CYRKON W MADACH ŚRODKOWEJ WISŁY I ŻUŁAW

Transkrypt

1 ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE T. XLVII SUPL. WARSZAWA 1996: JÓZEF CHOJNICKI CYRKON W MADACH ŚRODKOWEJ WISŁY I ŻUŁAW Katedra Gleboznawstwa SGGW w Warszawie WSTĘP Zawartość cyrkonu w glebach - podobnie jak w skałach osadowych - mieści się najczęściej w granicach mg/kg. Wyższe jego zawartości występują natomiast w skałach magmowych kwaśnych [Polański, Smulikowski 1969]. Minerały zawierające ten pierwiastek bardzo trudno wietrzeją i mogą ulegać resedymentacji. Zawartość cyrkonu w różnych osadach jest bardzo często wykorzystywana dla określania genetycznej jednorodności skał i intensywności zachodzących procesów glebotwórczych [Bain i in. 1993; Chapman, Horn 1968; Konecka- Betley i in. 1986; Robert i in. 1966]. Dlatego też profilowe rozmieszczenie tego pierwiastka i jego relacje ilościowe (najczęściej stosunki molarne) do Ca, Mg, Fe, jako pierwiastków łatwiej uruchamianych w środowisku i biorących czynny udział w obiegu geochemicznym, są często również wykorzystywane do określenia stopnia zwietrzenia skał i gleb. Celem pracy było określenie ogólnej zawartości cyrkonu w wybranych profilach różnych typów mad środkowej Wisły (od Puław do Płocka) i Żuław w nawiązaniu do niektórych właściwości fizykochemicznych badanych gleb. Podjęto również próbę określenia stopnia nasilenia procesów wietrzenia w profilach badanych gleb. METODYKA BADAŃ Badania przeprowadzono w 7 profilach gleb uprawnych (rys. 1) wytworzonych z warstwowanych osadów aluwialnych, mianowicie: mady właściwe (2 profile), mady brunatne (3 profile), mada glejowa (1 profil) i mada próchniczna ( 1profil). Wszystkie badania terenowe oraz podstawowe analizy gleb (ph, skład granulometry czny, zawartość С org.) przeprowadzono metodami stosowanymi powszechnie w laboratoriach gleboznawczych. Zawartość ogólną Zr w częściach ziemistych i ile koloidalnym oraz Fe, Al, Ca, Mg, К i Na oznaczono metodą fluorescencji rentgenowskiej. Uzyskane wyniki opracowano statystycznie obliczając współczynniki korelacji między zawartością Zr a niektórymi właściwościami fizykochemicznymi gleb.

2 138 J. Chojnicki RYSUNEK 1. Rozmieszczenie profilów glebowych w dolinie Wisły i na terenie Żuław FIGURE 1. Location of soil profiles in Vistula valley and on Żuławy area OMÓWIENIE WYNIKÓW Uziarnienie większości mad środkowego odcinka Wisły (tab. 1) odpowiada grupie granulometrycznej pyłu zwykłego, ilastego lub glin pylastych. W dwóch przypadkach (profile 8 i 11) na większych głębokościach występuje piasek luźny. Największą zawartość części spławialnych stwierdzono w madach Żuław. Mada glejowa (profil 20) i próchniczna (profil 15) wykazują odpowiednio uziarnienie iłu pylastego i iłu, a w madzie brunatnej (profil 16) o składzie gliny pylastej występuje przewarstwienie iłem. Trzeba podkreślić, że badane gleby charakteryzują się znaczną zmiennością składu granulometrycznego zarówno między profilami glebowymi, jak i między poziomami genetycznymi w poszczególnych profilach. Zdecydowana większość tych gleb wykazuje ph w KC1 słabo kwaśne, tylko w poziomie próchnicznym profilu 11 ph spada do 4,6. Przeciętna zawartość Zr w częściach ziemistych badanych gleb wynosi 301 mg/kg, przy wahaniach od 73 do 449 mg/kg, a we frakcji iłu koloidalnego 97 mg/kg tej frakcji, przy wahaniach od 83 do 114 mg/kg (tab. 1). Zawartość cyrkonu zależy przede wszystkim od składu granulometrycznego gleb. Najmniej Zr występuje w glebach o największej zawartości części spławialnych (mady Żuław) i

