SPRAWOZDANIE Z ĆWICZEŃ

Z KSZTAŁTOWANIA ŚRODOWISKA

Temat : Zasolenie gleb

Spis treści:

1. Wstęp

2. Systematyka gleb słonych

3. Stopień zasolenia gleb

4. Wykonanie oznaczenia przewodnictwa elektrolitycznego

5. Oznaczenie zawartości soli rozpuszczalnych w wyciągach wodnych badanych gleb.

5.1 Oznaczenie zawartości jonów sodu, potasu i wapnia metodą fotometrii płomieniowej.

5.2 Oznaczenie zawartości jonów wodorowęglanowych (HCO₃⁻ )

5.3 Oznaczenie zawartości jonów chlorkowych (Cl ^-) metodą Mohra

6. Zestawienie wyników.

7. Wnioski

1. Wstęp

Zasolenie gleby określa stopień wysycenia roztworu glebowego składnikami mineralnymi, z których najważniejszą rolę odgrywają kationy sodu, potasu, wapnia, magnezu oraz aniony chlorkowe, amonowe, siarczanowe, fosforanowe, dwuwęglanowe i azotanowe. Czynnikiem pogłębiającym zasolenie gleb jest zmiana ich odczynu na bardziej zasadowy, co powoduje, że składniki mineralne przechodzą w postać nierozpuszczalnych soli i nie mogą być pobrane przez rośliny. Przyczyny zasolenia gleb można podzielić na naturalne (oddziaływanie wód słonych w pasie przymorskim, migracja jonów w wodach sąsiadujących z naturalnymi pokładami soli) i antropogeniczne (przemysł wydobywczy, emisje pyłów zawierających sód i potas, stosowanie nawozów sztucznych).W warunkach klimatu umiarkowanego, gdzie opady przeważają nad parowaniem, następuje naturalne odsalanie wierzchnich warstw gleby poprzez przesiąkanie wód opadowych z rozpuszczonymi solami.

Zasolenie gleby wpływa negatywnie na zdrowotność roślin, powoduje zahamowanie procesów wzrostowych, obniżenie wydajności fotosyntezy, prowadzi do suszy fizjologicznej. Istnieją jednak rośliny słonolubne czyli holofity. W Polsce występuje ich ok. 174 gatunki. W polskiej florze do halofitów zalicza się takie gatunki solnisk śródlądowych jak: soliród zielny, aster solny, świbka morska i komonica wąskolistna.

W Polsce, poza glebami położonymi w strefie brzegowej Bałtyku, nie występują naturalnie słone gleby. Taki rodzaj gruntów jest charakterystyczny dla klimatu suchego, gdzie parowanie przewyższa opady. W strefie klimatu umiarkowanego większość obszarów o podwyższonym zasoleniu gleb związanych jest z czynnikami antropogenicznymi. Powstaje tam, gdzie utwory glebowe mają kontakt z solą lub wodami zasolonymi. Toksycznymi źródłami zasolenia gleb są odcieki ze składowisk i hałd odpadów przemysłu sodowego czy odpadów hutniczych i paleniskowych, stosowanie soli mineralnych w postaci soli lub solanki w celu zimowego utrzymania przejezdności dróg, przedawkowanie nawozów mineralnych, a także nawadniania upraw wodą czerpana z naturalnych, zasolonych zbiorników wodnych. Stosowanie odpadów paleniskowych i hutniczych w budownictwo drogowym ma istotny wpływ na kształtowanie warunków życiowych pobliskiej roślinności Jednak w największym stopniu zasolenie gleb na obszarze Polski związane jest z górnictwem.

2. Systematyka gleb słonych:

Dział VI – Gleby słone

Rząd - Gleby słono-sodowe - Gleby słone do głębokości 100 cm mają warstwy zawierające nadmiar soli bardziej rozpuszczalnych w zimnej wodzie niż gips. Miąższość tych warstw musi być większa niż 15 cm, a zawartość rozpuszczalnych soli większa niż 0,2% (EC_e > 4 dS/m, 25°C). Często gleby te mają poziom salic (iloczyn miąższości tego poziomu w centymetrach i procent soli w nim zawartych jest większy niż 60 cm% ). Wraz z zasalaniem gleb solami sodowymi powiększa się w ich kompleksie sorpcyjnym udział sodu wymiennego. Zasolenie gleb ogranicza wzrost roślin, a nadmiar sodu wymiennego pogarsza strukturę gleb. Gleby słone, występujące na obszarach naszego kraju, ukształtowały się pod wpływem słonych wód morskich lub solanek, a niekiedy wskutek zanieczyszczeń przemysłowych. Gleby te występuje zatem na wybrzeżu Bałtyku, wzdłuż Wału Kujawsko-Pomorskiego oraz na obszarze występowania gipsów, którym towarzyszą liczne słone źródła siarczanowe. Gleby słone, powstałe wskutek zanieczyszczeń przemysłowych, występują w większych płatach w Rybnickim Okręgu Przemysłowym przy brzegach rzek odprowadzających słone wody dołowe z kopalń. Omawiane gleby słone zawdzięczają swoje istnienie nie warunkom hydrologiczno-klimatycznym, lecz stałemu ich zasalaniu przez wody słone.

