Jakubus M. - Wybrane zagadnienia z gleboznawstwa i chemii rolnej

~

Monika Jakubus

WYBRANE ZAGADN IENIA Z GLEBOZNAWSTWA I CHEMII ROLNEJ

OPIS ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

POZNAŃ 2010

Przewodniczący Komitetu Redakcyjnego Prof. dr hab. Waldemar Uchman

Redaktor Działu Prof. dr hab. Andrzej Mocek Recenzent Prof. dr hab. Piotr

©

SPIS TREŚCI

Skłodowski

Copyright by Wydawnictwo Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu, 2010, Poland

Poznań

V/stęp

Utwór w całości ani we fragmentach nie może być powielany ani rozpowszechniany za pomocą urządzeń elektronicznych, kopiujących, nagrywających i innych bez pisemnej zgody posiadacza praw autorskich

ISBN 978-83-7160-578-9

/ ;

-~(-~ ':

...

II .

Ji.".'::: ::.-: .

\~~~.:.,..

. „

i. ~ fD '.· :1.-'

C-1~) - I

·

St;. 0

r,

.

'lit L(·

\ <\~i i
Redakcja Maria Moczko Opracowanie graficzne i komputerowe Donata Latusek Projekt okładki Exemplum

WYDAWNICTWO UNIWERSYTETU PRZYRODNICZEGO W POZNANIU ul. Witosa 45, 61-693 Poznań tel./faks 61 848 78 08, e-mail: [email protected] http:/ /www.up .poznan. pl/wydawnictwo Vvydanie II rozszerz. i uaktualnione.

Nakład

300 egz. Ark. wyd. 8,5. Ark. druku 7,4.

Wydrukowano w Zakładzie Graficznym Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu, ul. Wojska Polskiego 67, 60-625 Poznań e-mail: [email protected]

· · · . . .. . . . .

.

. .

. .

.

.

.

.

...

7

I. GLEBA ORAZ PODSTAWOWE METODY JEJ ANALIZY

9

L Wprowadzenie . .. . . . . . 2. Pobieranie próbek glebowych do charakterystyki warstwy ornej - poziomu próchnicznego . . . . . . . 3. Grupy minerałów . . . . . . . . . 4. Wybrane cechy morfologiczne gleb 5. Właściwości fizyczne gleb . . . . . 5.1. Uwagi wstępne . . . . . . . . 5.2. Skład granulometryczny, frakcje i grupy granulometryczne. Oznaczanie składu granulometrycznego gleb .. . . . . . 5.3. Gęstość gleb. Oznaczanie gęstości właściwej gleby . 5.4. Porowatość gleb . . 5.5. Konsystencja gleb 5.6. Lepkość gleb 5.7. Zwięzłość gleb . . . 5.8. Właściwości wodne, powietrzne i cieplne gleb 5.8.1. Właściwości wodne . .. . . . . .. . . 5.8.2. Oznaczanie zawartości wody higroskopowej i absolutnie suchej masy gleby metodą suszarkową 5.8.3. Właściwości powietrzne 5.8.4. Właściwości cieplne 6. Właściwości fizykochemiczne gleb . . 6.1. Właściwości sorpcyjne gleb i pojemność sorpcyjna 6.2. Oznaczanie sumy kationów zasadowych metodą Kappena 6.3. Oznaczanie wymiennych kationów zasadowych metodą Pallmanna 6.4. Odczyn gleb oraz rodzaje kwasowości . 6.4.1. Wiadomości ogólne . . . . . . . . . . . 6.4.2. Oznaczanie odczynu gleb . . . . . . . 6.4.3 . Oznaczanie kwasowości hydrolitycznej (Hh) metodą Kappena oraz określanie potrzeb wapnowania gleb . . . . . . . 6.4.4. Alternatywne określanie potrzeb wapnowania stosowane w praktyce rolniczej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4.5. Oznaczanie glinu wymiennego (ruchomego) metodą Sokołowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

~

r. •. 1·

10

12 14

16 16 17 31 32 33 34 34 34 34

36 37 38 38 38 41 42 44 44 46 46 48 49

, ..

~.o:r -

5

4

7.

chemiczne gleb . . . . . . . . . . . . 51 51 Wprowadzenie . . . . . . . . . . .. . . . . Węgiel, próchnica, materia organiczna gleb 54 54 7.2.l. Uwagi ogólne . . . .. . . . . . .. . 7.2.2. Oznaczanie strat prażenia i popi elności gleb i materiałów c.:.:\ organicznych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 02§/.! 7.2.3. Oznaczanie ilości węgla organicznego metodą Tiurina . . . 56 7.2.4. Frakcjonowanie próchnicy oraz oznaczanie jej rodzaju . . . 58 7.2.5. Ekstrakcja związków próchnicznych z gleb i materiałów organicznych metodą Kanonowej i Bielczikowej w modyfikacji Czekały do celów ćwiczeniowych . . . . . . . . . . . . . . . 59 7.2.6. Oznaczanie ilości węgla organicznego w substancjach humusowych metodą Andrzejewskiego . . . . . . . . . . . . . . . 60 Azot ogólny i mineralny gleb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3 7.3.l. Oznaczanie ogólnej ilości azotu glebowego metodą Kjeldahla 63 7.3 .2. Oznaczanie azotu mineralnego w glebie metodą destylacyjną 66 Siarka dostępna dla roślin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 7.4.l. Uwagi ogólne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 7.4.2. Oznaczanie siarki siarczanowej w glebie metodą nefelometryczną . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 7.4.3. Ocena stopnia zasobności gleb w si arkę siarczanową 70 Fosfor i potas przyswajalny dla roślin . . . . . . . . . . . . . 71 7.5.l. Uwagi ogólne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 7.5.2. Oznaczanie przyswajalnego fosforu i potasu w glebie metodą Egnera-Riehma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 7.5.3. Ocena zasobności gleb w przyswajalny fosfor i potas 75 Magnez przyswajalny dla roślin . . . . . . . . . . . . . . . 75 7.6.l. Uwagi ogólne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 7.6 .2. Oznaczanie przyswajalnego magnezu w glebie metodą Schachtschabela . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 7.6.3. Ocena zasobności gleb w przyswajalny magnez 77 Mikroelementy niezbędne dla roślin . . . 78 Metale ciężkie w środowisku glebowym . . . . . . . 83

Właściwości

7.1. 7.2.

7.3.

7.4.

7.5.

7.6.

7.7. 7.8.

II. NAWOZY MINERALNE - ANALIZA I STOSOWANIE

87

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

87 88 92

Wprowadzenie . Rodzaje nawozów Rodzaje nawozów Rodzaje nawozów Rodzaje nawozów Rodzaje nawozów Rodzaj e nawozów Rodzaje nawozów

. . . . . . . . azotowych . fosforowych . potasowych . magnezowych siarkowych . . wapniowych . wieloskładnikowych

94 96 97 99 102

9. Analiza jakościowa nawozów azotowych, fosforuw-ych, potasowych, wapniowych oraz wieloskładnikowych . . 10. Podział i stosowanie mikronawozów

105 107

III. WYBRANE METODY ANALIZY MATERlAŁU ROŚLINNEGO

109

1. 2. 3. 4. 5. 6.

109 110 110 112 114 115

W prowadzenie . . . . . . . . . . . . . . . . Pobieranie próbek materiału roślinnego Oznaczanie azotu ogółem metodą Kjeldahla Oznaczanie azotanów metodą kolorymetryczną Oznaczanie ilości węgla organicznego Zawartość wapnia, magnezu i potasu

Literatura . . . . . . . . . . . . . . . . .

118

r WSTĘP

Celem niniejszego opracowania jest przede wszystkim zapoznanie studentów z podstawowymi zagadnieniami dotyczącymi gleboznawstwa i chemii rolnej. Wprowadzenie umieszczane przed opisem ćwiczeń pomaga w zrozumieniu zjawisk omawianych podczas zajęć z chemii rolnej z elementami gleboznawstwa. Natomiast zadaniem ćwiczeń laboratoryjnych jest z jednej strony udokumentowanie owych zjawisk, z drugiej zaś przybliżenie studentom metod analitycznych wykorzystywanych w pracowniach i laboratoriach związanych z badaniami gleboznawczymi oraz rolniczymi. Skrypt jest przeznaczony dla wszystkich studentów, którzy w trakcie nauki realizują przedmioty o tej samej lub pokrewnej tematyce. Ze względu na to, że większość zaprezentowanych ćwiczeń ma charakter metodyczny, opracowanie jest bardzo pomocne w realizacji części analitycznej prac magisterskich.

-;.'\:

.

i+-rf.,7 'l I i !

I GLEBA ORAZ PODSTAWOWE METODY JEJ ANALIZY

1.

I,

I I

Wprowadzenie

· Produkcja roślinna zależy od wielu czynników siedliska, zwłaszcza od gleby i klimatu. Rośliny pobierają większość pierwiastków potrzebnych do życia z gleb, wobec czego pojęcie gleby jest pojęciem podstawowym i najważniejszym . Abstrahując od znacżnej liczby definicji, można przyjąć uproszczony schemat gleby (ryc. 1), który przedstawiają jako wielofunkcyjny ożywiony układ trójfazowy skła­ dający się z: fazy stałej , fazy ciekłej i fazy gazowej . Te trzy fazy oddziałują na siebie, dążąc do stanu równowagi, co jest możliwe dzięki takim procesom, jak: rozpuszczanie, wytrącanie, sorpcja, desorpcja, zakwaszanie, alkalizacja, utlenianie, redukcja i dyfuzja. Najistotniejsze fizykochemiczne właściwości gleb są związane z procesami obserwowanymi na granicy fazy stałej i ciekłej. Faza stała, będąca w różnym stopniu rozdrobnienia, składa się z: * części mineralnej , tworzonej głównie przez minerały wtórne wietrzeniowe, tzw. ilaste, * związków organicznych, tzw. materii organicznej (MO) , na którą skła­ dają się obumarłe części roślin, martwe ciała fauny glebowej , nawozy organiczne i resztki pożniwne , * połączeń organiczno-mineralnych. W związku z tym faza stała gleby jest polidyspersyjna, gdyż obejmuje cząstki różnej wielkości, oraz heterodyspersyjna, ponieważ poszczególne jej cząstki róż­ nią się pod względem chemiczno-mineralogicznym. Faza ciekła jest utożsamiana z roztworem glebowym (RG) stanowiącym najważniejszy czynnik warunkujący życie roślin. Najogólniej mówiąc, jest to woda znajdująca się w przestworach glebowych, w której są rozpuszczone substancje mineralne, organiczne i gazowe (02, C02, CH 4 , N 2, H 2S). Do związków mineralnych zalicza się sole kwasu solnego i azotowego, sole amonowe, niektóre fosforany, siarczany, węglany i borany. Kationami tych soli jest bardzo wiele metali, takich jak: wapń, magnez, potas, kation amonowy, miedź, żelazo , cynk, mangan i inne. Natomiast grupę związków organicznych tworzą kwasy fulwowe oraz huminowe i ich sole, białka, aminokwasy, cukry, kwas octowy oraz mrówkowy. Na skład roztworu

11

10 glebowego wpływają także: typ gleby, intensywność zachodzących w niej proceo o o sów biochemicznych oraz dawki nawoo o o o oo o o zów mineralnych. o 253 o W przestworach glebowych nie zaOfaza gazowa O jętych przez wodę znajduje się powieo o o o o o o o trze glebowe, czyli faza gazowa. Speł­ o o o o nia ona dwojakie funkcje: z jednej strony zaopatruje korzenie roślin oraz mikroorganizmy w tlen, z drugiej zaś odbiera tlenek węgla (IV) wytworzony w procesach oddychania. Wymianę powietrza glebowego z powietrzem atmosferycznym nazywa się wymianą gazową lub oddychaniem gleby. Skład chemiczny powiemateria 53 trza glebowego zmienia się dynamiczorganiczna nie w czasie, co jest związane z aktywnością biologiczną gleby oraz intensywnością wymiany gazowej z atmosferą. Do najważniejszych składników powietrza glebowego zalicza się tlen (02) i disubstancja tlenek węgla (C02) . Oprócz nich w nie453 mineralna wielkich ilościach występują tlenek diazotu (N 20), siarczek diwodoru (H 28) , ,. metan (CH 4 ) amoniak (NH 3 ) i wolny Ryc. l. Schemat troJfazowego układu gleby ' ( ) azot - cząsteczkowy N 2 . Powietrze glebowe rywalizuje z wodą o taką samąLwolp_1i,_p_r.~ę_strz.ę!i_g_ię~peł­ nioną P.r:~~_ę_§tałą gle!;iy_,_tzJY,.-P. .m:y_glę_~I W rezultacie im więcej porów jesC wypełnionych wodą, tym słabiej gleba jest natleniona i odwrotnie. Wzajemny układ trzech faz jest modyfikowany wpływem procesów glebowych oraz działalnością człowieka wynikającą z upra-wy roli i roślin czy zabiegów melioracyjnych.

próbek na polu. Próbki glebowe będące przedmiotem badań chemiczno-rolniczych za pomocą laski glebowej ze specjalną poprzeczką regulującą głębo­ kość wbicia na 20 cm. Próbki z trwałych użytków zielonych pobiera się z warstwy 5-20 cm, odrzucając górną 5-centymetrową warstwę ze względu na to , że jest ona przerośnięta korzeniami oraz najzasobniejsza w składniki. należy pobierać

a

------ -- ----

b

Ryc. 2. Sposoby pobierania próbek glebowych na polu: a - zakosami po powierzchni użytku rolnego, b - po przekątnej powierzchni użytku rolnego

Optymalnym terminem pobierania próbek jest okres po żniwach, przed wysiewem zaplanowanych nawozów mineralnych oraz organicznych. Ponadto należy kierować się następującymi zasadami: l. nie pobierać próbek z pól świeżo zwapnowanych oraz po zastosowaniu nawo-

zów mineralnych i organicznych,

Pobieranie próbek glebowych do charakterystyki warstwy ornej - poziomu próchnicznego

miejsca, na których znajdowały się kopce lub położone w bliskim dróg i rowów, 3. pobierać próbki charakteryzujące glebę o tym samym typie i tej samej grupie granulometrycznej, co należy weryfikować na podstawie map glebowo-rolniczych (1 :5000).

Analizy dotyczące właściwości gleb lub ich zasobności w różne składniki są prowadzone na próbkach średnich (zbiorczych) uzyskanych z 15-30 (w zależności od wielkości pola) próbek pojedynczych pobranych z różnych miejsc na danym polu/obszarze. Ponieważ od dokladności pobrania próbki na polu w dużej mierze zależy wynik analizy, dlatego schemat, jakim kieruje się próbobiorca, nie może być przypadkowy. Na rycinie 2 pokazano najpopularniejsze schematy pobierania

Pobrane próbki powinny być suszone w pomieszczeniach przewiewnych, o stałej temperaturze, bez obecności w powietrzu lotnych związków chemicznych. Wysuszone próbki glebowe przed analizami chemicznymi należy rozdrobnić mechanicznie w moździerzu agatowym w taki sposób, aby około 80% całej masy próbki można było przesiać przez sito (plastikowe albo z nierdzewnego metalu) o wymiarze oczek 2mm. Vi/ celu scharakteryzowania profilu glebowego pobiera się ze wszystkich poziomów genetycznych dwa rodzaje próbek, tj . próbki o nienaruszonej strukturze

2.

eliminować

sąsiedztwie

2.

13

12 oraz o naruszonej strukturze. Opis pobrania tych próbek, używanych w szczegółowych badaniach typowo gleboznawczych, został pominięty, ponieważ v;rykracza poza tematykę niniejszego opracowania.

3.

Grupy

minerałów

Podstawowym tworzywem kształtującym glebę jest skała macierzysta. Mimo że macierzysta jest podstawowym czynnikiem tworzącym glebę, to jednak dopiero współdziałanie czynników klimatycznych, wody, roślinności, zwierząt, czło­ wieka oraz czasu składa się na cały proces glebotwórczy, w wyniku którego następuje przekształcenie wierzchniej części skorupy ziemskiej w glebę. Skorupa ziemska, często określana jako litosfera, jest zbudowana z minerałów pierwotnych - substancji chemicznych charakteryzujących się ustalonym składem chemicznym, stałymi cechami fizycznymi i jednorodną budową. Powstały one jako produkt krystalizacji lub wytrącania się z wieloskładnikowych stopów magmowych, gazów i roztworów wodnych. Naturalne skupienia minerałów są określane jako skały. Znajomość minerałów występujących w skałach macierzystych ma istotne znaczenie, ponieważ są one pierwotnym źródłem składników pokarmowych dla roślin i drobnoustrojów, w pewnym stopniu warunkując żyzność gleb. Podział minerałów, dokonany na podstawie ich właściwości chemicznych, jest następujący: l. Pierwiastki rodzime - występujące w stanie wolnym, takie jak: siarka (S), węgiel (C), miedź (Cu), złoto (Au), rtęć (Hg). 2. Siarczki i siarkosole - połączenia metali z siarką; najbardziej rozpowszechniony jest piryt (FeS2), do mniej rozpowszechnionych należą galena (PbS) czy sfaleryt (ZnS). 3. Halogenki - połączenia fluoru, chloru, bromu i jodu z innymi pierwiastkami, głównie o charakterze metali. Najważniejsi przedstawiciele to: halit (NaCl), sylwin (KCl), fluoryt (CaF 2). 4. Tlenki i wodorotlenki glinu i żelaza - podstawowe minerały skałotwórcze. Do grupy tej należy także tlenek krzemu (IV) (Si02), związek chemiczny stanowiący 603 składu litosfery. 5. Sole kwasów tlenowych - bardzo różnorodna grupa minerałów, wśród których specjalne miejsce zajmują krzemiany i glinokrzemiany, odgrywające zasadniczą rolę w budowie skorupy ziemskiej. Do tej grupy należą takie minerały, jak: minerały ilaste, kwarc, skalenie, łyszczyki - najistotniejsze mineralne składniki fazy stałej gleby. skała

Ponadto w grupie soli kwasów tlenowych wyróżniamy minerały powszechnie stosowane jako nawozy azotowe, wapniowe, fosforowe oraz potasowo-magnezowe:

*

azotany - tzw. saletry: saletra chilijska (NaN03) i saletra indyjska (KN03),

*

węglany - odznaczające się właściwościami alkalicznymi, co przede wszystkim odnosi się do kalcytu (CaC0 3), dolomitu (Ca.1'1g(C0 3)2) oraz magnezytu (MgC0 3),

*

siarczany - występujące w skałach osadowych, ich głównymi przedstawicielami wykorzystywanymi w rolnictwie są: gips (CaS0 4 · 2H 2 0) oraz kainit (KCl · MgS0 4 · 3 H 20),

*

fosforany - do których należą apatyty oraz fosforyty.

6. Minerały organiczne - charakteryzujące się bardzo zmiennym składem chemicznym. Powstały w procesach naturalnych, a ich pierwotnym źródłem były organizmy żywe . W związku z takim pochodzeniem zalicza się do nich bursztyn, skamieniałą żywicę drzew i ropę naftową. Minerały

ilaste i ich znaczenie

Wśród

gamy minerałów wys~ępujących w litosferze bezsprzecznie dominującą krzemiany i glinokrzemiany. Podlegają one w warunkach naturalnych powszechnym procesom hydrolitycznego rozpadu, wskutek którego powstają minerały ilaste oraz koloidalna krzemionka. Minerały ilaste będące uwodnionymi glinokrzemianami glinu, magnezu i żelaza charakteryzują się budową płytkową. W skład struktur krystalicznych wchodzą warstewki oktaedryczne (forma krystaliczna o zarysach regularnego ośmiościanu) z centralnie zlokalizowanym metalem, np. glinem, i warstewka tetraedryczna (forma krystaliczna o zewnętrznych zarysach regularnego czworościanu) z centralnie zlokalizowanym krzemem. Warstewki te mogą się łączyć w zespoły zwane pakietami (ryc. 3). ilościowo grupą są

minimalna przestrzeń

m1ędzypakietowa

( „sztywna")

("ruchoma")

kationy K+ , NHt

o

kationy H+, Na+, Ca2 +

Ryc. 3. Budowa pakietowa typu 1:1 oraz 2:1

W związku z tym wyróżniamy minerały o budowie pakietowej: dwuwarstwowej - typ budowy 1:1, tj. na jedną warstwę oktaedryczną przypada jedna warstwa tetraedryczna. \V takiej strukturze warstewki łączą się przez wspó.l ny tlen, a pakiety są połączone mostkami t lenowo-hydroksylowymi. Wiązania tego typu są bardzo trwałe , co wpływa na usztywnienie całej struktury krystalicznej minerału . Konsekwencją takiej budowy są małe właściwości sorpcyjne, ograniczone zwykle tylko do powierzchni zewnętrz­ nych minerałów . Przykładowym minerałem charakteryzującym się tego typu budową jest kaolinit;

*

15

14 * trójwarstwowej - typ budov-ry 2:1, tj. jedna warstwa oktaedryczna jest z góry i z dołu otoczona warstwą tetraedryczną. W tym wypadku pomiędzy warstewkami tetraedrycznymi i warstewką oktaedryczną występuje także wiąza­ nie przez tlen. Pakiety są połączone mostkami tlen-tlen, wiązaniem bardzo słabym, a co za tym idzie pozwalającym na łatwe rozszerzanie się przestrzeni międzypakietowej i decydującym o dużej elastyczności siatki krystalicznej. Taki typ budowy minerałów stwarza lepsze warunki do sorpcji kationów oraz wody w przestrzeni międzypakietowej. Spośród czołowych przedstawicieli o takiej budowie, tj : illitu, montmorillonitu oraz wermikulitu, jedynie illit v-rykazuje zdolności sorpcyjne tylko na powierzchni zewnętrznej, pozostałe odznaczają się dobrym wiązaniem międzypakietowym zarówno kationów, jak i cząsteczek wody, co jest obserwowane zwłaszcza w przypadku montmorillonitu. Minerały ilaste, podobnie jak minerały pierwotne, podlegają zaawansowanemu rozkładowi, którego produktem są wtórne tlenki żelaza, glinu i manganu. Uwolnione z sieci krystalicznej krzemianów jony glinu i żelaza podlegają utlenieniu, hydrolizie i krystalizacji, tworząc różnorodne minerały, począwszy od bezpostaciowych żeli do wyraźnie określonych form krystalicznych. Koloidy glebowe składają się z minerałów ilastych, koloidalnej krzemionki, tlenków żelaza, glinu i manganu tworzących grupę mineralnych koloidów glebowych, a także z próchnicy oraz połączeń próchniczna-mineralnych. Ich cechą charakterystyczną jest duża powierzchnia właściwa oraz znajdujący się na niej ładunek elektryczny, co warunkuje zdolności sorpcyjne głównie w stosunku do kationów. Suma wszystkich koloidów glebowych, na których powierzchni odbywają się procesy sorpcji, jest określana mianem glebowe.g o kompleksu sorpcyjnego (GKS). Przeważająca część tego kompleksu ma ładunek ujemny, w związku z czym może sorbować kationy.

4.

Wybrane cechy morfologiczne gleb

Morfologia, czyli budowa gleb, zależy od właściwości skał macierzystych oraz od przebiegu procesów glebotwórczych. Do głównych cech morfologicznych gleby zalicza się:

* budowę profilu glebowego *barwę

* strukturę * miąższość * układ * nowotwory glebowe. W skrypcie bliżej scharakteryzowane będą tylko trzy pierwsze cechy. Procesy glebotwórcze, będące naturalnym cyklem rozwojowym gleb , prowadzą do pionowego zróżnicowania, tworząc profil glebowy, tzw. system poziomów

poziom organiczny

o

poziom próchniczny

A

poziom wymywania

E

poziom wzbogacenia

B

~

,~-----,::

skała

macierzysta

-

C

- - ;:::;>

'

- .;;......_,.-

Ryc. 4. Profil gleby bielicowej

genetycznych (ryc. 4). Poziomy genetyczne są warstwą mineralną lub organiczno-mineralną położoną równolegle do powierzchni gleby. Warstwy te różnią się zawartością materii organicznej, składem granulometrycznym, a także cechami morfologicznymi, między innymi: barwą, strukturą czy miąższością. Poziomy genetyczne można podzielić na główne , przejściowe lub mieszane. W obrębie poziomów głównych, oznaczonych dużymi literami alfabetu, można wyróżnić: O - poziom organiczny A - poziom próchniczny E - poziom wymywania (eluwialny) B - poziom wzbogacenia C - poziom skały macierzystej. Barwa jest ważną cechą morfologiczną, pomocną w rozróżnianiu m1ązszosc1 poszczególnych poziomów i warstw w profilach. Zabarwienie poziomów jest ściśle związane ze składem chemicznym i mineralogicznym oraz z warunkami wodno-powietrznymi. Barwę nadają im określone związki chemiczne występujące w glebie. Do najważniejszych związków istotnie determinujących zabarwienie poziomów zaliczamy:

*

związki próchniczne do czarnego,

*

związki żelaza określające

nadające

glebie zabarwienie od szarego przez

barwy czerwone, pomarańczowe, brunatne (Fe 3 +) oraz niebieskawe, zielonkawe (Fe 2 +),

żółte,

brązowe

rdzawe,

r

„

Ft\

17

16

*

związki

manganu

wpływające

na zabarwienie czarne,

brązowe,

a nawet fio-

5.2.

letoworóżowe,

*

ziarna kwarcu, kalcytu i gipsu nadające białe zabarwienie. zabarwienia poziomów i warstw zależy od stanu uwilgotnienia

Intensywność

gleby. Struktura - określa stan zagregowania elementarnych cząstek stałej fazy gleby. Wyróżnia się trzy typy struktur: 1. rozdzielnocząsteczkowa (bezagregatowa) - charakteryzuje się brakiem spoiwa, tj. koloidów glebowych umożliwiających łączenie się poszczególnych ziaren w agregaty, co zachodzi w przypadku piasków luźnych lub gleb gruboziarnistych zbudowanych ze żwirów; 2. agregatowa - ziarna glebowe tworzą mniej lub bardziej trwałe skupienia określonego kształtu i wielkości, zwane agregatami. W tej grupie najważniejsza dla uprawy roli i roślin jest struktura gruzełkowata, odznaczająca się niewyraźnymi krawędziami agregatów oraz wyjątkowo dużą porowatością zapewniającą optymalne stosunki wodno-powietrzne. Strukturę gruzełkowatą charakterystyczną dla poziomów próchnicznych gleb uprawnych można stworzyć sztucznie przez zabiegi agrotechniczne oraz uprawę roślin tzw. strukturotwórczych, głównie motylkowatych, pozostawiających dużą masę resztek pożniwnych. Powstawaniu tego typu struktury sprzyja działalność dżdżow­ nic i innych organizmów glebowych oraz naturalnie ·występujących lepiszczy typu koloidów organicznych; 3. włóknista - obecna w glebach organicznych zbudowanych z torfów słabo lub średnio zhumifikowanych.

Właściwości fizyczne gleb

5. 5.1.

Uwagi

wstępne

Skład

granulometryczny, frakcje i grupy granulometryczne. Oznaczanie składu granulometrycznego gleb

granulometryczny jest uważany za gleb określającą ich wartość użytkową. Charakteryzuje on stan rozdrobnienia mineralnej części fazy stałej. Uważa się, że skład granulometryczny to procentowa zawartość poszczególnych cząstek mineralnych zwanych frakcjami granulometrycznymi w fazie stałej gleby. Z kolei frakcja granulometryczna to umownie przyjęty zbiór ziaren glebowych mieszczących się w określonym przedziale wielkości średnic, wyrażonych w milimetrach. Wyróż­ nione w tabeli 1 frakcje różnią się nie tylko wielkością ziaren, lecz także składem mineralogicznym oraz właściwościami fizycznymi i chemicznymi. Ze

względu

na

swoją niezmienność skład

podstawową właściwość

Tabela l.

Podział

utworów glebowych na frakcje granulometryczne (Systematyka ... 1989) Frakcja

Średnica frakcji (mm)

Części

szkieletowe Ka mienie Żwir

Części

ziemiste Piasek - gruby - średni - drobny

> 20,0 > 20,0-1,0 < 1,0 1,0-0,5 0,5-0,25 0,25-0,1

Pył

- gruby - drobny

0,1-0,05 0,05-0,02

Części spławialne

Właściwości

~

*

I

I

I ~

~

~

f.I

i

*

fizyczne gleby dzielimy na dwie grupy: właściwości podstawowe, wynikające z jakości materiału glebowego i jego stosunku do zajmowanej przestrzeni, takie jak: - skład granulometryczny (uziarnienie) - gęstość - porowatość - plastyczność - lepkość - zwięzłość ; właściwości wtórne, do których zalicza się właściwości wodne, powietrzne i cieplne. Warunkują one właściwości gleby jako środowiska roślin i są ściśle powiązane z właściwościami podstawowymi.

-

(ilaste) gruby pyłowy drobny koloidalny

ił py łowy ił ił

0,02-0,005 0,005-0,002 < 0,002

Frakcja kamieni jest najgrubszą frakcją szkieletową, składającą się z mało zmienionych odłamków skał macierzystych. Duża ilość kamieni ut rudnia, a nawet wyklucza uprawę mechaniczną. Frakcję żwiru tworzą mało zwietrzałe lub zupełnie niezwietrzałe odłamki skał i minerałów. Znaczna zawartość żwiru w glebach lekkich zwiększa ich przepuszczalność i przewiewność, natomiast na glebach gliniastych zwiększa ich zwięzłość, powodując trudności w ich uprawie. Skład chemiczny i mineralogiczny frakcji kamieni i żwiru jest zbliżony do składu skał, z których te frakcje powstały. Skład mineralny frakcji piasku jest zdominowany głównie przez kwarc, w mniejszym stopniu przez skalenie i miki. Frakcja ta rozluźnia glebę , czyniąc ją

r

19

18

* *

bardziej przepuszczalną, co konsekwentnie zmniejsza pojemność wodną i podsią­ kalność, zwiększając jednocześnie przeVirievmość. Gleby o przewadze frakcji piasku są luźne,

sypkie, o małej zasobności w składniki pokarmowe. Frakcja pyłu składa się głównie z ziaren kwarcu i koloidalnej krzemionki. Frakcja pyłowa zapewnia glebie dobre, zbliżone do optymalnych właściwości wodno-powietrzne. Pył drobny ma zdolność do tworzenia agregatów strukturalnych. Spośród frakcji wchodzących w skład części spławialnych najistotniejszą rolę w kształtowaniu właściwości fizycznych i chemicznych gleby odgrywa ił koloidalny. Składa się on głównie z minerałów ilastych (montmorillonit, illit, kaolinit), koloidalnej próchnicy, połączeń organiczno-minerlanych, wodorotlenków glinu i żelaza oraz koloidalnej krzemionki. Wymienione cząstki mają duże zdolności sorpcyjne, a ponadto wpływają na lepkość, zwięzłość i plastyczność gleby. Jednocześnie duża zawartość iłu koloidalnego niekorzystnie oddziałuje na właściwości fizyczne gleby, czyniąc ją trudną do uprawy. Najbardziej ·stabilną właściwością fizyczną gleby jest uziarnierlie, które wpływa na jej pozostałe właściwości. Na podstawie tej cechy wyróżnia się tzw. grupy granulometryczne, do których należą utwory glebowe o podobnym uziarnieniu. Gleby podzielono według dwóch kryteriów:

*

zawartość

*

zawartość części spławialnych .

frakcji

dominującej,

Wyróżnia się następujące

grupy granulometryczne:

1. Utwory kamieniste, które zawierają powyżej 253 frakcji kamieni:

* * *

utwory silnie kamieniste: powyżej 753 frakcji kamieni, utwory średnio kamieniste: 75-503 frakcji kamieni, utwory słabo kamieniste: 50-253 frakcji kamieni.

2. Utwory żwirowe, zawierające ponad 50% frakcji żwirowych, wśród których wyróżniamy:

*

*

żwiry piaszczyste, w których części ziemiste wykazują skład granulometryczny piasku oraz występuje w nich do 10% części spławialnych, żwiry gliniaste, w których części ziemiste wykazują skład granulometryczny glin, a ilość części spławialnych wynosi od 10 do 203.

3. Utwory piaszczyste, w których przeważa frakcja piasku, z ilością części spławialnych od O do 20%:

* * * *

piaski luźne : 0-5% części spławialnych, piaski słabo gliniaste: 5-10% części spławialnych, piaski gliniaste lekkie: 10-15% części spławialnych, piaski gliniaste mocne: 15-20% części spławialnych.

4. Utwory gliniaste, które niżej 40% pyłu:

* *

zawierają powyżej

203

części spławialnych

gliny lekkie silnie spiaszczone: 20-25% części spławialnych, gliny lekkie słabo spiaszczone: 25-35% części spławialnych, ·-.:

oraz po-

gliny gliny

średnie:

5. Utwory pyłowe, wialnych:

* *

35-50%

ciężkie : powyżej

utwory utwory

części spłaVirialnych ,

50%

części spławialnych.

zawierające powyżej

40%

pyłu

oraz

poniżej

50%

pyłowe zwykłe: pyłowe

0-35% części spławialnych, ilaste: 35-50% części spławialnych.

6. Utwory ilaste, zawierające powyżej 50% części spławialnych oraz frakcji piasku, bez części szkieletowych:

*

części spła­

iły właściwe: powyżej

50%

części spławialnych

i

poniżej

poniżej

10%

25% frakcji

pyłu,

*

iły

pylaste:

powyżej

50%

części spławialnych

oraz 25-40% frakcji

pyłu .

W utworach żwirowych, piaszczystych i gliniastych o zawartości frakcji ·pyłu 25-40% do ich nazwy dodaje się określenie „pylasty" lub „pylasta". Na podstawie składu granulometrycznego można dokonać podziału gleb uprawnych na tzw. kategorie agronomiczne, informujące o podatności gleby do uprawy mechanicznej . Wyróżniamy cztery kategorie takich gleb: wynoszącej

* * * *

gleby gleby gleby gleby

kategorii bardzo lekkiej: do 10% części splawialnych, kategorii lekkiej: 11-20% części spławialnych, kategorii średniej: 21-35% części spławialnych , kategorii ciężkiej: powyżej 35% części spławialnych.

Omówiony i zaprezentowany podział utworów glebowych na frakcje oraz grupy i podgrupy granulometryczne według Systematyki gleb Polski z 1989 roku powoli zaczyna być zastępowany przez nowy, zaproponowany przez Polskie Towarzystwo Gleboznawcze w 2008 roku. W związku z tym poniżej podano wprowadzany podział utworów mineralnych na frakcje i podfrakcje granulometryczne (tab. 2) oraz grupy i podgrupy granulometryczne (tab. 3). W konsekwencji dokonanych zmian do poszczególnych kategorii ciężkości agrotechnicznej gleb zalicza się następujące podgrupy granulometryczne:

* * * *

gleby bardzo lekkie - piaski luźne i słabogliniaste, gleby lekkie - piaski gliniaste, gleby średnie - gliny piaszczyste, gliny lekkie, pyły gliniaste i pyły zwykłe , gleby bardzo ciężkie - iły piaszczyste, iły pylaste, iły zwykłe i iły ciężkie.

Jedną ze standardowych analiz umożliwiających charakterystykę podstawowych właściwości gleby jest analiza składu granulometrycznego. Ma ona na celu oznaczenie procentowego udziału poszczególnych frakcji granulometrycznych w próbce gleby. Do wykonania tego typu analizy wykorzystuje się wiele metod, wśród których wyróżnia się metody:

* *

sitowe, sedymentacyjne: pipetowe ,

*

przepływowe ,

*

wirówkowe.

analizę całkowitą,

areometryczne,

rf!

' I

;

1j·,

21

20 rurka

o

160

Ryc. 5. Areometr

Oznacza.nie uziarnienia opiera się najczęściej na metodach sedymentacyjnych "'rykorzystujących zasadę szybszego osiadania w wodzie większych cząstek w porównaniu z drobniejszymi zgodnie z prawem Stokesa. Powszechnie stosowaną w Polsce metodą sedymentacyjną jest metoda areometryczna Bouyoucosa w modyfikacji Casagrande'a i Prószyńskiego. Polega ona na pomiarach gęstośCi zawiesiny glebowej i roztworu porównawczego podczas postępującej sedymentacji cząstek glebowych w stałej temperaturze. Pomiarów gęstości dokonuje się areometrem Prószyńskiego (ryc. 5), który jest wyskalowany w ten sposób, że różnica dwóch kolejnych odczytów daje procentową zawartość frakcji, która osiadła w czasie dzielącym te odczyty. Czasy sedymentacji poszczególnych frakcji gleby, zależne od wielkości cząstek glebowych oraz od temperatury zawiesiny, są podane w tablicach opracowanych przez Prószyń­ skiego dla różnych grup granulometrycznych (tab. 4-7). Wyniki analizy granulometrycznej przedstawia się w ujęciu tabelarycznym bądź graficznym, tj. jako krzywą uziarnienia (wg przykładu na rycinie 6) lub na trójkącie Fereta (ryc. 7).

Tabela 3. Podział utworów mineralnych na grupy i podgrupy granulometryczne według wagowej procentowej zawartości frakcji piaskowej, pyłowej i iłowej w częściach ziemistych (PTG 2008) Procentowa

Grupa metryczna Piaski

iłu poniżej

-0,002 mm

0,002 mrn

średnicy

średnicy

średnicy

piasku 2,0-

granulometryczna

boi

piasek

lużny

pl

piasek

słabogliniasty

ps

(c) frakcji

-0,05 mrn

Sym-

granulo-

zawartość

0,05-

Podgrupa

c 85

~

~

pyłu

(3pł

90

(3pł

c < 95

+2 +2

X

3i) ~ 10

X

3i) > 10

i

+ 1,5 + 1,5

(3pł

piasek gliniasty

pg

70

~

c < 90

(3pł

X

3i) ~ 15

X

3i) > 15

i (3p!

+2

X

3i) ~ 30

(3p!

