Oznaczenie pH utwórów glebowych
I Metody kolorymetryczne - polegają na stosowaniu indykatorów (barwników) organicznych, które w stanie niezdysocjowanym posiadają inną barwę niż ich jony. Mają one charakter słabych kwasów lub zasad organicznych. Jeżeli w badanej zawiesinie glebowej przeważają jony wodorowe wówczas indykator o charakterze słabego kwasu cofa swoją dysocjację, natomiast zmienia swoją barwę w charakterystycznym dla niego zakresie stężeń jonów wodorowych i odpowiadających im wartościom pH.
Metoda kolorymetryczna Helliga - zasada tej metody jest oparta na zmianie zabarwienia indykatora uniwersalnego (czerwień metylenowa i błękit bromotymolowy w stosunku 2:1) w zależności od stężenia jonów wodorowych w roztworze glebowym. Pozwala ona na ocenę wartości pH w zakresie od 4-8, a jej dokładność waha się w granicach 0,5 jednostki. Metody kolorymetryczne mogą dawać błędne wyniki przy oznaczaniu pH w utworach organicznych ilastych (barwne kwasy próchniczne i sorpcja składników indykatora wpływające na wynik). Jest to metoda powszechnie stosowana w gleboznawstwie jednak tylko w badaniach polowych, z uwagi na małą dokładność.
Oznaczenie wykonuje się na porcelanowej płytce (kwasomierz Helliga) na której znajduje się małe wgłębienie oraz podłużna rynienka zakończona poprzecznym rowkiem. Na płytce bądź na osobnym arkuszu znajduje się skala barw dla odpowiednich wartości pH: 4 - zab czerwone, 5 - zab pomarańczowe, 6 - zab żółte, 7 - zab zgniło-zielone, 8 - zab niebiesko-zielone. Integralnym składnikiem kwasomierza Helliga jest pojemnik z indykatorem.
Wykonanie oznaczenia: Na dno dołeczka przy pomocy łyżeczki nasypać odrobinę badanej gleby (tak aby zapełnić go w 1/3 objętości). Zalać glebę ok. 10 kroplami indykatora Helliga (tak aby nad powierzchniąelHHel gleby znajdowała się kilku mm warstewka odczynnika). Mieszać odczynnik z glebą poprzez przechylanie i kołowanie płytką - przez okres 1-2 minut. Zabarwiony klarowny roztwór doprowadzić przez podłużny rowek pochylając płytkę do rynienki poprzecznej. Porównać barwę indykatora (po reakcji z glebą) z załączoną skalą barw i na tej podstawie określić (z dokładnością do 0,5 jednostki) wartość pH. Określić odczyn gleby, przyjmując że pH określone tą metodą jest zbliżone do oznaczanego w KCl.
Metoda potencjometryczna - polega na pomiarze siły elektrometrycznej (różnicy potencjałów) ogniwa zbudowanego z dwóch elektrod - kalomelowej (elektroda odniesienia o stałym potencjale uzależnionym od iloczynu jonowego kalomelu - Hg2Cl2 którym jest wypełniona) i szklanej (elektroda pomiarowa o zmiennym potencjale, zależnym od stężenia jonów wodorowych w zawiesinie glebowej) oraz elektrolitu (zawiesiny glebowej). Aktualnie zamiast dwóch oddzielnych elektrod stosuje się jedną elektrodę uniwersalną. Zawiesinę glebową przygotowuje się w wodzie destylowanej (oznaczenie kwasowości czynnej) lub w 1M KCl (oznaczenie kwasowości wymiennej) w następującym stosunku gleba: woda destylowana lub 1M KCl: - utwory mineralne - 1:2,5, utwory organiczne - 1:5. Różnicę potencjałów występującą pomiędzy elektrodami zanurzonymi w elektrolicie mierzy się przy pomocy potencjometru wyskalowanego w jednostkach pH (pH-metr). Każdy pH-metr wymaga przed pomiarem skalibrowania przy użyciu 2 roztworów buforowych o znanym pH, mieszczącym się w granicach wartości najczęściej spotykanych w glebach (między 4 a 8) przy uwzględnieniu temperatury jaką mają roztwory buforowe i zawiesina glebowa, a od której zależny jest wynik pomiaru (instrukcja obsługi przyrządu).
