Application of sorption tests to estimate selected properties of alluvial soils in Żuławy Elbląskie

The specific surface area and hence the sorption or desorption moisture at constant water vapour pressure will increase with increasing content of humus and clay fraction in soils. Adopting such an assumption, preliminary experimental studies were performed to assess the possibility of using sorption/desorption tests to determine some features of alluvial soils from Żuławy such as cation exchange capacity CEC and the specific external surface area S_e. Results of the sorption tests were compared with the analyses of the same soil properties determined with standard methods to evaluate the usefulness of the former. Preliminary studies showed a high similarity in the determination of CEC and S_e with both methods. Confirmed usefulness of sorption/desorption methods for determination of the specific surface area of mineral soil particles and particularly for analyses of cation exchange capacity would bring a significant simplification of studies and a possibility of their dissemination due to the ease of such analyses. Determination of the specific surface area with the sorption and desorption method does not require sophisticated equipment and laborious and costly preliminary procedures. Dissemination of this method and recognition it as a reference one would, however, need further studies on various soil types.

Celem podjętych badań była próba określenia związków korelacyjnych pomiędzy pojemnością wymiany kationowej (CEC) a wilgotnością desorpcyjną - WD(0,5) wybranych gleb na obszarze Żuław Elbląskich. Badania przeprowadzono na madach: bardzo ciężkiej i średniej o zawartości od 6,9 do 14,5% materii organicznej. Badane gleby były położone na kompleksie zbożowo-pastewnym mocnym. Ponadto w pracy przedstawiono wyniki badań pomiaru zewnętrznej powierzchni właściwej mineralnej części fazy stałej gleby na podstawie wilgotności sorpcyjnej WS(0,5) i pojemności sorpcyjnej błękitu metylenowego - MBC. Pojemność wymiany kationowej oznaczono metodą standardową zgodnie z metodyką opisaną szczegółowo w PN-ISO 13536/2002. Wilgotność desorpcyjną gleb oznaczono po zakończeniu procesu ich desorpcji w warunkach względnej prężności pary wodnej p:p_o = 0,5 w temperaturze 283 K. Analiza statystyczna wartości pojemności wymiany kationowej i gleb oraz ich wilgotności desorpcyjnych wykazała istnienie funkcyjnej zależności: CEC = 0,0061WD(0,5) - 0,0248. Wartość współczynnika determinacji funkcji R² = 90,8%. Oznacza to, że wilgotność sorpcyjna może być parametrem do oszacowania wartości pojemności wymiany kationowej. Do uogólnienia i aplikacji tej zależności wymagana jest większa liczba oznaczeń. Zewnętrzną powierzchnię właściwą mineralnej części fazy stałej gleb wykonano na materiale uprzednio prażonym w temperaturze 873 K. Zabieg taki zapewnia utlenienie materii organicznej oraz nieodwracalną kontrakcję sieci krystalicznej co oznacza, że wszelkie zjawiska powierzchniowe mogą zachodzić jedynie na powierzchni zewnętrznej. Zewnętrzną powierzchnię właściwą oznaczono na podstawie pojemności sorpcyjnej błękitu metylenowego wg PN-88/BB-04481 i porównano ją z wartościami obliczonymi na podstawie wilgotności sorpcyjnej w warunkach względnej prężności pary p:p_o = 0,5. Na podstawie analizy statystycznej wartości zewnętrznych powierzchni właściwych obliczonych na podstawie wilgotności sorpcyjnej - WD(0,5) i pojemności sorpcyjnej błękitu metylenowego - MBC stwierdzono, że istnieje zależność funkcyjna: Se_(MBC) = 0,987S_e(WS(0,95)) - 0,12. Wartość współczynnika determinacji funkcji R² = 92,6%. Zależność funkcyjna wskazuje, że wartości powierzchni właściwych, oznaczone obydwiema metodami, są porównywalne. Wykorzystane w pracach eksperymentalnych właściwości sorpcyjne i desorpcyjne gleb są łatwe do oznaczanie w każdym gleboznawczym lub gruntoznawczym laboratorium. Uzyskane wyniki umożliwiają oszacowanie pojemności wymiany kationowej oraz obliczenie zewnętrznej powierzchni właściwej. Zasadniczą zaletą jest łatwość wykonania oznaczenia i brak konieczności stosowania specjalistycznej aparatury, a wadą - czasochłonność, bowiem czas desorpcji/sorpcji może trwać do 2 tygodni.