FIZYCZNE WŁAŚCIWOŚCI GLEB C.D.

Oznaczanie wodoodporności agregatów glebowych

metodą przesiewania na mokro według Kullemana

Metody oznaczania wodoodporności agregatów glebowych można podzielić na:

• szalkowe - w wodzie stagnującej,

• deszczowania - poddawanie agregatów oddziaływaniu sztucznego deszczu,

• przepłukiwania - poddawanie agregatów działaniu przepływającej wody,

• przesiewania na mokro,

• przepływowe - metody pośrednie określające wodoodporność na podstawie ilości wody przepływającej przez frakcję agregatów w określonym czasie.

Pomiaru wodoodporności agregatów dokonuje się najczęściej dla określonej frakcji, rzadko dla gleby w stanie naturalnym.

Metoda przesiewania na mokro według Kullemana polega na zanurzaniu określonej frakcji agregatów, umieszczonych na sitach, w wodzie i poddawaniu sit ruchom boczno-pionowym lub wahadłowym. Agregaty, w zależności od stopnia wodoodporności, ulegają rozmyciu w trakcie przesiewania i przemieszczają się zależnie od wielkości, na niżej umieszczone sita o odpowiedniej średnicy oczek. Działanie wody połączone z ruchem sit jest w tych metodach bardziej agresywne niż w warunkach polowych.

Wykonanie oznaczenia

Na zestawie sit o średnicy oczek 0,25; 0,5; 1,0; 1,5 i 2,5 mm umieścić 20 g wybranej frakcji agregatów glebowych (glebę wysuszoną na powietrzu przesiać przez sito np. o średnicy oczek 3-5 mm). Wstawić sita do naczynia z wodą tak, aby gleba mogła nasiąknąć (około 5 min). Glebę wytrząsać w wodzie około 20 min. Skok pionowy ruchu sit powinien wynosić 5 cm i trwać 1 min. Pozostałość po przesianiu suszyć w temperaturze 105^oC przez 3 godz., następnie zważyć i obliczyć procent poszczególnych frakcji agregatów wodo-odpornych. Oznaczenie należy wykonać w co najmniej 4 powtórzeniach.

Obliczanie wyników

Po zważeniu gleby na poszczególnych sitach, oblicza się wodoodporność danej frakcji agregatów wg wzoru:

pozostałość na sicie (g)

Wskaźnik wodoodporności dla danej frakcji (%) = —————————— ∙ 100

naważka (g)

Często dla uzyskania przejrzystej charakterystyki analizowanej gleby podaje się wskaźnik wodoodporności w postaci jednej liczby np. dla agregatów glebowych o średnicy większej od 1 mm lub 0,25 mm.

CHEMICZNE WŁAŚCIWOŚCI GLEB, ZIEM I PODŁOŻY OGRODNICZYCH

Chemiczne właściwości gleb, ziem oraz podłoży ogrodniczych są uzależnione od ich właściwości fizycznych i biologicznych, z którymi wspólnie tworzą określone warunki życia roślin w danym środowisku. Zaopatrzenie roślin w mineralne składniki odżywcze wiąże się ściśle z chemicznymi właściwościami gleb. Zasadniczym źródłem składników jest faza stała gleby, w skład której wchodzą części organiczne (substancja organiczna) i mineralne.

Substancja organiczna

Biorąc pod uwagę zawartości substancji organicznej wyróżnia się dwie, bardzo ogólnie, grupy gleb: gleby mineralne i organiczne. Gleby mineralne zawierają różną ilość substancji organicznej, najczęściej od ilości śladowych do 15-20%. Wszystkie gleby, w których zawartość substancji organicznej wynosi powyżej 20% zaliczane są do tzw. gleb organicznych lub ziem czy podłoży organicznych.

Źródłem substancji organicznej gleb są przede wszystkim obumarłe rośliny oraz stosowane nawozy organiczne. Pewną część materii organicznej stanowi również mikrofauna i mikroflora, jednakże udział tych organizmów w tworzeniu substancji organicznej jest o wiele mniejszy niż udział roślin.