+2

X

3 i) > 30

Prószyńskiego

Tabela 2. Podzi ał utworów minerainych na frakcje i podfrakcje granulometryczne (PTG 2008) Nazwa frakcji i podfrakcji granulometrycznych

Symbol

A. CZĘŚCI SZKIELETOWE I. Il. III. IV.

Frakcja blokowa Frakcja głazowa Frakcja kamienista Frakcja żwirowa: 1. żwir gruby 2. żwir średni 3. żwir drobny

d > 600

gł

200
żgr

75 < d ~ 200 2 < d ~ 75 20 < d ~ 75

żśr

5
żdr

2
ż

pśr

pdr pbdr

PY pygr pydr i

65

~

c < 85

c

0,05 < d ~ 2,0 1,0 < d ~ 2,0 0,5 < d ~ 1,0 0,25 < d ~ 0,5 0,10 < d ~ 0,25 0,05 < d ~ 0,10 0,002 < d ~ 0,05 0,02 < d ~ 0,05 0,002 < d ~ 0,02 d ~ 0,002

~

I

35

c

~

20

lub

Iły

~

c < 65

28

~

52

~

c < 65

15 < c

c

~

50

~

41

c~7

glina lekka

gl gpi

45~c<80

gz

23

~

c < 52

28 < c

50

7< c

gi

20

~

c < 45

15 < c < 53

27 < c

~

40

~

40

zwykła

glina ilasta

Pyły

43 glina piaszczysto-ilasta glina

d~2

p pbgr pgr

gp

Srednica ziaren ( d) w milimetrach

b k

glina piaszczysta

i

d>2

B. CZĘŚCI ZIEMISTE V. Frakcja piaskowa: 1. piasek bardzo gruby 2. piasek gruby 3. piasek średni 4. piasek drobny 5. piasek bardzo drobny VI. Frakcja pyłowa: 1. pył gruby 2. pyl drobny VII. Frakcja iłowa

Gliny

glina pylasto-ilasta

gpyi

c

~

28 ~

7< c 20 < c

~

20

~ ~

35 27

c < 20

40 < c

~

73

27 < c

~

50 < c

~

80

c

~

12

pyl gliniasty

pyg

pył zwykły

pyz

c < 20

c > 80

c

~

12

pyl ilasty

pyi

c < 38

50
12 < c

~

27

il piaszczysty

ip

35 < c

~

55

8

45

~

c < 50

c < 65

c

~

20

ił

pylasty

ipy

c < 20

il

zwykły

iz

c < 45

c

il

ciężki

ie

c < 40

c < 40

40 < c < 60 ~

40

40
c > 60

23

22 Na osi X krzywej uziarnienia odkłada się średnice cząstek w milimetrach w podziałce logarytmicznej, natomiast na osi Y procentową zawartość poszczególnych frakcji . Trójkąt Fereta jest trójkątem równobocznym, którego boki podzielono na 10 równych części. Przy założeniu, że każdy z boków charakteryzuje zawartość wybranej frakcji w procentach od O do 100, każdemu punktowi można przypisać trzy liczby odpowiadające zawartości każdej z trzech frakcji. Pomocnym sposobem w oznaczaniu grup granulometrycznych jest metoda organoleptyczna stosowana z dużym powodzeniem głównie w warunkach polowych. Precyzja zaklasyfikowania gleby do danej grupy zależy przede wszystkim od praktyki i doświadczenia oceniającego, ale należy również wziąć pod uwagę zawartość silnie rozłożonej substancji organicznej oraz skład mineralny frakcji iłowej. Szczególne znaczenie ma dominacja w tej frakcji smektytów lub kaolinitu, których obecność może zafałszować rzeczywistą jej zawartość. Niezależnie od tego, podany poniżej klucz do organoleptycznego oznaczania grup granulometrycznych jest pomocnym narzędziem w praktyce.

2.3 . przy rozcieraniu w palcach utwór matoV\ry lub nieco błyszczący, wyraź­ nie przywiera do palców, wyraźnie wyczuwalne ziarna piasku - glina piaszczysto-ilasta 3.

Można formować wałeczki

o średnicy 3 mm (mniej niż połowy grui skręcać w pierścień o średnicy 2-3 cm; spoisty, silnie przywiera do palców, przy rozcieraniu w palcach daje powierzchnię średnio lub silnie błyszczącą bości ołówka)

3.1. wyraźnie widoczne i wyczuwalne ziarna piasku - ił piaszczysty 3.2. pojedyn;::ze widoczne i w dotyku niekiedy V\ryczuwalne ziarna piasku 3.3. plastyczny, po roztarciu powierzchnia średnio błyszcząca - glina ilasta 3.4. bardzo plastyczny, po roztarciu powierzchnia wyraźnie błyszcząca - ił zwykły

· :.;

3.5. ziarna piasku niewidoczne i .niewyczuwalne średnio

plastyczny - glina pylasta-ilasta bardzo plastyczny, po roztarciu powierzchnia średnio błyszcząca ił pylasty bardzo plastyczny, po roztarciu powierzchnia wyraźnie błyszcząca - ił ciężki.

Klucz do organoleptycznego oznaczania grup granulometrycznych

(PTG 2008)

Tabela 4. Terminy odczytów z areometru dla utworów piaszczystych

l. Nie można formować wałeczków lub tylko formują się wałeczki

(ok. 7 mm) i grubsze; wyraźnie wyczuwalna szorstkość ziaren piasku 1.1. nie brudzi palców, nie mączysty - piasek luźny 1.2. słabo brudzi palce, nie plastyczny, tworzy nietrwałe agregaty, łatwo rozpadające się, nie mączysty - piasek słabogliniasty 1.3. dość wyraźnie brudzi palce, słabo plastyczny, tworzy nietrwałe agregaty, niekiedy mączysty; formują się grube wałeczki i kulki - piasek gliniasty 1.4. brudzi palce, słabo plastyczny, tworzy dość trwałe agregaty, niekiedy mączysty; formują się wałeczki grubości ołówka i cieńsze , ale łamliwe pod słabym naciskiem - glina piaszczysta 2. Można formować wałeczki o średnicy 3- 7 mm (pół grubości ołówka), łamliwe przy próbie skręcania w pierścień o średnicy 2-3 cm; dość wyraźnie spoisty, przywiera do palców 2.1. silnie mączysty i słabo spoisty - wyczuwalne ziarna piasku - pył gliniasty - niewyczuwalne ziarna piasku - pył ZV\rykły 2.2. średnio spoisty, przywiera do palców, przy rozcieraniu w palcach daje powierzchnię szorstką i matową, nie śliską bardzo wyraźnie wyczuwalne szorstkie ziarna piasku, słabo przywiera do palców - glina lekka - wyraźnie wyczuwalne szorstkie ziarna piasku - glina zwykła - niewyczuwalne ziarna piasku, za to wyraźnie mączysty i dość wyraźnie lepki - pył ilasty o

Srednica ziaren (mm) w zawiesinie mniejsza od

średnicy ołówka

0,1 Grupa granulometryczna (części spławialne)

odczyt I

2 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15

3 25,0 25,5 26,0 26,5 27,0 28,0 28,5 29,5 30,0 31 ,0 32,0

1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2

43 45 47 49 52 54 57 59 02 05 08

10

25 24 23

24,5 25,0 25,5 26,0 26,5 27,0 27,5

1 1 1 1 1 1 1

41 43 45 47 50 52 55

10 10

s

1 Piasek

luźny

(0-53)

Piasek

słabogliniasty

(5-103)

0,02

0,05

Temperatura (oC)

22

21 20 19

0,006

0,002

odczyt odczyt odczyt odczyt II III N V Czas opadania ziaren o określonej średnicy do poziomu bańki areometru min s min s h min h min

4

5 11 11 11 11

14 29 44

12 12 12 12 13 13

16 33 51 10 29

2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

40 53 08 22 37 53 09

1 2 2 2 2 2 2

11 11 11 11

12

7

6 46

oo oo

oo 02 05 07 10 13 16 19 23 26 30

18 18 18 19 19 20 20 21 21 22 22

02 25 48 13 39 05 32

59 01 04 06 09 12 15

17 18 18 19 19 20 20

58 21 44 09 34 01 29

Ol 31 02 34

- - ---

Er :,

- -

ł

·r

25

24

I'

I

!

I

·· I

i

ii:

Tabela 5 - cd.

Tabela 4 - cd. 1

Piasek gliniasty lekki (10-15%)

Piasek gliniasty mocny (15-203)

!.

!

I t

2 18 17 16 15

3 28,0 29,0 29,5 30,5

1 2 2 2

57

25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15

23,5 24,0 24,5 25,0 25,5 26,0 26,5 27,5 28,0 28,5 29,5

1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2

38 40 42 44 47 49 52 54 57 03

11 11 12 12 12 13

25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15

22,5 23,0 23,5 24,0 24,5 25,0 25,5 26,0 27,0 27,5 28,0

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

35 37 39 41 43 45 48 50 53 56 58

10 10 10 10 11 11 11 12 12 12 12

4

1

5

oo

03 06

oo

7

6

12 12 13 13

26 44 03 22

2 2 2 2

18 22 25 29

20 21 21 22

58 27 58 30

10 10 10 11

31 44 58 12 26 42 58 15 32 50 09

1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

58 03 05 08 11 14 17 20 23 27

17 18 18 19 19 19 20 20 21 21 22

52 15 38 02 27 54 21 49 19 50 22

18 31 45 49 13 28 44

1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2

57 59 02 04 07 10 13 16 20 23 27

17 18 18 18 19 19 20 20 21 21 22

45 07 30 54 19 46 13 41 10 41 13

11

oo

17

35 53

oo

1 Glina lekka słabo spiaszczona (25-353)

Glina średnia (35-503)

Glina

ciężka

(powyżej

503)

! . ; I

I;

r ! f

Tabela 5. Terminy odczytów z areometru dla utworów gliniastych

Grupa granulometryczna (części spławialne)

1 Glina lekka silnie spiaszczona (20-253)

Temperatura (oC)

2 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15

Srednica ziaren (mm) w zawiesinie mniejsza od 0,1 0,02 0,006 0,002 0,05 odczyt odczyt odczyt odczyt odczyt I II III IV V Czas opadania ziaren o określonej średnicy do poziomu bańki areometru h min min h s min s s min 3 4 5 6 7 55 17 22,0 1 10 04 1 35 33 22,5 1 10 17 1 17 35 58 55 23,0 1 37 10 30 2 oo 18 18 23,5 1 10 44 2 03 18 42 39 24,0 1 10 19 41 58 2 05 07 24,5 1 43 11 13 2 08 19 33 25,0 11 28 2 11 20 1 46 oo 44 2 16 20 28 25,5 1 48 11 20 17 26,0 1 51 12 01 2 56 12 18 2 27,0 31 21 1 26 53 21 27,5 1 12 36 2 24 56 58

2 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15

3 21 ,0 21,5 22,0 22,5 23,0 23,5 24,0 24,5 25,0 25,5 26,0

25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15

20,5 21,0 21 ,5 22,0 22,5 23,0 23,5 24,0 24,5 25 ,0 26,0

25 24 23 22 21 20 19 18

20,0 20,5 21 ,0 21,5 22 ,0 22,5 23 ,0 23,5 24,0 24,5 25 ,0

17

16 15

4

5 29 30 32 34 36 38 41 43 45 48 50

9 9 10 10 10 10 11 11 11 11 12

46 58 11 24 38 52 07 22 38 55 12

1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

26 28 30 32 34 36 38 40 43 45 47

9 9 9 10 10 10 10 11 11 11 11

31 42 55 07 21 35 49 04 20 37 54

1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

24 26 28 30 32 34 36 38 40 43 45

9 9 9 9 9 10 10 10 10 11 11

02 13 25 37 50 03 17 31 45

1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2

l

Tabela 6. Terminy odczytów z areometru dla utworów

Grupa granulometryczna (części spławialne)

1 Utwór pyłowy (0-153)

Temperatura (oC)

2 25 24 23 22 21 20

7

6

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

oo

16

53 55 57

17 17 18 18 18 19 19 20 20 21 21

19 41 03 27 52 17 43 10 39 09 40 04 29 47 11 35

03 06 09 13 16 19

17 17 17 18 18 19 19 19 20 20 21

26 53 21 50 20

46 49 51 53 56 58 01 03 06 09 13

17 17 18 18 18 19 19 20 20 21 21

17 39 Ol 25 50 15 41 08 37 06 37

oo

03 06 09 12 15 18 21 51 53 56 58

oo

oo

pyłowych

Srednica ziaren (mm) w zawiesinie mniejsza od 0,02 0,002 0,1 0,05 0,006 odczyt odczyt odczyt odczyt odczyt I IV V II III Czas opadania ziaren o określonej średnicy do poziomu bańki areometru h min s min s min s h min 4 7 3 5 6 28 1 17 52 58 20 ,0 1 32 10 20 ,0 1 34 10 41 2 oo 18 15 20,5 1 36 54 2 03 18 38 10 21,0 19 02 1 38 11 08 2 05 21 ,5 23 2 19 27 1 40 11 08 22,0 1 42 11 19 54 11 39 2

1,i

.r 26

27 t

Tabela 6 - cd.

1

Utwór

pyłowy

(15-20%)

Utwór

pyłowy

(20-30%)

Utwór

pyłowy

(30-50%)

Tabela 7 - cd.

2 19 18 17 16 15 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15

3 22,5 23,0 23,5 24,0 24,5 20,5 21,0 21,5 22,0 22,5 23,0 23,5 24,0 24,5 25,0 25,5 20,0 20,5 21,0 21,5 22,0 . 22 ,5 23,0 23,0 24,0 24,5 25,0 18,5 19,0 19,5 20,0 20,0 20,5 21,0 21,5 22,0 22,5 23,0

4 45 47 50 52 55 31 33 35 37 39 41 43 45 48 51 53 26 28 30 32 34 36 38 40 42 45 47 21 22 24 28 28 30 32 34 36 38 41

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

5 55 12 29 47 05 18 31 45 59 13 28 44

11

12 12 12 13 10 10 10 10 11 11 11

oo

12 12 12 12 10 10 10 10 10

17 35 53 04 17 30 44

58 13 28 44 01 18 36 32 44 56 08 22 36 50 05 21 38 55

11 11 11

12 12 12 9 9 9 10 10 10 10 11

11 11 11

7

6 2 2 2 2 2 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2

14 17 20 23 27 57 59 02 04 07 10 13 16 20 23 27 56 59 01 04 06 09 12 15 18 22 25 53 55 58 01 04 07 10 13 16 19 22

20 20 21 21 22 17 18 18 18 19 19 20 20 21 21 22 17 18 18 18 19 19 20 20 21 21 22 17 17 18 18 18 19 19 20 20 21 21

21 49 19 50 22 45 07 30 54 19 46 13 41 10 41 13 42 04 27 51 16 43 10 38 07 38 10 20 42 04 28 53 18 44 ll

40 10 41

1

Ił

(80-100%)

2 23 22 21 20 19 18 17 16 15

3 21,0 21,5 21,5 22,0 22,5 23,0 23,5 24,5 25,0

1 1 1 1 1 1 1 1 1

26 28 30 32 34 36 38 40 43

9 9 9 9 10 10 10 10

25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15

19,0 19,5 20,0 20,5 20,5 21,0 21,5 22,0 22,5 23,0 21,3

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 38

o

~ "tl

/\

11~: r-..

u

"i::i

10

•,

1:

-"'

20

0,1 Temperatura

(części spławialne)

(OC)

odczyt

I

s Ił

1 (60-80%)

2 25 24

3 20,0 20,5

0,02

0,05

0,006

0,002

odczyt odczyt odczyt odczyt II III IV V Czas opadania ziaren o określonej średnicy do poziomu bańki areometru min mm s h min h min s

4 1 1

5 22 24

8 9

6 56 07

1 1

7 46 49

16 16

20 41

8 8 8 8 8 9 9 9 9 10 10

19 25 35 46 57 09 21 33 46 Ol 16

1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2

6 51 53 56 58

Ol 03 06 09 13 38 40 42 44 47 49 52 55 57

oo 03

7 17 17 17 18 18 19 19 19 20

02 24 47 10 35

Ol 27 54 22

15 15 16 16 17 17 17 18 18 19 19

38 58 18 39

Ol 23 47 11

36 03 31

'1 ~

I I

40 50

" ...<:.

60

"'

'"'o

80

j

"'

l'I,

.• \ .

' '\

~

"

70

~,..

•

'"

,,__

"'il- '""r- 3

50 ~

40 ~

"··~ ,).

o:

30

......

"::i.

90

20 ~

'"""· P!

"'

10 ~ N

::i. „ „„ 1 l.Q

O

II)

o-

o-

o.

~

O

N~

O

O

-o o

~

·;:; -u

i-.

N

N

-a

~

11"' r·

O-

.g

60 .:;; o

.

''\ ~

a.n

"tl

>,

l'°•i-.

100

90 ~ 80 V

\

'' '

gi,

70

iłowa

100

' \

30

$

-u

Grupa granulometryczna

1 1 1 1 2 2 2 2 2

pyłowa

~

~

"O

'"'o

·;:;

Srednica ziaren (mm) w zawiesinie mniejsza od

11

19 31 43 56 10 24 38 53 09

i"'--.

>,

8

iłowych

5

FRAKCJE piaskowa

o:

Tabela 7. Terminy odczytów z a.reometru dla utworów

4

LO

O

oo

N~

11)

o -o o o

oo

O

O

Średnica zastępcza ziaren (cząstek) - d (mm)

O 0

-

o

N

O

oo 0

-

Ryc. 6. Krzywa uziarnienia: 1 - piasek gliniasty lekki pylasty, 2 - glina lekka słabo spiaszczona pylasta, 3 - ił

[.[Y" !11i ..

rl iI \

28

29

c

c:i

o

a

<:;-~

80 •-;:::

" §"'

~

$

~

~

\ 6'

R

~

(i;>

~

o

i~:s-

-~li

§

--~~

9"''0 ~V:.:·

C:>'

.J' v 4' \..:.

~?,.

50

6'

"? 'Cl

~~B·

pyg

~

0

1t,

db

db\

ii

60

"O

'ó

'b

'ó 'b ...iipercent60 sand"O2.0-0.05 mm

db

"<@,

procent frakcji piaskowej (2,0-0,05 mm)

'Ó

"°o

<'o

o

(~----------~

ryc. gl gp pl ps pg pyz pyg pyi

""'

'o?c<

60 r - - - - - - - - - - l l .

"'o

Objaśnienia symboli: ryc. 7a - ił gc - glina ciężka gs - glina średnia gl - glina lekka płz - pył zwykły płi - pył ilasty

b

.,_,".: : .§'

\ R "

...,&

c§'

frakcja 0,1-0,02 mm (%)

-:!?

