Odczyn
i kwasowość gleb
Materiały dydaktyczne do gleboznawstwa leśnego
2009
M. Nowiński
Odczyn
i kwasowość gleb
Materiały dydaktyczne do gleboznawstwa leśnego
2009
M. Nowiński
Odczyn
H
2
O
↔
↔
↔
↔
H
+
+ OH
-
Odczyn gleby to stosunek stęŜeń
(aktywności) jonów wodorowych [H
+
]
i wodorotlenowych [OH
-
]
w roztworze glebowym
jony H+ mają charakter kwaśny,
natomiast jony OH- zasadowy
jeŜeli [H
+
] = 10
-5
, to [OH
-
] = 10
-9
– [H
+
] > [OH
-
]
jeŜeli [H
+
] = 10
-6
, to [OH
-
] = 10
-8
– [H
+
] > [OH
-
]
jeŜeli [H
+
] = 10
-4
, to [OH-] = 10
-10
– [H
+
] > [OH
-
]
jeŜeli [H
+
] = 10
-7
, to [OH-] = 10
-7
– [H
+
] = [OH
-
]
jeŜeli [H
+
] = 10
-8
, to [OH
-
] = 10
-6
– [H
+
] < [OH
-
]
Stała dysocjacji
elektrolitycznej wody
[H
+
] * [OH
-
]
K =
----------------------
----------------------
----------------------
---------------------- = 10
-14
[H
2
O]
w roztworze obojętnym [H
+
]
====
[OH
-
]
[H
+
]
====
10
-7
====
[OH
-
]
====
10
-7
w roztworze zasadowym [H
+
]
<<<<
[OH
-
]
[H
+
]
<<<<
10
-7
[OH
-
]
>>>>
10
-7
w roztworze kwaśnym [H
+
]
>>>>
[OH
-
]
[H
+
]
>>>>
10
-7
[OH
-
]
<<<<
10
-7
Wykładnik pH stęŜenia H
+
(Sörensen)
[H+] = 10
-7
gramorównowa
Ŝ
nika/l
⇒
⇒
⇒
⇒
pH 7
[H+] = 10
-3
g/l
⇒
⇒
⇒
⇒
pH 3
[H+] = 10
-6
g/l
⇒
⇒
⇒
⇒
pH 6
[H+] = 10
-5
g/l
⇒
⇒
⇒
⇒
pH 5
[H+] = 10
-4
g/l
⇒
⇒
⇒
⇒
pH 4
[H+] = 10
-8
g/l
⇒
⇒
⇒
⇒
pH 8
1
pH = - lg [H
+
] = lg
-----------
[H
+
]
Skala pH
pH 7 ⇒
⇒
⇒
⇒
pH 6
pH 4 ⇒
⇒
⇒
⇒
pH 3
[H
+
]=10
-7
[H
+
]=10
-6
[H
+
]=10
-4
[H
+
]=10
-3
1 1
----------------- g/l ⇒
⇒
⇒
⇒ ---------------- g/l
10 000 000
1 000 000
1 1
----------- g/l ⇒
⇒
⇒
⇒ ------------ g/l
10 000 1 000
9
∆∆∆∆
= -------------------- g/l
10 000 000
9
∆∆∆∆
= ---------------- g/l
10 000
1
---------
1 000
* 1000
Pomiar pH
- metody kolorymetryczne
Barwy płynu Helliga
ciemnozielony – pH 8,
jasnozielony – pH 7,
bursztynowy – pH 6,
jasnoczerwony – pH 5,
wiśniowy – pH 4
Pomiar pH metodą potencjometryczną
Pomiar róŜnicy potencjałów elektrody
szklanej i kalomelowej zanurzonych
w zawiesinie glebowej
w wodzie destylowanej – pH
H
2
O
w 1 M KCl – pH
KCl
w 0,01 M CaCl2 – pH
CaCl
2
Pomiar w mV jest przeliczany na jednostki pH
Skala odczynu gleb leśnych (Uggla)
Skala ocen gleb
pH w H
2
O
pH w KCl
bardzo silnie kwaśne
<<<< 4,5
<<<< 3,5
silnie kwaśne
4,5 - 5,5
3,5 - 4,5
ś
rednio kwaśne
5,6 - 6,0
4,6 - 5,5
słabo kwaśne
6,1 - 6,7
5,6 - 6,5
o odczynie obojętnym
6,8 - 7,2
6,6 - 7,2
słabo zasadowe
7,3 - 8,0
7,3 - 8,0
zasadowe
>>>> 8,0
>>>> 8,0
gleby silnie kwaśne: borówka czernica, borówka
brusznica, wrzos;
gleby kwaśne: szczawik zajęczy, konwalijka
dwulistna, kosmatka ow
ł
osiona;
gleby s
ł
abo kwaśne: marzanka wonna,
przylaszczka, gajowiec;
gleby o odczynie obojętnym: zawilec leśny,
per
ł
ówka zwis
ł
a, gwiazdnica, kuklik;
gleby o odczynie zasadowym; szczyr trwa
ł
y,
czosnek niedźwiedzi, kopytnik europejski,
k
ł
osownica leśna, podagrycznik.
