Uvod u labaratorijske analize vježbe za studente

Maksimir 27.3. i 3.4.2014.

Tlo je najvažnija i najsloženija sastavnica kopnenog ekosustava i u neprekidnoj je

interakciji sa svim njegovim sastavnicama ili nišama. Istraživanje takvog složenog i

dinamičnog sustava podrazumijeva valjanu pripremu, koja se sastoji u slijedećem:

- prikupljanje i proučavanje informacija o najnovijim znanstvenim spoznajama,

tematski povezanim s ciljevima istraživanja;

- prikupljanje i proučavanje informacija o lokalitetu ili području na komu se treba

provesti istraživanje

- izrada strategije ili plana uzorkovanja tla

Za razumijevanje i objektivnu interpretaciju rezultata terenskih opažanja i mjerenja te

laboratorijskih mjerenja koja se provode na uzorcima tla neophodno je:

- opisati područje ili lokaciju istraživanja, osobito čimbenike postanka i razvoja tla

(klima, reljef, matični supstrata i vegetacija) Nadalje neophodno je prikazati:

- morfološka svojstva tla (obično na profilu tla)

- način uzorkovanja tla

- način pripreme uzoraka tla za analize i njihove pohrane

- laboratorijske analitičke postupke i interpretaciju rezultata

Istraživanje tla obuhvaća opažanja i mjerenja pokazatelja njegovih ekto- i

endomorfoloških, zatim bioloških, fizičkih i kemijskih svojstava. Morfološka svojstva

najvećim dijelom opažaju se i mjere na samom području ili lokalitetu istraživanja, a biološka,

te osobito fizička i kemijska svojstva pretežno na uzorcima tla u laboratoriju. Na uzorcima, na

samom terenu ili u laboratoriju provode se i mjerenja parametara tla u okviru kontrole

njegove plodnosti u biljnoj proizvodnji ili pak u okviru ekološkog motrenja. Uzorkovanju tla

prethodi planiranje uzorkovanja. Ono je prethodnica, preliminarni dio sveukupnog projekta;

ključni je dio istraživanja, motrenja ili kontrole plodnosti tla, o komu ovisi visina troškova te

pouzdanost konačnih rezultata. Uzorak mora biti reprezentativan, tj. mora predstavljati

čitavu populaciju, odnosno određeni segment tla (to može biti npr. tlo iskazano dubinom i

površinom zemljišta, nadalje horizont tla nekog zemljišta ili na nekom konkretnom profilu tla

lokaciji, profil tla koji reprezentira tlo na nekom području itd.). Plan uzorkovanja ovisi o

njegovu cilju i namjeni te o specifičnostima područja ili lokaliteta istraživanja. S obzirom na

ciljeve općenito se može govoriti o više vrsta uzorkovanja:

1. uzorkovanje za kontrolu plodnosti tla i praćenje kvalitete tla, osobito u poljodjelstvu;

2. uzorkovanje radi kartiranja tla, odnosno njegovih svojstava;

3. uzorkovanje tla i drugog materijala u slučaju onečišćenja ili općenito oštećenja tla;

4. uzorkovanje tla u okviru specifičnih istraživanja kopnenih ekosustava

Izradi plana uzorkovanja prethodi uredska i terenska priprema. Uredska priprema

uključena je u preliminarna istraživanja, koja se temelje na obradi postojeće dokumentacije o

lokaciji - elaboratima, studijama, znanstvenim radovima i sl. Ona ujedno uključuje pripremu

za rekognosciranje terena, kojemu je cilj prikupljanje svih informacija koje mogu smanjiti

troškove uzorkovanja i analiza te općenito podići kvalitetu istraživanja. Na njemu se provode

opažanja, mjerenja i pribilješke (skiciranje parcela, topografskih, vegetacijskih, hidroloških,

litoloških, infrastrukturnih i dr. specifičnosti) koje služe za izradu plana uzorkovanja. Pri

rekognosciranju terena moguće je izvršiti i preliminarno uzorkovanje tla, koje je neki puta

vrlo korisno, npr. za uvid u vrstu kontaminanta i odabir odgovarajuće ambalaže i tretmana

uzoraka. Preliminarno uzorkovanje je neki puta neophodno radi uvida u varijabilnost

svojstava tla koja analiziramo, a što je bitno za određivanje statističkih obilježja uzoraka i

vrste uzoraka.

