W YSTĘPOW ANIE ŻELAZA, MANGANU, CHROMU, NIKLU I KOBALTU W GLEBACH WYTWORZONYCH Z NAJMŁODSZYCH LESSÓW RÓWNINY BLOŃSKO-SOCHACZEW SKIEJ

Transkrypt

1 ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE T. XLIV NR 1/2WARSZAWA 144,1: KRYSTYNA CZARNOWSKA, JÓZEF CHOJNICKI W YSTĘPOW ANIE ŻELAZA, MANGANU, CHROMU, NIKLU I KOBALTU W GLEBACH WYTWORZONYCH Z NAJMŁODSZYCH LESSÓW RÓWNINY BLOŃSKO-SOCHACZEW SKIEJ Katedra Gleboznawstwa SGGW w Warszawie WSTĘP Przedstawiona praca stanowi kontynuację badań nad ogólną zawartością metali ciężkich w glebach uprawnych wytworzonych z utworów pyłowych różnej genezy [7]. Przedmiotem badań były gleby powstałe z najmłodszych lessów [11] na Równinie Błońsko-Sochaczewskiej, celem zaś było poznanie zawartości ogółem Fe, Mn, Cr, Ni i Co w profilach różnych typów gleb. Ilość Zn, Pb, Cu i Cd w tych glebach omówiono w pracy Chojnickiego i Czarnowskiej [5], a dane uzyskane z tych badań wykorzystano w niniejszym opracowaniu do obliczeń statystycznych. MATERIAŁ I METODY Przeanalizowano 76 próbek pobranych z 14 profilów gleb uprawnych wytworzonych z najmłodszych lessów głębokich (profile 4, 5, 7, 12) lub średniogłębokich zalegających na glinie bądź na ile (profile 3, 6, 9, 10, 13,14), a także na piasku (profile 1, 2, 8,11). Badane gleby zaliczono do następujących typów: gleby brunatne typowe i wyługowane (4 profile), gleby płowe typowe i płowe antropogeniczne (5 profilów) oraz czarne ziemie właściwe i zdegradowane (5 profilów). Zawartość metali ciężkich ogółem oznaczono po trawieniu próbek glebowych stężonymi kwasami (HNO3, H2SO4, HC1). W uzyskanych roztworach

2 82 К. Czarnowska, J. Chojnicki oznaczono zawartość Mn, Cr, Ni i Co techniką AAS. Żelazo oznaczono metodą jodometryczną. OMÓWIENIE WYNIKÓW Analizowane gleby, mimo jednorodnej skały macierzystej, różnią się ilością metali ciężkich (tab. 1 i 2). Różnice wynikają z zasobności skały macierzystej bądź podścielającej, a także ze wzbogacenia w niektóre metale poziomów genetycznych w wyniku procesów glebotwórczych i biologicznej akumulacji [2,3,6,10,12-14]. Zawartość manganuogólem w poziomach genetycznych gleb wytworzonych z najmłodszych lessów wahała się w przedziale mg/kg s.m., a w warstwie gliny ciężkiej i iłu dochodziła do 4000 mg/kg. Warstwy piasku jako skały podścielające były szczególnie ubogie w mangan, zawierały bowiem od 28 do 98 mg/kg. Przeciętna ilość manganu w badanych glebach wynosiła 327 mg/kg i była zbliżona do średniej ilości tego pierwiastka w glebach naszego kraju [2, 6, 8] oraz w glebach Szwecji [2]. Tylko gleby wytworzone z utworów pyłowych Dolnego Śląska [13] oraz gleby wytworzone ze starszych lessów [9, 12] mają średnio więcej manganu ogółem. Jak wynika z wykresu (rys. la), w większości analizowanych próbek glebowych zawartość manganu kształtowała się poniżej średniej. W poziomach orno-próchniczych (0-20 cm) zawartość manganu wynosiła kg/ha i była mniejsza niż w glebach wytworzonych z różnych utworów pyłowych [7]. W badanych glebach stwierdzono dodatnią i wysoko istotną korelację między zawartością manganu a ilością części spławialnych (<0,02 mm) i zawartością żelaza (tab.3). Podobne zależności odnotowano w glebach wytworzonych z utworów pyłowych różnej genezy [7]. Średnią zawartość manganu w poziomach genetycznych rozpatrywanych gleb m ożna z esta w ić w n astępującym szeregu m alejącym : C>D>Bbr> Ap>Bt>Eet. Charakterystyczną cechą gleb pyłowych jest zubożenie w mangan poziomów przemycia Eet. Ilość chromu w analizowanych próbkach glebowych wahała się od 6 do 66 mg/kg s.m. (przy średniej 28 mg/kg). Znaczna część próbek glebowych zawierała mg chromu w 1 kg gleby. Średnia zawartość chromu w poziomie Ap i w poziomach С i D była jednakowa, tylko poziom wmycia Bt gleb płowych typowych i antropogenicznych został wzbogacony w chrom (wskaźnik koncentracji wynosił 1,28). Zawartość chromu w warstwie ornej wahała się od 48 do 126 kg/ha. Przeciętna ilość chromu w glebach świata wynosi 50 mg/kg [1, 4]. Większą średnią zawartość chromu, tj. 55 mg/kg, stwierdził Roszyk w glebach Dolnego Śląska [13]. Ilośćchromu w badanych glebach była wysoce istotnie skorelowana z ilością części spławialnych, żelaza, manganu (tab. 3) oraz z ilością miedzi (/*=0,5504**) i cynku (/*=0,3784**). Podobnie wysokie współczynniki korelacji między za-

