Nowy wariant ekstrakcyjno-kolorymetrycznej metody oznaczania wilgotności gleb

ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE T. XXIII, Z. 1, WARSZAWA 1972

Prace metodyczne

Z B IG N IE W PR U SIN K IE W IC Z

NOWY W ARIANT EK STRAKCYJNO-KOLORYM ETRYCZNEJ METODY

OZNACZANIA W ILGOTNOŚCI GLEB

Zakład G leb ozn aw stw a U n iw ersy tetu M. K opernika w T oruniu

E kstrak cyjno -ko lory m etryczna m etoda (EKM) oznaczania w ilgotności

gleb była pierw o tnie opisana i stosow ana [2, 3, 4] w w ersji w izualnej. Jej

podstaw ow ym brak iem by ły trudn o ści w oznaczaniu w ilgotności próch­

nicznych próbek glebow ych. Obecnie skonstruow ano połow y fotokolory-

m etr zasilany prąd em b a te rii lub p rąd em sieci i opracow ano now ą tech ­

nikę pom iaru, k tó ra znacznie rozszerza możliwości stosow ania tej m etody.

Ogólna zasada postępow ania nie uległa zm ianie. Do odpow iednio ska-

librow anej probów ki pom iarow ej, zaw ierającej 10,0 m l roztw oru w skaźni­

kowego (60 g bezw odnego CoCl2/1000 m l acetonu) dodaje się 5,0 cm 3 b a­

danej gleby obserw ując zm iany położenia m enisku cieczy. Z aw arta w gle­

bie w oda łącząc się ze w skaźnikiem zm ienia jego barw ę. Bezw odny

chlorek kobaltaw y jest niebieski. Tę sam ą barw ę m a rozpuszczalny kom ­

pleks CoCl2 z acetonem . W prow adzona do roztw oru w oda w y p iera z kom ­

pleksu cząsteczki acetonu tw orząc kolejno m ono-, dw u-, tró j-, cztero-,

pięcio- i sześciohydraty o różnych zabarw ieniach — od jasnoniebieskiego,

przez fioletow e, do czerwonego. U m ożliw ia to oznaczanie ilości w ody

przez porów anie (w izualne lub fotokolorym etryczne) barw y roztw oru

w skaźnikow ego w probów ce pom iarow ej z przygotow anym uprzednio ze­

staw em wzorców *. W p rzy padk u sery jn y ch oznaczeń polow ych k orzysta

się z zestaw u probów ek pom iarow ych um ieszczonych w przenośnym fu ­

te ra le (rys. 1).

Jeśli zaw artość w ody w badanej próbce gleby jest zbyt m ała, aby

prze-1 R ów n ow aga m ięd zy p o w sta ją cy m h yd ratem a k om p lek sem k o b a lto w o -a c e to - n ow ym za leż y w p ew n y m stop n iu od tem peratury. O b niżenie tem p eratu ry pow od u je p rzesu n ięcie ró w n o w a g i w stron ę w y ższeg o stop n ia u w o d n ien ia (różow ien ie ro z tw o ­ ru). M ożna u n ik n ąć w p row ad zen ia p op raw ek u trzym u jąc podczas k olo ry m etro w a n ia roztwTory pom iarow e i w zo rco w e w jed n ak ow ej tem p eraturze.

3 3 6 Z. P ru sin k iew icz

sunąć barw ę roztw oru w skaźnikow ego w zakres barw objętych wzorcam i,

wówczas b rak u jącą ilość wody n należy dodać do probów ki pom iarow ej

z m ikro b iu retk i. W ilgotność gleby W w yraża się wzorem:

W =

-( N i - n M O O

( 1 )

S \ b - ( N i - n ) ]

gdzie:

Ni — ilość w ody w e w zorcu i, którego b arw a okazała się identyczna

z b arw ą uw odnionego w skaźnika w probów ce pom iarow ej,

£ — ciężar w łaściw y badanej gleby.

W p rzy p ad k u gdy ciężar w łaściw y badanej gleby nie jest znany, moż­

na przyjąć przybliżoną w artość 2,65 G /cm 3 dla części m ineralnej, a 1,4

Rys. 1. P rzen o śn y fu tera ł z p ro­ b ó w k a m i pom iarow ym i P ortab le bog w ith m easu rin g tubes

G /cm 3 dla próchnicy. W pływ ew entualnego błędu oceny ciężaru w łaściw e­

go AS na w yniki kolorym etrycznych pom iarów w ilgotności jest niew ielki,

przy czym u jem ne błędy oceny 5 pow odują otrzym anie za w ysokich w y ­

ników kolorym etrycznego pom iaru W (i odw rotnie). Błąd pom iaru AW

jest proporcjonalny do m ierzonej w ilgotności W i w ynosi A W = ± 0,004 W

n a każde AS = +0,01 G/cm 3. T ak na przy kład AS = + 0,02 G /cm 3 spowo­

duje obniżenie w y n ik u pom iaru W o w ielkość A W = — 0,08 g H 20/100 g

suchej gleby (jeśli W —10 g H 20/100 g suchej gleby) albo o wielkość

A W = — 0,24 g H 20/100 g suchej gleby (gdy W = 3 0 g H 20/100 g suchej

gleby).

Liczne porów naw cze pom iary w ilgotności gleb [1] w ykazały, że w y ­

niki uzyskiw ane m etodą ekstrak cy jn o -k olory m etryczn ą za pom ocą teo­

retycznego w zoru (1) są z regu ły w yższe od rezu ltató w rów noległych

oznaczeń w ykonyw anych stan dard o w ą m etodą suszarkow o-w agow ą. Róż­

nice spow odow ane głównie selekty w n ą sorpcją nie hydratow anego (nie­

bieskiego) CoCl2 n a koloidach glebow ych m ogą być skorygow ane przez

M od yfik acja m etod y ozn aczan ia w ilg o tn o ści g leb y 3 3 7

odjęcie odpow iedniej popraw ki P. Po jej w p row adzeniu do ró w n ania (1)

w zór n a w ilgotność gleby p rz y jm u je ostateczną postać:

W -

_{S \ 5 - ( N i - n ) ]}

( N i - n ) > 100

(

2

)

Jeśli dysp on uje się w ynikam i ścisłych analiz składu m echanicznego

lub pojem ności sorpcyjnej albo m aksym alnej higroskopijności gleb,

w k tóry ch oznaczana jest wilgotność, m ożna popraw kę P obliczyć za po­

m ocą jednego z podanych niżej wzorów em pirycznych:

P = 0,21 T + 0,30

(3)

P = 0,0938 к + 0,30

(4)

p = 0,0725 s -f- 0,30

(5)

P = 0,475 MH + 0,30

(6)

gdzie:

T — całkow ita pojem ność sorpcy jn a w m.e./100 g gleby,

к — procentow a zaw artość frak cji < 0,002 mm,

s — procentow a zaw artość frak cji < 0,02 mm,

M H — m ak sy m alna higroskopijność w g H 20/100 g suchej gleby.

