ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE T. XXIII, Z. 1, W ARSZAW A 1972 JAN SYTEK ZAWARTOŚĆ I FORMY WYSTĘPOWANIA PRÓCHNICY W GLEBACH PŁOWYCH (LESSIVES) CZĘSC I. ROZMIESZCZENIE FRAKCJI SUBSTANCJI PRÓCHNICZNYCH W GLEBACH PŁOWYCH WYTWORZONYCH Z PIASKÓW I GLIN LEKKICH Zakład A grofizyki PAN, kierow nik prof. dr B. Dobrzański WSTĘP Gleboznawcy niemieccy, francuscy, radzieccy, a wśród nich przede wszystkim Demelon [2], Duchaufour [4, 5], Ehwald [7], Kundler [17], Reuter [24], Gierasimow [10], Friedland [9], od wielu już lat wydzielają gleby tzw. die Fahlerden, les sols lessives, paliowe poczwy jako odrębny ty p gleb. W latach sześćdziesiątych Dobrzański, Kuźnicki, Musierowicz [3], a szczególnie Konecka-Betley [12, 13] zwracali uwagę na konieczność w ydzielenia w Polsce jako oddzielnego ty p u gleb pow stających w w yniku procesu lessivage. Tymczasem system atyka gleb Polski w ydziela gleby pseudobielicowe jako stadium przejściow e od gleb b ru natnych do gleb bielicowych. W klasyfikacji gleb leśnych, opracow anej przez Ugglę, gleby pseudobielicowe zostały w yodrębnione jako typ gleb płowych. Takie samo stanowisko zajęli autorzy projektu system atyki gleb leśnych [15]. Celowość wydzielenia tych gleb jako typu potw ierdzają różnice w chemicznych i fizycznych właściwościach oraz różnice w cechach m orfologicznych w porów naniu z glebam i bielicowymi. Generalnie uważa się, że gleby pseudobielicowe (płowe) tw orzą się w w yniku procesu lessivage przem ywania. Mechanizm tego procesu nie jest jeszcze dostatecznie poznany. Specyfika biochemicznych przem ian substancji organicznych oraz,,obieg substancji próchnicznych i m ineralnych w glebach płowych rów nież nie jest jeszcze w yjaśniony. Małe jest
190 J. Sytek też rozpoznanie składu jakościowego substancji próchnicznych i jej rozm ieszczenia w profilach tych gleb. Przedstaw iona tu I część badań poświęconych próchnicy gleb płowych m iała na celu zbadanie właściwości chem icznych gleb płow ych w ytw orzonych z piasków i glin lekkich, a szczególnie składu ich substancji próchnicznych. Do badań w ybrano 4 profile gleb wytworzonych z piasków i glin lekkich spośród kilku przeanalizow anych w stępnie w terenie i laboratorium. są to: 3 profile gleb płowych (pseudobielicowych), 1 profil gleby brunatnej wyługowanej. Z tych gleb dwie (płowe) znajdują się obok siebie (profile 2 i 3) na różnych użytkach: na polu i w lesie. Z w yjątkiem profilu 3 pozostałe są glebam i leśnym i, gdzie zachodzące procesy są w ynikiem n atu raln y ch przem ian pozbawionych w zasadzie ingerencji człowieka. OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA BADANYCH GLEB Profil 1 (3), Kozienice gleba brunatna wyługowana odgórnie oglej ona, wytworzona z piasku zwałowego, niecałkowita, na piasku wodnolodowcowym, leśna. Miejsce występow ania Kozienice (las, sekcja VII, oddział 51), pow. Kozienice, środkowa część kotliny kozienickiej (według Lencewicza). Skała m acierzysta piasek, wzniesienie nad poziom morza 145 m, średnia tem peratura roczna +7,8 C, średnia tem peratura stycznia od 2, 6 do 3, 1 C, średnia tem peratura lipca 17,5 C, średnie roczne opady 570 mm, pokryw a śnieżna 70-95 dni, długość okresu w egetacyjnego 2 0 0-2 2 0 dni. C harakterystyka morfologiczna: A 0 0-2 cm ściółka ty p u muli, w arstw a L złożona z liści dębu i igieł sosny. W arstwa F/H małej miąższości, dobrze rozłożona i wym ieszana przez organizmy glebowe z częścią m ineralną; A 1 2-12 cm poziom barw y ciem nobrunatnoszarej, przejście stopniowe rów ne; A zg 12-52 cm poziom barw y jasnobrunatnożółtej, zbity z kam ieniami, z plam am i od odgórnego oglejenia; B^Bj) 52-72 cm poziom barw y rdzaw ej, zbity z kam ieniam i; (B2)C 72-105 cm poziom barw y ciem nobrunatnej z kam ieniam i; D1 125-200 cm poziom barw y jasnokrem ow ej, w arstw ow any. Siedlisko las mieszany świeży (LMśw), drzewostan sosna, dąb (So-Db) podrost-podszyt sosna, dąb, jałow iec pospolity, runo traw y,
Substancje próchniczne gleb płow ych 191 krw aw nik pospolity, groszek, m acierzanka piaskowa, konwalia majowa, jastrzębiec kosmaczek. Profil 2 (4), Łady gleba płowa (pseudobielicowa) ze słabo zaznaczonym odgórnym oglejeniem, wytworzona z gliny lekkiej, leśna, miejsce występowania Łady, pow. Pułtusk, Nizina Mazowiecko-Podlaska, skała m acierzysta glina zwałowa, wzniesienie nad poziom morza 140 m, średnia tem peratura roczna +7 C, średnia tem peratura stycznia od 3,5 do 4 C, średnia tem peratura lipca 17,5 do 18, średnie roczne opady 500-600 mm, pokryw a śnieżna 60-90 dni, długość okresu w egetacyjnego 2 0 0-2 1 0 dni. C harakterystyka morfologiczna: A0 0-3 cm ściółka typu moder, w arstw y F i Я dobrze rozłożone i częściowo w ym ieszane z glebą m ineralną; A x 3-15 cm poziom barw y jasnoszarej, przejście do poziom u w yraźne, rów ne; A 3 15-23 cm poziom barw y jasnożółtej; A zg 33-43 cm poziom barw y jasnożółtej z plam am i sinoszarym i pseudoglejowymi, przejście z zaciekami głębokimi; 43-60 cm poziom barw y brunatnej; B2 60-100 cm poziom barwmy ciem nobrunatnej; С od 100 cm poziom skały m acierzystej barw y b runatnej. Siedlisko las liściasty (LL), drzew ostan świerkow o-sosnowy, pojedynczo osika, podrost-podszyt jarząb pospoiity, jabłoń dzika, śliwa tarnina, wierzba iwa, runo dzwonek, przytulia, kulik pospolity, możylinek trój nerw ow y, jaskier kosm aty. Profil 3 (5), Łady gleba płowa (pseudobielicowa) odgórnie oglejona, wytworzona z gliny lekkiej, orna, miejsce występowania Łady, pow. Pułtusk, Nizina Mazowiecko-Podlaska, skała m acierzysta glina zwałowa, w zniesienie nad poziom m orza 138 m. średnia tem p eratu ra roczna + 7 C, średnia tem peratura stycznia od 3,5 do 4 C, średnia lipca 17,5 do 18 C, średnie opady roczne 500-600 mm, pokryw a śnieżna 60-90 dni, długość okresu w egetacyjnego od 200 do 210 dni. A i A % A 3g C harakterystyka morfologiczna: 0-2 2 cm poziom barw y jasnoszarej, struktura gruzełkowata, przejście do poziomu A 3 stopniowe, równe; 22-37 cm poziom jasnoszary z odcieniem żółtym; 37-53 cm poziom jasnoszary z odcieniem żółtym i plam am i sinoszarym i odgórnego oglejenia, przejście do poziomu В w yraźne z płytkim i zaciekami;
192 J. Sytek Bg 53-95 cm - poziom ciem nobrunatny z plam am i sinoszarym i odgórnego oglejenia; B 2 95-130 cm poziom ciem nobrunatny; С od 130 cm poziom skały m acierzystej, barw y brunatnej. Profil 4 (6 ), Kozienice gleba płowa (pseudobielicowa) odgórnie silnie oglejona niecałkow ita, w ytw orzona z piasku gliniastego lekkiego na glinie lekkiej, leśna m iejsce w ystępow ania Kozienice (las, sekcja VII, oddział 70), pow. Kozienice, środkowa część kotliny kozienickiej, skała macierzysta utw ory zwałowe, wzniesienie nad poziom morza 150 m, średnia tem peratura roczna + 7,8 C, średnia tem peratura stycznia od ~ 2,6 do 3 C, średnia lip c a 17,5 do 18,5 C, średnie opady roczne 570 mm, pokrywa śnieżna 70-95 dni, długość okresu wegetacyjnego 200 do 220 dni. C harakterystyka morfologiczna: A0 0-1 cm ściółka ty p u muli, dw uw arstw ow a, dobrze rozkładająca się w arstw a F/H i w ym ieszana z częścią m ineraln ą gleby; A 1-1 0 cm poziom ciem noszary, s tru k tu ra gruzełkow ata, przejście do poziomu A 3 stopniowe, równe; 1 0-2 0 cm poziom barw y szarej; ga* 20-35 cm poziom jasnoszary z plam am i sinoszarym i od odgórnego oglejenia, przejście do poziomu В wyraźne z płytkim i zaciekam i; BD 35-70 cm poziom barw y b ru n atn e j; CD do 70 cm poziom barw y krem ow o-brunatnej. Siedlisko las mieszany świeży (LMśw), drzewostan dębowo-sosnowy, podrost-podszyt dąib i kruszyna pospolita, ru n a traw y, mech, p rzy tulia, rokiet, fiołek, gruszyczka. ŚCIÓŁKI I ICH SKŁAD CHEMICZNY Ściółki badanych gleb zaszeregowano w oparciu o cechy m orfologiczne, stopień rozkładu i zakwaszenia do typu moder (profil 2 ) oraz typu muli (profile 1 i 4). Na składzie chemicznym ściółek odbija się wyraźnie duże wym ieszanie ich z cząstkami m ineralnym i gleby. W skazują na to straty na żarzeniu dla poziomów H i F/H. Analizowane ś-ciółki różnią się pod względem m asy i składu chemicznego oraz co do stopnia hum ifikacji i mineralizacji. Odznaczają się na ogół niedużym i zaw artościam i węgla (tab. 7). Szczególnie m ałą zaw artością węgla odznacza się ściółka ty p u m uli (profil 4).
