ZAWARTOŚĆ I FORM Y W YSTĘPO W AN IA PRÓCHNICY W GLEBACH PŁO W YCH (LESSIV ÉS)

Transkrypt

1 ROCZNIKI GLEBOZNAW CZE T. X X IV, z. 2, WARSZAWA 1973 JAN SYTEK ZAWARTOŚĆ I FORM Y W YSTĘPO W AN IA PRÓCHNICY W GLEBACH PŁO W YCH (LESSIV ÉS) CZĘŚĆ II. ROZMIESZCZENIE I SKŁAD PRÓCHNICY W POSZCZEGÓLNYCH FRAKCJACH MECHANICZNYCH GLEB ORAZ PRÓBA OKREŚLENIA FORM SUBSTANCJI ORGANICZNYCH, PRÓCHNICZNO-ILASTYCH W OPARCIU O ANALIZĘ DTA-DTG Zakład Agrofizyki Polskiej Akademii Nauk Kierownik prof. dr B. Dobrzański WSTĘP Form y substancji próchnicznych i występujących minerałów w glebie decydują w dużym stopniu o kierunku przebiegu procesów glebotwórczych. Celowe jest więc podjęcie badań dotyczących rozmieszczenia i ilości poszczególnych grup substancji próchnicznych zaw artych nie tylko w poziomach genetycznych gleb, ale i w określonych frakcjach m echanicznych. Stąd wynika również problem wzajemnego oddziaływania m iędzy próchnicą a określonymi grupami minerałów. Dotyczy to również procesów tworzenia się związków kompleksowych ilasto-próchnicznych i form ich występowania w różnych glebach. W polskiej literaturze fachowej brak jest danych dotyczących tych zagadnień. Spośród polskich autorów Dobrzański [11] i Czerwiński [8] podjęli prace nad rozmieszczeniem węgla w poszczególnych frakcjach mechanicznych gleby, stw ierdzając, że jego zaw artość w yraźnie w zrasta ze zmniejszaniem się średnicy cząstek m ineralnych. Takie same rezultaty uzyskali inni [2, 5, 6, 16, 18, 21]. Z badań R o d e g o [23] wynika, że największe ilości węgla (próchnicy) znajdują się we frakcji o 0 < 0,00025 mm oraz we frakcji od 0,0025 do 0,00025 mm. Autor ten uważa, że próchnica we frakcjach od 1,0 do 0,0025 m m znajduje się ty l ko w poziomie akum ulacyjnym, a do głębszych poziomów dostaje się jedynie w form ie rozpuszczalnej i zatrzym yw ana jest jedynie przez frakcje najdrobniejsze. Shaw [28] wykazał obecność próchnicy we wszyst

2 160 J. Sytek kich frakcjach mechanicznych, a największy jej udział jest we frakcjach najdrobniejszych. Pogląd ten potwierdzają liczni autorzy [5, 7, 16, 21, 22, 30] dodając, że z głębokością zmniejsza się rola frakcji pyłowych w kumulacji próchnicy, a wzrasta frakcja iłu koloidalnego. W ostatnim czasie pojawiło się szereg prac [5, 6, 7, 14, 18, 30] dotyczących ekstrakcji i rozmieszczenia substancji próchnicznych w poszczególnych frakcjach m e chanicznych gleb. Badania te wskazują, że ekstrakcja próchnicy z poszczególnych frakcji mechanicznych gleby zależy od stopnia dyspersji cząstek m ineralnych. Ze zmniejszaniem się ich średnicy zwiększa się rozpuszczalność próchnicy. Stwierdzono odnośnie do czarnoziemów, że w składzie próchnicy w poszczególnych frakcjach m echanicznych, z w y jątkiem iłu koloidalnego, przeważają kwasy huminowe. Grat i i in. [14] oraz Trof imienko i Kizjakow [30] uważają, że to charakterystyczne rozmieszczenie zależy od wielkości cząstek kwasów próchnicznych i od właściwości adsorpcyjnych poszczególnych minerałów. W y mienieni autorzy nie w yjaśniają jednak mechanizmu tworzenia się organiczno-m ineralnych połączeń oraz przyczyn procentowo większej ekstrakcji próchnicy z frakcji drobniejszych. Chan [7] rozdzielił próbkę glebową na 5 frakcji, w których oznaczył skład mineralny substancji próchnicznej. Uzyskał pięć grup kwasów huminowych i fulwowych. Największą ilość próchnicy zaw ierały cząstki o 0 < 0, mm, w których przeważały m inerały z grupy montmorylonitu. Frakcję o c. wł. od 1,8 do 2,3 stanowiła bezpostaciowa krzemionka związana z próchnicą. Autor nie wykazał jednak, czy istnieją różnice między poszczególnymi grupami substancji próchnicznej związanej z montm orylonitem i krzemionką, jak również nie wyjaśnił charakteru wiązań komponentamiów. W związku z prowadzoną w Polsce kartografią gleboznawczą zebrano bogaty m ateriał analityczny, um ożliw iający syntetyczne przedstawienie zasobów próchnicy w różnych typach i rodzajach gleb. Adamczyk [1] opracował m ateriał analityczny dotyczący zawartości próchnicy w glebach ornych i wykazał, że: w glebach o składzie mechanicznym piasków, przy stosunkowo małej różnicy w zawartości iłu koloidalnego, nie uwidaczniają się istotne zależności w procentowej zawartości próchnicy, w utworach znajdujących się na pograniczu piasku gliniastego i gliny lekkiej '(o zawartości 8-10% iłu koloidalnego) stwierdzono pewien wzrost licziby gleb o zawartości ponad 2,5% próchnicy, w grupie utworów o zawartości 10-18% iłu koloidalnego powyższa prawidłowość w ystępuje jeszcze wyraźniej. Z danych tych wynika wniosek (którego autorka nie wyciąga), że wraz ze wzrostem ilościowym frakcji iłu koloidalnego w zrasta możliwość akum ulacji próchnicy w glebach. Nad zagadnieniem wpływu składu granulo-

3 Zawartość i formy próchnicy w glebach płowych 161 metrycznego gleby w gromadzeniu próchnicy i jej różnic jakościowych pracowali również: Jabłoński [15], Morozowa [20], Giedrojc [13]. Liczne badania [2, 16, 21, 22] wykazały również współzależność między ilością próchnicy frakcji iłu koloidalnego a pojemnością wymienną gleb oraz szeregiem innych fizykochemicznych właściwości. Poznanie przyczyn rozmieszczenia próchnicy i jej akumulacji w poszczególnych frakcjach mechanicznych gleb obok znaczenia teoretycznego m a również praktyczne. Szczególna potrzeba rozwiązania tych zagadnień wynika z planowego w ykorzystania ilastych odpadów przemysłowych i kopalnianych do użyźnienia gleb lekkich oraz rekultywacji warstw abiotycznych. Celem niniejszej pracy jest ustalenie składu i rozmieszczenia próchnicy w poszczególnych frakcjach m echanicznych gleb oraz próba określenia charakteru wiązań próchnicy z cząstkami mineralnymi, głównie m inerałami ilastymi w oparciu o analizę DTA-DTG. ZAKRES I METODYKA BADAŃ Przedm iotem badań były próbki glebowe z charakterystycznych poziomów genetycznych uprzednio opisanych 4 profilów gleb płowych oraz 2 profilów gleb słabo wykształconych zbrunatniałych [29], łącznie 21 prób. Z próbek tych wydzielono frakcje mechaniczne o średnicy od 1,0 do 0,1 mm, od 0,1 do 0,002 mm i < 0,002 mm, przesiew ając przez odpowiednie sita frakcję I oraz pozostałe metodą sedym entacyjną. Rozdział glebowej próby wyjściowej tylko na trzy frakcje wynikał z małej ilości węgla ogółem w analizowanych próbkach. W wyodrębnionych frakcjach oznaczono: skład mineralny metodami ogólnie stosowanymi w mineralogii i petrografii [9, 10] oraz we frakcji o 0 < 0,002 mm metodami DTA-DTG i rentgenografii, skład próchnicy metodą analizy frakcjonowanej Kononowej i Bielczikowej [17], węgiel ogółem i w związkach próchnicznych metodą Tiurina stosując jako wskaźnik kwas fenylo-antralinowy. Przygotow ania kwasów huminowych (wyekstrahowanych z poszczególnych frakcji) do oznaczeń gęstości optycznej wykonano według m etody Bielczikowej. Gęstość optyczną kwasów huminowych oznaczono na spektrokolorymetrze (Spekol-Carl Zeissa, przystawka Ek-1) w przedziale widma od 465 do 726 т ц. SKŁAD MINERALNY Wydzielone trzy frakcje różnią się istotnie składem mineralnym. We frakcji o 0 1,0-0,1 m m głównym składnikiem jest kw arc, który

