R O C Z N IK I G L E B O Z N A W C Z E T. X X X IX, N R 4 S. 21-34, W A R S Z A W A 1988 S T A N IS Ł A W A E L Ż B IE T A L IC Z N A R, S T A N IS Ł A W K O W A L IŃ S K I, M IC H A Ł L IC Z N A R Z A S T O S O W A N IE M E TO D M IK R O M O R F O L O G IC Z N Y C H I S U B M IK R O M O R F O L O G IC Z N Y C H W B A D A N IU GLEB E R O D O W A N Y C H * Instytut Gleboznawstwa i Ochrony Środowiska Rolniczego Akadem ii Rolniczej we W rocław iu W S T Ę P Szczególna podatność utw orów lessowych na procesy erozji wodnej w terenach falistych prow adzi do zmian ilościow ych i jakościowych składu masy glebow ej w układzie profilow ym. W dotychczasowej literaturze z zakresu erozji spotyka się w iele prac om awiających właściwości m orfologiczne, fizyczne i chemiczne gleb ukształtowanych pod w p ływ em erozji w odnej. W skazują one, że w łaściwości gleb topogenicznych są w ypadkow ą oddziaływania procesów glebotwórczych i stopnia zerodowania terenu [1, 2, 4, 7, 8, 10-12}. Jednak nie w yjaśniają one m echanizm ów różnicowania się masy glebowej, które można określić za pomocą badań m ikrom orfologiczych [2, 5, 6, 8, 9]. Dlatego też celem pracy było poznanie zmian składu masy glebow ej szarych gleb leśnych w ytw orzon ych z lessu pod w p ływ em erozji wodnej na podstawie m etody m ikrom orfologicznej i subm ikrom orfologiczej, na tle właściwości chem icznych i fizykochem icznych tych gleb. O B IE K T Y I M E T O D Y K A B A D A Ń O biektem badań b y ły trzy profile gleb zlokalizowane na zboczu 0 przeciętnym spadku pow yżej 10%, w ystępujące w rejonie szarych gleb leśnych. R eprezentow ały one następujące jednostki typologiczne: szarą glebę leśną na płaskowyżu, glebę brunatną poczarnoziem ną na zboczu 1 glebę deluwialną poczarnoziemną na glebie subfasylnej w dolinie (rys. 1). * Praca wykonana w ramach tematu RP-II-15.
S. E. Licznar i inni W zebranym m ateriale oznaczono: 1) właściwości m ikrom orfologiczne i subm ikrom orfologiczne w cienkich szlifach glebow ych i zgładach jednostronnych przy użyciu m ikroskopu polaryzacyjnego i elektronow ego skaningowego (SE M ) z p rzy stawką m ikroanalityczną oraz przeprowadzono m ikroanalizę jakościową niektórych składników masy glebow ej za pomocą fluorescencyjnego aparatu rentgenowskiego, Rys. 1. Przekrój niw elacyjno-glebow y Fig. 1. Levelling soil profile
Mikromorfologiczne badania gleb erodowanych 23 2 ) skład granulom etryczny metodą areom etryczną, 3 ) skład m ineralny frakcji ilastej o średnicy < 2 fxm na podstawie analizy rentgenowskiej i term icznej, 4) właściwości chemiczne i fizykochem iczne, w tym : ph w H 2P i IM KC1, zawartość C-ogółem metodą Tiurina, zawartość niektórych m ikroelem entów metodami ogólnie p rzyjętym i w stacjach chemicz- no-rolniczych, kwasowość hydrolityczną (H h) metodą Kappena, kationy w ym ienne zasadowe m etodą Pallmana. W Y N IK I B A D A Ń Przeprowadzone badania wskazują, że proces erozji przyczyn ił się do powstania gleb topogenicznych i w płynął na zróżnicowanie udziału iłu koloidalnego w poszczególnych poziomach genetycznych. Zwraca uwagę znaczne nagromadzenie iłu koloidalnego w poziomach iluwialnych gleb położonych na płaskowyżu i w dolinie oraz podwyższona zawartość tej frakcji w całym profilu gleb y erodowanej położonej na zboczu (rys. 2 ). Zjaw isko to wskazuje, że w spółczesny poziom akum ulacyjny gleb y brunatnej poczarnoziemnej (zbocze) w ytw o rzy ł się z poziomu iluwialnego odsłoniętego w w yniku procesów erozyjnych [7, 8 ]. Rys. 2. Rozmieszczenie zawartości iłu koloidalnego