15.1. Wprowadzenie. Ćwiczenie 15. Wykonanie odkrywki i opis profilu glebowego. Po wykonaniu pionowego przekroju przez glebę moŝna zauwaŝyć, Ŝe nie jest ona jednolita, lecz składa się z kilku poziomych warstw o róŝnej miąŝszości. Przekrój taki nazywa się profilem glebowym. Jego głębokość, do celów diagnostycznych, wynosi 150 cm na gruntach ornych i uŝytkach zielonych oraz 200 cm na glebach pod lasami. Poszczególne poziome warstwy gleby widoczne w profilu noszą nazwę poziomów genetycznych. RóŜnią się one między sobą cechami morfologicznymi, takimi jak: barwa, miąŝszość, struktura, układ, skład granulometryczny, obecność nowotworów i domieszek oraz właściwościami fizykochemicznymi. ZróŜnicowanie to jest wynikiem minionych i współczesnych procesów glebotwórczych przebiegających w określonych warunkach środowiska geograficznego. W glebach mineralnych i organiczno-mineralnych wyróŝnia się następujące główne poziomy genetyczne Tabela 15.1): Tabela 15.1. Główne poziomy genetyczne gleb mineralnych i organiczno-mineralnych (wg Systematyki gleb Polski, 1989). Nazwa poziomu Symbol Nazwa poziomu Symbol poziom organiczny O poziom glejowy G poziom próchniczny A poziom bagienny P poziom wymywania E podłoŝa mineralne D poziom wzbogacania B poziom murszenia M poziom skały macierzystej C podłoŝe skalne R Opis poszczególnych poziomów genetycznych (poziomy główne, poziomy przejściowe i mieszane, podpoziomy, nieciągłości litologiczne) znaleźć moŝna w Rocznikach Gleboznawczych, tom XL nr 3/4, 1989. W gleboznawstwie uŝywa się równieŝ pojęcia pedon. Jest to najmniejsza, jednorodna pod względem genetycznym, objętość gleby wystarczająca do jej zdefiniowania. Pedon jest więc trójwymiarowym odpowiednikiem profilu glebowego. Na podstawie budowy profilu moŝna badaną glebę zaliczyć do określonego typu, a po dokonaniu pomiaru niektórych właściwości fizykochemicznych (odczyn, skład granulometryczny) takŝe do określonego podtypu, rodzaju i gatunku. Według Systematyki gleb Polski PTG z 1989 roku wydziela się następujące jednostki systematyczne gleb: dział, rząd, typ, podtyp, rodzaj i gatunek. Dział jest nadrzędną jednostką systematyki. Obejmuje on gleby wytworzone albo pod przewaŝającym wpływem jednego z czynników glebotwórczych (gleby litogeniczne, semihydrogeniczne, hydrogeniczne, antropogeniczne), albo pod wpływem wszystkich czynników, bez wyraźnej przewagi jednego z nich (gleby autogeniczne). Rząd obejmuje gleby o podobnym kierunku rozwoju. Typ jest podstawową jednostką systematyki gleb, obejmującą gleby o takim samym układzie głównych poziomów genetycznych, jednakowym rodzaju wietrzenia, przemieszczania się i
osadzania składników, zbliŝonych właściwościach fizykochemicznych i o podobnym typie próchnicy. Podtyp gleby wyróŝnia się wówczas, gdy na cechy głównego procesu glebotwórczego nakładają się cechy innego procesu, modyfikując właściwości gleby i cechy morfologiczne profilu. Rodzaj określany jest na podstawie genezy i właściwości skały macierzystej, z której wytworzyła się gleba. Gatunek gleby określa uziarnienie gleby w całym profilu. Opis profilu glebowego powinien zawierać dane dotyczące następujących cech poszczególnych poziomów genetycznych: 1. skład granulometryczny, 2. odczyn, 3. zawartość węglanów, 4. miąŝszość, 5. struktura, 6. barwa, 7. sposób przechodzenia poziomów, 8. obecność nowotworów. MiąŜszość gleby jest to łączna grubość wszystkich poziomów genetycznych, aŝ do niezmienionej skały macierzystej. MoŜe się ona wahać od kilku centymetrów do kilku metrów. Często zdarza się, Ŝe w profilu glebowym występują dwa rodzaje materiału skalnego. Mamy wtedy do czynienia z glebą niecałkowitą. Powierzchniowy materiał skalny traktujemy jako skałę macierzystą, natomiast materiał zalegający