ROCZNIKI GLEBOZNAW CZE T. XL N R 2 W ARSZAW A 1989 S. 83 105 ANNA MIECHÓWKA CHARAKTERYSTYKA GEOCHEMICZNA RĘDZIN TATRZAŃSKICH WYTWORZONYCH Z DOLOMITÓW CZĘŚĆ I. OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA GLEB I NIEKTÓRE DANE MINERALOGICZNE Katedra G leboznaw stw a A kadem ii Rolniczej w K rakowie WSTĘP W polskiej litera tu rz e gleboznawczej b rak jest obszerniejszych opracowań om aw iających rędziny w ytw orzone z dolomitów. W ynika to zapewne z tego, że zajm ują one na terenie Polski niew ielką powierzchnię i zwykle nie są użytkow ane rolniczo. W iększe p łaty rędzin dolom itow ych zn ajdują się w T atrach. W p ra cach dotyczących kartografii gleb tatrzańskich [11-13, 24, 29] zostały one omówione wspólnie z rędzinam i w ytworzonym i z wapieni, ponieważ w teren ie nie w yróżniano dolom itów w ystępujących przem iennie z w a pieniam i i w apieniam i dolom itowym i. Tylko w nielicznych pracach dotyczących rędzin tatrzańskich autorzy podają skład chemiczny skał, z których zostały one w ytw orzone [20, 33]. Na różnice pomiędzy glebami powstałym i z wapieni i dolomitów zwraca uwagę Duchaufour [2]. Podkreśla on większą zawartość frakcji grubszych (głównie piasku) w rędzinach dolom itow ych i łatw iejsze zachodzenie w nich procesu b runatnienia. Część m ineralną w rędzinach dolom itow ych stanow ią okruchy dolom itu oraz nierozpuszczalne rezyduum, składające się przede wszystkim z allogenicznych m inerałów, obcych dla środow iska tw orzenia się dolomitów. Na różnice w składzie m ineralnym części nierozpuszczalnych pochodzących z różnych wapieni i dolomitów w skazują szczegółowe badania Sâly ego i M ihâlika [32] oraz Lippm ana i Schlenkera [15]. Sâly i M ihâlik [32] zbadali również rodzaj i zawartość m inerałów ilastych w glebach w ytw orzonych z tych skał. W Polsce prow adzono badania nad m inerałam i ilastym i gleb w ytw o rzonych z w apieni [8, 30], ale nie zajm ow ano się nim i w rędzinach dolomitowych.
8 4 LOKALIZACJA PROFILÓW GLEBOWYCH I NIEKTÓRE CECHY ŚRODOW ISKA GEOGRAFICZNEGO W niniejszym opracow aniu starano się scharakteryzow ać gleby w y tworzone ze skał węglanowych środkowego triasu, w różnych w arunkach środow iska glebotwórczego. Przy wyznaczaniu miejsc odkrywek glebowych korzystano z m apy geologicznej T atr w skali 1 : 10 000 [6]. Większość odkryw ek (1-7) w ykonano w rejonie Doliny Chochołowskiej, dwie (8 i 9) w Dolinie M iętusiej i jedną (10) na Samkowej,Czubie (rys. 1). Rys. 1. Lokalizacja badanych profilów glebow ych (szkic sytuacyjny): a grzbiety, szczyty, przełęcze, b granica państwa, с odkryw ki glebow e, 4 w apienie dolom ityczne, w apienie, dolom ity (anizyk, ladyn) Fig. 1. D istribution of investigated soil profiles (situation): a ridges, sum m its, passes, b state frontier, с soil pits, d dolom itic lim estones, lim estones and dolom ites (Anisian, Ladinian) W szystkie badane profile glebowe, z w yjątkiem profilu 9 w ytw orzonego z wapienia dolomitowego, powstały z dolomitów środkow o-triasowych. Dolom ity te należą do serii reglowej dolnej, jedynie dolom it z profilu 7 pochodzi z serii w ierchow ej. O dkryw ki usytuow ano na różnych wysokościach n ad poziomem morza (1100-1700 m), a więc w różnych piętrach klim atycznych (um iarkow anie chłodne, chłodne i bardzo chłodne) oraz w różnych piętrach roślinności (regiel dolny, regiel górny, piętro kosówki). W reglach dolnym i górnym w ykonano odkryw ki pod roślinnością m uraw ow ą oraz pod drzew ostanem św ierkow ym i bukow ym, a w piętrze kosówki pod m uraw ą. Badane gleby często znajdują się w terenach, na których rozwinięte było pasterstw o w związku z tym pokryw ająca je roślinność m a charak-
T a b e la 1 Nr profilu Profile No Lokalizacja Locality Lokalizacja i charakterystyczne właściwości morfologiczne i chemiczne badanych gleb Localisation, characteristic morphological and chemical properties o f investigated soils Roślinność Vegetation Głębokość Sampling depth cm Symbol poziomu Horizon Symbol barwy Colour Skład mechaniczny i typ próchnicy Mechanical composition and type of humus h 2o ph KC1 c o 2 węglanowy carbonate c o 2 0/ /0 Materia organiczna 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 Głębowiec Polvsticho- 0-2 Ad 7,5 YR1.7/1 kalcimorficzny mull-moder 6,9 6.4 1,80 34,69 16 -Pieeetum calcimorphic mull-moder 1100 m 2-15 A i 7,5 YR 1,7/1 pył ilasty, 15% szkieletu 7,3 6,6 1,67 25.98 15 n.p.m. very fine sand, 15% skeleton 25 N 15-30 A i(b )C 7,5 YR2/2 pył ilasty, 40% szkieletu 7,5 6,8 4,65 11,95 13 very fine sand, 40% skeleton 30-50 (B )C 7,5 YR3/3 pył ilasty, 90% szkieletu 