KATIONOWA POJEMNOŚĆ WYMIENNA I SKŁAD KATIONÓW WYMIENNYCH GLEB PŁOWYCH WYTWORZONYCH Z UTWORÓW FLU WIOGL AC J ALN Y CH OKOLIC MOCHEŁKA

Transkrypt

1 ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE T. XLVII NR 3/4 WARSZAWA 1996: HANNA JAWORSKA, JACEK DŁUGOSZ KATIONOWA POJEMNOŚĆ WYMIENNA I SKŁAD KATIONÓW WYMIENNYCH GLEB PŁOWYCH WYTWORZONYCH Z UTWORÓW FLU WIOGL AC J ALN Y CH OKOLIC MOCHEŁKA Katedra G leboznawstw a Akademii T echniczno-r olniczej w B ydgoszczy WSTĘP Podczas prac kartograficzno-glebowych na polach Stacji Doświadczalnej w Mochełku (należącej do ATR w Bydgoszczy), zainicjowanych przez prof. W. Cieślę, zaobserwowano znaczną zmienność morfologiczną i gatunkową gleb płow ych typowych występujących na tym obszarze. Na różnorodność morfologiczną i gatunkową gleb tego terenu wskazywał w swoich badaniach prof. M. Kwinichidze [Batalin 1956]. Podjęte badania są pierwszą, od 1947 roku, próbą zanalizowania właściwości sorpcyjnych gleb płowych typowych, występujących na tym terenie. Celem tych badań jest również uchwycenie zróżnicowania wynikającego ze zmienności gatunkowej oraz zmian w składzie kationów wymiennych pod wpływem długotrwałej i intensywnej uprawy. MATERIAŁ I METODY Badania prowadzono na Pojezierzu Krajeńskim w m iejscowości M ochełek - długość i szerokość geogr. (rys. 1). Materiał macierzysty gleb stanowią utwory fluwioglacjalne, które tworzą tzw. erozyjną powierzchnię wód spływowych zlodowacenia vistuliańskiego. Obszar ten leży na wysokości m n.p.m. i wykazuje niewielkie deniwelacje terenu. Z trzydziestu przebadanych profilów do analizy kompleksu sorpcyjnego w y brano siedem (rys. 1 ). Próby do analiz pobrano z każdego wyróżnionego m orfologicznie poziomu genetycznego. Zebrane próby wysuszono i przesiano przez sito o średnicy oczek 1 mm. W e frakcjach poniżej 1 mm (części ziem iste) wykonano następujące analizy: analizę uziarnienia metodą Cassagrande a w modyfikacji Prószyńskiego, ph gleby w H20 i KC1 metodą potencjometryczną [Kac-Kacas 1987], kw asow ość hydrolityczną metodą Kappena, kationy w ym ienne oraz kationową pojemność wymienną (KPW) w 1 M CH3COONa [Mehlich 1960]. Kationy

2 54 H. Jaw orska, J. Długosz. Rysunek 1. Mapa topograficzna obszaru Stacji Doświadczalnej ATR w Mochcłku Figure 1. Topographical map of Experimental Station ATR area in Mochełek wymienne Ca, Mg, Na i К oznaczono w roztworze metodą atomowej spektroskopii absorpcyjnej za pomocą spektrometru PV 9100 X firmy Philips, zawartość węgla organicznego - metodą Tiurina, zawartość azotu ogólnego po mineralizacji metodą Kjeldahla przy użyciu autoanalizatora firmy Contiflo (prod, węgierskiej). WYNIKI Analizowane gleby zaliczono do podtypu gleb płowych typowych (tab. 1). Charakteryzują się one dużą zmiennością gatunkową w profilu i między profilami. Najmniejsze zróżnicowanie gatunkowe mają poziomy powierzchniowe (Ap), reprezentowane przez piaski gliniaste lekkie i piaski gliniaste mocne (tab. 1 i 2 ). Większa homogenizacja epipedonów spowodowana jest prawdopodobnie działalnością agrotechniczną. Potwierdzeniem dużej jednorodności poziomu ornopróchnicznego jest niewielkie zróżnicowanie zawartości w nich frakcji ilastej, która waha się w granicach 5-9% (tab. 2, rys. 2). W poziomach głębszych niejednorodność gatunków między profilami jest większa, co uwidacznia się szczególnie w poziomie utworu macierzystego (C), który zawiera 4-17% frakcji ilastej (<0,0 0 2 mm). Takie zróżnicowanie gatunkowe potwierdza tezę bardzo dużej zmienności warunków depozycji materiału fluwioglacjalnego. W układzie profilowym uwidacznia się charakterystyczny dla tych gleb poziom argillic (Bt), gdzie zaobser-

