ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE T. XXXVII, NR 2—3, S. 139—147, WARSZAWA 1986
BARBARA SAPEK, ANDRZEJ SAPEK
W YKORZYSTANIE W YCIĄGU 0,5 M W ODOROTLENKU SODOWEGO DO CH ARAK TERY STY KI SU B STA N C JI HUM USOW YCH UTW ORÓW
ORGANICZNYCH 1
In s ty tu t M elioracji i U żytków Z ielonych ,w F a len ta ch
WSTĘP
W śród różnych propozycji w ydzielenia organicznej fra k c ji gleby 0,5 M ro ztw ó r NaOH jest jed n y m z bardziej agresyw nych, często k ry ty k o w a n y m e k stra k to rem ze w zględu na jego oddziaływ anie na sw oiste w łaści wości su b stan cji hum usow ych. J e st on n ato m iast bardzo w y d a jn y m roz tw o rem do e k stra k cji ty ch su b stan cji i n ad al stosuje się go w bad aniach glebow ej m ate rii organicznej [1, 2]. D obra w ydajność e k stra k cji za pom o cą tego ro ztw o ru skłania, by stosow ać go dof gleb organicznych, w k tó ry c h zaw artość su b stan cji hum usow ych jest w ielokrotnie w iększa od z aw ar tości m inerałów ilastych. A uto rzy k o m u n ik a tu już w e w cześniejszych b a dan iach w yko rzystali w łaściwości optyczne tego alkalicznego w yciągu do c h a ra k te ry sty k i su b stan cji hum usow ych z gleb torfow ych w różnym sta d iu m ich h u m ifik acji [4, 5].
W n iniejszym kom unikacie przedstaw iono sposób postępow ania, k tó ry pro p o n u je się- jako testow ą m etodę bad ania w łaściwości su b stan cji h u m u sow ych gleb organicznych oraz podano p rzy k ła d jej w y k orzystania do oce n y zm ian jakości ty ch su b stan cji w glebie torfow ej użytkow anej jako łąka, pole, p rzem iennie łąk a — pole, i pod lasem .
ZASADA TESTOWEJ METODY I MATERIAŁ GLEBOWY
P ow ietrzn ie suchą p róbkę gleby organicznej, p rzesian ą przez sito o średn icy oczka 2 m m, poddano e k stra k cji za [pomocą 0,5 M roztw o ru NaOH. W przesączu, po k o lejn y ch rozcieńczeniach z dodatkiem 0,5 M N aO H w tak ich prop orcjach , by ro ztw ó r zawsze był 0,05 M wobec NaOH,
140 В. Sapek, A. Sapek
Rye. 1. Testowa metoda charakterystyki w łaściw ości substancji hum usowych z gleb organicznych
Fig. 1. Test of characteristics of the properties of humic substances from organic
Ocena substancji hum usowych utworów organicznych 141
m ierzono abso rb ancję w u ltrafio lecie (A28o) i w św ietle w idzialnym (A472
i A ee4). W artość abso rban cji obliczono w odniesieniu do 1 g bezpopielnie
suchej m asy próbki w 1 dm 3 w yciągu. W artość A^o zależy od zaw artości w w yciągu zw iązków ty p u lignin [1]. W artość A664 jest zw iązana z udzia łem silnie zabarw ionych su b stan cji hum usow ych, rów nież zw iązanych kom pleksow o z różnym i k atio n am i [3]. Obliczono ilorazy ab sorbancji
zw racając szczególną uw agę n a Q2A i Q4/6- P ierw szy z n ich opisuje sto
sunek zaw artości odpornych n a h u m ifik ację zw iązków ty p u lignin do sil
nie zhum ifikow anych substancji. W artość Q4/6 jest ogólnie p rz y ję ty m ilo-
razm e opisującym stopień h u m ifik acji m ate rii organicznej [1, 3].
W rozcieńczonych w yciągach oznaczono „organiczne” form y w apnia, m agnezu i żelaza (Caorg, Mgorg, F e org) m etodą ASA, p rzy użyciu roztw o ró w w zorcow ych przygotow anych n a bazie ro ztw o ru chlorku sodowego, g w aran tu jąceg o u trzy m an ie podobnej siły jonow ej i stężenia sodu w roz tw o rach w zorcow ych i b adany ch [6].
