ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE T. XXXVI, NR 3, S. 17—25, WARSZAWA 1985
JERZY DRO ZD, M IC H A Ł LIC ZN A R
N IEK TÓ R E W ŁAŚCIW OŚCI KW ASÓW HUM INOW YCH GLEB W SPÓ ŁCZESNY CH I ZAGRZEBANYCH
TERENÓW ERODOW ANYCH
K atedra G leb o zn a w stw a A k a d em ii R olniczej w e W rocław iu
W ST ĘP
W aru nk i p a n u jące w glebach kopalnych i zagrzebanych przyczy niają się do stabilizacji uk ształto w any ch pierw o tn ie zw iązków próchnicznych [3, 4, 7, 8, 9].
W edług B i r j u k o w e j i O r ł o w a [3] do n ajb ard ziej trw a ły c h w łaściw ości należą m.in.: sk ła d fra k c y jn y próchnicy, sto su n ek Ckh : C^f oraz sk ła d e le m e n ta rn y i w łaściw ości fizykochem iczne kw asów h u m in o - w ych, w yrażone w arto ścią w spółczynników ek sty n k cji. Stabilność n ie k tó ry c h g ru p połączeń próchnicznych w ykazana w św ietle dotychczaso w ych o pracow ań [3, 4, 8, 9, 12], m oże być podstaw ą odtw orzenia k ie ru n ków p rzeb iegu procesów hu m ifik acji zachodzących w glebach kopaln y ch i zagrzebanych w e w cześniejszych okresach geologicznych. W łaściw ości bow iem w ytw orzonych zw iązków próchnicznych zależeć będą od p a n u ją cych w ty ch czasach w aru n k ó w bioklim atycznych, k tó re decydow ały o ty pie procesu glebotw órczego o raz w a ru n k a ch k u m u la c ji i p rrzem ian sub sta n c ji organicznej [2, 4, 6, 8, 9, 12].
W polskiej lite ra tu rz e gleboznaw czej zagadnienia powyższe nie zn a lazły d o tąd szerszego opracow ania [7], zwłaszcza w o dniesieniu do gleb w ystęp u jący ch w rejo n ie P łaskow yżu G łubczycko-R aciborskiego. D late go celem p ra c y było poznanie k ie ru n k u p rzebiegu h u m ifik a c ji w glebach zagrzebanych P łaskow yżu G łubczyckiego, n a podstaw ie p orów nania b u dow y i właściwości w y stęp u jący ch w nich kw asów h um ino w ych z w łaści w ościam i podobnych zw iązków próchniczych gleb w spółczesnych.
18 J. Drozd, M. Licznar B A D A N IA W Ł A SN E
O biektem b adań b y ły kw asy h um inow e w ydzielone z poziom ów A p gleb w spółczesnych rep rezen tu jący ch : czarnoziem leśno-stepow y zdegra dow any, szarą glebę leśną i glebę b ru n a tn ą kw aśną, o raz z poziom ów A k gleb zagrzebanych w y stęp u jący ch n a te re n a c h erodow anych w re jo n ie w spom nianych w yżej jednostek. Z p ró b ek glebow ych w ym ienionych po ziomów, po przeprow adzeniu d ek alcy tacji 0,1 M ro ztw orem HC1, w y dzielono związki próchniczne 0,1 M roztw o rem NaOH, z k tó ry c h w y trą cono kw asy hum inow e (kh) przez zakw aszanie m ieszaniną HC1 + HF. K w asy hum inow e, oczyszczone przez trz y k ro tn e ich rozpuszczanie w 0,01 M ЫаНСОз i w y trąc a n ie kw asam i, dializow ano w obecności k atio - n itu Dowex-50 do uzyskania ro ztw o ru o pH 2,9—3,1. O trzym ane roztw o r y k h liofiliozow ano w tem p e ra tu rz e —40°C i ciśnieniu 10" 4 m m H h. T ak przygotow ane p re p a ra ty k h stan ow iły m a te ria ł do dalszych b ad ań lab o ra to ry jn y c h , a m ianowicie:
— oznaczenia sk ład u elem entarnego, w ty m zaw artości C, H, O, N o raz popiołu,
— oznaczenia w idm a w podczerw ieni, — analizy term ograficznej (DTA).