Rys. 2. B udow a fotok olorym etru do pom iaru w ilg o tn o śc i gleb

1 — źródło św iatła, 2 — w y m ien n e filtry , n ieb iesk i В lub czerw ony R, 3 — filtr p o m arań - czowożółty Y, 4 — przesłona, 5 — probów ka pom iarow a, 6 — w ypełniona w odą kom ora im er-

syjna, 7 — fotoogniw o, 8 — elektroniczny u k ład w zm acniający, 9 — m iern ik elektryczny

C onstruction of th e p h otocolorim eter for so il m oistu re m ea su rem en ts

1 — lig h t source, 2 — changeable filte rs: b lue В or ro sy R, 3 — oran g e-y ello w filte r Y,

4 — screen , 5 — m easu rin g tube, 6 — im m ersion ch am b er filled w ith w a ter, 7 — p h otoelem ent, 8 — electro n ic am plifying system , 9 — electric m easu rin g device

Z astosow anie w izualnego w a ria n tu EMK do oznaczeń wilgotności

p ró bek glebow ych zaw ierających próchnicę może być ograniczone przez

n iek tó re b arw n e zw iązki organiczne, rozpuszczające się w acetonow ym

roztw orze w skaźnikow ym .

T rudność tę,

k tóra zm niejszała u n iw e r­

3 3 8 Z. P ru sin k iew icz

salność pierw otnego w a ria n tu m etody, udało się obecnie zredukow ać do

m inim um dzięki zastosow aniu specjalnie skonstruow anego fotokolory-

m etru polowego. A p a ra t u łatw ia też k o lorym etryczne oznaczanie w ilgot­

ności w glebach ciężkich, w k tó ry ch zachodzi częściowa sorpcją w skaź­

nika, a także um ożliw ia k orzystanie z EM K eksp ery m en tatorom m a ją ­

cym słabą zdolność odróżniania barw . Zasada działania fotokolorym etru

(rys. 2) jest n astęp ująca: stru m ień św iatła ze źródła 1 pada na fotoogni­

wo 7 po przejściu przez jeden z d w u w ym iennie zainstalow anych filtró w

(B — 400 mii lub R — 590 m[x), przesłonę 4 i w arstw ę roztw oru w skaź­

nikowego w probów ce pom iarow ej 5 um ieszczonej w w ypełnionej w odą

kom orze im ersy jn ej 6. W skazania m iern ik a elektrycznego 9, połączonego

z fotoogniw em 7 przez elektroniczny układ w z m a c n ia ją c y 2 8 (rys. 3) są

proporcjonalne do n atężen ia padającego św iatła.

Rys. 3. E lek tron iczn y układ zasilający i w zm a cn ia ją cy fo tok olorym etr do pom iaru w ilg o tn o ści gleb

E lectronic sy stem feed in g and a m p lify in g th e p h otocolorim eter for so il m oistu re m easu rem en ts

K ażdy fotokolorym etryczny pom iar w ilgotności w ym aga odczytania

w skazań m iern ika przy obu filtra ch — czerw onym JJR i niebieskim UB.

W ielkość różnicy ty ch odczytów AU tylko w bardzo niew ielkim stopniu

2 E lek tron iczn y układ fotok olorym etru opracow ał dr Edm und L isick i z I n s ty ­ tutu F izyk i UMK.

M od yfik acja m etod y oznaczania w ilg o tn o ści gleb y

₃₃₉

zależy od stężenia roztw o ru w skaźnikow ego i od obecności ew e n tu al­

nych zanieczyszczeń. J e st nato m iast przede w szystkim fu n k cją ilości w o­

dy zw iązanej przez w skaźnik. Zależność tę p rzedstaw ia rys. 4 a, sporzą­

dzony w edług w yników pom iarów w y konanych na w zorcach o znanych

zaw artościach w ody (np. 4,00, 4,20, 4,40... 5,00, 5,!20 m l H 20 n a 10 m l

w skaźnika). W ykres te n służy do określan ia zaw artości w ody w p ró b ­

kach bezpróchnicznych. Do oznaczania w ilgotności w próbkach pró chn i­

cznych sporządza się z ty ch sam ych wzorców drugi w ykres (rys. 4 b) na

Rys. 4. Z ależność różnicy w sk azań (AU) fotok olory- m etru od ilo ści m l w o d y zw iązan ej przez w sk a źn ik a — bez żółtego filtru , b — z zastosow aniem żółtego filtru D ep en d en ce of th e d ifferen ce of readings (A U ) of the ph otocolorim eter on am ount of w ater (ml) bound

by indicator

a — w ithout orange-yellow filter application, b — w ith orange-yellow filter application

podstaw ie pom iarów w ykonanych po w łączeniu m iędzy źródło św iatła 1

a kom orę im ersy jn ą 6 dodatkow ego filtru 3 pom arańczow ożółtego. P rzy

fotokolorym etrycznym oznaczaniu w ilgotności gleb krzyw e w zorcowe po­

zw alają ustalić ilość wody (N}) w próbce na podstaw ie zm ierzonej AU.

W ilgotność gleby oblicza się w staw iając w artość (Nt — n) do w zoru (2)

lub posługując się specjalną tab elą (tab. 1), w któ rej W przedstaw iona

jest jako fun kcja (IV; — n) oraz S.