4 162 J. Sytek stanowi we wszystkich analizowanych próbkach ponad 90% objętości. Frak cja ta z profilów 3-6 wyróżnia się tym, że oprócz kw arcu w ystępują najliczniej okruchy skaleni. Ziarna kwarcu m ają różnorodne form y: kuliste, ostrokrawędziste, a nawet słupkowe. W obrębie ziarn kwarcu występują bardzo liczne wrostki. Spośród nich rozpoznano rutyl, turm a- lin i muskowit. Okruchy skaleni są na ogół kanciaste, w yraźniejsze zaokrąglenia wykazują jedynie pakiety łyszczykowe. Wśród skaleni przew ażają ziarna o pokroju tabliczkowym, bardzo źle zachowane, ze spękaniami. Pakiety biotytu są częściowo zmienione, zwykle złożone z cienkich blaszek poprzedzielanych warstewkami tlenków żelaza. Obecne są również chloryty. W ystępują również w niewielkiej ilości m inerały akce- soryczne: cyrkon, rutyn, turmalin, granat, stam olit i dysten. Zawartość minerałów ciężkich w próbkach z głębszych poziomów była nieco większa. W próbkach z profilu 2 'kwarc stanowi ponad 96% obj. Duże ziarna kw arcu są silnie popękane, dobrze obtoczone i wykazują normalne i faliste wygaszanie św iatła; kwarc drobniejszy jest słabo obtoczony i w y kazuje normalne wygaszanie światła. Prócz kwarcu występują okruchy skał krzemionkowych. Wśród minerałów ciężkich wyodrębniono: dysten, cyrkon, rutyl, stanrolit. Próbki z profilu 1 wyróżniają się tym, że ziarna kwarcu pokryte są rdzaw ym nalotem tlenków żelaza. Tlenki żelaza powstały przypuszczalnie podczas wietrzenia i tworzą obecnie błonkowe skupienia oblepiające inne okruchy. We frakcji o 0 0,1-0,002 mm szeroki zakres diametryczny cząstek tej frakcji nie pozwala na określenie przewodniego minerału. W przybliżeniu można określić, że głównym m inerałem jest bezpostaciowa krzemionka. Największe okruchy w tej frakcji to kwarc, obok którego w y stępują nieliczne skalenie (odpowiadające diametrycznie) oraz m inerały ciężkie, takie jak cyrkon, rutyl, turmalin, granat, starnolit i dysten. W próbkach z profilu 1 i 2 spośród dużych okruchów obok w ystępującego w przewadze kw arcu rozpoznano rutyl, turm alin i muskowit. Mniejsze okruchy w tej frakcji to głównie bezpostaciowa krzemionka. Stwierdzono również obecność minerałów z grupy hydromik i chlory- tów. Natomiast występują liczne skupienia o m ałych średnicach, które zostały opisane jako grudki minerałów, prawdopodobnie ilastych. Grudki minerałów ilastych przesiąknięte są związkami żelaza. We frakcji o 0 0,002 mm głównymi składnikami są minerały ilaste oraz pelitycznie rozdrobniony kwarc.

5 Zawartość i formy próchnicy w glebach płowych 163 ZAWARTOŚĆ WĘGLA OGÓŁEM W WYDZIELONYCH FRAKCJACH ORAZ CHARAKTERYSTYKA SUBSTANCJI ORGANICZNYCH W OPARCIU O ANALIZĘ MIKROSKOPOWĄ Zawartość substancji organicznej (węgla) w glebach jest wielkością zmienną. O ilości węgla (próchnicy) w glebach decydują: szata roślinna, stopień erozji, przepuszczalność gleb, zaw artość wapnia, skład m echaniczny i m ineralny; oprócz tych czynników warunki klimatyczne, a zwłaszcza tem peratura i opady. Szczególną uwagę zwrócono na wpływ składu mechanicznego i mineralnego. Układ heterogeniczny gleby (w którym cząstki glebowe o określonych średnicach różnią się składem m ineralnym) stw arza różne możliwości kumulacji związków węgla (rys. 1-6). Rys. l Rys /o С Л о/о С \ cm * cm Rys. 1. Profil 1, Inowłódź. Procentowy udział С ogółem we frakcjach mechanicznych 1 p r o c e n t С o g ó łem w e f r a k c ji о ф 1,0-0,1 m m, 2 p r o c e n t С o g ó łem w e f r a k c ji о ф 0,1- -0,002 m m, 3 p r o c e n t С o g ó łe m w e f r a k c ji о ф < 0,002 m m Profile No. 1, Inowłódź. Total С percentage in mechanical fractions 1 to ta l C p e r ce n t in th e fra c tio n o f m m in d ia, 2 to ta l С p e r c e n t in th e f r a c tio n of 0,1-0,002 m m in dia, 3 to ta l С per ce n t in th e fra c tio n o f < 0,002 m m in dia Rys. 2. Profil 2, Smardzewice O b ja ś n ie n ia ja k n a ry s. 1 Profile No. 2, Smardzewice E x p la n a tio n s a s in F ig. 1 W badanych glebach węgiel stanowi 0,01-0,43% frakcji piasku (tab. 1). We frakcji tej skumulowane jest 2,0-17,0% ogólnej ilości węgla. Należy podkreślić, że frakcja o 0 1,0-0,1 m m w badanych glebach stanowi 46-90% wszystkich cząsteczek mniejszych od 1,0 mm. Obserwacje tej frakcji pod mikroskopem pozwoliły stwierdzić, że między cząstkami mineralnymi znajdują się liczne ciemne skupienia o nieregularnych kształtach, przypominające szczątki roślinne. Zaobserwowano również o

6 164 J. Sytek "/о С О ВО во 100 О ГГ I I I I I I I I i j/q С u \ cm Rys. 3. Profil 3, Kozienice O b jaśn ien ia ja k na rys. 1 Profile No. 3, Kozienice E x p la n a tio n s as in F ig Rys. 4. Profil 4, Łady O b jaśn ien ia ja k na rys. 1 Profile No. 4, Łady E x p la n a tio n s as in F ig. 1 /qg Rys. 5. Profil 5, Łady O b jaśn ien ia ja k na rys. 1 Profile No. 5, Łady E x p la n a tio n s as in F ig. 1 Rys. 6. Profil 6, Kozienice O b jaśn ien ia ja k na rys. 1 Profile No. 6, Kozienice E x p la n a tio n s as in F ig. 1 brunatne lub czarne punkciki bądź otoczki na powierzchni cząstek tej frakcji. Ilość ciem nych organicznych cząstek między fazą stałą była największa w próbkach z poziomu akumulacyjnego. Zaw artość tych organicznych związków w formie skupień między fazą stałą malała wraz z głębokością, natom iast w formie otoczek i punkcików na ich powierzchni wzrastała wraz z głębokością. Na tej podstawie można przypuszczać, że o zawartości węgla organicznego we frakcji piasku, głównie poziomu akumulacyjnego, decydują mniej lub bardziej zhumifikowane cząstki organiczne. W e frakcji tej, szczególnie w głębszych poziomach, zostaje zatrzym ana również m inimalna ilość form rozpuszczalnych węgla orga-

7 Zawartość węgla v-c frakcja ch mechanicznych Carbon content in individual s o il p a rticle s Tabela 1 Łiie jocowooó i nr p ro filu L o cality and p ro file IJo. Głębokość pobrania próbki Sampling depth cm Poziom genetyczny Genetic horizon с ogółem w mg na 100 g gleby T otal С mg/100 g of s o il /'o cząstek glebowych of s o il p a r tic le s F rak cja о 0 1, 0-0, 1 inm F ractio n of 1,0-0,1 inm in d ia. С w mg/ 100 g in mg/ 100 g C/o v/e fra k c j i in fr a c tio n F rakcja о 0 0,1-0,0 0 2 mm Fractio n of 0,1-0,0 0 2 mm in dia. % cząstek glebowych of s o il p a r tic le s С w mg/ 100 g in m g / 100 g C/O we fra k c j i in fr a c tio n % cząstek glebowych of s o il p a r tic le s F rakcja o 0 С 0,002 inm F ractio n of 0,002 mm in dia gleba słabo wykształcona - zbrunatniała weakly developed, browned so il Inowłódz A , , , /в/с , , , C1 С W ID g / 100 g in mg/ 100 g , , ,14 gleba słabo wykształcona - zbrunatniała weakly developed, browned so il Smardzewice A , , , /В/с , , , C , , ,00 С/о v/e fra k c j i in fr a c tio n Zawartość i formy próchnicy w glebach płowych 165

8 1 2 3 c.d. tab eli =...1 gleba brunatna wyługowana odgórnie oklejona lcached brown s o il, gleyed from top KozioiliCC 3?-12 А , , , Л3 К , , ,00 GO-75 В1/Б1/ , , ,33 gleba płowa /lessive/ ze słabo zeznaczonyn odgórnym og lejcn ien so il lessiv é with weakly narked gleizatio n from top Lady Ai и з о , , , л7 J , , , , , ,00 уо-60 B , , ,70 i leba płowa /lessivé/ odgórnie oglejona so il le ssiv é, gleyed from top 166 J. Sytek ЬсЛу A , , , A , , , AjC , , , Bs , , ,29 G le b a płowa /lessivé/ odgórnie s iln ie oklejona s o il le ssiv é, strongly gleyed from top K ozienice A , , , A , , , ('A.; , , ,50 4 о-ео П1) , , ,61