OM ÓW IENIE W Y N IK Ó W
S k ł a d e l e m e n t a r n y k w a s ó w h u m i n o w y c h . P rz ep ro w adzone badania (tab. 1) w skazują, że k w a sy hum inow e w ydzielone z gleb w spółczesnych (czarnoziem zdegradow any, szara gleba leśn a i
gle-T a b e l a 1 S k ła d e l e m e n t a r n y kwasów hum inow ych
E le ia e n ta r y c o m p o s i tio n o f h u m ic a c i d s G le b a - S o i l Poziom g e n e t y c z n y Gene t i o G łę b o k o ś ć p o b r a n i a S a m p lin g d e p th Z aw ar t o ś ć p o p io ł u Ash P r o c e n t w s to s u n k u do masy b e z p o p ie ln e j % i n r e l a t i o n t o a s h l e s s m a t t e r C/H C/H h o r i z o n сш c o n t e n t % С H 0 К G leb y w s p ó łc z e впе P r e s e n t - d a y s o i l s C z a r n o z i e a l e s n o - s t e p o - wy z d e g ra d o w a n y D e g ra d e d f o r e s t - s t e p p e ch e rn o z em ap 5 -1 5 2 ,7 5 5 5 ,3 0 4 ,5 3 3 6 ,5 6 3 ,6 1 1 2 ,2 1 5 ,3 S z a r a g l e b a l e ś n a G ray f o r o s t s o i l л р 5 -1 5 2 ,5 0 5 6 ,7 1 4 ,0 6 3 6 ,0 1 3 ,2 0 1 3 ,9 1 7 ,7 G le b a b r u n a t n a kw aśna A cid brown s o i l ap 5 -1 5 3 ,0 0 5 6 ,6 0 5 ,7 1 3 3 ,0 8 4 ,6 1 9 , 9 1 2 ,3 G leb y z a g r z e b a n e - B u r ie d s o i l s G le b a z a g r z e b a n a 1 B u r ie d s o i l 1 Ak 9 0 -1 0 0 6 ,2 5 5 7 ,2 6 4 ,0 6 3 5 ,8 5 2 ,8 1 1 4 ,0 2 0 ,4 G le b a z a g r z e b a n a 2 B u r ie d e o i l 2 Ak 7 0 -8 5 8 , 5 0 5 7 ,0 1 4 ,0 4 3 6 ,5 0 2 ,4 5 1 4 ,1 2 3 ,3 G le b a z a g r z e b a n a 3 B u r ie d e o i l 3 Ak 1 5 0 -1 6 0 4 ,0 0 5 8 ,4 4 4 ,3 3 3 4 ,3 0 2 ,9 3 1 3 ,5 1 9 ,9
K w a sy h u m in o w e gleb ero d o w a n y ch 19
ba b ru n atn a ) odznaczają się n iską zaw artością popiołu (2,5—3,0Vo), w po ró w n a n iu do- p rep arató w z gleb zagrzebanych (4,0—8,5%), co św iadczyć może o silniejszym pow iązaniu kw asów h u m inow ych z częścią m in e raln ą gleby w glebach zagrzebanych.
