SKŁAD MINERALNY FRAKCJI IŁU KOLOIDALNEGO POZIOMU ORNO-PRÓCHNICZNEGO W CZARNYCH ZIEMIACH WROCŁAWSKICH

WODA-ŚRODOWISKO-OBSZARY WIEJSKIE 2010: t. 10 z. 3 (31) WATER-ENVIRONMENT-RURAL AREAS s. 139 152 www.itep.edu.pl Instytut Technologiczno-Przyrodniczy w Falentach, 2010 SKŁAD MINERALNY FRAKCJI IŁU KOLOIDALNEGO POZIOMU ORNO-PRÓCHNICZNEGO W CZARNYCH ZIEMIACH WROCŁAWSKICH Beata ŁABAZ Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Instytut Nauk o Glebie i Ochrony Środowiska Słowa kluczowe: czarne ziemie, minerały ilaste, właściwości fizykochemiczne S t r e s z c z e n i e Badaniami objęto czarne ziemie właściwe, zbrunatniałe, wyługowane i zdegradowane zlokalizowane na południe od Wrocławia na nizinnym wododziale rzek Ślęża i Oława. Jest to rejon intensywnej gospodarki rolniczej południowo-zachodniej Polski. Celem prowadzonych badań było określenie składu jakościowego frakcji koloidalnej czarnych ziem wrocławskich, zróżnicowanych pod względem uziarnienia, właściwości powietrzno-wodnych i fizykochemicznych. Analiza składu mineralnego frakcji koloidalnej w poziomach orno-próchnicznych wykazała, że dominującym minerałem we frakcji ilastej jest illit. Stwierdzono również znaczące ilości minerałów mieszanopakietowych typu illit-smektyt oraz smektyt-illit o zróżnicowanej zawartości pakietów smektytowych. Skład jakościowy minerałów ilastych w badanych glebach został uwarunkowany procesami glebotwórczymi, właściwościami powietrzno-wodnymi oraz prowadzonymi zabiegami agrotechnicznymi. Na podstawie składu jakościowego frakcji koloidalnej analizowanej w poziomach Ap nie można jednoznacznie stwierdzić istotnych różnic między poszczególnymi podtypami. WSTĘP Mineralna substancja koloidalna, podobnie jak substancja próchniczna, występuje w glebach w niewielkich ilościach, jednak ze względu na swój specyficzny charakter, dużą powierzchnię oraz dużą aktywność chemiczną odgrywa ważną rolę w kształtowaniu i przebiegu fizycznych, chemicznych i biochemicznych procesów, Adres do korespondencji: dr inż. B. Łabaz, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Instytut Nauk o Glebie i Ochrony Środowiska, ul. Grunwaldzka 53, 50-357 Wrocław; tel. +48 (71) 320-19-02, e-mail: beata.labaz@up.wroc.pl

140 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie t. 10 z. 3 (31) zachodzących w profilu glebowym [BOGDA, CHODAK, SZERSZEŃ, 1998; DROZD, 1973; DROZD i in., 2000]. Jakość i ilość koloidalnej substancji mineralnej, podobnie jak jakość i ilość materii organicznej są zatem jednymi z głównych czynników decydujących o żyzności gleby. Skład minerałów frakcji koloidalnej kształtują warunki powietrzno-wodne, szata roślinna oraz zachodzące procesy glebowe [BOGDA, CHODAK, SZERSZEŃ, 1998]. Wielu autorów wyraża również pogląd, że decydującą rolę w powstawaniu minerałów ilastych odgrywa skład minerałów pierwotnych w skale macierzystej gleby, która jest jednym z najważniejszych czynników decydujących o właściwościach gleby w początkowej fazie jej powstawania [BOGDA, 1973; 1981; BOGDA, CHO- DAK, SZERSZEŃ, 1998; BOGDA, KOWALIŃSKI, 1969]. W późniejszym okresie właściwości gleby są kształtowane procesami glebotwórczymi, zachodzącymi w różnorodnych warunkach bioekologicznych, które determinują jakościowe i ilościowe zróżnicowanie produktów wietrzenia, przy czym największą rolę przypisuje się minerałom ilastym. Właściwości fizyczne i fizykochemiczne gleby zależą więc głównie od składu jakościowego i ilościowego minerałów frakcji koloidalnej. Znajomość zatem składu minerałów ilastych, występujących w glebach może być podstawą do wyceny zdolności produkcyjnych tych gleb [BOGDA, CHODAK, SZERSZEŃ, 1998]. Celem badań prezentowanych w pracy było określenie składu jakościowego minerałów ilastych czarnych ziem wrocławskich, zróżnicowanych pod względem uziarnienia, właściwości powietrzno-wodnych i fizykochemicznych. MATERIAŁY I METODY BADAŃ Przedmiotem