Praktična pedologija

PRAKTIČNA PEDOLOGIJA

Helena Grčman, Marko Zupan

oktober, 2010

Center za pedologijo in varstvo okolja

Centre for Soil and Environmental Science

1

KAZALO 1 UVOD ................................................................................................................................................................... 2 2 MORFOLOŠKE LASTNOSTI TAL........................................................................................................................ 3 2.1 STRUKTURA ................................................................................................................................................ 4 2.2 BARVA TAL .................................................................................................................................................. 8 2.3 KONZISTENCA TAL ..................................................................................................................................... 9 2.4 NOVOTVORBE............................................................................................................................................. 9 3 TEKSTURA TAL..................................................................................................................................................11 4 GOSTOTA TAL IN POROZNOST ......................................................................................................................20 5 KISLOST TAL......................................................................................................................................................23 6 SLANOST TAL ....................................................................................................................................................28 VRSTE SLANIH TAL......................................................................................................................................... 29 7 KARBONATI V TLEH ..........................................................................................................................................31 8 ORGANSKA SNOV V TLEH................................................................................................................................32 9 SKUPNI DUŠIK V TLEH.....................................................................................................................................37 10 NITRATI V TLEH IN VODAH.............................................................................................................................41 11 LAHKO DOSTOPNA FOSFOR IN KALIJ V TLEH.............................................................................................43 12 KATIONSKA IZMENJALNA KAPACITA TAL.....................................................................................................47 UPORABLJENA IN PRIPOROČENA LITERATURA ..............................................................................................52

Grčman H, Zupan M.: Praktična pedologija

2

1 UVOD Tla so stičišče med litosfero in atmosfero. Nastajajo s preperevanjem kaminske osnove ter razgradnjo odmrlih rastlinskih in živalskih ostankov in tvorbo humusa. So kompleksen sistem organskih in mineralnih snovi z vmesnimi praznimi prostori, kjer se zadržujeta talna raztopina in zrak. Trifazna zgradba omogoča življenje številnim živim organizmom. Tla so pomembni del kopenskih ekosistemov. Zaradi pridelave hrane (rodovitnosti) in številnih prostorskih funkcij, so največje materialno bogastvo vsake dežele. Ni naključje, da so se prve velike civilizacije razvile na rodovitnih aluvijalnih nanosih velikih rek, ki so omogočale tudi namakanje in prevoz. Kmetijstvo je omogočilo stalno naselitev in razvoj obrti, umetnosti in znanosti, saj je človeku prihranilo čas, ki ga je pred tem moral porabiti za iskanje hrane. Z napredkom znanosti je človek odkrival tudi nastanek in sestavo tal, sprva predvsem z vidika rodovitnosti, kasneje pa tudi z vidika njihovega nastanka. Skladno z razvojem fizike, kemije in drugih ved so se razvijale metode raziskovanja tal. Odkrili so, da tla niso naključno pomešan material na površini zemeljske skorje, ampak, da so tla naravno telo, ki ima svoje zakonitosti in svoj logičen razvoj v prostoru in času. Pojavile so se prve analize in razvrščanje tal glede na posamezne lastnosti. Proti koncu 19. stoletja je bila pedologija (pedon - grško tla), kot s tujko imenujemo nauk o tleh, tudi priznana kot samostojna znanstvena veda. Praktična pedologija je uporabni del pedologije, kjer so rezultati raziskovanj usmerjeni v neposredno uporabo v kmetijstvu in gozdarstvu, pri prostorskem planiranju in urbanizaciji, pri koriščenju mineralnih surovin in gradbeništvu in tudi pri izračunu davkov in odškodnin. Poznavanje tal pomaga tudi pri arheoloških raziskavah. Omogoča datiranje, ugotavljanje paleookoljskih razmer (paleoklime, paleovegetacije), rekonstrukcijo razvoja ozemlja, vpliv tal na poselitvene vzorce in poljedelske aktivnosti ter vpliv teh aktivnosti na ozemlje. Kemične lastnosti tal so lahko indikator poselitvenih vzorcev, poljedelskih aktivnosti in kulturnih slojev. Praktična pedologija je sinteza dela na terenu (opazovanje prostora, reliefa, rabe tal, opisovanje tal, odvzem vzorcev tal, ...) in v laboratoriju (priprava in analize vzorcev). Namen vaj iz pedologije je seznaniti študenta s postopki terenskega in laboratorijskega proučevanja tal in kritično ter strokovno pravilno vrednotenje (interpretacija) rezultatov.


3

2 MORFOLOŠKE LASTNOSTI TAL Morfološke lastnosti tal opisujemo na sveže odprtih talnih profilih. To so izkopi tal v naravi od površine do kamninske podlage. Način izkopa talnega profila je opisan v poglavju Vzorčenje tal v navodilih za terensko delo. Po izkopu najprej očistimo čelo profila, tako da so tla odlomljena po naravnih strukturnih agregatih. Pri tem si pomagamo z manjšimi lopatkami oziroma nožem. Sledi identifikacija in poimenovanje talnih horizontov. Pri identifikaciji talnih horizontov ima pomembno vlogo barva tal, oblika strukturnih agregatov, tekstura tal, prekoreninjenost tal in vsebnost organske snovi ter delež skeleta. Posamezne talne horizonte nato opišemo z naslednjimi lastnostmi: globina, barva,ocenjena vsebnost organske snovi, prekoreninjenost, oblika in obstojnost strukturnih agregatov, tekstura, delež, oblika in velikost skeleta, kislost tal in prisotnost novotvorb.Na vajah bomo morfološke lastnosti opisovali na izrezu talnega profila (Slika 2.1)

Slika 2.1: Izrez talnega profila za opisovanje morfoloških lastnosti na vajah


4

Slika 2.2: pribor za morfološki opis talnega profila

2.1 STRUKTURA Osnovni talni delci se med seboj povezujejo v večje skupke oz. agregate. Če so povezani med seboj do take stopnje, da nastanejo enote z jasno ločenimi mejami, govorimo o strukturnih agregatih. Struktura tal je način razporeditve ali zlepljanja talnih delcev (peska, melja, gline in organske snovi) v agregate različnih oblike in velikosti. Struktura tal je ena bistvenih morfoloških značilnosti tal in vpliva na številne talne lastnosti: poroznost tal, razmerje med makro in mikroporami, dostopnost rastlinskih hranil, delovanje mikroorganizmov, razvoj in rast korenin. Na povezovanje talnih delcev med seboj in tvorbo strukturnih agregatov vplivajo številni procesi, najpomembnejši med njimi so: koagulacija koloidov, elektrostatično povezovanje glinenih delcev, vlaženje in izsuševanje, zmrzovanje in taljenje, zlepljanje, delovanje rastlinskih korenin in talne favne. Koagulacija koloidov: koloidni delci in glineni minerali se povezujejo med seboj z Van der Waalsovimi silami: glineni delci privlačijo dipolne molekule vode. Dvovalentni kationi (Ca2+ in Mg2+) povezujejo verige vodnih molekul med seboj. Nastanejo sestavljeni delci, ki jih imenujemo tudi mikroagregati. V sušnem obdobju, ko voda izhlapeva iz tal, se verige vodnih molekul krajšajo, glinasti delci se približajo in s seboj pritegnejo tudi ostale mineralne delce in delce organske snovi. V vlažnem obdobju se vodne verige daljšajo, povezujoče sile slabijo in strukturni agregati razpadejo. Elektrostatično povezovanje glinenih delcev: glineni minerali vsebujejo negativno nabito površino (permanentni naboj) in pozitivno nabite točke na mestih pretrganja kristalov zaradi protonacije Al-OH skupin v kislem okolju (od pH odvisen naboj). V kislem okolju prihaja do povezovanja glinenih delcev med seboj. Ta povezava je šibkejša kot pri koagulaciji koloidov. Vlaženje in izsuševanje oz. nabrekanje in krčenje: to sta procesa, ki sta pogosta v tleh, ki vsebujejo veliko gline, predvsem montmorillonita. Pri sušenju in krčenju tal nastanejo razpoke (predvsem vertikalne). Pri ponovnem navlaženju pride do stiskanja zraka v porah, kar povzroči mikroeksplozije in drobljenje večjih agregatov na manjše. Ker vlaženje ni enakomerno, nastanejo območja z različno stopnjo nabrekanja in posledično nastane trenje, kar povzroči nove razpoke, predvsem horizontalne. Zmrzovanje in taljenje: ta proces deluje podobno kot izmenično vlaženje in izsuševanje. Kristali ledu nastanejo najprej v večjih porah in rastejo, tako da potegnejo k sebi še vodo iz okolice. S tem je pritisk, ki ga izvaja ledeni kristal, povezan še z izsuševanjem okolice, kar je vzrok za povezovanje talnih delcev. Ta proces teče v pogojih optimalne vlažnosti. Če so tla premokra, zmrzne vsa masa naenkrat, kar povzroči razpad agregatov. Zlepljanje s cementnimi materiali je eden od najvažnejših faktorjev povezovanja. Kot cement lahko nastopajo koloidni Al in Fe geli, ki se z dehidratacijo ireverzibilno odlože okoli primarnih delcev in mikroagregatov ter tvorijo stabilne obloge (seskviokside), netopne soli huminskih kislin (predvsem Ca-humat), mešan kompleksni cement (humusni in mineralni koloidi Al in Fe). Podobno vlogo imajo tudi polisaharidi, poliuronidi in ligninske snovi, vendar taki agregati niso obstojni, ker jih mikroorganizmi lahko razgrajujejo.


5

Vpliv rastlinskih korenin - Korenine, predvsem razvejani koreninski sistem trav, lahko na več načinov vpliva na nastanek agregatov: stiskanje delcev zaradi pritiska, ki nastane pri rasti korenin, izsuševanje rizosfere zaradi srkanja vode, koreninski izločki želatinoznih snovi in intenzivnejše nastajanje humusa v rizosferi (odmiranje koreninskih laskov), ki tudi delujejo kot cement. Vpliv talne favne - Mikroorganizmi razkrajajo in mineralizirajo organske snovi, pri čemer nastajajo snovi, ki v tleh delujejo cementno. Mikrofavna ustvarja v tleh s svojim gibanjem kanale, ki vplivajo na stiskanje delcev in prezračenost. Deževniki mešajo mineralne in organske snovi, njihovi izločki predstavljajo že popolno formirane strukturne agregate. Strukturna stanja in oblike strukturnih agregatov v tleh Glede na pojav strukturnih agregatov v tleh ločimo štiri strukturna stanja: brezstrukturno stanje v peščenih tleh, ki so sipka, nevezana in strukturni agregati niso oblikovani, nestrukturno stanje v glinastih tleh, ki so zbita, masivna, strukturni agregati še niso formirani, koherentno stanje - prehodno stanje, delci so že nekoliko zlepljeni, vendar pravi strukturni agregati še niso formirani in agregatno stanje, kjer so strukturni agregati formirani in dobro izraženi. Glede na obliko in velikost ločimo več vrst strukturnih agregatov: Tabela 2.3: Oblike strukturnih agregatov strukturni agregati (oblika) sferični

struktura mrvičasta (do 5 mm) grudičasta (do 10 mm) oreškasta (do 30 mm)

poliedrični

poliedrična

prizmatični

prizmatična (10-50 mm) stebričasta (150 mm)

lističasti

lističasta

Mrvičasta struktura: agregati so kroglaste oblike, veliki do 5 mm, med seboj se ne prilagajajo, zato je poroznost velika. Od drugih agregatov sferične oblike se razlikujejo po tem, da so tudi sami porozni. Taka struktura je značilna za tla, ki vsebujejo velik delež organske snovi (dobra vrtna tla, dobri komposti, gozdna tla).


6

Grudičasta struktura: agregati so kroglaste oblike, zato je poroznost takih tal velika. Agregati sami niso več porozni, ampak masivni. Veliki so od 1 do 10 mm. Ta struktura je značilna za humusno akumulativne horizonte A, ki vsebujejo večje količine organske snovi in so temno rjave do črne barve. Oreškasta struktura: kroglasti agregati so veliki od 2 do 30 mm. Pojavljajo se že ravne ploskvice ali robovi, kar zmanjšuje poroznost, ker se agregati lahko bolj tesno stikajo. Ta struktura predstavlja prehod v poliedrično. Pojavlja se v humusno akumulativnih in kambičnih horizontih. Poliedrična struktura: strukturni agregati so oglati s poudarjenimi robovi in koti. Tesno so zloženi, poroznost je manjša kot pri sferičnih oblikah. Večji agregati se često razdrobijo v manjše. Ta struktura je značilna za kambične horizonte (Brz) tal na apnencih in dolomitih. Prizmatična struktura: prizme so velike od 10 do 50 mm in lahko razpadejo v manjše. V Sloveniji je ta struktura zelo redka, značilna je za močno glinasta tla in je posledica krčenja in raztezanja zaradi sušenja in vlaženja tal. Stebričasta struktura: velikost strukturnih agregatov je do 150 mm, od prizmatične se loči po zaobljenih robovih na vrhu in dnu prizme. Značilna je za slana tla. V Sloveniji je ne najdemo. Lističasta struktura: agregati so v obliki lističev, ki se navadno med seboj prekrivajo, kar močno zmanjša propustnost tal. Najdemo jo v hidromorfnih tleh.


7

Obstojnost strukturnih agregatov Voda je najpomembnejši dejavnik pri razpadu strukturnih agregatov. Deluje na dva načina: zmanjšuje kohezivnost med glinenimi delci in povzroča ujetje zraka v določenih porah, kar povzroča mikroeksplozije. V tleh se odvija dinamični proces neprestanega rušenja in ponovne tvorbe strukturnih agragatov. Ugodna struktura nam zagotavlja dobre fizikalne lastnosti tal. Pomembna je tudi obstojnost strukturnih agregatov. Neobstojni agregati razpadajo tako pod vplivom vode kot človekovega delovanja - nepravilna uporaba kmetijske mehanizacije, paša. Struktura se poruši tudi če prekomerno izčrpamo iz tal organasko snov (samo mineralno gnojenje). Strukturo tal izboljšujemo z organskim gnojenjem, dodajanjem Ca (pri nekarbonatnih tleh) in sintetičnih stabilizatorjev.

VAJA: DOLOČANJE OBSTOJNOSTI STRUKTURNIH AGREGATOV PO SEKERI PRIBOR: Petrijevka, deionizirana voda POSTOPEK: V petrijevo posodo položimo 10 strukturnih agregatov manjših od 6 mm in jih prelijemo z deionizirano vodo ter pustimo stati 10 min. Vmes enkrat ali dvakrat premešamo, tako, da krožno zavrtimo petrijevko. Po 10 minutah ocenimo delež razpadlih agregatov. Tabela 2.2: Stopnje obstojnost strukturnih agregatov 1 2 3 4 5 6

strukturni agregati so v glavnem nerazpadli razpadlo je manj kot 50% strukturnih agregatov razpadlo je 50% strukturnih agregatov razpadlo je več kot 50% strukturnih agregatov večina agregatov je razpadla vsi agregati so razpadli, nastala je suspenzija

Prvi trije razredi predstavljajo dobro, drugi trije pa slabo obstojno strukturo.


