MIKROMORFOLOGIA I MIKROMORFOMETRIA AGREGATÓW GLEBOWYCH

Transkrypt

1 ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE T. XXVI, Z. 3, W ARSZAW A 1975 JÓZEF TOKAJ MIKROMORFOLOGIA I MIKROMORFOMETRIA AGREGATÓW GLEBOWYCH Instytut'G leboznaw stw a i C hem ii Rolnej A kadem ii R olniczej w K rakow ie W STĘP Agregacja substancji glebowej zależy w głównej mierze od jakości zwietrzeliny skały glebotwórczej, z której wytworzyła się gleba, i sposobu jej użytkowania. Intensywność działania czynników gruzełkotwórczych w glebie i formowania się agregatów glebowych nadaje każdej glebie rozmaity stopień agregacji. Tworzenie i formowanie się gruzełków glebowych odbywa się pod wpływem działania różnych czynników w procesie zlepiania i sklejania elementarnych cząstek glebowych. W procesach gruzełkotwórczych najważniejszą rolę spełniają substancje próchniczne, minerały ilaste, zasorbowane kationy zasadowe, mikroorganizmy glebowe (bakterie, grzyby), mezofauna glebowa (dżdżownice, wazonkowce) i połączenia minerałów ilastych z kwasami huminowymi. Najważniejszymi właściwościami gruzełków glebowych są: budowa, skład mechaniczny, mineralny i chemiczny, porowatość i wielkość przestworów, wodoodpomość i zwięzłość. OBIEKTY BADAŃ Badania wykonano na agregatach poziomu próchnicznego gleby leśnej brunatnej kwaśnej, wytworzonej ze skał górskiej moreny dennej łupków ilastych, wapieni dolomitycznych i kwarcytów. Gleba ta należy do średnio głębokich, słabo szkieletowych i gatunku gliny ciężkiej. Poziom próchniczny o miąższości 0,3-13 cm odznacza się barw ą brunatną, agregacją ziarnisto-bryłkowatą i odczynem kwaśnym. Profil ma następujące poziomy genetyczne: A 0 A^B) Cx. Omawiana gleba położona jest na wysokości powyżej 1200 m n.p.m. i znajduje się pod drzewostanem

2 4 J. Tokaj świerkowym. Badania przeprowadzono na frakcjach agregatów o średnicy powyżej 6, 6-5, 5-4, 4-3, 3-2 i 2-1 mm, o barwie jasnej i ciemnej. Celem badań była charakterystyka właściwości mikromorfologicznych i mikromorfometrycznych agregatów glebowych o barwie jasnej i ciemnej i wykazanie różnic między poszczególnymi frakcjami w obrębie poziomu próchnicznego. Skład mineralny poziomu próchnicznego według analizy termicznej [20] wykazuje: minerałów ilastych 28% (montmorylonitu 15,6% i kaolinitu 12,4%), substancji organicznej 18,8%, węglanów 0,4% i reszty termicznie nieczynnej (piasek) 52,8%. METODYKA BAD AŃ Procentową zawartość frakcji agregatów oznaczono metodą sitową w stanie powietrznie suchym, a wydzielenia agregatów o barwie jasnej i ciemnej z otrzymanych frakcji dokonano za pomocą specjalnego kolorym etru naturalnego [22]. Skład granulometryczny poziomu próchnicznego oznaczono metodą Bouyoucosa-Cassagrande a-prószyńskiego po uprzednim spaleniu próchnicy w 6-procentowym H20 2 [15, 20]. Uziarnienie agregatów o barwie jasnej i ciemnej zbadano metodą mikroskopową Tokarskiego, przy pomiarze największych średnic 300 ziarn w preparacie proszkowym [22]. Właściwości mikromorfologiczne i mikromorfometryczne agregatów 0 barwie jasnej i ciemnej sporządzonych z każdej frakcji oznaczono pod mikroskopem polaryzacyjnym w cienkich płytkach (szlifach); [5, 7, 11, 14]. W YNIKI BADAŃ SK Ł A D GRANULOM ETRYCZNY W poszczególnych frakcjach mechanicznych poziomu próchnicznego znajduje się mało części szkieletowych (tab. 1). W ich skład wchodzą kilkucentymetrowe okruchy wapieni dolomitowych i kwarcytów. Frakcje drobniejsze znacznie przeważają ilościowo nad grubymi. Analiza wykazała duże ilości iłu koloidalnego, małe pyłu grubego, nie wykazała natomiast obecności grubego piasku. SK Ł A D AGREGATOW Y Najwięcej agregatów znajduje się we frakcji o średnicy poniżej 1 mm 1 od 1 do 2 mm. Pozostałe frakcje są ilościowo wyrównane przy znacznym spadku ilości agregatów we frakcji o średnicy 5-6 milimetrów. Ilość agregatów frakcji o średnicy 0,5-1 i powyżej 6 mm jest większa

3 M orfologia i m ikrom orfom etria agregatów glebow ych 5 Skład granulom etryczny gleby Granulometric com position of s o il Tabela 1 Srednioa c zą stek w mm Diameter o f p a r tic le s in mm Procent czą stek % o f p a r tic le s > 1 2,6 < 1 9 7,4 1-0,5 0,0 0,5-0,25 1,0 0,2 5-0,10 12,0 0,10-0,05 4,0 0,0 5-0,02 13,0 0,02-0,006 23,0 0,006-0,002 18,0 < 0, ,0 1-0,10 13,0 0,10-0,02 17,0 < 0,02 70,0 przy barwie ciemnej niż jasnej. Agregaty o barwie jasnej w pozostałych frakcjach ilościowo przeważają nad ciemnymi (tab. 2). Formowanie się agregatów o barwie jasnej i ciemnej jest wynikiem działania czynników gruzełkotwórczych w poziomie próchnicznym. Główną rolę w procesie formowania się agregatów odgrywa tworzenie się kwasów próchnicznych i podatność substancji organicznej na rozkład mikrobiologiczny. Wytworzone substancje próchniczne same biorą udział Skład agregatowy gleb y Content of p a rticu la r aggregates in s o il Tabela 2 Frakcja 0 w mm F raction of 0 mm Ogólna zawartość agregatów, % T otal content of aggregates in % Zawartość agregatów w % Content o f aggregates in % barwy ja s n e j1^ b rig h t colour barwy ciem nej o f dark oolour < 1 3 9, ,5 0,0 24,50 75, ,4 4 9,3 1 50, ,6 60,30 39, ,6 57,50 42, ,5 54,67 45, ,4 63,61 36,39 > 6 7,5 37,00 63,00 ^ Oznaczono w 1000 sztuk - Determined in 1000 aggregates.

