ćwiczenia laboratoryjne „gleboznawstwo”
advertisement
POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA WYDZIAŁ BUDOWNICTWA I INŻYNIERII ŚRODOWISKA KATEDRA OCHRONY I KSZTAŁTOWANIA ŚRODOWISKA ĆWICZENIA LABORATORYJNE „GLEBOZNAWSTWO” KIERUNEK OCHRONA ŚRODOWISKA STUDIA STACJONARNE CZEŚĆ PRAKTYCZNA Opracowanie: dr Zofia Tyszkiewicz dr inż. Robert Czubaszek dr inż. Sławomir Roj-Rojewski BIAŁYSTOK 2014 ROK SPIS TREŚCI 1. Cechy morfologiczne gleb: budowa profilu, miąższość, barwa, struktura, układ, konkrecje glebowe. Wykonanie rysunku i opisu przykładowych profili glebowych ..................................................................... 3 2. Właściwości fizyczne podstawowe gleb. Oznaczanie gęstości właściwej gleb .............................................. 4 3. A. Rozpoznawanie utworów glebowych na podstawie procentowej zawartości frakcji granulometrycznych. Graficzne przedstawienie wyników analizy uziarnienia ................................................................................ 7 3. B. Metody analizy granulometrycznej gleb. Oznaczanie składu granulometrycznego gleby metodą areometryczną Casagrande'a w modyfikacji Prószyńskiego .........................................................................10 4. A. Właściwości wodne gleb: wilgotność gleby, krzywa pF..........................................................................17 4. B. Przepuszczalność wodna gleb. Oznaczanie współczynnika filtracji za pomocą przepuszczalnościomierza laboratoryjnego ..........................................................................................................................................18 5. A. Odczyn gleb. Oznaczanie pH gleby w wodzie i 1 M KCl........................................................................23 5. B. Właściwości buforowe gleb. Oznaczanie właściwości buforowych gleb metodą Arrheniusa, wykreślenie krzywej buforowej .....................................................................................................................................26 6. Kompleks sorpcyjny gleb. Kwasowość gleb. Oznaczanie sumy zasad metodą Kappena. Oznaczanie kwasowości hydrolitycznej metodą Kappena ..............................................................................................29 7. A. Węglan wapnia. Metody oznaczania zawartości węglanu wapnia w glebie. Oznaczanie zawartości CaCO3 za pomocą kalcymetru................................................................................................................................35 7. B. Charakterystyka wapnia i magnezu w środowisku glebowym. Przygotowanie wyciągów glebowych do oznaczania metalicznych kationów wymiennych w glebie. Oznaczanie zawartości kationów Ca2+ i Mg2+ metodą kompleksometryczną......................................................................................................................40 8. Substancja organiczna gleby. Metody analiz substancji organicznej gleb. Oznaczanie zawartości węgla organicznego metodą Tiurina .....................................................................................................................44 9. Substancje próchnicowe w glebie. Ekstrakcja kwasów humusowych ...........................................................48 10. A. Formy występowania pierwiastków w glebach. Metody mineralizacji materiału glebowego. Fosfor w środowisku glebowym. Oznaczanie fosforu ogólnego metodą wanadomolibdenową ....................................52 10. B. Formy przyswajalne pierwiastków w glebach. Metody oznaczeń. Oznaczanie przyswajalnych form fosforu metodą Egnera–Riehma..............................................................................................................................57 11. A. Azot w środowisku glebowym. Oznaczanie ogólnej zawartości azotu w glebie metodą bezpośredniej nessleryzacji ..............................................................................................................................................63 11. B. Przyswajalne formy azotu glebowego. Oznaczanie azotu amonowego metodą bezpośredniej nessleryzacji ..............................................................................................................................................66 12. Kartografia gleb. Charakterystyka map glebowo-rolniczych ........................................................................68 13. Kateny glebowe. Wykonywanie przekrojów topograficzno-glebowych .......................................................72 2 1. Cechy morfologiczne gleb: budowa profilu, miąższość, barwa, struktura, układ, konkrecje glebowe. Wykonanie rysunku i opisu przykładowych profili glebowych a. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z podstawowymi pojęciami używanymi w gleboznawstwie oraz z cechami morfologicznymi gleby – budową profilu glebowego, miąższością, barwą, strukturą, układem gleby oraz konkrecjami glebowymi z wykorzystaniem zgromadzonych eksponatów. Zakres ćwiczenia obejmuje analizę przykładowych profili glebowych. b. Przebieg ćwiczenia Ćwiczenie składa się z 2 części. W każdej z nich analizuje się 3 wybrane profile glebowe. W części 1 należy oznaczyć symbolami poziomy genetyczne w opisanych profilach glebowych oraz narysować te profile przyjmując typowe miąższości poszczególnych poziomów. W części 2 należy podać nazwy i szczegółowo scharakteryzować poziomy glebowe oznaczone symbolami w przykładowych profilach glebowych. c. Wymagania BHP - odzież ochronna typu fartuch, - ćwiczenie wykonywać jedynie w obecności osoby prowadzącej zajęcia. d. Literatura Dobrzański B., Zawadzki S. 1995. Gleboznawstwo. PWRiL. Warszawa. Mocek A., Drzymała S., Maszner P. 1997. Geneza, analiza i klasyfikacja gleb. Wyd. Akademii Rolniczej w Poznaniu. Poznań. Systematyka Gleb Polski. 1989. Roczniki gleboznawcze. 40. 3-4. PWN. Warszawa. 3 2. Właściwości fizyczne podstawowe gleb. Oznaczanie gęstości właściwej gleb a. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego Celem ćwiczenia jest poznanie właściwości fizycznych podstawowych gleby, zdobycie umiejętności określania właściwości fizycznych podstawowych w różnych utworach glebowych w zależności od procentowej zawartości w nich frakcji granulometrycznych oraz poznanie metod oznaczania gęstości właściwej gleby. Zakres ćwiczenia obejmuje oznaczanie gęstości właściwej utworów glebowych przy pomocy metody piknometrycznej i metody biuretowej, a także wnioskowanie na temat właściwości badanej próbki glebowej na podstawie uzyskanych wartości gęstości właściwej. b. Przebieg ćwiczenia • opis stanowiska badawczego i przebieg realizacji eksperymentu Oznaczenie gęstości właściwej gleby metodą piknometryczną Wykonanie oznaczenia: - zważyć kolbę miarową wraz z korkiem na wadze technicznej (a), - wsypać do kolby miarowej około 10 g suchej gleby i zważyć wraz z korkiem (b), - dodać do połowy objętości kolby miarowej wodę destylowaną i gotować tak długo, aż z gleby przestaną uchodzić pęcherzyki powietrza, - ostudzić zawartość kolby miarowej do temperatury pokojowej, - dopełnić kolbę miarową woda destylowaną w ten sposób, aby kapilara wewnątrz korka była wypełniona wodą, a pod korkiem nie było powietrza, - zważyć kolbę miarową wraz z korkiem oraz z wodą i glebą (c), - opróżnić kolbę miarową i napełnić go wodą destylowaną w ten sposób, aby kapilara wewnątrz korka była wypełniona wodą, a pod korkiem nie było powietrza, - zważyć kolbę miarową wraz z korkiem i wodą (d), Sprzęt: Kolba miarowa z korkiem, waga techniczna, suszarka laboratoryjna. Obliczenia: Gęstość właściwą gleby oblicza się według następującego wzoru: Błąd! Nie zdefiniowano zakładki. ρ = b−a (g/cm3) ( d − a ) − (c − b ) 4 gdzie: a – masa kolby miarowej z korkiem (g) b – masa kolby miarowej z korkiem i glebą (g) c – masa kolby miarowej z korkiem, glebą i wodą (g) d – masa kolby miarowej z korkiem i wodą (g) Oznaczenie gęstości właściwej gleby metodą biuretową Wykonanie oznaczenia: - zważyć kolbę miarową o pojemności 25 cm3 na wadze technicznej (a), - wsypać do kolby około 10 g suchej gleby, - zważyć kolbę razem z glebą (b), - dodać z biurety do kolby zawierającej glebę alkohol, aż do kreski wyznaczającej pojemność kolbki; w tym czasie mieszać kilkakrotnie jej zawartość, - odczytać z biurety ilość dodanego do kolbki alkoholu (V). Sprzęt: Waga techniczna, kolbki (25 cm3), biurety. Odczynniki: Alkohol etylowy (denaturat). Obliczenia: Gęstość właściwą gleby oblicza się według następującego wzoru: ρ= b−a (g/cm3) 25 − V gdzie: V – objętość alkoholu dodanego z biurety (cm3), a – masa kolbki (g), b – masa kolbki z glebą (g). 5 • prezentacja i analiza wyników Wyniki należy przedstawić w formie tabeli: Nr Gęstość właściwa Gęstość właściwa próbki met. piknometryczna met. biuretowa 3 (g/cm ) (g/cm3) Należy porównać ze sobą otrzymane z oznaczeń dwie wartości gęstości właściwej badanej próbki gleby i wyjaśnić ewentualne różnice między nimi. Uzyskane wyniki należy zinterpretować porównując do wartości typowych podanych w literaturze i na tej podstawie ocenić właściwości fizyczne podstawowe badanej próbki glebowej. c. Wymagania BHP - odzież ochronna typu fartuch, - ćwiczenie wykonywać jedynie w obecności osoby prowadzącej zajęcia. d. Literatura Białousz S., Skłodowski P. 1996. Ćwiczenia z gleboznawstwa i ochrony gruntów. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej. Warszawa. Dobrzański B., Zawadzki S. 1995. Gleboznawstwo. PWRiL. Warszawa. Marcinek J., Spychalski M. 1987. Wpływ zawartości materii organicznej na fizyczne właściwości gleb hydromorficznych. Rocz. Akademii Rolniczej w Poznaniu. 182. Poznań. Mocek A., Drzymała S., Maszner P. 1997. Geneza, analiza i klasyfikacja gleb. Wyd. Akademii Rolniczej w Poznaniu. Poznań. Okruszko H. Zawadzki S. 1971. Określenie ciężaru właściwego i porowatości gleb hydrogenicznych za pomocą równań regresji. Wiad. Melior. 2. 97. Rewut I. B. 1980. Fizyka gleb. PWRiL. Warszawa. Turski R., Słowińska-Jurkiewicz A., Hetman J. 1984. Zarys gleboznawstwa. Podręcznik dla studentów wydziałów ogrodniczych. Wyd. Akademii Rolniczej. Lublin. Uggla H. 1981. Gleboznawstwo rolnicze. PWN. Warszawa. 6 3. A. Rozpoznawanie utworów glebowych na podstawie procentowej zawartości frakcji granulometrycznych. Graficzne przedstawienie wyników analizy uziarnienia a. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego Celem ćwiczenia jest poznanie wiadomości na temat klasyfikacji uziarnienia gleb i utworów mineralnych oraz ich właściwości fizycznych i chemicznych, ze szczególnym uwzględnieniem stosunków wodno-powietrznych i żyzności, a także zdobycie umiejętności rozpoznawania utworów glebowych na podstawie procentowej zawartości frakcji granulometrycznych oraz zapoznanie się z możliwościami przedstawiania wyników analizy granulometrycznej gleby. Zakres ćwiczenia obejmuje określenie rodzaju otrzymanych do analizy utworów glebowych w oparciu o ich skład granulometryczny, przedstawienie wyników analizy granulometrycznej przy pomocy trójkąta Fereta i krzywej uziarnienia, obliczenie wskaźnika różnoziarnistości, szczegółowy opis właściwości konkretnych utworów glebowych i wskazanie na ich przydatność rolniczą. b. Wprowadzenie do metodyki Wyniki badań granulometrycznych można zestawiać tabelarycznie, można też przedstawiać je graficznie, np. za pomocą krzywej uziarnienia lub trójkąta Fereta. Krzywa uziarnienia Wykres krzywej uziarnienia wykonuje się na specjalnym formularzu. Na osi rzędnej, która ma podziałkę zwykłą, odkłada się procentową zawartość cząstek o określonej średnicy. Natomiast na osi odciętych są odłożone w podziałce logarytmicznej średnice cząstek (mm). Przedstawienie wyników w postaci krzywej uziarnienia ma dużo zalet. Z jej wykresu można odczytać np. zawartość frakcji nie określonych bezpośrednio w czasie pomiarów. Można więc odczytać zawartość cząstek o innych średnicach, niż to wynika z zastosowanej metody oznaczania składu granulometrycznego gleby, co jest potrzebne m.in. do obliczenia współczynnika przepuszczalności gleb. Z kształtu krzywej można również wnioskować o równo- lub różnoziarnstości utworu glebowego. Im bardziej stromo przebiega krzywa uziarnienia, tym bardziej równoziarnisty jest utwór. 7 Liczbowo oceny takiej można dokonać za pomocą wskaźnika różnoziarnistości, którego wartość oblicza się ze wzoru: Wr = d 60 d10 gdzie: d60 – średnica cząstek, których masa wraz z masą wszystkich cząstek mniejszych stanowi 60% masy gleby, d10 – średnica cząstek, których masa wraz z masą wszystkich cząstek mniejszych stanowi 10% masy gleby. Jeżeli Wr ≤5 to utwór jest równoziarnisty, jeżeli 5<Wr ≤15 to utwór jest różnoziarnisty, natomiast jeżeli Wr>15 to utwór jest bardzo różnoziarnisty. Trójkąt Fereta Jest to trójkąt równoboczny, którego boki podzielono na 10 równych części. Z punktów podziału boków trójkąta poprowadzono proste równoległe do pozostałych boków. Przy założeniu, że każdy z boków trójkąta równobocznego charakteryzuje zawartość wybranej frakcji (piasku, pyłu lub części spławialnych) w procentach od 0 do 100, każdemu punktowi wewnątrz tego trójkąta można przypisać 3 liczby a, b, c, odpowiadające zawartości każdej z trzech frakcji, przy czym a + b + c = 100. Aby znaleźć punkt wewnątrz trójkąta należy z punktu na jego boku, obrazującego procentową zawartość danej frakcji, poprowadzić prostą równoległą do sąsiedniego boku. Podobnie należy postąpić z pozostałymi bokami trójkąta. Jeżeli natomiast z dowolnego punktu wewnątrz trójkąta poprowadzimy proste równoległe do jego boków to odczytamy, z punktów przecięcia równoległych z bokami, procentową zawartość poszczególnych frakcji. W trójkącie Fereta wyznaczone są grubszymi liniami ciągłymi wartości graniczne procentowej zawartości poszczególnych rodzajów gleb (piaski, gliny, iły, pyły). Natomiast liniami przerywanymi oznaczono gatunki gleb (piaski luźne, gliniaste itd.). W ten sposób wyznaczone części pola trójkąta, które charakteryzują skład granulometryczny poszczególnych grup mechanicznych gleb. 8 c. Przebieg ćwiczenia Na podstawie otrzymanych w formie tabeli danych dotyczących procentowej zawartość poszczególnych frakcji granulometrycznych należy rozpoznać utwory glebowy, zaznaczyć wybrane utwory w trójkącie Fereta, wykreślić dla nich krzywe uziarnienia na otrzymanych podkładach, obliczyć wskaźniki różnoziarnistości oraz zinterpretować otrzymane wartości. d. Wymagania BHP - odzież ochronna typu fartuch, - ćwiczenie wykonywać jedynie w obecności osoby prowadzącej zajęcia. e. Literatura Białousz S., Skłodowski P. 1996. Ćwiczenia z gleboznawstwa i ochrony gruntów. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej. Warszawa. Dobrzański B., Zawadzki S. 1995. Gleboznawstwo. PWRiL. Warszawa. Mocek A., Drzymała S., Maszner P. 1997. Geneza, analiza i klasyfikacja gleb. Wyd. Akademii Rolniczej w Poznaniu. Poznań. Ostrowska A., Gawliński S., Szczubiałka Z. 1991. Metody analizy i oceny właściwości gleb i roślin. Instytut Ochrony Środowiska. Warszawa. Turski R., Słowińska-Jurkiewicz A., Hetman J. 1984. Zarys gleboznawstwa. Podręcznik dla studentów wydziałów ogrodniczych. Wyd. Akademii Rolniczej. Lublin. Uggla H. 1981. Gleboznawstwo rolnicze. PWN. Warszawa. 9 Metody 3. B. analizy granulometrycznej gleb. Oznaczanie składu granulometrycznego gleby metodą areometryczną Casagrande'a w modyfikacji Prószyńskiego a. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego Celem ćwiczenia jest poznanie metod analizy granulometrycznej gleb, ze szczególnym naciskiem na metodę areometryczną. Zakres ćwiczenia obejmuje analizę granulometryczną otrzymanej próby glebowej z wykorzystaniem metody areometrycznej Casagrande’a w modyfikacji Prószyńskiego, rozpoznanie badanego utworu glebowego na podstawie uzyskanej zawartości poszczególnych frakcji granulometrycznych oraz wnioskowanie na temat jego właściwości. b. Wprowadzenie do metodyki Metody oznaczania składu granulometrycznego gleb Analiza składu granulometrycznego gleb polega na rozdzieleniu materiału mineralnego na poszczególne frakcje granulometryczne. Podstawową czynnością jest oddzielenie części ziemistych gleby (tj. frakcji piasku, pyłu i iłu) od części szkieletowych (tj. kamieni i żwiru). W tym celu powietrznie suchą glebę należy rozetrzeć w porcelanowym moździerzu drewnianym lub porcelanowym tłuczkiem. Należy uważać by nie rozetrzeć poszczególnych frakcji gleby, bo wtedy w sztuczny sposób zwiększa się procentową zawartość frakcji drobnych. Następnie roztartą glebę przesiewa się przez sito o średnicy oczek 1 mm. Przez sito przechodzą części ziemiste gleby, które dalej poddaje się analizie mechanicznej. Na sicie pozostają części szkieletowe, które po przemyciu i wysuszeniu można rozdzielić na kamienie i żwir. Pełna analiza składu granulometrycznego gleby obejmuje oznaczenie zawartości części pyłowych oraz części spławialnych, wykonywane najczęściej metodami sedymentacyjnymi, a także oznaczenie zawartości piasku, wykonywane zwykle na sitach (analiza sitowa). Cząstki mineralne gleby występują przeważnie pod postacią skupień (agregatów). Dlatego próbki gleby do analizy składu mechanicznego należy zdyspergować, czyli doprowadzić do rozpadu agregatów na elementarne ziarna glebowe (frakcje granulometryczne). W tym celu próby glebowe poddaje się gotowaniu z dodatkiem środka peptyzującego, są nimi najczęściej: NaOH, Na2CO3, Na4P2O7 oraz calgon, czyli mieszanina stopionego metafosforanu sodu z węglanem sodu. Jeśli próba glebowa preparowana byłaby jedynie w wodzie destylowanej to nastąpiłby jedynie częściowy rozpad agregatów glebowych na frakcje granulometryczne. Przy dokładnych i szczegółowych badaniach próbkę glebową 10 należy dodatkowo preparować chemicznie, spalając próchnicę za pomocą wody utlenionej oraz usuwając węglan wapnia za pomocą kwasu solnego. Podział metod analizy składu granulometrycznego gleby: – metody sitowe, – metody sedymentacyjne, – metody przepływowe, – metody odwirowania. Metody sitowe Analiza sitowa służy głównie do oddzielenia części szkieletowych gleby od części ziemistych, co pozwala na określenie ich procentowej zawartości w glebie. Służy również do oznaczenia zawartości poszczególnych frakcji piasku występujących w częściach ziemistych gleby. W tym drugim przypadku analiza sitowa jest uzupełnieniem innych metod, głównie sedymentacyjnych, służących do oznaczenia zawartości frakcji pyłowych i części spławialnych. Poniżej zaprezentowany jest sposób wykonania analizy sitowej jako uzupełniającej metody sedymentacyjne. Metoda odwirowania Metoda ta jest przeważnie stosowana do wydzielenia i oznaczenia zawartości najdrobniejszych cząstek glebowych (głównie frakcji koloidalnych). Jej zasadniczą zaletą jest istotne skrócenie czasu osiadania tych frakcji w porównaniu z metodami sedymentacyjnymi. Wyróżnia się w niej następujące etapy: - zdyspergowanie próbek gleby, np. przez mieszanie z calgonem, - odwirowanie zawiesiny w określonych warunkach wirowania, - zdekantowanie zawiesiny oznaczanej frakcji, - zważenie masy danej frakcji po odparowaniu wody i wysuszeniu w temperaturze 105oC, - obliczenie procentowej zawartości frakcji. Metody sedymentacyjne Metody te opierają się na pomiarze prędkości opadania cząstek glebowych różnej wielkości w wodzie stojącej. Prędkość ta zależy od wielkości i ciężaru cząstek, jak też od temperatury i gęstości ośrodka płynnego, w którym cząstki te sedymentują. Zgodnie z prawem Stokesa, na którym to opierają się metody sedymentacyjne, zakłada się, że cząstka opada w cieczy swobodnie, tzn. że poszczególne cząstki nie zderzają się, ani ze 11 sobą, ani ze ściankami naczynia. W praktyce do spełnienia tego warunku dąży się przez zmniejszenie do minimum koncentracji zawiesiny i stosowanie środków zabezpieczających przed koagulacją. Stąd też koncentracja fazy stałej w wodzie powinna wynosić około 1%, gdyż w ten sposób ogranicza się możliwość koagulacji cząstek glebowych. Ponadto średnica cylindra winna być możliwie duża (6 cm), aby wyeliminować zakłócenia w ruchu cząstek spowodowane ich zderzeniami ze ściankami cylindra. Wymagania też są stawiane temperaturze zawiesiny, która powinna być jednakowa w czasie prowadzenia badań. Każda bowiem zmiana temperatury zawiesiny powoduje zmiany jej gęstości i lepkości. Może to doprowadzić do zmiany warunków ruchu cząstek w zawiesinie i zakłócić prostolinijną drogę opadania cząstek glebowych. Klasyczna formuła Stokesa obejmująca te zależności to: V = 2 d − d2 ⋅ g ⋅ r2 ⋅ 1 9 n gdzie: V – szybkość opadania cząsteczek (cm/s2), g – stała przyśpieszenia ziemskiego (981 cm/s2), r – promień cząsteczki (cm), d1 – ciężar właściwy gleby (g/cm2), d2 – ciężar właściwy ośrodka płynnego (g/cm2), n – lepkość. Do metod sedymentacyjnych należą: - Atterberga, - pipetowa (Köhna), - areometryczna Casagrande’a, - areometryczna Casagrande’a w modyfikacji Prószyńskiego, - orientacyjna Kruedenera. Do najbardziej rozpowszechnionych metod sedymentacyjnych należy metoda areometryczna Casagrande’a w modyfikacji Prószyńskiego. Oznaczanie składu granulometrycznego tą metodą polega na pomiarach gęstości zawiesiny glebowej podczas postępującej sedymentacji cząstek glebowych w stałej temperaturze. Pomiarów gęstości dokonuje się areometrem Prószyńskiego. Jest on tak wyskalowany, że różnica dwóch kolejnych odczytów daje procentową zawartość frakcji, która osiadła w czasie dzielącym te 12 odczyty. Gęstość zawiesiny glebowej odczytuje się w terminach podanych w tabelach opracowanych przez Prószyńskiego. Zależą one nie tylko od średnicy opadających cząsteczek i temperatury zawiesiny, ale i składu granulometrycznego badanej gleby. Wpływ średnicy cząstek oraz temperatury na terminy odczytów uwidacznia wzór Stokesa. Natomiast wpływ składu granulometrycznego na terminy odczytów związany jest z różną głębokością zanurzenia aerometru w zawiesinie glebowej. Wynika to ze zmieniającej się różnie w różnych glebach gęstości zawiesiny w czasie pomiaru, a więc ze zróżnicowanej drogi, jaką odbywają sedymentujące cząstki glebowe do głębokości wyznaczonej przez środek bańki areometru. Wskutek tego w odniesieniu do każdej grupy granulometrycznej gleby należy korzystać z oddzielnych tabel. Aby prawidłowo określić terminy odczytów, wykonujący analizę musi oznaczyć przynajmniej w przybliżeniu grupę mechaniczną badanej gleby. Należy pamiętać, że w wyniku analizy areometrycznej nie otrzymuje się rzeczywistych wymiarów cząstek, lecz wielkości tzw. średnicy zastępczej. Oznacza ona średnicę cząstki kulistej, która opada z taką samą prędkością, co badana cząstka kształtu niekulistego o tym samym ciężarze właściwym. Pojęcie to zostało wprowadzone dlatego, że cząstki glebowe, a szczególnie mniejsze od 0,005 mm, nie mają kształtu kul, lecz płytek. Prędkość zaś opadania cząstek niekulistych różni się od prędkości opadania cząstek w kształcie kuli. Metoda areometryczna w modyfikacji Prószyńskiego jest bardzo przydatna do masowych analiz. Jest ona łatwa w wykonaniu i wystarczająco dokładna do celów praktycznych. Najbardziej nadaje się do oznaczania składu granulometrycznego piasków gliniastych, glin i iłów. Przy analizie utworów pyłowych wskazane jest oddzielenie frakcji piaszczystych na sitach, ponieważ metoda ta powoduje zwiększenie ilości frakcji piasku na niekorzyść frakcji pyłu grubego. c. Przebieg ćwiczenia • opis stanowiska badawczego i przebieg realizacji eksperymentu Wykonanie analizy granulometrycznej gleby metodą areometryczną Casagrande’a w modyfikacji Prószyńskiego Przygotowanie próbek glebowych do pomiaru: - odważyć 40 g suchej gleby przesianej przez sito o średnicy 1 mm do zlewki o pojemności 1000 cm3, - dodać 1,5–2 g bezwodnego węglanu sodu oraz 700 cm3 wody destylowanej, - gotować przez 30 min – licząc od chwili zawrzenia. Podczas gotowania mieszać cały czas szklaną pałeczką uważając, aby gleba nie wykipiała, - odstawić naczynie, aby zawiesina ostygła do temperatury pokojowej, 13 - przenieść zawiesinę do cylindra o pojemności 1000 cm3 i uzupełnić wodą destylowaną do kreski, - do drugiego takiego samego cylindra dodać 1,5–2 g bezwodnego węglanu sodu i uzupełnić do kreski wodą destylowaną (jest to roztwór porównawczy), - wyrównać temperaturę w obu cylindrach (dopuszczalna różnica wynosi 0,5oC), Wykonanie wstępnego pomiaru: - wprowadzić areometr do cylindra z roztworem porównawczym i oznaczyć gęstość tego roztworu (odczyt 0), - zawiesinę glebową dokładnie wymieszać przez około 30 sekund i postawić stole, - po upływie 10–12 minut od chwili postawienia cylindra wykonać pomiar gęstości areometrem Prószyńskiego, - różnica odczytów gęstości w zawiesinie glebowej i roztworze porównawczym wskaże przybliżoną zawartość cząstek mniejszych od 0,02 mm w badanej glebie. Liczba ta pozwoli wyszukać właściwą tabelę do określania czasów odczytów. Należy znaleźć taką tabelę, w której podana zawartość cząstek spławialnych jest najbardziej zbliżona do otrzymanej różnicy pomiarów gęstości zawiesiny i roztworu porównawczego, - dokonać pomiaru temperatury zawiesiny glebowej i roztworu porównawczego. Na tej podstawie w tabeli odszukać odpowiedni wiersz, w którym podane są czasy odczytów. Należy je wpisać do uprzednio przygotowanej przez siebie tabeli. Wykonanie właściwego pomiaru: - mieszać zawiesinę gleby przez około 30 sekund. Bezpośrednio po zakończeniu mieszania cylinder postawić na stabilnej konsoli i włączyć stoper. Jeśli w zawiesinie pojawi się piana to ją usunąć dodając kilka kropel alkoholu amylowego, - wprowadzić ostrożnie areometr do zawiesiny tak, aby balansowanie areometru było słabe i krótkotrwałe, - w terminach podanych w tabelach Prószyńskiego dokonać pomiarów gęstości zawiesiny, Uwaga! 1. Jeśli celem analizy jest określenie grupy granulometrycznej to wystarczy wykonać tylko trzy pomiary (I, II, III). Natomiast jeśli celem jest określenie także poszczególnych frakcji w częściach spławialnych należy wykonać jeszcze dwa dalsze pomiary (IV i V). 2. Areometr raz umieszczony w zawiesinie powinien pozostać w niej tak długo, aż zostaną wykonane wszystkie przewidziane pomiary. 14 Sprzęt: Waga, tryskawka laboratoryjna, cylindry szklane (1000 cm3, średnica 6 cm), pipeta, termometr, areometr Prószyńskiego. Odczynniki: Bezwodny węglan sodu, alkohol amylowy (C5H15OH). Obliczenia: Zawartość poszczególnych frakcji w % liczy się następująco: odczyt I – odczyt II = pył gruby odczyt II – odczyt III = pył drobny odczyt III – odczyt IV = ił pyłowy gruby odczyt IV – odczyt V = ił pyłowy drobny odczyt V – odczyt 0 = ił koloidalny 100 - ∑ = piasek W przypadku wykonania tylko trzech odczytów zawartość frakcji oblicza się następująco: odczyt I – odczyt II = pył gruby odczyt II – odczyt III = pył drobny odczyt III – odczyt 0 = ił 100 - ∑ = piasek gdzie ∑ oznacza sumę frakcji o średnicy mniejszej od 0,1 mm • prezentacja i analiza wyników Wyniki należy przedstawić w tabeli: Średnica frakcji granulometrycznych gleby (mm) Nr próbki < 0,1 < 0,05 < 0,02 I II 0,02–0,05 0,05– 0,1 0,1–1,0 Różnica pomiarów (% frakcji) Pomiary areometrem „0” < 0,02 III III - „0” II - III I - II 100 - ∑ Na podstawie otrzymanych wyników należy określić, jaki utwór glebowy poddawany był analizie, a także opisać właściwości fizyczno-chemiczne tego utworu oraz wyciągnąć wnioski na temat jego przydatności rolniczej. 15 d. Wymagania BHP - odzież ochronna typu fartuch, - ćwiczenie wykonywać jedynie w obecności osoby prowadzącej zajęcia. e. Literatura Białousz S., Skłodowski P. 1996. Ćwiczenia z gleboznawstwa i ochrony gruntów. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej. Warszawa. Dobrzański B., Zawadzki S. 1995. Gleboznawstwo. PWRiL. Warszawa. Mocek A., Drzymała S., Maszner P. 1997. Geneza, analiza i klasyfikacja gleb. Wyd. Akademii Rolniczej w Poznaniu. Poznań. Ostrowska A., Gawliński S., Szczubiałka Z. 1991. Metody analizy i oceny właściwości gleb i roślin. Instytut Ochrony Środowiska. Warszawa. Rewut I. B. 1980. Fizyka gleb. PWRiL. Warszawa. Turski R., Słowińska-Jurkiewicz A., Hetman J. 1984. Zarys gleboznawstwa. Podręcznik dla studentów wydziałów ogrodniczych. Wyd. Akademii Rolniczej. Lublin. Uggla H. 1981. Gleboznawstwo rolnicze. PWN. Warszawa. 16 4. A. Właściwości wodne gleb: wilgotność gleby, krzywa pF a. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego Celem ćwiczenia jest poznanie teoretycznych wiadomości na temat wilgotności gleby i krzywej pF, poznanie metod oznaczania wilgotności gleby oraz wyznaczania krzywej pF. Zakres ćwiczenia obejmuje wykreślenie krzywych pF dla danych gleb, obliczenie zawartości wody grawitacyjnej, łatwo dostępnej, trudno dostępnej, niedostępnej oraz potencjalnej retencji użytecznej w danej glebie. b. Przebieg ćwiczenia W oparciu o otrzymane wyniki badań zawartości wody w próbkach glebowych dla określonych potencjałów wodnych należy wykreślić na papierze milimetrowym krzywe pF, odkładając na osi odciętych zawartość objętościową wody w %, zaś na osi rzędnych siłę ssącą pF. Następnie wyznaczyć punkt trwałego więdnięcia roślin i obliczyć zawartość (w %) wody grawitacyjnej, łatwo dostępnej, trudno dostępnej, niedostępnej dla roślin, polową pojemność wodną oraz potencjalną retencję użyteczną w badanej glebie. Na podstawie przebiegu krzywej określić również porowatość ogólną i dyferencjalną gleby. c. Wymagania BHP - odzież ochronna typu fartuch, - ćwiczenie wykonywać jedynie w obecności osoby prowadzącej zajęcia. d. Literatura Dobrzański B., Zawadzki S. 1995. Gleboznawstwo. PWRiL. Warszawa. Mocek A., Drzymała S., Maszner P. 1997. Geneza, analiza i klasyfikacja gleb. Wyd. Akademii Rolniczej w Poznaniu. Poznań. Instrukcja obsługi: Sandbox and pressure membrane apparatures for soil moisture characteristics determination. 