Rośliny wskaźnikowe
Znaczenie odczynu
Odczyn kształtuje warunki Ŝycia w glebie. KaŜdy organizm
posiada określony przedział pH odpowiedni dla niego,
w którym dobrze się rozwija, oraz węŜszy przedział pH
optymalny, w którym najlepiej się rozmnaŜa.
Większość roślin uprawnych posiada pH optymalne
powyŜej wartości 5,5. Gatunki iglaste mogą rozwijać się
w glebach o odczynie bardzo kwaśnym
Bakterie dobrze rozwijają się w odczynie obojętnym
i słabo kwaśnym. Im bardziej kwaśny odczyn, tym gorsze
warunki rozwoju dla bakterii.
Grzyby natomiast dobrze rozwijają się równieŜ
w warunkach odczynu kwaśnego i silnie kwaśnego, a nawet
bardzo silnie kwaśnego
Znaczenie odczynu cd.
Odczyn wpływa równieŜ na rozpuszczalność soli
mineralnych. Większość metali cięŜkich słabo
rozpuszcza się w odczynie obojętnym lub
zasadowym. Natomiast ich rozpuszczalność
bardzo wzrasta wraz ze spadkiem pH
i wzrostem kwasowości.
Bardzo wraŜliwe na odczyn są sole fosforu.
Dobrze rozpuszczają się w wąskim przedziale pH
od 6 do 7. W odczynie kwaśnym przekształcają
się w formy nierozpuszczalne w wodzie. RównieŜ
siarka, molibden i bor uwsteczniają się w
warunkach silnie kwaśnych.
Pr
ze
d
z
ia
ły
p
H
od
po
w
ie
d
ni
e
i
o
pt
ym
al
ne
d
la
w
aŜ
ni
e
js
zy
ch
g
at
un
kó
w
d
rz
e
w
i
k
rz
e
w
ów
(Iwanow, Ponomariewa, Dierjugina 1966, Fiedler, Nebe, Hoffmann 1973) - nieco zmienione i uzupełnione.
Kwasowość
Kwasowość gleby
to taki stan
odczynu gleby, w którym stęŜenie
jonów wodorowych H
+
jest większe
od stęŜenia jonów OH
-
Kwasowość potencjalna
Kwasowość
czynna
kwasowość
wymienna
kwasowość
hydrolityczna
Rodzaje kwasowości
Kwasowość
czynna
spowodowana
jest
zawartością kationów wodorowych w roztworze
glebowym;
Kwasowość
wymienna
spowodowana
jest
zawartością jonów kwaśnych słabo związanych
w kompleksie sorpcyjnym, które moŜna wyprzeć
za pomocą soli obojętnych;
Kwasowość hydrolityczna spowodowana jest
zawartością jonów kwaśnych silnie związanych
w kompleksie sorpcyjnym, które moŜna wyprzeć
za pomocą soli hydrolizujących zasadowo.