3 K ationow a pojem ność wym ienna 55 TABELA 1. Morfologia analizowanych gleb płowych TABLE 1. Morphology of investigated Alfisols Profil Poziom Miąższość Głębo Kolor- Color Gatu Struk- Konsystencja Pro Horizon Thickness kość nek tura Consistence file [cm] Depth wilgot. sucha Texture Struc [cml moist dry ture 2 Ap /4 6/3 pgi Пег mf r Eet /8 7/3 pgmp focbk ml Bt /6 6/6 gcp m2pr dvh С /8 6/8 Pgl flgr dl 4 Ap 0 ^ /3 5/4 Pgl fier m fr Eet /8 8/3 Pgl focbk mfv r Bt /8 7/6 glp m2pr dh IIC /8 8/4 PSg fogr dl 5 Ap /4 6/4 pglp fier m li- Eet /4 8/4 pglp flcbk rn fv r Bt /6 6/6 gs m2pr dh С /8 6/8 gl mlsbk dh 6 Ap /6 6/3 pgm m2cr m fi Eet /6 7/3 to CT mlcbk mfi Bt /8 7/4 glp m2cbk dh С /4 6/8 gl m2cbk hd 13 Ap /4 6/4 pgl fier mfr Eet /4 8/4 pgmp f2cbk mfr Bt /6 6/8 glp m2pr dh IIC /6 7/6 plz flcbk ds 14 Ap /4 5/4 Pgl fier mfr Eet /6 7/8 Pl fogr ml Bt /6 7/4 glp m2pr dh С /8 6/6 gl mlsbk dh 19 Ap /4 6/3 pglp fier mfr Eet /8 7/4 Pgl flcbk mvfr Bt /6 6/6 gśp m3pr dvh IIC /8 7/6 PSg fogr dl wowano największe nagromadzenie frakcji ilastej do 25% w profilu 21 (tab. 2 i rys. 2). Zawartość C-organicznego w analizowanych glebach wynosi od 0,39% w profilu 2 do 0,73% w profilu 6 (tab. 2) i zmniejsza się wraz z głębokością. Gleby te charakteryzują się ph KC1 w granicach od 4,4 do 6,9, tak że można je zaliczyć do gleb lekko kwaśnych. W całym profilu nie występuje węglan wapnia. Zawartość kationów wymiennych pozwala zaliczyć analizowane gleby do tzw. gleb sorpcyjnie nasyconych. Zwraca jednak uwagę duża zawartość wodoru wymiennego, którego ilości wahają się w granicach od 0,40 do 2,80 cm ol(+)/kg (tab. 3), co stanowi 4,2-70,2% wysycenia kompleksu sorpcyjnego (tab. 4). Wyraźnie odbiega od tych wartości jedynie profil 5, gdzie zawartość jonów H+ jest niska i przyjmuje wartości ,6 6 cm ol(+)/kg.

