Odczyn GLEBY

Odczyn środowiska rozwoju systemu korzeniowego roślin jest podstawowym czynnikiem wpływającym na przebieg wielu procesów fizycznych, chemicznych i biologicznych.

W zależności od stosunku stężenia zdysocjowanych jonów wodorowych [H⁺] do stężenia zdysocjowanych jonów wodorotlenowych [OH^-] w środowisku, odczyn może być:

- kwaśny H⁺ > OH^-

- obojętny H⁺ = OH^-

- zasadowy H⁺ < OH^-

Ustalono, że w wodzie destylowanej stosunek między zdysocjowanymi a niezdysocjowanymi cząsteczkami wody jest następujący:

Stała dysocjacji (K) wody jest wielkością zależną od temperatury. W tem­peraturze stężenie jonów [OH^-] i [H⁺] w wodzie destylowanej w gramorównoważnikach na 1 dm³ wynosi

[H⁺] ^. [OH^-] = l0^-14

Równanie to można dalej zapisać jako [H⁺] = [OH^-] = 10^-7, ponieważ z jednej cząsteczki wody powstaje jeden jon H⁺ i jeden OH^-. Po zlogarytmowaniu H⁺ = 10^-7 otrzymamy log [H⁺] = –7, co można wyrazić jako – log H⁺ = 7. Sörensen zaproponował zastąpienie –log [H⁺] symbolem pH.

pH = –log [H⁺]

pH jest to ujemny logarytm wartości stężenia jonów wodorowych.

Roztwory wykazujące odczyn kwaśny mają pH poniżej 7, roztwory o pH powyżej 7 mają odczyn zasadowy, natomiast roztwory wykazujące odczyn obojętny mają pH równe 7.

Dla prawidłowego wzrostu i rozwoju rośliny wymagają w strefie systemu korzeniowego optymalnego odczynu czyli takiego, który najbardziej sprzyja wegetacji i plonowaniu danej rośliny. Większość naszych roślin uprawnych wymaga odczynu w granicach pH 5,5-7,8, choć optymalny odczyn dla każdego gatunku jest różny.

KWASOWOŚĆ GLEBY

Biorąc pod uwagę, że o kwasowości gleb decydują jony wodorowe zawarte w roztworze glebowym oraz jony [H⁺] i [Al⁺³] znajdujące się w kompleksie sorpcyjnym, wyróżnia się następujące rodzaje kwasowości:

1. kwasowość czynna (aktualna),

2. kwasowość potencjalna: – wymienna

– hydrolityczna.

Kwasowość czynna pochodzi od jonów [H⁺] zawartych w roztworze glebowym. Oznacza się ją potencjometrycznie, rzadziej kolorymetrycznie (indykatory) w roz­tworze wodnym wyciągu glebowego i wyraża w jednostkach pH (H₂O).

Kwasowość potencjalna pochodzi od jonów [H⁺] tkwiących w kompleksie sorpcyjnym gleby, ujawnia się dopiero po przejściu ich do roztworu glebowego. Tak więc całkowita kwasowość gleby składa się z kwasowości czynnej i potencjalnej.

Dla oceny żyzności gleby ważna jest znajomość obydwu rodzajów kwasowości. Od kwasowości czynnej zależy bowiem wiele procesów chemicznych i biologicznych gleby. Kwasowość zaś potencjalna wskazuje na potencjalne możliwości zwiększenia ilości jonów wodorowych w roztworze glebowym w momencie gdy pewna ilość jonów wodorowych przejdzie z kompleksu sorpcyjnego (KS) do roztworu. Może zdarzyć się to np. po nawiezieniu gleby solami potasowymi.

Kwasowość wymienną oznacza się działając na glebę solami obojętnymi np.: chlorkiem potasu. Pod wpływem działania roztworu 1 mol dm^-3 KCl na glebę następuje wyparcie jonów [H⁺] i jonów glinowych z KS do roztworu glebowego, a na ich miejsce wchodzą jony K⁺.

Koncentrację jonów wodorowych w roztworze glebowym można oznaczyć potencjometrycznie lub miareczkowo (0,1 mol dm^-3 NaOH). Jednostkami kwasowości wymiennej są pH_KCl, cm³ 0,1 mol dm^-3 NaOH∙100 g^-1 gleby lub milirównoważniki (me) na 100 g gleby.

