INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA UNIWERSYTET ZIELONOGÓRSKI
Laboratorium z gleboznawstwa i rekultywacji
I ROK INŻYNIERII ŚRODOWISKA STUDIA DZIENNE GRUPA 15 B	10.03.2010
„OZNACZENIE ZAWARTOŚCI WĘGLA ORGANICZNEGO W GLEBACH I GRUNTACH” AUTORZY OPRACOWANIA: Mateusz Jaskulski Dominik Chrebor Michał Bojdak

Podstawowe wiadomości teoretyczne

1.Próchnica i jej właściwości.

W związkach organicznych podstawowym pierwiastkiem jest węgiel C.

Istnieje kilka milionów różnych związków organicznych. Większość z nich jest pochodzenia naturalnego, tzn. jest wytworzona przez rośliny i zwierzęta.

Źródłem substancji organicznych w glebach jest również stosowanie w rolnictwie pestycydów do zwalczania owadów, gryzoni i chwastów, wprowadzanie do gleby substancji strukturotwórczych (np. obornik), przecieki ropy naftowej, olejów napędowych i smarów ze środków transportu, opady atmosferyczne, hałdy odpadów i wysypiska śmieci.

Częścią organiczną gleby powstałą w wyniku przekształcenia na drodze biochemicznej przy udziale mikroorganizmów jest próchnica glebowa.

Tak więc próchnica glebowa jest produktem rozkładu i ponownej syntezy związków organicznych, przy udziale mechanizmów fizyko- chemicznych i świata ożywionego.

W skład próchnicy glebowej wchodzą:

• kwasy humusowe (fulwokwasy, kwasy huminowe brunatne i właściwe),

• huminy,

• ulminy,

• kompleksowe związki próchniczo- mineralne.

Jakość próchnicy zależy od wielu czynników wpływających na proces humifikacji, stąd też wyróżnia się:

• próchnicę właściwą(amorficzną)-powstającą w wyniku pełnego procesu humifikacji,

• próchnicę torfową-powstającą w wyniku częściowej humifikacji

Właściwości sorpcyjne próchnicy są ok. 15-46 razy silniejsze od zdolności sorpcyjnych minerałów ilastych. Jednocześnie należy jednak mieć świadomość, że sorpcja ta jest mniej trwała niż w przypadku minerałów ilastych.

W warstwie ornej większości gleb Polski zawartość węgla oznaczonego metodą Tiurina waha się od 1 do 2%, a w podglebiu od ilości śladowych do 1%.

Szereg gleb charakteryzuje się wyższą zawartością węgla organicznego: czarnoziemy, mady, rędziny, poziomy organiczne gleb leśnych, torfy, gleby murszowe.

Na podstawie zawartości węgla organicznego w glebie, wnioskuje się o zawartości w niej próchnicy, stosując matematyczny przelicznik wynikający z przeciętnej zawartości węgla w próchnicy (58%).

Dla przeliczenia węgla organicznego na próchnicę stosuje się współczynnik mnożenia 1,724.

Znaczenie próchnicy glebowej.

Substancje próchniczne stanowią jeden z podstawowych czynników decydujących o żyzności gleby. Próchnica, jako swoista forma substancji organicznej, przyczynia się do

• wzrostu i rozwoju roślin

• wpływa na fizyczne, chemiczne i biologiczne właściwości gleby,

• podstawowe źródło azotu (N) i fosforu (P) dla roślin,

• zwiększa na aktywność mikroflory i mikrofauny glebowej,

• poprawia strukturę gleby,

• ułatwia aerację, retencję wodną i uprawę gleby,

• dzięki ciemnemu zabarwieniu próchnica silnie pochłania promienie słoneczne,

• poprawia właściwości termiczne gleby,

• zwiększa zdolność buforową gleby,

• reguluje i stabilizuje odczyn gleby.

Sposoby oznaczania zawartości węgla w glebie.

Zawartość próchnicy w glebie określa się na podstawie ilościowego oznaczenia

węgla, gdyż stanowi on główny składnik związków organicznych. Wszystkie metody oznaczania C-organicznego w glebie opierają się na jego utlenianiu do CO2.