"'q,

o

~~~~~~~~-i~

§

~

o

I ~

·a

Ą'

płz

c:i

'o

"'

V

_40

~

·0

,..u

U!..

'

o

~

~

50

/

~~

v

"'I'

' ?:> -:;,

1~ P

""'?<"

c:i·

o

"'av;'

<:;..

&' <:;

"'1s,. JO

.o

•

pgm pgl ps pl

7b - glina lekka - glina piaszczysta - piasek luźny - piasek słabogliniasty - piasek gliniasty - pył zwykły - pył gliniasty - pył ilasty

ryc. 7c C SC SiC CL SiCL SCL -

-

piasek gliniasty mocny piasek gliniasty lekki piasek słabo gliniasty piasek luźny

gpi gz gi gpyi ip ipy iz ie

-

glina piaszczysto-ilasta glina zwykła glina ilasta glina py lasto-ilasta ił piaszczysty ił ilasty ił zwykły ił ciężki

clay - ił sandy clay - ił piaszczysty silty clay - ił pylasty clay loam - glina ilasta silty clay loam - glina pylasta-ilasta sandy clay loam glina piaszczysto-ilasta

L SiL SL Si LS S

-

loam - glina silty loam - glina pylasta sandy loam - glina piaszczysta silt - pył loamy sand - piasek gliniasty sand - piasek

Ryc. 7. Trójkąt Fereta. Diagram podziału utworów mineralnych na grupy i podgrupy granulometryczne według: a - PTG 1989, b - PTG 2008, c - FAO

r łl

·!

31

30 Sprzęt

WYKONANIE OZNACZENIA l. Odważyć na wadze laboratoryjnej 40 ,0 g gleby powietrznie suchej, a na-

stępnie przenieść ją do zlewki o objętości 1000 cm 3 , dodać 20 cm calgonu oraz około 600 cm 3 wody destylowanej, po czym całość mieszać mieszadłem elektrycznym przez 5-10 minut. Po tym czasie próbkę przenieść ilościowo do cylindra o objętości 1000 cm3 , uzupełniając do kreski wodą destylowaną. Zmierzyć temperaturę zawiesiny. 3

2. Przygotować roztwór porównawczy. Do cylindra o objętości 1000 cm wlać wodę destylowaną oraz 20 cm 3 calgonu, uzupełnić do kreski i zamieszać mieszadłem ręcznym, po czym zmierzyć temperaturę roztworu, a następnie umieścić w nim areometr Prószyńskiego i odczytać wskazania tzw. „O".

laboratoryjny: waga laboratoryjna,

mieszadło

elektryczne,

mieszadło ręczne.

Szkło i akcesoria: cylinder miarowy o pojemności 20 cm 3 oraz 1000 cm 3 , kolba miarowa o pojemności 1000 cm3 , areometr, termometr, stoper.

Gęstość

5.3.

gleb. Oznaczanie gęstości właściwej gleby

3

3. Wykonać pomiar próbny w celu wybrania właściwej tablicy do analiz. Zawiesinę glebową (roztwór pomiarowy) dokładnie mieszać mieszadłem ·ręcznym około 30 razy, w momencie wyjęcia mieszadła włączyć stoper i włożyć areometr. Po upływie 10 minut odczytać wskazania areometru. Różnica odczytów w roztworze pomiarowym i porównawczym daje przybliżoną procentową zawartość frakcji mniejszą od 0,02 mm i pozwala wybrać odpowiednią tablicę

Ze względu na trójfazowy poszczególne fazy:

* * *

I! I' l.

:I

5. Na podstawie wskazań areometru z poszczególnych pomiarów oraz odczytu dla roztworu porównawczego dokonać obliczeń procentowych ilości frakcji według poniższego schematu:

I-II II-III III-„0"

% pyłu grubego }

% pyłu

% pyłu drobnego % części spławialnych

100 - (% frakcji pyłu

+ % części spławialnych) = % piasku

6. Na podstawie uzyskanych wartości procentowych poszczególnych frakcji należy określić grupę granulometryczną według trójkąta ·Fereta (ryc. 7) . Odczynniki:

I

l. Roztwór calgonu: 35,7 g heksametafosforanu sodu (N3
gleby

wyróżnia się następujące gęstości

opisu-

gęstość właściwą

gleby, gleby, gęstość objętościową gleby wilgotnej. Gęstość właściwa określa stosunek masy fazy przez tę fazę, co można wyrazić w postaci wzoru: gęstość objętościową

stałej

do

objętości

zajmowanej

-y- M Vs (g · cm-3)

Prószyńskiego .

4. Na podstawie wybranej tabeli i określonych dla danej temperatury czasów pomiaru dokonać właściwej analizy uziarnienia. Ponownie zamieszać zawiesinę glebową, a w momencie v.ryjęcia mieszadła z cylindra włączyć stoper i umieścić areometr w zawiesinie. Ił\! wyznaczonych czasach wykonać odczyty (I-V, a na potrzeby ćwiczeń I-III). UWAGA: Nie wyłączać stopera i nie wyjmować areometru po pierwszym pomiarze.

układ

jące

gdzie: 'Y - gęstość właściwa, M - masa próbki, V5 - objętość fazy stałej gleby. Gęstość właściwa charakteryzuje tylko fazę stałą gleby i jest wartością niezmienną. Właściwość ta zależy przede wszystkim od uziarnienia gleby oraz od ilości materii organicznej w glebie. Materia organiczna może spowodować spadek wartości gęstości właściwej, podczas gdy gleby z większą zawartością minerałów charakteryzują się większymi jej wartościami. Poziomy próchniczne większości gleb mineralnych charakteryzują się gęstością właściwą od 2,50 do 2,80 g · cm- 3 . Do oznaczenia gęstości właściwej gleb stosuje się powszechnie metodę piknometryczną.

WYKONANIE OZNACZENIA l. Zważyć na wadze analitycznej piknometr (ryc. 8) wraz z korkiem.

2.

Odważyć

a

na wadze analitycznej 10 g suchej gleby i ponownie zważy ć na wadze.

wsypać

do piknometru,

następnie całość

3.

Dodać do połowy objętości piknometru wodę destylowaną i gotować aż do momentu zaprzestania wydzielania się pęcherzyków powietrza. Po tym czasie ostudzić piknometr i uzupełnić wodą destylowaną po sam korek.

4.

Zważyć

5.

ponownie piknometr.

Opróżnić

jak

piknometr i napełnić go wodą a następnie zważyć go.

powyżej,

destylowaną

w sposób identyczny

„ ~,,i ~1i. 1!1

• ·: r1.1

I

33

32

!' 6. Na podstawie uzyskanej masy ciwą według wzoru:

I

/=

gdzie: a bcd-

obliczyć gęstość właś­

b-a

(c - a) - (d _a) (g · cm-3)

masa piknometru z korkiem, masa piknometru z glebą, masa piknometru z glebą i wodą, masa piknometru z wodą.

Sprzęt laboratoryjny: waga analityczna, suszarka laboratoryjna. Szkło

i akcesoria: piknometr.

100cm 3

Gęstość objętościowa - stosunek masy próbki gleby suchej do całkowitej objętości próbki w stanie naturalnym. Gęstość ta charakteryzuje dwie fazy, tj. fazę stałą i gazową. Jest wartością zmienną dla danej gleby i niezależ­ Ryc. 8. Piknometr nie od typu gleby wzrasta wraz z głębokością, co jest związane ze zmniejszającą się zawartością materii organicznej, mniejszym zgruźle­ niem oraz zwiększeniem zwięzłości . Gęstość objętościowa gleb gliniastych, ilastych i pyłowych może wynosić od 0,90 do 1,60 g -cm- 3 , natomiast w glebach piaszczystych odpowiada zakresowi od 1,20 do 1,90 g -cm- 3 . Wartości gęstości objętościo­ wej poziomów próchnicznych gleb uprawnych są zazwyczaj znacznie mniejsze od jej wartości określonych dla głębszych poziomów profilu glebowego. Gęstość objętościowa gleby wilgotnej (chwilowa) - stosunek masy próbki gleby wilgotnej do całkowitej objętości próbki w stanie naturalnym. Gęstość ta dotyczy trzech faz. Jej wartość jest bardziej zmienna niż wartość gęstości objętościowej, co w dużej mierze v.rynika z silnego oddziaływania czynnika wodnego (stanu uwilgotnienia) .

5.4.

Porowatość

Ze względu na zróżnicowane kształty i wielkości przestwory dzielą się na makropory (0 > 8,5 pm), mezopory (0 8,5-0,2 pm) i mikropory (0 < 0,2 pm). Porowatość warunkuje stosunki wodno-powietrzne gleb. Vv makroporach powietrze i woda poruszają się swobodnie w przeciwieństwie do mezo- i mikroporów, w których ruch wody następuje pod wpływem sił kapilarnych. Im gleba bardziej zgruźlona, tym większa jest jej porowatość, a im bardziej trwałe i wodoodporne są agregaty strukturalne gleby, tym mniej zmienia się porowatość, co jest uznawane za pozytywną cechę agrotechniczną.

Gleby gruboziarniste o przewadze makroporów charakteryzują się dużą przei przepuszczalnością, lecz są za suche, gdyż nie mogą utrzymać wody. Gleby drobnoziarniste o przewadze mikroporów zatrzymują dużo wody, ale charakteryzują się niedostateczną przewiewnością i przepuszczalnością. Najbardziej korzystne warunki wodno-powietrzne panują w glebach o średnim uziarnieniu i przewadze mezoporów z umiarkowanym udziałem makro- i mikroporów. Porowatość w glebach uprawnych mineralnych walm się od 28 do 75%, przy czym najkorzystniej jest, gdy wynosi 50%. Znacznie większy przedział wartości (55-94%) jest określany w przypadku gleb organicznych i mineralno-organicznych wiewnością

łąkowych.

Porowatość

* * * * * * 5.5.

zależy

od wielu czynników , z których

najważniejsze

gleb

*

Porowatość

gleby to suma wszystkich wolnych przestworów w jednostce obgleby zajętych przez wodę lub powietrze. Właściwość ta jest charakteryzowana przez ilość i wielkość przestworów glebowych. Miarą porowatości jest stosunek objętości przestworów do całkowitej objętości gleby v-ryrażony w procentach.

*

n=

V.

-J -100

- porowatość, - objętość przestworów, - objętość gleby, V 100 - przeliczenie na procenty.

*

(%)

Konsystencja gleb iły), uzależnione

od

konsystencję zwartą ma gleba sucha, która podczas działania na nią nacisku nie zmienia swego kształtu, a po przekroczeniu pewnej granicy ulega rozkruszeniu, konsystencję plastyczną ma gleba wilgotna, która pod wpływem działania siły zewnętrznej odkształca się, a po ustąpieniu jej działania zachowuje nadany kształt, konsystencję płynną ma gleba mokra, której pod wpływem siły zewnętrznej nie można nadać kształtu , ponieważ rozpływa się.

Vil ilgotność

i

to:

uziarnienie gleby struktura rodzaj minerałów ilastych ilość i jakość próchnicy sposób użytkowania gleby oraz zabiegi agrotechniczne czynniki klimatyczne.

Wyróżnia się trzy konsystencje gleb spoistych (np. gliny, stopnia ich uwilgotnienia:

jętości

gdzie: n Vp

gleb

na granicach konsystencji

określa się

mianem granicy

płynności

plastyczności.

Granica płynności wskazuje na wilgotność, w której gleba przechodzi z konsystencji plastycznej w płynną, w wyniku czego gleba rozpływa się.

:1 \! '

I'

34

Granica plastyczności mówi o wilgotności, w której gleba przechodzi z konsystencji zwartej w plastyczną , a gleba ma zdolność do plastycznego odkształcania

I t

i

się.

I I

I

Wyróżnia się także granicę

dalszego suszenia przestaje szy, wypłowiały odcień.

5.6.

skurczu, czyli

zmieniać objętość,

wilgotność ,

w której gleba w miarę natomiast zmienia barwę na jaśniej­

Lepkość gleb

I !

I

gleb to właściwość, która oznacza zdolność przylegania gleby do styz nią ciał. Najczęściej dotyczy to roboczych elementów narzędzi uprawowych, kół ciągników i maszyn rolniczych. Cecha ta zależy przede wszystkim od uziarnienia, wilgotności i struktury gleby. Maksymalna lepkość występuje w przedziale wilgotności odpowiadającej plastycznemu stanowi konsystencji. Minimalną lepkość równą zeru obserwuje się w glebach suchych. Nadmierna lepkość w znacznym stopniu utrudnia procesy uprawowe. Lepkość wzrasta wraz ze wzrostem ilości cząstek o średnicy mniejszej od 0,002 mm. Obecność próchnicy również powoduje modyfikacje lepkości gleby, czego wyrazem jest wzrost przylepności w glebach lekkich oraz jej zmniejszenie w glebach ciężkich. Przylepność zależy także od powierzchni stykających się z glebą. Gleby gliniaste przylegają silniej do drewna niż do metalu, natomiast gleby piaszczyste i torfowe zachowują się odwrotnie.

I

5.7.

l I

r

II 1! i

I i I

I I I

t

l '

Lepkość

kających się

I

I

5.8.1.

;~

podsiąku kapilarnego z głębszych warstw. \Voda warunkuje przebieg procesów glebotwórczych i glebowych, wzrost , rozwój i plonowanie roślin oraz rozwój drobno-

ustrojów. Woda jest utrzymywana w glebie różnymi siłami. Siłę , z jaką gleba wiąże wodę, nazywamy potencjałem wody glebowej lub siłą ssącą gleby. Dla określenia siły ssącej gleby przyjęto symbol pF, oznaczający logarytm z wysokości słupa wody mierzonej w centymetrach, odpowiadającej ciśnieniu, z jakim woda jest wiązana w glebie. Graniczne wartości pF, odpowiadające różnym formom wody i stopniom dostępności , są następujące:

* *

0-2,0 - woda grawitacyjna, szybko przesiąka, słabo dostępna dla roślin; 2,0-2 ,2 - woda grawitacyjna, wolno przesiąka, pobierana przez rośliny przez 3-4 dni po opadach atmosferycznych, wilgotność odpowiadająca polowej pojemności wodnej (PPW). Woda grawitacyjna porusza się w makroporach po_d wpływem siły grawitacyjnej, tworząc na pewnych głębokościach wodę gruntową. Powoduje przemieszczanie się składników pokarmowych oraz koloidów organicznych w głąb profilu;

*

2,2"3,0 - woda kapilarna, łatwo dostępna dla roślin, zajmuje mezopory, powe wszystkich kierunkach, tworzy roztwór glebowy. Ma zdolność podsiąkania na zasadzie rurek kapilarnych. Im węższa średnica tych rurek, tym wyżej następuje podsiąk kapilarny. Podsiąkanie jest tym większe, im wię­ cej rurek kapilarnych znajduje się w glebie. Zjawisko podsiąkania ma duże znaczenie dla uprawy roli i roślin, ponieważ w wyniku tego procesu mogą następować straty wody, która po podniesieniu się na powierzchnię ulega wyparowaniu. Aby zabezpieczyć się przed tego typu stratami, po sprzęcie roślin wykonuje się zazwyczaj podorywkę, zabieg niszczący naczynia kapilarne w górnej części gleby, uniemożliwiając podchodzenie wody aż do powierzchni. Dzięki temu wierzchnia warstwa gleby wysycha, podczas gdy warstwy głębiej położone zostają wilgotne. Zgoła odmiennie wygląda sytuacja w przypadku zwałowania gleby prowadzącego do zwiększenia podsiąkania wody z głębszych warstw, w v.-·yniku czego górny poziom gleby staje się bardziej wilgotny. Zabieg taki jest pożądany w przypadku nasion wymagających dużo wilgoci do wykiełkowania;

t

ił

ruszając się

Zwięzłość gleb

Zwięzłość gleb to właściwość określająca opór, jaki stawia gleba podczas prób jej rozcięcia lub rozklinowania. Ta cecha gleb zależy głównie od ich składu granulometrycznego, struktury oraz wilgotności, czyli od czynników wpływający ch na stopień zgruźlenia. Największą zwięzłością charakteryzują się gleby o konsystencji zwartej; dotyczy to szczególnie gleb ciężkich z dużą ilością frakcji piasku i żwiru . Zróżnicowanie zwięzłości odnotowuje się także w profilu glebowym. Przykładowo zwięzłość poziomu próchniczego gleb ciężkich jest mniejsza niż warstw głębszych, co wynika z obecności próchnicy. Wraz ze wzrostem wilgotności zwięzłość gleb na ogół maleje.

5.8.

I

35

Właściwości wodne, powietrzne i cieplne gleb Właściwości

wodne

Głównym źródłem

wody w glebach są przede wszystkim opady atmosferyczne. pewne ilości wody są dostarczane wraz z nawożeniem organicznym, podczas procesów deszczowania i nawadniania, lub też w wyniku Należy też pamiętać, że

l

! f r

r

* 3,0-4,2 - woda kapilarna, trudno dostępna dla roślin ; * 4,2 - punkt trwałego więdnięcia; * 4,7 - maksymalna higroskopowość. Poza opisanymi formami wody, dostępnymi dla roślin, w glebie występują jeszcze dwie inne:

*

woda higroskopowa, niedostępna dla roślin, która tworzy cienką warstewkę wodną, przylegającą bezpośrednio do stałych cząstek glebowych i przyjmuje postać

*

pary wodnej, wypełniając mikropory, woda błonkowata, która jest cieniutką warstewką wodną przylegającą do wody higroskopowej . Ta forma wody jest nieruchoma i niedostępna dla roślin. Jedynie jej warstwy zewnętrzne, najbardziej oddalone od stałych cząstek glebowych, słabiej z nimi związane, mogą w niewielkim stopniu być źródłem wody dla roślin (ryc. 9).

r- .

37

36 WYKONANIE OZNACZENIA

l. Wysuszyć tygielek porcelanowy lub szklane naczynko wagowe w suszarce ~

/

~---,

/

I

~

\/8'

I

\

\

/\

1,

' ' ..... ___ .,,,,.

/

_,

/

/

Zważyć tygielek z analitycznej.

dokładnością

przynajmniej do

tysięcznej

zawierającego

grama na wadze

b

fI

3. \

~I'~ ''

•

2.

I

\I

f

I

\\

/ „~---,,

"'

/

I

'

w 105°C w ciągu 2 godzin, po czym przenieść do eksykatora CaCb i "lll'J7 Studzić do temperatury pokojowej .

a

-

'---~

/

/

~

l

Odważyć zważyć

od 1 do 5 g powietrznie suchej gleby i przenieść do tygielka. na wadze analitycznej z taką samą dokładnością jak wyżej.

Całość

4. Tygielek wraz z zawartością suszyć w temperaturze 105°C przez okres 5 godzin. Po tym czasie wyjąć, przenieść do eksykatora i zważyć .

około

upewnić się, że próbka jest dobrze Vl'J'Suszona, należy ją powtórnie wstado suszarki na okres około 1 godziny i ponownie zważyć. Jeśli waga nie zmienia się, analizę uznajemy za zakończoną. W innym wypadku wszystkie czynności należy powtarzać tak długo, aż próbka osiągnie stalą masę.

5. Aby "'ić

Ryc. 9. Woda higroskopowa i błonkowata gleby: a - stałe cząstki glebowe, b - woda higroskopowa, c - woda błonkowata (Lityński i Jurkowska 1982)

Produkcja roślinna ·wymaga znacznych ilości wody, która jest czynnikiem limitującym osiąganie obfitych plonów. W związku z tym, z punktu widzenia praktyki rolniczej, najbardziej interesujące są właściwości wodne gleb warunkujące zdolność gleby do zatrzymywania wody, czyli określające pojemność wodną {retencję). \:\Tyróżniamy trzy podstawowe typy pojemności wodnej: maksymalną, polową oraz kapilarną. Maksymalna pojemność wodna określa największą ilość wody, którą gleba może zatrzymać. Z kolei pojemność kapilarna mówi o najmniejszej ilości wody, jaka zostaje zatrzymana przez glebę . Jednak w praktyce rolniczej najczę­ ściej korzysta się z polowej pojemności wodnej (PPW) , która definiuje zdolność maksymalnego magazynowania wody w konkretnej glebie bez kontaktu z wodą gruntową.

Obliczenia Zawartość

Oznaczanie zawartości wody higroskopowej i absolutnie suchej masy gleby metodą suszarkową

obliczając

we-

b-a

gdzie: a - masa tygla (g), b - masa tygla z próbką przed wysuszeniem w temperaturze 105°C (g) , c - masa tygla z próbką po wysuszeniu w temperaturze 105°C (g). Absolutnie suchą masę (l\1A) wyrażamy w procentach, obliczając w następu­ jący sposób: MA = 100 - vvh Sprzęt:

5.8.2 .

wody higroskópowej (Filh) Vl'J'raża się w procentach, wzoru: b-c wh = - . 100 (%)

dług poniższego

Szkło

waga analityczna, suszarka laboratoryjna, eksykator.

i akcesoria: tygielek porcelanowy lub szklane naczynko wagowe.

5.8.3 . . Właściwości powietrzne Zawartość wody higroskopowej (Wh) w glebie jest wartością zmienną, na którą w głównej mierze wpływa aktualna wilgotność powietrza. Woda higroskopowa nie ma znaczenia w uprawie roślin, bowiem jest dla nich niedostępna. Jednak jej znajomość jest istotna podczas realizacji większości analiz, ponieważ uzyskane wyniki są

przeliczane na absolutnie suchą masę. Zasadą oznaczania zawartości wody higroskopowej metodą suszarkową jest ustalenie ubytku masy próbki gleby będącego rezultatem odparowania wody higroskopowej podczas suszenia w 105°C.

O właściwościach powietrznych decyduje liczba i wielkość porów, które zajmuje powietrze glebowe, o ile nie są wypełnione wodą. Wielkość porów ·wraz ze stopniem uwilgotnienia gleby wpływają na przewiewność gleby, a co za tym idzie na łatwość wymiany gazów między glebą a atmosferą. Zjawisko to jest potocznie nazywane oddychaniem gleby. Proces oddychania odbywa się wskutek:

* *

dyfuzji stężeniowej - powietrze przepływa z miejsc o większej koncentracji do miejsc o mniejszej koncentracji, dyfuzji termicznej - uzależnionej od temperatury, która powoduje przepływ powietrza z miejsc o wyższej temperaturze do {niejsc o niższej temperaturze,

38

39

I

*

i przepływu ciśnieniowego określonego

gradientu

- wymiana powietrza odbywa

się

pod

wpływem

ciśillenia.

sposobem wymiany gazowej jest dyfuzja stężeniowa przebiegająca samorzutnie pod warunkiem wytworzonych różnic stężeń . Różillce te są rezultatem aktywności biologicznej gleby. Przepływ powietrza dotyczy główille warstwy powierzchniowej gleby, w niższych warstwach jest illeznaczny bądź w ogóle nie zachodzi.

~ f

l. koloidy mineralne:

* * *

Najważniejszym

5.8.4.

I

2. koloidy organiczne, główille próchnica glebowa, 3. koloidy organiczno-mineralne, tj. kompleksowe połączeilla próchillcy z minerał ami ilastymi. Zatrzymywanie (sorpcja) rozmaitych składników przez glebę może się odbywać różnymi drogami. Zależille od sposobu, w jaki to zjawisko zachodzi, rozróżniamy

cieplne

sorpcję :

l. mechaniczną, - polegającą na zatrzymywaniu drobnoustrojów lub cząstek

i ~

Właściwości

główne minerały ilaste z grupy montmorillonitu, kaolinitu i illitu, krystaliczne wodorotlenki i tlenki żelaza i glinu, minerały amorficzne, czyli niekrystaliczne tlenki żelaza i glinu,

Właściwości

'

cieplne pozostają w ścisłym związku z wodą i powietrzem glebowym, tworząc razem klimat glebowy decydujący o żyzności gleby. Najważillejszym źródłem ciepła w glebie jest energia promieni słonecznych oraz - w mniejszym stopniu - przemiany biofizykochemiczne zachodzące w glebie. Głównymi parametrami obrazującymi właściwości cieplne gleby są:

*

I

*

ciepło właściwe (pojemność cieplna) - określa ilość kalorii potrzebną do ogrzania 1 g fazy stałej gleby o 1°C, przewodnictwo cieplne - miara szybkości nagrzewania się gleby w głąb profilu (najlepiej przewodzi piasek, gorzej glina, a najgorzej torf i próchnica) ; zależy główille od wilgotności i porowatości .

Łatwość

*

* * *

ogrzailla

gleby

zależy

od kilku czynników:

pojemności cieplnej, określającej ilość ciepła zakumulowanego w danej warstwie gleby i możliwego do przekazania warstwom położonym niżej. Gleby suche, porowate, o małej pojemności (piaski, lessy) szybko się nagrzewają, ale też szybko stygną, gleby zwięzłe i wilgotne (gliny, iły) ogrzewają się wolniej, wystawy oraz skłonu terenu (najchłodniejsza wystawa północna, najcieplejsze stoki połudillowo-zachodnie i wschodille), barwy gleby, rodzaju powierzchill gleby.

Właściwości fizykochemiczne gleb

6. 6.1.

Właściwości sorpcyjne gleb i pojemność sorpcyjna

Właściwości

1

się

sorpcyjne gleby poleg ają na zatrzymaniu w mej cząstek stałych , illek-tórych gazów i par, a przede wszystkim różnych związków chemicznych lub jonów. O właściwościach sorpcyjnych gleby decyduje glebowy kompleks sorpcyjny (GKS) , najbardziej aktywna część fazy stałej gleby, w której skład wchodzą:

w przestworach glebowych na zasadzie filtru ; . 2. fizyczną, - będącą wyillkiem zagęszczania gazów, par i całych molekuł na powierzchill fazy stałej ~leby; 3. chemiczną, - odbywającą się wskutek zatrzymywania w glebie określonych składników w postaci nierozpuszczalnych soli, które powstają w wyniku reakcji chemicznych zachodzących w roztworze glebowym. Sorpcja ta ma duże znaczenie z punktu widzenia rolniczego, ponieważ dotyczy wytrącania się Ca3(P04)2, czyli zjawiska uwsteczniania superfosfatu - Ca(H 2 P0 4 )2 ; 4. biologiczną, - odnoszącą się do. selektywnego zatrzymywania w glebie róż­ nych składników wskutek ich pobierania przez organizmy żywe, głównie roś­ liny wyższe oraz mikroorganizmy. Ważną rolą tej sorpcji jest zapobieganie wymywaniu składników (główille N03) w głąb profilu glebowego; 5. wymienną, - polegającą na zatrzymywaniu składników dzięki wymianie jonów pomiędzy kompleksem sorpcyjnym a roztworem glebuwym. \Vymiana ta zachodzi do momentu ustalenia się równowagi. Większość koloidów glebowych ma ładunki ujemne, które adsorbują i desorbują jony naładowane dodatnio, dlatego ten rodzaj sorpcji dotyczy głównie kationów. Ładunki ujemne na koloidach mogą mieć charakter trwały (niezależny od pH) bądź nietrwały (zależny od pH). Ładunki trwałe występują główille na minera-

łach ilastych typu 2:1, rzadziej 1:1. Źródłem ładunków zależnych od pH są przede wszystkim grupy karboksylowe (-COOH) i fenolowe (-OH) związków próchnicznych. O pierwszeństwie wejścia kationu do glebowego kompleksu sorpcyjnego decyduje tzw. energia wejścia, uzależniona od wartościowości oraz ciężaru właściwego kationu. Kationy wchodzą do kompleksu sorpcyjnego tym łatwiej, im większa jest ich wartościowość i masa atomowa, co wyraża poniższy szereg:

Li+ < Na+ < NH!

=

K+ < Ca2 + < A! 3+ < Fe3+ < H+

Wychodzenie jonów z glebowego kompleksu sorpcyjnego następuje w kierunku odwrotnym. Kationami występującymi w glebowym kompleksie sorpcyjnym są: wodór, wap11 i glin, w mniejszych ilościach - magnez, potas , sód i inne pierwiastki . Największe znaczenie dla odżywiania się roślin oraz przebiegu procesów glebowych

l

~·

i!" J

1;: 1:

41

40 ma sorpcja wymienna kationów. Zdecydowanie mniej popularnym zjawiskiem jest sorpcja wymienna anionów, która zachodzi na koloidach glebowych będących noś­ nikami ładunków dodatnich. Do koloidów o takich właściwościach zaliczamy amfoteryczne tlenki glinu i żelaza oraz koloidy organiczne (w zależności od wartości pH mogą spełniać taki warunek). Proces sorpcji wymiennej anionów podlega tym samym zasadom co proces sorpcji wymiennej kationów, tzn. energia wejścia anionu jest tym większa, im większa jest jego wartościowość, co przedstawia następujący szereg:

c1- < N03 < H2B03 < so~- < Moo~- < Po~-

6.2.

I I

Zasada metody Oznaczenie SUillY kationów zasadowych polega na vvypieraniu kationów zasadowych z kompleksu sorpcyjnego 0,1 mol· dm- 3 HCl w myśl reakcji:

g

I !

Ważnym wskaźnikiem jakości i produkcyjności gleby jest jej zdolność (pojemność) sorpcyjna. Ponieważ w naszych warunkach glebowo-klimatycznych koloidy glebowe są w większości nośnikami ładunków ujemnych, zjawiskiem częściej zachodzącym jest sorpcja wymienna kationów. Wobec tego dominującą, częściej określaną wielkością jest kationowa pojemność sorpcyjna gleby (T) lub innymi słowy pojemność wymiany kationów (PWK) . Jej wartość określa ilość wszystkich jonów, jaką może zasorbować dana gleba. Pojemność ta zależy od:

* * * *

składu granulometrycznego, a konkretnie od zawartości iłu koloidalnego,

rodzaju minerałów, bowiem każdy z nich ze względu na swoją specyficzną budowę ma inne zdolności sorpcyjne, zawartości i jakości próchnicy, która ma największe zdolności sorpcyjne spośród koloidów glebowych, · pH gleby, ponieważ wraz z jego wzrostem wzrasta ilość ładunków zależnych od pH (w wyniku oddysocjowania protonu H+), co sprzyja zwiększeniu pojemności sorpcyjnej koloidów w stosunku do kationów.

Pojemność sorpcyjną gleby oznacza się metodą pośrednią lub bezpośrednią. .Przykładem metody bezpośredniej jest zastosowanie metody Mehlicha, która po. zwala na określenie PWK na podstawie analizy jednego kationu, którym wysyca się wszystkie miejsca wymiany jonowej. Standardowo w analizie wykorzystuje się chlorek baru (II) . Z kolei metoda pośrednia opiera się na wiedzy, iż wśród kationów sorbowanych przez glebowy kompleks sorpcyjny występują kationy zasadowe (Ca2+ , Mg2+, Na+ , K+) oraz kationy kwasowe (przede wszystkim H+ , Al 3 +, w mniejszym stopniu Fe 3 +, Mn 2+). Pozwala to na oddzielne określenie sumy kationów zasadowych, tzw. sumy zasad (S), oraz kwasowości hydrolitycznej gleby (Hh), mówiącej o ilości kationów kwasowych. Dzięki temu z uzyskanych danych można obliczyć wartość

T:

Oznaczanie sumy kationów zasadowych metodą Kappena

i

Ca2+ +3HC1_.,

~

I

I

.I

i

l I!

H+ +CaCh+HCl H+

Miarą sumy zasad jest objętość HCl, która została zużyta na wyparcie kationów zasadowych. Ilość tę określa się przez zmiareczkowanie nadmiaru kwasu, jaki znajduje się w przesączu glebowym, za pomocą 0,1 mol· dm- 3 NaOH.

WYKONANIE OZNACZENIA

1.

Odważyć na wadze laboratoryjnej 20,0 g gleby powietrznie suchej , a następ­ nie przenieść do bidonów o objętości 250 cm 3 i dodać 100 cm 3 0,1 mol· dm- 3 HCl. Całość wytrząsać na mieszadle rotacyjnym przez 1 godzinę, a następnie pozostawić na okres 24 godzin. Po tym czasie zawartość bidonu przesączyć do kolby stożkowej, odrzucając pierwsze krople roztworu celem uzyskania klarownego przesączu.

2. Do kolby Erlenmeyera o objętości 200 cm 3 pobrać 50 cm 3 przesączu . Dodać kilka kropel fenoloftaleiny i miareczkować 0,1 mol· dm- 3 NaOH do lekko różowego zabarwienia . Obliczenia

S = (50 - a) · 0,1 · 100 gdzie: S 0,1 100 a

- suma zasad wyrażona w mmol( +) · kg- 1 gleby, - stężenie zasady, - przelicznik na 1 kg gleby, - ilość zasady zużytej podczas miareczkowania 50 cm 3 przesączu.

Odczynniki: T = Hh + S (mmol· kg- 1 )

1. Roztwór 0,1 mol· dm- 3 kwasu chlorowodorowego: 8,2 cm3 stężonego HCl uzupełnić wodą destylowaną w kolbie miarowej do objętości 1000 cm 3 i wymieszać.

2. Roztwór 0,1 mol · dm- 3 wodorotlenku sodu: 4 g NaOH rozpuścić w wodzie destylowanej i uzupełnić do 1000 cm 3 w kolbie miarowej, a następnie wymieszać.

-r

~i 42

:·1

43

f

3. 1-procentowy roztwór fenoloftaleiny: 1 g fenoloftaleiny rozpuścić w 100 crn3 alkoholu etylowego, przenieść do kolby miarowej o objętości 100 cm 3 i wymieszać.

Sprzęt: waga laboratoryjna, mieszadło rotacyjne, biurety o objętości 50 crn 3. Szkło i akcesoria: cylindry miarowe o pojemności 100 cm3 oraz 50 cm 3, kolba stoż­ kowa oraz kolba Erlenmeyera o obję.tości 200 cm 3, bidony o objętości 250 cm 3, kolba miarowa o objętości 1000 cm 3, lejki.

6.3. Ir

Oznaczanie wymiennych kationów zasadowych metodą Pallmanna

\Vymienne kationy zasadowe: Ca2 +, Mg2 +, K+ i Na+ w glebie oznacza się po ich "W}'parciu z kompleksu sorpcyjnego gleby roztworem 1 mol· dm- 3 octanu amonowego o pH 7,0. Podczas reakcji octanu amonu, zastosowanego w nadmiarze w stosunku do gleby, jony NHt wypierają kationy ·wymienne z kompleksu sorpcyjnego do roztworu w myśl reakcji:

! . K+

~

WYKONANIE OZNACZENIA l. Do bidonu o objętości 200 cm 3 lub 250 cm 3 naważyć 2,50 g powietrznie suchej gleby.

2. Do próbek gleby w bidonach dodać 100 cm3 roztworu 1 mol· dm- 3 CH3COONH4 , zamieszać zawartość bidonów i pozostawić na trzy doby, co pewien czas ręcznie mieszając próbki. 3. Po trzech dniach zawiesinę przesączyć, odrzucając pierwszą porcję przesączu, tak aby uzyskać klarowny roztwór.

Zasada metody

Mg2+

tego promieniowania jest lampa wyładowcza z katodą wnękową zawierającą analizowany pierwiastek. Atomy w stanie podstawowym absorbują z wiązki część promieniowania, powodując jego spadek, co jest rejestrowane. Absorpcja tego promieniowania jest proporcjonalna do stężenia analizowanego pierwiastka w badanym roztworze.

6 NHt

Ca2+ + 6 CH3COONH4

--+

Icks I

+ (CH3C00)2Mg + CH 3COOK + CH 3COONa W uzyskanym roztworze oznaczenia ilości Ca2 +, K+ i Na+ dokonujemy metodą fotometrii płomieniowej (AES) na aparacie Flapho, a Mg 2 + metodą atomowej spektrofotometrii absorpcyjnej (ASA) . Metoda fotometrii płomieniowej polega na pomiarze promieniowania w zakresie fal widzialnych, jakie wysyłają atomy pierwiastków alkalicznych wprowadzone w stan wzbudzenia w wysokiej temperaturze płomienia acetylenowo-powietrznego. Promieniowanie jest przepuszczane przez odpowiednie filtry, przez które przechodzi tylko światło emitowane przez badany pierwiastek. Światło to, padając na fotokomórkę, powoduje powstawanie prądu o natężeniu proporcjonalnym do stężenia pierwiastka w roztworze. Metoda atomowej spektrofotometrii absorpcyjnej polega na ·wprowadzeniu rozpylonego roztworu (aerozolu) do palnika. Pod wpływem energii termicznej część atomów analizowanego pierwiastka ulega wzbudzeniu. Nie wzbudzona część atomów pozostaje w stanie podstaWO"W}'m i jest zdolna do absorpcji promieniowania o tej samej długości fali , jaką wysyłają dane atomy, będąc w stanie wzbudzonym. Jednocześnie Tuiązkę promieniowania monochromatycznego o długości fali emitowanej przez badany pierwiastek przepuszcza się przez celkę atomizatora. Źródłem

:.l. .:.

5. Na podstawie ·wyników pomiaru intensywności promieniowania pierwiastków zawartych w roztworach wzorcowych sporządzić wykresy krzywych wzorcowych pozwalające na odczytanie zawartości poszczególnych kationów w badanych roztworach. Obliczenia

+ (CH3C00)2Ca +

Na+

.,

4. W przesączu oznaczać Ca2 +, K+ i N a+ - metodą fotometrii płomieniowej, a Mg2 + - metodą atomowej spektrofotometrii absorpcyjnej.

Stężenia Ca, Ki Na (analiza AES) oraz Mg (analiza ASA) odczytuje się z krzywych wzorcowych wykreślonych na podstawie roztworów wzorcowych, których stężenia są podawane w µg · cm - 1 . l. Przeliczenie wyników na mg · kg- 1 gleby:

Me+ (Ca, K, Na, Mg) = 40 ,0 · a gdzie: Mex+ - zawartość wymiennych kationów metali, a - odczyt z krzywej wzorcowej, 40,0 - przeliczenie na mg. kg- 1 . 2. Przeliczenie wyników na mmol( +) · kg- 1 gleby Celem obliczenia zawartości poszczególnych metali w kompleksie sorpcyjnym wyrażonych w mmol( +) · kg- 1 gleby należy ilości uzyskane w mg · kg- 1 podzielić · przez miligramorównoważniki, które wynoszą: Ca: 40 ,08/2 = 20,04 mg·mmol(+)- 1 , Mg: 24,49/2 = 12,25 mg·mmol(+)-1, K: 39,1 mg· mmol(+)-1, Na: 23,0 mg·mmol(+)- 1 . Sumę kationów zasadowych (S) w kompleksie sorpcyjnym oblicza się, sumując zawartości poszczególnych pierwiastków. S

=

Ca2 + + K+ + Na+ + Mg 2 + (mmol( +) · kg- 1 gleby)

'

~

(,f- {L,

':Jl i

!I· '

'

i i

I '

«

( ? --~

~·:-: j

.t7

I

'

..., /

T

A , ., I (

'- '

,

@

r45

~-----

I

~J.ar~ od~11_g!.ęQj_ę~~-~t~żenie jop.ó~ _v.ro_i;lg_rgvvych w.,r~z~~<:'~'.'..~ g!ebq.y._ryJn, co powszechnie wyraża się za pomocą wart~Lp_!! , czyli l!j~rrip~go logarytmu stężenia jonów wodorowych: -- -· - ·· · . ·· . ---- -·· - · pH =-log [H+]

Odczynniki: Roztwór 1 mol· dm- 3 octanu amonowego o pH 7,0: naważyć 77,08 g krystalicznego CH 3 COONH4 do zlewki o objętości 1000 cm 3 i rozpuścić w około 900 cm 3 wody destylowanej. Ustalić pH roztworu na 7,0, dodając zasadę amonową (NH 4 0H) lub kwas octowy (CH 3 COOH). Odczyn roztworu sprawdzić metodą potencjometryczną. Następnie zawartość zlewki przenieść do kolby miarowej o objętości 1000 cm 3 , uzupełnić do kreski wodą destylowaną i ·wymieszać. Sprzęt:

waga laboratoryjna, pehametr, fotometr sorpcji atomowej.

płomieniowy,

Dla celów rolniczych dokonano Gleba Bardzo

spektrofotometr ab-

Lekko

Szkło i akcesoria: bidony o pojemności 200 lub 250 cm 3 , kolba miarowa o objętości 1000 cm 3 , kolba stożkowa o pojemności 100 cm 3 z szeroką szyjką, cylinder miarowy o pojemności 100 cm 3 , lejek.

6.4. 6.4.1.

ogól ne

Odczyn gleby jest jednym z najważniejszych wskaźników jej żyzności, ponieważ charakteryzuje stopień zakwaszenia gleby i w mniejszym lub większym zakresie determinuje jej właściwości chemiczne, fizyczne oraz biologiczne. Jak już wcześniej wspomniano, pojemność wymiany kationów, czy chociażby skład kationowy kompleksu sorpcyjnego, w dużej mierze zależy od odczynu gleb. Odczyn gleb w zasadniczy sposób wpływa na rozwój mikroorganizmów glebowych oraz roślin . Z jednej strony oddziałuje na strukturę i związane z nią warunki wodno-powietrzne, z drugiej zaś określa dostępność dla roślin pierwiastków pokarmowych lub potencjalnie toksycznych. Biorąc pod uwagę wszystkie niezbędne dla roślin makro- i mikro. składniki, można przyjąć, że w przedziale pH 5,5-7,5 ich przyswajalność dla roślin jest optymalna. Niebagatelnym zagadnieniem jest chemiczna degradacja gleb powodowana ich silnym zakwaszeniem, której konsekwencją jest pojawienie się toksycznych ilości aktywnych (ruchomych) form glinu i manganu. Najostrzejsze symptomy toksyczności glinu występują w glebach, w których pH spada poniżej 4,0. W takich przypadkach glin ruchomy (AJ 3 +) jest odpowiedzialny głównie za występowanie na roślinach ostrych symptomów chorób fizjologicznych, które są charakterystyczne dla niedoboru magnezu, fosforu, wapnia czy potasu. Rośliny wykazujące objawy toksyczności glinu często zawierają w tkankach większe ilości żelaza i manganu oraz mniejszą niż normalnie ilość wapnia i magnezu. Zawartość glinu ruchomego wiąże się z typem gleby oraz ze sposobem jej użytkowania~ Najwięcej glinu zawierają gleby bielicoziemne oraz gleby pod lasami. Duży toksyczny wpływ na rośliny ma glin wymienny i glin zawarty w roztworze glebowym, jednak te formy pierwiastka są niewielką częścią całkowitej ilości glinu w glebie. Na ich zawartość wpływa wiele czynników, takich jak skład mineralny, odczyn, aktywność drobnoustrojów, sposób użytkowania i nawożenia gleb .

kwaśna

Obojętna

Zasadowa

Odczyn gleb oraz rodzaje kwa sowośc i Wiadomości

kwaśna

Kwaśna

I I

I. r

podziału

gleb w

zależności

od odczynu.

pH w H 2 0

pH w 1 mol · dm- 3 KCl

,;;;; 5,0 5,1-6 ,0 6,1-6,7 6,8-7,4 ;:;. 7,5

,;;;; 4,5 4,6-5,5 5,6-6 ,5 6,6-7,2 ;:;. 7,3

Odczyn gleby można _o~nacza~!rnloryme.tJYcznie (zmiana zabarwienia indykatorów w zależności od k~n~e~t~acji H+) ora~-potencjo~ęh_yi::,iillę,_ .Z.a~:R:Q_ri!O.C:ą pehaffi.etfóY,, ,;<: elęktrod"ą Ei?:kl~ą. . . . -·M~tody kolorymetryczne są mało dokładne, dają przybliżone wyniki (z dokładnością do 0,5 pH) i praktycznie stosuje się je bezpośrednio na polu. Popularne jest ~tani~pJY.tki..He]iga, na której znajduje się skala barw od ciemnoczerwonej przez żółtą i zieloną do niebieskiej, co pozwala określić pH wynoszące od '.!.sio -~.:W- zagłębieniu płytki umieszcza się glebę, którą z~e~a -się indykatorem Religa w takiej ilości, aby po przechyleniu płytki część płynu przelała się do rowka ze skalą barw. Porównując uzyskane zabarwienie ze skalą, można określić odczyn gleby.\ '""zn'acznie dokładniejszą wartość pH uzyskuje się podczas pomiarów potencjomfila~znych ;y"kOiiywanych w wodzie lub w roztworach, takich jak KC! c~y_CaQE. ·"Śtanda;dowo"odCzyn gleb oznacza s{ę .;\;;c;ą~ię--;rnź ;·1_mQi,~Jiii~~Ql po upły­ wie co najmniej kilku godzin, tj. czasu niezbędnego do osiągnięcia równowagi. Wartość pH uzyskana w roztworze KC! jest mniejsza od wartości określonej w wodzie. Wynika to z faktu, iż KCl wypiera kationy zasorbowane w kompleksie sorpcyjnym oraz znajduj ące się w roztworze glebowym. Natomi_ę.?t wog§l-_pozwala jedynie na ok:~ę~l~gi~tim1ó~_®.,tworu glebowego. ';R.ó±'I;'iZe- pomiędzy obu będą tym większe, im wię~dzlegiebowy kompleks sorpcyjny, co / ;, konsekwentnie wiąże się z kategorią agronomiczną gleby. . "" . ;__;: :"""·-·- · ~..:-:.:::-----..,_-------· --r'"WartóśćpH dostarcza jeayn1e"infóiTIIBCJi'd.--;;tyc~1j,ce}oac·zy~~ gleby i wskazuje)„ '\ 1,; / ,„nk, konieczność wykonania zabiegu wapnowania, jednak ?_aj_ęj~~e nie można ", (
.'fularruru

po:·

'.

m I'

~

i1I f i

\;;-;-! \ if i \~·:'

,;.~

/ 46/ {__/

, ,.

;· . „ .

·~

?i

/,---\ ( 47 /

. _,

Dawki nawozów wapniowych określane różnymi metodami nie są jednakowe. dawki są obliczane za pomocą metody krzyv.rej buforowej i metody opartej na pomiarze kwasowości hydrolitycznej (Hh), a najIJ1Iliejsze uzyskuje się na podstawie wartości_kwasowości wymiennej (Hw) gleby. 'fo;sz""eclmie przyjrrnije się, iż dawki obl1czone i użyeiem H,;, ·majii, na celli. pÓprawienie odczynu gleby, toteż w praktyce stosuje się dwukrotnie wyższy poziom dawki nawozu w stosunku do poziomu obliczonego. Wobec tego obligatoryjnie wykorzystuje się kwasowość hydrolityczną do określania dawek nawozów wapniowych. Największe

E

~ -~-

H+

[,

I GKS"

1

~Na+

H+ +3 Na+

+ 3 oH- + CH 3 COOH __,

H+

~Na++ Na+

+ CHsCOOH + 3 H20 Pierwotnie zasadowy roztwór octanu sodu ulega zakwaszeniu w stopniu tym im kwaśniejsza jest gleba. Ilość powstałego w reakcji kwasu octowego, wyrażona w mmol H+ · kg-1, jest miarą kwasowości hydrolitycznej (Hh) · większym,

6.4.2.

Oznaczanie odczynu gleb

WYKONANIE OZNACZENIA

WYKONANIE OZNACZENIA

1. Odważyć 10,0 g gleby do zlewki o pojemności 50 cm 3 , a następnie zalać 25 cm 3 roztworu 1 mol· dm- 3 KCl. 2.

Zawiesinę

kilkakrotnie

3. Nazajutrz ponownie I

11

!i ,,

zamieszać bagietką

zamieszać zawiesinę

i

i

pozostawić

zmierzyć

do

następnego

dnia.

pH pehametrem z elek-

trodą szklaną.

Odczynniki: Roztwór 1 mol· dm- 3 chlorku potasu: 74,4 g KCl, rozpuścić w wodzie destylowanej, a następnie przenieść do kolby miarowej o objętości 1000 cm 3 , uzupełnić do kreski i wymieszać . Otrzymany roztwór powinien wykazywać pH 5,6-6,4. Sprzęt:

waga laboratoryjna, pehametr z

I

I

I

Na+

stężenie NaOH, - objętość NaOH zużyta do miareczkowania, - przeliczenie na kilogramy, - współczynnik empiryczny.

-

Potrzeba wapnowania (t · ha- 1 wg Hh) Na podstawie kwasowości hydrolitycznej można wyznaczyć dawkę CaO w t ·ha...: 1 . W tym celu w obliczeniach należy wziąć pod uwagę następujące zało­

Oznaczenie kwasowości hydrolitycznej polega na wyparciu kationów kwasowych z kompleksu sorpcyjnego (głównie wodoru i glinu, w mniejszym stopniu żelaza i manganu) . Do tego celu używamy soli hydrolizujących zasadowo, które w pierwszym etapie reakcji ulegają hydrolizie z uwolnieniem jonów sodu lub wapnia, a następnie wymieni ają w kompleksie sorpcyjnym jony kwasowe według poniższych reakcji: --+

w mmol H+ · kg- 1 obliczamy następująco :

Hh =n· a· 50 · 1,5 gdzie: n a 50 1,5

Zasada metody

+ H20

Obliczenia

I

Oznaczanie kwasowości hydrolitycznej (Hh) metodą Kappena oraz określanie potrzeb wapnowania gleb

CH3COONa

2. Z przesączu (wyciągu glebowego) pobrać 50 cm 3 do kolby stożkowej, dodać 4-5 kropel fenoloftaleiny i miareczkować 0,1 mol· dm- 3 NaOH do bladoróżowego zabarwienia.

Kwasowość hydrolityczną wyrażoną

elektrodą szklaną.

Szkło i akcesoria: zlewka o pojemności 50 cm 3 , bagietka szklana, cylinderek miarowy o pojemności 25 cm 3 , kolba miarowa o pojemności 1000 cm 3 .

6.4 .3.

I.

1. Odważyć 40 g gleby do bidonów o objętości 200 lub 250 cm3 , a następnie zalać roztworem 0,5 mol· dm- 3 octanu wapnia lub 1 mol· dm - 3 octanu sodu w ilości 100 cm 3. Całość mieszać na mieszadle rotacyjnym przez 1 godzinę, po czym zawartość bidonu przesączyć , odrzucając pierwsze krople roztworu celem uzyskania klaruwnego przesączu.

żenia:

- na 1 ha w warstwie 20 cm znajduje się 3 OOO 000 kg gleby, - 1 mmol H+ jest równoważony przez 0,5 mmol CaO, czyli przez 28 mg (czyli przez 0,000028 kg), - 1 tona = 1000 kg. \:Vobec tego: oo h -1 3 ooo ooo. 0,000028 = , 84 t · a , 1000

+ OH- + CH3COOH i

t

l

czyli potrzeba wapnowania

wyrażona ilością

CaO wt· ha- 1 = Hh · 0,084.

r '

.1,

:1: !

49

® Dawka nawozu wapniowego (t · ha- 1 wg potrzeby)

Tabela 8. Ocena potrzeb wapnowania gleb Wapnowanie

dawka nawozu = potrzeba wapnowania . 1003 3 CaO w nawozie

Konieczne Potrzebne Wskazane Ograniczone

Opierając się na sumie zasad (S) i kwasowości hydrolitycznej (Hh), można obliczyć pojemność sorpcyjną gleby - T (mmol · kg- 1 ) oraz stopień wysycenia

Zbędne

gleby zasadami - V (3) . T= S+Hh

Tabela 9. Orientacyjne dawki wapna (t · ha- 1 )

Odczynniki: ,

Konieczne Potrzebne \il,Tskazane Ograniczone

1. Roztwór 1 mol· dm- 3 octanu sodu lub 0,5 mol· dm- 3 octanu wapnia: 136,lg

krystalicznego CH3COONa· 3 H 2 0 (lub 82,0 g bezwodnego CH3COONa) albo 88,0 g (CH3C00)2Ca · H 2 0 rozpuścić w wodzie destylowanej i dopełnić do 1000 cm 3 w kolbie miarowej, a następnie wymieszać.

' '

2. Roztwór 0,1 mol· dm- 3 wodorotlenku sodu: 4,00 g NaOH rozpuścić w wodzie destylowanej w kolbie miarowej o objętości 1000 cm 3, dopełnić do kreski i wymieszać. 3. 1-procentowy roztwór fenoloftaleiny: 1 g fenoloftaleiny rozpuścić w 100 cm 3 alkoholu etylowego C 2 H 5 0H (953) w kolbie miarowej o objętości 100 cm 3 i wymieszać. Sprzęt:

waga laboratoryjna,

mieszadło

gleby ciężkie do 5,5 5,6-6 ,0 6,1-6,5 6,6-7,0 do 7,1

s

V= - · 1003 T

Wapnowanie I

Odczyn gleby lekkie gleby średnie do 4,5 do 5,0 4,6-5,0 5,1-5,5 5,1-5,5 5,6-6,0 5,6-6,0 6,1-6,5 do 6,1 do 6,6

gleby bardzo lekkie do 4,0 4,1-4,5 4,6-5,0 5,1-5,5 do 5,6

gleby bardzo lekkie 3,0 2,0 1,0

-

Zbędne

-

Dawka gleby lekkie gleby średnie 3,5 4,5 2,5 3,0 1,5 1,7 1,0 1,0 -

gleby ciężkie 5,0 3,0 2,0 -

stosowane na glebach lekkich są mniejsze od dawek stosowanych na/glebach cięż­ kich. Wiąże się to z mniejszymi właściwościami buforowymi gleb lekkich, wynikają­ cymi z mniejszej zawartości próchnicy, czy też części ilastych. Gleby te wapnujemy częściej, ale mniejszymi dawkami, używając nawozów wapniowo-węgl anowych. Do wapnowania gleb używa się głównie nawozów wapniowych i wapniowo-magnezowych: tlenków, wodorotlenków, węglanów i krzemianów. Najszybciej działają tlenki i wodorotlenki, ze względu na znacznie lepszą rozpuszczalność, wolniej węglany i krzemiany (te ostatnie najwolniej) .

rotacyjne, biureta.

Szkło i akcesoria: bidony o pojemności 200 lub 250 cm 3 , kolba miarowa o objęto­ ści 1000 cm 3, kolby stożkowe o pojemności 100 cm3 z szerokimi szyjkami, kolba

· 6.4.5 .

Oznaczanie glinu wymiennego (ruchomego) m eto dą Sokołowa

Erlenmeyera o objętości 200 cm 3 , cylindry miarowe o pojemności 100 cm 3 , lejki.

Zasada metody 6.4.4.

Alternatywne określanie potrzeb wapnowania stosowane w praktyce rolniczej

Zaprezentowana możliwość wykorzystania wartości kwasowości hydrolitycznej do obliczenia dawki wapna jest techniką pracochłonną, wymagającą zaplecza analityczno-laboratoryjnego. Trudno zatem oznaczanie potrzeb wapnowania na dużą skalę oprzeć na tej wielkości. W związku z tym do powszechnie używanych należą metody Okręgowych Stacji Chemiczno-Rolniczych, które opracowały ocenę potrzeb wapnowania opartą na odczynie gleb w 1 mol · dm- 3 KCl oraz na ka~ tegoriach agronomicznych (tab. 8). Jednak ocena ta jest orientacyjna i wymaga kontroli odczynu gleb co 3-4 lata. Na podstawie oceny potrzeb wapnowania gleb Stacje podają przybliżone dawki wapna (tab. 9) . Jak wynika z tabeli 8, dawki CaO

Glin ruchomy ujawnia

się

podczas traktowania gleb

kwaśnych

roztworami soli

obojętnych, np. roztworem 1 mol· dm- 3 KCL Jon potasu z dobrze zdysocjowanego

