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 zró\
nicowana dla ró\
nych 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 równie\
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 siÄ™, \
e całkowita zawartość C w glebie kuli ziemskiej wynosi 400 mld ton.
Rośliny zu\
ywajÄ… ok. 20 mld ton rocznie.
Próchnica
Związek amorficzny (bezpostaciowy) tworzony w procesie humifikacji zło\
onym 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 mo\
e 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 (obni\
ające 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 miesiÄ…c);
promieniowce i grzyby (4  6 miesięcy).
Po tym okresie substancja organiczna traci 70  80% C i 30  60% N.
Istnieje ścisła zale\
ność tempa procesu mineralizacji od:
rodzaju gleb (dodatek materiałów ilastych hamuje ten proces);
natlenienia  niedotlenienie powoduje produkcje kwasów organicznych (średnie pochłanianie O2 przez 1 m2
gleby wynosi 4 l O2 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  du\
e ilości C zu\
ywane są dla celów energetycznych, wzrasta ilość drobnoustrojów a ich białko
wzbogaca przetwarzanÄ… substancjÄ™ w N.
W glebie organiczno-mineralnej stosunek C:N wynosi 10
- im stosunek C:N szerszy tym energiczniej wydzielany jest CO2:
- im gleba ubo\
sza w N tym słabiej mineralizowane są połączenia C i N jej substancji organicznej.
W ciÄ…gu 1 roku mineralizacji ulega 5% glebowego C i 1% glebowego N
Rocznie 1 ha gleby wytwarza 8000kg CO2 (70 - 319 kg CO2/1 ha dziennie).
Wydzielany z utlenianych węglowodanów CO2:
f& spulchnia glebÄ™;
f& nasyca roztwory i działa, jako rozpuszczalnik mineralnych połączeń.
Dziennie (obliczenia z Rothamsted) 1m2 gleby:
f& pochłania 2 - 4 l O2;
f& wydziela 4,2 - 7,5 g CO2;
f& uwalnia 10 cal energii
(w okresie wegetacyjnym ilość wydzielanego CO2 szacuje się w zakresie 0,7 - 33 g CO2).
 2
Próchnica zawiera więcej C i więcej N ni\
resztki roślin, z których powstała (ok. 58% C i ok. 5% N), poza tym
zawiera O2, H2, S, P., składniki popiołowe oraz kationy Ca+2, Mg2+, Na+, K+.
W skład próchnicy wchodzą:
I. BITUMINY
II. ZWI
ZKI HUMUSOWE
1. KWASY HUMUSOWE w postaci wolnej i zwiÄ…zanej:
kwasy huminowe właściwe,
kwasy huminowe brunatne, czyli kwasy ulminowe,
fulwokwasy.
2. HUMINY I ULMINY
f& Bituminy - stanowią mieszninę: węglowodorów oraz ich tlenowych pochodnych: smół i wosków
(rozpuszczalne w mieszaninie alkoholu i benzenu);
f& Kwasy huminowe - barwy czarnej (nierozpuszczalne w H2O, rozpuszczalne w zasadach, niektórych
obojętnych solach lub roztworach związków organicznych (np. mocznik);
f& Kwasy ulminowe - barwy brunatnej (uwa\
ane za brunatną odmianę kwasów huminowych) mogą w nie
przechodzić;
f& Fulwokwasy - (np. krenowy czy apokrenowy) są produktem przejściowym, mają znacznie prostszą budowę
ni\
kwasy, mogą tworzyć z nimi połączenia, bardzo łatwo rozpuszczają się w H2O. A
atwa rozpuszczalność
fulwokwasów i większości ich soli warunkuje znaczną ruchliwość i zdolność przenikania tych związków w
głąb profilu glebowego - odgrywają du\
Ä… rolÄ™ w procesie bielicowym;
f& Huminy i ulminy - stanowią nieaktywne formy kwasów huminowych.
Mo\
na dokonać podziału próchnicy na kilka grup:
f& próchnica amorficzna (właściwa) - całkowicie zmumifikowana;
f& próchnica torfowa - powstała w warunkach złego dostępu powietrza (daje się wyró\
nić pierwotna struktura
tkanek roślinnych)
Zarówno próchnica właściwa jak i torfowa jest związkiem koloidalnym ujemnie naładowanym,
mo\
e być wysycona ró\
nymi kationami:
f& próchnica nienasycona - gdy przewa\
ają jony H+ (kwaśna);
f& próchnica nasycona - próchnica z kationami o charakterze zasadowym:
słodka - wysycona głównie Ca2+(Mg2+);
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 du\
ym zdolnościom sorpcyjnym jest składnikiem pokarmowym dla roślin, a tak\
e głównym z
ródłem
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 wy\
szych.
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 siÄ™ do CO2.
Z ilości CO2 mo\
na obliczyć ilość C, a stąd ilość próchnicy przyjmując,
\
e zawiera ona przeciętnie 58% C.
(Stąd lepiej podawać wyniki w % C organicznego)
Ogólnie dzielimy na:
f& metody wagowe
f& metody objętościowe (miareczkowe).
METODY WAGOWE
Spalanie substancji organicznej na drodze suchej lub mokrej.
CO2 jest wychwytywany w urzÄ…dzeniach absorpcyjnych.
f& Metoda Knopa - spalanie kwasem chromowym na mokro, CO2 wolny od zanieczyszczeń
przechodzi do V - rurek z wapnem sodowym i ulega absorpcji.
