I ORGANICZNEGO W GLEBACH MINERALNYCH
Marzena Gibczyńska, GraŜyna Jurgiel-Małecka, Leokadia Lewandowska
Katedra Chemii Ogólnej, Akademia Rolnicza w Szczecinie
Wstęp
Zawartość fosforu ogółem w glebach zlokalizowanych na terenie województwa zachodniopomorskiego wahała się od 232 do 923 mg P⋅kg-1 gleby, a udział fosforu organicznego stanowił do 40% [GIBCZYŃSKA, LEWANDOWSKA 2004]. Udział w fosforze ogólnym związków organicznych (fityna 2-50%, fosfolipidy 1-5% oraz kwasy nukleinowe 0,2-2,5%) i nieorganicznych zaleŜy od właściwości gleby. Fosfor ze związków organicznych moŜe być uwolniony przez sekrecję lub lizę komórkową do środowiska glebowego [KOPER 1996]. Czas jak i warunki przechowywania próbek glebowych mogą wpływać na zmianę proporcji pomiędzy formami fosforu w postaci organicznej i nieorganicznej.
Opracowano kilka metod chemicznych słuŜących do oznaczania zasobności gleby odnośnie fosforu organicznego, opierających się na ekstrahowaniu gleb roztworami kwaśnymi lub zasadowymi. Metody te róŜnią się przede wszystkim warunkami prowadzenia ekstrakcji próbek glebowych oraz roztworami uŜytymi do ekstrahowania.
Celem przeprowadzonych badań było porównanie stosowanych do oznaczania zawartości fosforu organicznego w glebie trzech metod: Brogowskiego, Black’a i Olsena oraz Golachowskiej. Podczas badań analizowano równieŜ zmiany zawartości fosforu ogólnego, nieorganicznego, organicznego i przyswajalnego w glebach inkubowanych.
Materiał i metody
Porównanie trzech metod oznaczania fosforu organicznego w glebie
Do doświadczenia uŜyto trzech gleb lekkich, charakteryzujących się składem granulometrycznym piasku słabogliniastego. Próbki gleb pobrane zostały z wierzchniej warstwy profilu glebowego.
Zawartość fosforu ogółem (P og.), fosforu nieorganicznego (P nieorg.) i fosforu związków organicznych (P org.) w glebach oznaczono następującymi metodami.
a. Blacke’a i Olsena [OLSEN, DEAN 1965] - ekstrakcja stęŜonym HCl próbek gleby nie mineralizowanych i mineralizowanych w temp. 550°C. Ilość fosforu, w ekstraktach oznaczano kolorymetrycznie, stosując mieszaninę molibdenianu(VI) amonu (NH4)6Mo7O24) i monowanadanu amonu (NH4VO3).
M. Gibczyńska, G. Jurgiel-Małecka, L. Lewandowska 118
b. Brogowskiego [BROGOWSKI 1966] - ekstrakcja 0,25 molowym roztworem kwasu szczawiowego (C2H2O4) a następnie 4% roztworem NH4OH. W celu oznaczenia ilości fosforu ogólnego przeprowadza się mineralizację otrzymanych roztworów ogrzewając z KMnO4 i H2SO4. Ilość fosforu organicznego oblicza się z róŜnicy.
Ilość fosforu, w ekstraktach oznaczano kolorymetrycznie.
c. Golachowskiej [GOLACHOWSKA 1978] - ekstrakcja prób glebowych 1 molowym roztworem H2SO4, a następnie 2 molowym roztworem NaOH. Zawartość fosforu oznaczona w tych ekstraktach jest to fosfor, mineralny. Odejmując sumę fosforu mineralnego od ilości fosforu całkowitego, oznaczonego po mineralizacji ekstraktów, uzyskuje się zawartość w glebie fosforu organicznego. Ilość fosforu, w ekstraktach oznaczano kolorymetrycznie, stosując mieszaninę molibdenianu(VI) amonu (NH4)6Mo7O24) i monowanadanu amonu (NH4VO3).
Odczyn gleb jako pH oznaczono metodą potencjometryczną [PN-ISO 10390].
Wpływ inkubacji gleb na zawartość fosforu organicznego i przyswajalnego
Badania laboratoryjne przeprowadzono na próbach gleb pobranych z ornego poziomu próchniczego (0-30 cm). UŜyta do badań gleba z miejscowości Lipnik (RZD) charakteryzowała się składem granulometrycznym piasku słabogliniastego o zawartości węgla organicznego 1,20% oraz odczynie oznaczonym jako pH w H2O 6,2. Natomiast gleba z miejscowości Małyszyn to piasek gliniasty lekki charakteryzujący się pH w H2O 5,3 i zawartości węgla organicznego 0,87%.