4 6 J. Tokaj w procesach tworzenia się gruzełków glebowych albo już po ich uformowaniu przesycają je niejednorodnie. Agregaty ciemne zawierają znacznie więcej substancji organicznej w porównaniu do jasnych [20, 21]. Zjawisko zróżnicowania barw y agregatów glebowych poziomu próchnicznego stwierdzono już w glebach brunatnych uprawnych i znajdujących się pod użytkami zielonymi [20, 21]. WŁAŚCIWOŚCI MIKRO MORFOLOGICZNE Agregaty o barwie jasnej. Frakcja 1-2 mm zawiera mineralne ziarna szkieletowe średniej wielkości o zarysach kanciastych. Są one bardzo często zwietrzałe i zanieczyszczone zwietrzeliną organiczno-ilastą. Niektóre resztki roślinne są bardzo słabo rozłożone. Substancja sklejająca części szkieletowe jest gęsta i kłębkowata, barwy niejednolitej ceglastoczarnej. Wolne przestwory kanalikowe przebiegają pojedynczo i nieregularnie. Pory zamknięte znajdują się tylko w niektórych częściach agregatów. Frakcja 2 3 mm zawiera ziarna szkieletowe mineralne i okruchy bardzo słabo rozłożonej substancji organicznej. Znajdują się one gdzieniegdzie w małej ilości. Okruchy substancji organicznej ulegają stopniowemu rozkładowi, w niektórych frakcjach zachowują jeszcze wyraźne ślady budowy komórkowej. Substancja wiążąca szkielet mineralny i organiczny jest barwy brązowo-żółtej, miejscami rdzawej. Składa się z bardzo drobnych równowymiarowych ziarenek skupionych i zagęszczonych, o wyglądzie chmurkowatym. Obserwowana przy skrzyżowanych nikolach tylko częściowo polaryzuje światło. Często widoczne są w niej nitkowate twory wyraźne ślady po rozłożonych drobnych korzeniach roślin. Przestwory większe znajdują się dość rzadko, a kanalikowe mają często wewnętrzne ścianki równe (gładkie), tworząc charakterystyczne formy. Frakcja 3 4 mm odznacza się różnym uziarnieniem szkieletu, który jest nierównomiernie rozmieszczony. Ziarna te mają kontury ostrokrawędziste, są łupliwe i spękane oraz zanieczyszczone substancją izotropową (organiczną). Substancja wiążąca części szkieletowe w całej swej masie jest galaretowata i usiana drobnymi fragmentami resztek roślinnych. Są one w większości bardziej rozłożone niż w poprzednio opisanej frakcji, a w wielu z nich widać jeszcze ślady anatomicznej budowy. Niektóre dzielą się charakterystycznie wzdłuż i w poprzek, wykazując różny stopień humifikacji. Barwa tych agregatów jest bladobrązowa, częściowo jednolita, miejscami intensywniejsza, wywołana koncentracją produktów rozkładającej się obumarłej substancji organicznej. Przestw ory kanalikowe często szerokie, biegną nieregularnie i łączą niekiedy ze sobą przestwory zamknięte. Zwężenia kanalikowe najczęściej znajdują się między dużymi ziarnami m ineralnym i i resztkami roślinnymi.

5 M orfologia 1 m ikrom orfom etria agregatów glebow ych 7 Frakcja 4 5 mm w przeważającej mierze zawiera ziarna szkieletowe średniej wielkości i pojedynczo ziarna duże. Leżą one bezładnie w agregatach lub w większym skupieniu połączone substancją sklejającą, tworząc rodzaj zlepieńców. Kontury mają kanciaste i słabo obtoczone. Substancja sklejająca ma wygląd gęstej galaretow atej masy drobnoziarnistej, miejscami kłębkowatej, o barwie bladoceglastej i jasnobrązowej, rzadko czerwonawej. W masie tej znajdują się pojedynczo okruchy resztek roślinnych w początkowej fazie rozkładu barwy czarnej. Fragmenty resztek roślinnych pozbawionych treści komórkowej są wypełnione anizotropową substancją ilastą, tworząc w ten sposób charakterystyczną budowę niektórych części agregatów. Przestwory zamknięte tworzą przestrzenie o różnych kształtach i wymiarach. Są one pojedyncze lub tworzą dosyć szerokie kanaliki rozwidlające się w rozmaity sposób. Frakcja 5 6 mm obejmuje ziarna szkieletowe o krawędziach ostrych i kanciastych, wielkości piasku grubego i średniego. Są one w niektórych częściach agregatów bardziej skupione, silnie zwietrzałe, często pokryte plamami rdzawymi i przez to mętne. Plam y te są prawdopodobnie połączeniami próchniczno-żelazisto-ilastymi. Substancja wiążąca ziarna szkieletowe, jak i nie rozłożone resztki roślinne, tworzy masę galaretow a tą i kłębkowatą natury próchniczno-ilastej, barwy ceglastej z plamistym odcieniem czerwonawym. W większości jest to substancja izotropowa zgęszczona, a tkwiące w niej okruchy resztek roślinnych są na różnym etapie rozkładu i humifikacji. Wolne przestrzenie tworzą tu pory zamknięte różnych wymiarów i kształtów. Przestwory te łączą się ze sobą kanalikami albo są oddzielone cienką ścianką substancji sklejającej. W niektórych zaś częściach gruzełków nie posiadających części szkieletowych znajdują się szczelinowate pęknięcia spowodowane wyschnięciem wody. Można je odróżnić od kanalików po prostym biegu i gładkich wewnętrznych ściankach, których to cech kanaliki na ogół nie wykazują. Frakcja powyżej 6 mm zawiera ziarna szkieletowe miejscami duże, miejscami małe, przy niewielkim udziale resztek roślinnych bardzo słabo rozłożonych lub nie rozłożonych. Duże ziarna mineralne mają spękania, w których tkw i zgromadzona substancja ilasta. Ziarna drobne rozmieszczone są nieregularnie i widoczne na tle szlifu, jakby były zatopione w substancji koloidalnej, tworząc w ten sposób masę podobną do zaprawy murarskiej. Substancja sklejająca ma drobnoziarnistą budowę barwy brązowej o konsystencji zgęszczonej. Tkwią w niej pojedynczo elementy resztek roślinnych o barwie czarnej. Niektóre z tych resztek w pewnych częściach są bardzo rozłożone i m ają pasemkowatą drobnoziarnistą budowę o barwie ceglastej. Przestw ory mają głównie postać w y dłużonych soczewek zamkniętych. Przestwory kanalikowe są bardzo wą-