1990. Eijkelkamp. Turski R. 1986. Gleboznawstwo. Ćwiczenia dla studentów wydziałów rolniczych. PWN. Warszawa. 17 4. B. Przepuszczalność wodna gleb. Oznaczanie współczynnika filtracji za pomocą przepuszczalnościomierza laboratoryjnego a. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego Celem ćwiczenia jest poznanie wiadomości na temat przepuszczalności wodnej gleb oraz omówienie głównych metod oznaczania współczynnika filtracji gleby. Zakres ćwiczenia obejmuje oznaczenie współczynnika filtracji otrzymanej do analizy próbki glebowej za pomocą przepuszczalnościomierza laboratoryjnego. b. Wprowadzenie do metodyki Współczynnik filtracji można wyznaczyć na podstawie wzorów empirycznych uwzględniających skład granulometryczny oraz badań laboratoryjnych i terenowych. Wzory empiryczne Dla celów praktycznych przybliżoną wartość otrzymuje się ze wzoru Hazena: k = 1000 ⋅ d10 (m/d) 2 gdzie: d10 – średnica ziaren, których masa wraz z masą ziaren mniejszych stanowi 10% masy próbki. Wzór ten ma zastosowanie gdy średnica miarodajna mieści się w przedziale 0,1–0,3 mm i wskaźnik różnoziarnistości Wr≤5. Powszechne zastosowanie ma wzór USBSC: k = 311 ⋅ d 20 2,3 (m/d) gdzie: d20 – średnica ziaren, których masa wraz z masą ziaren mniejszych stanowi 20 % masy próbki. Wzór ma zastosowanie dla d20 zawierających się w przedziale 0,08–3,0 mm. Opracowany jest też nomogram do bezpośredniego odczytywania współczynnika filtracji. 18 Badania polowe Najbardziej dokładnymi i szeroko rozpowszechnionymi metodami oznaczania współczynnika filtracji są pomiary w studniach, piezometrach itp. Wykonywać je można w studniach wywierconych z pozostawieniem rury osłonowej, gdzie dopływ wody odbywa się przez dno studni lub bez rur osłonowych w samych otworach wiertniczych. Wyróżnia się dwie metody pomiaru w otworach wiertniczych bez rur osłonowych: - przy wysokim zaleganiu zwierciadła wody gruntowej – woda gruntowa znajduje się na określonej głębokości w otworze wiertniczym, a pomiaru dokonuje się przez czerpanie wody ze studni, - przy niskim zaleganiu poziomu wody gruntowej – pomiaru dokonuje się przez wlanie określonej ilości wody do studni i mierzona jest jej szybkość opadania. W otworach wiertniczych z rurami osłonowymi wyróżnia się metody: - z wysokim zaleganiem zwierciadła wody gruntowej, - głębokie zaleganie zwierciadła wody gruntowej, - dla strefy nienasyconej przez zalewanie otworu. Przy dokonywaniu pomiarów współczynnika filtracji w piezometrach wyróżnia się trzy warunki wykonywania pomiarów: - czerpanie wody z otworu, gdy filtr znajduje się w warstwie o napiętym zwierciadle wody, - zalewanie otworu, gdy filtr jest poniżej zwierciadła wody gruntowej, - zalewanie otworu, gdy filtr jest powyżej zwierciadła wody gruntowej. Badania laboratoryjne Współczynnik filtracji może być również oznaczany w laboratorium. Służy do tego laboratoryjny przepuszczalnościomierz. W zależności od składu mechanicznego gleby współczynnik filtracji możemy oznaczyć przy użyciu przepuszczalnościomierza dwiema metodami: metodą stałego przepływu i metodą malejącego przepływu. Metoda malejącego przepływu jest przeznaczona dla utworów glebowych o małej przepuszczalności (np. glina, torf). W metodzie tej mierzy się podnoszenie poziomu wody ponad próbkę (h1 – h2) w określonym przedziale czasu (t2 – t1). Wykonujemy to przy pomocy próbnika zamocowanego na ruchomym pomoście przymocowanym do krawędzi zbiornika 5. Metoda ta jest bardziej czasochłonna niż metoda stałego przepływu. Metoda stałego przepływu jest przeznaczona dla gleb o małej przepuszczalności. Woda przepływa przez dobrze nasyconą próbkę glebową na skutek wytworzenia różnicy ciśnień po 19 obu stronach próbki. Wypływ wody jest mierzony i następnie łączony z różnicą ciśnień oraz wielkością próbki w celu obliczenia przepuszczalności. Przepuszczalnościomierz stanowi system zamknięty (rys. 1). Pompa 1 podnosi wodę ze zbiornika 2, przez filtr 3, do regulatora poziomu wody 4. Do regulatora podłączone są dwa gumowe przewody. Jeden łączy regulator ze zbiornikiem 5, natomiast drugi odprowadza nadmiar wody w regulatorze do zbiornika 2. Regulator utrzymuje wymagany poziom wody w zbiorniku 5, gdyż stanowią one system naczyń połączonych. Próbkę gleby pobraną do cylinderka 6 umieszcza się wraz z cylinderkiem w specjalnym uchwycie, który wkłada się do specjalnego stelaża w zbiorniku 5. Syfon 7 przewodzi wodę sączącą się z próbki przez biuretę 8 i odbiornik wycieku 9 z powrotem do zbiornika 5. Wszystko to zachodzi w wyniku różnicy wysokości wody h pomiędzy poziomem wody wewnątrz i na zewnątrz uchwytu. W ten sposób stały strumień wody płynie przez próbkę. Ilość wypływającej wody jest mierzona poprzez gromadzenie jej w biurecie i pomiarze czasu, w którym jest ona wypełniana. Rys. 1. Budowa przepuszczalnościomierza laboratoryjnego 20 c. Przebieg ćwiczenia • opis stanowiska badawczego i przebieg realizacji eksperymentu Oznaczenie współczynnika filtracji gleby metodą stałego przepływu Wykonanie oznaczenia: - syfon, uprzednio napełniony wodą, umieszczamy w uchwycie kiedy poziom wody wewnątrz i na zewnątrz uchwytu cylinderka będzie na mniej więcej tej samej wysokości. Utrzymuje to wodę powyżej próbki na określonym poziomie, który może być regulowany za pomocą zbiornika wyrównującego. Różnica poziomów (h) wewnątrz i na zewnątrz uchwytu powinna się zawierać pomiędzy 2 mm (silnie przepuszczalne gleby) i 20 mm (słabo przepuszczalne gleby). Najlepiej jest określać współczynnik przepuszczalności przy jak najmniejszej różnicy poziomów, - woda przepływa przez próbkę i kiedy ilość wody wypływającej w jednostce czasu (cm3/min) osiągnie stałą wartość należy wykonać 3 pomiary w określonych przez prowadzącego odstępach czasowych, - w tym czasie należy również zmierzyć różnicę poziomów wody na zewnątrz i wewnątrz uchwytu. Sprzęt: Przepuszczalnościomierz laboratoryjny, cylinderki glebowe, stopery. Obliczenia: Współczynnik przepuszczalności oznaczony metodą stałego przepływu obliczamy ze wzoru: k = 144 ⋅ Q⋅L (m/d) h⋅ A gdzie: k – współczynnik filtracji (m/d), Q – ilość wody wypływającej w jednostce czasu (cm3/min), L – wysokość próbki (cylinderka) równa 5,1 (cm), h – różnica poziomów wody wewnątrz i na zewnątrz uchwytu (mm), A – powierzchnia przekroju próbki równa 19,6 (cm2). 21 • prezentacja i analiza wyników Uzyskane wartości współczynnika filtracji gleb należy przeliczyć na jednostkę cm/s oraz porównać z wartościami podawanymi w literaturze dla różnych utworów glebowych i na tej podstawie wnioskować, co do rodzaju badanego utworu glebowego. d. Wymagania BHP - odzież ochronna typu fartuch, - ćwiczenie wykonywać jedynie w obecności osoby prowadzącej zajęcia. e. Literatura Dobrzański B., Zawadzki S. 1995. Gleboznawstwo. PWRiL. Warszawa. Instrukcja Obsługi: ICW laboratory permeameters for determination of water permeability of soil samples. 1995. Eijkelkapm. Kozerski B., Pazdro Z. 1990. Hydrogeologia ogólna. Wydawnictwa Geologiczne. Warszawa. 22 5. A. Odczyn gleb. Oznaczanie pH gleby w wodzie i 1 M KCl a. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego Celem ćwiczenia jest poznanie teoretycznych wiadomości na temat odczynu gleby, jego znaczenia dla środowiska glebowego, czynników powodujących zakwaszenie, sposobów regulacji odczynu glebowego oraz poznanie metod jego oznaczania. Zakres ćwiczenia obejmuje oznaczenia pH próbek glebowych w wodzie i w chlorku potasu, wnioskowanie na temat odczynu badanej gleby oraz jej właściwości i przydatności rolniczej. b. Wprowadzenie do metodyki Odczyn gleb powszechnie jest oznaczany dwiema metodami: kolorymetryczną i potencjometryczną. Metody kolorymetryczne oznaczania pH gleby polegają na użyciu barwników organicznych, zwanych wskaźnikami lub indykatorami, które zmieniają barwę przy odpowiednim pH. Tak np. czerwień metylowa przy pH 4,2 jest czerwona, a przy pH 6,2 żółta. Dokładność tych metod jest znacznie mniejsza niż metod potencjometrycznych. Do grupy metod kolorymetrycznych zalicza się metodę Heliga, powszechnie stosowaną do oznaczenia pH w czasie prac terenowych. Pehametr Heliga składa się z płytki porcelanowej ze skalą barw i zagłębieniem na glebę oraz z indykatora, tj. odczynnika zmieniającego barwę zależnie od stężenia jonów wodorowych w roztworze glebowym. Skalę barw tworzy 5 kolorów odpowiadających następującym wartościom pH: - ciemnoczerwony – 4, - jasnoczerwony – 5, - żółty – 6, - jasnozielony – 7, - ciemnozielony – 8. Metody potencjometryczne polegają na pomiarze pH przy pomocy pehametrów posiadających elektrody. Działają one w ten sposób, że dwie elektrody: pomiarowa i porównawcza (referencyjna) zanurzone w roztworze wskazują, w zależności od stężenia jonów wodorowych, odpowiednią różnicę potencjałów. Pomiaru różnicy potencjału, zwanej siłą elektromotoryczną, dokonuje się potencjometrami, które mają oprócz skali wyrażonej w miliwoltach również skalą wyrażoną w jednostkach pH w zakresie 0 –14 (stąd nazwa „pehametr”). Najbardziej rozpowszechnioną elektrodą do pomiaru pH jest elektroda szklana zestawiona z elektrodą kalomelową jako elektrodą porównawczą. Pomiaru pH w glebie 23 dokonuje się w zawiesinie: gleba + woda destylowana lub gleba + elektrolit, przy czym najczęściej jest stosowany stosunek wagowy składników zawiesiny: 1:2,5 lub 1:1. Jako elektrolit najszersze zastosowanie znalazły 1 M KCl i 0,01 M CaCl2. c. Przebieg ćwiczenia • opis stanowiska badawczego i przebieg realizacji eksperymentu Metoda kolorymetryczna - Heliga Wykonanie oznaczenia: - wsypać w zagłębienie płytki szczyptę gleby i lekko ugnieść, - zalewać powoli glebę indykatorem, aż do jej całkowitego przykrycia, - po kilku minutach przechylić płytkę tak, aby roztwór znalazł się w podłużnym rowku, - porównać zabarwienie roztworu z barwną skalą w celu określenia pH gleby. Sprzęt: Płytka i indykator Heliga. Metoda potencjometryczna Wykonanie oznaczenia: - naważyć 2 próbki tej samej gleby po 10 g do zlewek o pojemności 50 cm3, - dodać do jednej 25 cm3 H2O destylowanej, a do drugiej 25 cm3 1 M KCl, - kilkakrotnie zamieszać otrzymane roztwory, - dokonać pomiaru na pehametrze: w zawiesinie gleby z H2O – po 30 minutach, w zawiesinie gleby z KCl – po 60 minutach. Ważne jest skalibrowanie pehametru przed przystąpieniem do oznaczeń na roztworach buforowych o znanym pH. Sprzęt: Pehametr z elektrodami, waga, zlewki 50 cm3, bagietki szklane do mieszania, cylinderki miarowe lub pipety – 25 cm3, tryskawka z H2O do płukania elektrod. • prezentacja i analiza wyników Wyniki należy przedstawić w formie tabeli: Nr próbki pH pH w w H2O 1M KCl 24 Na podstawie uzyskanych wyników należy wyprowadzić wniosek dotyczący odczynu badanej próbki glebowej (czy próbka ma odczyn bardzo kwaśny, kwaśny, lekko kwaśny, obojętny czy zasadowy) i na tej podstawie w wnioskować na temat właściwości i przydatności rolniczej tej gleby. d. Wymagania BHP - odzież ochronna typu fartuch, - ćwiczenie wykonywać jedynie w obecności osoby prowadzącej zajęcia. e. Literatura Białousz S., Skłodowski P. 1996. Ćwiczenia z gleboznawstwa i ochrony gruntów. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej. Warszawa. Dobrzański B., Zawadzki S. 1995. Gleboznawstwo. PWRiL. Warszawa. Mocek A., Drzymała S., Maszner P. 1997. Geneza, analiza i klasyfikacja gleb. Wyd. Akademii Rolniczej w Poznaniu. Poznań. Łoginow W. 1990. Chemia rolna. Przewodnik do ćwiczeń dla studentów wydziału rolniczego i zootechnicznego. Skrypty Akademii Techniczno-Rolniczej w Bydgoszczy. Bydgoszcz. Rewut I. B. 1980. Fizyka gleb. PWRiL. Warszawa. Turski R. 1986. Gleboznawstwo. Ćwiczenia dla studentów wydziałów rolniczych. PWN. Warszawa. Uggla H. 1981. Gleboznawstwo rolnicze. PWN. Warszawa. Wierzbicki T. 1989. Analiza wody i ścieków. Skrypty Politechniki Białostockiej. Wydawnictwa Politechniki Białostockiej. Białystok. 25 5. B. Właściwości buforowe gleb. Oznaczanie właściwości buforowych gleb metodą Arrheniusa, wykreślenie krzywej buforowej a. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego Celem ćwiczenia jest poznanie teoretycznych wiadomości na temat właściwości buforowych gleb oraz metody Arrheniusa służącej do oznaczania właściwości buforowych gleb. Zakres ćwiczenia obejmuje oznaczenie właściwości buforowych badanej próbki gleby metodą Arrheniusa, wykreślenie odpowiednich krzywych oraz wnioskowanie na temat buforowości takiej gleby. b. Wprowadzenie do metodyki Do oznaczania właściwości buforowych gleb powszechnie stosuje się metodę Arrheniusa. Metoda ta polega na dodawaniu do danej ilości gleby zasady lub kwasu i pomiarze zmian odczynu gleby. Miareczkując gleby wzrastającymi ilościami 0,1 N ługu i kwasu określa się właściwości buforowe gleb uzyskując charakterystyczne krzywe (rys. 2). Dla porównania wykreśla się krzywą miareczkowania czystego piasku, nie mającego zdolności buforowych. Im większe są właściwości buforowe gleby, tym większa odległość między krzywymi. Pole między nimi – powierzchnia zbuforowania, jest miarą zbuforowania gleby. Z krzywych można ocenić buforowość różnych gleb przez porównanie: ile kwasu (zasady) zużyto na zmianę o jednostkę pH tej samej ilości gleby lub o ile jednostek zmienia się pH tej samej ilości gleby wskutek oddziaływania na nią 1 cm3 kwasu (zasady). 26 c. Przebieg ćwiczenia a. opis stanowiska badawczego i przebieg realizacji eksperymentu Oznaczenie właściwości buforowych gleb metodą Arrheniusa Wykonanie oznaczenia: - do dwu równoległych serii probówek lub kolbek odważyć 5 g gleby torfowej zmielonej, 20 g gleby piaszczystej i po 10 g innych gleb przesianych przez sito o δ oczek 1 mm, - do pierwszej serii wprowadzić biuretą kolejno 2, 4, 6, 8, 10 cm3 0,1 N HCl, - do drugiej serii wprowadzić odpowiednie ilości 0,1 N NaOH, - wszystkie probówki dopełnić wodą do 20 cm3, ich zawartość wymieszać i pozostawić na 24 h, - po tym czasie oznaczyć pH roztworów w probówkach, Sprzęt: pH-metr z elektrodami szklaną i kalomelową, waga techniczna, kolbki o pojemności 50 cm3, probówki o pojemności 50 cm3, zlewki o pojemności 25 cm3, i 50 cm3, kolby miarowe o pojemności 1000 cm3, biurety o pojemności 10 i 25 cm3, Statyw do biurety, pipety o pojemności 50 i 100 cm3, pipety serologiczne o pojemności 20 cm3. Odczynniki: 0,1 N kwas solny, 0,1 N wodorotlenek sodu, roztwór fenoloftaleiny. • prezentacja i analiza wyników Otrzymane wartości pH należy odłożyć na osi rzędnych, a odpowiadające tym wartościom ilości zasady lub kwasu w cm3 na osi odciętych. W ten sposób otrzymuje się krzywą, która uwidacznia właściwości buforowe badanej gleby. Porównując uzyskaną krzywą z krzywą buforowania czystego piasku oraz z krzywymi buforowania różnych utworów glebowych podanymi w literaturze należy wnioskować na temat właściwości buforowych badanej próbki glebowej. d. Wymagania BHP - odzież ochronna typu fartuch, - ćwiczenie wykonywać jedynie w obecności osoby prowadzącej zajęcia. e. Literatura Dobrzański B., Zawadzki S. 1995. Gleboznawstwo. PWRiL. Warszawa. 