badań były czarne ziemie wrocławskie użytkowane jako grunty orne. Do badań pobrano profile glebowe, reprezentujące podtypy czarnych ziem: właściwych (profil Kobierzyce), zbrunatniałych (profil 2 Magnice), wyługowanych (profil 3 Karczyn) i zdegradowanych (profil 4 Marcinkowice), które zgodnie z klasyfikacją FAO-WRB [World, 2006] odpowiadają jednostkom systematycznym Chernozems i Phaeozems. Próbki z poziomów orno-próchnicznych pobrano w 5 powtórzeniach w celu uzyskania wiarygodnych wyników badań. W zebranym materiale glebowym oznaczono: uziarnienie metodą areometryczną Bouyoucosa w modyfikacji Casagrande a i Prószyńskiego, ph w H 2 O i w 1 mol KCl dm 3, kwasowość hydrolityczną (Hh) w 1 mol Ca(CH 3 COO) 2 dm 3 metodą Kappena, zawartość kationów wymiennych o charakterze zasadowym (Ca +2, Mg +2, K +, Na + ) w 1 mol CH 3 COONH 4 dm 3 metodą Pallmanna, zawartość węgla organicznego (C org ) metodą Tiurina, zawartość azotu ogółem (N og ) metodą Kjeldahla na analizatorze firmy Büchi, zawartość CaCO 3 metodą Scheiblera, zawartość siarki ogółem (S og ) metodą spektrometrii NDIR na analizatorze CS Mat 5500. Badaniami mineralogicznymi frakcji iłu kolo-

B. Łabaz: Skład mineralny frakcji iłu koloidalnego 141 idalnego (<0,002 mm) objęto próbki glebowe z poziomów orno-próchnicznych 4 profilów glebowych. Frakcję <0,002 mm wydzielono metodą wirówkową. Badania rentgenograficzne przeprowadzono metodą Debye a-scherrera-hulla na aparacie rentgenowskim DRON-2. Stosowano promieniowanie z lampy Cu o natężeniu 20 ma i napięciu 40 kv oraz czułości 1000 imp s 1. Przed przygotowaniem preparatów z próbek usunięto substancję organiczną metodą Tana [TAN, 1996] do 1 g frakcji koloidalnej dodano 5 ml wody destylowanej oraz 10 ml H 2 O 2 (30%), następnie podgrzewano. Nadmiar H 2 O 2 usunięto poprzez dwukrotne przemywanie frakcji koloidalnej wodą destylowaną. W celu dokładnej identyfikacji minerałów frakcji iłu koloidalnego badanych gleb przygotowano następujące rodzaje preparatów do analiz rentgenograficznych: preparat naturalny, oznaczony jako N; preparat wysycony Mg, oznaczony symbolem Mg-nat. do 50 mg frakcji koloidalnej dodano 10 ml wody destylowanej i kilka kropel 0,5 mol NaOH, zawiesinę zdyspergowano, następnie w celu uzyskania wartości ph w granicach 3,5 4,0 dodano kilka kropel 0,2 mol HCl; w dalszej kolejności wysycano frakcję koloidalną kationami magnezu poprzez dodanie 10 ml 5 mol Mg(CH 3 COO) 2 oraz 10 ml 1 mol MgCl 2, za każdym razem odwirowując zawiesinę z prędkością 4 500 obr. min 1, klarowny roztwór zlewano, aby na dnie pozostała frakcja koloidalna, nadmiar soli usunięto poprzez przepłukanie frakcji koloidalnej 10 ml 50-procentowym CH 3 OH, 10 ml 90-procentowymC 2 H 6 OH oraz wodą destylowaną; tak przygotowaną próbkę frakcji koloidalnej naniesiono na szkiełko; preparat wysycony Mg oraz glikolem etylenowym oznaczony symbolem Mg-ge.; preparat wysycony K, oznaczony symbolem K-nat. do 50 mg frakcji koloidalnej dodano 10 ml wody destylowanej i kilka kropel 0,5 mol NaOH, zawiesinę zdyspergowano, następnie dodano 10 ml 2 mol KCl oraz dwukrotnie 10 ml 1 mol KCl; za każdym razem zawiesinę odwirowywano z prędkością 4500 obr. min 1, klarowny roztwór zlewano, aby na dnie pozostała frakcja koloidalna, pozostałość KCl usunięto poprzez przepłukanie frakcji koloidalnej 10 ml 90-procentowym C 3 H 6 O, 10 ml 50-procentowym CH 3 OH oraz wodą destylowaną; tak przygotowaną próbkę frakcji koloidalnej naniesiono na szkiełko; preparat wysycony K, wyprażony przez 2 godz. w temperaturze 500ºC oznaczony symbolem K 550. W celu oznaczenia składu jakościowego frakcji iłu koloidalnego wybrano dla poszczególnych minerałów w preparatach wysyconych glikolem etylenowym następujące linie dyfrakcyjne: dla kaolinitu (K) 0,7 nm, dla illitu (I) 1,0 nm, dla smektytu (S) 1,7 nm, dla minerałów mieszanopakietowych illit-smektyt (I S), smektyt-illit (S I) >1,4 nm.