8

2.2 BARVA TAL Barva tal je pomembna diagnostična lastnost, ki nam lahko veliko pove o tlotvornih procesih, včasih pa tudi o klimatiskih pogojih, v katerih so tla nastala. Je tudi talna lastnost, ki jo najprej in najlaže opazimo in se ponavadi med talnimi horizonti istega profila vsaj nekoliko razlikuje. Vsak talni horizont je sestavljen iz mineralnih delcev in organskih snovi v različnih razmerjih, mineralni horizonti pa vsebujejo organsko snov le v sledovih. Barva tal je seštevek barve njenih sestavin. Poleg tega pa je povezana tudi s specifično površino talnih delcev: manjši ko so delci, večji vpliv imajo na barvo tal. Talni koloidi so torej tisti, ki imajo največji vpliv na barvo. Humusne snovi, ki sodijo med talne koloide, obarvajo tla temno tla (črno, temno rjavo, črno rdeče), opazili boste, da so površinski (humusno-akumulativni) horizonti temneje obarvani kot spodaj ležeči horizonti. Že majhna količina drobno razpršenega železovega oksida (hematita) obarva tla intenzivno rdeče in kot pigment prekrije barvo drugih, manj intenzivno obarvanih komponent. Tlem dajejo barvo predvsem drobno razpršene pedogene železove spojine. Pedogeni kalcit je navadno bele barve, čeprav je lahko tudi obarvan s primesmi. Prisotnost pedogenega kalcita navadno povzroči svetlejšo barvo tal. Barva tal nakazuje zračno-vodni režim tal. Če so tla dobro drenirana (prezračena), so rdeče, rjave ali rumene barve. Ko so tla nasičena, so v njih redukcijski pogoji. V odsotnosti kisika pride do redukcije železa in mangana v dvovalentno obliko. To da tlem sivo do sivo-modro ali sivo-zeleno barvo. Če pa se tla spet osušijo, del železa in mangana oksidira in nastanejo rdeči, rjasti (Fe-oksid ali hidroksid) in črni (Mn oksid) madeži. Govorimo o lisavosti ali marmoraciji tal. Lisavost tal nam torej pove, da se v tleh izmenjavajo redukcijski (zastajanje vode) in oksidacijski pogoji (osušitev horizonta zaradi izhlapevanja vode ali znižanja gladine podtalnice). Če pa so tla ves čas nasičena z vodo, takrat v njih ves čas vladajo redukcijski pogoji in so obarvana sivo, sivo-modro ali sivo-zeleno. Barva tal pa nakazuje tudi klimatske pogoje območja v katerem so tla nastala. V sredozemskih podnebjih ali toplih klimatskih razmerah nastaja v tleh železov oksid – hematit, ki obarva tla intenzivno rdeče. V bolj vlažnih in hladnejših pogojih, kot so v osrednji in vzhodni Sloveniji, pa prevladuje v tleh železov hidroksid (getit-limonit), ki daje tlem rjavo ali rumeno-rjavo barvo. Če torej najdemo v osrednji Sloveniji ali podobnih klimatskih razmerah rdeča tla, lahko sklepamo na naslednje: a) to so paleotla (reliktna tla), ki so nastala v bolj toplih klimatskih razmerah; b) tla so barvo podedovala od rdeče matične podlage. Če je torej tudi kamnina ali sediment, na kateri tla nastajajo, rdeče barve, vemo, da so tla barvo podedovala, če pa matična podlaga ni rdeče barve, pa lahko sklepamo, da so to reliktna tla nastala v preteklih toplejših obdobjih. Vlažna tla so navadno svetlejše barve kot suha tla, zato na terenu vedno določimo tudi stanje vlažnosti. V naših klimatskih razmerah so tla v naravi le redko popolnoma suha. Če želimo biti zelo natančni (za raziskave geneze tal ali hitrosti razvoja tal), določimo v laboratoriju tako suho kot tudi mokro barvo (poleg tiste, ki smo jo določili že na terenu). Iz teh podatkov lahko izračunamo tudi barvne indekse s katerimi lahko primerjamo med seboj različna tla. Barvo določamo z barvnim atlasom, ki se imenuje Munsell Soil Color Chart. To je barvni sistem, ki ga je razvil prof. Munsell. Barvni krog (vse osnovne barve: rdeča-R, rumena-Y, zelena-G, modra-B in vijoličasta-P) je razdelil na sto delov in dvajset strani. Vsaka stran


9

atlasa vsebuje določen barvni odtenek (hue). Odtenki so označeni s številko in kombinacijami začetnic osnovnih barv: 2.5, 5, 7.5, 10 in R, YR, Y, GY, G, Y, BG, B, PB, P in RP. V tleh ne najdemo vseh barv barvnega kroga, zato vsebuje barvni atlas le nekatere strani in sicer predvsem rdeče, rdeče-rumene in rumene (2.5-10 R, 2.5 do 10 YR in 2.5-5 Y). Stran za oglejena tla pa je sestavljena iz stolpcev izbranih iz modro-rumenih, modrih, zelenih in modrozelenih strani (5GY, 5G, 5BG, 5B in 5G). V Sloveniji so tla najpogosteje rumeno rjava v odtenkih, ki jih najdemo na 10 YR strani. Na vsaki strani se barvni odtenek spreminja glede na svetlost (value) in intenziteto (chroma). Svetlost pada po strani navzdol, barva je vedno temnejša. Najsvetlejši odtenki so označeni s številko 8, najtemnejši z 2. Od leve proti desni pa narašča intenziteta barve (chroma), najmanj intenzivna barva je označena s številko 1, najbolj intenzivna pa s številko 8. Barvna oznaka talnega horizonta je torej sestavljena iz treh delov: barvnega odtenka (oznaka strani v atlasu, hue), svetlostjo (value) in intenzitete (chroma), npr. 10 YR 5/6 ali 10R 2.5/1. Na levi strani v atlasu pa so barve tudi besedno označene (v angleščini). Prva je torej rumenkasto rjava, druga pa rdeče črna. Ko opisujemo talni profil, določimo barvo za vsak horizont posebej. V lisavih (marmoriranih) horizontih pa navadno določimo posebej sive in posebej rjaste lise, v opis talnega profila torej zapišemo dve barvi. 2.3 KONZISTENCA TAL Konzistenca tal je odpornost tal proti preoblikovanju ali prelomu in je ena izmed najbolj subjektivnih talnih lastnosti. Določamo jo na osnovi občutka, ki ga dobimo, ko skušamo talno gmoto prelomiti oz. zdrobiti. Konzistenza je odvisna od kohezijskih in adhezijskih sil ter v veliki meri od vsebnosti vode v tleh. Konzistenco tal opišemo z enim ali več izrazi: sipek, rahel, drobljiv, gost, zbit, trd, gnetljiv, plastičen, mazav, lepljiv. 2.4 NOVOTVORBE Med novotvorbe štejemo vključke oz. lastnosti tal, ki nastanejo kot posledica delovanja tlotvornih procesov. To so predvsem prevleke (železa in mangana, prevleke gline), konkrecije (Fe,Mn, karbonatne konkrecije), karbonatne »lutke« in lise (marmoriranost). Prevleke nastanejo z eluvialno-iluvialnimi procesi (procesi premeščanja delcev po profilu navzdol). Snovi, ki se izperejo iz zgornjih delov profila (E horizonta) se odložijo v obliki prevlek na strukturnih agregatih in stenah razpok v spodnjih delih horizonta (iluvialni B horizont). V eluvialno-ilivialnih tleh se iz zgornjih horizontov izpirajo glineni minerali, pogosto obarvani s pedogenimi Fe-spojinami (izprana tla), ali pa kompleksni soli seskvioksidov s fulvokislinami (podzoli).. Pri nas so pogoste glinene prevleke, ki jih najdemo v izpranih tleh. Če premeščanje poteka dolgo časa, se lahko pore popolnoma zapolnijo z glinenimi prevlekami kar povzroči nastanek neprepustnega horizonta, na katerem lahko zastaja padavinska voda (psevdooglejevanje). Pri podzolih pa lahko nastanejo v iluvialnem horizontu neprepustne železnate skorje. Na terenu opisujemo debelino in pogostnost takih prevlek. Fe, Mn konkrecije nastajajo zaradi koncentracije različnih mineralov v tleh. Te so rdeče, rjave do črne barve, velikosti največkrat okoli 0.5-3 mm. Redko tudi več. Lahko nastanejo Fe ali


10

Fe/Mn konkrecije. Te najdemo predvsem v starejših tleh, kjer je precejanje vode navadno upočasnjeno. Karbonatne konkrecije in lise nastajajo v pol-vlažnih do pol-sušnih in sušnih podnebjih (pedogeni kalcit, izjemoma dolomit). Kalcijev karbonat se v zgornjih delih profila raztaplja, voda ga premešča po profilu navzdol. Na določeni globini se spremenijo kemijski pogoji ali fizikalni pogoji in kalcit se obori. V začetku premeščanja so to predvsem mehki madeži in psevdomiceliji po porah in razpokah. V tleh na puhlici (černozem), lahko nastanejo tudi 10 cm ali večje konkrecije, imenujemo jih lutke. V tleh aridnih območij lahko nastanejo na tak način neprepustne karbonatne skorje (kaliče, kalkret). Globina nastanka karbonatnih konkrecij je odvisna od količine padavin na danem območju, velikost in pogostnost pa od dolžine pedogeneze (časa nastajanja tal). Na terenu opišemo vrsto, velikost, in pogostnost konkrecij. Lise nastanejo v nekaterih primerih kot predhodniki konkrecij. Razen zgoraj omenjenih karbonatnih lis, je njihov nastanek navadno povezan z izmenjavanjem oksidacijskih in redukcijskih pogojev v tleh. V takih tleh nastane marmoracija, siva območja se menjavajo z rjavimi ali rdečimi območji. V takih pogojih najdemo pogosto tudi lise in prevleke črnega MnO, v izključno redukcijski pogojih pa so črne lise navadno piritove (FeS). Na terenu opišemo vrsto, pojavnost in pogostnost takih madežev. Ločimo marmoracijo psevdogleja (rjava ali rdeča notranjost strukturnih agregatov je obdana s sivimi lisami) in marmoracijo gleja (rjave ali rdeče lise najdemo na površini agregatov, notranjost je siva-Gr horizont) marmoracijo, v opombah pa lahko opišemo tudi njuno intenziteto (močna, srednja).


11

3 TEKSTURA TAL Tla so sestavljena iz trdne, tekoče in plinaste faze. Trdna faza tal je sestavljena iz mineralnih delcev različnih velikosti (pesek, melj, glina) in organske snovi. Tekstura tal je sestava tal glede na delež (odstotek) mineralnih delcev različnih velikostnih skupin. Od velikosti mineralnih delcev je odvisna specifična površina delcev in velikost por v tleh (med majhnimi delci je več por kot med velikimi delci; med majhnimi delci so majhne pore, med velikimi delci so velike pore), kar vpliva na pomembne kemične in fizikalne lastnosti tal, kot so gibanje vode v tleh, zračnost, kationska izmenjalna kapaciteta. Če v tleh prevladujejo recimo glinasti delci, so tla gosta in zbita ter slabo prepustna in prezračena. Imajo pa veliko kationsko izmenjalno kapaciteto, kar pomeni, da imajo sposobnost zadrževanja vode in hranil. Tla, kjer prevladujejo peščeni delci, so zračna, topla, vendar slabo zadržujejo vodo in imajo majhno kationsko izmenjalno kapaciteto. Slabe lastnosti določene velikostne skupine omili prisotnost druge velikostne skupine. Tako pesek izboljša prepustnost in zračnost glinastih tal, v peščenih tleh pa prisotnost gline poveča kationsko izmenjalno kapaciteto in sposobnost za zadrževanje vode. Najugodnejši so tisti teksturni razredi, ki vsebujejo vse velikostne skupine v dovolj velikem deležu (primer: ilovica- 8-25% gline, 28-50% melja, 25-50% peska.) Lastnosti posameznih velikostnih skupin SKELET ali kamninski drobir je večji od 2mm. Ima majhno specifično površino, zato v tleh učinkuje fizikalno, povečuje zračnost tal. Le apnenec (CaCO 3 ), nekoliko vpliva tudi na kemijske lastnosti tal s svojim raztapljanjem. Skelet lahko razdelimo na več velikostnih skupin.Večji skelet v tleh lahko otežuje ali celo onemogoča obdelovanje tal. Tabela 3.1: Razdelitev skeleta po velikosti (McRae, 1988) skelet zelo majhen skelet majhen skelet srednje velik skelet velik skelet zelo velik skelet skale

velikost 2 - 6 mm 6mm - 2 cm 2 cm - 6 cm 6 cm - 20 cm 20 - 60 cm > 60 cm

Predno analiziramo vzorec tal s katerokoli standardno pedološko analizo, ga presejemo skozi sito s premerom odprtin 2 mm in ostanek na situ zavržemo. Če je v tleh prisotna večja količina skeleta, to ocenimo že na terenu in navedemo poleg teksturne oznake. Glede na vsebnost skeleta ločimo več kategorij tal (po Zaharov-u).  slabo skeletna tla:

< 10 % skeleta

 srednje skeletna tla:

10 - 50 % skeleta

 močno skeletna tla:

> 50 % skeleta


12

PESEK ima večjo specifično površino kot skelet, ki pa je še vedno majhna. V tleh deluje fizikalno: povečuje zračnost in prepustnost tal za vodo. Ima zanemarljivo kationsko izmenjalno kapaciteto in tudi sposobnost za zadrževanje vode je majhna. Peščena tla so topla, suha in siromašna s hranili. MELJ ima že večjo specifično površino, vendar še vedno prevladuje fizikalno delovanje. Omogoča kapilarni dvig vode. Ne nabreka in je slabo lepljiv in plastičen. GLINA ima veliko specifično površino, zaradi česar ima veliko kationsko izmenjalno kapaciteto in sposobnost za zadrževanje vode. Je nosilec sorptivnih izmenjav v tleh. Tla, ki vsebujejo veliko glinastih delcev so navadno vlažna in neprezračena. Če prevladuje montmorillonit, tla močno nabrekajo, v suhem stanju pa so trda in razpokana. V tej frakciji prevladujejo glineni minerali in Fe ter Mn oksidi in hidroksidi Teksturna klasifikacija Glede na velikost, razdelimo mineralne delce v tleh na več velikostnih skupin. Obstaja več klasifikacij. V tabeli 2 sta navedeni dve klasifikaciji: mednarodna, ki se uporablja predvsem za hidromelioracije in ameriška, ki je bolj natančna in tudi teoretsko bolj utemeljena. Tabela 3.2: Razdelitev talnih delcev po velikosti (mednarodna in ameriška teksturna klasifikacija)

grobi pesek fini pesek grobi melj fini melj glina

Mednarodna Ameriška teksturna klasifikacija teksturna klasifikacija velikost delcev (mm) 2 - 0.2 2 - 0.2 0.2 - 0.02 0.2 - 0.05 0.02 - 0.002 0.05 - 0.02 0.02 - 0.002 < 0.002 < 0.002

Za določanje deleža posameznih velikostnih skupin v tleh obstaja cela vrsta različnih metod, ki jih s skupnim imenom poimenujemo mehanska analiza. Iz deleža posameznih velikostnih skupin s pomočjo teksturnega trikotnika določimo teksturni razred.


13

Slika 3.1: Teksturni trikotnik ameriške teksturne klasifikacije in razdelitev po Plaster-ju, 1992 Tabela 3:3 Teksturni razredi ameriške teksturne klasifikacije Oznaka P IP PI PGI PG

teksturni razred pesek ilovnat pesek peščena ilovica peščeno glinasta ilovica peščena glina

M MI MGI MG

melj meljasta ilovica meljasto glinasta ilovica meljasta glina

I ilovica GI glinasta ilovica G glina Pri poimenovanju teksturnih razredov je poudarek na zadnji črki (PG - peščena glina - glina z nekoliko več peska)


14

METODE DOLOČANJA TEKSTURE TAL KVALITATIVNO DOLOČANJE TEKSTURE TAL (S PRSTNIM PREIZKUSOM) Na terenu uporabljamo za določevanje teksturnih razredov prstni preizkus. Z njim lahko ocenimo le približno polovico teksturnih razredov. Natančno pa določimo teksturni razred šele z mehansko analizo v laboratoriju. Vsi talni vzorci, ki jih preizkušamo, morajo biti približno enako vlažni in sicer na stopnji vlažnosti, ki jo opisujemo s pojmom vlažna tla. Če stisnemo vzorec v roki, vlago začutimo, vendar pri tem voda ne kaplja ali odteka med prsti. Če so tla presuha, jih moramo navlažiti, če pa so premokra, jih gnetemo toliko časa, da izgubijo odvečno vlago. Teksturo določimo tako, da gnetemo vzorec med palcem in kazalcem. Pri tem ugotavljamo granulacijo-velikost in količino delcev, ki jih lahko otipamo, medsebojno povezanost delcev in sposobnost materiala za oblikovanje: ali lahko iz vzorca zgnetemo svaljek ali trak in koliko je ta obstojen in kako se ga da naprej oblikovati. Pri prstnem preizkusu lahko naredimo dve večji napaki. Če so tla presuha ali imajo veliko organske snovi, se nam zdijo strukturno lažja, kot so v resnici, moker vzorec pa se nam zdi teksturno težji. Teksturno težka tla imenujemo tista tla, ki vsebujejo velik delež gline, teksturno lahka pa tista, ki vsebujejo malo glinastih delcev. Pri uporabi prstnega prizkusa na terenu, na naravnih nepresejanih talnih vzorcih, nas lahko oviru tudi prisotnost skeleta v tleh.