3C(sub.org) + 4H2CrO4 + 6H2SO4 = 2Cr2(SO4)3 + 3CO2 +10H2O
f& Metoda Terlikowskiego - utlenianie substancji organicznej gleby mieszaninÄ… K2Cr2O7
i bezwodnego CuSO4 i zaabsorbowanie wydzielajÄ…cego siÄ™ CO2 w V - rurkach z wapnem
sodowym. Mieszanina K2Cr2O7 i bezwodnego CuSO4 Å‚atwo siÄ™ topi wydzielajÄ…c obficie O2.
2K2Cr2O7 + 2CuSO4 = 2K2SO4 + 2Cr2O3 + 2CuO + 3O2
3C(sub.org) + 3O2 = 3CO2
METODY OBJ
TOÅšCIOWE
Szybsze od metod wagowych.
Substancja organiczna utleniana jest za pomocÄ… K2Cr2O7 z H2SO4 lub KMnO4.
Nadmiar pozostałego po redukcji utleniacza oznacza się u\
ywając związków redukujących np.
tiosiarczanu Na lub siarczanu Fe; względnie kwasu szczawiowego.
Nadmiar K2Cr2O7 mo\
na oznaczyć kolorymetrycznie.
Zu\
yty na spalanie dwuchromian redukuje siÄ™ do zielonego Cr+3.
Intensywność zielonego zabarwienia jest proporcjonalna do ilości próchnicy (metoda Westerhoffa).
Metoda Tiurena - w obecności HgSO4 jako katalizatora utleniana kwasem chromowym.
Nadmiar kwasu chromowego redukowany solą Mohra w obecności H3PO4 i dwufenyloaminy jako
indykatora.
Kwas fosforowy wiÄ…\
e Fe+3 na fosforan \
elaza słabiej zabarwiony od Fe2(SO4)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 ZAWARTOÅšCI W
GLA I PRÓCHNICY W GLEBIE
I. Oznaczanie węgla ogólnego wg Tiurena
Metoda ta polega na utlenianiu próchnicy kwasem chromowym w obecności
HgSO4 lub AgSO4 jako katalizatora.
Nadmiar kwasu chromowego redukuje siÄ™ solÄ… Mohra (NH4)SO4FeSO4 · 6H2O w obecnoÅ›ci
dwufenyloaminy jako indykatora.
Zachodzą tu następujące reakcje:
K2Cr2O7 + H2SO4 = K2SO4 + 2CrO3 + 2H2O
4CrO3 + 6H2SO4 = 2Cr2(SO4)3 + 3O2 + 6H2O
3C + 3O2 = 3CO2
K2Cr2O7 + 6FeSO4 + 7H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 3Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O
Wykonanie oznaczenia
Do analizy u\
ywamy glebę powietrznie suchą (przesianą przez sito), którą starannie rozcieramy
w moz
dzierzu.
Wielkość odwa\
ki jest zale\
na od zawartości substancji organicznej i waha się w granicach 0,1 - 0,5g.
Odwa\
amy 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 nale\
y dokładnie opłukać wodą z tryskawki.
W chwili przystępowania do miareczkowania w kolbie powinno być 10  15 ml płynu.
Roztwór powinien mieć zabarwienie \
ółto-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 wskaz
nika.
W ka\
dej serii oznaczeń nale\
y wykonać analizę zerową składającą się z dwóch powtórzeń.
W analizie zerowej w miejsce odwa\
ki gleby nale\
y dodać 0,1-0,2 g wypra\
onej gleby.
Dodatek ten jest konieczny dla równomiernego wrzenia w kolbie.
Obliczenia:
(m1 - m2) " n " M
p = " 100%
a
m1 - ilość ml 0,2 N soli Mohra zu\
ytej na zmiareczkowanie próby zerowej
m2 - ilość ml 0,2 N soli Mohra zu\
ytej 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 wyró\
nia się grupy związków ró\
niące się reakcją na ró\
norodne
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 przewa\
ajÄ… 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
Odwa\
yć po 4 próby 1 g badanej gleby ka\
da. Wsypać ka\
dą z próbek do probówek.
Do 2 probówek dodać 5 ml 2%- wego roztworu amoniaku;
Do 2 probówek dodać 5 ml H2O.
Probówkę zamknąć korkiem i wytrząsać ok. 1 min. Roztwór pozostawić do sklarowania.
- Próchnica ma charakter kwaśny, je\
eli roztwór amoniakalny nad glebą ma zabarwienie ciemne:
brunatne lub \
ółte;
- Próchnica ma charakter słodki, je\
eli roztwór amoniakalny nad glebą jest niezabarwiony;
- Próchnica ma charakter słony, je\
eli 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.
- Odwa\
yć 100 g gleby do kolbek o pojemności 300 ml;
- Dodać 100 ml 0,5 N NaOH i wytrząsać przez ok. 2 godziny w temperaturze ni\
szej ni\
pokojowa
(mo\
e być obni\
ona nawet do 5oC);
- Odwirować roztwór przy 9000 obr/min;
- Supernatant zlać do kolbek o pojemności 100 ml.
Część 2.
- Otrzymany roztwór w celu sprecypitowania kwasów huminowych nale\
y doprowadzić do pH 1;
- Zakwaszony roztwór nale\
y odwirować przy 12000 obr/min i zdekantować supernatant;
- Osad kwasów huminowych przepłukać wodą o pH 1, przenieść na uprzednio zwa\
one sÄ…czki,
wysuszyć w suszarce i zwa\
yć.
Obliczyć procentowe stę\
enie kwasów huminowych w glebie.