WPŁYW USUWANIA Z GLEBY MATERII ORGANICZNEJ NA

WPŁYW USUWANIA Z GLEBY MATERII ORGANICZNEJ NA

ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE T. XXXVII, NR 2—3, S. 63—«в, WARSZAWA 1986
WŁODZIMIERZ ŁOGINOW
W PŁYW USUW ANIA Z GLEBY M ATERII ORGANICZNEJ
NA D Y FU ZJĘ AZOTANU AMONU
Akademia Techniczno-Rolnicza w Bydgoszczy
D yfuzja, k tó rej przebieg jest stosunkow o prosty i w szechstronnie
zbadany w odniesieniu do roztw orów wodnych, w glebie staje się zja­
w iskiem szczególnie skom plikow anym i wciąż jeszcze m ało poznanym
[1, 3, 4, 5, 6]. W pływ a na to nietrw ały, trójfazow y ch a ra k te r gleby oraz
możliwość istotnego oddziaływ ania sorpcji, w ym iany jonow ej, a także
zjaw isk zachodzących na granicy faz [2, 5, 6].
Możliwość dyfuzyjnego przem ieszczania jonów m aleje silnie w m ia­
rę spadku wilgotności gleby. C zynnikiem ham ującym jest tu oczywiście
zm niejszenie przekroju m ikrokanałów , w k tórych może zachodzić swo­
bodny ruch jonów, ale rów nież gw ałtow ny w zrost roli zjaw isk zacho­
dzących na granicy fazy stałej i ciekłej [3].
W ym iana jonowa może w pływ ać na dyfuzję soli w zw iązku z u sta ­
loną już przez Einsteina zależnością w spółczynnika dyfuzji elektrolitów
b inarnych od ruchliw ości obu jonów składow ych. Po w prow adzeniu do
gleby soli obok jonów pow stałych w w yniku jej dysocjacji w ystępują
lub m ogą się pojaw ić, skutkiem w ym iany, zupełnie inne jony. W rezul­
tacie rozpatryw any anion nie m usi przem ieszczać się z kationem , z któ­
ry m był pierw otnie związany, lecz może tw orzyć w ędrującą parę z in ­
nym kationem . Może to być kation o dużej ruchliw ości, stw arzający w a­
ru n k i przyspieszenia m igracji anionu.
Specyfika gleby dotyczy też różnych m echanizm ów pojaw iania się
gradientów stężeń w aru n k u jący ch dyfuzję. Mogą one pow staw ać w w y ­
nik u opadów w prow adzających do gleby wodę o bardzo niskich stężeniach
soli, a także w w yniku powierzchniow ego przesuszania gleby. W ażnym
czynnikiem są tu jednak zjaw iska sorpcyjne oraz aktyw ność system u ko­
rzeniow ego roślin, a także m ikroflory. Do okresowego pow staw ania b a r­
dzo wysokich stężeń przyczynia się także naw ożenie m ineralne, a szcze­
gólnie jego nierów nom ierność.
64
W. Łogino w
Zjaw isko dyfuzji m a zasadnicze znaczenie dla żyw ienia roślin, a może
także m ieć istotny udział w procesach prow adzących do s tra t składników
pokarm ow ych z,gleby. S tra ty takie nie tylko obniżają stopień w ykorzys­
tan ia nawozów przez rośliny, ale mogą ponadto prow adzić do zanieczysz­
czeń środow iska wodnego. Dlatego w ydaje się, że badania nad dyfuzją jo­
nów w glebie zasługują na w iększą uwagę. W szczególności dotyczy to
pełniejszego w yśw ietlenia w ielostronnego w pływ u na przebieg dyfuzji o r­
ganicznych i m ineralnych koloidów glebow ych. Nie udało się dotąd choć­
by stw ierdzić korelacji prędkości dyfuzji z zaw artością próchnicy w gle­
bie. M ożna by przypuszczać, że wyższa zaw artość próchnicy, ze w zględu
na zwiększenie pojem ności w odnej, u łatw ia dyfuzję. Spraw ę kom plikują
jednak zjaw iska zachodzące na granicy faz i w pływ na nie grup fu n k cy j­
nych związków próchnicznych.