Substancje próchniczne gleb płow ych 193 T a b e l a 1 Skład chemiczny ściółek Chemical composition of litte r Kr profilu Profile No Pozion ściółki Leaf littß i horizon Strata przy żarzeniu Ignition losses Si02 Pe2 j a i2o3 F2 5 % CaO Î.ÎS0 KgO lte20 1/3/ L 48,83 44,91 1,17 1,08 0,24 1,23 0,09 0,20 0,01 F/H 23,33 70,45 1,66 1,05 0,22 0,57 0,06 0,12 0,01 L 33,00 42,57 1,05 0,98 0,09 0,81 0,06 0,10 0,01 2/4/ F 37,07 58,98 0,94 0,91 0,19 0,32 0,04 0,12 0,-1 H 13,96 83,18 0,93 0,60 0,10 0,05 0, C2 O.C-9 С, v 1 4 /6 / L 33,25 66,75 0,9^ 0,52 0,13 0,27 0,05 0,10 0,01 F/H 8,49 89,48 0.62 0,5;i C,C7 0,05 0,01 0, c-s 0,00 Je st to w ynik dużego stopnia m ineralizacji i przem ieszania z częścią m i neralną gleby. W typie moder stosunek С : N w poziomie (F) wynosi średnio 21,3, a w poziomie (H) od 13,01 do 20,11. W typie m uli w artości С : N są nieco niższe i wynoszą: w poziomie (F) 17,11, a w poziomie F/H od 10,85 do 16,00. Ilość rozpuszczalnych w wodzie związków organicznych, zawierających w swym składzie węgiel, jest największa w poziomie L i zmniejsza się wraz z nasileniem procesu hum ifikacji w danym poziomie ściółki ( L > F > H ). Związki te m ają charakter kwaśny, a ich ilość jest zależna od rodzajowego i gatunkow ego składu drzew ostanu, z którego liści i igliwia tworzy się ściółka. W żadnym poziomie badanych ściółek związki te nie stanowią więcej niż 2 % С ogółem, a przeważnie wartość ta jest niższa (tab. 7). G rupa związków łatwo rozpuszczalnych w 0,ln H 2S 0 4 reprezentow ana jest głównie przez związki organiczne niehum usow e. G rupa ta jest uw a żana za formę przejściową od niespecyficznych związków organicznych ściółek do związków próchnicznych. W badanych ściółkach stanowi ona ok. 1,76% w ęgla ogółem. K w asy fulw ow e stanow ią średnio 13,41% С ogółem, a kw asy hum inowe średnio 15,39% С ogółem (tab. 8 ). Obecność większej ilości kwasów hum inow ych w badanych ściółkach jest następstw em w ym yw ania związków organicznych o prostej budowie i dużym stopniu dyspersji, a więc i kw asów fulw owych. Należy podkreślić, że próchnica ściółek wyraźnie różni się składem chem icznym i właściwościam i od substancji próchnicznej pozostałych po
194 J. Sytek ziomów genetycznych gleb. Substancje próchniczne ściółek m ają prostszą budowę, a ich kw asy hum inow e są podobne do kw asów fulw ow ych poziomów mineralnych, na co w skazują gęstość optyczna i stopień dyspersji. Według Sokołowa i Franikiewicza [26] kwasy huminowe 0 uproszczonej budowie spełniają w procesie glebotwórczym tę samą rolę co kw asy fulwowe. Substancje organiczne części nie hydrolizującej badanych ściółek są najliczniejsze i stanowią średnio 72,25% węgla ogółem. Część niehydrolizująca ściółki składa się w zasadzie z ligniny, celulozy, chemicelulozy 1 jest niepodobna do hum in glebowych. S k ład m echaniczny g leb M echanical com position o f s o ils Tabela 2 Nr p r o f ilu P r o f ile No Głębokość Depth cm Poziom H orizon 2 :>1* mm 1-0,5 0 0 Średnic:ia c z ą s te k w mm w % Diamete)T o f p a r tic le s «mm. % 0 0 OVfl 0,1 0-0,05 0,0 5-0,02 0,0 2-0,006 0,006- Ф,002 <0^02 0,002 2-12 A1 2 0,5 33 31 19 1 4 5 3 4 12 30-45 S 2 9,6 35 35 17 1 3 3 3 3 9 1 /3 / 60-75 ЪЛ/ЪЛУ. 18,6 46 38 6 2 1 S1 3 3 7 82-90 / V c 1 6,7 38 35 20 2 1 0 2 2 4 105-120 D1 3 6,0 54 32 11 1 1 0 0 1 1 130-140 D2 0,5 11 64 24 0 0 1 0 0 1 3-15 A1 1,3 7 20 31 11 11 9 3 8 20 20-30 Аз 2,5 7 21 34 9 9 9 4 7 20 2 /4 / 33-43 A3g 13,9 7 19 29 12 10 11* 4 8 23 50-60 B1 2,1 6 14 35 10 8 11 6 10 27 80-90 b2 1,5 3 8 37 12 11 10 10 19 39 120-130 С 2,8 9 16 26 9 6 10 5 19 34 5-20 A1 2,8 7 18 31 14 10 7 5 8 20 25-35 A3 3,3 7 18 32 15 9 6 5 8 19 3 /5 / 40-50 A3g 1,3 5 13 33 13 7 9 10 10 29 55-65 Bg 1,6 7 17 28 16 6 5 4 17 26 95-115 % 1,6 6 14 31 14 6 6 4 19 29 130-140 С 1,8 6 14 30 12 9 6 5 18 29 2-10 A1 1,3 6 13 37 21 9 4 5 5 14 4 / 6 / 10-22 A3 1,7 6 15 32 20 ' 13 4 5 5 14 22-35 **3 2,5 6 13 39 15 9 6 6 6 18 40-65 BD 0,9 4 10 32 15 7 3 6 23 32 120-130 CD 0,5 3 7 37 17 7 5 5 19 29
Substancje próchniczne gleb płow ych 195 SKŁAD MECHANICZNY W poziomach genetycznych badanych gleb są różnice w stopniu spiaszczenia oraz zawartości części spławialnych i frakcji iłu koloidalnego. Stan ten zależy od skały m acierzystej, jej odporności na wietrzenie, od zjawisk peryglacjalnych, erozyjnych, a w dużym stopniu od przebiegu procesu glebotwórczego (tab. 2). Zaw artość cząstek spław ialnych i ilastych w poziom ach В (profile 2 i 3) jest w iększa niż w poziomie A v Różnica ta jest Kwasowość 1 w łaściw o ści so rp cy jn e g leb A c id ity and s o rp tio n p r o p e r tie s o f s o ll«tabela 3 Kr profilu P rofile No G łębokość Depth cm PH = Ы A l^ Hh 81 T V H orizon HgO V A1w KCl % m.e. /100 g L 5,7 5,7 0-2 Ao F/H 5,8 5,6 n.o. n.o. n.o. - - - - F/H 5,7 5,4 7,12 17,54 24,66 71,13 2-12 A1 5,6 4,7 0,46 0,24 0,22 6,52 6,22 12,74 48,82 1/3/ 30-45 A3g 5,4 4,4 0,96 0,13 0,85 3,30 0,97 4,27 22,72 60-75 V V 5,8 4,5 0,63 0,57 0,06 2,51 2,92 5,43 53,77 82-90 /в2/с 7,3 6,9 - - - 1,53 13,52 15,05 89,83 105-120 D1 7,7 7,4 - - - 1,39 *0,02 21,41 93,50 130-140 D2 7,8 7,7-1,35 - - L 4,7 4,5 _ 0-3 A0 F 4,5 4,2 n.o. n.o n.o. - - - - H 4,3 3,8 16,50 5,89 22,39 26,31 3-15 A1 4,3 3,8 4,18 0,22 3,96 8,85 1,96 10,81 18,13 20-30 A3 4,7 4,1 2,03 0,13 1,90 4,95 1,85 6,80 27,20 2/4/ 33-43 5,4 4,4 1,11 0,15 0,96 3,00 3,29 6,29 52,30 Al s 50-60 B1 5,0 4,2 1,95 0,24 1,71 3,56 10,21 13,77 74,14 80-90 B2 5,1 4,2 1,42 c,33 1,09 3,49 12,85 16,34 78,64 120-130 С 5,3 4,4 0,8? 0,17 0,70 3,19 11,95 15,14 78,93 5-20 A1 5,1 4,3 0,Ь5 0,13 0,72 4,80 1,61 6,41 25,10 3/5/ 25-35 6,0 4,8 A3 0,13 0,06 0,07 2,10 2,85 ^,95 57,57 40-50 6,0 4,8 4 s 0,15 0,11 0,04 2,25 5,ó7 6,12 72, 55-65 Bg 5,7 4,8 0,28 0,04 0,24 2,25 9,19 11,44 80,33 95-115 B2 5,0 4,3 1,11 0,15 0,9ó 3,11 9, 46 1^,57 75,2o 130-140 С 5,2 4,4 0,81 О.'.з 0,68 2,92 11,3ь 14,28 79,55 i 0-2 4,7 4,6 F/H 4.4 4,0 n.o. n.o. n.o. 12,15 5,09 17,24 29,52 2-10 A1 4,6 4,? 3,72 0,22 3,50 7,50 1,33 0,23 1 5»'-'б 4 /6 / 10-22 A3 4,5 4,1 3,31 0,17 3,14 6,37 1,04 7,41 14,03 22-35 A3 5,3 4,4 1,16 0,06 1,10 3,82 1,95 5,73 33,33 40-65 BD 6,: 5,0 0,24 0,06 0,18 2,55 12,15 14,70 82,65 120-130 CD 7,0 6,5-1,76 13,46 15,22 88,43 _