7.7 7,0 21,83 4,47 10 very fine sand, 90% skeleton Typ i podtyp: rędzina brunatna Type and subtype: brown rendzina 2 Głębowiec przejściowy płat 0-2 A (IA i kalcimorficzny mull-moder 7,1 6,4 1,55 27,79 15 j na skraju lasu calcimorphic mull-moder 1280 m z dominującą 2-12 A, 10 YR2/1 pył, 5% szkieletu 7,4 6,5 1,32 24,65 13 n.p.m. roślinnością leśną very fine sand, 5% skeleton 45 NW i ziołoroślową 12-22 A ic 10 YR3/2 pył ilasty, 30% szkieletu 7,6 6,9 10,89 12,63 12 transitory patch very fine sand, 30% skeleton organic at margin of 22-42 С 1 10 YR5/4 pył ilasty, 80% szkieletu 8,0 7,0 35,60 1,45 9 forest dominated very fine sand, 80% skeleton by forest and tal 1-herb vegetation Typ i podtyp: rędzina próchniczna -- Type and subtype: humic rendzina matter / /0 C:N
cd. tabeli 1 Continued 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 3 Bobrowiec 1520 m n.p.m. 20 N Polysticho- - Pice et um 0-6 AlAfh 10 YR1.7/1 6-22 A! 10 YR2/2 22-28 А,С 10 YR3/3 kalcimorficzny moder 6,3 calcimorphic moder pył ilasty, 10% szkieletu 6,8 very fine sand, 10% skeleton pył zwykły, 90% szkieletu 7,6 very fine sand, 90% skeleton 5,5 6,3 6,9 0,00 2,60 31,60 25,73 15,77 4,19 10 9 10 Typ i podtyp: rędzina próchniczna -- Type and subtype: humic rendzina 4 Bobrowiec wtórna murawa 0-3 Ad kalcimorficzny mull-moder 5,6 4,9 0,00 14,83 11 1580 m wśród kosówki calcimorphic mull-moder n.p.m. 3-15 A L 10 YR3/3 glina ciężka 5,7 4,9 0,00 10,60 9! 1 10 SE heavy loam secondary grass 15-35 A AB) 10 YR3/3 glina ciężka, 5% szkieletu 7,0 6,3 0,33 6,62 8 land heavy loam, 5% skeleton in Finns mugo 35-58 (B)C 10 YR4/3 glina ciężka, 80% szkieletu 7,4 7,0 9,47 2,69 zone heavy loam, 80% skeleton 8 i Typ podtyp: rędzina brunatna Type and subtype: brown rendzina 5 Opalony wtórna murawa 0-2 Ad kalcimorficzny mull-moder 6,4 5,8 2,58 40,29 15 Wierch na siedlisku calcimorphic mull-moder 1256 ш świerczyny 2-10 4i 10 YR 2/2 pył zwykły, 5% szkieletu 6,6 6,0 0,76 29,83 15 n.p.m. very fine sand, 5% skeleton płaśń 10-16 A AB) 10 YR2/2 pył zwykły, 5% szkieletu 7,2 6,5 1,45 16,69 13 very fine sand, 5% skeleton secondary grass 16-23 Ai(B)C 10 YR3/2 pył zwykły, 25% szkieletu 7,4 6,8 19,59 8,65 11 land very fine sand, 25% skeleton in spruce habitat > 23 (B)C 10 YR5/3 pył zwykły, 80% szkieletu 7,9 7,1 42,30 0,76 9 very fine sand, 80% skeleton Typ i podtyp: rędzina brunatna Type and subtype: brown rendzina
cd. tabeli 1 Continued 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 6 Opalonv Polysticho- 0-1 ala f kalcimorliczny moder 5,8 5,3 0,75 37,27 18 Wierch -Piceetum calcimorphic moder 0,54 17,96 12 1430 ш 1-8 Ah 10 YR2/1 substancja organiczna ma 6,7 6,0 n.p.m. zista sticky organic matter 5 NW 8-18 AlC 10 YR3/2 pył zwykły, 40% szkieletu very fine sand, 40% skeleton 7,2 6,4 1,69 10,88 11 1 18-29 Cx 10 YR6/4 pył ilasty, 80% szkieletu very fine sand, 80% skeleton 7,9 7,1 29,93 0,84 8 1 Typ i podtyp: rędzina butwinowa,.zwykła Type and subtype: common raw humus rendzina 7 Kominiarski wtórna murawa 0-3 Ad kalcimorliczny mor tangel 4,2 3,5 0,00 52,88 15 Wierch na siedlisku calcimorphic mor,,tangel 0,00 46,24 13 kosówki 3-11 Afh 7,5 YR2/2 substancja org. włóknisto- 4,0 3,6 -mazista fibrous-sticky organic matter 1700 m 11-18 AHA i 10 YR2/3 glina średnia pylasta 6,2 5,3 0,18 13,07 13 n.p.m. 5 N secondary grassland in Pinus mugo habitat medium heavy loam 18-32 Cx 10 YR5/4 glina średnia pylasta. 90% szkieł. medium heavy loam, 90% skeleton 7,5 7,1 31,13 2,28 Typ i podtyp: rędzina butwinowa,,inicjalna Type and subtype: tangel rendzina 8 Dolina Polysticho- 0-3 AlAf kalcimorficzny mor (,,tangel ) 5,7 5,2 1,30 64,62 22 Miętusia -Piceetum calcimorphic mor (,,tangel ) 0,49 53,94 19 3-20 Afh 10 YR2/1 substancja organiczna włók- 5,7 5,2 nisto-mazista fibrous-sticky organic matter 11
1 1 cd. tabeli 1 Continued 1 2 3 4 5 6 7 8 9 T o 11 12 1170 m 20-24 AHC 10 YR3/2 substancja organiczna man.p.m. zista, 30% szkieletu 20 E sticky organie matter, 30% 7,5 6,9 19,76 12,34 15 skeleton 24-39 С \ 10 YR4/4 pył zwykły, 90% szkieletu 7,7 7,0 33,36 2,62 11 very fine sand, 90% skeleton.! Typ i podtyp: rędzina but winowa..inicjalna Type and subtype:,,tangel rendzina 1 9 Wyżnia murawy z rzędu 0-3 A^ 10 YR3/2 kalcimorficzny mull-moder Rówień Seslerieta/ia calcimorphic mull-moder 6,4 5,8 2,21 41,50 12 3-11 A, 10 YR3/2 glina średnia pylasta, 5% 7,1 6,8 9,92 17,46 9 szkieletu medium heavy loam, 5% skeleton Upłaziańska variae 11-21 A V(B)C 10 YR3/3 glina średnia pylasta, 30% 7,4 6,8 11,13 8,31 10 szkieletu 1370 m Grassland of medium heavy loam, 30% n.p.m. order skeleton 10 N Seslerietalia > 2 1 (В) С 10 YR4/3 pył zwykły, 60% szkieletu variae very fine sand, 60% skeleton 7,5 6,9 29,31 3,19 9 10 Typ i podtyp: rędzina brunatna Type and subtype: brown rendzina Samkowa Dentario 0-2 A^ kalcimorficzny mor (,,tan- - ------- Czuba glandulosae- gel ) 5,2 4,9 0,00 63,08 37 calcimorphic mor ( tangel ) 1100 m 2-6 AF 7,5 YR2/2 substancja organiczna n.p.m. włóknista 5,0 4,7 0,00 53,19 20 -------------- ----------- fibrous organic matter i