15

Lastnosti pomembnejših teksturnih razredov teksturni razred P

PI

I

GI

MI

G

lastnosti peščeni delci so vidni in otipljivi ter dajejo vtis hrapavosti konsistenca vzorca je sipka, nevezana talni delci se ne oprijemajo prstov vzorec ni plastičen in se ne da oblikovati v svaljek posamezni delci peska so še opazni pri drobljenju dajejo grudice slaboten šum zaradi trenja delcev peska med seboj vzorec se že lepi in maže prste lahko oblikujemo debel svaljek, ki se trga če stisnemo suh vzorec, le ta ponovno razpade, vlažen skupek pa je obstojen vidni so le redki peščeni delci vzorec je nekoliko plastičen vzorec se prijema prstov in maže lahko oblikujemo svaljek, vendar se ta še vedno pretrga suh skupek je dobro obstojen, če z njim previdno ravnamo, vlažen skupek je dobro obstojen delci so komaj vidni in imajo žametast sijaj ter mokast izgled vzorec je plastičen vzorec se prijema prstov in maže svaljek se da dobro oblikovati samo redki delci so vidni in otipljivi vzorec ima značilen mokast izgled vzorec se prijema prstov in jih maže svaljek se da oblikovati, a se trga suh vzorec je v roki drobljiv delci niso vidni površina je gladka in ima žametast sijaj vzorec je plastičen, lepljiv in mazav svaljek se zelo dobro oblikuje suh vzorec je v roki težko drobljiv

VAJA: PRSTNI PREIZKUS PRIBOR:  urno steklo ali petrijevka  deionizirana voda POSTOPEK: Iz vzorcev tal z znano teksturo in deionizirano vodo zgnetemo svaljke. Pri tem opazujemo lastnosti posameznih teksturnih razredov. Zgnetemo svaljek iz neznanega talnega vzorca in mu določimo teksturo tako, da ga primerjamo z znanimi vzorci in upoštevamo karakteristike glavnih teksturnih razredov KVANTITATIVNO DOLOČANJE TEKSTURE TAL Z MEHANSKO ANALIZO Grčman H, Zupan M.: Praktična pedologija

16

Mehanska analiza je širši pojem, ki označuje različne metode za določanje granulometrijske sestave materiala. V tleh z njo določamo delež (odstotek) mineralnih delcev različnih velikostnih skupin oz teksturo tal. S to analizo zajamemo pri analiziranju talnih vzorcev le delce manjše od 2mm. Obstajajo trije osnovni principi, na katerih temeljijo različni načini določanja teksture: a) Metoda sejanja skozi sita z različno velikimi odprtinami 

suho sejanje: sejanje s stresanjem



mokro sejanje: voda spira vzorec skozi sita

b) Metoda ločevanja delcev v vodnem toku - elutracija. Pri tej metodi simuliramo dogajanja v potokih in rekah. Hitrjši vodni tok prenaša bolj grobozrnat material kot počasnejši vodni tok. Pri zmanjševanju hitrosti vodnega toka se grobozrnate frakcije tudi hitreje odlagajo. c) Sedimentacijska metoda temelji na hitrosti usedanja delcev različnih velikosti v stoječi vodi. Teoretična osnova te metode je Stokes-ov zakon, ki podaja zvezo med hitrostjo usedanja delcev in njihovo velikostjo.

v 

2 9



d

  r 2 g



v = hitrost usedanja delcev  d = specifična teža delcev (2.6 g/cm3)  = specifična teža tekočine (1.0 g/cm3) r

= polmer delca

g = zemeljski pospešek (980 cm/s2)  = viskoznost tekočine

Hitrosti usedanja ne moremo neposredno meriti. Na osnovi zgoraj navedene formule lahko izračunamo hitrosti za delce različne velikosti. Iz enačbe je razvidno, da je hitrost usedanja večjih delcev večja kot hitrost manjših delcev in sicer se hitrost povečuje sorazmerno s kvadratom premera. Če določimo še dolžino poti, lahko izračunamo čas, v katerem delci določene velikosti opravijo to pot. Pesek na primer v 44 sekundah opravi 10 cm dolgo pot. V 10 cm debelem površinskem vodnem stolpcu torej po tem času ni več peska. Tabela 3.4: Talni delci in čas, v katerem opravijo 10 cm dolgo pot talni delci velikost fini pesek 0.2 - 0.05 grobi melj 0.05 - 0.02 fini melj 0.02 - 0.002 glina < 0.002 Navedeni časi veljajo za sobno temperaturo suspenzije. upoštevati popravke časov.


čas usedanja 44 sek 4 min 27 sek 7 ur 35 min Če delamo v drugačnih razmerah, moramo

17

Za pravilno izvedbo postopka moramo doseči popolno disperzijo delcev in preprečiti koagulacijo. To dosežemo z dodatkom natrijevega pirofosfata in dolgotrajnim stresanjem. Včasih so enak učinek dosegli s predhodnim kuhanjem vzorca. Vsebnost frakcij v 10 cm plasti lahko določimo na tri načine:   

z dekantacijo (manj natančna metoda, ker ne moremo preprečiti turbulence in mešanje plasti) gostoto plasti izmerimo z areometrom s posebno pipeto odpipetiramo vzorec iz zgornje plasti

VAJA: MEHANSKA ANALIZA - SEDIMENTACIJSKO PIPETNA METODA Z AMERIŠKO TEKSTURNO KLASIFIKACIJO PRIBOR:  stekleničke oziroma prahovke  sito s premerom odprtin 0.2 mm  lijak  stekleni valj 1000ml  štoparica  izparilnice in eksikator  peščena kopel  Kohnov pipetni aparat  tehtnica  stresalnik REAGENTI: 0.4 N Na 4 P 2 O 7   deionizirana voda POSTOPEK: V plastenko zatehtamo 10 g tal, prelijemo jih s 25 ml 0.4 N Na- pirofosfata in pustimo stati preko noči. Naslednji dan stresamo na stresalniku 4 ure.

Suspenzijo prenesemo na sito s premerom odprtin 0.2 mm in izpirimo z deionizirano vodo toliko časa, da ostanejo na situ le delci večji od 0.2 mm (grobi pesek). Tega prenesemo v predhodno stehtano izparilnico, sušimo 1 uro pri 105 C, ohladimo v eksikatorju in stehtamo. Suspenzijo, ki je šla skozi sito, prenesemo v valj z volumnom 1000ml. Dolijemo deionizirano vodo do oznake 1000ml. Valj zamašimo in stresamo 3 minute. Po treh minutah valj postavimo na mizo, začne se proces sedimentacije, zato ga ne smemo več premikati. Prvič odpipetiramo po 44 sekundah (pipeto postavimo v suspenzijo že 30 sek pred iztekom časa). Odpipetiramo 10 ml suspenzije iz globine 10 cm in s tem zajamemo delce, ki so manjši od 0.05 mm (grobi in fini melj, glina). Odpipetirano suspenzijo damo v peščeno kopel, kjer voda izpari, sušimo 1 uro pri 105C, ohladimo v eksikatorju in stehtamo.


18

Valj ponovno stresamo 3 min, po 4 minutah in 27 sekundah odpipetiramo 10 ml iz globine 10 cm. V suspenziji so delci manjši od 0.02 mm (fini melj in glina) Ponovimo postopek z odpipetirano suspenzijo. Valj ponovno stresamo 3 minute in po 7 urah in 35 minutah odpipetiramo 10 ml iz globine 10 cm (v suspenziji so delci manjši od 0.002 mm -glina). Ponovimo postopek z odpipetirano suspenzijo.

IZRAČUN:

a 100 10 ( III  0.0068) G= 100 0.1 (II  0.0068) ( III  0.0068) II  III FM = 100  100 = 100 0.1 0.1 0.1 I  II GM = 100 0.1 FP = 100 - % GP - % GM - % FM - % G

1) % GP = 2) %

3) % 4) % 5) %

10g 0.1 0.0068 a I II III

zatehta masa vzorca v 10 ml suspenzije masa Na pirofosfata v 10 ml suspenzije ostanek na situ (grobi pesek) odpipetiramo po 44 sek (grobi in fini melj, glina) odpipetiramo po 4 min, 27 sek (fini melj, glina) odpipetiramo po 7 urah in 35 min (glina)

Iz tako dobljenih podatkov določimo teksturni razred s pomočjo teksturnega trikotnika.


19

Slika 3.2: Teksturni trikotnik ameriške teksturne klasifikacije in kako ga uporabljamo


20

4 GOSTOTA TAL IN POROZNOST Tla so sestavljena iz treh agregatnih stanj (trifazni sistem): iz trdnih delcev (mineralni delci, organska snov), talne raztopine (voda z raztopljenimi snovmi) in zraka v tleh. Tla so porozna. Poroznost tal je lastnost, ki nam pove, kakšno je v tleh razmerje med zrakom in vodo na eni strani in trdnimi talnimi delci na drugi. Med talnimi delci se namreč tvorijo prazni prostorčki talne pore, različnih oblik in velikosti. Velikost, oblika in obseg talnih por so odvisni od oblike stika med talnimi delci oziroma strukturnimi agregati, torej od teksture, strukture in deleža organske snovi v tleh. Pri teksturi tal je predvsem pomembna količina glinaste frakcije. Vemo, da glinasti delci pri večji vsebnosti vode v tleh nabreknejo in s tem spremenijo velikost in obliko talnih por. Na poroznost tal vpliva tudi obstojnost strukturnih agregatov. Če je le ta majhna, strukturni agregati ob povečani vsebnosti vode v tleh razpadejo in sistem talnih por se spremeni. Organska snov zaradi svoje strukture ponavadi poveča poroznost tal. V talnih porah se lahko zadržujeta voda ali zrak ali oboje. Razmerje med vodo in zrakom vodno zračni režim tal, v veliki meri pogojuje rodovitnost tal. Za dana tla je to razmerje odvisno od velikosti in oblike por ter od njihove medsebojne povezanosti ter od količine vode, ki je na voljo (padavine, bližina podtalnice). Velikost in oblika por zelo vplivata tudi na sposobnost tal za zadrževanje vode (retenzijska kapaciteta tal). Po velikosti talne pore delimo na nekapilarne - makropore (>10 m) in kapilarne - mikropore (< 10 m). Makropore najdemo v peščenih (teksturni razredi P, PI, IP) in grobo strukturiranih tleh ter v obliki razpok in kanalov, ki jih povzroča delovanje talne favne, rastlinskih korenin in vremenske razmere. Take pore so ponavadi zapolnjene s talnim zrakom, voda iz njih hitro odteče pod vplivom gravitacijske sile. Mikropore ali kapilarne pore najdemo v drobnostrukturiranih tleh z majhnimi osnovnimi delci (teksturni razredi G, GI, MGI). V kapilarnih porah se voda zadržuje pod vplivom kapilarnih sil, ki zaradi površinske napetosti vode vežejo vodo na stene talnih por z večjo silo kot je gravitacijska sila pod vplivom katere bi ta voda odtekla v globje plasti tal. Dva tipa tal, ki imata enako poroznost in različni razmerji med količino makro- in mikropor, imata tudi različna vodno - zračna režima. Poroznost je kvantitativno določena z razmerjem med skupnim volumnom por in celotnim volumnom danega neporušenega talnega vzorca, izražamo jo v %. Ker je skupni volumen por v neporušenem talnem vzorcu v praksi direktno nemogoče natančno določiti, izračunamo procent poroznosti tal z uporabo fizikalno - matematičnih zvez, na osnovi meritev gostote trdne faze tal ( t ) in volumske gostote tal ( b , “bulk density”). Gostota trdne faze tal je definirana z razmerjem med maso in volumnom trdne faze tal. Odvisna je predvsem od razmerja med količinama mineralnih in organskih talnih delcev izbranega talnega vzorca (Tabela 4.1). Tabela 4.1: Gostota različnih talnih sestavin (103 kg/m3). sestavina minerali kremen organska snov voda led zrak


gostota 2.6 - 2.8 2.66 1.2 - 1.7 1.0 0.92 0.0012

21

Volumska gostota je definirana z razmerjem med maso trdne faze tal in volumnom celotnega neporušenega vzorca tal. Iz definicije sledi, da je tudi ta količina odvisna od razmerja med količinama organske in mineralne snovi v tleh in od velikosti skupnega volumna por. Tla, ki vsebujejo veliko organske snovi in imajo velik porni volumen imajo majhno volumsko gostoto. Šotna tla in humozni sloji tal v gozdu imajo gostoto od 0,2 do 0,6 kg/ dm3, medtem ko imajo povprečna poljska tla gostoto med 1 in 1.5 103 kg/dm3).

Poroznost tal glavnih teksturnih razredov je okvirno v naslednjih velikostnih razredih: peščena tla ilovnata tla glinasta tla šotna tla

35 - 55% 30 - 55% 35 - 70% 80%

VAJA : DOLOČITEV POROZNOSTI 1 Določanje volumske gostote tal ( b ) PRIBOR :  Kopeckijevi cilindri  sušilnik  tehtnica POSTOPEK: Za kvantitativno opredelitev poroznosti moramo vzeti vzorec tal tako, da se le ta ob jemanju vzorca čim manj spremeni - potrebujemo neporušen talni vzorec. Za odvzem neporušenih vzorcev tal največkrat uporabimo Kopeckijeve cilindre in ustrezno sondo. Pri delu moramo biti natančni in iznajdljivi, da pridobimo vzorec, ki se po strukturi, obliki in količini por ne razlikuje od tal v naravnih pogojih. Paziti moramo, da tal na mestu kjer vzorčimo, pred tem ne pohodimo, da pri nabijanju sonde v tla talnega vzorca ne stisnemo ter da vzorec zapolni celoten cilinder. Sondo moramo v tla poriniti enakomerno in čimbolj navpično, tako, da jo ves čas počasi vrtimo v eno smer. Kopeckijev cilinder previdno vzamemo ven iz sonde in na obeh straneh z nožem odstranimo zemljo, ki je odveč. Cilinder z obeh strani zapremo s plastičnimi pokrovčki in pravimo v kovček, da preprečimo izhlapevanje vode med transportom do laboratorija. Če nas zanima trenutna količina vode v tleh, kopeckijev cilinder skupaj z vzorcem stehatamo (M o ). Nato ga postavimo v pečico in sušimo pri 1050C (48 ur). Posušen vzorec skupaj s cilindrom ponovno stehtamo (M). Vzorec stresemo na papir in ga shranimo za določevanje gostote trdne faze tal. Stehtamo še prazen Kopeckijev cilinder (m c ). Iz razlike izračunamo maso trdne faze vzorca (m t ). Volumen Kopeckijevega cilindra je 100 cm3 (V). Izračunamo volumsko gostoto tal :  b = m t / V. Če so tla premokra, presuha, zelo sipka ali skeletna je lahko vzorčenje s cilindri neuspešno, zato se v takih primerih raje odločimo za ugotavljanje volumna izkopanega vzorca s pomočjo peska.


22

2 Določanje gostote trdne faze tal PRIBOR :  terilnica  izparilnica  steklena palčka  piknometer (V=50 ml)  steklena čaša za kuhanje  kuhalnik  tehtnica POSTOPEK: Vzorec tal posušen na 1050C stremo v terilnici. Zatehtamo 5 g suhih tal (m t ), in damo v izparilnico, kjer jih zalijemo s 15 ml prekuhane destilirane vode. Izparilnico postavimo na kuhalnik. Vse skupaj naj vre 3 - 4 minute ob tem neprestano mešamo s stekleno palčko. Tako postopamo zato, da se znebimo zračnih mehurčkov v talni suspenziji. Medtem piknometer napolnimo s prekuhano destilirano vodo ohlajeno na sobno temperaturo, ga obrišemo na zunanji strani in stehtamo (m pv ). Destilirano vodo moramo prekuhati, da gredo ven vsi zračni mehurčki. Drugič damo v piknometer prekuhan talni vzorec in ga do vrha napolnimo s prekuhano destilirano vodo. Pustimo, da se ohladi na sobno temperaturo in vse skupaj stehtamo (m ptv ). Za bolj natančne meritve gostote trdne faze tal bi morali uporabljati piknometer z vgrajenim termometrom, ker se gostota vode spreminja v odvisnosti od temperature vode. IZRAČUN gostote trdne faze tal :

V t = (m pv + m t - m pvt)/  vode t = mt / Vt 3 Poroznost tal - računski postopek

Poroznost tal izražamo v % in jo lahko zapišemo kot delež volumna por v skupnem volumnu tal: V =V p +V t V p …volumen por v vzorcu V t …volumen trdne faze tal P% = 100 V p / V = 100 (V - V t ) / V = 100 (1 - V t / V) Iz enačb za obe gostoti tal izrazimo volumen tal (V t ) in skupni volumen (V) in ju vstavimo v zgornjo enačbo:  t = m t /V t  V t = m t / t m t masa trdne faze tal  b = m t /V  V = m t / b  t …gostota trdne faze tal P % = 100 (1 -  b /  t )  b volumska gostota tal


23

5 KISLOST TAL Kislost tal je ena bistvenih lastnost tal, ki vpliva na fizikalno kemične procese v tleh in na fiziološke procese v rastlinah. Kislost talne raztopine določa koncentracija disociiranih vodikovih ionov, izražamo pa jo s pH- vrednostjo. definicija: pH = - log H+ Voda disociira na vodikove in hidroksilne ravnotežje:

ione. V vodi in vodnih raztopinah obstaja

H 2 O + H 2 O  H 3 O+ + OHKonstanta ravnotežja je podana z izrazom, ki se imenuje ionski produkt vode. V vsaki raztopini je torej zmnožek koncentracije vodikovih in hidroksilnih ionov konstanten. Pri 25C je Kw = 10 -14 mol2 l-2. H+ OH- = Kw = 10 -14 mol2 /l2 Tabela 5.1: Koncentracija vodikovih ionov in pH v raztopinah lastnost raztopine nevtralna raztopina kisla raztopina bazična raztopina

koncentracija vodikovih ionov H  = OH- H+ = 10 -7 mol /l + H  > OH  H+ >10 -7 mol /l H+ < OH- H+ < 10 -7 mol /l +

pH pH = 7 pH < 7 pH > 7

Tabela 5.2: Procesi, v tleh pri različnih območjih pH vrednosti (Plaster, 1992) pH območje 8.5-10.0 8.0-8.5 7.0-8.0 6.0-7.0 4.0-6.0

procesi hidroliza Na 2 CO 3 hidroliza CaCO 3 hidroliza izmenljivih baz izmenjava vodika hidroliza aluminija

zasedenost izmenljivih mest z bazami 100 % zasedenost z bazami, več kot 15% Na 100 % zasedenost z bazami, prosti karbonati 100 % zasedenost z bazami manj kot 100 % zasedenost z bazami majhna zasedenost z bazami

Poleg matične podlage pa na razvoj pH talne raztopine vplivajo tudi drug dejavniki: vsebnost organske snovi v tleh, vpliv rastlinskih korenin in talne favne ter seveda človekovi posegi v tla (gnojenje). Pri razkrajanju organske snovi se sproščajo različne organske in anorganske kisline (oksalna, mlečna, fulvokisline, ogljikove kisline...) V industrijskih območjih prihajajo v tla velike količine žveplove kisline. Žveplova kislina nastaja tudi z oksidacijo sulfidov, ki se sprostijo pri preperevanju iz matične kamenine. Rastline pri sprejemu bazičnih kationov kot hranil izločajo v tla vodikove ione (izmenjava kationov med rastlino in talno raztopino). S pridelkom tudi odnašamo Ca in Mg iz tal (primer:


24

lucerna). Ta izguba magnezija in kalcija še pospešuje zakisljevanje tal, kar se pokaže pri intenzivni rastlinski pridelavi in če je ne nadomestimo z gnojenjem. Reakcijo tal znižuje CO 2 , ki nastaja z dihanjem talne favne. CO 2 se topi v vodi in nastane ogljikova kislina. Vodikovi ioni nastanejo tudi pri oksidaciji spojin dvovalentnega Fe in Mn. CO 2 + H 2 O  H 2 CO 3 H 2 CO 3  HCO 3 - + H+ fiziološko kisla gnojila (amonijev fosfat). Vir vodikovih ionov so tudi različna Koncentracija vodikovih ionov v talni raztopini se povečuje zaradi nitrifikacije.

