R O C Z N I K I G L E B O Z N A W C Z E , T . X V I I I z. 1. W A R S Z A W A 1967
JÓZEF T O K A J
ILOŚCIOWE BADANIA MIKROSKOPOWO-CHEMICZNE
AGREGATÓW GLEBOWYCH. CZĘŚĆ II. WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE, SKŁAD MINERALNY I CHEMICZNY
ORAZ WŁAŚCIWOŚCI SORPCYJNE
K ated ra G leb o zn a w stw a W SR K ra k ó w
W ST ĘP
A gregaty glebowe m ają decydujące znaczenie dla żyzności gleby. Woda i pow ietrze w agregatach glebowych określają natężenie procesów mikrobiologicznych, zachodzących w nich. Z tego wynika potrzeba ba dania właściwości fizycznych, chemicznych i składu m ineralnego agre gatów glebowych jako podstawowych elementów stru k tu ry roli i gleby. Badań na tym odcinku jest dotychczas bardzo mało. Stąd nasze zainte resowanie tą dziedziną badań. Poniżej przedstawiono wyniki dociekań odnoszących się do kilku gleb brunatnych okolic K rakowa — gleby ornej z Mydlnik, gleby łąkowo-pastwiskowej z Jaw orek oraz gleby leś nej z Małej Łąki.
W Ł A ŚC IW O ŚC I FIZY C ZN E A G R EG A T Ó W
W glebie z M ydlnik ciężar w łaściw y agregatów jasnych jest nieco
większy niż ciemnych, z w yjątkiem frak cji powyżej 6 mm średnicy.
Z najduje to uzasadnienie w składzie mechanicznym. Podobnie zacho w uje się ciężar objętościowy z w yjątkiem frak cji 3—4 mm średnicy. A gregaty jasne w ykazują m niejszą porowatość ogólną niż ciemne, z w y jątkiem frakcji 3—4 mm i powyżej 6 mm średnicy.
K apilarna pojemność wodna nie zależy od zabarwienia i wielkości agregatów. Jest ona większa w tych frakcjach agregatów, w których
186 J. Tokaj
znajduje się więcej m inerałów ilastych, z w yjątkiem frakcji powyżej 6 mm średnicy agregatów ciemnych. Higroskopijność agregatów ciem nych jest większa niż agregatów jasnych, z w yjątkiem frakcji 3—4 mm i wynosi niewiele ponad 1%. Zaw artość w ody odpowiadająca m aksym al nej higroskopowości, poza frakcjam i 2—3 i 4—5 mm, jest większa w agregatach ciemnych i w niektórych frakcjach dochodzi do kilku procent. Różnice te spowodowane są jakością substancji sklejającej i jej ilością w stosunku do szkieletu m ineralnego.
P rzy przesiewaniu w wodzie na sicie o wielkości oczek 2 mm pozo staw ało m niej trw ałych agregatów jasnych niż ciemnych. Na sitach o wielkości oczek 1 i 0,5 mm było więcej trw ałych agregatów jasnych niż ciemnych. Suma wszystkich wodoodpornych agregatów ciemnych jest większa niż jasnych przy tych samych wielkościach, z w yjątkiem frakcji powyżej 6 mm średnicy. W obrębie agregatów jasnych wodood pornych jest od 72,8 do 90,4%, a w obrębie ciemnych — od 77,6 do 87,2%- A gregaty ciemne są jednak bardziej odporne na rozm ywające działanie wody niż agregaty jasne. Ich większa wodoodporność może być spowodowana większą zaw artością substancji organicznej i m ine rałów ilastych. Dzięki wodoodporności zostają zahamowane w znacznej mierze procesy m ikroerozji gleby, powo dujące niekorzystne dla rozwoju system u korzeniowego roślin zagęszczenie cząstek glebowych. Ma to szczególne znaczenie w glebach terenów górskich, najbardziej n a rażonych na procesy erozyjne. Wysoką wodoodporność w ykazują agregaty gleby z Jaw orek i Małej Łąki oraz Sieniaw y [20, 1].
Z W IĘ Z Ł O Ś Ć A G R E G A T Ó W
Zwięzłość agregatów (rys. 2) oznaczono specjalnym aparatem (rys. 1), służącym do pomiarów w ytrzym ałości na zgniatanie. A parat ten pozwala badać indyw idualnie agregaty glebowe, a samo w ykonanie po m iaru jest bardzo proste i szybkie [19]. A gregaty badano w stanie pow ietrznie su chym, wysuszone w tem peraturze 110°C i m aksym alnie nasycone p arą wodną (ma ksym alna higroskopowość). P rzy badaniu w ytrzym ałości na rozgniatanie tej samej R ys. 1. A p arat do b ad an ia
z w ięzło ści (w y trzy m a ło ści) a g r e g a tó w g leb o w y ch D e v ic e fo r te s tin g resista n ce
B ad an ia a g reg a tó w g leb o w y ch 187
frakcji K a c z y ń s k i [8] stw ierdził duże różnice w zwięzłości w poszcze gólnych typach glebowych oraz poziomach genetycznych jednego typu gleby. Zwięzłość gleby, a zarazem agregatów glebowych, ma szczególne znaczenie przede w szystkim dla rozprzestrzeniania się system u korzenio wego roślin, stosowania narzędzi upraw y itp. W zbadanych 6 frakcjach
h g/cm 3 a) 80 г
R ys. 2. W y trzy m a ło ść na zg n ia ta n ie (M ydlniki)
a — a g r e g a t y j a s n e , b — a g r e g a t y c ie m (n e ; 1 — a g r e g a t y p o w i e t r z n i e s u c h e , 2 — a g r e g a t y w y s u s z o n e w t e m p e r a t u r z e 110°C, 3 — a g r e g a t y n a s y c o n e p a r ą w o d n ą ( m a k s y m a l n a h ig r o s k o p o w o ś ć )
R e sista n c e of a g g reg a tes to cru sh in g i(M ydlniki)
a — l i g h t a g g r e g a t e s , b — d a r k a g g r e g a t e s ; 1 — a i r - d r y a g g r e g a t e s , 2 — a g g r e g a t e s d r i e d a t 110°C, 3 — a g g r e g a t e s s a t u r a t e d
w i t h s t e a m ( m a x i m a l h y g r o s c o p i c i t y )
w ytrzym ałość agregatów ciemnych w stanie pow ietrznie suchym jest większa niż w agregatach jasnych. W ytrzym ałość agregatów jasnych, w y suszonych w tem peraturze 110° C, jest nieco mniejsza niż ciemnych, z w y jątkiem frakcji 2— 3 mm średnicy. Podobnie jest z w ytrzym ałością agre gatów w stanie m aksym alnie nasyconym parą wodną. N ajbardziej w
y-188 J. Tokaj
trzym ałe okazują się frakcje 1—2 i 2—3 m m średnicy. W pozostałych frakcjach w ytrzym ałość m aleje ze w zrostem średnicy agregatów, a róż nice m iędzy jasnym i a ciemnymi są nieznaczne.
