MIKROMORFOLOGIA I MIKROMORFOMETRIA AGREGATÓW GLEBOWYCH

ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE T. XXVI, Z. 3, W ARSZAW A 1975 JÓZEF TOKAJ MIKROMORFOLOGIA I MIKROMORFOMETRIA AGREGATÓW GLEBOWYCH Instytut'G leboznaw stw a i C hem ii Rolnej A kadem ii R olniczej w K rakow ie W STĘP Agregacja substancji glebowej zależy w głównej mierze od jakości zwietrzeliny skały glebotwórczej, z której wytworzyła się gleba, i sposobu jej użytkowania. Intensywność działania czynników gruzełkotwórczych w glebie i formowania się agregatów glebowych nadaje każdej glebie rozmaity stopień agregacji. Tworzenie i formowanie się gruzełków glebowych odbywa się pod wpływem działania różnych czynników w procesie zlepiania i sklejania elementarnych cząstek glebowych. W procesach gruzełkotwórczych najważniejszą rolę spełniają substancje próchniczne, minerały ilaste, zasorbowane kationy zasadowe, mikroorganizmy glebowe (bakterie, grzyby), mezofauna glebowa (dżdżownice, wazonkowce) i połączenia minerałów ilastych z kwasami huminowymi. Najważniejszymi właściwościami gruzełków glebowych są: budowa, skład mechaniczny, mineralny i chemiczny, porowatość i wielkość przestworów, wodoodpomość i zwięzłość. OBIEKTY BADAŃ Badania wykonano na agregatach poziomu próchnicznego gleby leśnej brunatnej kwaśnej, wytworzonej ze skał górskiej moreny dennej łupków ilastych, wapieni dolomitycznych i kwarcytów. Gleba ta należy do średnio głębokich, słabo szkieletowych i gatunku gliny ciężkiej. Poziom próchniczny o miąższości 0,3-13 cm odznacza się barw ą brunatną, agregacją ziarnisto-bryłkowatą i odczynem kwaśnym. Profil ma następujące poziomy genetyczne: A 0 A^B) Cx. Omawiana gleba położona jest na wysokości powyżej 1200 m n.p.m. i znajduje się pod drzewostanem

4 J. Tokaj świerkowym. Badania przeprowadzono na frakcjach agregatów o średnicy powyżej 6, 6-5, 5-4, 4-3, 3-2 i 2-1 mm, o barwie jasnej i ciemnej. Celem badań była charakterystyka właściwości mikromorfologicznych i mikromorfometrycznych agregatów glebowych o barwie jasnej i ciemnej i wykazanie różnic między poszczególnymi frakcjami w obrębie poziomu próchnicznego. Skład mineralny poziomu próchnicznego według analizy termicznej [20] wykazuje: minerałów ilastych 28% (montmorylonitu 15,6% i kaolinitu 12,4%), substancji organicznej 18,8%, węglanów 0,4% i reszty termicznie nieczynnej (piasek) 52,8%. METODYKA BAD AŃ Procentową zawartość frakcji agregatów oznaczono metodą sitową w stanie powietrznie suchym, a wydzielenia agregatów o barwie jasnej i ciemnej z otrzymanych frakcji dokonano za pomocą specjalnego kolorym etru naturalnego [22]. Skład granulometryczny poziomu próchnicznego oznaczono metodą Bouyoucosa-Cassagrande a-prószyńskiego po uprzednim spaleniu próchnicy w 6-procentowym H20 2 [15, 20]. Uziarnienie agregatów o barwie jasnej i ciemnej zbadano metodą mikroskopową Tokarskiego, przy pomiarze największych średnic 300 ziarn w preparacie proszkowym [22]. Właściwości mikromorfologiczne i mikromorfometryczne agregatów 0 barwie jasnej i ciemnej sporządzonych z każdej frakcji oznaczono pod mikroskopem polaryzacyjnym w cienkich płytkach (szlifach); [5, 7, 11, 14]. W YNIKI BADAŃ SK Ł A D GRANULOM ETRYCZNY W poszczególnych frakcjach mechanicznych poziomu próchnicznego znajduje się mało części szkieletowych (tab. 1). W ich skład wchodzą kilkucentymetrowe okruchy wapieni dolomitowych i kwarcytów. Frakcje drobniejsze znacznie przeważają ilościowo nad grubymi. Analiza wykazała duże ilości iłu koloidalnego, małe pyłu grubego, nie wykazała natomiast obecności grubego piasku. SK Ł A D AGREGATOW Y Najwięcej agregatów znajduje się we frakcji o średnicy poniżej 1 mm 1 od 1 do 2 mm. Pozostałe frakcje są ilościowo wyrównane przy znacznym spadku ilości agregatów we frakcji o średnicy 5-6 milimetrów. Ilość agregatów frakcji o średnicy 0,5-1 i powyżej 6 mm jest większa

M orfologia i m ikrom orfom etria agregatów glebow ych 5 Skład granulom etryczny gleby Granulometric com position of s o il Tabela 1 Srednioa c zą stek w mm Diameter o f p a r tic le s in mm Procent czą stek % o f p a r tic le s > 1 2,6 < 1 9 7,4 1-0,5 0,0 0,5-0,25 1,0 0,2 5-0,10 12,0 0,10-0,05 4,0 0,0 5-0,02 13,0 0,02-0,006 23,0 0,006-0,002 18,0 < 0,002 2 9,0 1-0,10 13,0 0,10-0,02 17,0 < 0,02 70,0 przy barwie ciemnej niż jasnej. Agregaty o barwie jasnej w pozostałych frakcjach ilościowo przeważają nad ciemnymi (tab. 2). Formowanie się agregatów o barwie jasnej i ciemnej jest wynikiem działania czynników gruzełkotwórczych w poziomie próchnicznym. Główną rolę w procesie formowania się agregatów odgrywa tworzenie się kwasów próchnicznych i podatność substancji organicznej na rozkład mikrobiologiczny. Wytworzone substancje próchniczne same biorą udział Skład agregatowy gleb y Content of p a rticu la r aggregates in s o il Tabela 2 Frakcja 0 w mm F raction of 0 mm Ogólna zawartość agregatów, % T otal content of aggregates in % Zawartość agregatów w % Content o f aggregates in % barwy ja s n e j1^ b rig h t colour barwy ciem nej o f dark oolour < 1 3 9,4 - - 1-0,5 0,0 24,50 75,50 1-2 2 1,4 4 9,3 1 50,69 2-3 7,6 60,30 39,70 3-4 9,6 57,50 42,50 4-5 7,5 54,67 45,33 5-6 4,4 63,61 36,39 > 6 7,5 37,00 63,00 ^ Oznaczono w 1000 sztuk - Determined in 1000 aggregates.