KCl wypiera z glebowego kompleksu sorpcyjnego jony wodoru na zasadzie reakcji wymiany:

IGKS . 1-A13+ + 3 KC! a

powstający

cl:Jlorek glinu (III) ulega AlCl3

+ 3 H20

K+

--+

~ K+ + AlCl3 ~K+

następnie

hydrolizie:

= Al(OH)J

+ 3 HCl

~ '

I

I

J

50

11

(i

I Jon wodoru przechodzi do roztworu, gdzie tworzy kwas solny, aż do momentu ustalenia się róvmowagi pomiędzy jonami wodoru i potasu w kompleksie sorpcyjnym i w roztworze. Powstały kwas solny miareczkuje się mianowanym roztworem 0,01 mol · dm- 3 NaOH. Do usunięcia glinu z roztworu używa się fluorku sodu (NaF), który tworzy z glinem trudno rozpuszczalny związek Na3AlF 6 (kriolit), zgodnie z reakcją:

I

AJ 3+ + 6 NaF = Na3AlF5 l + 3 Na+

T

51 Aby wartość glinu wymiennego przedstawić w mg· kg- 1 , należy wynik w mmol( +) · kg- 1 pomnożyć przez 9 (masa mmol Al 3+ = 26,99:3) . Ostatecznie wzór będzie miał następującą postać: Al~+ (mg· kg- 1) = (a 1 - a 2 ) ·n · 1,75 · 50 · 9

Odczynniki: 1. Roztwór 1 mol· dm- 3 chlorku potasu: 74,5 g KCl rozpuścić w wodzie destylowanej, a następnie uzupełnić do kreski w kolbie miarowej o pojemności 1000 cm3 i wymieszać.

W metodzie Sokołowa glin wymienny (ruchomy) oblicza się z różnicy między kwasowością wywołaną jonami wodoru i glinu a wodorem wymiennym, tj. kwasowością powodowaną wyłącznie przez wymienne jony wodorowe H+, oznaczaną w roztworze, z którego usunięto glin, zanim uległ on hydrolizie.

2. Roztwór 0,01 mol · dm- 3 wodorotlenku sodu: z mianowanego roztworu podstawowego 0,1 mol· dm- 3 zasady sodowej pobrać dokładnie 100 cm 3 ro:i:;tworu, a następnie przenieść ilościowo do kolby miarowej o pojemności 1000 cm 3, uzupełnić do kreski i wymieszać.

WYKONANIE OZNACZENIA

!1

1. Naważyć 100 g powietrznie suchej gleby i umieścić w bidonie o pojemności 500 cm 3.

I

3. 3,5-procentowy roztwór fluorku sodu: 3,5 g NaF rozpuścić w wodzie destylowanej, a następnie uzupełnić do kreski w kolbie miarowej o pojemności 100 cm3 i wymieszać.

2. Dodać 250 cm 3 roztworu 1 mol· dm- 3 KCl ·i wytrząsać przez 2 godziny na mieszadle rotacyjnym, z szybkością około 40 obr. · min- 1.

4. 1-procentowy roztwór fenoloftaleiny: 1 g fenoloftaleiny rozpuścić w 100 cm 3 alkoholu etylowego C 2 H 5 0H (953) w kolbie miarowej o pojemności 100 cm 3 i wymieszać.

3 3. Przesączyć zawiesinę do kolby stożkowej o objętości 250 cm , odrzucając

I I

pierwsze krople przesączu, tak aby otrzymać klarovmy roztwór. I

4. Pobrać pipetą dwie porcje przesączu po 50 cm3 do dwóch kolb Erlenmayera o pojemności 200 cm 3. 5. Obie kolby wraz z lejkami szklanymi pełniącymi funkcję chłodnic ustawić na płycie

grzejnej,

doprowadzić

do wrzenia i

gotować

przez 5 minut.

Sprzęt:

waga laboratoryjna,

mieszadło

rotacyjne,

płyta

grzejna, biureta.

Szkło i akcesoria: bidony o poj emności 500 cm 3, kolby stożkowe o pojemności 250 cm 3, kolby Erlenmayera o pojemności 200 cm 3 , pipety na 5 i 50 cm 3, cylinder miarowy o pojemności 250 cm 3 .

6. Po zdjęciu kolb z płyty grzejnej do jednej z nich dodać kilka kropel fenolo-

ftaleiny i miareczkować roztworem 0,01 mol· dm- 3 NaOH do lekko różowego zabarwienia (I miareczkowanie) .

7. Do drugiej kolby dodać 2 cm 3 3,5-procentowego roztworu NaF w celu strą­ cenia jonów Al 3+. Po wytrąceniu jonów glinu miareczkować 0,01 mol · dm- 3 NaOH w obecności fenoloftaleiny do lekko różowego koloru (II miareczkowanie).

Obliczenia Glin wymienny (AJ~+) wyrażamy w mmol(+) · kg- 1: AJ~+ =(a1-a2)·n·l,75·50

gdzie: Al~+ al a2 n 1,75 50

glin wymienny w glebie, ilość NaOH zużytego przy I miareczkowaniu (cm 3 ), ilość NaOH zużytego przy II miareczkowaniu (cm 3), molowość NaOH, współczynnik empiryczny, przeliczenie na 1 kg gleby.

7. 7.1.

Właściwości

chemiczne gleb

Wprowadzenie

Chemia gleby zajmuje się głównie chemizmem jej fazy stałej i płynnej. Właści­ chemiczne określają zasobność gleby, czyli zawartość makro- i mikroskład­ ników oraz ilość próchnicy i szczątków roślinnych w różnym stopniu rozkładu . Dzięki bogatemu asortymentowi nawozów mineralnych oraz organicznych, rolnik może kształtować zasobność gleby, a przede wszystkim zwiększać zawartość składników pokarmowych oraz materii organicznej warunkujących plon roślin. J ednak niezależnie od działalności człowieka, każda gleba ma pevmą pulę składników pokarmowych potrzebnych roślinom do funkcjonowania. Biorąc pod uwagę ilościowe zapotrzebowanie roślin na poszczególne składniki pokarmowe, można je podzielić na makroskładniki i mikroskładniki.

wości

rr.r

11·j 1

[\" f.I

53

52

I I

Za makroskładniki uważamy te pierwiastki, na które rośliny mają stosunkowo

I

duże zapotrzebowanie, a ich zawartość w organach roślin jest również duża. Brak

I

I

makroskładników hamuje rozwój roślin. W glebach występują duże ilości tych pierwiastków. Należą do nich: węgiel, azot, fosfor , potas, magnez, siarka i wapń. Z kolei mikroskładniki to pierwiastki pobierane przez roślinę w małych ilościach, co wynika z małego zapotrzebowania roślin na nie. Zawartość mikroelementów w rośli­ nach jest niewielka, a ich ewentualny nadmiar może być toksyczny, warunkują one jednak prawidłowy przebieg procesów fizjologicznych. W glebach występują w niewielkich ilościach. Do niezbędnych dla roślin mikroelementów zaliczamy: mangan, miedź, cynk, molibden i bor. Źródłem składników pokarmowych są minerały wchodzące w skład skały macierzystej gleby, materia organiczna gleby czy też zastosowane przez człowieka nawozy mineralne, organiczne konwencjonalne i niekonwencjonalne. Rośliny pobierają składniki pokarmowe z roztworu glebowego głównie w formach jonowych (tab. 10), a także w formie cząsteczek chelatowych i cząstek organicznych (np. mocznik). Składniki pokarmowe występują w glebie w różnych ilościach i frakcjach, wśród których wyróżnia się najczęściej następujące frakcje: * rozpuszczalną (aktywną) - znajdującą się w roztworze glebowym, z której łatwo korzysta roślina, * wymienną (ruchomą) - oł:>ecną w glebowym kompleksie sorpcyjnym, z którego składnik może być łatwo uwolniony do roztworu glebowego, stając się składnikiem dostępnym dla rośliny, * rezerwową (zapasową) - stanowiącą nierozpuszczalne bądź słabo rozpuszczalne połączenia składnika (mineralne i organiczne), z których tylko nie- . znaczna część jest dostępna dla rośliny. Wymienione frakcje składają się łącznie na ogólną zawartość pierwiastka, jednak określenie tej zawartości charakteryzuje się małą przydatnością diagnostyczną. Biorąc pod uwagę możliwość odżywienia roślin, istotne są dostępne oraz przyswajalne ilości pierwiastka, które częstokroć stanowią zaledwie niewielki procent ogólnej zawartości . Jest to związane z tym, że dostępność, a przede wszystkim przyswajalność, zależy od wielu czynników, zwłaszcza od odczynu gleby, stężenia roztworu glebowego, aktywności mikroorganizmów glebowych, temperatury oraz od gatunku rośliny i jej stadium rozwojowego. Przez pojęcie składnik dostępny rozumiemy jego formy jonowe znajdujące się w roztworze glebowym - jest to pula składnika bezpośrednio pobierana przez rośliny. Z kolei forma przyswajalna składnika jest pojęciem szerszym, obejmującym zarówno formy jonowe w· roztworze glebowym, jak i formy zasorbowane w sposób wymienny w glebowym kompleksie sorpcyjnym. Zawartość przyswajalnych pierwiastków oznacza się, stosując wiele metod chemicznych z wykorzystaniem różnych, specyficznych dla danego składnika, roztworów ekstrakcyjnych. Im większa jest zawartość w glebie składników pokarmowych w formach przyswajalnych dla roślin, tym mniejsze mogą być dawki nawozów. Ma to znaczenie zarówno ekonomiczne, jak i ekologiczne, ponieważ zmniejsza się koszty związane z zakupem nawozów oraz nie doprowadza się nadmiernymi dawkami nawozów do zanieczyszczenia środowiska w wyniku zmycia i wymycia składników niewykorzystanych przez rośliny.

Tabela 10. Niezbędne składnilci pokarmowe, ich formy jonowe pobierane przez podstawowe funkcje oraz zawartość w roślinie Składnik

Funkcja

1 N

2

Zawartość

rośliny,

3 0,5-5,03

Forma jonowa 4 NHt, N0 3 , N02

składnik kwasów nukleinowych, fosfolipidów (np. leucyna), związków fitynowych (fityna), nukleotydów

0,1-2,5%

H2P04,

K

aktywator wielu enzymów, udział w gospodarce węglowodanowej i redukcji azotanów oraz w procesie fotosyntezy, regulator ciś­ nienia osmotycznego

0,3-8,0%

K+

Ca

regulacja intensywności pobierania i transportu soli mineralnych, udział w budowie ścian komórkowych, składnik fityny, regulator enzymów

0,05-4,5%

Ca2 +

Mg

składnik chlorofilu, udział w procesie fotosyntezy, składnik fityny, aktywator enzymów, rola w syntezie białek oraz tłuszczy

0,1-1,0%

Mg2+

s

składnik aminokwasów białkowych (cysteina, metionina, cystyna), koenzymu A, ferredoksyny, witamin (tiaminy, biotyny), olejków gorczycznych i czosnkowych

0,06-1 ,2%

so~-

Zn

udział w reakcjach enzymatycznych, procesie oddychania, syntezie skrobi oraz auksyn

20,0-50,0 mg· kg- 1

Zn 2 +

Cu

wpływa

na proces asymilacji ditlenku węg­ la, rola w wiązaniu azotu atmosferycznego przez bakterie brodawkowe, składnik oksydaz tlenowych oraz plastocyjaniny (biał­ ko będące przenośnikiem elektronów w reakcjach fotosyntetycznych)

2,0-20,0 mg ·kg- 1

Cu 2 +

Mo

udział w redukcji azotanów, proces wią­ zania azotu atmosferycznego (enzym nitrogenaza), synteza kwasu askorbinowego, udział w gospodarce fosforowej rośliny

0,1-3,0 mg · kg- 1

Mo04

wpływa

na kwitnienie i owocowanie roślin, wzrost i różnicowanie się komórek , rola w metabolizmie węglowodanów oraz syntezie kwasów nukleinowych

6,0-50,0 mg·kg- 1

B40~-,

aktywator reakcji enzymatycznych (bardzo ważny w cyklu Krebsa), udział w procesach fotosyntezy oraz oddychaniu

10,0-100,0 mg· kg- 1

p

B

składnik białka,

enzymów, chlorofilu, kwasów nukleinowych, alkaloidów

podział,

Mn

HPO~-

Bo~ - ,

H2B03,

B(OH)4

Mn 2 +, Mn04

fi 54

55

Węgiel, próchnica, materia organiczna gleb

7.2. 7.2 .1.

Uwagi ogólne

Integralną częścią fazy stałej gleby, choć o niewielkim udziale procentowym, jest materia· organiczna. Jest to materiał bard.zo zróżnicowany pod względem chemicznym, który zależy od substratu wyjściowego, stopnia jego przetworzenia oraz warunków panujących w glebie. Przyjmuje się , że z materią organiczną jest zwią­ zane 953 azotu, ponad 403 fosforu i 903 siarki. W glebach mineralnych materia organiczna może stanowić około 13, a w glebach organicznych - ponad 503. Glebowa materia organiczna jest jednym z najważniejszych składników decydujących o żyzności gleby. W skład materii organicznej gleby wchodzą:

* *

*

żywe organizmy i żywe podziemne części roślin wraz z ich wydzielinami korzeniowymi, świeżo obumarłe organizmy żywe oraz części roślin (resztki roślinne), a także ich szczątki w różnym stadium rozkładu, próchnica (humus), czyli bezpostaciowe, ciemno zabarwione produkty daleko posuniętego przetworzenia szczątków organicznych bogatych w węgiel , azot, tlen oraz wodór. Próchnica stanowi 70-803 ogólnej ilości materii organicznej.

Świeża materia organiczna ulega w środowisku glebowym procesom mineralizacji i humifikacji, przy czym pierwszy proces przeważa (ulega mu ok. 75-803 resztek) . Mineralizacja - _oznacza rozkład materii organicznej do prostych związków min_ęr.alnych. Proces te~"Zepr;ebiegaĆ z-arów-;_; w -~aru~ch beztlenó~l@i:.._ ~ak i tlenowych~W wyniku gnicia powstają głównie: C02, H20, CH 4 , NH 3 , H 2S, natomiast rezultatem butwienia są: C0 2, H20, N03, PO~-,

so~-.

Humifikacja - t9 proces biologicznych, mikrobiologicznych i che:giicznych przekształceń, jakim uiegają szczątki ob:urriarłych roślin i zwier;>;ą,t , -p.r_owJl.cizii,cy do powstania próchnicy. Ilo§ć i jakoŚć powstałych substancji humusowych zależy od typu gleby; ;;;.;~~ru;;,, składu ilościowego i jakościowego mikroorganizmów, temperatury, wilgotności, pH, a przede wszystkim od ilości i jakości pozostawionych resztek. Próchnica dzieli się na substancje swoiste (kwasy fulwowe, kwasy huminowe, huminy) oraz substancje nieswoiste (węglowodany, tłuszczowce, aminokwasy, lignina, garbniki) . Zarówno nowo powstające , jak i rodzime substancje próchniczne podlegają rozkładowi mikrobiologicznemu (przyjmuje się, że rocznie w glebie rozkładowi ulega 1-23 próchnicy). Zawartość próchnicy jest więc wypadkową stopnia jej rozkładu i regeneracji . Poziom próchnicy w glebach Polski waha się od 0,63 w glebach bielicowych do około 63 w rędzinach i czarnych ziemiach. Próchnica glebowa zawiera średnio 583 węgla i 53 azotu, co wpływa na to, że · wzajemny stosunek obu pierwiastków w glebach ·wynosi 8-15:1. Wartość ta wskazuje na właściwe warunki środowiska glebowego, świadczące o zrównoważonym przebiegu procesów rozkładu (mineralizacji) oraz humifikacji (procesy tworzenia

się próchnicy glebowej) . Od stosunku C:N zależy dostępność dla roślin azotu, który jest uwalniany podczas rozkładu szczątków roślinnych. Wartość C:N nie jest wartością stałą i tak jak zmianom podlegają oba pierwiastki, tak i ten parametr się zmienia - szczególnie w okresie wegetacji - w zależności od uprawianych roślin , zabiegów agrotechnicznych oraz warunków klimatycznych.

7.2.2.

Oznaczanie strat prażenia i popielności gleb i materiałów organicznych

Oznaczenie strat prażenia jest metodą pomocniczą, dzięki której można określić odpowiednią naważkę analityczną przed wykonaniem ·innych analiz, szczególnie tych dotyczących azotu oraz węgla organicznego._.Str_aty pr.ażenia pozwalają na · określenie przybliżonej zawartości.próchnicy w gle.bie. Zaznaczyć należy, że wnio-

~arue ~ zawartości materii organicznej

na podstawie

ilości strat prażenia może

dotyczyć jedynie próbek_glell_ b.ezw.ęglano\vych oraz materiałów organicznych.

Zasada metody Oznaczenie strat prażenia polega na poddaniu uprzednio wysuszonej w 105°C próbki glebowej działaniu wysokiej temperatury przez określony czas. l)lgczas PJ_a~ że~g&n.iczna ząwart_a_ yv: . pró_bce ulega r:pineralizacji, _a jej ilość oblicza śł~ _p.a po.Qs.t.awie~IJ giasy. -~ ·· WYKONANIE OZNACZENIA l. Wyprażyć tygielek porcelanowy w piecu muflowym w 500°C przez okres 2 godzin, następnie przenieść do eksykatora zawierającego CaC1 2 i wystudzić do temperatury pokojowej.

2. Zważyć tygielek z dokładnością przynajmniej do tysięcznej grama na wadze analitycznej.

3. Odważyć od 1 do 5 g suchej gleby i przenieść do tygielka, a następnie suszyć w temperaturze 105°C do stałej wagi. Zważyć masę tygielka z wysuszoną próbką.

4. Tygielek z próbką umieścić w piecu muflowym i prażyć w temperaturze 550°C od 3 do 5 godzin. 5. Po zakończeniu prażenia tygielek wraz z próbką przenieść do eksykatora, wystudzić, a następnie zważyć. · 6. Dla upewnienia się, że próbka jest dobrze wyprażona, należy ją powtórnie wstawić do pieca i prażyć przez 1 godzinę, po czym wystudzić w eksykatorze i zważyć. Jeśli waga nie zmienia się, analizę uznajemy za zakończoną. W innym wypadku prażenie , studzenie i ważenie próbki należy powtarzać tak długo , aż próbka osiągnie stałą masę.

rrir-·

r '[

57

56 Obliczenia Straty prażenia (Sp) , wyrażone w procentach, oblicza się według poniższego wzoru: a-b Sp = - - · 100 (%)

WYKONANIE OZNACZENIA zależności od spodziewanej zawartości próchnicy odważyć na wadze analitycznej naważkę gleby w granicach od 0,1 do 0,5 g (przetartej i przesianej przez sito o średnicy oczek 0,25 mm) i przenieść do kolby Erlenmeyera o objętości 100 cm 3 . Do kolby dodać 10 cm3 roztworu K 2Cr 20 7 o stężeniu 0,4 N.

l. W

a-c

gdzie: a - masa tygla z próbką przed prażeniem, po wysuszeniu w temperaturze 105°C, b - masa tygla z próbką po prażeniu, c - maśa tygla. Na podstawie wartości straty prażenia można uzyskać popielność próbki, którą wyraża się w procentach i oblicza w następujący sposób: Popielność = Sprzęt: Szkło

2.

3.

z lejkiem włożonym do kolby Erlenmeyera (lejek do wrzenia. Roztwór w kolbie utrzymać w stanie lekkiego wrzenia dokładnie przez 5 minut. kolby

waga analityczna, piec muflowy, eksykator. 4.

Kolbę schłodzić ,

a lejek spłukać wodą. Bezpośrednio przed miareczkowaniem 2-3 krople kwasu n-fenyloantranilowego i miareczkować roztworem 0,2 N soli Mohra. Zabarwienie roztworu w kolbie podczas miareczkowania zmienia się z ciemnobrunatnego na ciemnofioletowe, a następnie ciemnozielone. Jednocześnie należy przeprowadzić

kwarcowym), I

7.2.3.

Oznaczanie ilości węgla organicznego metodą Tiurina

ogrzewać,

dodać

100 - Sp (%)

i akcesoria: tygielek porcelanowy.

Zawartość

pełni funkcję chłodnicy) , aż

postępując

oznaczenie „próby zerowej" (z piaskiem w sposób opisany powyżej dla analiz.

Obliczenia Zawartość węgla

organicznego w glebie

możemy wyrazić

w procentach lub

g· kg-1.

Zasada metody Oznaczenie ilości węgla organicznego polega na jego utlenieniu do ditlenku węgla w środowisku silnie kwaśnym, z użyciem K 2Cr 20 7 jako utleniacza. Utlenienie węgla przebiega zgodnie z reakcją: 3 C (subst. org.)

+ 2 K2Cr201 + 8 H2S04 = + 8 H20 + 3 C02

2 K2S04

+ 2 Cr2(S04)3

Ilość zużytego utleniacza jest proporcjonalna do zawartości węgla. Nadmiar utleniacza, nie zredukowanego K 2Cr 20 7 , pozostającego w roztworze po utlenieniu związków organicznych, miareczkuje się solą Mohra (FeS04 · (NH4)2 · 6 H20) w obecności wskaźnika, kwasu n-fenyloantranilowego. W trakcie miareczkowania zachodzi reakcja:

+ K2Cr201 + 7 H2S04 = Cr2(S04)a + 3 Fe2(S04)3 + 6 (NH4)2S04 + K2S04 + 7 H20 ,

6 FeS04(NH4)2S04

w której: 2 Cr+ 6

z różnicy

między ilością

+ 6 Fe+ 2 =

2 Cr+ 3

+ 6 Fe+3

K 2Cr 20 7 wziętą do utleniania a jego pozostałością określoną za pomocą miareczkowania wyznacza się ilość tlenu zużytego w reakcji . utleniania węgla.

C

_ (a - b) · 0,0006 · 100 (o/c ) org S O

gdzie: a - ilość soli Mohra zużyta na zmiareczkowanie próby zerowej, b - ilość soli Mohra zużyta na zmiareczkowanie badanej próbki, 0,0006 - liczba gramów Corg odpowiadająca 1 cm 3 0,2 N soli Mohra, 100 - przeliczenie na procenty, s - naważka gleby (g). Na podstawie oznaczonej ilości węgla organicznego można obliczyć przybliżoną wartość substancji próchnicznych w badanej próbie, mnożąc wartość C org przez współczynnik 1, 724. Współczynnik ten obliczono, zakładając, że w skła­ dzie elementarnym próchnicy znajduje się ok. 58% węgla, stąd 100/58 = 1,724. Odczynniki: l. Roztwór 0,4 N dichromianu (VI) potasu z kwasem siarkowym: 19,614 g

K 2Cr 20 7 rozpuścić w wodzie destylowanej w kolbie miarowej o objętości 500 cm 3 . Otrzymany roztwór zmieszać z 500 cm 3 stężonego H 2 S0 4 (stosunek 1:1). 2. Roztwór 0,2 N amonu żelaza (II) siarczanu sześciowodnego: w wodzie destylowanej rozpuścić 78,4 g (NH 4 )2Fe(S0 4 )2 · 6 H 2 0, dodać 20 cm 3 stężonego H 2 S0 4 i uzupełnić do 1000 cm 3 , a następnie wymieszać. 3. 0,2-procentowy roztwór kwasu n-fenyloantranilowego: 0,2 g C 13 H 11 N0 2 rozpuścić w 100 cm 3 0,2% Na2C0 3 i wymieszać.

~ 59

58

*

Sprzęt: waga laboratoryjna, trójnóg, palnik, siatka, biureta, porcjomierz.

Szkło i akcesoria: kolby miarowe o objętości 1000 i 100 cm 3 , kolba Erlenmeyera o objętości 100 cm 3 , lejek szklany.

7.2.4.

*

adsorpcyjnie

nienasyconą,

w której

przeważają

jony wymienne H+

słodką, adsorpcyjnie nasyconą jonami Ca2+ i Mg2+ ,

*

słoną, adsorpcyjnie nasyconą jonami Na+. Oznaczanie rodzaju próchnicy opiera się na jej łatwej bądź trudnej peptyzacji w obecności jonów OH-. Zdyspergowana próchnica kwaśna pod wpływem roztworu amoniaku o stężeniu 23 łatwo peptyzuje i przechodzi do roztworu, zabarwiając go na kolor brunatny. Natomiast gdy traktujemy gleby zawierające próchnicę słodką rozcieńczonym amoniakiem, nie uzyskujemy brunatnego zabarwienia roztworu. Z kolei próchnica gleb słonych dysperguje i rozpuszcza się już w wodzie destylowanej, zabarwiając roztwór na kolor szaroczarny.

Frakcjonowanie próchnicy oraz oznaczanie jej rodzaju

Ze względu na rozpuszczalność substancje próchniczne gleby dzieli się na trzy grupy. * Bituminy - połączenia rozpuszczalne, w mieszaninie 1:1 alkoholu etylowego i benzenu, typu tłuszczów, wosków, smół, żywic itp. * Kwasy humusowe: - kwasy fulwowe - barwy od jasnożółtej do żółtobrunatnej , rozpuszczalne w roztworach rozcieńczonych kwasów mineralnych i alkaliów, charakteryzują się małą masą cząsteczkową oraz niskim stopniem polimeryzacji, grupa związków ruchliwych, łatwo przemieszczających się w profilu glebowym, - kwasy huminowe - najważniejsza frakcja próchnicy, barwy ciemnobrunatnej i szarej , rozpuszczalne w roztworach alkalicznych, a nierozpuszczalne w kwasach (pod wpływem kwasów następuje ich wytrącanie) , związki wysokocząsteczkowe, o dużym stopniu polimeryzacji. * Huminy - związki barwy czarnej, nierozpuszczalne w rozcieńczonych roztworach kwasów i zasad, o największej masie cząsteczkowej oraz najwyż­ szym stopniu polimeryzacji. Generalnie są nieaktywne i nie biorą udziału w procesach glebotwórczych. Huminy są najmniej zbadaną częścią swoistych substancji próchnicznych.

WYKONANIE OZNACZENIA

Do probówki o pojemności 15 cm3 wsypać około 1 g gleby i dodać 5 cm3 2-procentowego NH 4 0H. Probówkę zatkać gumowym korkiem i wytrząsać ręcznie przez około 2 minuty, a następnie odstawić do czasu sklarowania się roztworu. Odczynniki:

2-procentowy roztwór wodorotlenku amonu: odmierzyć 6,2 cm 3 stężonego NH 4 0H o gęstości 0,882 g · cm- 3 i przenieść do kolby miarowej o objętości 100 cm 3 , uzupełniając do kreski wodą destylowaną, a następnie wymieszać. Sprzęt:

waga laboratoryjna, statyw.

Szkło i akcesoria: lejki , probówki o objętości 15 cm3 , pipeta o objętości 5 cm 3 , kolba miarowa o objętości 100 cm 3 .

7.2.5 .

WYKONANIE OZNACZENIA l. Na sączek nasypać około 10 g próchnicznej gleby i zalać 20-25 cm zakwa3

szonej wody. 3 2. Poczekać aż roztwór się przesączy, a następnie zalać go ponownie 20-25 cm 5-procentowego roztworu NaOH. Do uzyskanego przesączu dodać od kilku do kilkunastu kropel stężonego H 280 4 w celu strącenia kwasów huminowych. Odczynniki: l. 5-procentowy roztwór wodorotlenku sodu: naważyć 5 g NaOH, rozpuścić 3 w wodzie destylowanej w kolbie miarowej o objętości 100 cm i wymieszać.

Ekstrakcja związków próchnicznych z gleb i materiałów organicznych metodą Kononowej i Bielczikowej w modyfikacji Czekały do celów ćwiczeniowych

Związki próchniczne (substancje humusowe) zarówno w glebach (mineralnych i organicznych), jak i w materiałach organicznych ekstrahuje się roztworami alkalicznymi. Zastosowanie uproszczonego schematu ekstrakcji, opartego na jednorazowym wytrząsaniu próbki gleby z mieszaniną 0,1 mol · dm- 3 Na4 P 20 7 z 0,1 mol · dm- 3 NaOH (pH = 13 ,0) , spełnia kryteria czasowe ćwiczeń laboratoryjnych, a jednocześnie pozwala na zapoznanie studenta z tego typu analizą.

Zasada metody

2. Stężony kwas siarkowy (VI) - H2S04 . Sprzęt:

kwaśną,

i Al 3 +,

waga laboratoryjna, statyw.

Szkło i akcesoria: lejek, zlewki o objętości 50 cm 3 , probówka o objętości 50 cm

3

kolba miarowa o objętości 100 cm 3 . OZNACZANIE RODZAJU PRÓCHNICY

Ze względu na stopień i charakter wysycenia jonami próchnicę dzieli się na: ::

~~

,

\lVydzielenie substancji humusowych polega na wytrząsaniu wysuszonej próbki glebowej lub materiału organicznego z mieszaniną 0,1 mol · dm- 3 Na4 P20 7 z 0,1 mol · dm- 3 NaOH o pH= 13. W wyniku przeprowadzonej ekstrakcji uzyskuje się ekstrakt o zabarwieniu od jasnożółtego do brunatnego. Otrzymane wyciągi stanowią grupę substancji humusowych (SH), które następnie podlegają rozdzieleniu na kwasy huminowe (KH) oraz kwasy fulwowe (KF).

.,,.

!"ę_....

„ .

•

••

„,i;"IJ •

~TI ~J. I

li ""

61

60 6,0-8,5

WYKONANIE OZNACZENIA 1. Do probówki wirówkowej o pojemności 100 cm 3 odważyć od 1 do 5 g suchej masy analizowanej próbki i dodać 50 cm 3 mieszaniny 0,1 mol · dm- 3 Na4P 20 7 z 0,1 mol· dm- 3 NaOH. 2. Do probówki dopasować korek gumowy, umieścić na mieszadle rotacyjnym

i

wytrząsać

przez

około

30 minut.

3. Po wymieszaniu, probówki wraz z analizowanymi próbkami wirówce z szybkością 4000 obrotów· min- 1 przez 10 minut.

odwirować

na

4. Odwirowany roztwór substancji humusowych (SH) przesączyć do kolb miarowych o objętości 50 cm 3 . W razie konieczności uzupełnić roztworem ekstrakcyjnym do znaku objętości i dobrze wymieszać. 5. Z tak przygotowanego roztworu pobrać 20 cm 3 i przenieść do probówki wirówkowej o pojemności 25 cm 3 , następnie zakwasić go 1 do 2 cm 3 H 2S0 4. Całość pozostawić na okres około 10 minut celem wytrącenia się kwasów huminowych (KH). 6. Po tym czasie zawartość probówek odwirować na wirówce z szybkością 4000 obrotów· min- 1 przez 10 minut. W ten sposób, nad osadem kwasów huminowych uzyskujemy roztwór, h.-tóry stanowią kwasy fulwowe (KF).

wartość

wskazują

na dominację związków o charakterze fulwokwasów, natomiast omawianego stosunku od 3,5 do 5,0 wiąże się z przewagą kwasów humi-

nowych. Na podstawie zawartości węgla kwasów huminowych (CKH) oraz kwasów fulwowych (CKF) oblicza się stosunek CKH:CKF, który informuje o jakości substancji humusowych badanej próbki. Gdy CKH:CKF przyjmuje wartości mniejsze od jedności, świadczy to o przewadze kwasów fulwowych nad huminowymi.

Zasada metody Oznaczenie węgla organicznego przeprowadza się dwustopniowo: w środowisku zasadowym, a następnie w kwaśnym. W środowisku zasadowym nadmanganian potasu utlenia między innymi chlorki do wolnego chloru zgodnie z poniższą reakcją: 2 Mn04

Redukcja KMn0 4 w

stężony

H 2S0 4

zmieszać

z

wodą

destylo-

2. Roztwór 0,1 pirofosforanu sodu z 0,1 mol· dm- 3 wodorotlenkiem sodu (pH = 13): 44,6 g Na4P 20 7 oraz 4 g NaOH rozpuścić w wodzie destylowanej, przenieść do kolby i uzupełnić do 1000 cm 3 . Jeżeli mieszanina nie charakteryzuje się wymaganym odczynem, należy ją doprowadzić do podanej wartości pH za pomocą NaOH. waga laboratoryjna,

mieszadło

rotacyjne, wirówka.

Szkło i akcesoria: probówki wirówkowe o pojemności 25 i 100 cm 3 , kolba miarowa o objętości 50 cm 3 i 1000 cm 3 , pipeta o objętości 20 cm 3 , lejek, korek gumowy.

Jednocześnie zachodzi reakcja nicznych przez uwolniony tlen:

+ 5 Cl2 + 8 H20

alkalicznym przebiega w sposób

__, 4 Mn02 częściowego

+ 3 02

--+

+4

OH-

+ 3 02

utlenienia prostych

2 NH2

następujący:

związków

orga-

+ 4 C02 + 2 H20

W dalszej części analizy, po zakwaszeniu roztworu kwasem siarkowym (VI), dalsze utlenianie związków organicznych, głównie bezazotowych. Są one utleniane do prostych związków, w sposób podobny do podanego dla glukozy:

następuje

5 C5H1205 Czynnikiem

+ 24 Mn04 + 72 H+

utleniającym

2 Mn04

__, 24 Mn 2+

jest tlen wyzwalany

+ 8 H+

--+

2 Mn 2+

+ 30 C02 + 66 H20

według

reakcji:

+ 4 H20 + 2 02

Nadmiar nadmanganianu potasu redukuje się kwasem szczawiowym, dodawanym do roztworu w równoważnych ilościach . Z kolei nadmiar dodanego kwasu szczawiowego jest ponownie równoważony roztworem nadmanganianu potasu zgodnie z poniższą reakcją: 5 C2H204

7.2.6 .

+ 2 H20

2 NH2CH2COOH

1. Roztwór kwasu siarkowego (VI) : waną w stosunku 1: 1.

Sprzęt:

środowisku

2 Mn04

Odczynniki:

__, 2 Mn 2+

+ 10 c1- + 16 H+

+ 2 Mn04 + 6 H+

__, 2 Mnt

+ 10 C02 + 8 H20

Oznaczanie ilości węgla organicznego w substancjach humusowych metodą Andrzejewskiego WYKONANIE OZNACZENIA

Substancje humusowe gleb oraz odpadów organicznych podlegają ocenie jakościowej oraz ilościowej. Do jej przeprowadzenia standardowo wykorzystuje się oznaczenie ilości węgla organicznego w ·wyciągach oraz obliczenie wartości E 4; 6 substancji humusowych. Parametr ten stanowi iloraz barwy, czyli stosunek gęsto­ ści optycznej mierzonej przy długości fal 465 i 665 run. Wartości E 4; 6 w zakresie

1. Z kolbki o objętości 50 cm3 zawierającej wyciąg substancji humusowych pobrać pipetą 5-10 cm 3 roztworu i przenieść do kolby stożkowej o objętości 300 cm3 . Następnie kolejno dodać 20 cm 3 1 mol · dm- 3 NaOH, 40 cm3 H 20 oraz 25 cm 3 0,1 N KMn0 4.

63

62

kolbki delikatnie zamieszać, przykryć lejkiem szklanym i ogrzewę,ć do momentu zagotowania. Roztwór w kolbie utrzymać w stanie lekkiego wrzenia dokładnie przez 6 minut.

2. Roztwór 0,1 N nadmanganianu potasu: 3,106 g KMn0 4 rozpuścić w gorącej wodzie destylowanej, przenieść do kolby miarowej, uzupełnić do 1000 cm 3 i wymieszać.

3. Po tym czasie kolbę ostrożnie odstawić, ostudzić i dodać 20 cm3 2 N H 2 80 4. Ponovmie wstawić na płytę grzejną. Od momentu zagotowania roztwór w kolbie utrzymywać w stanie wrzenia przez 5 minut.

3. Roztwór 0,1 N kwasu szczawiowego: 6,306 g C 2H 20 4 • 2 H 20 rozpuścić w wodzie destylowanej, przenieść do kolby rniarowej, uzupełnić do 1000 cm 3 i wy-

4. Po upływie 5 minut kolbę należy ostrożnie odstawić i niezwłocznie, na gorąco, dodać pipetą 25 cm 3 0,1 N C 2H 20 4. Podczas dodawania tego odczynnika należy przez cały czas mieszać zawartość kolby, tak aby nastąpiło całkowite odbarwienie roztworu, świadczące o rozpuszczeniu związków manganu.

4. Roztwór 1 N wodorotlenku sodu: 40,0 g NaOH rozpuścić w wodzie destylowanej w kolbie miarowej o objętości 1000 cm3 , uzupełnić do znaku objętości i wyrnieszać.

2.

Zawartość

aż

5. Bezbarvmy roztwór należy na skania lekko różowej barwy.

gorąco miareczkować

0,1 N KMn04 do uzy-

6. Na podstawie ilości 0,1 N KMn0 4 zużytego na zmiareczkowanie analizy dokonujemy obliczeń zawartości węgla substancji humusowych (CHs) badanej próbki.

Oznaczenie węgla kwasów fulwowych (CKF) zamieszczonej powyżej.

należy ·wykonać według

procedury

Zawartość węgla organicznego w substancjach humusowych oraz kwasach fulwowych wyrażamy wg · kg- 1 s.m., obliczając według poniższego wzoru:

Corg (g·kg- 1 )

= a · 0,3 · f

gdzie: a - ilość cm 3 0,1 N Ktv1n0 4 zużyta na zmiareczkowanie badanej próbki, 0,3 - liczba miligramów Corg odpowiadająca 1 cm 3 0,1 N KMn04, f - współczynnik przeliczeniowy na 1 g masy. Z różnicy ilości węgla organicznego CHs oraz węgla CKF uzyskujemy ilość węgla kwasów huminowych (CKH)· CKH Na podstawie uzyskanych

=

CHs - CKF

wartości obliczyć

stosunek CKH:CKF·

Pomiar gęstości optycznej substancji humusowych badanej próbki ści

Sprzęt: płyta grzejna, biureta, spektrofotometr metr albo spekol) .

Pomiaru należy dokonać w I-centymetrowych kuwetach szklanych przy fali 465 i 665 nm. Na podstawie uzyskanych wartości określić stosw1ek E4/6·

długo­

Odczynniki: 1. Roztwór 2 N kwasu siarkowego (VI) : 56 cm 3 stężonego H2S04 przenieść do kolby miarowej, uzupełnić wodą destylowaną do 1000 cm 3 i wymieszać.

światła

widzialnego (tzw. kolory-

Szkło i akcesoria: kolba rniarowa o objętości 1000 cm 3 , pipeta o objętości 5, 10, 20 i 25 cm 3 , lejek szklany, kolba Erlenmeyera o objętości 300 cm 3 , cylinder miarowy o objętości 50 cm 3 , I-centymetrowa kuweta szklana.

7.3. 7.3.1.

Obliczenia

'\

mieszać.

Azot ogólny i mineralny gleb Oznaczanie ogólnej ilości azotu glebowego metodą Kjeldahla

Azot to podstawowy materiał budulcowy białka, który wchodzi w skład witamin, nukleotydów, kwasów nukleinowych, alkaloidów i chlorofilu. Jest składnikiem pokarmowym o silnym działaniu plonotwórczym. Nie tylko pobudza wzrost roślin, ale też nadaje im intensywną zieloną barwę oraz reguluje wykorzystanie rniędzy innymi fosforu i potasu przez roślinę. Zawartość ogółem azotu w glebach mineralnych waha się od 0,05 do 0,6% i jest silnie skorelowana z zawartością materii organicznej, o czym świadczy największa zawartość azotu ogółem w glebach organicznych (1 ,0-4,0%). Blisko 99% wszystkich połączeń, w jakich występuje azot, to połączenia organiczne, głównie białka i związki humusowe, nieprzyswajalne dla roślin. Jedynie niewielka ilość ogólnego azotu (1-2%) pozostaje w związkach nieorganicznych, będąc potencjalnie dostępną dla roślin, których zapotrzebowanie na pierwiastek jest duże. W związku z tym, pornimo znacznych zapasów azotu w glebie, konieczne jest stosowanie nawożenia uzupełniającego. Poziom azotu w glebie można modyfikować czynnikami biotycznymi (nawożenie , płodozrniany, fauna glebowa) oraz abiotycznyrni (właściwości chemiczne gleby, klimat) .

Zasada metody Glebę spala się w stężonym H 280 4 z dodatkiem katalizatorów (HgO , Se, Cu80 4), w wyniku czego organiczne połączenia azotu przechodzą w formę amonową, która w połączeniu z H 280 4 tworzy siarczan (VI) amonu. W trakcie rozkładu substancji organicznej zachodzi odwodnienie związków organicznych, a następnie ich utlenienie do C0 2 i H 2 0:

mr:

M ·· I .1·:

:1; (

~:

1:· ,

65

64 2 CH3CHNH2COOH

+ 13 H2S04

= (NH4)2S04

+ 6 C02 + 16 H20 + 12 S02

Dodatek katalizatorów wspomaga H2S0 4: Se + H2S04 = H2Se03 + S02 + H20 2 CH3CHNH2COOH + 6 H2Se03 = 6 C02 + 10 H20 + 2 NH4 Powstający

wiązany

amoniak jest

+ 6 Se

z kwasem siarkowym (VI) do siarczanu (VI)

amonu: 2 NH3

+ H2S0 4 =

(NH4)2S04

W uzyskanym po mineralizacji roztworze oznacza się azot metodą destylacyjną w aparacie Parnasa-Wagnera. Ze znajdującego się w roztworze (NH4)2S04 amoniak zostaje wyparty w kolbie destylacyjnej przez NaOH według reakcji: (NH4)2S04

5

+ 2 NaOH = 2 NH 3 i + Na2S04 + 2 H20

Wydzielający się amoniak oddestylowuje się do odbieralnika z kwasem borowym (III), w którym zachodzi następująca reakcja:

H3B03

+ NH40H =

NH4H2B03

+ H20

Reakcji tej towarzyszy wzrost pH i zmiana barwy roztworu z czerwonej na NH 4H2B03 miareczkuje się mianowanym kwasem siarkowym (VI).

zieloną. Powstały

WYKONANIE OZNACZENIA

1. Do kolby Kjeldahla o objętości 250 cm 3 odważyć 5 g gleby, a następnie dodać ok. 1 g mieszaniny selenowej. Do zawartości w kolbie wlać ostrożnie, spłukując po ściankach ewentualne pozostałości odczynnika i gleby, 20 cm 3 stężonego H2S04. 2.

Całość spalać aż do całkowitej mineralizacji materii organicznej. Gdy roztwór w kolbach uzyska klarowne jasne zabarwienie (jasnoseledynowe), świadczy to o zakończonym procesie spalania.

3. Do ostudzonej kolby dodać ok. 50 cm 3 wody destylowanej i całość zamieszać, a następnie przenieść ilościowo do kolby miarowej o objętości 200 cm 3 i uzupełnić wodą do znaku objętości. 4. Po opadnięciu piasku pobrać pipetą 10 cm 3 roztworu i przenieść do aparatu Parnasa-Wagnera (ryc. 10). Do kolby destylacyjnej z badanym roztworem dodać około 10 cm 3 35-procentowego ługu sodowego i spłukać wodą desty-

>>>>>>>> >>>>>>>> <<-<<<<-<< <:<<<<<<<

Ryc. 10. Aparat Parnasa-Wagnera: 1 - chlodnica, 2 - kolba destylacyjna, 3a, 3b, 3c - krany, 4 - „tulipan" , 5 - kolba do ogrzewania wody

6. Po zakończeniu destylacji (orientacyjnie należy uzyskać 20 cm 3 destylatu) uzyskany destylat miareczkować 0,01 N H 2S0 4 do zmiany barwy na lekko różową.

Obliczenia

w: %, mg . kg- 1 lub g. kg- 1 . Przykładowo, wyrażając ilość azotu ogółem (mg · kg- 1 ), obliczeń dokonuje się w następujący sposób: Zawartość

azotu ogólnego

Nag (mg· kg- 1 )

lowaną. Rozpocząć destylację.

5. Jednocześnie do odbieralnika odmierzyć 5 cm 3 1-procentowego kwasu borowego (III) ze wskaźnikiem. Podstawić pod wylot chłodnicy w aparacie. W trakcie destylacji początkowy czerwony kolor wskaźnika zmienia się pod wpływem amoniaku na zielony.

można wyrazić

centymetrów sześciennych 0,01 N H 2S0 4, jaka na zmiareczkowanie destylatu, 0,14 - 1 cm 3 0,01 N H2S0 4 równoważy 0,14 mg N, b - przelicznik na 1 kg gleby.

gdzie: a

-

ilość

= a· 0,14 · b została zużyta

~i'

"!

67

66

Zasada metody

Odczynniki: 1.

Stężony

kwas siarkowy (VI).

2. Mieszanina selenowa. 3. Roztwór 0,01 N kwasu siarkowego (VI): odważkę analityczną kwasu siarkowego 0,05 mol · dm- 3 (0,1 N) rozpuścić w 1000 cm 3 wody destylowanej. Uzyskany w ten sposób 0,1 N kwas siarkowy (VI) należy dziesięciokrotnie rozcieńczyć.

4. 35-procentowy roztwór wodorotlenku sodu: 35 g NaOH naważyć i rozpuścić w wodzie destylowanej w kolbie miarowej o pojemności 100 cm 3, a następnie v.rymieszać.

Nieorganiczne (mineralne) związki azotu (azot amonowy i azotanowy) ekstrahuje się z gleby między innymi za pomocą NaCl i oznacza się , stosując destylację . Po dodaniu MgO oddestylowuje się najpierw zawarty w wyciągu azot amonowy. Następnie za pomocą stopu Devardy przeprowadza się redukcję azotanów (V) i azotanów (III) celem oznaczenia azotu również w postaci amoniaku. W odbieralniku wydzielony amoniak wiąże się z kwasem borowym (III), tworząc diwodoroboran (III) amonu, czemu towarzyszy wzrost pH i zmiana barwy roztworu z czerwonej na zieloną. Po skończonej destylacji uzyskany destylat miareczkuje się O,OI N H2S04 do barwy lekko różowej. WYKONANIE OZNACZENIA

mieszany: 0,066 g czerwieni metylowej oraz 0,033 g zieleni bromokrezolowej rozpuścić w 100 cm 3 alkoholu etylowego i wymieszać.

1. Do bidonów o objętości 200 cm 3 odważyć 20 g gleby, a następnie zalać 50 cm 3 1 mol· dm- 3 NaCl i wytrząsać przez 1 godzinę na mieszadle rotacyjnym z szybkością około 40 obr. · min- 1 .

6. Roztwór !-procentowy kwasu borowego (III): 1 g H3B03 rozpuścić w wodzie destylowanej, dodać 2 cm 3 roztworu wskaźnika mieszanego, całość uzupełnić do 100 cm 3 i wymieszać.

2. Po tym czasie zawartość bidonów przesączyć do kolby stożkowej o objętości 100 cm 3. W celu uzyskania klarownego przesączu pierwsze krople przesączu

5.

Wskaźnik

Sprzęt:

waga laboratoryjna, aparat Parnasa-Wagnera, biureta.

Szkło i akcesoria: kolba Kjeldahla, kolby miarowe o objętości 100, 200 i 2000 cm 3, pipeta o objętości 10 cm3, kolba Erlenmeyera o objętości 100 cm 3.

7.3.2.

Oznaczanie azotu mineralnego w glebie metodą destylacyjną

Azot jest pobierany przez rośliny przede wszystkim w dwóch formach mineralnych: amonowej (NH 4) oraz azotanowej (N0 3). Formy mineralne azotu są niewielką częścią zawartości ogólnej składnika, wynoszącą 3-103. Pomimo że azot amonowy i azotanowy mogą powstawać wskutek procesów naturalnych wynikających z przemian mikrobiologicznych, a także być wprowadzane z nawozami mineralnym, to przemiany, jakim podlegają w glebie, różnią się w zasadniczy sposób. Forma amonowa, powstająca wskutek procesu amonifikacji (przekształcanie się związków organicznych azotu do amoniaku) materii organicznej, jest obecna w roztworze glebowym w niewielkiej ilości, natomiast jej zdecydowana część jest związana z glebowym kompleksem sorpcyjnym bądź podlega nitryfikacji (przemiany amoniaku do jonu azotanowego). Z kolei jon azotanowy nie jest wiązany z glebowym kompleksem sorpcyjnym, co sprzyja jego stratom wskutek wymycia. Poza tym forma azotanowa podlega procesowi denitryfikacji polegającemu na przejściu utlenionych związków azotu do związków zredukowanych, tj. N 2, N 20 (podczas tzw. denitryfikacji właściwej zachodzącej w warunkach beztlenowych) oraz do NH3 (podczas tzw. denitryfikacji częściowej będącej zjawiskiem powszech- . nym, zachodzącym w warunkach względnie beztlenowych).

odrzucić.

3. Pobrać 25 cm 3 przesączu i przenieść do kolby reakcyjnej, dodając równocześnie 0,2 g MgO . Pod wylot chłodnicy podstawić odbieralnik z 5 cm 3 I-procentowego kwasu borowego (III) ze wskaźnikiem . Destylować aż do uzyskania orientacyjnej ilości 20 cm 3 destylatu. Ilość azotu związaną przez kwas bormvy (III) w odbieralniku określić przez zmiareczkowanie 0,01 N H 2S0 4 . 4. Po oddestylowaniu azotu amonowego do tej samej kolby reakcyjnej dodać około O,I g stopu Devardy, a następnie całość podłączyć do aparatu. Jednocześnie pod wylot chłodnicy podstawić odbieralnik z 5 cm 3 I-procentowego kwasu borowego (III) ze wskaźnikiem. Destylować aż do uzyskania około 20 cm 3 destylatu. Ilość azotu związaną przez kwas borowy w odbieralniku określić przez miareczkowanie 0,01 N H2S04. 5.

Obliczyć zawartość przyjętego

azotu amonowego oraz azotanowego dla azotu ogólnego.

według

schematu

Odczynniki: 1. Roztwór I mol· dm- 3 chlorku sodu: 58,44 g NaCl rozpuścić w wodzie destylowanej w kolbie miarowej o objętości 1000 cm 3 i wymieszać. 2.

Pozostałe odczynniki azotu ogólnego.

Sprzęt:

przygotować według

waga laboratoryjna,

mieszadło

procedur służących do oznaczania

rotacyjne, biureta, aparat Parnasa-·wag-

nera. Szkło i akcesoria: bidony o pojemności 200 lub 250 cm3, kolba Kjeldahla, kolby miarowe o objętości 100 i 1000 cm3, kolba stożkowa o pojemności 100 cm 3 z szeroką

r

f-

.

1'

69

I 1

i

68

.

szyJką3

kolba Erlenmeyera o objętości 100 cm 3 , cylinder miarowy o pojemności ipeta 0 objętości 25 cm 3 , lejek.

50 crn , P

Siarka d ostę pna dl a roś l i n

7.4. 7.4.l.

.!

iI:

,[: •!I

i l1!

I :1

I II I

i

1! d

\!

,.\

l']

.,

! Ii

!

!I

Uwagi ogólne

. ka występuje zarówno w stanie wolnym (siarka rodzima), jak i związanym, 81: c w skład licznych związków organicznych i nieorganicznych. Ogólna zawcho ,z,ą, kładnika w poziomie próchnicznym gleb mineralnych wynosi od 20 do 5 wartosc _kg-1. Dominującymi połączeniami, w jakich siarka występuje w bios2000 rng olączenia organiczne. Składają się na nie zarówno heterogeniczna mieferze. są, ;esztek roślinnych, zwierzęcych i mikroorganizmów glebowych, jak i tyszanina ią,zki organiczne z udziałem siarki. \V zależności od klimatu i typu gleby P0 "".e ;~arki organicznej w siarce ogólnej jest szacowany na 50 do 973 S ogółem. udzia s ornnianą siarką rodzimą, w skorupie ziemskiej pierwiastek ten znajduje ~oza w~~erałach. Najpowszechniejsze z nich, choć obecne w małych ilościach, są s~ę ;z:;\ siarkosole. Do najpopularniejszych zalicza się piryt i markasyt - FeS 2 , siar k iryt _ CuFeS 2 , galenę - PbS oraz sfaleryt (blenda cynkowa) - ZnS. Znaczc~al op'ciej spotyka się siarkę w postaci siarczanów - minerałów występujących rue ~ę~szystkim w skałach osadowych. Głównym przedstawicielem tej grupy jest p~ze _e caS0 4 . 3 H2 0, który tworzy monomineralne skały gipsowe oraz występuje gips. których marglach i iłach. Innymi siarczanami są: anhydryt - CaS0 4, baw:~ BaS0 4 , kainit - K:l · MgS04 · 3. H20., Najbi:rdziej_pows.zechną . formą niery · czną, pierwiastka, Jaka występuje w srodowisku, Jest siarka siarczanowa, orgamarka dostępna. Generalnie można wydzielić jony siarczanowe znajdujące się tzw. ~~orze glebowym oraz zaadsorbowane. Siarka może strącać się w formie siarw roz (VI) wapnia, magnezu oraz sodu. Bez względu na stan, w jakim występują c~a:~any, wiele czynnikó': po':o?uje ie~ _sez~:io:ve zmi~ny. Należą do ~ie~ procesy sii:r alizacji siarki orgarnczneJ, immobilizacJ1 rneorgamcznych form siarki, wymyu:in.er 'w siarczanowych, pobranie składnika przez roślinę, zastosowanie nawozów cie JOD~krY i suchy depozyt związków siarki do gleb. W związku z tym zawartość o~:::siarczanowej w glebi~ podleg_a wahanio~ podczas .całego sezonu wegetacy~­ si zazwyczaj jednak, illlillO takich wpływow, forma siarczanowa W glebach me nego. za 10% siar . ki ogo'ł em. prze krac

z chlorkiem baru (Il), w obecności substancji stabilizującej, np. alkoholu poli·winylowego. Stopień zmętnienia roztworu jest proporcjonalny do stężenia jonów siarczanowych w roztworze. Pomiaru dokonuje się metodą spektrofotometryczną na aparacie Specol, na którym mierzy się natężenie światła przechodzącego przez roztwór koloidalny lub zawiesinę. Po wykonaniu pomiarów transmisji (3 T) roztworów wzorcowych oraz analiz przy długości fali 490 nm wykreśla się krzywą wzorcową, na podstawie której odczytuje się stężenia jonów siarczanowych w analizowanych roztworach. WYKONANIE OZNACZENIA 1. Odważyć 20 g gleby i przenieść do bidonu, a następnie zalać 100 cm 3 2-pro-

centowego kwasu octowego. Do zawartości bidonu dodać 0,3 g węgla aktywnego. Całość wytrząsać przez 1 godzinę na mieszadle rotacyjnym z szybkością około 40 obr. · min- 1 . 2. Po zakończeniu wytrząsania zawartość bidonu przesączyć do kolb stożkowych o objętości 200 cm3 , odrzucając pierwsze krople. 3. Z klarownego i bezbarwnego przesączu pobrać 25 cm 3 roztworu do kolbki o objętości 50 cm 3 , a następnie dodać do kolbki kolejno: 5 cm 3 50-procentowego kwasu octowego, 1 cm 3 85-procentowego kwasu ortofosforowego (V),

5 cm 3 20-procentowego chlorku baru (II) z alkoholem poliwinylowym. 4. Kolbki uzupełnić wodą destylowaną do kreski i wymieszać około 10 razy, po czym odstawić na 30 minut . Po tym czasie dokonać pomiaru transmisji na spektrofotometrze światła widzialnego z przystawką wymienną TK przy dłu­ gości fali 490 nm. Bezpośrednio przed pomiarem zav.riesinę w każdej kolbce wymieszać około 10-krotnie. 5.

Jednocześnie wykonać serię wzorców, pobierając 1, 2, 3, 4 oraz 5 cm 3 do kolbek o objętości 50 przygotować

w sposób opisany dla próbek.

6. Na podstawie pomiarów transmisji wzorcową, z której należy odczytać próbce.

światła

dla wzorców sporządzi ć krzywą siarki siarczanowej w badanej

zawartość

Obliczenia

7.4.2.

Oznaczanie siarki siarcza nowej w glebie

m eto d ą

nefe lometryczną

Aby wzoru:

zawartość

siarki

dostępnej

(S-S0 4 )

wyrazić

mg · kg- 1 = 200 · a

Zasada metody

i:

!\ ~I

z roztworu wzorcowego O, cm 3 . Roztwory wzorcowe

Ekstrakcję