9 Zawartość i formy próchnicy w glebach płowych 167 nicznego. Mała 'kumulacja węgla próchnicy we frakcji 1,0-0,1 mm w y nika głównie z właściwości m inerałów zaw artych w tej frakcji. Odznaczają się one m ałą powierzchnią rozwinięcia, która ponadto jest na ogół szklista, a zatem mało przylepna. We frakcji o 0 0,1-0,002 mm stwierdzono, że węgiel stanowi 0,14-9,27% wag. ciężaru (średnio 1,14% ciężaru). W przypadku badanych próbek wymienionych frakcji skumulowane jest 23,8-63,96% węgla ogółem. W badanych glebach cząstki frakcji o 0 0,1-0,002 mm stanowią 7-42% cząstek m niejszych od 1,0 mm. Obserwacje analizowanej frakcji pod mikroskopem w ykazały obecność organicznych elementów między okruchami mineralnymi oraz na ich powierzchni. Szczególnie okruchy mniejszej średnicy były w całości pokryte brunatnymi i czarnym i błonkami związków organicznych, a opisane wcześniej grudki minerałów ilastych przesiąknięte tym i związkami. Okruchy o większych średnicach w analizowanej frakcji to minerały o podobnych cechach i właściwościach jak m inerały frakcji piasku, a więc m inerały o małej podatności do kumulacji węgla. Cząstki o m niejszych średnicach to głównie m inerały o budowie blaszkowej i pakietowej, charakteryzujące się zarówno powierzchnią zewnętrzną, jak i w e wnętrzną. Duża powierzchnia rozwinięcia tych minerałów, powierzchnia aktyw na przyczynia się do magazynowania węgla w tej frakcji. Udział węgla we frakcji mniejszej niż 0,002 mm wynosi 0,29-13,25% ciężaru (średnio 3,91% ciężaru). We frakcji tej w badanych próbkach skumulowane jest 23,9-68,57% węgla ogółem. Cząstki frakcji < 0,002 mm stanowią tylko 3-23% cząstek mniejszych od 1,0 mm. Budowa pakietowa minerałów tej frakcji, głównie ilastych, oraz obecność w niej rów nież cząstek o w ym iarach koloidów {tj. o mu) jest przyczyną dużej kumulacji węgla. Szczególnie cząstki o w ym iarach koloidów, charakteryzujące się olbrzymią powierzchnią i nie skompensowaną energią, zgodnie z II zasadą termodynamiki, dążą do adsorpcji lub łączenia się. Na ciałach o bardzo rozwiniętej powierzchni adsorbowane są więc, obok innych elementów, związki węgla organicznego. Należy podkreślić, że lepkość m inerałów tej frakcji, a szczególnie cząstek układów koloidalnych, jest bardzo duża. Reasumując należy stwierdzić, że kumulacja węgla w glebach zależy w dużym stopniu od składu mechanicznego i mineralnego. Należy podkreślić, i to bardzo mocno, że zaw artość węgla w danej frakcji m echanicznej oraz w całej próbce glebowej jest wypadkową szeregu czynników. Dlatego doszukiwanie się korelacji między zaw artością węgla w danej frakcji a ciężarem tej frakcji jest nieuzasadnione. Potencjalną przyczyną nagromadzenia się w zrastających ilości węgla we frakcjach o coraz to m niejszych średnicach jest zwiększająca się powierzchnia aktyw na

10 168 J. Sytek wraz z rozdrobnieniem minerałów. Wielkość powierzchni rozwinięcia powierzchni aktywnej zależy od ilości i rodzaju minerałów, głównie minerałów ilastych we frakcjach o 0 < 0,005 mm oraz od ilości cząstek o w ym iarach koloidów. Możliwość połączeń i ich charakter między związkami węgla a częścią m ineralną gleby zależy głównie od wymienionych czynników. ZAWARTOŚĆ I SKŁAD PRÓCHNICY W WYDZIELONYCH FRAKCJACH MECHANICZNYCH O zastosowaniu metody Kononowej-Bielczikowej [17] do badań zadecydowała wielkość minimalna próbki, w ym agana do oznaczania grup związków próchnicznych. Wielkość próbki m iała istotne znaczenie przy zastosowaniu tej samej m etody analitycznej w poszczególnych frakcjach mechanicznych, jak i w całkowitej próbce glebowej. Zawartość, jak i skład jakościowy próchnicy w poszczególnych frakcjach mechanicznych odzwierciedla charakter rozmieszczenia w profilu i wskazuje na potencjalne możliwości rodzaju połączeń związków próchnicznych z częścią mineralną gleby. Stopień ekstrakcji substancji próchnicznych w poszczególnych frakcjach mechanicznych wynosił: we frakcji piasku 29,8-83,3% С (średnio 50,2% C), we frakcji o 0 0,1-0,002 mm 33,3-83,3% С (średnio 49,6% C), we frakcji iłu koloidalnego 33,2-84,0% С (średnio 57,6% C). Największy stopień ekstrakcji uzyskano we frakcjach o 0 < 0,002 mm. Pozornie zdawałoby się, że stopień związania próchnicy z cząstkami mineralnymi tej frakcji jest najm niejszy. Należy podkreślić, że mikroskopowe obserwacje wykazały dużą ilość nie zhumifikowanych cząstek organicznych we frakcji piasku, mniejszą nieco we frakcji o 0 0,1-0,002 mm, we frakcji zaś iłu koloidalnego cząstek tych nie stwierdzono. Na tej podstawie można stwierdzić, że w poszczególnych frakcjach mechanicznych w składzie substancji organicznych różny jest stosunek między substancjami nie stanowiącymi właściwej próchnicy a wielkocząsteczkowymi związkami próchnicznymi. Eksperym entalnie stwierdzono, że w kierunku zmniejszania się średnicy frakcji wzrasta w składzie substancji organicznych udział próchnicy. Stopień ekstrakcji substancji próchnicznych jest w yrażony w p rocentach zawartości węgla w danej frakcji, a nie w stosunku do faktycznej ilości próchnicy, dlatego też nie może on odzwierciedlać stopnia związania próchnicy z cząstkami mineralnymi tej frakcji. Stopień związania próchnicy z mineralną częścią gleby, biorąc pod uwagę fizykochemiczne właściwości próchnicy i m inerałów, w zrasta w glebach wraz ze zm niejszaniem się średnicy cząstek m ineralnych. Skład ilościowy i jakościowy poszczególnych związków próchnicz-

11 Zawartość i formy próchnicy w glebach płowych 169 nych w badanych frakcjach mechanicznych jest zróżnicowany (tab. 2). We frakcji piasku (o 0 1,0-0,1 mm) nie ma tendencji do kumulacji określonej grupy związków próchnicznych. Stosunek С kwasów huminowych do С kwasów ful wo wy ch w próchnicy tej frakcji mechanicznej jest różny i waha się 0,24-3,50. Stosunek C:KH do C :K F w tej frakcji, wyodrębnionej z jednoimiennych poziomów genetycznych badanych gleb, również nie jest podobny. We frakcji piasku skumulowane jest na ogół mniej niż 10% ogólnej ilości zaw artych w glebie kwasów huminowych i fulwowych (rys. 7-12). Próchnica frakcji piasku to głównie zhumifikowane wewnętrznie i zewnętrznie cząstki resztek organicznych oraz formy skrzepnięte na powierzchni minerałów, nie związane z nimi chemicznie. Kwasy huminowe dominują w próchnicy frakcji mechanicznej o 0 0,1-0,002 mm; miernikiem tego stanu są wysokie w artości stosunku C-KH-.C-KF, bo 1,41-7,99. W tej frakcji mechanicznej w przypadku badanych gleb skumulowane jest 48-83% kwasów huminowych oraz 13-49% kwasów fulwowych. W analizowanej frakcji, wyodrębnionej z gleb słabo wykształconych zbrunatniałych, największa ilość kwasów huminowych jest skumulowana w poziomach A 1 i B/C. Natomiast w próbkach frakcji o 0 0,1-0,002 mm z gleb płowych największe ilości kwasów huminowych w stosunku do ogólnej ilości określonej w danym poziomie genetycznym znajdują się w poziomach B. Próchnica frakcji iłu koloidalnego zawiera dużą ilość kwasów fulwewych. Stosunek kwasów huminowych do kwasów fulwowych w tej frakcji mechanicznej waha się 0,18-0,72 (tab. 2). We frakcji o 0 < 0,002 mm, w przypadku badanych gleb, skumulowane jest 43-87% kwasów fulwow ych oraz 12-46% kwasów huminowych. Zawartość i dominacja poszczególnych związków grup próchnicznych wśród cząstek glebowych o określonych średnicach nie jest wykładnikiem syntezy tych związków in situ w danej frakcji. Proces ten tylko w m ałym stopniu decyduje o rozmieszczeniu próchnicy w poszczególnych frakcjach mechanicznych. W ydaje się, że układu tego nie należy również utożsamiać z następstwem powstania w określonych frakcjach m echanicznych kompleksowych związków m ineralno-organicznych. Specyficzne rozmieszczenie poszczególnych grup związków próchnicznych we frakcjach mechanicznych jest wykładnikiem szeregu skomplikowanych czynników i procesów, między innymi wynika ono z właściwości fizykochemicznych kwasów próchnicznych i niektórych grup minerałów oraz z przebiegu procesów glebotwórczych. Pow stające w procesie humifikacji kwasy fulwowe reagując z kationami tworzą rozpuszczalne fulwiany, obdarzone zdolnością do migracji wraz z roztw orem glebowym. W odczynie środowiska i dużej dyspersji