Kwasowość hydrolityczną oznacza się działając na glebę solami hydrolizującymi zasadowo, np.: octanem wapnia lub octanem sodu. Reakcja zachodząca pomiędzy jonami [H⁺], KS a jonami octanu wapnia (sodu) i przebiega według schematu:

CH₃COONa + H₂O Na⁺ + OH^- + CH₃COOOH

hydroliza octanu w wodzie

KS-H⁺ + Na⁺ + OH^- + CH₃COOH KS-Na⁺ + H₂O + CH₃COOH

Ponieważ wyparte z KS jony [H⁺] łączą się z jonami [OH^-] w cząsteczki słabo zdysocjowanej wody, równowaga bardzo silnie przesuwa się na prawą stronę równania reakcji. Stąd też, octan wapnia (sodu) przeprowadza z KS do roztworu znacznie więcej jonów [H⁺] niż w przypadku użycia soli obojętnych. Koncentrację jonów [H⁺] oznacza się przez miareczkowanie (0,1 mol dm^-3 NaOH). Jednostkami kwasowości hydrolitycznej są cm³ 0,1 mol dm^-3 NaOH·l00 g^-1 gleby.

Do zwiększenia kwasowości hydrolitycznej mogą przyczynić się jony Al⁺³ według reakcji:

Trzeba jednak pamiętać, że oznaczając kwasowość potencjalną praktycznie oznacza się także kwasowość aktualną. Chcąc oznaczyć tylko kwasowość potencjalną należy oznaczyć wcześniej kwasowość aktualną i jej wielkość uwzględnić przy dalszych obliczeniach.

Oznaczanie kwasowości wymiennej metodą Daikuhary

Wykonanie oznaczenia

gleby powietrznie suchej, przesianej przez sito o średnicy oczek 1- zalać w butelce plastykowej 100 cm³ 1 mol dm^-3 roztworu KCl i wytrząsać na mieszadle obrotowym (40 obrotów na minutę). Następnie sączyć do suchego naczynia, odrzucając pierwsze krople przesączu. Z klarownego przesączu odpipetować 50 cm³ do erlenmajerki o pojemności 100 cm³, dodać 2—3 krople fenoloftaleiny i miareczkować 0,1 mol dm^-3 NaOH do jasnoróżowego zabarwienia nieznikającego w ciągu 1 minuty.

Obliczanie wyników

K_w = a • 5 • 1,75 [cm³ 0, 1 mol dm^-3 NaOH⋅ l00 g^-1 gleby]

[me · l00 g^-1 gleby]

a - ilość cm³ 0,1 mol dm^-3 NaOH zużyta do miareczkowania

5 - przelicznik na gleby

1,75 - współczynnik przeliczeniowy pozwalający na obliczenie całkowitej kwasowości wymiennej po jednokrotnym wytrząsaniu gleby z chlorkiem potasu

Jednokrotne wytrząsanie gleby z roztworem KCl nie pozwala na oznaczenie całkowitej kwasowości wymiennej. Przyczyną tego jest bardzo szybkie ustalanie się równowagi pomiędzy roztworem a glebą. Chcąc oznaczyć całkowitą kwa­sowość wymienną należy wytrząsanie powtarzać kilkakrotnie i za każdym razem miareczkować otrzymany przesącz. Przy takim postępowaniu nie sączy się roztworu, lecz z odstanego i klarownego płynu pipetuje się określoną ilość, dodając każdorazowo taką samą ilość świeżego roztworu KCl. Czynność tę powtarza się do momentu, kiedy dalsze dodawanie roztworu KCl nie spowoduje nowego zakwaszania.

Odczynniki

1. 1 mol dm^-3 roztwór KCl — KCl rozpuścić w wodzie destylowanej i uzupełnić w kolbie miarowej do pojemności 1 dm³. Odczyn otrzymanego roztworu powinien być w granicach pH 5,8-6,0. Jeżeli pH jest niższe lub wyższe dodać 10% roztworu KOH lub rozcieńczonego KCl. W następnym dniu sprawdzić ponownie pH roztworu.

2. 0,1 mol dm^-3 roztwór NaOH.

3. 1% roztwór fenoloftaleiny — l g fenoloftaleiny rozpuścić w 100 cm³ 96% alkoholu etylowego.