Typ: Sołonczaki

Sołonczaki są glebami słonymi, w których profilu do głębokości 100 cm występuje poziom słony (salic) o miąższości większej niż 15 cm, zawierający więcej niż 2% soli rozpuszczalnych w wodzie. W kompleksie sorpcyjnym tych gleb udział sodu wymiennego jest mniejszy niż 15%. Znajdują się Afryce, Ameryce, Azji, Australi oraz w Europie.

Typ: Gleby sołonczakowate

Gleby sołonczakowate w strefie korzeniowej (do głębokości 100 cm) zawierają znaczne ilości (0,2-2%) soli łatwo rozpuszczalnych. Są one podobne do sołonczaków, ale w przeciwieństwie do nich nie mają poziomu salic. W kompleksie sorpcyjnym tych gleb udział sodu wymiennego jest mniejszy niż 15%, jednakże w porównaniu z sołonczakami udział ten jest nieco większy. W glebach tych obserwuje się duże wahania sezonowe zawartości soli rozpuszczalnych. Na ogół w okresach, gdy ilość. opadów znacznie przewyższa parowanie (późna jesień, zima, wczesna wiosna), wierzchnie poziomy tych gleb ulegają odsoleniu, a w sytuacji odwrotnej - z powrotem ulegają zasoleniu. Budowę profilu mają podobną do wielu typów glebowych, np. czarnych ziem, gleb murszowatych, mad, gleb torfowych, gleb torfowo-murszowych i innych. Po wypłukaniu soli są one zaliczane do gleb przytoczonych typów.

Typ: Sołońce

Sołońce należą do gleb sodowych (alkalicznych). Wśród kationów wymiennych sód wysyca kompleks sorpcyjny tych gleb w ponad 15%, a zawartość soli rozpuszczalnych jest na ogół mniejsza niż w sołonczakach. Wykazują, one dużą dyspersję frakcji ilastej, dużą lepkość, gdy są mokre, i znaczny stopień zbitości w stanie suchym. Poniżej poziomu próchnicznego lub uprawnego ich struktura jest zwykle grubopryzmatyczna w poziomie natric. Znajdują się Azji, Afryce, Australi i Europie Zachodniej oraz Południwej.

W różnych typach tych gleb może pojawić się podtyp Sołańcowata, np. czarna ziemia sołańcowata. takie gleba zawierają w kompleksie sorpcyjnym 5-15% sodu wymiennego.

3. Stopień zasolenia gleb

Określenie stopnia zasolenia gleby można dokonać na podstawie:

1. Zawartości soli zdysocjowanych w glebie [%]

• Gleby niezasolone – 0-0,2%

• Gleby lekko zasolone – 0,2-0,35%

• Gleby umiarkowanie zasolone – 0,35-0,65%

• Gleby silnie zasolone >0,65%

1. Wysycenia kompleksu sorpcyjnego Na [%]

• Gleby niezasolone <15%

• Gleby zasolone (podtyp) – 5-15%

• Gleby zasolone (typ) >15%

1. Przewodnictwa elektrolitycznego wyciągów z gleb w stanie pełnego nasycenia

[EC 25ºC dS/m]

• Gleby lekkie niezasolone – 0-2 (brak wpływu na roślinę)

• Gleby średnie i ciężkie niezasolone – 0-4 (brak wpływu na roślinę)

• Gleby lekkie bardzo słabo zasolone – 2-4 (rośliny wrażliwe na zasolenie plonują słabiej)

• Gleby słabo zasolone – 4-8 (wiele roślin uprawnych reaguje obniżeniem plonu)

• Gleby średnio zasolone – 8-16 (tylko rosliny tolerujące zasolenie mogą średnio plonować)

• Gleby silnie zasolone >16 (tylko rośliny bardzo odporne na zasolenia mogą rosnąc i plonować).