196 J. Sytek wynikiem wym ywania i przemieszczania cząstek <C 0, 0 2 mm w głąb profilu glebowego. W przypadku gleb niecałkowitych (profile 1 i 4) różnic tych nie można określić. ODCZYN, KWASOWOŚĆ W YMIENNA I HYDROLITYCZNA W charakteryzow anych glebach ph przew ażnie w zrasta w raz z głębokością. Je st to w ynik zakw aszenia poziomów A 1 i A?t kw asam i organicznymi ze ściółek, jak również jest to zależne od stopnia głębokości wyługowania CaC 03. ph w poziomach А ъ A 3 i A3g w aha się w granicach 3,8-4,8 рнксь a w poziomach Bb Bg, B^Bj) od 4,2 do 5.0 ph Kd (tab. 3). O kwasowości wymiennej w badanych glebach, a szczególnie w poziomach A3, g A :] i A3g, decydują głównie jony A lw. W poziom ach w y mycia (A3) (profile 2 i 3) stwierdzono m niejsze ilości H w jonów niż w poziomach A t i A 3 z cechami odgórnego oglejenia. Kwasowość hydrolityczna w poziomach akum ulacyjnych jest z reguły wyższa niż w poziomach niżej zalegających. Jedynie poziomy A 3 i A3g gleb wytworzonych z gliny lekkiej (profile 2 i 3) w ykazują nieznacznie m niejszą kwasowość hydrolityczną w porównaniu z poziomami wyżej i niżej zalegającymi. Jest to rezultat w y sycenia w dużym stopniu kom pleksu sorpcyjnego poziomów A 3 jonami Al i Fe. KATIONY WYMIENNE ZASADOWE I POJEMNOŚĆ SORPCYJNA W STOSUNKU DO KATIONÓW W zajem ny stosunek ilości kationów w ym iennych zasadowych w badanych glebach układa się w następujący szereg (tab. 4): lub Ca. > Mg. > K u. > Nau, Ca, > Mg, > Na, > K, Przemieszczanie kationów wym iennych jest na ogół znaczne. Duże różnice zaznaczają się wt zawartości wapnia wymiennego w poziomach Aj w porównaniu z poziomami B2 i B^B ^. Stan ten jest wynikiem szeregu procesów w ietrzenia, przem yw ania i wiąże się ze w zrostem zdolności sorpcyjnych głębszych poziomów w m iarę wzrostu wartości ph oraz zaw artości frakcji pylastych i koloidalnych. Pojem ność sorpcyjna, w y m ienna (Eu.) i hydrolityczną (E/?), badanych gleb w ynosi: Ew w poziomach A x od 2,46 do 6, 6 8 m.e./100 g gleby, E/j w poziomach A 1 od 6,41 do 12,74 m.e./100 g gleby.
Substancje próchniczne gleb płow ych 197 T a b e l a 4 Skład kationów wy^ienn^ch w glebach Composition of exchangeable cations in soils Nr profilu Profile No Gł ębokość Depth cn Pozioiu Horizon Ca2+ Mg2+ K+ Na + ЮО.Са 100.Ms 100. К 100. Na 1 Eh fch Eh Eh Eh m.e./10c g gleby - soil /0 о о 0-2 > 0 1 _'s 30,25 2,64 1,35 0,28 34,52 - - - - - Ш /2 / 15,35 1,49 0,51 0,19 17,54 62,2 6,0 2,1 0,8 28,9 1/3/ 2-12 A1 4,57 0,57 0,97 0,11 6,22 35,9 4,6 7,6 0,9 51,2 30-45 A?S 0,72 0,09 0,04 0,12 0,97 15,9 2,1 0,9 2,6 77,3 60-75 В1/В1/ 2,45 0,29 0,06 0,12 2,92 45,1 5,3 1,1 2,2 46,2 82-90 /Вг/с 12,97 0,35 0,06 0,14 13,52 36,2 2,3 0,4 0,9 10,2 105-120 0-3 D1 19,50 0,29 0,05 0,18 20,02 91,1 1,3 0,2 0,3 6,5 A0 7 13,75 3,1S 1,42 0,41 18,7b - - - - - 0 К 4,25 0,92 0,48 0,24 5,39 19,0 4,11 2,1 1.1 73,7 3-15 A1 1,45 0,25 0,11 0,14 1,96 13,5 2,31 1,0 1,3 31,9 2/4/ 20-50 A3 1,45 0,21 0,07 0,12 1,85 21,3 3,09 1,0 1,e 72,ü 33-43 A3 2,50 0,53 0,07 0,14 3,29 3^,7 9,22 1,1 -, 2 47,7 50-60 31 3,57 1,42 0,21 0,21 10,21 60, й 1C,y: 1,3 1.5 2;., У 80-90 By 10,72 1,71 0,20 0,22 12,05 Г с»-. O, 1,2 1,3 ćl,4 120-150 С 10,15 1,5b 0,21 0,25 11,95 c?,c 8,9*-- 1,4 1 21,1 5-20 A1 1,02 0,27 0,17 0,15 1,61 15»y -»2 2,С 2, > 74,9 25-55 > 2,2? и, ЗУ 0,07 0,12 2,85 45,9 7,9 1,4 2, + 42,4 3/5/ 40-50 Aïs 4,ô7 0,76 0,12 0,12 5,37 60,0 9,4 1,5 1,5 27,7 55-55 3g 7,85 1,02 0,17 0,15 9,19 53,6 3,9 1.5 1,3 1^,7 95-115 32 8,12 0,91 0,17.0,26 9,46 6416 7,2 1,3 2,1 ^»/ 150-140 С 9,97 1,02 0,17 0,20 11,36 69,8 7,1 1,2 1,4 20,4 0-2 Ao F/H 5,30 0,76 0,37 0,16 5,09 22,0 4,4 2,1 0,9 70,5 2-10 Л1 0,62 0,17 0,17 0,17 1,33 9,3 1,9 1,9 1,9 84,9 4/6/ 10-22 A3 o,65 0,14 0,14 0,11 1,04 8,8 1,9 1,9 1,5 35,9 22-55 A3 1,45 0,19 0,16 0,11 1,91 25,3 3,3 2,8 1,9 65,7 40-55 3D 9,30 1,49 0,67 0,19 12,15 66,7 10,1 4,5 1,3 17.> 120-150 CD 11,57 1,42 0,50 0,17 13,46 74,7 9,3 3,3 1,1 11,6 W poziomach A 3 i ga s jest ona niższa niż w poziomach wierzchnich i głębszych. Pojemność sorpcyjna poziomów głębszych jest najwyższa (Eh = 11,4 do 21,4 m.e./100 g gleby). Stopień wysycenia (V) kationam i zasadowymi w poziomach A x jest m niejszy niż w poziom ach iluw ialnych i skały m acierzystej, jednakże
198 J. Sytek najm niejszy jest on w poziomach A 3 (profile 1 i 4). Mały stopień w y sycenia kationam i zasadowymi poziomów A 3 wynika z dużego udziału w ich kom pleksie sorpcyjnym zarów no wodoru, jak i glinu w ym iennego. SKŁAD CHEMICZNY FRAKCJI IŁU KOLOIDALNEGO Frakcja iłu koloidalnego w badanych glebach stanow i niew ielki procent (tab. 2 ). W tej frakcji ( 0 < 0,002 mm), jak w ynika ze straty na żarzeniu, przew ażają cząstki m ineralne, próchnica, woda i C 0 2 stanowi tylko od 11,41 do 31,03% (w dw óch przypadkach jedynie 52,4 i 59,8%). T a b e l a 5 Skład chemiczny cząstek frakcji ila stej /o średnicy 0,002 шп/ Chemical composition of clay fraction /particles of 0,002 mm in diameter/ Nr profilu Profile No Głębokość Depth cm Poziom Horizon Straty przy żarzeniu Ignition losses Si02 a i2o3 Ре2 з CaO MgO B^O p2 5 % 2-12 Ai 59,85 23,73 4,10 6,70 3,30 0,46 3,38 0,87 1/3/ 30-45 V 26,73 37,75 13,90 12,40 2,04 0,16 3,78 0,85 60-75 B1/31/ 18,93 40,85-20,48 12,36 1,95 0,26 4,46 0,72 3-15 A1 28,67 47,03 10,81 6,10 1,42 0,13 4,22 0,19 2/4/ 20-30 A3 17,30 51,39 16,25 6,38 ' 1,44 0,16 4,68 0,23 33-43 A36 12,57 49,39 24,13 *6,98 1,52 0,04 6.13 0,12 50-60 B1 11,41 54,89 19,03 4,65 2,67 0,15 7,70 0,42 5-20 A1 22,03 49,18 14,50 3,65 1,68 0,10 6,63 0,50 3/5/ 25-35 A? 13,14 53,53 18,52 4,27 1,75 0,13 6,85 0,29 55-65 Be 13,40 49,52 24,79 6,05 1,72 0,13 6,57 0,19 4/6/ 2-10 A1 31,03 43,12 16,22 6,99 1,70 0,10 4,51 0,05 10-22 a î 30,45 40,36 13,59 8,88 1,90 0,22 5,65 0,08 22-35 6*3 14,60 48,67 20,70 9,36 1,78 0,13 6,35 0,"' 40-65 BD 52,41 35,47 4,99 4,02 1,80 0,13 4,18 0.>. j Skład chemiczny (tab. 5) w ykazuje przew agę krzem ionki, a ilość pozostałych kationów m aleje w następującej kolejności: Al > Fe > К > Ca > Mg > P Układ ten zależny jest od składu mechanicznego, mineralnego, ilości i rodzaju próchnicy. W yliczone w oparciu o skład chemiczny stosunki m olam e oraz licz