W celu ustalen ia w skaźników dokładności i ścisło ści3 fotokolory-

m etrycznego w a ria n tu EKM dla pom iarów w ilgotności gleb próchnicz­

nych 4 opracow ano staty sty czn ie serię lab o ra to ry jn y c h oznaczeń (n = 38),

w ykonanych w czterech pow tórzeniach (m = 4) n a próbkach piasku luź­

nego o znacznej zaw artości substancji organicznych (straty p rażenia —

7,2%, S = 2,55 G /cm 3, p H H O = 3,8,

pH Kci = 3,1).

W próchnicy były

duże ilości silnie barw iących składników rozpuszczalnych w acetonie.

W ilgotności o b jęte pom iaram i m ieściły się w zakresie od 8,59 do 34,62 g

H20/100 g suchej gleby. Jako porów naw czą przy jęto m etodę suszarko-

w o-wagow ą. Ś redn ie a ry tm ety c zn e z dwóch pow tórzeń uzyskanych tą

m etodą (tab. 2, rys. 5) uznano za w artości praw dziw e x.

3 D ok ład n ość m etod y — zgodność w y n ik ó w p om iarów dokonanych ocen ian ą m etodą z rezu lta ta m i u zy sk a n y m i m etodą standardow ą. Ś cisło ść m etod y — rozrzut w y n ik ó w p om iarów przy ró w n o leg ły ch pow tórzen iach .

4 A n a lo g iczn e w sk a źn ik i dla p om iarów w ilg o tn o ści b ezpróchnicznego m ateriału gleb o w eg o u sta liła U. P o k o j s k a [1].

340

Z. P ru sin k iew icz

T a b e l a х

W ilg o tn o ś ć g le b /W/ - S o i l m o is tu r e W

. / /N i - n / . 100

o b lic z o n e w edług w zoru - c a l c u l a t e d fro m t h e fo r m u la W = ■

S / 5 - / N i - n /7 N i - i l o ś ć ml wody z w ią z a n e j p r z e z w sk aźn ik - N i - amount o f w a te r bound by i n d i c a t o r S - c i ę ż a r w ła śc iw y b a d a n e j g le b y - S - s p e c i f i c g r a v i t y o f s o i l