Plan uzorkovanja u sebi uključuje prikaz:

- vrste uzorkovanja

- vrste uzoraka

- opreme i pribora za uzorkovanje, pripremu i pohranu uzoraka

- broja i prostornog rasporeda uzoraka tla (plan uzorkovanja u užem smislu)

Vrste uzorkovanja tla

Prema skupinama fiziografskih parametara razlikuju se slijedeće vrste uzorkovanja:

a) uzorkovanje tla za mjerenje i opis morfoloških parametara

Ova vrsta uzorkovanja obuhvaća uzimanje monolita tla na pedološkim profilima, te

mikromonolita iz pojedinih horizonata na profilu tla ili iz pojedinih dubina tla. Monoliti i

mikromonoliti služe za morfološka mjerenja i opažanja u laboratoriju, a mogu se preparirati

(mogu se prirediti i mikroskopski predlošci za mikromorfološka istraživanja) ili pohraniti

nepreparirani. Nadalje, karakter uzorka imaju također i endomorfološka mjerenja i opažanja

na samom terenu. Endomorfološki parametri tla prikupljaju se u pravilu na profilima tla, a u

nekom slučajevima na monolitima, mikromonolitima i mikroskopskim preparatima.

b) uzorkovanje tla za mjerenje kemijskih i mineraloških parametara

Mjerenja kemijskih parametara tla provodi se radi određivanja štetnih tvari u tlu, radi

određivanja pogodnosti tla za određenu namjenu, radi određivanja hranjivosti tla, radi

istraživanja ranjivosti tla, radi praćenja promjena kemizma tla itd. Mineraloški parametri

govore o vrstama i udjelu određenih minerala u tlu.

Tlo se uzorkuje iz pojedinih horizonata ili sa fiksnih dubina, pojedinačno ili kompozitno, u

pravilu u fizički izmjenjenom stanju.

c) uzorkovanje tla za mjerenje i opis fizičkih parametara

Mnogi fizički parametri tla mogu se mjeriti samo na terenu (in situ). Razlog tomu je

nemogućnost uzorkovanja odgovarajućeg dovoljno velikog uzorka fizički neizmjenjenog

stanja tla, skeletnost tla, prožetost tla korijenjem i sl. Uvjet za mjerenje fizičkih parametara u

laboratoriju je fizički neizmijenjeno stanje tla. Za takvo uzorkovanje potrebna je specijalna

oprema, a najčešće se radi o različitim sondama i sustavima za uzorkovanje tla cilindrima.

Za mjerenje nekih fizičkih parametara, kao što su granulometrijski sastav, plastičnost,

ljepljivost i sl. koriste se uzorci fizički izmjenjenog stanja tla.

d) uzorkovanje tla za mjerenje i opis bioloških parametara tla

Neki biološki parametri mjere se i prate in situ, a za mjerenje u laboratoriju bitno je da se

uzorci što prije dostave u laboratorij, u hidrotermičkim uvjetima što sličnijim onima kakvi su

bili na mjestu uzorkovanja.

Najvažniji kriteriji kvalitete uzorka tla je njegova reprezentativnost i dovoljna

količina tla u fizičkom uzorku. Uzorak mora biti reprezentant određenog, ciljanog dijela tla,

za određenu, ciljanu površinu zemljišta. On može biti reprezentant horizonta tla za neku

lokaciju, površinu zemljišta ili neko stanište, odnosno nekog sloja tla na određenoj površini,

parceli ili dijelu parcele. Fizički uzorak tla mora biti dovoljno velik, sukladno potrebama

mjerenja pojedinih parametara. Pri tomu se mora voditi računa o gubitku dijela uzorka

tijekom pripreme za analize. Optimalna količina uzorka ~trostruko je veća od one koja se

planira utrošiti na analize; jedna trećina uzorka potrebna je za eventualno ponavljanje ili

kontrolu analiza, a jedna trećina uzorka se pohranjuje u arhivi uzoraka. Dakako da je pri

samom uzorkovanju vrlo teško procijeniti optimalnu količinu prirodno vlažnog tla, zajedno sa

skeletom i ostacima korijenja. Obično se uzima toliko tla da ima 1,5-2 kg prirodno vlažne

sitnice. Uzorci moraju biti označeni jasno i prema jedinstvenom načelu. Oznake trebaju biti

jednostavne i kratke (da se izbjegnu pogreške), a obično se stavljaju na naljepnicu na

ambalaži ili se kartica s oznakom stavlja unutar ambalaže, pazeći pri tomu da se ista ne ošteti

ili da ne onečisti uzorak.

