Ćwiczenie 1
Porównanie oznaczeń składu granulometrycznego metodami gruntoznawczymi i gleboznawczymi. Ustalenie rodzaju i nazwy gleby.

Gleba- utwór powstający w powierzchniowej warstwie zwietrzeliny skalnej pod wpływem czynników glebotwórczych( skała macierzysta, klimat, organizmy żywe, woda, działalność człowieka, rzeźba terenu, czas). Gleba stwarza warunki do rozwoju roślinności. Jest to utwór dynamiczny, w którym występują ciągłe przemiany substancji mineralnych i organicznych. Gleba podobnie jak i grunt jest utworem trójfazowym. Faza stała oprócz części mineralnych, zawiera zawszę substancję mineralną.

Frakcje uziarnienia	Gruntoznawstwo	Gleboznawstwo
f. Kamienista	>40	>20
f. Żwirowa	40-2	20-1
f. Piaskowa	2-0,05	1-0,1
f. Pyłowa	0,05-0,002	0,1-0,02
f. Iłowa (części spławialne)	≤0,002	<0,02

F. kamienista, żwirowa- części szkieletowe

F. piaskowa, pyłowa, iłowa- części ziemiste

Frakcja szkieletowa- utrudnia uprawę gleby

Frakcja piaskowa- zwiększa przewiewność i przepuszczalność gleby, zmniejsza retencję wodną i wysokość podsiąkania kapilarnego

Frakcja pyłowa- w glebach powstałych na gruntach sypkich zwiększa się retencja wodna i wysokość podsiąkania kapilarnego. Natomiast w glebach, których skałą macierzystą jest grunt spoisty, zmniejszeniu ulega plastyczność i pęcznienie.

Frakcja iłowa

• Ił pyłowy- znaczenie jak frakcji iłowej

• Ił koloidalny- właściwości sorpcyjne, zdolność do wiązania mikro i makroelementów. Powoduje zmniejszenie przewiewności i przepuszczalności gleb.

Jeżeli części szkieletowych jest > 50% są to utwory szkieletowe, <50% utwory szkieletowate.

Areometr Prószyńskiego- wykorzystywany w gleboznawstwie do badań granulometrycznych. Do badań tych bierzemy tylko części ziemiste, z których usunięto części organiczne i węglany.

Podział gleb ze względu na zawartość frakcji iłowej (<0,02 mm)

• Lekkie do 20%

• Średniociężkie -20-35%

• Ciężkie- 35-50%

• Bardzo ciężkie >50%

Ćwiczenie 2
Oznaczanie zawartości węglanów w glebach metodą Scheiblera i metodą miareczkowania.

Węglany- CaCO3, MgCO3, FeCO3

• Wapń jest pierwiastkiem wybitnie litofilnym, nagromadzonym głównie w zew częściach skorupy ziemskiej. Wyniku wietrzenia skał pierwotnych w obecności CO2, wapń przechodzi w dwuwęglan, która jako sól łatwo rozpuszczalna ulega ługowaniu przez wody i przedostaje się do skał osadowych nielitych.

• Węglany w glebach mogą być pochodzenia wtórnego lub pierwotnego.

• Występują one głównie we frakcji pyłowej w stanie rozproszonym, większych lub mniejszych skupień kryształów, wtrąceń, kukiełek.

• Ilość węglanów dochodzi nawet do 30%

• Wody infiltrujące w głąb osadów ilastych, zawierające agresywny dwutlenek węgla, rozpuszczają trudno rozpuszczalne węglany wapnia, przenosząc je w dół. Część kwaśnych węglanów zostaje wyniesiona na znaczne odległości, część zaś wtórnie osadzona w głębszych partiach osadów. W ten sposób tworzą się trzy strefy węglanowe: strefa odwapniania, strefa wtórnej koncentracji oraz strefa pierwotnej zawartości węglanów. Miąższość tych stref zależy przede wszystkim od przepuszczalności gruntów.

• Obecność węglanów w gruntach powoduje ich silną agregatyzację

• Wapń i magnez w kompleksie sorpcyjnym gruntów powoduje obniżenie ich właściwości hydrofilnych.

• Wpływają na strukturę gleby, jej przewiewność i przepuszczalność

• Wpływ na pH gleby (podnosi pH, które ma wpływ na rozwój roślinności)

Oznaczenie zawartości węglanów w gruntach przeprowadza się przez określenie zawartości dwutlenku węgla, który przelicza się na węglan wapnia (wartość wskaźnikowa). Ilościowe oznaczenie węglanów przeprowadza się na gruntach zawierających ponad 1% węglanów.