G Ł Ó W N E E L E M E N T Y M IK R O B U D O W Y A G R E G A T Ó W
W toku badań mikroskopowych cienkich szlifów z agregatów glebo wych ustalono ilość głównych elementów m ikrobudowy agregatów gle bowych gleby z M ydlnik (tab. 2). Należą do nich:
— szkielet, reprezentow any przez m inerały detrytyczne,
— lepiszcze (spoiwo), składające się z m inerałów ilastych i substancji organicznej oraz
— przestw ory (kanaliki i pory zamknięte).
Zawartość d etrytusu mineralnego agregatów jasnych we frakcjach 1—2, 2—3, 4—5 i powyżej 6 mm jest większa niż w agregatach ciem nych. A gregaty jasne w ykazują większe różnice ilościowe w zaw artości szkieletu między poszczególnymi frakcjam i niż agregaty ciemne. Z aw ar tość lepiszcza w aha się podobnie jak zawartość szkieletu. Porowatość jest nieco większa u agregatów jasnych niż ciemnych, z w yjątkiem frakcji 4—5 mm średnicy. Wielkość przestw orów w aha się w agregatach jasnych od 12,5 do 262,5 ja, a przy ciemnych — od 18,7 do 300 \i. Jak widać, budowa agregatów jasnych i ciemnych nie jest w jednej glebie jednakowa. Stąd też właściwości fizyczne oraz chemiczne samej gleby są uzależnione od ich wzajemnego stosunku. Dlatego to oddziaływanie czynników strukturotw órczych na procesy agregacji m aterii glebowej przebiegają rozmaicie w jednym typie glebowym. Bardzo ważnym skład nikiem m ikrobudow y jest porowatość, która decyduje o aktywności biologicznej gruzełka i jego w artości rolniczej. Stąd też najwięcej uwagi poświęcono badaniu porowatości w szlifach polerow anych z gleby ( P o l s k i [15], K u b i e ń a, B e c k m a n n , G e y g e r [12]) i w szlifach cienkich ( J a b ł o ń s k i [6], K e l l e r m a n n [9], K o w a l i ń s k i [10] i inni). Ś w i ę t o c h o w s k i [18] podaje, że m akroagregaty pierwszego rzędu m ają najczęściej pory włoskowate, a rzadziej kapilarne i aera- cyjne. G ruzełki wyższego rzędu m ają zawsze pory kapilarne i aeracyjne.
S K Ł A D M IN E R A L N Y S Z K I E L E T U D E T R Y T U S U A G R E G A T Ó W Z E S Z L IF Û W
W skład szkieletu agregatów wchodzą różne m inerały detrytyczne, które w pływ ają na jakość agregatów oraz n a ich dynam ikę w glebie. Z najw ażniejszych m inerałów w skład szkieletu wchodzą: kwarzec, ska lenie i łyszczyki oraz czasem resztki substancji organicznej nie rozłożo nej, k tó ra nie została podana w tabeli, gdyż w ystępuje w bardzo m ałych ilościach. A gregaty jasne zaw ierają więcej kw arcu niż ciemne. Zaw
ar-T a b e l a 1
N iektóre w łaściw ości fizy czn e agregatów glebowych z Mydlnik C e rta in p h y a ic a l p r o p e rtie s of s o i l a g g reg ates a t M adlniki
Frak c ja F rac tio n mm Zabarw ienie agregatów C o lo ratio n of ag g reg ates C iężar w ł.* S p e c ific g ra v ity g/ml C iężar objętościow y Weight by volume g/m l Porow atość P o ro s ity % Pojemność wodna k a p ila rn a % o b j. C a p ilary m oisture c a p a c ity v o l. % Higroskopowość Ity g ro sc o p ic ity % Trwałe agregaty ** Permanent ag g reg ates
% norm al na normal maksy malna maximal 2 mm 2-1 mm 1-0,5 mm razemt o t a l 1-2 Jasne - L ight 2,50 1,22 45,4 40,0 2,13 6,73 4,4 55,6 12,8 72,8 2-3 2,73 1,23 45,1 47,3 2,50 12,52 37,2 30,0 12,8 8 0 , 0 3-4 2,54 1,10 47,2 40,0 2 , 2 6 7,56 40,4 29,2 13,2 92,8 4-5 2,84 1,23 43,8 35,3 2,30 9,20 48,0 24,0 12,0 84,0 5-6 2,63 1,20 47,2 32,7 2,31 10,21 44,0 20,8 12,0 84,0 > 6 2,24 1,23 45,0 38,0 2,69 8,89 58,8 20,8 10,8 90,4 1-2 Ciemne - Dark 2,24 1,10 48,2 44,0 3,12 9,92 8,0 6 0 , 8 8,8 77,6 2-3 2,50 1,16 46,0 39,1 2,58 9,58 45,2 26,8 10,8 82,8 3-4 2,50 1,18 46,1 39,0 2,13 7,78 56,0 21,6 9,6 co Г4— C\J 4-5 2,61 1,20 44,5 37,0 2,82 8,42 54,0 22,0 9,2 85,2 5-6 2,14 1,20 53,3 44,5 2,72 12,12 57,6 18,8 10,0 86,4 > 6 2,70 1,22 44,2 36,0 2,65 11,98 64,0 15,6 8,0 77,6
• C ięż ar właściwy i objętościow y, porow atość, pojemność wodną i hygroskopowość są średnim i z dwóch oznaczeń.
S p e c ific g r a v ity , weight by volume, p o r o s ity , m o istu re c a p a c ity and h y g ro sc o p ic ity are g iv en as means of two d e te rm in a tio n s. ** ère d n ie w a rto śc i liczbowe z trz e c h oznaczeń po kąpaniu w Kodzie agregatów p o z o sta ły c h na s ita c h .
Mean num erical v alu es of th re e d e te rm in a tio n s a f t e r bashing in w ater o f ag g reg ates rem aining on the s ie v e s.