siarczanów z gleby przeprowadza się roztworem kwasu octowego. oniczna formę siarki oznacza się metodą zmętnieniowa (nefelometryczna) N1eorg""~ · • • .

gdzie: a - odczyt z krzywej wzorcowej, 200 - przelicznik na 1 kg gleby.

w mg· kg- 1,

należy użyć

71

70 zasobność

Odczynniki: 1. 2-procentowy roztwór kwasu octowego: 19,2 cm 3 stężonego CH3COOH odmierzyć i przenieść do kolby miarowej o pojemności 1000 cm 3, po czym uzupełnić wodą destylowaną do kreski i wymieszać.

2. 20-procentowy roztwór zapasowy chlorku baru (II): naważyć 200 g BaC12 i przenieść do kolby miarowej o pojemności 1000 cm 3, po czym uzupełnić wodą destylowaną do kreski i wymieszać. 3. 0,6-procentowy roztwór zapasowy chlorku poliwinylowego: naważyć 6 g (C2H4 0)n, rozpuścić na gorąco w 800 cm 3 wody destylowanej i przenieść do kolby miarowej o pojemności 1000 cm 3, po czym uzupełnić do kreski i wymieszać. 4. Mieszanina chlorku baru (II) z alkoholem poliwinylowym przygotowywana bezpośrednio przed dodaniem do analizy: 80 cm 3 20-procentowego BaC1 2 zmieszać z 20 cm 3 0,6-procentowego alkoholu poliwinylowego. 5. Roztwór wzorcowy zapasowy: odważyć 0,38449 g Mg80 4 · 7 H 20, rozpuścić w wodzie destylowanej, a następnie przenieść do kolby miarowej o pojemności 1000 cm 3, uzupełniając do kreski. W tak przygotowanym roztworze 1 cm 3 zawiera 50 µg siarki. Sprzęt: waga analityczna, mieszadło rotacyjne, spektrofotometr światła vvidzialnego (tzw. kolorymetr albo spekol). Szkło i akcesoria: bidony o pojemności 500 cm 3, kolby stożkowe o pojemności 250 cm 3, kolbki miarowe na 50 cm 3, pipety o pojemności 20 cm 3, kolby miarowe o pojemności 1000 cm 3, lejki.

7 .4.3.

Ocena stopnia zasobności gleb w siarkę siarczanową

Zasobność gleb w przyswajalne składniki ocenia się na podstawie tak zwanych liczb granicznych (tab. 11). Liczby graniczne dla siarki są zróżnicowane w zależ­ ności od kategorii agronomicznej gleby, co jest związane z tym, że zawartość siarki zależy z jednej strony od ilości materii organicznej, z drugiej zaś od składu granulometrycznego. Wartości liczb granicznych pozwalają zaliczyć uzyskane wartości 8-80 4 badanych próbek glebowych do jednego ze stopni i określić w ten sposób

Tabela 11. Graniczne wartości siarki siarczanowej w warstwie 0-20 cm (mg·kg- 1 ) I

Stopień zawartości

Kategoria agronomiczna

I

II

III

IV

Gleby lekkie Gleby średnie Gleby ciężkie

< 15,0 < 20,0 < 25,0

16,0-25,0 21,0-30,0 26,0-35,0

26,0-35,0 31,0-40 ,0 36,0-50,0

> 36,0 > 41,0 > 51,0

I -

zawartość mała,

podwyższona

II - zawartość wskutek antropopresji.

średnia,

III -

zawartość duża,

.·!

IV -

zawartość

gleby w siarkę dostępną dla roślin. Jest to główne kryterium określania dawek siarki w taki sposób, aby zapewnić potrzeby pokarmowe roślin, uwzględ­ niając jednocześnie pewien nadmiar (naddatek) na stopniową poprawę zasobności gleb w składnik.

7.5. 7.5 .1.

Fosfor i potas przyswajalny dla

roślin

Uwagi ogólne

Ogólna zawartość fosforu w glebach wynosi od 0,03 do 0,33 P205 i zależy od rodzaju skały macierzystej , stopnia jej zwietrzenia oraz zawartości materii organicznej. Na ogół gleby próchniczne zawierają więcej fosforu niż gleby mineralne. Fosfor, podobnie jak azot i siarka, jest makroskładnikiem v.-ystępującym w glebie przede wszystkim w połączeniach organicznych, a więc niedostępnych dla roślin. Do związków organicznych fosforu zaliczamy kwasy nukleinowe, fosfolipidy, fitynę oraz jej pochodne, tj. fityniany wapniowe, żelazowe i glinowe. Również większość związków nieorganicznych charakteryzuje się słabą rozpuszczalnością, a co za tym idzie - słabą przyswajalnością dla roślin . Do tych związków należą: bardzo trudno rozpuszczalne fl.uoroapatyty [Ca3(P0 4 )z · CaF 2), hydroksyapatyty [3 Ca3(P0 4 )2 · Ca(OH)2], chloroapatyty [3 Ca3(P0 4 )2 · CaCh] oraz trudno rozpuszczalne ortofosforany (V) glinu (III) [A1P0 4] i żelaza (III) [FeP0 4] (przeważają na glebach kwaśnych) oraz ortofosforan (V) wapnia [Ca3(P0 4)z] (obecny w glebach obojętnych i alkalicznych). Również słabo dostępnymi formami fosforu są formy zasorbowane na powierzchni uwodnionych tlenków i wodorotlenków glinu i żelaza, minerałów ilastych, na węglanie wapnia oraz na koloidach organicznych. Znacznie mniejsza jest pula rozpuszczalnych w wodzie połączeń fosforanowych, do których zaliczamy dwuwodorofosforany (V) amonu [NH 4 H 2P0 4), potasu [KH2P04], sodu [NaH2P04] oraz diwodorofosforan (V) wapnia Ca(H2P0 4 )z i magnezu Mg(H2P0 4 )z . Ostatnie z wymienionych związków stanowią w głównej mierze fosfor przyswajalny dla roślin, który szacuje się na 7-153 ogólnej zawartości składnika w glebach. Zjawisko przyswajalności fosforu dla roślin jest uwarunkowane procesami uruchamiania fosforu oraz jego uwsteczniania. Pierwszy dotyczy przechodzenia związ­ ków trudno dostępnych dla roślin w związki łatwo dostępne, natomiast drugi jest odwrotnością procesu uruchamiania fosforu. \!,/ warunkach glebowych oba procesy są ze sobą zsynchronizowane, dzięki czemu zachodzi stan równowagi dynamicznej pomiędzy fosforem fazy stał ej a fosforem roztworu glebowego. Najlepsze warunki do utrzymania wysokiego poziomu fosforu w roztworze glebowym występują, gdy zakres pH wynosi 5,5-6,5; jony Al3+ i Fe3+ (główni adsorbenci fosforu) są wówczas wytrącane w postaci słabo rozpuszczalnych wodorotlenków glinu i żelaza. W miarę zakwaszania gleby poniżej pH 5,5 następuje uaktywnienie wodorotlenków glinu i żelaza (III) , które reagują z bis( dwufosforanami) wapnia zgodnie z reakcj ą: Ca(H2P04)z Ca(H2P04)z

+ 2 Al(OHh = + 2 Fe(OHh =

2 AlP0 4 l 2 FeP04 l

+ Ca(OH)z + 4 H20 + Ca(OH)2 + 4 H20

rir

~ ~ i

73

72 Najsilniejsze ·wytrącanie fosforu przez glin i żelazo odbywa się, gdy pH wynosi od 3 do 4, natomiast odczyn powyżej 7 sprzyja wiązaniu fosforanów przez wapń : Ca(H2P04)z

2 Ca +

2 CaHP04

2 Ca +

Ca3 (P04)z

Świeżo strącone osady mogą być początkowo źródłem składnika dla roślin, jednak wraz z upływem czasu podlegają starzeniu, stając się związkami nierozpuszczalnymi bądź trudno rozpuszczalnymi. Mimo że potas wraz z azotem i fosforem tworzy trio chemiczne, jednak jego biogeochemizm znacznie się różni od dwóch pozostałych . Dostępność potasu dla roślin zależy w większym stopniu od szybkości procesów wietrzenia oraz typu minerału niż od zawartości materii organicznej oraz wszelkich połączeń typu organicznego, istotnych w przypadku azotu, fosforu czy siarki. Przede wszystkim zawartość potasu w glebach (od 0,02 do 2,03) zależy od ilości minerałów, tj. glinokrzemianów, będących jego pierwotnym źródłem. Większe ilości potasu obserwuje się na glebach gliniastych, ilastych oraz madach niż na glebach lekkich czy organicznych, np. torfowych. Za przyswajalny potas uważa się ten, który znajduje się w roztworze glebowym oraz jest zasorbowany wymiennie w kompleksie sorpcyjnym gleby. Łącznie ilości te nie przekraczają 13 ogólnej zawartości potasu w glebach, przy czym mogą one ulegać stratom wskutek wymycia bądź sorpcji trudno- lub nawet niewymiennej w przestrzeniach międzypakietowych minerałów ilastych. Zjawisko niewymiennego wiązania potasu jest formą uwsteczniania i podlega mu nie tylko potas glebowy, lecz takźe ten wprowadzony z nawozami mineralnymi. Jest ono szczegóhlie silne, gdy w glebie występuje większa ilość minerałów ilastych, gleba jest pozbawiona potasu, charakteryzuje się małą zawartością materii organicznej lub dużymi wartościami pH.

chlorku cyny (II) - SnC1 2, który z kolei utlenia się do chlorku cyny (IV) - SnC14 ) . Katalizatorem reakcji jest fotoreks, który dodatkowo ma zdolności redukcyjne oraz utrwala zabarwienie. Intensywność niebieskiego zabarwienia jest proporcjonalna do zawartości fosforu i oznaczana metodą kolorymetryczną. Kolorymetryczne oznaczenie zawartości pierwiastków polega na pomiarze transmisji promieniowania widzialnego o określonej długości fali, które przechodząc przez roztwory zawierające barwne związki kompleksowe danego pierwiastka, ulega absorpcji. Wiązka promieniowania pada na kuwetę z analizowanym roztworem, a następ11ie na fotoogniwo selenowe. Powstały prąd po wzmocnieniu trafia do urządzenia pomiarowego. Potas jest oznaczany na fotometrze płomieniowym, po strąceniu wapnia kwasem szczawiowym i przesączeniu próbki. WYKONANIE OZNACZENIA

1. 5,00 g suchej gleby odważyć i umieścić w bidonie o pojemności 500 cm 3 . 2. Do bidonów wraz z glebą dodać 250 cm 3 roztworu 0,04 mol· dm- 3 mleczanu wapnia o pH 3,55. 3. Roztwór wytrząsać przez 1,5 godziny na mieszadle rotacyjnym z około 40 obr. · min- 1 .

4. Zawartość bidonu sączyć do dwóch probówek kalibrowanych na 25 cm 3 (jedna przeznaczona do analizy fosforu, druga do analizy potasu), odrzucając pierwsze krople przesączu, tak aby uzyskać klarowny roztwór. 5. Do probówki przeznaczonej na oznaczanie fosforu dodać 2 cm 3 roztworu będącego mieszaniną molibdenianu (VI) amonu z fotoreksem i 1 cm 3 roztworu chlorku cyny (II), wymieszać. 6.

7.5.2.

Oznaczanie przyswajalnego fosforu i potasu w glebie metodą Egnera-Riehma

Zasada metody Oznaczenie przyswajalnego fosforu i potasu polega na ekstrakcji pierwiastków z gleby roztworem mleczanu wapnia będącego mieszaniną kwasu mlekowego, mleczanu wapnia oraz chlorku wapnia o pH 3,55. Mieszanina ta jest dobrze zbuforowana w stosunku do jonów H+ i Ca2 +. Decydują one o odczynie, wpływają także na rozpuszczalność związków fosforowych oraz wypieranie jonów potasu z glebowego kompleksu sorpcyjnego. Ponadto jony wapnia zawarte w roztworze ograniczają rozpuszczalność związków organicznych, dzięki czemu przesącze są klarowne. Zakłada się, że formy fosforu i potasu ekstrahowane tym odczynnikiem stanowią pulę obu pierwiastków przyswajalną dla roślin. Vv uzyskanym ekstrakcie fosfor oznacza się metodą kolorymetryczną. W środo­ wisku kwaśnym, w obecności chlorku cyny (II) i fotoreksu, jony fosforanowe wraz jonami molibdenowymi tworzą błękit fosforo-molibdenowy (6-wartościowy molibden w molibdenianie (VI) amonu redukuje się do 4-wartościowego pod wpływem

szybkością

Pozostawić

w ciemności na 30-45 minut, podczas których tworzy się kompleksowy, niebiesko zabarwiony błękit fosforo-molibdenowy. Po tym czasie kolorymetrować przy długości fali A = 575 nm.

7. Do probówki przeznaczonej na oznaczanie potasu dodać 2 cm 3 IO-procentowego kwasu szczawiowego. Wymieszać i całość przesączyć do suchej probówki. 8. Równolegle należy przygotować roztwory wzorcowe dla potasu i fosforu. W tym celu do kolb miarowych o pojemności 500 cm 3 pobrać z roztworu wzorcowego roboczego O, 5, 10, 15, 20 i 30 cm 3 , a nastę'pnie dodać po 25 cm 3 mleczanu wapnia zapasowego, uzupełnić wodą do kreski i wymieszać. Uzyskuje się w ten sposób wiele wzorców odpowiadających w przeliczeniu na 100 g suchej masy gleby O; 5,0; 10,0; 15,0; 20,0 i 30,0 mg P20s oraz K20. Z przygotowanych roztworów roboczych odmierzyć po 25 cm 3 poszczególnych stężeń do probówek o objętości 25 cm 3 , a następnie postępować jak w przypadku próbek do analizy, dodając odpowiednie odczynniki. 9.

Intensywność oznaczać

barwy próbek badanych na zawartość fosforu oraz ich wzorców na kolorymetrze, natomiast ilość potasu w próbkach na fotometrze

CT

1- i

,! 75

74 płomienimvym

(Flapho), mierząc charakterystycznej dla potasu.

intensywność

emisji

światła

o

długości

fal.i

10. Na podstawie odczytów dla roztworów wzorcowych sporządzić krzywą wzorcową. Odczytać z niej zawartości przyswajalnego fosforu oraz potasu w badanej próbce (wyrażone bezpośrednio jako P 20 5 oraz K 20 w mg· 100 g- 1 ).

Szkło i akcesoria: bidony o pojemności 500 cm 3, probówki kalibrowane na 25 cm3 , pipety o objętości 1 oraz 5 cm 3, kolby miarowe o pojemności 1000 cm 3 , lejki, statywy.

7.5.3.

Ocena

zasobności

gleb w przyswajalny fosfor i potas

Odczynniki: l. Zapasowy roztwór mleczanu wapnia: 120 g Ca(CH3CHOHC00)2 · 5 H20 rozpuścić w około 700 cm 3 podgrzanej wody, dodać 40 cm 3 10 N HCl i mieszać do całkowitego rozpuszczenia mleczanu, następnie dodać kilka kropli toluenu i uzupełnić wodą do objętości 1000 cm 3 , wymieszać . Roboczy roztwór mleczanu wapnia: 100 cm 3 roztworu zapasowego rozcień­ czyć wodą destylowaną do objętości 2000 cm 3.

2. Roztwór molibdenianu (VI) amonu: 50 g (NH4)5Mo7034 · 4 H20 rozpuścić na gorąco i uzupełnić do 1000 cm 3, przechowywać w butelce z ciemnego

Liczby graniczne dla fosforu (tab. 12) są jednakowe dla wszystkich kategorii agronomicznych gleby, ponieważ zawartość fosforu w glebach w niewielkim stopniu zależy od składu granulometrycznego. Ilości składnika zależą od obecności materii organicznej oraz od zjawiska sorpcji chemicznej. Tabela 12. Ocena zawartości fosforu i potasu w glebach mineralnych na podstawie trakcji metodą Egnera-Riehma

zasobności

szkła.

3. Zapasowy roztwór fotoreksu : 2 g metolu (siarczan 1-metylo-p-aminofenolu) , 10 g siarczanu (IV) sodu (Na280 3) i 100 g pirosiarczanu (VI) sodu (Na28201) rozpuścić w około 800 cm 3 podgrzanej wody, po rozpuszczeniu uzupełnić do 1000 cm 3 i przechowywać w butelce z ciemnego szkła.

Zawartość

Klasa

fosforu i potasu

V IV III II

b.

I

b.

mała

mała

średnia duża duża

Roboczy roztwór fotoreksu: 300 cm3 roztworu zapasowego wymieszać z 500 cm 3 wody. 4. Mieszanina molibdenianu (VI) amonu z fotoreksem: przygotować bezpośred­ nio przed użyciem, mieszając roztwór roboczy molibdenianu (VI) amonu z roztworem roboczym fotoreksu w stosunku 1:1. 5. Roztwór chlorku cyny (II) : 0,35 g SnCh · 2 H 20 rozpuścić w 55 cm3 10 N HCI , a następnie uzupełnić wodą destylowaną do objętości 100 cm 3 i wymieszać. 6. 10-procentowy roztwór kwasu szczawiowego: 10 g H 2C 20 4 · 2 H 2 0 w 100 cm3 wody destylowanej w kolbie miarowej i wymieszać.

rozpuścić

7. Roztwory wzorcowe zapasowe: odważyć na wadze analitycznej 1,917 g KHP04 oraz 0,534 g KCl, a następnie rozpuścić w wodzie destylowanej z kroplą toluenu w kolbie miarowej o objętości 1000 cm 3 . Tak przygotowane roztwory w 1 cm 3 zawierają 1,0 mg P 20 5 lub 1,0 mg K20· Roztwór wzorcowy roboczy: pobrać pipetą z roztworu zapasowego 100 cm3 i uzupełnić wodą destylowaną do 1000 cm 3. Przygotowany roztwór w 1 cm 3

P205 (mg· 100 g- 1 ) do 5,0 5,1-10,0 10,1-15,0 15,1-20,0 ponad 20,1

eks~

K20(mg·100 g 1 ) kategoria agronomiczna gleby bardzo lekka średnia ciężka lekka do 2,5 do 7,5 do 10,0 do 5,0 2,6-7,5 7,6-12,5 10,1-15,0 5,1-10,0 7,6-12,5 10,1-15,0 12,6-20,0 15,1-25,0 12,6-17,5 15,1-20,0 20,1-25,0 25,1-30,0 ponad ponad pona d ponad 25,1 17,6 20,1 30,1

Zgoła

odmienne kształtują się liczby graniczne dla pot asu (tab. 12). Uwzględ­ one kategorie agronomiczne gleby, ponieważ za zatrzymywanie i uwalnianie potasu odpowiada głównie mechanizm sorpcji wymiennej kationów i pojemność sorpcyjna gleby, która zależy od uziarnienia, a zwłaszcza od zawartości frakcji ilastych. Zasobność gleb w przyswajalny fosfor i potas jest podstawowym elementem oceny żyzności gleb, jest także kryterium do określania dawek tych składników . Ma to szczególne znaczenie w przypadku gleb o bardzo dużej zawartości potasu pierwiastka luksusowo (w nadmiarze) pobieranego przez rośliny, czego konsekwencją jest niekorzystny wynik ekonomiczny wyrażony zarówno gorszą jakością plonu, jak i nadmiernymi wydatkami na cele nawozowe. niają

7.6. 7.6.1.

Magnez przyswajalny dla

roślin

Uwagi ogólne

zawiera 0,1 mg P20s lub 0,1 mg K20. Sprzęt:

waga analityczna, mieszadło rotacyjne, spektrofotometr nego (kolorymetr albo spekol), fotometr płomieniowy.

światła

widzial-

Magnez, oprócz potasu i sodu, występuje najczęściej w skorupie ziemskiej, w postaci krzemianów i glinokrzemianów, a także w węglanach magnezu (dolomit i magnezyt) oraz siarczanie magnezu (kizeryt). Jego zawartość w glebach

głównie

.....7.

li 77

76 wynosi od 0,05 do 0,6%. Niewielkie ilości magnezu są obecne w materii organicznej (około 1% ) oraz w resztkach roślinnych i zwierzęcych . Generalnie im gleba lżejsza, tym uboższa w magnez. Także gleby organiczne charakteryzują się małą ilością tego składnika. Większymi zawartościami pierwiastka odznaczają się niżej poło­ żone poziomy genetyczne gleby. Magnez jest bowiem pierwiastkiem ruchliwym, słabo zatrzymywanym przez glebowy kompleks sorpcyjny, łatwo ulegającym wymyciu praktycznie z każdego typu gleby (średnio od 20 do 70 kg· ha- 1 rocznie), a szczególnie intensywnie z gleb kwaśnych. To niekorzystne zjawisko doprowadza do deficytu magnezu w glebie, a co za tym idzie do niskiego poziomu ilości pierwiastka przyswajalnych dla roślin. Za magnez przyswajalny, ilościowo stanowiący niewiele ponad 3% ogólnej zawartości , podobnie jak w przypadku potasu, uważa się formy ruchome, czyli związane w sposób v.rymienny w glebowym kompleksie sorpcyjnym (od 2 do 4% ogólnej ilości składnika) oraz aktywne - znajdujące się w roztworze glebowym.

gdzie: a - odczyt z krzywej wzorcowej, 10 - przelicznik na 1 kg gleby. Odczynniki: l. Roztwór 0,0025 mol · drn- 3 chlorku wapnia: 2,75 g CaC1 2 · 6 H20 rozpuścić w wodzie destylowanej i uzupełnić w kolbie miarowej o pojemności 1000 cm 3

do kreski, a

następnie wymieszać.

2. Podstawowy roztwór wzorcowy magnezu: odważyć 0,1000 g wstążki magnezowej oczyszczonej z tlenków, rozpuścić w 25 cm 3 10-procentowego roztworu HCl, a następnie przenieść do kolby miarowej o pojemności 1000 cm 3 , uzupełnić wodą do kreski i wymieszać . W tak przygotowanym roztworze w 1 cm 3 znajduje się 0,1 mg magnezu. Sprzęt:

waga laboratoryjna,

mieszadło

rotacyjne, spektrofotometr absorpcji ato-

mowej.

7.6.2.

Oznaczanie przyswajalnego magnezu w glebie metodą Schachtschabela

Szkło i akcesoria: bidony o pojemności 100 cm 3 , probówki kalibrowane· na 25 cm3 , lejki, kolby miarowe o pojemności 1000 cm 3 .

Zasada metody Metoda polega na ekstrakcji magnezu z gleby roztworem 0,0025 mol· dm- 3 CaC1 2 , przy stosunku gleby do roztworu m:v wynoszącym 1:10. Zakłada się, że formy magnezu ekstrahowane tym odczynnikiem stanowią pulę przyswajalną dla roślin. W uzyskanym ekstrakcie magnez oznacza się metodą atomowej spektrofotometrii absorpcyjnej (ASA). WYKONANIE OZNACZENIA l. 5,00 g suchej gleby umieścić w bidonie o pojemności 100 cm3 i zalać 50 cm 3 roztworu 0,0025 mol · dm- 3 CaC1 2 , całość wytrząsać przez 2 godziny na mieszadle rotacyjnym z szybkością około 40 obr. · min- 1 .

2. Po upływie tego czasu zawartość bidonów przesączyć do probówek kalibrowanych na 25 cm 3 , odrzucając pierwsze krople przesączu, tak aby uzyskać klarowny roztwór. 3.

Zawartość magnezu w uzyskanym ekstrakcie oznaczyć metodą ASA. Wyniki uzyskane dla analizowanego roztworu są podawane w µg · cm- 3 .

4. Na podstawie odczytów dla wzorców sporządzić krzywą wzorcową i odczytać z niej zawartości przyswajalnego magnezu w badanej próbce. Ilość pierwiastka przedstawić w mg . kg- 1 . Obliczenia Mg (mg· kg- 1 ) =a · 10

Ocena zasobności gleb w przyswajalny magnez

7 .6.3 .

Liczby graniczne dla magnezu (tab. 13) uwzględniają kategorie agronomiczne gleby, co jest związane ze zjawiskiem zatrzymywania składnika w glebie i wymywania z niej. Intensywność zachodzenia tych procesów zależy przede wszystkim od zdolności sorpcyjnych gleb, a te z kolei od zawartości frakcji ilastych. Biorąc pod uwagę szybkość wymywania magnezu z gleb Polski oraz zróżnicowane wymagania roślin uprawnych w stosunku do tego składnika, liczby te należy traktować jako orientacyjne, ponieważ ewentualne objawy niedoboru magnezu w znacznym stopniu zależą od rodzaju rośliny i zawartości składnika w głębszych warstwach gleby. Tabela 13. Ocena zawartości magnezu w glebach mineralnych na podstawie ekstrakcji metodą Schachtschabela (mg · kg- 1 ) Klasa

Zawartość

zasobności

magnezu bardzo mała

V N III II

I

mała średnia

duża

bardzo

duża

Kategoria agronomiczna gleby średnia ciężka bardzo lekka lekka do 40,0 do 30,0 do 10,0 do 20,0 40,1-60,0 10,1-20,0 20,1-30,0 30,1-50,0 61,1-100,0 50,1-70,0 20,1-40,0 30,1-50,0 100,1-140,0 70,1-90,0 40,1-60,0 50,1-70,0 ponad ponad ponad ponad 140,1 70,1 90,1 60,1

r

1

78

7.7.

Mikroelementy niezbędne dla roślin

Dla zaspokojenia potrzeb żywieniowych roślin istotnych jest pięć pierwiastków: miedź, cynk, mangan, bor i molibden. Mniejsze znaczenie mają chlor i sód pierwiastki,- na które zapotrzebowanie wykazują jedynie określone gatunki roślin. Dostępność mikroelementów, podobnie jak makroskładników, zależy od odczynu gleby. Zakres pH od 5 do 6 sprzyja najlepszej przyswajalności miedzi, cynku i boru, molibden jest dostępny dla roślin w środowisku bardziej zasadowym, natomiast mangan w zdecydowanie kwaśnym. Ze względu na taki biogeochemizm mangan jest często traktowany jako jeden ze wskaźników zakwaszenia gleby (obok wodoru, glinu i żelaza). Całkowita zawartość manganu w poszczególnych glebach jest zróżnicowana, przy czym gleby piaszczyste są uboższe w ten składnik od gleb gliniastych, a gleby mineralne od gleb organicznych. Średnia zawartość manganu w glebach waha się od 100 do 1300 mg· kg- 1 . Źródłem pierwiastka są skały macierzyste oraz nawozy. Mangan występuje w środowisku glebowym w formie jonowej Mn 2+ oraz w postaci tlenków , w których występuje jako Mn 3 + oraz Mn4+, przy czym dwie ostatnio ·wymienione formy są trudno rozpuszczalne. Dwuwartościowy mangan jest pobierany przez rośliny i w takiej postaci znajduje się w roztworze glebowym oraz podlega sorpcji na minerałach ilastych i materii organicznej. Tworzeniu trwałych kompleksów z materią organiczną sprzyja większa wartość pH, czego konsekwencją jest słabsza rozpuszczalność tych związków, a co za tym idzie - przyswajalność składnika dla roślin. Szacuje się, że udział manganu przyswajalnego dla roślin w jego ilości ogółem wynosi od 3 do 20%. Do czynników wpływających na przyswajalność manganu należy zaliczyć: potencjał oksydacyjno-redukcyjny, pH oraz ilość świeżej materii organicznej. Jego niedobór występuje n a glebach lekkich, suchych, o odczynie zasadowym, a nadmiar na glebach ciężkich, wilgotnych, kwaśnych. Zawartość miedzi w glebach, nawet nie zanieczyszczonych tym pierwiastkiem, mieści się w zakresie od 1do140 mg · kg- 1 , przy czym większe wartości są charakterystyczne dla gleb cięższych. Źródłem miedzi, poza nawozami i środkami ochrony roślin, są minerały miedziowe, takie jak chalkopiryt i malachit. Miedź najczęściej występuje na drugim stopniu utlenienia, ale może także być obecna jako jednowartościowa bądź w postaci jonów kompleksowych. Jest silnie wiązana przez materię organiczną oraz minerały ilaste, wytrąca się w postaci siarczanów, siarczków czy węglanów, d ając mało mobilne formy. Tworzeniu takich połączeń sprzyja odczyn zasadowy, natomiast spadek wartości pH przyczynia się do wzrostu ruchliwości miedzi w środowisku oraz zwiększenia jej biodostępności. Na ogół miedź jest silnie wiązana w powierzchniowych warstwach gleby, co zapobiega jej przemieszczaniu w głąb profilu glebowego oraz przedostawaniu się do wód gruntowych. Jej forma ruchoma stanowi nie więcej jak 1-2% zawartości całkowitej, z kolei na formy przyswajalne przypada około 25%. Miedź jest najbardziej niedoborowym składnikiem na użytkach zielonych, głównie w zmeliorowanych i zagospodarowanych glebach . torfowych. Gdy zawartość miedzi w glebie organicznej spada poniżej 10 mg· kg- 1 s.m., konieczne jest nawożenie.

79

w glebie odznacza się cynk, czemu sprzyja w którym wszystkie związki cynku są łatwo rozpuszczalne, a uwolnione jony tworzą połączenia mineralne lub organiczno-mineralne o dużej mobilności, nawet w warunkach odczynu alkalicznego. Ocenia się, że około 60% cynku rozpuszczalnego ·występuje w kompleksach organicznych. Cynk jest najsilniej wiązany przez materię organiczną w odczynie lekko kwaśnym. Bez względu na formy, w jakich występuje cynk w glebie, jego rozpuszczalność maleje proporcjonalnie do wzrostu wartości pH. W związku z tym ewentualne niedobory cynku obserwuje się na glebach alkalicznych. Pierwiastek ten występuje głównie w formie dwuwartościowej, ale w odpowiednich warunkach może tworzyć jony kompleksowe. Rośliny mogą go pobierać zarówno w formie jonowej Zn2+, jak i w postaci chelatów organicznych. Jednak ze względu na biogeochemizm cynku, tylko jego nieznaczna część jest przyswajalna dla roślin i nie przekracza 1% ogólnej zawartości składnika w glebie. Jest łatwo wiązany przez tlenki żelaza i manganu oraz przez materię or"· ganiczną. Średnia zawartość pierwiastka w glebach mieści się w przedziale od 30 do 125 mg· kg- 1 i wykazuje dużą zależność od składu mechanicznego. Cynk występuje w minerałach krz;emianowych, takich jak angit, biotyt, hornblenda i sparelit. Łatwo migrującym w glebie pierwiastkiem jest też bor, mimo że łatwo podlega wiązaniu przez wodorotlenki glinu i żelaza (duże znaczenie ma sorpcja specyficzna przez wodorotlenki glinu), próchnicę oraz minerały ilaste. Zj awiska sorpcji jonów boranowych zachodzą szczególnie szybko i silnie w warunkach odczynu alkalicznego. 'lhrost pH zmniejsza zawartość boru przyswajalnego dla roślin, która jest szacowana na niewiele ponad 6% ogólnej zawartości pierniastka w glebie. Ograniczeniu ilości rozpuszczalnego pierwiastka sprzyja także susza. Zawartość boru mieści się w przedziale od 2 do 80 mg · kg- 1 i zależy przede wszystkim od skały macierzystej, w której bor może być obecny w postaci minerałów borokrzemianowych i boroglinokrzemianowych, np. w postaci turmalinu. Gleby cięższe zawierają więcej boru niż gleby lekkie piaszczyste. Przyjmuje się, iż w środowisku kwaśnym dominuje B(OH)4, a w obojętnym i alkalicznym H2B03 i B40~-. Zdecydowanie inaczej niż zaprezentowane powyżej mikroskładniki zachowuje się w glebie molibden, którego ilości przyswajalne dla roślin wzrastają wraz ze wzrostem pH. Ogólna zawartość molibdenu w glebach jest mała, rzędu 0,2-5,0 mg · kg- 1 , przy czym największa część znajduje się w formie nierozpuszczalnej, a formy przyswajalne dla roślin stanowią około 1% ogólnej zawartości. Połączenia nierozpuszczalne to przede wszystkim molibden wbudowany w siatki krystaliczne minerałów pierwotnych i wtórnych, związany z materią organiczną (może stanowić do 36% jego ogólnej ilości) , zasorbowany na minerałach ilastych oraz tlenkach i wodorotlenkach glinu i żelaza (sorpcja specyficzna, jak w przypadku H 2 P04) . Jednocześnie należy dodać , że procesy sorpcji na poszczególnych elementach gleby zacho dzą silniej, gdy odczyn gleby jest kwaśny. Zdecydowanie

większą ruchliwością

środowisko kwaśne,

Wykorzystanie wspólnego ekstraktora - 1 mol -dm- 3 HCI do określania ilości przyswajalnych mikroelementów w glebach Decyzja o konieczności nawożenia mikroelementami, podobnie jak makroskład­ nikami, powinna być poprzedzona określeniem ich zawartości w glebie. W Polsce

1

80

i'·' !~ ; !!,

r

!

!I .! 'i

1\ :1i

'l'i 111:· '1.:· l

\

i ;.

do oceny zasobności gleb w przyswajalne mikroskładniki jest stosowany roztwór ekstrakcyjny Rinkisa (1 mol · dm- 3 HCl) będący odczynnikiem grupowym. Ekstrakcja nim dostarcza informacji o zawartości w glebie form pierwiastków potencjalnie przyswajalnych dla roślin. Uzyskane w ten sposób ilości mikroelementów porównuje się z liczbami granicznymi. Daje to możliwość oceny zawartości (duża, średnia lub mała) danego mikroelementu w glebie, a tym samym stwierdzenia, czy badana gleba wymaga nawożenia uzupełniającego. Liczby graniczne zależą od kategorii agronomicznej gleby (Cu, Zn, Mn) , od odczynu (B , Mn, Mo) , a także od zawartości fosforu (tylko Mo). Uwzględnienie takich czynników jest związane z tym, że za zatrzymywanie mikroelementów w glebie oraz za ich uwalnianie z gleby odpowiadają głównie procesy sorpcji wymiennej kationów, które zależą od pojemności sorpcyjnej gleby, a tym samym od uziarnienia i odczynu gleby. W przypadku molibdenu ujęcie w liczbach granicznych zawartości fosforu oraz odczynu jest podyktowane korzystnym wpływem nawożenia fosforowego na pobranie molibdenu przez rośliny. Jednocześnie działanie fosforu zależy od odczynu gleby. W glebach kwaśnych fosfor ułatwia przyswajanie molibdenu, natomiast w środowisku alkalicznym utrudnia roślinom pobranie molibdenu.

lf·;1 :• •)

Zasada metody

~

Metoda polega na ekstrakcji metali z gleby roztworem 1 mol · dm- 3 HCl, przy stosunku gleby do roztworu 1:10. Po przesączeniu ekstraktu oznacza się w nim metale metodą absorpcyjnej spektrofotometrii atomowej (ASA) i przelicza na mg· kg- 1 gleby. Zasobność gleby w metale pełniące funkcję mikroelementów (Cu, Zn, Mn, Bi Mo) ocenia si ę na podstawie liczb granicznych (tab. 14-18).

~i,., ·:

I

!0.·1 I

.1

'J-

I

l.1 ~ · l•.

/G

~!11, · i;

iH'11

2. Po godzinie zawartość bidonów przesączyć do probówek kalibrowanych o objętości 50 cm 3 , odrzucając pierwsze krople przesączu.

I/ :j f

3.

11:

l

i,

l;

4. Zawartość badanych metali przedstawić w mg · kg- 1 .

il'i

5.

J ~

~

Opierając się na obliczonych danych, gleby w przyswajalne mikroelementy.

I

I:

I'I ··

dokonać

Obliczenia

Średnia Duża

oceny

mg· kg- =a· 10 gdzie: a - odczyt z krzywej wzorcowej , 10 - przelicznik na 1 kg gleby.

ciężka

< 5,0 5,0-15 ,0 > 15,0

Tabela 15. Ocena zawartości cynku wyekstrahowanego 1 mol· dm- 3 HCl z gleb mineralnych (mg·kg- 1 ) Zawartość

cynku Mała

Średnia

bardzo lekka < 0,7 0,7-3,3 > 3,3

Kategoria agronomiczna gleby lekka średnia < 1,4 < 4,6 1,4-6,3 4,6-20,5 > 20,5 > 6,3

ciężka

< 11 ,5 11 ,5-51,1 > 51,1

Tabela 16. Ocena zawartości boru wyekstrahowanego 1 mol · dm- 3 HCI z gleb mineralnych (mg·kg- 1 ) Zawartość

boru

do 4,5 < 0,8 0,8-2,6 > 2,6

Mała

pH w 1 mol· dm 4,6-5,5 < 1,0 1,0-3,2 > 3,2

·s KC! 5,6-6,5 < 1,3 1,3-4,3 > 4,3

od 6,6 < 2,2 2,2-7,2 > 7,2

Tabela 17. Ocena zawartości manganu wyekstrahowanego 1 mol· dm- 3 HCI z gleb mineralnych (mg · kg- 1 ) Zawartość

manganu Mała

Kategoria agronomiczna gleby bardzo lekka lekka średnia ciężka

Średnia zasobności

Kategoria agronomiczna gleby lekka średnia < 1,6 '< 2,3 1,6-4,9 2,3-6,7 > 4,9 > 6,7

.

badanej

bardzo lekka lekka średnia ciężka

Duża

1

~

,.

Mał a

Zawarto ści metali w ekstraktach oznaczać metodą atomowej spektrofotomerii absorpcyjnej, na aparacie AAS, wobec przygotowanych wzorców wyraża­ jących stężenia poszczególnych pierwiastków w µg · cm- 3 .

,.1.,

j

bardzo lekka < 0,9 0,9-2,5 > 2,5

miedzi

Duża

1. Naważyć 5,0 g gleby powietrznie suchej do bidonów o pojemności 100 cm 3

'I' Ii.

~

Zawartość

Średnia

WYKONA NIE OZNACZENIA

i dodać 50 cm 3 roztworu 1 mol· dm- 3 HCl, a następnie mieszać zawartość przez 1 godzinę na mieszadle rotacyjnym z szybkością około 40 obr. · min- 1 .

Iji

Tabela 14. Ocena zawartości miedzi wyekstrahowanej 1 mol· dm- 3 HCl z gleb mineralnych (mg· kg- 1 )

Duża

i ·l 11 I

~·

81

bardzo lekka lekka średnia ciężka

do 4,5 <9 < 13 < 16 < 18

pH w 1 mol · dm ·s KC! 5,1-5,5 4,6-5,0 < 12 < 15 < 21 < 30 < 28 < 50 < 40 < 75

9-90 13-130 16-160 18-180

12-125 21-210 28-280 40-390

15-150 30-310 50-510 75-750

> 90 > 130 > 160 > 180

> > > >

> > > >

125 210 280 390

150 310 510 750

od 5,6 < 17 < 40 < 85 < 110 17-170 40-400 85-830 110-1 100

> 170 > 400 > 830 > 1 100

Il

4' l

82

LO

u) "t:I

o

...... o......

N

o

t-

o

o ......


;>.,

"
"'oo.

V

"'

o_ o

~

LO

"
V

!,


N

~c:: ca

"t:I

bO

,___

bO

6:5

c::

"§ ..o Q) bo

o" ::r::

"'I

a "t:I o a ......

fili


LO_

bo


bO I

o o ...... bO

a

o_ o ......

o ::::: '°LO

c,_ "'Ia LO

"t:I

o ~

LO

"'

'U 'UJ

o ..._,

;;;

~ ,___

"t:I

"t:I

o

V ~

o

V

......

N ......

9 o o o /\ N

N N

N

~

LO

o

~

o

t-

LO

o

/\

t,....,

t-

/\

'°LO

V

""'oo

~

o

t-

~

'"?
o

"
V

LO

~-

"c::

o

"'

"t:I

Q)

u

B....

~

o ......' ...... o ......

·N

'U 'UJ

t-

""'o~ o oo,...., ' o_ /\ V ""' o

"ii)'

;;;

~

~

o

LO

o ..._,

"'

oo o

""'o 9 o...... "f o

·o 'UJ

03

N

......


a

..o

oo o

o 9 o N V o o /\

LO ...... ::r:: "

o.

cxi ......

o

N

·a

o

/\

o_ o


:S

o

"'

o oN '"? o ..J. o "
!i

:::: Q)

~

N

~o ..c:: .!:; "' ::l

......

;>.,

..o Q)

Q)

~

/\

""'o_ o o...... o

"t:I

I

o

o 9 o N V o o /\

LO

·N

..>::

Odczynniki: t-

o o o o...... 4 o""'

"ii)'

oo ......

o o

r!..

o_ o o o

....< o oo V ...... o

o

~

o /\

o o_ ...... /\

::l

:::: Q)

"t:I

..o

"'~ o N a

"'

""Ol ~

·a"'

"'

"t:I

·N

;... •U)

Ci

Q)

83

::l

Roztwór 1 mol· dm- 3 kwasu chlorowodorowego: odmierzyć cylindrem miarowym objętość 82,5 cm 3 stężonego HCl (d = 1,19 g/cm 3 ) i rozcieńczyć wodą destylowaną do 1000 cm3 , a następnie wymieszać . Sprzęt: waga laboratoryjna, mieszadło rotacyjne, spektrofotometr absorpcji ato-

mowej. Szkło i

akcesoria: bidony o pojemności 100 cm 3 , probówki kalibrowane na 50 cm 3 , cylinder miarowy o objętości 50 cm 3 , lejki, statyw.

7.8 .

Metale

ciężkie

w

środowisku

glebowym

Metale ciężkie to grupa pierwiastków o umownie przyjętej granicy gęstości po-wyżej 4,5 g · cm - 3 . Do znanych metali ciężkich należą: ołów, kadm, chrom, miedź,

nikiel, cynk i rtęć. Ich obieg i migracja w naturalnych warunkach są związane z takimi procesami, jak: wietrzenie skał, erupcja wulkanów, pożary lasów, procesy glebotwórcze. Metale ciężkie są w środowisku bardzo rozpowszechnione i dopóki występują w postaci związanej w rudach i skałach , nie stanowią zagrożenia. Współ­ czesne uprzemysłowienie oraz urbanizacja sprzyjają nagromadzeniu metali ciężkich w środowisku. Największymi źródłami wprowadzania metali do gleb są przemysł i jego ścieki, spalanie paliw płynnych , transport oraz spalanie odpadów i śmieci, a także nawożenie mineralne (głównie nawozami fosforowymi oraz wapniowo-magnezowymi) . Niebezpieczeństwo zanieczyszczenia środowiska glebowego metalami ciężkimi zaczyna się pojawiać, gdy zmieniają formę, w jakiej występują, ponieważ właśnie ona decyduje o szybkości obiegu i migracji, warunkując tempo włączania metalu do łańcucha pokarmowego. Do oceny stopnia nagromadzenia metalu w glebie standardowo służy analiza na ogólną jego zawartość. Jednak przydatność tej oceny z punktu widzenia praktyki rolniczej jest znikoma, nie można bowiem za jej pomocą określić ilości pierwiastka przyswajalnych dla roślin. W związku z tym dla celów praktycznych proponuje się wykorzystanie różnych ekstraktorów, zwłaszcza odczynników kompleksujących DTPA lub EDTA. Są to związki chemiczne, tzw. kompleksowe (inaczej kompleksy, związki koordynacyjne) , w których można wyróżnić jeden lub więcej atomów centralnych otoczonych przez inne atomy lub ich grupy zwane ligandami , przy czym przynajmniej jedno wiązanie atomu centralnego z ligandem ma charakter wiązania koordynacyjnego. Związki typu EDTA czy DTPA tworzą bardzo silne kompleksy z większością metali. Rozpuszczalność i ruchliwość pierwiastków nie jest jednakowa i poza indywidualnym biogeochemizmem pierwiastków w głównej mierze zależy od warunków środowiska. Generalnie odczyn alkaliczny, obojętny sprzyja zmniejszeniu ruchliwości metali ciężkich, z których większość w takich warunkach wytrąca się w postaci nierozpuszczalnych tlenków lub wodorotlenków. Takźe większa zawartość w glebie czynników sorbujących (materia organiczna, minerały ilaste, tlenki glinu i żelaza) prowadzi do unieruchomienia metali ciężkich, przede wszystkim miedzi , ołowiu, chromu oraz rtęci.

~: 1:

1

ii

!I·.1

I

84

\ł

ą

85

Oznaczanie potencjalnie rozpuszczalnych form metali ciężkich testem DTPA Test DTPA został opracowany przez Lindsaya i Norvella (1978) pod kątem oceny fitoprzyswajalności zwłaszcza takich mikroelementów, jak: . miedź, żelazo, mangan i cynk w glebach obojętnych i alkalicznych. Zgodnie z założeniem cytowani autorzy opracowali liczby graniczne oceniające zasobność gleb w wymienione pierwiastki (tab. 19) . Tabela 19. Ocena DTPA)

zasobności

Pierwiastek

Cu Zn Mn Fe

:1,

il'

i

I

\i

gleby w fitoprzyswajalne metale (ekstrakcja roztworem Zawartość metali (mg · kg

1

)

odpowiednia

deficytowa

> > > >

< 0,2 < 0,5 < 1,0 < 2,5

0,2 1,0 1,0 4,5

~I

( ł

1

Obecnie roztwór DTPA jest :używany do ekstrakcji metali ciężkich z różnych gleb, także z gleb zanieczyszczonych, i to niezależnie od ich odczynu. Test ma status normy ISO (DIN 14870). Metoda polega na ocenie zawartości w glebie form metali ciężkich ekstrahowanych roztworem 0,005 mol· dm- 3 DTPA + 0,1 mol · dm- 3 TEA + 0,01 mol· dm- 3 CaC1 2 , o pH 7,3. Po przesączeniu ekstraktu metale oznacza się w nim metodą ASA i przelicza na mg · kg- 1 gleby. WYKONANIE OZNACZENIA l. Naważyć 10,0 g suchej gleby do bidonów o pojemności 100 cm 3 i dodać

20 cm 3 roztworu DTPA, a następnie mieszać całość przez 2 godziny na mieszadle rotacyjnym z szybkością ok. 40 obr. · min- 1 .

2. Po tym czasie uzyskany roztwór przenieść do probówek wirówkowych o pojemności 25 cm 3 celem jego odwirowania na wirówce z szybkością 10 000 obr. · min- 1 przez 10 minut. Odwirowany roztwór przesączyć do probówek kalibrowanych na 20 cm 3 . 3.

Zawartości poszczególnych metali w ekstraktach oznaczać metodą ASA wobec przygotowanych wzorców wyrażających stężenia poszczególnych pierwiastków w µg · cm- 3 .

4. Zawartość badanych pierwiastków przedstawić w mg· kg- 1 . 5. Na podstawie obliczonych danych w badanej glebie.

dokonać

oceny

fitoprzyswajalności

Odczynniki:

Roztwór DTPA: mieszanina 0,005 mol · dm- 3 DTPA + 0,01 mol · dm- 3 CaC1 2 + 0,1 mol · dm- 3 trietanolaminy o pH 7,30 . Do zlewki o objętości 1000 cm 3 odważyć: 14,92 g trietanolaminy (TEA), 1,967 g DTPA i 1,11 g bezwodnego CaC1 2 (albo 1,47 g CaC}z · 2 HzO) , a następnie rozpuścić w około 500 cm 3 wody destylowanej. W uzyskanym roztworze doprowadzić pH do wartości 7,3 za pomocą HCI (1:1) i przenieść do kolby miarowej o pojemności 1000 cm 3 , uzupelniając wodą destylowaną do kreski, po czym dokładnie wymieszać .

sączenia

I

ii'I I'

gdzie: a - odczyt z krzywej wzorcowej, 2 - przelicznik na 1 kg gleby.

Szkło i akcesoria: bidony o pojemności 100 crn 3 , probówki o pojemności 20 cm 3 do

1' I

\; !: .

mg · kg- 1 = a · 2

Sprzęt: waga laboratoryjna, mieszadło rotacyjne, wirówka, spektrofotometr absorpcji atomowej , pehametr.

li

11

Obliczenia

metali

zawiesiny, lejki, kolba miarowa o

pojemności

1000 cm 3 , statyw.

l

~i

li

.

L

!1

; ' -.:___.-----·-

I fr - -2,J

I -~

!/' ,1

„·.-;--: ' I

-·

~·

.J.

.

-

'J

:'~)

11

NAWOZY MINERALNE ANALIZA I STOSOWANIE

I

1.

Wprowadzenie

Celem nawożenia jest dostarczenie roślinom przyswajalnych form składników pokarmowych, jednak zabieg musi być dostosowany do właściwości agrochemicznych gleby oraz wymagań pokarmowych uprawianych roślin. Nawożenie ma duży wpływ na kształtowanie się zasobności gleb. Nawozy, zgodnie z Ustawą z 2004 roku (Dz. U. nr 91, poz. 876), są to produkty przeznaczone do dostarczenia roślinom składników pokarmowych lub zwiększenia żyzności gleby. Dzielą się na nawozy: * mineralne - nawozy nieorganiczne produkowane w drodze przemian chemicznych lub przerobu surowców mineralnych, * naturalne - obornik, gnojówka, gnojowica, guano, * organiczne - nawozy wyprodukowane z substancji organicznej lub z mieszanin substancji organicznej , w tym komposty, także wyprodukowane z udziałem dżdżownic.

'

I'

Nawozy mineralne mogą zawierać jeden składnik (tzw. nawozy pojedyncze) bądź kilka składników (tzw. wieloskładnikowe) oraz pewne domieszki soli ubocznych nie mających często nawozowego charakteru. Nawozy w glebie ulegają rozpuszczeniu i dysocjacji, w wyniku czego następuje uwolnienie składników w formach jonowych, które zostają pobrane przez rośliny. Nawożenie musi być zatem zrównoważone w taki sposób, aby nie naruszyć równowagi jonowej gleby, co może być wynikiem stosowania zarówno małych , jak i dużych dawek nawozów. IV pierwszym przypadku nast ępuje wyczerpanie gleby ze składników przyswajalnych dla roślin, w drugim zaś dostarczone zostają ich nadmierne ilości przekraczające zapotrzebowanie roślin. Podstawowym kryterium oceny nawozów mineralnych jest ich procentowa zawartość tzw. czystego sk ł adnika wyrażanego np. jako % N. Takie składniki , jak fosfor, potas i magnez są wyrażane w formach tlenkowych, choć obecnie obserwuje się tendencję do ich prezentacji w ujęciu pierwiastkowym, przy czym można posłużyć się poniższymi wzorami: % P20s·0,436 = % P

"

% K20·0,83 = % K

% Mg0·0,6 =%Mg

r I

88 i

,1· ,.

2.

Rodzaje nawozów azotowych

l

89

.bo "' ~

:::i

,.i lj

\ijl

il ~! !!

'I

Nawozy azotowe wpływają na wzrost i rozwój roślin, toteż ich niedobór w glebie powoduje zahamowanie wzrostu roślin oraz zmniejszenie zawartości chlorofilu w roślinach, a w konsekwencji - spadek plonu. Jednak stosowanie nawozów azotowych zbyt późno lub w niewłaściwych dawkach powoduje wiele niekorzystnych zmian, takich jak zmniejszenie zimotrwałości, łatwiejsze wyleganie bądź późniejsze dojrzewanie roślin. Azot z nawozów jest pobierany przez rośliny oraz mikroorganizmy glebowe. Pewne ilości tego składnika podlegają wymyciu (przede wszystkim forma azotanowa) bądź też stratom w wyniku procesów mikrobiologicznych. Wielorakość przemian, jakim podlega azot z nawozów mineralnych powoduje, że rośliny wykorzystują 503 tego składnika. Pozostałe ilości składnika dostarczonego wraz z nawozami ulegają~mrnobilizacji (253), denitryfikacji (203) oraz wymyciu (53). -~ Współcześnie nawozy azotowe są otrzymywane syntetycznie z azotu atmosferycznego, a jedynie marginalna część pochodzi ze złóż naturalnych saletry chilijskiej (NaN0 3 ). Azot może występować w nawozach w formie kationowej (NH 4 ), anionowej (N0 3 ), w obu tych formach j ednocześnie lub w formie amidowej (NH2). Opierając się na tak różnym składzie chemicznym, podzielono nawozy azotowe na cztery podstawowe grupy (tab. 20). Nawozy amonowe - najważniejszym i obecnie najpopularniejszym na rynku polskim przedstawicielem tej grupy jest siarczan amonu zawierający azot w formie amonowej (NHt). Jest to najstarszy nawóz produkowany syntetycznie, który był otrzymywany w wyniku działania amoniaku na kwas siarkowy (VI). Obecnie jest produktem ubocznym w procesie wytwarzania kaprolaktanu (polimer stosowany do produkcji włókien i tworzyw poliamidowych). Występuje w postaci kryształów o zabarwieniu białym, szarobeżowym lub szarym. Odznacza się małą higroskopijnością i dobrą rozpuszczalnością w wodzie. Pod względem fizjologicznym jest nawozem bardzo kwaśnym, dlatego jego działanie zakwaszające jest najsilniejsze spośród wszystkich nawozów mineralnych. Jest to nawóz typowo przedsiewny, który szczególnie w warunkach gleb alkalicznych wymaga wyffiiesz~nia z glebą, tak aby zapobiec ewentualnym stratom azotu w postaci ulatniającego się amoniaku. Nawozy saletrzane - zawierają azot w formie azotanowej (N03), nie sorbowanej przez glebowy kompleks sorpcyjny. Jest to podstawowy powód stosowania nawozów z tej grupy pogłównie , tak aby stworzyć roślinom możliwość pobrania składnika, zanim forma azotanowa azotu zostanie ·wymyta w głąb profilu. Saletry odznaczają się dobrą rozpuszczalnością w wodzie oraz odczynem fizjologicznym zasadowym, dlatego są polecane do stosowania na glebach kwaśnych i bardzo kwaśnych .

Saletra wapniowa - powstaje w wyniku działania kwasu azotowego na węg­ lan wapnia. Nawóz ten w postaci granulowanej ma barwę białą lub szarą. Produkowana jest również saletra wapniowa z dodatkiem boru, która - poza cechami wspólnymi dla saletr - charakteryzuje się szczególnie dużą higroskopijnością, a ponadto jest polecana pod rośliny o dużych wymaganiach w stosunku do boru.

I~·u; Q)

-g ~

o.

>, >,

>, >, >, i:: i:: i::

~

~

~

-o -o -o bo bo bo o o o

o. o. o.

2222

::: ~ Ol Ol ~

~

3

Ol

1;)

·a:::; ·a::i ·a ·a

.~

-~§

~ ~ ~ ~

§

2

Ol

tl)

.~" -~"

2

Ol Ol Ol Ol {fJ Ul li)

;::::s

;::::s

{/]

{/]

i:: ;::>

i:o 1§: N

ó

~1~ ] .§ ....

o oo UJ

a

1§:
~

~ 1§:

N

{/]

'"' .8

obO

i:o 1§:

'U

oo bO bO

r-<

o"' o"'

UJ

"'-
1§:

C'? C'? "
o

0000 m ro ro d

~

1§:

o"'

1§: 1§: oo oo

~~ 1§: ~

0000 ~

1§: 1§:

Nu-~~~oo

'I

~10 z ~N

I

N

N

00(0C0~

N

N

'1)

'1)

li)

L.'5 M

,,_

r-< r-< r-<

U':l l.D l.D U':l t-N N N N

N C'? C'?

i-: i.:!'--

"
oC'?


"
N C'?

.., ..,

-" u

o"'

"O

UJ

..s

I

rJ3

,.!!

i

e

~~

oo"' zzo

'ct'CtZ oo::::::

I I

I

"' "' oo zz ::i::" ::i::"

0000 zzzz -.:

'<:!'

.,.,.

<::'

::i:: ::i:: ::i:: ::i::

zz

zzzz

o

N ~

o z

~

eo

2"'

o

a Q)

.... o

-5

E o ~ ~

1·

o .g .g o ++++

a Q)

~

eo

~..s..s~

.=:"'

I

N

ó"a ·a o

>, i::

-o

;::>

.D

"'

"'

o

~

i::

;::> i::

o "'~ a z "' ~

i:: t'Ó

"' a ·u; u

"'

~

i::

" "'

';;;' "O

~

ci

N

"'

QJ

.D

~

t'Ó

oj

~

~

"'

~

t'Ó

i::

i::

gi

~

.S .S o

;t ;to ~

~

o.

..,1-1t'Ó ..,......t'Ó ..,1-1"' Q)

"

"

Ol Ol Ol {/]

'~

o

"' "'

"'

t'Ó "' ~~Qi

"'

gs

§ i2

a~

"'~

~ ~

d

o s a ~ 2 .:': 8 E 6 UJ t'Ó t'Ó ~ .... Cl "' "' E ~ .9 ~ ~ ~ ~

Q)a;aa;aaa

