ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE T. XXIII, Z. 1, WARSZAWA 1972
U R SZ U L A P O K O JSK A
W PŁYW SKŁADU MECHANICZNEGO NA OZNACZANIE W ILGOTNOŚCI GLEB METODĄ EKSTRAKCYJNO-KOLORYM ETRYCZNĄ
Z akład G leb o zn a w stw a U n iw e r sy te tu M. K opernika w T oruniu K iero w n ik — prof, dr hab. Z. P ru sin k iew icz
CEL P R A C Y
E kstrakcy j n o-kolorym etryczna m etoda (EKM) oznaczania w ilgotności gleb i gruntów , opracow ana i opisana przez P r u s i n k i e w i c z a, m a szereg zalet w yróżniających ją spośród w ielu zn any ch m etod polowych. O statnio został opracow any now y w a ria n t tej m etody [3] z zastosow a niem specjalnego k o lo ry m etru um ożliw iającego zobiektyw izow anie po m iaru.
P rusinkiew icz sugeruje, że m etoda EKM zastosow ana do gleb lek kich pow inna daw ać w yniki dokładne, n ato m ia st w utw o rach ciężkich może zachodzić potrzeba w prow adzenia odpow iednich popraw ek ze w zględu n a m ożliwość sorpcji w skaźnika n a koloidach glebow ych [2]. W publik acji P rusinkiew icza b rak jest jed n ak szerszych badań, k tó re um ożliw iłyby w prow adzenie ty ch popraw ek. Odczuwa się rów nież b rak statystycznego opracow ania w yników , koniecznego do oceny ścisłości i dokładności m etody.
Celem niniejszej pracy je st uzupełn ienie c h a ra k te ry sty k i m etody, szczególnie pod kątem o kreślenia w p ły w u składu m echanicznego gleby n a w yniki oznaczeń wilgotności.
M A TER IA ŁY I METODY
Do zaplanow anych b ad ań użyto czterech różnych utw orów : piasku luźnego (wydmowy), u tw o ru pyłowego zwykłego (mada pyłowa), iłu piejstoceńskiego (z Grębocina) oraz iłu plioceńskiego (z R udaku k. T oru nia).
350 U. P ok ojsk a
W celu scharak tery zow ania próbek w ykonano n astępujące oznacze n ia:
— skład m echaniczny m etodą Bouyoucosa w m odyfikacji C asagrande i Prószyńskiego (dla prób ek piasku m etodą sitową),
— ciężar w łaściw y m etodą b iu retow ą z zastosow aniem benzenu, — zaw artość w ęglanów m etodą Scheiblera,
— pH m etodą po tencjom etryczną p rzy użyciu elektrody szklanej i kalom elow ej,
— całkow itą pojem ność sorpcyjną m etodą M ehlicha-Schachtschabela, — m ak sym aln ą higroskopijność m etodą Nikołaj ew a n a d nasyco ny m K 2S 0 4.
P rzedstaw iona c h a ra k te ry sty k a m ate ria łu (tab. 1) w skazuje, że dla spraw dzenia m etody w ybrano próbki o sk rajn ie zróżnicow anym składzie m echanicznym — od piasku luźnego, p raw ie n ie zaw ierającego części spław ialnych. do iłu plioceńskiego, w k tó ry m 70% stanow i frak cja iłu koloidalnego. Gleb o ta k ciężkim składzie m echanicznym , jak oba b a dane iły, p rak ty czn ie się nie spotyka. P róbki iłów w ybrano celowo, aby postaw ić przed m etodą m aksym alne w ym agania.