3 Żelazo, mangan, chrom, nikiel i kobalt w glebach 83 Zawartość Fe, Mn, Cr, Ni i Co w glebach brunatnych wyługowanych i typowych oraz płowych typowych i antropogenicznych Content of Fe. Mn, Cr. Ni and Co in brown leached and typical soils and typical and anthropogenic lessives soil Tabela 1 Miejsce i nr profilu G łę bo к iść Locality and Depth profile No [cm] Poziom Horizon Procent frakcji ф <1 mm Percent fraction of ф < 1 mm ph KCI С Fe Mn Cr Ni Co 1-0,1 0,1-0,02 <0.02 % nig/kg Gleby brunatne wyługowane - Leached brown soils Kopy tów Ap , , ,2 2, Bbr , , ,7 3, Bbr ,7 0,07 1, ,6 2, Cca , , ,3 2, Dca ,4 0,03 0, ,6 1,4 Ołtarzew Ap ,4 0,95 0, ,4 2, Bbr ,7 0,21 0, ,1 1, Bbr ,9 0,07 0, ,4 1, Di ,0 0, , Di ,2 0,03 0, ,1 Ożarów Ap ,3 0,69 0, ,2 3, Bbr ,20 2, ,4 6, С ,0 0,14 0, ,6 2, D ,09 1, ,1 1, Dcag ,0 0,09 1, ,0 4,4 Gleba brunatna typowra - Typical brown soil Łażniew Ap ,8 0,96 1, ,5 2, Ap ,9 0,75 1, ,0 3, Bbr ,9 0,15 1, ,0 4, Cca ,3 0,07 1, ,8 2, Cca ,4 0,02 1, ,4 3,3

4 84 К. Czarnowska, У. Chojnicki Gleby płowe typowe - Typical lessives soils Piorunów Ap ,1 0,67 0, ,8 2, A, Eet ,0 0, ,1 2, Eet ,4 0,08 0, , Bt ,4 0,11 1, ,9 2, С ,3 0,09 1, ,7 1, С ,9 0,20 1Д ,5 2, D ,8 0,11 2, ,1 1,9 С h rzezany Ар ,6 0,71 0, , Eet ,10 0, , Btg , , Cg ,6 0, , Dca ,2 0,10 0, ,5 2, Dca ,4 0,11 0, ,7 Płoch o ein Ap ,3 0,89 0, ,5 2, Eet , , ,8 2, Bt ,5 0,10 1, ,2 4, c; ,3 0, , D ,7 Duchnice Ap , , Eet ,22 0, , Bt ,6 0,16 1, ,4 4, Di , ,5 1, ) ,2 0,03 0, ,5 0.6 Gleba płowa antropogeniczna - Anthropogenic lessives soil Mory Ap , , , Eet , , Bt ,0 0,05 1, ,0 8,6

