R O C Z N IK I G L E B O Z N A W C Z E T. X II I , Z. 1, W A R S Z A W A 1963
ARKADIUSZ MUSIEROWICZ, ZYGMUNT BROGOWSKI
WSTĘPNE BADANIA
NAD SZYBKOŚCIĄ WYPIERANIA KATIONÓW WYMIENNYCH
Z KOMPLEKSU SORPCYJNEGO GLEB PIASKOWYCH
Katedra G leboznawstwa SGGW Warszawa
W ostatnich latach poświęcono w iele prac badaniom zawartości ka
tionów wym iennych w 'różnych glebach Polski. N ie zajmowano się na
tomiast szybkością wypierania tych kationów z kompleksu sorpcyjnego.
Badanie dynamizmu uwalniania kationów może rzucić pewne światło na
charakter ich wiązania w kompileîksie sorpcyjnym różnych gleb, a także
na m ożliwość wykorzystywania tych kationów przez rośliny.
Tego rodzaju badania były i są nadal prowadzone przez M o r 1 1 a n-
d a i innych na czystych m inerałach ilastych i biotycie [3, 6, 7, 8].
W niniejszej pracy przedstawione są w yniki naszych badań, dotyczą
ce szybkości wypierania kationów wym iennych z różnych poziomów ge
netycznych gleb: bielicowych, pseudobielicowych oraz brunatnych w y
ługowanych, wytworzonych z piasków różnego pochodzenia geologicz
nego.
Do badań szybkości wypierania kationów w ym ienych (Ca, Mg, К
i Na) z gleb zastosowano metodę elektrodializy, posługując się elektro-
dializatorem M a k s i m o w a [5].
Badania N o r m a n a
i innych [10] wykazały, że całkowite wypar
cie kationów wym iennych z kom pleksu sorpcyjnego za pomocą elektro
dializy przebiega w różnym czasie w zależności od składu m echaniczne
go gleby. Badacze ci podają, że do całkowitego wyparcia kationów w y
m ienych tą metodą z gleb ciężkich potrzeba ponad 30 godz. Poza tym
stw ierdzili, że sumaryczna ilość kationów wypartych z gleb metodą elek
trodializy jest zbliżona do w yników otrzym anych przez wypieranie tych
kationów 0,05n HC1 lub 0,5n NH4C1 + NH 4OH o pH równym 8,2.
W naszych badaniach [1], dotyczących szybkości uwalniania katio
nów wym iennych z kompleksu sorpcyjnego gleb piaskowych, stw ierdzo
no, że po 12 godz. elektrodializowania próbki glebowej przy napięciu
100 V zostaje wyparta praktycznie całkowita: ilość kationów.
4 A. M usierowicz, Z. Brogowski
W celu stwierdzenia, z jaką szybkością przebiega to uwalnianie, okres
12 godz. podzielono na cztery równe okresy. Po każdych 3 godz. trw a
nia elektrodializy rozmontowywano zestaw, zbierano ilościowo płyny
katodowe i anodowe, a elektro dializator napełniano znowu wodą desty
lowaną w ilości 500 ml na 50 g gleby i elektrodializę kontynuowano
przez następne 3 godz. itd.
W płynach katodowych po odparowaniu i przesączeniu oznaczano
fotom etrycznie Ca, К i Na, a Mg kolorymetrycznie.
Otrzymane wyniki podano w mg na 100 g gleby i w procentach,
przyjmując za 100'% całkowitą ilość danego kationu wypartą w czasie
12 godz. trwania elektrodializy (tabl. 2 oraz rys. 1, 2, 3 i 4).
W opisany sposób zbadano 8 profili (34 próbki glebowe) gleb piasko
wych, pochodzących z różnych rejonów Polski, w tym 6 profili gleb bie-
licowych i pseudobielicowych oraz 2 profile gleb brunatnych w yługo
wanych.