6 8 J. Tokaj skie, występują pojedynczo i biegną zygzakowato przez gruzełek, albo tworzą lejkowate kształty. Agregaty o barwie ciemnej. Frakcja o średnicy 1 2 mm zawiera w badanych szlifach ziarna mineralne duże i pojedynczo bardzo duże. Wykazują one pewien stopień zwietrzenia, zarys ostrokrawędzisty lub słabo obtoczony. Substancja wiążąca składa się głównie z resztek roślinnych w różnej fazie rozkładu i humifikacji, w większości barwy ciemnobrązowoczarnej. Tworzy ona jednolitą część gruzełka, prawie gęstą, z tu i ówdzie zanikającą budową anatomiczną. Spotyka się także fragmenty kłębkowate, luźniej połączone ze sobą, tworzące splot różnych okruchów resztek roślinnych, ulegających stopniowemu rozkładowi i humifikacji. Przestwory kanalikowe łączą ze sobą pory zamknięte albo oddzielają od siebie elem enty kłębkowate agregatów. Frakcja 2 3 mm ma ziarna szkieletowe mineralne krańcowo różnej średnicy. Są one głównie ostrokrawędziste, często spękane i zanieczyszczone rozłożoną substancją organiczną. Substancja sklejająca te ziarna ma konsystencję galaretowatą i kłębkowatą o barwie rdzawobrązowej. Okruchy substancji organicznej mają często zanikającą budowę komórkową, a silnie rozłożone tworzą masę zgęszczoną z drobnymi nie rozłożonymi resztkami. Masa ta jest prawie zupełnie izotropowa o niejednolitym zabarwieniu, wywołanym powolnym i stopniowym rozkładem. Wolne przestrzenie występują głównie w postaci cienkich krętych kanalików i pojedynczych por zamkniętych. W niektórych częściach tworzą one dość charakterystyczne kształty, biegnące jeden obok drugiego wśród podłużnych okruchów resztek roślinnych. Frakcja 3 4 mm odznacza się ziarnami szkieletowymi, głównie średniej wielkości, przy dość rzadko występujących ziarnach dużych. Niektóre ziarna duże powodują faliste znikanie światła, mają kształty kanciaste i są słabo obtoczone. Substancja klejąca tworzy izotropową gęstą masę o barwie niejednolitej brązowordzawej. Resztki roślinne są częściowo w różnym stopniu rozkładu, a częściowo zachowują jeszcze budowę komórkową. Mniej rozłożone i zhumifikowane resztki roślinne są barwy czerwonoceglastej i w zagęszczeniu tworzą kłębkowate części agregatów prawie luźno połączonych ze sobą. Przestwory wolne mają tu postać wąskich krętych kanalików i niekiedy porów zamkniętych. K analiki te biegną najczęściej wśród resztek roślinnych i niekiedy łączą ze sobą pory zamknięte. W niektórych agregatach obserwuje się na pewnej przestrzeni skupienie wolnych porów o mniejszych wymiarach i pewne części agregatów nie mających przestworów. Taki układ może świadczyć o pewnych fazach intensywności procesów formowania się gruzełków w poziomie akum ulacyjno-próchnicznym.

7 M orfologia i m ikrom orfom etria agregatów glebow ych 9 Frakcja 4 5 mm zawiera nierównomiernie rozmieszczone ziarna m i neralne średniej wielkości, o zarysach kanciastych i słabo obtoczonych. W niektórych częściach agregatów spotyka się ziarna duże, oblepione substancją wiążącą, które tworzą większe skupienia. Pojedynczo znajdują się fragmenty resztek roślinnych barwy czarnej w początkowej fazie rozkładu, tworzące szkielet organiczny. Substancja wiążąca ten szkielet jest drobnoziarnista, gęsta i galaretowata, o barwie bladoceglastej, jasnobrązowej, niekiedy czerwonawej. Fragm enty substancji roślinnej pozbawione treści komórkowej wypełnione są ilastą substancją anizotropową, tworząc w ten sposób charakterystyczną budowę tej części agregatów. Przestwory zamknięte tworzą wolne przestrzenie o różnych kształtach i wymiarach. Czasem przybierają one kształt szerokiego kanalika biegnącego przez agregat, a rozgałęziając się na boki tworzą dość dużą przestrzeń wolną. Taki system wolnych przestrzeni zapewnia lepsze krążenie w gruzełkach wody i powietrza. Frakcja 5 6 mm ma mineralne ziarna szkieletowe wielkości piasku średniego i drobnego, rzadko grubego. Kształt ziarn jest różny, a kraw ę dzie kanciaste i ostre. Niektóre ziarna są silnie zwietrzałe, a w powstałych szparach tkw i substancja organiczno-ilasta. Fragm enty resztek organicznych bardzo słabo rozłożonych o ostrych konturach są tu szkieletem organicznym. Substancja sklejająca ziarna szkieletowe jest barwy niejednolitej ceglastoczerwonawej, spowodowanej koncentracją organicznych kwasów krenowych powstałych z rozkładu ściółki szpilkowej. Rozłożone resztki organiczne tworzą tu fragm enty żeberkowate wypełnione kompleksowymi połączeniami ilasto-próchnicznymi humusowymi, zwiększając w ten sposób mechaniczną elastyczność i wcdoodporność gruzełków. Przestwory wolne mają postać włoskowatych i krętych kanalików lub tworzą niekiedy rodzaj zamkniętych soczewek. Rozmieszczenie ich jest nierównomierne, a ich zygzakowaty przebieg powoduje niekiedy podział gruzełka na segmenty kłębkowate. Frakcja powyżej 6 mm odznacza się w niektórych gruzełkach skupieniem szkieletu mineralnego głównie w postaci drobnych ziarn. Są one rozmaitych wielobocznych nieregularnych kształtów, przeważnie ostrokrawędziste i kanciaste, rzadko obtoczone. Resztki organiczne tworzą różne okruchy podłużne i zaokrąglone barwy czarnej, wykazujące na obrzeżeniach początkową fazę procesów rozkładowych. Substancja klejąca jest masą drobnoziarnistą, w niektórych miejscach bardziej zgęszczoną i kłębkowatą, o barwie rdzawobrązowej z odcieniem żółtawym i czerwonawym. Niektóre okruchy roślinne są w znacznym stopniu rozłożone, o niejednolitej barwie i składzie. Pory mają postać kanalików i przestworów zam