NH 4 + + 2O 2  NO 3 - + H 2 O + 2H+ Kisel dež, ki nastane zaradi reakcije NOx in SO 2 , (fosilna goriva, avtomobilski izpušni plini, industrija,..) z vodo. Rezultat teh reakcij sta HNO 3 oz. H 2 SO 4 . Razdelitev tal glede na pH vrednost

Glede na reakcijo tal, razdelimo tla v več razredov. V tabeli 5.3 sta navedeni dve razvrstitvi. V praksi štejemo k nevtralnim tlem vsa tla v območju pH vrednosti od 6.5 do 7.5. Optimalen pH ni enak za vse tipe tal. Lahka tla in tla, ki so bogata s humusom, imajo nižji optimalen pH (Leskošek, 1993). V naravi lahko sklepamo na reakcijo tal že po prirodni vegetaciji. Vsaka rastlinska vrsta najbolje uspeva v določenem pH območju. Za večino rastlinskih vrst je najugodnejši pH od 6.0-7.0 oz v organskih tleh od 5.5-6.0 (Plaster, 1992, Miller, 1990). Vendar pa lahko nekatere rastline najdemo le na kislih tleh (acidofilne), druge le na bazičnih (bazifilne). Tipične acidofilne rastline so Rumex acetosella (kislica), Vaccinium myrtilus (borovnica), Vaccinium vitis idea (brusnica), Castanea sativa (domači kostanj). Bazifilne rastline so Plantago maritima (trpotec), Salsola soda (sodna solinka) in Camphorosoma annum (kafranka).

Pokazatelj zelo kislih ali bazičnih tal je tudi to, da rastline slabo uspevajo. Podatke o reakciji tal nam dajejo tudi rastlinske združbe: Blechno Fagetum naprimer uspeva na kislih tleh, Hacquetio Fagetum pa na bazičnih. Tabela 5.3: Razvrstitev tal glede na pH vrednost tla zmerno alkalna tla nevtralna tla zmerno. kisla tla kisla tla močno kisla tla zelo močno kisla tla

po Sušinu 8.0 - 7.1 7.0 6.9 - 6.0 5.9 - 5.0 4.9 - 4.0 < 4.0

pH območje po Stepančiču 7.3 - 8.0 6.6 - 7.2 5.6 - 6.5 4.6 - 5.5 < 4.5

Kislost ima tudi velik vpliv na dostopnost hranil. Mnogi elementi nastopajo v tleh v različnih oblikah, kar je odvisno od pH tal. Na primer fosfor je rastlinam najbolj dostopen v območju 6.0 - 7.0. V kislih tleh (pH  5.8) fosfor reagira z železom in nastane netopen železov fosfat,


25

v bazičnih tleh pa fosfor reagira s kalcijem in prav tako nastane slabo topen kalcijev fosfat. V splošnem velja, da so vsa glavna hranila in Mo rastlinam najbolj dostopni v nevtralnem pH območju. Elementi v sledovih pa so bolj dostopni v kislem območju. V kislih tleh lahko H+ in Al3+ ioni izpodrinejo adsorpcijsko vezane Ca2+, Na+, K+, Mg2+ in druge ione v raztopino, od koder se le ti lahko izperejo. MERJENJE KISLOSTI TAL

Kislost tal merimo v talni raztopini. Če talno raztopino pripravimo z dodatkom deionizirane vode, izmerimo aktivno kislost, ki zajema koncentracijo vodikovih ionov samo v talni raztopini in ne upošteva adsorpcjsko vezanih vodikovih ionov. Potencialna kislost zajame poleg vodikovih ionov v talni raztopini tudi adsorptivno vezane, ki jih določamo v talni raztopini po izmenjavi. Za izmenjavo se največkrat uporabljajo šibke soli kot so KCl ali CaCl 2 . Pri tem disociirani kationi izmenjajo H+ ione, ki preidejo v talno raztopino. V zelo kislih tleh (pH  5) prispevajo k potencialni kislost tudi Al3+ ioni. Pri takih pogojih so namreč glineni minerali neobstojni in razpadajo. Iz kristalne rešetke se sproščajo Al3+, ki se lahko adsorpcijsko vežejo in ponovno sproščajo v talno raztopino, kjer povzročajo disociacijo H+ ionov. Hidrolitska kislost je potencialna kislost, ki jo določamo s pomočjo hidrolitsko alkalnih soli (Ca(CH 3 COO) 2 ) in jo izražamo v mmol H+/100 g tal. S pomočjo hidrolitske kislosti se določa potreba po apnenju.

MERJENJE pH pH lahko določamo kolorimetrično (uporaba pH indikatorjev) in elektrometrično. Indikatorji so šibke kisline oz. baze, ki imajo v disociirani obliki drugačen absorpcijski spekter kot v nedisociirani. Barvni preskok se vrši pri določeni vrednosti pH. Spremembo barve lahko določimo kolorimetrično ali vizuelno. Poleg osnovnih obstajajo tudi univerzalni indikatorji, ki so mešanice osnovnih indikatorjev. Barva se zvezno spreminja v določenem razponu. Eden takih indikatorjev je indikator po Yamadi, japonskem kemiku, ki je pripravil to mešanico. K vsakemu indikatorju sodi ustrezna barvna skala, s katero določimo pH vzorca. Ločimo tekočinske in papirne indikatorje. Z indikatorji lahko določimo kislost tal od 0.5 do 0.2 enoti natančno. Tabela 5.4: pH vrednosti preskoka in spremembe barve za nekatere indikatorje indikator timol modro metil oranž fenolftalein

pH preskoka 1.7 3.6 9.7

sprememba barve iz rdeče v rumeno iz rdeče v rumeno iz brezbarvne v rdečo

Elektrometrični pH- meter je člen, sestavljen iz dveh polčlenov (elektrod): indikatorske, ki je prepustna za vodikove ione in referenčne, ki ima stalni potencial. Obe elektrodi sta povezani z elektrolitskim ključem. Indikatorska elektroda je lahko vodikova, antimonova ali steklena, referenčna pa nasičena kalomelova, 0.1 mol/L kalomelova ali srebrova. Ponavadi je


26

indikatorska elektroda steklena, referenčna pa nasičena kalomelova. Elektrodi sta lahko vgrajeni tudi ena v drugo. Elektrometrično lahko določimo pH na 0.1 enoto natančno.

APNJENJE

Pedogenetski procesi, ki povzročajo izpiranje kalcijevega karbonata oz. Ca2+ iona iz talnega profila in njegovo izmenjavo z vodikovimi ioni na sorptivnem delu tal, ter ostali že omenjeni dejavniki pogojujejo kislo reakcijo tal. Ta ima negativne učinke tako na tla, kot tudi na rastline, ki rastejo na njih. V takih pogojih se poslabša struktura tal, strukturni agregati postanejo nestabilni, posledica tega je neugoden vodni režim in poslabšanje drugih fizikalnih lastnosti tal, kar povzroči slabšo rast rastlin. V kislem okolju začno razpadati glineni minerali, sprošča se Al3+ ion, kar še povečuje kislost tal. Tla lahko izboljšamo z apnenjem - to je z dodajanjem Ca2+ ionom tlem. Za določevanje potreb po apnenju moramo poleg pH vrednosti tal poznati tudi ţeksturo in kationsko izmenjalno kapaciteto tal (CEC) ter upoštevati kaj bomo uporabili za apnenje. Količino Ca2+, ki ga moramo dodati tlem izračunamo iz izhodne pH vrednosti tal in želene vrednosti. En miliekvivalent Ca2+ nevtralizira en miliekvivalent H+. Upoštevati pa moramo, da poleg H+ v talni raztopini povzročajo kislost tal tudi H+ ioni , ki so vezani na adsorpcijskem kompleksu, kar pomeni, da moramo upoštevati potencialno oz hidrolitsko kislost tal. Če bi namreč izmenjali samo H+ ione iz talne raztopine, bi porušili ravnotežje med talno raztopino in adsorpcijskim kompleksom, kar bi povzročilo prehajanje H+ ionov v talno raztopino in pH talne raztopine bi se povrnil v prvotno stanje (puferna sposobnost tal). Tekstura vpliva na optimalen pH (lažja, bolj peščena tla imajo optimalen pH nekoliko nižji kot težja tla) in na kationsko izmenjalno kapaciteto (CEC) tal. Večja kot je CEC tal, več H+ ionov je lahko vezanih na adsorpcijskem kompleksu (večja je lahko potencialna kislost tal). Lažja tla prenesejo manjše enkratne odmerke apnenih gnojil, težja pa večje (Leskošek, 1994). Na CEC vpliva tudi vsebnost organske snovi v tleh.

Apnimo lahko z apnencem (CaCO 3 ) in dolomitom (CaCO 3 in MgCO 3 ), ki poleg Ca2+ vrača v tla tudi Mg2+, kar je še posebej pomembno v nekaterih peščenih tleh, lahko pa uporabimo tudi žgano apno (CaCO 3  CaO + CO 2 ) in hidratizirano apno (CaO + H 2 O  Ca(OH) 2 ), ki sta lažja (manjša molekulska masa) od apnenca in imata tudi hitrejše delovanje v tleh. Žgano apno je zahtevnejše za delo. Za apnenje lahko po predhodnih natančnih analizah uporabimo tudi razne industrijske ostanke (saturacijski mulj), kamene moke, lesni pepel. Količino potrebnega apnenca oz. apna lahko izračunamo z upoštevanjem dejanskega in želenega pH in molske mase (molska masa CaCO 3 je 100g, kar pomeni, da potrebujemo za vsak ekvivalent H+ ionov 50g CaCO 3 ). Pri uporabi različnih kalcijevih surovin in industrijskih ostankov moramo upoštevati čistost uporabljene kalcijeve surovine oziroma delež Ca. Obstajajo različne tabele, kjer so glede na izmerjeno in želeno kislost tal preračunani odmerki CaCO 3 oz. CaO.


27

VAJA: MERJENJE AKTIVNE IN POTENCIALNE KISLOSTI TAL PRIBOR:  tehtnica  čaše  steklene paličice  deionizirana voda  0.01 mol/L CaCl 2  barvni indikator  pH - meter POSTOPEK:

a) terenski postopek Talni vzorec v epruveti prelijemo z 2.5 kratno količino deionizirane vode ali raztopino CaCl 2 . Zamašimo s palcem in močno stresamo. Epruveto postavimo na tla in počakamo, da se suspenzija zbistri. Dolijemo nekaj kapljic indikatorja. Barvo primerjamo z barvno skalo in odčitamo vrednost pH. b) laboratorijski postopek Odmerimo znan volumen tal, ga prelijemo s 5 kratno količino reagenta (H 2 O ali CaCl 2 ), premešamo in pustimo stati dve uri. Ponovno premešamo in izmerimo pH.


28

6 SLANOST TAL Slanost tal je najstarejši problem onesnaževanja predvsem kmetijskih obdelovalnih površin, saj naj bi ta omejitveni dejavnik v kmetijski pridelavi vplival že na razpad babilonskega imperija (Rowell, 1994, cit. po Hillel, 1992). Pojav slanosti tal je najbolj problematičen predvsem na aridnih in semiaridnih območjih sveta. Predvsem je pomemben vpliv klimatskih parametrov, kot je količina in razporejenost padavin, pa tudi poplavljanje slane morske vode na kmetijskih priobalnih območjih (Rowell, 1994). Vzrok problema je tudi v matični podlagi (tipu tal), visokem nivoju podtalnice, intenzivnem namakanju, gnojenju in interakciji med različnimi dejavniki. Zaradi stalne grožnje kmetijski pridelavi se na teh območjih izvajajo številne raziskave in izvajajo ukrepi, ki naj bi preprečili ali vsaj zmanjšali negativne posledice na pridelek in lastnosti tal. Prekomerna slanost tal pa ni problem le na omenjenih območjih, marveč se s tem povezane težave pojavljajo tudi v drugih območjih sveta humidne klime. Tako je pojav pogost ob kopičenju soli v tleh zaradi stalnega namakanja in uporabe lahkotopnih mineralnih gnojil na večini intenzivno namakanih površin in v zavarovanih prostorih. Prav tako pa je slanost tal tudi bolj ali manj prisotna v urbanem okolju, kjer se zaradi odstranjevanja snega s površin uporabljajo razni slani posipi. Slanost tal določamo z merjenjem elektroprevodnosti tal. Enota za prevodnost je Siemens (S), kjer je 1 S = ohm-1. Prevodnost tal izražamo v enotah dS/m, kar je enako mS/cm. Glede na slanost tal (ECe) lahko tla razvrstimo v posamezne razrede (Tabela 6.1). Rowell (1994) postavlja mejo med slanimi in normalnimi tlemi pri 4 dS/m. Preglednica 6.1: Razredi tal glede na izmerjeno elektrokonduktivnost po metodi saturiranega vzorca tal (EC e )

EC e (mS/cm)* 0-2 2-8 8-15 >15  

Razred tal Normalna tla Rahlo slana tla Zmerno slana tla Zelo slana tla

1mS/cm = 1dS/m

Za opredelitev problema slanosti vode in tal se poleg elektrokonduktivnosti (EC) in reakcije tal (pH) uporabljajo še naslednje karakteristike: Skupna količina v vodi raztopljenih trdnih delcev (soli in primesi) (en. TDS - total dissolved solids) TDS vrednost je dobljena po evaporaciji vode iz vzorca pri 180°C, izražena v miligramih na liter vode (mg/l). V vodi za namakanje je vrednost med 5 in 1000 mg/L, medtem, ko je vrednost v vzorcu tal od 500 do 12,000 mg/L (Brady in Weil, 2002). Delež izmenljivega Na+ (en. ESP – exchangeable sodium percentage) Ta nam pove, v kolikšni meri je sorptivni del tal zaseden z Na+ ioni. Pri vrednostih ESP med 10 in 15 pride do razpada glinenih koloidov in slabšanja strukture tal, predvsem v primeru reakcije z vodo za namakanje ali ob padavinah (Rowell, 1994, cit. po Shainberg in Letey, 1984).

ESP = Izmenljivi Na+, [mmolc/100g ] × 100/ KIK*, [mmolc/100g ]


29

KIK je kationska izmenjalna kapaciteta (en. CEC - cation exchange capacity) in je vsota izmenljive kislosti in izmenljivih bazičnih kationov v tleh. Količnik adsorbiranega natrija ( en. SAR –sodium adsorption ratio) Ta enačba poda razmerje med [Na+] in [Ca2+] ter [Mg2+] na sorptivnem delu tal.

