Ćwiczenie 9. Oznaczanie potrzeb wapnowania gleb.
7.1. 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. Wyma-
gania 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 miareczko-
wania 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 testowa-
nia 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).
Józef Wójcik. Oznaczanie potrzeb wapnowania gleb.
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 doświad-
czalnictwie 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
Ś
rednie
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
Józef Wójcik. Oznaczanie potrzeb wapnowania gleb.
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).
Tabela 9.2.
Kategorie agronomiczne gleb.
Kategoria agronomiczna
gleb
Grupa granulometryczna
Zawartość części
spławialnych [%]
Bardzo lekkie
piasek luźny, piasek słabogliniasty, piaski: luźny i
słabogliniasty pylaste
0 - 10
Lekkie
piaski gliniaste, piaski gliniaste pylaste, pył zwykły
11 - 20
Ś
rednie
glina lekka, glina lekka pylasta
21 - 35
CięŜkie
pozostałe gliny, pył ilasty, ił zwykły, ił pylasty
powyŜej 35
Tabela 9.3.
Przedziały potrzeb wapnowania.
pH dla przedziału potrzeb wapnowania
Kategoria agronomiczna gleb
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
Ś
rednie
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
Tabela 9.4.
Zalecane dawki nawozów wapniowych [Mg CaO na hektar].
Potrzeby wapnowania
Kategoria agronomiczna
gleb
konieczne
potrzebne
wskazane
ograniczone
Bardzo lekkie
3,0
2,0
1,0
-
Lekkie
3,5
2,5
1,5
-
Ś
rednie
4,5
3,0
1,7
1,0
CięŜkie
6,0
3,0
2,0
1,0
Józef Wójcik. Oznaczanie potrzeb wapnowania gleb.
4
W warunkach znacznego niedoboru nawozów moŜna zrezygnować z wapnowania gleb o ograni-
czonych 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.
9.2. 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 osiągnię-
cia tego odczynu.
9.3.
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 zabrudze-
nia, 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 wykonują-
cego.
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).
Józef Wójcik. Oznaczanie potrzeb wapnowania gleb.
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.
Tabela 9.5.
Zestawienie wyników.
Dawka Ca [Mgha
-1
] wg metody
Nazwa
próbki
Kategoria
agronomiczna
pH
miareczkowania
OSCh-R
Wnioski
9.5. Odczynniki.
1.
Roztwór kwasu solnego o stęŜeniu 0,1 mol
.
dm
-3
2.
Nasycony roztwór wodorotlenku wapniowego: roztwór przygotować na wodzie destylowanej
wolnej od CO
2
.
3.
Roztwór chlorku potasowego o stęŜeniu 1 mol
.
dm
-3
4.
Roztwory buforowe o pH 4,0; 7,0 i 9,0.
9.6. 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.