4 56 H. Jaw orska, J. Długosz. TABELA 2. Niektóre fizyczne i chemiczne właściwości badanych gleb TABLE 2. Selected physical and chemical properties of investigated soils Nr Poziom Miąższość Zawartość frakcji, mm С-ore. ph profilu genet. Thickness Content of fraction, mm [%] ~ Profile Genetic [cm] [%] H20 KC1 No horizon <0,02 <0,002 2 Ap ,39 6,5 5,9 Eet ,19 6,5 5, 7 Bt ,20 6,5 5,1 С ,3 7,1 4 Ap ,65 6,4 5,8 Eet , ,4 Bt ,08 6,3 4,9 С ,5 5,9 5 Ap (КЗ ,64 6,9 6,7 Eet ,02 6,9 6,6 Bt ,02 7,2 6,4 С ,2 6,4 6 Ap ,73 6,6 6,1 Eet ,22 6,6 5,7 Bt ,25 6,4 5,0 С ,1 4,7 13 Ap ,67 6,9 6,9 Eet ,29 6,4 6,4 Bt ,02 5,7 5,7 С ,1 5,1 14 Ap ,56 5,0 5,0 Eet ,39 5,5 5,5 Bt ,23 5,3 5,3 С ,16 5,1 5,1 19 Ap ,57 4,5 4,5 Eet ,43 4,4 4,4 Bt ,27 4,5 4,5 С ,14 5,4 5,4 Największa ilość jonów H+ występuje w poziomie eluwialnym (Eet), a najmniejsza w poziomie iluwialnym (Bt) (tab. 3 i 4). Prawidłowość tę stwierdzono we wszystkich analizowanych profilach gleb płowych. Podobne wyniki uzyskał również Pondel [1971] w glebach płowych wytworzonych z glin i są one wyższe od wyników podanych przez Konecką-Betley [1961]. Maksimalne zawartości jonów H+ pokrywają się z wartościami minimalnymi sumy kationów zasadowych (tab. 4). Wśród kationów zasadowych dominuje wapń, którego zawartość w analizowanych glebach waha się od 0,61 do 9,98 cmol(+)/kg, co stanowi od 16,4 do 71,3% wysycenia kompleksu sorpcyjnego (tab. 4). Wartości te mieszczą się w zakresie podanym przez Pondela [1969] dla gleb płowych wytworzonych z glin, lecz są mniejsze od średnich przyjętych dla tych gleb [Pondel 1971, Konecka-Betley

5 K ationow a pojem ność[ w ym ienna 57 Rysunek 2. Zawartość frakcji ilastej w badanych glebach Figure 2. Contents of clay fraction in investigated soils 1961]. Szczególnie niskie zawartości wapnia zaobserwowano w poziomie eluwialnym profilu 19 (tab. 4). Drugim pod względem ilości w kompleksie sorpcyjnym jest jon Mg++, którego zawartość waha się od 0,80 do 2,28 cmol(+)/kg (tab. 3). Wyjątek stanowi jedynie poziom Bt w profilu 5, gdzie zawartość tego kationu jest szczególnie wysoka (tab. 3). Udział magnezu wymiennego wynosi od 2,7 do 26,6% kationów wymiennych kompleksu sorpcyjnego (tab. 4). Ilości te nie odbiegają od wartości uzyskiwanych dla gleb wytworzonych z glin [Pondel 1971]. Cechą szczególną gleb tego obszaru jest duża zawartość potasu wymiennego, która wynosi 0,02-1,12 cmol(+)/kg (tab. 3) i wysyca kompleks sorpcyjny w granicach od 0,7 do 15,7% (tab. 4). Największe ilości tego kationu występują w poziomach ornopróchnicznych badanych gleb płowych (tab. 4), a szczególnie zasobny w potas jest poziom Ap w profilu 5 (17%). Ilości te są nawet 3-krotnie wyższe od średniej zawartości stwierdzonej dla tego poziomu w glebach płowych wytworzonych z gliny [Pondel 1969, Kępka 1992]. Przyczyną tak znacznego udziału potasu w kompleksie sorpcyjnym omawianych gleb jest długotrwała i intensywna gospodarka rolna, a zwłaszcza obfite nawożenie potasowe. Tak duża procentowa zawartość potasu w kompleksie sorpcyjnym może spowodować zakłócenie równowagi jonowej oraz zbytnie nagromadzenie się tego jonu w roślinach paszowych uprawianych na tym obszarze. Zawartość jonów Na+ w badanych glebach jest niewielka i nie wykazuje