6 J. Tokaj w procesach tworzenia się gruzełków glebowych albo już po ich uformowaniu przesycają je niejednorodnie. Agregaty ciemne zawierają znacznie więcej substancji organicznej w porównaniu do jasnych [20, 21]. Zjawisko zróżnicowania barw y agregatów glebowych poziomu próchnicznego stwierdzono już w glebach brunatnych uprawnych i znajdujących się pod użytkami zielonymi [20, 21]. WŁAŚCIWOŚCI MIKRO MORFOLOGICZNE Agregaty o barwie jasnej. Frakcja 1-2 mm zawiera mineralne ziarna szkieletowe średniej wielkości o zarysach kanciastych. Są one bardzo często zwietrzałe i zanieczyszczone zwietrzeliną organiczno-ilastą. Niektóre resztki roślinne są bardzo słabo rozłożone. Substancja sklejająca części szkieletowe jest gęsta i kłębkowata, barwy niejednolitej ceglastoczarnej. Wolne przestwory kanalikowe przebiegają pojedynczo i nieregularnie. Pory zamknięte znajdują się tylko w niektórych częściach agregatów. Frakcja 2 3 mm zawiera ziarna szkieletowe mineralne i okruchy bardzo słabo rozłożonej substancji organicznej. Znajdują się one gdzieniegdzie w małej ilości. Okruchy substancji organicznej ulegają stopniowemu rozkładowi, w niektórych frakcjach zachowują jeszcze wyraźne ślady budowy komórkowej. Substancja wiążąca szkielet mineralny i organiczny jest barwy brązowo-żółtej, miejscami rdzawej. Składa się z bardzo drobnych równowymiarowych ziarenek skupionych i zagęszczonych, o wyglądzie chmurkowatym. Obserwowana przy skrzyżowanych nikolach tylko częściowo polaryzuje światło. Często widoczne są w niej nitkowate twory wyraźne ślady po rozłożonych drobnych korzeniach roślin. Przestwory większe znajdują się dość rzadko, a kanalikowe mają często wewnętrzne ścianki równe (gładkie), tworząc charakterystyczne formy. Frakcja 3 4 mm odznacza się różnym uziarnieniem szkieletu, który jest nierównomiernie rozmieszczony. Ziarna te mają kontury ostrokrawędziste, są łupliwe i spękane oraz zanieczyszczone substancją izotropową (organiczną). Substancja wiążąca części szkieletowe w całej swej masie jest galaretowata i usiana drobnymi fragmentami resztek roślinnych. Są one w większości bardziej rozłożone niż w poprzednio opisanej frakcji, a w wielu z nich widać jeszcze ślady anatomicznej budowy. Niektóre dzielą się charakterystycznie wzdłuż i w poprzek, wykazując różny stopień humifikacji. Barwa tych agregatów jest bladobrązowa, częściowo jednolita, miejscami intensywniejsza, wywołana koncentracją produktów rozkładającej się obumarłej substancji organicznej. Przestw ory kanalikowe często szerokie, biegną nieregularnie i łączą niekiedy ze sobą przestwory zamknięte. Zwężenia kanalikowe najczęściej znajdują się między dużymi ziarnami m ineralnym i i resztkami roślinnymi.

M orfologia 1 m ikrom orfom etria agregatów glebow ych 7 Frakcja 4 5 mm w przeważającej mierze zawiera ziarna szkieletowe średniej wielkości i pojedynczo ziarna duże. Leżą one bezładnie w agregatach lub w większym skupieniu połączone substancją sklejającą, tworząc rodzaj zlepieńców. Kontury mają kanciaste i słabo obtoczone. Substancja sklejająca ma wygląd gęstej galaretow atej masy drobnoziarnistej, miejscami kłębkowatej, o barwie bladoceglastej i jasnobrązowej, rzadko czerwonawej. W masie tej znajdują się pojedynczo okruchy resztek roślinnych w początkowej fazie rozkładu barwy czarnej. Fragmenty resztek roślinnych pozbawionych treści komórkowej są wypełnione anizotropową substancją ilastą, tworząc w ten sposób charakterystyczną budowę niektórych części agregatów. Przestwory zamknięte tworzą przestrzenie o różnych kształtach i wymiarach. Są one pojedyncze lub tworzą dosyć szerokie kanaliki rozwidlające się w rozmaity sposób. Frakcja 5 6 mm obejmuje ziarna szkieletowe o krawędziach ostrych i kanciastych, wielkości piasku grubego i średniego. Są one w niektórych częściach agregatów bardziej skupione, silnie zwietrzałe, często pokryte plamami rdzawymi i przez to mętne. Plam y te są prawdopodobnie połączeniami próchniczno-żelazisto-ilastymi. Substancja wiążąca ziarna szkieletowe, jak i nie rozłożone resztki roślinne, tworzy masę galaretow a tą i kłębkowatą natury próchniczno-ilastej, barwy ceglastej z plamistym odcieniem czerwonawym. W większości jest to substancja izotropowa zgęszczona, a tkwiące w niej okruchy resztek roślinnych są na różnym etapie rozkładu i humifikacji. Wolne przestrzenie tworzą tu pory zamknięte różnych wymiarów i kształtów. Przestwory te łączą się ze sobą kanalikami albo są oddzielone cienką ścianką substancji sklejającej. W niektórych zaś częściach gruzełków nie posiadających części szkieletowych znajdują się szczelinowate pęknięcia spowodowane wyschnięciem wody. Można je odróżnić od kanalików po prostym biegu i gładkich wewnętrznych ściankach, których to cech kanaliki na ogół nie wykazują. Frakcja powyżej 6 mm zawiera ziarna szkieletowe miejscami duże, miejscami małe, przy niewielkim udziale resztek roślinnych bardzo słabo rozłożonych lub nie rozłożonych. Duże ziarna mineralne mają spękania, w których tkw i zgromadzona substancja ilasta. Ziarna drobne rozmieszczone są nieregularnie i widoczne na tle szlifu, jakby były zatopione w substancji koloidalnej, tworząc w ten sposób masę podobną do zaprawy murarskiej. Substancja sklejająca ma drobnoziarnistą budowę barwy brązowej o konsystencji zgęszczonej. Tkwią w niej pojedynczo elementy resztek roślinnych o barwie czarnej. Niektóre z tych resztek w pewnych częściach są bardzo rozłożone i m ają pasemkowatą drobnoziarnistą budowę o barwie ceglastej. Przestw ory mają głównie postać w y dłużonych soczewek zamkniętych. Przestwory kanalikowe są bardzo wą-

