R O C Z N IK I G L E B O Z N A W C Z E , T . X X I, Z. 2, W A R S Z A W A 1970
Prace dyskusyjne
ZBIGNIEW PRUSINKIEWICZ
BITUMINY W PRÓCHNICY GLEBOWEJ
Zakład Gleboznawstwa U niwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu
Bitum inam i bądź ciałami bitumicznymi lub niekiedy woskosmołami nazywa się w gleboznawstwie substancje, które można w yekstrahować z próchnicy glebowej rozpuszczalnikami organicznymi, np. alkoholem, benzenem, eterem itp. W pracowniach gleboznawczych do w yodrębnia nia tej frakcji stosuje się najczęściej mieszaninę etanolu z benzenem w stosunku objętościowym 1:1. Ekstrakcję przeprowadza się w aparacie S o x h le ta 1 do chwili odbarwienia roztw oru w pojem niku ekstracyjnym , co trw a z reguły od kilkunastu do kilkudziesięciu godzin. Ilość wy ekstrahow anych substancji określa się wagowo bezpośrednio w odbie ralniku, po oddestylowaniu rozpuszczalników i wysuszeniu pozostałości w tem peraturze 80°C do stałego ciężaru. Wyniki przelicza się często na węgiel, przyjm ując jego zawartość w tej frakcji za równą 72% (M. K o - n o n o w a [4]). W rzeczywistości skład elem entarny bituminów w yka zuje dość znaczne w ahania (tab. 1).
W yekstrahowane z gleby bitum iny m ają postać ciemno- lub żółto- brunatnej masy, k tóra topi się w tem peraturze 60 - 90°C. Według T i u - r i n a [11] są to mało zmienione związki pochodzenia roślinnego — wosk, smoły, kwasy tłuszczowe i ich glicerydy, a także produkty utleniania tych związków. Ten sam autor podaje, że w bitum inach wyodrębionych z torfu sfagnowego udało się zidentyfikować następujące substancje:
— węglowodory — hentriakontan (C31H64), tritriankontan (C33H68), pentatriankontan (C35H72),
1 Alkohol z benzenem w stosunku 1 :1 nie stanowią m ieszaniny azeotropowej,
rzeczywiste w ięc proporcje obu cieczy w pojem niku ekstracyjnym aparatu Soxhleta nie są na ogół znane. Proponuję stosow anie m ieszaniny azeotropowej o składzie: 67,6% benzenu i 32,4% etanolu (wagowo).
526 Z. Prusinkiewicz
T a b e l a 1
P r z y b liż o n y sk ła d elem entarny eterow ego i alkoholow o-benzeüow ego w yciągu p róch n iczn ego wg I.W . T ju r in a / 1 1 /
Approximate elem en ta ry c o m p o sitio n o f e t h e r and a lc o h o l - benzene e x t r a c t o f humus a f t e r T yurin / 1 1 /
G leba S o i l
Wyciąg eterow y
E th er e x tr a c t Wyciąg alkoholow o-benzenow y A lc o h o l-b en zen e e x tr a c t
С H 0 с ! н 0 Сżarnoziem Chernozem 8 6 ,6 1 0 ,4 3 ,0 6 0 ,7 7 ,8 3 1 ,5 S o ło n ie c S o lo n e tz 8 3 ,3 1 1 ,1 5 ,6 5 9 ,0 1 0 ,2 30 ,8 B i e l i c a Podzol 7 2 ,1 9 ,9 1 8 ,0 5 8 ,2 9 ,1 3 2 ,7 B runatna g le b a le ś n a Brown f o r e s t s o i l 7 9 ,3 9 ,2 1 1 ,5 6 5 ,9 9 ,3 2 4 ,8 — alkohol heptakozanol (C27H560 ),
— kwasy — cerotynowy (C25H5o02), humocerynowy (С19Нз402), lignocerynowy (C24H480 2), karbocerynow y (C07H54O2), — hydroksykwas o wzorze (С30Н60Оз),
— agrosterynę (С26Н440),
a także związki pierścieniowe o sumarycznych wzorach C12H220 2 i C14H260 2.
Jako substancje organiczne, szczególnie bogate w wodór a ubogie w tlen, bitum iny są frakcją próchnicy o najwyższej wartości energetycz nej. Według S. A. A l i j e w a [1] ciepło spalania bitum inów pochodzą cych z gleb Azerbejdżanu wynosi średnio 8480 cal/g. Oznaczenia wyko nane w Zakładzie Gleboznawstwa UMK dały dla niektórych naszych gleb nieco niższe wyniki (tab. 2).
