Pojemność sorpcyjna gleb.
Pojemność sorpcyjna gleb –całkowita ilość kationów o charakterze zasadowym Ca, Mg, K, Na i kationów o charakterze kwasowym takich jak H, którą gleba może związać.
Sorpcja kationów odbywa się głównie pomiędzy powierzchnią fazy stałej a fazą płynną. Wielkość pojemności sorpcyjnej gleb mineralnych zależy od ilości części ilastych, im więcej cząstek tym większa. Pojemność zależy też od składu i budowy cząstek ilastych do których należą minerały ilaste (illit, kaolinit itd.). Zależy również od ilości próchnicy , oraz od wzajemnego stosunku minerałów ilastych i próchnicy. Pojemność sorpcyjna gleb torfowych jest wieksza od pojemności gleb mineralnych . Wielkość poj. Sorpcyjnych gleb torfowych zależy od gatunku torfu, stopnia rozkładu torfu, oraz od stopnia uwilgotnienia. Nadmierne wysuszenie gleby torfowej powoduje nieodwracalną denaturyzacje kwasów huminowych, które mają największą pojemność sorpcyjną. Oznaczenie pojemności sorpcyjnej można wykonać różnymi metodami, zasadą wszystkich jest wypieranie z kompleksu sorpcyjnego gleby kationów zasadowych i kwasowych przy pomocy roztworów różnych soli i kwasów. Podczas ćwiczeń stosujemy metodę uproszczoną Kappena , która polega na wyparciu z kompleksu sorpcyjnego kationów zasadowych roztworem HCl, a kationów wodorowych roztworem octanu wapnia (CH3COO)2Ca.
Oznaczenie sumy zasadowych kationów wymiennych
Wykonanie oznaczenia. 1.Naważamy 20g gleby do kolby stożkowej.2.Wlewamy 100cm3 roztworu kwasu solnego.3.Zamykamy korkiem,stawiamy na mieszarkę i mieszamy przez ok.60min. 4.Sączymy roztwór,a następnie pobieramy dwie porcje po 25cm3 każda do dalszej analizy.Porcje przesączu miareczkujemy NaOH w obecności fenoloftaleiny do uzyskania słabo różowego zabarwienia.
S = (Xcm3HCl*n1-Ycm3NaOH*n2)*p [meg/100g]
Xcm3HCl-ilość przesączu wzięta do analizy
Ycm3NaOH-ilość NaOH zużyta do miareczkowania
n1-normalność roztworu HCl (0,1)
n2-normalność roztworu NaOH(0,1)
p-przelicznik, pozwalający wyrazić S w jednostce (20 Cmol(t)/kg)
Oznaczenie kwasowości hydrolitycznej.
Kwasowość hydrolityczną charakteryzują jony wodorowe znajdujące się w roztworze glebowym oraz jony wodorowe wyparte z kompleksu sorpcyjnego gleby, za pomocą soli hydrolizujących o odczynie zasadowym np (octan wapnia)
Wykonanie oznaczenia:
Ważymy 20g gleby
Wlewamy 100 octanu wapnia
Mieszamy (wytrząsamy) przez ok. 1h.
Sączymy, a do dalszej analizy pobieramy 2 próby po 25 każda
Miareczkujemy w obecności fenoloftaleiny aż do utrzymania różowego zabarwienia
Obliczamy wartość kwasowość hydrolitycznej
[cmol(+)/kg]
X- ilość roztworu NaOH zużyta do miareczkowania przesączu
n- normalność roztworu NaOH
1,5- stały współczynnik, tzw. poprawka na niepełne wyparcie jonów podczas jednokrotnego wyparcia (traktowania) gleby roztworem octanu wapnia
q- przeliczenie na 100g gleby
20g-100
zg- 25cm
, zq=5[g]
q=100/5=20
Całkowita pojemność sorpcyjna T
W oparciu o wartość pojemn. Sorpcyjnej obliczamy udział kationów zasadowych w kompleksie sorpcyjnym gleby (Wysycenie kompleksu sorpcyjnego kationami zasadowymi)
Analogicznie obliczamy udział kationów wodorowych (Wysycenie kompleksu sorpcyjnego kationami wodorowymi)
Po wykonaniu obliczeń, sprawdzamy czy istnieje zależność . Jeżeli tak, tzn. że jest przewaga jonów wodorowych (tzn. że gleba jest zakwaszona). W takim przypadku należy wykonać zabieg wapnowania, obliczając dawkę zgodnie z wzorami dtCaO na 1 hektar = (dt= decytona= 100kg)
na 1 ha =
Oznaczanie zawartości węglanów w glebach:
CaCO3+2HCl -> CaCl2+H2O +CO2
Obecność węglanów w glebie lub ich brak można wykryć traktując glebę kwasem solnym i obserwując reakcję wydzielającego się CO2.