142 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie t. 10 z. 3 (31) WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA Analizowane profile czarnych ziem wrocławskich reprezentowały głównie gleby niecałkowite, średnio głębokie i głębokie, o niejednolitym składzie granulometrycznym (tab. 1). Podobnie jak czarne ziemie innych rejonów kraju [CHOJNICKI, 1994; CIERNIEWSKI, 1986; HOFFMAN, KOWALKOWSKI, 1961; KLIMOWICZ, 1980], gleby te charakteryzowały się znacznym zróżnicowaniem uziarnienia od piasków gliniastych przez gliny średnie do iłów. Pod względem kategorii ciężkości podtypy właściwe i zbrunatniałe reprezentowały gleby ciężkie, natomiast podtypy wyługowane i zdegradowane gleby średnie i lekkie. Badane gleby charakteryzowały się znacznym zróżnicowaniem odczynu (tab. 2). Wartości ph oznaczone w 1 mol KCl dm 3 w poziomie Ap wynosiły 5,39 7,25 i wskazywały, że gleby poziomów orno-próchnicznych miały odczyn od lekko kwaśnego do zasadowego. Wartości ph zwiększały się w głąb profilów glebowych. Zasadowy odczyn w niektórych profilach badanych gleb wynikał z obecności węglanu wapnia. Poziomy orno-próchniczne czarnych ziem zawierały znaczne ilości C org (10,1 19,6 g kg 1 ). Zmniejszała się ona wraz z głębokością. Na podstawie porównania zawartości C org w poziomach Ap można stwierdzić, że czarne ziemie zdegradowane zawierały wyraźnie mniej próchnicy w porównaniu z pozostałymi podtypami, co można tłumaczyć przyśpieszoną w nich mineralizacją materii organicznej [KLIMOWICZ, 1980]. Zawartość N og w poziomach Ap wynosiła 1,00 2,10 g kg 1, natomiast wartość stosunku C:N kształtowała się w granicach (9 11):1. Z zawartością C org korelowała zawartość S og, która w poziomach Ap wynosiła od 0,60 0,90 g kg 1 i nieznacznie zmniejszała się lub utrzymywała na tym samym poziomie w głębszych poziomach profilu glebowego. Kompleks sorpcyjny czarnych ziem wrocławskich był w dużym stopniu wysycony kationami zasadowymi, wśród których dominował wapń. Znaczny udział kationów wymiennych o charakterze zasadowym w kompleksie sorpcyjnym badanych gleb potwierdzają wcześniejsze badania KOWALŃSKIEGO [1979] oraz DROZ- DA, LICZNARA i LICZNAR [1995]. Kwasowość hydrolityczna w poziomach Ap mieściła się w zakresie 0,3 3,2 cmol(+) kg 1 (tab. 3), a jej wartość zmniejszała się w głąb profilów, co było uwarunkowane obecnością węglanu wapnia (tab. 2). Wartości kwasowości hydrolitycznej w poziomach Ap poszczególnych podtypów gleb zwiększały się od czarnej ziemi właściwej, poprzez czarną ziemię zbrunatniałą i wyługowaną do czarnej ziemi zdegradowanej. Największe wartości pojemności sorpcyjnej w poziomach Ap występowały w czarnej ziemi właściwej (37,5 38,0 cmol(+) kg 1 ). Małe wartości tej pojemności w czarnej ziemi zdegradowanej wynikają przede wszystkim z jej piaszczystego uziarnienia [SZERSZEŃ, LASKOWSKI, ROSZYKOWA, 1983], ale również małej zawartości C org. Podobnie kształtowały się wartości stopnia wysycenia kompleksu sorpcyjnego kationami o charakterze zasadowym. W poziomach Ap czarnej ziemi właściwej, zbrunatniałej i wyługowanej stwierdzono wysoki stopień wysycenia kompleksu

B. Łabaz: Skład mineralny frakcji iłu koloidalnego 143 Tabela 1. Uziarnienie czarnych ziem wrocławskich Table 1. Texture of the Wrocław black earths Nr profilu Profile no. Poziom genetyczny 1) Genetic horizon 1) Miąższość poziomu Thickness cm Udział frakcji, % Percent of fraction Grupa granulometryczna 1) Soil texture 1) >1 mm 1,0 0,5 mm 0,5 0,25 mm 0,25 0,10 mm 0,1 0,05 mm 0,05 0,02 mm 0,02 0,006 mm 0,006 0,002 mm <0,002 mm 1) 1) Czarna ziemia właściwa Gleyic Phaeozem 2) 1 Ap 0 30 0 0 0 1 3 19 22 13 42 ił Aa 30 90 0 0 1 0 5 17 14 14 49 ił AaCgg 90 110 0 0 1 1 4 11 15 11 57 ił Cgg >110 0 0 0 0 3 12 12 11 62 ił Czarna ziemia zbrunatniała Calcic Chernozem 2) 2 Ap 0 30 0 1 2 6 6 28 27 9 21 iłp Aa 30 40 0 1 3 16 6 26 18 10 20 gsp Aa/Bbr 40 55 6 5 9 12 9 21 18 8 18 gśp Bbrca 55 83 2 8 12 28 9 10 9 10 14 gl Ccagg >83 2 3 8 36 12 8 9 10 14 gl Czarna ziemia wyługowana Haplic Phaeozem 2) 3 Ap 0 30 1 7 14 11 6 21 19 11 11 gśp Aa 30 60 0 8 14 7 7 21 20 10 13 gśp Aa/Bbrca 60 85 10 11 20 20 7 16 12 4 10 gl Ccagg >85 10 2 45 47 3 2 0 0 1 gl Czarna ziemia zdegradowana Haplic Phaeozem 2) 4 Ap 0 40 5 19 36 21 4 7 7 4 2 pgl AaBbr 40 80 0 2 30 63 2 0 1 1 1 pl Bbr 80 110 0 3 18 65 10 0 0 2 2 pl C >110 0 1 7 79 8 0 0 2 3 pl Grupy granulometryczne oznaczone wg podziału zaproponowanego przez PTG [Systematyka, 1989]. 2) Klasyfikacja gleb wg normy FAO-WRB [World, 2006]. Genetic horizon and soil texture identified according to PTG [Systematyka, 1989]. 2) Classification of soils according to FAO-WRB [World, 2006].

