Oznaczenia próchnicy

Obecność substancji organicznej w glebach jest jednym z zasadniczych wskaźników odróżniających gleby od skały macierzystej. Substancja organiczna nie jest jednorodna pod względem chemicznym – jest to mieszanina wielu substancji mniej lub bardziej złożonych, zależnie od stopnia rozkładu i humifikacji, rodzaju substratu wyjściowego i warunków, w jakich się one tworzyły.

Substancja organiczna gleby składa się z nie próchnicznych (nieswoistych) substancji organicznych oraz próchnicy glebowej. Do nie próchnicznych substancji organicznych można zaliczyć obumarłe części roślin i zwierząt oraz produkty ich częściowego lub daleko posuniętego rozkładu oraz takie związki chemiczne jak: węglowodany, białka, tłuszcze, węglowodory. Nie próchniczne substancje organiczne stanowią około 10 % całkowitej ilości substancji organicznej gleby. Próchnica jest mieszaniną substancji o skomplikowanej budowie i zróżnicowanych właściwościach, zależnych od stopnia humifikacji (Stuczyński i in., 2004).

Miarą ilości substancji organicznej w glebie oraz wskaźnikiem stopnia jej humifikacji jest zawartość węgla organicznego. Ilość węgla organicznego w warstwie ornej większości gleb Polski waha się od 1 do 2 %, a w podglebiu od ilości śladowych do 1 %. Wartości te są większe (1 - 3 %) w glebach czarnoziemnych, madach i rędzinach. W glebach leśnych zawartość węgla jest jeszcze wyższa i w poziomach organicznych oscyluje w szerokich granicach od 10 do 40 %, a w mineralno-organicznych od 2 do 10 % (Ostrowska i in., 1991).

Na podstawie ilości węgla w glebie oznacza się zawartość w niej próchnicy, stosując przelicznik (58 %) wynikający z zawartości węgla w substancji próchnicowej.

Próchnica glebowa jest produktem rozkładu i resyntezy związków organicznych tworzonych w wyniku działalności drobnoustrojów glebowych oraz reakcji fizyczno-chemicznych. Zawartość próchnicy mierzy się procentowym jej udziałem w warstwie próchnicznej gleby oraz ilością (zapasem), która zależy i od procentowej zawartości i od miąższości warstwy. W warstwie ornej gleb uprawnych znajduje się na ogół 1.5 – 2.2 % próchnicy, przy czym w glebach lekkich jest jej mniej.

Zapas próchnicy w glebie związany jest z jej typem. Najwięcej próchnicy znajduje się w rędzinach, madach, czarnych ziemiach, następnie w kolejności malejącej w czarnoziemach, glebach brunatnych i bielicowych. Znaczne wahania, zarówno w zawartości procentowej, jak i w zapasie próchnicy w poszczególnych typach gleb i w obrębie danego typu związane są m.in. z rzeźbą terenu, sposobem użytkowania i wilgotnością gleby.

Zapas próchnicy w glebie stanowi wskaźnik jakości gleby: mniej niż 50 t/ha próchnicy (co odpowiada mniej niż 1 % w warstwie ornej) wskazuje na proces degradacji gleby. Mniej niż 10 t/ha

świadczy o całkowitej degradacji gleby, a podłoża takie uważa się za grunty bezglebowe (Ostrowska i in., 1991).

Substancja organiczna gleby charakteryzuje się znacznymi zdolnościami sorpcyjnymi, polegającymi na wiązaniu różnych składników, w tym zanieczyszczeń. Sorpcja metali ciężkich i zanieczyszczeń organicznych przez substancję organiczną ogranicza ich migrację w środowisku glebowym oraz ich toksyczność. Pomiędzy zawartością substancji organicznej, a zawartością frakcji koloidalnej istnieje ścisła zależność, gdyż znaczna cześć substancji organicznej występuje w formie koloidalnej. Gleby zwięzłe i wysoko próchniczne charakteryzują się większą odpornością na degradację w wyniku zanieczyszczenia substancjami pochodzenia antropogenicznego (Stuczyński i in., 2004).