SAR = [Na+]/((0.5[Ca2+] +0.5 [Mg2+]))½

VRSTE SLANIH TAL

V literaturi se najpogosteje pojavljajo tri vrste slanih tal (Brady in Weil, 2002), ki jih določa razmerje med glavnimi ioni v tleh in z njimi povezani procesi: Slana tla (en. saline soils) Je proces, pri katerem se v tleh kopičijo le nevtralne soli. Soli, ki so prisotne v teh tleh, so večinoma kloridne in sulfatne skupine kalcija, magnezija, kalija in natrija. Koncentracija teh soli močno vpliva na rast in razvoj rastlin. Slana tla, pri katerih je prisoten tak proces, imajo ECe > 4dS/m, medtem ko je ESP< 15 (oziroma SAR< 13). Sorptivni del tal je večinoma zaseden s Ca2+ in Mg2+ , ne z natrijevimi (Na+) ioni. Reakcija takih tal (pH) je pod 8.5. Prisotnost omenjenih soli omogoča, da rast rastlin ni omejena zaradi razpada strukturnih agregatov in s tem zmanjšanja infiltracijske sposobnosti ter zračnosti tal. Na površini takih tal se ponavadi tvori kristalizirana bela skorja kot posledica evaporacije. Slana natrijeva tla (en. saline-sodic solis) V primeru, ko je ECe > 4dS/m in ko je obenem delež Na+ na izmenljivih mestih nosilcev sorpcije v tleh visok, govorimo o drugem tipu tal. Tla imajo vrednost ESP>15 oz. SAR>13. Ta tip tal je prehoden med prvo in drugo vrsto slanih tal. Rast rastlin je tu že izpostavljena škodljivemu vplivu koncentracije soli in direktni toksičnosti natrija. V primeru, ko pride do izpiranja teh nevtralnih soli z vodo z višjo SAR vrednostjo, pride do zmanjšanja ''normalne'' slanosti ter povišanja ESP vrednosti. Če je obenem prisoten še HCO 3 - ion, govorimo o tretjem tipu tal. Natrijeva tla (en.sodic soils) Ta tip tal je najbolj problematična vrsta slanih tal, rast rastlin je tu najbolj omejena prav zaradi direktne toksičnosti alkalno delujočih ionov CO 3 - , HCO 3 - in Na+. Izboljšanje takih tal je izjemno težko in dolgotrajno. Ta tip tal ima nizko vsebnost nevtralno delujočih soli (ECe <4dS/m), delež natrija na sorptivnem delu tal je relativno visok, ESP in SAR vrednosti so nad vrednostjo 15, oziroma 13. Tla imajo pH vsaj nad 8.5, pogosto je presežena vrednost 10 ali več. Visoka pH vrednost je posledica hidrolize Na 2 CO 3 v primeru, ko so v tleh vsa izmenljiva mesta 100% zasedena z bazami in je vsebnost Na+ več kot 15%. Hidroliza natrija je prikazana v naslednji kemijski reakciji: Na 2 CO 3 + 2 H 2 O→ 2Na+ + H 2 CO 3 + 2 OH Visoke pH vrednosti so posledica večje topnosti natrijevega karbonata (Na2CO3) v primerjavi s kalcijevim (CaCO3) ali magnezijevim karbonatom (MgCO3). To omogoča ohranjanje visokih koncentracij CO3- in HCO3- v talni raztopini.


30

VAJA: MERJENJE ELEKTROPREVODNOSTI TAL

Elektroprevodnost lahko merimo v tleh saturiranih z vodo (EC e ) oziroma v talni raztopini po ekstrakciji suhega talnega vzorca z vodo v razmerju 1:5 (EC w ). V prvem primeru se vzorec tal najprej nasiti z destilirano vodo, dokler ni dosežena konzistenca vode in talnega vzorca. Saturirani vzorec pustimo stati preko noči, da se soli popolnima izločijo z nosilcev sorpcije. Sledi vakuumska ločitev (filtracija) ekstrakcijske raztopine, v kateri se potem meri EC e (Brady in Weil, 2002). Kadar vakuumska filtracija ni možna, se elektroprevodnost meri v ekstrakcijski raztopini. Pri tem se 20 g zračno sušenega vzorca prelije s 100 ml deionizirane vode. Raztopino se nato stresa na stresalniku, počaka, da se talni delci usedejo in odpipetira supernanatnt. V odpipetiranem delu se nato izmeri elektroprevodnost, ki jo označimo z EC w . Namesto pipetiranja lahko uporabimo tudi filtriranje. Vrednosti EC e in EC w lahko preračunavamo po spodnji zvezi: EC metoda saturiranega vzorca ≈ 6.4 × EC 1:5 metoda PRIBOR:  Stekleničke za stresanje  čaše  steklene paličice  deionizirana voda  stresalnik  filterpapir  konduktometer POSTOPEK: V plastične posodice za stresanje zatehtamo 20,0 g tal in jih prelijemo s 100 ml deionizirane vode. Plastenke zatesnimo in jih v horizontalni legi stresamo na stresalniku s hitrostjo do 180 obratov na minuto 30 min. Talno suspenzijo filtriramo in v filtratu merimo elektrokonduktivnost.


31

7 KARBONATI V TLEH Karbonati se v tleh pojavljajo kot delci karbonatne kamnine v velikosti skeleta in peska (apnenec, dolomit), kot fino razporejeni delci CaCO 3 (prosti karbonati), v spodnjih plasteh tal tudi kot izločeni karbonati oz konkrecije. Določanje karbonatov v tleh temelji na reakciji s HCl, pri kateri nastaja CO 2 , ki ga lahko samo zaznamo (kvalitativno) ali pa tudi količinsko (kvantitativno) določimo. CaCO 3 + 2HCl  CaCl 2 + CO 2 + H 2 O Kvalitativna metoda je primerna za določanje karbonatov v tleh na terenu, v laboratoriju pa z njo določimo potrebno količino tal (zatehto) pri natančnejšem določanju vsebnosti karbonatov v tleh. Potrebujemo le posodico in razredčeno HCl (10 %). Tla prelijemo s s HCl. Po intenziteti šumenja sklepamo na približen % CaCO 3 v tleh. Tabela 7.1: Vsebnost karbonatov v tleh glede na intenziteto šumenja pri tretiranju svežega vzorca tal z 10 % HCl pojav šumenje komaj zaznavno šumenje slabotno in kratkotrajno šumenje intenzivno in kratkotrajno šumenje intenzivno in dolgotrajno

% karbonatov v tleh < 1% 1 - 3% 3 - 5% nad 5%

Kvantitativne metode vključujejo meritev izločenega CO 2 . Glede na način določanja CO 2 , ki se sprošča pri reakciji karbonatov s solno kislino, ločimo gravimetrični in volumetrični postopek. Pri gravimetričnem postopku količino nastalega CO 2 izračunamo iz razlike med maso reaktantov in produktov, pri volumetričnem postopku pa izmerimo volumen nastalega CO 2. VAJA: DOLOČANJE KARBONATOV V TLEH Z VOLUMETRIČNM POSTOPKOM PRINCIP: merimo volumen CO 2 , ki se sprošča med reakcijo karbonatov s HCl s Scheiblerjevim aparatom. PRIBOR: - kalcimeter (Scheiblerjev aparat) - barometer - termometer - tehtnica REAGENTI: HCl POSTOPEK: - zatehtamo 0.5 - 5 g tal in ga prenesemo v steklen kozarec; - v plastično posodo nalijemo HCl in jo dodamo k vzorcu tal tako, da ne pride do stika tal in kisline; - kozarec pritrdimo na Scheiblerjev aparat, izravnamo nivo vode in polijemo kislino; - v reakciji nastali CO 2 izpodriva vodo iz srednje cevi v cilinder; - ko se reakcija umiri, ponovno izravnamo nivo vode in odčitamo volumen nastalega CO 2 ; IZRAČUN: Preračunamo po plinski enačbi: PV=nRT


32

8 ORGANSKA SNOV V TLEH Organska snov v tleh so živi organizmi in odmrli rastlinski in živalski ostanki. Približno 70 do 90 % organskih ostankov se vsako leto razkroji (mineralizira) do osnovnih rastlinskih hranil (nitrat, fosfat, sulfat, ogljikov dioksid, voda,...), 10 do 30 % organskih ostankov v tleh pa ne razpade do osnovnih hranil, ampak se iz njih po delnem razkroju sintetizira humus (Leskošek, 1993). Poleg vira rastlinskih hranil (dušik, fosfor, žveplo), kar je zelo opazno na sicer z mineralnimi gnojili negnojenih površinah, ima organska snov v tleh še druge pomembne vplive. Pri mikrobiološki razgradnji organske snovi se tvorijo polisaharidi, ki delujejo v tleh kot cementni materiali in sodelujejo pri tvorbi strukturnih agregatov. Organska snov v tleh s številnimi prostimi skupinami, kot so karboksilne, karbonilne in druge, povečuje kationsko izmenjalno kapaciteto tal, kar pomeni večjo sorbcijsko sposobnost za vezavo rastlinskih hranil pa tudi nekaterih polutantov (Pb, Cd,...) in manjšo možnost izpiranja hranil in polutantov v podtalnico. Organska snov v tleh prav tako povečuje sposobnost tal za zadrževanja vode. Ti pozitivni vplivi so še posebej zaželeni v peščenih tleh, ki imajo sicer majhno kationsko izmenjalno kapaciteto in sposobnost za zadrževanje vode. Produkti razgradnje organske snovi so tudi kelati, ki se lahko z eno ali več vezmi povezujejo z mikroelementi in povečujejo njihovo topnost in mobilnost v tleh ter dostopnost rastlinam (Miller in Donahue, 1990). Organska snov v tleh je vir ogljika za številne talne organizme, ki so aktiven in zelo pomemben del tal Na vsebnost - to je na tvorbo in razgraditev organske snovi v tleh vplivajo klimatski (temperatura, vlaga) in talni dejavniki (vsebnost hranil, talni pH, tekstura tal). Pri izrazito nizkih temperaturah sta omejeni tako tvorba kot razgraditev organske snovi, pri visokih temperaturah in optimalni vlažnosti tal pa so pridelki in rastlinski ostanki veliki, vendar je hitra tudi mineralizacija. Izrazito suha ali prekomerno vlažna tla (anaerobne razmere) so neugodna tako za rast rastlin kot za življenje mikroorganizmov. Na hitrost razgradnje organske snovi vpliva vsebnost hranil v tleh, predvsem dušika in razmerje ogljika in dušika v tleh (C/N razmerje). Ugoden pH za razvoj mikroorganizmov je med 6 in 8. Izrazito bazična (pH nad 8.5) in izrazito kisla tla (pH pod 4.5) neugodno vplivajo na razvoj mikroorganizmov. Ne nazadnje vpliva tudi vsebnost toksičnih količin nekaterih elementov (Al, Mn, Se, Cl,..) oziroma organskih spojin. Za ohranjanje trajne rodovitnosti tal moramo tlem dodajati hranila - gnojiti z mineralnimi in organskimi gnojili. Oblika, dostopnost za rastline in druge lastnosti hranil iz mineralnih gnojil oziroma iz organskih gnojil po mineralizaciji, se ne razlikujejo. (Leskošek, 1997). Pomen organskega gnojenja je predvsem v ohranjanju oz. obnavljanju humusa (organske snovi) v tleh, kar vpliva na življenje v tleh, mikrobiološko aktivnost tal in ugodno (mrvičasto oz. grudičasto) strukturo, ki omogoča tudi dober zračni in vodni režim v tleh. Organska gnojila so hlevski gnoj, gnojevka, gnojnica, kompost, slama in koruznica ter korenine in strniščne ostanke. Na trgu se dobijo tudi druga organska gnojila-kot so šota, biopost, humovit, hygromull ipd. Glede na vsebnost organske snovi v tleh razdelimo kmetijska tla v različne razrede(Blume, 1992). Za biološko kmetovanje se priporoča za od 3 do 4% organske snovi (Schmid s sodel., 1994).


33

Tabela 7.1: Delitev kmetijskih tal glede na vsebnost organske snovi v % (Blume, 1992) % humusa* v kmetijskih tleh <1 1-2 2-4 4-8 8 - 15

oznaka zelo slabo humozna slabo humozna humozna močno humozna zelo močno humozna

*organska snov = % C×1.72

DOLOČITEV ORGANSKE SNOVI V TLEH

Organsko snov večinoma določamo posredno preko določanja organskega C v tleh. Delež ogljika v organski snovi je relativno konstanten (55-58 % organske snovi). % organske snovi = % C org ·1.724 % org. snovi ·0.579 = %C org (če upoštevamo, 58 % delež C org v organski snovi) Celokupni ogljik v tleh nastopa v mineralni in organski obliki in ga lahko razdelimo v štiri skupine: · · · ·

karbonatne mineralne oblike, predvsem CaCO 3 in MgCO 3 visoko kondenzirani, skoraj elementarni organski ogljik (oglje, grafit, premog) razkrojeni in dokaj obstojni organski ostanki (humus) slabo razkrojeni organski ostanki, ki so še naprej izpostavljeni relativno hitremu razkrajanju v tleh

Celokupni ogljik v tleh predstavljajo vse štiri frakcije, Celokupni organski ogljik pa zadnje tri in je najbolj pogost pri določitvah. Od analitske metode je odvisne katere frakcije ogljika v tleh zajamemo. · · ·

gravimetrična metoda suhi sežig - oksidacija v posebnih pečeh, pri visokih temperaturah, določanje org. snovi preko nastalega CO 2 pri oksidaciji mokri sežig - oksidacija v raztopini močnega oksidacijskega sredstva, lahko ob dodatnem segrevanju, ali spontanem segrevanju zaradi dodatka kislina ali baze (eksotermna reakcija)


34

VAJA: DOLOČITEV ORGANSKE SNOVI V TLEH PO WALKLEY – BLACKU,

Ta metoda temelji na spontani oksidaciji organske snovi v raztopini kromove in žveplove kisline. Za razliko od drugih metod z zunanjim segrevanjem, je oksidacija po tej metodi nepopolna, kar predstavlja prednost te metode, saj ne določamo manj aktivnih organskih snovi. Po tej metodi se elementarni ogljik ne zajame, pač pa le humus in slabše razkrojeni organski ostanki. PRINCIP:

Kalijev bikromat v žvepleno kislem mediju oksidira ogljik iz organskih spojin v tleh in ta izhaja kot CO 2 . 3 C° + 2 K 2 Cr 2 O 7 + 8 H 2 SO 4 = 3CO 2 + 2 Cr 2 (SO 4 ) 3 + 2 K 2 SO 4 + 8 H 2 O C v zemlji v različnih organskih spojinah

Sam bikromat (Cr6+) se pri tem reducira v Cr3+.. Preostalo količino Cr6+ pa titriramo z Mohrovo soljo (feroamonsulfat). Ker se prehod oranžne barve Cr6+ v zeleno barvo Cr3+ ne da natančno določiti, določimo ekvivalentno točko s pomočjo indikatorja difenilamina. Da ne bi deloval Fe3+ iz sistema Fe2+ /Fe3+ REDUKTIVNO na indikator, dodamo H 3 PO 4 in NaF, pri čemer se Fe3+ vežejo z ioni PO43- in F- v močne komplekse in tako preprečijo oksidacijo indikatorja. Pred titracijo je raztopina rjavkaste barve, ki jo povzročajo: oranžni Cr6+, zeleni Cr3+, modrovijolični difenilbenzidin. Med titracijo preide raztopina preko vijoličaste v modro, ki jo povzročajo: zeleni Cr3+ (ves Cr6+ se je reduciral v Cr3+), modrovijolični difenilbenzidin Konec titracije: prva prebitna kapljica Fe2+ reducira modrovijolični difenilbenzidin v brezbarvni reducirani difenilamin in pokaže se preskok v rumeno zeleni Cr3+ . PRIBOR: · tehtnica · ml bučka · erlenmajerica · bireta REAGENTI: · konc. H 2 SO 4 · kalijev dikromat K 2 Cr 2 O 7 · 85 % H 3 PO 4 · NaF · difenilamin indikator (0.5 g indikatorja raztopimo v 20 ml deionizirane vode in dodamo 100 ml conc H 2 SO 4 ) · raztopina Mohorove soli: zatehtamo 196.1 g soli ((NH 4 ) 2 Fe(SO 4 ) 2 x 6H 2 O), dodamo 800 ml H 2 O in 20 ml H 2 SO 4, razredčimo do 1l POSTOPEK:


35

· V 200 ml merilno bučko zatehtamo 0.5 g vzorca. Zatehto prilagodimo glede na približno vsebnost organske snovi (od 0.05 g za humozna tla do 2 g za tla, ki imajo manj kot 1 % humusa). · Prelijemo z 10 ml 1N K 2 Cr 2 O 7 (1N = 49.04g /l) in z bučko rahlo zaokrožimo, da se raztopina in tla dobro premešata. Dodamo 20 ml konc. H 2 SO 4 in narahlo mešamo 1 minuto, da zagotovimo temeljit kontakt reagentov s tlemi. Paziti moramo, da na stenah bučke ne ostanejo delci tal, ki bi bili sicer izključeni iz reakcije. · Počakamo 20 minut, da reakcija poteče do konca. · Bučko dopolnimo do oznake 200 ml z deionizirano vodo. Odpipetiramo delež 20 ml, dodamo 1 ml (10 kapljic) 85% H 3 PO 4 ter 0.2 g NaF (noževa konica). Dodamo še 3 kapljice indikatorja difenilamina in narahlo premešamo. · Suspenzijo titriramo z raztopino 0.5 N fero-amonsulfatom (Mohrova sol). Barva je v začetku rjava, med titracijo preide v motno modro barvo, končno pa je preskok v zeleno. · Standardna oz. slepa proba se pripravita na enak način, le brez tal. IZRAČUN: % org. snovi = 10 (1 - b/a) x F a = ml fero - raztopine porabljene za slep vzorec b = ml fero-raztopine porabljene za preiskovani vzorec

Opomba: 12/4000 je teža C v mekv 77 % je faktor, ki sta ga določila avtorja 1.724 je faktor za izračun org. snovi na osnovi vsebnosti C faktor F glede na zatehto: 0.05 g = 13.4 0.1 g = 6.7 0.2 g = 3.35 0.5 g = 1.34 1g = 0.67 2g = 0.335


36

OGLED INŠTRUMETA VARIO-MAX CN

Inštrument Vario MAX CN (Slike 4, 5, 6) deluje na principu suhega sežiga tal ter omogoča hkratno analizo za dušik in ogljik, zajame pa tako organske kot tudi anorganske oblike. Metoda je določena s standardom ISO 10694: Soil quality- Determination of organic and total carbon after dry combustion; ISO 13878 Soil quality- Determination of total nitrogen content after dry combustion (incineration at 900 C in the CN analyser and defining with the tcd detector). Princip delovanja analizatorja: - Oksidacijska (sežigna) kolona je segreta na primerno delavno temperaturo (900 °C ali 1050 °C – odvisno od modela), avtomatska ročica pobere posodico z vzorcem iz avtosamplerja. - Iz ročice začne v posodico vpihovati He, da izpodrine zrak. - Ko se vzorček spusti v oksidacijsko (sežigno) kolono, se skozi ročico dovaja kisik. Iz strani v oksidacijsko kolono dovajamo tudi He, ki služi kot nosilni plin. Po popolnem sežigu vzorca pridejo iz oksidacijske kolone: H2O, COx, SOx, NOx, halogeni, O2, in He. - Plini gredo nato v post-oksidacijsko kolono, iz katere dobimo H2O, CO2, SO2, NO2, halogeni, O2, in He. Pred redukcijsko kolono imamo sušilno kolono, ki iz plinov odstrani vodo. - Plini gredo nato v redukcijsko kolono, v kateri je volfram, ki reducira pline in veže žveplo. Na koncu redukcijske kolone je srebrna volna, ki veže halogene in tako na izhodu iz redukcijske kolone dobimo CO2, N2 in He. - CO2, se nato veže na adsorpcijski koloni (kolona adsorbira CO2, ko je hladna in sprosti CO2, ko je vroča), N2 in He pa gresta na TCD detektor. - Adsorpcijska kolona se nato segreje, da se sprosti CO2 in gre skupaj z He na detektor.