00 C£> B a d a n ia agr egatów g le b o w y c h
T a b e l a 2 осо
Budowa i skład mineralny agregatów glebowych z Mydlnik ( s z lif y ) *
Structure and minerai composition of s o i l aggregates at Mydlniki (p o lish ed se c tio n s)
Frak cja Frac tion Zabar wienie Colora tion of Detr y tus mineralny sz k ie le tu Mineral, sk e le ta l Lepi szcze Cement Porowa tość Poro s it y % Wielkość przestworów w mikronach Size of Kwarzec Quartz % Skalenie (o rto k la z, plagiok laz) Feldspars (orth o-Łyszczyki (muskowit) Micas (musco v ite ) % Suma sk a len i i ły s z - czyków Sum of
Procent obtoczenia ziarn szkieletow ych (detrytusu) Percentage of p o lish in g of s k e le ta l grains (d e tr itu s) mm te s d etritu s % % openings in microns c la s e ,p la -g io c la se ) % feld sp ares and micas % a b с d ośr 1-2 Jasne Light 41,0 51,7 7,3 18,7-112,5 88,7 11,3 0,0 11,3 75,0 8 ,5 10,5 6 ,0 25,0 2-3 29,3 59,7 11,0 18,7-262,5 86,7 12,0 1,3 13,3 73,5 9,75 8,5 8,25 26,5 3-4 33,3 54,3 12,4 37,5-262,5 82,7 10,7 6,6 17,3 73,0 6,25 9,5 11,25 27,0 4-5 39,0 53,7 7,3 37,5-187,5 79,7 16,3 4,0 20,3 78,0 8,75 9,5 3,75 22,0 5-6 27,7 60,3 12,0 18,7-187,5 90,0 5,3 4 ,7 10,0 79,0 8,75 7,0 5,25 21,05 > 6 37,0 51,0 12,0 12,5-225,0 82,3 10,7 7,0 17,7 80,25 7,0 7,5 5,25 19,75 1-2 2-3 Ciemne Dark 33.3 34.3 60,3 55,7 6,4 10,0 18.7-112,5 18.7-262,5 85,7 84,3 11,3 11,7 3 .0 4 .0 14,3 15,7 85,0 80,5 9,5 8 ,0 4 .0 7.0 1.5 4 .5 15,0 19,5 3-4 34,3 59,7 6,0 37 ,5 -2 2 5 ,0 79,3 14,0 6,7 20,7 75,75 8,25 6,5 7,5 24,75 4-5 33,7 57,3 9,0 18,7-300,0 86,3 10,7 3,0 13,7 78,5 7,5 9,5 4,5 21,5 5-6 40,0 48,3 11,7 18,7-187,5 84,3 13,0 2,7 15,7 82,3 8,5 6,2 3,0 17,7 > 6 33,0 59,0 8 ,0 18,7-225,0 83,6 9 ,0 7,4 16,4 79,5 7,0 9,0 4 ,5 20,5
• Budowę określono na podstawie pomiaru 60Q punktów, skład m ineralny na podstaw ie 300 z ia r n , e sto p ie ń obtoczenia z ia r n obliczono ze l00 z ia r n
w s z l i f i e . 2qq
The s tr u c tu r e has been determ ined on th e b a s is of measurements of 600 p o in ts , the m in eral com position on grounds o f rg r a in s , w hile the degree
of p o lish in g of g ra in s has been c a lc u la te d from 100 g ra in s in a p o lish e d se c tio n .
a = z ia rn a o stro k raw ęd ziste - sharp-edged g r a in s , b - z ia rn a k a n c ia s te - angular g ra in s , с - z ia rn a słabo obtoczone - s l i g h t l y p o lish e d
g r a in s , d - z ia rn a obtoczone - polish ed g ra in s , o3r - śre d n i sto p ie ń obtoczenia - medium degree of p o lish in g
. T o k a j
B ad an ia a g reg a tó w g leb o w y ch 191
tość skaleni i łyszczyków jest różna i niezależna od zabarw ienia agrega tów, ale w poszczególnych frakcjach różnice są niewielkie. W sumie jednak zawartość skaleni i łyszczyków jest m niejsza w agregatach jas
nych niż w ciemnych, z w yjątkiem frakcji 4—5 mm i powyżej 6 mm
średnicy.
M inerały wchodzące w skład szkieletu można podzielić na dwie grupy:
— grupę bierną, którą jest szkielet jałow y (kwarzec, krzemienie) i — grupę czynną, reprezentow aną przez szkielet zasobny w niektóre składniki pokarmowe, jak K, Ca, Mg, Fe (skalenie, łyszczyki). Zm ien ność agregatów może być również uzależniona od stosunku szkieletu do substancji wiążącej.
S T O P I E Ń O B T O C Z E N I A S Z K I E L E T U M IN E R A L N E G O
W wodoodporności i trw ałości niepoślednią rolę odgrywa stopień obtoczenia szkieletu m ineralnego. Bardzo dużą rolę przypisuje szkieleto wi agregatów oraz jego morfologii A n t i p o w - K a r a t a j e w i współ pracownicy [3], a także T o k a j [21, 23]. W niniejszych badaniach ozna czono’ stopień obtoczenia szkieletu przyjm ując pięciostopniową skalę Ruchina (rys. 3). W yróżnia ona ziarna ostrokraw ędziste, kanciaste, słabo obtoczone, obtoczone i dobrze obtoczone. Ziarn szkieletowych ostrokra- w ędzistych agregaty jasne zaw ierają mniej niż ciemne, z w yjątkiem frakcji powyżej 6 mm średnicy (tab. 2). W zaw artości ziarn kanciastych w szkielecie agregatów jasnych i ciemnych nie ma różnic. Podobnie jest z zaw artością ziarn słabo obtoczonych. N atom iast szkielet agregatów jasnych zaw iera więcej ziarn obtoczonych niż szkielet agregatów ciem nych. Ziarn dobrze obtoczonych w szkielecie obu rodzajów agregatów nie znaleziono. Średni stopień obtoczenia ziarn szkieletu frakcji powyżej 6 m m jest praw ie ten sam. W ydaje się, że stopień obtoczenia m a w pływ na siłę w iązania ziarn szkieletowych przez lepiszcze i tym sam ym zwię ksza mechaniczną ich trwałość i wodoodporność. Te ostatnie cechy w y stępują silniej u agregatów ciemnych niż jasnych w tych samych fra k cjach agregatów.
S K Ł A D M IN E R A L N Y W G T E R M O A N A L IZ Y T O K A R S K IE G O
W skład substancji lepiszcza agregatów wchodzą głównie m inerały ilaste, substancja organiczna, w ęglany i inne związki chemiczne (tab. 3). Term oanalitycznie oznaczono ilość pięciu najważniejszych składników
agregatów. Zaw artość m ontm orylonitu (grupy m ontm orylonitowej)
w agregatach jasnych gleby z M ydlnik jest najm niejsza, większa w ag regatach gleby z Jaw orek, a największa w agregatach gleby z M ałej
T a b e l a 3 ю
to
Skied mineralny (oznaczony term oanalitycznie) agregatów glebowych trzech gleb brunatnych Mineral composition (th erm o -a n a ly tica llÿ determined)of s o i l aggregates of three types of brown s o i l s
M iejsco Frak
cja
Agregaty jasne - Light aggregates Agregaty ciemne - Dark aggregates
wość Głę procenty wagowe ^ - weight % procenty wagowe - weight % «
i nr bokość
p ro filu Depth Subst. Subst.