Metoda miareczkowania- oparta jest na rozkładzie węglanów kwasem solnym, a następnie miareczkowaniu nadmiaru kwasu roztworem wodorotlenku sodu

Metoda wg Scheiblera- rozkład węglanu wapnia kwasem solnym, ilość węglanów oznaczana jest z ilości, CO2- metoda objętościowa.

Zawartość węglanów w gruntach w Polsce

• Mady 10%

• Lessy- do 20%

• Iły zastoiskowe- do 31%

• Gliny zwałowe- do 15%

• Iły plioceńskie do 10%

3. Oznaczanie substancji organicznej w glebach: metoda Tiurina, metoda wody utlenionej i metoda prażenia.

Substancja organiczna po obumarciu organizmów może ulec całkowitemu rozkładowi, czyli mineralizacji lub też przekształceniu w próchnicę, czyli humifikacji. Udział w tych procesach bierze przede wszystkim mikroflora (bakterie, promieniowce, grzyby i glony) oraz częściowo mikro- i mezofauna. Procesy te zachodzą głównie w warstwie glebowej; około ¾ do 4/5 sub. organicznych ulega procesom mineralizacji, natomiast ¼ do 1/5 przekształca się w próchnicę.

Zawartość próchnicy w ogólnej ilości części organicznych wynosi średnio 80-90%. W skałach ilastych znajduje się średnio 2,1% sub org , w skałach węglanowych0,3%, w skałach piaszczystych 0,05%. W osadach czwartorzędowych występują jednak skały o zawartości sub org sięgającej kilkudziesięciu procent - mady, torfy, gytie itp.

Podział na frakcje ze względu na ich rozpuszczalność w rozpuszczalnikach:

1. Frakcje rozpuszczalne w kwasach (HCl) i roztworach alkalicznych; są to kwasy fulwowe

2. Frakcje rozpuszczalne w roztworach alkalicznych; są to kwasy huminowe

3. Frakcje nierozpuszczalne w kwasach i roztworach alkalicznych, rozpuszczalne w cieczach organicznych; są to huminy

[średni skład chemiczny próchnicy: C - 58%, O - 28%, H - 4-5%, N - 1,5%, popiół - 2-8%]

Frakcje te to substancje bezpostaciowe występujące jako koloidy. Są zw. polimerycznymi zbudowanymi z monomerów składających się z mikrostrukturalnych jednostek podstawowych w skład których wchodzą: jądro aromatyczne, mostki łańcuchowe, grupy funkcyjne.

W miarę wzrostu głębokości wzrasta stosunek ilościowy kwasów huminowych do fulwowych.

Cząsteczki próchnicy mają podobną budowę do min ilastych: mają ładunek ujemny i są otoczone kationami. Charakteryzują się wysoką hydrofilnością i zdolnościami sorpcyjnymi. Ujemne ładunki to wynik obecności na powierzchni cząsteczek m.in. grup karboksylowych (-COOH) i fenolowych (>-OH). Próchnica ma około 15-36 razy silniejsze zdolności sorpcyjne od min. ilastych. Jednocześnie próchnica wiążę kationy znacznie mniej trwale niż min. il.

Sub org tylko w niewielkiej części występuje w stanie wolnym, większa jej część tworzy połączenia organiczno-mineralne.

Badania zawartości sub org (humusowej) w gruncie polegają przede wszystkim na określeniu ilości węgla zawartego w tej substancji przez utlenienie go do CO2. Są to metody:

1. Metoda Tiurina (określenie węgla org z sub org przez utlenianie go za pomocą za pomocą dwuchromianu potasu; utlenianie zachodzi w środowisku kwaśnym i towarzyszy przejściu chromu 6-ścio wartościowego w 3-wartościowy, nadmiar chromu miareczkuje się solą Mohra)

Stosuje się ją do gruntów zawierających dużą ilość frakcji iłowej. Przy dużej ilości chlorków wyniki mogą być zawyżone - wynik zużycia dwuchromianu potasu na utlenianie chlorków podczas gotowania. Dlatego też nie stosuje się jej przy gruntach zawierających dużą ilość tlenków żelaza i manganu. Dokładność wyników tej metody zależy w dużej mierze od dokładności przeprowadzenia oznaczenia (roztarcie próbki, wolne dodawanie dwuchromianu potasu, spokojne i słabe gotowanie)