Slika Analizator vario MAX CN


37

9 SKUPNI DUŠIK V TLEH Dušik v tleh Dušik je zelo razširjen element v naravi. Je v litosferi, hidrosferi in atmosferi, kjer ga je v plinasti obliki kar 79.08 %. Primarni vir dušika v tleh je atmosfera, od koder je prišel v tla z naravnimi procesi fiksacije in odlaganjem. V tleh se nahaja v topni obliki, kot NO3- in NH4+, največjo zalogo pa predstavlja organsko vezan N (97-98%), ki se sprošča v raztopino pri procesu mineralizacije. Trajna zaloga N v tleh je humus. Po ocenah se vsako leto mineralizira 1-2 % humusa, kar pomeni 20-200kg N/ha v enem letu. Transformacije dušika v tleh Fiksacija dušika Velika zaloga dušika, ki je v atmosferi, je inerten plin, ki ga višje oblike rastlin in živali ne morejo vključevati v svoj organizem. Molekula dušika je sestavljena iz dveh dušikovih atomov, povezanih s trojno kovalentno vezjo, kar daje molekuli stabilnost. Pretrganje je možno ob zvišani temperaturi in pritisku. Izkoriščajo jo lahko le nekateri organizmi, ki ob porabi energije v obliki ATP, tvorijo amoniak: N2 + 6e- + 6H+ = 2 NH3. Ločimo prostoživeče in simbiontske fiksatorje. Med prostoživečimi so pomembne predvsem modrozelene alge iz družine Nostocaceae, fotosintetske bakterije iz rodu Rhodospirillum, nekatere aerobne bakterije in anaerobne bakterije iz rodu Clostridium. Omejujoči dejavnik je energija. Ocene kažejo, da ti organizmi fiksirajo letno 20-50 kg N/ha (Stevenson, 1986). Za evropske razmere so te vrednosti manjše in sicer 5-10 kg N/ha (Mengel in Kirkby, 1987). Pomembnejše so simbiontske bakterije, predvsem iz rodu Rhizobium, ki vežejo letno 50-300 kg/ha (Stevenson, 1986). Na količino fiksiranega dušika vplivajo svetloba, toplota, količina vode, pH in nivo dostopnega dušika v tleh. Amonifikacija Pri razgraditvi organske snovi v tleh se sprošča N v obliki NH3 (mineralizacija). Ker je dušik v organski snovi predvsem v amino skupinah in heterocikličnih dušikovih spojinah, poteka predvsem proteoliza in redukcija N do NH3. Pri tem se sprošča energija, ki jo porabljajo heterotrofni organizmi. Stopnja mineralizacije je odvisna od C/N razmerja. Če je razmerje ozko, poteka mineralizacija, pri širokem C/N razmerju pa obraten proces, to je biološka vezava dušika. Nitrifikacija Nitrifikacija je biološka oksidacija amonijske oblike dušika do nitrata. Proces poteka v dveh stopnjah. Najprej se amonijski ion oksidira do nitrita, pri čemer sodelujejo bakterije iz rodu Nitrosomonas, Nitrosolobus in Nitrosospira. Nato pa bakterije iz rodu Nitrobacter oksidirajo nitrit do nitrata. Vse omenjene bakterije so aerobne, zato se v zamočvirjenih in prevlažnih tleh proces ustavi. Optimalna temperatura je 26 °C, ugoden pH pa nevtralen do rahlo kisel. Pri oksidaciji NH3 do NO3- se sproščajo H+ ioni, zaradi česar se pH tal zniža in začne zavirati proces (Mengel in Kirkby, 1987). Denitrifikacija


38

V anaerobnih razmerah se NO3- hitro izgublja iz tal v procesu denitrifikacije. To poteka pod vplivom nekaterih heterotrofnih organizmov, ki uporabljajo NO3- kot vir kisika pri anaerobnem dihanju. Pomembnejši rodovi so Agrobacterium, Bacillus, Pseudomonas in Alcaligenes (Stevenson, 1986). Stopnje pretvorbe NO3- do plinastega stanja so naslednje: NO3-NO 2 -  NO  N 2 O  N2 Ugodne razmere za denitrifikacijo pa so: temperatura tal nad 25 C (pri nižjih temperaturah se proces upočasni, pri 2 °C pa ustavi), nevtralen pH, zadostna količina hitro razgradljive organske snovi v tleh in primerna vlažnost (Stevenson, 1986). Dušik v rastlinah Dušik je zelo pomembno makrohranilo, saj so zahteve rastlin po tem elementu velike. Je sestavni del mnogih pomembnih spojin, kot so amino kisline, proteini, nukleinske kisline, klorofil, encimi, vitamini, hormoni. Rastline ga vsebujejo povprečno 2-4 % v s. s. (Mengel in Kirkby, 1987). Sprejem skozi korenine poteka delno pasivno, delno aktivno (Furlan, 1981) v obliki NH4+ ali NO3- iona. Največ dušika potrebujejo mlada vegetativna tkiva. Pri pomanjkanju dušika se v starejših listih proteini hidrolizirajo in amino kisline se premestijo v mlade organe. Zato se primarna znamenja pomanjkanja pokažejo najprej na starejših listih, ki rumenijo in odpadajo. Ostala znamenja pomanjkanja so še upočasnjena rast, pokončni listi in hiter prehod v generativno fazo. Gnojenje z dušikom Letni odvzem dušika s pridelkom je 100-300 kg/ha (Leskošek, 1988). Odziv rastlin na gnojenje je velik, vendar moramo upoštevati, da je od vseh, za rastline potrebnih hranil, dušik najbolj mobilen in so njegove izgube iz sistema tla-rastlina največje. Izgublja se z izpiranjem, denitrifikacijo in izhlapevanjem. Izpira se predvsem NO3-, v peščenih tleh z majhno sorpcijsko kapaciteto pa tudi NH4+. Izgube so velike še zlasti v krajih, kjer je veliko padavin (Slovenija v zahodnem delu). Pri se ne izpira samo pozimi, ko ni vegetacije in kot je to značilno za večino evropskih držav, ampak tudi med rastno dobo (Leskošek, 1988). Če gre še za plitva peščena tla, je večkrat ogrožena podtalnica. V anaerobnih razmerah in večji talni temperaturi se lahko velik del dušika denitrificira do plinastih oblik, ki se izgubljajo v atmosfero. Pri gnojenju z dušikom moramo čas, vrsto in količino gnojil ter način aplikacije prilagajati konkretnim potrebam rastlin. Pri dušiku velja, da gnojimo rastlinam, vsako leto posebej ali večkrat letno. Pretirano gnojenje z dušikom podaljša vegetativno fazo rastlin, slabše se razvije oporno tkivo (poleganje) in v rastlinah se lahko kopičijo nitrati.


39

DOLOČANJE SKUPNEGA DUŠIKA V TLEH

Skupni dušik v tleh lahko določamo na več načinov: · suha oksidacija (Dumas): Vzorec tal in CuO 2 segrevamo v pretoku CO 2 . Mešanico sproščenih plinov vodimo preko vročega Cu, ki N-okside (NO 2 ) reducira v N 2 in dalje preko CuO 2 (CO se oksidira v CO 2 ). Mešanico N 2 in CO 2 zberemo in v nitrometru (CO 2 se oksidira, N 2 ostane) izmerimo volumen N 2 ter preračunamo na delež v vzorcu. · vlažna oksidacija po Kjeldahlu: Postopek ISO/DIS 11261 VAJA: DOLOČANJE CELOTNEGA DUŠIKA (ISO/DIS 11261); POSTOPEK S TIO 2 KOT KATALIZATORJEM

KJELDAHLOV

PRINCIP: Potek metode lahko razdelimo v tri dele:

Razgraditev organske snovi ob segrevanju talnega vzorca in žveplene kisline. Pri tem se v organskih spojinah vezan dušik reducira v amonijak, ki se veže v amonsulfat. H 2 N-CH 2 -COOH + 3H 2 SO 4  2CO 2 + 3SO 2 + NH 3 + 4H 2 O 2NH 3 + H 2 SO 4 (NH 4 ) 2 SO 4

Destilacija v Kjeldahlovem destilacijskem aparatu Amonsulfat destiliramo ob dodatku natrijevega hidroksida, sprošča se amonijak, ki ga zajamemo v borovo kislino. (NH 4 ) 2 SO 4 + 2NaOH  Na 2 SO 4 + 2NH 4 OH NH 4 OH  NH 3 + H 2 O NH 3 + H 3 BO 3  NH 4 H 2 BO 3 NH 4 ++ H 2 BO 3 -

3. Titracija destilata z raztopino žveplene kisline znane molarnosti. 2NH 4 H 2 BO 3 + H 2 SO 4 2H 3 BO 3 + ( NH 4 ) 2 SO 4 BAZIČNO/ZELENA  NEVTRALNO/SIVA  KISLO/ROŽNATA


40

PRIBOR: · posodice za razklop volumna 50ml, ki ustrezajo stojalu oz. električnemu bloku · ustrezno stojalo za namestitev posodic za razklop · destilacijske bučke · bireta z razdelitvijo skale 0,01ml ali manjšo REAGENTI: · salicilna kislina + žveplova kislina: 25g salicilne kisline raztopimo v 1l H 2 SO 4 · kalijev sulfat - mešanica katalizatorja: 200g kalijevega sulfata, 6g bakrovega sulfata pentahidrata in 6g titanovega dioksida zmeljemo in dobro premešamo · natrijev tiosulfat pentahidrat v prahu presejemo skozi sito odprtin 0,25mm · 10 mol/L NaOH · 20 g/L (H 3 BO 3 ) · indikatorska mešanica: 0,1g bromkrezol zeleno in 0,02g metilrdeče raztopimo v 100ml etanola POSTOPEK: V reakcijsko posodo zatehtamo 1 g zračno suhega in zmletega (manj kot 2 mm) vzorca tal, dodamo 4 ml mešanice salicilne in koncentrirane žveplene kisline ter pustimo stati nekaj ur. Nato dodamo 0,5 g natrijevega tiosulfata (Na 2 S 2 O 3 x 5H 2 O) in previdno segrevamo, ker se vzorec peni. Ko se mešanica preneha peniti reakcijsko posodo odstavimo, ohladimo, dodamo 1,1 g katalizatorja (mešanica 200 g K 2 SO 4 , 6 g CuSO 4 x 5H 2 O in 6 g TiO 2 ) in ponovno segrevamo (običajno segrevamo 2 do 3 ure pri temperaturi 350 do 380 °C; T max segrevanja je 400 °C). Po končanem segrevanju reakcijsko posodo ohladimo, dodamo približno 20 ml vode, premešamo, vsebino kvantitativno prenesemo v destilacijsko bučko in dodamo 20 ml natrijevega hidroksida (c(NaOH) = 10 mol l-1). V 100 ml erlenmajerico damo 10 ml 2 % raztopine borove kisline (H 3 BO 3 ), podstavimo erlenmajerico pod destilacijski aparat tako, da je cev hladinika potopljena v raztopino borove kisline ter destiliramo. Predestiliramo približno 40 ml destilata, odstavimo erlenmajerico, dodamo 5 kapljic indikatorja (mešanica bromkrezol zeleno in metilrdeče ) in titriramo z 0,01 molarno žvepleno kislino (c(H+) = 0,02 mol l-1) do preskoka iz zelene v rožnato barvo. Po enakem postopku naredimo tudi slepi vzorec. IZRAČUN: %N      

V

1

 V0  c H   M N m

100

V 1 - volumen žveplove kisline, ki jo porabimo za titracijo vzorca (l) V 0 - volumen žveplove kisline, ki jo porabimo za titracijo slepega vzorca(l) c(H+) - koncentracija H+ v žveplovi kislini (mol/l) = 0.02 M N - molska masa dušika (g) m - masa zračno suhega vzorca (g)


41

10 NITRATI V TLEH IN VODAH Za dosego želenih pridelkov moramo tlem, v skladu z odvzemom in založenostjo tal s hranili, ta hranila dodajati. Hranila lahko vrnemo v obliki mineralnih (rudninskih) in organskih gnojil. Z gnojenjem pa lahko tudi škodljivo vplivamo na okolje (tla, atmosfera, podtalnica) oziroma na kakovost pridelka. S tega vidika je še posebno problematično gnojenje z dušikom. Da bi se temu izognili, moramo izbrati pravilne oblike, količine in odmerke gnojil ter pravi čas in način aplikacije. Naš cilj je seveda doseganje optimalnih pridelkov s čim manj negativnih vplivov na okolje, za kar je potrebno poznavanje lastnosti tal, klimatskih razmer, potreb rastlin in kmetijskih tehnologij. Nitrati v tleh in podtalnici Pri gnojenju z dušikom upoštevamo priporočene količine in odmerke v skladu s pridelkom, ki ga pričakujemo. Nekatere dodatne analize, kot je naprimer določanje mineralnih oblik dušika v tleh (Nmin metoda, hitri nitratni testi) oziroma določanje nitratov v rastlinah, nam omogočajo, da še zmanjšamo količine dušikovih gnojil. Poleg količine mineralnih oblik dušika moramo poznati tudi ciljno vrednost, to je tisto količino N, ki mora biti v tleh v določenem času razvoja nekega posevka, da zadovolji njegove potrebe do naslednjega dognojevanja z N oziroma do konca rastne dobe (Leskošek in Mihelič, 1998). Količino N, s katero moramo gnojiti oziroma dognojevati, izračunamo tako, da od ciljne vrednosti odštejemo količino mineralnega N. Na ta način lahko tudi zmanjšamo spiranje nitratov v podtalnico. Nitrati v podtalnici in pitni vodi lahko ogrožajo zdravje ljudi. Po pravilniku o neoporečnosti pitne vode iz leta 1987 je mejna vrednost 10 mg NO3-N/l (=44 mg NO3/l). V deželah ES pa je maksimalna priporočena vrednost 50 mg NO3/l. Nitrati v rastlinah Za maksimalni pridelek je potrebna zadostna količina dušika. Pri tem se nahaja v rastlini 0.30.6 % NO3 v s. s. (=0.07-0.135 % NO3-N) (Prins, 1983). Razširjene so tudi metode, s katerimi na podlagi vsebnosti nitratnega dušika v rastlinah ugotovimo, če so tla zadostno preskrbljena z dušikom. Večje vsebnosti NO3-N v rastlinah pa niso zaželene, saj lahko negativno vplivajo na zdravje ljudi in živali. V prebavnem traktu sesalcev se namreč nitratni ion oksidira v nitrit, ki se absorbira v kri in spremeni hemoglobin v methemoglobin, ki zato ne more več prenašati kisika. V svetovni literaturi so navedene različne mejne koncentracije (od 0.5 do 3 % NO3), ki že vplivajo na zmanjšano produkcijo mleka in mesa oz. na bolezenska stanja pri živalih. Vsebnost nitratov v rastlinah je odvisna od sprejema nitratov v rastline, kar je odvisno od gnojenja, in od aktivnosti nitrat reduktaze, ki NO3-N spremeni v NH4-N, ta pa se nadalje vgrajuje v dušikove spojine. Na aktivnost nitrat reduktaze vplivajo številni dejavniki okolja: osvetlitev, temperatura, temperaturne in vlažnostne razmere v tleh, pH tal, in pa vrsta ter starost rastline. Večja jakost osvetlitve zmanjšuje vsebnost NO3-N v rastlini, visoke temperature in optimalne vlažnostne razmere pa povečujejo. Tako se večje vsebnosti pojavljajo predvsem v toplih, a slabše osvetljenih obdobjih, kot so to tople jeseni in poletja z dalj časa trajajočo oblačnostjo (Golob s sod., 1991).

