PORÓWNANIE POTRZEB WAPNOWANIA GLEB WYZNACZONYCH METODĄ KAPPENA Z POMIARAMI ph ZAWIESINY GLEBOWEJ W WODZIE, W IN ROZTWORZE KCl I W ROZTWORZE BUFOROWYM

Transkrypt

1 ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE, T. XV DOD. WARSZAWA 1965 RYSZARD SCHILLAK, LECH KAJA PORÓWNANIE POTRZEB WAPNOWANIA GLEB WYZNACZONYCH METODĄ KAPPENA Z POMIARAMI ph ZAWIESINY GLEBOWEJ W WODZIE, W IN ROZTWORZE KCl I W ROZTWORZE BUFOROWYM Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa. Zakład Nawożenia w Bydgoszczy Stopniowe wyczerpywanie się wymiennych kationów zasadowych w kompleksie sorpcyjnym, przede wszystkim wapnia i częściowo magnezu, powoduje zakwaszenie gleby z powodu zastępowania tych zasad przez jony wodorowe, a przy daleko posuniętym zakwaszeniu także przez jony glinu. Łączna ilość wymiennych jonów wodorowych i glinowych tworzy wymienną kwasowość gleby. Wapnowanie zobojętnia kwasowość w ym ienną i zastępuje wymienne jony wodorowe i glinowe jonami w apniowymi lub wapniowymi i magnezowymi. Powoduje więc lepsze wysycenie zasadami kompleksu sorpcyjnego, złożonego z minerałów ilastych i próchnicy, co usuwa ujemne skutki zakwaszenia, polepsza strukturę gleby, zwiększa przyswajalność składników pokarmowych oraz aktyw ność mikrobiologiczną. Nadmierne wapnowanie może jednak wpłynąć niekorzystnie na właściwości gleby, zwłaszcza gdy przeprowadza się je zbyt gwałtownie. Istnieje dlatego potrzeba wyznaczenia koniecznych dawek wapna (potrzeby wapnowania). Metody, które do tego celu opracowano, można podzielić na dwie grupy. Pierwsze oparte są na zobojętnieniu gleb, drugie na oznaczeniu wymiennej kwasowości. Zobojętnienie można przeprowadzić przez długotrwałe inkubowanie próbek glebowych z różnymi dawkami węglanu wapnia, trwające zwykle powyżej 6 miesięcy, albo przez bezpośrednie miareczkowanie próbek gleby zasadami (wodorotlenkiem sodu lub wapnia), najczęściej potencjometrycznie. Kwasowość w ym ienną oznacza się przez w ytrząsanie próbek glebowych albo z obojętnymi roztworami soli słabych kwasów (najczęściej z octanem wapnia albo amonu) i odmiareczkowanie powstałego zakwaszę-

2 230 R. SCHILLAK, L. KAJA nia roztworu, albo przez w ytrząsanie z zasadowymi, zbuforowanymi roztworami (np. trójetanolam inę) i przez odmiareczkowanie nadm iaru zasady. Wszystkie te metody są czasochłonne, wym agają długiego w ytrząsania, kłopotliwego sączenia i użycia nieraz dużych próbek gleby, co powoduje trudności przy ich stosowaniu do dużych serii prób, jakie bada się w stacjach chemiczno-rolniczych. W poszukiwaniu sprawniejszych metod wyznaczania potrzeb wapnowania zwrócono uwagę na pomiary ph. Jednak wartości ph otrzymane dla zawiesin glebowych w wodzie lub w roztworach KC1 podają tylko stan zakwaszenia, ale nie informują o ilościowej stronie zakwaszenia (o wymiennej kwasowości gleb), która związana jest z ilością i jakością iłów i próchnicy. Proponowano jednak wyznaczanie potrzeb wapnowania na podstawie pomiaru ph zawiesiny (w roztworze KC1), po podziale gleb na grupy w zależności od składu mechanicznego i zawartości próchnicy [1]. Wojewódzka Stacja Chemiczno- -Rolnicza we Wrocławiu opracowała tabele potrzeb wapnowania, oparte na pomiarach ph zawiesiny w KC1 dla trzech grup glebowych, wydzielonych tylko na podstawie zawartych w nich części spławialnych. Było ich w pierwszej grupie do 10' /o, w drugiej 10 35% i w trzeciej powyżej 35% [2]. Obiecująco zapowiadają się metody wyznaczania potrzeb wapnowania, oparte na pomiarach ph zawiesiny glebowej w roztworach buforowych. Taką metodę polecił już w 1948 r. Woodruff [3], a ulepszoną modyfikację w 1961 r. Shoemaker, McLean i Pratt [4]. Ostatnio dalszą modyfikację przedstawili Adams i Evans [5]. Metody te oparte są na wymieszaniu gleby z roztworem buforowym i na pomiarze obniżenia ph roztworu przez próbkę glebową. Każdemu obniżeniu roztworu buforowego odpowiada określona dawka wapna, potrzebna do podniesienia ph gleby na żądany poziom, zwykle do 6,5 6,8. W celu zorientowania się w przydatności pomiarów ph do wyznaczania potrzeb wapnowania Bydgoski Ośrodek Metodyczno-Naukowy przy Instytucie Uprawy, Nawożenia i Gleboznawstwa zapoczątkował w 1963 r. wstępne badania. Polegały one na porównywaniu wartości ph otrzymanych dla zawiesin glebowych w wodzie, w ln roztworze KC1 i w roztworze buforowym (według Shoemakera i współpracowników) z w artościami otrzym anym i metodą Kappena na kwasowość hydrolityczną. CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA Z warstwy ornej pobrano 50 różnych prób glebowych, przesuszono je na powietrzu i przesiano przez 2 mm sito. Na podstawie przeprow a dzonej analizy mechanicznej podzielono je następnie na 3 grupy według zawartości części spławialnych. Do grupy I, zawierającej do 10% części