8 10 J. Tokaj kniętych. Wewnętrzne ścianki kanalików są charakterystycznie wycinane. Kanaliki tworzą tu system rozwidlony i czasem łączący ze sobą przestwory zamknięte. W ŁAŚCIW OŚCI M IKROMORFOMETRYCZNE Uziarnienie agregatów. Średnica ziarn szkieletu agregatów wahała się w granicach od 7,5 do 447,5 mikrona w agregatach barw y jasnej i od 7,5 do 615,0 mikronów barwy ciemnej (rys. 1 6). Na krzywych sumacyjnych widać wyraźne charakterystyczne różnice w uziarnieniu agregatów o barwie jasnej i ciemnej. Ziarna grubsze mają agregaty ciemne, z wyjątkiem frakcji powyżej 6 mm, którą charakteryzują znacznie drobniejsze ziarna. Szczególnie duże różnice w uziarnieniu w ykazują frakcje 1 2, 2 3 i 3 4 mm, a nieco mniejsze frakcje 4 5 i 5 6 milimetrów. Frakcja 1 2 mm agregatów ciemnych ma ziarna najgrubsze, których średnica wynosi aż 615,0 mikronów. W jasnych średnica nie przekracza 375,0 mikronów, jest więc blisko o połowę mniejsza. Rys. 1. U ziarnienie agregatów o barw ie ciem nej С i jasnej J. Frakcja 1-2 mm średnicy (krzywe sum acyjne) Granulation of aggregates of dark colour С and bright colour J. Fraction of 1-2 mm in dia (sum m ation curves) Rys. 2. U ziarnienie agregatów o barw ie ciem nej С i jasnej J. Frakcja 2-3 mm średnicy (krzywe sum acyjne) G ranulation of aggregates of dark colour С and bright colour J. Fraction of 2-3 mm in dia (sum m ation curves) Rys. 3. U ziarnienie agregatów o barw ie ciem nej С i jasnej J. Frakcja 3-4 mm średnicy (krzywe sum acyjne) G ranulation of aggregates of dark colour С and bright colour. J. Fraction of 3-4 mm dia (sum m ation curves)

9 M orfologia i m ikrom orfom etria agregatów glebow ych 11 (pji 500 ФР 750 фр О % О % О % Rys. 4. U ziarnienie agregatów o barw ie ciem nej С i jasnej J. Frakcja 4-5 mm średnicy (krzywe sum pcyjne) G ranulation of aggregates of dark colour С and bright colour J. Fraction of 4-5 mm in dia (summation curves) Rys. 5. U ziarnienie agregatów o barw ie ciem nej С i jasnej J. Frakcja 5-6 mm średnicy (krzywe sum acyjne) G ranulation of aggregates of dark colour С and bright colour J. Fraction of 5-6 mm in dia (sum m ation curves) Rys. 6. U ziarnienie agregatów o barw ie ciem nej С i jasnej J. Frakcja > 6 mm średnicy (krzywe sum acyjne) Granulation of aggregates of dark colour С and bright colour J. Fraction of > 6 mm in dia (sum m ation curves) Główne elementy mïkrobudowy agregatów. W mikrobudowie agregatów jasnych i ciemnych wyróżniono główne składowe: szkielet (detrytus m ineralny i organiczny), substancję sklejającą (próchnicę, minerały ilaste i połączenia ilastopróchniczne), porowatość (wolne przestrzenie w postaci rozmaitych kanalików i soczewkowatych przestworów zamkniętych). Detrytus organiczny jest mniej trw ały i bardziej zmienny. Znajduje się go znacznie więcej w agregatach ciemnych niż jasnych. Oddzielnie nie został on pomierzony i ujęty. Detrytusu mineralnego znajduje się nieco więcej w agregatach jasnych niż ciemnych, z w yjątkiem frakcji 3 4 mm, która wykazała prawie o 5% mniejszą jego zawartość. Ilość substancji sklejającej jest większa w agregatach jasnych tylko we frakcjach 1 2, 2 3 i 5 6 mm, a mniejsza w pozostałych, tj. 3 4, 4 5 i powyżej 6 mm, w porównaniu z agregatami ciemnymi. Agregaty ciemne

10 T a b e l a 3 Główne elementy miiirobudorçy agregatów - Main elomentb of aggregate nicrostructure Frakcja - Fraction of 0 mm Barwa agregatów Colour of aggregates D etrytus mineralny 32kielotu % 9 Mineral detritus of skeleton, fa Substancja sklejająca /lep iszcze/^ Glue d ig substance /b in d er/} % Porowatość P o ro sity 37,5 % W ielkość przestworów w mikronach 7 5,0 % 112,5 % 150,0 % 187,5 % - Size of free spaces in micronsб jasna -bright 13,0 7 5,0 12,0 2,78 33,33 16,66-13,89 33, _ 225,0 % 262,5 % 3 00,0 % 337,5 % ,3 84,7 6,0 33,33 33,33 3 3, ,7 67,7 19,6 3,39 10,17 5,08 6,78 42,37 20,34 11, _ Il _ 24,3 67,3 8,4 4,0 0 24,00 12,00 16,00 20,00 24, ,ł 14,3 7 7,3 8,4 12,00 24,00 12,00 32,00 20,00 17, Tokaj > 6 74,7 11,3 11,3 14,71 17,65 17,65 11,76 1 4, , ciemna - dark 15,3 72,0 12,7 0,0 0 10,53 39,47 10,54-15,78 23, П 9,7 82,0 8,3 8, ,0 0 36,00 16, «- 20,3 71,3 8,4 20,00 32,00 24, , ,7 69,0 11,3 8,8 2 11,77 26,47 35,30-17, _ ft _ 12,7 70,7 16,6 4,0 0 16,00 12,00 24,00-12,00 14,00-18,00 > 6 1 _ 11,7 79,0 9,3 10,71 28,57 10,71 14,30 35,