D robiny kh gleb w spółczesnych w y k azu ją m niejszą zaw artość w ęgla oraz w ięcej w odoru i azotu w poró w n an iu do p re p a ra tó w kw asów h u m inow ych z gleb zagrzebanych. Na podstaw ie analizy pow yższych w yn i ków m ożna rów nocześnie stw ierdzić, iż p re p a ra ty k h gleb zagrzebanych odznaczają się bardziej zbliżonym składem e lem en tarn y m poszczególnych składników . W badanych glebach w spółczesnych o b se rw u je m y n a to m ia st więksize różnice w zaw artości poszczególnych pierw iastków , k tó re są bardziej zależne od dom inującego obecnie procesu glebotw órczego. W y razem ty c h zm ian są sto su n k i C/H o raz C/N, św iadczące o sto p n iu kon densacji ją d e r aro m aty cznych i udziale azotu w budow ie d robin kw asów hum inow ych {5]. Stopień kondensacja ją d e r kh w yraźn ie zależy o d ba danego ty p u gleby. J ą d ra kw asów hum ino w ych gleby b ru n a tn e j odzna czają się najniższym sto p niem k ondensacji w p o ró w n an iu z p re p a ra ta m i pochodzącym i z czarnoziem u i szarej gleb y leśnej. N iższy stop ień k o n densacji ją d e r aro m atycznych k h gleb b ru n atn y c h , w y rażo n y m niejszym stosunkiem C/H, zw iązany je st przypuszczalnie z w iększą liczbą łańcu chów boc. nych o c h a ra k te rz e alifatycznym .
P re p a ra ty kh z gleb zagrzebanych odznaczają się w yraźn ie w iększym stopniem kondensacji ją d e r o raz m niejszym udziałem szotu w drobinach, 0 czym in fo rm u je w iększy stosun ek C/H i C/N.
B a d a n i a w p o d c z e r w i e n i . Z m iany w składzie e le m en ta rn y m kh zn ajd u ją sw oje odzw ierciedlenie w budow ie drobinow ej, czego po tw ierdzen iem są w idm a w podczerw ieni (rye. 1—2). W ynika z nich, że ogólna s tru k tu ra drobinow a kh w glebach w spółczesnych i zagrzebanych je st zbliżona. M ają one z re g u ły podobne g ru p y fu n kcyjne, różnią się je d n a k intensyw nością absorpcji w poszczególnych zakresach w idm a. W e w szystkich p rep a ra ta c h kw asów hum ino w ych w y stę p u je siln a absorp cja w stre fie około 3200—3400 cm “ 1, zw iązana z licznym w ystępow aniem
g ru p OH w ich drobinach. •
K w asy hum inow e gleb w spółczesnych zaw ierają w ięcej g ru p —CH3 1 —CH2 w połączeniach alifatycznych, o czym w y raźn ie św iadczy słabo zaznaczająca się s tre fa absorpcji w zakresie 2930 i 2850 cm” 1 (rye. 1). Spośród ty ch gleb n ajsiln iej w yrażoną stre fę absorpcji w om aw iany m zakresie m ają k h z gleby b ru n atn e j. P re p a ra ty kh z gleb czarnoziem nych m ają słabiej w yrażoną stre fę absorpcji w ty m zakresie i u p o d abniają się bardziej do k h z gleb kopalnych (ryc. 2). We w szystkich badanych glebach stw ierdzono w ystępow anie in ten sy w n y ch pasm absorpcji w za kresie 1720 cm ” 1, w skazu jący ch na obecność grup k arboksylow ych COOH, oraz w zakresie 1630 cm “ 1, św iadczących o w iązaniach C = C i C = 0, w y stęp u jący ch w połączeniach aro m atycznych [5, 10].