T a b e l a 2
C ie p ło s p a la n ia bituminów Bitumen com bustion h e a t
Typ g le b y - S o i l typ e Poziom H orizon C ie p ło spal a n ia Combustion h e a t c a l / g B i e l i c a p r z y b a łty c k a P o d z o lic s o i l o f B a l t i c c o a s t AoL 7867 B i e l i c a p r z y b a łty c k a P o d z o lic s o i l o f B a l t i c c o a s t AoF 7726 G l e j o b i e l i c a P o d zo l g le y Ao 7704 G leba m u rszasta / l e ś n a / F o r e st mucky s o i l Ao 7949
Bitum iny w próchnicy glebowej 527 T i u r i n [11] oraz T e r l i k o w s k i [10] podają, że w w arunkach tlenowych bitum iny szybko ulegają rozkładowi i dlatego w większych ilościach (15 - 20%) w ystępują tylko w glebach torfowych (tab. 3).
T a b e l a 3
Zawartość bitum inów w różn ych ty p a ch g le b /wg T ju r in a / Bitumen c o n te n t i n v a r io u s s o i l ty p e s / a f t e r T y u rin / Typ g le b y - S o n typ e Poziom g łę b o kość H orizon depth Zawartość bituminów w s u b s ta n c ji o r g a n ic z n e j Bitumen c o n te n t i n o r g a n ic m atter % S o ło n le c s t r e f y kasztanow ej S o lo n e t z o f c h e stn u t s o i l s zone A1 3 ,7 Сżarnoziem - Chernozem A1 1 ,9 S zara g le b a le ś n a - Gray f o r e s t s o i l kl 2 ,6 Gleba b ie lic o w a - P o d z o lic s o i l A1 6 ,7 Torf turzycow y - Sedge p ea t 0 ,5 * 1 2 ,2 T orf turzycow y - Sedge p e a t 1 ,0 m 7 ,9 T orf sfagnow o-w ełniankow y - Sphagnum Eriophorum p ea t 0 ,? m 1 3 ,8 T orf sfagnow o-w ełniankow y - Sphagnum Eriopnorum p e a t 1 ,0 m 2 1 ,7 T orf sfagnow o-w ełniankow y - Sphagnum Eriophorum p ea t <2,0 m 2 4 ,4
Z naszych badań ( P r u s i n k i e w i c z [5]) wynika, że na ilość b itu minów w próchnicy wpływa ogólna aktywność biologiczna gleby, a nie tylko w arunki aeracji. Potw ierdzają to zestawione w tab. 4 zawartości omawianej frakcji w próchnicy niektórych typowo wykształconych gleb Polski. W tabeli tej, sporządzonej na podstawie własnych, publikow a nych i nie publikowanych dotąd wyników [5 -9 ], skonfrontowanych z m ateriałam i zawartym i w literaturze [2, 11], uszeregowano gleby w e dług wzrastającej zawartości bituminów. Dane te m ają oczywiście w ar tość jedynie orientacyjną, gdyż ilości bituminów wyodrębnione z różnych gleb należących do tego samego typu w ahają się dość znacznie; niemniej jednak ogólna tendencja jest najczęściej taka, jaka w ynika z zestawienia. Najmniejsze zawartości frakcji rozpuszczalnej w mieszaninie alkoholo- benzenowej, czasem poniżej 1%, spotyka się w bardzo żyznych czarnych ziemiach i niektórych glebach mułowo-torfowych. Najwyższe, sięgające niekiedy 25%, w próbkach torfów pochodzących z głębszych w arstw to r fowisk sfagnowych 2.
Na zakończenie wypada ustosunkować się do liczb zaw artych w opu blikowanej ostatnio w Rocznikach Gleboznawczych pracy S. B o r o w c a i A. W y b i e r a l s k i e j pt. Zróżnicowanie składu próchnicy w
zależ-2 Można nawiasem dodać, że w ęgle brunatne ziem iste i lignitow e zawierają
zw ykle 10-15% bitum inów, a tylko odmiana w ęgla brunatnego zwana pyropissytem, m oże zawierać 35 do 80% tych substancji [12].