11 M orfologia i m ikrom orfom etria agregatów glebow ych 13 wykazują większą porowatość niż jasne (z w yjątkiem frakcji 3 4 i powyżej 6 mm). Zróżnicowanie wielkości przestworów zaznacza się b ardziej w agregatach jasnych niż ciemnych i układa się różnie w poszczególnych frakcjach. Porów o 150 mikronach nie znaleziono tylko we frakcji agregatów jasnych 1 2 i 3 4 mm oraz ciemnych 3 4 m ilimetrów. Agregaty jasne wykazują znaczne ilości porów o wielkości 187,5 mikrona (z wyjątkiem frakcji 2 3 mm), a agregaty ciemne porów tej wielkości nie mają (z wyjątkiem frakcji powyżej 6 mm). Przestwory wielkości 262,5 mikrona ma tylko frakcja 3 4 mm agregatów jasnych i 5 6 mm agregatów ciemnych. Przestwory o 337,5 mikrona znajdują się tylko we frakcjach 1 2 i 5 6 mm w agregatach ciemnych. Nie znaleziono porów tej wielkości w agregatach jasnych. Skład mineralny szkieletu detrytycznego agregatów. W skład detrytusu mineralnego wchodzą m inerały pierwotne, wtórne i okruchy skalne (tab. 4). Minerały pierwotne to kwarc, skalenie (ortoklaz, plagioklaz) i muskowit, a wtórne chalcedon i kalcyt. Wapień dolomitowy jest osadowym okruchem skalnym. Wyniki oznaczeń wskazują na większe zróżnicowanie zawartości kwarcu w agregatach jasnych niż ciemnych, skaleni w ciemnych, a muskowitu, kalcytu i wapienia dolomitowego w jasnych. Sumaryczna zawartość kwarcu i chalcedonu jest większa w agregatach ciemnych niż jasnych (z w yjątkiem frakcji 4 5 mm), rów nież więcej jest w agregatach ciemnych skaleni i muskowitu (z w yjątkiem frakcji 5 6 mm i powyżej 6 mm). Natomiast zawartość kalcytu i wapienia dolomitowego większa jest w jasnych (z wyjątkiem frakcji powyżej 6 mm). Oznaczone m inerały można podzielić ze względu na zawartość składników pokarmowych roślin na dwie zasadnicze grupy: grupa minerałów jałowych biernych (kwarc i chalcedon), grupa minerałów i skał aktywnych (skalenie, muskowit, kalcyt i wapień dolomitowy). Grupa druga zawiera ważne pierwiastki chwilowo niedostępne dla roślin (K, Ca, Mg), a grupa pierwsza tych składników nie ma. Ogólna zawartość składników aktywnych jest większa w agregatach jasnych niż w ciemnych (z w yjątkiem frakcji 3 4 mm). Zawartość substancji organicznej, a więc zawierającej N, przeważa znacznie w agregatach ciemnych w ilości ok. 10% [20]. Stopień obtoczenia mineralnego szkieletu agregatów. Kształt mineralnych ziarn szkieletowych i okruchów substancji organicznej odgrywa w trwałości i wodoodporności agregatów bardzo ważną rolę [2, 19, 21].

12 T a b e l a 4 Skład m ineralny detrytu su /s z k ie le t u / m ineralnego w й wagowych Minorai com position of mineral d e tr itu s /sk e le to n / in weight % Frakcja - F raction of 0 mm Barwa agregatów Colour of aggregates Kwarc Quartz Chalcedon Chalcedony S k alen ie /o r t o - k la z, p la g i o k la z/ Muskowit Feldspars / ortho- M uscovite c la s e, p la g io o la e e/ K alcyt C a lc ite Wapień dolom i towy D olcm ital l i mestone 3 i 4 5 i 6 7 i jasn a - bright 54,1 1,9 11,3 12,0 31,0 9,7 36,0 23,3 40, ,0 4,0 10,3 15,2 35,5 16,0 23,0 25,5 51, ,0 7,4 7,5 15,0 15,3 29,8 32,4 22,5 45, ,0 10,0 11,0 20,0 5,4 15,6 50,0 21,0 19, ,9 4,9 9,5 18,8 9,5 18,4 43,8 28,3 27,9 > 6 - " - 19,3 7,3 7,5 24,5 15,0 26,4 26,6 32,0 4 1,4. Tokaj 1-2 oienrna - dark 51,3 7,0 9,0 17,0 18,0 17,7 38,5 26,0 55, ,1 11,0 16,5 21,1 5,9 15,4 45,1 37,6 17, ,6 4,9 11,0 15,0 6,4 26,1 ^1, , ,8 2,0 18,3 18,0 5,5 15,4 44,8 56,3 18, ,1 9,1 6,4 17,0 6,5 24,1 4 6,2 21,4 50,4 > 6 38,0 6,1 8,3 17,0 7, ,1 25,5 30,6