Oznaczanie kwasowości hydrolitycznej metodą Kappena

Wykonanie oznaczenia

gleby powietrznie suchej, przesianej przez sito o średnicy oczek 1- przenieść do butelki plastykowej i zalać 100 cm³ 1 mol dm^-3 roztworu octanu sodu lub wapnia. Wytrząsać na mieszadle obrotowym (40 obrotów na minutę). Następnie sączyć do suchego naczynia odlewając pierwsze krople przesączu. Z klarownego roztworu odpipetować 50 cm³ do erlenmajerki o pojemności 100 cm³ i miareczkować wobec fenoloftaleiny 0,1 mol dm^-3 NaOH do lekko różowego zabarwienia, nie znikającego w ciągu 1 minuty.

Obliczanie wyników

Kh = b • 5 • 1,5 [cm³ 0,1 mol dm^-3 NaOH ⋅ l00 g^-1 gleby]

[me · l00 g^-1 gleby]

b - ilość cm³ 0,1 mol dm^-3 NaOH zużyta do miareczkowania

5 - przelicznik na gleby

1,5 - współczynnik przeliczeniowy pozwalający na obliczenie całkowitej kwasowości hydrolitycznej po jednokrotnym wytrząsaniu gleby z octanem wapnia (sodu)

Odczynniki

1. 1 mol dm^-3 roztwór octanu wapnia – 88,09 g (CH₃COO)₂Ca ^. H₂O rozpuścić w wodzie destylowanej i uzupełnić w kolbie miarowej do objętości 1 dm³. 125 cm³ tego roztworu powinno zabarwić się wobec 2 kropli fenoloftaleiny na jasnoróżowo po dodaniu 1 kropli 0,1 mol dm^-3 NaOH. Jeżeli to nie nastąpi, należy dodać do roztworu odpowiednią ilość NaOH.

2. 0,1 mol dm^-3 roztwór NaOH.

3. 1% roztwór fenoloftaleiny.

Metody oznaczania potrzeb wapnowania gleb

Celem wapnowania jest zmiana odczynu gleb, ziem i podłoży zbyt kwaśnych, przywrócenie im utraconych ilości wapna, usunięcie z roztworu glebowego wolnych jonów glinu, żelaza oraz poprawienie ich właściwości fizycznych, chemicznych i biologicznych. Skuteczność wapnowania zależy m.in. od zdolności zbuforowania gleby, czyli od możliwości gleby do przeciwstawiania się nagłym zmianom odczynu. Nagłe zmiany odczynu są zjawiskiem niepożądanym, gdyż wywołują zakłócenia w środowisku glebowym, głównie w przyswajalności składników pokarmowych.

Właściwości buforowe gleb zależą od zawartości w glebie i jakości koloidów mineralnych i organicznych, od rodzaju kationów wymiennych oraz zawartości węglanów. Najogólniej można powiedzieć, że gleby lekkie, piaszczyste są słabo zbuforowane, a gleby ciężkie, gliniaste silnie zbuforowane. Poznanie stopnia zbuforowania gleb jest szczególnie ważne przy ustalaniu dawek nawożenia wapniowego oraz form w jakich ma się nawozy wapniowe do gleby wprowadzić.

Jeżeli gleba jest silnie zbuforowana, wprowadzone nawozy nie są w stanie zmienić jej odczynu w sposób znaczniejszy. Takimi glebami są gleby gliniaste, ciężkie. Natomiast jeżeli gleba jest lekka, piaszczysta, czyli ma słabe właściwości buforujące, jej odczyn dzięki nawozom wapniowym łatwo jest zmienić. Na tego typu gleby należy wprowadzać nawozy wapniowe wolno działające w małych dawkach.

Wielkość dawek wapna ustala się na podstawie stopnia zakwaszenia gleby uzyskanego poprzez oznaczenie kwasowości wymiennej i hydrolitycznej. Obliczenie dawki nawozu wapniowego potrzebnej do zobojętnienia kwasowości wymiennej można wykonać według wzoru:

q CaO ∙ ha^-1 = $\frac{\text{Kw\ } \bullet 10\ \bullet 0,0028\ \bullet 300000000}{100\ \bullet 1000}$

Kw — kwasowość wymienna wyrażona w cm³ 0,1 mol dm^-3 NaOH ⋅ l00 g^-1 gleby

10 — przelicznik na l kg gleby

0,0028 — ilość g CaO odpowiadająca l cm³ 0,1 mol dm^-3 NaOH

gramorównoważnik CaO = 28; przeliczenie 0,1 mol dm^-3 NaOH na CaO:

l cm³ 0,1 mol dm^-3 NaOH = $\frac{28}{10000}$ = 0,0028 g CaO

3000000 — masa w kg warstwy gleby o miąższości 20 cm i gęstości objętościowej l,5 g ∙ cm^-3 na powierzchni l ha

