Ćwiczenie 9. Oznaczanie potrzeb wapnowania gleb Wprowadzenie. Odczyn gleby jest jednym z podstawowych wskaźników jej Ŝyzności.

Transkrypt

1 Ćwiczenie 9. Oznaczanie potrzeb wapnowania gleb Wprowadzenie. Odczyn gleby jest jednym z podstawowych wskaźników jej Ŝyzności. Wpływa on między innymi na takie właściwości gleb oraz kierunek i tempo takich procesów jak: wietrzenie chemiczne, tworzenie minerałów, humifikacja i mineralizacja materii organicznej, aktywność biologiczna, toksyczność jonów Al i H, przyswajalność składników pokarmowych. Powszechnie uwaŝa się, Ŝe regulacja odczynu gleby kwaśnej powinna być pierwszym zabiegiem stosowanym przez rolnika. Rośliny uprawne charakteryzują się zróŝnicowanymi wymaganiami w stosunku do odczynu gleby. Wymagania te powinny być brane pod uwagę przy określaniu optymalnego ph gleby i dawek nawozów wapniowych niezbędnych do jego uzyskania. Istnieje wiele metod określania potrzeb wapnowania gleb. MoŜna je podzielić na metody laboratoryjne i polowe. Metody laboratoryjne. Do najbardziej rozpowszechnionych w tej grupie naleŝy metoda inkubacyjna, metody miareczkowania gleby, metody z zastosowaniem buforów, a w Polsce metoda oparta na pomiarze kwasowości hydrolitycznej. Metoda inkubacyjna. Metoda ta polega na inkubowaniu próbek gleby ze wzrastającymi nawaŝkami CaCO 3 w ściśle określonych warunkach (czas inkubacji, temperatura, wilgotność gleby). Po zakończeniu inkubacji oznacza się ph kaŝdej próbki a następnie wyznacza się równanie regresji obrazujące zaleŝność między dawką CaCO 3 a ph gleby. Z równania tego moŝna obliczyć dawkę nawozu potrzebną do doprowadzenia gleby do określonego odczynu. Metoda ta jest bardzo czasochłonna, ale jej warunki są bardzo zbliŝone do praktyki rolniczej. Z tego teŝ względu jest ona często stosowana do testowania nowych metod określania potrzeb wapnowania. Metody miareczkowania gleby. Polegają one na traktowaniu szeregu nawaŝek badanej gleby wzrastającymi ilościami wodorotlenku. Po upływie określonego czasu reakcji gleba/roztwór mierzy się ph zawiesiny i wyznacza równanie regresji między ilością dodanej zasady a ph gleby. Najczęściej wyznaczenie tego równania jest bardzo proste, poniewaŝ w interesującym nas przedziale ph (4,0-7,0) ma ono z reguły charakter liniowy. Metody miareczkowania są stosunkowo proste i tanie. NaleŜy jednak pamiętać, Ŝe warunki reakcji (gleba/roztwór zasady) odbiegają znacznie od warunków polowych. Z tego teŝ względu dawka nawozu wyliczona na ich podstawie z reguły nie powoduje zmiany odczynu do załoŝonej wartości. Potrzeby wapnowania określone za pomocą metod miareczkowania gleby są najczęściej korygowane za pomocą empirycznych współczynników. Na ćwiczeniach poznamy jedną z metod miareczkowania gleby. Metody z zastosowaniem buforów. Metody te są szeroko stosowane w praktyce rolniczej USA i Kanady. Polegają one na pomiarze zmiany ph roztworu buforowego, po jego reakcji z określoną nawaŝką gleby. Roztwór buforowy jest tak dobrany, aby w określonym zakresie ph uzyskać zaleŝność liniową między zmianą jego odczynu a zmianą kwasowości gleby. Poszczególne metody z tej grupy róŝnią się między sobą głównie składem roztworu buforowego oraz ilością buforów uŝywanych do określenia potrzeb wapnowania gleby (metody pojedynczego oraz podwójnego buforu).