n - i l o ś ć ml wody d o d a n ej do pró b ó w k i p o m iarow ej - amount o f w a te r \n. ml added t o t h e m eas. tube s N i - n \ ^ 2 ,5 1 2 ,5 3 2 ,5 5 2 ,5 7 2 ,5 9 2 ,6 1 2 ,6 3 2 ,6 5 2 ,6 7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 ,0 5 0 ,4 0 0 ,4 0 0 ,4 0 0 ,3 9 0 ,3 9 0 ,3 9 0 ,3 8 0 ,3 8 0 ,3 8 0 ,1 0 0 ,8 1 0 ,8 1 0 ,8 0 0 ,7 9 0 ,7 9 0 ,7 8 0 ,7 8 0 ,7 7 0 ,7 6 0 ,1 5 1 ,2 3 1 ,2 2 1 ,2 1 1 ,2 0 1 ,1 9 1 ,1 8 1 ,1 8 1 ,1 7 1 ,1 6 0 ,2 0 1 ,6 6 1 ,6 5 1 ,6 3 1 ,6 2 1 ,6 1 1 ,6 0 1 ,5 8 1 ,5 7 1 ,5 6 0 ,2 5 2 ,1 0 2 ,0 8 2 ,0 6 2 ,0 5 2 ,0 3 2 ,0 2 2 ,0 0 1 ,9 9 1 ,9 7 0,30 2 ,5 4 2 ,5 2 2 ,5 0 2 ,4 8 2 ,4 7 2 ,4 4 2 ,4 3 2 ,4 1 2 ,3 9 0 ,3 5 3 ,0 0 2 ,9 8 2 ,9 5 2 ,9 3 2 ,9 1 2 ,8 8 2 ,8 6 2 ,8 4 2 ,8 2 0 ,4 0 3 .4 6 3 ,4 4 3 ,4 1 3 ,3 8 3 ,3 6 3 ,3 3 3 ,3 1 3 ,2 8 3 ,2 6 0 ,4 5 3 ,9 4 3 ,9 1 3 ,8 8 3 ,8 5 3 ,8 2 3 ,7 9 3 ,7 6 3 ,7 3 3 ,7 0 0,50 4 ,4 2 4 ,3 9 4 ,3 6 4 ,3 2 4 ,2 9 4 ,2 6 4 ,2 2 4 ,1 9 4 ,1 6 0 ,5 5 4 ,9 2 4 ,8 8 4 ,8 5 4 ,8 1 4 ,7 7 4 ,7 4 4 ,7 0 4 ,6 6 4 ,6 3 0 ,6 0 5 ,4 3 5 ,3 9 5 ,3 5 5 ,3 1 5 ,2 6 5 ,2 3 5 ,1 9 5 ,1 5 5 ,1 1 0 ,6 5 5 ,9 5 5 ,9 0 5 ,8 6 5 ,8 1 5 ,7 7 5 ,7 3 5 ,6 8 5 ,6 4 5 ,6 0 0 ,7 0 6 ,4 9 6 ,4 3 6 ,3 8 6 ,3 3 6 ,2 8 6 ,2 4 6 ,1 9 6 ,1 4 6 ,1 0 0 ,7 5 7 ,0 3 6 ,9 8 6 ,9 2 6 ,8 7 6 ,8 1 6 ,7 6 6 ,7 1 6 ,6 6 6 ,6 1 0 ,8 0 7 ,5 9 7 ,5 3 7 ,4 7 7 ,4 1 7 ,3 5 7 ,3 0 7 ,2 4 7 ,1 9 7 ,1 4 0 ,8 5 8 ,1 6 8 ,1 0 8 ,0 3 7 ,9 7 7 ,9 1 7 ,8 5 7 ,7 9 7 ,7 3 7 ,6 7 0 ,9 0 8 ,7 5 8 ,6 8 8 ,6 0 8 ,5 4 8 ,4 7 8 ,4 1 8 ,3 5 8 ,2 8 8 ,2 2 0 ,9 5 9 ,3 4 9 ,2 7 9 ,2 0 9 ,1 3 9 ,0 6 8 ,9 9 8 ,9 2 8 ,8 5 8 ,7 9 1 ,0 0 9 ,9 6 9 ,8 8 9 ,8 0 9 ,7 3 9 ,6 5 9 ,5 8 9 ,5 1 9 ,4 3 9 ,3 6 1 ,0 5 1 0 ,6 0 1 0 ,5 1 1 0 ,4 3 1 0 ,3 4 1 0 ,2 6 1 0 ,1 8 1 0 ,1 1 10,03 9 ,9 5 1 ,1 0 1 1 ,2 4 1 1 ,1 4 1 1 ,0 6 1 0 ,9 8 1 0 ,8 9 1 0 ,8 1 10,72 1 0 ,6 4 1 0 ,5 7 1 .1 5 1 1 ,9 0 1 1 ,8 1 1 1 ,7 1 1 1 ,6 3 1 1 ,5 3 1 1 ,4 4 1 1 ,3 5 1 1 ,2 7 1 1 ,1 9 1 ,2 0 1 2 ,5 8 1 2 ,4 9 1 2 ,3 8 1 2 ,2 8 1 2 ,2 0 1 2 ,1 0 1 2 ,0 1 1 1 ,9 2 1 1 ,8 2 1 ,2 5 1 3 ,2 8 1 3 ,1 7 1 3 ,0 8 1 2 ,9 7 1 2 ,8 7 1 2 ,7 7 1 2 ,6 8 1 2 ,5 8 1 2 ,4 9 1 ,3 0 1 3 ,9 9 1 3 ,8 9 1 3 ,7 7 1 3 ,6 7 1 3 ,5 7 1 3 ,4 6 1 3 ,3 6 1 3 ,2 5 1 3 ,1 6 1 ,5 5 1 4 ,7 4 1 4 ,6 3 1 4 ,5 0 1 4 ,3 9 1 4 ,2 9 1 4 ,1 7 1 4 ,0 6 1 3 ,9 6 1 3 ,8 5 1 ,4 0 1 5 ,4 9 1 5 ,3 7 1 5 ,2 5 1 5 ,1 4 1 5 ,0 2 1 4 ,8 9 1 4 ,7 8 1 4 ,6 8 1 4 ,5 7 1 ,4 5 1 6 ,2 7 1 6 ,1 5 1 6 ,0 2 1 5 ,9 0 1 5 ,7 8 1 5 ,6 4 1 5 ,5 2 1 5 ,4 1 1 5 ,3 0 1*50 1 7 ,0 6 1 6 ,9 3 1 6 ,8 0 1 6 ,6 7 1 6 ,5 4 1 6 ,4 1 1 6 ,2 9 1 6 ,1 6 1 6 ,0 4 1 ,5 5 1 7 ,9 0 1 7 ,7 5 1 7 ,6 1 1 7 ,4 7 1 7 ,3 4 17,22 1 7 ,0 9 1 6 ,9 6 1 6 ,8 3 1 ,6 0 1 8 ,7 6 1 8 ,6 0 1 8 ,4 5 1 8 ,3 1 1 8 ,1 6 1 8 ,0 4 1 7 ,9 0 1 7 ,7 6 1 7 ,6 2 1 ,6 5 1 9 ,6 2 1 9 ,4 6 1 9 ,3 2 1 9 ,1 6 1 9 ,0 1 1 8 ,8 8 1 8 ,7 3 1 8 ,5 8 1 8 ,4 6 1 ,7 0 2 0 ,5 3 2 0 ,3 6 2 0 ,1 9 2 0 ,0 5 1 9 ,8 8 1 9 ,7 4 1 9 ,5 9 1 9 ,4 3 1 9 ,3 0 1 ,7 5 2 1 ,4 5 2 1 ,2 9 2 1 ,1 1 2 0 ,9 6 2 0 ,7 8 2 0 ,6 4 2 0 ,4 7 2 0 ,3 3 2 0 ,1 6 1 ,8 0 2 2 ,4 2 2 2 ,2 2 2 2 ,0 6 2 1 ,9 0 2 1 ,7 1 2 1 ,5 6 2 1 ,3 8 2 1 ,2 3 2 1 ,0 8 1 ,8 5 2 3 ,3 9 2 3 ,2 1 2 3 ,0 4 2 2 ,8 4 2 2 ,6 7 2 2 ,5 1 2 2 ,3 4 2 2 ,1 6 2 2 ,0 0 1 ,9 0 2 4 ,4 2 2 4 ,2 3 2 4 ,0 2 2 3 ,8 4 23,66 2 3 ,4 9 2 3 ,3 1 2 3 ,1 1 2 2 ,9 5 1 ,9 5 2 5 ,4 6 2 5 ,2 6 2 5 ,0 6 2 4 ,8 7 2 4 ,6 8 2 4 ,5 0 2 4 ,3 1 2 4 ,1 3 2 3 ,9 6 1 ’<*,00 2 6 ,5 6 2 6 ,3 5 2 6 ,1 4 2 5 ,9 2 5 ,7 4 2 5 ,5 4 2 5 ,3 5 2 5 ,1 6 2 4 ,9 7