100 — przelicznik na kwintale (q)
1000 — przelicznik na kilogramy

Obliczanie dawek wapnia przy wykorzystaniu kwasowości hydrolitycznej można wykorzystać posługując się wzorem:

q CaO ∙ ha^-1 = $\frac{\text{Kh\ } \bullet 10\ \bullet 0,0028\ \bullet 300000000}{100\ \bullet 1000}$

Kh — kwasowość hydrolityczna wyrażona w cm³ 0,1 mol dm^-3 NaOH ⋅ l00 g^-1 gleby, (pozostałe oznaczenia jak wyżej)

Jeżeli zachodzi konieczność obliczania dawki wapna w formie CaCO₃ przy wykorzystaniu kwasowości hydrolitycznej i wymiennej do wzorów zamiast współczynnika 0,0028 podstawia się 0,005, gdyż gramorównoważnik CaCO₃ = 50

l cm³ 0,1 mol dm^-3 NaOH = $\frac{50}{10000}$ = 0,005 g CaCO₃

Ocenę potrzeb wapnowania gleb mineralnych można ustalić także w oparciu o pH gleby mierzone w l mol dm^-3 KC1 i kategorię agronomiczną gleby. Za optymalny odczyn przyjęto dolną wartość pH w przedziale ograniczonych potrzeb wapnowania (klasa II). Zaleca się zatem doprowadzić odczyn gleb bardzo lekkich do pH 5,1, lekkich do pH 5,6, średnich do pH 6,1 i ciężkich do pH 6,6.

W Polsce dawki nawozu wapniowego, które umożliwiają doprowadzenie odczynu (pH) gleb do poziomu optymalnego, ustalone są na podstawie licznych doświadczeń. Po dokonaniu pewnych ekstrapolacji wyznaczono dawki nawozów wapniowych w tonach CaO na 1 ha, które obowiązują w polskim systemie doradztwa nawozowego.

Klasy potrzeb wapnowania gleb w zależności od pH

dla poszczególnych kategorii agronomicznych

Klasa	Ocena potrzeb	Kategorie agronomiczne
potrzeb	wapnowania	b. lekkie
V	konieczne	do 4,5
IV	potrzebne	4,1—4,5
III	wskazane	4,6—5,0
II	ograniczone	5,1—5,5
I	zbędne	od 5,6

Zalecane dawki nawozów wapniowych

Kategoria agro-	Dawki CaO [t∙ha^-1] w przedziale potrzeb wapnowania
nomiczna gleby	konieczne
bardzo lekkie	3,0
lekkie	3,5
średnie	4,5
ciężkie	6,0

Ważną rolę odgrywa wybór formy nawozu wapniowego. Na gleby ciężkie należy stosować tlenek wapnia [CaO] lub wodorotlenek wapnia [Ca(OH)₂], natomiast na gleby lekkie i torfowe najodpowiedniejszą formą nawozu wapniowego jest węglan wapnia [CaCO₃]. Należy strzec się przewapnowania gleb, zwłaszcza piaszczystych o małym kompleksie sorpcyjnym i małych zdolnościach buforowych. Na glebach zwięzłych jednorazowo można zastosować 20-25 q CaO, na glebach lekkich 10-15 q CaO∙ha^-1. Natomiast jeżeli celem wapnowania ma być utrzymanie korzystnego odczynu gleby wówczas należy wysiać 6-10 q CaO∙ha^-1 co 3-4 lata.

Oznaczanie potrzeb wapnowania ziem i podłoży ogrodniczych

Metoda oparta jest na wyznaczaniu krzywej neutralizacji (krzywa wyrażająca zależność pH próbek podłoży od rosnących dawek nawozu wapniowego), co pozwala na określenie dawki nawozu wapniowego doprowadzającej pH podłoża do żądanej wielkości.

Krzywa neutralizacji podłoża

Do równych objętości podłoża dodać wzrastające dawki węglanu wapnia, tak aby na l dm³ przypadało 0, 2, 4, 6 i 8 g CaCO₃ (CaO), dokładnie wymieszać i uzupełnić wodą do uzyskania konsystencji papki. W przypadku torfu wysokiego miarą prawidłowej wilgotności jest kropelkowy wyciek wody przy silnym ściśnięciu materiału w dłoni. Po upływie około 10-14 dni w przypadku za­stosowania nawozu wapniowego węglanowego, a 2-3 dni dla nawozu wapniowego tlenkowego, w każdej z próbek oznacza się pH. Z otrzymanych wyników sporządza się w układzie współrzędnych wykres zwany krzywą neutralizacji (odkwaszania). Z krzywej odczytuje się potrzebną dawkę wapna dla ściśle określonego pH.