OMÓWIENIE WYNIKÓW
Wapń. Ogólnie biorąc wapń w edług średnich danych najłatwiej jest
wypierany z poziomów iluw ialnych В gleb bielicowych i B{
pseudobieli-tl
-,
-Czas trwania elektrod ializy, godz.-D uration o f eiectrodialysis, hns --- ►
Rys. 11. U w alnianie Ca z kom pleksu sorpcyjnego gleb za pomocą elektrodializy (średnia arytm etyczna z 7 profili)
Ca release from soil sorption com plex by means of elektrodialysis (arithm. m ean from 7 profiles)
P o z io m — H o r iz o n : 1 — A lt 2 — A 2, A 3, 3 — В , B[, (B ), 4 — C, D; t t — 0—3 g o d z . — h r s, t o — 3—6, t3 — 6—9, U — 9—12
W ypieranie kationów z kom pleksu sorpcyjnego gleb 5
T a b l i c a 1 Właściwości fizyko-chemiczne oraz porównanie i l o ś c i K20 oznaczonych met.Egnera-Rhiema
i e l e k t r o d i a li z y
P h y s ic o -c h e m ic a l s o i l propert ies and compared I^O amounts obtained by Egner-Rhiem method and by e l e k t r o d i a l i s i s Miejscowość Locality Głębo kość Depth cm Po ziom Ыогз^ zon С organ, w mg na 100 A gleby Orga nie С in Щ/ lOOjg s o i l рн Kwasowość wymienna w mg-równ./ 10Ö g gleby Exchange able acidity in me/100 g s o i l Skład mechaniczny Mechanicel composition k2 0 mg/ 1 0 0 g gl eby - s o i l н2о KC1ln К’ (A1+ Hw-+H) 1-0,1 mm 0 ,1 -0,02 mm 0,02mm met. Eg- nera met. ele ktr o d ia liz y Gleby bielicowe wytworzone z piasków luźnych senodskich-Podzolic s o i l 6 from loose Senonian sands
Bełżec 1, pow. Tomaszów Lub. Gleba uprawna Arable s o i l Bełżec 2, pow. Tomaszów Lub. Gleba leśna Forest s o i l 0-20 30-45 45-60 80-100 130-145 4-12 15-30 70-80 130-145 Ai
h
в с с А1 а2 в с 1530 390 460 87 24 I 56O 120 95 40 6, 0 4 . 9 5.0 6,2 6.9 6.0 6, 6 4,4 5, 2 5.3 4 .1 4. 3 5.7 6.1 5,5 5 .8 4 ,0 3 .9 0 ,0 0,5 0,7 0,0 0,0 0,0 0,0 1,3 1,0 0,0 0,5 0,7 0,0 0,0 0,0 0 ,0 1,5 1, 0 86 ' 91 94 95 99 85 88 88 94 7 5 . 3 2 1 8 8 8 4 7 4 3 3 0 7 4 4 2 3.0 3.0 6.7 7.7 4.5 6.8 6.5 5,8 6. 5 15,8 5.0 2.1 3 .1 3 .1 5,5 0,3 3,9 4 ,8 Gleby bielicowe wytworzone z piasków sła b o g lin ia st y ch retykoliasowychPo ds o ilic s o i l from weakly loamy re ty k o lia s sands Las koło Olszyny 3,
pow. Lubliniec Gleba leśna Forest s o i l 1-3 3-10 10-20 50-60 100-110 А1
h
■ Б С С IO6O 450 73 23 3 ,2 3.5 4.5 4 ,9 4 .6 2,9 3 .1 4 ,0 4 .2 4 .2 1,4 1,0 0,5 1,2 1,6 1 ,1 0,6 1,3 80 79 77 82 12 13 16 7 8 8 7 11 2,0 5.0 0,5 2.0 18,7 1,6 2,3. 2,3 2,6 Gleba bielicowa wytworzona 2 piasku g l i n i a s t e g o zwałowegoPodsolic s o i l from loamy g l a c i a l sands Kochcice 4, D o w . Lubliniec Gleba uprawna Arable s o i l 0-15 25-35 45-55 100-120 А1
&
D 950 120 58 41 5 ,2 5.6 5 .7 4.7 4,3 4 ,8 5 ,1 4 , 0 0,4 0,1 0 ,0 1,8 0,4 0,2 0 ,0 2 ,0 64 93 93 64 17 1 5 16 19 6 2 20 10,0 5 .0 5,5 3 .0 12,6 2, 8 5, 6 10,4 Gleby pseudobielicowe wytworzone z piasków sła b o g lin ia st y c h zwałowychPseudo-podsolic s o i l s from weakly loamy g l a c i a l sands Lębork 5, pow. Lfbork Gleba uprawna Arable s o i l Popielno 6, pow.Piez Gleba leSna Forest s o i l 0-20 30-40 6О-8О 130-140 3-10 25-35 65-75 150-160 h Аз
h
с A1S
С 950 120 45 38 2470 230 41 15 5.5 5,8 5,7 5.6 4 .5 5.5 5.6 6,3 4 .6 4 .7 4, 1 5.8 3. 9 4 .7 4 .7 5,5 0, 1 0,1 0,1 0,1 2,2 0 ,1 0,1 0,0 0, 2 0, 1 0, 1 0 ,1 2,5 0,1 0, 1 0, 0 78 73 67 85 86 86 89 98 14 17 14 7 7 6 6 1 8 10 19 8 7 8 5 1 9,4 6.3 6.3 5 .0 5 ,2 5 .0 5.0 3.0 9.9 5, 7 12,6 4 .9 3 ,2 1.9 2,0 2,5 Gleby brunatne wyługowane wytworzone z piasków sł a b o g lin ia sty c h zwałowychLeached brown s o i l s from weekly loamy g l a c i a l sands Lębork 7, pow.Lębork Glebe leśna Forest s o i l Słowik 8, pow. Łódź Gleba uprawna Arable воi l 5-8 30-40 80-100 140-150 0-20 20-30 50-60 100-120 h Ш С L
h
СВ) с D 3680 850 85 20 660 165 93 74 3 .7 4 .6 5. 6 8 ,2 4 . 8 5 ,5 6, 0 5 ,3 3,3 4 . 2 4 . 9 7.9 4 ,0 4 ,5 4 .9 4 .3 6 ,1 1,4 0,4 0 ,0 0,5 0 , 1 0 ,0 0 ,2 6,5 1,4 0,4 0 ,0 0,5 0,1 0 ,0 0 ,2 78 84 91 97 75 74 84 53 12 7 6 2 16 17 14 20 lo 9 3 1 9 9 2 27 10,0 5.8 4 ,2 3.8 10,0 5 .0 3 . 0 6. 0 9,2 1.4 1.7 2.8 15,4 12,1 2.5 9,16 A. M usierowicz, Z. Brogow ski
cowych (rys. 1); nieco trudniej natomiast z poziomów próchnicznych A b
a najtrudniej z poziomów glebowych najgłębszych С i D.