8 J. Tokaj skie, występują pojedynczo i biegną zygzakowato przez gruzełek, albo tworzą lejkowate kształty. Agregaty o barwie ciemnej. Frakcja o średnicy 1 2 mm zawiera w badanych szlifach ziarna mineralne duże i pojedynczo bardzo duże. Wykazują one pewien stopień zwietrzenia, zarys ostrokrawędzisty lub słabo obtoczony. Substancja wiążąca składa się głównie z resztek roślinnych w różnej fazie rozkładu i humifikacji, w większości barwy ciemnobrązowoczarnej. Tworzy ona jednolitą część gruzełka, prawie gęstą, z tu i ówdzie zanikającą budową anatomiczną. Spotyka się także fragmenty kłębkowate, luźniej połączone ze sobą, tworzące splot różnych okruchów resztek roślinnych, ulegających stopniowemu rozkładowi i humifikacji. Przestwory kanalikowe łączą ze sobą pory zamknięte albo oddzielają od siebie elem enty kłębkowate agregatów. Frakcja 2 3 mm ma ziarna szkieletowe mineralne krańcowo różnej średnicy. Są one głównie ostrokrawędziste, często spękane i zanieczyszczone rozłożoną substancją organiczną. Substancja sklejająca te ziarna ma konsystencję galaretowatą i kłębkowatą o barwie rdzawobrązowej. Okruchy substancji organicznej mają często zanikającą budowę komórkową, a silnie rozłożone tworzą masę zgęszczoną z drobnymi nie rozłożonymi resztkami. Masa ta jest prawie zupełnie izotropowa o niejednolitym zabarwieniu, wywołanym powolnym i stopniowym rozkładem. Wolne przestrzenie występują głównie w postaci cienkich krętych kanalików i pojedynczych por zamkniętych. W niektórych częściach tworzą one dość charakterystyczne kształty, biegnące jeden obok drugiego wśród podłużnych okruchów resztek roślinnych. Frakcja 3 4 mm odznacza się ziarnami szkieletowymi, głównie średniej wielkości, przy dość rzadko występujących ziarnach dużych. Niektóre ziarna duże powodują faliste znikanie światła, mają kształty kanciaste i są słabo obtoczone. Substancja klejąca tworzy izotropową gęstą masę o barwie niejednolitej brązowordzawej. Resztki roślinne są częściowo w różnym stopniu rozkładu, a częściowo zachowują jeszcze budowę komórkową. Mniej rozłożone i zhumifikowane resztki roślinne są barwy czerwonoceglastej i w zagęszczeniu tworzą kłębkowate części agregatów prawie luźno połączonych ze sobą. Przestwory wolne mają tu postać wąskich krętych kanalików i niekiedy porów zamkniętych. K analiki te biegną najczęściej wśród resztek roślinnych i niekiedy łączą ze sobą pory zamknięte. W niektórych agregatach obserwuje się na pewnej przestrzeni skupienie wolnych porów o mniejszych wymiarach i pewne części agregatów nie mających przestworów. Taki układ może świadczyć o pewnych fazach intensywności procesów formowania się gruzełków w poziomie akum ulacyjno-próchnicznym.

M orfologia i m ikrom orfom etria agregatów glebow ych 9 Frakcja 4 5 mm zawiera nierównomiernie rozmieszczone ziarna m i neralne średniej wielkości, o zarysach kanciastych i słabo obtoczonych. W niektórych częściach agregatów spotyka się ziarna duże, oblepione substancją wiążącą, które tworzą większe skupienia. Pojedynczo znajdują się fragmenty resztek roślinnych barwy czarnej w początkowej fazie rozkładu, tworzące szkielet organiczny. Substancja wiążąca ten szkielet jest drobnoziarnista, gęsta i galaretowata, o barwie bladoceglastej, jasnobrązowej, niekiedy czerwonawej. Fragm enty substancji roślinnej pozbawione treści komórkowej wypełnione są ilastą substancją anizotropową, tworząc w ten sposób charakterystyczną budowę tej części agregatów. Przestwory zamknięte tworzą wolne przestrzenie o różnych kształtach i wymiarach. Czasem przybierają one kształt szerokiego kanalika biegnącego przez agregat, a rozgałęziając się na boki tworzą dość dużą przestrzeń wolną. Taki system wolnych przestrzeni zapewnia lepsze krążenie w gruzełkach wody i powietrza. Frakcja 5 6 mm ma mineralne ziarna szkieletowe wielkości piasku średniego i drobnego, rzadko grubego. Kształt ziarn jest różny, a kraw ę dzie kanciaste i ostre. Niektóre ziarna są silnie zwietrzałe, a w powstałych szparach tkw i substancja organiczno-ilasta. Fragm enty resztek organicznych bardzo słabo rozłożonych o ostrych konturach są tu szkieletem organicznym. Substancja sklejająca ziarna szkieletowe jest barwy niejednolitej ceglastoczerwonawej, spowodowanej koncentracją organicznych kwasów krenowych powstałych z rozkładu ściółki szpilkowej. Rozłożone resztki organiczne tworzą tu fragm enty żeberkowate wypełnione kompleksowymi połączeniami ilasto-próchnicznymi humusowymi, zwiększając w ten sposób mechaniczną elastyczność i wcdoodporność gruzełków. Przestwory wolne mają postać włoskowatych i krętych kanalików lub tworzą niekiedy rodzaj zamkniętych soczewek. Rozmieszczenie ich jest nierównomierne, a ich zygzakowaty przebieg powoduje niekiedy podział gruzełka na segmenty kłębkowate. Frakcja powyżej 6 mm odznacza się w niektórych gruzełkach skupieniem szkieletu mineralnego głównie w postaci drobnych ziarn. Są one rozmaitych wielobocznych nieregularnych kształtów, przeważnie ostrokrawędziste i kanciaste, rzadko obtoczone. Resztki organiczne tworzą różne okruchy podłużne i zaokrąglone barwy czarnej, wykazujące na obrzeżeniach początkową fazę procesów rozkładowych. Substancja klejąca jest masą drobnoziarnistą, w niektórych miejscach bardziej zgęszczoną i kłębkowatą, o barwie rdzawobrązowej z odcieniem żółtawym i czerwonawym. Niektóre okruchy roślinne są w znacznym stopniu rozłożone, o niejednolitej barwie i składzie. Pory mają postać kanalików i przestworów zam