Wyznaczenie dawki wapna na podstawie tej metody, pozwala na uzyskanie optymalnego pH na stosunkowo krótki okres czasu (kilka do kilkunastu tygodni), bowiem wskutek różnych procesów biologicznych i chemicznych zachodzących w glebie (podłożu) oraz zabiegów agro­technicznych pH ulega zmianom. Wielkość zastosowanej dawki nawozu wapniowego, doprowadzającego odczyn gleby do określonego pH, zależy od rodzaju gleby (podłoża), a zwłaszcza od stopnia jej zbuforowania.

Krzywe ilustrujące zależność dawki wapnia od rodzaju gleby: I – gleby piaszczyste, II – gleby gliniaste, III – gleby gliniaste i próchniczne

Jeżeli gleba jest słabo zbuforowana to dodatek niewielkiej ilości wapna może spowodować już znaczną zmianę pH. W przypadku gleb ciężkich, silnie zbuforowanych należy wprowadzić znacznie większą ilość tego składnika aby uzyskać podobny efekt.

Ustalanie potrzeb zakwaszania gleb i podłoży ogrodniczych

Gleby, ziemie i podłoża ogrodnicze zbyt zasadowe lub przewapnowane tracą szybko wodę i stają się zbyt suche, a nad­mierny dostęp tlenu, powoduje szybki rozkład substancji orga­nicznych. Przewapnowanie torfów może wpływać na wydzielanie się amoniaku. Nadmiar wapnia w glebach czy podłożach ogrodniczych może wpłynąć na unieruchomienie boru, manganu, żelaza oraz spowodować uwstecznienie fosforu rozpuszczalnego.

W naszych warunkach klimatycznych rzadko stosuje się zakwa­szanie gleb, głównie ze względu na to, że proces zakwaszania gleb postępuje samorzutnie w wyniku stałego ługowania z gleb zasad przez opady. Niekiedy zamiast zakwaszania stosuje się w zmianowaniu odpowiedni dobór roślin. Niemniej jednak zachodzi niekiedy konieczność zakwaszania, zwłaszcza ziem i podłoży w uprawach pod osłonami.

Zabieg ten można wykonać przy pomocy siarki elementarnej posłu­gując się tzw. metodą inkubacyjną. W tym celu próby podłoża inkubuje się ze wzrastającymi dawkami siarki (odpowiadającymi 0-5000 kg S∙ha^-1) do czasu aż przestanie zmieniać się pH, trwa to oko­ło 3 miesięcy. Z krzywej przedstawiającej zależności między ilością dodanej siarki, a pH podłoża odczytuje się ilość siarki potrzebnej do uzyskania pożądanego odczynu.

Potrzebę zakwaszania można także ustalić metodą buforową (Pratta i Baira). W tym celu należy odważyć 40 g podłoża i zalać 35 cm³ wody, dodając 5 cm³ roztworu buforowego. Zawiesinę wytrząsa się przez 10 min., a następnie po 30 minutach mierzy się jej pH. Na każdą 0,1 jednostki pH powyżej 3,7 zaleca się zastosować 100 kg S∙ha^-1. Stosując zakwaszanie w oparciu o tę me­todę można doprowadzić do zbyt niskiego odczynu, w przypadku równoczesnego wprowadzania do podłoża nawozów fizjologicznie kwaśnych.

Odczynniki:

Roztwór buforowy: 2,0 g Ca(CH₃COOH)₂ ∙ H₂O; 1,8 g nitrofenolu; 3,0 g K₂CrO₄; 1,7 g KHC₈H₄O₆ oraz 1 cm³ kwasu mrówkowego (88%) rozpuścić w około 800 cm³ wody destylowanej w kolbie miarowej o pojemności 1 dm³. Przed uzupełnieniem do kreski, odczyn roztworu doprowadzić do pH = 2 za pomocą stężonego kwasu solnego. Roztwór ten po rozcieńczeniu wodą destylowaną w stosunku 1 : 7 powinien mieć pH = 2,5.