3 Cyrkon w madach środkowej Wisły i Żuław 739 TA B ELA 1. O gólna zawartość Zr i niektóre w łaściwości fizykochem iczne mad W isły i Żuław TABLE 1. Total content of Zr and some physico-chem ical properties of alluwial soils from V istula valley and Żuławy Miejscowość i nr profilu Locality, profile No Poziom genetyczny Genetic horizon Głębokość Depth [cm] Mady właściwe - Alluvial proper soils Zawartość [%] frakcji o średnicy [mm] Content [%] of fraction in dia [mm] 1-0,1 0,1-0,02 ph KC1 Zr [mg/kg s.m. - d.m] we frakcji - fraction [mm] <0,02 <0,002 <1,0 <0,002 Gołąb 24 A , A , С , С , D ,1 449 Zawady А , AC ,6 355 С ,5 335 D ,5 73 Mady brunatne - Alluvial brown soils Płock А , Radzi wie Bbr , lie g , lie g , DG ,1 127 Nebrowo A ,0 313 Wielkie Bbr , IIC ,9 324 IICG ,3 351 Lisewo A , Malborskie IIBbr , IIICG , IVCG , Mada glejowa - Alluvial gleyed soil Rybina 20 A ,4 338 CG ,7 333 CG ,6 221 IIG ,7 318 Mada próchniczna - Alluvial humous soils Stara A , Wisła 15 ACG , CG , w poziomach o przewadze piasku (profile 8 i 11), a najwięcej w glebach wykazujących znaczną zawartość frakcji pyłu. Średnia zawartość tego pierwiastka w ile koloidalnym jest ponad trzykrotnie mniejsza niż w częściach ziemistych. Profilowe rozmieszczenie cyrkonu w częściach ziemistych i ile koloidalnym jest różne i zależy - jak wspomiano - od zawartości części pyłowych i być może

4 Miejscowość i nr profilu Locality profile No TABELA 2. Ogólna zawartość w ęgla organicznego i niektórych pierwiastków [%] w madach Wisły i Żuław TABLE 2. Total content organie carbon and some elem ents [%] in alluvial soils from Vistula Valley and Żuławy Poziom genetyczny Genetic horizon Głębokość Depth [cm] С А120 з Fe203 MgO CaO Na20 K20 Stosunki molarne Molar ratio C a0 /Z r0 2 Fe20 3/Z r Mady właściwe -- Alluvial proper soils Gołąb 24 A ,36 5,85 1,70 0,44 0,37 0,86 1, A ,30 5,92 1,66 0,45 0,43 0,90 1, С ,53 8,43 2,69 0,74 0,63 1,07 1, С ,50 7,61 2,49 0,62 0,58 0,96 1, D ,25 7,01 2,09 0,51 0,45 1,14 1, Zawady 11 A ,81 10,17 3,58 0,96 0,69 1,17 1, AC ,90 9,54 3,28 0,86 0,89 1,25 1, С ,42 6,02 1,69 0,40 0,41 1,06 1, D ,12 1,87 0,28 0,04 0,11 0,30 0, Mady brunatne - Alluvial brown soils Płock A ,11 6,72 2,27 0,57 0,91 0,98 1, Radziwie 8 Bbr ,69 7,76 2,73 0,69 0,89 1,03 1, HCg ,58 6,71 3,65 0,42 0,68 0,69 1, HCg ,19 7,44 5,74 0,62 0,74 0,59 1, DG ,11 2,37 0,36 0,07 0,19 0,41 0, Nebrewo A ,33 5,34 1,88 0,37 0,51 0,83 1, Wielkie 13 Bbr ,84 7,05 2,47 0,57 0,57 0,98 1, IIC ,37 6,11 2,03 0,42 0,48 0,95 1, IICG ,68 9,23 3,59 0,79 0,77 1,14 1, J. Chojnicki

