ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE TOM LII, SUPLEMENT WARSZAWA 2001: 71-78
DOROTA KALEMBASA, MARCIN BECHER, KRZYSZTOF PAKUŁA
GLEBY Z POZIOMAMI ŻELAZISTYMI
W DOLINIE RZEKI LIWIEC
SOILS W IT H FER R O U S H O R IZO N S
IN T H E LIW IE C R IV ER V A LL EY
Katedra Gleboznawstwa i Chemii Rolniczej, Akademia Podlaska w Siedlcach
A bstract: In three soils profiles of upper Liwiec river valley (the Siedlce upland) the occurrence of bog iron ore was studied. The investigated soils were classified as organic soils (profile I and III) and organic-mineral soils (profile II). In soil from each genetic horizon the following properties were determined: base sorption, organic carbon as well as total concen tration of N, P, K, Ca, Mg, Na, S, Mn, Al, Cu, Zn, Cr, Cd, Ni, Pb, Mo, Со, В and Li. Correlation coefficient between the concentration of iron and other elements proved significant in most cases.
Słowa kluczowe: żelazo, poziomy żelaziste, metale ciężkie, dolina Liwca. Key words: iron, ferrous horizons, heavy metals, the Liwiec river valley.
WSTĘP
Obserwuje się często zwiększone nagromadzenie żelaza w glebach zlokalizowa nych w dolinach rzek [Czerwiński, Małuszyński 1995; Czerwiński, Kaczorek 1996]. Panujące w takich glebach warunki hydrogeniczne i semihydrogeniczne umożliwiają przemieszczanie się żelaza (Fe+2) ku powierzchni gleby wraz z podsiąkiem kapilar nym wody, a następnie utlenianie (Fe+3) i wytrącanie w strefie aeracji, która znajduje się najczęściej na niewielkiej głębokości. W poziomach glebowych z dużą koncentra cją żelaza stwierdza się zmodyfikowane właściwości fizyczne, fizyko-chemiczne i chemiczne gleb [Motowicka-Terelak 1967 i 1971; Siuta, Motowicka-Terelak 1967; Konecka-Betley 1968]. W poziomach żelazistych obserwuje się także zwiększoną zawartość metali ciężkich [Czerwiński, Małuszyński 1995; Czerwiński, Kaczorek 1996]. Przyczyną wzbogacenia w mikroelementy są procesy naturalne, a nie antropo presja.
72
D.
Kalembasa, M. Becher, К. PakułaCelem niniejszej pracy była charakterystyka właściwości fizykochemicznych, zawartości żelaza, metali ciężkich oraz niektórych makro- i mikroskładników w glebach z poziomami żelazistymi w dolinie rzeki Liwiec.
MATERIAŁ I METODY
Trzy profile glebowe z poziomami żelazistymi, zlokalizowane w dolinie górnego biegu rzeki Liwiec na Wysoczyźnie Siedleckiej, występowały na terenie trwałych użytków zielonych. Odkrywki glebowe wykonano wiosną 2001 roku, opisano je pod względem morfologicznym i z poszczególnych poziomów genetycznych pobrano materiał glebowy do badań laboratoryjnych. Badane gleby zakwalifikowano do działu gleb semihydrogenicznych (profil II) - gleba torfiasto-glejowa wytworzona na piasku słabo gliniastym oraz hydrogenicznych (profil I i III) - gleby mułowo-murszowe wytworzone na piasku gliniastym mocnym. W chwili wykonywania odkrywek gle bowych poziom wody gruntowej występował na głębokości 110-140 cm. Teren, na którym zlokalizowano odkrywki glebowe, nie był zmeliorowany, a obniżenie pozio mu wód gruntowych było procesem naturalnym. W laboratorium oznaczono:
e barwę w stanie świeżym i suchym - z wykorzystaniem tabel Munsella; * pH w H20 i 1 mol • dm-3 KCl - metodą potencjometryczną;
• kwasowość hydrolityczną (Hh) - metodą Kappena; e sumę zasad wymiennych (S) - metodą Kappena;
węgiel w związkach organicznych - metodą oksydacyjno-miareczkową; ® azot całkowity - metodą Kjeldahla;
» całkowitą zawartość: Fe, P, K, Ca, Na, Mg, S, Mn, AL, Cu, Zn, Cr, Cd, Ni, Pb, Mo, Со, В i Li - metodą atomowej spektrometrii emisyjnej z indukcyjnie wzbudzoną plazmą (ICP - AES), aparatem firmy Perkin Elmer Optima 3200 RL, po mineralizacji na sucho w temp. 450°C.