Do wstępnego określenia zawartości węglanów w glebach służy metoda orientacyjna nazywana polową, która polega na pobraniu niewielkiej ilości gleby do naczynka i polania jej kwasem solnym. Obecność węglanów przejawia się burzeniem, a jego intensywność i długotrwałość pozwala w przybliżeniu określić zawartość węglanów w glebie na podstawie uzyskanej zawartości orientacyjnej, Określamy jaką ilość gleby pobierzemy do szczegółowej analizy.
Objawy z HCL | Zawartość CaCO3 [%] | Naważka do analizy szczegółowej |
---|---|---|
Brak burzenia | <1 | 20g |
Słabe nietrwałe b. | 1-2 | 10g |
Wyraźne nietrwałe b. | 2-5 | 5g |
Silne długotrwałe b. | >5 | 1-2g |
Metoda nr2 Oznaczanie węglanów wg. Passona
Wykonanie oznaczenia tą metodą polega na nasypaniu gleby do słoika, nalania kwasu do pojemniczka na kwas i po zamknięciu słoika korkiem, mieszamy kwas z glebą i czekamy aż wydzielający się CO2 przestanie wypierać wodę z lewego ramienia. Następnie przy pomocy zacisku na przelewie wyrównujemy poziom wody w obu ramionach i odczytujemy zawartość węglanów. Aparat Passona jest wykalibrowany na 20 g gleby i jeżeli do analizy wzięliśmy mniej gleby wynik należy odpowiednio przeliczyć.
Metoda 3
Metoda Scheiblera to metoda najdokładniejsza,ponieważ uwzględnia temperaturę i ciśnienie atmosferyczne panujące w czasie pomiarów.Dodatkowo uwzględnia ona fakt,że oda razem z dwutlenkiem węgla może się wiązać tworząc kwas węglowy.Na miejsce wody Scheibler zaproponował roztwór niesorbujący dwutlenek wegla,czyli siarczan miedzi.Obliczenie zawrtości węglanów w tej metodzie uzyskujemy po podstawieniu kilku danych do wzoru:
%CaCO3=(V*w*100)/(a*1000)
V-obj.wydzielonego CO2 odczytana z aparatu
w-współczynnik odczytany z tabeli uwzględniający temp. i ciśnienie panujące w czasie pomiaru
100-przeliczenie na %
a-nadwyżka gleby
1000-przeliczenie z g na mg
Wiadomości ogólne dotyczące węglanów:
W glebach naszego klimatu występuje przede wszystkim węglan wapnia (CaCO3) oraz w mniejszych ilościach węglan magnezu i żelaza.Ze względu na znaczącą ilościową przewagę wapnia nad magnezem i żelazem,wyniki przelicza się na procentową zawartość CaCO3.Węglany jako związki łatwo rozpuszczające się w wodzie, zwłaszcza zakwaszonym obecnym w niej dwutlenkiem węgla,ulegają stopniowemu przemieszczaniu się do głębszych poziomów gleby.W większości gleb w naszym kraju,które powstały z utworów polodowcowych,węglany można spotkać tylko w głębszych poziomach,leżących poniżej nawet 120cm.Niewielkie ilości węglanów można wykryć w powierzchniowych warstwach takich gleb jak:czarne ziemie,czarnoziemy,gleby brunatne właściwe i pararędziny.Większość masy glebowej węglany mogą stanowić np.w rędzinach.
Właściwości węglanów:
Węglan wapnia wpływa na fizyczne,chemiczne i biologiczne właściwości gleb.Jony wapnia powodują koagulację koloidów glebowych sprzyjając tworzeniu się struktury gruzełkowatej.Tworzenie się jej poprawia przepuszczalność gleb,właściwości wodne,powietrzne i termiczne zwiększając aktywność biologiczną gleb.
W przypadku nadmiernej ilości węglanu wapnia i niesprzyjających warunków wodno-powietrznych (oglejenie) struktura gleby i jej przepuszczalność ulegają pogorszeniu. Ilość węglanó odgrywa dużą rolę przy ustalaniu rozstawy drenów,przy zawartości CaCO3 między 5-10% rozstawę drenów zwiększamy od 0-10% , a przy zawartości 10-20% CaCO3 rozstawa drenów zmienia się od 10-15%. Ustala się ją głównie na podstawie stanu mechanicznego (granulometrycznego) gleby.
