ZW IĄZKI PRÓCHNICZNE W RĘDZINACH WYTWORZONYCH Z W APIEN I RÓŻNYCH FO RM ACJI GEOLOGICZNYCH

Transkrypt

1 ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE T. XXXVII, NR 2 3, S , WARSZAWA 1986 STANISŁAW KOWALIŃSKI, STANISŁAWA ELŻBIETA LICZNAR ZW IĄZKI PRÓCHNICZNE W RĘDZINACH WYTWORZONYCH Z W APIEN I RÓŻNYCH FO RM ACJI GEOLOGICZNYCH Katedra Gleboznawstwa Akademii Rolniczej we Wrocławiu D ługotrw ałe oddziaływ anie czynników glebotw órczych i odpow iednich procesów glebow ych prow adzi do nagrom adzenia określonych ilości i jakości zw iązków próchnicznych, charak tery sty czn y ch dla danej jed nostki system atycznej. W glebach w apniow cow ych ich litogeniczny charak te r decyduje o tym, że procesy kum ulacji i transform acji m aterii organicznej uzależnione są od ilości i aktyw ności w ęglanu w apnia zaw artego w skałach m acierzystych [1, 5, 7, 8]. Znaczna zaw artość C ac 03 zazwyczaj zwiększa aktyw ność biologiczną tych gleb, co przyczynia się do szybszej h um ifikacji m aterii organicznej [1, 8, 9]. Nie zawsze jed n ak w ę glan w apnia sprzyja polim eryzacji wysokocząsteczkowych związków próchnicznych. Obecność dużych ilości aktyw nego C ac 03 może być pow odem szybko zachodzącej hum ifik acji i jednocześnie ograniczonej polim eryzacji, co w konsekw encji może prowadzić do zm niejszenia ilości zw iązków próchnicznych w glebach lub pogorszenia ich jakości [7]. D latego zasadniczym celem naszej p racy było poznanie składu fra k cyjnego związków próchnicznych rędzin w ytw orzonych ze skał węglanow o-w apiennych różnych form acji geologicznych, odznaczających się różn ą aktyw nością chem iczną zaw artego w nich w ęglanu w apnia. OBJEKTY I METODYKA BADAŃ Przedm iotem badań było 6 profilów rędzin w ystępujących na terenie południowo-zachodniej Polski, reprezentujących następujące jednostki taksonom iczne: profil 1: rędzina czarnoziem na średnio głęboka, w ytw orzona ze zw ietrzeliny w apienia kredowego, gleba orna; p ro fil 2: rędzina czarnoziem na głęboka, w ytw orzona ze zw ietrzeliny w a pienia kredowego, gleba orna; profil 3: rędzina brunatna płytka, wytworzona ze zw ietrzeliny m argla triasowego, gleba orna; profil 4: rędzina brunatna średnio głęboka, w ytw orzona ze zw ietrzeliny w apienia triasow ego, gleba orna;

2 160 S. Kowaliński, S. E. Licznar profil 5: rędzina brunatna, średnio głęboka, w ytw orzona ze zw ietrzeliny m argla jurajskiego, gleba darniowa; profil 6: rędzina w łaściw a płytka, w ytw orzona ze zw ietrzeliny tra w e r tynu, gleba leśna. W zebranym w czasie badań terenow ych m ateriale przeprowadzono n astępujące oznaczenia lab oratoryjne: ogólną zaw artość C ac 0 3 m etodą Scheiblera, zawartość aktyw nego C ac 0 3 m etodą w olum etryczną Kac-Kacasa we frak cjach o w ym iarach: 1 0,5; 0,5 0,25 i m niejszych od 0,25 mm, С ogółem m etodą T iurina, skład frakcyjny próchnicy glebowej m etodą Kononowej-Bielczikowej. ' WYNIKI BADAŃ ZAWARTOŚĆ "WĘGLANU WAPNIA I AKTYWNOŚĆ CHEMICZNA SKAŁ WĘGLANOWO-WAPIENNYCH Skały m acierzyste badanych rędzin różnią się zawartością CaCOs, jak również ilością aktywnego chemicznie w ęglanu wapnia (ryc. 1). Znaczne ilości w ęglanu w apnia w ystępują w tra w e rty n ie i w apieniach kredow ych Ryc. 1. Zawartość węglanu wapnia i aktywnego CaC03 w skałach macierzystych badanych rędzin Fig. 1. The content of calcium carbonate and active CaCO* dn parent rocks of the rendzinas under study