Pojemność sorpcyjną (T) i stopień wysycenia gleb kationami o charakterze zasa dowym (V) obliczono na podstawie Hh i S, a stosunek C:N na podstawie całkowitej zawartości tych pierwiastków w poszczególnych poziomach genetycznych gleb.
WYNIKI
W badanych glebach doliny rzeki Liwiec, w budowie morfologicznej stwierdzono poziomy barwy pomarańczowo-żółtej wzbogacone w żelazo (miał żelazisty). Pozio my te oznaczono jako Mm(ox) w glebach organicznych (profil I i III) oraz AO(ox) w glebie mineralno-organicznej (profil II). Podłoże mineralne tych gleb stanowił ogle- jony piasek słabo gliniasty lub piasek gliniasty mocny, a w profilu I do poziomu lustra wody gruntowej występował utwór organiczny. Poziom występowania lustra wody gruntowej w chwili wykonywania poszczególnych odkrywek glebowych był zbliżo ny, a cechy morfologiczne tych gleb wskazywały na duże wahania poziomu tej wody w ciągu roku.
Odczyn w poziomach genetycznych w profilu I i II podlegał niewielkim wahaniom i był kwaśny bądź lekko kwaśny, a w przypadku profilu III wartość pHKCI wzrastała wraz z głębokością, od 3,70 w poziomie powierzchniowym Mml do 6,23 w poziomie D2gg.
Popielność, zawartość węgla oraz stosunek C:N w poziomach organicznych wska zywały na występowanie słabo rozłożonej materii organicznej. Duża zawartość tej
TABELA 1. Fizykochemiczne właściwości badanych gleb TABLE 1. Some physico-chemical properties of investigated soils
Profil Profile Poziom Horizon Głębokość Depth [cm] Barwa s.m. gleby Colour of d.m. soil pH Popielność [% s.m. gleby] Ash [% d. m. soil] [%] C:N Hh S T V [%\ H20 KC1 С N [mmol(+) • kg“1] I Mml 0-12 7,5YR 2/3 5,75 5,42 60,1 16,0 1,380 11,6 366 865 1231 70,3 Mm2(ox) 12-32 5YR 5/8 6,96 6,11 58,9 9,05 0,851 10,6 150 1170 1320 88,6 Mm3(ox) 32-42 7,5YR 3/4 5,95 4,90 43,3 15,4 0,974 15,8 347 1150 1497 76,8 Oml 42-75 10YR 2/2 5,52 4,77 44,5 17,8 0,845 21,1 272 620 892 69,5 Om2 75-110 10YR 3/2 5,88 4,95 69,4 14,5 0,762 19,0 207 640 847 75,6 II AOl 0-8 5YR 3/2 5,34 4,65 64,2 12,8 1,142 11,2 310 675 985 68,5 A02(ox) 8-20 5YR 2/3 5,32 4,65 65,2 13,8 1,400 11,1 310 815 1125 72,4 Ah 20-40 10YR 4/1 6,06 5,39 92,4 2,99 0,164 18,2 591 108 167 64,7 CG 40-75 10YR 6/2 5,92 4,90 98,3 0,29 0,013 22,0 8,40 37,5 459 81,7 A are 75-120 7,4YR 4/1 6,38 5,50 87,6 6,02 0,376 16,0 47,9 220 268 82,1 III Mml 0-15 5YR 3/6 4,35 3,70 29,8 28,0 1,900 14,7 404 540 944 57,2 Mm2(ox) 15-20 5YR 5/6 5,55 4,90 42,6 13,9 0,980 14,2 338 1030 1360 75,7 Om 20-35 5YR 3/2 5,10 4,10 46,9 20,1 1,170 17,2 366 850 1216 69,9 HCgg 35-50 7,5YR 1/1 6,57 5,34 91,5 2,77 0,192 14,4 347 137 172 79,6 III D lgg 50-95 10YR 7/2 7,50 5,91 99,0 0,14 . 0,014 10,3 ' 9,38 40,0 49,4 81,0 IIID2gg 95-140 2,5Y 7/2 7,78 6,23 98,0 0,24 0,020 12,2 7,50 612 687 89,1 n.o. - nie oznaczono; n.d. - not determined