12 Skład au bstancji pi'ôchnicznyoh we frak cjach mechanicznych Composition of humus subtanccs in mechanical fra ctio n s T a b e l a 2 Łlie jscowoûé i nr p ro filu L o ca lity and p ro file Ko. Głębokość pobrania próbki Sanplinc depth cm CJ O O M r*> -rl P u 0) o G Л1 o w o M-rl O -P rł O) 13 G O (3) Pł CJ G W Ho ci! P CN 0 O 01 OJ HРЧ Ъ J <D» F rak cja o 0 od 1,0-0,1 min F ractio n of 1,0-0,1 mm in d ia. C-EH huinic acids C-KF f u lvie acids с-кн C-KF reszta nie hyd ro liz u ją ca unhydrolising residue G к H ctj G «.3 u O- rt CM РЧ S «* D "A F rak cja о 0 od 0,1-0,0 0 2 mm Fraction of 0,1-0,002 mm in dia. C-KH humic acids C-KF fu lv ic acids C-KH C-KF reszta nie hyd ro liz u ją ca unhydrolising residue Wyj С ogółem - in >j to ta l С G œ н G ^ н + о cd о cvj 4 н ^ «и а F rakcja о 0 0,002 mm F raction <C 0,002 mm in dia. С-КН humic acids C-KF fu lv ic acidà C-KH C-KF reszta nie hyd ro liz u ją ca unhydrolising residue üleba słabo wykształcona - zbrunatniała weakly developed, browned so il Inowłódz A1 33,6 16,0 17,6 0,91 66,4 50,1 42,5 7,6 5,58 49,9 57,8 14,8 43,0 0,34 42, /в/с 44,0 18,0 26,0 0,69 56,0 51,0 40,0 11,8 3,38 48,2 57,2 10,9 46,2 0,24 42, C1 57,1 28,6 23, G 1,00 42,9 04,5 26,2 58,2 0,45 15,5 43,7 10,0 33,7 0,30 56,2 1'leb a słabo wykaztałcona - zbrunatniała weakly developed, browned so il Smardzewice A1 45,3 2:7,9 17,4 1,60 54,7 34,2 27,2 7,0 3,08 65,8 70,8 16,9 53,8 0,31 29, /в/с 43,1 29,2 13, г 2,11 56,9 33,5 23,0 5,3 5,06 66,5 66,7 10,0 56,7 0,18 33, ,0 35,0 10,0 3,50 55,0 25,0 20,0 5,0 4,00 75,0 63,3 13,3 55,0 0,2 4 31,6

13 o.a. tab eli 2 2_ 2 3 Ь gleba brunatna wyługowana odgórnie oglejona leached brown s o il, g ley ed froi:'. top Kozienice Łady Łady A1 A,g W Ai A- j A ^ B1 A1 A3 a^g Bg GO, 0 39,4 50,0 50,0 66,7 55,0 62,5 83,3. 66,7 20,8 16,7 20,0 20, , , ,7 9,0 22,2 40,0 2,51 0,75 0,50 70,1 G l, 1 40, ,5 17, ,8 j 1,13 д. 50,0 2,04 0,81 GG, 2 65,2 45,7 gleba płowa / lessivé/ z c słabo r.asnae/.onym ogórnyn oklejeniem so il lessiv é with weakly marked g lcisa tio n fron: top 19,1 18,7 3 0, ü 33, ,0 35,3 1,06 1,07 0,66 1,00 GO, G 50,0 50,0 55,5 5P,0 45,7 46,9 70,6 55, , ,2 11,4 17,8 25,0 eba płowa /lessivé/ odgórnie o glejona so il le ssiv é, gleyed from top 1,00 0,67 0,67 0,52 4 5,0 37,5 16,7 53, , ,0 7 4, , , ,51 5,00 1,75 1, ,99 5,16 gleba płowa /lessivé/ odgórnie s iln ie oglejona s o il le ssiv é, strongly gleyed from top 50,0 54,5 51,1 29, , ,5 52,7 60, ,7 76, ,9 19,3!2,5 16,5 8,2 0,7 10,0 13,1 19,7 1 8,0 12, ,9 57,2 4 5,8 54,5 37,6 56,5 6 6,0 56, 0 0,72 0,58 0,26 0,47 0,22 0,2 0 0,18 0,48 0,35 0,27 0,21 47,7 47,5 40, ,2 2 3,6 16,0 52,0 Zawartość i formy próchnicy w glebach płowych Kozienice A1 A3 saj DD 50,4 4 4,6 56,2 33,3 19,5 22,8 25,0 15,3 50,9 21,7 51,2 20,0 0,6p 1,05 0,80 0, CG ,4 45, i* ,1 33, ,8 22, ,5 8, ,41 1,51 2, 90 1,55 4 9,9 66, ,3 4 9,2 50,5 50, , ,9 2 2,8 3 6,9 57,2 4 2,1 0,4 6 0,33 0,36 0, ,5 50,0

14 172 J. Sytek Rys. 7 Rys. 8 /o C-HH i /o C-HF /o C~HH i /o C-HF O M ч O j Rys. 7. Profil 1, Inowłódź. Procentowy udział węgla kwasów huminowych i fulwowych we frakcjach mechanicznych do ogólnej zawartości węgla tych kwasów w glebie 1 procent C-KH we frak cji о 0 1,0-0,1 m m ; 2 procent C-K H we frak cji o 0 0,1-0,002 m m ; 3 procent C-KH we frak cji о 0 < 0,002 m m ; 4 procent C -K F we frak cji о ф 1,0-0,1 m m ; 5 procent C -K F we frak cji о ф 0,1-0,002 m m ; 6 procent C -K F we frak cji o 0 < 0,002 mm Profile No. 1, Inowłódź. Percentage of С of humic and fulvic acids in mechanical fractions in relation to total carbon content of these acids in soil 1 C-KH per cent in the fraction of mm in dia; 2 C-KH per cent in the fra c tion of mm in dia; 3 C-KH per cent in the fraction of mm in dia,; 4 C -K F per cent in the fraction of m m in dia; 5 C -K F per cent in the fraction of mm in dia; 6 C -K F per cent in the fraction of 0,002 mm in dia Rys. 8. Profil 2, Smardzewice Objaśnienia jak na rys. 7 Profile No. 2, Smardzewice Exp lan ation s as in Fig /o C-HH i /o C-HF ' m 0/o C -H H iü/oc-n, Ш Rys. 9. Profil 3, Kozienice Objaśnienia jak na rys. 7 Profile No. 3, Kozienice Exp lan ation s as in Fig. 7 Rys. 10. Profil 4, Łady Objaśnienia jak na rys. 7 Profile No. 4, Łady Exp lan ation s as in Fig. 7

15 Zawartość i formy próchnicy w glebach płowych IoC-HHi /oc-hf Z % C -H H i% C -H F \ cm Rys. 11. Profil 5, Łady O bjaśnienia ja k na rys. 7 Profile No. 5, Łady Exp lan ation s as in Fig. 7 Rys. 12. Profil 6, Kozienice Objaśnienia ja k na rys. 7 Profile No. 6, Kozienice Exp lan ation s as in Fig. 7 kwasów fulwowych należy dopatryw ać się przyczyn infiltracji i dominowanie tej grupy związków próchnicznych we frakcjach mechanicznych gleby o m ałych średnicach. Zarówno kwasy fulwowe, jak i kwasy huminowe, ale z mniejszą szybkością, są przemieszczane do frakcji m echanicznych o mniejszych średnicach. Infiltrację kwasów huminowych z roztworami glebowymi warunkuje tworzenie się ich rozpuszczalnych form oraz łatwość w ytrącania się tych związków w postaci osadu w środowisku kwaśnym. O rozpuszczalności kwasów huminowych, pomijając stopień związania z cząstkami mineralnymi, decyduje w dużym stopniu charakter odczynu środowiska glebowego, a w szczególności roztworu glebowego. W środowisku glebowym wydzielane grupy związków próchnicznych mogą w zmienionych warunkach ulegać przeobrażeniom: fulwokwasy ^ kwasy huminowe brunatne kwasy huminowe szare. Według Terleckiego między kwasami huminowymi i fulwowymi zachodzą pewne stany równowagi, które mogą się przesuwać zależnie od występujących w danym momencie warunków stężenia, stanu dyspersji, odczynu gleby, zasobności w azot, charakteru i składu ośrodka. Aleksandrowa [4] uważa kwasy fulwowe za cząstkę kwasów huminowych bardziej speptyzowanych, nie m ającą zdolności do tworzenia osadu w środowisku kwaśnym. Poglądy tej autorki nie są odosobnione. Kwasy fulwowe w pojęciu Scheffera [24], Fleiga [12], Kumady [19] stanow ią pierwotne form y kwasów huminowych lub produkty ich destrukcji. Przedstawiony w skrócie przegląd poglądów dotyczących możliwości przeobrażeń fulwokwasów w glebie rzuca dodatkowe światło na wyniki rozmieszczenia poszczególnych grup związków próchnicznych we frak-