Substancja organiczna w glebie znajduje się w stanie ciągłego rozkładu, rozkładana jest przez drobnoustroje, stanowiąc dla nich źródło energii i węgla. Tempo rozkładu związków organicznych wchodzących w skład substancji organicznej jest różne. Najszybciej ulegają rozkładowi cukry, skrobia, białka proste, białka złożone, nieco trudniej hemicelulozy, a najwolniej celuloza, chityny, tłuszcze i woski.

Procesy jakim ciągle jest poddawana substancja organiczna to mineralizacja i humifikacja. Mineralizacja polega na całkowitym rozkładzie związków or­ganicznych do prostych związków mineralnych - CO₂, H₂O i składników mineralnych. Humifikacja jest procesem powstawania z produktów rozkładu tkanek roślinnych oraz ciał mikroorganizmów swoistych substancji próchni­cowych o charakterze słabych kwasów organicznych, zawierających w swoim składzie obok węgla, wodoru i tlenu również zmienną ilość azotu. Kryterium podziału tych związków stanowi różna ich rozpuszczalność w zasadach, kwasach i rozpuszczalnikach organicznych. Biorąc pod uwagę powyższe kry­teria w próchnicy można wyszczególnić:

1. bituminy,

2. związki humusowe:

1. kwasy humusowe w postaci wolnej i związanej

• kwasy huminowe brunatne zwane kwasami ulminowymi,

• kwasy huminowe właściwe,

• fulwokwasy,

2. huminy i ulminy.

Związki te odznaczają się obecnością grup karboksylowych (-COOH), hy­droksylowych fenoli ( -OH) i enoli, metoksylowych (-OCH₃), karbonylowych ( =CO) i chinonowych (C=O).

W procesie rozkładu substancji organicznej przez mikroorganizmy, wyko­rzystują one do budowy własnego ciała łatwo dostępne formy azotu, który pobierają z gleby. W konsekwencji w początkowym okresie rozkładu substancji organicznej spada gwałtownie w glebie zawartość azotu. W miarę rozkładu stosunek C:N zawęża się w wyniku wydzielania się dużych ilości węgla w formie CO₂. Po zhumifikowaniu materiału roślinnego aktywność mikro­organizmów mineralizujących substancję organiczną zmniejsza się na skutek wyczerpania łatwo rozkładających się związków węgla. Z kolei następuje rozkład ciał mikroorganizmów, prowadzący w końcowym efekcie do uwalniania azotu azotanowego w procesie nitryfikacji. Azot azotanowy zaczyna gromadzić się w glebie przekraczając nawet poziom wyjściowy.

Powstała po tych przemianach substancja organiczna jest ciemną, bezpos­taciową, heterogeniczną masą koloidalną zwaną ogólnie próchnicą. Jakość i ilość próchnicy jest zmienna i zależy od roślinności oraz mikroorganizmów biorących udział w procesach humifikacji, od właściwości wodnych, powietrz­nych i cieplnych oraz od właściwości chemicznych samej gleby.

Wyróżnia się próchnicę właściwą czyli amorficzną, którą charakteryzuje całkowita humifikacja, dobre wymieszanie i związanie z mineralną częścią gleby oraz próchnicę torfową charakteryzującą się częściowym rozkładem szczątków organicznych. Próchnica właściwa, jak również próchnica torfowa, ze względu na swój ładunek, mogą być wysycone różnymi kationami, które w tej formie są magazynowane i stanowią źródło składników pokarmowych dla roślin. Pojemność sorpcyjna próchnicy (300-400 me∙100 g^-1 próchnicy) przewyższa pojemność najsilniej sorbującego minerału ilastego.

Próchnica posiada silne właściwości buforowe, dzięki którym może zapo­biegać nagłym zmianom odczynu gleby. Ciemna barwa próchnicy powoduje silne pochłanianie promieniowania słonecznego. Wysycona jonami Ca⁺², Mg⁺² i Al⁺³ ma właściwości klejące, dzięki czemu wpływa na tworzenie się struktury agregatowej. Ponadto poprzez tworzenie związków chelatowych próchnica umożliwia roślinom pobieranie składników pokarmowych, które w innych połączeniach są niedostępne dla roślin. Próchnica działa stymulująco na wzrost i plonowanie roślin, a także na rozwój mikroorganizmów.

Oznaczanie zawartości substancji organicznej

Substancję organiczną można oznaczać metodami termicznymi i oksydacyjnymi.