G le by z p o zi o m a m i żel a zis ty m i w do linie^rzeki L iw ie c
TABELA 2. Zawartość całkowita żelaza i metali ciężkich (mg • kg 1 s.m. gleby) w badanych glebach TABLE 2. The total content of iron and trace metals (mg • kg" d.m. soil) in investigated soils
Profil Profile Poziom Horizon Głębokość Depth [cm] Fe Mn Cu Zn Cr Cd Ni Pb Co I Mml 0-12 25476 674 2,53 28,0 3,01 4,32 4,35 15,8 3,67 Mm2(ox) 12-32 97904 4223 3,52 25,1 0,23 16,2 3,44 4,43 6,54 Mm3(ox) 32-42 50717 2720 6,06 35,0 4,01 8,25 5,83 2,65 9,12 Oml 42-75 16699 263 14,8 36,7 4,74 2,81 6,00 2,60 2,44 Om2 75-110 18292 305 88,2 86,2 14,2 3,20 12,5 5,47 1,88 II A01 0-8 22332 532 2,00 21,3 2,43 3,77 4,20 14,0 3,56 A02(ox) 8-20 22540 584 1,78 21,5 2,42 3,82 6,82 15,5 3,42 Ah 20-40 1178 24,2 0,10 n.o. 2,54 0,13 2,70 2,21 0,44 CG 40-75 560 6,72 n.o. n.o. 1,02 0,15 1,70 1,54 0,30 Aare 75-120 2435 34,4 1,44 n.o. 3,05 0,38 3,29 2,69 0,77 III Mml 0-15 16603 212 2,90 18,6 3,97 2,75 3,82 11,5 3,45 Mm2(ox) 15-20 74504 245 2,91 28,5 0,35 12,10 2,97 4,56 6,46 Om 20-35 10995 164 3,16 1,30 6,58 1,68 5,92 5,76 1,74 HCgg 35-50 3718 45,9 0,92 0,19 8,22 0,39 4,22 3,20 1,12
ш Digg 50-95 893 7,10 n.o. n.o. 2,64 0,12 2,43 1,67 0,26
IIID2gg 95-140 1771 13,6 n.o. n.o. 4,14 0,28 3,11 2,67 0,58
n.o. - nie oznaczono; n.d. - not determined
D . K a le m b a sa , M . Bech er , К . P a k u la
Gleby z poziomami żelazistymi w dolinie rzeki Liwiec 75
TABELA 3. Wartości współczynnika korelacji między oznaczonymi pierwiastkami w profilu I TABLE 3. The values of correlation coefficient among determined elements in profile I
Zmienna Variable
С Fe Mn Cu Zn Cr Cd Ni Pb Co
С _ 0,89 n.i. n.i. n.i. n.i. 0,89 n.i. n.i. n.i.
Fe _ n.i. n.i. n.i. n.i. 0,99 n.i. n.i. n.i.
Mn — n.i. n.i. n.i. 0,97 n.i. n.i. n.i.
Cu — n.i. 0,96 n.i. 0,97 n.i. n.i.
Zn _ 0,98 n.i. 0,98 n.i. n.i.
Cr - n.i. 0,98 n.i. n.i.
Cd - n.i. n.i. n.i.
Ni - n.i. n.i.
Pb - n.i.
Co
-n.i. - nieistotne; n.s. - not significant
materii determinowała wysoką wartość pojemności sorpcyjnej w poziomach. W kompleksie sorpcyjnym wszystkich profili glebowych przeważały kationy o cha rakterze zasadowym (tab. 1).
Poziomy, zawierające miał żelazisty (ox), wykazywały wzbogacenie w żelazo w stosunku do pozostałych poziomów glebowych, a zwłaszcza w stosunku do pozio mów niżej leżących. Świadczy to o kierunku przemieszczania się tego pierwiastka wraz z podsiąkiem kapilarnym wody (tab. 2). Poziomy żelaziste gleb organicznych (profil I i III) były bardziej wzbogacone w żelazo niż takie poziomy w glebie mineralno-organicznej (profil II). Wynika to zapewne z intensywniejszego podsiąku kapilarnego w glebach o większej zawartości materii organicznej i bardziej miąższych poziomach organicznych.