16 174 J. Sytek с jach mechanicznych. Najistotniejsze jednak przyczyny charakterystycznego rozmieszczenia to rozpuszczalność kwasów fulwowych i huminowych w glebie i trwałość tych form w roztworze glebowym. Rodzaj i skład związków próchnicznych, infiltrujących z roztworem glebowym między cząsteczkami glebowymi o różnej średnicy, zależy od wielu w a runków, a m. in. od procesu glebotwórczego. GĘSTOŚĆ OPTYCZNA KWASÓW HUMINOWYCH WYODRĘBNIONYCH Z RÓŻNYCH FRAKCJI MECHANICZNYCH GLEBY Wyniki pomiarów gęstości optycznej kwasów huminowych scem ento- wanych z poszczególnymi frakcjam i m echanicznymi dowodzą o ich zróżnicowaniu (tab. 3). Obserwuje się również zróżnicowanie tych związków wyodrębnionych z poszczególnych poziomów genetycznych. Kwasy huminowe frakcji piasku odznaczają, się najmniejszą zdolnością adsorpcji fal świetlnych długości 475 mji i 675 m\i. Mała gęstość optyczna 'kwasów huminowych tej frakcji, o czym informują duże wartości liczbowe ilorazu zabarwienia Q4/ 6, świadczy o prostej budowie ich cząsteczek oraz o względnej ich,,młodości,\ Można na tej podstawie przypuszczać, że kwasy huminowe frakcji piasku, odznaczające się dużą dyspersją, są w małym stopniu związane z cząstkami mineralnym i tej frakcji, a zatem obdarzone dużą ruchliwością. Potw ierdza to wcześniejsze stwierdzenie odnośnie do składu substancji próchnicznych frakcji piasku. W tej frakcji mechanicznej oraz pozostałych analizowanych najprostszą budową cząsteczek odznaczają się kwasy huminowe z poziomów A x. Natomiast najbardziej złożoną budowę cząsteczek m ają kwasy huminowe wszystkich analizowanych frakcji m e chanicznych wyodrębnionych z poziomów przemycia z oznakami odpo- wierzchniowego oglejenia. Przyczynę tego stanu wyjaśniono przy charakterystyce substancji próchnicznych, zaw artej w całej próbce glebowej poziomów A 3g [29]. Uzyskane wartości liczbowe ilorazu zabarwienia Q46 dla kwasów huminowych wyodrębnionych z poszczególnych frakcji mechanicznych wszystkich analizowanych poziomów genetycznych można przedstawić w postaci następującego szeregu: w artość Q4/6C-KH z frakcji 1,0-0,1 mm < Q 4/6C-KH z frakcji 0,1-0,0 0 2 mm < Q4/6C-KH z frakcji < 0,002 mm. Kwasy huminowe związane z cząsteczkami mineralnymi o coraz to mniejszych średnicach wykazują wzrost gęstości optycznej. Tego rodzaju efekty mogą być następstwem bardziej skomplikowanej budowy cząsteczek tych kwasów oraz większego udziału składników popielnych. W e dług Kononowej, Bielczikowej [17] oraz innych autorów [4,

17 Zawartość i formy próchnicy w glebach płowych 175 Tabela 5 Gęstość optyczna kwasów huminowych wyekstrahowanych z różnych f r a k c ji mechanicznych gleb O ptical density of humic acids extracted from d ifferen t mechanical fra ctio n s of so il Miejscowość i nr p ro filu L o ca lity and p ro file!ïo. Głębokość pobrania próbki Sampling depth cm Poziom genetyczny Genetic horizon fr a k c ja 0 0 od 1,0-0,1 mm fr a c tio n of 1, 0-0,1 mm in d ia. ^4/6 / 2475 Щ : S675 ед / fr a k c ja 0 0 od 0,1-0,002 mm fr a c tio n of 0, 1-0,002 mm in d ia. fr a k c ja 0 0 < 0,002 mm fr a c tio n of <C0,002 mm in d ia. gleba słabo wykształcona - zbru natniała weakly developed, browned so il Inowłódz A1 6,30 5,^5 4, /3/С 5,17 4,93 4, C1 5,5 6 5,22 4,4 0 gleba słabo wykształcona - zbru natniała weakly developed, browned so il Smardzewice ,37 6,92 6, /В/С 5,71 5,50 4, C1 4,2 0 4,0 5 5,65 gleba brunatna wyługowana odgórnie ogle jona leached brown s o il, gleyed from top Kozienice At 6,10 5,37 5,17 ; A5S 5,57 5,20 4,7 3 * V V 6,00 5,96 gleba płowa / lessivé/ ze słabo zaznaczonym odgórnym oglejeniem s o il lessiv é with weakly marked gleizatio n from top Łady A A A5 s ~1 gleca płowa / lessivé/ odgórnie oglejona s o il liessiv é, gleyed from top VJl 0 6,2 8 6,00 6,08 5,1 1 4,45 4,1 7! 4,2 8 3,67 4,10 1 5,0 0 4,71 4,44 Lady A1 5,6 4 5,47 5, A3 4,55 4,44 4, ,4 1 A3e 4,5 0 4, g 5,45 4,83 4,6 0 gleba płowa / lessivé/ odgórnie siln ie orrlejona so il le ssiv é, strongly 7 gleyed from top Kozienice At 5,42 5,55 5, A3 5,39 5,00 4, SA3 5,08 4,75 4, ED 5,53 4,98 4,1 6 j

18 176 J. Sytek 19, 24] małe wartości liczbowe ilorazu zabarwienia kwasów huminowych są wynikiem dużej kondensacji ich jądra arom atycznego. W świetle przedstawionych wyników w niniejszej pracy oraz prowadzonych w tym kierunku dalszych badań należy przypuszczać, że małe wartości ilorazu zabarwienia Q4/6 kwasów huminowych zależą nie tylko od złożonej budowy cząsteczek tych związków, ale i od elementów mineralnych trw ale z nimi związanych. Kw asy f ulwo we, jak i kwasy huminowe młode, o prostej budowie cząsteczek, em igrując głównie z poziomu ściółki lub z A t w głąb profilu między cząstkami glebowymi o różnej średnicy, wchodzą z nimi w reakcje (jak również z migrującym i kationami metali), tworząc różnego charakteru związki kompleksowe. Trwałość tych połączeń będzie w dużym stopniu zależała od właściwości kompleksotwórczych kationów oraz od aktywności powierzchni minerałów i wielkości powierzchni rozwinięcia. Cementacja substancji próchnicznych z minerałami ilastymi, głównie we frakcji iłu koloidalnego w postaci związków kompleksowych, huminowo-ilastych lub huminowo-żelazisto-ilastych, wydaje się bardzo trwała, biorąc pod uwagę małe zdyspergowanie i ruchliwość zawartych w tej frakcji kwasów huminowych. Jak wynika z gęstości optycznej, największą,,kondensacją arom atycznego jądra odznaczają się kwasy huminowe związane z frakcją iłu koloidalnego, czyli z minerałami ilastymi. PRÓBA BADANIA FORM SUBSTANCJI PRÓCHNICZNYCH W OPARCIU O POSTAĆ KRZYWYCH DTA-DTG ANALIZY TERMORÓŻNICOWEJ G LEBY O 0 < 0,002 mm W oparciu o analizę term iczną oprócz rozpoznania składu m ineralnego frakcji iłu koloidalnego można zbadać skład jakościowy i ilościowy substancji próchnicznych oraz form połączeń organiczno-mineralnych [3, 25, 26, 27, 31, 32]. Krzywa DTA próbek glebowych charakteryzuje efekty egzotermiczne spalania substancji organicznych w granicach tem peratur C, a nawet C. Różne formy krzywych DTA w tych zakresach tem peratur zależą m. in. od składu chemicznego substancji organicznych i form połączeń organiczno-m ineralnych. Pow ierzchnie określone krzywą efektu egzotermicznego DTA mogą być punktem wyjścia do obliczania ilości substancji próchnicznych. Kształt krzywych DTA w zakresie reakcji egzotermicznej frakcji < 0,002 mm badanych próbek nie może być przedmiotem tych badań, ponieważ ich analizę prowadzono w atmosferze azotu. W pracy tej zwócono uwagę na postać efektów egzotermicznych na krzywej DTG, na której proces utleniania substancji organicznej nie jest zniekształcony (tab. 4). Z zestawień wynika, że krzywe DTG pomijając straty wody w tem peraturze ok. 100 C, odznaczają się dwoma głównymi stadiami rozkładu substancji organicznej,