27 Ostrowska A., Gawliński S., Szczubiałka Z. 1991. Metody analizy i oceny właściwości gleb i roślin. Instytut Ochrony Środowiska. Warszawa. Uggla H. 1981. Gleboznawstwo rolnicze. PWN. Warszawa. 28 6. Kompleks sorpcyjny gleb. Kwasowość gleb. Oznaczanie sumy zasad metodą Kappena. Oznaczanie kwasowości hydrolitycznej metodą Kappena a. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego Celem ćwiczenia jest poznanie teoretycznych wiadomości na temat sorpcji wymiennej w glebach, kwasowości gleb oraz poznanie metod oznaczania sumy zasad i kwasowości hydrolitycznej. Zakres ćwiczenia obejmuje oznaczenie sumy zasad w próbkach glebowych metodą Kappena oraz kwasowości hydrolitycznej gleb, również metodą Kappena. b. Wprowadzenie do metodyki Właściwości gleby polegające na zatrzymywaniu w niej cząstek stałych, gazów, a przede wszystkim różnych związków chemicznych i jonów nazywane są właściwościami sorpcyjnymi. W odżywianiu roślin największe znaczenie ma sorpcja wymienna kationów, w której czynny udział bierze kompleks sorpcyjny gleby. Analiza właściwości sorpcyjnych gleb najczęściej obejmuje oznaczenie: zawartości poszczególnych kationów zasadowych (Ca2+, Mg2+, K+, Na+) zasorbowanych przez glebę, ewentualnie sumy zasad S (suma kationów zasadowych), kwasowości hydrolitycznej Hh, całkowitej kwasowości wymiennej oraz całkowitej kationowej pojemności sorpcyjnej T (suma wszystkich kationów zasadowych i kwasowych zasorbowanych przez glebę). Kationy wymienne Ca2+, Mg2+, K+, Na+, H+ są to wymienne formy poszczególnych kationów występujących w glebie. Metody oznaczania kationów wymiennych składają się z dwóch etapów: - wyparcia (wymycia) wszystkich wymiennych form poszczególnych kationów z gleby do roztworu, do tego celu stosowane są najczęściej odczynniki: 1 N CH3COONH4 o pH 7,0, 0,5 N BaCl2 + 0,2 N trójetyloamina o pH 8,2 (całkowita kwasowość wymienna) oraz 1 N CH3COONa o pH 8,2 (kwasowość hydrolityczna), - oznaczenia wypartych kationów zawartych w przesączu dostępnymi metodami, przy czym największe zastosowanie znalazły przy oznaczeniu: o Ca2+, Mg2+ - metoda miareczkowa z wersenianem sodu oraz metoda absorpcji atomowej, o K+, Na+ - metoda fotometrii płomieniowej, o H+ - metoda miareczkowania ługiem. 29 Do oznaczania sumy zasad S w glebach bezwęglanowych powszechnie stosuje się metodę Kappena. Metoda ta polega na wypieraniu wszystkich kationów zasadowych 0,1 N HCl. Jony metaliczne wyparte jonami H+ łączą się z resztą kwasową Cl-, na skutek czego w roztworze powstają sole obojętne. Objętość kwasu solnego, która została zobojętniona przez wyparte kationy metaliczne, jest miarą sumy zasad. Ilość tę określa się miareczkując pozostały w przesączu glebowym nadmiar kwasu wodorotlenkiem sodu. Kwasowość hydrolityczną Hh również oznacza się metodą Kappena. Przebieg metody jest bardzo zbliżony do toku postępowania w metodzie służącej do oznaczania sumy zasad. Główna różnica związana jest z innym związkiem ekstrakcyjnym. W metodzie tej wykorzystuje się zasadowy octan sodowy lub wapniowy, który z kompleksu sorpcyjnego gleby wypiera kationy o charakterze kwasowym, głównie wodoru i glinu. Kwasowość hydrolityczna jest wskaźnikiem stopnia wysycenia kompleksu sorpcyjnego jonami wodoru i glinu. Octan sodu (wapnia) hydrolizuje w wodzie na słaby kwas octowy i silną zasadę sodową (wapniową). Kationy sodu (wapnia) ze zdysocjowanej zasady sodowej (wapniowej) wypierają kationy wodoru i glinu z kompleksu sorpcyjnego gleby. W wyniku tej reakcji powstaje w roztworze kwas octowy, którego ilość określana przez miareczkowanie jest miernikiem kwasowości hydrolitycznej. Ze względu na to, że jednorazowe traktowanie gleby roztworem nie prowadzi do całkowitej wymiany jonów, wprowadzono eksperymentalnie dobrany współczynnik. Całkowitą kationową pojemność sorpcyjną gleb T można oznaczać metodami bezpośrednimi (metodą Metsona) lub pośrednimi, polegającymi na osobnym oznaczeniu zawartości poszczególnych kationów Ca2+, Mg2+, K+, Na+, H+ lub osobnym oznaczeniu sumy zasad S i oznaczeniu kwasowości hydrolitycznej Hh. c. Przebieg ćwiczenia a. opis stanowiska badawczego i przebieg realizacji eksperymentu Oznaczenie sumy zasad metodą Kappena Wykonanie oznaczenia: - odważyć i wsypać do bidonu 20 g suchej gleby, - dodać 100 cm3 0,1 N HCl, - wytrząsać na mieszadle rotacyjnym przez 1 h, - pozostawić w spokoju na 24 h, - przesączyć zawiesinę, - pobrać 50 cm3 klarownego przesączu i przenieść do kolby Erlenmayera, 30 - dodać 2-3 krople fenoloftaleiny i miareczkować 0,1 N NaOH do lekko różowego zabarwienia utrzymującego się przez co najmniej 1 min. Sprzęt: Waga laboratoryjna, mieszadło rotacyjne, kolby 250 cm3 z korkiem gumowym, lejki, sączki, statywy, kolby Erlenmayera 300 cm3, zlewki 250 cm3, pipety 50 i 100 cm3, biureta. Odczynniki: 0,1 N roztwór HCl, 0,1 N roztwór NaOH, 1 % roztwór fenoloftaleiny. Obliczenia: Sumę zasad w badanej próbce glebowej należy obliczyć ze wzoru: S = (50 − V ) ⋅ n ⋅ 10 (cmol (+)/kg gleby) gdzie: S – suma zasad, 50 – objętość przesączu wzięta do miareczkowania (cm3), V – objętość NaOH zużyta do miareczkowania (cm3), n – normalność NaOH, 10 – współczynnik przeliczeniowy dostosowany do przyjętych rozcieńczeń. • prezentacja i analiza wyników Uzyskany wynik sumy zasad w badanej próbce glebowej należy porównać z wartościami podawanymi dla różnych utworów glebowych w literaturze. Oznaczenie kwasowości hydrolitycznej metodą Kappena Wykonanie oznaczenia: - umieścić 40 g suchej gleby w kolbie lub bidonie 250 cm3, - dodać 100 cm3 1 N CH3COONa o pH 8,2, - wytrząsać na mieszadle rotacyjnym przez 1 h, - przesączyć zawiesinę odrzuciwszy pierwsze krople, - pobrać 50 cm3 przesączu i przenieść do kolby Erlenmayera, - dodać 3-4 krople fenoloftaleiny i miareczkować 0,1 N NaOH do lekko różowego zabarwienia. 31 Sprzęt: Waga laboratoryjna, mieszadło rotacyjne, kolby 250 cm3 z korkiem gumowym, lejki, sączki, statywy, kolby Erlenmayera 300 cm3, zlewki 250 cm3, pipety 50 i 100 cm3, biureta. Odczynniki: 1 N roztwór CH3COONa o pH 8,2, 0,1 N roztwór NaOH, 1 % roztwór fenoloftaleiny. Obliczenia: Kwasowość hydrolityczną badanej próbki glebowej należy obliczyć ze wzoru: H h = V ⋅ n ⋅ 5⋅ 1,5 (cmol (+)/kg gleby) gdzie: Hh – kwasowość hydrolityczna, V – objętość NaOH zużyta do miareczkowania (cm3), n – normalność NaOH, 5 – współczynnik przeliczeniowy dostosowany do przyjętych rozcieńczeń, 1,5 – współczynnik empiryczny ustalony przez Kappena. • prezentacja i analiza wyników Uzyskany wynik kwasowości hydrolitycznej badanej próbki glebowej należy porównać z wartościami podawanymi dla różnych utworów glebowych w literaturze. Obliczanie całkowitej kationowej pojemności sorpcyjnej oraz stopnia wysycenia kompleksu sorpcyjnego gleby Najczęściej całkowitą kationową pojemność sorpcyjną gleb określa się dodając sumę zasad S do kwasowości hydrolitycznej Hh: T = S + H h (cmol (+)/kg gleby) gdzie: T – całkowita kationowa pojemność sorpcyjna, S – suma zasad (cmol (+)/kg gleby) Hh – kwasowość hydrolityczna (cmol (+)/kg gleby). 32 Stopień wysycenia gleby zasadami oznacza się ze wzoru: VS = S ⋅ 100 (%) T gdzie: VS – stopień wysycenia gleby zasadami, T – całkowita kationowa pojemność sorpcyjna (cmol (+)/kg gleby), S – suma zasad (cmol (+)/kg gleby). Podobnie można obliczyć stopień wysycenia gleby danym kationem: VA = A ⋅ 100 (%) T gdzie: VA – stopień wysycenia gleby danym kationem, T – całkowita kationowa pojemność sorpcyjna (cmol (+)/kg gleby), A – zawartość danego kationu (cmol (+)/kg gleby), Hh – kwasowość hydrolityczna (cmol (+)/kg gleby). Zgodnie z powyższymi wzorami należy policzyć całkowitą kationową pojemność sorpcyjną badanych próbek gleby, a także stopień wysycenia gleby zasadami oraz stopień wysycenia gleby kationami wodoru. Uzyskane wyniki porównać z wartościami typowymi spotykanymi w glebach naszego kraju na podstawie dostępnej literatury. d. Wymagania BHP - odzież ochronna typu fartuch, - ćwiczenie wykonywać jedynie w obecności osoby prowadzącej zajęcia. e. Literatura Dobrzański B., Zawadzki S. 1995. Gleboznawstwo. PWRiL. Warszawa. 33 Mocek A., Drzymała S., Maszner P. 1997. Geneza, analiza i klasyfikacja gleb. Wyd. Akademii Rolniczej w Poznaniu. Poznań. Ostrowska A., Gawliński S., Szczubiałka Z. 1991. Metody analizy i oceny właściwości gleb i roślin. Instytut Ochrony Środowiska. Warszawa. Uggla H. 1981. Gleboznawstwo rolnicze. PWN. Warszawa. 34 7. A. Węglan wapnia. Metody oznaczania zawartości węglanu wapnia w glebie. Oznaczanie zawartości CaCO3 za pomocą kalcymetru a. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego Celem ćwiczenia jest poznanie informacji na temat węglanu wapnia i jego wpływu na właściwości gleb, a także metod oznaczania zawartości węglanu wapnia w glebie. Zakres ćwiczenia obejmuje oznaczenie zawartości węglanu wapnia w próbce glebowej metoda polową Nowackiego oraz za pomocą kalcymetru. b. Wprowadzenie do metodyki Metody oznaczania zawartości węglanu wapnia w glebie Oznaczanie węglanów występujących w glebach jest oparte na reakcji węglanu z kwasem, najczęściej solnym i określeniu ilości wydzielającego się CO2: MeCO3 + 2 HCl → MeCl2 + H2O + CO2 (Me – dowolny kation) Metody pomiaru ze względu na sposób oznaczenia ilości CO2 można podzielić na dwie grupy: wagowe i objętościowe. W metodach wagowych najczęściej absorbuje się wydzielający się CO2 w U – rurkach z wapnem sodowym (metoda Fraseniusa – Classena) lub w aparatach z roztworem KOH. Z przyrostu masy oblicza się ilość CO2, a stąd zawartość CaCO3. Metody te znajdują zastosowanie w przypadku analiz ścisłych, gdy zachodzi podejrzenie, że w badanych próbkach występują siarczki, które również reagują z kwasem solnym dając gazowy siarkowodór, który jest sorbowany w U – rurkach. Metody objętościowe są szybsze od wagowych, ale jednocześnie mniej dokładne. Zawartość CaCO3 oblicza się w nich z objętości wydzielonego CO2. W naszych pracowniach najczęściej stosowana jest metoda Scheiblera lub bazująca na niej metoda z wykorzystaniem kalcymetru. Aparat Scheiblera składa się ze słoika na próbkę glebową, z umocowanym w korku słoika zbiorniczkiem na kwas z dwoma otworami (wylew kwasu i doprowadzenie powietrza do zbiorniczka) oraz z dwu połączonych ze sobą rur, z których jedna jest skalibrowana w jednostkach objętościowych od 0 do 200 cm3 i łączy się ze zbiornikiem wypełnionym roztworem nie absorbującym CO2, a więc nasyconym roztworem NaCl, 2 % CaCl2 lub CuSO4. Zbiornik jest ruchomy, co pozwala dowolnie ustalać poziom płynu w skalibrowanej rurze. Ilość gleby potrzebnej do oznaczenia zależy od zawartości CaCO3. Przed właściwym pomiarem należy więc przeprowadzić próbę wstępną na zawartość węglanów w glebie. Odważoną próbkę gleby wsypuje się do słoika. Do naczynka na kwas umocowanego w korku 35 słoika wlewamy przez otwór pipetą 10 % roztwór HCl tak, aby poziom jego sięgał kilka mm poniżej otworu naczynka i zaciskamy szczelnie korek. Poziom płynu w skalibrowanej rurze doprowadza się do podziałki zerowej, po czym podłącza się słoik z glebą i kwasem solnym. Następnie przechyla się go tak, aby kwas wylał się przez otwór na glebę. Wydzielający się CO2 wypiera płyn ze skalibrowanej rury, a obniżając zbiornik z płynem, utrzymujemy równy poziom w rurze i zbiorniku. Gdy burzenie ustaje, odczytuje się objętość wydzielonego CO2. Odczytaną objętość należy sprowadzić do ciśnienia 1013 hPa i temperatury 0°C. Z objętości wydzielonego CO2 oblicza się procentową zawartość węglanów. Oznaczanie węglanu wapnia za pomocą kalcymetru jest metodą objętościową, a więc polega na określeniu ilości CO2 uwalnianego podczas reakcji węglanu wapnia zawartego w próbce glebowej z kwasem solnym. Kalcymetr zbudowany jest z wypełnionej wodą, wyskalowanej biurety (5), która połączona jest z kolbką (3) i zbiorniczkiem wyrównawczym (1). Woda znajdująca się w biurecie jest nasycona dwutlenkiem węgla, aby uniknąć strat CO2 podczas oznaczania. Podczas reakcji zachodzącej w kolbce uwalniany jest CO2, który wypiera wodę z biurety do zbiorniczka. Przesuwając zbiorniczek wyrównujemy poziom wody w biurecie i zbiorniczku (nie należy dopuszczać aby różnica poziomów była wyższa niż 3 ml). Po zakończeniu reakcji ilość wydzielonego CO2 odczytujemy z biurety. Zawartość węglanów można również oznaczać metodą miareczkową. Metoda ta polega na zmiareczkowaniu nadmiaru kwasu solnego pozostałego po dodaniu 25 cm3 HCl do badanej próbki. Nadmiar kwasu miareczkuje się 0,2 m roztworem NaOH wobec metyloranżu jako wskaźnika. Do oznaczenia jakościowego (np. w warunkach polowych) posłużyć się można metodą Nowackiego. Metoda ta służy również jako wstępna analiza ułatwiająca dobór odpowiedniej wielkości naważki do analiz ilościowych. c. Przebieg ćwiczenia a. opis stanowiska badawczego i przebieg realizacji eksperymentu Oznaczanie zawartości węglanu wapnia metodą polową Wykonanie oznaczenia: – do parowniczki wsypać kilka gram gleby, – dodać kilka kropel kwasu solnego o rozcieńczeniu 1:1, – ustalić zawartość CaCO3 poprzez stwierdzenie burzenia gleby z kwasem lub jego brak oraz ocenę intensywności i długotrwałości burzenia zgodnie z poniższą tabelą: 36 Intensywność i długotrwałość burzenia nie ma burzenia burzenie jest słabe i krótkotrwałe burzenie jest wyraźne, ale krótkotrwałe burzenie jest silne i długotrwałe Zawartość CaCO3 (%) <1 1–2 3–4 >5 Sprzęt: Parowniczka lub szkło zegarowe Odczynniki: Kwas solny o rozcieńczeniu 1:1 (roztwór uzyskany poprzez zmieszanie 1 części wody i 1 części stężonego kwasu solnego) Oznaczanie zawartości węglanu wapnia w próbce glebowej za pomocą kalcymetru Wykonanie oznaczenia: – określić ilość badanej próbki na podstawie intensywności burzenia po polaniu jej kwasem solnym. W tym celu należy na szkiełko zegarkowe przenieść około 2,5 g badanej próbki i dodać około 1 ml 4 M HCl. Wielkość próbki określić posługując się poniższą tabelą: Intensywność burzenia brak albo słabe wyraźne, ale krótkie silne i długie bardzo silne i bardzo długie Zawartość CaCO3 (%) <2 2–10 10–20 >20 Wielkość próbki (g) 10 5 2,5 <1 − odważyć odpowiednią ilość próbki z dokładnością 1 mg i przenieść ją do kolby Erlenmayera, − do kolby dodać 20 ml wody, − przenieść do naczyńka przeznaczonego na kwas około 7 ml kwasu solnego, − włożyć ostrożnie naczyńko do kolbki, uważając aby kwas przedwcześnie nie wylał się na glebę, − zamknąć kolbkę korkiem, − przekręcić zawór w pozycję „measuring”, − przechylić kolbkę, tak aby kwas wypłynął z naczyńka na badaną glebę i zapoczątkował reakcję, − wydzielający się gaz będzie obniżał poziom płynu w biurecie i będzie podnosił poziom płynu w naczyńku wyrównującym, dlatego należy przesuwać naczynko tak, aby 37 wyrównać poziomy wody w biurecie i naczynku (nie należy dopuszczać, aby różnica poziomów przekroczyła 3 ml), − w sytuacji, gdy poziom wody w biurecie szybko przekroczy ustaloną doświadczalnie wartość V2, należy przerwać oznaczenie i powtórzyć z mniejszą naważką gleby, − w sytuacji, gdy poziom wody w biurecie będzie dużo mniejszy od wartości V2, należy przerwać oznaczenie i powtórzyć z większą naważką gleby, − co jakiś czas należy potrząsać kolbką w celu kontynuowania reakcji, − reakcja zakończy się (nie będzie oznak burzenia) po około 1 godzinie, − po zakończeniu reakcji należy wyrównać poziomy wody w biurecie i w naczyńku wyrównującym i odczytać objętość wydzielonego CO2. Sprzęt: kalcymetr, kolby Erlenmayera 250 ml, próbówki 10 ml. Odczynniki: czysty węglan wapnia, kwas solny o stężeniu 4 mol/l, woda destylowana. Obliczenia: Zawartość węglanów uzyskaną podczas oznaczania przy użyciu kalcymetru należy obliczyć zgodnie ze wzorem : ϕ (CaCO3 ) = 1000 ⋅ m2 ⋅ (V1 − V2 ) 100 + w ⋅ m1 ⋅ (V2 − V3 ) 100 gdzie: ϕ(CaCO3) - zawartość węglanów wyrażona jako równoważna zawartość węglanu wapnia (g/kg), m1 - masa badanej próbki (g), m2 - średnia masa węglanu wapnia użyta do kalibracji (g), V1 - objętość CO2 wytworzona przez badaną próbkę (cm3), V2 - średnia objętość CO2 wytworzona podczas kalibracji z użyciem czystego węglanu wapnia (cm3), V3 - średnia zmiana objętości w „ślepych” próbach (może być wartość ujemna) (cm3), w - wilgotność gleby oznaczona metodą wagowo – suszarkową (% wag.). 