TABELA 4. Wartości współczynnika korelacji między oznaczonymi pierwiastkami w profilu II TABLE 4. The values of correlation coefficient among determined elements in profile II
Zmienna Variable
С Fe Mn Cu Zn Cr Cd Ni Pb Co
С — 0,95 0,94 0,92 0,93 n.i. 0,94 0,89 0,95 0,96
Fe — 0,99 n.i. 0,99 n.i. 0,99 n.i. 0,99 0,99
Mn - n.i. 0,99 n.i. 0,99 n.i. 0,99 0,98
Cu — n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. n.i.
Zn — n.i. 0,99 n.i. 0,99 0,98
Cr — n.i. n.i. n.i. n.i.
Cd — n.i. 0,99 0,99
Ni — 0,87 n.i.
Pb _ 0,98
Co
76 D
.
Kalembasa, M. Becher, К
PakułaTABELA 5. Wartości współczynnika korelacji między oznaczonymi pierwiastkami w profilu III TABLE 5. The values of correlation coefficient among determined elements in profile II
Zmienna Variable
С Fe Mn CU Zn Cr Cd Ni Pb Co
С - n.i. n.i. 0,90 n.i. n.i. n.i. n.i. 0,92 n.i.
Fe — 0,98 n.i. 0,89 n.i. 0,99 n.i. n.i. 0,95
Mn — n.i. 0,83 n.i. 0,98 n.i. n.i. 0,90
Cu — n.i. n.i. n.i. n.i. n.i. n.i.
Zn _ n.i. 0,89 n.i. n.i. 0,96
Cr — n.i. n.i. n.i. n.i.
Cd — n.i. n.i. 0,95
Ni — n.i. n.i.
Pb — n.i.
Co
-n.i. - niestotne; n.s. - not significant
W poziomach żelazistych, w każdym profilu glebowym oznaczono zwiększoną zawartość metali ciężkich, a zwłaszcza manganu, kadmu, cynku i kobaltu. Szczególnie niebezpieczna zawartość kadmu w tych poziomach była kilkakrotnie większa od ilości dopuszczalnej (3 mg • kg-1) dla gleb użytkowanych rolniczo (tab. 2). Dwukrotnie większą od dopuszczalnej zawartość kadmu stwierdzili także Czerwiński i Małuszyń ski [1995] w żelazowych poziomach próchnicznych i podpróchnicznych gleb leżą cych na tarasie praskim, w dolinie Wisły.
Dla określenia współzależności między węglem w związkach organicznych a całkowitą zawartością żelaza i pozostałymi metalami ciężkimi obliczono wartość współczynnika korelacji dla poszczególnych profili (tab. 3, 4, 5). W profilu I były istotnie skorelowane zawartości węgla i żelaza oraz węgla i kadmu, a zawartość żelaza i manganu korelowała tylko z kadmem. W profilu II zawartość węgla w związkach organicznych korelowała ze wszystkimi analizowanymi pierwiastkami z wyjątkiem chromu. W profilu tym stwierdzono także istotną zależność między żelazem i man ganem oraz między żelazem i manganem a cynkiem, kadmem, ołowiem i kobaltem. W profilu III dodatnio korelowała zawartość węgla tylko z miedzią i ołowiem, żelaza z manganem, a żelaza i manganu (podobnie jak w profilu II) z cynkiem, kadmem i kobaltem.
Zawartość makroskładników i niemetalicznych mikroskładników w badanych glebach była różna w profilach i poziomach glebowych (tab. 6). W poziomach żelazistych (ox) analizowanych gleb stwierdzono małą zawartość sodu, potasu, mag nezu i glinu, a w glebach organicznych (profil I i III) także niewielką ilość siarki i boru - mniejszą niż w poziomach nadległych lub podścielających. W poziomach wzbogaconych w żelazo zawartość fosforu była na ogół nieco większa niż w pozo stałych poziomach. Bardzo małą zawartość potasu, stwierdzoną w glebach wytwo rzonych z rudy darniowej, Czerwiński i Małuszyński [1995] próbują tłumaczyć wbudowaniem potasu w struktury krystaliczne glmokrzemianów pakietowych, które mogą powstawać obok minerałów rudy darniowej.