~~~~~~~

13 ~

~ t'Ó

"'

~

1-1

'0 ~

i::

~

....o ·;:::

~

.., uo 13 '-< I

"'uo

a

a

~

-o "'o

~

"'

" o. I~g iz " a , c'.5
"'

i::~

t'Ó

"'

..,~o z ~. z oj

UJ~

o"'

' o"

§ ~ "z ~ g ::i:: Q) g Z N .- C: c0

z

I

ro roI ....__.. Z'"' 0

Cl)

"'~ ~ N

o ::i::

:9

z

az

<~

co

Q)

~ o ~ .., "'.., o o i:i:: ~

90 Nawozy saletrzana-amonowe - azot w tych nawozach występuje jednoczew obu formach: amonowej oraz azotanowej. Najważniejsze miejsce w tej grupie nawozów zajmuje powszechnie stosowana saletra amonowa. Nadaje się ona do nawożenia przedsiewnego i pogłównego na wszystkich glebach i pod wszystkie rośliny. Zawiera połowę azotu w formie amonowej, a połowę w formie azotanowej. Łączy więc właściwości zarówno soli amonowych, jak i saletr. Stosowana na glebach alkalicznych. i obojętnych, wymaga szybkiego przykrycia glebą w celu zapobiegania stratom azotu w postaci ulatniającego się amoniaku. Ze względu na możliwość wymycia azotanów nie proponuje się stosowania saletry amonowej zbyt długo przed siewem nasion. Jest to nawóz bardzo higroskopijny, łatwo rozpuszczalny w wodzie, produkowany w postaci białych lub szarych granulek. Charakteryzuje się kwaśnym odczynem fizjologicznym. Saletrzak (NH4N03 + CaC03) - nawóz o charakterystycznych jasnobrązo­ wych granulkach powstał na bazie saletry amonowej , jest bowiem jej mieszaniną z węglanem wapniowym. Ze względu na ten ostatni komponent saletrzak ma odczyn fizjologiczny lekko kwaśny i jest mniej higroskopijny niż saletra amonowa. Polecany na gleby kwaśr;ie. ·właściwośc i nawozowe saletrzaku są zbliżone do wła­ ściwości saletry amonowej, tak więc można go używać zarówno przedsiev-rn.ie, jak i do zasilania roślin w czasie ich wzrostu. Przy stosowaniu pogłównym saletrzak powinien być przykryty glebą przez bronowanie lub spulchnianie międzyrzędzi , aby zapobiec stratom azotu w postaci amoniaku. Saletrzak magnezowy, czyli Salmag GM - podobnie jak w przypadku saletrzaku bazą wyjściową do produkcji tego nawozu jest saletra amonowa, do której dodano dolomit. Nadaje się na wszystkie gleby, zwłaszcza na gleby kwaśne i ubogie w magnez. Można go stosować pod wszystkie rośliny uprawne. Salmag jest szczególnie poszukiwanym nawozem azotowym do przedsiewnego nawożenia zbóż jarych, buraków cukrowych i pastewnych oraz pogłównego nawożenia wszystkich roślin na glebach lekkich i zakwaszonych. Salmag z borem - to nawóz azotowy będący granulowaną mieszaniną saletry amonowej z drobno zmielonym dolomitem i kwasem borowym. Oprócz azotu w postaei amonowej i azotanowej oraz wapnia i magnezu w postaci węglanowej zawiera bor, który zwiększa jego wartość nawozową. \Vłaściwościami i stosowaniem nie odbiega od salmagu GM, jedynie dodatek boru sprawia, że jest stosowany pod rośliny o dużych wymaganiach w stosunku do tego mikroelementu. Należą do nich szczególnie buraki cukrowe i pastewne. Brak boru w glebie powoduje zgorzel liści sercowych buraków. Salmag z siarką - właściwości oraz stosowanie takie samo jak wszystkich salmagów. Ze względu na obecność siarki w postaci siarczanu ~nia szczególnie zalecany na gleby o małej zasobności w ten makroelement oraz pod rośliny o dużych wymaganiach w stosunku do siarki, co przede wszystkim dotyczy roślin z rodziny krzyżowych (rzepak, gorczyca, kapusta). Nawozy amidowe, których jedynym przedstawicielem na rynku jest mocznik (diamid kwasu węglowego o wzorze CO(NH 2)2) . W grupie nawozów · mineralnych jest on jedynym związkiem organicznym otrzymywanym syntetycznie w wyniku syntezy amoniaku i kwasu węglowego . Związek ten jest silnie higroskopijny, dlatego wymaga granulacji do postaci białych, perłowych kuleczek, tak aby

l

l

91 zmniejszyć natężenie

tego zjawiska. W czasie produkcji mocznika powstaje tzw. biuret, którego ilość nie powinna przekraczać 0,93, jest bowiem substancją trującą dla roślin . Mocznik jako związek organiczny nie dysocjuje w roztworach wodnych, jest więc z powodzeniem wykorzystywany w dokarmianiu dolistnym (oprysk drobnokroplisty w postaci pary). W środowisku glebowym do rozkładu mocznika poza wodą jest potrzebny enzym ureaza, wydzielany przez bakterie i grzyby, pod którego wpływem następuje hydroliza nawozu i uwalnianie azotu w formie amonowej.

śnie

CO(NH2)2 11

ureaza

(NH 4)2C03

Mocznik jest nawozem uniwersalnym, stosowanym z równym powodzeniem pod wszystkie uprawy. Ze względu na odczyn fizjologiczny kwaśny jest szczególnie zalecany do stosowania na glebach lekko kwaśnych, obojętnych . Nie poleca się jego wysiewu na glebach silnie zasadowych oraz świeżo zwapnowanych, w których pro-' cesy przemian mocznika są znacznie ograniczone. Roztwory azotowe są grupą nawozów azofowych w postaci ciekłej. Wytwarza się je ze stężonych roztworów saletry amonowej i in"ocznika. Roztwór saletrzana-mocznikowy (RSM) jest mieszaniną wodnego roztworu mocznika i saletry amonowej w stosunku molowym azotu 1:1. Nawozy te zawierają 503 azotu amidowego, 253 azotu azotanowego i 253 azotu amonowego. Roztwór RSM jest dużo efektywniejszy od nawozów sypkich, co wynika z równomierności jego rozprowadzania i dokładności dawkowania. Jest nawozem bardzo skutecznym, przydatnym do przedsiewnego i pogłównego nawożenia wszystkich gatunków roślin uprawnych. Bardzo dobre wyniki uzyskuje się, stosując ten nawóz pogłównie , metodą grubokroplistego oprysku lub rozlewu. Taki oprysk, nie powodujący poparzeń liści , umożliwiają specjalnie do tego celu przeznaczone rozpylacze płaskostrumieniowe i wielootworowe.

I

!


Nawożenie

I

+ 2 H20

-

azotem

Nawozy azotowe (poza saletrzakami) charakteryzują się dobrą rozpuszczalneco gwarantuje ich dużą szybkość działania - najszybciej działają saletry, nieco wolniej nawozy saletrzana-amonowe i amidowe, a spowolnione działanie przypisuje się nawozom amonowym. Odznaczają się także znaczną higroskopijnością, która powoduje zbrylanie się masy nawozowej podczas magazynowania. Decyzja o wyborze nawozu azotowego powinna zależeć od odczynu gleby i wymagań rośliny uprawnej oraz od właściwości nawozu, tzn. od tego, czy jest on proponowany do wysiewu przedsiewnego czy pogł ównego oraz od jego odczynu fizjologicznego . Nawozy zawierające azot amonowy są nawozami typowo przedsiewnymi. Jon NHt może podlegać wielu przemianom w glebie, nie zawsze korzystnym z punktu widzenia rolnika, takim jak: ścią,

* *

* *

ulatnianie się w postaci amoniaku, sorpcja wymienna w glebowym kompleksie sorpcyjnym, która chroni jon przed wymyciem do głębszych warstw gleby, sorpcja niewymienna na minerałach ilastych typu 2:1, sorpcja biologiczna,

ll

92

*

nitryfikacja (proces biologicznego utlenienia NH.t do formy N03; zjawisko to jest korzystne jedynie w trakcie okresu wegetacyjnego, sprzyja bowiem lepszemu pobraniu azotu, w innych warunkach prowadzi do wymycia ruchliwych azotanów). Azotany charakteryzują się dużą ruchliwością, co powoduje ich straty wskutek wymycia. Dochodzi do nich, ponieważ azot azotanowy nie podlega zjawisku sorpcji ·wymiennej. Narzuca to jednoznacznie termin stosowania nawozów saletrzanych jako nawozów pogłównych pod rośliny o dobrze wykształconym systemie korzeniowym. Poza sorpcją biologiczną N03 ulega zjawisku denitryfikacji, polegającemu na redukcji utlenionych form azotu do tlenków azotu i azotu cząsteczkowego. Procesy tego typu są niekorzystne, ponieważ prowadzą do strat azotu oraz mniejszego wykorzystania składnika przez rośliny. Nawożenia azotem wymagają również użytki zielone, szczególnie te, które są położone na glebach mineralnych. Największą efektywność nawozów azotowych na użytkach zielonych o zadowalającej wilgotności obserwuje się, gdy dawki azotu wahają się od 120 do 240 kg · ha- 1 . Na łąkach stosuje się przeważnie dawki azotu wynoszące powyżej 120 kg · ha- l , a na pastwiskach poniżej 240 kg · ha- l . Przyjmuje się, iż użytków zielonych z dużym udziałem roślin motylkowatych nie nawozi się azotem lub stosuje się nawożenie w małych dawkach.

3.