2 Metoda oparta na pomiarze kwasowości hydrolitycznej. Kwasowość hydrolityczna (H h ) została szczegółowo omówiona w ćwiczeniu 7. Ujawnia się ona po potraktowaniu gleby roztworem soli mocnej zasady i słabego kwasu. Jest określana jako suma wszystkich jonów wodorowych występujących w glebie, wyraŝonych w milimolach H + na 100 g gleby, lub w centymolach ładunku na kg gleby (cmol c. kg -1 ). Pod względem liczbowym obie jednostki są takie same. Oznaczenie potrzeb wapnowania na podstawie kwasowości hydrolitycznej sprowadza się do wykonania serii prostych obliczeń wynikających z zaleŝności, Ŝe 1 cmol c odpowiada 0,28 g CaO lub 0,50 g CaCO 3. Metoda ta jest szeroko stosowana w naszym doświadczalnictwie rolniczym oraz czasami w praktycznym rolnictwie. Dla tego ostatniego celu ustalono wielokrotności H h słuŝące do ustalania dawek nawozów wapniowych w zaleŝności od kategorii agronomicznej gleby (tabela 9.1). W danej kategorii agronomicznej, górny zakres H h zaleca się stosować na glebach bardzo kwaśnych oraz w uprawie gatunków o duŝej wraŝliwości na zakwaszenie gleby. Dawki obliczone wg dolnego zakresu H h zalecane są na gleby kwaśne w uprawie gatunków mniej wraŝliwych na zakwaszenie. Istnieje jeszcze cały szereg laboratoryjnych metod określania potrzeb wapnowania. Metody te opierają się na takich wskaźnikach kwasowości gleby jak kwasowość wymienna, zawartość glinu ruchomego, czy stopień wysycenia kompleksu sorpcyjnego zasadami. Mnogość metod świadczy o roli, jaką odgrywa regulacja odczynu gleb uŝytkowanych rolniczo. Tabela 9.1. Wielokrotności kwasowości hydrolitycznej do ustalania dawek nawozów wapniowych w zaleŝności od kategorii agronomicznej gleby (wg Fotymy i Zięby, 1988). Kategoria agronomiczna gleb Wielokrotność H h, na podstawie której określa się dawkę nawozu wapniowego Bardzo lekkie 0,75-1,25 Lekkie 1,00-1,50 Średnie 1,25-1,75 CięŜkie 1,50-2,00 Metody polowe. Polegają one na stosowaniu wzrastających dawek nawozów wapniowych w warunkach ścisłego wieloletniego doświadczenia polowego. W trakcie doświadczenia mierzy się plony roślin oraz odczyn gleby i niektóre jej właściwości chemiczne. Doświadczenia takie, ze względu na ich wysokie koszty, nie są oczywiście bezpośrednio stosowane w systemie doradztwa rolniczego. Wykorzystuje się je natomiast do opracowywania i testowania innych metod określania potrzeb wapnowania. Obowiązująca w naszym systemie doradztwa rolniczego metoda określania potrzeb wapnowania została opracowana na podstawie wielu doświadczeń polowych przeprowadzonych głównie przez IUNG. Potrzeby wapnowania ustala się na podstawie odczynu i składu granulometrycznego gleby. Odczyn gleby jest oznaczany potencjometrycznie w zawiesinie roztworu KCl o stęŝeniu 1 mol. dm -3. W celu uwzględnienia właściwości buforowych, wykonuje się analizę organoleptyczną składu 2