3 PORÓWNANIE POTRZEB WAPNOWANIA GLEB 231 spławialnych, należało 16 prób: 3 piaski luźne i 14 piasków słabo gliniastych. Do grupy II o 10 35% części spławialnych należało 29 prób glebowych: 7 piasków gliniastych lekkich, 9 piasków gliniastych mocnych, 7 glin lekkich silnie spiaszczonych i 6 glin lekkich słabo spiaszczonych. Do grupy III o zawartości ponad 35% części spławialnych należało tylko 5 prób, 4 gliny średnie i 1 glina ciężka. We wszystkich próbach glebowych przeprowadzono 4 następujące oznaczenia: oznaczenie kwasowości hydrolitycznej według uproszczonej modyfikacji [7] metody Kappena [6]. Wytrząsano przez godzinę 40 g gleby z 100 ml obojętnego ln octanu wapnia i 50 ml przesączu miareczkowano wobec fenoloftaleiny 0,ln NaOH wartości (/c); pomiar ph zawiesiny glebowej w wodzie. Wymieszano 10 g gleby z 25 ml wody destylowanej i następnego dnia bezpośrednio po wytrząśnięciu zmierzono ph wartości (x); pomiar ph zawiesiny glebowej w ln roztworze KC1. Wymieszano 10 g gleby z 25 ml ln roztworu KC1 i następnego dnia po wymieszaniu przeprowadzono pomiar ph wartości (y)\ pomiar ph zawiesiny glebowej w roztworze buforowym. Roztwór buforowy według Shoemakera i współpracowników [4] otrzymano przez rozpuszczenie w 1 litrze wody destylowanej 1,8 g p-nitrofenolu, 2,5 ml trójetanolam iny, 3,0 g chromianu potasu, 2,0 g octanu wapnia, 53,1 g chlorku wapnia (CaCl2*2H20) i przez nastawienie ph roztworu za pomocą NaOH na ph 7,5. Najpierw mieszano 5 g gleby z 5 ml wody destylowanej i mierzono ph, potem do tej samej zawiesiny dodawano 10 ml roztworu buforowego, mieszano w sposób ciągły przez 10 min albo z przerwami przez 20 min i mierzono ph wartości (z). Wszystkie pom iary ph przeprowadzano za pomocą elektrody szklanej i nasyconej kalomelowej. OTRZYMANE WYNIKI W tabeli 1 zestawiono: najmniejsze, największe i średnie wartości kwasowości hydrolitycznej (fc), wyrażone ilością ml 0,ln NaOH, zużytych na odmiareczkowanie 50 ml przesączu; ph zawiesiny glebowej w wodzie (x); ph zawiesiny glebowej w In KC1 (y)\ ph zawiesiny glebowej w roztworze buforowym (z). W tabeli 2 zestawiono dla poszczególnych prób glebowych i dla wszystkich prób łącznie współczynnik korelacji,,r między kwasowościami hydrolitycznym i (к) a odpowiadającymi im wartościami ph zawiesiny glebowej w wodzie (ca), w ln roztworze KC1 (у) i w roztworze buforowym (z). W celach porównawczych podano również współczynniki korelacji