W w yciągach po spalen iu w m ieszaninie u tlen iającej, przygotow anej w sposób jak w ogólnie p rz y ję te j m etodzie T iurina, ,w bloku g rze jn y m z pro gram ow an ą te m p e ra tu rą oznaczono zaw artość „organicznego” w ęg la (Corg). N atom iast w w yciągu po sp aleniu w stężonym kw asie siarko w ym z dodatkiem n a d tle n k u w odoru, oznaczono „organiczny” fosfor i azot vPorg i N org) [6]. Sposób postępow ania w proponow anej m etodzie p rze d sta w ia schem at blokow y (ryc. 1).
M ateriał glebow y, k tó ry posłużył do oceny zm ian w łaściw ości su b stan c ji hum usow ych gleby organicznej, różnie użytkow anej, pochodził z do św iadczenia agrotechnicznego prow adzonego od ponad 20 la t w ZD MUZ Biebrza. P ró b k i rep rezen to w ały profile tej sam ej gleby torfow o m urszo- w ej, średnio zm urszałej, w ytw orzonej z silnie rozłożonego to rfu olesow e- go (Mt II cc), lecz różnie użytko w an ej. K ażdy sposób użytkow ania r e p rezen to w ały 3 p ro file glebow e, z k tó ry c h p o b ran o p ró b k i co 10 cm z w a rstw y do głębokości 30 cm o raz z w a rstw od 40 do 50 i 60 do 70 cm.
Obliczono śred nie w artości w yników oznaczania w łaściw ości optycz n y ch alkalicznego w yciągu i zaw artości form „organicznych w y b ran y ch p ierw iastk ó w (tab, 1— 2). Istotność różnic w w ynikach dla różnych sposo bów użytk ow an ia oceniono staty styczn ie testu ją c obliczone w artości za pom ocą t S tu d e n ta (tab. 3).
ZESTAWIENIE WYNIKÓW
P orów nyw ano w yniki o trzym ane dla w ierzchniej w a rstw y do głęboko ści 30 cm z uw agi n a Ло, iż złoże to rfu , z którego p ow stała b ad an a gleba n ie jest genetycznie jednorodne w głębszych w arstw ach, gdzie m oże zale gać bardziej różniący się m ateriał.
N a podstaw ie w artości A28o w ykazano udow odnione w zbogacenie w zw iązki tru d n o ulegające h u m ifik acji (ty p u lignin) w w arstw ie 30 cm,
T a b e l a 1 Absorbancje wyciągów alkalicznych*
Absorbances of the alkaline extracts*
Głębokość Depth c m Агво A4.72 А б б4. łąka meadow pole field PRZ las forest łąka meadow pole field PRZ las forest łąka meadow pole field PRZ las forest 0-10 7,42 7,79 7,65 8,09 0,877 0,923 0,901 0,942 0 ,1 1 1 0,125 0,116 0,122 10-20 7,71 7,66 7,43 7,98 0,899 0,936 0,868 0,928 0,115 0,120 0,114 0,124 20-30 6,61 7,83 6,28 8,53 0,797 0,938 0,770 0,985 0,116 0,121 0,100 0,130 40-50 7,22 6,62 6,32 6,74 0,842 0,819 0,759 0,809 0,111 0,109 0,098 0,106 60-70 6,72 5,05 5,92 6,75 0,834 0,619 0,732 0,619 0,113 0,085 0,097 0,087
Ilorazy absorbancji wyciągu alkalicznego* Ratios ofabsorbances of the alkaline extracts*