Części ziemiste pobranego materiału glebowego dokładnie wymieszano, umieszczono w pojemnikach. Wilgotność materiału glebowego doprowadzono do stanu odpowiadającego 60% maksymalnej pojemności wodnej. Tak przygotowane próbki materiału glebowego o masie 0,5 kg inkubowano temperaturze 20°C. Wilgotność i temperatura była utrzymywana na stałym poziomie. Pomiar zawartości fosforu ogółem (P og.), fosforu nieorganicznego (P nieorg.) i fosforu związków organicznych (P org.) oraz fosforu przyswajalnego w próbkach glebowych wykonywano w następujących terminach: 0, 7, 14, 30 i 60 dniu doświadczenia. Oznaczenia wykonywano w trzech powtórzeniach. Zawartość fosforu ogółem (P og.), fosforu nieorganicznego (P nieorg.) i fosforu związków organicznych (P org.) w glebach oznaczono metodą Blacke’a i Olsena [OLSEN, DEAN 1965]. Zawartość fosforu przyswajalnego w próbkach gleby oznaczono stosując metodę Egnera-Riehma [OSTROWSKA i in. 1991].
Istotność róŜnic pomiędzy poszczególnymi wartościami wyników oceniano posługując się testem Tukeya, na poziomie = 0,05, uŜywając programu FR-ANALWAR1. Współczynniki korelacji obliczono przy zastosowaniu oprogramowania STATISTICA 7.1.
Wyniki
Oznaczona ilość fosforu w badanych glebach była zróŜnicowana (tab. 1, 2 i 3).
Zawartość fosforu ogólnego w glebie nr 1 wynosiła od 667,59 do 1187,51 mg P⋅kg-1 gleby zaleŜnie od zastosowanej metody, była to równieŜ ilość fosforu występującego w połączeniach nieorganicznych. Gleba ta nie zawierała fosforu występującego w połączeniach organicznych, co stwierdzono stosując kaŜdą z trzech metod oznaczania.
Tabela 1; Table 1 Zawartość w glebach fosforu ogólnego, nieorganicznego i organicznego
(metoda Black’a i Olsena)
Content of total, inorganic and organic phosphorus in soils
1 Program autorstwa F. Rudnickiego, e-mail: rudnicki@atr.bydgoszcz.pl
PORÓWNANIE METOD OZNACZANIA ZAWARTOŚCI FOSFORU ... 119 Zawartość w glebach fosforu ogólnego, nieorganicznego i organicznego
(metoda Brogowskiego)
Content of total, inorganic and organic phosphorus in soils (methods by Brogowski)
Gleba nr 2 niezaleŜnie od metody oznaczania charakteryzowała się najmniejszą zawartością fosforu ogólnego, którego ilość wahała się od 318,05 do 610,00 mg P⋅kg-1 gleby. NaleŜy podkreślić, Ŝe udział fosforu organicznego w jego ogólnej ilości wyniósł kilkanaście procent i określony został na tym samym poziomie przy zastosowaniu wszystkich trzech metod.
W trzeciej glebie oznaczono zawartość fosforu ogólnego i wahała się od 656,00 do 948,39 mg P⋅kg-1 gleby. Natomiast zawartość fosforu organicznego zamykała się w granicach od 54,96 do 53,59 mg P⋅kg-1 gleby, co stanowiło tylko kilka procent jego ogólnej zawartości w glebie.
Tabela 3; Table 3 Zawartość w glebach fosforu ogólnego, nieorganicznego i organicznego
(metoda Golachowskiej)
Content of total, inorganic and organic phosphorus in soils (methods by Golachowska)
Nr gleby No of soil
Fosfor; Phosphorus
M. Gibczyńska, G. Jurgiel-Małecka, L. Lewandowska
Stosując do oznaczenia ilości fosforu w glebie metodę Brogowskiego otrzymano najniŜsze wartości, co jest prawdopodobnie spowodowane tym, Ŝe ekstrakcję przeprowadza się kolejno roztworami kwasu szczawiowego i wodorotlenku amonowego będącymi słabymi elektrolitami.
Tabela 4; Table 4 Wpływ inkubacji na zawartość w glebach fosforu ogólnego, nieorganicznego,
organicznego i przyswajalnego
The effect of incubation on content of total, inorganic, organic and available phosphorus in soils
r.n.; n.s. róŜnica nieistotna; not significant difference
Roztworami ekstrakcyjnymi w metodzie opracowanej przez Golachowską są roztwory mocnego kwasu i zasady i w wyniku tego otrzymano wyŜsze wartości charakteryzujące zawartość związków fosforu w glebie.