3 Związki próchniczne w rędzinach 161 (94,3 91,8%), m niejszą zaw artość m a w apień triasow y (85,5%), a n a j m niej tego składnika zaw ierają m argle: triasow y i ju ra jsk i (32,7 48,7%). Zaw artość aktyw nego w ęglanu w apnia w badanych skałach m acierzystych rędzin przedstaw ia odm ienny układ. N a ogół ilość tego składnika w skałach w ęglanow o-w apiennych jest skorelow ana ze stopniem rozdrobnienia utw o ru i długością czasu reakcji. Skałą o w ysokiej aktyw ności chemicznej jest traw ertyn. Wysoka aktyw ność chemiczna C ac 03 w tra w e rty n ie w ystępuje w e w szystkich analizow anych frakcjach, a zw iązana jest w dużej m ierze z odm iennym pochodzeniem tego utw oru i jego właściwościami fizycznymi, a w szczególności z dużą porowatością. Wśród pozostałych skał węglanowo-wapiennych znaczną aktywność chemiczną m ają wapienie kredowe, m niejszą m argiel jurajski i wapień triasow y, a najm niejszą aktyw nością chem iczną odznacza się m argiel triasow y. Jak wynika z dotychczasowych badań, zróżnicowana zawartość w skale m acierzystej aktywnego chemicznie węglanu wapnia sprzyja znacznej akum ulacji m aterii organicznej i próchnicy, a tym samym w pływ a na kształtow anie się poszczególnych podtypów rędzin [4, 5, 6, 7]. SKŁAD FRAKCYJNY ZWIĄZKÓW PRÓCHNICZNYCH Przeprowadzona analiza składu frakcyjnego związków próchnicznych w badanych rędzinach wykazała zróżnicowanie ilościowe i jakościowe próchnicy glebow ej w poszczególnych podtypach (tab. 1). Zawartość С ogółem w poziomach akum ulacyjnych kształtuje się w granicach 0,79 4,15%, w zależności od podtypu rędziny i jej kategorii użytkowej. Największa ilość węgla w ystępuje w rędzinie właściwej w ytw orzonej ze zw ietrzeliny tra w e rty n u (profil 6) oraz w rędzinie b ru natn ej w ytw orzonej ze zw ietrzeliny m argla jurajskiego (profil 5), w k tó ry ch użytkow anie leśne i darniow e przyczyniło się do większej akum u lacji m aterii organicznej w poziom ach A lm W głębiej zalegających poziom ach obserw uje się spadek zaw artości С ogółem we w szystkich profilach, jedynie w rędzinie czarnoziem nej głębokiej, w ytw orzonej ze zwietrzeliny wapienia kredowego (profil 2), w zrasta nieco zawartość węgla w poziomie AjC. Ilość niskocząsteczkowych związków próchnicznych, wydzielonych roztw orem 0,05 M H 2S 0 4 z badanych gleb, jest stosunkow o m ała. W poziom ach akum ulacyjnych w aha się w granicach 2,7 8,0% oraz w zrasta w raz z głębokością profilu. Największa ich ilość w ystępuje w rędzinie w łaściw ej w ytw orzonej ze zw ietrzeliny tra w e rty n u (profil 6). Zawartość węgla wydzielonego m ieszaniną 0,1 M Na4P ,1 M NaOH w poziomach akum ulacyjnych kształtuje się w granicach 28,7 35,6%. W artości te są znacznie niższe w porów naniu z innym i jed-