1. Wykonanie oznaczenia przewodnictwa elektrolitycznego

Przewodnictwo elektryczne roztworów elektrolitów mierzymy przy pomocy konduktometrów. Są to omomierze o specjalnej konstrukcji, gdzie opór mierzony jest pomiędzy platynowymi elektrodami znajdującymi się w naczyńku pomiarowym. W konduktometrach zmierzony opór przeliczany jest automatycznie na przewodnictwo w simensach. Ze względu na możliwość reakcji elektrolizy zakłócającej pomiar, w konduktometrach do pomiaru stosuje się prąd przemienny o dużej częstotliwości. Zmierzone przewodnictwo mówi nam bardzo niewiele o właściwościach substancji rozpuszczonej i badanego roztworu. O wiele więcej, i dalej idących wniosków, można wysnuć ze znalezionej wartości przewodnictwa właściwego, czyli przewodnictwa 1 cm³ roztworu. Ponieważ skonstruowanie naczyńka, pomiędzy  elektrodami  którego przewodził dokładnie 1 cm³ roztworu jest niemożliwe, pomiary przeprowadzamy pośrednio, najpierw wyznaczając tzw. pojemność oporową naczyńka - przez pomiar roztworu wzorcowego o znanym przewodnictwie właściwym, a później znalezioną wartość przewodnictwa badanego roztworu przeliczamy na wartość przewodnictwa właściwego korzystając z wcześniej wyznaczonej stałej. Wzorcowymi roztworami o dobrze znanym przewodnictwie właściwym, służącymi do wyznaczania pojemności oporowej naczyńka są roztworu chlorku potasowego KCl. 

http://www.mlyniec.gda.pl/~chemia/ogolna/substancje/substancja_elektrochemia.htm

Oznaczenie zawartości przewodnictwa elektrolitycznego przebiegało w następujących etapach:

1. Odważenie 100 g gleby i wsypanie jej do plastikowej zlewki

2. Napełnienie wodą destylowaną szklanej biurety

3. Powolne dodawanie wody do gleby w zlewce (przy jednoczesnym mieszaniu gleby bagietką) aż do momentu uzyskania pasty glebowej i odczytanie ilości zużytej do tego celu wody.

4. Dodanie do zlewek 100 g wody destylowanej (odczekanie ok. 5 minut)

5. Wykonanie przesączu (na pompie próżniowej).

6. Zmierzenie temperatury przesączu

7. Wykonanie oznaczenie (poprzez zanurzenie w przesączu elektrody konduktometra)

Wyniki:

• ilość wody dodana do gleby w celu uzyskania stanu pasty – 19 ml (A)

• temperatura przesączu - 25ºC (współczynnik temperatury – 1)

• Wynik odczytany z konduktometra – 4,2 (B)

R$= \frac{A + 100}{A} = \frac{19 + 100}{19} = \frac{119}{19} = \mathbf{6}\mathbf{,}\mathbf{26}$

EC_e [25ºC]= B x 1 x R =4,2 x 1 x 6,26 = 26,30[ dS/m]

Wnioski:

Badana gleba (nr 1) jest silnie zasolona, ponieważ przewodnictwo elektrolityczne jest wyższe niż 16[ dS/m]. Rosnąc i plonować na tej glebie mogą tylko rośliny bardzo odporne na zasolenie. Rośliny uprawne odporne na zasolenie to np.: jęczmień, burak cukrowy i rzepak.

5. Oznaczenie zawartości soli rozpuszczalnych w wyciągach wodnych badanych gleb.

Przygotowanie wyciągu z gleby:

1. odważenie 50 g gleby do butelki plastikowej

2. dodanie 250 ml wody destylowanej

3. szczelne zakorkowanie butelki i umieszczenie jej w mieszadle (na 1 godz. w celu rozpuszczenia soli zawartych w glebie)