144 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie t. 10 z. 3 (31) Tabela 2. Wybrane właściwości badanych czarnych ziem Table 2. Some properties of studied black earths 1) 1) Nr profilu Profile no. Poziom genetyczny 1) ph Zawartość, g kg 1 Content, g kg 1 Genetic horizon 1) 1 mol KCl dm 3 CaCO C N N H 2 O 3 org. og. tot. S og. S tot. Czarna ziemia właściwa Gleyic Phaeozem 2) 1 Ap 7,70 7,83 7,06 7,17 4 7 18,8 19,6 2,00 2,10 0,70 0,85 9 10 6 1) 19,0 1) 2,02 1) 0,80 1) 9 1) Aa 7,94 6,89 3 17,1 2,00 0,90 9 AaCgg 7,88 7,01 3 2,7 n.o. n.o. n.o. Cgg 7,89 7,00 3 2,3 n.o. n.o. n.o. Czarna ziemia zbrunatniała Calcic Chernozem 2) 2 Ap 7,59 7,70 7,12 7,25 16 20 18,1 19,1 1,80 1,90 0,60 10 19 1) 18,6 1) 1,85 1) 0,60 1) 10 1) Aa 7,95 7,35 12 12,8 1,20 0,60 11 Aa/Bbr 8,28 7,57 28 7,6 n.o. 0,40 n.o. Bbrca 8,51 7,82 94 5,4 n.o. 0,40 n.o. Ccagg 8,44 7,84 67 5,0 n.o. 0,40 n.o. Czarna ziemia wyługowana Haplic Phaeozem 2) 3 Ap 6,91 7,10 6,63 6,80 1 17,3 18,7 1,95 2,10 0,60 0,90 9 1 1) 18,0 1) 2,00 1) 0,70 1) 9 1) Aa 7,17 6,64 2 14,6 1,80 0,60 8 Aa/Bbrca 8,10 7,39 1 3,5 n.o. 0,60 n.o. Ccagg 8,51 7,65 1 0,8 n.o. 0,50 n.o. Czarna ziemia zdegradowana Haplic Phaeozem 2) 4 Ap 6,26 6,42 5,39 5,55 1 10,1 11,1 1,00 0,60 0,70 10 11 1 1) 10,5 1) 1,00 1) 0,65 1) 11 1) AaBbr 6,44 5,86 1 8,0 1,00 0,50 8 Bbr 7,05 6,08 1 6,9 n.o. 0,40 n.o. C 7,02 5,90 1 2,9 n.o. 0,40 n.o. Wartości średnie z 5 próbek. 2) Klasyfikacja gleb wg normy FAO-WRB [World, 2006]. Mean value from 5 samples. 2) Classification of soils acc. to FAO-WRB [World, 2006]. C:N

B. Łabaz: Skład mineralny frakcji iłu koloidalnego 145 sorpcyjnego (85,2 99,2%). Wartości tego parametru nie ulegały istotnym zmianom w głębszych poziomach genetycznych. W czarnej ziemi zdegradowanej były one mniejsze w poziomie Ap (60,0 62,4%) i wyraźnie zwiększały się w głąb profilu glebowego. Taką zależność stwierdził wcześniej BORKOWSKI [1964]. Podaje on, że suma kationów zasadowych oraz stopień wysycenia kompleksu sorpcyjnego kationami o charakterze zasadowym w czarnych ziemiach właściwych nie zmienia się istotnie w profilu glebowym, natomiast w czarnych ziemiach zdegradowanych znacznie zwiększa się w głąb profilu glebowego. Dominującym kationem w kompleksie sorpcyjnym badanych gleb był wapń, którego zawartość w poziomach Ap wynosiła w zakresie 48,2 90,8% PWK, mniej było go w profilu czarnej ziemi zdegradowanej. Magnez, który zajmował drugie miejsce wśród kationów wymiennych, występował w zdecydowanie mniejszej ilości (3,6 7,6% PWK). Udział pozostałych kationów, tj. potasu i sodu, był zróżnicowany. Potas w większej ilości występował w poziomach orno-próchnicznych, co wynika z nawożenia badanych gleb. Zwiększenie udziału sodu w pojemności sorpcyjnej (PWK) w głębiej zalegających poziomach genetycznych można wiązać natomiast z mniejszą wartością pojemności sorpcyjnej w tych poziomach. Na podstawie analizy dyfraktometrycznej (rys. 2 5) można stwierdzić, że frakcja iłu koloidalnego poziomów Ap badanych czarnych ziem zawierała głównie minerały wtórne oraz nieznaczną ilość minerałów pierwotnych, w tym przede wszystkim kwarc. W składzie mineralnym frakcji iłu koloidalnego badanych poziomów dominował illit. Odpowiadające mu wyraźne linie dyfrakcyjne o wartości d = 1,0 nm; 0,5 nm; 0,33 nm, są widoczne na dyfraktogramach wszystkich badanych podtypów. Dominacja illitu w czarnych ziemiach jest powszechna i potwierdzona licznymi badaniami [BOGDA, CHODAK, SZERSZEŃ, 1998; CHODAK, BOGDA, KASZUBKIEWICZ, 1990; DĄBKOWSKA-NASKRĘT, DŁUGOSZ, KOBIERSKI, 1998; DŁUGOSZ, KOBIERSKI, SPYCHAJ-FABISIAK, 1997]. Ujawniające się różnice w intensywności refleksu 