19 Zawartość i formy próchnicy w glebach płowych 177 a maksimum wychyleń (pików) przy tem peraturze ok. 280 C i 540 C. Efekty tych reakcji obrazują różne kształty pików. Długie i wąskie piki reakcji egzotermicznej na krzywej DTG wskazują na dużą, a szerokie i krótkie na m ałą energię aktywacji. W oparciu o kształt tych pików można wnioskować, czy substancja próchniczna jest utleniana jednostajnie lub czy rozkład jej jest powolny, czy skokowy. Szybkość spalania (lub pirolizy) i jego granice tem peratur wskazują na jednorodność lub niejednorodność substacji próchnicznej w danej próbce, jak również na charakter połączeń z m ineralną częścią gleby. Spalanie się substancji organicznej w wyższych tem peraturach oraz trudność jej całkowitego utlenienia wskazują prawdopodobnie na inny typ połączeń z cząsteczkami mineralnym i. B yć może, o wyższym efekcie tem peratur spalania decyduje silniejszy charakter wiązań; jak dotychczas nie ma dostatecznych dowodów, że wiązania te są typu intram icelarnego. Uogólniając zaznaczone efekty spalania i pirolizy substancji organicznych na krzywej DTG można stwierdzić, że: próbki frakcji o 0 < 0,002 mm z poziomów A x badanych gleb odznaczają się spalaniem substancji organicznej głównie w niższych tem peraturach ( C), brak na ogół efektu termicznego ok. 540 C bądź jest on bardzo słabo zaznaczony. próbki frakcji o 0 < 0,0 0 2 mm z poziomów głębszych (A3, B b B x (Bj), ( B JC i C) badanych gleb odznaczają się zaw artością substancji organicznej o różnym stopniu związania z kationami m etali i cząstkami m i neralnymi, granice tem peratur ich spalania wynoszą C oraz ok. 540 C, a w niektórych przypadkach efekty egzotermiczne utleniania się związków organicznych są zaznaczone w tem peraturach wyższego rzędu. Uzyskane dane dla próbek zaszeregowanych do pierwszej grupy wskazują na zawartość substancji organicznej słabo związanej z cząstkami mineralnym i. Należy przypuszczać, że substancje próchniczne poziomów A x w tej frakcji tworzą skrzepy między cząstkami minerałów lub na ich powierzchni. Sądząc z kształtu pików ok. tem peratury 280 C na krzywej DTG można przypuszczać, że substancje organiczne próbek z poziomów A x profilów 1 i 6 są słabo zhumifikowane, natomiast w próbkach z profilów 3, 4 i 5 proces humifikacji jest posunięty dalej. Substancje organiczne we frakcji < 0,002 mm z poziomów głębszych występują prawdopodobnie w postaci skrzepów między cząstkami mineralnymi, otoczek na ich powierzchni oraz związków kompleksowych próchniczno- -ilastych. W przypadku badanych próbek wiązanie substancji próchnicznej z minerałam i ilastymi jest raczej typu zewnętrznego. Efekty egzotermiczne w wyższych tem peraturach ( C) w niektórych próbkach wskazują również na utlenianie substancji próchnicznej, prawdopo-

20 178 J. Sytek Skład mineralny f r a k c ji o 0 <C 0,002 cm Mineral composition of fra ctio n s of p a rticle s <C mm in dia. Tabela 4 L ie jscowosć i nr p ro filu L o ca lity and p r o file Ko. Głębokość pobrania próbki Samplin g depth on Poziom genety czny Genetic horizon Minerały przeważające i la s t e Predominating clayey m inerals Substancje towarzyszące Accompanying substances Uwagi - Remarks: postać krzywych DTG shape of the curve D.T.G, gleba słabo wykształcona - zbrunatniała weakly developed, browned so il Incwiódz A1 mała zawartość minerałów ila s ty c h lew content of clayey m inerals su bstan cja am orficzna,pył kwarcowy bardzo drobny, małe i l o ś c i p i rytu amorphous substan ce, very fin e quartz s i l t, low quantity of p y rite pik I o k.temp.100 С, k ró tk i i szeroki peak I - temp.about 100 С short and wide pik I I о к.280 C, k ró tk i i szeroki peal: I I - temp.about 280 С, short and wide pik I I I ok.500 C, słabo zaznaczony peak I I I - temp.about 500 C, weakly marked /В/с i l l i t, k a o lin it i l l i t e, k a o lin ite /А120- i F e ^ / - > p-ik I ok.lg0 C peak I - temp.about 100 С pik I I ok.280 C, węższy i dłuższy peai: I I - about 280 С, narrower and longer pik I I I ok.540 C, wyraźnie zaznaczony peak I I I - about 540 С d istin c tly marked i l l i r, k a o lin it i l l i t e, k a o lin ite /А12о5 i?е205/ pik I о к.100 C peak I - temp.about 100 С pik I I ok.220 C długi i lekko zaznaczona jego dwudzielnośc peak I I - about 220 С, long and with s lig th ly marked b ip a r tity pik I I I ok.550 C peak I I I - about 550 С gleba brunatna wyługowana odgórnie oglejona leacr.cd brown s o i l, gleyed from top Kozienice p 2-12 A1 i l l i t, prawdopodobnie występuje w pos t a c i domieszki no nt ino г y 1 с r.i t e we n t. też k a o lir.it i chlory t i l l i t e and probably as an admixture m ontm orillonite or also k a o lin ite and ciilo rite su bstancja amorficzna, drobny pył kwarcowy amorphous substance, fin e а г; a rt z s i l t pik I ok. 100 C peek I - about 100 С pik I I ок. 220 C, długi i lekko zaznaczona jego dwudzielność peak I I - about 220 С, long and with s lig h tly marked b ip a rtity pik I I I ok. 540 C peak I I I - about 540 С

21 Zawartość i formy próchnicy w glebach płowych 179 c.cl. ta :.e łi Вд/В-l/ i l l i t, występowanie i l l i t u i montmorylo n itu prawdopodobnie w postaci struktu r mieszanych i l l i t e and montmorillo n ite probably as mixed structu res Kozienice i l l i t, prawdopodobnie występuje w pos t a c i domieszki montmorylor.it i l l i t e and probably as an admixture montmorillonitesubstan cja am orficzna, drobny pył kwarcowy amorphous substance, fin e ' quartz s i l t pik I ok. 100 C peak I - temp, about IGO С pik I I ок. 280 C, k ritsz y i lekko zaznaczona jego dwudzielność peak I I - about 280 C, long and with s li^ tly marked b ip a rtity brak piku ок. 540 C lack of peak I I I about 540 С pik I ok. 100 G peak I - temp, about 100 С pik I I ok. 280 C, wyraźnie zaznaczona j e -го dwudzielność peak I I - about 280 С, with d is t in c tly marked b ip a rtity lekko zaznaczający się efek t ok. 540ÖC s lig h tly marked e f f e c t a t about 540 C gleba płowa / lessivé/ ze słabo zaznaczonym odgórnym oglejeniem s o il lessiv é with weakly marked g leizatio n from top Lady A1 m inerały ila s t e w małej koncentrac j i - nie oznaczono term icznie clayey m inerals in low concen tration, not determined therm ically su bstan cja am orficzna, bardzo drobny pył kwarcowy amorphous substan ce, very fin e quartz s i l t pik I ok. 100 C peak* I - temp, about 100 С pik I I ок. 280 C, wc.ski i dłu- S1 O peak I I - about 280 С, narrow and long brak piku ок. 540 C lack of peak at about 540 С A? i l l i t - i l l i t e su b stan cja amorficzna, bardzo drobny pył kwarcowy amorphous substance, very fin e quartz s i l t pik I ok. 100 C peak I - temp, about 100 С pik I I ok. 280 C, mały i szeroki peak I I - about 280 С, short and wide lekko zaznaczający się efek t ок. 540o'c s l i g t l y marked e f f e c t at about 540 C 53-^5 Ajb- i l l i t - i l l i t e pik I ok. 100 C peak I - temp, about 100 C pik I I ok. 280 C mały, szeroki peat I I - about 280 C, short and wide pik I I I ok. 540 C peak I I I - about 540 С B1 i l l i t - i l l i t e pik I ok. 100 C peak I - temp, about 100 С pik I I ok. 280 C, bardzo sła bo zaznaczony peak I I - about 280 C, very slig h tly marked lekko zaznaczający się e fe c t ok. 540aC s lig h tly marked e f f e c t at about 540 C