(la c e and tion cm org. Węglany P ia - Próch org. Węglany P ia Próch
p r o file om Lit.2 ) K t.3 ) Organie
sub Car sek4 ^ nica u t. Kt. Organie Car sek nica
Nr. stance bonates Sand Humus stancesub bonates Sand Humus
Uydlniki 0 ,5 -1 0-25 3,4 14,1 3 ,7 0 ,8 78,0 n . o . ^ 4 ,4 14,0 5 ,0 0 ,7 75,9 n .o . P r o f.nr 1 1-2 8 ,2 9,3 3,6 0 ,4 78,5 2,09 11,4 12,1 3 ,6 0 ,3 72,6 3 ,36 2-3 4 ,1 14,5 2,6 1,0 77,8 1,43 6 ,0 11,4 3,7 0 ,3 78,1 3 ,4 2 3-4 7 Д 10,2 2 ,6 0 ,4 79,7 1,69 7 ,6 9 ,1 3 ,4 1,1 78,8 2,84 4-5 5 ,4 9,4 2 ,6 1,7 80,8 1,62 4 ,1 18,3 3 ,2 0 ,6 73,5 2,56 5-6 4 ,8 7,9 2 ,9 1,4 83,0 1,83 6,7 11,0 4 ,8 0 ,8 77,8 2,74 > 6 6 ,9 7,7 2,6 1,8 81,0 2,01 7 ,0 10,0 1 ,2 78,0 2,83 Jaworki 1-2 0-28 7,8 10,4 6 ,6 0 ,0 75,2 1,20 7,1 9 ,6 9,5 0 ,0 73,8 3,03 p rof, nr 49 2-3 7,7 9,6 6 ,0 0 ,0 76,8 2,81 6,7 12,3 7,5 0 ,0 73,5 1,38 3-4 8,2 7,3 5 ,8 0 ,0 79,7 0 ,90 7,1 9 ,8 8 ,3 0 ,0 74,8 1,38 4-5 7,6 11,0 5,7 0 ,0 75,7 4,'08 4 ,6 7,3 8 ,2 0 ,0 79,9 4,17 5-6 8 ,8 12,6 4 ,8 0 ,0 83,8 1,76 4 ,8 8 ,0 5 ,9 0 ,0 81,3 1,05 > 6 10,4 8,7 3 ,0 0 ,0 77,9 3,07 7,6 4 ,8 8 ,0 0 ,0 79,6 6,71 Tatry 1-2 0,3-13 17,4 18,2 11,1 0,6 52,7 n .o . 19,5 14,7 18,1 0 ,2 47,5 n .o . Mała Łąka Prof. 2-3 18,4 17,9 11,9 0 ,5 52,2 n .o . 8 ,0 10,5 20,5 0,3 6o,7 n .o . nr 107 3-4 14,9 13,9 12,6 0,3 58,3 n .o . 16,0 10,6 18,8 0,3 54,3 n .o . Tatra Mts. 4-5 12,5 13,4 13,2 0 ,7 60,2 n .o . 9 ,5 15,3 17,8 0 ,3 57,1 n .o . 5-6 14,4 17,9 12,8 0 ,4 54,5 n .o . 7,1 12,9 19,0 0 ,2 6o,8 n.o. > 6 15,1 12,5 13,9 0 ,3 58,2 n. 0. 14,7 9,8 21,0 0 ,3 54,2 n. 0.
1) Średnie z dwóch oznaczeń - iieans of two determ inations, 2) tft. - montmorylonit - m ontm orillonite, 3) Kt. - k a o lin it - k a o lin ite , 4 )”PiasekM - reszta term icznie nieczynne - ’’Sand - the r e st thermally in a c tiv e , 5) n .o . - n ie oznaczono - undetermined
. T o k a j
1 >v> B ad an ia a g reg a tó w g leb o w y ch 193
Łąki w porów naniu do agregatów ciemnych. Zaw artość kaolinitu (grupy kaolinitowej) w agregatach jasnych gleby z M ydlnik jest większa we frakcjach 2—3 i 3—4 mm, a w pozostałych jest mniejsza niż ciemnych. W agregatach gleby z Jaw orek jest odwrotnie. W agregatach jasnych gleby z Małej Łąki znajduje się więcej kaolinitu niż w ciemnych, z w y jątkiem frakcji 4—5 mm średnicy. Trzecim składnikiem lepiszcza jest substancja organiczna, która znajduje się w różnej fazie rozkładu i d e cyduje głównie o zabarw ieniu agregatów. Zawartość jej jest większa w agregatach ciemnych niż jasnych w zbadanych glebach brunatnych, co stoi w związku ze sposobem ich użytkowania. A gregaty gleby z M ydl nik w ykazują najm niejsze ilości substancji organicznej, a największe —
R ys. 3. S k a la ob toczen ia w e d łu g R u ch in a S to p ień ob toczen ia ob liczon o w e d łu g w zoru :
- — S Y 0 . 0 0 .2 5 X g d z i e : O ś r — ś r e d n i s t o p i e ń o b t o c z e n i a d e t r y t u s u m i n e r a l n e g o , X — l i c z b a z i a r n u ż y t y c h d o b a d a n i a (100), Y 0 — l i c z b a z i a r n o d a n y m s t o p n i u o b t o c z e n i a , Oq — s t o p i e ń o b t o c z e n i a p r z y j m o w a n y d l a z i a r n a = 0 , b = l , c = 2 , d = 3 , e = 4 , a — z i a r n a o s t r o k r a w ę d z i s t e , b — z i a r n a k a n c i a s t e , с — z i a r n a s ł a b o o b t o c z o n e , d — z i a r n a o b t o c z o n e , e — z i a r n a d o b r z e o b t o c z o n e
R ou n d n ess sca le a fte r R u ch in D eg ree o f rou n d n ess d efin ed with! fo rm u la
w h e r e : ° m e a n ~~ m e a n r o u n d i n g d e g r e e o f t h e m i n e r a l d e t r i t u s , X — n u m b e r o f g r a i n s u s e d i n t e s t s (100), Yq — n u m b e r o f g r a i n s w i t h g i v e n r o u n d i n g d e g r e e , Oq — r o u n d i n g d e g r e e t a k e n f o r g r a i n s , a = 0, b = l , c = 2 , d = 3 i e = 4 , a _ s h a r p - e d g e d g r a i n s , b — a n g u l a r g r a i n s , с — s l i g h t l y r o u n d e d g r a i n s , d — r o u n d e d g r a i n s , e — w e l l - r o u n d e d g r a i n s
ag reg aty gleby z Małej Łąki. A gregaty gleby z Jaw orek zajm ują ilości pośrednie. W agregatach ciemnych oznaczenia oksydometryczne zaw ar tości próchnicy dają te same w yniki co oznaczenia term iczne. W agre-1 3 — R o c z n i k i g l e b o z n a w c z e t. X V I I I
194 J. Tokaj
gatach jasnych gleby z M ydlnik wymienione m etody dają nieco roz bieżne wyniki. W agregatach gleby z Jaw orek różnice między oznacze niam i term icznym i i oksydom etrycznym i są znaczne.
W ystępująca w glebie substancja organiczna znajduje się w różnym stopniu rozkładu i dlatego niejednakowo jest podatna na utlenianie. W pewnej fazie hum ifikacji tw orzą się w glebie ważne kom pleksy
organiczno-mineralne [2 2] lub złożone połączenia łańcuchowe organicz
nych koloidów z m inerałam i ilastym i [4], które m ają również pewien wpływ na stopień utleniania substancji organicznej. Substancja orga niczna obok m ontm orylonitu jest najw ażniejszym składnikiem agrega tów ze względu na swe właściwości koloidalne. Czw artym z kolei skład nikiem lepiszcza są w ystępujące w m ałej ilości węglany. A gregaty gleby z Jaw orek nie zaw ierają ich w ogóle, a w pozostałych glebach ich zawartość w aha się w granicach od 0,2 do 1,7%.