Kwasowość wymienna
Al
+3
Fe
+3
H
+
KS
(koloidy)
KS
3K
+
3K
+
K
+
⇔
⇔
⇔
⇔
HCl
+ AlCl
3
FeCl
3
AlCl
3
+ 3H
2
O ⇒
⇒
⇒
⇒
Al(OH)
3
+ 3
HCl
FeCl
3
+ 3H
2
O ⇒
⇒
⇒
⇒
Fe(OH)
3
+ 3
HCl
+ 7KCl
Kwasowość hydrolityczna
H
+
H
+
H
+
H
+
KS
(koloidy)
+2(CH
3
COO)
2
Ca
+4CH
3
COOH
Ca
+2
Ca
+2
⇒
⇒
⇒
⇒
KS
(koloidy)
⇒
⇒
⇒
⇒
Określanie kwasowości hydrolitycznej
metodą Kappena
- 40 g suchej gleby umieścić w bidonie;
- dodać 100 ml 0,5 molowego (CH
3
COO)
2
Ca o pH 8,2;
- wytrząsać zawiesinę glebową przez 1 godzinę
na mieszadle rotacyjnym;
- przesączyć zawiesinę (pierwsze krople odrzucić);
- odmierzyć 50 ml zawiesiny do kolby stoŜkowej,
dodać 3-4 krople fenoloftaleiny;
- miareczkować 0,1 molowym NaOH do jasnoróŜowej
barwy.
Obliczenia kwasowości hydrolitycznej
metodą Kappena
Hh = a * 5 * 0,1 * 1,5
[mmol
(+)
/100 g gleby]
[cmol
(+)
/kg gleby]
a - ilość ml NaOH;
5 - przeliczenie na 100 g gleby;
0,1 - miano NaOH;
1,5 – współczynnik przeliczeniowy.
Hh = a * 5 * 1,5
[ilość ml 0,1 M NaOH/100 g gleby];
Obliczanie potrzeb wapnowania
Hh * 0,28 * 3 000
CaO [t/ha] = ---------------------------------
---------------------------------
---------------------------------
---------------------------------------
------
------
------
1 000
CaO [t/ha] = Hh * 0,84
Hh * 0,5 * 3 000
CaCO
3
[t/ha] = --------------------------------------
--------------------------------------
--------------------------------------
--------------------------------------
1 000
CaCO
3
[t/ha] = Hh * 1,5
Hh - kwasowość hydrolityczna w mmol
(+)
/100 g gleby;
0,28 - ilość g CaO odpowiadająca 1 mmol
(+)
Hh;
0,50 - ilość g CaCO
3
odpowiadająca 1 mmol
(+)
Hh;
3 000 – waga [t] 20-centymetrowej warstwy ornej na powierzchni 1 ha;
1 000 - przeliczenie g na kg;
Wapno węglanowe
CaCO
3
+ H
2
CO
3
→
→
→
→
Ca(HCO
3
)
2
Ca(HCO
3
)
2
→
→
→
→
Ca
+2
+ 2HCO
3
-
Wapno węglanowe jest solą silnej zasady i słabego kwasu.
Działa powoli i stosunkowo łagodnie. Rozpuszcza się w glebie
w ciągu kilku tygodni od zastosowania. Podnosi pH nie
powodując negatywnych skutków ubocznych.
MoŜe być stosowane na wszystkie gleby.
Wapno tlenkowe
CaO + H
2
O
→
→
→
→
Ca(OH)
2
+ E
Ca
+2
+ 2OH
-
Ca(OH)
2
+ 2 H
+
→
→
→
→
Ca
+
+ 2H
2
O
Wapno tlenkowe działa gwałtownie. Zaraz po zastosowaniu następuje
egzotermiczna reakcja „gaszenia wapna” na powierzchni gleby. Powstaje
Ŝrący wodorotlenek wapnia. Powierzchnia gleby alkalizuje się bardzo
silnie. Następnie wodorotlenek wapnia powoli wnika w głąb poziomu
próchnicznego. Wyrównanie odczynu następuje szybciej niŜ w przypadku
węglanu wapnia.
Wapno tlenkowe moŜe być stosowane wyłącznie na gleby cięŜkie i silnie
próchniczne. Zastosowanie wapna tlenkowego na gleby lekkie powoduje
w nich więcej szkody niŜ poŜytku. DuŜa część mikroorganizmów
glebowych ginie. Następuje równieŜ uwstecznienie części składników
pokarmowych – szczególnie mikroelementów i fosforu (przekształcają
się w sole nierozpuszczalne w wodzie).