TABELA 6. Zawartość całkowita niektórych makro- i mikroskładników w badanych glebach TABLE 6. The total content of macro- and microelements in investigated soils
Profil Profile Poziom Horizon Głębokość Depth [cm] P К Ca Mg Na
|s
Al MolB
Li [g • kg“1] [mg • kg 1] I Mml 0-12 1,5 0,2 9,4 0,4 n.o. 1,2 1727 0,81 0,65 0,71Mm2(ox) 12-32 2,6 0,1 12,7 0,2 n.o. 0,4 374 0,04 n.o. 0,49
Mm3(ox) 32-42 12,5 0,1 13,8 0,4 n.o. 1,0 1992 0,46 n.o. 1,07
Oml 42-75 4,0 0,2 9,2 0,2 n.o. 1,1 2560 0,38 0,22 0,76
Om2 75-110 3,0 0,6 14,0 1,1 n.o. 1,8 7089 0,62 1,10 1,89
II AOl 0-8 1,9 0,2 9,2 n.o. n.o. 5,4 1920 0,54 0,0 0,81
A02(ox) 8-20 2,0 0,1 10,1 n.o. n.o. 6,0 1815 0,60 2,91 0,76
Ah 20-40 1,0 0,1 4,7 0,03 0,3 5,3 3530 0,53 0,36 1,02 CG 40-75 0,05 0,1 0,8 0,04 0,02 3,7 950 0,37 0,49 0,47 Aare 75-120 0,17 0,2 7,6 0,06 0,8 1,0 2004 0,10 0,81 0,66 III Mml 0-15 1,3 0,2 6,8 0,2 0,03 1,5 2686 0,95 0,33 1,08 Mm2(ox) 15-20 2,2 0,04 10,8 0,1 0,04 0,2 350 0,37 0,0 0,44 Om 20-35 0,5 0,2 8,3 0,4 0,03 1,0 5057 0,59 0,39 2,13 HCgg 35-50 0,1 0,4 4,0 0,6 0,1 0,3 8166 0,92 0,68 6,03 III Dlgg 50-95 0,04 0,3 0,8 0,3 0,06 0,07 1909 0,38 0,43 0,66 IIID2gg 95-140 0,06 0,6 1,3 0,6 0,1 0,06 2624 0,29 0,78 0,90
n.o. - nie oznaczono; n.d. - not determined
XI G le by z p o zi o m a m i że la zis ty m i w d o lin ie rz ek i L iw ie c
78 D. Kalembasa, M. Becher, К
.
PakułaWNIOSKI
1. Gleby w dolinie górnego biegu rzeki Liwiec, w których występują poziomy żelaziste (ox), były zakwaszone i zawierały znaczne ilości węgla w związkach organicznych oraz odznaczały się dużą pojemnością sorpcyjną i znacznym wysy- ceniem kationami zasadowymi.
2. W żelazistych poziomach badanych gleb stwierdzono wzbogacenie w niektóre metale ciężkie, zwłaszcza w kadm, mangan, kobalt i cynk. Zawartość kadmu w tych poziomach była kilkakrotnie większa od ilości dopuszczalnej dla gleb użytko wanych rolniczo.
3. Badane gleby odznaczały się niską zawartością całkowitą sodu, potasu i magnezu. 4. Wartości współczynnika korelacji między zawartością węgla w związkach organi cznych i zawartością badanych metali ciężkich oraz między tymi metalami w poszczególnych profilach glebowych były zróżnicowane.
LITERATURA
CZERWIŃSKI Z., MAŁUSZYŃSKI M. 1995: Gleby wytworzone z rudy darniowej. Rocz. Glebozn., 46, 314: 59-70.
CZERWIŃSKI Z., KACZOREK D. 1996: Właściwości i typologia gleb wytworzonych z rudy darniowej. Rocz. Glebozn., 47, supl.: 97-101.
KONECKA-BETLEY K. 1968: Zagadnienie żelaza w procesie glebotwórczym. Rocz. Glebozn., 19: 1: 51-59.
MOTOWICKA-TERELAK T. 1967: Badania nad rozmieszczeniem żelaza w profilu gleb bielico- wych i pseudobielicowych. Cz. I. Gleby wytworzone z gliny zwałowej. Pam. P u l 30: 131-137. MOTOWICKA-TERELAK Т. 1971 : Rozmieszczenie żelaza w glebach i skład chemiczny waż
niejszych form wytrąceń żelazistych. Pam. Pul., 48: 95-134.
SIUTA J., MOTOWICKA-TERELAK T. 1967: Z badań nad systematyką glebowych wytrąceń żelazistych. Pam. Pul., 30: 125-129.
D r hab. Dorota Kalembasa, prof. nadzw. AP
Katedra Gleboznawstwa i Chemii Rolniczej, Akademia Podlaska 08-110 Siedlce, ul. Prusa 14