5 Żelazo, mangan, chrom, nikiel i kobalt w glebach Mory Bt ,0 0,13 0, ,0 9, Dg ,6 0,15 1, ,5 7, Dcag ,0 0,11 1, ,5 12,4 Zawartość Fe, Mn, Cr, Ni i Co w czarnych ziemiach właściwych i zdegradowanych Content of Fe, Mn, Cr, Ni and Co in proper and degraded black earths Tabela 2 Miejscowość i nr profilu Locality and profile No Głębokość Depth [cm] Poziom Horizon Procent frakcji ф < 1 mm Percent f ofraction of ф < 1 mm ph KCl С Fe Mn Cr Ni Co 1-0,1 0,1-0,02 <0,02 % mg/kg Czarne ziemie właściwe - Proper black earths Błonie Ap Д 1,90 1, ,3 4, Ai ,2 1,89 1, ,0 4, AiC ,4 0,41 1, ,2 4, Cca ,5 0,12 1, ,2 3, Di ,6 0,01 0, ,0 2, d2g ,3 0,06 1, ,4 0, D 2Ci ,2 0,05 1, ,5 4,1 Paprotnia Ap ,1 1,66 0, ,3 2, С ,8 0,79 1, ,7 4, DG ,7 0,06 0, ,0 2, DG ,8 0,06 0, ,5 2,1 Czarne ziemie zdegradowane - Degraded black earths Piorunów Ap ,3 1,21 0, ,4 3, Ai ,2 0,94 1, ,4 3, Ai С ,3 0,37 1, ,3 2, Cg ,3 0,06 1, ,5 2, Cca ,5 0,05 0, ,3 2,2

6 86 К. Czarnowska, J. Chojnicki DG ,0 0,20 3, ,5 12,4 Michałowice Ap ,0 1Д1 1, ,1 3, AiC ,2 0,38 1, ,6 5, Cca , , ,3 3, Cca ,02 0, ,5 3, Ccag ,3 0,02 1, ,7 2,1 Ożarów Ap ,5 1,21 0, ,3 3, Ai С ,9 0,31 1, ,0 2, Cca ,5 0,10 2, ,5 10, Cca ,2 0,08 3, ,2 21, Ccag ,02 0, ,4 1,0 wartością chromu i części spławialnych podają Andersson [2], Gworek [8], a także Tjell i Hovmand [15]. Zawartość żelaza ogółem mieściła się w zakresie 0,25-3,96% (średnio 1,08%). Aż w 52 próbkach ilość żelaza wahała się od 0,5 do 1,5% (rys. le). Jest to zawartość najczęściej spotykana w glebach naszego kraju [9]. Zawartość Fe, podobnie jak Mn i Cr, była istotnie wysoce skorelowana z ilością części spławialnych. Rozmieszczenie żelaza w poszczególnych poziomach genetycznych układało się w następującym szeregu malejącym: Bt>Bbr>D>C>Ap>Eet. Wskaźnik koncentracji żelaza w poziomie wmycia wynosił 1,36. Poziomy przemycia (Eet) gleb płowych były wyraźnie zubożone w żelazo, zawierały średnio 0,65%. W badanych glebach zawartość niklu wahała się od 2,4 do 41,5 mg/kg (przy średniej 10,8 mg/kg). Podobny zakres wahań ilości niklu w glebach uprawnych stwierdzono w różnych rejonach Polski [6, 10, 13, 14], a także w glebach Szwecji i Danii [2, 15]. Zawartość omawianego pierwiastka w warstwie ornej (0-20 cm) wynosiła 16,5-46 kg/ha. Według Anderssona, średnia zawartość niklu w tej warstwie wynosi 22 kg/ha. Jak wynika z wykresu (rys. 1c), w próbkach glebowych ilość niklu waha się na ogół od 5 do 12 mg/kg. Wyłącznie w warstwach głębszych i w profilu nr 14 gleby płowej antropogenicznej stwierdzono dużo więcej niklu. Zawartość tego pierwiastka była najsilniej skorelowana z ilością części spławialnych, C-organicznego, żelaza, chromu (tab. 3).