Okazało się natom iast, że różne gleby w ykazują daleko idącą specyfi­
kę w odniesieniu do zachow ania poszczególnych kationów i anionów. N ie­
co zaskakujące może być, że w większości gleb jony am onowe przem iesz­
czają się szybciej niż aniony azotanowe, uw ażane z zasady za bardziej
ruchliw e. W św ietle ogólnej teorii procesu dyfuzji jest to jednak uzasad­
nione sam ym i rozm iaram i tych jonów.
W niniejszym kom unikacie starano się w yjaśnić w pływ próchnicy na
dyfuzję azotanu am onu. W tym celu usunięto z gleby, w yjątkow o boga­
tej w próchnicę, m niejszą lub większą część w ęgla organicznego przez
utlenianie chemiczne lub działanie podwyższonej tem p eratu ry .
METODYKA BADAŃ
Badania nad dyfuzją prow adzono przy zastosow aniu prostego urządze­
nia, złożonego z lejka piankow ego zakończonego kranem trójdrożnym . J e ­
go dwa odgałęzienia połączono elastycznym i wężam i z odpowiednim i n a ­
czyniam i z wodą destylow aną i roztw orem badanej soli. Trzecie odgałę­
zienie służyło do usuw ania nadm iaru cieczy na zew nątrz. Całość um iesz­
czano na statyw ie w sposób pozw alający na ustaw ienie naczyń na dow ol­
nym poziomie. Badaną glebę, doprow adzoną uprzednio do wilgotności od­
pow iadającej około 80% pełnej pojem ności w odnej, napełniano ru rk ę
szklaną długości 20 cm i średnicy w ew nętrznej 3 cm. R urkę um ieszczano
pionowo w lejk u i od góry zam ykano korkiem .
P rzy usuniętym korku otw iera się dopływ wody destylow anej i nasyca
nią glebę przez podsiąkanie, co trw a około dwóch godzin. N astępnie po
odcieknięciu nad m iaru wody, przez odpow iednie ustaw ienie k ran u i pozy­
cji naczynia, doprow adza się roztw ór soli do poziom u nieco pow yżej (oko­
ło 0,5 cm) dolnej kraw ędzi ru rk i z glebą. W tym stanie pozostaw ia się
urządzenie, po zam knięciu ru rk i w celu uniknięcia w ysychania gleby, na
ustalony czas. Po jego zakończeniu i odcieknięciu nad m iaru roztw oru w y j­
m uje się ostrożnie ru rk ę i w ypycha z niej odpow iednim tłoczkiem glebę,
U suw anie materii organicznej z gleby a dyfuzja NH4NOf
65
odrzucając początkow y 1 cm i zbierając trz y stre fy po 6 cm, oznaczane
literam i А, В i C. Po w ysuszeniu glebę poddaje się analizie.
W dośw iadczeniu ty m ru rk ę w ypełniano glebą lub uzyskanym i z niej
p rep a ra ta m i i stosow ano roztw ór 0,5 M N H 4 N O 3 oraz oznaczano azot am o­
now y i azotany. Czas doświadczenia w ynosił 24 godziny.
Do badań użyto czarnej ziemi (glina średnia) bardzo bogatej w próch­
nicę (tab. 1). Glebę oznaczono num erem 1, natom iast uzyskane z niej czte­
ry p re p a ra ty odpowiednio num eram i 2— 5 (tab. 2):
2 — gleba w ytrząsana 30 m in u t z 2-procentow y H 20 2, w ziętym w sto­
su n k u 1 : 5, następnie odsączona bez przem yw ania i wysuszona.
3 — gleba w ytrząsana 30 m in u t z 1/3 M K M n 0 4, w ziętym w stosunku
1 : 5, następnie odsączona, przem yta dokładnie wodą destylow aną i w ysu­
szona,
4 — gleba prażona do stałej wagi w tem p eratu rze 300°C,
5 — gleba prażona do stałej wagi w tem p eratu rze 600°C.
D ośw iadczenie przeprow adzono w dwóch pow tórzeniach uzyskując
bardzo dobrą zgodność w yników , co pozw ala na posługiw anie się w ynika­
m i średnim i.