Jak wynika ze składu m ineralnego, zawartość m ontm orylonitu jest różna w agregatach jasnych w poszczególnych wielkościach frakcji. A gregaty gleby z Mydlnik zaw ierają najm niejsze ilości m ontm orylonitu, więcej agregaty gleby z Jaw orek, a najwięcej z Małej Łąki. K aolinitu jest więcej niż m ontm orylonitu w agregatach badanych gleb, z w y ją t kiem frakcji 2—3, 3—4 m m średnicy. Ząw artość piasku (reszta term icz nie nieczynna) jest najm niejsza w agregatach gleby z Małej Łąki, w ię ksza gleby z Jaw orek i największa gleby z Mydlnik.
Różnice w składzie m ineralnym zaznaczają się również w agregatach ciemnych. Największa ilość m ontm orylonitu znajduje się w agregatach gleby z Małej Łąki, a w agregatach pozostałych dwóch gleb ilość ta jest
zmienna. F rakcje 1—2, 3—4 i 5— 6 mm agregatów gleby z M ydlnik
w ykazują większą zawartość m ontm orylonitu niż te same frakcje gleby z Jaw orek, w pozostałych zaś frakcjach jest odwrotnie. Zawartość kaoli nitu jest różna. Największe ilości tego składnika zaw ierają agregaty
gleby z Małej Łąki, z w yjątkiem frakcji 2—3, 4—5 i powyżej 6 mm,
w agregatach gleby z Jaw orek — z w yjątkiem frakcji 4—5 i pow y żej 6 mm.
Z dotychczasowych wyników analitycznych wynika, że w procesach sklejania szkieletu agregatów decydujące znaczenie m ają m inerały ila ste grupy montm orylonitowej i kaolinitowej oraz substancje organiczne.
W ŁA ŚC IW O ŚC I CHEM ICZNE I N IE K TÓ R E SO R PC Y JN E
S K Ł A D C H E M IC Z N Y W Y C IĄ G Ó W Z A G R E G A T Ó W W 20% НС1 (1:1)
W celu uzupełnienia term oanalitycznych oznaczeń składników lepisz cza agregatów gleb z Mydlnik i Jaw orek przeprowadzono analizę che miczną ekstraktów otrzym anych z nich za pomocą kwasu solnego.
Ozna-T a b e l a 4
A naliza chemiczna wyciągów w 20% HC1 agregatów glebowych o zabarw ieniu jasnym i ciemnym Chemical a n a ly s is of 20% HCl e x tr a c ts of s o i l ag g reg ates l i g h t and dark co lo u red
Miejscowość i ty p gleby P lace and type of s o i l Frakcja agregatów F ra c tio n of aggre g ates Zabarw ienie agregatów C o lo ra tio n Czçéc n ie ro z p usz c zaln a In so lu b le
SiÛ2 a i 2o3 Fe2° 3 CaO UgO K20 Na20 T i02 UnO p2°5 SO3
H20 w - in S t r a ta na p ra żeniu Ig n i tio n Stosunki molowe Molar r e l a t i o n s S i0 2 , Al20^ i Fe203 of aggrega te s Ю5° С S i0 2 S i0 2 S i0 2 mm p a r t lo s s e s r2°3 a i 2o3 Fe203 Mydlniki Gleba brunatna 0-25 cm P r o f i l n r 1 Brown s o i l P r o f i l e n r. 1 1-2 2-3 3-4 * 4-5 5-6 > 6 • Jasne L ight 6 8 , 9 272,68 67,33 71,03 72,20 72,18 14,28 10,10 14,94 11,66 11,76 9,50 4.40 4.40 3,90 5,05 4,00 4,20 2,62 2.90 3,00 2.90 2,50 3,60 0,67 0 , 6 0 0,65 0,58 0,35 1,10 0,80 0,79 0,62 0,78 1,45 0,50 0, 0,69 0,85 0 , 0,64 0,38 ,85 I в 1. 0,34 ,47 0,57 0,81 é l . 0 , 0 6 é l . 0 , 0 6 0,09 0,15 é l . é l . 0,05 0,09 0,08 é l . 0,13 0,05 0,05 0,19 é l . 0,03 0,30 0,20 0,28 0,11 0,24 0,12 2,12 2,00 2,14 2,11 2.17 2.18 4.97 5,42 6,20 4,67 4,50 4.98 0 ,99 0,66 1,02 0,72 0,81 0,61 1,92 1.36 2,25 1.36 1,77 1,31 2,05 1,31 1.50 1.51 1,77 1,00 Jaworki Gleba brunatna P r o f i l n r 49 0-28 cm Brown s o i l P r o f ile N r.49 1-2 2-3 3-4 * 4-5 5-6 ^ 6 * Jasne L ight 67,50 72, ü0 69,95 72,88 72,37 67,75 8,34 7,93 9,50 7,42 7,41 9,38 5,04 4,27 4,46 3,88 1,93 2,33 1,36 1,23 0,75 1,83 4.27 4.27 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,83 0,72 0,72 0,72 0,72 0 ,7 2 -- -2,22 1,19 2,14 2.17 2.17 2,27 -0,68 0,76 1 , 0 0 0,63 0 ,51 0,6*1 0,98 1 , 1 0 1 ,28 1,13 2,32 2,37 2,30 2 ,42 4,77 1,53 0,6 7 0 ,82 Mydlniki Gleba brunatna P r o f i l n r 1 0-25 cm Brown s o i l P r o f i l e Nr. 1 1-2 2-3 3-4 * 4-5 5-6 •> 6 • Ciemne Dark 68,2070,67 65,95 66,88 66,24 69,28 11,62 11,93 15,79 14,16 15,62 12,28 1,70 4,25 3,65 5,10 5,50 5,10 6,40 2,80 3,50 3,95 o,6o 2,20 1,05 0 ,9 1 0 ,80 1,53 0 ,70 0,90 1,83 0,58 0,87 1,50 1,35 1,61 é l . 0,54 0,82 é l . é l . 0,82 é l . a l . 0 ,3 2 é l . é l . é l . 0,03 0,04 é l . 0,01 0,02 0,01 0,09 é l . 0,05 0,10 é l . é l . 0,13 0,07 0,07 0,20 0,08-é l . 0 ,2 8 0,18 0 ,2 6 0,23 0 ,14 0,27 2,25 2,14 2,54 2,16 2,20 2,31 6,30 6 , 2 9 5,90 4,00 5,83 4,98 0 ,58 0 ,81 1,02 0,74 1,43 0,85 4 ,00 1,70 2,55 1,63 1,67 1,42 0,5 9 1,61 1,70 1,35 9,80 2,10 Jaworki Gleba brunatna P r o fil nr 49 0-28 cm Brown 6 o i l . P r o file Nr. 49 1-2 2-3 3-4 * 4-5 5-6 > 6 * Ciemne Dark 68,88 69,05 69,48 72,55 70,70 70,12 8,50 8,61 7,82 7,35 7.11 8.12 3.50 3,55 3.50 2,89 2,41 2,61 2,51 2,31 2,71 2,22 3,56 3,81 0,73 0,63 0,68 0 ,70 0,85 0 ,80 0,38 0 ,5 9 0 ,49 0,54 0,54 0 ,54 -- - -2.17 2,14 2,29 2, Об 2.18 2 , 1 6 -0,61 0 ,71 0 ,60 0,59 0 ,5 2 0 ,5 6 1,17 1 ,44 1,32 1,14 1,79 1,83 1,31 1,40 1,08 1,25 0,75 0,80 to Cn
* Ś rednie z dwóch a n a liz - iJean values o f two an aly ses
B ad an ia a gr ega tó w g le b o w y c h
196 J. Tokaj
czono 1 2 składników (tab. 4). Okazało się, że zawartość rozpuszczalnej krzem ionki we wszystkich frakcjach agregatów jasnych gleby z M ydlnik jest większa niż w ciemnych, z w yjątkiem frakcji 1—2 mm. Różnice wynoszą kilka procent i w ystępują nie tylko między agregatam i różnej barw y, ale również i m iędzy ich poszczególnymi frakcjam i. W agrega tach gleby z Jaw orek ilość rozpuszczalnej krzem ionki jest mniejsza i praw ie taka sama w agregatach jasnych jak w ciemnych, prócz frakcji
4—5 i powyżej 6 mm. Zawartość A1203 jest większa w agregatach jas
nych obu gleb, z w yjątkiem frakcji 5— 6 i powyżej 6 mm średnicy
gleby z M ydlnik. W niektórych frakcjach agregatów ciemnych obu gleb jest więcej żelaza niż w jasnych. W agregatach jasnych obu gleb zaw ar
tość CaO jest mniejsza niż w ciemnych, oprócz frakcji powyżej 6 mm.