METODA TERMICZNA

W metodzie termicznej wykorzystuje się reakcję utleniania (w wyższych temperaturach) substancji organicznej do CO₂ i H₂O. Efekt reakcji można określić chwytając ilościowo produkty spalania i na ich podstawie obliczyć zawartość próchnicy w glebie. Częściej jednak zawartość substancji organicznej oblicza się ze straty na wadze po prażeniu.

Glebę praży się do stałej masy i z różnicy masy próbki przed i po prażeniu oblicza się procentową zawartość substancji organicznej. Należy zaznaczyć, że podczas prażenia oprócz substancji organicznej uwalnia się także woda konstytucyjna zasorbowana przez minerały glebowe, obarczając w ten sposób oznaczenie pewnym błędem.

Wykonanie oznaczenia

Średniej wielkości tygiel wraz z wieczkiem wyprażyć do stałej masy zwa­żyć (a). Następnie napełnić tygiel do połowy próbką glebową (około 2 g) wysuszoną na powietrzu i przesianą przez sito o średnicy oczek 0,2 mm i wstawić bez wieczka do suszarki. Suszyć przez 12 godzin w temperaturze 105°C celem usunięcia wody higroskopowej. Następnie ostudzić tygiel w eksykatorze, nakryć wieczkiem i zważyć (b). Odkryty tygiel wstawić ponownie do pieca i prażyć w temperaturze 600°C do stałej masy (około 2 godziny).

Jeżeli gleba zawiera węglany, to po ostudzeniu tygla zwilżyć wyprażoną glebę roztworem węglanu amonu. Zwilżenie roztworem węglanu amonu ma na celu regenerację węglanów, które mogły ulec rozkładowi w czacie prażenia. Tygiel ostudzić w eksykatorze, nakryć wieczkiem i zważyć (c).

Obliczanie wyników

substancja organiczna (%)

Metoda oksydacyjna

Przeprowadzając analizę tą metodą oznacza się najpierw zawartość węgla organicznego, a następnie przy zastosowaniu przyjętego współczynnika oblicza się ilość substancji organicznej. Najczęściej stosuje się współczynnik 1,724 odpowiadający zawartości węgla w substancji organicznej równej 58%. Za­wartość ta nie jest jednak stała i waha się w granicach 45-70%, dlatego też obliczenia z uwzględnieniem tego współczynnika obarczone są błędem. Z tego powodu częściej wyraża się zawartość substancji organicznej w glebie zawartością węgla organicznego.

Oznaczanie węgla organicznego w glebie metodą Tiurina w modyfikacji Oleksynowej

Zasada tej metody polega na wykorzystaniu utleniających zdolności chromu (Cr^VI) związanego z dichromianem(VI) potasu. Chrom z Cr⁺⁶ ulega ilościowej redukcji pod wpływem węgla organicznego do Cr⁺³ utleniając węgiel do CO₂. Reakcja zachodzi w obecności kwasu siarkowego(VI), który ma zdolność odciągania wody i rozkładania substancji organicznej z równoczesnym wydzielaniem węgla atomowego utlenianego przez chrom do CO₂ według reakcji:

2K₂Cr₂O₇ + 8H₂SO₄ + 3C —> 2K₂SO₄ + 3CO₂ + 2Cr₂ (SO₄)₃ + 8H₂O

4Cr⁺⁶ + 3C —> 4Cr⁺³ + 3C⁺⁴

Roztwór dichromianu(VI) potasu dodaje się w nadmiarze. Część chromu (Cr^VI) w dichromianie potasu zostaje zużyta na utlenianie węgla, resztę redukuje się siarczanem(VI) diamonu i żelaza(II) (sól Mohra) wobec fenantroliny (indykatora). Reakcja przebiega według wzoru:

K₂Cr₂O₇ + 6FeSO₄(NH₄)₂SO₄ + 7H₂SO₄

—> 3Fe₂(SO₄)₃ + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 6(NH₄)₂SO₄ + 7H₂O