2. Oznaczanie sub org przy pomocy wody utlenionej (dla gruntów o zawartości sub org <10% i bez makroskopowo widocznych części roślin; polega na obliczeniu zawartości sub org z masy próbki wysuszonej oraz próbki utlenionej i wysuszonej)

3. Oznaczanie strat prażenia (polega na wyprażeniu próbki i obliczeniu strat na prażenie)

Wyniki są na ogół wyższe od metody Tiurina ze względu że do strat masy na prażenie liczy się sub org spalaną oraz dehydroksylowane minerały ilaste.

Popielność (Ac) - to zawartość popiołu w próbce wyrażona w % w stosunku do suchej masy próbki. Popielność jest odwrotnością strat prażenia. Oznacza się ją głownie dla torfów.

4. Frakcjonowanie substancji organicznej i oznaczanie zawartości węgla organicznego.

Bardzo dokładne metody opracowane na potrzeby gleboznawstwa zakładają konieczność usunięcia węglanów z badanych gleb przy użyciu rozcieńczonych kwasów mineralnych. Do wydzielenia sub org używa się mieszaniny alkoholu i benzenu - met. b. czasochłonna.

Prostsza i szybsza metoda rozfrakcjonowania, metoda pośrednia(M. Kononowa i N. Bieliczkowa), polega na ekstrakcji sub próchniczych z gleby przy użyciu pirofosforanu sodu oraz wodorotlenku sodu. Polega ona na oznaczeniu stosunku poszczególnych frakcji poprzez ustalenie zawartości węgla organicznego w każdej z wydzielonych frakcji. W reakcji tej w osadzie pozostają huminy(kw. huminowe i fulwowe) oraz nierozpuszczalne związki mineralne. Dalsze rozfrakcjonowanie polega na wykorzystaniu nierozpuszczalności kwasów huminowych w kw. Nieorganicznych).

Obliczanie zawartości węgla organicznego w wydzielonych kwasach huminowych i fulwowych przeprowadza się metodą Tiurina:

- kw. Fulwowe - różnica między ogólną zawartością węgla w wyciągu, a jego ilością w kwasach huminowych

Wraz ze wzrostem zawartości sub org w związkach próchniczych następuje zmniejszanie się zawartości kw. Huminowych i fulwowych w stosunku do huminów.

Oznaczanie zawartości żelaza w glebach oraz oznaczanie oglejenia gleb polową metodą jakościową.

Proces glejowy - redukcja Fe 3+ do Fe 2- zachodząca w warunkach redukcyjnych i beztlenowych (poniżej zwierciała wody gruntowej lub przy znacznym zawilgoceniu gleby) i przy redukcyjnym oddziaływaniu sub. org. na mineralną część gleby.

Proces glejowy rozwija się na skutek:

• wysokiego poziomu wód gruntowych

• wód pochodzących opadów lub długotrwałych zalewów

Efekty procesu glejowego:

~ plamy i zacieki (od szarych przez zielono-szare; zielono-niebieskie do ciemno niebieskich)

Barwa jest uzależniona od reakcji środowiska:

/gleby kwaśne - szare zabarwienie

/gleby zawierające Fe 2- - zielono-niebieskie

/gleby zawier. Dużo Fe 2- - ciemnoniebieskie

Barwa gleju zależy od:

• składu mechanicznego i chemicznego części ziemistej

• substancji organicznej

• Fe

Duża zawartość frakcji koloidalnych sprzyja powstawaniu intensywnie zabarwionych plam i zacieków glejowych, a ponadto koloidy sorbują kationy lub całe drobiny soli Fe i utrudniają jego wypłukiwanie dlatego w miejscach oglejenia spotyka się duże zawartości soli Fe,Mn,Mg,P i in. skł. org. i miner.

Żelazo w glebie występuje w dwojakiej formie:

1. unieruchomione w związkach chemicznych

2. żelazo ruchome - najczęściej związane z koloidami organicznymi co pozwala na dużą jej ruchliwość. Przy tych samych warunkach pH środowiska największe stężenie żelaza ruchomego jest w wierzchnich partiach profilu glebowego (bogatego w sub. org) a jego ilość maleje wraz z głębokością.