Zawartość MgO w agregatach jasnych gleby z M ydlnik jest większa we
frakcjach 2—3 i 5— 6 mm, ale tylko nieznacznie, natom iast w glebie
z Jaw orek jest ona większa w agregatach jasnych niż w ciemnych. Ilości tych dwóch ostatnich składników w agregatach gleby z Jaw orek są mniejsze niż w agregatach gleby z Mydlnik. Zawartość pozostałych składników jest różna i bardzo m ała (czasem naw et tylko ślady). Za wartość wody higroskopowej jest m niejsza w agregatach jasnych niż w ciemnych gleby z Mydlnik, a w agregatach gleby z Jaw orek różnic pod tym względem nie stwierdzono. Należy podkreślić, że zarówno ag re gaty jasne, jak i ciemne w ykazują ilościowe różnice w składzie chemicz nym w poszczególnych frakcjach naw et w obrębie poziomu akum ula cyjnego jednej gleby.
W artości liczbowe stosunków m olarnych S i02 : R20 3, S i02 : A1203 i S i02 : F e203 są również niejednakow e w agregatach jasnych i ciem nych (tab. 4). Różnice te zaznaczają się bardziej m iędzy frakcjam i niż pomiędzy agregatam i jasnym i i ciemnymi i są większe dla stosunku S i02 i A1203 i S i02 i F e203 niż S i02 i R20 3.
N IE K T Ó R E W Ł A S N O Ś C I C H E M IC Z N E I S O R P C Y J N E A G R E G A T Ó W G L E B O W Y C H
Zawartość przysw ajalnego fosforu i potasu jest m niejsza w agrega tach jasnych niż ciemnych gleby z M ydlnik, z w yjątkiem frakcji 1—2 i 2—3 mm średnicy. Zaw artość węgla utlenialnego, jak również i azotu jest m niejsza w agregatach jasnych niż ciemnych we w szystkich zba danych frakcjach. Podobnie zaznacza się stosunek liczbowy С : N, z w y jątkiem frakcji 1—2 mm średnicy. A gregaty ciemne we w szystkich sześciu frakcjach m ają odczyn kw aśniejszy niż jasne (tab. 5).
W celu oznaczenia zdolności sorpcyjnych zastosowano metodę T o k a r s k i e g o [2 2] sorpcji błękitu metylenowego przez m inerały ilaste. Ich powierzchnię właściwą obliczano na podstawie w zoru Zunkera.
Sor-T a b e l a 5
N iektóre w łaściw ości chemiczne i sorpcyjne agregatów glebowych, gleby b ru n atn ej z Mydlnik, p r o f i l 1 od 0-25 cm Some chem ical and s o rp tiv e p r o p e rtie s of s o i l ag g reg ates in brown s o i l s a t Mydlniki, p ro file n r . l - 0-25 cm
F ra k cja F ra c tio n mm Zabarw ienie agregatów C o lo ratio n of aggregates Zawartość w 100 g .gleby przysw ajalnego w mg C ontent of a v a ila b le chem ical in mg/100 g s o i l Zawartość С orga nicznego Content of organic С % Zawartość N orga nicznego Content of organic N % Stosunek R atio С : N pilc w H20 d e s ty l. pHc in d e s t il l e d h2o Zawartość montmory l o n itu i k a o lin itu Content of montrao- r illo n ite and k a o lin ite 1*0 ж: b= * 40 * 1 О о о д JG g чО 1—1 ró B łę k it metylenowy Methylene blue o b l i czony c a lc u l a te d z n a le ziony found P2°5 K20 1-2 Jasne - Light 2 18 1,22 0,22 5,55 6,9 17,7 2007,55 24 22 2-3 9 20 0,83 0,22 3,80 7,2 18,6 3533,55 17 16 3-4 1 6 0,98 0,20 4,90 7,0 17,3 431,18 22 21 4-5 1 6 0,94 0 ,22 4,30 7,2 14,9 281,68 19 17 5-6 6 1,06 0,22 4,82 6,9 12,7 203,63 11 10 > 6 1 8 1,16 0,28 4,14 7,2 14,6 33,79 19 18 1-2 Ciemne - Dark 1 4 1,96 0,38 5,16 6,8 23,5 4746,77 33 32 2-3 16 1,81 0,25 7,24 6,7 17,4 1534,40 20 18 3-4 4 8 1,65 0,27 6,11 6,6 16,7 372,95 22 21 4-5 2 26 1,50 0,23 6,52 7,0 22,7 20б,1б 20 19 5-6 3 18 1,60 0,25 6,40 6,7 17,7 357,12 22 20 > 6 3 10 1,64 0,32 5,13 6,8 17,0 77,52 21 19
• W artości śred n ie z dwóch oznaczeń ** U « pow ierzchnie właściwa w cm^ na g gleby
cc B a d a n ia ag re ga tó w g le b o w y c h
198 J. Tokaj
pcja błękitu metylenowego idzie w parze z zaw artością m inerałów ilas tych, niezależnie od zabarw ienia agregatów i ich wielkości. W zbada nych frakcjach obliczone ilości błękitu są większe do 2 m l od wielkości znalezionych. Powierzchnia właściwa w aha się w szerokich granicach zarówno w agregatach o zabarw ieniu jasnym, jak i ciemnym. U agrega
tów jasnych we frakcjach 2—3 i 3—4 m m średnicy powierzchnia w łaś
ciwa jest większa niż u ciemnych, w pozostałych jest mniejsza. Po wierzchnia właściwa m aleje z wielkością frakcji agregatów jasnych i ciemnych.