38 • prezentacja i analiza wyników Wyniki oznaczenia zawartości węglanów metodą polową przedstawić w formie tabeli: Nr próbki Ocena intensywności burzenia Zawartość CaCO3 (%) Wyniki oznaczenia zawartości węglanów przy użyciu kalcymetra przedstawić w formie tabeli: Nr próbki m1 (g) m2 (g) V1 3 (cm ) V2 3 (cm ) V3 3 (cm ) w ϕ (CaCO3) ϕ (CaCO3) (%) (g/kg) (%) Wyniki zawartości węglanu wapnia uzyskane dwiema metodami należy ze sobą porównać. Na podstawie tych wyników należy scharakteryzować badaną glebę pod kątem zawartości węglanu wapnia. d. Wymagania BHP - odzież ochronna typu fartuch, - ćwiczenie wykonywać jedynie w obecności osoby prowadzącej zajęcia. e. Literatura Dobrzański B., Zawadzki S. 1995. Gleboznawstwo. PWRiL. Warszawa. Greinert A. 1998. Przewodnik do ćwiczeń z gleboznawstwa i ochrony gleb. Wyd. Politechniki Zielonogórskiej. Zielona Góra. Lityński T., Jurkowska H. 1982. Żyzność gleby i odżywianie się roślin. PWN. Warszawa. Mocek A., Drzymała S., Maszner P. 1997. Geneza, analiza i klasyfikacja gleb. Wyd. Akademii Rolniczej w Poznaniu. Poznań. 39 7. B. Charakterystyka wapnia i magnezu w środowisku glebowym. Przygotowanie wyciągów glebowych do oznaczania metalicznych kationów wymiennych w glebie. Oznaczanie zawartości kationów Ca2+ i Mg2+ metodą kompleksometryczną a. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego Celem ćwiczenia jest poznanie wiadomości dotyczących roli fizjologicznej, przyswajalności dla roślin oraz znaczenia w środowisku glebowym wapnia i magnezu, a także poznanie metody przygotowania wyciągów glebowych do oznaczenia kationów zasadowych oraz metody kompleksometrycznej oznaczania zawartości kationów wymiennych Ca2+ i Mg2+ w glebie. Zakres ćwiczenia obejmuje oznaczenie zawartości kationów wymiennych Ca2+ i Mg2+ w próbkach glebowych metodą miareczkową z wersenianem sodowym. b. Wprowadzenie do metodyki Przygotowanie wyciągów glebowych do oznaczania metalicznych kationów wymiennych (Ca, Mg, K, Na) w glebie Istnieje wiele metod ekstrakcji kationów zasadowych z gleby do roztworu, w których stosuje się różne związki chemiczne. Jedną z najpopularniejszych jest metoda z wykorzystaniem 1 N roztworu CH3COONH4. Kationy metaliczne są tu wypierane do kompleksu sorpcyjnego przez jony amonowe NH4+. Przebieg metody jest następujący: − odważyć od 2 do 10 g gleby powietrznie suchej (gleby zasobne w części spławialne i substancje próchniczne – 2-2,5 g, gleby średnio zasobne – do 10 g, zaś mało zasobne >10 g), roztartej i przesianej przez sito o Φ oczek 1 mm, − umieścić glebę w zlewce o pojemności 100 ml i zalać taką ilością 1 N roztworu CH3COONH4 o pH 7, aby pokrył glebę warstwą grubości ok. 1 cm, − dokładnie wymieszać zawartość zlewki i pozostawić na 24 godziny, − po upływie doby ponownie dokładnie wymieszać zawartość zlewki, a następnie sączyć przez twardy sączek do suchych kolb miarowych o pojemności 100 ml; do całkowitego przeniesienia gleby na sączek używa się małych porcji 1 N roztworu CH3COONH4, − w momencie uzyskania ok. 90 ml przesączu sprawdzić, czy jony Ca zostały wyparte z badanej próbki glebowej. W tym celu pod lejek z glebą podstawić szkiełko zegarkowe i zebrać na nim około 0,5 ml eluatu. Następnie dodać za pomocą kroplomierza kilka kropel 1 N kwasu szczawiowego. Brak reakcji (nie powstaje zmętnienie) z tym kwasem wskazuje, że z badanej próbki glebowej zostały wyparte metaliczne kationy wymienne. Przerywa się 40 wówczas przemywanie gleby i zawartość w kolbach miarowych uzupełnia się do objętości 100 ml 1n roztworem octanu amonowego. Natomiast reakcja z kwasem szczawiowym świadczy o nie zakończonym procesie wymywania kationów z gleby i wówczas należy kontynuować ekstrakcję. Przesącze zbierać do zlewki podstawionej w miejsce kolby miarowej. Po zakończeniu przemywania połączyć wyciągi glebowe i zagęścić w zlewce przez odparowanie na łaźni wodnej do takiej objętości, aby można było przenieść ilościowo roztwór do kolby miarowej o pojemności 100 ml. Przygotowany wyciąg glebowy powinien być klarowny i natychmiast analizowany. W razie konieczności należy go przechowywać w lodówce lub chłodni (temp. 0-5 0 C), dodając kilka kropel chloroformu. c. Przebieg ćwiczenia a. opis stanowiska badawczego i przebieg realizacji eksperymentu Oznaczenie wapnia i magnezu metodą miareczkową z wersenianem sodu Oznaczenie zawartości wapnia i magnezu metodą z wersanianem sodu przebiega w dwóch etapach: w I oznacza się zawartość samego wapnia, a w II – zawartość wapnia i magnezu razem. Wykonanie oznaczenia: I miareczkowanie – zawartość Ca2+ − odpipetować 10 ml roztworu do kolby stożkowej o pojemności 100 ml, − rozcieńczyć wodą do objętości około 20 ml i dodać 10 ml 10% roztworu KOH; pH roztworu powinno wynosić 12 lub więcej, − dodać około 0,15 g mureksydu lub kalcesu jako indykatora, − miareczkowąć 0,02 N wersenianem sodowym (EDTA) do zmiany koloru z czerwonego na fioletowy lub fioletowoniebieski. II miareczkowanie – zawartość Ca2+ +Mg2+ − odpipetować 10 ml roztworu do analiz do kolby stożkowej o pojemności 100 ml, − rozcieńczyć wodą do pojemności około 20 ml i dodać 5 ml roztworu buforowego NH4ClNH4OH; pH powinno wynosić około 10 (9,6 do 10,4), − dodać 5-6 kropel czerni eriochromowej T (EBT), − miareczkowąć 0,02 N wersenianem sodowym (EDTA) do zmiany koloru z winnoczerwonego na niebieski. 41 Sprzęt: Kolby stożkowe 100 ml, biurety, pipety Odczynniki: 10% roztwór KOH, kalces, 0,02 N wersenian sodowy (EDTA), roztwór buforowy NH4Cl-NH4OH, roztwór czerni eriochromowej T, Obliczenia: Zawartość kationów Ca2+ obliczyć ze wzoru: Ca 2+ = n ⋅V1 (cmol(+)/kg) gdzie: V1 – objętość 0,02 N wersenianu sodowego zużyta do I miareczkowania (cm3), n – przelicznik zależny od użytych rozcieńczeń. Zawartość kationów Mg2+ obliczyć ze wzoru: Mg 2+ = n ⋅ (V2 − V1 ) (cmol(+)/kg) gdzie: V1 – objętość 0,02 N wersenianu sodowego zużyta w I miareczkowaniu (cm3). V2 – objętość 0,02 N wersenianu sodowego zużyta w II miareczkowaniu (cm3). n – przelicznik zależny od użytych rozcieńczeń. • prezentacja i analiza wyników W analizie wyników należy zinterpretować uzyskane zawartości kationów wapnia i magnezu w badanej próbce glebowej porównując je ze sobą oraz porównując do typowych wartości podawanych w literaturze dla danego rodzaju gleby. Na tej podstawie należy wnioskować co do właściwości i przydatności rolniczej tej gleby. d. Wymagania BHP - odzież ochronna typu fartuch, - ćwiczenie wykonywać jedynie w obecności osoby prowadzącej zajęcia. 42 e. Literatura Dobrzański B., Zawadzki S. 1995. Gleboznawstwo. PWRiL. Warszawa. Fotyma M., Mercik S. 1995. Chemia rolna. Wyd. Naukowe PWN. Warszawa. Mocek A., Drzymała S., Maszner P. 1997. Geneza, analiza i klasyfikacja gleb. Wyd. Akademii Rolniczej w Poznaniu. Poznań. Ostrowska A., Gawliński S., Szczubiałka Z. 1991. Metody analizy i oceny właściwości gleb i roślin. Instytut Ochrony Środowiska. Warszawa. Uglla H. 1981. Gleboznawstwo rolnicze. PWN. Warszawa. 43 8. Substancja organiczna gleby. Metody analiz substancji organicznej gleb. Oznaczanie zawartości węgla organicznego metodą Tiurina a. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego Celem ćwiczenia jest poznanie teoretycznych wiadomości na temat próchnicy glebowej oraz poznanie głównych metod oznaczania zawartości próchnicy w glebie. Zakres ćwiczenia obejmuje oznaczenie zawartości węgla organicznego metodą Tiurina oraz obliczenie przybliżonej zawartości próchnicy w badanej próbce glebowej. b. Wprowadzenie do metodyki Metody oznaczania węgla organicznego w glebie Większość metod stosowanych do oznaczania zawartości próchnicy (czy też substancji organicznej) w glebie to metody pośrednie, polegające na oznaczeniu ilości C zawartego w substancji organicznej. Ponieważ przeciętna zawartość C w próchnicy wynosi 58 %, zawartość próchnicy w glebie oblicza się ze wzoru: % próchnicy = % C org. · 1,724 1,724 = 100/58 Wszystkie metody oznaczania C organicznego w glebie opierają się na jego utlenianiu do CO2. Można je podzielić na: – metody wagowe, – metody objętościowe. Metody wagowe polegają na spalaniu substancji organicznej i wychwytywaniu w urządzeniach absorpcyjnych CO2 wydzielonego przy utlenianiu węgla. Na podstawie przyrostu wagi urządzenia absorpcyjnego oznacza się ilość CO2, a następnie wylicza się zawartość C. Spalanie substancji organicznej można przeprowadzić na drodze suchej (met. Terlikowskiego) w specjalnych piecach w temperaturze 900-16000C lub na drodze mokrej (met. Knopa, Allisona) przy pomocy roztworów silnych utleniaczy. Metody te nie są stosowane powszechnie do masowych oznaczeń, gdyż wymagają odpowiedniego wyposażenia laboratoryjnego. Metody objętościowe polegają na spalaniu substancji organicznej na mokro przy użyciu silnego utleniacza, np. K2Cr2O7, KMnO4, podobnie jak w spalaniu na mokro z tym, że zawartość węgla organicznego określa się na podstawie ilości zużytego utleniacza w czasie reakcji oksydacyjno-redukcyjnej. Nadmiar pozostałego po reakcji utleniacza odmiareczkowuje się roztworami redukcyjnymi np. solą Mohra FeSO4(NH4)2SO4⋅6H2O. 44 Metody te nie wymagają specjalnego wyposażenia, są bardzo szybkie, tanie, dosyć dokładne i dlatego powszechnie stosowane w laboratoriach gleboznawczych. Należy jednak pamiętać, iż metodami tymi oznacza się tzw. "utlenialność" gleby, o której decyduje oprócz węgla także zawartość Cl-, Fe+2. Mn+2 itp. Spośród metod objętościowych najczęściej stosowane są metody: Westerhoffa, Springera, Walkley-Blacka i Tiurina. W Polsce powszechnie używana jest metoda Tiurina. c. Przebieg ćwiczenia a. opis stanowiska badawczego i przebieg realizacji eksperymentu Oznaczenie zawartości węgla organicznego metodą Tiurina Metoda ta polega na spalaniu substancji organicznej przy pomocy silnego utleniacza 0,4 N K2Cr2O7 w obecności stężonego H2SO4 oraz katalizatora Ag2SO4 (wytrącanie Cl- w postaci AgCl, Cl- zawyżają wyniki) z podgrzewalnikiem zewnętrznym przez 5 min. od początku wrzenia. Zawartość Corg w próbce gleby określa się na podstawie ilości zużytego utleniacza w czasie reakcji redox. Natomiast ilość zużytego w reakcji utleniacza wyznacza się pośrednio poprzez zmiareczkowanie związkiem redukującym jego nadmiar jaki pozostał po utlenieniu Corg. Jako reduktor nadmiaru utleniacza stosuje się 0,1 N roztwór soli Mohra FeSO4(NH4) · SO4 · 6H2O. Wykonanie oznaczenia: − glebę rozetrzeć w moździerzu i przesiać przez sito o φ oczek 0,25 mm, − odważyć na wadze analitycznej 0,1-0,5 g gleby, − przenieść naważkę gleby do kolby Erlenmayera o pojemności 100 cm3, − dodać szczyptę Ag2SO4 oraz 10 cm3 0,4 N mieszaniny chromowej i ostrożnie wymieszać, − przykryć kolbę lejkiem i ustawić na nagrzanej płycie elektrycznej, − doprowadzić mieszaninę do wrzenia i od tego momentu wolno gotować przez dokładnie 5 min., − ostudzić kolbę (odstawić na 10-15 min.), a lejek spłukać nad kolbą z wewnętrznej i zewnętrznej strony wodą destylowaną przy użyciu tryskawki; spłukać również szyjkę i ścianki kolby, − roztwór powinien mieć zabarwienie pomarańczowo-żółte lub brudnozielone; zielone zabarwienie świadczy o niewystarczającej ilości utleniacza i oznaczenie należy powtórzyć z mniejszą naważką lub dodając dodatkowo 10 cm3 mieszaniny chromowej, − miareczkować 0,2 N roztworem soli Mohra wobec kwasu n-fenyloantranilowego (2-3 krople dodać do kolbek bezpośrednio przed miareczkowaniem) nadmiar pozostałego po 45 redukcji K2Cr2O7. Zabarwienie roztworu zmienia się podczas miareczkowania od ciemnowiśniowo-brunatnego przez ciemnofioletowy do jaskrawozielonego. Zmiana zabarwienia jest bardzo wyraźna. Od momentu pojawienia się barwy ciemnofioletowej należy miareczkować bardzo ostrożnie (po 1 kropli) i dokładnie mieszać. Analizę prowadzimy w 2 powtórzeniach. − w ten sam sposób przeprowadza się oznaczanie "ślepej próby". Sprzęt: Waga analityczna, kolby Erlenmayera 100 ml, małe lejki, pipety 10 ml, biurety, płyta grzejna, stoper, tryskawka, moździerz, sito o o φ oczek 0,25 mm. Odczynniki: 0,4 N roztwór K2Cr2O7 w obecności stężonego H2SO4, Ag2SO4, 0,2 N roztwór soli Mohra, 0,2 % roztwór kwasu n-fenyloantranilowego. Obliczenia: Zawartość węgla organicznego oblicza się ze wzoru: % C org = (a − b) ⋅ n ⋅ 0,003 ⋅ 100 s gdzie: a - objętość soli Mohra zużyta do zmiareczkowania "ślepej próby" [cm3], b - objętość soli Mohra zużyta do zmiareczkowania badanej próby [cm3], (a - b) - objętość soli Mohra odpowiadająca objętości K2Cr2O7 zużytej na utlenienie C [cm3], n - normalność soli Mohra, 0,003 - masa C utleniana przez 1 cm3 1 N K2Cr2O7 [g], s - naważka gleby [g]. Zawartość próchnicy obliczamy ze wzoru: % próchnicy = % C org. · 1,724 46 • prezentacja i analiza wyników Analiza wyników powinna zawierać interpretację otrzymanej zawartości próchnicy w badanej glebie poprzez porównanie z typowymi wartościami dla gleb mineralnych oraz sugestie co do możliwej zasobności tej gleby w składniki pokarmowe i jej przydatności rolniczej. d. Wymagania BHP - odzież ochronna typu fartuch, - ćwiczenie wykonywać jedynie w obecności osoby prowadzącej zajęcia. e. Literatura Dobrzański B., Zawadzki S. 1995. Gleboznawstwo. PWRiL. Warszawa. Kononowa M. 1968. Substancje organiczne gleby ich budowa, właściwości i metody badań. PWRiL. Warszawa. Mocek A., Drzymała S., Maszner P. 1997. Geneza, analiza i klasyfikacja gleb. Wyd. Akademii Rolniczej w Poznaniu. Poznań. Ostrowska A., Gawliński S., Szczubiałka Z. 1991. Metody analizy i oceny właściwości gleb i roślin. Instytut Ochrony Środowiska. Warszawa. Turski R. 1996. Substancja organiczna i jej znaczenie w ekosystemach. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych. Z. 437. Komitet Gleboznawstwa i Chemii Rolnej PAN. Warszawa. Uglla H. 1981. Gleboznawstwo rolnicze. PWN. Warszawa. 47 9. Substancje próchnicowe w glebie. Ekstrakcja kwasów humusowych a. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego Celem ćwiczenia jest poznanie wiadomości dotyczących związków próchnicznych oraz metod ekstrakcji substancji próchnicowych z gleby. Zakres ćwiczenia obejmuje ekstrakcję substancji próchnicowych z próbki glebowej metodą alkaliczną. b. Wprowadzenie do metodyki Ekstrakcja substancji próchnicznych z gleby Dobór metody ekstrakcji zależy od rodzaju związków, które mają być ekstrahowane. Niepolarne składniki takie jak tłuszcze, woski, żywice ekstrahuje się przy pomocy organicznych rozpuszczalników np. eter, mieszaniny alkoholi i benzenu. Natomiast w przypadku aminokwasów i cukrów stosuje się hydrolizę. Związki chemiczne używane do ekstrakcji substancji organicznej (Stevenson 1982): Środek ekstrahujący % wyekstrahowanej substancji organicznej NaOH do 80% "Łagodne" ekstraktanty: Na4P2O7 i sole kwasów organicznych do 30% Organiczne związki chelatujące do 30% HCOOH do 55% Ekstrakcja alkaliczna W tej metodzie stosuje się powszechnie odczynniki: NaOH i Na2CO3 o stężeniach 0,1 do 0,5 n. Ekstrakcja gleby NaOH prowadzi do wyizolowania 80% substancji organicznej. Skuteczność metody podnosi przemycie gleby rozcieńczonym HCl, gdyż wówczas usuwane są Ca2+ i inne kationy wielowartościowe. Lepszy efekt uzyskuje się powtarzając ekstrakcję, a ilość substancji organicznej wyizolowanej z gleby przez alkalia wzrasta wraz z czasem trwania ekstrakcji. Metoda jest bardzo skuteczna, ale posiada też wiele niepożądanych cech: - alkalia mogą rozpuszczać pewne składniki mineralne np.: krzemionkę, która może zanieczyścić wyizolowany materiał, - alkalia ługują pewne substancje organiczne wchodzące w skład świeżych tkanek roślinnych jak hemiceluloza, lignina itp., dołączając je do substancji próchnicznych gleby, 48 - w czasie samej ekstrakcji mogą pojawiać się wtórne procesy np. autooksydacja lub kondensacja, w wyniku których powstają nowe substancje, jakich nie było w pierwotnej próchnicy. "Łagodne" środki ekstrahujące W celu eliminacji niekorzystnych cech ekstrakcji alkalicznej zaczęto stosować "łagodne" odczynniki, dające większą gwarancję izolowania niezmienionej substancji organicznej. Niestety za pomocą tych łagodnie działających środków można z gleby wyługować znacznie mniejsze ilości substancji próchnicznych aniżeli przy użyciu zasad. Łączy się to z różnym stopniem ich związania z mineralną frakcją materiału glebowego. Im słabsze są te wiązania, tym łatwiej są one rozrywane podczas eksrakcji, a substancje próchniczne mogą być przeprowadzane do roztworu i izolowane. Obecnie niektórzy autorzy preferują metodę, w której najpierw przeprowadza się "łagodną" ekstrakcję, a następnie alkaliczną. Pirofosforan sodu i inne sole W większości gleb substancja organiczna jest związana z jonami Ca2+, Fe3+, Al3+ tworząc nierozpuszczalne połączenia. Działając odpowiednimi czynnikami takimi jak: szczawian amonu (NH4)2C2O4, pirofosforan sodu Na4P2O7, sole słabych kwasów organicznych, EDTA, acetyloaceton uzyskuje się uwolnienie substancji organicznej na skutek związania powyższych kationów. Największe zastosowanie wśród wymienionych reagentów znalazł Na4P2O7. Przy jego wykorzystaniu można wyizolować z gleby ok. 30% substancji organicznej. Jest to mniej niż w przypadku ekstrakcji z NaOH, ale wyizolowane substancje próchniczne wykazują znacznie mniejsze zmiany właściwości. Aby jeszcze dodatkowo zminimalizować te zmiany, ekstrakcja powinna przebiegać w środowisku o pH 7.0. Kwas mrówkowy Stosując bezwodny kwas mrówkowy zawierający LiF, LiBr lub HBF4 można wyekstrahować do 55% substancji organicznej z gleb mineralnych i do 80% z kompostów. Kwas mrówkowy jest związkiem polarnym i nie wykazuje właściwości utleniających, bądź hydrolizujących, ponadto jest on dobrym rozpuszczalnikiem dla bardzo dużej ilości różnych związków chemicznych. Metoda ta jest najlepsza dla gleb, w których większość substancji organicznej jest częściowo zhumifikowana. 49 Organiczne związki chelatujące W metodzie tej znalazły zastosowanie takie związki jak: acetyloaceton, cupfferon i hydroksychinolina. Mają one właściwość tworzenia kompleksów chelatowych z jonami Fe i Al, wchodzącymi w skład kompleksów z substancją organiczną w poziomach eluwialnych gleb bielicowych. Wymienione związki chelatujące wiążą Fe i Al i w ten sposób uwalniają substancję organiczną, która przechodzi w formy rozpuszczalne. Są raczej nieskuteczne w przypadku innych typów gleb. Zmodyfikowana metoda HSS Metoda ta wykorzystuje specjalne kolumny z jonowymiennymi żywicami. Po wstępnym wyekstrahowaniu związków próchnicznych 0,1 m HCl pozostałość ekstrahuje się 0,1 m NaOH. c. Przebieg ćwiczenia • opis stanowiska badawczego i przebieg realizacji eksperymentu Frakcjonowanie próchnicy metodą alkaliczną Wykonanie oznaczenia: − nasypać na sączek ok. 50 g próchnicznej gleby i zalać wodą zakwaszoną, − zalać tę samą glebę 1n NaOH, − dodać do otrzymanego przesączu kilkanaście cm3 HCl (1:3), − potraktować osad kwasów na sączku alkoholem. Sprzęt: Statyw, lejek, sączki, zlewki. Odczynniki: Woda zakwaszona, HCl (1:3), 1n NaOH, 95 % roztwór C2H5OH. • prezentacja i analiza wyników Należy dokładnie opisać przebieg frakcjonowania próchnicy metodą alkaliczną wraz z podaniem informacji na temat wszelkich zmian jakie zaobserwowano podczas analizy oraz ich interpretacji. 50 d. Wymagania BHP - odzież ochronna typu fartuch, - ćwiczenie wykonywać jedynie w obecności osoby prowadzącej zajęcia. e. Literatura Dobrzański B., Zawadzki S. 1995. Gleboznawstwo. PWRiL. Warszawa. Gonet S. (red.) 1990. Przewodnik metodyczny do badań materii organicznej gleb. [w:] Prace Komisji Naukowych Polskiego Towarzystwa Gleboznawczego. ZG PTG. Warszawa. Kononowa M. 1968. Substancje organiczne gleby ich budowa, właściwości i metody badań. PWRiL. Warszawa. Mocek A., Drzymała S., Maszner P. 1997. Geneza, analiza i klasyfikacja gleb. Wyd. Akademii Rolniczej w Poznaniu. Poznań. Turski R. 1996. Substancja organiczna i jej znaczenie w ekosystemach. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych. Z. 437. Komitet Gleboznawstwa i Chemii Rolnej PAN. Warszawa. Stevenson F.J. 1982. Humus chemistry. Genesis, composition, reactions. John Wiley and Sons. Uglla H. 1981. Gleboznawstwo rolnicze. PWN. Warszawa. 51 10. A. Formy występowania pierwiastków w glebach. Metody mineralizacji materiału glebowego. Fosfor w środowisku glebowym. Oznaczanie fosforu ogólnego metodą wanadomolibdenową a. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z formami występowania pierwiastków w glebach, metodami mineralizacji materiału glebowego, specyfiką fosforu w środowisku glebowym, z czynnikami wpływającymi na jego przyswajalność przez rośliny i jego uwstecznianie oraz z metodyką oznaczania zawartości fosforu ogólnego w glebie. Zakres ćwiczenia obejmuje oznaczenie ogólnej zawartości fosforu w próbkach glebowych metodą wanadomolibdenową. b. Wprowadzenie do metodyki Metody mineralizacji materiału glebowego Różnice między glebami wyrażają się głównie w ilości poszczególnych pierwiastków oraz w stopniu ich związania. W danej glebie poszczególne składniki mogą występować w różnej postaci, np. rozpuszczone w roztworze glebowym, zaadsorbowane na powierzchni cząstek koloidalnych lub wbudowane w sieć minerałów. Analiza gleb na zawartość określonych składników składa się z dwóch podstawowych, jednakowo ważnych części, tj. z przeprowadzania składników do roztworu oraz ich oznaczenia. Ogólną zawartość składników w glebie oznacza się po całkowitym rozłożeniu związków mineralnych i organicznych. Do tego celu stosuje się stapianie gleby w środowisku alkalicznym albo trawienie silnymi kwasami mineralnymi. Przeprowadzenie składników z gleby do roztworu kwasu fluorowodorowego – oznaczenie ogólnej zawartości pierwiastków w glebie Zgodnie z zaleceniami międzynarodowymi całkowitą ilość składników glebowych przeprowadza się do roztworu metodą trawienia gleby kwasem fluorowodorowym. Składniki w glebie występują przeważnie w postaci związanej w substancji organicznej i mineralnej. Spalanie gleby w temperaturze 450 – 500oC powoduje rozkład substancji organicznej. Kwas fluorowodorowy rozkłada minerały glebowe. Spopielanie gleby, a następnie trawienie kwasem fluorowodorowym powoduje przejście składników z formy związanej do roztworu z kwasem fluorowodorowym. 52 Przeprowadzanie składników z gleby do roztworu mieszaniny kwasu azotowego i nadchlorowego – oznaczanie zbliżonej do ogólnej zawartości pierwiastków w glebie Całkowite rozłożenie mineralnych części gleby nastręcza wiele trudności, dlatego stosuje się często ługowanie składników glebowych na zimno lub na gorąco kwasami lub ich mieszaninami. Składniki przechodzące do mocnych kwasów w czasie trawienia gleby na gorąco przyjęło się nazywać zawartością zbliżoną do ich ogólnej zawartości w glebie. W glebach o podobnym uziarnieniu relacje między ilością składników przechodzących do mocnych kwasów a ich zawartością ogólną są względnie stałe. Zgodnie z zaleceniami międzynarodowymi do oznaczania zbliżonej do ogólnej zawartości poszczególnych pierwiastków w glebie przyjęto metodę trawienia materiału glebowego mieszaniną stężonego kwasu azotowego i nadchlorowego na gorąco. Trawienie w kwasach gleb organicznych poprzedza się spopieleniem substancji organicznej. Wstępne spopielenie gleby uwalnia składniki związane w substancji organicznej. Trawienie pozostałości po spaleniu mieszaniną kwasu azotowego i nadchlorowego powoduje rozkład większości minerałów glebowych i przejście składników do roztworów. W glebach o małej zawartości substancji organicznej prawie cała ilość składników związana jest z substancją mineralną gleby. Mieszanina kwasów azotowego i nadchlorowego powoduje rozkład większości minerałów glebowych. Przeprowadzenie składników z gleby do roztworu kwasu siarkowego przy udziale nadtlenku wodoru – oznaczanie zbliżonej do ogólnej zawartości pierwiastków w glebie Mineralizację próbek glebowych można prowadzić także w środowisku kwasu siarkowego i nadtlenku wodoru (30% roztwór nadtlenku wodoru tzw. perhydrol). Służy do tego specjalna kolumna mineralizacyjna Digesdahl firmy HACH. W metodzie tej czas mineralizacji został znacznie skrócony (ok. 10-15 min.) w porównaniu do tradycyjnych metod, a skuteczność tej metody pozwala na oznaczanie form ogólnych wielu pierwiastków występujących w glebie, w wodzie, ściekach tkankach roślinnych i itp. Zestaw do mineralizacji składa się z płyty grzewczej, kolumny frakcjonującej z wyjściem do pompy próżniowej, kapilarnego lejka dozującego i kolby mineralizacyjnej. Specjalna kolba 100 ml umożliwia lepsze przewodzenie ciepła, a tym samym przyspiesza całkowite spalanie próbki. Kolba wraz płytą grzewczą są umieszczone wewnątrz szklanego ekranu, który częściowo izoluje kolbę przed stratami ciepła. Kolumna frakcjonująca dzięki specjalnej budowie i umieszczeniu kapilarnego lejka umożliwia bezpieczne dozowanie odczynników i usuwanie powstających oparów (poprzez zainstalowaną pompkę wodną). 53 Mineralizacja w opisywanym urządzeniu przebiega dwufazowo. W I fazie następuje odwodnienie i zwęglenie próbki przy pomocy kwasu siarkowego, a w II - dokończenie rozkładu substancji organicznej przy użyciu kwasu peroksymonosiarkowego (kwas caro) H2SO5, który powstaje podczas reakcji kwasu siarkowego z perhydrolem i jest najsilniejszym utleniaczem materiału węglowego. Perhydrol dawkowany jest do wrzącego kwasu siarkowego stopniowo przy pomocy lejka kapilarnego. Cały proces prowadzony jest w temperaturze 4400C. Metody oznaczania fosforu ogólnego w glebach Fosfor ogólny w środowisku glebowym najczęściej oznacza się spektrofotometrycznie metodą wanadomolibdenową, w której jony ortofosforanowe w obecności molibdenu przy kwaśnym odczynie tworzą barwne kompleksy. Istnieje kilka odmian tej metody, lecz w każdej z nich podstawowym reagentem jest molibdenian amonowy. W klasycznej metodzie wykorzystuje się powstawanie kompleksów heteropolikwasu molibdenowanadofosforowego w czasie reakcji jonów ortofosforanowych z mieszaniną molibdenianu amonowego, metawanadanu amonowego i kwasu azotowego. Intensywność żółto-pomarańczowego zabarwienia tych kompleksów jest proporcjonalna do stężenia jonów ortofosforanowych w analizowanym roztworze. Inna metoda wykorzystuje tworzenie przez jony ortofosforanowe w środowisku kwaśnym w obecności molibdenianu amonowego, fotoreksu i chlorku cynawego błękitu fosforomolibdenowego. W każdej z tych metod oznaczenie ilościowe wykonuje się z wykorzystaniem krzywej wzorcowej. c. Przebieg ćwiczenia a. opis stanowiska badawczego i przebieg realizacji eksperymentu Oznaczenie zawartości fosforu ogólnego metodą wanadomolibdenową Przygotowanie próbek: - z powietrznie suchej gleby przesianej przez sito o średnicy oczek 1 mm pobrać próbę średnią (około 50 g), utrzeć ją w moździerzu porcelanowymi przesiać przez sito o średnicy oczek 0,25 mm, - odważyć 0,5 g powietrznie suchej gleby, - przenieść naważkę do specjalnej kolby i dodać 30 ml stężonego kwasu siarkowego, - kolbę umieścić w kolumnie minaralizacyjnej, - prowadzić mineralizację w temperaturze ok. 440 0C; po okresie wstępnego spalania samym kwasem siarkowym dodawać kroplami perhydrolu, który pełni rolę katalizatora, - spalać aż do odbarwienia cieczy, 54 - po ostygnięciu przenieść do kolby o pojemności 100 ml i uzupełnić do kreski wodą destylowaną. Wykonanie oznaczenia: - przenieść 10 ml próby do kolbki miarowej 50 ml, - dodać 10 ml mieszaniny reagującej (roztwory kwasy azotowego, metawanadanu amonowego i molibdenianu amonowego wymieszane w stosunku 1:1:1), uzupełnić wodą do kreski i dokładnie wymieszać, - podobnie postąpić z roztworami wzorcowymi, - po upływie 30 minut określić na spektrofotometrze absorbancję wzorców przy długości fali 400 nm i wykreślić krzywą wzorcową; do analizy podstawiać kolejno wzorce o wzrastającej zawartości fosforu poczynając od próby zerowej, - określić zawartość fosforu ogólnego w badanych próbach glebowych wykonując pomiary absorbancji na spektrofotometrze przy długości fali 400 nm. Sprzęt: Waga techniczna i waga analityczna, zestaw sit, urządzenie do mineralizacji prób glebowych, kolbki miarowe 50 ml, pipety, spektrofotometr. Odczynniki: Stężony kwas siarkowy, perhydrol, 10% NH4OH, roztwór wzorcowy fosforanu jednopotasowego, roztwór kwasu azotowego 1:2, 0,25% roztwór metawanadanu amonowego, 5% roztwór molibdenianu amonowego. • prezentacja i analiza wyników Przeliczyć zawartość fosforu uzyskaną w µg/ml na %. W tym celu należy określić masę badanej próbki glebowej w 1 ml roztworu do analizy. Wyniki porównać z zawartością fosforu ogólnego podawaną dla różnych gleb w literaturze i na tej podstawie wnioskować na temat zasobności badanej próbki w ten składnik. d. Wymagania BHP - odzież ochronna typu fartuch, - ćwiczenie wykonywać jedynie w obecności osoby prowadzącej zajęcia. 