4. przesączenie otrzymanego roztworu

5.1 Oznaczenie zawartości jonów sodu, potasu i wapnia metodą fotometrii płomieniowej.

Fotometria płomieniowa jest metodą analityczną opartą na pomiarze promieniowania emitowanego przez odpowiednio wzbudzoną próbkę. Jako źródło wzbudzenia stosuje się w niej płomień palnika, do którego wprowadza się badaną substancję, zwykle w postaci rozpylonego roztworu. Badany roztwór jest przy użyciu sprężonego powietrza zasysany z naczynka i rozpylany do płomienia gazowego. Atomy spalanej substancji emitują charakterystyczne widmo. Światło płomienia przechodzi przez układ optyczny z filtrem przepuszczającym jedynie widmo badanego pierwiastka i trafia na fotoogniwo. Powstały w fotoogniwie prąd elektryczny jest miarą ilości badanej substancji. Fotometrię płomieniową stosuje się do naturalnych materiałów ciekłych, takich jak wody różnego pochodzenia lub ścieki. W hydrochemii używa się jej przede wszystkim do pomiaru stężenia potasowców i wapniowców (sód, potas, wapń, magnez, stront i in.) Ponadto ta technika analityczna ma duże znaczenie m.in. w biochemii i medycynie (badanie moczu, surowicy krwi i tkanek), w geologii i mineralogii (analiza rud i minerałów), w agrochemii (badanie gleb, analiza nawozów i mineralnych składników tkanek roślin).

Oznaczenie zawartości wyżej wymienionych jonów przebiegało w następujących etapach:

1. Pobranie 5 ml roztworu wcześniej przygotowanego roztworu i wlanie do kolby na 100 ml., a następnie uzupełnienie kolbki wodą destylowaną (do 100 ml.) w celu otrzymania 20-krotnego rozcieńczenia.

2. Wykonanie oznaczenie w roztworze nie rozcieńczonym (Ca) oraz w roztworze rozcieńczonym (Na i K).

Odczyty z fotometru:

Na – 1,28 mg

K – 2,57 mg

Ca – 5,11 mg

Wyniki (dla gleby nr 1):

mg Na/100g gleby =1,28 x 2 x 20 = 51,2 mg Na/100g gleby

mg K/100g gleby =2,57 x 2 x 20 = 102,8 mg K/100g gleby

mg Ca/100g gleby =5,11 x 2 = 10,22 mg Ca/100g gleby

5.2 Oznaczenie zawartości jonów wodorowęglanowych (HCO₃⁻ )

(oznaczeń zawartości jonów Cl ^– i HCO₃⁻ dokonałam na glebie nr 3)

Wykonanie:

1. wlanie do dwóch kolb po 25 ml roztworu a do trzeciej 25 ml wody destylowanej (próba zerowa)

2. dodanie do każdej z prób po 3 krople fenoloftaleiny a następnie po 5 kropli oranżu metylowego

3. Miareczkowanie roztworu kwasem siarkowym (H₂SO₄) aż do momentu zmiany barwy roztworu na łososiową.

Ilości zużytego do miareczkowania kwasu siarkowego :

próba zerowa – 1 ml H₂SO₄

próba I – 2,5 ml H₂SO₄

próba II – 4,2 ml H₂SO₄

średnia (X) = 3,25 ml H₂SO₄

Wyniki:

Cl⁻ = (3,25 - 1) x 0,01 x 61 x 20 = 27,45 mg HCO₃⁻/100g gleby

5.3 Oznaczenie zawartości jonów chlorkowych (Cl ^-) metodą Mohra

Metoda Mohra polega na bezpośrednim miareczkowaniu obojętnego roztworu chlorku mianowanym roztworem azotanu srebra (AgNO₃ ) w obecności chromianu potasu (K₂CrO₄ jako wskaźnika. Podczas miareczkowania wytrąca się najpierw trudnorozpuszczalny osad AgCl.

Ag⁺ + Cl^- → AgCl↓

Gdy praktycznie cała ilość jonów chlorkowych zostanie wytrącona, nadmiar roztworu jonów srebrowych Ag⁺ reaguje z jonami chromianowymi CrO₄^2- wytrącając brunatnoczerwony osad chromianu srebrowego. Powstanie brunatnoczerwonego zabarwienia roztworu wskazuje na koniec miareczkowania.

2Ag⁺+ CrO₄^2- → Ag2CrO₄↓

Metody Mohra nie można stosować do oznaczania chlorków w obecności anionów tworzących w roztworach obojętnych trudnorozpuszczalne sole srebrowe, kationów tworzących trudnorozpuszczalne chromiany oraz substancji redukujących AgNO3 do srebra. Metodą Mohra można oznaczać bromki. Nie można jednak stosować tej metody do oznaczania jodków i tiocyjanianów, ponieważ jodek i tiocyjanian srebra silnie adsorbują jony chromianowe, przez co punkt równoważności nie jest wyraźny.