Substancje próchniczne gleb płow ych 199 by profilowe (tj. wartość stosunku m olarnego S i0 2 : R2O3 w poziomie A 1 do S i0 2 : R2O 3 w (poziomie B) są w ykładnikiem procesów przemieszczania. W artości te pozw alają odczytać przebieg niektórych procesów glebowych i przyjęte są za jeden ze wskaźników typologicznych. Dane te umożliwiają rozgraniczenie gleb brunatnych, płowych i bielicowych [4, 12, 13, 17, 22, 24]. W glebie bru n atn ej w yługow anej (profil 1) poziom A t jest częściowo zubożony w glin (A120 3), jak rów nież w żelazo (Fe20 3). Związki m i neralne poziomu A 1 uległy prawdopodobnie częściowemu rozkładowi pod wpływem w ym ywanych z w arstw y ściółki substancji organicznych i próchnicznych. Produkty rozkładu, głównie glin oraz żelazo, zostały przemieszczone do poziomu A 3 i Bi(Bi). Rolę nośnika w przemieszczaniu glinu i żelaza spełniają filtrujące w głąb kwasy fulwowe i tzw. związki organiczne frakcji la. Z poziomu A zg uległy przemieszczeniu w głąb półtoratlenki glinu. Nagromadzają się one szczególnie w poziomie B 1(B1). Zaw artość żelaza (Fe20 3) w poziom ach A 3g i Bi(Bi) jest podobna. J e d nakże stosunek m olam y S i0 2 : Fe 20 3 wskazuje na m inim alne przemieszczenie żelaza z poziom u przem ycia do poziomu B^Bj). Znacznie szersze stosunki m olam e w poziomie A ± (tab. 6 ) niż w poziom ach A zg i B1(B1) oraz w artości ilorazu stosunków molar-nych dla poziomów A t i B^Bj), jak rów nież inne cechy chem iczne w skazują, że p ro ces ługow ania w tej glebie jest daleko posunięty. A nalizow ana gleba (profil 1 ) stanowi stadium przejściowe od gleb brunatnych wyługowanych do gleb płowych. D om inującym procesem w glebach płow ych jest m echaniczne przemieszczanie -cząstek ilastych w głąb profilu. Badane gleby płowe m ają bardzo wyraźnie wykształcone poziomy przemycia A3. W oparciu o skład m echaniczny (tab. 2 ) zaobserwow ać m ożna rezu ltaty przem yw ania (lessivage) tych gleb. Poziomy A t i A 3 m ają lżejszy skład, szczególnie zubożone są w cząstki koloidalne. W ym yw ane k u dołowi cząstki ilaste gromadzą się szczególnie w poziomie B. Zam ulanie drobnych por i szczelin substancją ilastą utrudnia przesiąkanie wody opadowej w głąb. Prowadzi to w rezultacie do powstawania oglejeń odgórnych, głównie w dolnej części poziomu A3, graniczącej z poziom em B. W konsekw encji tego pro cesu zredukow ana część żelaza (Fe3+) do Fe2+ wywołuje przejaśnienie tej części poziomu wymycia A 3g. W ytrącają się tam również drobne konkrecje żelaziste. Proces oglejenia odgórnego znajduje odzw ierciedlenie w rozmieszczeniu żelaza we frakcji o 0 < 0,002 mm. Poziomy A 3g są na ogół najzasobniejsze w żelazo (tab. 5). O glejenie odgórne jest jedną z charakterystycznych cech gleb płowych i konsekw encją procesu lessivage. Stopień zaaw ansow ania procesu
Współczynniki Geerluga dla frakoji ilastej /ozqetsk- 0,002 mm/ Geerlng»e oocffioiente for olay Traction /partiolee of 0,002 mm in diameter/ Mr Stosunki molnme - ï.'olar conditions S102 s i o 2 SiO? Ре2 3 prof1 lu Gł^bokość Poziom Рег03 ai?o3 A12 3 Profile Depth Horizon Ko cm s i o2 S10p Si0? Pe2 3 л1 ï в,/ъ,/ 1 hyr î B^/B^/' lub Л1t B1 i A,g! В, r2 3 Ре?>.'з /Л?03 3 ' Л12О3 2-12 4,97 9,4 i 9, a? 1,95 1,99 1,07 2,90 2,69 A1 1/3/ 30-4 5 3,01 8,08 4,60 0,57 1,21 0,92 1,36 1,46 V 60-75 v v 2,49 8,77 3,38 0,39 3-15 A 1 5,52 20,49 7,38 0,36 1,30 0,58 1,51 2,25 2/4/ 20-30 '3 4»35 21,40 5,36 0,25 0,69 0,53 0,71 1,12 33-4 3?, 96 18,79 3,48 0,18 V 50-60 4,25 35,00 4,89 0,16 B, 200 J- Sytek 5-20 A1 4,99 34,13 5,75 0,17 1,68 1,57 1,70 1,06 3/5/?5-35 A3 4,32 33,30 4,90 0,15 1,45 1,53 1,44 0,93 55-65 Bg 2,96 21,74 3,39 0,16 2-10 A 1 3,59 16,40 4,51 0,27 4/6/ 10-22 3,63 12,07 5,04 0,42 A3 22-35 *A3 3,14 13,82 3,99 0,29 gleba niecałkowita 40-65 ВЛ 8,14 23,4/4 12,06 uncomplette soll 0,5 1
Substancje próchniczne gleb płow ych 201 oglejenia w badanych glebach płowych jest najw iększy w profilu 4 (6 ), a najm niejszy w profilu 2 (4). Stosunki m olam e S i0 2 : R 20 3 są w poziomach A x i A 3 szersze niż w poziomie B. Iloraz tych stosunków dla poziomów Aj i В wynosi od 1,3 do 1,7. Zaw artość żelaza i glinu w poszczególnych poziomach genetycznych, jak również wartości stosunków m olarnych S i0 2 : R 20 3 i Fe 20 3 : : A120 3 w skazują na ługowanie związków żelaza, a szczególnie glinu w tych glebach. W glebach płowych przebiega niezbyt jeszcze intensywnie proces w ietrzenia m inerałów pierw otnych i destrukcji m inerałów ilastych. Mineralizacji ulegają resztki roślinne. W ymywane są w głąb profilu kwasy próchniczne i ich sole, jak również związki powstające w wym ienionych procesach i w innych. Różniący się w poszczególnych poziomach genetycznych skład chemiczny frakcji i < 0, 0 0 2 mm, wartość stosunków molarnych oraz iloraz tych stosunków dla poziomów Aj do В i A 3 do В są więc odzw ierciedleniem nie tylko m echanicznego przem ieszczania koloidalnych cząstek ilastych. SKŁAD M INERALNY FRAKCJI IŁU KOLOIDALNEGO Skład m ineralny określono metodami DTA-DTG i rentgenografii. Frakcja iłu koloidalnego zawiera dużą ilość substancji organicznych. W przypadku analizy DTA-DTG, prowadzonej w atm osferze pow ietrza, substancje te utleniając się są przyczyną rozległego efektu egzoterm icznego w zakresie tem p eratu r od 200 do 575 C, a naw et i szerszym. Zaciem niają one charakterystyczne efekty termiczne pochodzące od m inerałów. N astępuje naw et przesunięcie ich reakcji termicznych. Z tych względów analizę frakcji < 0, 0 0 2 mm metodą term oróżnicow ą-term ograwim etryczną przeprowadzono w atm osferze azotu. W takich w arunkach,,rozkładu otrzym ane deryw atogram y odznaczają się zredukow anym i efektam i egzoterm icznym i na krzyw ej DTA, pochodzącym i od substancji próchnicznych. Efekty pochodzące od tych substancji, obok innych, znajdują w pełni odzw ierciedlenie na krzyw ej TG i DTG. Profil 1 (3), Kozienice. Na krzywej DTA próbki z poziomu A ± (rys. 1 ) zaznaczona jest jedynie reakcja endotermiczna w zakresie od 1 0 0 do 250 C oraz rozległy efekt egzotermiczny. Strata na wadze wynosiła ok. 50%. Próbka ta (rys. 2 ) wykazała refleksy 10 Â, 7 Â i inne, wskazujące na obecność illitu oraz na prawdopodobieństwo domieszki m ontm orylonitu. S traty na wadze próbek z poziomu A 3g w ynosiły ok. 25%, a z poziomu В 1(Б1) ok. 18%. Na deryw atogram ach (rys. 3 i 4) tych próbek w y stępują efekty endoterm iczne : pierw szy w tem peraturze ok. 160 C, drugi