cd. tabeli 1 Continued 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 10 E -Fagetum 6-20 AH 7,5 YR1,7/1 substancja organiczna 6,7 6,2 0,00 22,83 19 mazista sticky organic matter 20-30 AHC 7,5 YR4/3 glina ciężka pylasta, 70% 7,5 7,1 19,66 5,93 18 szkieletu heavy loam, 70% skeleton 30-45 A,С 7,5 YR6./6 glina ciężka pylasta, 90% 7,6 7,2 26,68 2,17 n.o. szkieletu heavy loam, 90% skeleton Uwaga N ote n.p.m a.s.l. Typ i podtyp: rędzina butwinowa inicjalna - Type and subtype: tangel rendzina
90 A. M iechówka te r w tórny. U tru d n ia to praw idłow e określenie zespołów roślinnych i dlatego ograniczono się w niektórych przypadkach do podania zbiorowisk (tab. 1). MORFOLOGIA PROFILÓW GLEBOWYCH B adane gleby m ają miąższość 28-58 cm. Poniżej tej głębokości szacunkow a zaw artość szkieletu przekracza 90%. W ierzchnie poziomy genetyczne tych gleb m ają zabarwienie czarne lub brunatnoczarne, poniew aż zaw ierają dużo m aterii organicznej w różnym stopniu rozłożonej. Zwykle znajduje się w nich pew na ilość (0-40%) szkieletu dolomitowego lub w apiennego. Poziom y genetyczne, leżące bezpośrednio nad skałą m acierzystą, zaw ierają 60-90% szkieletu, a między nim gliniastą lub pyłową zwietrzelinę barw y beżowej lub b ru n atn ej. Barwę poziomów genetycznych określono za pomocą skali barw M unsella [25] (tab. 1). Stosując kryteria podziału rędzin tatrzańskich zaproponowane przez Kom ornickiego [9], stw ierdzono, że om aw iane rędziny należą do n a stę pujących podtypów: brunatne, próchniczne i butwinowe (tab. 1). Rędziny butwinowe stanow ią w większości przypadków odmianę tzw. inicjalną, a według klasyfikacji wapniowcowych gleb alpejskich K ubieny [14] m ieszczą się w tangel-rędzinach. METODYKA BADAŃ LABORATORYJNYCH Z wszystkich poziomów genetycznych opisanych profilów glebowych pobrano próbki gleb, z których wydzielono na mokro części ziemiste. Oznaczono w nich: odczyn w H20 i w KC1 m etodą potencjom etryczną, w ęgiel organiczny m etodą T iurina w m odyfikacji Oleksynowej [22], azot ogółem m etodą K jeldahla, C 0 2 pochodzący z w ęglanów m etodą objętościow ą Scheiblera. Skład granulom etryczny części ziem istych oznaczono tylko w 14 próbkach gleb, zawierających niew ielką ilość próchnicy, m etodą Bouyoucosa- -Casagrande w m odyfikacji Prószyńskiego z zastosowaniem calgonu w edług p rep a ra ty k i podanej przez Blacka [za 3]. W celu identyfikacji m inerałów ilastych w próbkach skał m acierzystych i gleb z poziomów genetycznych sąsiadujących z nim i (z 5 p ro filów glebowych) wykonano analizę term iczną oraz badania rentgenowskie. Próbki do tych analiz odpowiednio w ypreparow ano [4] pozbawiając je: w ęglanów 0,1 M HC1, m aterii organicznej, którą utleniono 6% H 20 2,
G eochem ia rędzin tatrzańskich 9 1 oraz ziarn o wielkości powyżej 0,02 m m oddzielonych m etodą sedym entacyjną. Termiczną analizę różnicową (DTA) i analizę term ograw im etryczną ^TG, DTG) przeprowadzono na aparacie D erivatograph. Analizowano próbki o m asie 400 mg przy czułości: DTG 1/15, DTA 1/3, TG 100. Badania rentgenowskie przeprowadzono przy użyciu dyfraktom etru rentgenowskiego TUR M-62 na próbkach proszkowych w form ie płaskich, prasow anych preparatów. Stosowano prom ieniowanie CuKa zmonochrom atyzowane za pomocą filtru Ni, wielkość szczelin i czułość rejestratora dobierano eksperym entalnie. D yfraktogram y rejestrow ano w zakresie 2-25 0. W celu szczegółowej identyfikacji m inerałów ilastych próbki badano w form ie powietrznie suchej oraz po nasyceniu gliceryną i po ogrzaniu w 550 C. NIEKTÓRE WŁAŚCIWOŚCI FIZYKOCHEMICZNE BADANYCH GLEB SK ŁA D GRANULOM ETRYCZNY Części ziemiste badanych gleb m ają skład granulom etryczny pyłu zwykłego lub ilastego (piaszczystego) albo gliny pylastej ciężkiej lub średniej (tab. 2). Zaw ierają one 10-23% piasku, 19-66% pyłu i 19-71% części spław ialnych. Profil nr Profile No. Miąższość Sampling depth cm Skład granulometryczny badanych gleb Granulometric composition of soil samples Symbol poziomu Horizon Szkielet % Skeleton > 1 mm Części j ziemi- j ste % j Fine earth < 1 mm 1,0-0 1 T abela 2 Procent frakcji w częściach ziemistych % of fine earth fractions, mm O j- О.05 0,05-0,02 0,02-0,006 0,006-0,002 < 0,002 i I 1 I 1 30-50 (*)C j 90 10 12 8 39 6 17 1 18 2 22-42 c, 80 20! 23 13 33 17 4 10 3 22-28 A,С 90 1 10 i 2 1 14 41 11 5 8 4 15-35 A,(В) 5 I 95 1 20 8 20 20 17 15 35-58 (В) С 80! 20 10 6 13! 30 16 25 5 16-23 A[ (B)C 25 ' 75 ' 20 14 35 14 7 10 > 23 (В) С 80 20 15 26 40 10 3 6 6 18-29 с, 80 20 17 ' 11! 31 26 5 10 7 18-32 Сх j 90 10 ; 22 7 23 31 6 11 8 20-24 \ А С! 30 70 19 12! 36 16 8 9 24-39 С! j 90 10 i 13 1 5 30 23 6 13 9 11-21 А 1(В)С 30 70! 21 4 29 19 11 16 > 21 (В) С 60 40! 14 13 13 5 14 41 10 30-45 А,С 1 90 10 1 22 10 18 24 10 16