Takie idealne rozmieszczenie bywa zaburzone przez procesy przemywania i ługowania w wyniku wód opadowych. Unoszą one koloidy organiczne i organiczno-mineralne oraz zredukowane w strefach przypowierzchniowych związki Fe i Mn. W głębi gleby ze względu na mniejsza zawartość sub. org. panuje wyższy potencjał tlenowy, który powoduje bardzo szybkie utlenianie zredukowanych wyżej związków Fe i Mn i jeśli związki te znajdują się w strefie kontaktu 2 przeciwstawnych układów oksydo-redukcyjnych ulegną wytrąceniu w postaci smug i żyłek. Przemieszczane w wyniku przemywania mogą być także Ca,Mg,P,Al.

W praktyce natężenie oglejenia określa się na podstawie form jego występowania w glebie.

• oglejenie plamiste i zaciekowe - powstanie oglejenia plamistego związ. Jest ze szczątkami org. tworzącymi lokalne warunki redukcyjne umożliwiające powstanie oglejenia w postaci plam, a oglejenie zaciekowe w warunkach beztlenowych w obrębie spękań gleby wypeł. sub. org.

• oglejenie marmurkowate - połączenie pojed. plam i zacieków glejowych

• oglejenie strefowe - powoduje powstawanie w części profilu ciągłej warstwy oglejonej z występującą tylko plamiście barwą rdzawo-siną

• oglejenie całkowite - wyst. tylko w glebach bogatych sub. org. i o wysokim poziomie wód gruntowych

W typologi gleb wyróżniamy:

~ gleby opadowo-glejowe (pseudogleje) - gdy w-wy przepuszczalne gromadzące wodę opadową spoczywają na warstwach trudnoprzepuszczalnych.

~ gleby gruntowo-glejowy - proces glejowy zachodzi przy obecności wody będącej już w gruncie i podnoszącej się na skutek ruchu zwierciadła wód gruntowych

Do wykrywania jonów Fe 3+ służy: RODANEK POTASU {KCNS}

Do wykrywania jonów Fe 2- służy: ŻELAZICYJANEK POTASOWY (K3[Fe(CN)6]

Oznaczanie odczynu i kwasowości gleb (pH, kwasowość wymienna, kwasowość hydrolityczna). Obliczanie wapnowania gleb

pH- odczyn wyrażony stężeniem jonów wodorowych. Odczyn ten może być wyrażony zarówno w wodzie, jak i zawiesinie gruntu w wodzie destylowanej, KCl lub innym roztworze. W gleboznawstwie odczyn oznacza się najczęściej dla zawiesin glebowych w 1n roztworze chlorku potasu, oznaczając w ten sposób nie tylko kwasowość wywołaną przez obecność jonów wodoru w wodzie porowej, lecz także przez jony wodoru i glinu wyparte z kompleksu wymiennego gleby. Do oznaczania pH stosuje się między innymi metodę elektrometryczną. Metoda elektrometryczna polega na pomiarze napięcia między dwiema elektrodami umieszczonymi w badanym roztworze.

pH_KCl

≤4,5 gleby kwaśne (np. bielice, torfowe torfowisk wysokich)

4,6-5,5 kwaśne (np. bielicowe, rdzawe, płowe, torfowe torfowisk niskich)

5,6-6,5 słabo kwaśne (np. czarnoziemy, brunatne, płowe, deluwialne)

6,6-7,2 obojętne (np. czarnoziemy, brunatne, mady, mułowo-gytiowe)

>7,2 zasadowe (rędziny, słone)

Kwasowością gleby jest nazywany taki stan odczynu ich roztworu, w którym stężenie jonów H⁺ jest wyższe od stężenia jonów OH^-. Wyróżniamy kwasowość:

1. czynną (aktualną)- wywołaną obecnością jonów wodorowych w roztworze glebowym

2. potencjalną- spowodowaną przez wymienne jony wodoru i glinu znajdujące się w kompleksie wymiennym koloidów glebowych. Kwasowość potencjalna oznaczana w roztworze soli obojętnych (KCl) nazywana jest kwasowością wymienną, a oznaczana przez zalewanie gleby octanem wapniowym kwasowością hydrolityczną (obejmującą również kwasowość wymienną)