2Cr⁺⁶ + 6Fe⁺² —> 2Cr⁺³ + 6Fe⁺³

Wykonanie oznaczenia

Odważyć 0,1-1,0 g gleby (przygotowanej jak w metodzie termicznej ) w za­leżności od spodziewanej zawartości substancji organicznej. Przenieść glebę ilościowo do erlenmajerki o pojemności 50 lub 100 cm³ i zalać 10 cm³ mieszaniny dichromianu potasu(VI) z kwasem siarkowym(VI). Erlenmajerkę nakryć szkiełkiem zegarkowym lub lejkiem (pełni rolę chłodnicy zwrotnej) i ogrzewać na kipiącej łaźni wodnej przez 30 minut. Następnie zdjąć z łaźni, ostudzić i roz­cieńczyć dodając 10 cm³ wody destylowanej. Roztwór powinien mieć zabarwienie pomarańczowożółte lub brunatnozielone. Zielone zabarwienie świadczy o niewystarczającej ilości utleniacza (dichromianu). Po dodaniu 3-4 kropli fenantroliny, roztwór miareczkować solą Mohra do koloru brunatnoczerwonego.

Równocześnie wykonać „ślepą próbkę” (bez gleby), tzn. odmierzyć taką samą objętość mieszaniny dichromianu(VI) potasu z kwasem siarkowym(VI) ogrzewając w tych samych warunkach i miareczkować tak, jak próbkę z glebą.

Próbka w miarę dodawania soli Mohra zmienia zabarwienie najpierw na zielone (co oznacza, że w próbie znajduje się już tylko niewielka ilość Cr^VI), a następnie na czerwonobrązowe (barwa zredukowanej fenantroliny).

Chrom Cr^VI w dichromianie potasu jest koloru czerwono-pomarańczowego, a zredukowany (przez węgiel i sól Mohra) Cr^III - zielony.

Obliczanie wyników

C organiczny (% )

substancja organiczna (% )

a - ilość cm³ 0,2 mol dm^-3 FeSO₄(NH₄)₂SO₄ zużyta do miareczkowania ślepej próby

b - ilość cm³ 0,2 mol dm^-3 FeSO₄(NH₄)₂SO₄ zużyta do miareczkowania próby z glebą

c - masa (g) gleby powietrznie suchej lub absolutnie suchej,

0,0006 - współczynnik ten jest przelicznikiem równoważnikowym ilości cm³ 0,2 mol dm^-3 soli Mohra na gramy węgla organicznego i wynika z następującej zależności:

2 mole K₂Cr₂O₇ utlenia 3 mole C czyli 36 g węgla organicznego, 1 mol K₂Cr₂O₇ utlenia ³/₂ mola C czyli 18 g węgla organicznego lub 1 mol K₂Cr₂O₇ utlenia 6 moli soli Mohra. Zatem 1 mol FeSO₄(NH₄)₂SO₄ jest równoważony 3 g C organicznego. Stąd 1 dm³ 1 mol dm^-3 soli Mohra jest równoważny 3 g C organicznego, a 1 cm³ 0,2 mol dm^-3 soli Mohra jest równoważny 0,0006 g C org.

1,724 - współczynnik ten jest empiryczną wartością, pozwala przeliczyć ilość węgla organicznego na substancję organiczną.

Wyniki podaje się w stosunku do gleby powietrznie suchej lub absolutnie suchej.

Odczynniki

1. 0,06 mol dm^-3 K₂Cr₂O₇ - odważyć 40 g dichromianu(VI) potasu i rozpuścić w 1 dm³ wody destylowanej, następnie powoli dodawać 1 dm³ stężonego kwasu siarkowego, studząc kolbę w zimnej wodzie.

2. 0,2 mol dm^-3 sól Mohra - odważyć 78,428 g soli Mohra, dodać trochę wody destylowanej, następnie 20 cm³ stężonego kwasu siar­kowego i uzupełnić wodą destylowaną w kolbie miarowej do pojemności 1 dm³. Za pomocą roztworu KMnO₄ o stężeniu 0,01 mol dm^-3 ustalić jego stężenie. W tym celu pobrać pipetą 25 cm³ przygotowanej soli Mohra i miareczkować roztworem KMnO₄ o stężeniu 0,01 mol dm^-3 aż do wystąpienia nie znikającego słabo różowego zabarwienia. Roztwór należy chronić przed dostępem powietrza, aby zapobiec zmianie stężenia.

3. Roztwór fenantroliny - odważyć 1,625 g monohydratu fenantroliny oraz 0,695 g FeSO₄ • 7H₂O, a następnie rozpuścić w 100 cm³ wody w kolbie miarowej.

6

---