M od yfik acja m eto d y ozn aczan ia w ilg o tn o ści g leb y

₃₄₁

c . d . t a b e l i 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 ,0 5 2 ,1 0 2 ,1 5 2 ,2 0 2 ,2 5 2 7 ,7 0 2 8 ,8 5 3 0 ,0 7 3 1 ,2 9 3 2 ,6 1 2 7 ,4 8 2 8 ,6 1 2 9 ,8 2 3 1 ,0 7 3 2 ,3 3 2 7 ,2 6 2 8 ,3 8 2 9 ,5 7 3 0 ,8 1 32,10 2 7 ,0 4 2 8 ,1 9 2 9 ,3 7 3 0 ,5 6 3 1 ,8 2 2 6 ,8 3 2 7 ,9 6 2 9 ,1 3 3 0 ,3 4 3 1 ,6 0 2 6 ,6 2 2 7 ,7 4 2 8 ,9 0 30,10 3 1 ,3 4 2 6 ,4 2 2 7 ,5 2 2 8 ,6 7 2 9 ,8 9 3 1 ,1 2 2 6 ,2 1 2 7 ,3 1 2 8 ,4 8 2 9 ,6 5 30,86 2 6 ,0 2 2 7 ,1 3 2 8 ,2 5 2 9 ,4 1 3 0 ,6 5 2 ,3 0 2 ,3 5 2 ,4 0 2 ,4 5 2 ,5 0 3 3 ,9 2 3 5 ,3 ^ 3 6 ,7 5 3 8 ,2 8 3.9,81 3 3 ,6 7 3 5 ,0 7 3 6 ,4 7 3 7 ,9 8 3 9 ,4 9 3 3 ,3 8 3 4 ,7 6 3 6 ,2 0 3 7 ,6 9 3 9 ,1 8 3 3 ,1 4 3 4 ,5 1 3 5 ,9 3 3 7 ,4 0 3 8 ,8 8 3 2 ,9 0 3 4 ,2 6 3 5 ,6 6 3 7 ,1 2 3 8 ,5 8 3 2 ,6 2 3 3 ,9 6 3 5 ,3 5 3 6 ,7 9 3 8 ,2 8 3 2 ,3 9 3 3 ,7 2 3 5 ,0 9 3 6 ,5 1 3 7 ,9 9 32,12 3 3 ,4 8 3 4 ,8 3 3 6 ,2 4 3 7 ,7 1 3 1 ,9 0 3 3 ,1 9 3 4 ,5 8 3 5 ,9 8 3 7 ,4 3 2 ,5 5 2 ,6 0 2 ,6 5 2 ,7 0 2 ,7 5 4 1 ,4 6 4 3 ,1 9 4 4 ,9 2 4 6 ,7 9 4 8 ,6 7 4 1 ,1 3 4 2 ,8 3 4 4 ,5 4 4 6 ,3 9 4 8 ,3 3 4 0 ,8 0 4 2 ,4 8 4 4 ,2 4 4 6 ,0 0 4 7 ,9 1 4 0 ,4 8 4 2 ,1 4 4 3 ,8 7 4 5 ,6 9 4 7 ,5 8 4 0 .1 6 4 1 ,8 0 4 3 ,5 1 4 5 ,3 0 4 7 .1 7 3 9 ,9 1 4 1 ,5 3 4 3 ,2 3 4 5 ,0 0 4 6 ,8 5 3 9 ,6 0 4 1 ,2 0 4 2 ,8 8 4 4 ,6 3 4 6 ,4 5 3 9 ,2 9 4 0 ,8 8 4 2 ,5 4 4 4 ,2 6 4 6 ,1 4 3 8 ,9 9 4 0 ,5 6 4 2 ,2 6 4 3 ,9 7 4 5 ,7 6 2 ,8 0 2 ,8 5 2 ,9 0 2 ,9 5 3 ,0 0 5 0 ,7 2 5 2 ,7 8 5 5 ,0 3 5 7 ,2 8 5 9 ,7 6 5 0 ,2 7 5 2 ,3 9 5 4 ,6 1 5 6 ,8 4 5 9 ,2 9 4 9 ,9 1 52,01 5 4 ,1 0 5 6 ,4 1 5 8 ,8 2 4 9 ,5 6 5 1 ,5 4 5 3 ,7 0 5 5 ,9 8 5 8 ,3 7 4 9 ,1 2 5 1 ,1 7 5 3 ,3 1 5 5 ,5 6 5 7 ,9 2 4 8 ,7 8 5 0 ,8 0 5 2 ,9 2 5 5 ,1 4 5 7 ,4 7 4 8 ,3 6 5 0 ,4 4 5 2 ,5 4 5 4 ,7 3 5 7 ,0 3 4 8 ,0 3 50,00 5 2 ,0 6 5 4 ,3 3 5 6 ,6 0 4 7 ,7 0 4 9 ,6 5 5 1 ,6 9 5 3 ,9 3 5 6 ,1 8 Od p o d an y ch w t a b e l i w a r t o ś c i n a le ż y o d ją ć popraw kę P . From t h e v a l u e s q u o te d i n t h e t a b l e t h e c o r r e c t i o n P m ust be s u b t r a c t e d P r z e c i ę t n a w a rto ś ć p o p ra w k i / Р / d l a p o s z c z e g ó ln y c h g ru p s k ła d u m e c h a n ic z n e g o ,u s ta lo n a p r z e z U .F o k o jsk ą / 2 / A verage v a lu e o f t h e c o r r e c t i o n / Р / f o r p a r t i c u l a r s o i l m e c h a n ic a l c o m p o s itio n g ro u p s e s t a b l i s h e d by U .P o k o jsk a / 2 / G rupa m e c h an ic z n a - M ec h a n ic al c o m p o s itio n g ro u p P p i a s e k lu ź n y - lo o s e san d 0 ,4

p i a s e k s ła b o g l i n i a s t y - w eak ly loam y san d 0 ,8 p i a s e k g l i n i a s t y l e k k i - l i g h t loamy s a n d 1 ,2 p i a s e k g l i n i a s t y mocny - h e av y loam y s a n d 1 ,6 g l i n a le k k a s i l n i e s p i a s z c z o n a - l i g h t loam w ith h ig h san d c o n t e n t 2 ,0 g l i n a le k k a s ła b o s p ia s z c z o n a - l i g h t loam w ith low s a n d c o n t e n t 2 ,5

g l i n a ś r e d n i a - medium loam 3 ,5

g l i n a c i ę ż k a - h eav y loam 4 ,5

i ł - c la y 6 ,0

Z przedstaw ionych d an y ch w ynika, że duża ilość silnie barw iącej się

próchnicy w yw ołu je jed y n ie niew ielki d od atn i błąd system atyczny ko ­

lorym etrycznego p om iaru wilgotności. Błąd te n m oże być w yelim ino­

w any przez w prow adzenie odpow iedniej p o praw ki do w zoru (2), a w

większości naszych gleb m in eraln y ch m ożna go n a w e t pom inąć ze

w zględu n a m ałą w artość.