D Y S K U S J A W Y N IK Ó W I W N IO SK I
P rzy rozpatryw aniu definicji stru k tu ry gleby niektórzy badacze ograniczają w ym iary agregatów do wielkości od 0,25 do 10 mm lub od 1 do 1 0 m m średnicy nie uwzględniając ilościowych stosunków m iędzy poszczególnymi wielkościami. Nie w ydaje się to słuszne ze względu na stan agregacji w w arunkach polowych. Stąd też proponuje się n astęp u jącą definicję:
stru k tu ra gleby jest to agregatowość lub ziarnistość m aterii glebowej w danych w arunkach użytkowania gleby, charakterystyczna jakościowo i ilościowo dla każdej gleby i w skutek tego zmienna w przestrzeni i w czasie.
Określenie takie uwzględnia jakość i ilość agregatów, stosunki między nimi oraz zmianę zależną od upraw y, sposobu użytkow ania w p rze strzeni i w czasie. N ajbardziej racjonalnie ro zp atru je zagadnienie stru k tu ry roli Ś w i ę t o c h o w s k i [18], a K a c z y ń s k i [7] i F r e s e [5] podkreślają znaczenie ściślejszego definiowania stru k tu ry gleby.
Dotychczasowe nieliczne badania nad agregatam i glebowymi К u - b i e n y f [11, 13], A n t i p o w - K a r a t a j e w a i współpracowników [3], A l t e m ü l l e r a [2], K e l l e r m a n a [9], P a r f i e n o w e j i J a - r i ł o w e j [14] podawały opis tylko niektórych frakcji lub pojedynczych bryłek glebowych. Tego rodzaju badania nie dają pełnego obrazu stanu rzeczy. W ymienieni autorzy nie badali m etodą ilościową szlifów z ag re gatów poszczególnych frakcji jednej gleby, a często w ybierali tylko niektóre frakcje, uważane za najważniejsze. Tymczasem każda frakcja zasługuje na uwagę, jeśli jest częścią składową badanej gleby. W za leżności od jakości lepiszcza szkielet m ineralny agregatów może być sklejany lub cementowany, co oczywiście ma duży w pływ na właści wości agregatów. Zw raca na to uwagę również W i e r s z i n i n [26]. Niezmiernie ważną cechą agregatów jest ich porowatość, która ma szczególne znaczenie dla kształtow ania się procesów mikrobiologicznych i tym sam ym wpływ a na wartość rolniczą gleby. Świętochowski uważa
B ad an ia a g reg a tó w g leb o w y ch 199
pory za „naczynia krw ionośne” gleby i główne miejsce przem ian w u k ładzie gleba—roślina—drobnoustroje. W szlifie możemy odróżnić rodzaj, pochodzenie, wielkość i ilość przestworów. Oprócz tego możemy ustalić stopień rozkładu substancji organicznej, która stanowi nie tylko źródło pow stającej próchnicy, ale może również być szkieletem organicznym w agregacie glebowym i nadawać m u trw ałość przez um acnianie sub stancji ilastej. Badanie szkieletu m ineralnego rzuca wiele św iatła na pochodzenie m ateriału glebowego, z którego w ytw orzyły się agregaty, i stąd można wnosić o ilości zaw artych w nich składników pokarmowych.
K apilarna pojemność wodna agregatów jest zależna od ilości zaw ar tych w nich m inerałów ilastych i próchnicy. Ponieważ jest ich więcej w agregatach ciemnych, odgryw ają one większą rolę niż jasne w proce sie hamowania erozji powierzchniowej oraz m ikroerozji wgłębnej. N a wiasem mówiąc rozpad agregatów pod wpływem wody, a tym samym zagęszczenie układu cząstek glebowych wpływa szczególnie niekorzyst nie na stosunki pow ietrzne gleby i rozwój system u korzeniowego roślin. Dzięki badaniu agregatów możemy najlepiej uchwycić stopień odporności gleby na rozmywające działanie wody. Stąd w ydaje się, że badania nad agregatam i glebowymi m ają znaczenie nie tylko teoretyczne, ale także dla praktyki rolniczej.
Należy zaznaczyć, że przy badaniu wodoodporności agregatów ist nieją duże kontrow ersje metodyczne. Praw ie każdy z badaczy przed staw ia inną metodę, a naw et często oznacza nie te same zjawiska p rze biegające w glebie, bo zarówno dotyczące stru k tu ry , jak i tek stu ry gleby [16, 17].
Zwięzłość agregatów oznaczona na podstawie w ytrzym ałości na roz gniatanie w ykazuje duże różnice w zależności od wielkości (frakcji), a także w zależności od barw y. Zwięzłość agregatów zależy przede wszystkim od zawartości i rodzaju szkieletu oraz od lepiszcza. Każdy z tych składników charakteryzuje się specyficznymi właściwościami. Ponieważ jakość i ilość tych składowych jest różna w poszczególnych frakcjach, w ynikają stąd różnice w odporności na rozgniatanie. Ostro- kraw ędzistych i słabo obtoczonych ziarn szkieletowych (detrytusu m i neralnego) agregaty jasne zaw ierają mniej niż ciemne. Do szkieletu ostrokrawędzistego substancja lepiszcza przylega lepiej niż do obtoczo nego, co w ydaje się być jedną z przyczyn większej w ytrzym ałości agre gatów ciemnych niż jasnych. Zawartość m ontm orylonitu w agregatach
jasnych jest mniejsza niż w ciemnych, z w yjątkiem frakcji 1— 2
i 2—3 mm średnicy. K aolinit słabiej pęcznieje w wodzie niż montmo-
rylonit. Substancja organiczna decyduje głównie o zabarw ieniu agre gatów, jak również może tworzyć kompleksowe połączenia z m inerałam i
200 J. Tokaj
ilastym i i wpływać na właściwości fizyczne i chemiczne agregatów glebowych nie tylko jasnych, ale i ciemnych.
Zawartość węglanów jest bardzo m ała w poszczególnych frakcjach zarówno agregatów jasnych, jak i ciemnych. O trzym ane w yniki poprzed
nich badań [2 0, 1] wskazują, że w pływ węglanów na wodoodporność
agregatów jest bardzo ograniczony. A gregaty rędzin w ykazują m niejszą wodoodporność od agregatów z gleb kwaśnych lub obojętnych. A gre gaty gleby z Jaw orek nie zaw ierają w ogóle węglanów, ale m ają w y soki stopień odporności przed rozm yw ającym działaniem wody. Podobnie zachowują się agregaty z Małej Łąki w Tatrach. O wodoodporności decyduje tu głównie zawartość m inerałów ilastych i substancji orga nicznej.