13 T a b e l a 5 S topień obtoczenia sdneralnc/ch zia rn szk ieletow ych R o llin g degree of mineral skeleton grains Frakcja o f Fraction 0 ППП Barwa agregatów Colour of aggregates Rodzaj ziarn» % Grain kinds, Z a b с d e tuna - um a + b W śred n i sto p ień obtoczenia mean r o llin g degree l 2 Jaena - bright 75,00 5,25 12,50 9,75 0,00 80,25 25,00 < 3 73,00 4,0 0 12,50 10,50 0,00 77,00 27, ,75 5,50 11,50 17,25 0,00 71,25 54,25 _ tf _ 67,00 5,50 12,50 15,00 0,00 72,50 33,00 e; 6 59,00 5,50 16,50 18,00 1,00 64,50 4 1,0 0 > 1-73,50 5,50 10,50 7,5 0 3,00 79,00 26, cienna - dark 67,25 5,25 14,00 9,00 4,50 72,50 32,75 г 3 70,00 5,25 9,00 6,75 10,00 75,25 30,00 * ,00 4,0 0 9,50 4,5 0 3,00 83,00 21,00 u 5 70,25 6,00 12,50 5,25 6,00 76,25 29,75 A * " - 68,00 8,2 5 7,5 0 8,25 8,00 76,25 40,2 5 >Ą 59,75 7,25 1 1,OU 15,00 7,00 67,00 32,00 g о иhb О OQ 5з i И о во м м» о 3 (Ь 3 CTQ Ч Ф 0Q ро' 3 0Q * 1 O' 0 1 пït - ostrokrawędzisty h _ kanciasty. г sloe о obitoczonj, С - Ob'toczony, e - dobrze obtoczony - sharp-edged K angular - veaklv r e lie d. d s u f f ic ie n t ly r o lle d, e w ell r o lle d ь- сл

14 16 J. Tokaj Ziarna ostrokrawędziste i kanciaste są silniej sklejane przez substancje próchniczne, m inerały ilaste i połączenia ilasto-próchniczne [20, 21]. W zawartości ziarn ostrokrawędzistych i kanciastych nie ma większych różnic między poszczególnymi frakcjam i agregatów jasnych i ciemnych (tab. 5). Natomiast różnice te wyraźnie zaznaczają się w liczbie ziarn słabo obtoczonych, obtoczonych i dobrze obtoczonych. Większa ilość ziarn obtoczonych i słabo obtoczonych występuje w agregatach jasnych (z wyjątkiem frakcji 1 2 i powyżej 6 mm). Agregaty jasne mają tylko małą ilość ziarn dobrze obtoczonych we frakcjach 5 6 i powyżej 6 mm, a agregaty ciemne mają tych ziarn od 4,5 do 10%. W sumie zawartość ziarn ostrokrawędzistych i kanciastych jest różna w poszczególnych frakcjach agregatów jasnych i ciemnych. Podobnie układają się wyniki przy średnim stopniu obtoczenia. D YSK USJA Agregaty glebowe w strukturze spełniają podstawową funkcję w regulowaniu właściwości agrofizycznych gleby nie tylko od strony ilościowej, ale także jakościowej. Stąd też poznanie ich właściwości od strony mikromorfologicznej i mikromorfometrycznej dostarcza wielu wiadomości o ich naturze i tworzeniu się w glebie. W różnych krajach rozwinęły się w ostatnich latach badania mikromorfologiczne gleby [1, 3, 4, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 16, 17]. Natomiast bardzo mało spotyka się badań mikromorfologicznych i mikromorfometrycznych samych agregatów glebowych. Obrazy agregatów glebowych poziomu próchniczno-akumulacyjnego widziane pod mikroskopem polaryzacyjnym wskazują wyraźnie na różnice zarówno w cechach mikromorfologicznych, jak i mikromorfometrycznych. Różnice te zaznaczają się wyraźnie między poszczególnymi frakcjam i agregatów i ich zabarwieniem. Na podstawie wykonanych badań można stwierdzić, że procesy gruzełkotwórcze odbywające się w glebach wytworzonych z różnych skał i przy różnym ich użytkowaniu mają charakter procesów złożonych. W przypadku gleby leśnej nagromadzona ściółka z dodatkiem roślinności runa rozkładana jest przez grzyby i bakterie w sposób dynamiczny. Taki rozkład powoduje także gromadzenie się produktów rozkładu i humifikacji i stąd rozmaitość agregacji cząstek m ineralnych i nie rozłożonych resztek roślinnych. Agregaty glebowe są ośrodkiem procesów mikrobiologicznych odbywających się głównie w gruzełkach glebowych w zależności od ich mikrobudowy. Istotnym składnikiem mikrobudowy jest porowatość tw o rząca system wolnych przestrzeni dla krążenia wody i powietrza (tlenu) w gruzełkach glebowych. Te dwa czynniki znajdujące się w wolnych przestworach są miernikiem aktywności mikrobiologicznej i wartości roi-

15 M orfologia i m ikrom orfom etria agregatów glebow ych 17 niczej gruzełków glebowych. Dynamiczny rozkład mikrobiologiczny i humifikacja nagromadzonych substancji organicznych prowadzi do akum u lacji wytworzonych produktów w pewnych etapach i ich koncentracji w roztworach glebowych. Roztwory te, zawierające związki próchniczne o różnej koncentracji, przesycają wytworzone już agregaty lub w obecności kationów Ca2+, albo Fe3+ koagulują cząstki elementarne, tworząc mikro- i makroagregaty glebowe. Stąd w glebie tej frakcja agregatów ciemnych o średnicy 0,5 1 mm trzykrotnie przeważa nad jasnymi. Zawarte w roztworach glebowych związki próchniczne w niejednakowym stopniu przesycają gruzełki glebowe albo podczas ich tworzenia i formowania, albo po ich wytworzeniu w poziomie próchniczno-akumulacyjnym. Oprócz czynnika biologicznego jakość zwietrzeliny skalnej odgrywa ważną rolę w nasileniu tych procesów, mających wpływ na tworzenie się jakościowo różnych agregatów. Ich skład mineralny ma tu także swoje znaczenie, w arunkując dostarczanie mikroorganizmom różnych pierw iastków. Wietrzenie biochemiczne skaleni i muskowitu prowadzi z jednej strony do powstawania minerałów ilastych (montmorylonitu), a z d ru giej strony procesy rozkładu i humifikacji substancji organicznej powodują tworzenie się związków próchnicznych (kwasów huminowych). Składniki te wzajemnie oddziałują na siebie, co prowadzi do powstawania połączeń ilasto-próchnicznych (montmorylonitu z kwasami huminowymi) jako składników bardzo aktywnych w formowaniu się gruzełków i nadawaniu im wysokiej wodoodporności (85 97%). Jak wykazują badania Chana [6], na stopień wodoodporności mają wpływ przede wszystkim połączenia ilasto-próchniczne montmorylonitowo-próchniczne. Dotychczas przeprowadzone badania szkieletu mineralnego [2, 18, 20] wykazały, że ziarna ostrokrawędziste i kanciaste są silniej sklejane przez próchnicę i m inerały ilaste, które znajdują się w większej ilości w agregatach ciemnych niż jasnych gleb brunatnych użytków rolnych i łąkowo-pastwiskowych. Wprawdzie w szkielecie agregatów badanej gleby leśnej stwierdzono zjawisko odwrotne, to jednak w całej masie zaw artość tych ziarn jest w agregatach ciemnych mniejsza niż w jasnych. Agregaty ciemne zawierają natomiast więcej resztek roślinnych bardzo słabo rozłożonych, które m ają także ostre krawędzie i dużą przyczepność. W składzie m ineralnym szkieletu agregatów gleb upraw nych i użytków zielonych nie ma kalcytu i okruchów wapienia dolomitowego, które są w szkielecie agregatów gleby leśnej. Kalcyt i wapień dolomitowy wietrzeją łatwiej i nie tworzą ostrych krawędzi podczas wietrzenia (rozpuszczania), jak to ma miejsce przy hydrolizie skaleni i fizycznym wie