Rye. 1. W idm a w p od czerw ien i k w a só w hum ünowych z poziom ów A p gleb w sp ółczesn y ch l — szara gleba lelna, 2 — czarnozlem zdegradowany, 3 — gleba brunatna
Infrared spectra of hum ic acids from A p horizon s o f p resen t-d a y so il l — grey forest foil, 2 — degraded chernozem, 3 — brown soil
Ryc. 2. Widma w podczerwieni kwasów huminowych z poziomów A h gleb zagrzebanych 1, 2, 3 — odpowiadają numerom gleb zagrzebanych
In frared spectra of hu m ic acids fro m А ь horizon s o f b uried soils
l, 2, 3 — correspond to the numbers of buried soils
Oo
C
22 J. Drozd, M. Licznar
Szczegółowa analiza o b ejm u jąca s tre fy 1720 i 1630 cm’ 1 w yraźn ie w sk azuje n a ich zależność od przebiegającego procesu glebo tw ó r с ze go (ryc. 1). Spośród badanych p re p a ra tó w k h z gleby b ru n a tn e j odznaczają się szerszym pasm em ab sorpcji w zak resie 1720—1600 cm“ 1 niż k w asy hum inow e pozostałych gleb. Na szczególną uw agę zasłu gu je w nich b ra k w yraźnego rozgraniczen ia stre f absorpcji w ty m zakresie, co obserw u jem y w k h z gleb czarno ziem nych o raz zagrzebanych. P rzed staw io n e różnice w intensyw ności om aw ianego z ak resu absorpcji w sk azują n a w iększy udział w drobinach k h gleby b ru n a tn e j w iązań ty p u C = C i C = 0 w pierścieniach arom atycznych. Jednocześnie w cząsteczkach k h gleb w spółczesnych o b serw u jem y w y stęp o w anie s tre fy absorpcji w za kresie około 1665 cm “ 1, św iadczącej o obecności g ru p C = C w połącze niach alifaty czny ch [1]. Szczególnie w y raźnie zaznacza się ona w k h gle b y b ru n a tn e j, co m oże sugerow ać, iż w ich d ro b in ach w y stę p u je rów nież w ięcej rozgałęzionych łańcuchów alifatycznych, zaw ierający ch w iązania C = C. Tego ty p u wiiązania nie w y stęp u ją w k h gleb kopalnych, co po tw ierdzałoby, że ich ją d ra m a ją lepiej w yrażoną budow ę pierścieniow ą. W edług n iek tó ry ch a u to ró w [9, 10] w pasm ach 1650— 1640 o raz 1550— — 1540 cm-1 zaznacza się rów nież ab so rp cja g ru p am idow ych I- i II-rz ę - dowych, k tó ra n ajsiln iej w yrażona je s t w kw asach hum inow ych gleby b ru n a tn e j. Intensyw ność absorpcji w ty ch stre fa c h w y kazuje dużą ko relację z najw yższą zaw artością azo tu w ich drobinach, co m oże w skazy wać n a silniej w yrażo ny poldpeptydow y c h a ra k te r jego w iązania w czą steczkach k h w spółczesnych gleb b ru n atn y ch .
A N A L IZ A TERMO G R A FIC Z N A (DTA)
W ykazane powyżej różnice w budow ie cząsteczek k h gleb w spółczes nych i zagrzebanych zostały potw ierdzone badan iam i term og raficzn ym i (ryc. 3). A naliza ry su n k u w skazuje, że kh gleb w spółczesnych i zagrze banych m ają dw a efek ty egzoterm iczne p rzy te m p e ra tu rz e około 330°C i 400—500°C, w yrażone z różną intensyw nością w zależności od typolo gicznego procesu glebo tw ór czego. E fekt egzoterm iczny p rzy niższej tem p e ra tu rz e zw iązany je s t praw dopodobnie z obecnością g ru p COOH, CH3 i CH2 w łańcuchach bocznych drobin k h [10]. E fek t te n n a jw y ra ź n ie j zaznacza się w kh gleby b ru n a tn e j, n ato m iast w k h gleb zagrzebanych n ie stw ierdzono p rak ty cznie jego w ystępow ania. D rugi e fe k t egzoterm icz n y w zakresie 400—500°C odpow iada w y d zielaniu się ciepła podczas spalania cen traln ej części d ro bin y kh [10, 11]. W św ietle uzy sk an y ch w y ników m ożna stw ierdzić, że kh gleb zagrzebanych m a ją ją d ra b ardziej skondensow ane w poró w n an iu z glebam i w spółczesnym i. Spośród ty ch o sta tn ic h n a jb a rd zie j zbliżone do nich w ty m zakresie są kw asy h u m i now e szarej gleby leśnej.