001, który słabiej zaznaczył się w preparatach naturalnych oraz wysyconych magnezem w podtypach właściwych i zdegradowanych badanych gleb może sugerować przewagę smektytów oraz minerałów zawierających pakiety smektytowe w tych podtypach. Odpowiadające im refleksy o wartościach >1,4 nm są widoczne na dyfraktogramach frakcji ilastej naturalnej i wysyconej magnezem, natomiast w preparatach nasyconych glikolem etylenowym ulegają one przesunieciu do wartości ok. 1,7 nm. W czarnej ziemi właściwej i zdegradowanej wyraźna jest dominacja refleksu smektytowego nad illitowym, co może świadczyć o większym udziale minerałów mieszanopakietowych typu smektyt-illit (S I) z wyraźną dominacją smektytu w tych podtypach. W podtypach czarnych ziem zbrunatniałych i wyługowanych zaznaczyła się natomiast obecność minerałów mieszanopakietowych typu illit-smektyt (I S) z charakterystycznymi dla tej grupy minerałów refleksami. Potwierdzeniem obecności minerałów mieszanopakietowych S I i I S są linie dyfrakcyjne o wartościach ok. 1,2 nm, widoczne na dyfraktogramach frakcji ilastej wysyconej Mg +2, szczególnie widoczne w podtypie czar-

146 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie t. 10 z. 3 (31) Tabela 3. Właściwości sorpcyjne badanych czarnych ziem wrocławskich Nr profilu Profile no. Poziom genetyczny Genetic horizon Zawartość, cmol(+) kg 1 Content, cmol(+) kg 1 Hh Ca 2+ Mg 2+ K + Na + S Czarna ziemia właściwa 1 Ap 0,3 0,4 32,9 35,4 1,4 4,5 1,2 1,4 0,6 35,2 37,7 0,3 1) 34,0 1) 1,4 1) 1,3 1) 0,6 1) 37,3 1) Aa 0,4 37,1 1,0 0,1 0,7 39,0 AaCgg 0,4 36,7 1,3 0,4 0,7 39,0 Cgg 0,4 38,0 1,4 0,4 0,6 40,5 Czarna ziemia zbrunatniała 2 Ap 0,6 0,7 22,1 23,4 1,4 1,6 1,5 1,6 0,4 0,5 26,0 27,0 0,6 1) 22,9 1) 1,5 1) 1,6 1) 0,4 1) 26,4 1) Aa 0,3 23,0 1,4 0,9 0,5 25,7 Aa/Bbr 0,1 20,0 1,3 0,3 0,5 22,0 Bbrca 0,1 18,4 1,9 0,2 0,4 20,9 Ccagg 0,1 17,6 3,8 0,3 0,5 22,1 Czarna ziemia wyługowana 3 Ap 2,7 2,8 13,6 16,0 1,2 1,4 0,6 0,7 0,3 16,0 18,2 2,8 1) 14,6 1) 1,3 1) 0,7 1) 0,3 1) 16,9 1) Aa 2,0 14,4 1,0 0,3 0,3 16,0 Aa/Bbrca 0,2 16,4 0,6 0,3 0,2 17,6 Ccagg 0,1 6,2 0,3 0,1 0,2 6,8 Czarna ziemia zdegradowana 4 Ap 3,0 3,2 3,8 4,0 0,4 0,5 0,3 0,4 0,2 4,8 5,1 3,1 1) 3,9 1) 0,4 1) 0,4 1) 0,2 1) 4,9 1) AaBbr 2,5 4,4 0,5 0,2 0,2 5,3 Bbr 0,4 3,2 0,4 0,1 0,2 3,9 C 0,4 3,6 0,5 0,2 0,2 4,4 1) Wartości średnie z 5 próbek. 2) Klasyfikacja wg normy FAO-WRB [World, 2006]. Objaśnienia: Hh kwasowość hydrolityczna, S suma kationów wymiennych zasadowych, PWK pojemność wymienna kompleksu, V stopień wysycenia kompleksu sorpcyjnego kationami zasadowymi. nej ziemi zdegradowanej; wartości uległy przesunięciu do >1,4 nm po nasyceniu glikolem etylenowym. Charakterystyczne dla tej grupy minerałów są również refleksy o wartościach ok. 1,2 nm, widoczne na dyfraktogramach frakcji ilastej wysyconej K +, które ulegają przesunięciu do wartości 1,0 nm po prażeniu preparatów w temperaturze 550ºC. Uzyskane dyfraktogramy są bardzo podobne do dyfraktogramów frakcji koloidalnej poziomów orno-próchnicznych czarnych ziem właściwych i zdegradowanych Równiny Błońsko-Sochaczewskiej, prezentowanych przez CHOJNICKIEGO [1994], w których również zaznaczyła się obecność refleksu charakterystycznego dla smektytów oraz minerałów mieszanopakietowych S-I. UZIAK