22 180 J. Sytek c.d. ta b e li Cie ba plov/a / lessivé/ odgórnie oglejona s o il le s s iv é, gleyed fron top Łady A1 i l l i t - i l l i t e su bstan cja am orficzna,bardzo drobny pył lewar с owy amorphous substance, very fir.-з quartz s i l t pik I ок. 1С0 С г ре ai: I - temp, about 10CJC uik I I ок. 230cC, wąski i długi peak I I - about 280 С, narrow and long słabo zaznaczajасу się efek t ок. адо^с weakly marked e f fe c t at about 400 C Kozienice i j V' V)i i l l i t - i l l i t e j Bg 1i l l i t - i l l i t e i ;! i ; i 1 i : i! i 2-10 I A, 1 i i 1 i i 1 j i i! ; i i I su bstancja amorficzna, cardzo drobny pył kwarcowy amorphous substance, very fin e cuartz gleba płowa /lessivé/ odgórnie s iln ie oglejona so il le ssiv é, strongly gleyed fron top 1 i l l i t, chloryt i l l i t e, c h lo rite! i i i l l i t, chloryt ewentualnie też kao lin ie i l l i t e, c h lo r ite or also kao lin ite i l l i t ch lcry t ewentu a ln ie też k a o lin it i l l i t e, c h lo r ite or also кaoli n i t e su bstan cja amorficzna, drobny pył kwai? с owy amorphous substance, fin e quartz s i l t ; substan cja am orficzna, drobny pył kwarcowy amorphous substance, fin e quartz s i l t pik I ok. 100 C peak x - temp, about 100 С pik I I ok. 2ć,0 Cy szeroki i k ró tk i peak I I - about 280 С, wide and short pik I I I ok. 540 C r peal-: i l l - about 540 JC pik I ok. 100 C o peak I - temp, about 100"C brak efektu ok. 230 C lack of e ffe c t at about 260 С pik I I I ок. 540 С peak I i i - about 5^0 С pik 1 ок. ÎCO^C, dwudzielny peak I - temp, about-'1c0 C b ip a r tite pik I I ok. 280 C, szeroki ś r. długości peak i l - about 280 С, wide medium long brsk efektu ok. 540 C lack of e ffe c t at about 540 С pik I ok. 100 C dwudzielny peal: I - temp, about 10C C b ip a r tite pik I I ok. 260 C, wąski długi peak I I - about 280aC, narrow and long oik I I I ok. 540 C tró jd z ie ln y peak I I I - about 540 C, tr ip a r t it e pik I ok. 100 C dwudzielny peak I - temp, about 100 C b ip a r tite pik I I ok. 280 C k ró tk i i szero k i peak I I - about 280 С, short and wide słabo zaznaczony e fek t ок. weakly narked e f fe c t at about \40 C j 1 j

23 Zawartość i formy próchnicy w glebach płowych 181 c.d. ta b e li Sozien ice BD. J! i l l i t, chloryt i l l i t e, c h lo r ite r.ik I ok. 10C C peak I - temp. about 100 C pik I I ok. 280 C, bardzo sła bo zaznaczony peak; I I - about 2ćO C, very v/eakly marked pik 7.11 ok. 540 C peak I j.1 - about ;4 0 С dobnie zazębionej między warstwam i krzemowo-glinowymi minerałów ilastych. Możliwe wydaje się jedynie występowanie intram icelam ej adsorpcji związków próchnicznych typu kwasów fulwowych między pakietami m i nerałów o strukturze mieszanej illitowo-montmorylonitowej bądź innej, i to raczej między płaszczyznami styku dwóch różnych struktur. Kształt pików na DTG i ich dw ój- lub trój dzielność sugerują, że utleniane substancje organiczne są budowy niejednorodnej bądź stopień związania ich z kationami m etali lub cząstkami m ineralnymi jest różny. Postać dwudzielna piku ok. tem peratury C zarejestrowana na szeregu krzywych DTG wskazuje, że strata wody przebiegała w dwóch etapach. Na krzywych DTG badanych próbek zostały zarejestrowane dwudzielne piki ok. 280 i 540 C oraz postacie trójdzielne pików ok. 540 C. Należy przypuszczać, że dwustopniowy efekt egzoterm iczny ok. 280 C jest następstwem skokowego utleniania substancji organicznych o niejednakowym stopniu ich humifikacji. Dwustopniowe lub trójstopniowe efekty egzotermiczne wyższych tem peratur wskazują raczej na różnice wiązań substancji próchnicznych z kationami m etali lub substancjam i m ineralnymi. Reasum ując wyniki reakcji zarejestrow anych na krzyw ych DTG można wnioskować, że: zakres egzotermiczny efektów w granicach tem peratur C jest pochodną od substancji próchnicznych tw orzących otoczki na zewnętrznej powierzchni m inerałów o różnym stopniu związania, efekty egzotermiczne w wyższej tem peraturze niż 600 C są pochodną od związków próchnicznych zazębionych między w arstw am i m i nerałów ilastych. Uzyskiwanie danych w oparciu o analizę DTA i DTG, inform ujących o postaci występujących związków próchnicznych powinno, obok oznaczania składu mineralnego, być treścią dalszych badań zm ierzających do poznania organiczno-m ineralnych połączeń w glebie.

24 182 J. Sytek WNIOSKI 1. Badane frakcje mechaniczne gleb różnią się istotnie składem m i neralnym. W miarę zmniejszania się średnicy cząstek glebowych wzrasta w ich składzie udział minerałów o budowie pakietowej. 2. Zaw artość związków węgla (próchnicy) w profilu glebowym zmienia się w dwóch kierunkach: zwiększa się ich ilość w m iarę zmniejszania się średnicy cząstek m ineralnych oraz m aleje z głębokością zalegania poziomów genetycznych. 3. W poszczególnych frakcjach mechanicznych różny jest stosunek między substancjami nie stanowiącymi właściwej próchnicy a wielkocząstkowymi substancjami próchnicznymi. W miarę zmniejszania się średnicy cząstek m ineralnych wzrasta w składzie substancji organicznych udział próchnicy. 4. Ekstrakcja substancji próchnicznych z poszczególnych frakcji m e chanicznych, wyrażona w procentach С ogółem, zwiększa się na ogół w m iarę zmniejszania się średnicy cząstek mineralnych. Stopień związania substancji próchnicznych z cząstkami mineralnymi wzrasta w miarę zwiększania się wielkości powierzchni rozwinięcia martwego substratu glebowego. 5. Skład jakościowy i ilościowy poszczególnych grup substancji próchnicznych jest różny i charakterystyczny dla określonych frakcji m echanicznych. We frakcji iłu koloidalnego zakumulowane są głównie kwasy fulwowe; stosunek C -K H :C -K F w tej frakcji waha się w granicach 0,18-0,72. We frakcji o 0 0,1-0,002 mm zakumulowane są głównie kwasy huminowe; stosunek C-KH do C -K F waha się 1,4-8,0. W e frakcji piasku zakumulowane jest na ogół mniej niż 10% ogólnej ilości zawartych w glebie kwasów huminowych i fulwowych, natomiast stosunek C-KH do C -K F układa się dla poszczególnych poziomów genetycznych różnie i nie wykazuje stałej prawidłowości. 6. Charakterystyczny układ substancji próchnicznych w poszczególnych frakcjach mechanicznych jest wykładnikiem szeregu czynników i procesów, między innymi zależy on od fizykochemicznych właściwości kwasów próchnicznych i niektórych grup minerałów oraz od rodzaju procesu glebotwórczego. 7. Kw asy huminowe zawarte w poszczególnych frakcjach mechanicznych odznaczają się różnym stopniem skomplikowania budowy ich cząsteczek elementarnych. Czym mniejsza średnica cząstek mineralnych, tym większy stopień kondensacji jądra arom atycznego kwasów huminowych. 8. Dane uzyskane z analizy DTA i DTG frakcji o średnicy cząstek < 0,002 m m oprócz rozpoznania minerałów pozwalają na określenie form