Kwasowość wymienna wywołana jest przez jony wodoru i glinu słabo związane przez kompleks sorpcyjny gleby. Przy reakcji gleby z roztworem soli obojętnej (KCl) jony te uwalniane są z kompleksu sorpcyjnego, a na ich miejsce wchodzi jon potasu, wyparte jony wodoru i glinu zwiększają kwasowość roztworu dodatkowo zakwaszając środowisko. Jednak sole obojętne nie wypierają wszystkich jonów wodoru i glinu z kompleksu sorpcyjnego. Wyparcie silnie związanych jonów uzyskuje się przez działanie na glebę roztworem soli hydrolizujących zasadowo, np. octan wapnia, oznaczając w ten sposób kwasowość hydrolityczną. Kwasowość hydrolityczna prawie w całości określa ilość jonów wodorowych wysycających kompleks sorpcyjny gleby, a przewaga jej w stosunku do kwasowości wymiennej jest tym wyższa, im gleba zawiera więcej próchnicy. Kwasowość hydrolityczną oznacza się w celu obliczenia ilości wapnia koniecznego do odkwaszania gleby.

Całkowita kwasowość wymienna gleb (c.k.w)- jest to suma kationów wymiennych o charakterze kwasowym tj. wodoru, glinu i innych. Kationy związane są ze stałym ładunkiem powierzchni cząstek gleby i utrzymywane siłami wiązań jonowych. Ten rodzaj kwasowości ujawnia się przy oddziaływaniu na glebę roztworem zasadowym chlorku baru (desorpcja kationów przez kation baru)

W glebach kwaśnych c.k.w odpowiada na ogół kwasowości hydrolitycznej. W glebach o odczynie zbliżonym do obojętnego całkowita kwasowość może być większa od kwasowości hydrolitycznej. C.k.w stanowi podstawę obliczania stopnia wysycenia kompleksu sorpcyjnego gleb kationami kwasowymi.

Zasada metody oznaczania c.k.w metodą Mehlicha

Polega na wyparciu kationów z kompleksu sorpcyjnego jonami Ba. W alkalicznym środowisku chlorku baru zbuforowanego trój etyloaminą do pH 8,1 kationy o charakterze kwasowym występują w postaci wodorotlenków, pozostałe zaś w postaci chlorków. Przez miareczkowanie kwasem oznaczamy liczbę kationów o charakterze kwasowym.

Oznaczanie sumy zasad S w kompleksie sorpcyjnym gleby według metody Kappena

Kationy wymienne o charakterze zasadowym (Ca, Mg, K, Na oraz w mniejszych ilościach metale ciężkie i kationy amonu) są desorbowane z gleby za pomocą jonu wodoru. Jest to prosta metoda pozwalająca na szybką ocenę łącznej zawartości kationów zasadowych (sumy zasad) w glebach kwaśnych.

Wartość sumy zasad S jest wskaźnikiem pojemności sorpcyjnej gleby w stosunku do kationów zasadowych i zależy głównie od uziarnienia, zawartości substancji organicznej i kwasowości gleby. Im wyższa jest kwasowość tym mniejszy jest udział kationów zasadowych w kompleksie sorpcyjnym gleby.

W warstwie ornej gleb uprawnych suma zasad S waha się od kilku lub kilkunastu (gleby lekkie) do kilkudziesięciu (gleby ciężkie) me/100g gleby. W glebach leśnych w poziomach organicznych wartość S wynosi zazwyczaj kilka me/100g gleby, a w poziomach mineralnych około 1 me/100g gleby, a nawet mniej (w piaskach).

Metodę Kappena stosuje się wyłącznie do określania sumy zasad S w glebach bezwęglanowych, o odczynie obojętnym lub słabo kwaśnym. Wartość S (me/100g gleby) może być uważana za przybliżoną zawartość sumy kationó wymiennych o charakterze zasadowym. Metoda oparta jest na reakcji wymiany, która przebiega w wyniku oddziaływania na próbę glebową określonej ilości roztworu HCl. Wodór zdysocjowanego HCl wypiera z kompleksu sorpcyjnego gleby kationy o charakterze zasadowym (Ca, Mg, K, Na, NH₄) oraz inne śladowe i zajmuje ich miejsce.Nadmiar kwasu miareczkuje się NaOH. Znając ilość i stężenie kwasu przed reakcją i po reakcji oblicza się z różnicy sumę zasad wymiennych.

Wapniowanie gleby (za pomocą CaO) - stosuje się w celu odkwaszenia gleby. Używając odpowiedniej ilości CaO na jednostkę powierzchni można glebę odkwasić o żądaną liczbę stopni pH.

---