92 A. M iechówka Z iarna tw orzące frakcję piasku i pyłu zbudow ane są głównie z dolomitu. Stw ierdzono, że procentow y udział poszczególnych frakcji w badanych glebach nie jest zależny od wysokości nad poziomem morza, na ja kiej się one znajdują. ODCZYN Odczyn zm ienia się znacznie w badanych profilach glebow ych w zależności od poziomu genetycznego (tab. 1). Poziomy leżące bezpośrednio nad skałą m acierzystą m ają odczyn zasadowy (ph w H20 w aha się od 7,4 do 8,0, a ph w KC1 wynosi 6,9-7,2), w yw ołany oddziaływaniem skały m acierzystej dolomitu, który jako sól słabego kwasu i mocnej zasady hydrolizuje zasadowo. W górę profilu glebowego ph m aleje, co jest w y nikiem tw orzących się kw asów organicznych chelatujących jony zasadowe i m igrujących w głąb profilu glebowego. Odczyn w górnych poziom ach genetycznych badanych profilów glebow ych je st bardziej zróżnicowany niż w poziom ach dolnych i zależy głównie od ilości opadów atm o sferycznych (związanej z p iętrem klim atycznym [7]) i zbiorow iska roślinnego, pod którym gleba w ystępuje. N ajniższe ph m ają poziom y akum ulacji m aterii organicznej profilów n r 4 i 7 (ph w H20 w aha się od 4,0 do 6,2), znajdujące się w piętrze klim atycznym bardzo chłodnym, ch arakteryzującym się najw yższą ilością opadów. Odczyn w wierzchnich poziomach pozostałych profilów glebowych, znajdujących się w piętrze klim atycznym chłodnym lub um iarkow anie chłodnym, jest zróżnicow any na skutek oddziaływ ania pokryw y roślinnej. Pod drzew ostanem św ierkow ym (profile: 3, 6, 7, 8) tw orzą się poziomy butwinowe, w których ph w H20 w aha się od 4,0 do 6,7. Poziomy nadkładow e profilu 10, wytworzonego pod zespołem Dentario glandulosae- -Fagetum, m ają również kw aśny odczyn (ph w H20 5,0-6,7), natom iast wierzchnie poziomy profilów zadarnionych (1, 2, 5, 9) m ają ph w H 20 wyższe od poprzednio w ym ienionych gleb, w ahające się od 6,4 do 7,4. ZAW ARTO ŚĆ C 0 2 W ĘG LANO W EG O Zawartość C 0 2 w wierzchnich poziomach genetycznych w aha się od 0 do 2,58% (tab. 1). W głąb profilów glebow ych z reguły w zrasta i w poziomie przejściowym do skały m acierzystej osiąga w artości 9,45-42,30%. Poziomy akum ulacji m aterii organicznej o odczynie bardzo kw aśnym (profile: 3, 4, 7, 10) nie zaw ierają w ęglanów. ZAW ARTOŚĆ M ATERII ORGANICZNEJ O m aw iane gleby c h arak tery zu ją się dużą zaw artością m aterii organicznej w całym profilu. Największą jej ilość oznaczono w poziomach nadkładow ych rędzin butw inow ych (17,96-64.62%), a niew iele m niejszą
G eochem ia rędzin tatrzańskich 93 w poziomach darniowych i próchnicznych pozostałych badanych gleb (10,60-41,50%). Zaw artość m aterii organicznej zm niejsza się w głąb profilów glebowych, ale dość znaczna jej ilość (0,76-4,47%) znajduje się jeszcze w poziom ach leżących bezpośrednio nad skałą m acierzystą. K lasyfikację próchnicy przeprow adzono w edług podziału proponow a nego przez D uchaufoura [2], biorąc pod uwagę jej cechy morfologiczne, stosunek С : N i ph gleby (tab. 1). Badane rędziny brunatne posiadają próchnicę typu kalcimorficzny m ull-m oder, rędziny butwinowe (tangel-rędziny) kalcimorficzny mor ( tangel ), a rędzina butw inow a (,,zw ykła ) zaw iera próchnicę ty p u kalcim orficzny moder. S tosunek С : N w badanych glebach w aha się od 8 do 37. Je st on n a j wyższy w poziomach butw inow ych wytworzonego pod Dentario glandulosae-fagetum profilu 10 (37-18), a nieco niższy (22-12) w odpowiednich poziom ach profilów pod P ołysticho-p iceetum. W poziom ach akum u lacyjnych gleb pod m uraw am i stosunek ten w aha się od 16 do 10. We wszystkich wym ienionych przypadkach stosunek С : N zmniejsza się w głąb profilów glebowych i osiąga często w poziomie przejściowym skały m acierzystej w artość poniżej 10. BADANIA MINERALOGICZNE W YNIKI ANALIZY TERM ICZNEJ Części dolomitów nierozpuszczalne w kwasie z profilów: 3, 7, 10 oraz w apienia dolomitowego z profilu 9 m ają bardzo podobne term ogram y (rys. 2, 3). W idoczne są na nich trzy efekty endoterm iczne, m ające m aksima w następujących tem peraturach: próbka z profilu 3-100, 530, 940 C, 7-100, 530, 880 C, 9-100, 640, 920 C, 10-100, 640, 900 C. Są one spow odow ane obecnością m inerału ilastego illitu lub m inerałów o stru k turze m ieszanopakietowej. Ubytek m asy związany z pierw szym efektem dehydratacji wynosi 1,0-1,5%, a z drugim i trzecim łącznie 3,0-3,5%. Ceglaste zabarw ienie spieków może świadczyć o obecności getytu lub p iry tu (pik egzoterm iczny w 400 C w próbce z profilu 10). Term ogram y próbek w ypreparow anych z gleb poziomów genetycznych sąsiadujących ze skałą są podobne do omówionych wyżej (rys. 2, 3). Oprócz silnych efektów egzotermicznych w zakresie od około 180-450 C, związanych z obecnością m aterii organicznej, na wszystkich term ogramach obserw uje się mały, ostry pik endoterm iczny w tem peraturze 550 lub 560 C, co można wiązać z obecnością kwarcu. W tem peraturze 573 C następ u je bowiem przem iana polim orficzna kw arcu ß w kw arzec a [28]. K rzyw e DTA w szystkich próbek (podobnie jak w przypadku dolomitów) charakteryzują się trzem a pikam i endotermicznym i. Efekty te są jed n a k różne w poszczególnych próbkach:
9 4 A. Miechówka Próbka 3 piki endoterm iczne m ają m aksima w: 110, 540 i 860 C, pierwszy efekt dehydratacji (od około 80-220 ) powoduje 3%. ubytek masy, drugi (430-700 C) też 3%. Świadczy to o obecności illitu, ale nie jest wykluczona obecność stru k tu r m ieszanopakietowych illitowo-m ontm orylonitow ych, o których może świadczyć duży u b ytek m asy w tem peratu rze 80-220 C. Profil Nr 7 Profile No.7 Rys. 2. D erywatogram y frakcji ilastej z profilów nr 3 i 7 Fig. 2. Derivatogram s of clay fraction of the profiles No. 3 and 7 Próbka 6 piki m ają m aksima w: 100, 530 i 860 C. Pierw szy efekt endoterm iczny łączy się z ubytkiem m asy rów nym l,5 /o, a drugi 2%.. W skazuje to na obecność illitu.
Geochem ia rędzin tatrzańskich 9 5 Próbka 7 piki m ają m aksima w: 100, 520 i 730 C. Efekty endotermiczne są bardzo słabe i wiążą się z nimi ubytki m asy: do 200 C około 2% i od 420 do 700 C około 2,5%. Na tej podstawie można jedynie przypuszczać o obecności m inerału ilastego. Efekt egzotermiczny w temp. 980 C, poprzedzony efektem endoterm icznym, może w skazyw ać na w y stępow anie kaolinitu. Rys. 3. D erywatogram y frakcji ilastej z profilów nr 9 i 10 Fig. 3. D erivatogram s of clay fraction of the profiles No. 9 and 10 Próbka 9 piki osiągają m aksima w: 110, 530 i 880cC. Z pierwszym w zakresie 60-220 C wiąże się ubytek m asy około 4%, a z drugim w zakresie 440-700 C 3,5%. Może to w skazyw ać n a obecność stru k tu r
9 6 Л. Miechówka m ieszanopakietow ych illitow o-m ontm orylonitow ych, tym bardziej, że zaznacza się w temp. 720 C m ały efekt, który może być związany ze słabą dehydroksylacją m ontm orylonitu. Próbka 10 piki endoterm iczne m ają m aksima w: 100, 520 i 880 C. Pierw szy efekt powoduje ubytek m asy w zakresie 60-200 C około 2,5 /o, a drugi od 400 do 600 C około 3%. Spowodowane to jest obecnością illitu. Ostatni efekt łącznie z m ałym wzniesieniem krzyw ej w temp. 920 C może pochodzić od obecności kaolinitu. W Y N IK I B A D A Ń R E NTGENOW SK IC H Na wszystkich rentgenogram ach (rys. 4-8) próbek wydzielonych ze skał m acierzystych badanych gleb obserw uje się intensyw ne refleksy illitu (1,00-1,02; 0.498-0,501; 0,448-0,450 nm i dalsze). Zaznaczają się ecukct Rys. 4. Dyfraktogramy rentgenowskie frakcji ilastej z profilu nr 3 Fig. 4. X-ray diffractograms of clay fractions of the profile No. 3
Geochemia rędzin tatrzańskich 97 także niewielkie maksima dyfrakcyjne chlorytu (1,40-1,42; 0,7 1 3-0,7 1 9 ; 0,4 7 4-0,4 7 7 ; 0,356-0,358 nm). Na rentgenogramach próbek z profilów 6 i 10 brak jest wyraźnie zaznaczonego refleksu 1,40 nm, co może {świadczyć o obecności szamozytów minerałów z grupy chlorytu o większej zawartości żelaza. Refleksy te zaznaczają się z taką samą intensywnością Rys. 5. Dyfraktogramy rentgenowskie frakcji ilastej z profilu nr 6 Fig. 5. X -ray diffractograms of clay fractions of the profile No. 6 na rentgenogramach próbek prażonych w temp. 550 C. Spowodowane są więc z całą pewnością obecnością chlorytu, ale nie można całkowicie wykluczyć obecności kaolinitu. Na dyfraktogramie próbki przygotowanej z dolomitu (z profilu 10) widoczne są intensywne refleksy charakterystyczne dla kwarcu (0,426, 0,334, 0,246 nm i dalsze), a zupełnie brak refleksów świadczących o obecności skaleni, które znajdują się w małych ilościach we wszystkich pozostałych badanych skałach.