K w a sy h u m in o w e gleb ero d o w a n y ch 23
R yc. 3. K rzy w e term o g ra ficzn e (DTA) k w a só w h u m in o w y ch z p oziom ów A p g leb w sp ó łc z e sn y c h i Ah gleb za g rzeb an ych
A — kwasy huminowe z czarnoziemu zdegradowanego, В — kwasy huminowe z szarej gleby
leśnej, С — kwasy huminowe z gleby brunatnej, 1, 2, 3 — kwasy huminowe gleb zagrzebanych T herm ograp h ic cu rv es (DTA) o f h u m ic a cid s fro m A p h orizon s of p r e se n t-d a y so ils
and fro m Ak horizons o f b u ried so ils
A — humic acids of degraded chernozem, В — humic acids of grey forest soil, С — humic
acids of brown soil, 1, 2, 3 — humic acids of buried soils
W N IO SK I
1. K w asy hum in ow e gleb zagrzebanych zaw ierają drobiny, k tó ry c h ją d ra m ają budow ę bardziej skondensow aną, co upodabnia je do kw asów h u m inow ych w spółczesnych gleb czarnoziem nych.
2. K w asy hum inow e gleby b ru n a tn e j odznaczają się najsłab iej w y rażoną budow ą pierścieniow ą, w iększą liczbą rozgałęzionych łańcuchów alifatyczn ych o raz niższym stopniem kondensacji ją d e r arom atycznych.
3. G leby zagrzebane na te re n ie P łaskow yżu G łubczyckiego o b ję te były procesem czarnoziem nym , o czym św iadczy duże podobieństw o budow y i w łaściw ości w y stęp u jący ch w nich kw asów hum inow ych z kw asam i hum inow ym i gleb czarnoziem nych.
24 J. Drozd, M. Licznar L IT E R A T U R A
t l ] A l e k s a n d г o w a L. N., N a j d i е n о w а О. A.: S o sta w i priroda h u m u so w y ch w ie sz c z e s tw poczw y. H u m u so w ije w ie sz c z e s tw a p o czw y . Zap. L ie n in - g rad sk ow o S iel.-C h o z. In st. L ien in g ra d —P u szk in , 142, 1970, 83— 156.
[2] В i г j u к o w a O. N., O r ł ó w D. S.: P ierio d b iołogiczesk ij a k tiw n o s tii p o czw i je g o sw ja z s gru p p o w y m sostaw om gum usa. N aucz. D okł. W yższej szk o ły bioł. nauki, 1978, 4, 115— 119.
[3] В i r j u к o w a O. N., O r ł ó w D. S.: S o sta w i sw o jstw a org a n iczesk o w o w ie sz c z e stw a p o g rieb ien n y ch p oczw . P o czw o w . 1980, 9, 49—66.
{4] D e g e n s E. T.: D ia g en esis of organie m a tter. In: D ia g en esis in S ed im en ts. E lsev ier P u b lish in g Co., A m sterd a m 1967.
[5] D r o z d J.: Stu d ia n a d w ła śc iw o ś c ia m i ch em iczn y m i i fizy k o ch em ic zn y m i zw ią zk ó w p róch n iczn ych n iek tó ry ch jed n o stek ta k so n o m iczn y ch gleb . Zesz. nauk. A R W rocł. R ozp raw y 1978, 13.
i[6] G e r a s i m o w I. P.: C hernozem s, buried so ils and loesses of th e ru ssia n plain: th eir age and gen esis. S o il S ei. 116, 1973, 3, 202—210.