Plan uzoraka uključuje broj i distribuciju uzoraka tla sondiranjem, dubinu i način sondiranja,

vrstu uzoraka te distribuciju i vrste pedoloških profila. Profili tla otvaraju se kada je potrebno

izmjeriti veći broj parametara tla koji se nemogu izmjeriti na uzorcima dobivenim svrdlima ili

sondama. Otvaraju se redovito prilikom kartiranja tla, kod pedogenetskih istraživanja te kod

mnogih drugih istraživanja (na početku motrenja tla, hidropedološka istraživanja itd.).

Vrste uzoraka

Dvije su osnovne vrste uzoraka tla u istraživanju značajki tla i zemljišta: a) uzorci fizički neizmjenjenog stanja tla

Ovi uzorci tla uzimaju se tako da se ne poremeti njegova prirodna struktura. Za ovaj

postupak koriste se različiti cilindri poznatog volumena (slika 1) i kalupi a uzorci se koriste za

fizikalne analize tla, za morfološka istraživanja (monoliti), te za mikrobiološka istraživanja.

Slika 1. Kopeckyjevi cilindri za uzimanje uzoraka neizmjenjenog stanja tla.

b) uzorci fizički izmjenjenog stanja tla

Radi se o uzorcima u rastresitom stanju, bez obzira na vlažnost tla i dubinu

uzorkovanja, a koji se prikupljaju nožem, žlicom, štihačom/lopatom, sondom itd. Ovi uzorci

služe prvenstveno za različite kemijske analize tla, a u znatno manjoj mjeri za mjerenja nekih

fizikalnih parametara te za neka mikrobiološka i morfološka istraživanja.

Broj i prostorni raspored uzoraka tla (plan uzorkovanja u užem smislu)

Odabir, pozicioniranje i priprema točaka uzorkovanja tla ovisi o:

- cilju istraživanja ili mjerenja parametara tla

- dostupnosti preliminarnih informacija

- trenutnih uvjeta na terenu

Većina prirodnih svojstava tla varira kontinuirano u prostoru, tako da se vrijednosti nekog

parametra sa dvije lokacije u pravilu sve više razlikuju povećanjem udaljenosti između tih

lokacija. Ova pojava prepoznaje se kao prostorna ovisnost i njene implikacije za uzorkovanje

pokrivaju metode geostatistike, odnosno prostorne statistike.

Razlikuje se više planova pokusa, odnosno prostornih rasporeda uzoraka.

Neki su empirijske prirode i spadaju u rutinske metode uzorkovanja tla. Obilježava ih

subjektivni pristup i obučenost istraživača te ograničena mogućnost verifikacije kvalitet

uzorka. Prakticiraju se na homogenim poljoprivrednim parcelama na mjestima oštećenja tla.

Većina metoda izrade plana uzorkovanja bazira se na statističkim modelima, numeričkoj

slučajnoj distribuciji ili sistematskom obrascu (shemi) (ISO 10381-4 2003). Sve se u

određenoj mjeri temelje na teoriji vjerojatnosti i detaljno razrađenim postupcima određivanja

mjesta uzorkovanja.

Oprema i pribor za uzrokovanje

Tu ubrajamo alat za kopanje pedoloških jama (lopata, krampica, kramp i sl.), mjerna

vrpca, pribor za uzimanje uzoraka za fizikalne i kemijske analize (valjci, noževi, lopatice),

različite sonde, pribor za uzimanje monolita, vrećice za uzorke (najčešće najlonske), radnu

kartu, dnevnik za zabilješke, kompas i klinometar, lupu, prikladne bočice za HCl ili

univerzalni indikator (ili drugo sredstvo za mjerenje reakcije), GPS uređaj, pr ijevozno

sredstvo (terenski auto).

Na terenskoj nastavi prikazani su svrdlo (tip holandsko svrdlo) i dvije vrste sondi (slika 2)

a) b) c)

Slika 2. a) holandsko svrdlo, b) žljebasta sonda s prstenom, c) cjevasta sonda za uzorkovanje

Pedološki profil

Pedološki profil ili profil tla je izraz koji se odnosi na vertikalni presjek tla, na komu

se mogu mjeriti i opisati morfološki parametri tla te uzimati uzorke tla za laboratorijske

analize. Za pedološki profil najčešće se kopa pedološka jama, a može poslužiti i svježi zasjek.