OZNACZANIE Fe METODĄ JODOMETRYCZNĄ. Sposób oznaczenia - Fe oznaczamy jodometrycznie w wyciągach 20%ego HCl w ten sposób: 1) odważamy gleby, którą przenosimy do kolby miarowej o objętości 100 cm3. 2) dolewamy 50 cm3 20%ego HCl do kolby. 3)do kolby wstawiamy lejek, który pełni rolę chłodnicy zwrotnej, będzie on zapobiegał nadmiernemu ubytkowi wody, nie dopuszczając do zbytniego wzrostu stężenia HCl podczas ogrzewania. 4) kolbę umieszczamy w łaźni wodnej i ogrzewamy przez 45-60 minut. 5) następnie kolbę chłodzimy, uzupełniwszy wodą destylowaną do objętości 100 cm3 (do kreski), dokładnie mieszamy i sączymy przez sączek do kolby o objętości 300ml. Z uzyskanego przesączu pobieramy po 2 próby, każda po 200ml, które przenosimy do kolbek o objętości 100 cm3. 6) do każdej z próbek dodajemy 10 cm3 10%ego jodku potasu, następnie 3-5 kropel skrobi. 7) po dodaniu skrobi zaobserwujemy zmianę barwy na zielonkawą, niebiesko czarną.. 8) miareczkujemy tiosiarczanem sodu Na2S2O3 (dzisiejsze miano n=0,1) do zniknięcia zabarwienia. WZÓR: , gdzie A-ilość tiosiarczanu sodu zużyta do miareczkowania 20 cm3 wyciągu [cm3], n-normalność tiosiarczanu sodu, 0,05585-miliramorównoważnik Fe, C-naważka gleby odpowiadająca 20 cm3 pobranego do oznaczenia roztworu, przykład: , stąd x = 1 C=1.
%Fe można przeliczyć na %Fe2O3 mnożąc wynik przez 1,43. Wiadomości ogólne dla Fe: Fe występuje w 2 różnych formach – 2 i 3 wartościowej. Forma 2 występuje w głębszych poziomach profilu gleby, nadając im jasnoszarą barwę. Zależnie od odczynu danego poziomu jego barwa może występować z odcieniem niebieskim lub zielonym. W poziomach podpowierzchniowych żelazo występuje głównie w formie 3, nadającej glebom barwę żółtą, brunatną lub czerwoną. Obecność w profilu gleby związków Fe 2 wskazuje na niedostateczną przewiewność gleb. Obniżenie tej przewiewności powoduje pojawienie się w nich oglejenia. Oznaczenie zawartości związków Fe, głównie tlenków w glebach jest ważne, ze względu na ich wpływ na właściwości gleb. Uwodnione tlenki Fe zwiększają zwięzłość gleby, powodując jednocześnie spadek ich przepuszczalności. Fakt ten należy uwzględnić przy określaniu rozstawy drenów. Przy zawartości 1% Fe (w przeliczeniu na Fe2O3) rozpuszczonego w 20% HCl, rozstawę drenów zmniejszamy o 5%, a przy zawartości od 1-5% odpowiednio zmniejszamy o 5-20% zaprojektowanej rozstawy.
Oznaczenie zasolenia w glebach:
Wykonanie oznaczenia:
Metodą tradycyjną oznaczenie wykonujemy dla 100g gleby. W uzasadnionych przypadkach stosujemy metodę uproszczoną i naważamy 20g gleby. Naważoną glebę umieszczamy w kubku. Z cylindra miarowego napełnionego wodą destylowaną zalewamy glebę zalewamy glebę w kubku małymi porcjami wody intensywnie mieszając bagietką. Dodawanie wody kończymy gdy gleba osiągnie punkt pełnego nasycenia wodą i charakterystyczną konsystencję pasty. Pasta objawia się następująco:
- na powierzchni gleby mamy połyskliwą błonkę wody
- po przecięciu bagietką powierzchni gleba zlewa się powoli
- po nabraniu na bagietkę gleba swobodnie opada.
Ilość dodanej wody odczytujemy w gramach traktując 1ml jako 1g. Następnie obliczamy procent całkowitego nasycenia gleby wodą ( SP).