w układzie profilowym Fig. 2. Distribution of the colloidal clay content in the profile arrangement Zróżnicowaną zawartość iłu koloidalnego w profilach rozpatrywanych gleb potw ierdziły badania m ikrom orfologiczne. Poziom y akumulacyjne toposekwencji szarych gleb leśnych charakteryzują się odm iennym układem struktur plazm y glebow ej (rys. 3). P ro fil szarej gleb y leśnej (płaskow yż) posiada plazmę typu silasepic, charakterystyczną dla wszystkich gleb czarnoziem nych w ytw orzon ych z u tw orów lessowych [6, 7]. W poziom ie akum ulacyjnym gleb y brunatnej poczarnoziemnej (zbocze) obok plazm y silasepic pojaw iają się dom eny plazm y typu skellattisepic i vo- sepic charakterystycznej dla poziom ów iluw ialnych szarych gleb leśnych [ 6, 7J. Fragm enty tego typu struktur plazm y spotykam y rów nież w po
24 S. E. Licznar i inni ziom ie akum ulacyjnym gleb y deluwialnej (dolina). W skazują one na m ożliwość przem ieszczenia fragm entów agregatów glebow ych pod w p ły w em erozji w niższe kondygnacje terenów urzeźbionych. Z m iany ilościowe i jakościowe struktur plazm y glebow ej w poziomach akum ulacyjnych toposekwencji szarych gleb leśnych znajdują swój Rys. 3. Mikrom orfologia poziomów próchnicznych: a, b szara gleba leśna, c, d gleba brunatna poczarnoziemna, e, f gleba deluwialna (a, c, e bez analizatora, b, d, f z analizatorem) Fig. 3. Micromorphology of humus horizons: a, b forest grey soil, c, d post-chernozem brow n soil, e, f deluvial soil (a, c, e without analyzer, b, d, f with analyzer)
Mikromorfologiczne badania gleb erodowanych 25 Rys. 4. Masa glebowa pod mikroskopem elektronowym i jej analiza jakościowa: a, b szara gleba leśna, c, d gleba brunatna poczarnoziemna, e, f gleba deluwialna Fig. 4. Soil bulk under electronic microscope and its qualitative analysis: a, b forest grey soil, c, d post-chernozem brow n soil, e, f deluvial soil
26 S. E. Licznar i inni w yraz V/ składzie chem icznym masy glebow ej. Subm ikrom orfologiczna analiza masy glebow ej pod mikroskopem skaningowym nie w ykazała znacznych różnic m orfologicznych w mocno zdyspergowanym m ateriale glebow ym. N iem niej badania m ikroanalityczne zarejestrow ały w zrost zawartości glinu, żelaza, potasu i tytanu w poziom ie akum ulacyjnym gleb y brunatnej poczarnoziem nej w porównaniu z poziom am i gleb położonych na płaskowyżu i w dolinie (rys. 4). Św iadczy to n iew ątp liw ie o zróżnicowanych warunkach powstania współczesnych poziom ów A V) w obrębie toposekwencji. Podobnie odmienny skład masy glebow ej w poziomach A P gleb topogenicznych w ykazu ją badania m ineralogiczne frakcji iłu koloidalnego (rys. 5). W poziomach akumulacyjnych ukształtowanych pod w p ływ em erozji stwierdzono zawartość m ontm orylonitu i interstratyfikow anych m inerałów illitow o-m on tm orylonitow ych (tab. 1). U dział tego typu m i nerałów jest charakterystyczny dla poziom ów iluw ialnych gleb czarnoziem nych tego rejonu [3]. T ym samym w skazuje to, że poziom y A p gleb topogenicznych w y tw o rzy ły się częściowo p rzy współudziale m asy g lebow ej z poziom ów iluw ialnych pierw otnych szarych gleb leśnych. Zróżnicowana zawartość koloidów m ineralnych pow oduje zmianę w ła ściwości chem icznych i fizykochem icznych [3, 12] (tab. 2, 3). A n alizowane gleb y charakteryzują się odczynem kwaśnym lub lekko kwaśnym i tylko nieznacznie podw yższonym i wartościam i ph w poziomach akum ulacyjnych gleb y brunatnej poczarnoziem nej i deluwialnej. Św iadczy to o bezw ęglanow ym charakterze ich skał m acierzystych.