6 58 H. Jaw orska, J. Długosz, TABELA 3. Kationowa pojemność wymienna i skład kationów wymiennych w badanych profilach TABLE 3. Cation exchange capacity and content of exchangeable cations in investigated soils Nr profilu Profile No Poziom genetyczny Genetic Horizon Głębokość Depth [cm] Ca2+ Mg2+ K+ Na+ H+ KPWs KPW [cmol(+)/kg] Ар ,75 0,28 0,21 0,02 1,54 2,26 3,80 Ect ,14 0,08 0,05 0,04 1,70 1,31 3,01 Bt ,98 0,22 0,31 0,51 1,58 10,02 11,60 С ,59 0,53 0,05 0,06 0,40 3,23 3,63 4 Ар ,08 0,26 0,38 0,05 1,55 2,77 4,32 Ect ,00 0,22 0,19 0,01 2,17 1,42 3,5 9 Bt ,59 0,83 0,62 0,08 1,85 5,12 6,97 С ,26 0,45 0,03 0,01 1,60 1,75 3,35 5 Ар ,07 0,47 0,82 0,13 0,32 4,49 4,81 Ect ,52 0,90 0,09 0,01 0,40 2,52 2,92 Bt ,39 8,29 1,12 0,17 0,63 13,97 14,60 С ,57 2,89 0,18 0,23 0,66 8,87 9,53 6 Ар ,27 0,46 0,63 0,07 0,70 3, Ect ,52 0,49 0,37 0,05 1,56 2,43 3,99 Bt ,44 2,28 0,76 0,13 1,90 7,61 9,5 1 С ,36 2,11 0,10 0,15 2,20 5,72 7,92 13 Ар ,04 0,38 0,44 0,07 0,44 3,93 4,37 Eet ,15 0,27 0,36 0,02 0,65 1,80 2,45 Bt ,10 1,77 0,57 0,21 1,64 7,65 9,29 С ,67 1,44 0,21 0,22 1,90 5,54 7,44 14 Ар ,23 0,70 0,06 1,94 2,52 4,46 Eet ,61 0, ,01 1,30 0,92 2,22 Bt ,72 0, ,06 1,60 4,10 5 JO С ,92 0,91 0,42 0,06 1,93 4,31 6,24 19 Ар ,77 0,86 0,26 0,01 2,80 1,90 4,70 Ect , ,26 0,02 2,74 1,16 3,90 Bt ,34 1,01 0,60 0,10 1,30 6,05 7,35 С ,99 0,18 0,02 0,02 1,50 1,21 2,71 KPW - kationowa pojemność wymienna - cation exchangeable capacity KPWs - suma zasadowych kationów wymiennych - sum of exchangeable cations dużego zróżnicowania. Jon ten stanowi 0,2-4,9% kompleksu sorpcyjnego. Najmniejsze ilości tego jonu obserwuje się w poziomie eluwialnym (tab. 4). Analizowane gleby posiadają bardzo wąski stosunek Ca++: Mg++, który waha się od 1,99 do 14,25 z wyjątkiem poziomu argillic w profilu 5, gdzie wartość tego stosunku jest szczególnie niska (tab. 5). Szerszy stosunek Ca++: Mg++ występuje w poziomach wierzchnich i eluwialnych, a nieco węższy w poziomach głębszych (tab. 5). W większości prób stosunek ten jest zbliżony do podanego przez Schachtschabela, z wyjątkiem profilu 19, gdzie jest on bardzo wąski (0,89). Najwęższy stosunek Ca++: K+ stwierdzono w poziomach powierzchniowych, co może być