Tabela 1
Podstawowe właściwości badanej gleby
Basic properties of the soils under study
Zawartość cząstek
Content of particles
%
> 0,1
0,1-0,02
<0,02
27
25
48
Zawartość — Content
C -%
N -%
N - N H 4 — mg/100 g
N - N O 3 — mg/100 g
Pojemność sorpcyjna
Sorption capacity
meq/100 g
6,60
0,47
2,33
0,75
T
H
51,78
3,18
Nasycenie zasadami
Saturation with bases
V (%)
Zawartość kationów wymiennych
Content of exchangeable cations
meq/100 g
S
48,60
93,8
К
0,12
Na
1,01
Ca
42,65
W. Łoginow
66
Tabela 2
Właściwości uzyskanych preparatów glebowych
Properties of obtained soil preparations
Sposób
Nr
No.
przygotowania
preparatów
%c
Preparation methods
2-5
N -N H 4
mg/100 g
N -N 0 3
mg/100 g
Maksymalna
pojemność wodna
Maximum water
capacity %
1
gleba bez zmian
unchanged soil
6,60
2,33
0,75
71,2
2
3
2% H20 2
6,16
5,28
5,07
4,30
4,35
1,16
1,37
4,80
0,92
68,2
66,4
67,5
0,00
1,12
0,44
63,1
1/3 M KM n04
prażenie 300°C
calcination at 300°C
4
5
prażenie 600°C
calcination at 600°C
WYNIKI DOŚWIADCZENIA I WNIOSKI
W yniki oznaczeń azotu amonowego i azotanowego dla trzech stref dy­
fuzji zebrano w tabeli 3. N ajm niejsze ilości azotu amonowego w strefach
A i В stw ierdzono dla niezm ienionej gleby (nr 1). Podobny w ynik uzys­
kano i dla azotanów, z w yjątkiem analizy p re p a ra tu 4 ze stre fy A, dla któ­
rego znaleziono zaw artość nieco niższą. Do strefy С dotarły w ogóle m ałe
ilości jonów am onow ych i azotanowych, jeżeli uw zględnić ich zaw artość
w m ateriałach w yjściow ych (tab. 2). Różnice w stosunku do stan u przed
Tabela 3
Zawartość azotu amonowego i azotanowego w strefach dyfuzji А, В i C, w mg/100 g
Ammonium and nitrate nitrogen content in the diffusion zones A, В and C, in mg/100 g
Nr próbki*
A
N -N H 4
N -N O 3
B
С
A
48,3
53,8
3,3
7,0
1,4
68,0
56,9
18,6
8,4
59,4
64,6
77,3
50,5
2,0
3
4
2,5
5,6
4,7
4,9
3,2
4,4
2,9
1,2
1,6
5
63,5
12,6
1,8
79,5
7,0
Sample No.*
A
1
2
0-6 cm, В 6-12 cm, С
1
j
1
в
1
c
2,1
4,1
12-18 cm
* Numeracja według tab. 2 (1 — gleba, 2-5 preparaty)
Numbers correspond to denotations in Tab. 2 (1 — soil, 2-5 — preparations)
•
U suw anie m aterii organicznej z gleby a dyfuzja NH4NOs
67
dośw iadczeniem w ahały się dla azotu am onowego w granicach 0,1— 1,3
m g/100 g, a dla azotu azotanowego w granicach 0— 3,6 mg/100 g.
U tlenianie gleby 2-procentow ym H 20 2 (nr 2), które doprow adziło do
usunięcia zaledw ie 6% С organicznego, zwiększyło stosunkow o słabo m ig­
rację azotu amonowego i azotanów. Również stosunkow o słabe efek ty da­
ło prażenie gleby w tem p eratu rze 300°C (nr 4), pom im o usunięcia na te j
drodze już 23% węgla. W iększe, a przy ty m podobne rez u lta ty uzyskano
po obróbce gleby 1/3 M K M n 0 4 (nr 3), co usunęło 20% węgla, i po p e ł­
nym usunięciu w ęgla przez prażenie w tem p eratu rze 600°C (nr 5).
W strefie A znajdow ało się niem al zawsze w ięcej azotanów niż azotu
amonowego, natom iast w strefie В było z reguły w ięcej azotu am onow e­
go. Dotyczy to zwłaszcza prep arató w 3 i 5, dla których m igracja była n a j­
intensyw niejsza.
