GLEBY BRUNATNE WYTWORZONE Z UTWORÓW POKRYW OW YCH RÓW NINY BŁOŃSKO-SOCHACZEW SKIEJ

Transkrypt

1 ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE T. XLIV NR 1/2 WARSZAWA 1993: JÓZEF CHOJNICKI GLEBY BRUNATNE WYTWORZONE Z UTWORÓW POKRYW OW YCH RÓW NINY BŁOŃSKO-SOCHACZEW SKIEJ Katedra Gleboznawstwa SGGW w Warszawie WSTĘP Gleby zlodowacenia środkowopolskiego charakteryzują się dużą zmiennością typologiczną. Jest to głównie związane - poza innymi czynnikami - z rodzajem skały, z jakiej się one tworzyły oraz z często występującą niejednorodnością substratu, zwłaszcza eolicznego. Na badanym obszarze występują gliny zwałowe [5, 8, 19] najczęściej przekształcone peryglacjalnie [4, 11], piaski różnej genezy [15, 16] oraz utwory pyłowe i pylaste, tzw. utwory pokrywowe, pochodzenia eolicznego i wodnego [9,10]. Celem przedstawionej pracy było poszukiwanie zespołu wskaźników diagnostycznych, zwłaszcza mineralogicznych i mikromorfologicznych, dla określenia nasilenia procesu ługowania w glebach brunatnych właściwych wytworzonych z utworów pyłowych. Mimo że są to gleby użytkowane rolniczo, to zachowały do dziś w profilu naturalny układ poziomów genetycznych związanych z procesem glebotwórczym. OBIEKT I METODYKA BADAN Badania prowadzono na Równinie Błońsko-Sochaczewskiej położonej w południowej części Kotliny Warszawskiej. Obszar ten, wyniesiony najczęściej do wysokości m n.p.m., wykazuje skomplikowaną budowę geologiczną [12], choć na powierzchni pokryty jest pyłami eolicznymi o miąższości do 150 cm. Wiek pyłów oznaczony metodą termoluminescencji (TL) wynosi tys. lat. Pyły zalegają na piaskach eolicznych, iłach zastoiskowych (wiek metodą TL ustalono na tys. lat) lub glinach zlodowacenia środkowopolskiego z warstwą bruku w stropie [11].

2 94 J. Chojnicki PROFILE - PROFILES R y s.l. R o z m ie s z c z e n ie o d k ry w e k w teren ie F ig.l. L ocations o f soil profiles on the terrain Badania terenowe na Równinie objęły 35 profilów glebowych, z których 4 przedstawiono w niniejszej pracy (rys. 1). W wytypowanych profilach sporządzono opis morfologiczny, a z wyróżnionych poziomów genetycznych pobrano próbki glebowe do analiz fizykochemicznych, mikromorfologicznych i rentgenograficznych. Badania laboratoryjne obejmowały następujące analizy: skład granulometryczny metodą Bouyoucosa w modyfikacji Casagrande a i Prószyńskiego, ph-potencjometrycznie, kwasowość hydrolityczną - metodą Kappena, kationy wymienne w i n octanie amonu lub 1 n NH4CI (jeśli próbki zawierały СаСОз), węgiel ogółem - metodą Tiurina, żelazo wolne metodą Aquillera i Jacksona, wolny glin w wyciągu 0,5 n NaOH według Fostera, СаСОз - metodą Scheiblera, zawartość składników ogółem - metodą stapiania z Na2CÛ3. W uzyskanych roztworach poszczególne pierwiastki oznaczano techniką ASA i fotometrii płomieniowej. Właściwości mikromorfologiczne (płytki cienkie) oznaczono metodą Kowalińskiego i Bogdy [13], natomiast przy opisie plazmy glebowej wykorzystano klasyfikację Brewera [1]. Przed wydzieleniem iłu koloidalnego do badań rentgenograficznych z próbek glebowych usuwano wolne żelazo, węglany i substancję organiczną. Próbki iłu po wysyceniu Mg, Mg+gliceryna i К poddawano promieniowaniu Cu-K przepuszczanemu przez filtr niklowy. Oprócz tego próbki wysycone