Można je podzielić na:

• metody wagowe- polegają na spalaniu substancji organicznej i wychwytywaniu w urządzeniach absorpcyjnych CO2 wydzielonego przy utlenianiu węgla. Spalanie substancji organicznej można przeprowadzić na drodze suchej (metoda Terlikowskiego) lub na drodze mokrej (metoda Knopa, Allisona). Metody te wymagają jednak odpowiedniego wyposażenia laboratoryjnego i nie są stosowane powszechnie do masowych oznaczeń.

• metody objętościowe-metody objętościowe polegają na spalaniu substancji organicznej na mokro przy użyciu silnego utleniacza, np. K2Cr2O7, KMnO4 stosowanego w nadmiarze. Nadmiar pozostałego po reakcji utleniacza odmiareczkowuje się roztworami redukcyjnymi np. solą Mohra FeSO4(NH4)2SO4 6H2O. Metody objętościowe nie wymagają specjalnego wyposażenia, są bardzo szybkie i powszechnie stosowane w laboratoriach gleboznawczych.

Biodegradacja związków organicznych

Związki organiczne w glebie ulegają biodegradacji. Biodegradacja to

biochemiczny rozkład związków organicznych na prostsze składniki chemiczne przez mikroorganizmy. Biodegradacja jest procesem, w którym struktura związku organicznego ulega zmianie w czasie enzymatycznych reakcji. Związki pośrednie i produkt końcowy powstały podczas tych przemian mogą być również toksyczne.

Biodegradacja związku może przebiegać do końca lub może zatrzymać się na

częściowej degradacji związku. Proces degradacji związku zależy od rodzaju

mikroorganizmów, rodzaju substancji biodegradowanej oraz warunków

środowiskowych.

2. Sposób wykonania ćwiczenia

Oznaczenie zawartości węgla organicznego w glebie wykonano metodą Tiurina.

Odczynniki: 0, 4N dwuchromian potasu (K2Cr2O7), wodny roztwór fenantroliny, 0,2N roztwór soli Mohra, woda destylowana.

Sprzęt laboratoryjny: waga analityczna, kolby miarowe 100cm3, płytka grzejna, pipety, stoper.

Przebieg ćwiczenia:

Do zlewki o pojemności 100cm3 umieszczono 0,1- 0,2g przetartej i przesianej wcześniej przez sito (0,2mm) gleby.

Następnie wlano10ml 0,4N dwuchromianu potasu tak, aby próba była całkowicie pokryta odczynnikiem.

W wylocie kolby umieszczono luźno wchodzący szklany korek, który pełnił rolę chłodnicy zwrotnej w czasie gotowania.

Tak przygotowany preparat ustawiono na płycie grzewczej i utrzymywano w stanie wrzenia przez 5 minut, po czym ostudzono go do temperatury pokojowej.

Następnie do preparatu dodano 60cm³ wody destylowanej, 2-3 krople siarczanu ferroiny (wskaźnik) i miareczkowano 0,2N roztworem soli Mohra do uzyskania barwy brunatno-czerwonej.

Oprócz tego przygotowano także próbę zerową.

Zawartość węgla organicznego w próbie obliczmy ze wzoru:

X_c =
[%]

gdzie:

V0 - zużyta objętość 0, 2N roztw. Soli Mohra do zmiareczkowania próby zerowej,

V - zużyta objętość 0, 2N roztw. Soli Mohra przy próbie z glebą w cm³,

n - 0,0006

m - masa użytej w preparacie gleby.

W naszym przypadku V0 wyniosło - 22,5cm3.

Ilość zużytej gleby - 0,21g

A do zmiareczkowania próby zużyliśmy 4cm³ roztworu soli Mohra. Podstawiając te dane otrzymaliśmy:

X_c= 5,29%

Po wymnożeniu uzyskanego wyniku X_c przez współczynnik 1,62 uzyskujemy zawartość próchnicy w glebie,a więc

Xs.próchn.= 5,29*1,62=8,57

3. Wnioski

• metoda Tiurina pozwala w łatwy i dokładny sposób określić zawartość węgla w glebie

• gleboznawcy ustanawiają optymalną zawartość węgla w podłożu uprawnym na poziomie około 2,5% (co odpowiada zawartości próchnicy ok. 5%) zatem otrzymany przez nas wynik zawartości węgla organicznego w badanej próbce który wyniósł 1,69% wskazuje na mały stopień żyzności badanej przez nas gleby.

---