4 Skład frakcyjny związków próchnicznych Fractional composition of humus compounds Tabela 1 С w yd zie lo n y С isolated CKh z w ią С n ie - N r p r o filu P r o file N o. N a z w a g le b y (u t w ó r m a c ie r z y s ty ) S o il k in d (p a re n t m a te ria l) P o z io m g e n e tyczn y G e n e t ic h o r iz o n G łę b o k o ś ć p o b r a n ia p r ó b k i S a m p lin g d e p t h c m С % 0,0 0 5 M H 2S O * 0,1 M N a 4P 2O 7 + 0, l M N a O H 1 0,1 M N a O H С w y c ią g u С o f th e e x tra c t k w a s y h u m in o w e h u m ic a c id s k w a s y f u lw o w e fu lvic a c id s CKh С w y c ią g u С o f th e e x tra c t CKf k w a s y k w a s y h u m in o w e f u lw o w e h u m ic fu lvic a c id s a c id s w % С o g ó łe m w % С o g ó łe m CKh C Kf z a n y c h z C a CKH b o u n d e d w i t h C a w h y d r o li - z u ią c y С n o n - h y d r o lyzin g % С o g ó łe m CKh z w ią z a n y c h z C a w % CKh I CKh b o u n d w i t h C a i n % r c Kh in % o f to ta l С in % o f to ta l С i n % o f to ta l С 1 R ę d z i n a c z a r n o z ie m n a 1 ( w a p ń k r e d o w y ) A i ,82 2,2 2 8,7 16,3 12,4 1,31 7,6 1,7 5,9 0, ,6 7 1,3 8 9,6 C h e r n o z e m ic r e n d z in a (c re ta c e o u s lim e s to n e A i C ,2 30,1 13,1 1 7,0 0,7 7 5,7 1,4 4,3' 0,3 2 11,7 6 9,9 8 9,3 2 R ę d z in a c z a r n o z ie m n a (w a p ień k re d o w y ) A! ,23 4,7 33,4 21,2 12,2 1,74 9,7 1,4 8,3 0,17 19,8 66,6 93,4 C he rn ozem ic rendzina A x ,47 5,6 39,2 21,1 18,1 1,16 8,2 1,5 6,7 0,22 19,6 60,8 93, ,52 6,2 42,0 25,1 16,9 1,48 6,6 0,7 5,9 0,12 24,4 58,0 97,2 3 R ę d z in a b r u n a t n a (m a r g ie l t r ia s o w y ) A i ,48 3,7 2 9,8 1 3,4 1 6,4 0,8 2 18,1 5,3 12,8 0,4 2 8,1 70,1 6 0,5 B r o w n re n d z in a (triassic m a rl ) ( В ) С ,44 n.o. n.ó. n.o. n.o. n.o. n.o. n.o. n.o. n.o. u o. n.o. n.o. ' 4 R ę d z in a b ru n a t n a (w apień triasow y ) A i ,79 2,7 30,6 12,3 18,3 0,67 15,7 6,1 9,6 0,63 6,2 69,4 50,4 B r o w n re n d z in a (triassic lim estone) ( В ) ,51 5,3 21,2 3,5 17,7 0,20 9,2 1,4 7,8 0,18 2,1 78,8 60,0 5 R ę d z in a b r u n a t n a (m argiel ju ra jsk i) a ł ,35 3,5 29,5 14,2 15,3 0,93 11,6 4,3 7,3 0,59 9,9 70,5 69,7 B r o w n re n d z in a A i ( В ), ,34 7,4 3 4,9 1 5,2 19,7 0,7 8 8,9 1,7 7,2 0,2 4 13,5 65,1 8 8,8 (jurassie m a rl ) ( В ) С n.o. n.o. n.o. n.o. n.o. n.o. n.o. n.o. n.o. n.o. n.o. n.o. n.o. 6 R ę d z in a w ła ś c iw a (tra w e rtyn ) A i 4-9 4,15 8,0 35,6 14,7 20,9 0,70 15,7 4,4 11,3 0,39 10,3 64,4 70,0 P r o p e r r e n d z in a (tra vertin e ) A łc ,86 10,3 31,4 13,4 18,0 0,74 16,8 5,0 11,8 0,43 8,4 68,6 1 62,6 n.o. n o t d e te rm in e d