VAJA: DOLOČANJE NITRATOV V TLEH IN VODI


42

Nitrate v vzorcih tal in vod lahko merimo po več metodah. Z ionoselektivnimi elektrodami in s spektrofotometrom merimo nitrate v laboratoriju, za terenske meritve pa uporabljamo hitre teste z reflektometrom. DOLOČANJE NITRATA Z reflektometrom: RQflex (Merck) Princip: Z reflektometrom merimo nitrate s pomočjo testnih lističev. Na njih se po reakciji z nitratom razvije barva, katere intenziteta je odvisna od koncentracije nitrata. Reflektometer izmeri intenziteto barve in iz umeritvene skale (tovarniško nastavljena koda) določi koncentracijo. Za meritev je potrebno pripraviti ekstrakte vzorcev tal. Postopek: Nitrate v vodah določamo direktno, nitrate v tleh pa po ekstrakciji svežih ali posušenih vzorcev tal. Pri vajah bomo vzorec tal ekstrahirali z 0.01 mol/l raztopino CaCl 2 . 10 g suhih tal prelijemo z 100 ml raztopine. Ekstrakcija poteka nekaj minut, v tem času vzorce ročno mešamo. Po končani ekstrakciji vzorce filtriramo in v tako pripravljenih filtratih lahko merimo nitrate. Uporabimo testne lističe za merjenje nitrata v ustreznem območju (od 3 do 90 mg/l). Instrument umerimo s priloženo kodo. Testni listič pomočimo v ekstrakt vzorca, meritev pa instrument opravi avtomatsko. Izračun in komentar: Rezultate za vode že dobimo v pravih enotah mg NO 3 /l (nitratni ion), kar pomeni, da jih lahko direktno primerjamo s pravilnikom in komentiramo.

Rezultate za tla tudi dobimo v mg NO 3 /l, vendar jih moramo pretvoriti v kg N/ha (včasih zasledimo tudi zapis NO 3 -N, kar pomeni nitratni dušik), ker v teh enotah tudi računamo bilanco hranil oziroma potrebe po gnojenju. Primer računanja: Z reflektometrom smo izmerili, da talni ekstrakt vsebuje 10 mg NO 3 /l (10 mg NO 3 /1000 ml). Ker smo ekstrakcijo napravili tako, da smo 10 g tal prelili s 100 ml, pomeni, da 10 g tal vsebuje 1 mg NO 3 . V enem kilogramu (1000g) pa je torej 100 mg NO 3 . Izračunati moramo koliko kg tal vsebuje 1 ha v zgornjih 30 cm. Volumen 1 ha tal v 30 cm je 3000 m3 (10000m2 x 0.3 m). Ker je navidezna gostota tal ( b )v povprečju 1.5 kg/l, pomeni, da 3000 m3 tehta 4.5 x 106 kg oziroma 4500 ton. V preiskovanih tleh je torej 450 kg NO 3 (100 mg/kg x 4,5 .106 kg) oziroma 103.5 kg N/ha (pretvorbeni faktor iz NO 3 v N - kar lahko izračunate iz razmerja molekulskih mas). Dobili smo torej oceno, koliko kg N v obliki nitratnega iona vsebujejo naša tla in to številko lahko odštejemo od priporočenega gnojenja z dušikom oziroma od ciljne vrednosti.


43

11 LAHKO DOSTOPNA FOSFOR IN KALIJ V TLEH Fosfor in kalij spadata med najpomembnejša rastlinska makrohranila, zato je poznavanje njune dinamike v tleh in fiziološki pomen v rastlinah za agronomsko prakso izredno pomemben. Lahko dostopni fosfor in kalij je tisti del celokupne vsebnosti teh dveh elementov, ki se nahaja v talni raztopini ali pa je kot izmenljivi ion adsorbtivno vezan na talnih koloidih in kot tak dostopen za rastline - rastlinam dostopni fosfor in kalij. FOSFOR Fosfor v tleh Vsega fosforja je v tleh do globine 20 cm 600-4500 kg/ha (0,02-0,15 %; povprečno 0.06%). Največji delež fosforja v tleh se nahaja v obliki anorganskih soli (fosfatov) in organskih spojin; ki so rastlinam dostopni šele po procesu preperevanja oziroma mineralizacije. Rastlinam dopostopni fosfor je le v obliki anionov H2PO4-, HPO42- in PO43-, ki jih je v talni raztopini zelo malo (0.00002 - 0.0001%). Fosfati se v tleh močno vežejo na mineralni in organsnski sorptivni del tal zato lahko s fosforjem gnojimo tudi na daljše obdobje (na zalogo). Dostopnost vezanega fosforja rastlinam je odvisna od talnih dejavnikov, v največnji meri od kislosti tal oziroma deleža prostih karbonatov v tleh. V nevtralnih in slabo kislih tleh je relativno dobro dostopen. V močno kislih tleh je težko dostopen, ker se veže s prostimi železovimi in aluminijevemi kationi v netopne fosfate, v alkalnih tleh pa se lahko veže v težje dostopen apatit (heksagonalni kalcijev fosfat). Fosfor v rastlinah Fosfor je element, ki je zastopan v vsaki živi celici, skoncentriran pa je v semenih in rastnih vršičkih. Običajna količina fosforja v suhi snovi rastlin je 0,03-0,70 % in je proporcionalna količini fosforja v talni raztopini. Rastline, ki jim primanjkuje fosforja, zakasnijo v razvoju in nastanejo motnje v tvorbi semen. V rastlinskem soku je koncentracija fosforja stokrat do tisočkrat večja, kot v talni raztopini. Rastline fosfate aktivno sprejemajo (Furlan, 1981), so dobro gibljivi in po rastlini potujejo tja, kjer so potrebni. V rastlinskih celicah je fosfor v spojinah z C,H,O,N in drugimi elementi, ki tvorijo kompleksne organske molekule. Fosfor je esencialen element v celičnem jedru in sodeluje pri celični delitvi. Zelo pomemben je pri tvorbi energetsko bogatih vezi ATP in ADP. Najdemo ga v membranah mitohondrijev in kloroplastov. Gnojenje s fosforjem S fosforjem lahko gnojimo založno na več let. Za optimalne pridelke je nujno gnojenje z anorganskimi fosforjevimi gnojili, ker v gnoju in ostalih organskih gnojilih ni dovolj fosforja, vendar organsko gnojenje povzroči posredno boljšo oskrbo s fosforjem, ker kisline, ki nastajajo ob razkrajanju organske mase, povečujejo količino dostopnega fosforja v talni raztopini (Furlan, 1981).

Tabela 10.1: Založenost tal s fosforjem po AL metodi in meje razredov (Leskošek, 1993) stanje preskrbljenosti tal stopnja mg P 2 O 5 /100g tal


44

A B C D E

<6 6-12 13-25 26-40 40

siromašno srednje preskrbljeno dobro (cilj dosežen) čezmerno ekstremno

KALIJ Kalij v tleh Kalija je v tleh več kot fosforja: 20000 - 50000 kg/ha (povprečno 1.5 %) (Mengel in Kirkby, 1987 ). Največ je vezanega v primarnih mineralih, kjer je strukturni element, zastopan pa je tudi v sekundarnih glinenih mineralih, ki tvorijo glinasto frakcijo tal (< 2 m). Zato je oskrba tal s kalijem iz organske snovi v primerjavi z mineralnim izvorom skoraj zanemarljiva. V naravnih razmerah je glavni vir K za rastline preperevanje mineralov. Med primarnimi minerali so najpomembnejši K-glinenci, ki vsebujejo 4-15 % K. V procesu preperevanja kamnin se delež mineralno vezanega kalija zmanjšuje. Primer je preperevanje sljud: sljude [10% K]  hidratizirane sljude [6-8% K]  ilit [4-6 %K]  vermikulit, montmorilonit[do 2 % K]

V sekundarnih glinenih mineralih je K sorbiran v medplastovnih režah (približno 90 % talnega K je vezanega med sloje glinenih minaralov ilita, vermikulita in montmorilonita), od koder prehaja v talno raztopino. Velika koncentracija H+ in majhna koncentracija K+ pospešujeta ta proces. Ločimo izmenljivi K in neizmenljivi oz. fiksirani K, ki ga ne moremo izmenjati z NH4+, lahko pa se sprosti med rastno dobo. Delež izmenljivega kalija pada z naraščajočo vsebnostjo gline v tleh (Mengel in Kirkby, 1987). Za prehrano rastlin je pomemben kalij v talni raztopini (manj kot 0,01 %) in izmenljiv kalij (1 %). Kalij v rastlinah Za vse žive organizme je K nujno potreben element. Za rastline je eden najpomembnejših kationov. Rastline ga sprejemajo v velikih količinah. V rastlinskem tkivu je povprečno 2.-5. % K v suhi snovi (Furlan, 1981) in sicer v obliki organskih in anorganskih soli. Sprejem poteka delno pasivno, pri majhnih koncentracijah K v talni raztopini pa aktivno. Po rastlini se premešča iz starejših delov v mlada rastlinska tkiva (k metabolično aktivnim listom in merisistematskemu tkivu). Največ ga rastlina porabi v vegetativni fazi razvoja. K vpliva na vodni status v rastlini. V celicah dviga osmotski pritisk, zaradi česar se poveča sprejem in zadrževanje vode, zmanjša pa se transpiracija vode (manjši transpiracijski koeficient) Podobno vpliva tudi na delovanje stomatalnega aparata (Furlan, 1981). Visoke koncentracije kalija v celicah zmanjšujejo možnost poškodovanja tkiva zaradi znižanja točke zmrzovanja. Poleg tega K aktivira delovanje številnih encimov, ki katalizirajo sintezo ali presnovo, in tako posredno vpliva na izgraditev visoko molekularnih spojin. Vpliva tudi na izgraditev celičnih sten. Znamenja pomanjkanja K niso takoj opazna. Najprej se upočasni rast, nato se na robovih listov pokažejo svetlorumene pege, ki odmrejo. Zaradi padca osmotskega pritiska dobijo rastline uvel videz. Listi so majhni in sedijo na poganjku, odmirajo cvetni nastavki. Vse spremembe se najprej pokažejo na starejših delih rastlin (Mengel in Kirkby, 1987, Furlan, 1981).


45

Gnojenje s kalijem Z gnojenjem vračamo v tla s pridelkom odvzete količine K. Letni odvzem je odvisen od rastline in je od 40 do 250 kg/ha (Mengel in Kirkby, 1987). V tleh se kalijeva gnojila najprej raztopijo v talni raztopini, nato pa se K adsorbira na koloidni kompleks. V tej obliki se ne izpira, rastlinam pa je sorazmerno lahko dostopen. V manjših količinah se fiksira v medlamelarne prostore glinenih mineralov - fiksacija kalija, odkoder je težje dostopen rastlinam (Finck, 1982). Pri gnojenju s kalijem moramo zato poznati tudi lastnosti tal. Odmerki kalija so v težjih tleh večji tako pri založnem kot rednem gnojenju. Kadar so tla pregnojena s kalijem, lahko pride do luksuzne porabe kalija, kar pomeni, da rastline sprejemajo več kalija, kot ga je potrebno za maksimalni pridelek, ob tem pa ne sprejemajo dovolj kalcija in magnezija zaradi česar pride do fizioloških bolezni plodov sadnih rastlin ali sušenja pecljevine pri vinski trti in podobno (Leskošek, 1993). Tabela 10.2: Založenost tal s kalijem po AL metodi in meje razredov (Leskošek, 1993) stopnja A B C D E

lahka do srednje težka tla < 10 10-19 20-30 31-40 40

mg K 2 O/100g tal težka tla < 12 12-22 23-33 34-45 45

stanje preskrbljenosti tal siromašno srednje preskrbljeno dobro (cilj dosežen) čezmerno ekstremno

VAJA: DOLOČANJE LAHKO DOSTOPNEGA FOSFORJA IN KALIJA - AL METODA PO EGNER RIEHM- DOMINGU

Določevanje lahko dostopnega P in K izvajamo v dveh delih. V prvem delu ekstrahiramo P in K s pomočjo AL - ekstrakcijske raztopine, ki je po sestavi 0,1mol/L amonlaktat in 0,4mol/L ocetna kislina (pH=3,7). V drugem delu pa v ekstraktu določimo P kolorimetrično, K pa plamensko fotometrično. PRIBOR:  plastenke (200ml)  stresalnik  pribor za filtriranje  50ml bučke  spektrofotometer  plamenski fotometer

REAGENTI: · raztopina amonlaktata · raztopina amonheptamolibdata (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 x 4H 2 O: 50g amonmolibdata topimo pri 80oC v 800ml deionizirane vode, ohladimo in razredčimo z vodo do 1000ml Grčman H, Zupan M.: Praktična pedologija

46

· redukcijsko sredstvo: 1,25g aksorbinske kisline in 350mg SnCl 2 x 2H 2 O topimo v 50ml HCl (c=10 mol/l) in dopolnimo z deionizirano vodo na 100ml. Raztopina mora biti dnevno sveža. · osnovna standardna raztopina 1mg P 2 O 5 /ml: zatehtamo 1,917g KH 2 PO 4 , raztopimo v nekaj ml AL raztopine in razredčimo z deionizirano vodo do 1000ml. Iz osnovne standardne raztopine pripravimo standardne raztopine z odgovarjajočimi koncentracijami (običajno 5, 10, 20, 30 mg P 2 O 5 / 100 g tal) za umeritveno krivuljo. · osnovna standardna raztopina kalija 1 mg K / ml. Iz nje pripravimo standardne raztopine z odgovarjajočimi koncentracijami (običajno 5, 10, 20, 30 µg K / ml) za umeritveno krivuljo. POSTOPEK: V reagenčno plastenko zatehtamo 5g vzorca tal (<2mm), prelijemo s 100ml ekstrakcijske AL raztopine, zapremo in damo na stresalnik za 2 uri. Ekstrakt prefiltriramo skozi filter papir (modri trak). Prvi del filtrata zavržemo, ker je moten. V ekstraktu vsebnost P določamo z razvijanjem modre barve z amonmolibdatom in redukcijskim sredstvom, pri čemer v epruveto odpipetiramo 10 ml ekstrakta vzorca, dodamo 15 ml vode, 1 ml amonmolibdata in 1 ml redukcijskega sredstva ter dobro premešamo. Pri dodatku amon molibdata v kisli raztopini in v prisotnosti klorida nastaja s fosforjem iz ekstrakta reducirani fosfor-molibdatni kompleks modre barve. Približno 10 minut po razvitju modre barve merimo intenzivnost modre barve s spektrofotometrom (pri 580 nm)po umeritvi inštrumenta z umeritveno krivuljo. Standarde pripravimo na enak način kot talne vzorce. Kalij merimo direkno v ekstraktu vzorca s plamenskim fotometrom. Rezultat meritev je podan v µg K / ml ekstrakta, zato ga je potrebno preračunati v mg K 2 O / 100 g tal IZRAČUN: S plamenskim fotometrom smo izmerili, da talni ekstrakt vsebuje 3,2 mg K /L. Ker smo ekstrakcijo napravili tako, da smo 5 g tal prelili s 100 ml ekstrakcijske raztopine, pomeni, da 100 mL raztopine vsebuje 0,32 mg K ter da je v 100 g tal g tal 6,4 mg K. S pomočjo pretvorbenega faktorja med K in K 2 O, ki je 1,2, lahko izračunamo, da tla vsebujejo 7, 68 mg K 2 O/100 g tal, kar zaokrožimo na 7,7 mg K 2 O/ 100 g tal. V skladu z razpredelnico 9.2, taka tla uvrščamo med siromašna tla glede na vsebnost K in jih je potrebno dodatno pognojiti s K, če želimo dosegati optimalne pridelke.