T a b e l a 1 Cha rakterystyka próbek uż yt yc h do doświadczeń
C h a r a c t e r i s t i c s c f samples used i n expe rime nts
Próbka Zawartość f r a k c j i w % Contents o f f r a c t i o n s i n % d pH Pojemność sorp cyj na Maksymalna hig r o s k o p i j n o ś ć Hygroscopic c a p a c i t y % Sample 1 , 0 -0 , 1 0 , 1 -0 , -0 2 ö о _ v < jo , 002 CaCO, % > H20 KCl Exchange c a p a c i t y mm mval/lOOg P i a s e k lu źn y Loose sand 9 6 , 5 1 , 5 2 ,6 6 0 , 0 6 , 2 5 , 6 0 , 7 8 0 , 2 1 Utwór pyłowy zwykły
Very f i n e sand 3 2 , 5 4 3 , 5 2 2 , 5 1 1,5 2 , 6 0 0 , 0 7 , 3 6 , 9 9 , 5 5 3 , 4 4 I ł p l e j s t o c e ń s k i
Varved c l a y 1 , 5 5 , 0 9 1,0 5 3 ,0 2 , 6 9 15,03 7 , 3 7 , 2 2 2 , 5 6 1 0 , 3 5 I ł p l i o c e ń s k i
P l i o c e n e c l a y 1 , 5 8 , 5 8 8 , 0 7 0 , 0 2 , 6 9 0 , 0 7 , 5 7 , 0 3 0, 4? 1 3 , 4 6
Dla każdego u tw o ru w ykonano szereg oznaczeń w ilgotności rów no legle dw iem a m etodam i, tj. ek strak cy jn o -k o lory m etryczn ą i suszarko wo- -wagową, tra k to w a n ą jako m etoda standardow a. P róbki o różnej w ilgot ności przygotow yw ano dodając do pow ietrznie suchego m ate ria łu pew ną ilość w ody i sta ra n n ie m ieszając w celu uzyskania m ożliw ie n a jw ię k szej jednorodności. O trzym ano w ten sposób zakres w ilgotności od 0,11 do 40,55%. Z każdej ta k przygotow anej porcji pobierano po k ilk a g ra m ów do oznaczeń m etodą suszarkow o-w agow ą (2 pow tórzenia) oraz po
W pływ sk ład u m ech an iczn ego na oznaczanie w ilg o tn o ści gleb 3 5 1
5,0 cm 3 do oznaczeń kolorym etrycznych (4 lub 5 pow tórzeń). Ogółem w ykonano oznaczenia w ilgotności w 155 próbkach. W ykonyw anie ozna czeń w w a ru n k ach lab o rato ry jn y ch m iało n a celu w yelim inow anie błę dów zw iązanych z nierów nom ierną w ilgotnością gleb w polu. Oznacze n ia kolo ry m etry czne przeprow adzono stosując a p a ra t opisany w pracy P r u s i n k i e w i c z a [3].
W Y N IK I I D Y S K U S JA
U zyskane rez u lta ty analizow ano pod k ą te m oceny dokładności i ści słości m eto dy ek strakcyjno-kolory m etrycznej p rzy zastosow aniu jej do p róbek o różnym składzie m echanicznym . Przez dokładność m etody ro zum ie się zgodność uzyskanych tą m etodą w yników z w artościam i rze czyw istym i; przez ścisłość — pow tarzalność oznaczeń, czyli wielkość ich rozrzutu w okół w artości średnich.
DOKŁADNOŚĆ METODY EKSTRAKCYJNO-KOLORYMETRYCZNEJ
W celu oceny dokładności przeprow adzono porów nanie w yników oznaczeń k olorym etrycznych z w ynikam i m etody suszarkow o-w agow ej (w danym przy p ad k u średnie z dwóch oznaczeń w ilgotności w ykonanych m etodą suszarkow o-w agow ą p rzy jęto jako w artości rzeczywiste). W yniki uzyskane obu m etodam i w y k azu ją bardzo w ysokie w spółczynniki kore lacji, istn ieje zatem m iędzy nim i ścisła zależność (tab. 2). Obliczone jed n ak różnice w yników w skazują, że pom iary kolorym etryczne są obciążo ne pew nym błędem dodatnim , którego w artość nie zależy w sposób w i doczny od w ilgotności próbki, n ato m iast w y raźn ie zależy od składu m e chanicznego (w zrasta z zaw artością iłu koloidalnego). Stąd też zaistniała konieczność w prow adzenia popraw ek, za któ re dla każdego utw o ru przyjęto obliczone różnice średnie. Dla dowolnej gleby p opraw kę P m ożna określić w zależności od posiadanych danych n a podstaw ie jed nego z w ykresów (rys. 1, 2, 3 i 4), przedstaw iających zależność P od zaw artości frak cji części spław ialnych i frak cji iłu koloidalnego oraz od całkow itej pojem ności sorpcyjnej i m aksym alnej higroskopijności.