10 J. Tokaj kniętych. Wewnętrzne ścianki kanalików są charakterystycznie wycinane. Kanaliki tworzą tu system rozwidlony i czasem łączący ze sobą przestwory zamknięte. W ŁAŚCIW OŚCI M IKROMORFOMETRYCZNE Uziarnienie agregatów. Średnica ziarn szkieletu agregatów wahała się w granicach od 7,5 do 447,5 mikrona w agregatach barw y jasnej i od 7,5 do 615,0 mikronów barwy ciemnej (rys. 1 6). Na krzywych sumacyjnych widać wyraźne charakterystyczne różnice w uziarnieniu agregatów o barwie jasnej i ciemnej. Ziarna grubsze mają agregaty ciemne, z wyjątkiem frakcji powyżej 6 mm, którą charakteryzują znacznie drobniejsze ziarna. Szczególnie duże różnice w uziarnieniu w ykazują frakcje 1 2, 2 3 i 3 4 mm, a nieco mniejsze frakcje 4 5 i 5 6 milimetrów. Frakcja 1 2 mm agregatów ciemnych ma ziarna najgrubsze, których średnica wynosi aż 615,0 mikronów. W jasnych średnica nie przekracza 375,0 mikronów, jest więc blisko o połowę mniejsza. Rys. 1. U ziarnienie agregatów o barw ie ciem nej С i jasnej J. Frakcja 1-2 mm średnicy (krzywe sum acyjne) Granulation of aggregates of dark colour С and bright colour J. Fraction of 1-2 mm in dia (sum m ation curves) Rys. 2. U ziarnienie agregatów o barw ie ciem nej С i jasnej J. Frakcja 2-3 mm średnicy (krzywe sum acyjne) G ranulation of aggregates of dark colour С and bright colour J. Fraction of 2-3 mm in dia (sum m ation curves) Rys. 3. U ziarnienie agregatów o barw ie ciem nej С i jasnej J. Frakcja 3-4 mm średnicy (krzywe sum acyjne) G ranulation of aggregates of dark colour С and bright colour. J. Fraction of 3-4 mm dia (sum m ation curves)

M orfologia i m ikrom orfom etria agregatów glebow ych 11 (pji 500 ФР 750 фр 500 400 300 200 100 О 50 100 % О 50 100 % О 50 100 % Rys. 4. U ziarnienie agregatów o barw ie ciem nej С i jasnej J. Frakcja 4-5 mm średnicy (krzywe sum pcyjne) G ranulation of aggregates of dark colour С and bright colour J. Fraction of 4-5 mm in dia (summation curves) Rys. 5. U ziarnienie agregatów o barw ie ciem nej С i jasnej J. Frakcja 5-6 mm średnicy (krzywe sum acyjne) G ranulation of aggregates of dark colour С and bright colour J. Fraction of 5-6 mm in dia (sum m ation curves) Rys. 6. U ziarnienie agregatów o barw ie ciem nej С i jasnej J. Frakcja > 6 mm średnicy (krzywe sum acyjne) Granulation of aggregates of dark colour С and bright colour J. Fraction of > 6 mm in dia (sum m ation curves) Główne elementy mïkrobudowy agregatów. W mikrobudowie agregatów jasnych i ciemnych wyróżniono główne składowe: szkielet (detrytus m ineralny i organiczny), substancję sklejającą (próchnicę, minerały ilaste i połączenia ilastopróchniczne), porowatość (wolne przestrzenie w postaci rozmaitych kanalików i soczewkowatych przestworów zamkniętych). Detrytus organiczny jest mniej trw ały i bardziej zmienny. Znajduje się go znacznie więcej w agregatach ciemnych niż jasnych. Oddzielnie nie został on pomierzony i ujęty. Detrytusu mineralnego znajduje się nieco więcej w agregatach jasnych niż ciemnych, z w yjątkiem frakcji 3 4 mm, która wykazała prawie o 5% mniejszą jego zawartość. Ilość substancji sklejającej jest większa w agregatach jasnych tylko we frakcjach 1 2, 2 3 i 5 6 mm, a mniejsza w pozostałych, tj. 3 4, 4 5 i powyżej 6 mm, w porównaniu z agregatami ciemnymi. Agregaty ciemne

T a b e l a 3 Główne elementy miiirobudorçy agregatów - Main elomentb of aggregate nicrostructure Frakcja - Fraction of 0 mm Barwa agregatów Colour of aggregates D etrytus mineralny 32kielotu % 9 Mineral detritus of skeleton, fa Substancja sklejająca /lep iszcze/^ Glue d ig substance /b in d er/} % Porowatość P o ro sity 37,5 % W ielkość przestworów w mikronach 7 5,0 % 112,5 % 150,0 % 187,5 % - Size of free spaces in micronsб 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1-2 jasna -bright 13,0 7 5,0 12,0 2,78 33,33 16,66-13,89 33,34 -.. _ 225,0 % 262,5 % 3 00,0 % 337,5 % 2-3 11 9,3 84,7 6,0 33,33 33,33 3 3,34 - - - - - - 3-4 11 15,7 67,7 19,6 3,39 10,17 5,08 6,78 42,37 20,34 11,87 - - 4-5 _ Il _ 24,3 67,3 8,4 4,0 0 24,00 12,00 16,00 20,00 24,00 - - - 5-6,ł 14,3 7 7,3 8,4 12,00 24,00 12,00 32,00 20,00 17,64 - - -. Tokaj > 6 74,7 11,3 11,3 14,71 17,65 17,65 11,76 1 4,71 - - 23,52-1 - 2 ciemna - dark 15,3 72,0 12,7 0,0 0 10,53 39,47 10,54-15,78 23,68 2-3 П 9,7 82,0 8,3 8,0 0 4 0,0 0 36,00 16,00 - - - - - 3-4 11 «- 20,3 71,3 8,4 20,00 32,00 24,00 - - 24,00 - - - 4-5 19,7 69,0 11,3 8,8 2 11,77 26,47 35,30-17,34 - - - 5-6 _ ft _ 12,7 70,7 16,6 4,0 0 16,00 12,00 24,00-12,00 14,00-18,00 > 6 1 _ 11,7 79,0 9,3 10,71 28,57 10,71 14,30 35,71 - - - -