głębiej jako skałę podścielającą. W zaleŝności od miąŝszości warstwy powierzchniowej materiału skalnego, gleby niecałkowite wytworzone ze skał luźnych dzielimy na: a) płytkie skała podścielająca zalega na głębokości do 50 cm, b) średnio głębokie skała podścielająca występuje na g głębokości 50 100 cm, c) głębokie skała podścielająca zalega na głębokości 100 150 cm. Strukturą gleby nazywamy układ i sposób wzajemnego powiązania poszczególnych ziarn glebowych. Na strukturę poszczególnych poziomów genetycznych wpływa rodzaj skały macierzystej, zawartość minerałów ilastych i próchnicy, zawartość kationów jedno- i dwuwartościowych, zabiegi agrotechniczne, itp. W zaleŝności od wielkości i formy agregatów strukturalnych wyróŝnia się następujące odmiany struktur: a) równowymiarowa, b) pionowo wydłuŝona, c) warstwowa. W glebach o bardzo niskiej zawartości substancji koloidalnych, stanowiących lepiszcze, poszczególne ziarna nie są zlepione i tworzą strukturę rozdzielnocząstkową. Barwa poszczególnych poziomów genetycznych gleby zaleŝy przede wszystkim od koloru zwietrzeliny skalnej, stopnia uwilgotnienia, zawartości związków organicznych a takŝe od struktury gleby i rodzaju oświetlenia. Barwa pozwala na wyodrębnienie poszczególnych poziomów, a takŝe na wnioskowanie o obecności niektórych związków chemicznych i procesów zachodzących w poszczególnych poziomach. Barwa poziomów genetycznych jest kombinacją koloru czarnego, białego i czerwonego. 2
Próchnica w zaleŝności od jej zawartości i rodzaju nadaje glebom barwę czarną, ciemnoszarą lub szarą. Źródłem barwy białej są takie minerały jak kwarc, krzemionka, kalcyt, gips, itp. Związki Ŝelazowe zabarwiaj gleby na kolor czerwony, pomarańczowy, rudawy lub Ŝółty, a w połączeniu z brunatnymi tlenkami manganu na kolor czarnobrązowy lub czarnofioletowy. Związki Ŝelaza występujące w glebach nadmiernie wilgotnych i nieprzewiewnych są zabarwione na kolor niebieskawy lub zielononiebieskawy. Przejście jednego poziomu genetycznego w następny moŝe być: a) nagłe granica między poziomami ostra, a barwa zmienia się na szerokości do 2 cm, b) wyraźne granica poziomów dobrze widoczna, a strefa przejściowa wynosi 2 5 cm, c) stopniowe zmiana barwy trudno uchwytna, a strefa przejściowa wynosi 5 10 cm, d) niewyraźne granice poziomów zatarte, a strefa przejściowa jest szersza niŝ 10 cm. Nowotwory to mniej lub bardziej wyraźnie wykształcone skupienia, osady lub naleciałości róŝnych związków, powstałe w wyniku procesów fizykochemicznych lub biologicznych. Na podstawie obecności i rodzaju nowotworów moŝna wnioskować nie tylko o składzie chemicznym gleby i przebiegu procesów glebotwórczych, lecz takŝe o stosunkach powietrzno-wodnych i działalności fauny glebowej. Nowotwory wykazują wielką rozmaitość form zewnętrznych, jednak najczęściej występują w formie nalotów, wykwitów, plam, pseudogrzybni, zacieków, ziarn, laleczek, rurek, itp. RównieŜ pochodzenie i skład chemiczny nowotworów są zróŝnicowane. W naszych glebach najczęściej występują nowotwory węglanowe, Ŝelazowe i glinowe oraz nowotwory pochodzenia biologicznego. 15.2. Przebieg ćwiczenia. Wykonanie odkrywki. 1. Na podstawie mapy glebowo-rolniczej, ukształtowania terenu, szaty roślinnej dokonuje się wyboru miejsca wykonania odkrywki glebowej. 2. Wykonanie odkrywki glebowej. Wykopać dół o wymiarach 100 x 120 x 200 cm. W ścianie o szerokości 80 cm wyciąć 3-4 schodki, natomiast ścianę przeciwległą dokładnie wyrównać (profil glebowy). Do wykonania odkrywki moŝna wykorzystać naturalny uskok terenu, dół, rów, itp. W takim przypadku naleŝy odciąć pionowo warstwę gleby o miąŝszości nie mniejszej niŝ 20 cm. 3. Opis odkrywki glebowej w formularzu G-l, według. PN-ISO 11259: a. lokalizacja (połoŝenie geograficzne, ukształtowanie terenu itp.); b. środowisko przyrodnicze profilu: termin ostatnich opadów, sposób uŝytkowania gruntów, np. budynki, teren przemysłowy, grunty orne, uŝytki zielone, sady, las, tereny chronione, bagna, uŝytkowanie mieszane, rodzaj uprawy, kierunek uŝytkowania, ukształtowanie terenu, np. nizinny, zbocze - jego nachylenie, wystawa itp., pochodzenie skały macierzystej, np. osady polodowcowe, eoliczne, aluwialne, denne, deluwialne, skały (rodzaj), materiał antropogeniczny (np. przemysłowy), 3