Dalsze p orów nanie m etod przeprow adzone zostało z zastosow aniem analizy statystycznej, w edług zaleceń zaw artych w podręczniku sta ty styki E l a n d t [1]. Obliczono ró w n ania regresji, przy czym jako w artość X przyjęto w yniki m etody suszarkow o-w agow ej, jako y — w y n ik EKM po odjęciu popraw ek. We w szystkich przyp ad kach w spółczynnik a jest bardzo bliski jedności, n ato m iast w artości w spółczynników b są, zw łasz cza dla utw orów lekkich, stosunkow o niskie. P odstaw iając rezu ltaty oznaczeń k olorym etrycznych do rów nania reg resji m ożna uzyskać
dal-T a b e l a 2 Porównanie metod suszarkowo-wagowej i kolorymetrycznej
Comparison of oven-dry and colorimetrio methods
Próbka Sample Liczba oznaczeń Humber of determi nation n Wilgotność Moisture Różnice Differences a = у - X ârednia różnica Mean differen* a Współ czynnik korela cji Correla tion coeffi cient r Równanie regresji Regression equation Y n ax + b X в l/a#y - b/a Błąd standardowy oceny Standard error of estimation e7 . x Odchylenie standardowe Standard deviation & susz*-wag. oven-dry z kolory metrycz nie colori metric У Piasek luiny Loose sand 35 0,11-18,26 0,26-17,60 -0,58-1,55 +0,38 ♦0,999 Г I « l,021x- 0,131 X = 0,979y+ 0,128 t o , 440 i o , m
Otwór pyłowy zwykły Very fine sand
56 6,14-24,06 6,42-26,65 0,28-2,86 ♦1,67 ♦0,994 I = 1,037*- 0,511 X = 0,964y- 0,493 ^0,616 ±0,673 Il plejstoceùaki Varved clay 42 2,26-32,60 6,58-55,75 3,15-7»^5 ♦5,23 ♦0,973 Y = l,047x- 1,217 X - 0,995y+ 1,162 -1,108 i l , 197 I ł plioceńaki Pliocene clay 42 4,59-40,55 10,55-46,85 4,19-9,35 ♦6,73 ♦0,994 Y = l,047x- 0,904 X = 0,955y+ 0,863 -1,112 i l . 925
W p ływ sk ład u m ech an iczn ego na oznaczanie w ilg o tn o ści gleb 353
sze zbliżenie w yników do w artości m etody standardow ej. Błędy sta n dardo w e oceny nie przekraczają w artości 1,2, co, podobnie ja k przed staw ione ró w nan ia regresji, św iadczy o tym , że dokładność m etody ko lorym etrycznej jako m etody polowej jest bardzo dobra, a w przypadku utw orów lekkich n ie ustęp u je dokładności m etody suszarkow o-w agow ej.
ф < 0, OZ mm - %
R ys. 1. Z w iązek p op raw k i z zaw artością fra k cji części sp ła w ia ln y ch R elation sh ip b etw een th e correction and th e con ten t of th e fraction of 0 < 0.02 m m
R ys. 2. Z w iązek p op raw k i z zaw artością fra k cji iłu k oloid aln ego R ela tio n sh ip b etw een the correction and th e co n ten t of th e fra ctio n
of 0 < 0.002 m m
Oaf ho wita pojemność sorpcyjna
-Total exchon ye capacity Maksy mo/no higroskopijnoSć -Maximal hygroscopicity R ys. 3. Z w ią zek p op raw k i z ca łk o w itą p ojem n ością sorpcyjną R ela tio n sh ip b e tw e e n th e correction and th e total e x ch a n g e cap acity