Głębokość Qi/6 Q2/4. Q 4 /6
Depth łąka pole las łąka pole las j łąka pole las
cm meadow field PRZ forest meadow field PRZ
forest meadow field PRZ forest
0-10 66,9 62,3 65,9 66,3 8,46 8,44 8,49 8,59 7,90 7,38 7,77 7,72
10-20 67,1 63,8 65,2 64,3 8,58 8,18 8,56 8,60 7,82 7,80 7,61 7,48
20-30 57,0 64,7 62,8 65,6 8,30 8,35 8,16 8,66 6,87 7,75 7,70 7,58
40-50 65,1 60,7 64,5 63,6 8,57 8,08 8,33 8,33 7,59 7,51 7,74 7,63
60-70 59,4 59,4 61,0 77,1 8,06 8,16 8,09 10,9 j 7,38 7,28 7,55 7,11
* Wartości średnie z trzech powtórzeń Mean values for three replications PRZ — użytkowanie przemienne
T a b e l a 2
Zawartość organicznych form żelaza, wapnia i magnezu w wyciągu alkalicznym Content of organie forms of iron, calcium and manganese in the alkaline extract
Głębokość / о F e or$ % Caora % Mgora
Depth cm łąka meadow pole field PRZ las forest łąka meadow pole field PRZ las forest łąka meadow pole field PRZ las forest 0 - 1 0 0 , 4 3 0 , 3 7 0 , 3 7 0 , 4 8 0 , 9 2 1 ,1 3 0 , 9 4 1 ,0 8 0 , 0 1 5 0 , 0 2 3 0 , 0 0 8 0 , 0 3 9 1 0 - 2 0 0 , 3 9 0 , 3 6 0 , 3 8 0 , 4 7 1 ,0 4 1 ,1 3 1 ,0 0 1 ,0 5 0 , 0 0 7 0 , 0 1 5 0 , 0 0 6 0 ,0 2 1 2 0 - 3 0 0 , 2 4 0 , 3 5 0 , 2 4 0 , 4 0 1 ,0 2 1 ,1 7 1 ,0 1 1 ,3 5 0 , 0 0 6 0 , 0 1 2 0 , 0 0 6 0 , 0 2 0 4 0 - 5 0 0 , 2 9 0 , 2 5 0 , 2 3 0 , 2 2 1 ,1 6 1 , 1 0 1 ,0 2 1 ,0 6 0 , 0 1 4 0 , 0 1 7 0 ,0 1 1 0 , 0 1 5 6 0 - 7 0 0 , 2 2 0 , 1 3 0 , 1 9 0 , 1 0 1 ,0 9 0 , 7 5 0 , 9 5 0 , 5 8 0 , 0 1 4 0 , 0 0 9 0 , 0 1 2 0 , 0 0 7
Zawartość organicznych form węgla, azotu i fosforu w wyciągu alkalicznym Content of organic forms of carbon, nitrogen and phosphorus in the alkaline extract
Głębokość 0/ С/ о y-'*'rg % N0Pfl V P/ о r org
Depth cm łąka meadow pole field PRZ las forest łąka meadow pole field PRZ las forest łąka meadow pole field PRZ las forest 0 - 1 0 2 0 , 7 2 1 ,1 2 0 , 2 2 2 ,3 2 , 2 8 2 , 1 6 2 , 2 2 2 , 3 5 0 , 9 4 0 , 1 1 0 0 , 1 0 3 0 , 1 2 2 1 0 - 2 0 2 1 , 4 2 1 , 4 1 9 ,8 2 2 , 0 1 ,9 1 2 , 0 4 1 ,7 4 1 ,9 5 0 , 0 7 6 0 , 0 9 5 0 , 0 8 0 0 , 0 9 2 2 0 - 3 0 1 5 ,8 2 1 , 2 1 6 , 0 2 3 ,3 1 ,2 4 1 ,7 6 1 ,2 3 1 ,8 9 0 , 0 3 5 0 ,0 7 3 0 , 0 3 2 0 , 0 5 9 4 0 - 5 0 1 5 ,5 1 5 ,6 1 4 ,7 1 4 ,4 1 ,2 0 1 , 1 0 1 ,0 6 1 , 2 5 0 , 0 2 9 0 , 0 3 2 0 , 0 2 6 0 , 0 2 8 6 0 - 7 0 1 5 ,4 1 2 ,0 1 3 ,4 9 , 4 0 , 9 5 0 , 9 8 0 , 6 5 0 , 6 5 0 , 0 3 4 0 , 0 2 3 0 , 0 2 7 0 , 0 3 5
144 В. Sapek, A. Sapek
T a b e l a 3