M orfologia i m ikrom orfom etria agregatów glebow ych 13 wykazują większą porowatość niż jasne (z w yjątkiem frakcji 3 4 i powyżej 6 mm). Zróżnicowanie wielkości przestworów zaznacza się b ardziej w agregatach jasnych niż ciemnych i układa się różnie w poszczególnych frakcjach. Porów o 150 mikronach nie znaleziono tylko we frakcji agregatów jasnych 1 2 i 3 4 mm oraz ciemnych 3 4 m ilimetrów. Agregaty jasne wykazują znaczne ilości porów o wielkości 187,5 mikrona (z wyjątkiem frakcji 2 3 mm), a agregaty ciemne porów tej wielkości nie mają (z wyjątkiem frakcji powyżej 6 mm). Przestwory wielkości 262,5 mikrona ma tylko frakcja 3 4 mm agregatów jasnych i 5 6 mm agregatów ciemnych. Przestwory o 337,5 mikrona znajdują się tylko we frakcjach 1 2 i 5 6 mm w agregatach ciemnych. Nie znaleziono porów tej wielkości w agregatach jasnych. Skład mineralny szkieletu detrytycznego agregatów. W skład detrytusu mineralnego wchodzą m inerały pierwotne, wtórne i okruchy skalne (tab. 4). Minerały pierwotne to kwarc, skalenie (ortoklaz, plagioklaz) i muskowit, a wtórne chalcedon i kalcyt. Wapień dolomitowy jest osadowym okruchem skalnym. Wyniki oznaczeń wskazują na większe zróżnicowanie zawartości kwarcu w agregatach jasnych niż ciemnych, skaleni w ciemnych, a muskowitu, kalcytu i wapienia dolomitowego w jasnych. Sumaryczna zawartość kwarcu i chalcedonu jest większa w agregatach ciemnych niż jasnych (z w yjątkiem frakcji 4 5 mm), rów nież więcej jest w agregatach ciemnych skaleni i muskowitu (z w yjątkiem frakcji 5 6 mm i powyżej 6 mm). Natomiast zawartość kalcytu i wapienia dolomitowego większa jest w jasnych (z wyjątkiem frakcji powyżej 6 mm). Oznaczone m inerały można podzielić ze względu na zawartość składników pokarmowych roślin na dwie zasadnicze grupy: grupa minerałów jałowych biernych (kwarc i chalcedon), grupa minerałów i skał aktywnych (skalenie, muskowit, kalcyt i wapień dolomitowy). Grupa druga zawiera ważne pierwiastki chwilowo niedostępne dla roślin (K, Ca, Mg), a grupa pierwsza tych składników nie ma. Ogólna zawartość składników aktywnych jest większa w agregatach jasnych niż w ciemnych (z w yjątkiem frakcji 3 4 mm). Zawartość substancji organicznej, a więc zawierającej N, przeważa znacznie w agregatach ciemnych w ilości ok. 10% [20]. Stopień obtoczenia mineralnego szkieletu agregatów. Kształt mineralnych ziarn szkieletowych i okruchów substancji organicznej odgrywa w trwałości i wodoodporności agregatów bardzo ważną rolę [2, 19, 21].

T a b e l a 4 Skład m ineralny detrytu su /s z k ie le t u / m ineralnego w й wagowych Minorai com position of mineral d e tr itu s /sk e le to n / in weight % Frakcja - F raction of 0 mm Barwa agregatów Colour of aggregates Kwarc Quartz Chalcedon Chalcedony S k alen ie /o r t o - k la z, p la g i o k la z/ Muskowit Feldspars / ortho- M uscovite c la s e, p la g io o la e e/ K alcyt C a lc ite Wapień dolom i towy D olcm ital l i mestone 3 i 4 5 i 6 7 i 8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1-2 jasn a - bright 54,1 1,9 11,3 12,0 31,0 9,7 36,0 23,3 40,7 2-3 - 19,0 4,0 10,3 15,2 35,5 16,0 23,0 25,5 51,5 3-4 - 25,0 7,4 7,5 15,0 15,3 29,8 32,4 22,5 45,1 4-5 - 40,0 10,0 11,0 20,0 5,4 15,6 50,0 21,0 19,0 5-6 - 38,9 4,9 9,5 18,8 9,5 18,4 43,8 28,3 27,9 > 6 - " - 19,3 7,3 7,5 24,5 15,0 26,4 26,6 32,0 4 1,4. Tokaj 1-2 oienrna - dark 51,3 7,0 9,0 17,0 18,0 17,7 38,5 26,0 55,7 2-3 - 34,1 11,0 16,5 21,1 5,9 15,4 45,1 37,6 17,5 3-4 - 36,6 4,9 11,0 15,0 6,4 26,1 ^1,5 26.0 55,1 4-5 - 42,8 2,0 18,3 18,0 5,5 15,4 44,8 56,3 18,9 5-6 - 37,1 9,1 6,4 17,0 6,5 24,1 4 6,2 21,4 50,4 > 6 38,0 6,1 8,3 17,0 7,2 25.4 44,1 25,5 30,6