528
T a b e l a 4
O r ien ta cy jn e z a w a r to śc i w ęgla bituminów /C ^ / w różn ych typ ach g le b P o l s k i , w p r z e l i c z e n i u na w ę g ie l o g ó ln y /C t /
Approximate bitum en carbon /С ^ / c o n te n t i n d i f f e r e n t ty p e s o f P o l i s h s o i l s in c o n v e r sio n to t o t a l carbon /C t / Typ g le b y - S o i l ty p e Poziom /G łę b o k o ść / H orizon Depth Съ
Л
. loo c tGleba m ułow o-torfow a - S lim e -p e a t s o i l T1 i,6 Czarna z ie m ia /k u ja w sk a / - B lack e a r th / o f Kujawy/ A, p 2,4 Czarna z ie m ia /g n ie w s k a / - B lack e a r th / o f Gniew/ АдР 2 ,7 G leba brunatna /upraw na/ - Brown s o i l / c u l t i v a t e d / AlP 2,8 G leba brunatna / l e ś n a / - Brown s o i l / f o r e s t / 3 ,1 Czarna zie m ia / l e ś n a / - B lack e a r th / f o r e s t / 3 ,2 G leba płow a / l e ś n a / - Gray brown p o d z o lic s o i l / f o r e s t / Ai 3 ,5 G leba to rfo w a to r fo w is k n is k ic h - Low p ea t
Ti 4,0
G leba to r fo w a to r fo w is k p r z e jśc io w y c h - T r a n s it io n a l p e a t 4,8 G leba b ie lic o w a / l e ś n a / - P o d z o lic s o i l / f o r e s t / А0 7 ,5 G leba b ie lic o w a / l e ś n a / - P o d z o lic s o i l / f o r e s t / А1 6,8 G leba m u rsza sta / l e ś n a / - Muoky s o i l / f o r e s t / А0 6 ,3 G leba m u rsza sta / l e ś n a / - Mucky s o i l / f o r e s t /
А1 9 ,2 G l e j o b i e l i c a / l e ś n a / - P o d zo l g le y / f o r e s t / А0 9 ,6 G l e j o b i e l i c a / l e ś n a / - P o d zo l g le y / f o r e s t / А1 ю , з B i e l i c a p r z y b a łty c k a / l e ś n a / - P o d z o lic s o i l o f B a l t i c c o a s t / f o r e s t / А0 1 3 .4 B i e l i c a p r z y b a ity c k a / l e ś n a / - P o d z o lic s o i l o f B a l t i c c o a s t / f o r e s t / А1+2 1 6 ,7 Gleba to r fo w a to r fo w is k w ysok ich - High p e a t Тх /5 -Ю cm/ 9 ,1 G leba to r fo w a to r fo w is k w ysokich - High p ea t Т2 /4 5 - 5 0 cm/ 1 8 ,1
ności od typ u gleb i ich użytkowania [3]. Autorzy tej publikacji podają zdumiewająco wysokie zawartości bituminów w próchnicy gleb Pobrze- ża Zachodniopomorskiego. W niektórych próbkach ilość tej frakcji prze kracza 30%, a naw et 40% (tab. 1, s. 68). Ponieważ nie są to omyłki d ru karskie (te same liczby przytoczone są ponownie na s. 71), w świetle więc poprzednio omówionych danych należy chyba przyjąć błędy ozna czeń 3. Błędy to tym bardziej przykre, że Autorzy w ykorzystali te w y niki do wielce problematycznego w tej sytuacji dendrytowego uporząd kowania badanych gleb według zasad taksonomii wrocławskiej.
Wolno żywić nadzieję, że niniejszy krótki przegląd niektórych wcześ niejszych badań poświęconych bituminom glebowym przyczyni się do uniknięcia w przyszłości podobnych omyłek.
3 Jeżeli nie błędy, to rewelacja naukowa, której nie należało pozostawić bez
Bituminy w próchnicy glebowej 5 2 9 LITERATURA
[1] A l i j e w S. A.: Zapasy energii swjazannoj w gumusie i biomasie mikroorga- nism ow w poczwach Azerbejdżana. (W:) Chimija, genezis i kartografija poczw. Moskwa 1968.
[2] B i e l c z i k o w a N. P.: M atieriały к izuczeniju gumusa podzolistych i dier- niew o-podzolistych jestestw iennych i osw ojennych poczw jew ropejskoj czasti ZSRR. (W:) Mikroorganizmy i organiczeskoje w ieszczestw o poczw. Moskwa 1961.