.'Tl„

Rodzaje nawozów fosforowych

Nawozy fosforowe szczególnie silnie oddziałują na jakość plonu. Zwiększają azotem, a stosowane wraz z nawożeniem potasowym zwięk­ szają mrozoodporność roślin oraz zmniejszają ich podatność na wyleganie. Ponadto fosfor korzystnie wpływa na ukorzenianie się roślin i krzewienie się zbóż. Podstawo~mi surowcami do wyrobu nawozów fosforowych są apatyty (minerały pierwotne) oraz fosforyty (minerały wtórne). Niezależnie od pochodzenia tych surowców fosfor występuje w nierozpuszczalnej w wodzie formie Ca3 (P0 4 )z . Rośliny mają zdolność pobrania tego składnika w postaci anionu H 2 P04. W związku z tym apatyty lub fosforyty są poddawane przeróbce na mokro polegającej na działaniu silnych kwasów nieorganicznych, głównie kwasu siarkowego (VI) (w produkcji superfosfatów prostych) oraz kwasu ortofosforowego (V) (w produkcji superfosfatów potrójnych granulowanych). Bezpośrednio po zmieleniu, bez' dodatkowych obróbek chemicznych, mogą być wykorzystywane jedynie fosforyty o dużej zawartości fosforu rozpuszczalnego w kwasach mineralnych, tak jak to praktykuje się w przypadku mączek fosforytowych. Na ogół w nawozach fosforowych prawie cała ilość składnika jest rozpuszczalna w wodzie lub słabych kwasach mineralnych. Biorąc pod uwagę zarówno rozpuszczalność , jak i szybkość działania , nawozy fosforowe dzielimy na: * szybko działające - r()_~P~?>zczalne w ~od_zie superfosfaty, * wolno działające - r<)zpuszczalne w kwasach mineralnych mączki fosforytowe i kostne, przy czym mączki kostne są obecrile .rzadko stosowane efektywność nawożenia

I

I

93

w praktyce jako nawozy fosforowe , mimo bie niż mączki fosforytowe.

że są

szybciej uruchamiane w gle-

i

Grupa superfosfatów dzieli się na proste, o małej zawartości czystego składnika oraz potrójne, o zv;riększonej jego ilości (tab. 21). Różnice między nimi wynikają z technologii produkcji obu nawozów. Superfosfat prosty otrzymuje się przez działanie kwasem siarkowym (VI) na fosforyt lub apatyt. W wyniku tej reakcji powstaje rozpuszczalny w wodzie diwodorofosforan (V) wapnia oraz między innymi składnik balastowy siarczan (VI) wapnia. W ostatnich latach produkuje się również superfosfaty proste magnezowane, zav;rierające oprócz fosforu 3-63 magnezu. Są również dostępne nawozy z dodatkiem mikroelementów, czego przykładem jest superfosfat prosty granulowany z dodatkiem boru (0,23 B), miedzi (0,13 Cu) czy cynku (0 ,153 Zn). Nawozy te, niezależnie od składu chemicznego, mogą mieć postać pylistą lub granulowaną barwy szarej. Z kolei superfosfat potrójny, nawóz wysoko skoncentrowany, otrzymuje się przez działanie kwasu ortofosforowego (V) na apatyt lub fosforyt, co prowadzi do powstania rozpuszczalnego w wodzie diwodorofosforanu (V) wapnia bez tworzenia się związków balastowych typu siarczan (VI) wapnia.

I

Tabela 21. Rodzaje nawozów fosforowych

I I I

· 1

I

II I

~I

Ii

Nazwa nawozu Superfosfat prosty granulowany z borem Superfosfat prosty pylisty Superfosfat prosty granulowany Superfosfat magnezowany prosty pylisty lub granulowany (Fosmag) Superfosfat potrójny granulowany Mączka

fosforytowa

Główny

P20s (3) 20

Ca(H2P04)2

CaS04 0,23 B

(około

(około

związek

Składnik

uboczny

503), 503)

18

Ca(H2P04)2

CaSQ4

19-21'!

Ca(H2P04)2

CaS04 (około 503) oraz CaHPQ4

15

Ca(H2P04)2

CaSQ4 , CaHP04 , MgO

46

Ca(H2P04)2

CaHP04

10-30

Caa(P.04)2

CaCOa i inne

Wykorzystanie fosforu z nawozów mineralnych jest spośród wszystkich makronajmniejsze, sięgające 303, dlatego stosowanie nawozów fosforowych oraz ich wybór powinny być optymalne dla danej gleby, tak aby zapewnić maksymalną przyswajalność składnika przez rośliny. składników

Nawożenie

fosforem

Ze względu na słabe przemieszczanie się fosforu w glebie standardowo proponuje się przedsiewny wysiew nawozów fosforowych, umożliwiający wymieszanie nawozu z warstwą orną gleby. Zmiana terminu wysiewu na pogłówny jest zalecana w warunkach sprzyjających uwstecznieniu się fosforanów (zjawisko sorpcji chemicznej polegające na przejściu związków rozpuszczalnych w wodzie, przyswajalnych dla roślin, tj. Ca(H 2 P0 4 h, w związki nierozpuszczalne w wodzie, które się

1'

~ i94 wytrącają,

nie będąc źródłem składnika dla rośliny, tzn. Ca3(P04)2), czyli naglebach alkalicznych oraz kwaśnych. Na takich glebach poleca się również stosowanie nawozów granulowanych, które opóźniają i ograniczają zjawisko uwsteczniania się fosforu. Wyraźną specjalizacją charakteryzują się mączki, które ze względu na swoje właściwości są polecane na gleby kwaśne i bardzo kwaśne , będące jednocześnie glebami podmokłymi, a więc na gleby najczęsciej występujące na łąkach i pastwiskach. ·w takich bowiem warunkach mączki ulegają przemianom do związków przyswajalnych przez rośliny. Ca3(P04)2

+ 4 HR <---t

Ca(H 2P0 4 )2

+ 2 CaR2 (R -

reszta kwasowa)

Mączki,

w przeciwieństwie do superfosfatów, powinny mieć postać pylistą, aby maksymalnie przyśpieszyć proces ich rozpuszczania oraz przechodzenia w formy fosforu przyswajalne dla roślin . Ponieważ proces ten jest długotrwały, poleca się stosować mączki pod rośliny o długim okresie wegetacji, na plantacje wieloletnie oraz łąki i pastwiska. Obecność węglanu wapnia w składzie mączek fosforytowych powoduje częściowe odkwaszanie środowiska glebowego. Nawożenie fosforem stosuje się na użytkach zielonych w celu zwiększenia i utrzymania na odpowiednim poziomie plonu masy roślinnej oraz zapewnienia w niej właściwej koncentracji skłaelnika. W związku z tym, że nawozy fosforowe odznaczają się wolniejszym działaniem , rozpuszczaniem, a także niewielkimi stratami wskutek wymycia, całą dawkę nawozu fosforowego można zastosować w jednym terminie - zarówno wiosną , jak i jesienią. Oba terminy są porównywalne pod względem efektywności nawożenia fosforem. Przyjmuje się, że optymalna dawka nawozu fosforowego dla użytków zielonych mieści się w zakresie 30-60 kg · ha - 1 .

4.

Rodzaje nawozów potasowych

l l

95 Tabelf' 22. Rodzaje nawozów potasowych Nazwa nawozu Sól potasowa chlorkowa Kainit Kam.ex Siarczan potasu ,ł(alimagnezja

I I

II I

I Ii I

i l

Potas odgrywa istotną rolę w kształtowaniu jakości roślin i ich wzroście, regulując gospodarkę wodną i transport asymilatów oraz zwiększając mrozoodporność. Nawożenie potasem wydaje się szczególnie uzasadnione, bowiem w glebach zaledwie niewielka część tego składnika jest dostępna dla roślin (około 1%). Potas z nawozów mineralnych jest wykorzystywany przez rośliny w ilościach rzędu 60-70%. Składnik ten występuje w nawozach w dwóch zasadniczych związkach, obu rozpuszczalnych w wodzie, tj. w soli potasowej oraz siarczanie potasu. Głównym surowcem do produkcji nawozów potasowych są złoża soli potasowych, w których oprócz minerałów potasowych (potas w formie KC! lub K 2S0 4 ), występują mine. rały niepotasowe - magnezowe, wapniowe czy sodowe. Dzięki temu nawozy potasowe są źródłem nie tylko potasu, lecz także sodu, magnezu czy chloru (tab. 22) . ,; / \ Nawozy potasowe dziela" się w zależności od formy potasu na grupę chlorkową ___ _______,__ !'"-..VI -.i. S.~U:~E:..1!:E._Wą oraz w zależności od zawartości składnika na niskoprocentowe (do 20% K20) i wysokoprocentowe (40-60% K20).

i

I

j

j

j 'i

,

I

KC! KC! KC! K2804 K2S04

NaCl 183 s 53 MgO, 203 Na, 43 S 173 s 103 MgO, 173 S

„, [-

jesiennym,

! i1'

Inne składniki

Siarczan potasu - nawód potasowy typu siarczanowego, w zasadzie nie zawiera chloru. Można go pozyskiwać w wyniku reakcji chlorku potasu z siarczanem (VI) magnezu, wykorzystując słabą rozpuszczalność siarczanu (VI) potasu, który w niskiej temperaturze oddziela się od pozostających w roztworze chlorków. Siarczan (VI) potasu można produkować z minerału langbainitu, tak jak to jest praktykowane w produkcji kalimagnezji (K2S0 4 · MgS0 4 ). Kalimagnezja może także być produkowana z kizerytu, w wyniku rozpuszczenia tego minerału w gorą­ cej wodzie. Po schłodzeniu do roztworu dodaje się chlorku potasu, co prowadzi do powstania podwójnej soli magnezowo-potasowej. Produkcja nawozów grupy siarczanowej jest droga, a więc ich cena jest wysoka, dlatego poleca się je do nawożenia roślin specjalnych z rodziny psiankowatych, wrażli:v,rych na chlor w podłożu . Nawozy potasowe są często zabarwione, czego przykładem są sole potasowe o barwach od białoszarej przez różową do czerwonej. Siarczan potasu jest zwykle barwy szarej , a kainit magnezowy i kalimagnezja szaroróżowej lub białoróżowej . Nawożenie

i

Główny składnik

Sole potasowe chlorkowe - grupa nawozów, która zdominowała rynek nawozowy w Polsce. Otrzymuje się je z surowej soli potasowej przez usuwanie skład­ ników niepotasowych. W zależności od ilości dodatku naturalnej kopaliny uzyskuje się różną zawartość czystego składnika. Kainit oraz kamex - nawozy z grupy chlorkowej, które również powstają z surowej soli potasowej. Kainit jest mieszaniną sylwinitu, kizerytu, sylwinu oraz .: - >·~ · :J. ~fa~ .:· Aif jL/ c,: _,,_ · }·\i~·-c--v:,· iJ v i ~t-(~ ;_, halitu.

I

I . I

K20 (3) 30-60 11 40 50 30

potasem

Nawożenie

nawozami potasowymi powinno się wykonać przedsiewnie w okresie z nawozami fosforowymi, głównie ze względów organizacyjnych. Odstępstwa od tego terminu dotyczą przede wszystkim gleb, z których potas jest silnie wymywany (gleby lekkie zbudowane z kaolinitu oraz z dużą ilością materii organicznej) oraz gleb, gdzie jest silnie sorbowany (gleby zbudowane z montmorillonitu). W takich warunkach poleca się wysiew pogłówny. Nawozy potasowo-magnezowe należy stosować na glebach o małej zawartości magnezu. Ponadto ze względu na dużą zawartość sodu, co szczególnie dotyczy kainitu, nie poleca się stosowania tych nawozów na glebach ciężkich i zlewnych, ponieważ sód pogarsza ich właściwości (strukturę) oraz sprzyja powstawaniu próchnicy słonej. Nawozy są natomiast polecane do stosowania na trwałych użytkach zielonych, bo zarówno sód, jak i magnez poprawiają smakowitość paszy. łącznie

"'

l 96

97

Wykonując nawożenie potasem, należy pamiętać, że składnik ten jest pobier any przez rośliny w nadmiarze (tzw. pierwiastek luksusowy). Z kolei dosyć częste są jego niedobory na użytkach zielonych, szczególnie na użytkach położonych na glebach torfowych, co wynika ze słabego wiązani a potasu przez materię organi czną. Na takich glebach roczna dawka potasu powinna wynosić 200 kg· ha- 1 , natomiast na glebach zasobnych w potas, do których należą mady średnie i ciężkie, stosuje się dawkę 40-60 kg· ha- 1 . Niezależnie od wielkości dawki nawozu potasowego, proponuje się podzielić ją na części i stosować pod poszczególne odrosty.

I I i

'

I

Nawozy z grupy siarczanowej mogą być stosowane dolistnie oraz doglebowo, zarówno przedsiewnie, jak i pogłównie, natomiast nawozy magnezowe grup tlenkowych i węglanowych, ze względu na ich odczyn obojętny, są stosowane przedsiewnie, szczególnie na gleby kwaśne, i wymagają przykrycia glebą. Vlykorzystanie magnezu z nawozów jest podobne do wykorzystania potasu i wynosi 50-60% w pierwszym roku. Nawożenie magnezem

·1

I! 5.

Rodzaje nawozów magnezowych

Nawozy magnezowe pełnią zasadniczo dwie funkcje: z jednej strony uzup eł niają magnez w glebie, z drugiej zaś reguluj ą jej odczyn. Odzwierciedla to podział nawozów na dwie grupy: 1. nawozy tlenkowe i węglanowe, o słabej rozpuszczalności w wodzie, wykorzystywane w odkwaszaniu gleb z jednoczesnym wzbogaceniem w składnik oraz 2. nawozy siarczanowe, przeznaczone do uzupełnienia magnezu, dobrze rozpuszczalne w wodzie (tab. 23) . Ponadto do nawożenia używa się wielu nawozów pojedynczych, w których magnez jest dodatkowym składnikiem, rzędu 5-10% MgO (superfosfat prosty magnezowany, fosmag, kalimagnezja, kainit magnezowy, kamex).

W ostatnjch latach odnotowuje się wzrost zainteresowania nawożeniem magnezem, przede wszystkim ze względu na objawy niedoboru tego składnika u roślin. Zjawisko to jest związane z małą zawartością przyswajalnych form pierwiastka w glebie, słabym jego wiązaniem przez glebowy kompleks sorpcyjny oraz wymywaniem magnezu z gleb, zwłaszcza lekkich i kwaśnych. Proponuje się więc wiosenne stosowanie nawozów magnezowych, a w przypadku zaobserwowania objawów niedoboru magnezu na roślinach w czasie wegetacji zaleca się wykonanie dokarmiania dolistnego roztworem soli gorzkiej . Może to być zabieg przeprowadzany wraz z uzupełnieniem azotu za pomocą roztworu mocznika. Magnez, podobnie jak sód, odgrywa bardzo istotną rolę w nawożeniu użytków zielonych, ponieważ poprawia smakowitość oraz jakość paszy. Niedobór magnezu w paszy jest przyczyną choroby u przeżuwaczy, tzw. tężyczki pastwiskowej. Poziom magnezu w runi jest najczęściej niski wiosną, dlatego proponuje się .v-ysiew nawozów magnezowych właśnie w tym okresie.

Tabela 23. Rodzaje nawozów magnezowych Nazwa nawozu

I MgO (%) Nawozy typu tlenkowego Wapno magnezowe 20 · Tlenek magnezu 70 Nawozy typu węglanowego Magnezyt 45 Rolmag 40 i 60 40, 60 Nawozy typu siarczanowego Siarczan magnezu (sól gorzka) 16 Kizeryt 27

I I

I

I

6.

Główny składnik

I

MgO, MgCOa Mg O

I

MgCOa MgCOa, krzemiany

I

MgS04 · 7 H20 MgS04 · H20

Podstawowym źródłem magnezu nawozowego są dolomity, magnezyty oraz serpentynity. Podlegają one rozdrobnieniu i ewentualnej dalszej przeróbce, jak np. magnezyt, który traktowany kwasem siarkowym, rozkłada się, dając siarczan magnezu. Związek ten poddaje się zatężeniu i krystalizacji, uzyskując tzw. sól gorzką (MgS04 · 7 H20), nawóz charakteryzujący się dobrą rozpuszczalnością, stosowany w dokarmianiu dolistnym. Kizeryt (epsomit) (MgS0 4 • H 20) - nawóz siarczanowy stanowiący eksploatowane naturalne złoża minerału o nazwie kizeryt. Poleca się go na gleby nie wymagające wapnowania, podobnie jak sól gorzką.

·„

I

J

I

I I

Rodzaje nawozów siarkowych

Siarka elementarna oraz kwas siarkowy są najważniejszymi składnikami do produkcji nawozów zawierających siarkę. W ostatnich latach zapotrzebowanie na ten składnik wzrasta, dlatego asortyment tej grupy nawozów stale się zwiększa. W typowych nawozach siarka występuje w formie siarczanowej, tiosiarczanowej bądź elementarnej, a efektywność tychże nawozów zależy w głównej mierze od stopnia ich rozpuszczalności w wodzie. Nawozy siarkowe można podzielić na: typowe związki chemiczne oraz stałe bądź płynne nawozy będące mieszaniną związ­ ków chemicznych (tab. 24) . Asortyment pierwszej z wyróżnionych grup, oparty na tradycyjnych źródłach, wskazuje, iż podstawowym zadaniem nawozów tej grupy jest uzupełnienie NPK, natomiast siarka będąca skł adnikiem ubocznym jest dostarczana niejako dodatkowo. Najczęściej stosowanym nawozem jest siarczan amonu, natomiast najrzadziej używa się gipsu. Choć gips jest nawozem równie popularnym jak siarczan amonu, to jednak jest trudny do wysiania i wymieszania. Poza tym słabo rozpuszcza się w wodzie, mimo że stopień jego dostępności dla rośliny jest taki sam jak siarczanu amonu. W ostatnich latach szeroko dyskutowane jest stosowanie siarki elementarnej. Brak rozpuszc~alności w wodzie może być

lI

l

j!! r:

I'

I

98

~~ -

Tabela 24. Wybrane nawozy mineralne wykorzystywane w siarki

1''

j

I

H

Ili ·1

11

i

"I: !11

!il

nawożeniu roślin związkami

Zawartość

Nazwa nawozu

i

p

N

Siarczan amonu Superfosfat prosty Siarczan potasu Kalimagnezja Kam ex Kainit Siarczan magnezu (sól gorzka) Kizeryt Fosmag Gips (dwuhydrat) Monohydrat Anhydryt Polifoska 12 z siarką Unifoska Ol Grantar R Lubofos 10 Lubofoska Siarka elementarna

K

(3)

21 18-20

30 48-52 30 40 11-14

10 6 4-5 10-17 15-27 5

14-15 22

12 8,5 3 5 4

12 8,5 9 10 12

12 8,5 19 15 12

12 17 16,5 16,5

4 3 2

I

'! I ~

:1

11 :;I 1

1:1 li.,i

l\'': li;.

w /1

il

li,I I! :/i' 1,1 11

1,

'I

.il· 1

111!

1i 11!1

Tabela 25. Rodzaje nawozów wapniowych Nazwa nawozu

I·1 111

'.„- ~.: _ i .::--:~ c: :.

„: .

(/

./

I

/ 7 ..";;

653 CaO + 103 MgO

Nawozy typu

Przy nawożeniu związkami siarki należy uwzględniać nie tylko czynnik ekonomiczny, lecz także ekologiczny. Za uwzględnieniem czynnika ekologicznego przemawia fakt, że siarka stosowana w nadmiernych ilościach przyczynia się do degradacji chemicznej środowiska glebowego. Jednocześnie niewystarczające dawki siarki powodują spadek plonów roślin o dużych wymaganiach .pokarmowych w stosunku do tego składnika (rośliny z rodziny motylkowatych ·oraz krzyżowych), natomiast jej nadmierne ilości wpływają na spadek jakości i ilości płodów rolnych. Ustalając poziom nawożenia siarką, powinno się uwzględniać podstawowe elementy, takie jak: zaopatrzenie gleb w siarkę oraz zapotrzebowanie roślin na składnik. Ze względu na niewielkie wykorzystanie siarki z nawozów, rzędu 30-603, oraz silne wymywanie~ składnika wybór nawozów i terminu nawożenia powinien być dostosowany zarówno do warunków glebowo-klimatycznych panujących na konkretnym obszarze (polu) , jak i do systemu zarządzania . Przyjmuje się następujące orientacyjne dawki siarki: . 10-20 kg · ha- 1 dla zbóż i zielnniaków, 20-40 kg· ha- 1 dla buraków (przed siewem) oraz 30-40 kg· ha- 1 dla rzepaku ozimego (przy ruszeniu wegetacji). :;_.,. .,_ „ o „

Dodatkowe informacje

65, 75, 85

Wapno magnezowe tlenkowe

N awożeni e sia rką

f (J~'/Vq./

CaO (3)

Nawozy typu tlenkowego (MgO + CaO)

tego nawozu, wpływa bowiem na ograniczenie wymycia składnika. Jednak efektywność nawozowa siarki elementarnej jest podyktowana szybkością procesu jej utlenienia przez bakterie z rodzaju Thiobacillus. Bakterie te preferują warunki kwaśne, co wyklucza ich działalność w środowisku obojętnym czy alkalicznym, w którym są nieaktywne lub nieobecne.

L

Zawartość

Wapno rolnicze palone

zaletą

~f)

Rodzaje nawozów wa pn iowyc h

Głównym zadaniem nawozów wapniowych jest odkwaszenie gleby. Podstawowym surowcem do produkcji tych nawozów są skały wapienne - wapienie, których głównym składnikiem j est kalcyt (CaC0 3) lub dolomit (CaC0 3 · MgC0 3). Oprócz tego naturalnego źródła ważne miejsce wśród nawozów wapniowych zajmują produkty odpadowe z różnych gałęzi przemysłu (tab. 25).

24 10-12 17-18 17 4 5-11 13 10-23 17 17-18 19-22 22-24 11 16 18 23 26 50-100

111

'·

7.

s

Mg

Ca

!!i i.: ,

t!

..::,/ (....-"""

węglanowego

możliwe

domieszki Zn, Cu, Co

(CaC03 + MgC0 3 ) zmielony wapień

Wapniak mielony rolniczy

42-56

Kreda nawozowa

45

Nawóz wapniowo-magnezowy

553 CaO + 93 MgO

mieszanina dolomitu i zmielonego wapienia

Wapno defekacyjne

20

produkt odpadowy z cukrowni, zawiera dodatkowo N, P, K

Wapno posodowe

50

odpad w przemyśle sodowym

Wapno poflotacyjne

48

Wapno magnezowe

40-503 CaO, 10-203 MgO

odpad z flotacji rudy siarkowej , zawiera S odpad flotacji rud cynkowo-olowianych i miedziowych, zawiera Zn, Cu, Pb, Cd

kreda naturalna lub jeziorna

węglanowy

węglanowe

Popioły węgla

brunatnego

min. 243 CaO +MgO

popiół ze spalania węgla brunatnego w elektrowniach

Nawozy typu krzemianowego (CaSi03 + MgSi0 3 ) Wapno magnezowe 45-503 CaO, w tym odpad w hutnictwie krzemianowe ok. 153 MgO Fe, Al, Mn

żelaza,

zawiera

W zależności od formy, w jakiej występują wapń i magnez w nawozach wapniowych oraz wapniowo-magnezowych, wyróżniamy trzy grupy nawozów: 1. t lenkowe - zawierają Ca w formie CaO oraz Mg w formie MgO , 2. węglanowe - Ca występuje w formie CaC0 3, a Mg w formie MgC03 , 3. krzemianowe - Ca przyjmuje postać CaSi03, a Mg MgSi03 .

.,

r

!'

L ·'L .·1 / ' .-[ ,

/.::: ( 108-:

______ „

( .

':

.' } . .,.

.:.:;: .·..· / ··""

)../

I

:1

( I

V.' --:.s>. -..,'.

/

-\

/

i

i

-- -<-· .1-'

)'?- ·:-c

• C'

c:·

/

C·'

?1~----.

Nawozy tlenkowe uzyskuje się dzięki równomiernemu wypaleniu kamienia wapiennego lub skał dolomitowych odpowiedniej jakości w temperaturze 950-1200°C. Końcowym produktem wyprażania jest wapno palone lub dolomit prażony. W kolejnych etapach procesu produkt jest poddawany kruszeniu i sortowaniu. Nawozy węglanowe otrzymuje się przez rozdrobnienie surowca naturalnego. Wyjątkiem w tej grupie jest kreda łąkowa (wapno łąkowe) - naturalny surowiec znajdujący się tuż pod darnią na łąkach położonych w obniżeniach terenu, do których spływa woda nanosząca związki wapna. Wapno łąkowe zawiera duże ilości CaC0 3 , którego działanie może być efektywniejsze od zmielonych wapieni, ponieważ jest lepiej rozdrobnione, a więc aktywniejsze pod względem chemicznym. Jedynym mankamentem kredy łąkowej jest jej znaczne uwilgotnienie, przez co po eksploatacji musi podlegać suszeniu. Wapno posodowe jest produktem ubocznym przemysłu sodowego. Zawarty w nim CaC0 3 jest bardzo aktywny chemicznie. Nawóz ten może zawierać znaczne ilości sodu oraz chloru, co wyklucza jego częste stosowanie na tym samym polu. Wapno defekacyjne jest odpadem w przemyśle cukrowniczym. Powstaje w wyniku oczyszczania soku wyciśniętego z pociętych buraków cukrowych. W jego składzie poza węglanem wapnia znajdują się pewne ilości azotu, fosforu, potasu oraz innych składników mineralnych. · Odpady z flotacji rudy siarkowej czy rud cynkowo-ołowianych i miedziowych mają mniejsze znaczenie nawozowe. W podobnie niskim stopniu wykorzystuje się nawozy z popiołów z węgla brunatnego ze względu na zmienność składu chemicznego oraz nadmierne rozdrobnienie, które utrudnia ich transport oraz stosowanie. , Wapno magnezowe krzemianowe jest jedynym przedstawicielem grupy' nawozów krzemianowych. Wapno to jest produktem odpadowym powstają­ cym podczas wytapiania żelaza z rudy żelaznej. Proces technologiczny wytopu obejmuje zmieszanie rudy między innymi z wapieniem zdolomityzowanym, któ.rego zadaniem jest związanie zanieczyszczeń zawartych w rudzie. W końcowym etapie tego procesu nad surówką unosi się żużel, który przerabia się na nawóz. Nawożenie

wapnem

Wybierając

nawóz wapniowy, należy przede wszystkim uwzględnić jego reakczyli szybkość odkwaszania - największą dla nawozów typu tlenkowego . Formy tlenkowe są polecane na gleby ciężkie o dużej pojemności sorpcyjnej i dużej zawartości materii organicznej, silnie zbuforowane. Z kolei nawozy typu węgla.• i ,,_,"; .. ,, „ . ··,\f.>.n~wego prz:~nac~a si.ę na gleby lekkie o małym .kompleksie sor~cyjnym i maL ~ 1· łeJ zawartosc1 prochnicy, słabo zbuforowane. \Vynika to z faktu, 1z nawozy typu węglanowego wolniej się rozpuszczają w środowisku glebowym, głównie w kwasie węglowym (IV), a zatem wolniej działają i wymagają dłuższego czasu na przemiany w glebie. Najsłabszą rozpuszczalnością wśród nawozów wapniowych charakteryzuje się wapno krzemianowe, dlatego wykorzystuje się je przede wszystkim na gleby lekkie. Wiele nawozów wapniowo-magnezowych można stosować zarówno na glebach kwaśnych , jak i z małą zawartością magnezu.

I

/

.-

_I,

-,;. ee~

/

.

.; --. n \O, t· <.--.~-"'1! "--'*

/~··, ··.::.

><(

ćc . :· •..

57>(, :'? ,:'.

,.

k · ...J.15---cP'~ I

;f? ~

(lOfi ,"
1

Niezależnie od typu nawozu, optymalny termin wysiewu nawozów wapniowych przypada na koniec lata (po zbiorach) i wczesną jesień. Wiąże się to z możliwością wymieszania nawozów z glebą (wymaganego w przypadku prawidłowo wykonanego zabiegu wapnowania gleb), co przyśpiesza ich rozpuszczanie oraz zabezpiecza przed ewentualnymi spływami. Jesień, po zakończeniu wegetacji roślin, to również najodpowiedniejszy termin wapnowania trwałych użytków zielonych. Nie zaleca się jednak, aby jednorazowe dawki wapna były zbyt duże. Przyjmuje się, że nawet przy silnym zakwaszeniu gleby dawka CaO nie powinna przekraczać 1 t · ha - 1 , ponieważ większe dawki mogą zmniejszyć plony.

Oznaczanie

zasadowości

nawozów wapniowych

\Vartość nawozów wapnimvych i magnezowych zależy przede wszystkim od zawartych w nich „składników aktywnych", decydujących o sile zobojętnienia oraz wielkości dawki nawozu wapniowego. W związku z tym określa się tzw. zasadowość (alkaliczność) nawozów wapniowych, czyli ilość kationów wapnia w przeliczeniu na procent CaO.

Zasada metody Określenie zasadowości (alkaliczności)

polega na rozpuszczeniu nawozu na gow dokładnie odmierzonej ilości mianowanego HCl, którego dodajemy nadmiar. Część kwasu reaguje z nawozem, czyli ulega zobojętnieniu, zgodnie z reakcją:

rąco

CaO

+ 2 HCl

= CaCl2

+ H20

Nadmiar HCl, który nie został zużyty na reakcję, miareczkujemy NaOH wobecfenoloftaleiny. Różnica pomiędzy ilością HCl nie zobojętnionego przez nawóz a pierwotnie dodaną mówi o ilości HCl zużytego na reakcję z nawozem. Na podstawie tej różnicy oblicza się zasadowość badanego nawozu . ności

WYKONANIE OZNACZENIA l. Na wadze analitycznej odważyć 1 g roztartego nawozu i przenieść do kolby stożkowej o objętości 300 cm 3 .

2. Nawóz zwilżyć wodą destylowaną i dodać 40 cm 3 1 mol -dm- 3 HCI.

tywność,

3.

Całość gotować przez 5 minut z lejkiem szklanym jako chłodnicą .. Po ostudzeniu naczynia lejek spłukać wodą destylowaną, dodać 5 kropel fenoloftaleiny i miareczkować 0,5 mol· dm- 3 NaOH do słabo różowego zabarwienia.

Obliczenia l. Jak wynika z reakcji, dla zobojętnienia 1 mola CaO potrzeba 2 moli HCl, toteż:

1000 cm 3 1 mol· dm- 3 HCl odpowiada 28 g CaO,

IL..,

.Lc:.N-;;- ..

_.,r'(

::.(.t

l

llii il':'

·~

l\\i!

iii

czyli 1 cm 3 1 mol· dm- 3 HCl odpowiada 0,028 g CaO. 2. Ponieważ roztwór 1 mol· dm- 3 HCl jest miareczkowany roztworem 0,5 mol· dm- 3 NaOH, wynik uzyskany z miareczkowania należy podzielić przez dwa (zasada jest dwukrotnie słabsza od kwasu).

\\

3. Liczbę centymetrów sześciennych 1 mol· dm- 3 HCl zobojętnionego przez nawóz obliczamy, odejmując od ilości kwasu pierwotnie dodanej do nawozu, tj. od 40 cm 3 , ilość uzyskaną w pkt 2. 4. Na podstawie wartości uzyskanych w pkt 1 oraz 3 obliczamy zawartość CaO w nawozie: 3Ca0

procentową

a · 0,028 · 100 s

- liczba centymetrów sześciennych 1 mol· dm- 3 HCl zobojętnionego przez nawóz, 3 3 0,028 - liczba gramów CaO odpowiadająca 1 cm 1 mol· dm- HCl, przeliczenie na procent, 100 - naważka nawozu (g). s Odczynniki:

gdzie: a •.,,. ·

1. Roztwór 1 mol· dm- 3 kwasu chloroworowego: 82,3 cm 3 stężonego HCl przenieść do kolby miarowej o pojemności 1000 cm 3 , uzupełnić wodą destylowaną do kreski i wymieszać.

2. Roztwór 0,5 mol· dm- 3 wodorotlenku sodu: 20 g NaOH rozpuścić w wodzie destylowanej, a następnie uzupełnić w kolbie miarowej do 1000 cm 3 i wymieszać .

3. 1-procentowy roztwór fenoloftaleiny : 1 g fenoloftaleiny rozpuścić w 100 cm 3 alkoholu etylowego w kolbie miarowej i wymieszać. Sprzęt laboratoryjny: waga analityczna, trójnóg, palnik, biurety o pojemności 50 cm 3 .

Szkło i akcesoria: kolby miarowe o pojemności 100 i 1000 cm3 , kolba stożkowa

o objętości 300 cm 3 , lejki, siatki.

8.

Rodzaje nawozów wieloskładnikowych

\Vzrost kultury rolnej, zwiększenie plonów i związane z tym coraz większe pobieranie składnika przez rośliny przyczyniają się do wzrostu zainteresowania nawozami wieloskładnikowymi. Nawozy te dzielą się na dwuskładnikowe (z dwoma

'

;~

j,' _.

!i

I I

:1,

1\1

-· 103 makroskładnikami

- NP lub PK lub NK) i trójskładnikowe (z trzema makro- NPK). Nawozy wieloskładnikowe są często wzbogacone w mikroelementy oraz inne makroskładniki. W zależności od sposobu ich wytwarzania dzielimy je na mieszane i kompleksowe. Najprostsze technologicznie jest przygotowanie nawozów mieszanych, powstających na bazie nawozów pojedynczych, oparte na zasadach mieszania nawozów. Nawozy powinny być wymieszane w odpowiednich proporcjach, a mieszanka musi mieć jednolity skład. Podstawową zasadą jest przygotowanie nawozów mieszanych w możliwie najkrótszym terminie przed wysiewem. Należy również przestrzegać składnikami

najważniejszych zaleceń.

1. Nawozy granulowane miesza się tylko z granulowanymi, drobnoziarniste z drobnoziarnistymi lub pylastymi. Ma to na celu równomierność wysiewu oraz uniknięcie segregacji w czasie transportu.

2. Nie wolno mieszać nawozów zawierających azot w formie amonowej z nawozami bogatymi w wapno albo o odczynie alkalicznym, ponieważ może się wtedy wydzielać amoniak. 3. Nie wolno mieszać mocznika z niskoprocentuwymi nawozami potasowymi ani z superfosfatem pylistym, prowadzi to bowiem do powstania konsystencji typu papki. 4. Nie wolno mieszać nawozów saletrzanych z superfosfatem pylistym. Vlydzielające się opary kwasu azotowego i tlenku azotu są trujące i powodują korozję metalowych części maszyn. 5. Nie wolno mieszać nawozów zawierających wodnorozpuszczalne fosforany z nawozami zawierającymi wapń ze względu na możliwość uwsteczniania się fosforu. 6. Nie wolno mieszać nawozów higroskopijnych z niehigroskopijnymi, ponieważ może nastąpić ich zbrylenie.

Nawozy typu mieszanego mają zazwyczaj postać pylistą, która niekorzystnie na właściwości fizyczno-chemiczne takiej mieszanki. Wiąże się to przede wszystkim z ich dużą powierzchnią, a co za tym idzie z większą reaktywnością chemiczną oraz łatwym sorbowaniem wody, czego konsekwencją może być zwięk­ szone zbrylanie się mieszanki oraz gorsza przyswajalność składników pokarmowych. Coraz częściej zatem wykonuje się mieszanki nawozów granulowanych, tzw. blendingi, charakteryzujące się tym, że poszczególne składniki są podawane w odrębnych granulach, co nie zakłóca pobierania jednego składnika przez drugi. Ponadto granulacja powoduje znaczny spadek aktywności chemicznej i higroskopijności związków tworzących nawozy. \V czasie produkcji mieszanek zwraca się uwagę na to, aby wielkość granul była zbliżona do siebie, co ma zapobiegać segregacji mieszanki w trakcie wysiewu. Skład procentowy składników tworzących mieszanki może być z góry narzucony przez producenta bądź też odpowiadać konkretnemu zamówieniu rolnika. Nawozy typu blending są proponowane do wysiewu przedsiewnego. Nawozy kompleksowe są produkowane tylko w formie granulowanej, z zaleceniem do stosowania przedsiewnego. Podstawowym substratem mieszaniny jest niezależny związek ch_ e miczny zawierający minimum dwa składniki pokarmowe. wpływa

:J? ;..~~ ~I• "·,r . •

· ,,,.

r

J

l

' l \ '··

9t

„,

L.e

·i

, . ~.

/·<

~ ~ :

"\ · 1

,-„...t.)

"

: .--

._....,.

)';~„/

•>' ·.

„J:_,.-1""

,,-

/ i" _/

104

o:

t>~· I~

/ •-

.f_ ,

.

105

,' 1'

Klasycznym przykładem jest fo sf oran amonu, należący do nawozów dwuskład­ nikowych, będący mieszaniną diwodorofosforanu (V) i wodorofosforanu (V) amonu. Na jego bazie, przez dodanie soli potasowej , powstała grupa nawozów trójskład­ nikowych, tzw. polifos ek (tab. 26). Tabela 26. Rodzaje nawozów

wieloskładnikowych

Główne składniki

Nazwa nawozu

Inne

składniki

Dwuskładnikowe

Fosforan amonu Polimap Polidap Lubofos 12

183 N, 463 P20s 14:50 18:46 0: 12:20 + 63 MgO w formie węglanu magnezu + 103 S + 19,53 CaO

B - 15 mg/kg Cu - 40 mg/ kg Mn - 25 mg/ kg Mo - 75 mg/kg Zn - 60 mg/ kg

Trójskładnikowe -,~

-f'olifoska 6 --,,Polifoska 8 Polifoska 15 Polifoska 17 Polimag 305 Polimag 306

1 1

Luboplon R

Luboplon B

"'Luboplon 4

Niezależni e

6:20:30 8:24:24 15:15:15 17:17:17 5:16:24:8 6:19:19:8 Blendingi - mieszanki nawozów granulowanych 4,53 MgO w formie węglanu magne3,53 N, 133 P20s, 253 K20 zowego, 103 S, 0,23 B w formie boran owej jw.

4,03 MgO w formie węglanu magnezowego, 2,23 Na w formie chlorku sodu, 0, 23 B w formie boranowej

4 3 N w formie amonowej, 173 P20s w formie fosforanowej , 243 KzO w formie soli patasowej

5,53 MgO w formie węgl anu rnagnezowego, 83 CaO w formie węglanowej

od grupy nawozowej , azot występuje przede wszystkim w formie amonowej, co wiąże się ze stosowaniem przedsiewnym oraz z zakwaszaniem środo­ wiska glebowego. J edynie w sporadycznych przypadkach do produkcji jako źródł a azotu wykorzystuje się saletrę amonową (Hydrofoski) lub mocznik (Polifoska 15) . N awozy dwus kła dniko w e - na rynku krajowym mamy do dyspozycji gł ów­ nie nawozy typu amofosu, które otrzymuje się jako mieszaninę diwodorofosforanu (V) amonu - tzw. Polimap lub jako mieszaninę diwodorofosforanu (V) amonu i wodorofosforanu (V) amonu - tzw. Polidap. Nawozy te nieznacznie różnią się zawartościami procentowymi czystych składników i są przeznaczone do stosowania przede wszystkim na gleby ubogie w fosfor - zarówno pod oziminy, jak i pod uprawy jare.