47

12 KATIONSKA IZMENJALNA KAPACITA TAL Kationska izmenjalna kapaciteta tal je sposobnost tal, da izmenljivo veže katione. Kationi se v tleh adsorpcijsko vežejo na negativno nabito površino koloidnih talnih delcev. Najpomembnejši nosilci sorpcije v tleh so glineni minerali, humus, železovi in aluminijevi oksidi in hidrokside ter amorfni silicijevi geli. Glineni minerali so dominantna skupina v večini tal. Uvrščamo jih med listaste silikate (filosilikate). Njihova kristalna struktura je plastovita, sestavljena iz silicijevih oksidov (tetraedrov) in aluminijevih hidroksidov (oktaedrov). Vsaka plast je sestavljena iz dveh ali treh slojev, ki so tesno povezani z vezmi med kisikovimi ter silicijevimi in aluminijevimi atomi. Glavni predstavniki glinenih mineralov so kaolinit (dvoplastni mineral tipa 1:1, ki ne nabreka), smektit in montmorillonit (dvoplastni minerali tipa 2:1 z vmesnimi plastmi molekul vode in kationov, nabrekajo), vermikulit (dvoplastni mineral tipa 2:1 z vmesnimi plastmi molekul vode in Mg kationov, nabreka), klorit (dvoplastni mineral tipa 2:1 z vmesnimi plastmi oksidov, ki minimalno nabreka) in illit (dvoplastni mineral tipa 2:1 z vmesnimi plastmi K kationov, minimalno nabreka). Naboj glinenih mineralov je posledica izomorfnih zamenjav ionov v kristalni rešetki (Al3+ zamenja Si 4+ v tetraedru; Mg2+ zamenja AL3+ v oktaedru in je stalen (permanenten), Prevladuje negativni naboj, ki privlači katione. Amorfni silicijevi geli večinoma vsebujejo močno vezane silicijeve, aluminijeve in kisikove atome, ki pa ne kažejo urejenih, kristalnih slojev. Kažejo velik pozitivni in negativni naboj in veliko kapaciteto zadrževanja vode. Čeprav so v mokrem stanju plastični, kažejo le majhno stopnjo lepljivosti. Dve osnovni glini tega tipa, alofan in imogolit, ponavadi izvirata iz vulkanskega pepela in sta značilna za andisole (vulkanska tla). Alofan in imogolit sta znana tudi po zelo veliki kapaciteti za adsorpcijo fosfatov in drugih anionov, še posebej v kislih pogojih. Železove in aluminijeve oksidi in hidroksidi najdemo v večini tal. Najpomembnejši predstavniki so minerali gibbsite (gibsit) Al(OH) 3, ki prevladuje v zelo preperelih tleh v vroči in vlažni klimi; goethite (getit) FeOOH in ferihidrit Fe 2 O 3 xnH 2 O v zmernih podnebjih; hematite (hematit) Fe 2 O 3 v suhih in toplih razmerah. Nekristalni oksidi lahko pojavljajo kot amorfna prevleka na delcih tal. Oksidni koloidi kažejo relativno majhno plastičnost in lepljivost. Njihov neto naboj variira od rahlo negativnega do zmerno pozitivnega. Neto naboj (pozitivni ali negativni) izvira iz bodisi odstranjenega ali dodanega vodikovega iona na oksido – hidroksilne skupine (deprotonacija oz. protonacija). Kovalentna vez na kisikove ali hidroksilne skupine omogoča močno specifično vezavo nekaterih anionov, kot sta fosfat ali arzenat. Humus ima veliko količino tako negativnega kot pozitivnega naboja na enoto mase, vendar je neto naboj vedno negativen in variira glede na pH tal. Najpomembnejši nosilci naboja so tri glavne funkcionalne skupine: alkoholna, fenolna in karboksilna. Humus ima tudi zelo visoko kapaciteto adsorpcije vode. Z razliko od glinenih mineralov ne kaže plastičnosti ali lepljivosti. V tleh pozitivni in negativni naboji na površini koloida privlačijo in zadržujejo množico kationov in anionov. Pozitivni kationi se zadržujejo na negativno nabitih površinah talnih koloidov in obratno. Isti koloid lahko privlači tako anione kot katione, če vsebuje pozitivno in negativno nabita mesta.


48

V tleh zmernih podnebij prevladuje negativno nabita površina in so zato anioni adsorbirani v veliko manjših količinah kot kationi. V tropih, kjer so tla bolj preperela in kisla, pa je ravno obratno: na koloidu najdemo obilico pozitivnega naboja, kar pomeni da poteka bolj izrazita adsorpcija anionov. Vezava ionov na površino je lahko šibka ali močna. Pri šibki vezavi gre za elektrostatični privlak z vmesnimi dipolnimi molekulami vode (primer vezave Ca 2+, Mg 2+ , angleški izraz outer-sphere complex), pri močni vezavi pa za elektrostatični privlak brez vmesnih molekul vode oziroma za specifične vezave posameznih ionov z atomi kristalne rešetke (primer K+, Cu 2+, H 2 PO 4 -, ang. izraz inner-sphere complex). Za adsorpcijsko vezavo ionov na koloidne delce veljajo naslednji principi: - Reverzibilnost: ioni, ki so adsorptivno vezani se lahko sprostijo v talno raztopino. - Ekvivalenca naboja: Izmenjava poteče po principu naboj za naboj. Za zamenjavo enega Na+ iona je potreben en H+ ion, za zamenjavo enega Ca2+ iona pa sta potrebna dva H+ iona. - Zakon razmerij: pri doseženem ravnotežju, razmerje posameznih ionov na koloidu enako razmerju teh ionov v talni raztopini. - Komplementarni kationi: na verjetnost, da bo dani adsorbirani kation izmenjan iz koloida, močno vpliva moč vezave sosednjega kationa vezanega na površino koloida (komplementarni kation). Na vezavo anionov vplivajo tudi kationi in obratno. Kationi in anioni, ki so v raztopini se namreč lahko medsebojno povezujejo in spremenijo ravnotežje. Nekateri kationi so močneje vezani na koloid kot drugi in zato je zanje manj verjetno, da bodo izmenjani, kar imenujemo kationska selektivnost. Na splošno velja, da večji ko je naboj in manjši hidratirani radij kationa, bolj močno se bo adsorbiral na koloid. Red moči adsorpcije najpogostejših kationov je naslednji: Al 3+ > Ca 2+ > Mg 2+ > K + = NH 4+ > Na +. Kationsko in anionsko izmenjano kapaciteto tal merimo z izmenjalnimi ekstrakcijami, pri čemer uporabimo izbrane raztopine soli. Kationi oziroma anioni, ki so v ekstrakcijski raztopini v disociirani obliki izmenjajo katione oziroma anione iz koloidne površine. Sledi meritev izmenjanih kationov v ekstrakcijski raztopini ali nadaljna ekstrakcija z drugo raztopino soli in meritev kationov oziroma anionov prve ekstrakcijske raztopine. V našem primeru bomo izvedli ekstrakcijo z raztopino amonacetata in meritev izmenjanih bazičnih kationov v raztopini. Prevladujoči bazični kationi v tleh so Ca2+, Mg2+, K+ in Na+ zato zadošča, da izmerimo le te. V tleh zmernih podnebij so največkrat zastopani v napisanem vrstnem redu. Njihovo skupno vsebnost podajamo kot S vrednost v mmolc/100 g tal. V tleh je največ Ca2+. Izjema so tla nastala iz serpentina in stara, kisla tla, kjer zaradi kislih razmer razpadajo glineni minerali in se sprošča Mg2+. V takih tleh je več Mg2+ kot Ca2+ ionov. K+ je največkrat tretji najbolj pogost bazični kation. Njegova vsebnost v tleh je odvisna od matične podlage, pa tudi od kmetijske dejavnosti (gnojenje). Vsebnost Na+ iona je v večini primerov zelo majhna. V vlažnih klimatskih razmerah ga najdemo v sledovih. Večje količine Na+ vsebujejo slana tla. Poleg bazično delujočih kationov so v tleh tudi kislo delujoči, med katerimi je seveda najpomembnejši H+; h kislim kationom pa priševamo tudi nekatere druge katione, ki lahko povzročajo nastanek vodikovih protonov, naprimer Al3+ ion.


49

Kisle katione oziroma izmenljivo kislost tal, ki jo izražamo kot H vrednost v mmolc/100g tal, ponavadi določamo z ločenim postopkom. Pomembno je, da z izbrano metodo zajamemo vse potencialne vire kislih kationov, kot so: 1. Hidroliza trivalentnih Al3+ ionov. Ta proces je pomemben v tleh s pH < 5.5 Al3+ + 3 H 2 O  Al(OH) 3 + 3 H+ 2. Hidroliza delno že hidroliziranih Alx(OH)3x-y skupin. Ta proces je pomemben v tleh s pH > 5.5 Al(OH) 2 + + 2H 2 O  Al(OH) 3 + 2H+ Al(OH) 2 + + H 2 O  Al(OH) 3 + H+ 3. Disociacija šibkih organskih kislin, ki so sestavni del organske snovi v tleh. V tleh s pH > 5.5 R-COOH + H 2 O  R-COO- + H 3 O+ 4. Izmenjava adsorbiranega H+ iona. Ta proces je pomemben v tleh s pH < 4.0

Pri določevanju izmenljive kislosti tal torej poskušamo doseči čim bolj popolno izmenjavo adsorbiranega H+, hidrolizo aktivnih oblik aluminija in disociacijo H+ iz funkcionalnih skupin organske snovi in s površine mineralnih koloidov (Fe, Al oksidi in hidroksidi, Si- gel, robovi glinenih mineralov). Obstajajo različne metode (različne ekstrakcijske raztopine s pH med 7 in 8.3) s katerimi dosežemo različno stopnjo izmenjave H+ ionov. Z nobeno metodo ne dobimo absolutnega rezultata, vse izmenjalne ekstrakcije dajejo rezultat nekega ravnotežnega stanja. Zato je pomembno, da izberemo najprimernejšo metodo (čim bolj popolna izmenjava), ki je standardizirana, kar pomeni, da so točno določeni pogoji reakcije (temperatura, pH...), kar omogoča ponovljivost in primerljivost rezultatov. Vsota izmenljive kislosti in izmenljivih bazičnih kationov predstavlja kationsko izmenjalno kapaciteto tal, ki jo izrazimo kot T vrednost z enoto mmol c /100g tal. VAJA: DOLOČANJE IZMENLJIVIH BAZIČNIH KATIONOV Z AMONACETATNO EKSTRAKCIJO Analitski postopek je sestavljen iz dveh delov: ekstrakcija izmenljivih kationov iz tal, pri čemer kationi iz ekstrakcijske raztopine izmenjajo katione, ki so adsorbirani na sorptivnem delu tal, ki zato prehajajo v talno raztopino. Rezultat ekstrakcije je novo ravnotežno stanje; količinsko določanje posameznih kationov v raztopini po ekstrakciji. Razširjena je metoda z amonacetatom, pri kateri NH 4 + ioni izmenjajo katione s sorptivnega dela tal. PRIBOR:  stekleničke za stresanje  stresalnik  pribor za filtriranje  plamenski emisijski spektrofotometer  atomski absorbcijski spektrofotometer REAGENTI:


50

  

1mol/L CH 3 COONH 4 , pH=7 raztopina SrCl 2 standardne raztopine Ca, Mg, K in Na (1000g/ml).

POSTOPEK: Zatehtamo 10g tal in jih prelijemo s 100ml 1M CH 3 COONH 4 . Suspenzijo pustimo stati preko noči in naslednji dan stresamo 1 uro na stresalniku. Filtriramo in v filtratu določimo katione. Na in K merimo na plamenskem emisijskem spektrometru. S standardnimi raztopnami Na in K pripravimo umeritveno krivuljo. Ca in Mg merimo na atomskem absorbcijskem spektrofotometru. V 25 ml bučko odpipetiramo 1 ml filtrata, dodamo 1 ml SrCl 2 (da preprečimo anionske interference) in razreedčimo do oznake. Iz založnih raztopin si pripravimo standardne raztopine v območju meritve vzorca in umerimo instrument (umeritvena krivulja) ter pomerimo vzorec. VAJA: DOLOČEVANJE IZMENLJIVE KISLOSTI V TLEH PO MELICHOVI METODI Izmenljivo kislost v tleh določamo po Melichovi metodi, modificirani po Peechu s sod. (1962). Ta metoda temelji na izmenjavi adsorbiranih H+ ionov z ekstrakcijsko raztopino sestavljeno iz BaCl 2 in N(CH 2 -CH 2 -OH) 3 (trietanolamina) pri pH je 8.0. Ekstrakcijska raztopina vsebuje veliko koncentracijo Ba2+ ionov, ki izmenjajo adsorbirane H+ in Al3+ ione, pospešujejo pa tudi hidrolizo Al3+ ionov in že delno hidroliziranih Al x (OH) 3x-y skupin, ter disociacijo kislinskih skupin na površini organskih snovi in mineralnih koloidov. PRIBOR:  tehtnica  stresalnik  plastenke  pribor za filtriranje  erlenmajerice  bireta REAGENTI:  ekstrakcijska raztopina 0.5mol/L BaCl 2 + 0.055 mol/L N(CH 2 CH 2 OH) 3 . pH = 8.0  0.02  mešani indikator: bromkrezol in metilrdeče  0.1 mol/L Hcl za titracijo

POSTOPEK: Zatehtamo 10 g tal (zračno suhih in presejanih skozi 2 mm sito) in jih prelijemo s 100 ml ekstrakcijske raztopine. Premešamo in pustimo stati preko noči. Naslednji dan stresamo 1 uro, filtriramo in odpipetiramo 20 ml v erlenmajerico. Dodamo dve kapljici indikatorja in titriramo z 0.1 mol/L HCl do rahlo vijoličaste barve. (preskok pri pH = 5). Titriramo tudi samo ekstrakcijsko raztopino (prazen vzorec) pri istih pogojih. IZRAČUN: H (mmol c /100g tal) = 10 (b - s) c 5 Grčman H, Zupan M.: Praktična pedologija

51

b = poraba kisline za prazen vzorec s = poraba kisline za talni izvleček c = koncentracija kisline IZRAČUN KATIONSKE IZMENJALNE KAPACITETE IN DRUGIH VREDNOSTI: Kationska izmenjevalna kapaciteta (CEC) T (mmol c /100g tal) = [H+] + [Ca2+] + [Mg2+]+ [K+] + [Na+] Vsota bazičnih kationov S(mmol c /100g tal) = [Ca2+] + [Mg2+]+ [K+] + [Na+] Delež bazičnih kationov V (%)= (S/T) x 100 Tla, ki imajo V vrednost maj kot50 % so distrična (kisla). Tla, ki imajo V vrednost več kot 50 % so evtrična (nevtralna) Deleži posameznih kationov % H+ = ([H+]/T)100 % Ca2+ = ([Ca2+]/T)100 % Mg2+= ([Mg2+]/T)100 % K+= ([K+]/T)100 % Na+= ([Na+]/T)100


52

UPORABLJENA IN PRIPOROČENA LITERATURA Ćirić M.: Pedologija, Svijetlost, Sarajevo, 1984 Blume, H. P. 1992. Handbuch des Bodenschutzes: Bodenökologie und belastung Vorbeugende und abwehrende Schutzmaßnahmen, Ecomed verlagsgesellschaft mbh, 794 s. Brady N.C., Weil R.R. 2002. The Nature and Properties of Soils. 13th edition. New Jersy, Upper Saddle River: 46 str. Donahue R.L.: An Introduction to Soils and Plant Growth, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, 1977 ) FitzPatric E.A.: Soil Science, Oliver & Boyd, Edinburgh, 1978 Jazbec, R., Prus, T., Zupan, M.,Hodnik, A.,Vidic, N., Udir, V., Požeg-Novak, T., Potočnik, F., Zupan, A. 1991. Raziskujmo življenje v tleh, Zavod Republike Slovenije za šolstvo in šport, 172 s. Leskošek, M. 1988. Gnojila in gnojenje, Kmečki glas-Knjižnica za pospeševanje kmetijstva, 164. str Leskošek, M. 1993. Gnojenje, Kmečki glas-Knjižnica za pospeševanje kmetijstva, 197 s. Leskošek, M., Lobnik, F. 1987. Uporaba gnojevke.- Sodobno kmetijstvo, 2, 65 -82. Ljubljana, 1990 Mengel, K., Kirkby, E. A. 1987. Principles of Plant Nutrition, International Potash Institute, 686. s. MERCK RQ-FLEX: Postopki vzorčenja in meritev Miller, R. W. 1990. Soils - An introduction to soil and plant growth, Prentice-Hall International, Inc, 768 s. Page, A.L., ed., 1982, Methods in Soil Analyses, Part 2: Chemical and Microbiological Properties, No. 9. American Society of America, Madison, Wisconsin, 1190 strani. Rowel, D. L. 1994. Soil Science: Methods and Application, Longman Scientific & Technical, 350 s. Scheffer, Schachtschabel: Lehrbuch der Bodenkunde, Ferdinand Enke Verlag, Stuttgart,1979 Schmid, O., Strasser, F., Gilomen, R., Meili, E., Wollesen, J. 1994. Agricoltura Biologica Manuali pratici di Eco-Agricoltura, Edagricole, 391 s. Schroeder D.: Soils, International Potash Institute, Bern, 1984 Singer, M.J. and Janitzky, P., eds., 1986, Field and Laboratory Procedures Used in a Soil Chronosequence Study. U.S. Geological Survey Bulletin 1648 strani. Škorič A.: Postanak, razvoj i sistematika tla. Sveučilište v Zagrebu, Zagreb 1986 Soil Survey Laboratory Staff, 1992, Soil Survey Laboratory Methods Manual. U.S. State Dep. of Agriculture, Soil Conservation Service, National Soil Survey Center, 400 strani. Stritar A.: Krajina, krajinski sistemi. Raba in varstvo tal v Sloveniji. Stritar A.: Pedologija, Partizanska knjiga, Ljubjana, 1984 Sušin J.: Kmetijski tehniški slovar - Nauk o tleh, Ljubljana, 1983


Praktična pedologija

Recommend Documents