5 Związki próchniczne w rędzinach 163 nostkam i typologicznymi gleb. Ilość tej frakcji w poszczególnych podtypach badanych rędzin w ykazuje na ogół duże zróżnicowanie związane z kategorią trw ałego użytkow ania gleby oraz aktyw nością chem iczną skały w ęglanow o-w apiennej, stanow iącej ich su b stra t m acierzysty. N ajwiększą zawartość związków próchnicznych wydzielonych m ieszaniną pirofosforanu i w odorotlenku sodowego stw ierdzono w rędzinie w łaściwej wytworzonej z traw ertynu (profil 6), w której skała m acierzysta odznacza się najw iększą aktyw nością chemiczną. Mniejsze ilości tej frakcji stwierdzono w rędzinach brunatnych, w których węglanowo-wapienne skały m acierzyste w ykazują niższą aktyw ność chemiczną. W badanych podtypach rędzin dość charakterystycznie przedstaw ia się zróżnicowanie ilości kwasów hum inow ych (CKh) i kwasów fulw owych (CKf), czego wyrazem jest stosunek CKh CKf. Jego najwyższe wartości stw ierdzone w rędzinach w ytw orzonych ze zw ietrzelin w apieni kredowych świadczą, że istniały tam najlepsze w arunki do hum ifikacji m aterii organicznej i polim eryzacji związków próchnicznych. Mały stosunek Скь- Citf w rędzinie wytworzonej ze zw ietrzeliny traw ertynu jest wynikiem leśnego użytkow ania tej gleby, które nie sprzyja procesom polim eryzacji związków próchnicznych. Ilość związków próchnicznych wydzielonych roztworem 0,1 M NaOH jest dość zróżnicow ana w badanych podtypach rędzin. N ajm niejszą zaw artość tej frak cji stw ierdzono w rędzinach czarnoziem nych, w ytw orzonych ze zw ietrzeliny w apieni kredow ych, nieco w iększe w rędzinie w łaściwej wytworzonej ze zw ietrzeliny traw ertynu, a największe w rędzinach brunatnych wytworzonych ze zwietrzelin wapieni triasow ych (profile 3 i 4). Podobnie układające się w artości stosunku CKh:Ki w tej frakcji w y dzielonej roztworem 0,1 M NaOH w rędzinach czarnoziem nych świadczą, że kw asy hum inowe tych rędzin są związane z kationem Ca i niekrzem ianowymi form am i R20 3 (ryc. 2). Ich zawartość często przekracza 90% CKh ogółem. W pozostałych podtypach rędzin jest ich znacznie m niej, bo stanow ią one 50 70% ogólnej zaw artości kw asów hum inow ych. W świetle uzyskanych wyników badań można stwierdzić, że najlepsze w a ru n k i dla procesu hum ifikacji m aterii organicznej panow ały w rędzinach czarnoziemnych, wytworzonych ze zw ietrzelin wapieni kredowych, które m iały odpowiednią ilość aktyw nego w ęglanu wapnia. Nie zawsze jednak aktyw ność chem iczna skały w ęglanow o-w apiennej sprzyja procesom hum ifikacji m aterii organicznej i polim eryzacji związków próchnicznych, co w ykazują rów nież prace innych autorów [5, 7, 8]. W naszych badaniach przykładem tego jest skład frak cy jn y próchnicy w rędzinie w łaściwej wytworzonej ze zw ietrzeliny traw ertynu, w której wpływ skały m acierzystej jest determ inow any przez trw ałe użytkow anie leśne. W rędzinach b ru n atn y ch w ytw orzonych ze zw ietrzelin w apieni triasow ych i ju rajsk ich m ała aktyw ność chem iczna w ęglanu w apnia nie sprzyja kum ulacji związków próchnicznych oraz ich polim eryzacji. Dlatego b a-