Istotne różnice pomiędzy zawartościami organicznych form węgla, fosforu, wapnia i żelaza oraz właściwościami optycznymi wyciągu alkalicznego z gleb torfowo-murszowych różnie użytkowanych Significant differences between the content of organic forms of carbon, phosphorus, calcium and iron and the optical properties of the alkaline extract from differently utilized peat-muck soils
1 Pole — Field 1 PRZ Las — Forest
j I П III Z ! i H n i г I И Ш E A280 1 łąka — meadow j XX x О X X XX pole — field i XX X X PRZ 1 0 X X X A472 łąka — meadow XX XX X XX o x pole — field 1 X X X X PRZ 0 e x A664 łąka — meadow 0 X XX XX 0 pole — field X X X PRZ Q2/6 łąka — meadow I pole — field X о о о о X ! PRZ о О X j Q4/6 łąka — meadow X о X pole — field X PRZ о j Corg 1 łąka — meadow XX XX X pole — field X X 1 PRZ XX XX Por* ! łąka — meadow X О XX X XX X XX о j pole — field о х О PRZ XX 1 Ca.org i łąka — meadow X X XXX XXX X j pole — field X X XXX X PRZ XXX XX Feor„ łąka — meadow О 0 X X pole — field о О X PRZ О X XX
PRZ — użytkowanie przemienne (pole—łąka) warstwy: I — 0 do 1 0 cm, I I — 1 0 do 2 0 cm, I I I — 2 0 do 3 0 cm, E — sumarycznie warstwa 0 do 3 0 cm
PRZ — alternate (meadow — field) utilization layers: I — 0 do 1 0 cm, I I— 10 do 20 cm, 111 — 20 to 3 0 cm, £ — total layer of 0 - 3 0 cm
Istotne różnice przy poziomie ufności : 0 — 0,90, x — 0,95, xx — 0,99, xxx — 0,999 Significant differences at the confidence level:0 — 0,90, x — 0.95, xx -— 0.99, xxx — 0.999
Ocena substancji hum usowych utworów organicznych 145
a szczególnie w w arstw ie od 20 do 20 cm g leb y z pola i lasu w poró w n a n iu z łąką. Ta w a rstw a z gleby użytk ow ej przem ienn ie (łąka-pole) b y ła uboższa w ten rodzaj połączeń w p o ró w nan iu z użytkow an iem polow ym i leśnym , co rów nież udow odniono staty sty czn ie (tab. 1 i 3).
W ykazano rów nież, że gleba łąkow a jest znacznie uboższa w su b sta n
cje hum usow e w początkow ym stad iu m h u m ifik acji (A 472) w p o rów n an iu
z glebą z pola u żytkow aną przem iennie oraz pod lasem . W arstw a 20 do 30 cm gleby z pola i z lasu była bogatsza w te zw iązki w po ró w n an iu z glebą użytk ow aną przem iennie i jako łąka (tab^ 1 i 3). Udział zw iązków silnie zabarw ionych (Абб4) bardziej różnicuje w ierzchnie, 30-centym etro - we' w a rstw y porów n yw anych gleb. M niejszy udział tego ty p u zw iązków stw ierdzono na łące w porów n an iu do pozostałych sposobów użytkow ania.
W ykazano rów nież m niejsze w zbogacenie w silnie zabarw ione zw iązki
hum usow e w a rstw y 20 do 30 cm gleby u żytkow anej przem iennie w sto su n k u do pola i lasu, co może, podobnie jak poprzednie w artości, w skazy w ać na ochronne działanie u ż y tk u zielonego na glebę organiczną (tab. 1 i 3).