Rys. 1. D erywatogram frakcji o 0 < 0,002 mm z poziom u A x (2-12 cm), profil 1 (3), m asa próbki 0,4966 g, czułość TG 200 mg, szybkość ogrzew a nia 10 /min, atm osfera azot Derivatogram of the fraction of 0 < 0.002 m m from the A 1 horizon (2-12 cm), profile 1 (3), sam ple bulk 0.4966 g, sensitiveness TG 200 mg, w arm ing up rate 10 /min, atm osphere nitrogen Rys. 2. R entgenogram frakcji о 0 < 0,002 mm z poziomu A x (2-12 cm), profil 1 (3) R oentgenogram of the fraction of 0 < 0.002 mm from the A l horizon (2-12 cm), profile 1 (3) Г DTG OTA 0 200400 600 800 1000 C Rys. 3. D erywatogram frakcji о 0 < 0,002 mm z poziom u A 3g. (30-45 cm), profil 1 (3), m asa próbki 0,9300 g, czułość TG 500 mg, szybkość ogrzew ania 10 /min, atm osfera azot Derivatogram of the fraction of 0 < 0.002 mm from the A 3g horizon (30-45 cm), profile 1 (3), sam ple bulk 0.9300 g, sensitiveness TG 500 mg, w arm ing up rate 10 /min, atm osphere nitrogen Rys. 4. Derywatogram frakcji о 0 < 0,002 mm z poziomu B ^ B J (60-75 cm), profil 1 (3), m asa próbki 1,0576 g, czułość TG 500 mg, szybkość ogrzew ania 10 /min, atm osfera azot D erivatogram of the fraction of 0 < 0.002 mm from the horizon (60-75 cm), profile 1 (3), sam ple bulk 1.0576 g, sensitiveness TG 500 mg, w arm ing up rate 10 /min, atm osphere nitrogen
Rys. 5. Derywatogram frakcji o 0 < 0,002 mm z poziom u A 1 (3-15 cm), profil 2 (4), m asa próbki 1,0140 g, czułość TG 200 mg, szybkość ogrzew a nia 10 /min, atm osfera azot Derivatogram of the fraction of 0 < 0.002 mm from the A 1 horizon (3-15 cm), profile 2 (4), sam ple bulk 1.0140 g, sensitiveness TG 200 mg, w arm ing up rate 10 /min, atm osphere nitrogen Rys. 6. R entgenogram frakcji о 0 < 0,0 0 2 m z poziom u A x (3-15 cm), profil 2 (4) R oentgenogram of the fraction of 0 < 0.002 mm from the A x horizon (3-15 cm), profile 2 (4) on; DTG OTA OTA \ 4 76 w TG 1 200 00 600 800 1000 L 0 200 WO 600 800 1000% Rys. 7. D erywatogram frakcji о 0 < 0,002 mm z poziom u A 3 (20-30 cm), profil 2 (4), masa próbki 0,9326 g, czułość TG 500 mg, szybkość ogrzew ania 10 /min, atm osfera azot Derivatogram of the fraction of 0 < 0.002 mm from the A 3 horizon (20-30 cm), profile 2 (4), sam ple bulk 0.9326 g, sensitiveness TG 500 mg, w arm ing up rate 10 /min, atm osphere nitrogen Rys. 8. Derywatogram frakcji о 0 < 0,002 mm, z poziom u A 2g (33-43 cm), profil 2 (4), m asa próbki 1,0114 g, czułość TG 200 mg, szybkość ogrzew ania 10 / m in, atm osfera azot D erivatogram of the fraction of 0 < 0.002 mm from the A zg horizon (33-43 cm), profile 2 (4), sam ple bulk 1.0114 g, sensitiveness TG 200 mg, w arm ing up rate 10 /min, atm osphere nitrogen
204 J. Sytek Rys. 9. D erywatogram frakcji o 0 < 0,002 mm z poziomu (50-60 cm), profil 2 (4), masa próbki 0,9048 g, czułość TG 500 mg, szybkość ogrzew a nia 10 /min, atm osfera azot Derivatogram of the fraction of 0 < 0.002 mm from the horizon (50-60 cm), profile 2 (4), sam ple bulk 0.9048 g, sensitiveness TG 500 mg, w arm ing up rate 10 /min, atm osphere nitrogen Rys. 10. Rentgenogram frakcji о 0 < 0,002 mm z poziomu А-г (20-30 cm), profil 2 (4) Roentgenogram of the fraction of 0 < 0.002 mm from the A :i horizon (20-30 cm), profile 2 (4) Rys. 11. Rentgenogram frakcji о 0 < 0,002 mm z poziomu A 3g (33-43 cm). p r o! 1 2 (4) Roentgenogram of the fraction of 0 < 0.002 rr.m from the A-äg horizon (33-43 cm), profile 2 (4) Rys. 12. Rentgenogram frakcji о 0 <C 0,002 mm z poziomu B l (50-60 cm), prol'il 2 (4) R oentgenogram of the fraction of 0 < 0.002 mm from the profile 2 (4) horizon (50-60 cm),
Rys. 13. Derywatogram frakcji o 0 < 0,002 mm z poziom u A 1 (5-20 cm), profil 3 (5), masa próbki 0,8706 g, czułość TG 200 mg, szybkość ogrzew a nia 10 /min, atm osfera azot D erivatogram of the fraction of 0 < 0.002 mm from the A x horizon (5-20 cm), profile 3 (5), sam ple bulk 0,8706 g, sensitiveness TG 200 mg, w arm ing up rate 10 /min, atm osphere nitrogen \[/- DTG DTA ч N TG 0 200 400 600 800 1000 C Rys. 14. Derywatogram frakcji о 0 < 0,002 mm z poziom u A 3 (25-35 cm), profil 3 (5), m asa próbki 0,8716 g, czułość TG 200 mg, szybkość ogrzewania 10 /min. atm osfera azot Derivatogram of the fraction of 0 < 0.002 mm from the A 3 horizon (25-35 cm), profile 3 (5), sam ple bulk 0.8716 g sensitiveness TG 200 mg, w arm ing up rate 10 /min, atm osphere nitrogen Rys. 15. Derywatogram frakcji о ф < 0,002 mm z poziom u Bg (55-65 cm), profil 3 (5), m asa próbki 0,9858 g, czułość TG 200 mg, szybkość ogrzewania lo /m in, atm osfera azot D erivatogram of the fraction of 0 < 0.002 mm from the Bg horizon (55-65 cm), profile 3 (5), sam ple bulk 0.9858 g, sensitiveness TG 200 mg, w arm ing up rate 10 /min, atm osphere nitrogen Rys. 16. Rentgenogram frakcji о 0 <C 0,002 mm z poziomu A l (5-20 cm), profil 3 (5) R oentgenogram of the fraction of 0 < 0.002 mm from the A 1 horizon (5-20 cm), profile 3 (5)
206 J. Sytek ок. 560 С. Bardzo słabo zaznaczony jest efekt egzoterm iczny pow y żej 900 C. Reasumując można stwierdzić, że we wszystkich poziomach tej gleby w ystępuje illit; praw dopodobnie rów nież m ontm orylonit. Nie w ykluczone jest w ystępow anie illitu i m ontm orylonitu w postaci stru k tu r m ieszanych, głównie w poziomie B ^B J. M inerały o strukturach m ieszanych illitowo-montm orylonitowych w edług P a r f enowa i Jariłowa [23] odznaczają się na rentgenogramie pierw szą szeroką linią 12-13 Kx. Refleks ten na rentgenogram ie pochodzi praw dopodobnie od nieuporządkow anych układów w arstw stru k turalnych z odległościami 10 i 14 Â. Na kliszach rentgenograficzny-ch badanych próbek miejsce, w którym mogą występować linie 12-13 Kx, jest zaczernione. Obraz taki w tym m iejscu kliszy jest często spotykany. Zaczernienie to pochodzi głównie od związków bitum icznych. W rezultacie u tru d n ia to identyfikację m inerałów o stru k tu rach m ieszanych. M inerały takie typu illitowo-montmorylonitowego zostały zidentyfikowane w glebach brun atn y ch i lessives przez w ielu autorów [11, 13, 17]. K u n d i e r [17] uważa, że we frakcji iłu koloidalnego gleb Parabraunerde znajdują się głównie m inerały pośrednie między illitem a m ontm orylonitem, praw dopodobnie o stru k tu rze m ieszanej. Profil 2 (4), Łady. W próbce z poziomu A 1 nie stwierdzono m inerałów ilastych. E w entualne reakcje od stru k tu r ilastych w tej próbce przesłania efekt egzotermiczny. Próbkę tę (rys. 5 i 6 ) cechuje duża zawartość kwarcu i substancji organicznych. Strata wagowa wynosi ok. 25%. Na deryw atogram ach (rys. 7, 8, 9) próbek z poziomów A3, A 3g i B* w ystępują efekty endoterm iczne: pierw szy ok. tem p eratu ry 140 C, drugi w tem peraturze ok. 560 C. Bardzo słabo zaznaczony jest efekt egzoterm iczny w tem peraturze powyżej 900 C. Obecność