głębokość wody gruntowej oraz rodzaj wody, np. słodka, zanieczyszczona itp.; c. stan powierzchni gruntu: występowanie wychodni skał, powierzchnia zajęta przez tereny przemysłowe, zachodzenie erozji lub akumulacji; d. opis poziomów: głębokość poszczególnych poziomów w cm, charakter granicy przejścia - prosty, falisty, nieregu1arny, nieciągły, ocena stanu uwilgotnienia, według tabeli l, podstawowa barwa poziomów według tablic Munsell Soil Color Charts, przyjmując polskie terminy: hue - odcień, value - jasność, chroma - nasycenie, ocena zawartości materii organicznej, według tabeli 2, ocena składu granulometrycznego, według tabeli 3, cechy charakterystyczne układów gleby, według tabeli 4. porowatość - szacunkowa całkowita objętość pustych przestrzeni: 0 - nieporowata (0-2% w stosunku do objętości), l - niska (2-5% w stosunku do objętości), 2 - średnia (5-15% w stosunku do objętości), 3 - wysoka (15-40% w stosunku do objętości), 4 - bardzo wysoka (>40% w stosunku do objętości). oglejenie - zielonkawoniebieskoszara barwa pochodząca od Fe +2 : 1- plamiste: 2 - całkowite. zaciekowe - powstaje w sąsiedztwie szczelin, marmurkowate - mozaika w całym poziomie, strefowe - większy procent powierzchni, moŝna wydzielić szerokie smugi, obecność i liczba korzeni: 0 - brak korzeni 1 - bardzo mało (< 20 korzeni na l dm 2 lub mniej niŝ 4 na linii długości 50 cm), 2 - mało (20-50 korzeni na l dm 2 lub 4-8 na linii długości 50 cm), 3 - przeciętnie (50-200 korzeni na I dm 2 lub 8-16 na linii długości 50 cm), 4 - duŝo (> 200 korzeni na l dm 2 lub mniej niŝ 16 na linii długości 50 cm). obecność i liczba kanalików po dŝdŝownicach: 0 - brak kanalików, l - niewiele (mniej niŝ l na l dm 2 na pionowej płaszczyźnie poziomu), 4
2 - średnio (1-2 na l dm 2 na pionowej płaszczyźnie poziomu), 3 - duŝo (więcej niŝ 2 na l dm 2 na pionowej płaszczyźnie poziomu). ocena zawartości węglanów: 0% - brak burzenia, 0-2% - słabe burzenie (kilka pęcherzyków po kilku sekundach), 2-7% - umiarkowane burzenie (widoczne pęcherzyki często ograniczone do pojedynczych ziaren), 7-25% - silne burzenie (cienka ciągła piana z pęcherzyków), > 25% - bardzo silne burzenie (silna reakcja, gruba piana). ocena klas bonitacyjnych gleby: a) grunty orne: b) uŝytki zielone: I - gleby najlepsze, II - gleby bardzo dobre, IIIa - gleby dobre, IIIb - gleby dość dobre, IVa - gleby średnie, IVb - średnie gorszej jakości, V - gleby ubogie, VI - gleby najuboŝsze, VIz - gleby pod zalesienie, N - nieuŝytki. I - gleby najlepsze, II - gleby bardzo dobre, III - gleby dobre, IV - gleby średnie, V - gleby ubogie, VI - gleby najuboŝsze. 4. Klasyfikacja gleby - układ poziomów w profilu 5. Pobranie próbek glebowych z poszczególnych poziomów w celu wykonania analiz chemicznych w laboratorium 6. Sporządzenie raportu zawierającego dla kaŝdego z badanych ekosystemów: Pomoce d. wypełniony formularz opisu profilu G-l; e. ocenę jakości gleby i jej produkcyjności; f. określenie czynników wpływających na zawartość i gromadzenie biomasy oraz jej wpływu na produkcyjność; g. próbę oceny wpływu poszczególnych właściwości gleby na skład gatunkowy roślin oraz zróŝnicowanie mikroorganizmów glebowych i zwierząt wyŝszych. Mapy glebowo-rolnicze, tablice Munsella do oceny barwy gleby, świder glebowy, laska Egnera do pobierania próbek gleby, zestaw odczynników do pomiaru ph i zawartości węglanów, szpadle, formularze G-l, materiały piśmiennicze. 5