4 232 R. S CHILL AK, L. KAJA Kwasowość hydrolityczna i ph badanych próbek glebowych Hydrolitic acidity and j?h of tested eoil samples 'Tabela 1 Grupa ^ G jo up I ór. Grupa - Group II (29) ś r. Grupa -^Group III ś r. Łącznie - Total '(50) ér. (k) 1,6-5,0 (i) 4,65-6,2 (j) 4,0-5,8 (*) 6,6-7,35 ' 2,91 5,39 4,79 6,97 0,8-7,35 4,65-6,45 4,0-6,3 6,25-7,5 2,90 5, ,3-4,1 5,25-7,6 4,2-6,95 6,75-7,2 2,70 6,27 5,11 6,93 0,8-7,35 4,65-7,6 4,0-6,95 6,25-7,5 2,88 5,72 4,95 6, Ilość prób glebowych - Number of so il samples (к)- najmnie^sze^najwigksze i średnie wartości kwasowości hydrolitycznej wg Kappena lowest, highest and hydrolitic acidity values a fte r Kappen (ml O.ln BaOH per 50 ml f iltr a te ) (x)- wartość ph zawiesiny glebowej w wodzie - ph value of so il suspension in water, (y)- wartość ph zawiesiny glebowej wln KCl - ph value of so il suspension in In KC1, (z)- wartość ph zawiesiny glebowej wroztworze buforowym ph value of so il suspension in buffer solution. Tabela 2 Korelacja między wartościeua kwasowości hydrolitycznej (к) a pk gleb Correlation between hydrolitic acidity values U ) and soil ph Korelacja między wartościami ^k) a: Coreletion between (к) values and: Grupy gleb - Soil group Wg Keeney i Coray I II III łącznie After Keeney total and Koray (16)2) (29) (5) (50) 12 b) Współczynniki korelacji "г 5) - Correlation coefficients "r" (x) ph w wodzie - in water - 0,560-0,513-0,949-0,481** - 0,389 (y) ph w ln KC1 - in ln KC1-0,376-0,318-0,919* - 0;395** - 0,266 (z) ph w roztw. buforowym ph in buffer solution - 0,869-0,822-0,972-0,830 ** - 0,949 1) Wodniesieniu do potrzeb wapnowania wyznaczonych metodą inkubacyjną In respect to liming requirements determined by incubation method 2) Ilość prób glebowych - Number of so il samples 3) * Istotna korelacja przy P - 0,05 - Effective correlation at P ** Istotna korelacja przy P - 0,01 - Effective correlation at P otrzymane przez amerykańskich badaczy Keeney i Corey [8] dla tych samych ph, nie korelowanych jednak z kwasowością hydrolityczną, lecz z bardziej miarodajnym wyznaczeniem potrzeb wapnowania przez inkubowanie prób glebowych z węglanem wapnia przez 12 miesięcy. (Z pracą am erykańską zapoznano się już po zakończeniu przedstawionych pomiarów).