ię-3 4 2 Z. P ru sin k iew icz

Porównanie wskaźników dokładności 1 sclsłoócl ЕКЫ przy pomiarach wilgotności bezpróchnicznych 1 próchnicznych próbek glebowych Comparison of Indicators of accuracy and exactness of the ECU ______ In measurements of humus-free and humcus soil samples

Rodzaj próbki glebowej Soil sample kind

Liczba pomiarów Number of measure­ ments średni błąd systema­ tyczny Mean systematic error o< = у " X b y Równanie regresji Regression equation Błąd standardowy oceny s ^ Standard error of estimation V Współ­ czynnik korelacji r Correla­ tion coefficient г Piasek luźny bez-

próchnlczny V Humus-free loose sand */ n = 35 m = 4 0,00 Î0.473 Y=l,021x-0,131 X=0,979y+0,128 ^0,440 +0,999 Piasek luźny próch- niczny

Humous loose sand straty prażenia 7 ,2?& ignition losses 7 «2%

n = 38

a = 4 +0,31 io, 966

Y=l,075x-1,435

X = 0,930y+ 1,335 *0.799 + 0,992

V Dane zaczerpnięte z pracy U,Pokojskiej /2/

The data have been taken from the work of U.Pokojska /2/

Rys. 5. P o ró w n a n ie ró w n o leg ły ch p o ­ m iarów w ilg o tn o ści w y k o n a n y ch m e ­ todą su sza rk o w o -w a g o w ą x oraz e k s-

tra k cy jn o -k o lo ry m etry czn ą y C om parison of th e resu lts of p a ra llel so il m oistu re m easu rem en ts by o v en - -d ry m eth od x and ex tra ctio n co lo ri­

m etric m ethod у

cej dw ukrotnie ścisłość fotokolorym etrycznych oznaczeń wilgotności.

Zauw ażyć jed n ak należy, że zakres zm ienności błędów przypadkow ych,

w yrażonych przez odchylenie stan d ard o w e oy i błąd stan dardow y oceny

syx p rak tyczn ie n ie zależy w opisyw anej m etodzie od w ilgotności gleb.

W ynika to stąd, że w zględny błąd p o m iaru stanow i m alejącą funkcję

m ierzonej wilgotności, a u jem n y w pływ zwiększonego ro zrzu tu d a je się

zauw ażyć jedy n ie p rzy pom iarach bardzo m ałych zaw artości wody.

M od yfik acja m etod y oznaczania w ilg o tn o ści gleb y

₃₄₃

W celu uzyskania pew niejszych w yników należy zwiększyć odpowiednio

liczbę pow tórzeń m, posługując się znan ym ze sta ty sty k i w zorem

gdzie ey — dopuszczalny śred n i błąd średniej arytm etycznej.

P rzy w iększych zaw artościach w ody błąd w zględny kolorym etry cz­

nego p om iaru stopniow o m aleje. Na specjalne podkreślenie zasługuje

też fakt, że stopień skorelow ania w yników uzyskanych now ą m etodą

z rez u lta tam i standardow ej m etody suszarkow o-w agow ej pozostaje rów ­

nież w p rzy p adk u próbek próchnicznych bardzo w ysoki (r = +0,992).

Dokładność i ścisłość EKM m ożna więc w św ietle przeprow adzonych

bad ań uznać za całkow icie w ystarczające dla ogrom nej większości za­

dań, dla k tó ry ch przeprow adza się zw ykle polow e oznaczenia w ilgot­

ności gleb.

Poza dostateczną dokładnością i ścisłością do podstaw ow ych zalet

EKM zaliczyć należy:

— całkow ite w yelim inow anie suszarki i wagi,

— m ożliwość natychm iastow ego zastosow ania do badań wilgotności

w szystkich gleb m ineralnych, łącznie z poziom am i próchnicznym i, bez

potrzeby każdorazow ego cechowania,

— szeroki zakres pom iaru,

— możliwość dokonyw ania pom iarów p u n ktow ych n a dowolnej głę­

bokości pro filu glebowego,

— zużyw anie do pom iaru niew ielkiej ilości gleby,

— łatw ość i dużą szybkość w y konyw ania zarów no pojedynczych po­

m iarów , ja k też dużych serii oznaczeń,

— pro sto tę obsługi a p a ra tu ry i m ożliwość zasilania jej zarów no

z sieci, ja k i z baterii,

— m ałe w y m iary i ciężar oraz stosunkow o nisk ą cenę a p a ra tu ry

i w skaźnika,

— bezpieczeństw o pracy.

Jako w ad y m etody uznać należy p rzede w szystkim :

— b ra k m ożliwości ko rzy stan ia z urządzeń samopiszących,

— każdorazow e n aru szen ie złożenia gleby p rzy po b ieran iu św idrem

próbek do oznaczeń.

W ym ienione b rak i zm niejszają, ale n ie p rzek reślają przydatności

EKM jako polowej m etody stacjo narn ej. N atom iast zalety pozw alają ją

zaliczyć do najlepszych n iestacjo n arn y ch m etod polow ych oznaczania

w ilgotności gleb m ineralnych.

3 4 4 Z. P ru sin k iew icz

L IT ER A TU R A

[1] P o k o j s k a U.: W p ływ sk ład u m ech an iczn ego na ozn aczan ie w ilg o tn o ści gleb m etod ą ek strak cyjn o-k olorym etryczn ą. Rocz. glebozn., 23, 1972, z. 1, 349-356. [2] P r u s i n k i e w i c z Z.: P olow a, k olorym etryczn a m etod a ozn aczan ia w ilg o t­

n ości gleb i gruntów . Rocz. N auk. roi., 7 0 -A -l, 1954, 77-96.

[3] P r u s i n k i e w i c z Z.: A colorim etric fie ld m eth od for d eterm in in g the

m oistu re con ten ts of so il and ground. C entral Inst, for S c ie n tific and T ech n ical D ocum entation, W arszaw a 1960, s. 18.