Mikromorfologiczne badania gleb erodowanych 27 Rys. 5. D erywatogram y i dyfraktogram y frakcji o średnicy < 2 ц т w poziomach A p badanej toposekwencji Fig. 5. Derivatogram and difractogram of the fraction of < 2 (.im in dia in the A p horizon of the toposequence investigated
i 28 S. E. Licznar i inni Działanie procesów erozji przyczyn iło się do zmian ilościow ych i profilow ego rozmieszczenia m aterii organicznej w toposekwencji. Zawartość C-ogółem jest największa w poziom ie akum ulacyjnym szarej gleb y leśnej, a najm niejsza w glebie brunatnej poczarnoziem nej. Ponadto w ystępuje w niej bardzo gw ałtow n y spadek zawartości C-ogółem w poziomach zalegających pod poziom em A P(B). Tabela 1 Skład mineralny frakcji ilastej w poziomach próchnicznych Mineral composition of clay fraction in humus horizons Nazwa gleby Soil kind Skład mineralny Mineral composition ; Szara gleba leśna 1 Forest grey soil Gleba brunatna poczarnoziemna 1 Post-chernozem brown soil Gleba deluwialna Deluvial soil 1 j- m > j > k > o J M > M > J > K > Q M > J M > J > К > Q 1 j J M minerały interstratyfikowane z grupy illitu i montmorylonitu, M minerały z grupy montmorylonitu, J minerały z grupy illitu, К minerały z grupy kaolinitu, Q kwarc I M interstratified minerals of the illite and montmorillonite group, M minerals of the montmorillonite group, J minerals of the illite group, К minerals of the kaolinite group, Q quartz i 1 I Nazwa g'eby Soil kind Właściwości fizykochemiczne Phisico-chemical properties Poziom! Głębo genety- j kość! czny pobrania 1 Hh Genetic jsampling j horizon depth cm i Tabela 2 I Kationy wymienne i Exchangeable cations S T V о/ Cai2 jmg2" K! Na+ j! /0 meq/100 g gleby of soil Szara gleba leśna Ap 5-15! 4,45 i 8,03! 1,70 ; 0,34 0,69 i 10,76!j 15,21 ; 70,0; Forest grey soil A\A$! 35-45 4,72 j 8,63 1,36! 0,39 0,49 10,87 15,59! 69,7 A XB 55-65 i 2,62! 10,61 1,67 ; 0,35 0,52 13,15 15,77! 88,3! B (B ) i 100-110! 1,82! 8,55 1,90 j 0,30 0,43 11,18 13,00 86,0 i BC! 130-140 ; 1,78 j 8,07 j 1,72 0,29 10,43! 10,51 12,29 85,5 j Gleba brunatna A p { B )~ i' 5-75 13,57!~8,74~ ; 2,21 j 0,48 0,84 : 12,27 15,84 ~77^51 poczarnoziemna 1 (B ) 35-45! 1,98! 11,12 2,26 j 0,33! 0,73 ; 14,44 16,42 I 87,9 Post-chernozem (B ) 75-85 2,40 j 10,91 j 2,46 0,32 10,68 14,37 16,77 ; 85,7 brown soil : D : 125-135 1,85 10,03! 2,56 0,33 j 0,91 j 13,53 15,38 j 88,0 Gleba deluwialna j Ap 1 5 15 TÖ5 8,01! 1,26! 0,21 ~0,46 9,94 10,99 90,4; próchniczna na 1 A t 1 40-60 2,20 7,55 0,80 0,13 0,30 8,78 10,98! 80,0! glebie subfosylnej j A k j 70-85 4,55 5,12 0,91! 0,12 i 0,32 6,47! H,02! 58,7 Humus deluvial soil! A kbg ; 130-140 4,69 5,01 ; 1,61 0,15! 0,27 7,04 11,73! 60,0 : on subfossil soil : B (B g) j 155-165 12,75 7,45 12,75! 0,27 I 0,35 10,83 13,58! 79,8