W glebie brunatnej (prof. 7, las dębowy), wapń jest wypierany znacz
nie wolniej i bardziej równom iernie w poszczególnych okresach trw a
nia elektrodializy w e wszystkich poziomach genetycznych (tabl. 2).
Ilość Ca wypartego w poszczególnych okresach trwania elektrodia
lizy z różnych poziomów genetycznych gleb piaskowych bielicowych,
pseudobielicowych oraz brunatnej wyługow anej uprawnej wynosi śred
nio z 7 profili w procencie całkowitej ilości Ca wypartego:
Poziom y genetyczne godz. 0 — :3 3 — 6 6 — 9 9 — Aj 59 28 9 4 A 2 i A$ 66 18 9 7 B, BU (в ) 68 17 8 7 С D 55 23 13 9
Gleba brunatna leśna (profil 7), tabl. 2
•Ai 35 29 21 15
(B) 36 19 23 22
С 37 20 23 20
D 34 23 23 20
Opierając się na podanych średnich, szybkość uwalniania Ca z po
szczególnych poziomów genetycznych gleb piaskowych bielicow ych
i pseudobielicowych można uszeregować w następującej kolejności
(rys. 1):
Ca*,B/ > CaAi>A3 > Ca/4i > Cac ,D
Inna kolejność w ystępuje w profilu gleby brunatnej w yługow anej
leśnej (profil 7):
Ca с > Ca(ß) >» CaAl !>Ca/>
Magnez. W edług średnich danych Mg najłatwiej jest uwalniany pod
w pływ em elektrodializy z poziomów eluw ialnych A 2 i A 3 gleb bielico
wych i pseudobielicowych, a najtrudniej z poziomów składy m acierzy
stej С i podścielającej D.
Ilość Mg uwalnianego w poszczególnych odcinkach czasu trwania
elektrodializy wynosi średnio z 7 profili w procencie sum y Mg wypar
tego w okresie 12 godz. (rys. 2):
Poziomy genetyczne godz. 0 — 3 3 — 6 6 — 9 9 — Аг 56 26 10 8 A<l, Aq 63 18 11 8 B, Bu (B) 54 27 15 4 C, D 52 26 15 7
W yp ieran e kationów z kom pleksu sorpcyjnego gleb 7
Gleba brunatna leśna (profil 7, tabl. 2)
47 23 17 23
(B) 35 -25 15 25
с
41 29 18 12D 15 15 38 32
Z danych wynika, że w glebie brunatnej leśnej wypieranie Mg, po
dobnie jak i Ca, zachodzi znacznie wolniej i bardziej równomiernie.
Czas im an ia elektrodializy, godz.—Duration o f electrodialysis, hrs.
Rys. 2. U w alnianie Mg z kom pleksu sorpcyjnego gleb za pomocą elektrodializy (średnia arytm etyczna z 7 profili)
Mg release from soil sorption com plex by m eans of electrodialysis (arithm. mean from 7 profiles)
Szybkość uwalniania Mg z poszczególnych poziomów genetycznych
zbadanych gleb piaskowych bielicowych, pseudobielicowych i brunat
nej uprawnej, można uszeregować w następującej kolejności (rys. 2):
Mg„2, Az > MgAi > MgBt Bi > Mg c,
da w glebie brunatnej leśnej (profil 7) następująco:
Mg^ > Mgc > Mg(£) > MgD
P otas. Główne ilości potasu są wypierane w okresie pierwszych trzech
godzin trwania elektrodializy (tabl. 2, rys, 3). Biorąc pod uwagę prze
ciętne dane, szybkość uwalniania К w ym iennego stopniowo m aleje
w głębszych poziomach zarówno w glebach bielicow ych i
pseudobieli-8 A. M usierowicz, Z. B rogow ski
Wypieranie kationów z kompleksu Release of ca tio n s from s o i l sorption