O trzym ane różnice w artości Q2/e udow odniono dla gleby z lasu, u ż y t
kow anej połowo i przem iennie. Na podstaw ie takiego k ry te riu m u ży tk o w anie polowe sp rzyja in ten sy w n iejszej h u m ifik acji m asy organicznej w po rów n aniu do gleby z lasu i użytk o w an ej przem iennie. P rz y jm u ją c Q 4/e jako w y k ład n ik sto p nia hu m ifik acji stw ierdzono, iż jest ona in te n sy w n ie j sza w w arstw ie 0 do 10 cm gleby p ala i lasu w porów naniu z glebą łąko wą. P onadto w ykazano w iększe nasilenie tego procesu w w arstw ie 20— 30 cm gleby z lasu w p o rów n an iu z glebą z pola i użytkow aną przem iennie (tab. 1 i 3).
Stw ierdzono w iększą zaw artość Corg, zwłaszcza w w arstw ie 20 do 30 cm gleby z lasu i pola w porów n an iu z łąką. Ta w arstw a gleby, z pola b y ła rów nież bogatsza w Corg w p o ró w nan iu z u żytkow aną przem iennie, co po tw ierdza ochronne działanie ekosystem u łąkow ego w odniesieniu do ta k w rażliw y ch na przeobrażanie gleb organicznych. W arstw a od 0 do 30 cm gleby z lasu b y ła rów nież znacznie w zbogacona w C^g w porów naniu z glebą u żytkow aną przem ien n ie (tab. Z i 3).
O bserw ow ano zubożenie w fosfor organiczny w ierzchniej 10-centym e tro w e j w a rstw y gleby łąkow ej w po ró w n an iu z pozostałym i. Roślinność łąkow a pobiera w iększe ilości ruchliw ego fosforu z w ierzchniej niż głęb szej w a rstw y gleby, zaś n a p olu i u ż y tk u p rzem ien n y m jest on m ieszany
z głębszym i w a rstw am i w czasie orki (tab. 2 1 3).
W glebie z lasu, w p o ró w n an iu z pozostałym i glebam i zaw artość F eorg by ła w iększa, szczególnie w w arstw ie 20— 30 cm, co m oże w skazyw ać na w iększą zdolność kom pleksotw órczą w y stęp u jący ch tu ta j silnie zhum ifiko- w any ch związków . W arstw a 0— 10 cm g leb y łąkow ej b yła w yraźn ie zu bożona w Caor& w po ró w n an iu do g leby z pöla i lasu. Słabiej zhum
146 В. Sapek, A. Sapek
w an a m a te ria organiczna może m ieć m niejszą zdolność kom pleksow ania od silniej przeobrażonej z gleby pola lub lasu.
Nie udow odniono w pływ u u żytkow ania n a zaw artość N org i Mg^-g w b adanej glebie.
PODSUMOWANIE
Na podstaw ie b ad ań w y konanych proponow aną testow ą m etodą stw ierdzono, iż u żytkow anie łąkow e, jak rów nież w pew nej części u ży tk o w anie p rzem ien n e (łąka-pole) gleby organicznej stw arza w a ru n k i, w k tó ry c h procesy h u m ifik acji i p rzeo b rażan ia su b stan cji h um usow ych p rze biegają w olniej i m niej inten sy w n ie w p o ró w n an iu z użytkow aniem polo- w y m i leśnym , gdzie zm iany te sięgają głębszych w a rstw p ro filu glebo wego oraz zm ierzają w k ie ru n k u większego w zbogacenia zarów no w zw iązki hum usow e w początkow ym stad iu m h um ifikacji, jak i silnie zh u - m ifikow ane. Ponadto m ożna sądzić, że su b stan cje hum usow e, tw orzące się w w a ru n k a ch uży tk ow an ia polowego i leśnego, w y k azu ją w iększe pow i now actw o do tw orzenia połączeń kom pleksow ych z żelazem , fosforem , a rów nież z w apniem .
W św ietle pow yższych rozwrażań m ożna uznać, iż u ży tek łąkow y jest najk o rzy stn iejszy m ekosystem em z p u n k tu w idzenia ochrony gleb orga nicznych p rzed ich degradacją. D egradacja jest znacznie większa, w p rzy p a d k u użytkow ania polowego i leśnego, jak w y k azu ją to zm iany we w łaś ciwościach sub stan cji hum usow ych. P rzem ienne uży tkow anie gleby o r ganicznej może być uzasadnionym kom prom isem pom iędzy in ten sy w n y m eksploatow aniem a m ożliw ie n ajk o rzy stn iejszą jej ochroną.