QCuKœ Rys. 6. Dyfraktogram y rentgenow skie frakcji ilastej z profilu nr 7 Fig. 6. X -ray diffractogram s of clay fractions of profile No. 7 Rys. 7. Dyfraktogram y rentgenow skie frakcji ilastej z profilu nr 9 Fig. 7. X -ray diffractogram s of clay fractions of the profile No. 9
Geochem ia rędzin tatrzańskich 99 W w apieniu dolomitowym (profil 9) stwierdzono niew ielką domieszkę m inerałów m ieszanopakietowych (słaby refleks o wartości dhki 1,16 nm). We wszystkich próbkach w ystępuje getyt, a w niektórych również lepidokrokit. SCuKœ Rys. 8. D yfraktogram y rentgenow skie frakcji ilastej z profilu nr 10 Fig. 8. X -ray diffractogram s of clay fractions of the profile No. 10 Na dyfraktogram ach rentgenowskich (rys. 3-6) próbek wydzielonych z gleb poziomów genetycznych leżących bezpośrednio na skałach (/В/ lub Ci) najsilniej zaznaczone są refleksy kw arcu (0,426; 0,334; 0,246 nm i dalsze). W ilości podrzędnej znajdują się m inerały ilaste: chloryt i illit. Stw ierdzono także kilkuprocentow ą dom ieszkę skaleni. W próbkach z profilów 9 i 10 w ystępują rów nież m inerały m ieszanopakietow e, zaznaczone
100 A. Miechówka na rentgenogramach szerokim pasmem dyfrakcyjnym w zakresie 3,20-4,20 Ѳ o maksimach 1,23 nm (profil 9) i 1,13 nm (profil 10). Szczegółowa ich identyfikacja nie jest możliwa ze względu na ich małą zawartość. Oznaczanie minerałów w części nierozpuszczalnej w OJ M HC1 Determinations of minerals in the part insoluble in 0.1 M HC1 Tabela 3 Profil nr Profile No. i Skała - Rock. _ 1 An. termiczna DT A An. rentgenowska 1 X ray analysis An. termiczna DTA Gleba Soil An. rentgenowska X ray analysis 3 I, G l, Ch, Q, F, G ; 1, MS, Q Q, CK, I, F 6 n.o. I, Chsz, Q, F j h Q! Q, Ch, I, F 7 1, G l, Ch, F, G I, Ch, Q Q, Ch, I, F 9 1, G I, MS, Ch, Q, Г, MS, Q Q. 1, Ch, MS, F F, G, L 10 I, P, MS Г, Q, Chsz, G, L 1. K?, Q Q, I, Ch, MS, F, G j Użyte skróty: An. analiza, Q - kwarżec, Ch - chloryt, ChS7 - chloryt typu szamozytu, I 1 i Hit, F skalenie, MS - minerały mieszanopakietovvc, P piryt, G getyt, I L lepidokrokit 'Abbreviations: An. analysis, Q -- quartz, Ch chlorite, Chsz - chlorite chamosite type, I 1 illite, F - feldspars, MS - mixt-layer minerals, P pyrite, G geothite,! L - lepidocrocite Wyniki analiz termicznych i rentgenowskich przedstawiono w tabeli 3. Minerały oznaczone za pomocą analizy rentgenowskiej podano w kolejności zależnej od ich frekwencji (od głównych do śladowych). DYSKUSJA WYNIKÓW I WNIOSKI Badane rędziny należą do następujących podtypów: brunatne, próchniczne i butwinowe. Rędziny butwinowe stanowią w większości przypadków odmianę inicjalną [9], a według klasyfikacji Kubieny [14] dla wapniowcowych gleb alpejskich mieszczą się one w tangelrędzinach. Są to gleby średniogłębokie, szkieletowe. Części ziemiste mają skład granulometryczny pyłu zwykłego lub ilastego, albo gliny pylastej ciężkiej lub średniej. Oznaczenia składu granulometrycznego rędzin, wykonane przy okazji kartowania gleb strefy leśnej Tatrzańskiego Parku Narodowego [11, 12, 13], wskazują, że najczęściej są to gliny średnie i ciężkie, a rzadziej pyły. Nie rozdzielono w tym przypadku wyników oznaczeń w zależności od tego, czy skałą macierzystą był wapień czy dolomit.
Geochemia rędzin tatrzańskich Ю 1 Nagromadzenie frakcji grubszych (pyłu i piasku) w glebach jest w pewnym stopniu zgodne z twierdzeniem Duchaufoura [2], że podczas wietrzenia dolomitów powstaje głównie frakcja piasku (zbudowana z dolomitu). Zjawisko akumulacji pyłu w warunkach górskich zostało już opisane w wielu pracach dotyczących gleb wytworzonych ze skał magmowych i metamorficznych, występujących w różnych strefach klimatycznych i piętrach wysokościowych [18, 19, 21, 27]. Jest ono efektem kriogenicznej działalności wody zamarzającej w szczelinach ziarn. Odczyn badanych rędzin i zawartość węglanów w wierzchnich poziomach genetycznych różnicuje się w zależności od strefy klimatycznej i roślinności, pod którą tworzy się gleba. W glebach położonych wyżej oraz wytworzonych pod roślinnością leśną ph jest niższe. Poziomy przejściowe do skały macierzystej mają odczyn zasadowy i znaczną zawartość węglanów, zbliżoną we wszystkich profilach glebowych. Jest to zgodne z wcześniejszymi badaniami odczynu rędzin tatrzańskich [1, 9, 24, 26, 3 4-36]. Wyniki oznaczenia zawartości materii organicznej również potwierdzają dane literaturowe [1, 5, 9, 17, 26, 34] i wskazują na znaczną jej akumulację w rędzinach tatrzańskich, której sprzyja obecność węglanów oraz chłodny i wilgotny klimat górski. Zaskoczeniem może być dużo wyższy stosunek С : N w butwinie powstałej z liści buka (profil 10) niż w butwinie z igieł świerka (profile: 3, 6, 8). Może to być spowodowane szybszym rozkładem igliwia świerkowego, w którym stosunek С : N według Witticha wynosi 48, niż liści buka, w którym jest on równy 51 [za 16]. Analiza termiczna i rentgenowska wskazują na następującą frekwencję minerałów w części nierozpuszczalnej badanych skał (dolomitów i wapienia dolomitowego) : illit > chloryt, kwarzec, skalenie > getyt. W glebach na pierwsze miejsce wysunął się kwarzec, znacznie mniej jest illitu, chlorytu, skaleni i getytu, a dodatkowo w niektórych profilach występują minerały mieszanopakietowe. Przewaga illitu w minerałach ilastych skał budujących Karpaty jest podkreślana w licznych pracach mineralogiczno-gleboznawczych [10, 19, 23, 31, 32]. Wielu autorów stwierdza, że jest on głównym minerałem ilastym w skałach węglanowych [8, 15, 31, 32]. Autorzy nie są już tak zgodni co do pierwszoplanowej roli illitu wśród minerałów ilastych gleb wytworzonych ze skał węglanowych. Szerszeń i Chodak [30] stwierdzili, że czynnikiem decydującym o składzie minerałów ilastych jest klimat i w związku z tym w rędzinach Spitzbergenu wśród minerałów ilastych przeważa illit, a w mniejszych ilościach występują chloryt i kaolinit, natomiast minerały ilaste wyizolowane z rędziny wytworzonej w Sudetach mają skład illitowo-montmorylonitowy.