3 Tabela 1 Profil Profile Głębokość Depth cm] Poziom 1Iorizon I I/iarnienie i niektóre właściwości fizykochemiczne gleb Сiranulometric composition and some physio-cheniical soil properties Procent frakcji о ф w mm mcij 100 g gleby Percent of fraction ph of soil Vs CaO >< г N C: N of dia. ф in mm KCI /( <0.02 <0.002 Hh s T '? Gleby brunatne wyługowane I.eached brown soils Ap (1-50 Bbr (t. fe) u no no i Bbr (t. fe) С o.o no no Cca 2Q , no no IKa ( » > 0.03 no no 0-20 Ap Bbr (t. fe) > (1.21 no no Bbr (t. fe) С Q o.o 0.07 no no 70 - go IIC no no IIC ,36 o.o 0.03 no no 0-25 Лр u S Bbr (t. fe) (К) no no С no no IIC no no IHCcag S 0.00 no no 0-25 Ap Gleba brunatna bardzo słabo wyługowana Brown very weak leached soil s.o Ap OU Bbr o.: 0.15 no no Cca > > no no С'ca IH) no ni'» - nic oznaczono

4 96 J. Chojnicki potasem poddawano prażeniu w temperaturze +300 C i +550 C i traktowano promieniowaniem. Barwa poziomów genetycznych Colour genetic horizons Tabela 2 Profil Profile Głębokość Depth [cm] Poziom genetyczny Genetic horizon stan suchy - dry state Barwa - Colour stan wilgotny - moist state Gleby brunatne wyługowane - Leached brown soils Лр 1 OYR 6/3 10YR 3/3 Kopyto w Bbr (t, fe) 7.5 YR 5/8 5 YR 4/ Bbr (t, fe) С 7,5 YR 6/6 5 YR 5/ Cca 7.5 YR 6/4 10 YR 5/4 > HO 11 Cca 7,5 YR 6/4 10 YR 5/ Л 10 YR 5/2 10 YR 3/2 Ol tarze w Bbr (t. fe) 10 YR 6/4 7,5 YR 5/ Bbr ( t, fe) С 10 YR 7/4 10 YR 5/6 > 60 IIC 10 YR 7/4 10 YR 5/ A 5 YR 5/1 10 YR 3/2 Ożarów Bbr (t. fe) 7.5 YR 6/6 7.5 YR 5/ С 7.5 YR 6/6 7.5 YR 5/ IIC 7,5 YR 6/6 7,5 Y R 5/6 >95 IHCcag 7,5 Y 7/1 5 Y 5/2 Gleba brunatna bardzo słabo wyługowana - Brown very weak leached soil Ap 10 YR 6/2 10 YR 3/3 Laźniew Bbr 7,5 YR 5/8 7,5 YR 5/6 >70 Cca 10 YR 7/4 10 YR 6/4 OMÓWIENIE WYNIKÓW Badane gleby użytkowane ogrodniczo, wykazują (tab. 1 i 2) uziarnienie odpowiadające utworowi pyłowemu o miąższości do 150 cm. Większość gleb (profile 1-3) jest niejednorodna; jako skały podścielające występują piaski

5 T a b ela 3 Zawartość w częściach ziemistych całkowitego żelaza, glinu i krzemionki oraz wolnego zelaza i glinu Content in particlas < 1 mm of total iron. aluminium, silica and free iron and aluminium Prof U Profile Głębokość Depth cm Poziom I lorizon SiO: A N h Fe:0} Stosunki molarne - Molar ratios % Si(b A K h SiO: Fe:0? SiO: R_4h Fe:( h wolny - free Żelazo wolne w ogólnym Free iron in total Л1:Оз wolne - free Glin wolny w ogólnym Free aluminium in total Gleby brunatne wyługowane - I.cached brown soils Ap Ko pyto w Bbr (t. fe) Bbr (t. fe) С Cca II Ca Ap S ()ł tarze w Bbr (t. fe) Bbr (t, fe) С , IK' IK' Ap Ożarów Bbr (t, fe) 80, С 85, lie ( IlICcag ( ileba brunatna bardzo słabo wyługowana - Brown very weak leached soil Łaź nic w 0-25 Ap 83, AP Bbr Cen , Cca Gleby brunatne z utworow pokrywowych