Miejscowość Locality Głębo kość Depth cm Po ziom Hori zon Ca mg/100 g g l e b y ^ l ) i wypartego po 12 godz.(2)_ Cs:as e le k t r o d ia li z y godz. -0-3 3-6 6-9 9-12 0-12 0-3 3-6 6-9 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2
Gleby bielicowe wytworzone 2: piasków luźnych senoüskich Bełżec 1, pow. Tomaszów Lub. Gleba uprawna Arable s o i l Bełżec 2, pow. Tomaszów Lub. Gleba leśna Forest s o i l 0-2C 30-45 J 45-60 80-100 130-145 4-12 15-30 70-80 130-145 h a2 В с - с h a2 в с 13,6 11,2 11,0 10,0 3. 9 89,0 6,2 4 .9 2,4 42 62 80 80 54 89 69 76 47 10,4 4,0-1,4 2,0 1,8 5,0 1,2 0,7 1,6 33 22 10 16 25 5 13 11 32 4 ,7 ' 1 , 6 0,8 0,4 0,7 5 ,2 С,8 0,4 0,6 14 9 6 3 10 5 10 6 11 3,6 1,2 0,6 0,2 0,8 0,8 0,7 0,4 0,5 11 7 4 1 11 1 8 7 10 32,3 18,0 13,8 12,6 7,2 100,0 8, 9 6,4 5,1 100 100 ICO 100 100 100 100 100 100 0,6 0,3 0,4 0,4 0,3 1,1 0,2 0,1 0,9 66 6o 57 57 38 54 67 50 73 0,2 0,1 0, 2 0,2 0,3 0,6 0,1 0,05 0,1 22 20 29 29 38 32 33 26 12 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,0 0,05 0 ,2 12 20 14 14 12 7 0 25 15 Gleby bielicowe wytworzone z piasków sła b o g lin ia st y ch retykoliasowych Las koło Olszyny3, 1-3 A1 3,4 42 3,4 42 0,8 10 0,5 6 8 ,1 100 1,8 51 1,0 29 0,4 11 pow. Lubliniec
Gleba leśna 3-10 4 1.5 68 0,3 14 0 ,2 9 0,2 o 2,2 1-00 0,5 63 0,1 13 0, 1 13 Forest s o i l 10-20 в 2,8 61 0,5 11 0,4 9 0,9 19 4,6 100 0,4 66 0,1 17 0 ,1 17 50-60 с 1,9 68 0,3 11 0,3 11 0,3 10 2,8 100 0,3 60 0,1 20 0, 1 20 100-110 с 5 ,1 68 1,3 17 0,7 9 0,4 6 7,5 100 2,4 68 0,7 20 0,3 8 Gleba bielicowa wytworzona z piasku g l i n i a s t e g o zwałowego Kochcice 4, pow. 0-15' A1 4 ,7 61 1,7 22 0,9 12 0,4 5 7,7 100 1,1 61 0,3 17 0,1 5 Lubliniec
Gleba uprawna 25-35 a2 3 ,2 76 0,5 12 0,3 7 0,2 6 4 , 2 100 0,5 62 0 ,0 0 0,1 13 Arable s o i l 45-55 Б/С 2,4 66 0,5 14 0,5 14 0,2 6 3,6 100 0,1 50 0,1 50 0 ,0 0 100-120 D 2,4 33 2,9 40 0,5 21 0,4 6 7,2 100 2,0 55 0,6 17 0,4 11 Gleby pseuaobielicowe wytworzone z piasków słab og linia st yc h zwałowych Lębork 5, pow. 0-20 h 12,0 51 9,6 48 1,6 7 0 ,2 1 23,4 100 1,4 47 1,2 39 0,2 7 Lębork fil ôKû ПГТАППА 30-40 A3 9,6 65 3 ,0 20 1,4 10 0,7. 5 14,7 100 1,0 72 0,3 21 0,1 7 j l ç Ud Uui ciwiia Arable s o i l 60-80 B/C 33,4 81 4 ,0 9 1,6 4 3 ,0 6 4 1,0 100 5,3 60 1,6 18 0,8 10 130-140 с 10,4 73 2,6 18 0,8 6 0,4 3 12,2 100 2,1 50 1,2 30 0,5 13 Popielno 6, pow. 3-10 h 3 ,1 67 0,9 19 0,4 9 0 ,2 5 4 ,6 100 2,1 55 0,8 21 0 ,6 16 Pisz Gleba leśna 25-35 h 3,4 54 1,9 30 0,7 11 0,3 5 6,3 100 1,6 47 0,9 27 0,5 14 Forest s o i l 35-75 h 4 ,8 60 1,6 20 1,0 12 0,6 8 8,0 100 2,6 43 1,7 28 1,0 16 150-160 с 2,5 40 2,2 36 0,8 13 0,7 11 6,2 100 0,8 40 0,8 40 0 ,2 10 Gleby brunetne wyługowane wytworzone ii piasków słab og lin ia st ych zwałowych Lębork 7, pow. 5-8 h 1,7 35 1,4 29 1,0 21 0,7 15 4,8 100 1,9 47 1,0 23 0,7 17 Lębork Gleba leśna 30-40 (Б) 0,9 36 0,5 19 0,6 23 0,6 22 2,6 100 0,7 35 0,5 25 0,3. 15 Forest s o i l 80-100 С 1,0 37 0,5 20 o,7 23 0,5 20 2,7 100 0,7 41 0,5 29 0,3 18 140-150 D 58,0 34 40,0 23 40, С 23 35,0 20 173,0 100 0,4 15 0,4 15 1,0 38 Słowik 8, pow. 0-20 A1 1,3 48 1,1 40 0 ,2 7 0,1 5 2,7 100 0,7 60 0,3 25 0,1 8 Łódź Gleba uprawna 20-30 CB) 2,4 49 1,8 37 0,5 10 0,2 4 4 ,9 100 0,7 50 0,3 21 0,3 21 Arable s o i l 50-60 с 2,7 73 0,7 16 0,2 6 0,1 5 3,7 100 0,5 45 0,2 18 0,3 27 100-120 D 0,5 13 0,8 21 1,4 36 1,2 30 3,9 100 2,8 38 2,8 38 1,2 16