55 e. Literatura Dobrzański B., Zawadzki S. 1995. Gleboznawstwo. PWRiL. Warszawa. Mocek A., Drzymała S., Maszner P. 1997. Geneza, analiza i klasyfikacja gleb. Wydawnictwo Ostrowska A. Gawliński S., Szczubiałka Z. 1991. Metody analizy i oceny właściwości gleb i roślin. Instytut Ochrony Środowiska. Warszawa. Sapek A., Sapek B. 1997. Metody analizy chemicznej gleb organicznych. Instytut Melioracji i Użytków Zielonych. Falenty. Uggla H. 1981. Gleboznawstwo rolnicze. PWN. Warszawa. 56 10. B. Formy przyswajalne pierwiastków w glebach. Metody oznaczeń. Oznaczanie przyswajalnych form fosforu metodą Egnera–Riehma a. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego Celem ćwiczenia jest poznanie informacji na temat przyswajalnych form pierwiastków w glebie oraz metod ich oznaczania. Zakres ćwiczenia obejmuje oznaczenie ilości przyswajalnego fosforu metodą Egnera – Riehma. b. Wprowadzenie do metodyki Metody oznaczania zawartości przyswajalnych form składników pokarmowych Istnieje wiele metod do określania zawartości przyswajalnych form składników pokarmowych w glebach. Metody te można podzielić na dwie główne grupy: - testy biologiczne z wykorzystaniem roślin niższych lub wyższych, - testy chemiczne i fizykochemiczne, albo potocznie tzw. analiza gleby. U podstaw testów biologicznych leży założenie, że masa rośliny lub ilość pobranego przez roślinę składnika jest proporcjonalna (a niekiedy równa) do ilości tego składnika, znajdującego się w glebie w formie przyswajalnej. W obrębie testów biologicznych wyróżniamy: − metody mikrobiologiczne, − metody wegetacyjno - laboratoryjne (doświadczenia wazonowe), − metody wegetacyjne. Do klasycznych metod mikrobiologicznych należą metody z wykorzystaniem grzybów Aspergillus niger oraz Cunninghamella elegans. W obydwu metodach sporządza się pożywkę, zawierającą wszystkie niezbędne dla tych grzybów składniki mineralne, z wyjątkiem jednego składnika badanego. Jedynym źródłem tego składnika jest nasycona pożywką gleba. Glebę z pożywką szczepi się zarodnikami Aspergillus lub Cunninghamella i po określonym czasie inkubacji oznacza się masę grzybni lub mierzy jej średnicę. Przyrost masy (średnicy) jest proporcjonalny do zawartości badanego składnika pokarmowego w glebie, a więc do jej zasobności w ten składnik. Doświadczenia wazonowe prowadzone są w wazonach, mieszczących od kilkuset g do kilkunastu kg gleby. W celu określenia zasobności gleby wykorzystuje się najczęściej zmodyfikowane równanie Mitscherlicha: 57 b= log A − log( A − y0 ) c gdzie: b – ilość danego składnika w glebie w formie przyswajalnej dla roślin (miernik zasobności gleby), A – plon maksymalny uzyskany z wazonu nawożonego wszystkimi składnikami pokarmowymi, y0 – plon kontrolny uzyskany z wazonu bez badanego składnika c – stała Mitscherlicha. Test Mitscherlicha nie jest już obecnie stosowany na szerszą skalę, jakkolwiek doświadczenia wazonowe pozostały jedną z ważniejszych metod badawczych w chemii rolnej. Doświadczenia te służą obecnie do porównywania różnych nawozów oraz do określania wartości rezerw składników pokarmowych nagromadzonych w glebie w wyniku wieloletniego nawożenia. Na podstawie wyników doświadczeń wazonowych dokonuje się również wyboru, a niekiedy przeprowadza kalibrację testów chemicznych i fizykochemicznych. Ścisłe doświadczenia polowe są najbardziej dokładną, jakkolwiek pracochłonną i drogą, metodą określania zasobności gleb. Doświadczenia te mogą mieć charakter jedno- lub wieloczynnikowy, w zależności od liczby badanych składników (najczęściej bada się trzy składniki: azot, fosfor i potas). W doświadczeniach wieloczynnikowych najbardziej interesująca jest ocena współdziałań poszczególnych składników nawozowych, opierająca się na ich antagonizmie lub synergizmie. Doświadczenia polowe wykorzystywane są również do kalibracji testów glebowych i roślinnych i ustalania potrzeb nawozowych roślin. Metody (testy) chemiczne obejmują badanie chemizmu roślin, gleby i roztworów glebowych. Polegają one na oznaczaniu ilości składników pokarmowych wyekstrahowanych z gleby przy użyciu określonych odczynników chemicznych. Główną zaletą tych metod jest szybkość ich wykonania co umożliwia otrzymanie wyników wciągu kilku dni od momentu pobrania próbki z pola. Przy praktycznym wykorzystaniu wyników do celów nawozowych należy zdawać sobie sprawę z wad metod chemicznych. 58 Wady metod chemicznych wynikają z następujących kwestii: − nie ma takiego odczynnika chemicznego, który ekstrahowałby składniki pokarmowe z gleby w taki sam sposób jak korzenie roślin, − zdolność pobierania składników przez korzenie zależy nie tylko od ich ilości w glebie, ale również od gatunku rośliny, okresu wegetacji i wielu różnych czynników glebowych, − metody chemiczne nie pozwalają na określenie tej ilości składnika, która z oznaczonego zapasu form przyswajalnych może być pobrana w ciągu okresu wegetacyjnego. Zawartość przyswajalnych form składników pokarmowych w glebie zależy więc od siły ekstrakcyjnej zastosowanego w danej metodzie odczynnika. Stąd też wyniki uzyskane różnymi metodami nie są porównywalne. Stopień zasobności (klasy zasobności) gleby w przyswajalne dla roślin składniki pokarmowe określa się na podstawie tzw. liczb granicznych, określonych dla danej metody chemicznej. Liczby graniczne określają przedziały zawartości przyswajalnych składników oznaczonych daną metodą, na podstawie których określa się klasę zasobności gleby: III - niską (złą), II - średnią, I - wysoka (dobrą). Do oznaczania przyswajalnych form fosforu i potasu powszechnie stosuje się metodę Egnera – Riehma. Metoda ta polega na wyekstrahowaniu związków fosforu i potasu z gleby za pomocą zakwaszonego kwasem solnym mleczanu wapniowego (CH3· CHOH· COO)2Ca. Używany do ekstrakcji roztwór jest 0,04 N wobec mleczanu wapnia oraz 0,02 N wobec kwasu solnego. Jego pH wynosi 3,6. Jest on dobrze zbuforowany zarówno w stosunku do jonów wodorowych jak i jonów wapniowych – dwu czynników wpływających w dużym stopniu na rozpuszczalność, zwłaszcza związków fosforu, w glebie. Z powodu dużej zawartości jonów Ca2+ i H+ zostaje wyparty z kompleksu sorpcyjnego wymienny kation K+. Obecność wapnia powoduje tylko nieznaczne rozpuszczenie się związków próchnicznych, dzięki temu otrzymuje się przesącz słabo zabarwiony lub w ogóle bezbarwny, nadający się do oznaczeń kolorymetrycznych. Zasadniczą właściwością tego odczynnika jest zdolność przeprowadzania do roztworu takich ilości związków fosforu i potasu, jakie mogą być pobrane przez rośliny. W przesączu glebowym fosfor oznacza się kolorymetrycznie, a potas za pomocą fotometru płomieniowego. Kolorymetryczne oznaczenie fosforu polega na pomiarze intensywności zabarwienia błękitu fosforomolibdenowego - związku kompleksowego, który tworzą jony ortofosforanowe w środowisku kwaśnym w obecności chlorku cynawego (SnCl2) jako reduktora i fotoreksu (metoda molibdenowa). Intensywność tego zabarwienia zależy od ilości jonów fosforowych. Fotoreks spełnia rolę utrwalacza otrzymanego zabarwienia. Przy braku utrwalacza zabarwienie bardzo szybko znika z powodu zbyt kwaśnego środowiska. 59 c. Przebieg ćwiczenia b. opis stanowiska badawczego i przebieg realizacji eksperymentu Oznaczenie przyswajalnych form fosforu metodą Egnera – Riehma Wykonanie ekstrakcji P i K z gleby: − odważyć 5 g suchej gleby do butelki lub bidonu o pojemności około 500 cm3, − dodać 250 cm 3 roztworu mleczanu wapnia do ekstrakcji, − mieszać przez 90 min. na mieszadle obrotowym (około 40 obr/min), − przesączyć przez sączek, odrzucić pierwsze 20-30 cm3 przesączu (należy stosować sączki bezfosforowe i pezpotasowe). Wykonanie oznaczenia: − pobrać 25 cm3 przesączu glebowego do probówki Egnera, − dodać 2 cm 3 mieszaniny molibdenianu z fotoreksem i wymieszać, − dodać 1 cm3 roztworu chlorku cynawego i ponownie wymieszać, − pozostawić probówki w ciemnym miejscu, − zmierzyć intensywność niebieskiego zabarwienia na kolorymetrze przy długości fali 660 nm (najwcześniej po 30 min, najpóźniej po 6 h), − przygotować równolegle w taki sam sposób (i odczytać na kolorymetrze) odpowiednie roztwory wzorcowe, − odczytać zawartość fosforu w badanej próbce (w 25 cm3 przesączu) z krzywej wykreślonej na podstawie pomiarów roztworów wzorcowych. Sprzęt: Waga techniczna, mieszadło obrotowe, bidony 500 cm3, lejki, statywy, sączki, zlewki 250 cm3, pipety, probówki Egnera, spektrofotometr. Odczynniki: Roztwór mleczanu wapnia, roztwór molibdenianu amonu, mieszanina molibdenianu z fotoreksem, roztwór chlorku cynawego. Obliczenia: Zawartość fosforu wyraża się najczęściej w mg P2O5/100 g gleby: mgP2O5 / 100 g = a ⋅ 100 s 60 gdzie: a - miligramy P2O5 w 25 cm3 przesączu, s - masa gleby (g) odpowiadająca 25 cm3 przesączu (w podanej procedurze 25 cm3 przesączu odpowiada 0,5 g gleby). • prezentacja i analiza wyników Na podstawie wyników analizy należy określić klasę zasobności gleby, którą bierze się pod uwagę przy ustalaniu dawek nawozów mineralnych. Do oceny klasy zasobności służą tzw. liczby graniczne przedstawione w poniższej tabeli. Klasa zawartości Ocena zawartości mg P2O5 /100g gleby V b. niska do 5 IV niska 5,1 – 10,0 III średnia 10,1 – 15,0 II wysoka 15,1 – 20,0 I b. wysoka od 20,0 Ponadto należy obliczyć masę w kg przyswajalnego fosforu, jaka znajduje się w warstwie ornej badanej gleby na powierzchni 1 ha przyjmując, że 20-cm. warstwa orna typowej gleby o powierzchni 1 ha waży 3000 000 kg. Wyniki przedstawić w tabeli: Nr próbki Zawartość fosforu (mg P/100 g gleby) Klasa zasobności w fosfor Ilość fosforu przyswajalnego w warstwie ornej (kg P/ha) We wnioskach należy scharakteryzować badaną glebę pod kątem zasobności w przyswajalne formy fosforu na podstawie literatury oraz porównać zawartość przyswajalnej formy fosforu z ogólną zawartością tego pierwiastka w tej glebie. d. Wymagania BHP - odzież ochronna typu fartuch, - ćwiczenie wykonywać jedynie w obecności osoby prowadzącej zajęcia. e. Literatura Dobrzański B., Zawadzki S. 1995. Gleboznawstwo. PWRiL. Warszawa. 61 Fotyma M., Mercik S. 1995. Chemia rolna. PWN. Warszawa. Lityński T., Jurkowska H. 1982. Żyzność gleby i odżywianie się roślin. PWN. Warszawa. Mocek A., Drzymała S., Maszner P. 1997. Geneza, analiza i klasyfikacja gleb. Wyd. Akademii Rolniczej w Poznaniu. Poznań. 62 11. A. Azot w środowisku glebowym. Oznaczanie ogólnej zawartości azotu w glebie metodą bezpośredniej nessleryzacji a. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z wiadomościami dotyczącymi azotu w środowisku glebowym, przedstawienie różnych postaci azotu i zdolności przyswajania ich przez rośliny, a także poznanie metod oznaczania zawartości azotu ogólnego w próbkach glebowych. Zakres ćwiczenia obejmuje oznaczenie zawartości azotu ogólnego w próbkach glebowych metodą bezpośredniej nessleryzacji. b. Wprowadzenie do metodyki Oznaczanie zawartości azotu ogólnego metodą Kjeldahla Metoda Kjeldahla jest powszechnie stosowana do oznaczenia azotu ogólnego w próbkach glebowych. Polega na całkowitym rozkładzie substancji organicznej gleby za pomocą stężonego kwasu siarkowego na gorąco. W tych warunkach węgiel utlenia się do CO2, wodór do H2O, a azot przechodzi w (NH4)2SO4. Azot znajdujący się w glebie w formie azotanowej pod wpływem kwasu siarkowego ulega rozkładowi do tlenków azotu. W celu oznaczenia całkowitej zawartości azotu należy zredukować azotany. Dokonuje się tego w obecności kwasu siarkowego za pomocą drobno zmielonego żelaza lub przez dodanie tiosiarczanu sodu. Następnie następuje uwolnienie związanego w siarczanie amonu azotu do wolnego amoniaku w procesie destylacji przez alkalizację środowiska przy pomocy NaOH. W klasycznej metodzie Kjeldahla oddestylowany amoniak wiąże się w określonej ilości mianowanego roztworu kwasu siarkowego, którego nadmiar neutralizuje się ekwiwalentną ilością mianowanego NaOH. Procedura ta została znacznie uproszczona przez wprowadzenie kwasu borowego jako roztworu wiążącego oddestylowany amoniak. Amoniak związany w kwasie borowym wiąże się ilościowo z mianowanym kwasem siarkowym do siarczanu amonu. Oznaczanie zawartości azotu ogólnego metodą bezpośredniej nessleryzacji Metoda bezpośredniej nessleryzacji jest szybsza niż metoda Kjeldahla, lecz bardziej wrażliwa na substancje przeszkadzające, takie jak: sole wapnia, magnezu, żelaza, siarkowodór i inne. Powszechnie jest stosowana do oznaczania azotu w wodach, lecz wykorzystuje się ją także do analizy gleb. Aby oznaczyć azot ogólny tą metodą, podobnie jak w metodzie Kjeldaha, wszystkie związki azotu należy przeprowadzić do formy amonowej poprzez mineralizację przy użyciu kwasu siarkowego. Metoda polega na reakcji jonów 63 amonowych z odczynnikiem Nesslera. W reakcji tej powstaje związek o żółtopomarańczowym zabarwieniu, którego intensywność jest proporcjonalna do stężenia jonów amonowych. Stosuje się ją przy większych stężeniach jonów amonowych. W przypadku występowania dużych stężeń substancji przeszkadzających należy stosować metodę destylacji. c. Przebieg ćwiczenia a. opis stanowiska badawczego i przebieg realizacji eksperymentu Oznaczanie zawartości azotu ogólnego metodą bezpośredniej nessleryzacji Przygotowanie próbek: - z powietrznie suchej gleby przesianej przez sito o średnicy oczek 1 mm pobrać próbę średnią (około 50 g), utrzeć ją w moździerzu porcelanowymi przesiać przez sito o średnicy oczek 0,25 mm, - odważyć 0,5 g powietrznie suchej gleby, - przenieść naważkę do specjalnej kolby i dodać 30 ml stężonego kwasu siarkowego, - kolbę umieścić w kolumnie minaralizacyjnej, - prowadzić mineralizację w temperaturze ok. 440 0C; po okresie wstępnego spalania samym kwasem siarkowym dodawać kroplami perhydrolu, który pełni rolę katalizatora, - spalać aż do odbarwienia cieczy, - po ostygnięciu przenieść do kolby o pojemności 100 ml i uzupełnić do kreski wodą destylowaną, - z tego pobrać 10 ml roztworu, dodać wody destylowanej do objętości 50 ml, - wrzucić papierek lakmusowy i dodać kroplami 10% NaOH do zmiany zabarwienia papierka na kolor niebieski, - uzupełnić wodą destylowana do 100 ml, Wykonanie oznaczenia: - przenieść 9,4 ml próby do probówek miarowych 10 ml, - dodać 0,2 ml soli Seignetta i 0,4 ml odczynnika Nesslera, - podobnie postąpić z roztworami wzorcowymi, - na spektrofotometrze określić absorbancję wzorców przy długości fali 440 nm i wykreślić krzywą wzorcową; do analizy podstawia się kolejno wzorce o wzrastającej zawartości azotu poczynając od próby zerowej, - określić zawartość azotu ogólnego w badanych próbach glebowych wykonując pomiary absorbancji na spektrofotometrze przy długości fali 440 nm. 64 Sprzęt: Waga techniczna i waga analityczna, zestaw sit, urządzenie do mineralizacji prób glebowych, spektrofotometr Odczynniki: Stężony kwas siarkowy, perhydrol, 10% NaOH, sól Seignetta (NaKC4H4O6•4H2O winian sodowo-potasowy), odczynnik Nesslera (K2[HgI4], zasadowy roztwór tetrajodortęcianu (II) potasu) • prezentacja i analiza wyników Przeliczyć otrzymany wynik w µg N/ml na % N, porównać z danymi dostępnymi w literaturze i na tej podstawie wnioskować na temat zasobności badanych prób glebowych w azot ogólny. d. Wymagania BHP - odzież ochronna typu fartuch, - ćwiczenie wykonywać jedynie w obecności osoby prowadzącej zajęcia. e. Literatura Dobrzański B., Zawadzki S. 1995. Gleboznawstwo. PWRiL. Warszawa. Greinert A. 1998. Przewodnik do ćwiczeń z gleboznawstwa i ochrony gleb. Wyd. Politechniki Zielonogórskiej. Zielona Góra. Krauze A. 1998. Ćwiczenia specjalistyczne z ochrony środowiska przyrodniczego. Wydawnictwo ART. Olsztyn. Mocek A., Drzymała S., Maszner P. 1997. Geneza, analiza i klasyfikacja gleb. Wyd. Akademii Rolniczej w Poznaniu. Poznań. Ostrowska A. Gawliński S., Szczubiałka Z. 1991. Metody analizy i oceny właściwości gleb i roślin. Instytut Ochrony Środowiska. Warszawa. Uggla H. 1983. Gleboznawstwo rolnicze. PWN. Warszawa. 