6 'Гаbela 4 Wskaźniki typologiczne gleb Typological indices of investigated soils Wskaźnik przemieszczenia: stosunek składników poziomów, r,. r. Bbr Bbr(t.fe) i>r0fii Indices ot translocation: ratio ol component ot horizons - : P r o f i l e il - с lav w y m ie n n e - e x c h an g eab le w o ln e - free S i ( b Si(b Si(b Га M ц Fe:<h А1:Оз SiO: Gleby brunatne wyługowane Leached brown soils R:(h T b (h A H h ft l.o S 1.44 Gleba brunatna bardzo słabo wyługowana - Brown very weak leached soil S 1.10 J. Chojnicki

7 Gleby brunatne z utworow pokrywowych 09 luźne (profile 1, 2) i piaski słabogliniaste py laste podścielone gliną średnią (profil 3). Profilowe rozmieszczenie iłu koloidalnego (tab. 1) i wszystkie inne badane właściwości wskazują (tab. 3 i 4), że są to gleby brunatne wyługowane (profile 1-3) lub w początkowej fazie ługowania (profil 4). Nieco większe zawartości frakcji ilastej w poziomach Bbr i Bbr(t,fe) należy wiązać z niewielkim jej przemieszczaniem z poziomów Ap. Wskaźnik przemieszczenia iłu koloidalnego (tab. 4) z poziomów powierzchniowych do Bbr(t, fe) lub Bbr wynosi: dla gleb brunatnych wyługowanych 1,2-2, a dla gleby brunatnej bardzo słabo wyługowanej - 1,6. Gleba brunatna określona jako bardzo słabo wyługowana (tab. 1) wykazuje odczyn obojętny, stopień wysycenia zasadami około 100% oraz nieznaczną kwasowość hydrolityczną, co odróżnia ją od gleb brunatnych wyługowanych. W tych ostatnich stwierdziono w poziomach powierzchniowych odczyn kwaśny i słabokwaśny, znacznie większą kwasowość hydrolityczną oraz stopień wysycenia zasadami od 65 do 95%. Zmiany wymienionych właściwości wraz z głębokością profilów związane są ze stopniem i głębokością wyługowania СаСОз. Całkowita analiza substratu gleby (tab. 3) wykazała dużą zawartość SiÜ2 w poziomach Ap, przy równocześnie małej zawartości Fe2Û3 i AI2O3, natomiast w poziomach Bbr(t, fe) i Bbr znacznie wyższe zawartości wodorotlenków żelaza i glinu, nieco mniejsze zaś zawartości SiÜ2 w porównaniu z Ap. Najwyższą zawartość (tab. 3) wolnego żelaza i glinu stwierdzono w poziomie Bbr(t, fe) i Bbr. Analiza rentgenograficzna frakcji iłu koloidalnego (rys. 4, 5) wykazała obecność montmorylonitu, wermikulitu, illitu, kaolinitu oraz śladowe ilości chlorytu w Ap gleby brunatnej bardzo słabo wyługowanej i w poziomie IICca gleby brunatnej wyługowanej (profil 1). Interpretując ilościowe występowanie minerałów ilastych na podstawie wysokości pików od największej ilości do najmniejszej w glebie brunatnej bardzo słabo wyługowanej, stwierdzono obecność: montmorylonitu, wermikulitu, illitu, kaolinitu, natomiast w glebie brunatnej silniej wyługowanej - z wyjątkiem poziomu Bbr(t, fe) - obecność: illitu, montmorylonitu, wermikulitu, kaolinitu. Na tej podstawie można wnoskować, że proces ługowania (rys. 4) powoduje transformację montmorylonitu w minerały mieszanowarstwowe: montmorylonit/illit, a w dalszej kolejności w illit. Może to również świadczyć o małej stabilności montmorylonitu szczególnie w powierzchniowych poziomach gleb. Badania mikromorfologiczne przeprowadzono we wszystkich profilach. Ze względu na podobieństwo ich właaściwości mikromorfologicznych opisy poziomów genetycznych wykonano wspólnie dla czterech profilów. Substancja organiczna w poziomie Ap występuje w postaci mullicolu, a głównym typem plazmy jest struktura silasepic i w mniejszej ilości skelsepic barwy ciemnobrunatnej. W profilu nr 4 w tym poziomie (rys. 2) występują konkrecje żelazisto-próchniczne najczęściej kształtu owalnego o regularnych brzegach, wysycone związkami żelaza i substancji organicznej. Obecność

