochrony środowiska glebowego przed skażeniem odpadami
przemysłowymi oraz przed ujemnymi skutkami nieracjonalnej chemizacji. Gleby
zasobniejsze w próchnicę są odporniejsze na ujemny wpływ zanieczyszczeń niż
gleby słabo próchniczne. Jest to związane ze zdolnościami sorpcyjnymi związków
próchnicznych oraz ze zwieszaniem się tempa rozkładu zanieczyszczeń
organicznych w warunkach wysokiej aktywności biologicznej tych gleb.
Zawartość substancji organicznej w wierzchnich warstwach gleb waha się w szerokich
granicach od 0,6 do 6,0%. Najmniej materii organicznej zawierajÄ… piaszczyste gleby
bielicowe, najwięcej mady, czarne ziemie czarnoziemy i rędziny. W większości gleb ornych
zawartość próchnicy wynosi od 1 do 3%.
OZNACZANIE W
GLA ORGANICZNEGO W GLEBIE MET. TIURINA
Węgiel w próbkach glebowych oznaczany jest najczęściej metodami oksydacyjno-
miareczkowymi z wykorzystaniem dwuchromianu potasu jako utleniacza.
Substancja organiczna utlenia się przez gotowanie próbki gleby z K2Cr2O7
w roztworze stężonego kwasu siarkowego, w obecności AgSO4 jako katalizatora. Stężony
kwas siarkowy ma zdolność odciągania wody i rozkładania substancji organicznej
z równoczesnym wydzieleniem węgla atomowego, który jest natychmiast utleniany przez
chrom z dwuchromianu potasu do CO2. Chrom ulega ilościowej redukcji pod wpływem węgla
substancji organicznej z Cr6+ do Cr3+.
3C + 8H2SO4 + 2K2Cr2O7 "! 2K2SO4 Ä™! + 2Cr2(SO4)3 + 8H2O + CO2, czyli:
3C + 4Cr6+ "! 3C4+ + 4Cr3+
Roztwór dwuchromianu potasu daje się w ilości dokładnie odmierzonej,
ale w nadmiarze. Ilość Cr6+ z dwuchromianu, nie zużytą na utlenianie węgla, redukuje się
przez miareczkowanie solą Mohra (Fe2+) w obecności difenyloaminy jako indykatora.
Reakcja przebiega wg równania:
K2Cr2O7 + 7H2SO4 + 6FeSO4 ‡ (NH4)2SO4 "! 3Fe(SO4)3 + K2SO4 + Cr(SO4)3 +
+ 6(NH4)3SO4 + 7H2O, czyli:
2Cr6+ + 6Fe2+ "! 2Cr2+ + 6Fe3+
Z różnicy pomiędzy ilością dwuchromianu potasu pobranej do analizy, a jego ilością
znalezioną w wyniku miareczkowania solą Mohra, oblicza się tę ilość K2Cr2O7, która została
zużyta do utlenienia Corg.
2
CEL ĆWICZENIA
Celem ćwiczenia jest oznaczenie węgla organicznego w kilku próbkach gleb aglomeracji
łódzkiej.
ODCZYNNIKI I APARATURA
" Roztwór dwuchromianu potasowego o stężeniu 0,07 mol/dm3 z kwasem siarkowym:
20,5947g wysuszonego K2Cr2O7 cz.d.a. rozpuścić w około 300 cm3 wody
redestylowanej, dodać ostrożnie 500 cm3 stężonego H2SO4, ostudzić i uzupełnić
wodÄ… redestylowanÄ… do 1 dm3;
" Roztwór soli Mohra o stężeniu 0,2 mol/dm3: rozpuÅ›cić 78,427g Fe(NH4)2(SO4)2·6H2O
cz.d.a. w 50 cm3 stężonego H2SO4 i rozcieńczyć do 1 dm3 wodą redestylowaną. Z
powodu powolnego utleniania, miano soli należy ustalać każdorazowo bezpośrednio
przed analizą; Ustalenie miana soli Mohra: 25 cm3 roztworu soli Mohra odpipetować
do kolbki stożkowej o pojemności 250 cm3, dodać 50 cm3 2N H2SO4 i 50 cm3 H2O
destylowanej, ogrzać do temperatury okoÅ‚o 80ºC i miareczkować 0,1 N KMnO4 do
wystąpienia nie zanikającego słaboróżowego zabarwienia.