3 granulometrycznego gleby. Wyniki tej analizy są podstawą do zaliczenia gleby do jednej z czterech kategorii agronomicznych (tabela 9.2). Na podstawie doświadczeń polowych wyznaczono tzw. przedziały potrzeb wapnowania (tabela 9.3) oraz zalecane dla tych przedziałów dawki nawozów wapniowych (tabela 9.4). Kategorie agronomiczne gleb. Tabela 9.2. Kategoria agronomiczna gleb Bardzo lekkie Grupa granulometryczna piasek luźny, piasek słabogliniasty, piaski: luźny i słabogliniasty pylaste Zawartość części spławialnych [%] 0-10 Lekkie piaski gliniaste, piaski gliniaste pylaste, pył zwykły Średnie glina lekka, glina lekka pylasta CięŜkie pozostałe gliny, pył ilasty, ił zwykły, ił pylasty powyŝej 35 Przedziały potrzeb wapnowania. Tabela 9.3. Kategoria agronomiczna gleb ph dla przedziału potrzeb wapnowania konieczne potrzebne wskazane ograniczone zbędne Bardzo lekkie do 4,0 4,1-4,5 4,6-5,0 5,1-5,5 od 5,6 Lekkie do 4,5 4,6-5,0 5,1-5,5 5,6-6,0 od 6,1 Średnie od 5,0 5,1-5,5 5,6-6,0 6,0-6,5 od 6,6 CięŜkie od 5,5 5,6-6,0 6,1-6,5 6,6-7,0 od 7,0 Zalecane dawki nawozów wapniowych [Mg CaO na hektar]. Tabela 9.4. Kategoria agronomiczna gleb Potrzeby wapnowania konieczne potrzebne wskazane ograniczone Bardzo lekkie 3,0 2,0 1,0 - Lekkie 3,5 2,5 1,5 - Średnie 4,5 3,0 1,7 1,0 CięŜkie 6,0 3,0 2,0 1,0 3

4 W warunkach znacznego niedoboru nawozów moŝna zrezygnować z wapnowania gleb o ograniczonych potrzebach wapnowania. Dotyczy to zwłaszcza gleb średnich i cięŝkich. Zalecane dawki CaO nie zapewniają optymalnego odczynu gleb o potrzebach wapnowania koniecznych. Na glebach tych zabieg wapnowania naleŝy po kilku latach powtórzyć. Na ćwiczeniach potrzeby wapnowania określać będziemy metodą miareczkowania gleby oraz metodą stosowaną przez Okręgowe Stacje Chemiczno-Rolnicze Metoda miareczkowania gleby. Metoda ta umoŝliwia stosunkowo szybkie obliczenie teoretycznej dawki nawozu wapniowego, która doprowadzi ph gleby do kaŝdej załoŝonej wartości. Opiera się ona na określeniu właściwości buforowych gleby (zobacz ćwiczenie 4). Mając wyznaczoną krzywą miareczkowania gleby moŝna określić jej potrzeby wapnowania. W tym celu wyznacza się równanie regresji między ilością dodanej zasady a ph gleby. Aby uprościć obliczenia nie wyznacza się równania regresji dla całego zakresu ph lecz tylko w interesującym nas przedziale (ph 4-7). Równanie w tym przedziale ph ma najczęściej charakter liniowy. Wykonanie oznaczenia. Do 13 kolb stoŝkowych lub zlewek o pojemności 50 cm 3 odwaŝyć po 10 g gleby. Do 1 kolby dodać 25 cm 3 wody destylowanej, do 6 kolb kolejno 3, 5, 10, 15, 20 i 25 cm 3 roztworu HCl o stęŝeniu 0,1 mol. dm -3. Do następnych 6 kolb dodać 3, 5, 10, 15, 20 i 25 cm 3 nasyconego (około 0,04 moldm -3 ) roztworu Ca(OH) 2. Następnie zawartość kolb uzupełnić wodą destylowaną do 25 cm 3, szybko zakorkować w celu odcięcia dopływu CO 2, mieszać przez 5 minut i odstawić na 24 godziny. Po zakończeniu inkubacji potencjometrycznie oznaczyć ph zawiesin i wyznaczyć równanie regresji między ph gleby a ilością dodanej zasady, wyraŝoną w Mg Ca na