[3] B o r o w i e c S., W y b i e r a l s k a A.: Zróżnicowanie składu próchnicy w za leżności od typu gleb i ich użytkowania. Rocz. glebozn., t. 20, z. 1, s. 67 - 79. [4] К o n o n o w a М.: Substancje organiczne gleby. PWRiL, 1968.
[5] P r u s i n k i e w i c z Z.: Niektóre w yniki badań nad próchnicą gleb leśnych. Rocz. glebozn., t. 10, 1961, s. 666 - 669.
[6] P r u s i n k i e w i c z Z .: Zagadnienia leśno-gleboznawcze na obszarze w ydm
nadmorskich Bramy Świny. Badania Fizjograficzne nad Polską Zachodnią, t. 7y Poznań 1961, s. 25 - 127.
[7] P r u s i n k i e w i c z Z.: Próchnica gleb leśnych. PTPN, Prace Kom. Nauk. roL i leś., t. 18, z. 2, Poznań 196|4, s. 361 - 381.
[8] P r u s i n k i e w i c z Z., С a 1 i ń s к i T. : Badania nad m ożliwością usystem aty zowania gleb w oparciu o w ielocechow ą taksonomię wrocławską. PTPN, Prace Kom. Nauk. roi. i leś., t. 16, z. 3, Poznań 1963, s. 3 - 18.
[9] P r u s i n k i e w i c z Z., K o w a l k o w s k i A.: Studia gleboznawcze w Biało w ieskim Parku Narodowym. Rocz. gleibozn., t. 15, 1964, s. 2.
[10] T e r l i k o w s k i F.: Próchnica a żyzność gleb (W :) Prace w ybrane z dziedzi ny gleboznawstwa, chem ii rolnej i nawożenia. Warszawa 1958.
[lii] T i u r i n I. W.: Organiczeskoje w ieszczestw o poczwy i jego roi w płodoro-dii. Moskwa 1965.
[12] W i e l o p o l s k i A.: Technologia chem iczna organiczna. PWN, 1959.
3. П Р У С И Н К Е В И Ч БИТУМЫ В ПОЧВЕННОМ ГУМУСЕ К а ф е д р а П о ч в о в е д е н и я , У н и в е р с и т е т и м . Н . К о п е р н и к а в г. Т о р у н ь Р е з ю м е На основании литературных сведений и собственных исследований автором представлено важнейш ие информации о битумах, входящ их в состав почвен ного гумуса. Особое внимание уделено количественной характеристике этой фракции в органическом веществе почв разного типа. Высказывается мнение, что в общем содерж ание битумов в гумусе обратно пропорционально биологи ческой активности почв и варьирует от долей процента в плодородных пере- гнойно-глеевых почвах до 20 - 25% в образцах сфагнового торфа из более гл у боких слоев залеж и. Предлагается применять азеотропную смесь (67,6% бен зола + 32,4% этанола) для экстрагирования битумов в аппарате Сокслета вме сто употребляемой до сих пор их смеси 1: 1. В заключение подчеркивается очень критическое отношение автора к результатам анализа опубликованным недавно С. Б о р о в ц е м и А. В ы б е р а л ь с к о й [3].
530
Z. P R U S IN K IE W IC Z
BITUMENS IN SOIL HUMUS
D e p a r tm e n t o f P e d o l o g y , N . C o p e r n ic u s U n iv e r s it y in T o r u ń
S u m m a r y
Basing on the literature and own investigations, the author gives fundamental information about bitumens occurring in soil humus. Particular attention is paid to the question of amount of this fraction in organic matter of various soil types. The opinion is uttered that the bitum en content in humus is aproxim ately inversely proportional to biological activity of soil, fluctuating from som e per cent in fertile black earths and slim e-peat soils to 20 - 25% in sphagnum peat sam ples taken from deeper deposit layers. Aseotropis m ixture application (67,6% of benzene + 32,4% of ethanol) has been proposed for bitumen extraction in the Soxhlet apparatus instead of the m ixture Г : 1 applied hitherto. Finally a very critical opinion is
uttered about the analysis results recently published by S. B o r o w i e c and
A. W y b i e r a l s k a [3].
Adres Wpłynęło do PTG w styczniu 1970 r.
prof. dr Zbigniew Prusinkiewicz Zakład G leboznaw stwa Uniwersytetu Mikołaja Kopern ika