Objawy charakterystyczne róŝnych stanów uwilgotnienia gleby (Brogowski i in. 1988) Tabela 1. Stan gleby Sucha ŚwieŜa Wilgotna Mokra Charakterystyczne objawy Wszystkie przestwory wypełnione są powietrzem. przy rozkruszaniu gleba pyli się i rozsypuje. Przy rozcieraniu nie pyli i nie rozmazuje się, w dotyku daje uczucie chłodu, bibuła przy zetknięciu z glebą wilgotnieje. Gleba przywiera do dłoni i daje się wałkować. przy ściśnięciu gleby woda nie wycieka. Wszystkie przestwory w glebie wypełnione wodą, gleba rozmazuje się w palcach, po lekkim ściśnięciu woda wycieka z gleby. Podział gleb w zaleŝności od zawartości materii organicznej (Koźnicki i in. 1989) Tabela 2. Gleba Zawartość materii organicznej [% s.m.] Mineralna >3 Mineralno-próchniczna 3-10 Mineralno-organiczna 11-20 Organiczna: silnie zamulona 21-50 słabo zamulona 51-75 niezamulona > 75 6
Cechy rozpoznawania składu granulometrycznego gleby w terenie (Brogowski i in.1988) Tabela 3. Gleba Piaszczysta Gliniasta Pyłowa Ilasta Zachowanie gleby w stanie: WraŜenie przy rozcieraniu suchym wilgotnym Łatwo się kruszy, szorstka w dotyku, wyczuwalny głównie piasek. Rozetrzeć dość trudno, wyczuwalna róŝnoziamistość, szorstka w dotyku. Łatwo się rozciera, w dotyku sypka, części grubsze niewyczuwalne. Trudno rozetrzeć, piasek niewyczuwalny, tłusta w dotyku, mocno przywiera do dłoni. Nie tworzy trwałych agregatów, rozsypuje się przy dotknięciu Gliny cięŝkie są twarde, lŝejsze bardziej kruche, przełam szorstki. Krucha, sypka i miękka, łatwo się rozpyla. słabo przywiera do dłoni. Zbita. tworzy trwałe grudki, daje rysę błyszczącą. Nieelastyczna, sypka, nasycona wodą tworzy płynną masę. Mocno chłonie wodę, słabo pęcznieje, dość zwięzła i plastyczna. Brak zwięzłości i plastyczności, w wodzie rozpływa się. Powoli chłonie wodę, zwięzła, przywiera do przedmiotów, bardzo plastyczna. przy wałkowaniu Nie daje się wałkować. Tworzy wałeczki niezbyt cienkie, które łamią się przy zgniataniu. Z trudem daje się wałkować, kruszy się i łamie. Łatwo tworzy bardzo cienkie wałeczki. 7
Cechy charakterystyczne układów gleby (Borek 2000) Tabela 4. Układ Cechy i występowanie Luźny Pojedyncze cząstki nie są scementowane, występuje w glebach wytworzonych z piasków i Ŝwirach piaszczystych. Cząstki i agregaty scementowane słabo, łopata łatwo daje się wbijać, występuje w Pulchny większości górnych poziomów róŝnych gleb. Pory i szczeliny nie są widoczne, przy kopaniu łopata wchodzi z duŝym oporem, Zwięzły występuje w glinach, iłach i w poziomach iluwialnych. Zbity Wolne przestrzenie w glebie nie występują, łopata w stanie suchym nie da się wbić w glebę, występuje w cięŝkich glinach i iłach. 8
Opis profilu glebowego Ekosystem: Data: Sporządził/a Formularz G-1 l. Lokalizacja: 2. Środowisko: a) termin ostatnich opadów: b) sposób uŝytkowania: c) rodzaj uprawy: d) ukształtowanie terenu: e) pochodzenie skały macierzystej: f) głębokość wody gruntowej: 3. Stan powierzchni gruntu: 4 cm 5 Cechy gleby Poziom lub warstwy gleby Głębokość Przejście Wilgotność Barwa Mat. organiczna Uziarnienie Układ Porowatość Oglejenie Korzenie DŜdŜownice CaCO3 ph 6. Klasa bonitacyjna: 7. Klasyfikacja gleby: 9
15.3.Odczynniki. 1. Wskaźnik do kwasomierza Helliga (przygotowanie opisano w ćwiczeniu 3). 2. 10 % roztwór HCl. 15.4. Pytania kontrolne. 1. Co to jest profil glebowy? 2. Jakimi symbolami oznacza się poziomy: organiczny, murszenia, próchniczny, bagienny, wzbogacania? 3. Jaka jest budowa profilu gleby bielicowej właściwej? 4. Jaki typ gleby charakteryzuje się profilem O-A-Bbr-Cca? 10