Wykonanie pomiaru pH: Przygotować w małych zlewkach zawiesinę glebową w odpowiednim stosunku gleba: woda destylowana lub 1M KCl zamieszać i pozostawić na 6 godz. Dokładnie opłukać elektrodę wodą destylowaną i delikatnie osuszyć końcówkę bibułą. Skalibrować pH-metr na 2 roztworach buforowych (po każdym pomiarze elektrodę opłukać i osuszyć). Ustawić temperaturę pomiaru. Zanurzyć elektrodę w zawiesinie glebowej i dokonać odczytu wyniku. Na podstawie uzyskanych wyników pomiarów pH określić odczyn gleby.
Oznaczanie zawartości CaCO3 w glebie
Węglan wapnia odgrywa w glebie bardzo dużą rolę. Optymalna jego w niej zawartość to 5-10%. Zawartość CaCO3 w utworach glebowych oznacza się najczęściej dwoma metodami: - polowa (orientacyjna), - objętościowa Scheiblera.
Obie metody polegają na określaniu ilości wydzielonego CO2 z utworu glebowego potraktowanego kwasem (najczęściej 10% HCl). Reakcja przebiega według wzoru:
CaCO3+2HCl CaCl2+CO2↑+H2O
Metoda polowa - małą próbkę gleby umieszcza się na płytce porcelanowej i traktuje 10% HCl. Zawartość CaCO3 ocenia się szacunkowo po intensywności wydzielania się banieczek CO2 (burzenia się). 1. brak wydzielania się CO2 - gleba nie zawiera CaCO3 lub poniżej 1%. 2. słabe wydzielanie się CO2 - gleba zawiera CaCO3 od 1% do 3%. 3. Silne lecz krótkotrwałe wydzielanie się CO2 (ok. 3 sek) - 3-5% CaCO3. 4 Silne i długie wydzielanie się CO2 - zawartość CaCO3 powyżej 5%.
Metoda objętościowa Scheiblera - polega na określeniu ilości wydzielonego CO2 ze znanej ilości utworu glebowego podczas działania na niego 10% HCl (w nadmiarze). Wydzielony CO2 jest zbierany w specjalnym aparacie nad nasyconym wodnym roztworem NaCl. Aparat Scheiblera składa się z dwóch biuret połączonych U-rurką, z których jedna jest kalibrowana i w górnej części połączona poprzez zawór i gumowy wąż z naczyniem, w którym przebiega reakcja. Naczynie reakcyjne skład się zwykle z kolby stożkowej, do której jest wprowadzona probówka lub ampułka z kwasem (zamontowana do szklanego przewodu znajdującego się w korku lub luźno włożona). Druga biureta w części dolnej jest połączona poprzez zawór i wąż gumowy z naczyniem wyrównawczym.
Przebieg oznaczenia: Odważyć 1-5 gramów cząstek ziemistych gleby powietrznie suchej w zależności od przewidywanej zawartości CaCO3. W tym celu należy określić zawartość CaCO3 metodą przybliżoną. Przy zawartości >5% CaCO3 naważka winna wynosić 2g; 3-5% CaCO3 - 3g; 1-3% CaCO3 - 4g; <1% - 5g. Przez podniesienie naczynia wyrównawczego i odkręcenie zaworu (przy odkorkowanym naczyniu reakcyjnym) należy doprowadzić poziom płynu w biuretach do początku skali (niekoniecznie do 0). Wykonać badanie na szczelność aparatu. W tym celu należy zamknąć naczynie reakcyjne korkiem z rurką i podłączonym do niej wężem gumowym. Zawór pomiędzy naczyniem reakcyjnym, a aparatem ustawić w pozycji umożliwiającej przepływ gazu między nimi. Następnie odkręcić na krótko zawór pomiędzy niewyskalowaną biuretą i naczyniem wyrównawczym - następuje obniżenie poziomu płynu w tej biurecie (powstaje różnica poziomów w biuretach). Jeżeli po pewnym czasie różnica nie zmieni się to znaczy że aparat