Mikromorfologiczne badania gleb erodowanych 29 Właściwości chemiczne Chemical properties Tabela 3 Nazwa gleby Soil kind Poziom genetyczny Genetic horizon Głębokość pobrania Sampling depth cm h 2o ph IM KCll С 0/ /0 Mikroelementy Microelements В 1 Cu j Mn 1 Mo 1 Zn mg/kg Szara gleba leśna Ар 5-15 5,1! 4,5 1,49 0,27 7,2 ;! 96,0 0,085 7,7 Forest grey soil A,A 3 j 35-45! 4,9 j 4,4 1,39 0,22 5,5 89,0 0,075 3,2 A ib 55-65 i 5 > 6 1I 4 7 j 0,48 0,17 2,6 35,0 0,045 0,5 B (B ) i 100-110 1 6,0 4,9 ; o, i 2 0,10 j 21,0 0,075! 5 2 1,9 BC 130-140 i 5 >7 4,7 0,10 0,05 j 1,4 38,0 0,040 0,5 Gleba brunatna A p (B ) ~5-15 5,9~ 1 4,9 0,74 0,16 i 3>5 88,0 0,065 3,5 poczarnoziemna (B ) 35-45 6,3 5,2 j 0,17 0,11 2,6 23,0 0,035 0,2 Post-chernozem С В) 75-85 5,7 j 4,6 I 0,13 0,07! ] >5 39,0 0,035 0,2 brown soil D 125-135 5,7! 4,7! 0,12 0,05 I 1,6 54,0 j 0,040 0,8 Gleba deluwialna Ap 5-15 ~бг5_ 5~9~ \0~9Î од Г 3,9 66,0 0,070 próchniczna na A i 40-60 6,6! 5 8 \0,70 0,12 5,0 22,0 0,105 0,5 glebie subfosylnej Ak 70-85 5,9 I 5,0 0,84 0,05 2,6 16,0 0,050 0,2 Humus deluvial! 130-140! 5,2 : 4,1 0,36 0,05 2,2 15,0 0,085 0,5 soil on subfossil B (B g) 155-165 5,4 4,1 10,14 0,08 2,0 15,0 0,055 0,5 Zm iany ilościow e i jakościowe koloidów glebow ych w yw ołan e procesami erozji w p łyn ęły na właściwości sorpcyjne poszczególnych gleb w toposekwencji. Zwraca uwagę większa pojemność sorpcyjna w glebie brunatnej poczarnoziem nej, pomim o m ałego udziału w niej m aterii organicznej. W skazuje to, że o pojemności sorpcyjnej w glebie brunatnej poczarnoziemnej decyduje ilość i jakość m inerałów ilastych, natomiast w szarej glebie leśnej dużą rolę w kształtowaniu pojemności sorpcyjnej należy przypisać m aterii organicznej. Zm ieniający się pod w p ływ em procesów erozji skład kompleksu sorp- cyjnego ma duże znaczenie w procesie akumulacji i w udostępnianiu roślinom składników pokarmowych. W yn ik i oznaczeń dostępnych dla roślin m ikroelem entów : B, Cu, M n i Zn wskazują (tab. 3), że ich ilość jest najw yższa w poziomach akum ulacyjnych i spada zasadniczo z głębokością profilu glebowego. Szczególnie zjaw isko to jest widoczne w glebie brunatnej poczarnoziem nej [1, 4, 8], gdzie w ystępu je m niej om awianych m ikroelem entów, mimo najw yższej zawartości frak cji iłu koloidalnego. Obserwując natomiast zawartość m ikroelem entów na podstawie analizy fluoroscencyjnej w masie glebow ej poziom ów A p, stw ierdzam y największą ich ilość w profilu gleb y erodowanej (rys. 6). W skazuje to, że odsłonięty m ateriał gleb ow y pochodzący z poziomu iluw ialnego jest
30 S. E. Licznar i inni
Mikromorfologiczne badania gleb erodowanych 31 m niej aktyw n y biologicznie, co potw ierdzają rów nież w cześniejsze badania [[1, 8]. Przedstaw ione badania wskazują, że w terenach falistych następuje różnicow anie składu masy glebow ej, której charakter zm ienia się w poszczególnych profilach toposekwencji. Dlatego też dla lepszego jej poznania konieczne jest stosowanie kom pleksowych m etod badawczych. W N IO S K I N a podstawie przeprowadzonych badań można w yciągnąć następujące wnioski: 1. Badania m ikrom orfologiczne i subm ikrom orfologiczne wskazują, że intensyw nie przebiegający proces erozji w obrębie toposekwencji prow adzi do zmian ilościow ych i jakościow ych w składnikach masy glebowej. 