R ys. 4. Z w iązek p op raw k i z m a k sy m a ln ą h igrosk op ijn ością R ela tio n sh ip b e tw e e n th e correction and th e m a x im a l h ygroscop icity
ŚCISŁOŚĆ METODY EKSTRAKCYJNO-KOLORYMETRYCZNEJ
M iarą ro zrzu tu w yników w okół w artości średnich jest ich odchyle n ie stand ard ow e o. Dla każdego u tw o ru obliczono odchyłki p o jed y n czych oznaczeń od w artości średnich ary tm ety czn y ch z pow tórzeń, a na
354 U. P okojska
ich podstaw ie — odchylenie standardow e. W yliczone w artości w y raź nie w skazują n a to, że pow tarzalność (ścisłość) oznaczeń k olorym etrycz nych jest tym większa, im lżejszy jest skład m echaniczny próbki (tab. 2). Na podstaw ie odchylenia standardow ego można, jak wiadomo, o k re ślić w iarygodność w yników w yznaczonych z określonej liczby pow tó rzeń pom iarów . P rzy praw dopodobieństw ie 0,95 obliczono granice p rze działów ufności dla 2, 3 oraz 5 pow tórzeń. Dla poszczególnych utw o rów są one n astęp u jące:
liczb a p o w tórzeń 2 3 5 piasek luźny ± 1,44 ±0,87 ±0,54 u tw ó r p yło w y zw ykły + 2,05 ±1,24 ±0,77 ił plejstoceński + 3,64 ±2,20 ±1,38 ił plioceński ±5,85 ±3,53 ±2,21
Z przedstaw ionych liczb w ynika, że dla utw orów lekkich (piasek, utw ór pyłowy) m ożna uznać za w ystarczające w ykonanie oznaczeń w dw óch pow tórzeniach, n ato m iast dla utw orów ciężkich w skazana jest w iększa liczba pow tórzeń (3-5). Zw iększenie liczby pow tórzeń zaleca się także przy niskich w ilgotnościach gleb ze w zględu na to, że błąd w zględ ny oznaczeń jest wówczas stosunkow o duży.
W N IO SK I
Podsum ow ując przeprow adzone b adania m ożna powiedzieć, że za równo pod w zględem dokładności, ja k i ścisłości m etoda ekstrak cy jno -k o- lorym etryczna w pełni odpow iada w ym aganiom staw ianym m etodom po- lowym. W prow adzenie popraw ek oraz w ykonanie dla utw orów ciężkich większej liczby pow tórzeń uniezależnia w yn ik i od składu m echaniczne go gleby. Poniew aż d la EKM n ie m a rów nież znaczenia s tru k tu ra gleby, zbędne jest zatem przeprow adzanie dla każdego nowego pom iaru k a li bracji, co jest tak uciążliw e w w ielu m etodach polo w y ch.
Z uw agi n a te zalety oraz szereg innych, k tó re w ylicza P r u s i n k i e w i c z [3], EKM m oże znaleźć szerokie zastosow anie zwłaszcza dla punk tow y ch pom iarów w ilgotności gleb.
L IT ER A T U R A
[1] E l a n d t R.: S ta ty sty k a m a tem a ty czn a w za sto so w a n iu do d ośw iad czaln ictw a rolniczego. W arszaw a 1964, PW N, s. 328-333.
[2] P r u s i n k i e w i c z Z.: P olow a, k o lorym etryczn a m etoda oznaczania w ilg o t n ości gleb i gruntów . Rocz. N auk roi., 70-A , 1954, s. 77-96.
[3] P r u s i n k i e w i c z Z.: N ow y w a ria n t ek stra k cy jn o -k o lo ry m etry czn ej m etod y ozn aczan ia w ilg o tn o ści gleb. Rocz. glebozn., t. 23, 1972, z. 1, s. 335-347.