To nesmije biti zasjek pored prometnice (izuzev npr. šumskih vlaka i sl., gdje je jasan i

ograničen utjecaj na tlo, tako da se utjecani dio tla može lako ukloniti, ili pak na svježem

zasjeku prometnice u izgradnji i sl.), kamenoloma ili drugih izvora utjecaja (osim ako se radi

o specifičnom cilju istraživanja).

Pedološki profil otvara se na reprezentativnom mjestu odnosu na površinu koja se

istražuje (prema pedogenetskim čimbenicima i ektomorfološkim pokazateljime), a služi za

sveobuhvatno istraživanje tla, osobito kod kartiranja tla te pedogenetskih i endomorfoloških

istraživanja. Kopa se do matičnog supstrata, do dubine utjecaja pedogenetskih procesa ili do

dubine 1,5-2,5 m. Na njemu se mjere i opisuju morfološke značajke te uzimaju uzorci tla za

laboratorijske analize. To su u pravilu uzorci u izmjenjenom stanju iz pojedinih horizonata,

kompozitni ili pojedinačni, a obično se uzimaju nožem ili lopaticom. Uzorci u neizmjenjenom

stanju uzimaju se pomoću Kopeckyjevih cilindra iz svakog horizonta (slika 3b).

Za profil tla u pravilu se kopa pedološka jama (slika 3a). Prije kopanja na površini tla obilježi

se tlocrt buduće jame. Za jamu dubine 2 m to je pravokutnik duljine 1,5-2 m i širine 0,7-0,8

m. Orijentira se tako da nakon završetka kopanja čeona strana bude dobro osvjetljena.

Produbljivanje tla vrši se postupno, a radi racionalizacije kopanja i lakšeg ulaska u jamu,

nasuprot čeone strane profila ostavljaju se stepenice. Iskopano tlo izbacije se iznad lijeve i

desne strane jame, a tlo iznad čeone strane jame nesmije biti utjecano gaženjem ili iskopanim

tlom. Na ravnoj površini na jednu stranu jame izbacuje se tlo iz površinskog dijela jame a na

drugu iz dubljih dijelova jame (kod zatrpavanja jame tlo iz površinskog dijela se zadnje

nagrće). Na nagibima pedološka jama se kopa tako da je dužinom položena paralelno sa

slojnicama tako da se na licu profila može izravno mjeriti dubina/debljina horizonata te da se

sondiranjem mogu uzeti uzorci iz horizonata, okomito na površin i/ili horizontalno iz

horizonata. Radi lakšeg zatrpavanja profila, na strmijim padinama iskopano tlo se izbacuje na

gornju stranu jame. Radi lakšeg kopanja pedološka jama se na strmijim nagibima može

orijentirati tako da je lice profila paralelno sa slojnicama. U tom slučaju mjerenja dubina

granica horizonata i horizontalna uzorkovanja sondom treba obaviti na bočnim stranicama

jame.

a) b)

Slika 3. a) Shematski prikaz pedološke jame – uzdužni presjek, b) Uzorkovanje tla fizički

neizmjenjenog stanja na profilu tla Kopeckijevim cilindrima

Primjer pedološkog profila na terenskoj nastavi u Park-šumi Maksimir

Za potrebu terenske nastave otvorena je pedološka jama (slika 4) u Park-šumi

Maksimir. Profil je otvoren na rubu šume. Dijagnosticirana su 4 horizonta iz kojih su uzeti

uzorci u fizičkom izmjenjenom i neizmjenjenom stanju tla za potrebe labarorijskih analiza.

Horizonti tla se međusobno morfološki razlikuju po boji tla, strukturi, teksturi i označavaju su

standardnim oznakama.

Slika 4. Pedološki profil u Park-šumi Maksimir

Aoh – ohrični humusno – akumulativni horizont, dubok oko 10 do 12 cm.

Eg - 10 do 12 – 40 cm, eluvijalni pseudooglejeni horizont, žuto smeđe je boje, s malo

organske tvari, siva boja i pojava mramoriranja sporadično, duga mokra faza, prošaran žutim

točkicama koje su posljedica migracije željeza u tlu uslijed saturiranosti tla vodom i redukcije.

Bg1 - 40 - 60 cm, iluvijalni pseudoglejni horizont, zbijeniji od prethodnog, dominantno

praškaste teksture, bestrukturan, izražene krupne mazotine kao posljedica izmjene redoks

procesa.

Bg2 – 60-100 cm, zbijeniji od prethodnog, više crvenih željeznih i crnih manganovih

konkrecija.