25 Zawartość i formy próchnicy w glebach płowych 183 w ystępujących substancji organicznych oraz kompleksowych związków próchniczno-ilastych. LITERATURA [1] Adamczyk Z.: Inwentaryzacja zasobów próchnicy w glebach ornych. Pam. puł. 22, 1966, [2] A l e k p e r o w a E. I.: Issledowanije zawisimosti jemkosti pogłoszczenija ot miechaniczeskowo sostawa i sodierżanija gumusa na primierie poczw Soljanskoj stiepi. Azw. A.N. Azerb. SSR Ser. biol. 6, 1966, [3] Aleszin S. N., Kur bat o w A. I.: Primienienije dieriwatografii dla w y- jasnienija prirody wzaimodiejstwija gumusowoj i minieralnoj czastiej poczw. Dokł. Mosk. siel.-choz. akad. im. K. Timirjazewa 119, 1966, [4] Aleksandrowa L. N.: Possible ways of fulvic acid formation in soil. Soil Chem. and Fertil. Aberdeen Internat. Soc. Soil Sei., 1967, [5] Angielow E., Nu ri U.: Po wtrosa za stawa na humusa w nijakoj poczwi ot jużna blgarija. Poczwoz. i Agrohim. 1, Sofia 1968, [6] A r s h a d M. A., L o w e L. E. : Fractionation and characterization of naturally occurring organo-clay complexes. Soil Sei. Soc. Amer. Proc. 30, 1966, 6, [7] Chan D. W.: Sostaw pieriegnojnych wieszczestw i ich swiaz w minieralnoj czasti poczw. Poczwowiedien. 1, 1959, [8] Czerwiński Z. : Zawartość próchnicy, azotu ogólnego i minerałów ilastych w poszczególnych frakcjach mechanicznych gleby bielicowej piaskowej. Zesz. probl. Post. Nauk roi. 40a, 1963, [9] С z e t w i e r n i к o w S. G. : Metody badań optycznych minerałów i skał. W.G.,,Metody pracy z. 18, Warszawa [10] С z u j e w a M. N. : Rozdzielanie minerałów w cieczach ciężkich i solach. W.G.,,Metody pracy z. 24, Warszawa [11] Dobrzański B.: Rola frakcji koloidalnej w szczerku zbielicowanym przy magazynowaniu składników pokarmowych dla roślin. Ann. UMCS Sect. E, Roi, 2, 1947, 1-8. [12] F 1 e i g W.. Scheffei* F., К 1 a m r o t h B. : Zur Charakterisierung der Humsussäuren des Bodens. Zsitsch. Pflanz. Düng. Bodenek. 71, [13] G e d r o j с B.: Mikroskopowo-morfologiczna metoda oznaczania stopnia rozkładu i rozdrobnienia substancji organicznej w glebie. Zesz. nauk. WSR Wrocł., Roi. 15, 1962, 46, [14] G r a t i W. P., S i n к i e w i с z Z. A., Kleszcz F. I. : Sodzierżanije i sostaw gumusa otdielnych miechaniczeskich frakcji w poczwach Mołdawii. Poczwowiedien. 10, 1965, [15] Jabłoński B.: Zastosowanie mikroskopowych szlifów glebowych w badaniach nad rozkładem resztek roślinnych w glebie. Rocz. glebozn. 13, 1963, 1, [16] Kamp rath E. I., Welch C. D.: Retention and cation-exchange properties of organic matter in coastal plain soils. Soil Sei. Soc. Amer. Proc. 26, 1926, 3, [17] Kononowa М. М., В i e 1 с z i к o w a N. P. : Uskoriennyje mietody opriedielenija sostawa gumusa minieralnych poczw. Poczwowiedien. 10, 1961, [18] Kożucha row М.: К woprosa za stiepienta na dispiersnost na poczwata i sdrża nieto na organiczno wieszczestwo w neja. Naucz. Trud. w. Sielsko. Inst. D. Dimitrow. Agron. Fak. Ser. Obszczo. Zemedelie 13, 1964,

26 184 J. Sytek [19] К u m ас! a K.: Studies on the colour of humic acids. Part I. On the concepts of humic substances and humufication. Soil Sei. and Plant Nutr , 4, [20] Morozowa R. М.: К charaktieristikie zapasów i sostawa gumusa w poczwach karielskoj ASSR. Poczwowiedien. 10, 1959, [21] Pietrow I. A.: O chimiczeskom i minieralogiczeskom sostawie miechaniczeskich frakcji mosznowo i wyszełoczennowo czarnozemow. Centralno-czernozemnowo zapowiednika Wiestn. Mosk., Biol, i poczwowied. 6, 1965, [22] Pokot ilo A. S.: О chimiczeskom sostawie frakcji miechaniczeskich elemientow obyknowiennowo i jużnowo czernoziemow. Wiestn. Mosk., Biol, i poczwowied. 3, 1967, [23] Rode A.: О chimiczeskom sostawie miechaniczeskich frakcji nieskolkich poczw podzolisto i podzolisto-bałotnowo tipow. Trudy Poczw. Inst. W. Dokuczajewa, Leningrad 1933, [24] S с h e f f e r F., Welte E. : Über absorptions-spektographische Untesuchungen an natürlichen Huminsäuren. Zeit. Pflanz. Düng. Bodenk. 48, 1950, 250. [25] Schnitzer M., Hoffman I.: TG of soil humic compounds. Geochimi Cosmochim. Acta 29, 1965, 8, [26] Schnitzer M., Hoffman I.: A thermogravimetric approach to the classification of organic soils. Soil Sei. Soc. Amer. Proc. 30, 1966, 1, [27] Schnitzer М., К о m a d a H. : Reactions between a podzol fulvic acid and Na-montmorillonite. Soil Sei. Soc. Amer. Proc. 31, 1967, 5, [28] Shaw В. T. : Soil physical conditions and plant growth. Trudy Pocz. Inst, im. Dokuczajewa, Moskwa 1955, [29] Sytek J. : Frakcje substancji próchnicznych i ich rozmieszczenie w glebach płowych wytworzonych z piasków i glin lekkich. Część I. Rocz. glebozn., 23, 1972, 2. [30] Trof imienko K. I., К i z j а к o w J. E. : Organiczeskoje wieszczestwo otdielnych granulometriczeskich frakcji osnownych tipow poczw. Predkowkazja. Poczwowiedien. 3, 1967, [31] Turner R., Hoffman I.: A thermogravimetric study of organie matter of representative Canadian podzol soils. J. Soil Sei. 44, 1964, [32] V a 1 e к В. : Das Humus maximum der Differential-thermokurven aus Bodenproben von verschiedenen Pflanzenbestanden. Studies About Humus. Ćechoslov. Acad, of Sei., Praha 1962, я. СЫ ТЕК СОДЕРЖАНИЕ И ФОРМЫ ГУМУСА В ПАЛЕВЫ Х ЛЕССИВИРОВАННЫХ ПОЧВАХ ЧАСТЬ II. РА СП РЕД ЕЛ ЕН И Е И СОСТАВ ГУМУСА В ОТДЕЛЬН Ы Х М ЕХА Н И Ч ЕСКИ Х Ф РА К Ц И Я Х ПОЧВЫ И ПОПЫ ТКА ОБОЗНАЧЕНИЯ ФОРМЫ ОРГАНИЧЕСКИ Х ВЕЩ ЕС ТВ ГУМ УСОВОИЛИСТЫ Х СОГЛАСНО АНАЛИЗУ Агрофизический И сследовательский Центр Польской Академии Наук Резюме Предметом исследований являлся состав и формы гумусового вещества в отдельных механических фракциях почвы. Из характерных генетических горизонтов 6 почвенных разрезов выделялись три механические фракции с диаметром частиц: 1,0-0Д мм; 0Д-0,002 мм и < 0,002 мм. Разделение почвенного образца лишь на три механические фракции было обусловлено небольшим

27 Zawartość i formy próchnicy w glebach płowych 185 содрежанием в них общего углерода. В названных фракциях определяли: содержание общего С, минеральный состав и состав гумусовых веществ. Обозначена была тоже оптическая плотность обособленных гуминовых кислот. Проводилось микроскопное обследование отдельных механических фракций, а также были использованы результаты анализа DTA-DTG не только для идентификации минералов, но и для определения органических и гумусово- -илистых веществ (таб. от 1 по 4, диаграммы от 1 по 12). В целом проведенные исследования позволили на ознакомление не только с составом анализованных веществ из отдельных механических фракций, но и с причинами данного положения. Результаты труда подытожены в следующих выводах: 1. В отдельных механических фракциях обнаруживается в составе органических веществ неодинаковое соотношение между наличием веществ не являющихся собственно гумусовыми и высокомолекулярными гумусовыми веществами. С уменьшением диаметра минеральных частиц повышается в органическом веществе участие гумуса. 2. Прочность связей гумусовых веществ с минеральными частицами повышается по мере роста суммарной площади поверхности мертвого почвенного субстрата. 3. Качественный и количественный состав отдельных групп гумусовых веществ неодинаков и характеристичен для определенных механических фракций. Во фракции коллоидного ила аккумулируются в главном фульвовые кислоты, соотношение Сгк : Сфк в этой фракции колеблется от 0,18 до 0,72. Во фракции с диаметром частиц 0,1-0,002 мм аккумулируются преимущественно гуминовые кислоты, соотношение С к : Сфк колеблется от 1,4 до 8,0. Во фракции песка аккумулируется в общем менее 10% от общего содержания в почве гуминовой и фульвовой кислот, а соотношение Сгк : Сфк в этой фракции складывается для отдельных генетических горизонтов по разному и не выявляет устойчивости закономерности. 4. Гуминовые кислоты в отдельных механических фракциях характеризуются неодинакой степенью сложности строения их элементарных молекул. С уменьшением диаметра минеральных частиц повышается степень конденсации ароматического ядра гуминовых кислот. 5. Характеристическое сложение гумусовых веществ в отдельных механических фракциях является показателем воздействия многих факторов и процессов, между прочими оно зависит от физико-химических свойств гумусовых кислот и некоторых групп минералов, а также от рода почвообразовательного процесса. J. S Y T E K CONTENT AND OCCURRENCE OF HUMUS IN SOILS LESSIVÉS P A R T II. D IS T R IB U T IO N A N D C O M P O S IT IO N O F H U M U S IN P A R T IC U L A R M E C H A N IC A L F R A C T IO N S O F S O IL S A N D A T T E M P T O F D E T E R M IN IN G F O R M S O F O R G A N IC, H U M U S - -C L A Y S U B S T A N C E S ON T H E B A S I S O F D T A -D T G A N A L Y S IS A g ro p h y s ic s R e s e a r c h C e n te r o f th e P o lis h A c a d e m y o f S c ie n c e Summary The aim of the respective investigations was to determine the composition and occurrence form of humus substances in particular mechanical fractions of soils.