{7] K o n e c k a - B e t l e y K.: D istrib u tio n and tra n sfo rm a tio n s of organic m a tter in fo s sile soils am on g lo esses. R ocz. glebozn. 1974, 25, 207—215.
[8] M o r o z o w a T. D., С z i с z a g o w a O. A.: Issled o w a n ije gum usa isk o p a je- m ych p oczw i ich znaczeni je dla p a leo g ieo g ra fii. P o czw o w . 1968, 6, 34— 44. [9] O r ł ó w D. C., В i r j u к o w а О. М. , S a d o w n i k o w a I. K., F r i e d
l a n d E. W.: Isp o lzo w a n ije gruppow o so sta w a gum usa i n iek o to ry ch b io c h i- m iczesk ic h p o k a za tiel dla d ia g n o stik i poczw . P o czw o w . 1979, 4.
[10] S z a j m u c h a m i e t o w M. Sz., S z u r l i n a E. A.: T erm o g ra ficzesk a ja i IR - -sp ek tro sk o p iczesk a ja ch a ra k tieristik a p ro d u k to w w z a im o d ie stw ija h u m u so w y c h k is ło t s h id ro k islja m i żeleza, a lu m m ija i k riem n iesk isło to j. P o czw o w .
1980, 4, 59— 72.
(11] S c h n i t z e r M. , H o f f m a n I.: P y r o ly sis o f so il organ ic m a tter. S o il S ei. Soc. o f A n. P roc. 1964, 28, 4, 520— 525.
'[12] W o ł o b u j e w W. R.: P o czw a i k lim at. B aku, Izd. A N A zSSR , 1953.
E. ДРО ЗД, М. Л И ЧН АР НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА ГУМИНОВЫХ КИСЛОТ ПОЧВ СОВРЕМЕННЫХ И П О ГРЕБЕННЫХ НА ЭРОДИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ Кафедра почвоведения Сельскохозяйственной академии во Вроцлаве Р е з ю м е Целью соответствующих исследований было сравнение некоторых химических и физи- ко-химических свойств гуминовых кислот из современных и пограбенных почв выступающих на территории Глубчицкого плоскогорья. На основании определения элементарного со става, спектров в инфра-красном излучении и анализе ДТА установлено, что гуминовые кислоты (г.к.) погребенных почв, независимо от почв покрывающих современно их поверх ность, имеют очень приближенные свойства. Элементарный состав и молекулярная структура г.к. погребенных почв делает их сход ными с г.к. современных черноземнев, что позволяет предполагать, что в прошлом они также подвергались черноземному процессу.
K w a sy h u m in o w e gleb erod ow an ych 25 J. DROZD, M. LÏCZNAR
SOM E PR O PE R T IES OF HUM IC A C ID S OF P R E S E N T -D A Y A N D BU R IE D SO L IS IN ERODED L A N D
D ep a rtm en t of S o il S cien ce, A g ricu ltu ra l U n iv e r sity of W roclaw S u m m a r y
T h e aim of the stu d y w a s to com p are som e ch em ica l and p h y sico -ch em ica l p rop erties of h u m ic acid s of p resen t-d a y and b u ried so ils occu rring in th e G łub czyce P la tea u . T h e d eterm in ation o f elem en ta ry com p osition , in frared sp ectru m and d ifferen tia l th erm al a n a ly sis (DTA) th e h um ic acids of b uried soils, irre sp ectiv e of th e so ils occurring on th eir su rface n o w a d a y s, h a v e p roved sim ila r prop erties. B oth th e elem en ta ry com p osition and m o lecu la r stru ctu re o f th e hu m ic acids of bu ried so ils m a k e th em sim ilar to th o se o f p r e se n t-d a y chernozem ; th is w o u ld su g g est th a t in th e p ast th ey w ere also su b jectid to th e ch ern o zem -fo rm in g .
Dr Jerzy Drozd
Katedra Gleboznawstwa AR Wroclaw, ul. Grunwaldzka 59