7 K ationow a pojem ność w ym ienna 59 TABELA 4. Procentowa zawartość kationów wymiennych i stopień wysycenia kompleksu sorpcyjnego zasadami (V) TABLE 4. Percentage of exchangeable calions and base saturation (V) Nr Poziom Głębokość Ca2+ Mg2+ K+ Na+ H+ V profilu genetyczny Depth [cm] Profile Genetic [cinol(+)/kg] [%] No horizon 2 Ар ,1 7,4 5,5 0,5 40,5 59,6 Eet ,9 2,7 1,7 1,3 56,4 43,6 Bt ,2 19,1 2,7 4,9 13,1 86,9 С ,3 14,6 1,4 1,7 11,0 89,0 4 Ар ,1 6,0 8,8 1,2 35,9 64,1 Eet ,9 6,1 5,3 0,3 60,4 39,6 Bt ,5 11,9 8,9 1,1 26,6 73,4 С ,6 13,4 0,9 0,3 47,8 52,2 5 Ар ,8 9,8 17,0 2,7 6,7 93,3 Eet ,1 30,8 3,1 0,3 13,7 86,3 Bt ,1 56,8 7,7 1,2 4,2 95,8 С ,4 30,3 1,9 2,4 7,0 93,0 6 Ар ,1 11,2 15,3 1,7 16,7 83,3 Eet ,1 12,3 9,3 1,3 39,0 61,0 Bt ,7 24,0 8,0 1,4 19,9 80,1 С ,4 26,6 1,3 1,9 27,8 72,2 13 Ар ,6 8,7 10, ,0 90,0 Eet ,9 11,0 14,7 0,8 26,6 73,4 Bt ,9 19,1 6,1 2,3 17,6 82,4 С ,3 19,4 2,8 3,0 25,5 74,5 14 Ар ,3 5,2 15,7 1,3 43,5 56,5 Eet ,5 5,4 8,1 0,5 58,5 41,5 Bt ,7 14,4 8,8 1,1 28,0 72,0 С ,8 14,6 6,7 1,0 30,9 69,1 19 Ар ,4 18,3 5,5 0,2 59,6 40,4 Eet ,2 5,4 6,7 0,5 70,2 29,8 Bt ,0 13,7 8,2 1,4 17,7 82,3 С ,5 6,6 0,7 0,7 55,5 44,5 spow odow ane intensywnym nawożeniem potasowym. Stosunek Ca++: K+ rozszerza się wraz z głębokością, co jest zgodne z danymi z literatury [Marcinek 1960]. Podobną tendencję wykazuje stosunek Ca++ + M g++/k + + Na+, którego najszersze wartości są w poziom ie utworu m acierzystego. Wzrastającej wartości kationowej pojemności wymiennej (KPW) towarzyszy rosnący stosunek kationów dwuwartościowych do jednow artościow ych (tab. 5). Z m ienność KPW związana jest z rozm ieszczeniem profilowym frakcji koloidalnej. Jej maksimum obserwuje się w poziomach iluwialnych, a minimum w poziom ach eluwialnych (tab. 3). R ów nież wyniki pojem ności sorpcyjnej potwierdzają większą homogenizację poziom ów ornopróchnicznych (tab. 3) oraz znaczne zróżnicow anie utworu macierzystego. W yraźne zm niejszenie się kationowej po-

8 60 H. Jaworska, J. D ługosz TABELA 5. Stosunki kationowe w analizowanych glebach TABLE 5. Exchangeable cations ratios in investigated soils Nr Poziom Głębokość Ca2+: Mg2+ Ca2+: K+ (Ca2+ + M g2+) profilu genet. Depth [cm] Profile Genetic (K+ + Na+) No horizon 2 Ар ,25 8,33 8,8 3 Eet ,25 22,80 13,5 6 Bt ,14 22,52 11,22 С ,89 51,80 28,36 4 Ар ,00 5,47 5,4 4 Eet ,55 5,26 6,10 Bt ,33 5,79 6,31 С ,80 42,00 42,75 5 Ар ,53 3,74 3,7 3 Eet ,69 16,89 24,20 Bt ,53 3,92 9,8 5 С ,93 30,94 20,63 6 Ар ,93 3,60 3,9 0 Eet ,10 4,11 4,7 9 Bt ,95 5,84 7,55 С ,59 33,60 21,88 13 Ар ,00 6,91 6,71 Eet ,26 3,19 3,7 4 Bt ,88 8,95 8,8 1 С ,55 17,48 11,88 14 Ар ,65 2,19 2,3 2 Eet ,08 3,39 3,8 4 Bt ,32 5,44 6,32 С ,21 6,95 7,98 19 Ар ,89 2,96 6,0 4 Eet ,19 2,58 3,14 Bt ,30 7,23 7,6 4 С ,50 49,50 29,25 jem ności wym iennej w poziom ie eluwialnym (Eet) jest wynikiem przem ieszczenia frakcji ilastej do poziom u wzbogacenia (argillic). Otrzymane wyniki kationowej pojemności wymiennej zbliżone są do wyników uzyskanych przez innych autorów dla gleb płowych wytworzonych z gliny [Pondel 1971 ; K onecka-betley 1961; Bogda i in. 1990]. PODSUM OW ANIE A nalizow ane gleby płow e typowe odznaczają się dużą zm iennością gatunkową, nie znalazło to jednak odbicia w zróżnicowaniu typologicznym. Zwraca w nich uwagę wyraźna homogenizacja poziom ów powierzchniowych, co wiązać należy z intensywnym i zabiegami uprawowymi. Specyfiką kompleksu sorpcyjnego badanych gleb płow ych jest duża zawartość