hektar warstwy ornej (gęstość objętościowa 1,5 g. cm -3 ). W tym celu naleŝy oznaczyć stęŝenie nasyconego roztworu Ca(OH) 2 (poprzez miareczkowanie mianowanym roztworem HCl) i przeliczyć ilość moli Ca(OH) 2 dodaną do nawaŝek gleby (10 g) na ilość Ca(OH) 2 odpowiadającą masie gleby na powierzchni 1 hektara. Do równania regresji podstawić Ŝądaną wartość ph gleby i obliczyć dawkę Ca, potrzebną do osiągnięcia tego odczynu Określenie potrzeb wapnowania gleby metodą obowiązującą w systemie doradztwa rolniczego. Analiza organoleptyczna składu granulometrycznego gleby. Powietrznie suchą próbkę gleby rozcierać w palcach. Gleba bardzo lekka nie powoduje zabrudzenia, a między palcami wyczuwa się ziarna piasku. JeŜeli ziarna piasku są wyczuwalne, a gleba powoduje mało wyraźne zabrudzenie, naleŝy ona do kategorii gleb lekkich. Wyraźne brudzenie i obecność ziaren piasku charakteryzuje gleby średnie, a dokładne rozcieranie się i brak ziaren piasku gleby cięŝkie. Analiza organoleptyczna jest metodą bardzo orientacyjną i wymaga pewnej wprawy od wykonującego. Oznaczenie odczynu gleby. OdwaŜyć 10 g gleby, dodać 25 cm 3 roztworu KCl o stęŝeniu 1 mol. dm -3. Zawartość kolbki wymieszać i odstawić na 2 godziny. Oznaczyć potencjometrycznie ph zawiesiny (zobacz ćwiczenie 3). 4

5 9.4. Określenie dawki nawozu wapniowego. 1. Wyznaczyć równanie regresji między ilością dodanej zasady a ph gleby (w przedziale ph 4,0 7,0). Do równania regresji podstawić Ŝądaną wartość ph gleby i obliczyć dawkę Ca, potrzebną do osiągnięcia tego odczynu. 2. Na podstawie organoleptycznej analizy składu granulometrycznego zaliczyć badaną glebę do jednej z czterech kategorii agronomicznych (tabela 9.2). 3. W oparciu o wartość ph zmierzoną w KCl określić potrzeby wapnowania gleby (tabela 9.3). 4. Na podstawie potrzeb wapnowania i kategorii agronomicznej ustalić dawkę Ca w Mg na hektar (tabela 9.4). 5. Porównać dawki Ca określone obydwoma metodami, wyciągnąć wnioski, wyniki zapisać w tabeli 9.5. Zestawienie wyników. Tabela 9.5. Nazwa próbki Kategoria agronomiczna ph Dawka Ca [Mgha -1 ] wg metody miareczkowania OSCh-R Wnioski 9.5. Odczynniki. 1. Roztwór kwasu solnego o stęŝeniu 0,1 mol. dm Nasycony roztwór wodorotlenku wapniowego: roztwór przygotować na wodzie destylowanej wolnej od CO Roztwór chlorku potasowego o stęŝeniu 1 mol. dm Roztwory buforowe o ph 4,0; 7,0 i 9, Pytania kontrolne. 1. Scharakteryzuj laboratoryjne metody określania potrzeb wapnowania. 2. Co rozumie się pod pojęciem właściwości buforowe gleb i od czego one zaleŝą? 3. Napisz reakcje ilustrujące właściwości buforowe kompleksu sorpcyjnego względem kwasów i zasad. 4. Na czym polega metoda określania potrzeb wapnowania stosowana w OSCh-R? 5. W oparciu o jakie kryterium, gleby dzieli się na kategorie agronomiczne? 6. Gleby: bardzo lekka, lekka, średnia i cięŝka mają ph równe 4,4. Uszereguj je wg wielkości dawki nawozu wapniowego potrzebnej do wzrostu ph o 1 jednostkę. 5