[4] P r u s i n k i e w i c z Z.: P o lew o j k ołorim ietriczesk ij m ietod o p ried ielen ija w ła ż - n osti poczw i gruntów . S bornik rab ot po m ieto d ik ie issled o w a n ij w ob łasti fizik i poczw . L eningrad 1964, 231-323.

3. ПРУСИН КЕВИ Ч Н О ВЫ Й В А Р И А Н Т 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 ГО М ЕТОДА О ПРЕДЕЛЕН ИЯ В Л А Ж Н О С Т И ПОЧВ Отделение П очвоведения У ниверситета им. М К оперника, г. Торунь

Р е з ю м е

Э кстракц ионно-колори м етрич еский метод (ЭКМ) оп ределен и я вл аж н ости почв бы л п ервоначальн о оп и сан и прим енен [2, 3, 4] в ви зуальном варианте. В соответственно калиброванную пробирку, со д ер ж а щ у ю 10,0 мл и н ди к атор ­ ного раствора (безводны й C0CI2 в ацетоне), прибавляли 5,0 куб.см испы туем ой почвы, наблю дая за изм ен ением м ениска ж и дк ости . П очвенная влага, со ед и н я ­ ясь с индикатором, м еняет его окраску. Основным недостатк ом этого метода бы ли осл о ж н ен и я при оп редел ен и и в л аж н ости г у м у ссо д ер ж а щ и х горизонтов почв. В н астоящ ее время сконструирован полевой колориметр, питанны й электрически м током и з батареи либо сети и разработан а техн и к а изм ерения, которая зам етно расш иряет возм ож н ость о п р едел ен и я вл аж н ост и т а к ж е в г у ­ м у ссо д ер ж а щ и х п оч в ен н ы х о б р азц ах. П ри м ассовы х о п р ед ел ен и я х изм ери тельны е пробирки помещ аю т в п о р ­ тативны й ф у тл я р (рис. 1). П ринцип действия ф отоколорим етра (рис. 2) состоит в следую щ ем : поток света из источника 1 п адает на ф отоэл ем ен т 7 проникая сквозь один из д в у х зам еним о см онтированны х светоф и л ьтров 2 и слой и н д и ­ каторного раствора в изм ери тельной пробирк е 5 пом ещ енн ой в наполнен ной водой кам ере иммерсии 6. П ок азан и я элек трои зм ери теля 9, соединенного с ф отоэлем ентом 7 посредством электронной уси ли тельн ой системы 8 (рис. 3), пропорциональны силе света падаю щ его на ф отоэлем ен т. П ри к а ж д о м о п р е­ дел ен и и вл аж н ост и необходи м о сделать отсчеты п ок азан и й и зм ери теля при д в у х ф и л ьт р ах: синем и красны м . Р азн и ц а в эт и х п ок а за н и я х Л и является ф у н к ц и ей объем а воды связанн ой индикатором. Эта зависим ость п ок азан а на г р аф и к е (4 а) вы черченном по данны м установленны м на этал он н ы х раство­ р ах. Д ля изм ерен ия вл аж н ости гум у с со д ер ж а щ и х п очвенны х образцов м еж д у источником света 1 и кам ерой иммерсии 6 вклю чаю т добавоч ны й о р а н ж ев о ­ ж ел ты й светоф ильтр 3 и п ол ьзуясь п р еж н и м и эталонны ми растворам и чертят второй гр аф и к 4 в. П ри ф отоколорим етрическ ом оп р едел ен и и вл аж н ости почв

M od yfik acja m etod y ozn aczan ia w ilg o tn o ści gleb y

₃₄₅

калибровочны е кривы е даю т возм ож н ость уточнить количество воды (N-,) в почвенном о бр азц е по изм ерен иям AU. В л аж н ость почвы W% определяю т согласно данны м таб. 1 или подставляя величины (N\ — n ) в ф ор м улу: (Nt - п) • 100 W = S [5 - (Nt - n)] ~ Р где: Ni — объем воды (в мл) связанн ой индикатором, п — объ ем воды (в мл) добавлен н ой в изм ери тельную пробирку, S — удел ьн ы й вес испы туем ой почвы, Р — поправка, величина которой обусловлен а м ехан и ч еск и м составом п о ч ­ вы (таб. 1). В еличины поправки м ож н о вы числить п ол ь зуя сь одной из н и ж еп р и в ед ен ­ н ы х эм п и ри ч еск и х ф ор м ул: Р = 0,21 Т + 0,30 Р = 0,0938 к + 0,30 Р = 0,0725 s + 0,30 Р = 0,475 М Н + 0,30 где: Т — полная ёмкость поглощ ения катионов в м.э. на 100 г почвы, к — процен тное со д ер ж а н и е ф р а к ц и и ф < 0,002 мм, s — процен тное со д ер ж а н и е ф р ак ц и и ф < 0,02 мм, М Н — максим альная гигроскопичность в г Н 20 на 100 г с у х о й почвы. С татистическая обработка серии лабораторн ы х изм ерен ий вы п олн ен н ы х п араллельно Э К М и по стандартном у суш и л ьн о-в есов ом у м етоду (таб. 2) п о к а ­ зал а, что присутствие гум уса не оказы вает значим ого влияния на резул ь таты оп р едел ен и я вл аж н ости почв по ЭКМ . В итоге п ров еден н ы х и сследован и й сл е­ ду ет признать, что аккуратность и точность Э К М являю тся вп олн е уд о в л ет в о ­ рительны м и дл я п реобладаю щ его больш инства задан и й , д л я к отор ы х обы чно проводятся пол евы е оп р едел ен и я в л аж н ости почв. К ром е того, дл я Э К М характерны : — нем едл ен н ая прим еним ость в испы тании в л аж н ости в с е х м и н еральн ы х почв (с гумусовы ми горизонтам и вклю чительно) без к а ж д о р а зо в о й калибровки, — полное исклю чение суш ильного ш к а ф а и весов, — ш ирота ди ап азон а изм ерений, — возм ож н ость п ров еден и я п ун к ти рн ы х оп ределен и й на лю бую глуби ну почвенного п р оф и л я , — потреблен и е при и зм ер ен и ях н ебол ь ш и х количеств почвы, — н есл ож н ост ь и бы строе вы п олнен ие как еди н и ч н ы х так и м ассовы х определений, — простота о б сл у ж и в а н и я аппаратуры и ее малы й габарит, вес и относи­ тельно невы сокая цена, — безоп астность работы .