W p ływ sk ład u m ech an iczn ego na oznaczanie w ilg o tn o ści gleb 355 У. ПОКОЙСКА ВЛ И Я Н И Е М ЕХАНИ ЧЕСКО ГО С О С ТА ВА Н А ОП РЕДЕЛЕН ИЕ В Л А Ж Н О С Т И ПОЧВ ПО Э К С Т РА К Ц И О Н Н О -К О Л О РИ М Е Т РИ Ч Е С К О М У МЕТОДУ Отделение П очвоведения У ниверситета им. М. К оперника, г. Торунь Р е з ю м е О ценивалась пригодность экстракцион но-колорим етрического м етода (ЭКМ) по П руси н к еви чу [2, 3] дл я оп редел ен и я вл аж н ост и в субстр атах с различны м м еханич еским составом. С равнивались резул ьтаты оп р едел ен и й п олученн ы е по суш и л ьн о-в есовом у м етоду и по Э К М в 155 обр азц ах, вм ещ аю щ их р ы х лы й песок, п ы леваты е образования, плей стоц ен ск ую и пли оц ен ск ую глины, в которы х со д ер ж а н и е ф р ак ц и и 0 < 0,002 мм составляло соответственно: 0,0%, 11,5%, 53% и 70%. И зм ерен и я п роводили в лаборатории, дл я того чтобы и ск л ю чить погреш ности связанн ы е с неоднородностью полевой вл аж н ост и почв. С татистическая обработка резул ьтатов (таб. 2) п оказала, что к олори м етри чес кие оп редел ен и я обрем енены некоторой погреш ностью , увелич иваю щ ейся с в о з- ростом сод ер ж а н и я коллоидной ф рак ц и и в образце. Р азр аботан способ устан ов ления дл я любого субстрата поправки, величины которой отсчиты ваю тся с гра ф и к ов (рис. 1, 2, 3 и 4). В ы числяем ы е довери тельны е п р едел ы дл я ср едн и х р е зультатов п ол уч ен н ы х при 2, 3 и 5 п ов торностя х показы ваю т, что вполне у д о в летворительную достоверность дл я обр азов аний легкого м еханич еского соста ва (песок, пы леватое образование) м ож н о получить из 2 повторностей, однако в сл уч ае образований тя ж ел ого м ехан и ч еск ого состава н еобходи м ы 3-5 повтор ностей. В в ед ен и е поправки и п ри м ен ен и е соответственного дл я к аж д ого су б страта числа повторностей снимает с результатов Э К М зависим ость от м е х а нического состава почвы. П ров еденны е исследован и я показали , что Э К М м о ж е т найти ш ирокое прим енение без ограничений связан н ы х с видом или структурой почвы. U. POKOJSKA
IN FLU EN C E OF M EC H A N IC A L C O M PO SITIO N ON SO IL M O ISTU R E D ETER M INA TIO N BY EX TR A C TIO N -C O LO R IM ETR IC M ETHOD
D ep artm en t of Soil Science, N icholas C opernicus U niversity, T oruń
S u m m a r y
S u ita b ility of th e ex tra ctio n -co lo rim etric m eth od (ECM) of P r u s i n k i e w i c z [2, 3] for m oistu re d eterm in ation of soils w ith d ifferen t m ech a n ica l com position has b een estim ated . A com parison of the resu lts obtained by the o v en -d ry m eth od w ith th ose obtained b y th e ECM m eth od w as m ad e for 155 sam p les com prising loose sand, v ery fin e sand, v a rv ed clay and p lio cen e clay, in w h ich th e co n ten t of the fra ctio n of 0 < 0.002 m m am ounted to 0.0%, 11.5%, 53.0% and 70.0% resp ectiv ely . T he m ea su rem en ts w ere carried out at th e laboratory to elim in a te th e errors co n n ected w ith d ifferen tia tio n of fie ld m oistu re of soils. S ta tistic a l a n a ly sis of the resu lts (Tab. 2) has proved th a t the colorim etric d eterm in ation s are charged w ith
356 U. P ok ojsk a
certain p o sitiv e errors in creasin g along w ith co llo id a l clay con ten t in crease in th e sam p les. In th e case of arbitrary soils the m eth od of d eterm in in g corrections d irectly from th e graphs has b een w ork ed out (Figs 1, 2, 3 and 4). T he calcu lated con fid en ce in terv a ls for th e resu lts obtained in 2, 3 and 5 rep etition s sh o w th at a su ffic ie n t accuracy can be en sured in th e case of san d y soils at 2 rep etitio n s and in th e case of h ea v y clays — at 5 ones. In trod u ction of the corrections and a p p lic a tion of an adeq u ate num ber of rep etitio n s for p articular soils m ak es th e ECM m ethod resu lts in d ep en d en t on m ech a n ica l com position of soil. T he p resen t in v e s tig a tions h ave proved th a t the ECM m ethod can fin d a broad ap p lication w ith o u t any lim ita tio n s con n ected w ith kind and stru ctu re of soil.
A d r e s W p ł y n ę ł o do P T G w s t y c z n iu 1971 r. m g r U rszu la P o k o j s k a
Z a k ła d G l e b o z n a w s t w a U n i w e r s y t e t u M. K o p e r n ik a T o r u ń , S i e n k i e w i c z a 30