65 11. B. Przyswajalne formy azotu glebowego. Oznaczanie azotu amonowego metodą bezpośredniej nessleryzacji a. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z przyswajalnymi formami azotu glebowego oraz metodami oznaczania zawartości azotu amonowego w próbkach glebowych. Zakres ćwiczenia obejmuje oznaczenie zawartości azotu amonowego w próbkach glebowych metodą bezpośredniej nessleryzacji. b. Wprowadzenie do metodyki Oznaczanie zawartości azotu amonowego w glebie Jedną z łatwo przyswajalnych dla rośliny form azotu jest azot amonowy. Azot w formie jonu amonowego jest stabilny w glebie tylko w warunkach niedoboru powietrza i pH<4. Najczęściej szybko ulega w glebach utlenianiu do formy azotanowej. Zawartość azotu amonowego w próbkach glebowych oznacza się metodą bezpośredniej nessleryzacji, wykorzystywaną również do oznaczania azotu ogólnego lub metodą z roztworem fenolu. c. Przebieg ćwiczenia • opis stanowiska badawczego i przebieg realizacji eksperymentu Oznaczanie zawartości azotu amonowego metodą bezpośredniej nessleryzacji Przygotowanie próbek: - odważyć 20 g świeżo pobranej gleby do butelki lub bidonu o pojemności około 500 cm3, - dodać 100 ml 1% roztworu K2SO4, - mieszać przez 30 min na mieszadle obrotowym, - przesączyć przez sączek, Wykonanie oznaczenia: - pobrać 5 ml uzyskanego przesączu probówki 10 ml, - dodać 0,2 ml soli Seignette’a, - dodać wody destylowanej do około 9 ml, - dodać 0,5 ml odczynnika Nesslera, - uzupełnić zawartość probówki do kreski wodą destylowaną i dokładnie wymieszać, - w podobny sposób przygotować roztwory wzorcowe, - na spektrofotometrze określić absorbancję wzorców przy długości fali 440 nm i wykreślić krzywą wzorcową, 66 - określić zawartość azotu amonowego w badanych próbach glebowych wykonując pomiary absorbancji na spektrofotometrze przy długości fali 440 nm. Sprzęt: Waga techniczna, mieszadło obrotowe, bidony 500 cm3, lejki, statywy, sączki, pipety, probówki, spektrofotometr. Odczynniki: 1% K2SO4, sól Seignette’a, odczynnik Nesslera. • prezentacja i analiza wyników Przeliczyć otrzymany wynik w µg NH4+/ml na mg NH4+/100 g gleby, porównać z danymi dostępnymi w literaturze i na tej podstawie wnioskować na temat zasobności badanych próbek glebowych w azot amonowy. d. Wymagania BHP - odzież ochronna typu fartuch, - ćwiczenie wykonywać jedynie w obecności osoby prowadzącej zajęcia. e. Literatura Dobrzański B., Zawadzki S. 1995. Gleboznawstwo. PWRiL. Warszawa. Greinert A. 1998. Przewodnik do ćwiczeń z gleboznawstwa i ochrony gleb. Wyd. Politechniki Zielonogórskiej. Zielona Góra. Krauze A. 1998. Ćwiczenia specjalistyczne z ochrony środowiska przyrodniczego. Wydawnictwo ART. Olsztyn. Mocek A., Drzymała S., Maszner P. 1997. Geneza, analiza i klasyfikacja gleb. Wyd. Akademii Rolniczej w Poznaniu. Poznań. Ostrowska A. Gawliński S., Szczubiałka Z. 1991. Metody analizy i oceny właściwości gleb i roślin. Instytut Ochrony Środowiska. Warszawa. Uggla H. 1983. Gleboznawstwo rolnicze. PWN. Warszawa. 67 12. Kartografia gleb. Charakterystyka map glebowo-rolniczych a. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z zagadnieniami dotyczącymi kartografii gleb, podziałem map glebowych, zasadami i metodami kartowania gleb oraz zdobycie umiejętności czytania map glebowych, ze szczególnym uwzględnieniem map glebowo-rolniczych. Zakres ćwiczenia obejmuje wykonanie przykładowej mapy glebowej wraz z opisem. b. Przebieg ćwiczenia Na mapę topograficzną należy nanieść treść dotyczącą typów i gatunków gleb zgodnie z informacjami przedstawionymi w tab. 1 wykorzystując symbole i kolorystykę poszczególnych gleb zawarte w tab. 2. Na podstawie otrzymanych danych należy wyznaczyć kontury elementarnych areałów glebowych. Każdy kontur winien zawierać informacje dotyczące kompleksu przydatności rolniczej gleb (należy dobrać samemu), typu gleby i składu mechanicznego budujących je utworów glebowych. Tab. 1. Informacje o glebach rozpoznanych na mapach ćwiczeniowych Mapa 1 Numery punktów 1, 6, 7, 8, 9, 26, 27 Informacje o glebie Gleby brunatne Skład mechaniczny: do głębokości 70cm występuje glina lekka, poniżej glina średnia. Skała macierzysta wzbogacona w węglan wapnia. 2, 10, 16, 17, 18, 25, 28, 35, 36, 39, 46, 47, 48, 54, Gleby brunatne 59, 65, 66, 68, 71, 72, 78 Skład mechaniczny: do głębokości 30cm piasek gliniasty lekki, poniżej piasek gliniasty mocny. Nastąpiło wymycie CaCO3, brak węglanu wapnia w całym profilu. 5, 11, 15, 19, 24, 29, 34, 40, 45, 49, 53, 60, 64, 73, Czarne ziemie 74, 77 Skład mechaniczny: do głębokości 40cm piasek gliniasty mocny, poniżej glina lekka. Na głębokości 50-80cm nastąpiło wzbogacenie w węglan wapnia. Na głębokości od 100cm wyraźne oglejenie utworu. 3, 13, 14, 20, 21, 33, 41, 50, 51, 52, 61, 62, 75, 76 Mady rzeczne Skład mechaniczny: do głębokości 120cm dominują piaski gliniaste lekki, poniżej glina lekka. Od głębokości 50cm wyraźne oglejenie utworów. 4, 12, 42, 63 Gleby murszowe Mursz występuje do głębokości 80cm, poniżej znajduje się 30-to cm warstwa torfu. Piasek gliniasty lekki występuje od głębokości 120cm. 22, 23, 30, 31, 32, 43, 44 Gleby torfowe Torf występuje do głębokości 120cm, poniżej piasek gliniasty lekki. 68 37, 38, 55, 56, 57, 58, 67, 69, 70, 79, 80, 81, 82 Gleby bielicowe Skład mechaniczny: do głębokości 30cm występuje piasek słabo gliniasty, poniżej piasek luźny. Mapa 2 Numery punktów Informacje o glebie 19,41 Gleby rdzawe Skład mechaniczny: do głębokości 20cm piasek słabo gliniasty, poniżej piasek luźny. 1,2, 18, 20, 21, 22, 37, 38, 39, 40, 42, 43, 56, 57, Gleby brunatne 58 Skład mechaniczny: do głębokości 60cm piasek gliniasty lekki, poniżej piasek gliniasty mocny. W całym profilu brak węglanu wapnia. 3, 8, 13, 17, 23, 28, 30, 36, 44, 48, 51, 55 Czarne ziemie Skład mechaniczny: do głębokości 100cm piasek gliniasty mocny, poniżej glina lekka. Na głębokości 40-70cm wytrącenia węglanu wapnia. W dolnych partiach profilu wyraźne oglejenie. 9, 12, 28, 29, 48, 49, 50 Gleby brunatne Skład mechaniczny: do głębokości 120cm glina średnia, poniżej glina ciężka. W poziomie C wyraźne wytrącenia CaCO3. 10, 11 Gleby płowe Skład mechaniczny: do głębokości 30cm piasek gliniasty mocny, poniżej glina średnia. 4, 5, 6, 16, 45 Gleby torfowe Torf występuje do głębokości 90cm, poniżej piasek luźny. 7, 14, 15, 24, 25, 26, 27, 31, 32, 33, 34, 35, 46, 47, Gleby murszowe 52, 53, 54, Mursz występuje do głębokości 70cm, poniżej 20cm torfu, który zalega na piasku luźnym. Mapa 3 Numery punktów 49, 52, 88, 88a, 115, 115a Informacje o glebie Gleby rdzawe Skład mechaniczny: do głębokości 40cm występuje piasek słabo gliniasty, poniżej piasek luźny. 1, 2, 3, 6, 7, 18, 19, 20, 22, 23, 51, 70, 72, 93, 107, Gleby brunatne 108, 113, 128 Skład mechaniczny: do głębokości 80cm występuje glina średnia, poniżej glina ciężka. W skale macierzystej obecność konkrecji węglanowych i wytrąceń związków żelaza. 71, 89, 90, 91, 92, 109, 110, 111, 112, 129, 130 Gleby płowe Skład mechaniczny: do głębokości 50cm występuje glina średnia pylasta, poniżej glina ciężka. Widoczne w profilu smugi związków żelaza na plus trzecim stopniu utlenienia. 69 13, 25, 26a, 32, 36, 45, 48, 56, 57, 58, 59, 60, 74, Czarne ziemie 81, 82, 86, 95, 116, 125 Skład mechaniczny: do głębokości 90cm piasek gliniasty mocny, poniżej glina lekka. Utwór macierzysty wzbogacony w węglan wapnia. Dolne partie profilu glebowego z wyraźnymi cechami oglejenia. 4, 5, 8, 9, 10, 14, 15, 16, 17, 21, 24, 26, 37, 38, 39, Gleby brunatne 40, 41, 42, 43, 44, 53, 68, 69, 73, 87, 94, 106, 114, Skład mechaniczny: do głębokości 40cm piasek gliniasty lekki, poniżej piasek gliniasty mocny. 126, 127 Nastąpiło wymycie związków wapnia (brak CaCO3 w całym profilu). 84, 85, 96, 97, 104 Gleby torfowe Do głębokości 70cm występuje torf, poniżej piasek gliniasty mocny pylasty. 12, 27, 35, 46, 55, 61, 62, 63, 64, 65, 75, 78, 79, Gleby murszowe 80, 100, 101, 105, 117, 118, 120, 123, 124 Mursz występuje do głębokości 45cm, poniżej znajduje się 20cm torfu, który leży na piasku gliniastym mocnym pylastym. 28, 29, 30, 31, 33, 34, 47, 54, 66, 67, 76, 77, 83, Mady 98, 99, 102, 103, 119, 121, 122 Skład mechaniczny: do głębokości 70 cm piasek gliniasty mocny, który zalega na piasku gliniastym lekkim. Tab. 2. Symbole i barwy gleb zalecane do wykonania mapy glebowej Symbol A B Bk P R C D Dz F G Pt Mt M Typ gleby Gleby bielicowe Gleby brunatne właściwe Gleby brunatne kwaśne Gleby płowe Gleby rdzawe Czarnoziemy Czarne ziemie właściwe Czarne ziemie zdegradowane Mady rzeczne Gleby opadowo-glejowe i gruntowo-glejowe Gleby torfowe Gleby torfowo-murszowe Gleby murszowate Kolor jasny żółty ciemny brąz jasny brąz pomarańczowy ciemny żółty bardzo ciemny brąz granatowy ciemny niebieski jasny niebieski fioletowy zielony ciemny zielony zielono-niebieski Do pracy należy dołączyć opis, który powinien zawierać informacje dotyczące: - analizy rzeźby terenu – należy ogólnie określić rzeźbę badanego obszaru oraz występowanie i przebieg cieków wodnych, - udziału procentowego typów gleb na analizowanym obszarze – należy podać, które z typów gleb przeważają, a których jest mniej, - dokładnej charakterystyki położenia gleb w zależności od rzeźby terenu – należy zauważyć jakie gleby leżą w pobliżu rzeki, a jakie na wzniesieniach oraz zwrócić uwagę na wynikające z tego uwilgotnienie tych gleb, - przydatności rolniczej gleb w oparciu o kompleksy glebowo-rolnicze. 70 c. Wymagania BHP - odzież ochronna typu fartuch, - ćwiczenie wykonywać jedynie w obecności osoby prowadzącej zajęcia. d. Literatura Białousz St. Skłodowski P. 1996. Ćwiczenia z gleboznawstwa i ochrony gruntów. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej. Warszawa. Dobrzański B., Zawadzki S. 1995. Gleboznawstwo. PWRiL. Warszawa. Mocek A., Drzymała S., Maszner P. 1997. Geneza, analiza i klasyfikacja gleb. Wyd. Akademii Rolniczej w Poznaniu. Poznań. Strzemski M., Siuta J., Witek T. 1973. Przydatność rolnicza gleb Polski. PWRiL. Warszawa. Systematyka gleb Polski. 1989. Roczniki Gleboznawcze. T.14, nr 3/4 Turski R., Słowińska-Jurkiewicz A., Hetman J. 1984. Zarys gleboznawstwa. Podręcznik dla studentów wydziałów ogrodniczych. Wyd. Akademii Rolniczej. Lublin. Uggla H. 1981. Gleboznawstwo rolnicze. PWN. Warszawa. Witek T. 1973. Mapy glebowo-rolnicze oraz kierunki ich wykorzystania. IUNG. Puławy. 71 13. Kateny glebowe. Wykonywanie przekrojów topograficzno-glebowych a. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z pojęciem katen glebowych na przykładzie głównych katen występujących na Niżu Polskim oraz z wpływem różnych czynników na kształtowanie się struktury pokrywy glebowej. Zakres ćwiczenia obejmuje wykonanie przekroju topograficzno-glebowego na przykładowym obszarze. b. Przebieg ćwiczenia Po otrzymaniu map topograficznych z naniesioną treścią map glebowo-rolniczych należy wykonać przekrój topograficzno-glebowy wzdłuż wyznaczonej linii i zaznaczyć zasięgi elementarnych areałów glebowych opisując je symbolami z mapy glebowo-rolniczej. Pod linią terenu należy narysować w oddzielnej skali przybliżone głębokości zalegania utworów powierzchniowych zgodnie z poniższą legendą: Utwór glebowy żwir piasek glina pył ił utwór organiczny i organiczno-mineralny (torf, muł, mursz, utwór torfiasty, murszowaty i murszasty) Kolor ciemny żółty jasny żółty brązowy pomarańczowy szary zielony Należy również przedstawić przykładowe profile glebowe charakterystyczne dla zaznaczonych na przekroju typów gleb. Do pracy należy dołączyć opis, który powinien zawierać informacje dotyczące analizy rzeźby terenu wzdłuż wyznaczonego przekroju ze szczególnym uwzględnieniem wpływu tej rzeźby (i cech w stosunku do rzeźby pokrewnych) na kształtowanie się różnych typów gleb. c. Wymagania BHP - odzież ochronna typu fartuch, - ćwiczenie wykonywać jedynie w obecności osoby prowadzącej zajęcia. d. Literatura Banaszuk H. 1979. Geneza i ewolucja pokrywy glebowej na wydmach Kotliny Biebrzańskiej. Roczniki Gleboznawcze. T. 30. Nr 2. Warszawa. 72 Bednarek R., Prusinkiewicz Z. 1997. Geografia gleb. PWN. Warszawa. Dobrzański B., Zawadzki S. 1995. Gleboznawstwo. PWRiL. Warszawa. Mocek A., Drzymała S., Maszner P. 1997. Geneza, analiza i klasyfikacja gleb. Wyd. Akademii Rolniczej w Poznaniu. Poznań. Prusinkiewicz Z. 1990. Zarys gleboznawstwa w definicjach. Uniwersytet im. M. Kopernika. Toruń. Systematyka gleb Polski. 1989. Roczniki Gleboznawcze. T.14. Nr 3/4. Więcko E. (red.) 1996. Słownik encyklpedyczny leśnictwa, drzewnictwa, ochrony środowiska, łowiectwa oraz dziedzin pokrewnych. Wydawnictwo SGGW. Warszawa. 73