B. Łabaz: Skład mineralny frakcji iłu koloidalnego 147 Table 3. Sorption properties of the studied black earths PWK CEC Udział kationów w T, % V % of CEC BS % Ca 2+ Mg 2+ K + Na + H + Gleyic Phaeozem 2) 35,5 38,0 99,0 99,2 90,8 90,9 3,6 3,9 3,1 3,8 1,5 1,6 0,8 0,9 37,7 1) 99,1 1) 90,3 1) 3,8 1) 3,5 1) 1,5 1) 0,9 1) 39,4 99,1 94,3 2,7 0,3 1,8 0,9 39,4 99,1 93,3 3,2 1,0 1,7 0,9 40,8 99,1 93,1 3,4 1,1 1,6 0,9 Calcic Chernozem 2) 26,3 27,7 97,4 97,8 84,2 85,2 5,3 5,7 5,5 5,9 1,6 1,7 2,2 2,6 27,0 1) 97,8 1) 84,8 1) 5,6 1) 5,8 1) 1,6 1) 2,2 1) 26,0 98,8 88,3 5,3 3,4 1,9 1,2 22,1 99,4 90,4 5,7 1,2 2,1 0,6 21,0 99,6 87,7 8,9 0,9 2,1 0,4 22,2 99,5 79,3 17,0 1,2 2,1 0,5 Haplic Phaeozem 2) 18,7 21,0 85,2 86,8 72,8 76,4 5,9 7,6 3,0 3,8 1,4 4,6 13,2 14,8 19,6 1) 86,0 1) 74,3 1) 6,8 1) 3,4 1) 1,5 1) 14,0 1) 18,0 89,2 80,0 5,6 1,9 1,7 10,8 17,8 98,8 92,3 3,3 1,8 1,4 1,2 6,9 98,4 90,1 4,2 1,0 3,0 1,6 Haplic Phaeozem 2) 7,9 8,1 60,6 62,4 48,2 50,8 5,2 5,8 3,5 5,4 1,9 2,4 37,4 40,0 8,0 1) 61,5 1) 49,2 1) 5,6 1) 4,5 1) 2,1 1) 38,6 1) 7,8 67,8 56,8 6,3 2,2 2,5 32,2 4,3 90,5 74,5 8,6 2,0 5,3 9,5 4,8 91,5 74,3 10,2 3,6 3,5 8,5 1) Mean values from 5 samples. 2) Classification acc. to FAO-WRB [World, 2006]. Explanations: Hh hydrolytic acidity, S sum of exchangeable alkaline cations, CEC cation exchange capacity, BS base saturation. i in. [1987] podają, że zwiększenie zawartości minerałów typu smektyt-illit kosztem illitu w poziomach próchnicznych świadczy o wietrzeniowych procesach degradacji illitu w kierunku minerału pęczniejącego. BOGDA, CHODAK i NIEDŹWIEC- KI [1990] wskazują natomiast, że duży udział minerałów mieszanopakietowych typu I-S w glebach ornych jest spowodowany intensywnymi zabiegami agrotechnicznymi, które przyśpieszają proces illityzacji frakcji koloidalnej poziomów próchnicznych czarnych ziem. CHOJNICKI [1994] dodatkowo podaje, że dyfraktogramy frakcji iłu koloidalnego czarnej ziemi właściwej i zdegradowanej nie różnią się od siebie, dominującym minerałem jest smektyt, a na drugim miejscu znajduje

148 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie t. 10 z. 3 (31) Rys. 1. Dyfraktogramy frakcji ilastej poziomu Ap: a) czarnej ziemi właściwej, b) czarnej ziemi zdegradowanej, c) czarnej ziemi zbrunatniałej, d) czarnej ziemi wyługowanej

B. Łabaz: Skład mineralny frakcji iłu koloidalnego 149 Fig. 1. X-ray diffractogrammes of clay fraction from Ap horizon: a) Gleyic Phaeozem, b) Haplic Phaeozem, c) Calcic Chernozem, d) Haplic Phaeozem

150 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie t. 10 z. 3 (31) się illit. DĄBKOWSKA-NASKRĘT, DŁUGOSZ i KOBIERSKI [1998] na podstawie badań frakcji iłu koloidalnego czarnych ziem kujawskich podtypów właściwych i zbrunatniałych podają natomiast, że dominującym minerałem jest illit, a wśród minerałów mieszano pakietowych dominuje illit-smektyt o zróżnicowanej zawartości pakietów smektytowych. Podobnie jak CHOJNICKI [1994], autorzy ci stwierdzili, że nie ma istotnych różnic między składem mineralnym frakcji iłu koloidalnego czarnej ziemi właściwej i zbrunatniałej. BOGDA, CHODAK i SZERSZEŃ [1998] potwierdzają, że w przeważającej części profilów gleb wytworzonych z utworów polodowcowych na obszarze Dolnego Śląska, w tym czarnych ziem właściwych, dominującym minerałem jest illit jako minerał główny. W profilach tych gleb występowała jednak podobna do illitu ilość minerałów mieszanopakietowych i smektytu, którym towarzyszył kaolinit. W składzie mineralnym frakcji iłu koloidalnego badanych gleb stwierdzono także niewielką ilość minerałów z grupy chlorytów, czego dowodem są widoczne na dyfraktogramach refleksy 002 o wartościach ok. 0,7 nm oraz 003 o wartościach 0,46 0,47 nm, oba zanikające po prażeniu preparatów w temperaturze 550ºC. Obecność minerałów z grupy chlorytów jest typowa dla czarnych ziem [CHOJNIC- KI, 1994; DĄBKOWSKA-NASKRĘT, DŁUGOSZ, KOBIERSKI, 1998; DŁUGOSZ, KO- BIERSKI, SPYCHAJ-FABISIAK, 1997; KOBIERSKI, DĄBKOWSKA-NASKRĘT, 2003]. W analizowanych frakcjach ilastych minerały typu