Przeprow adzone doświadczenie m iało na celu w stępne zorientow anie
się w bardzo złożonym problem ie, co ogranicza oczywiście możliwość
w nioskow ania. W ydają się jednak możliwe następujące stw ierdzenia:
— Usunięcie z gleby w części lub w całości m aterii organicznej w y­
raźnie sprzyjało dyfuzji składników azotanu am onu, pom im o pew nego
spadku m aksym alnej pojem ności wodnej.
— U zyskane w yniki sugerują, że z obecnością m aterii organicznej
wiązać się może w ystępow anie określonych czynników ham ujących d yfu­
zję. Czynniki te skutecznie usuw a częściowe utlenienie gleby roztw orem
nadm anganianu.
— Należy przypuszczać, że glebę jako środow isko dyfuzji określają
w bardzo znaczącym stopniu koloidy m ineralne.
LITERATURA
[1] C a l v e t R.: La diffusion dans les systèm es argile-eau. Ann. Agronom. 18, 1967,
4, 429—444.
[2] K e m p e r W. D. , . V a n S c h a i k J. C., O l s e n S. R.: Contribution of adbsorbed cations to diffusion in clay-w ater systems. Soil Sei. Soc. Amer. Proc. 30,
1966, 17—22.
[3] M e a r t e n s C.: Relationships between the uptake of nutrients and water and
the root systems. Proceedings of the 16 th Colloquium of the International Po­
tash Nnstitute. Warsaw 1981, 77—94.
[4] P a t h A. S., K i n g K. M., M i l l e r M. H.: Self-diffusion of rubidium as influ­
enced by soil moisture tension. Can. J. of Soil Sei. 43, 1963, 44—51.
[5] P o r t e r L. K., K e m p e r W. D j, J a c k s o n R. D., S t e w a r t B. A.: Chloride
diffusion in soils as influenced by moisture content. Soil Sei. Soc. Amer. Proç.
24, 1960, 460—463.
[6] S c h o f i e l d R. K., G r a h a m - B r y c e I. J.: Diffusion of ions in soils. Nature
188, 1960, 1048—1049.
W, Łoginow
68
в. логинов
ВЛИЯНИЕ УДАЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ИЗ ПОЧВЫ НА ДИФФУЗИЮ
НИТРАТА АММОНИЯ
Сельскохозяйственно-техническая академия в г. Быдгоще
Резюме
Диффузия электролитов в почве представляет собой очень сложно и слабо изученное
явление, несмотря на его существенное значение для перемещения питательных веществ
и питание растений. Сильное влияние на ход диффузии оказывает по всей вероятности со­
держание органических и минеральных коллоидов.
Однако до сих пор не удалось установить корреляцию между диффузионным пере­
мещением ионов и содержанием органического вещества в разных почвах. В связи с этим
предпринимается предварительная попытка определения влияния на диффузию частичного
или полного удаления органического вещества из почвы путем химического окисления или
прокаливания в разных температурах.
Как аммонийные так и нитратные ионы перемещались медленно в неизмененной почве
а быстро после практического удаления из нее органического вещества путем прокаливания
в высокой температуре. Полученные результаты показывают, что наличие органических
коллоидов и связанных с ними функциональных групп может задерживать ход процесса
диффузии ионов.
W. ŁOGINOW
EFFECT OF REMOVAL OF ORGANIC MATTER FROM SOIL OF DIFFUSION
OF AMMONIUM NITRATE
Agricultural and Technical U niversity of Bydgoszcz
Summary
D iffusion of electrolytes in soil is a very complicated and insuficintly recogni­
zed phenomenon, despite its great significance for m igration of nutrient elem ents
and for plant nutrition. Most probably it would be the content of organic and m i­
neral colloids, which exerts an essential effect on the diffusion course.
However, one could not prove up to now correlation betw een diffisive m igra­
tion of ions and the organic m atter content. In this connection prelim inary attempts
to determine the effect on the diffusion o f partial or com plete rem oval of organic
m atter from soil by means of chem ical oridation or calcination at various tem pera­
tures w ere undertaken.
Both ammonium and nitrate ions migrated slow ly in unchanged soil and much
faster in soil practically deprived of organic m atter by calcination at a high tem pe­
rature. The results obtained prove that presence of organic colloids and functional
groupes connected w ith them m ay inhibit the process of diffusion of ions.
Prof. dr W łodzim ierz Łoglnow
Akadem ia Techniczno-Rolnicza
B ydgoszcz, B ernardyńska 618