7 Żelazo, mangan, chrom, nikiel i kobalt w glebach 87 R y s 1. Z a w a rto ść M n, C r, N i, C o i F e o g ó łe m w g le b ach F ig. 1. C o n te n t o f total M n, C r, N i, C o a n d F e in so ils u n d er in v e stig atio n

8 88 К. Czarnowska, J. Chojnicki Średnia zawartość niklu w poziomach genetycznych jest zróżnicowana (tab. 4). Najwięcej tego pierwiastka stwierdzono w poziomach brunatnienia (Bbr) i wmycia (Bt); w poziomach tych wskaźnik koncentracji wynosił 1,26 i 1,35. Według Piotrowskiej [12] oraz Skłodowskiego i Sapka [14], pionowe rozmieszczenie niklu w różnych typach gleb wytworzonych ze starszych lessów jest ściśle związane z występowaniem żelaza i iłu koloidalnego. Tabela 3 Współczynniki korelacji (r) metali ciężkich z ilością części splawialnych i węgla organicznego w glebach wytworzonych z najmłodszych lessów Coefficient of correlation (r) between haevy metals and silt and clay fraction and organic carbon in soil developed from the youngest loess < 0,02 mm 1,000 < 0,02 mm С Fe Mn Cr Ni Co С 0,2501 * Fe 0,7832** -0,0429 1,000 Mn 0,4459** -0,0397 0,6403** 1,000 Cr 0,7889** 0,0596 0,7696** 0,4250** 1,000 Ni 0,6602** 0,5974** 0,6010** 0,3948** 0,6245** 1,000 Со 0,6208** 0,4710** 0,6664** 0,7364** 0,5888** 0,8671** 1,000 * P=0,05 ** P = 0,01 Tabela 4 Średnia zawartość metali ciężkich w poszczególnych poziomach genetycznych wszystkich badanych gleb Maen content of the haevy metals in particular genetic horizons of soil under investigation Poziom genetyczny Genetic horizon Liczba próbek Number of samples Fe Mn Cr Ni Co % mg/kg s. m. - of d. m. Ар 14 0, ,3 2,9 Eet 5 0, ,8 3,6 13t 5 1, ,1 5,0 Bbr 4 1, ,3 3,3 С 14 1, ,7 3,6 D 19 1, ,7 4,0

9 Żelazoy mangany chrom, nikiel i kobalt w glebach 80 Zawartość kobaltu podlega dużym wahaniom, mianowicie w granicach 0,6-21,4 mg/kg gleby (średnio 3,7 mg/kg), aż 39 próbek zawierało niewielkac ilość tego pierwiastka, tj. 2-4 mg/kg (rys. Id). Ilość kobaltu w warstwie 0-20 cm wahała się od 5 do 14 kg/ha. Gleby świata zawierają kobaltu średnio 8 mg/kg [4], natomiast w omawianych glebach było przeciętnie 2-krotnie mniej tego pierwiastka. Zawartość kobaltu, podobnie jak niklu, korelowała wysoce istotnie z ilością części spławialnych, a także z ilością Fe, Mn, Ni, Cr, C-organicznego i miedzi (r=0,4054 ). Inni autorzy stwierdzili także dodatnią korelację między ilością kobaltu w glebie a wymienionymi metalami [2, 6, 14, 15]. Średnia zawartość kobaltu w poziomach genetycznych układała się w następującym malejącym szeregu: Bt>D>C=Eet>Bbr>Ap. Wskaźnik koncentracji Co w poziomie wmycia Bt wynosił 1,38, podobnie jak wskaźnik koncentracji Fe i Ni w tym poziomie. Tak z badań wcześniejszych [5-8, 10], jak i z obecnie przedstawianych wynika, że gleby wytworzone z najmłodszych lessów były zubożone w niektóre pierwiastki śladowe, w porównaniu z glebami wytworzonymi ze starszych lessów [3, 12, 14] i utworów pyłowych Dolnego Śląska [13]. WNIOSKI ]. Zawartość badanych metali ciężkich w analizowanych glebach wynosi średnio w mg/kg: Mn- 327, Cr- 28, Ni- 10,8, Co- 3,7, oraz Fe- 1,08%. Gleby wytworzone z najmłodszych lessów są zubożone w żelazo, nikiel i kobalt w porównaniu z glebami wytworzonymi ze starszych lessów. 2. W profilach gleb brunatnoziemnych zawartość metali ciężkich zależy od procesów glebotwórczych. Żelazo, nikiel, chrom i kobalt gromadzą się w poziomie wmycia, poziomy przemycia zawierają najmniej manganu i żelaza, poziomy brunatnienia zaś więcej żelaza i niklu niż poziomy akumulacyjne. 3. W badanych glebach zawartość manganu, chromu, niklu i kobaltu zależy w dużym stopniu od procentowej ilości części spławialnych i żelaza. Współczynniki korelacji są bowiem między wspomnianymi składnikami wysoce istotne. LITERATURA [1J Adriano D.C., 1986:Trace elements in terrestral environment. Springer-Verlag, New York Inc.:517. [2] Andersson A.:1977:Heavy metals in Swedish soils: On their retention, distribution and amount. Swedish J.Agricult. Res.7:7-20.