W ypieranie kationów z kom pleksu sorpcyjnego gleb 9
sorpcyjnego metodą e l e k t r o d ia li z y complex during e l e c t r o d i a l y s i s
к Na
- in mg/10C soi l ( l ) and percentage released in 12 hrs (2; - Duration of e l e c t r o d i a l y s i s in :ours
9-12 0-12 0-3 3-6 6-9 9-12 0-12 0-3 3-6 6-9 9-12 0-12
1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2
- Podsolic s o i l s - loose Senonien sands
0,0 0 0,9 100 12,4 78 1,6 10 1,0 7 0,8 5 15,8 IOC n.o. n .c . n . o . n.o. n.o. 0,0 0 0,5 100 3 ,6 72 0,8 lb 0 ,2 4 0,4 8 5,0 100 n . c . n . c . n.o. n .o . n . c . 0,0 0 0,7 Л00 1,6 76 0,2 10 0,2 10 0,1 4 2,1 100 n.o. n.o. n.c . n.o. n.o. 0,0 0 0,7 100 2,4 77 0,4 13 0,1 3 0,2 7 3 ,1 100 n . o . n . o . n .c . Г:. 0 . n.o. 0,1 12 0,8 100 2,2 71 0,4 13 0,2 6 0,3 10 3,1 ICO n.o. n . o . n.o. n.o. n.o. 0,1 7 1,9 ICO 5,0 91 0,4 7 0, 1 2 a l . 0 5,5 100 5 ,2 69 0,9 13 0, 6 5 0,9 13 7,6 100 0 ,0 0 0,3 100 0,2 67 0,1 33 Ś1. 0 ?1. 0 0,3 ICO 1,9 56 0,4 12 0,4 12 0,7 20 3,4 100 0 ,0 0 0,2 100 1,8 46 1,8 46 0 ,2 5 0,1 3 3 ,9 100 2,5 53 1,3 28 0,5 11 0,4 8 4 ,7 100 0,0 0 1,2 100 2,4 50 1,6 33 0,4 8 0,4 9 4 ,8 •100 3,7 76 0,4 8 0,4 8 0,4 8 4 ,9 100 - Fodsolic s o i l s from weakly loamy rhetykolias sandy
0,3 9 3 ,5 100 16,8 90 1,2 6 0,4 2 0,3 2 18,7 100 3, 9 72 0,4 7 0,4 7 0,7 14 5 ,4 100 0,1 12 0,8 100 1,4 88 0 ,1 6 0 ,1 6 0,0 0 1,6 100 28,0 74 0,4 10 0,3 6 0,4 10 3 ,9 100 0,0 0 0,6 100 1,8 78 0,2 9 0, 2 9 0,1 4 2,3 100 1,8 58 0,4 13 0,4 13 0,5 16 3 ,1 100 0 ,0 0 0,5 100 1,8 78 0, 2 0 0 ,1 4 0,2 9 2,3 100 1,8 67 0,4 15 0,3 11 0,2 7 2,7 ICO 0,1 4 3, 5 100 2,6 92 0,2 8 0, 0 0 0,0 0 2,8 100 1,0 44 0,4 17 0,3 14 0 ,6 25 2,3 100 - Podso lic s o i l from loamy g l a c i a l sands
0,3 17 1,8 100 10,6 84 0 ,9 7 0,5 4 0,6 5 12,6 100 3,7 67 0,6 11 0,5 9 0,7 13 5,5 100 0 ,2 25 0,8 100 2,7 96 0,1 4 0,0 0 0,0 0 2,8 100 2,8 85 0, 2 6 0,2 6 0,1 3 3,3 100 0,0 0 0,2 100 5,5 82 0,1 18 0,0 0 0 ,0 0 5,6 100 2,4 73 0 ,2 6 0 ,2 6 0,5 15 3,3 100 0,6 17 3,6 100 9,0 86 0,5 5 0,5 5 0,4 4 10,4 100 3, 0 68 0,4 9 0,3 6 0,9 20 4 ,6 100
Pseudo-pods;olic s o i l s from weakly loamjr g l a c i a l sands
0,2 7 3 ,0 100 7 ,2 73 1,7 17 0,8 8 0,2 2 9,9 100 n . o . n . o . n .o . n.c . n .c . 0,0 0 1,4 100 4 ,8 84 0,6 11 0, 2 4 0,1 1 5,7 100 n.o . n.o . n . o . n.o. n . o . 1 1,1 12 8 ,8 100 10,6 84 1,0 8 0,6 5 0,4 3 12,6 100 n . o . n . o . n.o. n .c . n .o . i 0,3 7 4 ,1 100 3,8 78 0,8 16 0, 2 4 0,1 2 4 ,9 100 n.o. n . o . n .o . n.o. n . o . 0,3 8 3,8 100 3 ,0 94 0,2 6 0 , 0 0 0,0
.