tych efektów świadczy o w ystępow aniu illitu w tych poziomach. R entgenogram y (rys. 6, 10, 11, 12) potw ierdzają wyniki analizy termoróżnicowej, wykazując analogiczny skład m ineralny dla w szystkich próbek tej gleby, z identyczną dom ieszką w y kazującą refleksy: 6,1, 4,85, 3,49, 3,21, 3,00, 2,88, 2,45, 2,27 i 1,45 Â. Profil 3 (5), Łady. Derywatogram y (rys. 13, 14, 15) próbek z poziomów А ъ A 3 i Bg odznaczają się głównie dwoma efektam i endotermicznymi: pierwszym w zakresie od 100 do 200 C i drugim w zakresie 500-600 C. Efekty te sugerują występowanie w tej glebie m inerałów illitowych. Rentgenogram y (rys. 16, 17, 18) tych próbek w ykazują refleksy bardzo szerokie i rozmyte, ale o tych samych wartościach. W ystępują tylko pew ne różnice w intensyw ności. R entgenogram (rys. 18) m a najm ocniejsze refleksy 4,47, 2,57 i 1,51 Â. W próbkach z poziomu A 1 i Bg (rys. 16, 18) w ystępuje, poza nimi, słaby refleks 3,02 Â, pochodzący praw do-
Substancje próchniczne gleb płow ych 207 Rys. 17. R entgenogram frakcji o 0 < 0,002 mm z poziom u (25-35 cm), profil 3 (5) Roentgenogram of the fraction of 0 < 0.002 mm from the A 3 horizon (25-35 cm), profile 3 (5) Rys. 18. R entgenogram frakcji о 0 < 0,002 mm z poziom u Bg (55-60 cm), profil 3 (5) Roentgenogram of the fraction of 0 < 0.002 mm from the Bg horizon (55-65 cm), profile 3 (5) Rys. 19. Derywatogram frakcji о 0 < 0,002 m m z poziom u A i (2-10 cm), profil 4 (6), m asa próbki 0,3252 g, czułość TG 200 mg, szybkość ogrzew ania 10 /min, atm osfera azot Derivatogram of the fraction of 0 < 0.002 mm from the A x horizon (2-10 cm), profile 4 (6), sam ple bulk 0,3252 g, sensitiveness TG 200 mg, w arm ing up rate 10 /min, atm osphere nitrogen Rys. 20. Derywatogram frakcji о 0 < 0,002 mm z poziom u A z (10-22 cm), profil 4 (6), masa próbki 0,7600 g, czułość TG 200 mg, szybkość ogrzew ania 10 /min, atm osfera azot D erivatogram of the fraction of 0 < 0.002 mm from the A 3 horizon (10-22 cm), profile 4 (6), sam ple bulk 0.7600 g, sensitiveness TG 200 mg, w arm ing up rate 10 /min, atm osphere nitrogen
208 J. Sytek podobnie od minimalnej domieszki kalcytu lub innej substancji. Analiza rentgenostrukturalna potwierdza, że głównymi składnikami frakcji iłu koloidalnego tej gleby są m inerały illitowe. Profil 4 (6), Kozienice. D erywatogram y (rys. 19, 20, 21) próbek z poziomów А ъ A3 i ga3 w ykazują efekty endotermiczne w zakresie tem peratur 100-200 C (zaznacza się ich dwudzielność) i od 600 do 700 C. W granicach 200-600 C zaznacza się rozległy efekt egzoterm iczny pochodzący od substancji organicznych. Ta silna reakcja przyczyniła się praw do- Rvs. 21. Derywatogram frakcji o 0 < 0,002 mm z poziomu g A z (22-35 cm), profil 4 (6), masa próbki 0,8726 g, czułość TG 200 mg, szybkość ogrzewania 10 /min, atm osfera azot Derivatogram of the fraction of 0 <0.002 mm from the g A 3 horizon (22-35 cm), profile 4 (6), sam ple bulk 0.8726 g, sensitiveness TG 200 mg, w arm ing up rate 10 /min, atm osphere nitrogen Rys. 22. D erywatogram frakcji о 0 < 0,002 mm z poziomu BD (40-65 cm), profil 4 (6), masa próbki 1,1840 g, czułość TG 500 mg, szybkość ogrzew ania 10 /min, atm osfera azot Derivatogram of the fraction of 0 < 0.002 m m from the BD horizon (40-65 cm), profile 4 (6), sam ple bulk 1.1840 g, sensitiveness TG 500 mg, w arm ing up rate 10 /min. atm osphere nitrogen podobnie do przesunięcia efektu endoterm icznego. Ponadto w tem p eratu rze powyżej 900 C zaznacza się słaby efekt egzotermiczny. Straty na wadze wynoszą dla próbek z poziomu A x ok. 36%, a z poziomu A3 ok. 25%. Uzyskane efekty reakcji dla tych próbek sugerują obecność illitu i ewentualnie kaolinitu w próbkach z poziomu A3. Próbka z poziomu BD (rys. 22) odznacza się efektam i endotermicznym i w zakresie 100-200 C i w tem peraturze 560 C oraz efektem endoterm icznym ok. 930 C. S tra ta na wadze tej próbki wynosi 15%. Zaznaczone efekty reakcji wskazują n a obecność illitu w poziomie BD.
Substancje próchniczne gleb płow ych 209 Rentgenogram y (rys. 23-26) próbek z poziomów А ъ A3, ga3 i BD w y kazują duże podobieństwo ich składu mineralnego. Skład ten charakteryizują refleksy podstawowe 10 i 7 Â, co pozwala wnioskować obecność illitu i chlorytu bądź też kaolinitu. W próbce z poziomu ga3 refleksy wyższych rzędów (rys. 25) wskazują na obecność chlorytu jako m ateriału przeważającego. Próba ta, jak i z poziom u A3, zaw iera domieszkę k rysta- Rys. 23. Rentgenogram frakcji o 0 < 0,002 mm z poziomu A x (2-10 cm), profil 4 (6) Roentgenogram of the fraction of 0 < 0.002 rr.m from the A 1 horizon (2-10 cm), profile 4 (6) Rys. 24. Rentgenogram frakcji о 0 < 0,002 mm z poziomu А г (10-22 cm), pro! i1. 4 (6) R oentgenogram of the fraction of 0 < 0.002 mm from the A x horizon (10-22 cm), profile 4 (6) Rys. 25. Rentgenogram frakcji о 0 < 0,002 mm z poziom u g A 3 (22-35 cm), profil 4 (6) Roentgenogram of the fraction of 0 < 0.002 mm from the g A 3 horizon (22-35 cm), profile 4 (6) Rys. 26. Rentgenogram frakcji о 0 < 0,002 mm z poziom u BD (40-65 cm), profil 4 (6) Roentgenogram of the fraction of 0 < 0.002 mm from the BD horizon (40-65 cm), profile 4 (6)
210 J. Sytek liczną o głównych refleksach ок.: 6,00, 4,22, 3,18, 2,44 i 2,25 Â. Oprócz podstaw ow ych refleksów w próbce z poziomu BD w ystępują bardzo intensyw ne refleksy (10, 4,47, 2,57, 1,67 i 1,50 Â) typowe dla wysuszonego m ontm orylonitu dioktaedrycznego. W ym ienione refleksy są mocne i rozm yte, co w yróżnia rentgenogram tej próbki od pozostałych w tej grupie. Reasumując otrzym ane dane za pomocą metod DTA-DTG i rentgenostrukturalnej oraz uwzględniając skład chemiczny można stwierdzić, że głównymi m inerałam i frakcji < 0, 0 0 2 mm badanych gleb są: illit, illit z chlorytem lub illit z montm orylonitem. M inerałem towarzyszącym jest pelitycznie rozdrobniony kwarc, którego charakterystyczne refleksy w y kazała większość badanych próbek. Duże podobieństwo składu mineralnego w poszczególnych poziomach genetycznych badanych gleb pozwala przypuszczać, że m echaniczne przenoszenie koloidalnych cząstek minerałów ilastych w glebach płowych jest niew ątpliw ie dom inujące. Dane te, jak również dane uzyskane w oparciu o skład chemiczny (stosunki m olarne i iloraz tych stosunków), nie pozw alają jednakże tw ierdzić, że nie ma tu miejsca proces rozkładu m inerałów ilastych. Hipotezy mechanizmu