8 100 J. Chojnicki R y s.2. G le b a b ru n a tn a b ard zo słab o w y łu g o w a n a (p ro fil 4), p o zio m A p. K o n k recja ż e la z isto -p ró c h n ic z n a o raz p la z m a ty p u sila se p ic. P o w ię k sz e n ie 47x: a -n ik o le ró w n o leg łe, b -n ik o le sk rz y ż o w a n e F ig.2. B ro w n v e ry w e a k le ach ed soil (p ro f.4 ), horizon A p. Iro n -h u m u s co n c re tio n a n d sila se p ic p la sm a ty p e s E nlargem ent 47x: a -parallel nicols, b -crossed nicols

9 Gleby brunatne z utworow pokrywowych 101 R y s.3. G le b a b ru n atn a w y łu g o w a n a (p ro fil 1), pozio m B b r(t,fe ). P lazm a typu sk e ls e p ic i słab iej ro z w in ię ta v o s e p ic. P o w ię k s z e n ie 9 3 x : a- nik o le ró w n o leg łe, b- nik o le s k rz y ż o w a n e F ig.3. L e a c h e d b ro w n soil (p ro file 1). h o riz o n B br(t, fe). S k e lsep ic a n d w e a k e r d e v e lo p e d v o s e p ic p la sm a. E nlargem ent 93x: a- parallel nicols, b- crossed nicols

10 102 J. Chojnicki a ) b) 1.02 R y s.4. D y fra k to g ra m y frak cji < 2 [im w g le b ie b ru n atn ej w y łu g o w an ej (p rofil 1): a- po w y sy c e n iu M g -g lic e ry n ą, b- po w y sy c e n iu К i p raże n iu w tem p С F ig.4. D iffra c to g ra n is o f fractio n s < 2 [im in le ach ed b ro w n soil (p ro file 1): a- a fte r s a tu ra te d in M g -g ly c e ro l, b- after saturation in К and calcination at 550 UC

11 Gleby brunatne z utworow pokrywowych 103 a) b) 1.87 R y s.5. D y fra k to g ra m y frakcji < 2 firn w g le b ie b ru n atn ej typow ej (p ro fil 4): a- po w y sy c e n iu M g -g lic e ry n ą, b- po w y sy c e n iu К i p ra ż e n iu w tem p C F ig.5. D iffra c to g ra m s o f fractio n s < 2 ц т in typical b ro w n soil (p ro file 4): a- a fte r s a tu ra te d in M g -g ly c e ro l, b- after saturation in К and calcination at 550 "C