5 PORÓWNANIE POTRZEB WAPNOW ANIA GLEB 233 Wszystkie współczynniki korelacji są ujemne, gdyż obniżenie ph jest związane ze wzrostem kwasowości hydrolitycznej (potrzeb wapnowania). Największe współczynniki korelacji otrzymano dla grupy III, są one jednak mniej wiarygodne ze względu na małą ilość prób w tej grupie, wynoszącą tylko 5. Najm niejsze współczynniki otrzymano dla ph zawiesiny glebowej w ln KC1; były one nieistotne (z wyjątkiem grupy III), lecz współczynnik dla wszystkich prób glebowych r = 0,395 był istotny dla P = 0,01. Dla ph w wodzie współczynniki były wyższe i już dla grupy II istotne przy P = 0,01. Współczynniki były jednak nieduże i procentowy udział zmienności ph wszystkich prób glebowych do zmienności kwasowości hydrolitycznej (100*r2) wynosił dla zawiesiny glebowej w ln KC1 15,6%, a dla zawiesin w wodzie 23,1%. Podobne współczynniki korelacji, otrzymane przez cytowanych autorów amerykańskich, nie były istotne, chociaż dla wartości ph w roztworze KC1 również niższe niż dla ph w wodzie. Wynika stąd, że pomiary ph w zawiesinie wodnej, a w mniejszym jeszcze stopniu w roztworze KCl, nie pozwalają na przewidywanie potrzeb wapnowania nawet przy podziale gleb na grupy według zawartości części spławialnych i że obok tych wartości ph o potrzebach wapnowania decydują jeszcze inne czynniki glebowe. Współczynniki korelacji dla ph w roztworze buforowym według Schoemakera i współpracowników były bardzo istotne dla wszystkich grup glebowych. Jeszcze lepszą korelację otrzym ali badacze amerykańscy porównując wyniki do potrzeb wapnowania, wyznaczonych długotrwałą metodą inkubacyjną. Przedstawione współczynniki korelacji w ykazują z jednej strony nieprzydatność pomiarów ph zawiesiny glebowej w wodzie i w roztworze KC1 do wyznaczania potrzeb wapnowania, a z drugiej strony na duże możliwości dobrego wyznaczania tych potrzeb z wartości ph otrzym a nych dla pomiarów zawiesin glebowych w roztworze buforowym. Pom iary te nie sprawiają więcej kłopotu niż inne pomiary ph i nadają się do szybkich oznaczeń w dużych seriach prób glebowych, jakie analizuje się w stacjach chemiczno-rolniczych i dlatego, naszym zdaniem, powinno się na nie zwrócić większą uwagę. LITERATURA [1] Peter H., Mark er t S.: Z. Landw. Versuchs, u. Untersuchungswesen, 5, 1959, [2] Czuba R.: Nawożenie istotny czynnik rozwoju rolnictwa. Woj. Ośrodek Postępu Roln., Wrocław [3] Woodruff C. М.: Soil Sei., t. 66, 1948, [4] Shoemaker H. E., McLean E. О., Pratt P. F.: Soil Sei. Soc. Am. Proc., t. 25, 1961,

6 234 R. SCHILLAK, L. KAJA [5] A d a m s F., E V a n s C. E.: Soil Sei. Am. Proc., t. 26, 1962, [6] Kappen H.: Die Bodenazidität. J. Springer, Berlin 1929, s. 81, według Methodenbuch t. 1, 1955, s [7] Roszyk E.: Roczniki Nauk Roln., A-71, 1955, [8] Keeney D. R., Corey R. B.: Soil Sei. Soc. Am. Proc., t. 27, 1963, р. шилляк, л. КАЯ СРАВНЕНИЕ ПОТРЕБНОСТЕЙ В ИЗВЕСТКОВАНИИ ОБОЗНАЧЕННЫХ ПО МЕТОДУ КАППЕНА С ИЗМЕРЕНИЯМИ ph ПОЧВЕННОЙ СУСПЕНЗИИ В ВОДЕ, В 1 н РАСТВОРЕ КС1 И В БУФЕРНОМ РАСТВОРЕ Институт Агротехники, Удобрения и Почвоведения Отделение Удобрения в г. Быдгощ Резюме 50 почвенных образцов разделили на три группы, согласно их механическому составу, а именно: содержание взвешенных частиц до 10% (16 образцов), от 10 /и до 35 /о (29 образцов) и сверх 35% (только 5 образцов). Величины гидролитической кислотности, полученные по видоизмененному методу Каппена, были коррелированы с величинами ph почвенной суспензии а) в воде, б) в 1 н растворе КС1 и в) буферном растворе по Шумакеру и др. Коэффициенты корреляции для трех почвенных групп и для всех почвенных образцов показали, что значения ph почвенной суспензии в буфорном растворе очень существенно коррелируют с гидролитической кислотностью, но значения ph полученные в водной суспензии или в растворе КС1 имели небольшую или не имели никакой пригодности для предусматривания потребностей в известковании почв. R. SCHILLAK, L. KAJA COMPARISON OF LIME REQUIREMENTS OF SOILS TESTED BY THE KAPPEN METHOD WITH ph MEASUREMENTS OF SOIL SUSPENSIONS IN WATER, IN 1 n KC1 SOLUTION AND BUFFER SOLUTION Institute of Cultivation, Fertilization and Soil Science, Fertilization Department in Bydgoszcz Summary Fifty soil samples were collected and divided according to texture in three groups containing silt and clay fractions up to 10% (16 samples), from 10 to 35% (29 samples) and above 35% (only 5 samples). The values obtained for hydrolitic acidity by a modified Kappen method were correlated with the ph values of soil suspension: a) in water, b) in ln KC1 solution, c) in a buffer solution after Shoemaker and al. The correlation coefficients for the three soil groups and for all soil samples indicated, that the ph values of soil suspension in buffer solution correlated very significantly with the hydrolitic acidity, while the ph values obtained in water or KC1 soil suspensions have little or no applicability for predaction of the lime requirements of soils.