kaolinitu (K), jak również minerały pierwotne, reprezentowane przez kwarc (Q), oraz minerały z grupy skaleni (Sk) występowały w niewielkich ilościach, co jest charakterystyczne dla gleb w Polsce [BOGDA, CHODAK, SZERSZEŃ,1998; CHOJNICKI, 1994; DŁUGOSZ, KO- BIERSKI, SPYCHAJ-FABISIAK, 1997; KOBIERSKI, DĄBKOWSKA-NASKRET, 2003]. WNIOSKI 1. Występujące na obszarze Dolnego Śląska czarne ziemie wrocławskie charakteryzują się zróżnicowanym uziarnieniem oraz zróżnicowanymi stosunkami powietrzno-wodnymi, które determinują ich właściwości fizykochemiczne, w tym przede wszystkim zawartość węgla organicznego, pojemność sorpcyjną oraz stopień wysycenia kompleksu sorpcyjnego kationami o charakterze zasadowym. Umożliwia to wydzielenie w ich obrębie podtypów właściwych, zbrunatniałych, wyługowanych i zdegradowanych. 2. Analiza składu mineralnego wykazała, że dominującym minerałem frakcji koloidalnej poziomów orno-próchnicznych jest illit. Stwierdzono również znaczne ilości minerałów mieszanopakietowych typu illit-smektyt oraz smektyt-illit o różnej zawartości pakietów smektytowych. Pozostałe minerały to chloryty i ich formy mieszanopakietowe, kaolinit oraz kwarc.

B. Łabaz: Skład mineralny frakcji iłu koloidalnego 151 3. Skład jakościowy minerałów ilastych w czarnych ziemiach wrocławskich został uwarunkowany procesami glebotwórczymi, właściwościami powietrzno- -wodnymi oraz prowadzonymi zabiegami agrotechnicznymi. 4. Nagromadzenie illitu i minerałów mieszanopakietowych illit-smektyt w podtypach zbrunatniałych i wyługowanych można tłumaczyć przebiegiem illitowego kierunku transformacji minerałów ilastych w wyniku intensywnej i długotrwałej działalności rolniczej. 5. Przewaga smektytu i minerałów typu smektyt-illit w podtypach czarnych ziem właściwych i zdegradowanych może świadczyć o intensywnie zachodzących wietrzeniowych procesach degradacji illitu w kierunku minerału pęczniejącego w tych glebach. 6. Na podstawie jakościowego udziału minerałów wtórnych w poziomach orno-próchnicznych czarnych ziem wrocławskich nie można jednoznacznie określić istotnych różnic między poszczególnymi podtypami. LITERATURA BOGDA A., 1973. Mineralogiczne i mikromorfologiczne badania produktów wietrzenia niektórych magmowych skał macierzystych gleb występujących w Sudetach. Roczniki Gleboznawcze t. 24 z. 2 s. 85 132. BOGDA A., 1981. Skład mineralny i niektóre właściwości gleb brunatnych wytworzonych z granitoidów sudeckich. Zeszyty Naukowe AR Wrocław. Rozprawy 26 ss. 58. BOGDA A., CHODAK T., NIEDŹWIECKI E., 1990. Niektóre właściwości i skład mineralogiczny gleb Równiny Gumienieckiej. Roczniki Gleboznawcze t. 49 z 3/4 s. 179 191. BOGDA A., CHODAK T., SZERSZEŃ L., 1998. Właściwości i skład minerałów ilastych gleb Dolnego Śląska. Wrocław: Wydaw. AR ss. 90. BOGDA A., KOWALIŃSKI S., 1972. Micromorpyhology of the weathering products of some soil forming igneous rock of the Sudetes. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych z. 123 s. 519 529. BORKOWSKI J., 1964. Czarne i szare ziemie wytworzone z utworów pyłowych i pylastych Śląska. Roczniki Gleboznawcze t. 14 z. 1 s. 61 77. CHODAK T., BOGDA A., KASZUBKIEWICZ J., 1990. Skład minerałów ilastych a niektóre właściwości gleb. Zeszyty Naukowe AR we Wrocławiu Rolnictwo 53 s. 13 24. CHOJNICKI J., 1994. Czarne ziemie Równiny Błońsko-Sochaczewskiej wytworzone z pokrywowych utworów pyłowych. Roczniki Gleboznawcze t. 45 z. 3/4 s. 97 107. CIERNIEWSKI J., 1986. Zmienność przestrzenna czarnych ziem właściwych wycinka Równiny Kościańskiej określona na podstawie badań przekrojów glebowych. Roczniki Gleboznawcze t. 38 z. 4 s. 95 111. DĄBKOWSKA-NASKRĘT