6 164 S, Kowaliński, S. E. Licznar P ro fil-p ro file, 1 P ro fil-p ro file, Z P ro fil-p ro file, 3 P ro fil-p ro file, Ч- P ro fil-p ro fils, 5 P ro fil-p ro file, 6 Ckh związanych z Ca bounded with Ca Ryc. 2. Zawartość kwasów huminowych związanych z Ca i niekrzemianowymi formami R2O3 w ogólnej ilości kwasów huminowych poziomu Fig. 2. The content of humic acids bounded with Ca and non-silicetous forms of R20 3 in the total content of humic acids of the A± horizons dane rędziny brunatne zaw ierają m ałą ilość С ogółem, dużo związków próchnicznych wolnych oraz m niejszą ilość kwasów hum inowych, w tym rów nież kw asów hum inow ych zw iązanych z w apniem. R ezultaty powyższych badań potw ierdzają spostrzeżenia Kuźnickiego i Skłodowskiego [7], którzy podkreślają rolę zawartości aktyw nych w ęglanów w apnia w procesach tran sfo rm acji m aterii organicznej i tw orzeniu sw oistych zw iązków próchnicznych. WNIOSKI Na podstawie przeprowadzonych badań i uzyskanych wyników można w yciągnąć następujące wnioski. Zróżnicowanie ilościowe i jakościowi związków próchnicznych w rędzinach zależy od typologii gleb oraz form acji geologicznej skały w ęglanow o-w apiennej, której zw ietrzelina stanow i ich su b stra t m acierzysty. Zaw artość w ęglanu w apnia i jego aktyw ność chem iczna d eterm i nują na ogół skład frakcyjny związków próchnicznych, lecz zbyt duża zaw artość aktyw nego w ęglanu w apnia w pew nych w arunkach bioekolo-

7 Związki próchniczne w rędzinach 165 gicznych może nie przyjąć polim eryzacji wysokocząsteczkowych połączeń próchnicznych. W rędzinach czarnoziem nych w ytw orzonych ze zw ietrzelin w a pieni kredow ych obecność aktyw nego w ęglanu w apnia zwiększa ilość zw iązków próchnicznych, ch arakteryzujących się wyższym stopniem polim eryzacji. W rędzinach brunatnych wytworzonych ze zw ietrzelin wapieni triasow ych i ju rajsk ich skład frak cy jn y związków próchnicznych uzależniony jest bardziej od charakteru przebiegającego procesu glebotwórczego aniżeli od zaw artości aktyw nych w ęglanów w apnia. W rędzinie właściwej w ytworzonej ze zw ietrzeliny traw ertynu trw a łe użytkow anie gleby ogranicza w pływ aktyw ności chem icznej w ęglanu w apnia n a stopień polim eryzacji związków próchnicznych, a tym sam ym na skład frakcyjny próchnicy glebowej. LITERATURA [Ô] Dobrz ański B., Turski R.: Rędziny Wyżyny Lubelskiej wytworzone skał węglanowych okresu kredowego. Rocz. Nauk roi. Ser. D, 148, [2] Kowaliński S.: Soils of south-western Poland. Third International Working- -M eeting on Soil Micromorphology, Wrocław, Poland, 1969, 1 И4. [3] Kowaliński S.: Micromorphology of some rendzinas derived from travertines, Micromorfologia de Suelos, vol. 1, Preceedings of the fifth International Working-Meeting on Soil Micromorphology. Granada, Espana, 1978s [4] К owaliński S., Kollender-Szych T., Hawlicka S.: Aktywność niektórych skał węglanowo-wapiennych Polski. Zesz. nauk. WSR, Rolnictwo XX, r 65, Wrocław 196*5, [5] Kowaliński S., Licznar S.: W łaściwości mikromorfologiczne niektórych rędzin wytworzonych z wapieni różnych formacji geologicznych. Rocz. glebozn. 27, 1976, [6] Kuźnicki F., Białousz S., Kamińska M., Oszmiańska M., Skłodowski P., Ziemińska A., Żakowski H.: Rędziny wytworzone ze skał węglanowych różnych formacji geologicznych na obszarze Gór Świętokrzyskich i ich obrzeżenia. Rocz. glebozn. 87, 1976, 2, [7] Kuźnicki F., Skłodowski P.: Zawartość i charakterystyka foim związków próchnicznych w rędzinach i wytworzonych ze skał węglanowych różnych formacji geologicznych. Rocz. glebozn. 27? 1976, 2, [8] Licznar S.: Rędziny i gleby nawapnieniowe Opolszczyzny w świetle badań mikromorfologicznych i fizykochemicznych. Rocz. glebozn. 27, 1976, 3, [9] T u г s к i R., N g о V a n Р h u.: The characteristic of humus compounds soils formed from solid calcareous rocks in various climatic zones. Polish J. Soil Sei 4, 1971, 2, ze