T a b e l a 5 S topień obtoczenia sdneralnc/ch zia rn szk ieletow ych R o llin g degree of mineral skeleton grains Frakcja o f Fraction 0 ППП Barwa agregatów Colour of aggregates Rodzaj ziarn» % Grain kinds, Z a b с d e tuna - um a + b W śred n i sto p ień obtoczenia mean r o llin g degree l 2 Jaena - bright 75,00 5,25 12,50 9,75 0,00 80,25 25,00 < 3 73,00 4,0 0 12,50 10,50 0,00 77,00 27,00 4 5 4 65,75 5,50 11,50 17,25 0,00 71,25 54,25 _ tf _ 67,00 5,50 12,50 15,00 0,00 72,50 33,00 e; 6 59,00 5,50 16,50 18,00 1,00 64,50 4 1,0 0 > 1-73,50 5,50 10,50 7,5 0 3,00 79,00 26,50 1-2 cienna - dark 67,25 5,25 14,00 9,00 4,50 72,50 32,75 г 3 70,00 5,25 9,00 6,75 10,00 75,25 30,00 * - 4 79,00 4,0 0 9,50 4,5 0 3,00 83,00 21,00 u 5 70,25 6,00 12,50 5,25 6,00 76,25 29,75 A * " - 68,00 8,2 5 7,5 0 8,25 8,00 76,25 40,2 5 >Ą 59,75 7,25 1 1,OU 15,00 7,00 67,00 32,00 g о иhb О OQ 5з i И о во м м» о 3 (Ь 3 CTQ Ч Ф 0Q ро' 3 0Q * 1 O' 0 1 пït - ostrokrawędzisty h _ kanciasty. г sloe о obitoczonj, С - Ob'toczony, e - dobrze obtoczony - sharp-edged K angular - veaklv r e lie d. d s u f f ic ie n t ly r o lle d, e w ell r o lle d ь- сл

16 J. Tokaj Ziarna ostrokrawędziste i kanciaste są silniej sklejane przez substancje próchniczne, m inerały ilaste i połączenia ilasto-próchniczne [20, 21]. W zawartości ziarn ostrokrawędzistych i kanciastych nie ma większych różnic między poszczególnymi frakcjam i agregatów jasnych i ciemnych (tab. 5). Natomiast różnice te wyraźnie zaznaczają się w liczbie ziarn słabo obtoczonych, obtoczonych i dobrze obtoczonych. Większa ilość ziarn obtoczonych i słabo obtoczonych występuje w agregatach jasnych (z wyjątkiem frakcji 1 2 i powyżej 6 mm). Agregaty jasne mają tylko małą ilość ziarn dobrze obtoczonych we frakcjach 5 6 i powyżej 6 mm, a agregaty ciemne mają tych ziarn od 4,5 do 10%. W sumie zawartość ziarn ostrokrawędzistych i kanciastych jest różna w poszczególnych frakcjach agregatów jasnych i ciemnych. Podobnie układają się wyniki przy średnim stopniu obtoczenia. D YSK USJA Agregaty glebowe w strukturze spełniają podstawową funkcję w regulowaniu właściwości agrofizycznych gleby nie tylko od strony ilościowej, ale także jakościowej. Stąd też poznanie ich właściwości od strony mikromorfologicznej i mikromorfometrycznej dostarcza wielu wiadomości o ich naturze i tworzeniu się w glebie. W różnych krajach rozwinęły się w ostatnich latach badania mikromorfologiczne gleby [1, 3, 4, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 16, 17]. Natomiast bardzo mało spotyka się badań mikromorfologicznych i mikromorfometrycznych samych agregatów glebowych. Obrazy agregatów glebowych poziomu próchniczno-akumulacyjnego widziane pod mikroskopem polaryzacyjnym wskazują wyraźnie na różnice zarówno w cechach mikromorfologicznych, jak i mikromorfometrycznych. Różnice te zaznaczają się wyraźnie między poszczególnymi frakcjam i agregatów i ich zabarwieniem. Na podstawie wykonanych badań można stwierdzić, że procesy gruzełkotwórcze odbywające się w glebach wytworzonych z różnych skał i przy różnym ich użytkowaniu mają charakter procesów złożonych. W przypadku gleby leśnej nagromadzona ściółka z dodatkiem roślinności runa rozkładana jest przez grzyby i bakterie w sposób dynamiczny. Taki rozkład powoduje także gromadzenie się produktów rozkładu i humifikacji i stąd rozmaitość agregacji cząstek m ineralnych i nie rozłożonych resztek roślinnych. Agregaty glebowe są ośrodkiem procesów mikrobiologicznych odbywających się głównie w gruzełkach glebowych w zależności od ich mikrobudowy. Istotnym składnikiem mikrobudowy jest porowatość tw o rząca system wolnych przestrzeni dla krążenia wody i powietrza (tlenu) w gruzełkach glebowych. Te dwa czynniki znajdujące się w wolnych przestworach są miernikiem aktywności mikrobiologicznej i wartości roi-

M orfologia i m ikrom orfom etria agregatów glebow ych 17 niczej gruzełków glebowych. Dynamiczny rozkład mikrobiologiczny i humifikacja nagromadzonych substancji organicznych prowadzi do akum u lacji wytworzonych produktów w pewnych etapach i ich koncentracji w roztworach glebowych. Roztwory te, zawierające związki próchniczne o różnej koncentracji, przesycają wytworzone już agregaty lub w obecności kationów Ca2+, albo Fe3+ koagulują cząstki elementarne, tworząc mikro- i makroagregaty glebowe. Stąd w glebie tej frakcja agregatów ciemnych o średnicy 0,5 1 mm trzykrotnie przeważa nad jasnymi. Zawarte w roztworach glebowych związki próchniczne w niejednakowym stopniu przesycają gruzełki glebowe albo podczas ich tworzenia i formowania, albo po ich wytworzeniu w poziomie próchniczno-akumulacyjnym. Oprócz czynnika biologicznego jakość zwietrzeliny skalnej odgrywa ważną rolę w nasileniu tych procesów, mających wpływ na tworzenie się jakościowo różnych agregatów. Ich skład mineralny ma tu także swoje znaczenie, w arunkując dostarczanie mikroorganizmom różnych pierw iastków. Wietrzenie biochemiczne skaleni i muskowitu prowadzi z jednej strony do powstawania minerałów ilastych (montmorylonitu), a z d ru giej strony procesy rozkładu i humifikacji substancji organicznej powodują tworzenie się związków próchnicznych (kwasów huminowych). Składniki te wzajemnie oddziałują na siebie, co prowadzi do powstawania połączeń ilasto-próchnicznych (montmorylonitu z kwasami huminowymi) jako składników bardzo aktywnych w formowaniu się gruzełków i nadawaniu im wysokiej wodoodporności (85 97%). Jak wykazują badania Chana [6], na stopień wodoodporności mają wpływ przede wszystkim połączenia ilasto-próchniczne montmorylonitowo-próchniczne. Dotychczas przeprowadzone badania szkieletu mineralnego [2, 18, 20] wykazały, że ziarna ostrokrawędziste i kanciaste są silniej sklejane przez próchnicę i m inerały ilaste, które znajdują się w większej ilości w agregatach ciemnych niż jasnych gleb brunatnych użytków rolnych i łąkowo-pastwiskowych. Wprawdzie w szkielecie agregatów badanej gleby leśnej stwierdzono zjawisko odwrotne, to jednak w całej masie zaw artość tych ziarn jest w agregatach ciemnych mniejsza niż w jasnych. Agregaty ciemne zawierają natomiast więcej resztek roślinnych bardzo słabo rozłożonych, które m ają także ostre krawędzie i dużą przyczepność. W składzie m ineralnym szkieletu agregatów gleb upraw nych i użytków zielonych nie ma kalcytu i okruchów wapienia dolomitowego, które są w szkielecie agregatów gleby leśnej. Kalcyt i wapień dolomitowy wietrzeją łatwiej i nie tworzą ostrych krawędzi podczas wietrzenia (rozpuszczania), jak to ma miejsce przy hydrolizie skaleni i fizycznym wie