2. Budowa form struktur plazm y glebow ej badanej toposekwencji wskazuje, że współczesne poziom y akumulacyjne gleb topogenicznych ukształtowały się przy współudziale materiału pochodzącego z poziom ów iluw ialnych szarych gleb leśnych, w w yn iku procesów zm yw u i przem ieszczania zachowanych fragm entów agregatów glebowych. 3. Ilu w ia ln y charakter poziom ów akum ulacyjnych gleb topogenicznych, zwłaszcza gleb y brunatnej poczarnoziem nej, w p ływ a na w łaściw o ści je j kompleksu sorpcyjnego, w którym dom inuje frakcja ilasta z przew agą m inerałów m ontm orylonitowych i interstratyfikow anych illitow o- montmor ylonito w y ch. 4. W e współczesnym poziom ie akum ulacyjnym gleb y brunatnej poczarnoziem nej, w której pojemność kompleksu sorpcyjnego jest zdom inowana frakcją ilastą nad m aterią organiczną, spada udział przysw ajalnych m ikroskładników pomim o dużej ich zawartości w masie glebow ej. 5. Stosowanie kom pleksowych metod badawczych w yjaśnia glebotw órczy charakter procesów erozji i m echanizm y różnicowania się składu masy gleb topogenicznych. L IT E R A T U R A [1] BandurowskiR. W p ły w rzeźby terenu na zmiany właściwości i urodzajności szarych gleb leśnych Płaskowyżu Głubczyckiego zachodzące w wyniku erozji. (Praca doktorska, maszynopis). Instytut Gleboznawstwa w e W rocław iu, 1985. < - Rys. 6. Rentgenowska mikroanaliza jakościowa niektórych składników masy glebow ej w poziomach A p badanej toposekwencji Fig. 6. X -ra y qualitative microanalysis of some soil bulk elements in the A p horizon of the toposequence investigated
32 S. E. Licznar i inni [2] Bolt A. J. J., Mücher H. J., Sevink J., Vers trat en J. A study on loess-derived colluvia in southern Lim bourg (the Netherlands). Neth. J. Agric. Sei. 1980, 28, 2 s. 110-126. [3] С h о d а к T. Badania nad właściwościami oraz składem mineralnym gleb w y tworzonych z lessu Dolnego Śląska. Zesz. Nauk. A R W rocław 21, Rozp., 1980. [4] Dobrzański B., Gliński J. The distribution of trace elements in profiles of erodeal soil. Pol. J. Soil Sei. 1968, 2 s. 119-127. [5] Drozd J., Kowaliński S., Licznar M. Application of scanning electron microscopy in micromorphological studies of soil structure. Pol. J. Soil Sei. 1982, X V, 2 s. 151-154. [6] Kowaliński S., Licznar M., Drozd J., Licznar S. E. M ikrom orfologiczna interpretacja procesów fizyko-chemicznych w glebach czarnoziemnych różnych rejonów Polski. Rocz. Glebozn. 1987, 38, 2. [7] L i с z n a r M. W łaściwości gleb i kierunki ich ewolucji na terenach erodowanych Płaskowyżu Głubczyckiego. Zesz. Nauk. A R W rocław 48, Rozp., 1985. [8] Licznar М., Drozd J. W p ły w rzeźby terenu na zmiany właściwości szarych gleb leśnych Płaskowyżu Głubczyckiego pod w pływ em erozji Rocz. Glebozn. 1988, 39, 4 s. 35-56. [9] Mücher H. J., De P 1o e у J. Experim ental and micromorphological investigation of erosion and redeposition of loess by water. Earth surface processes. 