0 3, 2 100 2,2 73 0 ,4 13 0, 2 7 0,2 7 3 ,0 100 0,4 12 3,4 100 1,5 78 3 ,0 15 0,1 7 0,0 0 1,9 100 2,0 71 0 , 4 15 0,2 7 0 ,2 7 2,8 100 0,8 13 6, 1 100 1,6 80 0,2 10 0 ,1 5 0,1 5 2,0 100 1,4 70 0,3 15 0, 2 10 0,1 5 2,0 100 0,2 10 2,0 100 1,2 48 0,6 24 0,6 24 0,1 4 2,5 100 0,5 45 0,4 37 0 ,1 9 0 ,1 9 1,1 100 - Leacheed brown s o i l s froti weakly loamy g l a c i a l sands0,5 23 4 ,1 100 6,6 72 1,2 13 0, 8 9 0,6 6 9,2 100 n.o . n.o. n.o. n.o . n.o. 0,5 25 2,0 100 1,0 71 0,2 14 s i . 0 0,2 15 1,4 100 n.o. n.o. n.o. n.o. n .c . 0 , 4 12 1,9 100 1,0 59 0,2 12 0,2 12 0,3 17 1,7 100 n.o. n.o. n.o. n.o. n . o . 0,8 32 2,6 100 1,2 46 0,6 23 0,6 23 0,4 8 2,8 100 n.o. n.o . n . o . n .o . n.o . 0,1 7 1.2 100 14,5 94 0,6 4 0 ,2 1 0,1 1 15,4 100 0,8 62 0,1 8 0,2 15 0 ,2 15 1,3 100 0,1 8 1,4 100 9,6 79 0, 9 7 0,8 7 0, 8 7 12,1 100 0,7 60 0 ,2 16 0 ,2 16 0, 1 8 1,2 100 0 ,1 10 1,1 100 2,3 92 0,1 4 0 ,1 4 Ś1. 0 2,5 100 0,5 56 0,2 22 0 ,1 11 0,1 11 0,9 100 0 ,6 8 7,4 100 7,8 85 0, 9 9 0, 4 5 0,1 1 9, 2 100 2,2 73 0,5 17 0 ,2 7 0,1 3 3 ,0 100
1 0 A. M usierowicz, Z. Brogow ski
cO’Wych, jak i w brunatnych wyługowanych uprawnych i leśnych. Nie
obserwujemy natomiast większych różnic w szybkości uwalniania К
w wymienionych glebach.
Ilość uwalnianego potasu w odpowiednich odcinkach czasu elektro
dializy z poszczególnych poziomów genetycznych, wyrażona w procen
tach całkowitej ilości К wypartego w okresie 12 godz., wynosi średnio
z 8 profili:
Poziom y genetyczne godz. 0 — 3 3 — 6 6 — 9 9 — 12 At 85 9 4 2 A2, A3 81 14 •: 1 в, В/, (В) 75 15 4 6 С, D 73 14 8 6A więc szybkość uwalniania potasu z poszczególnych poziomów gene
tycznych zbadanych gleb można uszeregować w następującej kolejno
ści (rys. 3):
*7 ' Z *3 4
Czas irwania elektrodializy, godz. — Duration of electnodialysis, h n s . ► Rys. 3. U w alnianie К z kompleksu sorpcyjnego gleb za pomocą elektrodializy
(średnia arytm etyczna z 8 .profili)
К release from soil sorption com plex by m eans o f electrodialysis (arithm. mean from 8 profiles)
W ypieranie kationów z kom pleksu sorpcyjnego gleb 11
Sód. Uwalnianie sodu z poszczególnych poziomów genetycznych
<5 profili) gleb piaskowych przebiega podobnie jak potasu, z tym tylko,
że w ostatnim okresie 9— 12 godz. trwania elektrodializy następuje po
wtórne zwiększenie się ilości wypieranego sodu.
Ilość Na uwalnianego w poszczególnych odcinkach czasu trwania
elektrodializy wynosi średnio z 5 profili w procentach sodu wypartego
w okresie 12 godz. elektrodializy (tabl. 2, rys. 4):
Poziomy genetyczne A i A2, Az в , В/, (B) C, D godz. 0 — 3 3 — 6 6 — 9 9 — 12 69 10 9 12 72 11 8 9 63 16 10 11 61 18 9 12
Na tej podstawie szybkość uwalniania Na z poszczególnych pozio
m ów genetycznych można uszeregować wg natępującej kolejności:
Na^2j/j3 > Na/4i > Na5> Bl? (ß) > Nac,
d2 .
£
£
Czas trwania elektrodializy, godz. — Duration of electrodialysis, hns. — ►
R ys. 4. U w alnianie Na z kom pleksu sorpcyjnego gleb za pomocą elektrodializy (średnia arytm etyczna z 5 profili)
N a release from soil sorption com plex by m eans of electrodialysis (arithm. mean from 5 profiles)
12 A. M usierowicz, Z. Brogowski DYSKUSJA I WNIOSKI
Uw alnianie kationów Ca, Mg, К i Na pod w pływ em elektrodializy
przebiega na ogół łatw iej w poziomach А ъ A 2, A3, B,
i (В), a trudniej
w poziomach glebowych głębszych: skały m acierzystej С i podścielają
cej D. Jest to związane prawdopodobnie z intensyw nością procesów gle-
botwórczych, które przebiegają zasadniczo w powierzchniowych war
stwach gleb. Stąd też kompleks sorpcyjny w tych poziomach jest bar
dziej zm ienny i wiązanie kationów wym iennych jest znacznie słabsze niż
w głębszych poziomach (rys. 1, 2, 3 i 4).
Porównując szybkość uwalniania kationów Ca, Mg, К i Na z kom
pleksu sorpcyjnego w tym samym czasie (0— 3 gcdz.), wyrażoną w pro
centach całkowitej ilości danego kationu, stwierdzono, że najłatwiej jest
uw alniany z gleb piaskowych K, nieco trudniej Na, trudniej Ca, a naj
trudniej Mg.