Metodyka opracowana przez Black’a i Olsena oparta jest na początkowej mineralizacji próbek glebowych a następnie ekstrakcji ich roztworem mocnego kwasu, co zapewnia w największym stopniu przejście do roztworu występującego w glebie fosforu. W wyniku tego stosując powyŜszą metodę otrzymano wartości najwyŜsze.
NaleŜy podkreślić, Ŝe wyniki otrzymywane przy zastosowaniu powyŜszych metod były ze sobą dodatnio skorelowane. Przy uŜyciu kaŜdej z metod, najmniej zasobna w związki fosforu była gleba nr 2, a najbardziej gleba nr 1. NajwyŜszy
PORÓWNANIE METOD OZNACZANIA ZAWARTOŚCI FOSFORU ... 121 współczynnik korelacji wynoszący 0,999 otrzymano porównując wyniki otrzymane przy uŜyciu metodyk proponowanych przez Black’a i Olsena i Golachowską.
W celu analizy wpływu inkubacji wybranych gleb na zmiany związków w jakich występuje fosfor wybrano metodykę opracowaną przez Black’a i Olsena jako najbardziej odpowiednią. UŜyta do badań gleba z miejscowości Lipnik (RZD) o składzie granulometrycznym piasku słabogliniastego charakteryzowała się za-wartością: fosforu ogólnego na poziomie 800 mg P⋅kg-1 gleby, fosforu nieorganicznego 760 mg P⋅kg-1, a fosforu organicznego 40 mg P⋅kg-1 gleby. Fosfor organiczny stanowił tylko 5% całkowitej zawartości fosforu w glebie uŜytej do badań, a fosfor nieorganiczny był dominującą formą fosforu ogólnego. W wyniku przeprowadzonej inkubacji gleby, nie odnotowano zmian zawartości w niej fosforu ogółem, fosforu nieorganicznego i fosforu organicznego, w tych warunkach związki fosforu okazały się stabilne. RóŜnice, jakie odnotowano nie przekroczyły przedziałów istotności (tab. 4).
Oznaczona w powyŜszej glebie zawartość fosforu przyswajalnego wynosiła około 200 mg P⋅kg-1 gleby, co stanowiło 25% całkowitej zawartości fosforu w glebie (tab. 4).
Podczas inkubacji gleby w stanie odpowiadającym 60% maksymalnej pojemności wodnej stwierdzono istotny wzrost zasobności gleby odnośnie fosforu określanego jako przyswajalny. Wobec stosunkowo małego udziału fosforu organicznego w jego ogólnej zawartości w glebie o ilości przyswajalnej formy fosforu decydował skład fosforu nieorganicznego i podczas inkubacji mogła nastąpić zmiana kationów, z którymi połączony był anion fosforanowy, co wpłynęło na zmianę rozpuszczalności obecnych w glebie fosforanów. Według POTARZYCKIEGO [2003] produkty rozkładu materii organicznej oraz kwasy organiczne przyczyniają się do zwiększenia rozpuszczalności trudno rozpuszczalnych ortofosforanów wapnia, gdyŜ wiąŜąc kationy Al i Fe uwalniają jednocześnie fosfor do roztworu glebowego. Natomiast niewielki udział fosforu wodnorozpuszczalnego (P lab.) w fosforze mineralnym potwierdza duŜą rolę procesów zachodzących w glebie na granicy faz stałej i ciekłej, które decydują o utrzymaniu od-powiedniego stęŜenia fosforanów w roztworze glebowym [POTARZYCKI 2006].
Druga gleba z doświadczenia, to jest piasek gliniasty lekki, charakteryzowała się mniejszą za zawartością form fosforu. Średnia zawartość fosforu ogólnego wynosiła 646, nieorganicznego 599, a organicznego 47 mg P⋅kg-1 gleby. Dominującą formę w fosforze ogólnym, w tej glebie, stanowił fosfor nieorganiczny około 93% (tab. 4).
Wyniki analiz gleby wykazały, Ŝe trwająca 60 dni inkubacja gleby w powyŜszych warunkach nie wpłynęła na zmianę rozdziału fosforu glebowego pomiędzy część organiczną i nieorganiczną. Nie stwierdzono równieŜ istotnej zmiany ilości fosforu przyswajalnego w wyniku inkubacji gleby. MoŜna to tłumaczyć wysokim zmineralizowaniem gleby uŜytej w doświadczeniu.
Wnioski
1. W wyniku zastosowania w metodyce proponowanej przez Black’a i Olsena do ekstrakcji próbek gleby roztworu mocnego kwasu i wstępnej mineralizacji wyekstrahowano największe ilości fosforu ogólnego, nieorganicznego i organicznego w porównaniu do metody Brogowskiego i Golachowskiej.