1977, 2 s. 117-124. [10] Turski R., Paluszek J., Słowińska-Jurkiewicz A. W p ły w erozji na fizyczne właściwości gleb wytworzonych z lessu. Rocz. Glebozn. 1987, t. 28, 1 s. 37-49. [11] Uggla H. i wsp. Proces erozji wodnej w terenach pogórkowatych północno-wschodniej części Polski. Rocz. Glebozn. 1968, t. 18, 2 s. 415-447. [12] Wocławek T. Charakterystyka chemizmu i składu mineralnego frakcji koloidalnej niektórych gleb erodowanych i deluwialnych Pojezierza M azurskiego. Rocz. Glebozn. 1967, t. 17 s. 201-227. С. Э. ЛИЧНАР, С. КОВАЛИНЬСКИ, М. ЛИ ЧН АР П РИ М Е Н Е Н И Е М И К РО М О РФ О ЛОГИ Ч ЕСКИХ И С УБМ И К РО М О РФ О ЛОГИ Ч ЕСКИХ МЕТОДОВ В ИССЛЕДОВАНИИ ЭРОДИ РУЕМ Ы Х ПОЧВ Институт почвоведения и охраны сельскохозяйственной среды Сельскохозяйственной академии во Вроцлаве Резю ме Проводились комплексные исследования микроморфологических, субмикроморфологических и физико-химических свойств серых лесных почв расположенных на склоне с уклоном свыше 10%. Исследования показали количественные и качественные изменения почвенной массы происходящие в указанных почвах под влиянием эрозии. Это проявилось в диффереренциации форм структуры почвенной плазмы современных аккумуляционных поризонтов топогенных почв, которые образовались из иллювиальных горизонтов серых лесных почв, неоднократно перемешанных в виде сохраненных фрагментов почвенных агрегатов. Иллю
Mikromorfologiczne badania gleb erodowanych 33 виальный характер аккумуляционных горизонтов топогенных почв воздействует на свойства сорбционного комплекса, в котором участие илистых материалов преобладает над участием органического вещества и способстует обогащению усвояемыми формами микроэлементов, S. Е. L IC Z N A R, S. K O W A L IŃ S K I, М. L IC Z N A R A P P L IC A T IO N O F M IC R O M O R P H O L O G IC A L A N D S U B M IC R O M O R P H O L O G IC A L M E T H O D S IN IN V E S T IG A T IO N OF ERODED SO ILS Institute of Soil Science and Agricultural Environment Protection Agricultural University of W rocław Summary Com plex investigations on micromorphological, submicromorphological and physico-chemical properties of toposequence of forest grey soils situated on the slope of the inclination of over 10% were carried out. The investigations proved qualitative and quantitative changes of soil properties occurring within particular toposequences under the erosion effect. This manifests itself in differentiation of forms of the soil plasma structure in contemporary accumulation horizon of topogenic soils developed from materials originating from illuvial horizons of forest grey soils, often mixed up, form ing preserved fragments of soil aggregates. Illuvial character of accumulation horizon of topogenic soils affects the sorption complex properties, in which the share of clay minerals is higher than that of organic matter and contributes to the content of available forms of microelements. D r Stanisława E. Licznar Praca wpłynęła do redakcji w listopadzie 1987 r. Katedra Gleboznawstwa Akademia Rolnicza we Wrocławiu 50-357 W rocław, Grunwaldzka 53 3 Roczniki Gleb. t. X X X IX, z. 4