*
A u to r z y dziękują doktorowi hab. Januszow i G otkiew iczowi za współ pracę i korzystanie z jego cennego m ateriału analitycznego.
LITERATURA
[1] G r e e n l a n d P. J., H a y e s M. H. B.: The chem istry of soil constituents. John W iley a. Sons, 1978.
[2] O r ł ó w D. S., G r i s z i n a L. A.: Praktikum po chim ii gumusa. Izdatielstwo- M oskowskogo U niw iersitieta 1981.
[3] S a p e k A.: Rola kom pleksotwórczych substancji hum usow ych w procesie b ie - licowania. Studia Soc. Sc. Tor., Sect. С, 7, 1971, 5, 1—93.
[4] S а p e к В., S а p e к A., O k r u s z k o H.: Optical properties of alkaline soil ex tracts as a test characterizing humic substances from peat soils. Proc. Gth In tern. Peat Congr., Duluth USA 1980, 667—691.
Ocena substancji hum usow ych utworów organicznych 147
[5] S a p e k B., S a p e k A.: M easurement of the absorbance of alkaline extract as a test for determ ining the transform ation state of humus substances from peat soil. M ateriały z Sympozjum „Humus et Planta”, Praha 1983, s. 100—104. [6] S a p e k A., S a p e k В.: Content of organically bound phosphorus, nitrogen,
iron, calcium and m agnesium in the 0,5 M NaOH extract from organic soils. M ateriały z Sympozjum „Humus et Planta”, Praha 1983, s. 96—99.
Б. САПЕК, А. САПЕК ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЫТЯЖКИ 0,5 М ГИДРООКИСИ НАТРИЯ ДЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГУМУСНЫХ ВЕЩЕСТВ ОРГАНИЧЕСКИХ ПОЧВЕННЫХ Ф О Р М А Ц И Й Институт мелиорации и луговодства, Фа ленты Р езю м е Предлагается тестовый метод характеристики свойств гумусных веществ из органи ческих почв. Тест заключается в измерении оптической густоты (А2во, А472, А664) и опре делении „органических” форм углерода, азота, фосфора, железа, кальция и магния в вы- тяжкие из почвы, полученной путем экстрагирования образца с помощью 0,5 М раствора NaOH. На основании указанного теста исследовали влияние лугового, полевого, перемен ного и лесного способа использования торфяно-муршевой почвы на интенсивность про цесса гумификации и качество гумусных веществ этой почвы. Установлено, что как гуми фикация так и вызванные этим процессом преобразования гумусных соединений проис ходят менее интенсивно в случае лугового использования в сравнении с полевым и лесным использованием. Луговая экосистема представляется наиболее благоприятно с точки зрения охраны органических почв против деградации. Компромиссным между продуктивностью и охраной почвы является переменное использование. В. SAPEK, A. SAPEK
THE USE OF 0.5 M SODIUM HYDROXIDE EXTRACT FOR C H A R A C T E R IN G HUMIC SUBSTANCES FROM ORGANIC FORMATIONS
Institute for Land Reclam ation and Grassland Farming at Falenty
S u m m a r y
A simple method for characterizing humic substances from organic soils w as proposed. The method consist in m easurem ent of optical density (A280, A472, Asg4) and determ ination of „organic” forms of carbon, nitrogen, phosphorus, iron, cal cium and magnesium in 0.5 M NaOH soil extract. Basing on this treatm ent the in fluence of different m anagem ent system s of peat-m uck soil on the changes of hu m ification intensity and humic substances transformation was investigated. Four system s w ere compared: parm anent grassland, arable field, converting (grassland- arable field) and forestry. The grassland ecosystem seem s to be most favorable to protect organic soils against there degradation. The converting system is the best compromise betw een the high productivity and soil protection.
Dr Barbara S apek In stytu t M elioracji
L U żytk ó w Z ielonych w Falentach 05-550 R aszyn