powstawania gleb typu lessives [2, 4, 9, 10, 13, 17, 24] negują na ogół możliwość rozkładu m inim alnej ilości m inerałów ilastych lub pom ijają wpływ tego procesu na kształtow anie się cech morfologicznych, chem icznych i fizykochem icznych tych gleb. Należy zaznaczyć, że m inerały ilaste są na ogół odporne na procesy wietrzenia i działanie innych czynników (11, 18, 27), lecz w określonych w arunkach ulegają ewolucji. Przejście ich z jednej form y do drugiej wiąże się na ogół z częściową zm ianą postaci krystalicznej, a często rów nież z częściowym ich rozkładem. W w yniku w łasnych badań, przeprow adzonych w terenie i laboratorium, można stwierdzić, że procesy wietrzenia, wprawdzie niezbyt jeszcze intensyw nego, i oddziaływ ania kwasów próchnicznych prow adzą w glebach płow ych do rozkładu m inim alnej części m inerałów ilastych. Uwolnione w trakcie rozkładu pierw iastki, jak i procesy przeobrażeń m inerałów ilastych przyczyniają się do tworzenia związków kompleksowych próchnicy z kationam i m etali i m inerałam i ilastymi. Należy tu mocno podkreślić, że ten m inim alny rozkład m inerałów ilastych w glebach płowych stanowi elem ent składowy cyklu kształtow ania się tych gleb i ich fizykochem icznych właściwości. ROZMIESZCZENIE I SKŁAD SUBSTANCJI PRÓCHNICZNYCH W całym profilu badanych gleb ogólna zawartość węgla jest nieduża, a w głębszych poziomach można określić ją jako małą (tab. 7). Stosunek węgla do azotu waha się w granicach od 6,4 : 1 do 16,0 : 1. W głębszych
Substancje próchniczne gleb płow ych 211 Charakterystyka substancji organicznych Characteristics of organie matter T a b e l a 7 Nr profilu Profile No Głębokość Depth СШ Poziom Horizon С N CsN Substancje rozpuszczalne w E2O Soluble substances in HgO Substancje rozpuszczalne w 0,1 n NaOH Soluble substances in 0.1 n NaOH V s C-KF Ogółem fulvic acids % w % C-ogółem - in % С-total C-KH brunie acide C-KH C-K? L 21,84 1,16 18,8 n. 0. 0-2 Ao F/rL, 17,45 1,02 17,1 0,21 17,53 6,37 11,17 8,60 1,76 Ï/Hg 9,76 0,61 16,0 0,15 22,74 7,38 15,37 6,10 2,08 2-12 Ai 2,09 0,29 7,2 0,72 32,63 13,11 19,52 6,73 1,49 1/3/ 30-45 0,37 0,06 6,2 1,62 55,13 29,18 25,94 5,08 0,89 60-75 в1/з1/ 0,12 0,04 5,0 9,16 - - - - - 82-90 /Bp/O 0,10 0,03 3,3 10,00 - - - - - 105-120 0,04 0,02 2,0 2,50 - - - - L 27,85 1,39 20,0 2,2 7 0-3 Ao P 21,44 1,00. 21,4 1,20 23,37 7,97 15,39 8,31 1,93 H 8,46 0,65 13,0 1,06 29,08 7,80 21,27 8,07 2,73 3-15 A1 1,18 0,13 9,08 0,85 57,97 33,56 24,41 6,15 0,73 2/4/ 20-30 A3 0,37 0,05 7,40 2,70 58,92 32,43 26,49 5,00 0,82 33-43 0,18 0,03 6,00 7,22 46,66 A36 - - - - 0,14 A 0,03 4,67 12,14 47,14 - - - - 80-90 0,10 0,02 5,00 h 7,00 - - - _ - 120-130 с 0,11 0,02 5,50 9,09 - - - - - 5-20 A1 0,67 0,00 8,4 3,13 62,69 33,73 28,95 5,20 0,66 25-35 A3 0,13 0,10 1,3 6,92 64,61 35,38 29,23 4,91 0,83 3/5/ 40-50 0,11 0,02 5,0 A36 9,09 65,45 - - - - 55-65 Bg 0,13 0,02 6,5 14,61 44,61 - - - - 95-115 *2 0,09 0,03 3,0 12,22 - - - - - 130-140 С 0,09 0,02 4,5 7,78 - - - - 10,40 0,88 11,8 n.o. - 0-2 1 L 0 P/H 5,21 0,48 10,8 1.2ï 27,64 11,80 '15,83 6,62 1,34 2-10 A1 1,08 0,10 10,8 1,65 48y8? 26,67 22,22 5,76 0,83 4/6/ 10-22 0,78 0,08 A3 9,7 2,>1 4?<69' 26,15 21,54 6,02 0,82 52-35 6*3 0,53 0,05 10,6.3,21 47,56 24,90 22,64 5,5a 0)91:. 40-65 BD 0,23 0,03 7,7 6,95 31,30 - - 120-130 CD 0,13 0,03 4,5 8,46 - - - - - poziomach zaznacza się tendencja do zawężania stosunku С : N. Jest to rezultat rozkładu masy organicznej. W artość stosunku węgla do azotu jest uzależniona od czynników hum ifikacji i charakteryzuje stan tworzenia się próchnicy i jej połączeń. Substancje organiczne rozpuszczalne w wodzie w badanych glebach
212 J. Sytek stanow ią od 0,72 do 14,65% w ęgla ogółem. Zaw artość ich w profilu stopniowo w zrasta od poziomu A x do poziomu B, osiągając tam maksimum akumulacji. Rozmieszczenie to wynika z łatwości rozpuszczania się tych substancji i wynoszenia ich głównie z w arstw y ściółki i poziomu A 1 przez wodę opadową w głąb profilu. Frakcja połączeń próchnicznych rozpuszczalnych w 0,ln NaOH, w y rażona w procencie węgla ogółem, w aha się w profilu badanych gleb od 31,3 do 65,4%. Najwięcej tej frakcji wykazują poziomy przemycia (46,6-65,4%). Stosunek kwasów hum inowych do fulwowych (C-KH : C-KF) tej frakcji w poziomach A 1 wykazuje duże zróżnicowanie między glebami płowymi a glebą b ru n atn ą wyługow aną. W poziomie A 1 gleby brunatnej w yługow anej przekracza on w artość 1, a w glebach płowych kształtuje się poniżej tej wartości. Natomiast w poziomach przemycia wartość stosunku C-KH : C-KF jest podobna we w szystkich analizow anych glebach i w y nosi od 0,82 do 0,91. Zaw artość węgla bitum in w badanych glebach w ykazuje dużą rozpiętość od 2,07 do 15,78%. W rozmieszczeniu bitum in w profilu gleb płowych charakterystyczna jest ich duża zaw artość w poziomach przem ycia z oznakami oglejenia, na ogół wyższa niż w poziomach wyżej i niżej leżących. Należy przypuszczać, że procesy odgórnego oglejenia w yw ierają wpływ na kum ulację i rozmieszczenie związków bitum icznych. W badanych glebach płowych w raz ze stopniem zaaw ansow ania procesu oglejenia zaznacza się tendencja przesunięcia kum ulacji bitum in z poziomu A x do poziomu В (tab. 8 ). Przy oznaczaniu składu próchnicy posługiwano się metodą analizy frakcjonowanej Kononowej i Bielczikowej [14], dokonując dodatkowo ekstrakcji 0,ln H 2S 0 4 i 0,ln NaOH. Frakcjonowanie substancji hum usow ych poprzedzono w yekstrahow aniem alkoholo-benzenem związków bitum icznych. Stopień ekstrakcji substancji próchnicznych w badanych glebach w y nosił od 40,65 do 79,09% węgla ogółem. Ekstrakcja zależy głównie od trw ałości w iązań m iędzy substancją próchniczną a cząstkam i m ineralnymi gleby i od aktyw ności odczynników w ziętych do tego celu. R ozpatrując dla badanych gleb trwałości wiązań ogólnej m asy substancji próchnicznej z cząstkami m ineralnym i można stwierdzić, że zmniejsza się ona w głąb profilu glebowego. Specyficzną cechą próchnicy badanych gleb, podobnie jak gleb bielicowych, co stwierdzono już wcześniej [2 0, 2 1, 28], jest obecność jej w składzie tzw. związków organicznych frakcji la, eluowanych 0,5n lub 0,ln roztw orem H2S 0 4. C harakterystyczne jest też rozmieszczenie su b stancji próchnicznych w glebach płowych i zaznaczająca się duża ak u m u lacja poszczególnych jej frakcji w niektórych poziomach genetycznych.