18 J. Tokaj trzeniu kwarcu. Zawartość tych składników jest większa w szkielecie agregatów jasnych niż ciemnych oraz ziarn słabo obtoczonych i obtoczonych. Obecne kationy Ca2+ w szkielecie m ineralnym w początkowej fazie rozkładu substancji organicznej biorą udział w tworzeniu się humianów wapnia jako związków wpływających także na wodoodporność agregatów. W NIOSKI Z przeprowadzonych badań cech mikromorfologicznych i mikromorfometrycznych cienkich płytek (szlifów) agregatów o barwie jasnej i ciemnej, poziomu próchniczno-akumulacyjnego gleby leśnej brunatnej kwaśnej można wysnuć następujące wnioski. 1. Agregaty o barwie jasnej i ciemnej różnią się między sobą cechami mikromorfologicznymi (stopniem rozkładu substancji organicznej, jakością ziarn szkieletowych, barwą substancji klejącej itp.), cechami mikromorfometrycznymi (mikrobudową, składem mineralnym, uziarnieniem, obtoczeniem m ineralnych ziarn szkieletowych itp.). 2. Agregaty ciemne wykazują w uziarnieniu grubsze ziarna m ineralne niż jasne, z w yjątkiem frakcji powyżej 6 mm średnicy. 3. W agregatach ciemnych związki próchniczne biorą większy udział jako substancja klejąca części szkieletowe i nie rozłożone resztki roślinne niż w agregatach jasnych. 4. Agregaty ciemne zawierają większą ilość substancji organicznej (próchnicy), składników jałowych (kwarcu i chalcedonu) oraz skaleni i muskowitu, a mniej kalcytu i wapienia dolomitowego niż jasne. 5. Agregaty ciemne zawierają na ogół mniej ziarn ostrokrawędzistych mineralnych, a więcej organicznych i dobrze obtoczonych ziarn mineralnych. Agregaty jasne nie wykazały prawie ziarn dobrze obtoczonych, ale okazały mniejszy stopień średni obtoczenia. 6. Tworzenie się agregatów ciemnych uzależnione jest od stopnia intensywności rozkładu i humifikacji substancji organicznej w poziomie próchniczno-akumulacyjnym. Przy takim rozkładzie wytwarza się różna koncentracja związków próchnicznych w roztworach glebowych, które niejednakowo nasycają cząstki glebowe w czasie tworzenia się gruzełków albo już po ich wytworzeniu. 7. Związki organiczne częściowo rozłożone, związki próchniczne i ilasto-próchniczne decydują głównie o wysokiej wodoodporności agregatów zarówno jasnych jak ciemnych. Agregaty ciemne m ają większą wodoodporność niż jasne.

M orfologia i m ikrom orfom etria agregatów glebow ych 19 LITERATURA [1] A l t e müller H.: M ikroskopische U ntersuchungen einiger L össbödentype m it H ilfe von D ünnschliffen. Ztsch. f. Pflanzener. Düng. Bodenk. 1956, 72, 2, 152 167. [2] A ntipow -K aratajew I. N., Kellerman W. W., Chan D. W.: О poczw iennom agriegatie i m ietodach jego issledow anija. M oskwa Leningrad., Izd. AN SSSR 1948, 5 80. [3] Beckmann W., Ge y g er E.: E ntw urf einer Ordnung der natürlichen H ohlraum -, A ggregat- und Strukturform en im Böden. Die m ikrom orphom etrische B odenanalyse. Stuttgard 1967, 165 188. [4] В r ewer R.: C lassification of plasm ic fabrics of soil m aterials. Soil M icrom orphology 1964, 95 107. [5] С z e r t w i e r i к o w S. D.: M etody badań optycznych m inerałów i skał (przekład z rosyjskiego). W arszawa 1955, 69 122. [6] Chan D. : O rganom inieralnyje sojedinienia i struktura poczwy. Izd. Nauka, M oskwa 1969, 41 127. [7] Fiedler H. J.: D ie U ntersuchung der Böden. В. 2, D resden und Leipzig 1965, 163 227. [8] Joingerius A.: A pplication of quantinet-apparatus in soil m icrom ofphom etry. International W orking-m eeting on Soil M icromorphology, 1969, 18 19. [9] Kowaliński S.: G leby m urszowe i ich przeobrażenia pod w pływ em upraw y płużnej. W rocław 1964, 8 130. [10] Kowaliński S.: M icroscopic exam inations of som e soils form ed out of Chinese loesses. Third International W orking-m eeting on Soil M icrom orphology. W rocław 1969, 95 97. [11] Kubiena W. L.: W esen, Ziele and A nw endungsgebiete der m ikrom orphologischen B odenforschung und Bodenkunde. Ztsch. f. Pflanzenern. Düng. Bodenk. 97, 1962, 1 13. [12] Kubiena W. L.: Zur M ikrom orphologie und M ikrom orphogenese der L össböden N euseelands. Soil M icrom orphology 1964, 2(19 234. [13] Kubiena W. L.: M icromorphologic investigations on soils of the arctic of N orthern Alaska. Third International W orking-m eeting on Soil M icrom orphology. W rocław 1969, 33 34. [14] Kubiena W. L., Beckmann W., Geyger E.: Zur M ethodik der photogram etrischen Strukturanalyse des Bodens. Ztsch. f. Pflanzenern. Düng. B o denk. 92, 1961, 2, 116 125. [15] Musierowicz A.: Skład m echaniczny gleb i m etody jego oznaczania. W arszawa 1949, 81 102. [16] P a r a f i e n o w a E. J., J a r i ł o w a E. A.: M inierałogiczeskije issliedow anija w poczw ow iedienji. M oskwa 1962, Izd. AN SSSR, 88 133. [17] Rutherford G. K.: O bservations on the origin of a cutan in the yellow - -brow n soils of the highlands of N ew Guinea. Soil M icrom orphology 1964, 237 240. [18] Tokaj J.: Próba w yjaśnienia trw ałości agregatów z poziom u akum ulacyjnego różnych typów gleb. Rocz. glebozn. dod. do t. 10, 1961, 778 781. [19] Tokaj J.: Badania nad m ikrostrukturą agregatów glebow ych niektórych gleb górskich. Rocz. glebozn. dod. do t. 13, 1963, 117 122. [20] Tokaj J.: Ilościow e badania m ikroskopow o-chem iczne agregatów glebow ych