3 4 6 Z. P ru sin k iew icz

ZBIGNIEW PRUSINKIEWICZ

A NEW V A R IA N T OF E X T R A C TIO N -CO LO R IM ETR IC METHOD FOR SO IL M O ISTU R E D ETER M IN A TIO N

D ep artm en t of Soil Science N. C opernicus U niversity, T oruń

S u m m a r y

T he ex tra ctio n -co lo rim etric m ethod (ECM) for soil m oistu re d eterm in ation w as describ ed and applied at fir st [2, 3, 4] in v isu a l version . Into a m easu rin g te s t-tu b e ad eq u a tely calibrated, con tain in g 10.0 m l of in d icator solu tion (anhydrous CaCl2 in w a terless acetone), 5 cm 3 of the so il in v estig a ted w ere added, w h ile observin g the m en isk situ ation ch an ges of th e liquid. W ater con tain ed in th e sam p le caused changes of the colour of the indicator. A m ain sh ortcom in g of this m ethod w a s con n ected w ith the d ifficu lties in d eterm in in g m oistu re of h u m u s-co n ta in in g soil sam p les. R ecen tly a fie ld ph otocolorim eter fed w ith th e current from electric p ile or netw ork, w a s constructed and th e m easu rem en t technique, con sid erab ly w id e ­ n in g the ECM ap p lication range and en a b lin g sim u ltan eou sly to d eterm in e m oisture o f sam p les of h u m u s-co n ta in in g soils, w a s w ork ed out.

A t seria l m oistu re d eterm in ation s the m easu rin g te s t-tu b e s are placed in a portable bag.

T he p rin cip les of ph otocolorim eter operation are as fo llo w s. T he lig h t stream from th e source 1 fa lls onto a p h o to elem en t 7 after the passage through one of tw o ch an geab le filte r s 2 and through an indicator layer in the m easu rin g te s t-tu b e 5 placed in an im m ersion cham ber 6 fille d w ith w ater. The in d ication of electric m easu rin g d evice 9 ccn n ected w ith p h o to elem en t 7 through electron ic a m p lify in g sy stem 8 (Fig. 3), is proportional to th e fa llin g lig h t in ten sity . E ach m oistu re m e a s u ­ rem en t requires read in g of m easu rin g d evice in d ication s at both filtr e s — b lu e and red. T he d ifferen ce of th ese read in gs A U is a fu n ctio n of w a ter am ount bound by th e indicator. T he ab ove in terrelation is p resen ted in th e graph (Fig. 4 a), b ased on th e m easu rem en ts carrier out on th e pattern s w ith k n o w n w a te r contents.

For m easu rem en t of m oistu re co n ten t of h u m u s-co n ta in in g so il sa m p les an a d d itio n a l o r a n g e-y ello w filte r 3 w a s in sta lled b e tw e e n lig h t source 1 and im m er­ sio n cham ber 6 and th en an oth er graph w a s m ad e (Fig. 4 b) b ased on th e sam e p atterns.

A t the ph otocolorim etric so il m oistu re d eterm in ation standard curves en ab le to d eterm in e w ater con ten t Nj in a sa m p le on th e b asis of m easu red AU.

S o il m oistu re (W) is d eterm in ed from the su ita b le tab le (Tab. 1) or b y p u ttin g th e (JVj — n) v alu e into the form ula:

(IV* — n) • 100 W = S [5 - (Nt -~ïi)T - P

w7here:

Nj — am ou n t of w a ter bound by indicator, in m l,

n — am ou n t of w a te r added to th e m easu rin g tube, in m l, S — sp ecific g r a v ity of the so il in v estig a ted ,

p — correction, th e v a lu e of w h ich depends on m ech a n ica l com position of

M od yfik acja m etod y oznaczania w ilg o tn o ści gleb y 3 4 7

T he correction v a lu e can b e calcu lated also by m ean s of one of fo llo w in g em p irical form ulae:

P = 0.21 T + 0.30 P = 0.0938 к + 0.30 P = 0.0725 s + 0.30 P = 0.475 M H + 0.30 w here:

T — total sorption cap acity in m e/100 g of soil, к — p ercen tage of fraction of 0 < 0.002 mm ,

s — p ercen tage of fraction of 0 < 0.02 mm ,

M H — m a x im a l h ygroscop icity in g H 20 /1 0 0 g of dry soil.

S ta tistic a l elaboration of the series of laboratory m easu rem en ts carried out u sin g th e ECM and standard o v en -d ry m ethod (Tab. 2) h as proved th a t th e presen ce of hu m u s is of no particu lar in flu e n c e on th e resu lts of so il m oistu re m easu rem en ts o b tain ed by m ea n s of th e ECM. The accuracy and ex a ctn ess of th e ECM can be regarded, in the lig h t of the in v estig a tio n s, as fu lly su ffic ie n t for m o st tasks, in w h ich u su a lly fie ld so il m oistu re m ea su rem en ts are required.

M oreover the fo llo w in g fea tu res are ch aracteristic for the m eth od described above:

— p o ssib ility of im m ed iate ap p lyin g to all m in era l soils (including hum us horizons) w ith o u t n eed of e v ery tim e calibration,

— fu ll elim in a tio n of drying and w eig h in g , — w id e m ea su rem en t range,

— p o ssib ility of p oin t m ea su rem en ts at an arbitrary depth of th e so il p rofile, — little am ou n t of so il required for m easu rem en ts,

— fa c ility and high speed of m ak in g both sin g le m ea su rem en ts and great d e ­ term in ation series,

— sim p le a tten d a n ce of equipm ent, their sm a ll size and w e ig h t and r e la tiv e ly lo w price,

— secu rity of labour.

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.

prof. d r Z b i g n i e w P r u s i n k i e w i c z Z a k ł a 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 i k a Toru ń, S i e n k i e w i c z a 30