Oznaczenia próchnicy (sumarycznej zawartości materii organicznej) dokonano w oparciu o zmodyfikowaną metodę Tiurina. Zasada metody opiera się na utlenianiu węgla do CO2

w środowisku silnie kwaśnym z zastosowaniem jako utleniacza 0.4 N roztworu K2Cr2O7. Zachodzą przy tym reakcje:

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

W celu zwiększenia maksymalnie stopnia utlenienia stosuje się katalizatory w postaci AgSO4 lub HgSO4. Nadmiar nie zredukowanego utleniacza miareczkuje się solą Mohra w obecności orto-fenantroliny.

Z różnicy między ilością dwuchromianu potasu zużytą do utlenienia, a jego pozostałością określoną metodą miareczkowania wyznacza się ilość tlenu zużytego w tej reakcji na utlenienie węgla.

Zawartość węgla utlenialnego w badanej próbce gleby Xc w % oblicza się ze wzoru:

Xc = % 100 ) ( ₀ ⋅ ⋅ − m n V V

- gdzie: V0 – objętość 0.2 N roztworu siarczanu żelazawo-amonowego zużytego do

miareczkowania próbki ślepej w cm³ (określenie miana 10 cm³ 0.4 N roztworu dwuchromianu potasowego),

V – objętość 0.2 N roztworu siarczanu żelazawo-amonowego zużytego do miareczkowania próbki z glebą w cm³,

n – liczba gram węgla równoważona przez 1 cm³ 0.2 N (NH₄)₂SO₄ · FeSO₄ · 6H₂O; n = 0.0006,

Liczne badania wykazały, że substancja próchnicza gleby zawiera przeciętnie 58 % węgla. Na tej podstawie przy znajomości zawartości węgla z analizy chemicznej przeliczono przybliżoną zawartość substancji próchniczej w glebie.

Sposób postępowania przeprowadzonego przez autorkę rozprawy w IUNG w celu określenia zawartości próchnicy przedstawiono na fotografiach 9a,b,c.

Fot. 9a. Próbki glebowe zalane chromianką.

Fot. 9b. Ogrzewanie roztworów na płycie grzejnej.

Fot. 9c. Miareczkowanie solą Mohra.

Wyniki analiz oznaczeń zawartości próchnicy w próbkach z 2004 roku przedstawiono w zestawieniu zbiorczym wyników analiz wykonanych w Instytucie Uprawy, Nawożenia i Gleboznawstwa w Puławach (zał. 14). Zdecydowana większość gleb charakteryzuje się średnią i wysoką próchniczności. Gleby o bardzo wysokiej i niskiej zawartości próchnicy mają znaczenie podrzędne (rzędu kilku procent). W porównaniu jednak z wynikami z 1992 roku (tab. 17, rys. 39) widać wyraźne zubożenie gleb w próchnicę.

Zawartość próchnicy % < 1.0 niska 1.01 – 2.00 średnia 2.01 – 3.50 wysoka > 3.51 bardzo wysoka 1992 0 16.5 77.2 6.3 2004 9.2 40.2 47.2 3.4

Tab. 17. Porównanie wyników zawartości próchnicy w próbkach gruntów pobranych w 1992 i 2004 roku

W powyższej tabeli widać dość wyraźny (rzędu nawet 30 % w klasie wysokiej) spadek próchniczności gleb. Spadek próchniczności potwierdza wykres częstości skumulowanej zawartości próchnicy (rys. 37).

x + 2s x - 2s x - s x _ _ _ _ _ x + s x + 3s x - 3s _ _ 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 Próchnica [%] 0.20 0.50 1.00 2.00 5.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 95.00 98.00 99.00 99.50 99.80 C z ę s to ś ć s k u m u lo w a n a 1992 2004

Rys. 37. Wykres częstości skumulowanej udziału procentowego próchnicy oznaczonej w próbkach gleb w roku 1992 i 2004

Badania zmian zawartości próchnicy w glebach wykazały istnienie trendu spadku zawartości próchnicy, głównie w glebach wyjściowo zasobnych w materię organiczną. Prawdopodobnie może to być spowodowane tymi samymi przyczynami, co opisane w poprzednim rozdziale zakwaszanie gleb (w obszarze badań tendencja zakwaszania gleb powinna być potwierdzona lub wykluczona kolejnym cyklem badań). Spadek zawartości materii organicznej powiązany został z bardziej intensywnym użytkowaniem gleb (Stuczyński i in., 2004).