Skład substa n о Д próohnicsych badanyoh g leb Com position o f humus in th e s o ils in v e s tig a te d T a b e la 8 Kr p r o f ilu Głębokość P r o file Depth No om 1/3/ 2-12 Fozion Horizon Ao P H С ogółem t o t a l * 17,45 9,76 bitum iny bltum ins 3,26 3,32 ffyoif*g w Na4P2 7 + NaOH E x tra o tio n in ïïa4p2 7+ NaOH 22,93 26,20 Zawartość fra Jn.li w % C-oprćłem - T otal C -frae tio n oontent C-KH C-KP R eezts n ie Wyoląg w Kwasy h u - Kwasy f u l h y d ro llz u ją o e 0,1 n minowe wowe C-KH U nhydrolizing C-KH C-KP re s id u e humio fulw io a o ld s a o ld s 12,29 13,52 10,64 12,67 77,07 73,80 1,15 1,07 H2S 4 E x tra o - tio n in 0,1 n hs\ 1,05 1,57 a 4 Kwasy huminowe wolne i zw iązane z fo iv nami R2 3 Humlo a o ld s fre e and bounded w ith RjO^ 11,17 15,37 Kwasy h u - minowe związane Humlo ao id s bounded Ca2+ A1 2,09 9,37 33,01 19,42 13.59 66,98 1,43 2,63 19,52 0,0 6,80 30-45 V 0,37 s,03 42,16 17,03 25,13 57,84 0,68 11,08 25,94 0,0 4,82 60-75 W 0,12 8,00 56,67 14,17 42,50 43,33 0,33 8,33 - - 6,00 A * Ao H 21,44 8,46 6,62 7,87 25,20 33,64 13,08 17,03 12,12 16,57 3-15 N 1,18 10,81 50,00 20,34 29,66 50,00 0,68 8,39 24,41 0,0 6,41 2/4/ 20-30 A 3 0,37 3,46 49,46 18,65 30,81 50,54 0,60 10,00 26,49 0,0 4,45 33-43 A3 «0,18 5,44 50,55 14,44 36,11 49,45 0,40 15,00 - - 4,00 50-60 B1 0,14 2,07 68,57 12,86 55,71 31,43 0,23. 17,14 - - 5,00 5-20 Л1 0,67 4,58 59,25 26,86 32,39 40,75 0,83 7,61 28,95 0,0 5,58 3/5/ 25-35 Аз 0,13 6,23 76,15 29,23 46,92 23,85 0,62 25,38 29,23 0,0 4,44 40-50 V 0,11 10,12 79,09 21,82 57,27 20,91 0,38 20,00 - - 3,96 55-65 Bg 0,13 9,77 50,77 12,31 38,46 49,23 0,32 10,00 - - 5,55 74,79 66,36 1,08 1,03 1,66 2,23 15,39 21,27 1,11 0,0.0,0 0,0 V * 6 6,80 6,00 8,11 8,00 Substancje próchniczne gleb płowych A0 P/H 5,21 7,44 32,55 18,37 14,18 67,45 1,29 2,94 15,83 2,53 6,37 4/6/ 2-10 Л1 1,08 7,18 40,65 16,30 24,35 59,35 0,67 6,39 22,22 0,0 5,42 10-22 0,78 7,13 41,92 17,79 25,13 58,08 0,67 7,05 21,54' 0,0 5,00 Аз 22-35 ga3 0,53 7,62 42,64 17,36 25,28 57,36 0,69 5,85! 22,64 0,0 5,08 40-65 [ BG 0,23 15,78 43,91 8,59 35,22 56,09 0,25 16,09 - - 7,08
214 J. Sytek Związki organiczne frakcji la akum ulują się głównie w poziomach A3, A3g i B, z tym że zaznacza się tendencja do osiągnięcia m aksimum akum ulacji w poziom ach B. Należy zaznaczyć, że frakcja la w poziom ach В gleb płowych nie osiąga tak dużych procentowych wartości w stosunku do С ogółem jak w glebach bielicowych. Zaw artość kw asów fulw ow ych stopniowo w zrasta w profilu badanych gleb od poziomu Aj do poziom u B. U kład tych związków w glebach płow ych w iąże się bezpośrednio z rozpuszczalnością kwasów fu l wow ych w wodzie i przem ieszczaniem ich w głąb profilu w trakcie p ro cesu lessivage. W profilu 3 (5) w ysoki poziom stagnow ania w ody i odgórne ogle jenie, obejm ujące poziomy A3g i Bg przyczyniły się do ak u m ulacji kwasów fulwowych głównie w poziomie wymycia (A3). W ynika stąd wniosek, że o rozm ieszczeniu kw asów fulw ow ych w glebach płow ych decydują głów nie zjaw iska przem yw ania, jednakże okresow e stagnow ania wody i procesy odgórnego oglejenia w pływ ają na zm iany układu graw itacyjnego rozm ieszczenia tych związków w profilu. Inaczej przedstaw ia się rozm ieszczenie kw asów hum inow ych w b a danych glebach. Zaw artość ich stopniowo m aleje od poziom u A x do poziomu B. Różnica w zawartości względnej kwasów hum inowych między poziom ami Aj a poziom ami В jest w iększa w glebach płow ych niż w glebie bru n atn ej w yługow anej. Oprócz ogólnej zasady rozm ieszczenia k w a sów hum inow ych w badanych glebach zaznacza się tendencja do m n ie j szego udziału tych związków w poziomach В gleb płowych, w których proces odgórnego oglejenia jest bardziej zaaw ansow any (tab. 8 ). O układzie kw asów hum inow ych w profilu decydują ich właściwości fizykochemiczne oraz odczyn i skład środowiska glebowego. Szczególne znaczenie w tym względzie ma charakter połączeń kwasów huminowych z kationam i m etali i glinokrzemianami oraz właściwości tych związków do przechodzenia w stan roztworów rzeczywistych tylko w środowisku alkalicznym. W yniki uzyskane m etodą pirofosforanow ą wskazują, że kw asy h u m inow e nie tw orzą związków z Ca, lecz znajdują się w badanych glebach w formie wolnej lub związanej z R 20 3. Treść tego wniosku, a szczególnie możliwość określania ch arak teru połączeń kwasów hum i now ych z kationam i m etali w oparciu o sposób ekstrakcji nasuw a szereg wątpliwości. Zastosowana metoda frakcjonow ania próchnicy oraz inne znane sposoby nie dają również możności określenia charakteru połączeń substancji próchnicznych z m ineralną częścią gleby. Strona m e todyczna tego zagadnienia, jak również oznaczone form y w iązań substancji próchnicznych badanych gleb z ich m ineralną częścią, stanowią treść odrębnej rozpraw y [27].
Substancje próchniczne gleb płow ych 215 Oprócz ogólnych i charakterystycznych praw idłow ości w rozm ieszczeniu próchnicy w badanych glebach należy podkreślić istniejące proporcje między jej frakcjam i. M iernikiem tych proporcji jest stosunek C-KH do C-KF, któ ry w poziomie Aj gleby bru n atn ej w yługow anej w y nosi 1,43. Natomiast w poziomach akum ulacyjnych próchnicznych (Aj) gleb płow ych stosunek ten w aha się od 0,67 do 0,83. Szczególnie charakterystyczna jest niska w artość tego stosunku w poziomach В badanych gleb, gdzie wynosi od 0,23 do 0,33. Wielkość tego stosunku, św iadcząca o dużym udziale ruchomych form związków próchnicznych, głównie kwasów fulwowych, w poziom ach В gleb przem yw anych, m oże być w y korzystyw ana jako jeden z w ażniejszych w skaźników ew olucyjnych i ty pologicznych tych gleb. W badaniach fizykochem icznych cech kwasów hum inow ych zwrócono uwagę n a różnice zdolności pochłaniania św iatła widzialnego. P rz y j mując wartości ekstynkcji dla długości fal 475 m i i 674 mu wyliczono tzw. iloraz zabarw ienia Q 4/6. W oparciu o dotychczasowe rezultaty badań [1, 6, 8, 14, 16, 25] przypuszcza się, że w artość ilorazu zabarw ienia kwasów hum inowych jest wypadkową stopnia kondensacji jądra arom atycznego, ilości i rodzaju łańcuchów bocznych. Za pom ocą w skaźników Q 4/6 próbow ano ocenić rodzaj kw asów hum inow ych w y stęp u jących w poszczególnych poziom ach genetycznych badanych gleb. S tw ierdzono, że kw asy hum inow e, w yekstrahow ane z poszczególnych poziomów, różnią się wartością ilorazu zabarw ienia (tab. 8 ) i układ tych różnic w profilu jest cechą charakterystyczną. Iloraz zabarw ienia kw a sów hum inowych z poziomów przem ycia (A3) jest niższy od tego, jaki cechuje te związki w poziomach wyżej i niżej leżących. Stwierdzenie to można w yrazić wzorem: Q 4/6-KH z poziomu A 1 > Q 4/6-KH z poziomu A 3 < Q 4/6-KH z poziomu В Należy zaznaczyć, że szczególnie dużą kondensacją odznaczają się kw asy hum inow e z poziomów przem ycia z oznakam i odgórnego oglejenia. Stw ierdzony charakterystyczny układ w artości ilorazu zabarw ienia w profilu gleb płowych może być przyjęty za jeden z wskaźników typologicznych tych gleb. Bardziej skom plikowana budowa pierścieniowa kwasów hum inowych w poziomach A 3 i A?ig jest zapewne rezultatem tw orzenia się kom pleksow ych związków z kationam i m etali, szczególnie z Fe2'", w wyniku okresowego stagnowania wody opadowej w tych poziomach, pow staw ania w arunków beztlenow ych i redukcji m ikrobiologicznej.