2. Stwierdzono, Ŝe trwająca 60 dni inkubacja piasku słabogliniastego i piasku gliniastego lekkiego nie wpłynęła na zmianę rozdziału fosforu glebowego pomiędzy część organiczną i nieorganiczną.
3. Podczas inkubacji gleby w stanie odpowiadającym 60% maksymalnej pojemności wodnej stwierdzono istotny wzrost zasobności gleby o składzie granulometrycznym piasku słabogliniastego w fosfor przyswajalny.
M. Gibczyńska, G. Jurgiel-Małecka, L. Lewandowska 122
Literatura
BROGOWSKI Z. 1966. Metodyka oznaczania mineralnego i organicznego fosforu w glebie.
Rocz. Glebozn. 16(1): 193-208.
GIBCZYŃSKA M., LEWANDOWSKA L. 2004. ZaleŜność między aktywnością fosfatazy a za-wartością róŜnych frakcji fosforu w glebach róŜniących się zaza-wartością próchnicy.
Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 501: 127-133.
GOLACHOWSKA J.B. 1978. Frakcjonowanie i oznaczanie organicznych postaci fosforu w osadach dennych jezior. Rocz. Nauk Rol. H3: 86-93.
KOPER J. 1996. Zmiany zawartości fosforu związków organicznych i jego frakcji w glebie wywołane wieloletnim nawoŜeniem organicznym. Rozprawy 75 ATR Bydgoszcz.
OLSEN S.R., DEAN L.A. 1965. Methods of soil analysis. Part 2. Black C.A. (Ed.) Madison, Wisconsin USA: 1035-1049.
OSTROWSKA A.. GAWLIŃSKI S., SZCZUBIAŁKA Z. 1991. Metody analizy i oceny własności gleb i roślin. W-wa: 115-120.
POLSKA NORMA 1997. Oznaczanie pH PN-ISO 10390..
POTARZYCKI J. 2003. Fosfor w glebie. J. Elementol. 8(3) Supl.: 19-32.
POTARZYCKI J. 2006. Przemiany związków fosforu w glebie w zaleŜności od systemu nawoŜenia w przeszłości. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 512: 465-473.
Słowa kluczowe: gleba, fosfor ogólny, fosfor nieorganiczny fosfor organiczny, fosfor przyswajalny
Streszczenie
Celem przeprowadzonych badań było porównanie stosowanych do oznaczania zawartości fosforu ogólnego, nieorganicznego i organicznego w glebie trzech metod:
Brogowskiego, Black’a i Olsena oraz Golachowskiej. Podczas badań analizowano równieŜ zmiany zawartości fosforu ogólnego, nieorganicznego, organicznego i przyswajalnego w glebach inkubowanych. Do doświadczenia uŜyto trzech gleb lekkich o składzie granulometrycznym piasku słabogliniastego. W drugiej części badań przeprowadzono inkubację dwóch gleb: piasku słabogliniastego i piasku gliniastego lekkiego przez okres 60 dni. Stosując metodykę proponowaną przez Black’a i Olsena oznaczono największe ilości fosforu ogólnego, nieorganicznego i organicznego.
Trwająca 60 dni inkubacja piasku słabogliniastego i piasku gliniastego lekkiego nie wpłynęła na zmianę rozdziału fosforu glebowego pomiędzy część organiczną i nieorganiczną.
COMPARISON OF METHODS USED FOR THE DETERMINATION OF ORGANIC
AND INORGANIC PHOSPHORUS CONTENT IN MINERAL SOILS
Marzena Gibczyńska, GraŜyna Jurgiel-Małecka, Leokadia Lewandowska Department of General Chemistry, Agicultural University, Szczecin
PORÓWNANIE METOD OZNACZANIA ZAWARTOŚCI FOSFORU ... 123
Key words: soil, total phosphorus, inorganic phosphorus, organic phosphorus, available phosphorus
Summary
The aim of the performed investigations was the comparison of usefulness of various methods for the determination of total, organic and inorganic phosphorus in the soils. The evaluated methods were worked out by Brogowski, Black and Olsen and Golachowska. During the investigations changes in the content of total, organic, inorganic and available phosphorus in the incubated soils were also analyzed. Three sandy soils of granulometric traits of coarse sand were used in the experiment. In the second part of the experiment two soils were subjected to 60 day incubation, namely coarse sand and loamy sand. Using the method suggested by Black and Olsen the highest contents of total, organic and inorganic phosphorus were determined. The 60 day incubation of coarse and light loamy sand did not affect the division between organic and inorganic soil phosphorus.
Dr hab. Marzena Gibczyńska, prof. nadz. AR Katedra Chemii Ogólnej
Akademia Rolnicza ul. Słowackiego 17 71-434 SZCZECIN
e-mail: marzena.gibczyńska@agro.ar.szczecin.pl
ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 533: 125-130