W pierwszych trzech godzi,nach (0— 3 gcdz.) trwania elektrodializy
średnio są wypierane następujące ilości poszczególnych kationów
(w procentach):
Poziom y genetyczne К Na Ca Mg 85 69 59 56 a2, a3 81 72 66 63 B2, B l} (B) 75 63 68 54 C, D 72 61 55 52W związku z tym można zaproponować następujący szereg wyjścia
tych kationów z kompleksu sorpcyjnego gleb piaskowych:
К > Na > Ca > Mg
W poziomach iluw ialnych Ca jest uw alniany nieco szybciej niż Na,
a więc szereg uwalniania kationów w nich będzie następujący:
К > Ca > Na > Mg
N ależy podkreślić, że szybkość wyjścia kationów z kom pleksu sorp
cyjnego g lek będzie zależała nie tylko od wartościowości, ciężaru ato
m owego i struktury sorbenta, jak się .na ogół uważa, ale również od
promienia jenowego kationu oraz od stopnia hydratacji. W i l s o n [14]
badając szybkość wypierania kationów oitrzymał podobny szereg w y j
ścia trzech badanych kationów, a mianowicie:
К > Ca > Mg
Charakter i przyczyny silniejszego lub słabszego wiązania kationów
w poszczególnych poziomach genetycznych gleb nie są w dostatecznym
stopniu poznane. Zagadnienie to powinno być nadal badane, ponieważ
wiąże się ono bezpośrednio ze sprawą nawożenia i żyzności gleb.
W ypieranie kationów z kom pleksu sorpcyjnego gleb 13
LITERATURA
[1] B r o g o w s k i Z.: W ypieranie kationów z kom pleksu sorpcyjnego gleb pia skowych. Roczn. Glebozn., Dodatek do t. X, 1961, s. 280—283.
[2] K o n e c k a - B e t l e y K.: Studia nad kom pleksem sorpcyjnym gleb w y tworzonych z gliny zwałow ej w nawiązaniu do ich genezy. Roczn. Glebozn., t. 10, z. 2. W arszawa 1961.
[3] L a i T. M., M o r t l a n d M. M.: D iffusion of Jons in Bentonite Vermiculite. Soil Sei. Soc. of Amer. Proc., Vol. 25, nr 5, 1961, s. 353—357.
[4] M a k s i m ó w A., G ó r a l s k i J.: W łaściwości sorpcyjne i odczyn gleb. PWRiL, W arszawa 1959, s. 289.
£5] M a k s i m ó w A.: E lektrofiltracja gleb. Roczn. Nauk Roln. i Leśnych, t. 36, 1935, s. 27—94.
[6] M o r t l a n d M. M.: K inetics of Potasium R elease from Biotite. Soil Sei. Soc. of Amer. Proc., Vol. 22, nr 6, 1958, s. 503—508.
[7] M о r 1 1 a n d М. М., E r i с к s о n A. E.: Surface Reaction of Clay M inerals, Soil Sei. Soc. of Amer. Proc., Vol. 20, nr 4, 1956, s. 476—479.
[8] M o r t l a n d M. M.: Influence of Some Organic Salts on the Absorption of Potasium by V erm iculite. Nature. Vol. 192, nr 4801, 1961, s. 481—482.
[9] M u s i e r o w i c z A., K o n e c k a - B e t l e y K., H o i n k a J.: Studia nad kom pleksem sorpcyjnym i zawartością w nim kationów w ym iennych w aż niejszych gleb piaskow ych. Roczn. Nauk Roln., t. 6 9 -A -l, W arszawa 1954. [10] N o r m a n A., C l a r k H., H u m f e l d , A l b e n A.O.: Elektrodializis of soils
and the M attson cell. Soil Sei., 24, 1927, s. 291—295.
I ll] N o s h V. E., M a r s c h a l l C. E.: The surface reaction of silicate minerals. Agric. Exper. Station U niversity of Missouri. Columbia. Research bull., 613, 1956, s. 35.
[12] S i u t a J.: Kom pleks sorpcyjny gleb brunatnych i bielicow ych pojezierza mazurskiego. Roczn. Nauk Roln., t. 82-A-3, 1961, s. 563—657.
[13] S i u t a J.: W stępne badania nad udziałem glebowej substancji organicznej w sorpcji w ym iennej kationów. Roczn. Glebozn., t. IX, z. 2, s. 57—62. [14] W i l s o n B. D.: Extraction of adsorbed cations from soil by electrodialysis.