20 J. Tokaj jako elem entów strukturalnych. Cz. I. Rocz. glebozn. 17, 1967, 258 311. Cz. II. 18, 1967, 1, 185 206. [21] Tokaj J.: M icroscopical investigations on soil aggregates. Third International W orking-m eeting on Soil M icrom orphology. W rocław 1969, 734 745. [22] Tokarski J.: Zagadnienie naturalnej klasyfikacji gleb. Rocz. glebozn. 3, 1954, 72 77. Ю. ТО КАЙ М ИКРОМОРФОЛОГИЯ И М ИКРОМОРФОМЕТРИЯ ПОЧВЕННЫ Х АГРЕГАТОВ Институт почвоведения и агрохимии, С ельскохозяйственная академия в Кракове Резюме М икроморфологические и микроморфометрические испытания проводились на почвенных агрегатах гумусово-аккумуляционного горизонта лесной бурой кислой почвы. Названная почва образовалась из осадочных пород глинистых сланцев, доломитизированных известняков и кварцитов горной основной морены. Из образца почвы гумусово-аккумуляционного горизонта толщиной 0,3 13 см были выделены фракции агрегатов диаметром 1 2, 2 3, 3 4, 4 5, 5 6 и выше 6 ą m. В каж дой фракции обособлялись агрегаты со светлой и темной окраской при употреблении специального естественного колориметра. И зучение под поляризационным микроскопом выш еназванных агрегатов светлой и темной окраски проводилось в виде тонких плиток (шлифов). П олученные р езул ь таты исследования явно указывают на то, что агрегаты со светлой и темной окраской различаю тся в отдельных ф ракциях по микроморфологическим и микроморфометрическим свойствам. М икроморфологические свойства вмещают степень разлож ения органического вещества, качество скелетной части, окраску и консистенцию клеющего вещества и т.п. К микроморфометрическим свойствам принадлежат: микростроение, минеральный состав, зернистость, степень обточенности скелета минерального зерна и т.п. Темноокрашенные агрегаты содерж ат больше остатков органического вещ ества и гумуса, больше кварца и халцедона, а такж е полевого шпата и мусковита, но меньше кальцита и доломитизированного известняка, чем агрегаты светлой окарски. Темные агрегаты имеют более крупные минеральные зерна, содерж ат меньше минеральных зернин острогранных и угловатых, а больш е зерна из остатков очень слабо разлож енны х органических обломков (крошек) и отличаются меньшей средней степенью обточенности, чем светлоокрашенные агрегаты. Водопрочно.сть темных и светлых агрегатов в общем очень высокая, но она выше у темных агрегатов чем у светлых.

M orfologia i m ikrom orfom etria agregatów glebow ych 21 J. TOKAJ MICROMORPHOLOGY AND MICROMORPHOMETRY OF SOIL AGGREGATES Institute of Soil Science and A gricultural Chem istry A gricultural U niversity of Cracow Summary M icrom orphological and m icrom orphom etrical investigations of soil aggregates of the hum us-accum ulation horizon of forest acid brow n soil w ere carried out. The soil in question developed from sedim entation rock clay shales, dolom itic lim estones and quartzites form ing a m ountain bottom moraine. From the sam ple of hum us-accum ulation horizon w ith the thickness of 0.3 13.0 cm, particular fractions of aggregates of 1 2, 2 3, 3 4, 4 5, 5 6 and over 6 mm in diam eter w ere separated. From every fraction aggregates of bright and dark colour w ere separated by m eans of a special natural colorim eter. Exam inations under polarizing m icroscope com prised the above fractions of aggregates of bright and dark colour in thin plates (microcuts). The results obtained prove distinctly that the bright- and dark-coloured aggregates differ among particular fractions in relation to m icrom orphological and m icrom orphom etrical features. The m icrom orphological features com prise organic m atter decom position degree, quality of skeleton particles, colour and consistency of glueing m atter, etc. the m icrom orphom etrical features m icrostructure, m ineral com position, granulation, rolling degree of m i neral grains of skeleton, etc. D ark-coloured aggregates characterize them selves w ith higher content of organic m atter and hum us residues, sterile com ponents (quartz and chalcedony), feldspars and m uscovite and low er one of calcite and dolom itic lim estone than bright-coloured aggregates. D ark-coloured aggregates distinguish them selves w ith coarser m ineral grains, less am ount of sharp-edged or angular grains, but m ore grains from residues of organic crum bs decom posed very w eakly, as w ell as w ith less m ean rolling degree than bright aggregates. The w aterproof of dark- and bright-coloured aggregates is very high one, but higher in dark- -coloured than in bright-coloured aggregates. Dr Józef Tokaj W płynęło do PTG w czerw cu 1974 r. In s ty tu t G leboznaw stw a i Chem ii R oln ej AR K raków, M ickiewicza 21