jest szczelny. W przypadku nieszczelności należy sprawdzić ustawienie zaworów i zamknięcie korkiem naczynia reakcyjnego. Jeżeli aparat jest szczelny podnosimy płyn w biuretach. Wsypuje się odważoną próbkę gleby do naczyńka reakcyjnego przez lejek, aby gleba nie osiadła na ściankach. Ostrożnie wkłada się probówkę z 10% kwasem solnym i zamyka szczelnie korkiem połączonym wężem gumowym z aparatem. Dokonuje się ostatecznego wyrównania poziomów w biuretach przy pomocy zaworu i naczynia wyrównawczego. Wykonuje się odczyt poziomu płynu w biurecie wyskalowanej. Przechyla się naczynie reakcyjne tak aby niewielka ilość kwasu zwilżyła glebę. Następuje wydzielanie się CO2, który wypiera roztwór z biurety kalibrowanej do niekalibrowanej. Należy na bieżąco wyrównywać poziomy w obu biuretach przez spuszczanie płynu do naczynia wyrównawczego. Następnie naczynie reakcyjne przechyla się ponownie wprowadzając następną porcję kwasu i tak aż do ustania reakcji (poziom w biurecie kalibrowanej przestaje się obniżać). Wyrównać ostatecznie poziom płynu w biuretach i dokonać odczytu. Różnica między odczytem początkowym i końcowym stanowi objętość wydzielonego CO2 w ml. Należy znać aktualne ciśnienie barometryczne w mm Hg oraz aktualną temperaturę wg której odczytuje się z tabeli prężność pary wodnej nad nasyconym roztworem NaCl.
Sposób obliczenia zawartości CaCO3 Jeżeli oznaczymy jako: Q - masa gleby wziętej do analizy w mg, V - objętość wydzielonego CO2 w ml, t - aktualna temperatura w st. C, T - 273+t (temperatura bezwzględna), p - ciśnienie barometryczne (aktualne) w mm Hg 742, p' - ciśnienie pary wodnej w mm Hg nad nasyconym roztworem NaCl dla aktualnej temp, D - gęstość jednego ml CO2 w warunkach pomiaru, d - gęstość jednego ml CO2 w warunkach normalnych tj. w 760 mm Hg i 0 C = 1,9769 mg/cm3 to D=(p-p')*273*d/760*T 273+t
%CO2=D*V*100/Q %CaCO3=M CaCO3/M CO2 * %CO2
KOMPLEKSY:
1 - pszenny bardzo dobry, 2 - pszenny dobry, 3 - pszenny wadliwy, 4 - żytni bardzo dobry, 5 - żytni dobry, 6 - żytni słaby, 7 - żytnio-łubinowy, 8 - zbożowo-pastewny mocny, 9 - zbożowo-pastewny słaby, 10 - pszenny dobry śródgórski i podgórski, 11 - zbożowy górski, 12 - zbożowo-pastewny górski, 13 - owsiano-pastewny górski, 14 - gleby orne przeznaczone pod użytki zielone, 1z - użytki zielone bardzo dobre i dobre, 2z - użytki zielone średnie, 3z - użytki zielone słabe i bardzo słabe, RN - gleby rolniczo nieprzydatne, Ls - lasy, W - wody, WN - wody nieużytki, N - nieużytki rolnicze, Tz - tereny zabudowane.
TYPY:
A - gleby bielicowe właściwe i pseudobielicowe, B - brunatne właściwe, Bw - gleby brunatne wyługowane i kwaśne, C - czarnoziemy właściwe, Cd - czarnoziemy deluwialne, Cz - czarnoziemy zdegradowane i gleby szare, D - czarne ziemie właściwe, Dz - czarne ziemie zdegradowane i ziemie szare, F - mady, FG - mady glejowe, G - gleby glejowe, Emt - gleby mułowo-torfowe, Etm - gleby torfowo-mułowe, T - gleby torfowe, M - gleby murszowo-mineralne i murszowate, R - rędziny o niewykształconym profilu, Rb - rędziny brunatne, Rc - rędziny czarnoziemne, Rd - rędziny deluwialne, (bez znaku) - gleby o niewykształconym profilu.