H., DŁUGOSZ J., KOBIERSKI M., 1998. Characteristics of clay minerale in black earths from Kujawy region. Roczniki Gleboznawcze t. 49 z. 1/2 s. 45 52. DŁUGOSZ J., KOBIERSKI M., SPYCHAJ-FABISIAK E., 1997. Skład mineralogiczny frakcji ilastej warstwy ornej wybranych czarnych ziem kujawskich. Roczniki Gleboznawcze t. 48 z. 1/2 s. 87 93. DROZD J., 1973. Związki próchniczne niektórych gleb na tle ich fizykochemicznych właściwości. Roczniki Gleboznawcze t. 24 z. 1 s. 3 55. DROZD J., JEZIERSKI J., LICZNAR M., LICZNAR S.E., 2000. IR spectra and analisys of humic acids isolatet form municipal composts in different stages of maturity. Humic substances in the environment. An International Journal 2 s. 11 15.

152 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie t. 10 z. 3 (31) DROZD J., LICZNAR M., LICZNAR S.E., 1995. Wycena wartości użytkowo-rolniczej wybranych profilów czarnych ziem na podstawie ich urodzajności. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych z. 418 1 s. 127 133. HOFFMAN M., KOWALKOWSKI A., 1961. Czarne ziemie obniżonych terenów Niziny Pyrzyckiej. PTPN, Prace Komitetu Nauk Rolniczych i Nauk Leśnych 10. 1/1 s. 5 35. KOBIERSKI M., DĄBKOWSKA-NASKRĘT H., 2003. Skład mineralogiczny i wybrane właściwości fizykochemiczne gleb Równiny Inowrocławskiej. Cz. 2. Skład mineralogiczny frakcji ilastej. Roczniki Gleboznawcze t. 54 z. 4 s. 29 44. KLIMOWICZ Z., 1980. Czarne ziemie Równiny Tarnobrzeskiej na tle zmian stosunków wodnych tego obszaru. Roczniki Gleboznawcze t. 31 z. 1 s. 163 207. KOWALIŃSKI S., 1979. Gleboznawcza charakterystyka czarnych ziem wrocławskich. W: Potencjalne możliwości wzrostu produkcji roślinnej na czarnych ziemiach wrocławskich. Konferencja Naukowo-Techniczna. Wrocław: SNTIiTR s. 7 25. SZERSZEŃ L., LASKOWSKI S., ROSZYKOWA S., 1983. Oddziaływanie procesów typologicznych na zawartość mikroelementów w glebach wytworzonych z utworów polodowcowych Dolnego Śląska. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych z. 242 s. 31 42. Systematyka gleb Polski, 1989. Roczniki Gleboznawcze t. 40 z. 3 4 ss. 148. TAN K.H., 1996. Soil sampling preparation and analysis. New York: Marcel Dekker ss. 408. UZIAK S., BOGDA A., CHODAK T., CIEŚLA W., KOMORNICKI T., STOCH L., WILGAT M., 1987. Clay minerals of selected loess soils. Roczniki Gleboznawcze t. 38 z. 3 s. 59 77. World reference base for soil resources. A framework for international classification correlation and communication (FAO-WRB), 2006. World Soil Resources Reports 103. Rome: FAO ss. 128. Beata ŁABAZ MINERAL COMPOSITION OF CLAY FRACTIONS IN HUMIC HORIZON OF THE WROCŁAW BLACK EARTHS Key words: black earths, clay minerals, physical and chemical properties S u m m a r y The aim of the study was to characterise mineral composition of clay fraction in humic horizon of the Wroclaw black earths. The study was based on analyses of arable soils from the four profiles of different subtypes (proper, browned, leached and degraded). The investigated profiles were classified as Chernosems and Phaeozems groups of soils according to FAO-WRB 2006 reference. The results showed that illite was the main clay mineral. Considerable amounts of illite-smectite and smectiteillite mixed-layer minerals of different content of smectite were also found. Mineral composition of clay fraction in analysed soils was affected by soil-forming processes, air-water properties and by agricultural measures. The study showed no significant differences between investigated subtypes of black earths. Recenzenci: prof. dr hab. Renata Bednarek prof. dr hab. Jan Gliński Praca wpłynęła do Redakcji 16.10.2009 r.