MnO4- + 8H+ + 5Fe2+ Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O
csoli Mohra = (cKMnO4 · VKMnO4 · 5) / Vsoli Mohra
" Kwas siarkowy stężony (d = 1,84 g/cm3);
" Roztwór wskaz
nika: difenyloamina
" siarczan rtęciowy HgSO4 cz.d.a.;
" prażony piasek kwarcowy lub pumeks
" woda destylowana;
" moz
dzierz 2-3 szt.;
" kolba stożkowa 6 szt. o poj 500cm3;
" lejki szklane 6 szt.;
" biureta 2 szt.;
WYKONANIE OZNACZENIA
Próbkę gleby umieścić w moz
dzierzu i dokładnie utrzeć. Z utartego materiału odważyć 0,02g,
naważkę przenieść do kolby stożkowej o obj. 100 cm3, do której należy również dodać około
5 mg HgSO4 jako katalizatora i 10cm3 mieszaniny dwuchromianu z kwasem siarkowym.
Kolbę nakryć lejkiem (spełnia rolę chłodnicy zwrotnej) i ogrzewać przez 5 minut, od momentu
wrzenia. Wrzenie powinno być niezbyt intensywne.
Lejki i szyjkę kolbki opłukać wodą, przenieść do kolbki na 300-500 mL, dodać 100-200 mL
wody destylowanej, następnie nadmiar dwuchromianu miareczkować solą Mohra po dodaniu
1 kropli difenyloaminy, jako wskaz
nika. Miareczkować do momentu przejścia barwy z
czerwonofioletowej do fioletowoniebieskiej, a ostatecznie kobaltowozielonej. Największą
poprawnośći oznaczeń uzyskuje się, jeśli na miareczkowanie badanych próbek zużywa się
20-30 cm3 soli Mohra.
Równocześnie należy przeprowadzić próbę ślepą, w której zamiast materiału glebowego
należy dodać prażony piasek. Całość oznaczenia przeprowadzić analogicznie jak
w przypadku próby właściwej. Oznaczenie wykonać w trzech powtórzeniach.
3
OBLICZENIA i WYNIKI
Zawartość węgla organicznego Corg w próbce glebowej obliczono ze wzoru:
C org [%] = [(a-b) · n · 0,003 ·100] / c, gdzie:
a - ilość cm3 soli Mohra użyta do miareczkowania próbki zerowej
b  ilość cm3 soli Mohra użyta do miareczkowania próbki badanej
n  stężenie soli Mohra [mol/dm3]
c  naważka próbki glebowej [g]
0,003  ilość węgla [g] reagująca z 1 cm3 soli Mohra o stężeniu 0,137 mol/dm3
Wyniki umieścić w tabeli 1.
Tabela 1.
Numer próby Zawartość Corg. [%]
SPRAWOZDANIE
Sprawozdanie powinno zawierać krótki wstęp teoretyczny, cel ćwiczenia, opis
przeprowadzonych czynności, wyniki oraz wnioski.
Sprawozdanie należy oddać po wykonanym ćwiczeniu, najpóz
niej w ciągu następnego
tygodnia.
PYTANIA KONTROLNE
1. Co to jest substancja organiczna gleby i z czego powstaje?
2. Skład próchnicy
3. Podział próchnicy
4. Właściwości substancji organicznej
5. Zasada oznaczenia węgla organicznego met. Tiurina (łącznie z równaniami reakcji)
LITERATURA
1. Dobrzański 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  ćwiczenia dla studentów wydziałów rolniczych, PWN
Warszawa 1986
4