8 166 S. Kowaliński, S. E. Licznar С. КОВАЛИНЬСКИ, С. Э. ЛИЧНАР ГУМУСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ В РЕНДЗИНАХ ОБРАЗОВАННЫХ ИЗ ИЗВЕСТНЯКА РАЗЛИЧНЫХ ГРОЛОГИЧЕСКИХ ФОРМАЦИЙ Кафедра почвоведения. Сельскохозяйственная академия во Вроцлаве Резюме Основной целью работы было изучение фракционного состава гумусных соединений рендзин образованных из карбонатно-известняковых пород различных геологических формаций характеризующихся разной химической активностью находящегося в них карбоната кальция. Было исследовано 6 профилей рендзин представляющих: черноземные рендзины образование из известняка мелового периода (2 профиля), бурые рендзины образованные из известняка юрского и триасового периода (3 профиля), а также типичную рендзину образованную из травертина (1 профиль). В исследуемых почвах была определена волюметрическим методом химическая активность карбоната кальция находящегося в материнское породе, а также, применяя метод Кононовой и Бельчиковой, был определён фракционные состав гумусных соединений. Проведённые исследования привели к следующему выводу: Количественная и качественная дифференциации гумусных соединений рендзин зависят от их типологии и геогогической формации карбонатно-известняковых пород а также от химической активности карбоната кальция находящегося в них, которая обуславливает процессы гумификации органического вещества и полимеризации особенных гумусных соединений. В чернозёмных рендзинах образованных из известняка мелового периода было обнаружено большое количество гумусных соединений отличающихся высшей степенью полимеризации. В бурых рендзинах на фракционный состав гумуса влияет в большей степени почвообразовательный состав гумуса влияет в большей степени почвообразовательный процесс, чем содержание активных форм карбоната кальция. В типичной рендзине образованной из травертина на состав гумусных соединений влияет категория постоянного употребления, которая детерминирует влияние активного карбоната кальция на процесс гумификации и полимеризации гумусных соединений. S. KOWALIŃSKI, S. Е. LICZNAR HUMUS COMPOUDß IN RENDZINA SOILS FARMED OUT OF LIMESTONES OF DIFFERENT GEOLOGICAL FORMATIONS Department of Soil Science, Agricultural University of Wrocław Summary The essential intent of this research has been to reveal the fractional composition of humus compounds in rendzina soils formed out of carbonate-limestone rocks of different geological formations, characterized by different chemical activity of calcium carbonate contained in them. Examination involved six profiles of rendzina soils representing: chernozem rendzina soils formed out of limestones of Cretaceous formation (2 profiles), brown rendzina soils formed out of limestones of Jurassic and Triassic formations (3 profiles) and proper rendzina soil formed out of travertine (1 profile). In these soils the chemical activity of calcium carbonate contained parent rocks was determined) with volumetric method and the frac-

9 Związki próchniczne w rędzinach 167 tional composition of humus compounds with Kononova and Bielczikova s method. The analyses have revealed that: Quantitative and qualitative differentiation of humus compounds in rendzina soils depends on their typology as w ell as on the geological formation of carbonate contained in it, conditioning the humification processes in organic matter and polymerization of specific humus compouds. In chernozem rendzna soils formed out of Cretaceous limestones there is found a greater quantity of humus compounds characterized by a higher degree of polymerization. In brown rendzina soils the fractional composition of humus is more influenced by the soil-forming process than by the content of calcium carbonate active forms. In proper rendzina soil formed out of travertine the composition of humus compounds is influenced by the category of permanent use? which determines the effect of active calcium carbonate on the processes of humification and polymerization of specific humus compounds. Prof. dr hab. Stanislaw Kowaliński Katedra Gleboznawstwa AR W rocław, ul. Grunwaldzka 53

10