16 18 J. Tokaj trzeniu kwarcu. Zawartość tych składników jest większa w szkielecie agregatów jasnych niż ciemnych oraz ziarn słabo obtoczonych i obtoczonych. Obecne kationy Ca2+ w szkielecie m ineralnym w początkowej fazie rozkładu substancji organicznej biorą udział w tworzeniu się humianów wapnia jako związków wpływających także na wodoodporność agregatów. W NIOSKI Z przeprowadzonych badań cech mikromorfologicznych i mikromorfometrycznych cienkich płytek (szlifów) agregatów o barwie jasnej i ciemnej, poziomu próchniczno-akumulacyjnego gleby leśnej brunatnej kwaśnej można wysnuć następujące wnioski. 1. Agregaty o barwie jasnej i ciemnej różnią się między sobą cechami mikromorfologicznymi (stopniem rozkładu substancji organicznej, jakością ziarn szkieletowych, barwą substancji klejącej itp.), cechami mikromorfometrycznymi (mikrobudową, składem mineralnym, uziarnieniem, obtoczeniem m ineralnych ziarn szkieletowych itp.). 2. Agregaty ciemne wykazują w uziarnieniu grubsze ziarna m ineralne niż jasne, z w yjątkiem frakcji powyżej 6 mm średnicy. 3. W agregatach ciemnych związki próchniczne biorą większy udział jako substancja klejąca części szkieletowe i nie rozłożone resztki roślinne niż w agregatach jasnych. 4. Agregaty ciemne zawierają większą ilość substancji organicznej (próchnicy), składników jałowych (kwarcu i chalcedonu) oraz skaleni i muskowitu, a mniej kalcytu i wapienia dolomitowego niż jasne. 5. Agregaty ciemne zawierają na ogół mniej ziarn ostrokrawędzistych mineralnych, a więcej organicznych i dobrze obtoczonych ziarn mineralnych. Agregaty jasne nie wykazały prawie ziarn dobrze obtoczonych, ale okazały mniejszy stopień średni obtoczenia. 6. Tworzenie się agregatów ciemnych uzależnione jest od stopnia intensywności rozkładu i humifikacji substancji organicznej w poziomie próchniczno-akumulacyjnym. Przy takim rozkładzie wytwarza się różna koncentracja związków próchnicznych w roztworach glebowych, które niejednakowo nasycają cząstki glebowe w czasie tworzenia się gruzełków albo już po ich wytworzeniu. 7. Związki organiczne częściowo rozłożone, związki próchniczne i ilasto-próchniczne decydują głównie o wysokiej wodoodporności agregatów zarówno jasnych jak ciemnych. Agregaty ciemne m ają większą wodoodporność niż jasne.

17 M orfologia i m ikrom orfom etria agregatów glebow ych 19 LITERATURA [1] A l t e müller H.: M ikroskopische U ntersuchungen einiger L össbödentype m it H ilfe von D ünnschliffen. Ztsch. f. Pflanzener. Düng. Bodenk. 1956, 72, 2, [2] A ntipow -K aratajew I. N., Kellerman W. W., Chan D. W.: О poczw iennom agriegatie i m ietodach jego issledow anija. M oskwa Leningrad., Izd. AN SSSR 1948, [3] Beckmann W., Ge y g er E.: E ntw urf einer Ordnung der natürlichen H ohlraum -, A ggregat- und Strukturform en im Böden. Die m ikrom orphom etrische B odenanalyse. Stuttgard 1967, [4] В r ewer R.: C lassification of plasm ic fabrics of soil m aterials. Soil M icrom orphology 1964, [5] С z e r t w i e r i к o w S. D.: M etody badań optycznych m inerałów i skał (przekład z rosyjskiego). W arszawa 1955, [6] Chan D. : O rganom inieralnyje sojedinienia i struktura poczwy. Izd. Nauka, M oskwa 1969, [7] Fiedler H. J.: D ie U ntersuchung der Böden. В. 2, D resden und Leipzig 1965, [8] Joingerius A.: A pplication of quantinet-apparatus in soil m icrom ofphom etry. International W orking-m eeting on Soil M icromorphology, 1969, [9] Kowaliński S.: G leby m urszowe i ich przeobrażenia pod w pływ em upraw y płużnej. W rocław 1964, [10] Kowaliński S.: M icroscopic exam inations of som e soils form ed out of Chinese loesses. Third International W orking-m eeting on Soil M icrom orphology. W rocław 1969, [11] Kubiena W. L.: W esen, Ziele and A nw endungsgebiete der m ikrom orphologischen B odenforschung und Bodenkunde. Ztsch. f. Pflanzenern. Düng. Bodenk. 97, 1962, [12] Kubiena W. L.: Zur M ikrom orphologie und M ikrom orphogenese der L össböden N euseelands. Soil M icrom orphology 1964, 2( [13] Kubiena W. L.: M icromorphologic investigations on soils of the arctic of N orthern Alaska. Third International W orking-m eeting on Soil M icrom orphology. W rocław 1969, [14] Kubiena W. L., Beckmann W., Geyger E.: Zur M ethodik der photogram etrischen Strukturanalyse des Bodens. Ztsch. f. Pflanzenern. Düng. B o denk. 92, 1961, 2, [15] Musierowicz A.: Skład m echaniczny gleb i m etody jego oznaczania. W arszawa 1949, [16] P a r a f i e n o w a E. J., J a r i ł o w a E. A.: M inierałogiczeskije issliedow anija w poczw ow iedienji. M oskwa 1962, Izd. AN SSSR, [17] Rutherford G. K.: O bservations on the origin of a cutan in the yellow - -brow n soils of the highlands of N ew Guinea. Soil M icrom orphology 1964, [18] Tokaj J.: Próba w yjaśnienia trw ałości agregatów z poziom u akum ulacyjnego różnych typów gleb. Rocz. glebozn. dod. do t. 10, 1961, [19] Tokaj J.: Badania nad m ikrostrukturą agregatów glebow ych niektórych gleb górskich. Rocz. glebozn. dod. do t. 13, 1963, [20] Tokaj J.: Ilościow e badania m ikroskopow o-chem iczne agregatów glebow ych