Wykonanie:

1. dodanie do każdej z prób po 2 ml chromianu potasu (K₂CrO₄) jako indykatora (po dodaniu nastąpiło zabarwienie roztworu na żółto)

2. miareczkowanie roztworów azotanem srebra (AgNO₃) aż do momentu zmiany barwy roztworu.

3. zapisanie ilość AgNO₃ zużytej do miareczkowania każdej z prób.

Ilości zużytego do miareczkowania azotanu srebra :

próba zerowa – 0,4 ml AgNO₃

próba I – 18,4 ml AgNO₃

próba II – 18,6 ml AgNO₃

średnia (X) = 18,5

Wyniki:

Cl⁻ = (18,5 – „0”) x 0,01 x 35,5 x 20 = 128,51 mg Cl⁻/100g gleby

6. Przedstawienie wyników.

Tab.1. Składniki soli rozpuszczalnych w wyciągach wodnych badanych gleb w mg/100g gleby oraz [EC 25ºC dS/m]

Nr gleby	Ca^2+	Mg^2+	K^+	Na^+	Cl^−	HCO3^−	SO4^2−	∑soli	EC 25ºC dS/m
1	10,22	25,0	102,8	51,20	80,0	30,0	120,0	419,22	26,30
3	7,42	10,0	24,40	61,6	128,51	27,45	10,0	269,98	16,62
4	12,60	24,0	88,0	63,6	100,0	30,0	98,0	416,20	31,21
5	3,32	22,0	13,18	28,2	32,30	37,21	100,0	236,21	5,82

Tab. 2. Składniki soli rozpuszczalnych w wyciągach wodnych badanych gleb w m/kg gleby.

Nr gleby	Ca^2+	Mg^2+	K^+	Na^+	Cl^−	HCO3^−	SO4^2−	∑kationów	∑anionów
1	0,50	2,0	2,60	2,20	2,20	0,50	2,50	7,30	5,20
3	0,40	0,80	0,60	2,70	3,60	0,45	0.20	4,50	4,25
4	0,63	1,97	2,25	2,76	2,81	0,49	2,04	7,61	5,34
5	0,20	1,80	0,40	1,20	0,90	0,60	2,10	3,60	3,60

Tab. 3. Typ hydrochemiczny roztworów glebowych.

Nr gleby	∑kationów[%]	∑anionów[%]	Typ hydrochemiczny
	Ca^2+	Mg^2+	K^+
1	6,9	27,4	35,6
3	8,9	17,8	13,3
4	8,4	25,8	29,5
5	5,5	50,0	11,1

Aby wyznaczyć typ hydrochemiczny uzyskane wyniki zawartości soli rozpuszczalnych przeliczamy na ilości równoważne chemicznie. Suma kationów stanowi 100%, suma anionów również 100 %, obliczmy zawartość procentową poszczególnych kationów i anionów.

7. Wnioski

1. Przewodnictwo wykazuje, że wszystkie badane gleby są zasolone.

2. Silnie zasolone są gleby nr 1, 3 i 4. Duże ilości chloru świadczą o antropomorfizacji tych gleb.

3. Gleba nr 5 jest słabo zasolona. Na takich glebach możliwa jest uprawa roślin jednak wiele z tych roślin reaguje na takie warunki obniżeniem plonu.

4. Gleby nr 1 i 4 mają nadmiar jonów potasu co blokuje przyswajanie magnezu przez rośliny.

5. Skład chemiczny gleby nr 1 i 4 wskazuje, że są to typowe gleby miejskie zanieczyszczone chemicznie. Największym źródłem zasolenia gleb miejskich jest sól, którą w okresie zimowym zostały posypywane jezdnie i chodniki. Duża ilość soli w glebie często powoduje zamieranie drzew.

Literatura:

1. Witold Hermanowicz, Wiera Dożańska, Jan Dojlido, Bohdan Koziorowski: Fizyczno-chemiczne badanie wody i ścieków. Warszawa: Arkady, 1976, ss. 27-28. UKD 628.31:628.1.03:543.3.

2. Dobrzański B., Bednarek R., Prusinkiewicz Z.. 2006, Gleby świata, [W:] S. Zawadzki (red.) Gleboznawstwo, PWRiL, Warszawa, 495-497

3. http://wipos.p.lodz.pl/mat_dyd/miller/instrukcje_miller.pdf

4. Mateusz Jakubiak, Małgorzata Śliwka; Zagospodarowanie i rekultywacja terenów o podwyższonym zasoleniu zdegradowanych w wyniku działalności górniczej, Gospodarka surowcami mineralnymi, tom 42, zeszyt 3/3, 2008