12 104 J. Chojnicki konkrecji świadczy o okresowym występowaniu procesu odgórnego ogle jenia, który nakłada się na proces brunatnienia. Obydwa poziomy iluwialne: Bbr(t, fe) i Bbr, pomimo iż reprezentują dwa różne podtypy gleb brunatnych, wykazują podobne właściwości mikromorfologiczne. Dominującymi typami plazmy (rys. 3) są struktury skelsepic i skellattisepic, a w glebach brunatnych wyługowanych - słabiej rozwinięty vosepic. Struktury vosepic są nieco liczniejsze w poziomach Bbr(t, fe). W poziomach С dominuje słabiej wykształcona barwy rdzawożółtej struktura plazmy typu skelsepic i silasepic. W profilu 4 w dużej ilości występuje drobnoziarnisty węglan wapnia, który inkrustuje pory glebowe, a miejscami wypełnia całą masę glebową. DYSKUSJA Przedstawione wyniki badań fizykochemicznych, mineralogicznych i mikromorfologicznych wykazały, że gleby brunatne właściwe Równiny Błońsko-Sochaczewskiej ulegają procesowi ługowania. Zróżnicowane nasilenie tego procesu (najwyższe w profilu 1, najniższe w profilu 4) jest uwarunkowane uziarnieniem skał macierzystych i podścielających, zawartością węglanów oraz rzeźbą terenu. Podobieństwo właściwości fizykochemicznych i wartości wskaźników typologicznych przedstawionych w tej pracy (tab. 1, 3, 4) i uzyskanych w badaniach wcześniejszych [7, 17, 18] potwierdza tezę, że gleby brunatne wyługowane są dalszym stadium rozwojowym gleb brunatnych typowych. Nasilający się proces ługowania prowadzi do zmniejszania się zawartości montmorylonitu w poziomie Ap (rys. 4), co świadczy o jego przemianach w inne minerały lub o małej stabilności. Podobne zjawiska stwierdzono również w innych badaniach gleb brunatnych wyługowanych [3] oraz w wierzchnich poziomach vertisoli [6]. Częściowe różnice jakościowo-ilościowe w minerałach ilastych w porównaniu z glebami brunatnymi wytworzonymi z utworów pyłowych innej genezy [2, 21] należy przypisywać m. in. nieco innym właściwościom skał macierzystych tych gleb. Badania mikromorfologiczne poziomów cambic, podobnie jak w badaniach innych autorów [3, 14, 20], wskazują, że w miarę nasilenia procesu ługowania następuje przemieszczenie iłu koloidalnego z poziomów wierzchnich oraz że istnieje przewaga struktur skel-lattisepic, skelsepic i vosepic. Nieznaczny wzrost ilościowy plazmy typu vosepic może być spowodowany inną teksturą utworu pyłowego w porównaniu z glinami lodowcowymi. Dyskusyjna jest przynależność do gleb brunatnych wyługowanych profilu 4 - nazywanego w pracy glebą brunatną bardzo słabo wyługowaną. Zawartość śladowych ilości СаСОз i odczyn zbliżony do zasadowego, niskie wskaźniki przemieszczenia wymiennego Ca i Mg, sumy zasad, Si02/Al2 0 3 oraz właściwości mineralogiczne potwierdzałyby jej przynależność do gleb brunatnych typowych. Jednak znaczne przemieszczenie wolnego żelaza i glinu, wysoka

13 Gleby brunatne z utworow pokrywowych 105 wartość wskaźnika przemieszczenia Si0 2 /Fe203 oraz widoczna iluwiacja plazmy glebowej do poziomu cambic świadczą o przebiegającym procesie ługowania. WNIOSKI 1. Wskaźnikami diagnostycznymi dla określenia procesu ługowania jest struktura plazmy od skel-lattisepic do vosepic. 2. Transformacja minerałów ilastych montmory lonit - illit zachodzi w miarę nasilania procesu ługowania i powstawania dobrze wykształconego poziomu Bbr(t, fe). 3. Ważnym wskaźnikiem nasilenia procesu ługowania gleb brunatnych właściwych jest przemieszczenie iłu koloidalnego, wapnia, magnezu i żelaza do warstw głębszych profilu. LITERATURA [1] Brewer S. W., 1961: Cutans: their definition, recognition and interpretation. J. Soil Sei. 11; [2] Brogowski Z., Mazurek A., 1986: Skład mineralny frakcji mniejszych od 0,02 mm gleby aluwialnej. Rocz. Glebozn. t. 37, z. 3: [3] Chodak T., Kowaliński S., 1972: Micromorphological and mineralogical properties of some soil types developed from loess. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 123: [4] Dobrzański В., Borek S., Brogowski Z., Czarnowska K., Czerwiński Z., Керка M., Konecka-Betley K., Kuźniarowa A., Łakomieć I., Święcicki Cz., 1973: Typologia i właściwości gleb wytworzonych z gliny zwałowej zlodowacenia środkowopolskiego. Rocz. Nauk Roi. 151-D: [5] Dobrzański B., Konecka-Betley K., Czępińska-Kamińska D., 1977: Procesy kształtowania się gleb wytworzonych z gliny zwałowej Wysoczyzny Siedleckiej. Zesz. Nauk. SGGW-AR, Rolnictwo 16: [6] Grahm R. C., Southord A. R., 1983: Genesis of a vertisol and an associated mollisol in Northern Utah. Soil Sei. Soc. Am. J. 47: [7] Konecka-Betley K., 1960: Wstępne kryteria rozpoznawania gleb lessives i niektórych gleb brunatnych. Rocz. Glebozn. t. 9, z. 1: [8] Konecka-Betley K., Borek S., Czarnowska K., Kępka M., Królowa H., Łakomieć I., Kobylińska J., 1970: Wpływ odgórnego oglejenia na kształtowanie się gleb wytworzonych z gliny zwałowej. Rocz. Glebozn. t. 21, z. 1: [9] Konecka-Betley K., Majsterkiewicz T., 1973: Geneza gleb wytworzonych z pokrywowych utworów pyłowych Polski Środkowej. Rocz. Glebozn. t. 30, z. 2: [10] Konecka-Betley K., Czępińska-Kamińska D., 1979: Ty po logi a gleb wy tworzonych z płytkich utworów pyłowych Wysoczyzny Skierniewickiej. Rocz. Glebozn. t. 30, z. 2: [11] Konecka-Betley K., 1979: Reliktowe procesy glebotwórcze w glebach współczesnych wytworzonych z gliny zwałowej. Zesz. Nauk. SGGW-AR, Rolnictwo nr 18: [12] Konecka-Betley K., Czępińska-Kamińska D., Chojnicki J., 1988: Gleby Kotliny Warszawskiej. Przewodnik Konferencji Terenowej Jubileuszowego Zjazdu 50-lecia PTG PTG, Warszawa [13] Kowaliński S., Bogda A., 1966: Przydatność polskich żywic syntetycznych do sporza dzania mikroskopowych szlifów gleb. Rocz. Glebozn. t. 16, z. 2:

14 106 J. Chojnicki [14] Kowaliński S., Licznar S. E., 1981: Charakterystyka mikromorfologiczna uprawnych gleb brunatnych. Rocz. Glebozn. t. 32, z. 3: [15] Kuźnicki F., Skłodowski P., 1970: Wolne Fe, AJ i SiC>2 jako kryterium typologiczne gleb. Rocz. Glebozn. t. 21, z. 1: 3-9. [16] Musierowicz A., Olszewski Z., Kuźnicki F., Święcicki Cz., Konecka-Betley K., Leszczyńska E., 1956: Gleby województwa warszawskiego. Rocz. Nauk Roi., 75-D: [17] Musierowicz A., 1963: Zagadnienie typologii gleb wytworzonych z lessów. Zesz. Probl. Post. Nauk Roi. 39: [18] Musierowicz A., Konecka-Betley K., Kuźnicki F., 1963: Zagadnienie typologii gleb wytworzonych z lessów. Rocz. Nauk Roi. 104 D. [19] Musierowicz A. i in., 1967: Gleby wytworzone z glin zwałowych. Rocz. Glebozn. 1.17: [20] Rozsavölgyi J., Stefaniovits P., 1960: Barna erdötalajak vékonycsinolatainak vizsgalata. Agrokém Talajt. 9: [21] Zasoński S., 1974: Studia mikromorfologiczne i chemiczne nad procesem płowienia gleb pyłowych. Rocz. Glebozn. t. 28, z. 3: J. CHOJNICKI BROWN SOILS DEVELOPED FROM SUPERFICIAL FORMATIONS OF THE BLONIE-SOCHACZEW PLAIN Department of Soil Science, Warsaw Agricultural University Summary The obtained results of physico-chemical, mineralogical and micromorphological properties indicated that brown soils of the Błonie-Sochaczew Plain undergo leaching process. Diversified intensity of this process is conditioned by granulometric composition of the parent rock and underlying materials, content of the carbonates and relief. The important index of the intensity of leaching process is tra as location of the clay fraction, exchangeable calcium, magnesium and free iron, aluminum from humus to illuvial horizons. The micromorphological properties treated as diagnostic index of occurrence of the skel-lattisepic, skelsepic and vosepic plasmic fabrics in the cambic horizon. Quantity of these fabrics increases with the intensity of leaching process, but the participation of the vosepic type plasma slightly increases in relation to remaining fabrics of plasma. The X-ray diffraction analysis (XRD) of the clay fraction indicated in quantitative order (based on XRD intensities) the presence of the montmorillonite, vermiculite, illite, kaolinite and in trace quantities chlorite in some horizons was found. The intensity of leaching reduces the montmorillonite content and increases the quantity of illite. It allows to conclude that leaching process causes the transformation of the montmorillonite into interstratifaing minerals and later into illite. Also it can prove a low stability of montmorillonite, particularly in the upper horizons of soils. Dr Józef Chojnicki Katedra Głeboznastwa Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie Warszawa, Rakowiecka 26/2S Pracę złożono w redakcji w maju 1992 r.