Soil Sei., 28, 1929, s. 411—421. А . М У С Е Р О В И Ч , 3 . Б Р О Г О В С К И ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СКОРОСТИ ВЫТЕСНЕНИЯ ОБМЕННЫХ КАТИОНОВ ИЗ СОРПЦИОННОГО КОМПЛЕКСА ПЕСЧАНЫХ ПОЧВ К а ф е д р а П о ч в о в е д е н и я Г л а в н о й С е л ь с к о х о з я й с т в е н н о й Ш к о л ы , В а р ш а в а
Р е з ю м е
В 8 проф илях песчаных почв изучена скорость вытеснения обменных катио нов посредством электродиализа. Использование для исследований профили были взяты из различных ф изиографических регионов Польши. Шесть из них представляют подзолистые и псевдоподзолистые почвы, два профиля — выщело14 A. M usierowicz, Z. Brogowski ченные буроземные почвы. Электродиализ проводился при помощи аппаратуры, автором которой является А. М а к с и м о в [5], при напряжении 100 вольт. Вы тесненные из сорпционного комплекса катионы (Ca, Mg, К и Na) определялись в водных катодных растворах, в 3-часовых промежутках. Вытеснение катионов Ca, Mg, К и Na под действием электродиализа проте кает в общем легче в горизонтах А ь А 2, A s, В, В/ и (В), а труднее всего — в поч венных горизонтах, леж ащ их глубж е — в материнской породе С и подстилаю щей — Д. Это вероятно связано с интенсивностью почвообразующ их процессов, которые, в основе, протекают в верхних почвенных горизонтах. Вследствие этого сорпционный комплекс в этих горизонтах более изменчив и связь обмен ных катионов много слабее чем в самых глубоких горизонтах (чертежи 1„ 2, 3 и 4. Сравнивая скорость освобождения катионов Ca, Mg, К и Na из сорпцион ного комплекса в одинаковое время (0—3 часа), мы устанавливаем, что из песчаных почв легче всего вытесняется К, несколько труднее — Na, труднее — Са, а всего трудней — Mg. В продолжение первых трех часов (0—3 час.) электродиализа вытесняются следующ ие количества отдельных катионов (табл. 2, средние данные): Генетические горизонты
Ах
А 2у Аз Б,Б\ и (Б) Ц п Д К Na Са Mg 85 69 59 56 81 72 66 63 75 63 68 54 72 61 55 52 В свлзи с этим можно предложить следующий ряд выхода этих катионов из сорпционного комплекса песчаных почв: К > Na > Ca > Mg В иллювиальных горизонтах Са вытесняется несколько скорее, чем Na и, следовательно, ряд выхода катионов в этих горизонтах будет иметь следующ ий вид: К > Ca > Na > Mg Следует подчеркнуть, что скорость вытеснения катионов из сорпционного комплекса почв будет зависеть не только от валентности атомного веса и струк туры сорбента, как это в общем принято, но такж е и от радиуса ионного катиона и от степени его гидратации. Вильсон [14], исследуя скорость вы теснения катионов получал следующий ряд выхода трех изучаемых катио нов, а именно: К > Ca > Mg т Характер и причины более сильной или более слабой связи катионов в от дельных генетических горизонтах почв не изучен ещ е в достаточной степени. Следует продолжать изучение этой проблемы ввиду существования непосред ственной связи меж ду ней, а удобрением и плодородием почв.W ypieranie kationów z kom pleksu sorpcyjnego gleb 15
A . M U S IE R O W IC Z , Z. B R O G O W SK I
PRELIMINARY STUDIES ON RATE OF EXCHANGEABLE CATIONS RELEASE FROM THE SORPTION COMPLEX OF SANDY SOILS
D e p a r tm e n t o f S o il S c ie n c e , C e n tr a l S c h o o l o f A g r ic u ltu r e , W a r sa w
S u m m a r y
The rate of exchangeable cations release by means of electrodialysis w as in vestigated in 8 sandy soil profiles. The exp erim en tal profiles originated from
various physiographically differen Polish regions. S ix of them represented pod- solic and pseudopodsolic, two of them brown leached soils. For electrodialysis w as used an apparatus designed by M a k s i m ó w [5] wiith voltage 100 V. The ca tions (Ca, Mg, K, Na) relased from the sorption com plex w ere being determined in the cathode fluids at 3 hours intervals.
Liberation of Ca, Mg, K, Na cations by electrodialysis proceeds in general fairly readily in the horizons A lt A 2, A 3, B, Bi and (B), w hereas it en counters great d ifficulties in deeper soil strata — in parent rock С and substratum D. This is pro bably correlated w ith the intensity of the soil-form ing processes w hich basically are taking their course in the upper soil layers. The sorption com plex in those layers shows therefore greater variance and the binding of the exchangeable ca tions is much w eak er here than in deeper soil horizons (figs. 1, 2, 3, 4).
Comparison of the rates of Ca, Mg, К and Na cations released from the sorp tion com plex for an equal tim e interval (0—3 hr) indicates that К is most readily rem oved, Na — som ew hat less easil, Ca — w ith major d ifficulties, Mg — w ith re latively greatest difficulty.
In the first three (0—3) hours of electrodialysis are being rem oved the follow ing amounts in percent of the particular cations (tab. 2, mean values):
The rest of cations amounts w as released next 9 hours duration of electro dialysis.
We can thus suggest the follow in g elim ination pattern of those cations from the sorption com plex of sandy soils:
К > Na > Ca > Mg
From the illuvial horizons Ca release som ew hat more rapidly than Na, so that the pattern w ill be here.:
G enetic horizons К Na Ca Mg 85 69 59 56 81 72 66 f<3 75 63 68 54 72 61 55 52 A x
A2>A
s B, Bl, (B) C, D К > Ca > Na > MgIt m ay be pointed out that the rate of cation release from the soil sorption com plex depends not only on valence, atom ic w eigh t and structure of the sorbent
16 A. M usierowicz, Z. Brogow ski
(as is generally assumed), but also on ion radius of the cation and rate of hydra tion. In W i l s o n research on rates of cation release [14] he obtained a sim ilar elim ination pattern for three investigated cations, viz:
К > Ca > Mg
The nature and causes of stronger or w eak er cation binding in particular genetic soil horizons are not adequately understood. This question deserves further stu dy since it is directly related w ith fertilizing and fertility problems in soils.