RODZAJE I GATUNKI
żp - żwiry piaszczyste, żg - żwiry gliniaste, pl - piaski luźne, ps - piaski słabo gliniaste, pgl - piaski gliniaste lekkie, pgm - piaski gliniaste mocne, gl - gliny lekkie, gs - gliny średnie, gc - gliny ciężkie, płz - pyły zwykłe, płi - pyły ilaste, ls - lessy i utwory lessowate, li - lessy i utwory lessowate ilaste, ip - iły pylaste, i - iły, l* - rędziny lekkie, s* - rędziny średnie, c* - rędziny ciężkie, sk - gleby skaliste, sz* - gleby szkieletowe, o - gleby wytworzone ze skał osadowych okruchowych niescementowanych, o - skały osadowe o spoiwie niewęglanowym, (kwadracik) - skały osadowe o spoiwie węglanowym, p - oznaczenie pylastości, n - torfy niskie, v - torfy przejściowe i wysokie, wł - wapno łąkowe, d - gleby deluwialne, - - gleby płytkie (do 25 cm), = - gleby średnio - głębokie (25-50 cm), ● - podłoże zalega płytko (do 50 cm), : - podłoże zalega średnio głęboko (50 - 100 cm), ●: - podłoże zalega głęboko (100-150 cm)
Kwasowość czynna - ilość zdysocjowanych jonów H+ znajdujących się aktualnie w roztworze glebowym, jej odzwierciedleniem jest pH w H2O.
Kwasowość wymienna - jest wywołana jonami H+ i Al3+ słabo związanymi w kompleksie sorpcyjnym, które przechodzą do roztworu pod wpływem obojętnym soli. Najczęściej do tego celu stosuje się 1 M KCl.
Metoda areometryczna Cassagrande'a w modyfikacji Prószyńskiego
Należy do grupy metod sedymentacyjnych i jest powszechnie stosowana w laboratoriach gleboznawczych w Polsce. Metoda areometryczna polega na pomiarze gęstości zawiesiny glebowej przy użyciu specjalnego areometru w odstępach czasów potrzebnych na opadnięcie określonej frakcji. Cząstki glebowe mają gęstość większą niż woda. Ponieważ opadają z prędkością zależną, od ich średnic można, biorąc pod uwagę odstęp czasu od początku pomiaru, określić w procentach pozostałą w zawiesinie ilość cząstek. Areometr wyskalowany jest w procentach i wskazuje każdorazowo sumę frakcji granulometrycznych będących jeszcze w zawiesinie. Możliwe to jest przy stałej ilości gleby i wody w cylindrze. Czasy odczytów dla poszczególnych frakcji podane są w tabelach w zależności od składu granulometrycznego utworu glebowego i temperatury zawiesiny. 40*100: (100-Wh)
Oznaczanie gęstości właściwej mineralnych utworów glebowych
Gęstość właściwa gleby jest to stosunek masy fazy stałej gleby do jej objętości:
ros=MS/Vs gęstość właściwa mineralnych utworów glebowych Polski waha się w przedziale 2,3-2,8 g/cm3 i zależy głównie od składu mineralnego i zawartości próchnicy. Dość powszechnie oznacza się ją metodą piknometryczną.
Q=q1-0,01*Wh*q1
ros=q/(Pw+q)-Pwq
Gęstość objętościowa gleby - jest to stosunek suchej masy utworu glebowego o nienaruszonej strukturze do jego objętości.
rov=MS/V-całkowita objętość suchej gleby o nienaruszonej strukturze [cm3]. W glebach mineralnych gęst obj wynosi najczęściej 1,1-1,8 g/cm3. najniższą wartość wykazuje zwykle w poziomie próchnicznym i wzrasta w głąb profilu. Mechaniczne zabiegi uprawowe z reguły zmniejszają gęst obj natomiast ugniatanie gleby powoduje jej wzrost. W glebach organicznych gęst obj jest znacznie niższa (0,5-1,0g/cm3)
rov=G/Gp-Gpw-(Gp-G)/rop G - masa powietrznie suchej bryłki, Gp - masa zaparafinowanej bryłki na powietrzu, Gpw - masa zaparafinowanej bryłki w wodzie, rop - gęstość właściwa prafainy (0,9g/cm3). Znajomość gęst właśc i obj utoru glebowego pozwala na określenie jego porowatości ogólnej: Pog=ros-rov/ros * 100%