5 Tabela 2 cd. - Table 2 continued Lisewo A ,18 6,77 2,53 0,52 0,90 0,89 1, Malborskie IIBbr ,24 12,37 5,81 1,24 1,16 0,92 2, IIICG ,41 9,31 4,63 0,80 0,84 1,13 1, IVCG ,49 12,23 6,93 1,17 0,96 0,98 2, Mada glejowa - Alluvial gleyed soil Rybina 20 A ,38 9,74 3,62 0,96 0,92 1,06 2, CG ,81 10,34 3,87 1,04 1,06 1,09 2, CG ,30 14,72 6,45 1,57 1,42 0,86 2, IIG ,63 9,24 3,03 0,81 0,77 1,07 1, Mada próchniczna - Alluvial humus soil Stara A ,62 13,95 6,78 1,35 2,02 0,68 2, Wisła 15 ACG ,46 16,55 6,09 1,72 1,33 0,76 2, CG ,00 17,64 8,05 1,82 1,52 0,54 2, Cyrkon w madach środkowej Wisły i żuław

6 142 J. Chojnicki od zawartości sodu (profile 15 i 24). Natomiast wartości stosunków molarnych (tab. 2) Fe20 3/Z r02 wykazują większe zróżnicowanie niż C a0/z r02. Znacznie wyższe wartości tych pierwszych występują w głębszych poziomach profilów 8, 13 i 16, czego nie wykazują wartości stosunków C a0/z r02. Należy również podkreślić, że w badanych glebach średnia wartość stosunku C a0/z r02 jest znacznie niższa niż Fe20 3/Z r02 oraz że odmienne wartości obydwu stosunków stwierdzono dla mad Wisły i Żuław. Wyraźnie wyższe ich wartości w madach Żuław niż w madach doliny Wisły wynikają z mniejszej zawartości cyrkonu oraz większej zawartości CaO, a szczególnie Fe20 3 (tab. 2), w madach Żuław. Analiza statystyczna wyników (tab. 3) wykazała, że zawartość Zr jest wysoce skorelowana z zawartością frakcji pyłu oraz w znacznie mniejszym stopniu z zawartością frakcji piasku. Ilość cyrkonu jest również wysoce skorelowana z zawartością sodu ogółem. Natomiast nie stwierdzono pozytywnej korelacji między zawartością tego pierwiastka a zawartością części spławialnych, iłu koloidalnego, C, Al, Fe, Mg, Ca i K. DYSKUSJA Podobnie jak u innych autorów [Chapman, Horn 1968] uzyskane wyniki wskazują, że minerały zawierające cyrkon występują głównie we frakcji pyłu i w mniejszych ilościach we frakcji piasku, a ich zawartość wyraźnie maleje w częściach najdrobniejszych (<0,002 mm). Zależności te potwierdzają wyniki analizy statystycznej (tab. 3). Wysoka korelacja zawartości Żr z zawartością sodu ogółem pozwala przypuszczać, że gleby te mogą być zasobne w plagioklazy - szczególnie w albit. Podobne zawartości Zr jak w badanych glebach wykazują gleby bielicowe wytworzone z glin piaszczystych w Szwecji [Olsson i in. 1990], a nieco wyższe gleby doliny rzeki Niger w Afryce [Timofeev i in. 1991]. Porównując wyniki innych autorów z własnymi można stwierdzić, że badane gleby wykazują niższy stopień zwietrzenia niż powierzchniowe poziomy gleb Illinois w USA wytworzone z utworów eolicznych [Robert i in. 1966]. Wartości C a0/z r02 mieszczą się w zakresie dla mad Wisły i gleb Illinois odpowiednio: 16-66, 6-24 oraz dla Fe20 3/Z r02: , Znacznie wyższe wartości, szczególnie Fe20 3/Z r02 w badanych glebach wynikają prawdopodobnie z ich odmiennego składu mineralogicznego oraz z czasu trwania procesu wietrzenia i pedogenezy. Wielu autorów [Bain i in. 1994; Rolim-Meto, Santos 1994; Stolt i in. 1993; Vidrich i in. 1994; Xing i in. 1993] w swoich badaniach stwierdziło wyższe zawartości cyrkonu w wierzchnich poziomach gleb w wyniku ich zubożenia w Al, Fe, Ca, Mg, K, które zostały już przemieszczone do głębszych poziomów. Taki układ tych pierwiastków wykorzystali oni do określenia tempa i stopnia wietrzenia gleb. Mało zróżnicowane profilowe rozmieszczenie Zr i stosunków molarnych (C a0/z r02, Fe20 3/Z r02) w badanych glebach - przy wyższych wartościach tych drugich w głębszych poziomach profdów 8, 13 i 16 - może świadczyć o początkowym stadium ich wietrzenia. Spowodowane jest to prawdopodobnie młodszym wiekiem tych gleb w porównaniu z glebami spoza dolin rzecznych oraz warstwowaniem osadu aluwialnego związanego z dolinami rzecznymi. Wspomiane wyższe wartości stosunku Fe20 3/Z r02 w głębszych poziomach profilów 8, 13 i 16 są wynikiem wzrostu zawartości żelaza, którego pochodzenie jest prawdopodobnie