18 20 J. Tokaj jako elem entów strukturalnych. Cz. I. Rocz. glebozn. 17, 1967, Cz. II. 18, 1967, 1, [21] Tokaj J.: M icroscopical investigations on soil aggregates. Third International W orking-m eeting on Soil M icrom orphology. W rocław 1969, [22] Tokarski J.: Zagadnienie naturalnej klasyfikacji gleb. Rocz. glebozn. 3, 1954, Ю. ТО КАЙ М ИКРОМОРФОЛОГИЯ И М ИКРОМОРФОМЕТРИЯ ПОЧВЕННЫ Х АГРЕГАТОВ Институт почвоведения и агрохимии, С ельскохозяйственная академия в Кракове Резюме М икроморфологические и микроморфометрические испытания проводились на почвенных агрегатах гумусово-аккумуляционного горизонта лесной бурой кислой почвы. Названная почва образовалась из осадочных пород глинистых сланцев, доломитизированных известняков и кварцитов горной основной морены. Из образца почвы гумусово-аккумуляционного горизонта толщиной 0,3 13 см были выделены фракции агрегатов диаметром 1 2, 2 3, 3 4, 4 5, 5 6 и выше 6 ą m. В каж дой фракции обособлялись агрегаты со светлой и темной окраской при употреблении специального естественного колориметра. И зучение под поляризационным микроскопом выш еназванных агрегатов светлой и темной окраски проводилось в виде тонких плиток (шлифов). П олученные р езул ь таты исследования явно указывают на то, что агрегаты со светлой и темной окраской различаю тся в отдельных ф ракциях по микроморфологическим и микроморфометрическим свойствам. М икроморфологические свойства вмещают степень разлож ения органического вещества, качество скелетной части, окраску и консистенцию клеющего вещества и т.п. К микроморфометрическим свойствам принадлежат: микростроение, минеральный состав, зернистость, степень обточенности скелета минерального зерна и т.п. Темноокрашенные агрегаты содерж ат больше остатков органического вещ ества и гумуса, больше кварца и халцедона, а такж е полевого шпата и мусковита, но меньше кальцита и доломитизированного известняка, чем агрегаты светлой окарски. Темные агрегаты имеют более крупные минеральные зерна, содерж ат меньше минеральных зернин острогранных и угловатых, а больш е зерна из остатков очень слабо разлож енны х органических обломков (крошек) и отличаются меньшей средней степенью обточенности, чем светлоокрашенные агрегаты. Водопрочно.сть темных и светлых агрегатов в общем очень высокая, но она выше у темных агрегатов чем у светлых.

19 M orfologia i m ikrom orfom etria agregatów glebow ych 21 J. TOKAJ MICROMORPHOLOGY AND MICROMORPHOMETRY OF SOIL AGGREGATES Institute of Soil Science and A gricultural Chem istry A gricultural U niversity of Cracow Summary M icrom orphological and m icrom orphom etrical investigations of soil aggregates of the hum us-accum ulation horizon of forest acid brow n soil w ere carried out. The soil in question developed from sedim entation rock clay shales, dolom itic lim estones and quartzites form ing a m ountain bottom moraine. From the sam ple of hum us-accum ulation horizon w ith the thickness of cm, particular fractions of aggregates of 1 2, 2 3, 3 4, 4 5, 5 6 and over 6 mm in diam eter w ere separated. From every fraction aggregates of bright and dark colour w ere separated by m eans of a special natural colorim eter. Exam inations under polarizing m icroscope com prised the above fractions of aggregates of bright and dark colour in thin plates (microcuts). The results obtained prove distinctly that the bright- and dark-coloured aggregates differ among particular fractions in relation to m icrom orphological and m icrom orphom etrical features. The m icrom orphological features com prise organic m atter decom position degree, quality of skeleton particles, colour and consistency of glueing m atter, etc. the m icrom orphom etrical features m icrostructure, m ineral com position, granulation, rolling degree of m i neral grains of skeleton, etc. D ark-coloured aggregates characterize them selves w ith higher content of organic m atter and hum us residues, sterile com ponents (quartz and chalcedony), feldspars and m uscovite and low er one of calcite and dolom itic lim estone than bright-coloured aggregates. D ark-coloured aggregates distinguish them selves w ith coarser m ineral grains, less am ount of sharp-edged or angular grains, but m ore grains from residues of organic crum bs decom posed very w eakly, as w ell as w ith less m ean rolling degree than bright aggregates. The w aterproof of dark- and bright-coloured aggregates is very high one, but higher in dark- -coloured than in bright-coloured aggregates. Dr Józef Tokaj W płynęło do PTG w czerw cu 1974 r. In s ty tu t G leboznaw stw a i Chem ii R oln ej AR K raków, M ickiewicza 21

20