10 90 К. Czarnowska, J. Chojnicki [3] Andruszczak E., Czuba R., 1984: Wstępna charakterystyka całkowitej zawartości makro- i mikroelementów w glebach polskich. Rocz. Glebozn. 35,2: [4] Berrow M.L., Reaves G.A. 1984: Background levels of trace elements of soils. International Conference on Environmental Contamination". London, UK, CEP Consultants Ltd: [5] Chojnicki J., Czarnowska K., 1993: Zmiany zawartości fosforu ogółem i rozpuszczalnego oraz Zn, Cu, Pb i Cd w glebach intensywnie użytkowanych rolniczo. Rocz. Glebozn 4 4,3/4. [6] Czarnowska K.t Gworek B., 1987: Metale ciężkie w glebach środkowej i północnej Polski. Rocz. Glebozn., 38,3: [7] Czarnowska K., 1989: Zawartość niektórych metali ciężkich w glebach wytworzonych z różnych utworów pyłowych. Rocz. Glebozn. 40, 2: [8] Gworek B., 1985: Pierwiastki śladowe w glebach wytworzonych z utworów pyłowych północno-wschodniego regionu Polski. Rocz. Glebozn. 32,3: [9] Kabata-Pandias A., 1981: Zawartość metali ciężkich w glebach uprawnych Polski. Pam. Puł., 74: [10] Konecka-Betley K., Czepińska- Kamińska D., 1978: Typologia gleb wytworzonych z płytkich utworów pyłowych Wysoczyzny Skierniewickiej. Rocz. Glebozn. t.30, z.2: [11] Konecka-Betley K., Czepińska-Kamińska D., Chojnicki J., 1988: Gleby Kotliny Warszawskiej. Przewodnik konferencji terenowej Jubileuszowego Zjazdu 50-lecia PTG, Warszawa. [12] Piotrowska M., 1967: Rozmieszczenie pierwiastków śladowych w niektórych profilach gleb wytworzonych z lessów Wyżyny Sandomiersko-Opatowskiej. Pam. Puł. 30: [13] Roszyk E., 1968: Zawartość wanadu, chromu, manganu, kobaltu, niklu i miedzi w niektórych glebach Dolnego Śląska wytworzonych z glin pylastych i utworów pyłowych. Rocz. Glebozn. 19,2: [14] Skłodowski P., Sapek A. 1977: Rozmieszczenie Fe, Zn, Mn, Cu, Co, Ni, Pb i Cd w profilach czarnoziemów leśno-stepowyćh. Rocz. Glebozn. 28,1: [15] Tjell J. Hovmand M. F., 1978: Metal concentration in Danish arable soils. Acta Agr. Scand. 28: K. CZARNOWSKA, J. CHOJNICKI CONTENT OF IRON, MANGANESE, CHROMIUM, NICKEL AND COBALT IN SOILS DEVELOPED FROM THE YOUNGEST LOESSES OF THE BŁONIE-SOCHACZEW PLAIN Department of Soil Science, Warsaw Agricultural University Summary Analysed were 76 soil samples from 14 profiles cultivated soils developed from the youngest deep and moderate-deep loesses located on loam, clay or sand. Soils developed from the youngest loesses contains less Fe, Ni and Co in comparison with soils developed from the older loesses occurring in the south of Poland. The content of the investigated heavy metals in analysed soils varies significantly (in mg/kg): Mn (average 327), Cr 6-66 (average 28), Ni 2,4-41,5 (average 10,8), Co 0,6-21,4 (average 3,7) and Fe 0,25-3,96 (average 1,08). The values are within the limits of the geochemical background as estabilished for soils of Poland.

11 Żelazo, manganychrom, nikiel i kobalt w glebach 91 In the investigated soils the content of Mn, Cr, Ni and Co depend to a high degree on percentage content of the particles <0,02 nun and iron: correlation coefficients beetwen the mentioned elements are highly significant (Table 3). Prof. dr Krystyna Czarnowska Pracę złożono w redakcji w lipcu 1992 Katedra Gleboznastwa Szkoła Główna Gospodarwtwa Wiejskiego w Warszawie Warszawa, Rakowiecka 26/30

12