9 K ationow a pojem ność wym ienna 61 wodoru wym iennego osiągająca nawet 70% w glebach uprawnych i wysoki udział w kompleksie sorpcyjnym jonów potasu (nawet 17%). Nagromadzenie jonów K+, szczególnie w poziomach ornopróchnicznych, wskazuje na wpływ czynników antropogenicznych i sugeruje konieczność weryfikacji nawożenia mineralnego badanych gleb. LITERATURA BATALIN M., 1956: Wyniki doświadczeń i działalności Zakładu Doświadczalnego Mochełek za lata PWRiL, Warszawa. BOGDA A., CHODAK T., NIEDŹWIECKI E., 1990: Niektóre właściwości i skład mineralogiczny gleb Równiny Gumienieckiej. Rocz. Glebozn., 41, 3-4: KAC-KACAS M., 1967: Badania nad potencjalną kwasowością gleby. Pani. Pul., SupL 24: KĘPKA M., 1992: Potas wymienny i silniej związany w niektórych glebach. Cz. I. Gleby brunatne wyługowane i płowe właściwe. Rocz. Glebozn., 43, 3/4: KONECKA-BETLEY K., 1961: Studia nad kompleksem sorpcyjnym gleb wytworzonych z gliny zwałowej w nawiązaniu do ich genezy. Rocz. Glebozn. 10, 2: MARCINEK J., 1960: Studia nad fizykochemicznymi właściwościami gleb bielicowych i brunatnych Niziny Wielkopolsko-Kujawskicj. Pozn. Tow. Przyj. Nauk. 7, 7: MEHLICH A., 1960: Charge characterization of soils. Trans. Int. Congr. Soil Sei., 7th, Madison. XI: PONDEL H., 1969: Zasobność gleb wytworzonych z glin w różne formy potasu i sodu. Pam. Put. 38: PONDEL H., 1971 : Zasobność gleb wytworzonych z glin w różne formy wapnia i magnezu. Pam. Pul. 42:

10 62 H. Jaworska, J. D ługosz HANNA JAWORSKA, JACEK DŁUGOSZ THE SORPTION PROPERTIES OF ALFISOLS FORMED FROM FLUVIOGLACIAL MATERIAL FROM THE ENVIRONS OF MOCHELEK Department of Soil Science, University of Technology and Agriculture at Bydgoszcz SUMMARY Soils selected for this study represented typic Hapludulfs. These soils were formed from the fluvioglacial material of Vistula river glaciation. The soils differed in texture from sand to silt. A big differentiation was also visible in values of the cation exchange capacity (CEC) of investigated soils. Values of cation exchange capacity were between cmol(+)/ kg. The maximum CEC was detected in argillic horizons. Ca++ (70%) was the dominant exchangeable ion in the CEC. The largest concentration of this ion was found in the parent material. However, the H+ ion prevailed in the surface horizons. In the samples from the profiles: 4, 13, 14 there occurred a relatively high contents of K+ ion. Dr int Hanna Jaworska Katedra Gleboznawstwa, Akademia Techniczno-Rolnicza \r Bydgoszczy Bydgoszcz, ul. Bernardyńska 6/8