SP=(dodana woda w g / masa gleby w g)*100
Próbkę gleby nasyconą wodą przykrywamy papierem i zastawiamy na okres 1 godziny. Następnie całość pasty glebowej przenosimy na zestaw do sączenia podciśnieniowego i odsączamy nadmiar wody.
W przesączu wykonujemy pomiar przewodności elektrycznej wyskalowanym konduktometrem. Skalowanie konduktometru odbywa się przy pomocy roztworu wzorcowego którym jest KCl 0,01 mol/dm3 .
W roztworze badanym oznaczona przewodność elektryczna jest zapisywana jako
EC’ x poprawka = EC [mS/cm w temp. 250]
Następnie jej wartość mnożymy przez poprawkę uwzględniającą temperaturę podczas wykonywania badań. W rezultacie otrzymujemy przewodność roztworu w mS/cm w temp.250. W oparciu o wartość EC gleby dzielimy na grupy:
EC<4 niezasolona, 4-8 średnio słona, 8-16 słona, EC>16 bardzo słona.
Gdy znamy wartość EC i SP możemy obliczyć procent soli w stosunku do masy gleby:
% S = (0,064*EC*SP)/100; 0,064- przeliczenie mg soli na mS.
W sytuacji gdy metodą tradycyjna nie jest możliwa do wykonania oznaczenia stosujemy metodę uproszczoną. Pobieramy próbkę 20g doprowadzamy ją do konsystencji pasty i obliczamy SP stosując wzór jak w metodzie tradycyjnej. Następnie dodajemy wody w nadmiarze np. 50 ml. Całość gleby z wodą intensywnie mieszamy. Po opadnięciu cząstek glebowych sączymy przez sączek bibułowy aby uzyskać ilość przesączu odpowiednią do wykonania pomiaru EC. Obliczenia:
1) SP jak w metodzie tradycyjnej,
2) Obliczamy ilość całkowitej wody (A) dodanej do 100 g gleby A=(100/masę gleby (g))*w; w- całkowita ilość wody dodana do próbki
3) Obliczamy wielokrotność rozcieńczenia SP przez którą musimy pomnożyć wartość EC’, aby uzyskać wartość EC
EC=EC’*(A/SP).
Wiadomości ogólne
Zjawiska zasolenia charakterystyczne dla obszarów pustynnych i suchych mogą występować na terenach po przemysłowych, pokopalnianych jak również na terenach narażonych na emisję soli.
Proces gromadzenia się soli w glebie a zwłaszcza soli sodowych powoduję pogorszenie właściwości chemicznych i fizycznych gleb a także wzrost potencjału osmotycznego roztworu glebowego.
Wzrost potencjału w roztworze glebowym powoduję zmniejszenie różnicy między potencjałami roztworu glebowego i soku komórkowego korzeni roślin co obniża zdolność roślin do pobierania wody.
Typowymi objawami zasolenia są uszkodzone kiełki roślin, karłowate pędy, żółknięcie liści, zahamowanie wzrostu, wykształcenie słabego systemu korzeniowego.
Wrażliwość na zasolenie gleby poszczególnych gatunków roślin zawiera się w szerokim zakresie i ulega zmianie przy spadku uwilgotnienia gleby. Dlatego też w okresach suszy szkodliwość zasolenia wzrasta.
Gleby w zależności od składu granulometrycznego zawartości substancji organicznej mają różną zdolność do zatrzymywania wody. Dlatego też mając na uwadze wpływ zasolenie na rośliny bardziej właściwe jest wyrażenie zasolenia w postaci przewodności wodnej roztworu gleby niż podawanie wyników w wartościach bezwzględnych np. w % soli w stosunku do masy gleby.
Metody oznaczenia zasolenia. Zasolenie gleby oznacza się jako sumę stężeń różnych soli znajdujących się w wyciągu glebowym na podstawie pomiaru przewodności elektrolitycznej wodnego roztworu gleby przy pełnym jej nasyceniu wodą. W przypadku gleb mineralnych stan pełnego nasycenia uzyskujemy, gdy gleba przyjmuje postać pasty. Struktura fizyczna gleb organicznych nie pozwala na sporządzenie pasty glebowej, dlatego jej odpowiednikiem jest stan maksymalnej pojemności wodnej. Sole znajdujące się w glebie pod wpływem dodawanej wody ulegają rozpuszczeniu, a ich zawartość jest wprost proporcjonalna do przewodności elektrycznej roztworu(EC). EC jest wyrażane w mS/cm i sprowadzone do temp.25’C.