1 0 2 A. M iechówka Sâly i M ihâlik [32] oznaczyli w rędzinach K arp at Zachodnich, w y tw orzonych z dolom itów triasow ych, n astępujący skład m ineralny fra k cji ilastej (m inerały wymieniono według ich m alejącej frekwencji): illit, kaolinit, chloryt, m inerały m ieszanopakietow e. W rędzinach w ytw orzonych z w apienia dolomitowego oznaczony przez nich skład m inerałów ilastych nie był już tak jednolity w poszczególnych profilach glebowych. Dominował illit z m inerałam i m ieszanopakietowym i lub m ontm orylonit z chlorytem i kaolinitem. K abata-p endias [8] w rędzinach z w ojew ództw a kieleckiego, w ytw o rzonych z w apienia jurajskiego i kredowego, stw ierdziła przewagę m ontm orylonitu i m inerałów złożonych z pakietów m ieszanych m ontm orylonitow o-chlorytow o-illitow ych. Zarów no dane literatu ro w e [32], jak i otrzym ane w yniki św iadczą 0 tym, że m inerały ilaste w ystępujące w glebach w ytw orzonych z dolom itu są dziedziczone po skale m acierzystej. W przypadku gleb w ytw o rzonych z wapieni oprócz dziedziczenia może zachodzić proces neoform a- cji m inerałów ilastych, w w yniku którego zwiększa się ilość m inerałów m ieszanopakietow ych i m ontm orylonitu. Bardzie niew ielką ilość m inerałów m ieszanopakietowych stwierdzono tylko w glebie z profilu 9 (wytworzonej z wapienia dolomitowego) oraz w dolomicie i glebie profilu 10. Z astanaw iająca jest stała obecność zbliżonych ilości chlorytów w b a danych skałach i glebach. Analogie w tym względzie zaw ierają prace Sâly ego i M ihâlika [31, 32], którzy uważają, że należy przeprowadzić dokładniejsze badania nad chlorytam i glebowymi. Oprócz m inerałów ilastych, część nierozpuszczalna w 0,1 M HC1 zaw iera kwarzec i skalenie. K ryształy kw arcu mogą być zarówno autogeniczne, jak i detrytyczne, chociaż według Lippm anna i Schlenkera [15] w dolom itach większe znaczenie m ają m inerały d e try tyczne. Kwarzec ze względu na dużą odporność na w ietrzenie akum uluje się w glebach, dlatego jest w nich dużo więcej tego m inerału niż w skałach m acierzystych (rys. 3-6). A nalizy m ineralogiczne zostały w ykonane w Instytucie M ineralogii 1 Petrografii Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie, za co składam serdeczne podziękowania Pani doc. dr hab. B. Korczyńskiej-Oszackiej i P anu dr. hab. Z. Kłapycie. LITERATURA [1] Adamczyk B. Studia gleboznaw czo-fitosocjologiczne w D olinie Małej Łąki w Tatrach. Acta Agr. et Silv. Ser. Leś. 1962, 2 s. 45-116. [2] Duchaufour Ph. P récis de pédologie. M asson et Cie, Paris 1970. [3] Dzięciołowski W. G leboznawstw o. Wyd. AR Poznań, Poznań 1983.
Geochem ia rędzin tatrzańskich 1 0 3 [4] G o r b u n o w N. I. G lebowe m inerały w ysokodyspersyjne i m etody ich badania. PWRiL, W arszawa 1967. [5] G r u n d a B. A n inquiry into the problem of hum us com position in the m ountain rendzina soils. Studies about humus. Praha 1967 s. 221-226. [6] G u z i к K. Mapa geologiczna Tatr (1 : 10 000). Inst. Geol. 1959. [7] Hess M. Piętra klim atyczne w polskich Karpatach Zachodnich. Zesz. Nauk. UJ, Pr. Geogr. 1965 z. 11. [8] Kabata-Pendias A. Badania geochem iczno-m ineralogiczne dwóch rędzin woj. kieleckiego. Rocz. Nauk Roi. 92-A-3, 1966 s. 349-374. [9] Komornicki T. T atrzańskie rędziny strefy leśnej. Rocz, Glebozn. 1977, 28 z. 1 s. 277-289. [10] Komornicki T. i inni. M inerały ilaste gleb w ytw orzonych ze skał górnotriasow ych w Tatrach. Rocz. Glebozn. 1965, 15 z. 1 s. 3-20. [11] Komornicki T. i inni. G leby Tatrzańskiego Parku Narodowego. Część I. Obszar w schodni od D oliny Białej Wody po K opieńce. St. Ośrod. Dokum. Fizjogr. 1975 t. 4 s. 100-130 + mapa. [12] Komornicki T. i inni. G leby Tatrzańskiego Parku Narodowego. Część II. Obszar środkowozachodni od Doi. Olczyskiej do Doi. K ościeliskiej. St. Ośrod. Dokum. Fizjogr., 1984 t. 12 s. 261-282. [13] Komornicki T. i inni. G leby Tatrzańskiego Parku N arodowego. Część III. Obszar Dolin Chochołow skiej i Lejowej (Lasy Ośmiu Wsi Uprawnionych). St. Ośrod. Dokum. Fizjogr. 1984 t. 12 s. 283-300. [14] Kubiena W. L. The soils of Europe. Th. Murby and Co. M adrid-london 1953. [15] Lippmann F., Schlenker В. M ineralogische U ntersuchungen am Oberen M uschelkalk von Haigerloch (Hohenzollern). N. Jb. Miner. Abh. 1970 113, 1 s. 68-90. [16] Musierowicz A. Próchnica gleb. PWRiL, W arszawa 1960. [17] N iem yska-łukaszuk J. C harakterystyka próchnicy niektórych leśnych gleb tatrzańskich. Część I - III. Rocz. Glebozn. 1977, 28 z. 1 s. 143-203. [18] Oleksynowa K. i inni. Pedological features of thufurs in the Polish Tatra Mts. Pol. of Soil Sei. 1968, 1 s. 2 9-3 7. [19] Oleksynowa K., Skiba S. G eochem ical characterization of a polygonal soil in the flattening of K rzyżne Pass in the Tatra Mts. St. Geomorph. Carp.