W grupie nawozów

dwuskładnikowych zn ajdują się także

agrof oski (PK), chapot asu, w zakresie od 24 do 36% K 2 0, stosowane na gleby ubogie w potas i pod rośliny o wysokich wymaganiach w stosunku do tego skł adnika. Znacznie bardziej rozbudowana jest grupa nawozów trójskładnikowych, przede wszystkim polifosek. Wyróżniamy wś ród nich tzw. polifoski zimo we (6 i 8), z małą zawartością azotu - do Przedsiewnego stosowania w okresie jesiennym pod oziminy oraz p olifoski wiosenne (15, 17) ze zwiększoną zawartością azotu - do wiosennego stosowania pod uprawy jare. Biorąc pod uwagę małą zasobność gleb Polski w magnez oraz duże wymagania roślin uprawnych w stosunku do tego składnika, do polifosek dodano magnez w postaci magnezytu, w ilości 8% MgO, co doprowadzi ło do powstania p oli m agów. rakteryzujące się dużą z awartością

9.

Analiza jakościowa nawozów azotowych , fosfo rowych, potasowych, wapniowych oraz wielos kładnikowych

Większość nawozów mineralnych mo żna rozróżnić, opierając się na doznaniach organoleptycznych, a czasami węchowych. Jednak aby w dokładny sposób określić rodzaj nawozu, należy przeprowadzić analizę jakościową związaną z wykrywaniem kationów i anionów. Każda grupa nawozów mineralnych charakteryzuje się określonymi kationami lub anionami, które uł atwiają jej i dentyfikację. W nawozach _azotowych występują kationy: NR;, C_a2+, Mg 2 + oraz aniony: NO:J , sot, CO~ . W nawozach potasov.rych odpowiednio: K+ , Mg2+, Ca2 + oraz c1-, 80 4 . Nawozy fosforowe charakteryzują się wyłącznie Ca2 +, Po~-, SO~-, nawozy wapniowe tylko Ca2 +, Mg 2 + i co~ - , natomiast nawozy wieloskładnikowe wykazują obecność przede wszystkim NHt, Po~ - , K+. Charakterystyczne reakcje chemiczne pozwalające zidentyfikować dany jon przedstawiono w tabeli 27.

WYKONA NIE OZNACZENIA 1. Otrzymany do analizy nawóz dobrze wymieszać, z części nawozu przygotować

I

roztwór wodny. Pozostałą ilość zachować do ewentualnych reakcji na suchych nawozach (reakcja biuretowa oraz wykrycie węglanów). 2. Wyniki wszystkich reakcji

należy notować

w

przykładowej

tabeli (s. 107) .

3. Po wykonaniu analiz zestawić dodatnie reakcje na wykrywanie jonów charakterystycznych dla poszczególnych nawozów. Na ich podstawie określić nazwy nawozów, tak jak przykładowo podano to w zestawieniu . Próbka nr 1 będzie wskazywać na sól potasową (dodatnia reakcja na K+ i ci-), próbka nr 2 została określona jako superfosfat prosty (dodatnia reakcja na Ca2+ , Po~- , so~-) , natomiast próbka nr 3 będzie saletrzakiem magnezowym (dodatnia reakcja na Co~-, NHt, Ca2 +, Mg 2 +, NO:J) .

I r

___)

,

\i

~r•

1

I

111

·'1 il,

106

107

l·'ijI 1 ~1

:i i1

9 ~

:'i

Tabela 27. Tabela pomocnicza do

Sposób

jony

oznaczenia

:,i1, ]~!

··1

jakościowej

Wykrywane

co32

1i

Charakterystyka zjawiska

Odsypać do czystej probówki małą ilość otrzy- perlenie C02 manego do analizy nawozu i dodać ok. 0,5 cm 3 rozcieńczonego HCl

Iii

' f1! d

~

NHt

i

K+

1

li/

!1

Mg2+

ii

~ ~i

i: li

~·Ili

l

1.

lili

,, ,,~

~ ~,

W1

!' li

i

! .

I~

\'

~I ·

1'~

:1

I Roztwór podgrzać 3

dodać

NHt

-

-

Ca2+ K+ Mg2+

-

+

+

-

-

-

-

+

PO~-

-

-

+ +

-

so~-

N03

-

-

c1-

+

+

-

-

Reakcja biuretowa

-

co~

biały

do wrzenia i ok. , osad szczawianu 1 cm nasyconego roztworu szczawianu amonu wapnia

Jon można v.'Ykryć po całkowitym strąceniu wytrąca się biały krywapnia szczawianem · amonu. Roztwór pod- staliczny osad fosforanu grzać. Powstający szczawian magnezu jest roz- amonowo-magnezowego puszczalny na gorąco, natomiast szczawian wapnia nie. Zawartość probówki przesączyć w celu oddzielenia szczawianu wapnia. Do przesączu dodać po 1 cm 3 NH 4 OH i NH 4 Cl, wymieszać, a następnie dodać ok. 1 cm 3 NaH2P04

so~-

Dodać parę

biały

N03

Dodać ok. 1 cm siarczanu żelazawego i po wymieszaniu wlać ostrożnie po ściance pochylonej probówki ok. 2 cm 3 stężonego kwasu siarkowego

Po~-

Roztwór zakwasić HN0 3 , podgrzać do wrzenia żółty osad fosforomolibi dodać ok. 1 cm 3 molibdenianu (VI) amonu denianu amonowego

i

!'

osad, wytrącający często dopiero po wy-

biały serowaty osad chlorku srebra ciemniejący na świetle

1: ,,

ii:

I biały

Dodać dwie krople rozcieńczonego HN0 3 i kilka kropel roztworu azotanu (V) srebra

1

i

Dodać ok. 1 cm HC10 4 i dobrze wytrząsnąć

c1-

~1 I I 1„

do wrzenia

3

Numery próbek nawozów 2 -

3

+ + +

-

..

trząśnięciu

Ca2+

111

11·

podgrzać

się

:11

~ !'.·

I Dodać do przesączu ok. 1 cm 3 rozcieńczonego I zapach amoniaku NaOH i

1

Wykrywane jony

analizy nawozów mineralnych

Przygotowanie wyciągu wodnego nawozu. Część otrzymanego nawozu odsypać do czystej probówki, dodać wody destylowanej, dobrze wymieszać i przesączyć do czystych probówek. Vv porcjach klarownego przesączu wykonać następujące reakcje:

1I'.

i

l

kropel roztworu BaC]z 3

osad

brunatna obrączka Fe(NO)S04 na granicy warstwy wodnej i stężo­ nego kwasu siarkowego

I

Reakcja biuretowa. Do suchej probówki wsypać szczyptę nawozu i ogrzać ostrożnie nad palnikiem. Mocznik najpierw się topi, przy czym wydziela się amoniak (zapach), a następnie zaczyna powoli krzepnąć. Po ostygnięciu dodać do probówki ok. 1 cm3 rozcieńczonego NaOH i parę kropel I-procentowego CuS0 4 • Fioletowe zabarwienie roztworu świadczy o obecności biuretu powstałego w czasie stapiania mocznika

10.

Podział

stosowanie mikronawozów

Znaczny przyrost plonów z użytków rolnych i zielonych, jaki odnotowuje się od lat sześćdziesiątych ubiegłego wieku, przyczynił się do wzrostu zainteresowania problematyką nawożenia mikroelementami i produkcją nawozów uzupełniających ewentualne niedobory składników w glebie. Ich produkcja wzrasta, ponieważ ilość nawozów dostarczana rutynowo z obornikiem na pole bądź z odchodami zwierząt na pastwisko przestała w pełni pokrywać zapotrzebowanie roślin na mikroelementy. Również nawozy fosforowe i potasowe, a także niektóre nawozy wapniowe i magnezowe pochodzące z przetwórstwa kopalin zawierają pewną ilość niezbęd­ nych mikroelementów. Jednak są to ilości zbyt małe, dlatego producenci nawozów makroelementowych zaczęli włączać mikroelementy w skład nawozów pojedynczych (superfosfat borowany, saletra wapniowa z borem, salmag z borem) bądź wieloskładnikowych (Lubofoska z różnymi mikroelementami: borem, cynkiem, miedzią). Poza tym rozwinęła się oddzielna gałąź produkcyjna nawozów mikroelementowych - związków mineralnych bądź mineralno-organicznych będących albo solami technicznymi, albo chelatami mikroelementowymi. Pierwsza grupa jest stosunkowo rozpowszechniona w praktyce, bowiem związki te łatwo się rozpuszczają w wodzie, umożliwiając ich stosowanie doglebowo, dolistnie oraz donasiennie (tab. 28). Bardziej złożone pod względem budowy i działania są chelaty. Są to związki kompleksowe, w których cząsteczka organiczna łączy się za pośrednictwem dwóch lub większej liczby sąsiadujących grup z położonym. centralnie kationem dwu- lub trójwartościowym.. Chelaty charakteryzują się dobrą rozpuszczalnością w wodzie i słabą dysocjacją. Dzięki takim właściwościom zapobiegają uwstecznianiu kationów mikroelementowych, zanim zostaną pobrane przez rośliny. Obecnie na rynku

I

108 Tabela 28. Sole techniczne wykorzystywane w praktyce rolniczej Nazwa

Procent czystego składnika

Siarczan (VI) manganu (II) MnS04 · 4 H20 Siarczan (VI) miedzi (II) CuS04 · 7 H20 Siarczan (VI) cynku (II) ZnS04 · 7 H20 Boraks Na2B401 · 10 H20 Molibdenian (VI) amonu (NH4)5Mo1024 · 4 H20

24,7 25,6 36,0 11,3 54,3

111 WYBRANE METODY ANALIZY

Orientacyjna dawka 10-30 5-10 5-19 1-3 0,6-1,2

kg·ha- 1 kg·ha- 1 kg·ha- 1 kg·ha- 1 kg·ha- 1

polskim dominują przede wszystkim chelaty w formie płynnej do dokarmiania dolistnego. Do najczęściej obserwowanych niedoborów w uprawach polowych należą niedobory boru na glebach obojętnych, miedzi na glebach organicznych i świeżo zrekultywowanych, a molibdenu na glebach kwaśnych, przy czym te ostatnie najczęściej usuwamy przez wapnowanie gleb. W razie wystąpienia u roślin ostrych niedoborów mikroskładników zaleca się wykonanie nawożenia w formie oprysku chelatami, co gwarantuje szybką reakcję roślin na zastosowany składnik. W innych wypadkach proponuje się nawożenie zachowawczo-profilaktyczne oparte na wykorzystaniu nawozów makroskładnikowych wzbogaconych mikroelementami lub solami technicznymi. Nieco inna jest zawartość mikroelementów w glebach użytków zielonych, których zasobność w te składniki jest najczęściej duża w porównaniu z ilością pobieraną przez rośliny. Ponieważ niedobory mikroelementów na użytkach zielonych są raczej sporadyczne, to stosowanie nawozów naturalnych z reguły pozwala na ich uzupełnienie. Jeżeli mówi się o brakach, to przede wszystkim w stosunku do miedzi, i to na glebach torfowych. Biorąc pod uwagę całkowitą ilość miedzi w suchej masie roślin, przyjmuje się, że zawartość mniejsza niż 10 mg· kg- 1 wymaga nawożenia w ilości 10 kg· ha- 1 , natomiast zawartość w zakresie 10-20 mg· kg- 1 w:ymaga dawki mniejszej , około 5 kg · ha- 1 . Zakłada się, że takie nawożenie starcza na około 10 lat.

MATERIAŁU ROŚLINNEGO

1.

Wprowadzenie

Oceniając efektywność nawożenia, trudno oprzeć się jedynie na wielkości plonu, nie biorąc pod uwagę jego jakości. Nie ulega wątpliwości, że wielkość i jakość plonu jest wypadkową wielu czynników obejmujących genotyp, warunki siedliskowe oraz wszelkie prace agrotechniczne. Spośród zabiegów agrotechnicznych, takich jak uprawa, zmianowanie, nawożenie, stosowanie środków ochrony roślin i innych, zabiegiem najsilniej działającym na skład chemiczny roślin, a co za tym idzie na jakość plonu, jest nawożenie mineralne. Szczególną uwagę należy zwracać na wielkość dawek nawozowych, ponieważ dawki przekraczające potrzeby pokarmowe roślin mogą prowadzić do niekorzystnych zmian w ich składzie oraz do dyskwalifikacji plonu. W ocenie jakościowej roślin bierze się pod uwagę kryteria jakościowe plonu, które różnią się w zależności od sposobu jego użytkowania, np. na cele konsumpcyjne, paszowe czy do przetwórstwa. Rośliny pastewne z upraw polowych oraz z trwałych użytków zielonych ocenia się na podstawie kryteriów wartości biologicznej wskazujących na wartość pokarmową paszy. Do roślin pastewnych z upraw polowych zalicza się jednoroczne rośliny pastewne uprawiane w plonie głównym, międzyplonach i poplonach (kukurydza, żyto ozime, kapusta pastewna) oraz rośliny wieloletnie motylkowate (lucerna, koniczyna), przeznaczone bądź do bezpośredniego skarmienia, bądź na kiszonkę. Jakość roślin pastewnych - zarówno z upraw polowych, jak i z użytków zielonych - ocenia się na podstawie zawartości: białka ogólnego, włókna surowego, tłuszczu surowego, ilości azotanów, ogólnej zawartości składników mineralnych oraz ich wzajemnych stosunków ilościowych. Wartość pastewna roślin jest tym większa, im więcej zawierają białka ogółem, tłuszczów i składników mineralnych (przede wszystkim fosforu, wapnia, magnezu i sodu oraz mikroelementów) przy jednocześnie małej zawartości włókna surowego i azotanów.

1

lli'Ii 'i

,;1

110 111

I/

I

/,11

l :1· '1

2.

Pobieranie próbek materiału roślinnego

Wynik analizy chemicznej materiału roślinnego, podobnie jak w przypadku gleby, zależy w dużej mierze od sposobu i dokładności pobrania próbki. Ten etap analiz jest szczególnie istotny w przypadku roślin, będących niejednolitym materiałem badawczym. Charakteryzują się one znacznym zróżnicowaniem nie tylko między gatunkami, lecz także między organami danej rośliny. W związku z tym technika pobierania roślin jest inna - w zależności od ich gatunku i celu badań . Można pobrać całą roślinę lub tylko jej liście, ale rozwinięte i ze środkowej części łodygi. Należy odnotować stadium rozwojowe roślin. Pobierając rośliny zbożowe, oleiste oraz pastewne, należy kierować się zasadą pobierania roślin z wielu miejsc pola, przy czym powinny się one różnić wielkością i kształtem w ilości proporcjonalnej do ilości ocenianej na badanym obiekcie. Przyjmuje się, że z powierzchni 1 ha w 30-50 miejscach ścina się po pięć roślin tuż przy powierzchni gleby. Z tak zebranego materiału, po wymieszaniu, pobiera się próbkę średnią. Znacznie więcej trudności nastręczają rośliny okopowe, ponieważ należy wybrać rośliny reprezentatywne dla charakteryzowanej powierzchni. Z reguły z 1 ha zbiera się kilkadziesiąt prób indywidualnych, oddziela się bulwy od części nadziemnej, a następnie spośród nich wybiera się próbki średnie (zbiorcze). Wilgotne próbki roślin nie powinny być przechowywane w szczelnym opakowaniu dłużej niż 24 godziny ze względu na to, że zachodzą w nich niekorzystne procesy - fermentacja czy gnicie. Przywieziony do laboratorium materiał myje się lub nie, w zależności od celu badań. Próbki suszy się lub zostawia wilgotne, w zależności od założonych analiz (generalnie na materiale świeżym wykonuje się oznaczenia zawartości azotanów oraz cukrów rozpuszczalnych). Na ogół zaleca się suszenie próbek w suszarce w temperaturze 60°C, tak aby zahamować procesy życiowe. Konieczne jest także wstępne rozdrobnienie korzeni, bulw i grubych łodyg celem przyśpieszenia ich suszenia. Wysuszony materiał rozdrabnia się za pomocą młynków, doprowadzając rośliny do formy pylistej.

pełnią funkcję zapasową azotu, natomiast aminy w ·wyniku reakcji z NO;- tworzą nitrozoarniny - z·wiązki toksyczne, o stymulującym działaniu na komórki rakowe. Azot zwiększa zawartość białka w roślinach, związku powodującego zwiększe­ nie masy rośliny oraz intensywności procesu fotosyntezy, co wpływa na wzrost plonu. Jednak nadmiar azotu przyczynia się do przewagi białka nad materiałami budulcowymi ściany komórkowej (węglowodanami), czego negatywną konsekwencją jest podatność rośliny na uszkodzenia mechaniczne wywołane czynnikami atmosferycznymi (wiatr, deszcz) czy atakami szkodników. Duże ilości azotu przyczyniają się także do wydłużenia okresu wegetacyjnego rośliny, opóźniając jej dojrzewanie. Stosowanie nawożenia azotowego w nadmiernych dawkach, szczególnie na użytkach zielonych, prowadzi do wielu niekorzystnych następstw, takich jak uproszczenie składu botanicznego runi, nagromadzenie azotanów (V) oraz zmniejszenie ilości cukrów rozpuszczalnych, od których zależy między innymi dobre wykorzy~· stanie białka przez zwierzęta.

Oznaczając azot ogólny w roślinie, można określić stan jej zaopatrzenia w ten składnik oraz obliczyć zawartość białka ogółem. W skład białka ogółem wchodzi

białko właściwe oraz inne związki azotu organicznego (tzw. azot niebiałko·wy). Zasada metody

Materiał roślinny spala się w stężonym kwasie siarko·wym (VI) z dodatkiem siarczanu (VI) miedzi i selenu jako katalizatorów. Podczas spalania zachodzi odwodnienie związków organicznych przez stężony kwas siarkowy (VI), a następ­ nie ich utlenienie do tlenku węgla (IV) i wody. Równocześnie przebiega hydroliza substancji białkowych do aminokwasów oraz redukcja azotu do amoniaku, który z kwasem siarkowym (VI) tworzy siarczan (VI) amonu. Znajdujący się w roztworze siarczan (VI) amonu, po zalkalizowaniu wodorotlenkiem sodu, rozkłada się z wydzieleniem amoniaku. Wydzielający się amoniak oddestylowuje się do odbieralnika z odmierzoną ilością kwasu borowego (III) ze wskaźnikiem. Powstały w odbieralniku diwodoroboran (III) amonu miareczkuje się kwasem siarkowym (VI). WYKONANIE OZNACZENIA

Oznaczanie azotu ogólnego w materiale roślinnym przebiega według takiej samej procedury jak jego oznaczanie w glebie. Jedyną różnicą jest naważka materiału roślinnego wynosząca 0,5 g.

3.

Oznaczanie azotu ogółem metodą Kjeldahla

Przygotowanie odczynników oraz obliczenia patrz: oznaczanie azotu ogólnego w glebie. Obliczenie zawartości białka ogółem:

Średnia zawartość azotu w roślinach wynosi około 1,5% suchej masy, wahając od 0,5 do 5,0%. Przyjmuje się, że rośliny pastewne powinny zawierać 2,0-3,0% składnika. Azot jest pobierany przez rośliny z gleby w postaci związków mineralnych (NHt, N03), jedynie rośliny motylkowate mają zdolność wiązania azotu czą- . steczkowego za pośrednictwem bakterii Rhizobium. Formy mineralne azotu w roś­ linie przede wszystkim są włączane przez aminokwasy do białek. Druga istotna grupa związków, w której występują połączenia azotu, to amidy i aminy. Amidy się

białko ogółem=

3

Nog

. 6,25

- - ===-:::9

„„~

I 112

4.

113

Oznaczanie azotanów

metodą kolorymetryczną

Zbyt duże dawki azotu na trwałych użytkach zielonych wywierają niekorzystny wpływ na rośliny, ponieważ może się w nich nagromadzić za dużo azotanów (V), których ilość w materiale roślinnym nie powinna przekraczać 0,2-0,3%. Gromadzeniu N-N0 3 w roślinie sprzyja także:

* użytkowanie paszy krótko po nawożeniu, * niekorzystne warunki atmosferyczne lub

inne czynniki ograniczające foto(brak opadów, wysokie temperatury, ochłodzenie, zakwaszenie gleby, brak mikroelementów, jednostronne nawożenie , choroby roślin) .

syntezę

Azotany (V) w roślinie mogą podlegać niekorzystnym procesom: z jednej strony redukcji do azotanów (III), z drugiej zaś reakcjom z drugorzędowymi aminami, w wyniku czego powstają nitrozoarniny - związki toksyczne, pobudzające wzrost komórek nowotworowych. Równie szkodliwe jest działanie nadmiernych ilości azotanów (V) w tkankach roślin, czego wyrazem jest ich toksyczny wpływ na organizm przeżuwaczy i koni. W żwaczu bydła lub jelicie ślepym konia zachodzi redukcja N03 --+ NOz z udziałem mikroflory. Azotany (III) przechodzą łatwo do krwiobiegu, gdzie następuje utlenienie Fe+ 2 --+ Fe+ 3 hemoglobiny. Powstaje methemoglobina, niezdolna do przenoszenia tlenu.

Zasada metody Azotany oznacza się kolorymetrycznie, mierząc intensywność powstałego żół­ tego zabarwienia będącego wynikiem reakcji z kwasem fenolodwusulfonowym w środowisku stężonego kwasu siarkowego (VI). Ponieważ uzyskane zabarwienie jest słabe, należy roztwór zalkalizować, aby barwa była bardziej wyraźna.

1. Do probówek kalibrowanych na 25 cm 3 odważyć 100 mg drobno zmielonego,

suchego materiału roślinnego i dodać 20 cm 3 wody destylowanej. Całość wymieszać i pozostav.rić na 1/2 godziny. stożkowej

o pojem-

3. Z uzyskanego przesączu pobrać 2 cm 3 i przenieść do probówek kalibrowanych na 25 cm 3, a następnie dodać 5 kropel H 20 2 i uzupełnić wodą destylowaną do objętości 5 cm 3. w zlewkach z wodą i włożyć na rozgrzaną łaźnię wodną. Całość ogrzewać przez 2 godziny (po tym czasie roztwory analizowanych próbek pov.rinny być bezbarwne, jeżeli nie, to powtórnie dodać 5 kropel H 20 2 i ponownie wstawić na łaźnię) .

4. Probówki

umieścić

6. Probówki zdjąć z łaźni, umieścić w statywie, ostudzić, po czym dodać do pozostałości w probówce 1 cm 3 kwasu fenolodwusulfonowego. Zostawić na 1/ 2 godziny. 7. Po upływie tego czasu do probówek dodać 5 cm 3 wody destylowanej i zamieszać, następnie dodać 10 cm 3 20-procentowego NaOH i również zamieszać. Uzupełnić wodą d estylowaną do kreski. Uzyskana barwa powinna by ć czysta i intensywnie żółta. Brązowawe zabarwienie świadczy o niecałkowitym utlenieniu materii organicznej ditlenkiem diwodoru i wymusza powtórzenie analizy danej próbki z większą objętością utleniacza. Równolegle należy przygotować roztwory wzorcowe w probówkach o objętości 25 cm 3. Z przygotowanego roztworu roboczego odmierzyć O; 1,0; 2,0 oraz 3,0 cm 3 i postępować tak, jak z próbkami materiału roślinnego poddawanego analizie. 8.

Intensywność

ców

>.

oznaczać

= 410 nm.

barwy próbek badanych na zawartość azotanów oraz ich wzorna spekolu, mierząc intensywność emisji światła o długości fali

9. Na podstawie odczytów dla wzorców sporządzić krzywą wzorcową i od czytać z niej zawartości N-N03 (µg) w badanej próbce. Zawartość azotu azotanowego w próbce materiału roślinnego wyrazić w procentach suchej masy. Obliczenia

N-NOs (%)

=

a· 0,01

gdzie: a - odczyt z krzywej, 0,01 - przeliczenie na procenty. Odczynniki:

WYKONANIE OZNACZENIA

2. Po tym czasie zawartość probówek przesączyć do kolby ności 100 cm 3, nie przemywając osadu na sączku.

5. Po 2 godzinach do probówek dodać 1kroplę1-procentowego roztworu NaOH i usunąć nadmiar H202 przez kilkakrotne dodanie wody destylowanej i odparowanie do sucha.

1. Kwas fenolodwusulfonowy: naważyć 25 g białego fenolu i przenieść do kolby

okrągłodennej o pojemności 500 cm 3, po czym dodać 150 cm 3 stężonego H2S04 oraz 75 cm 3 dymiącego H 280 4. Całość ogrzewać na łaźni wodnej pod chłodnicą zwrotną przez 2 godziny. Przygotowany roztwór przechowywać w ciemnej butelce.

2. 1-procentowy roztwór wodorotlenku sodu: 1 g NaOH naważyć i rozpuścić w 50 cm3 wody destylowanej, a następnie przenieść do kolby o pojemności 100 cm 3, uzup ełniając do kreski, i wymieszać . 3. 20-procentowy roztwór wodorotlenku sodu: 20 g NaOH naważyć i rozpuścić w 50 cm 3 wody destylowanej, a następnie przenieść do kolby o pojemności 100 cm 3, uzupełniając do kreski, i wymieszać . 4. H202 o stężeniu 30%.

-,

--

I

114

115

5. Roztwory wzorcowe:

Obliczenia Zawartość węgla organicznego w materiale centach lub wg. kg- 1.

Roztwór podstawowy: naważyć 7,22 g KN03 wysuszonego w temperaturze 110°C i rozpuścić w wodzie destylowanej, a następnie ilościowo przenieść do kolby miarowej o objętości 1000 cm3, uzupełniając wodą destylowaną do kreski i wymieszać . Roztwór roboczy: pobrać 5 cm 3 roztworu podstawowego i przenieść do kolby miarowej o objętości 1000 cm 3, uzupełniając wodą destylowaną do kreski

gdzie: a

-

i wymieszać . W tak przygotowanym roztworze 1 cm 3 zawiera N-N03 w ilości 5 µg·cm- 3 .

b

-

Sprzęt: waga analityczna, kolorymetr albo spekol).

łażnia

w pro-

3 C org -- ---'--~___:_::.:::: (a - b) · 0,3 · 100 s

0,3 100 s -

wodna, spektrofotometr światła widzialnego (tzw.

Szkło i akcesoria : probówki kalibrowane na 25 cm 3, pipety o objętości 1 i 5 cm 3, kolby miarowe o pojemności 1000 cm 3 , zlewki, lejki, statywy.

roślinnym możemy wyrazić

ilość centymetrów sześciennych soli Mohra zużyta na zmiareczkowanie próby zerowej, ilość centymetrów sześciennych soli Mohra zużyta na zmiareczkowanie badanej próbki, liczba miligramów Corg odpowiadająca 1 cm3 0,1 N soli Mohra, przeliczenie na procenty, naważka analizowanej próbki (mg) .

Odczynniki: 7 rozpuścić w wodzie destylowanej, przenieść do kolby miarowej, uzupełnić do 1000 cm 3 i wymie-

l. Roztwór 2 N dichromianu (VI) potasu: 98,076 g K2Cr 2 0

Oznaczanie ilości węgla organicznego

5.

szać.

Zasada metody

2. Roztwór 0,1 N amonu żelaza (II) siarczanu sześciowodnego: 39,2 g Fe80 4 · (NH 4 )280 4 · 6 H20 rozpuścić w wodzie destylowanej , dodać 20 cm 3 stężonego H2SO 4 , uzupełnić do 1000 cm 3, a następnie wymieszać .

Zasada oznaczania ilości węgla organicznego w materiałach roślinnych jest taka sama jak w wypadku gleb (część I, rozdział 7.2.3).

3. Roztwór 0,2-procentowego kwasu n-fenyloantranilowego: 0,2 g (C13H11N02) rozpuścić w 100 cm 3 0,23 Na2C03 i ·wymieszać.

WYKONANIE OZNACZENIA

Sprzęt:

1. Na wadze analitycznej odważyć od 80 do 100 mg materiału roślinnego i przenieść do kolby o objętości 100 cm 3 • Do kolby dodać 20 cm 3 stężonego H 280 4 , zamieszać i pozostawić na 2-3 godziny. Po tym czasie dodać 10 cm3 2 N roztworu K 2Cr 20 7 i wstawić na płytę grzejną celem ogrzania całej mieszaniny. 2.

3.

Zawartość kolby ogrzewać przez 2 godziny, mieszając co 20 minut. Po upływie tego czasu kolbę zdjąć, dodać wody destylowanej do 2/3 objętości kolby, wymieszać i pozostawić do ostygnięcia. Chłodną kolbę uzupełnić wodą destylowaną

do znaku

objętości,

a

następnie

wymieszać. Z tak przygotowanego roztworu pobrać 10 cm 3 i przenieść do kolby Erlenrneyera o objętości 100 cm 3.

4. Do kolby z analizą dodać kilka kropel kwasu n-fenyloantranilowego oraz około 20 cm 3 wody destylowanej. Całość miareczkować roztworem 0,1 N soli Mohra. Zabarwienie roztworu w kolbie podczas miareczkowania zmienia się z ciemnobrunatnego na ciemnofioletowe, a następnie ciemnozielone. 5.

Jednocześnie należy przeprowadzić

w sposób opisany

powyżej

oznaczenie „próby zerowej" , dla analiz.

postępując

płyta

waga laboratoryjna,

grzejna, biureta, porcjomierz.

Szkło i akcesoria: kolba miarowa o objętości 100 i 1000 cm3, kolba Erlenmeyera

o objętości 100 cm 3, lejek szklany, pipeta o objętości 10 cm 3 .

6.

Zawartość wapnia, magnezu

potasu

Jakość paszy zależy w znacznym stopniu od nawożenia mineralnego, które sprzyja nagromadzaniu się składników mineralnych w roślinach. Korzystny wpływ na wartość pastewną roślin wywierają przede wszystkim fosfor, magnez, wapfi i sód. Na zawartość fosforu w roślinach ·wpływa nie tylko nawożenie, lecz także skład botaniczny runi oraz ·wiek roślin. Należy podkreślić, iż wzrastające dawki nawozów fosforowych nie powodują wzrostu poziomu składnika w suchej masie roślin, ponieważ fosfor nie jest pobierany w nadmiarze. \Vartość 0,6-0,73 P 20s w suchej masie roślin uważa się za optymalną. Zgoła odmiennie reagują rośliny na zbyt duże dawki potasu, który jest przez nie pobierany luksusowo, powodując wzrost

~;'

,,,.

,,

'

"l

I .

M

~

ti K ih

I

~

l't ~

.~1I

~ ~

~

~ ~~

~\I li•

~~ ~

117

116 zawartości

tego składnika w organach aż do 4,0-5 ,03 K20 (prawidłowy poziom 2,0-3,53 K 20). Ponadto nawożenie potasem może wpływać antagonistycznie na pobranie wapnia i magnezu przez rośliny. Sytuacja taka występuje , gdy w paszach stwierdza się zbyt dużą ilość potasu, a jednocześnie małe zawartości wapnia i magnezu, co może doprowadzić do wystąpienia u przeżuwaczy tzw. tężyczki pastwiskowej (hipomagnezemia). Prawidłowe zależności między składnikami określa wartość równoważnikowego stosunku K: (Ca + Mg) nie większa niż 2,2:1. Duże dawki nawozów potasowych oddziałują także na wzajemne stosunki między fosforem i wapniem, magnezem i wapniem oraz magnezem i potasem, rozszerzając je. Prawidłowe wartości tych zależności powinny kształtować się następująco : P:Ca = 1:2; Mg:Ca = 1:3; Mg:K = 1:6.

~~

~ l·~111 li

Analiza ilościowa wapnia, magnezu i potasu w popiele oraz obliczanie ich wzajemnych stosunków równoważnikowych

I

'

~li'·1 ~

w 111

~

~~

~

~

iii

il11

I'

>I

Zawartości potasu i wapnia w roztworach roślinnych oznacza się metodą fotometrii płomieniowej (AES) , natomiast zawartość magnezu - metodą atomowej spektrofotometrii absorpcyjnej (ASA) . Przygotowanie roztworów roślinnych składa się z dwóch etapów. l. W pierwszym etapie należy dokonać mineralizacji materiału roślinnego na sucho (spopielanie) w piecu muflowym w temperaturze 550°C przez 6-8 godzin. W trakcie spopielania następuje rozpad substancji organicznej, który prowadzi do ulatniania się z niej pary wodnej , tlenku węgla (IV) oraz azotu w postaci tlenków i amoniaku.

11i

0,5 g wysuszonego i zmielonego materiału roślinnego i umieścić w tygielku porcelanowym, a następnie spalać w piecu muflowym, rozpoczynając proces od niskich temperatur, tak aby uniknąć częściowego ubytku takich składników mineralnych, jak fosfor, chlor, siarka i potas. W miarę upływu czasu temperaturę systematycznie podnosić aż do uzyskania 550°C. Dobrze spalony materiał (popiół) powinien charakteryzować się barwą jasnoszarą. W innym wypadku zaleca się jego dopalanie silnymi utleniaczami (H202 , HN0 3 ) i ponowną mineralizację w piecu, ale już przez krótszy czas. 2. Drugi etap polega na rozpuszczeniu soli pierwiastków zawartych w popiele i przygotowaniu roztworów roślinnych.

I!

Popiół poddać działaniu 10-procentowego kwasu chlorowodorowego, którego 10 cm 3 należy dodać do zawartości w tygielku. Całość ogrzać na płycie grzej-

~li. il. I

!1 L ,,iii i'

!1~ :

I ,

~~ 11

Odważyć

nej celem rozpuszczenia części popielnych, nie dopuszczając do odparowania mieszaniny. Następnie przenieść ilościowo do kolby miarowej o pojemności 100 cm 3 , uzupełnić do kreski wodą destylowaną i wymieszać. 3. \V tak przygotowanym roztworze można oznaczyć ilość potasu oraz wapnia w próbkach na fotometrze płomieniowym (Flapho), mierząc intensywność emisji światła o długości fali charakterystycznej dla wapnia oraz potasu. Fotometr płomieniowy pozwala na jednoczesne oznaczenie obu pierwiastków.

Oznaczenie magnezu przeprowadzić na spektrofotometrze absorpcji atomowej. 4. Równolegle należy oznaczyć serię wzorców dla wapnia, potasu i magnezu, wyrażonych w µg · cm - 3 . 5. Na podstawie odczytów dla wzorców sporządzić oddzielne krzywe wzorcowe dla wapnia, potasu i magnezu i odczytać z nich zawartości pierwiastków w badanej próbce wyrażone w µg · cm- 3 . 6. Obliczyć procentową zawartość wapnia, potasu i magnezu w badanym materiale roślinnym. Obliczenia

3 K lub 3 Ca lub 3 Mg

= a · 0,02

gdzie: a - odczyt z krzywej wzorcowej dla poszczególnych metali, 0,02 - przeliczenie na procenty. Obliczanie stosunku równoważnikowego

Celem obliczenia stosunku równoważnikowego zawartości poszczególnych metali uzyskane wartości (w 3) należy podzielić przez miligramorównoważniki, które wynoszą:

Ca: 40,08/2 = 20,04 mg/mmol(+) , Mg: 24,49/ 2 = 12,25 mg/mmol(+), K: 39,1 mg/mmol(+), a następnie obliczyć wartość K: (Ca+ Mg). Odczynniki:

10-procentowy roztwór kwasu chlorowodorowego: 239 cm 3 stężonego HCl uzu3 pełnić wodą destylowaną w kolbie miarowej o objętości 1000 cm do kreski i wymieszać.

Sprzęt: waga analityczna, piec muflowy, płyta grzejna, spektrofotometr absorpcji atomowej, fotometr płomieniowy.

Szkło i akcesoria: tygielek porcelanowy o objętości 25 cm 3 , lejki, kolby miarowe o objętości 100 i 1000 cm 3 .

Jl\ '--

\

IO() ( -"r.''·.

,h .1

I ,„ '

~v'-J

\

\

f

LITERATURA

Andrzejewski M. (1966): Vlpływ nawożenia organicznego na przemieszczanie się związków próchnicznych w profilach gleby. Pr. Kom. Nauk Roln. Korn. Nauk Leśn. PTPN 20, 2: 259-296. Bednarek R„ Dziadowiec H„ Pokojska U„ Prusinkie·wicz Z. (2004): Badania ekologiczno-gleboznawcze. PWN, Warszawa. DIN 14870 (2002): Soi! quality - Extraction of trace elements by buffered DTPA solution (ISO 14870:2001). Deutsches Institut fiir Normung e. V. Drozd J „ Licznar M „ Licznar S.E„ Weber J . (1998) : Gleboznawstwo z elementami mineralogii i petrografii. Wyd. AR, Wrocław . Gleboznawstwo (1995). R ed . B. Dobrzański, S. Zawadzki. PWRiL, Warszawa. Gorlach E„ Mazur T. (2001): Chemia rolna. PWN, Warszawa. Kabata-Pendias A„ Pendias H. (1999): Biogeochemia pierwiastków śladowych . PWN, Warszawa. Klasyfikacja uziarnienia gleb i utworów mineralnych - PTG 2008. Roczniki Gleboznawcze 60, 2: 5-16. Lityński T „ Jurkowska H. (1982): Żyzność gleby i odżywianie się roślin. PWN, Warszawa.

Misztal M„ Smal H„ Wójcikowska-Kapusta A. (1997): Litosfera i jej ochrona. Wyd. AR, Lublin. Mocek A„ Drzymała S„ Maszner P . (1997): Geneza, analiza i klasyfikacja gleb. Wyd. AR, Poznań. Ostrowska A„

Gawliński

S„

Szczubiałka

Z. (1991): Metody analizy i oceny

wła­

ściwości gleb i roślin. Wyd. IOŚ , Warszawa.

Podstawy i skutki chemizacji agroekosystemów (1999). Red . T. Filipek. Wyd. AR, Lublin. Przewodnik do

ćwiczeń

z chemii rolnej (1984). Red. K Lehmann. Wyd. AR, Poz-

nań .

~ ~

'~ .f

~.::S :..o !V

c: J

Księgarnia prowadzi również sprzedaż wysyłkową (platność w formie przelewu lub za zaliczeniem pocztowym). Zamó,vienie telefoniczne, listowne, przesłane faksem lub Internetem prosimy kierować na adres:

Uniwersytet Przyrodniczy Collegium Maximum

'-V

nawożeniu

(2004).

Poznaniu

Księgarnia ŻAK

ul. Wojska Polskiego 28 60-667 Poznań tel./ faks 061 848 75 42

e-mail: ksiegarnia-zak@'N-p.pl N aszą ofertę można znaleźć

Systematyka gleb Polski (1989) . Rocz. Glebozn. 40, 3/4. Ustawa z dnia 2.04. 2004 roku o zmianie ustawy o nawozach i Dz. U. nr 91, poz. 876. ~\.l'l wPoe,-:-, ~' -§2 ~ (Ir ~\ ~ ~,

Sprzedaż książek prowadzi k sięgarnia L-\K w gmachu Collegium i\faximum Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu (parter), ul. Wojska Polskiego 28. Księgarnia jest czynna w godz. 8-16 (pon . -piąt.) oraz 10-13 (sob.).

na stronach W\Vw.up.poznan.pl /wydawnictwo