7 Cyrkon w madach środkowe[ Wisty i Żuław 143 TA B ELA 3. W spółczynniki korelacji (r) między ogólną zaw artością Zr a ogólną zaw artością poszczególnych frakcji granulom etrycznych, w ęgla organicznego i niektórych pierwiastków w madach W isły i Żuław T A B L E 3. C oefficients of correlation (r) between total Zr content as well as different fractions, organic carbon and total content som e of elem ents in alluvial soils from V istula valley and Żuławy Zr 1-0,1 0,1-0,02 0,02-0,002 <0,002 [mml Zr 1,0000 0,3891* 0,8346** 0,0887 0,3517 Zr Corg A1 Fe Mg Ca К Na Zr 1,0000 0,2424 0,1637 0,2797 0,1805 0,2351 0,1079 0,8690** *- p = 0,05, **- p = 0,01 związane z oddziaływaniem wód gruntowych. Mniejsze zróżnicowanie wartości C a0/z r02 w profilach wynika ze znacznie mniejszej mobilności i możliwości wytrącania się w procesach oksydacyjno-redukcyjnych wapnia - w porównaniu do żelaza - w warunkach nadmiernego uwilgotnienia spowodowanego występowaniem wód gruntowych. Uzyskane wyniki potwierdzają, że profilowe rozmieszczenie wymienionych pierwiastków i wzajemne między nimi stosunki ilościowe mogą być pewnymi wskaźnikami typologicznymi rozwoju gleb. Jednak ich przydatność ogranicza się tylko do gleb, w których uwalniane produkty wietrzenia w wyniku zachodzącego procesu glebotwórczego ulegają przemieszczeniu do głębszych poziomów profilu glebowego (gleby brunatne wyługowane, płowe i bielicowe). Stwierdzone zawartości Zr w tych glebach pozwalaj ą przypuszczać, iż podobne zawartości tego pierwiastka występują w skałach osadowych i glebach obszaru zlewni Wisły, które dostarczały substratu dla akumulowanych osadów aluwialnych w dolinie Wisły. Natomiast słabo zróżnicowane profilowe rozmieszczenie tego pierwiastka świadczy o podobnym stopniu zwietrzenia skał i zaawansowania procesów glebotwórczych na terenie zlewni Wisły w okresie holocenu. WNIOSKI 1. Średnia zawartość Zr w madach środkowej Wisły i Żuław wynosi 301 mg/kg gleby, a we frakcji iłu koloidalnego 97 mg/kg. 2. Analiza statystyczna wyników wykazała, że zawartość Zr jest wysoce istotnie skorelowana z zawartością frakcji pyłu i mniej istotnie z zawartością frakcji piasku oraz sodu ogółem. 3. Mało zróżnicowane profilowe rozmieszczenie cyrkonu i stosunków molarnych (C a0/z r0 2, Fe20 3/Z r0 2) może świadczyć o początkowym stadium procesów wietrzenia. LITERATURA BAIN D., C., MELLOR A., ROBERTSON-RINTOUL M., S., E., BUCKLAND S., T., 1993: Variations in weathering processes and rates with time in a chronosequence of soils from Glen Feshie, Scotland. Geo derma 57, 3:

8 144 J. Chojnicki BAIN D., C., MELLOR A., WILSON M., J., DUTHIE D., M., L., 1994: Chemical and mineralogical; weathering in an upland granitic till catchment in Scotland. Water, Air and Soil Pollution 13, 1-4: CHAPMAN S., L., HORN, M., E., 1968: Parent material uniformity and origin of silty soils in Northwest Arkansas based on zirconium-tytanium contents. Soil Sei. Soc. Amer. Proc. 32: KONECKA-BETLEY K., CZĘPIŃSKA-KAMIŃSKA D., ZAGÓRSKI Z., 1986: Development and properties of Paleosols in the loess section at Sandomierz (SE Poland). Ann. UMCS, 41: OLSSON M., MELKERUD P. A., MASON B., J., 1990: Long-term translocation of iron and aluminium in podzols. The surface waters acidification programme: Cambridge Univ. Press. POLAŃSKI A., SMULIKOWSKI K., 1969: Geochemia. Wyd. Geologiczne, Warszawa. ROBERT L., JONES, BEAVERS, A., H., 1966: Weathering in surface horizons of Illinois soils. Soil Sei. Soc. Amer. Proc. 30: ROLIM-METO F., C., SANTOS M., C., D., 1994: Genesis of a sandy soil with lamellae from the Agreste region of Pernambuco State, Brazil. Revista Brasileira de Ciencia do Solo 18, 2: STOLT M., H., BAKER J., C., SIMPSON T., W., 1993: Soil-landscape relationships in Virginia. I. Soil variability and parent material uniformity. Soil Sei. Soc. Amer. J. 57, 2: TIMOFEEV В., V., OBUKHOV A., I., TIMOFEYEV В., V., 1991: Microelement contents in soils of the Mali Republic. Pochvovedenie 7: VIDRICH V., FRANCI M., MULLER H., W., FUSI P., 1994: The influence of mosses on soil formation. Initial formation from the starting point of different rocks: initial conclusions. Agrochimica 38, 1-2: XING B., S., DUDAS M., J., ZHANG Z., Y., XU Q., 1993: Geochemical characteristics of trace elements and rare earth elements in albic soils in the Three River Plain. Acta Pedologica Sinica 30,2: J. CHOJNICKI ZIRCONIUM IN ALLUVIAL SOILS OF CENTRAL VISTULA VALLEY AND ŻUŁAWY D epartm ent o f Soil Science, W arsaw A gricultural U niversity SUMMARY The ivestigation was carried out in 4 profiles of alluvial cultivated soils of central Vistula valley (from Puławy to Płock) and in 3 profiles of alluvial cultivated soils from Żuławy area. The average content of Zr in the soils amounts to 301 mg/kg ( mg/kg) and in the fraction <0,002 mm 97 mg/kg ( mg/kg). Statistical analysis of the results indicated high positive correlation the content Zr with the content of silt fraction ( mm), total content Na and positive correlation with content of sand fraction (1-0.1 mm). No positive correlation was found between the Zr content and total content of fractions <0.02 mm and <0.002 mm, organic carbon, Al, Fe, Mg, Ca, and K. Small diversification of Zr content and value C a0/z r02 in the profiles proved the initial stage of weathering process in the soils. Higher value Fe20 3/Z r02 in the deeper horizons of some profiles is caused by higher content of iron there. Higher content of Fe results probably from interaction of underground water. Dr Józef Chojnicki Katedra Gleboznawstwa SGGW Warszawa, ul. Rakowiecka 26/30