- -B alcanica 10, K raków 1976 s. 28-47. [20] Oleksynowa K., Skiba S., Kania W. W stępne badania nad geochem ią rędzin tatrzańskich. Rocz. Glebozn. 1977, 28 z. 1. [21] Oleksynowa K., Skiba S., Miechówka A. Gleby w ytw orzone z granitoidów w zbiorow iskach Pinetum mughi w Tatrach. Cz. I. W łaściw ości m orfologiczne i chem iczne. Rocz. Glebozn. 1983, 34 z. 1-2 s. 227-249. [22] Oleksynowa K., Tokaj J., Jakubiec J. Przew odnik do ćw iczeń z gleboznaw stw a i geologii. Cz. II. M etody laboratoryjne analizy gleby. Wyd. IV, Akad. Roi. K raków 1983. [23] Pavel L., Uziak S. M inerały ilaste w glebach Karpat fliszow ych. Ann. UMCS. Sec. E, 1958, 13 s. 4 9-7 0. [24] Peliśek J. Pôdne pom ery Tatranského Parku. Sbor. TANAP s. 139-143. [25] R evised standard soil color Charts. Tokio 1970, M. Oyoma, H. Takehara. [26] Skiba S. Tendencje do strefow ości rędzin tatrzańskich na przykładzie gleb stoków K om iniarskiego Wierchu. Rocz. Glebozn. 1983, 34, z. 4 s. 101-112. [27] Skiba S. Rola klim atu i roślinności w genezie gleb na przykładzie gleb górskich z Tatr Polskich i z gór M ongolii. Zesz. Nauk. AR w K rakow ie (Rozpr. hab.) 1985, 99. [28] Stoch L. M inerały ilaste. Wyd. Geol., W arszawa 1974.
1 0 4 A. Miechówka [29] Strzemski M. Gleby Tatr Polskich. Rocz. Glebozn. 1956, 5 s. 3-71 + 3 mapy. [30] Szerszeń L,., Chodak T. Skład minerałów ilastych gleb wapniowcowych wytworzonych w różnych warunkach klimatycznych. Rocz. Glebozn. 1985, 36 z. 2 s. 157-164. [31] S a 1 y A., M i h а 1 i к A. Ilové nerasty v lesnÿch pôdach na Slovensku. Nâuka o zemi. V, Pedologica 7, Izd. Nâuka. Bratislava 1970. [32] S â 1 y R., M i h a 1 i к A. Mineralogical composition of insoluble residues of mesozoic carbonate rock of the West Carpathians and their influence on soils. 7th Conf. on Clay Mineralogy and Petrology, Karlovy Vary 1976 s. 345-352. [33] Tarabek K. Zprava о vyskume pôd v Belanskych Tatrach. Sbor. prac o Tatr. Nar. Parku 1958, 2 s. 11-19. [34] Wąsowicz T. Badania nad glebami górskimi. Pr. Rol.-Leś. PAU 1933, 7 s. 1-47. [35] Włodek J., Mościcki K. Przyczynki do poznania gleb tatrzańskich. Rocz. Nauk Roi. i Leś. 1928, 19 s. 265-286. [36] Włodek J., Strzemieński K. Stężenie jonów wodorowych w glebach Doliny Chochołowskiej a zespoły roślinne. Rocz. Nauk Roi. i Leś. 1924 t. 15 s. 787-834. А. МЕХУBKA ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБРАЗОВАННЫХ ИЗ ДОЛОМИТОВ ТАТРСКИХ РЕНДЗИН Ч.І. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧВ И НЕКОТОРЫЕ МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ Кафедра почвоведения сельскохозай ственной академий в Кракове Резюме В настоящем труде исследовали свойства Татрских рендзин образованных из доломитов и доломитного известняка среднего триаса под влиянием разных условий характерной для Татр почвообразовательной среды. Указанные рендзины принадлежат к следующим подтипам: бурых, перегнойных и сырых перегнойных рендзин. Основные свойства этих почв, такие как: морфология почвенного профиля, гранулометрический состав, тип перегноя и его содержание, ph и соотношение C :N, зависят от активных почвообразовательных факторов и не разнятся существенно от ранее описанных другими авторами. В указанных почвах, среди илистых минералов преобладают иллиты, которым постоянно сопутствуют хлориты, а иногда встречаются смешано-пакетные минералы. Эти минералы представляют собой наследие после материнской породы. В нерастворимой части исследуемых почв преобладает кварц, а в резидуум их материнских пород иллит.
Geochemia rędzin tatrzańskich 1 0 5 A. M IECHÔW KA GEOCHEMICAL CHARACTERISTICS OF TATRA RENDZINAS FORMED ON DOLOMITES PART I. GENERAL FEATURES OF SOIL AND SOME MINERALOGICAL DATA Department of Soil Science, Agricultural University of Cracow Summary In the present paper the author describes the properties of rendzinas in the T atra Mts. formed on dolomites and dolomitic limestones of middle Triassic age, as an effect of various conditions of the pedogenetic environment characteristic for the Tatra Mts. The said rendzinas belong to following subtypes: brown rendzinas, humic rendzinas, and raw humus rendzinas. The basic properties of these soils, such as soil profile morphology, granulometric composition, type of humus and its content, reaction, and С : N ratio, do not differ significantly from those described earlier by other authors. Among the clay minerals in these soils illites prevail; they are always accompanied by chlorites, and sometimes there occur m ixt-layer minerals. All these minerals are inherited from the parent rock. In the acid-insoluble part of the investigated soils quartz prevails, while illite prevails in the residue of their parent rocks. Dr A. M iechówka Praca wpłynęła do redakcji w grudniu 1988 r. Zakład O chrony P rzy rod y l Zasobów N aturaln ych PAN 31-112 Kraków, ul. Sm oleńsk 14