A gregaty jasne gleby upraw nej m ają m niej rozpuszczalnej krze
mionki niż ciemne, z w yjątkiem frakcji 1— 2 mm średnicy, a agregaty
gleby łąkowo-pastwiskowej nie w ykazują różnic m iędzy agregatam i jasnym i i ciemnymi. Zaw artość A1203 jest także różna w poszczególnych frakcjach agregatów jasnych i ciemnych, ale agregaty jasne gleby z Jaw orek zaw ierają m niejszą jego ilość niż jasne gleby z Mydlnik. Frakcje drobniejsze agregatów jasnych gleby z M ydlnik m ają m niejszą ilość Fe203 niż grubsze. Podobnie jest także w agregatach gleby z J a worek. A gregaty jasne obu gleb m ają mniejszą ilość CaO niż ciemne, a ilość MgO jest na ogół większa w ciemnych glebach z Mydlnik, a m niej sza w jasnych glebach z Jaw orek. Ogólnie, jak wskazują otrzym ane w y niki liczbowe, zaznacza się ilościowe zróżnicowanie składu chemicznego pomiędzy poszczególnymi frakcjam i agregatów jednej gleby (poziomu akumulacyjno-próchnicznego), jak również w obrębie samych agregatów
jasnych i samych ciemnych. CaO i Fe203 tw orzą z próchnicą hum iany
w apnia lub żelaza albo połączenia kompleksowe i przyczyniają się do zwiększenia mechanicznej trw ałości (wytrzymałości na rozgniatanie) w różnym stanie fizycznym, jak również do zwiększania wodoodpor ności.
Wskaźniki stosunków S i02 : R20 3, S i02 : A1203 i S i02 : F e203 zazna czają się różnie w agregatach obu gleb pomiędzy frakcjam i i rodzajem zabarwienia. Wskaźniki te w agregatach gleby upraw nej są bardziej różne niż w agregatach gleby łąkowo-pastwiskowej. Świadczy to o w ię kszym nasileniu procesów chemicznych i biochemicznych gleby up raw nej (poziomu akumulacyjno-próchnicznego) niż łąkowo-pastwiskowej. Fosfor i potas znajdują się w agregatach ciemnych w większości frakcji agregatów. Zawartość utlenialnego węgla i azotu oraz stosunek С : N są większe w agregatach ciemnych niż jasnych. A gregaty jasne w yka zują m niejszą kwasowość niż ciemne, przy czym te ostatnie zaw ierają więcej CaO i MgO. W ydaje się, że kationy w apnia i magnezu są zwią
B adania a g reg a tó w g leb o w y ch 201
zane z próchnicą i tw orzą połączenia nie dysocjujące w wodzie desty lowanej (humiany). Zdolność sorpcji błękitu metylenowego, jak w ska zują niektóre badania [24, 25], idzie w parze z zaw artością m inerałów ilastych niezależnie od zabarwienia agregatów i obliczonej wg wzoru Z unkera powierzchni właściwej.
Z analizy i syntezy wyników analitycznych przeprowadzonego stu dium nad agregatam i glebowymi można wysnuć następujące wnioski: 1. Zbadane pod m ikroskopem polaryzacyjnym agregaty o zabarw ie niu jasnym i ciemnym w cienkich szlifach różnią się między sobą. Różnice dotyczą szkieletu mineralnego, lepiszcza i porowatości poszcze gólnych frakcji, w ystępujących w jednym poziomie akum ulacyjno-próch- niczym tego samego typu gleby.
2. W szkielecie m ineralnym agregatów jasnych znajduje się więcej
kw arcu i sum arycznie więcej skaleni i łyszczyków tylko we frakcji
3—4 i powyżej 6 mm niż w szkielecie agregatów ciemnych. Zawartość
skaleni i łyszczyków w szkielecie agregatów jasnych i ciemnych nie wy kazuje różnic w poszczególnych frakcjach.
3. W szkielecie m ineralnym agregatów jasnych znajduje się więcej ziarn obtoczonych i słabo obtoczonych niż w szkielecie agregatów ciem nych. W zawartości ziarn kanciastych nie ma różnic między szkieletem agregatów jasnych i ciemnych w poszczególnych frakcjach. Średni sto pień obtoczenia ziarn m ineralnego szkieletu jest większy w agregatach
jasnych niż ciemnych (w yjątek stanowi frakcja 3—4 i powyżej 6 mm
średnicy).
4. K apilarna pojemność wodna jest większa w tych frakcjach agre gatów, które zaw ierają więcej m inerałów ilastych. Wodoodporność agre gatów jasnych jest mniejsza niż ciemnych, podobnie zachowuje się zwięzłość w stanie pow ietrznie suchym.
5. Zawartość lepiszcza jest mniejsza w agregatach jasnych niż ciem nych, a zawartość substancji organicznej większa w agregatach ciemnych. W składzie m ineralnym (wg term oanalizy) zaznaczają się w yraźne różnice pomiędzy frakcjam i agregatów zarówno jasnych, jak i ciemnych.
6. Różnice w zabarw ieniu agregatów w poziomie akum ulacyjnym
można tłumaczyć silniejszym nasyceniem substancją organiczną i po łączeniami kompleksowymi, hum ianam i w apnia lub żelaza.
7. Azotu jest m niej w agregatach jasnych, ponieważ te zaw ierają mniej substancji organicznej niż ciemne. Podobnie jest z zawartością przysw ajalnego fosforu i potasu, ponieważ agregaty jasne zaw ierają mniej m inerałów ilastych (montmorylonitu) niż ciemne. P otas chwilowo niedostępny dla roślin związany jest w ortoklazie i muskowicie, których jest mniej w agregatach jasnych niż w ciemnych (w yjątek stanowi frakcja 3—4 i powyżej 6 m m średnicy).
202 J. Tokaj
8. Na podstawie wyników analitycznych agregaty o zabarw ieniu
jasnym zalicza się do typu krzem ionkowo-glinowo-próchnicznego1, a ag reg aty ciemne do typu krzem ionkowo-próchniczno-żelazistego1. Typy te zostały wyróżnione na podstawie ilościowego składu lepiszcza skleja jącego m ineralny szkielet w agregaty.
9. Dotychczasowe definicje stru k tu ry gleby nie odzw ierciedlają n a turalnych w arunków w agregacji tw orzyw a gleby. Należy w yraźnie odróżniać w gleboznawstwie agregatowość (gruzełkowatość) i stru k tu rę gleby.
1 0. Zastosowane m etody mikroskopowo-chemiczne i fizyczne są dos
tatecznie dokładne i stosunkowo proste w zastosowaniu p rzy ocenie agregatów glebowych zarówno od strony gleboznawczej, jak i w artości rolniczej.
*
Doc. Dr T. Komornickiemu i Dr K. Oleksynowej składam serdeczne podziękowania za rady i uwagi przy w ykonywaniu pracy. Laborantow i F. Habie serdecznie dziękuję za wykonanie szlifów mikroskopowych.
L IT E R A T U R A
[1] A d a m c z y k B., T o k a j J.: S tu d ia nad g leb a m i górsk im i. Cz. I. G rom ada S ien ia w a . R oczn. G lebozn., t. 6, s. 163— 188.
[2] A l t e m ü l l e r H.: M ik rosk op isch e U n tersu ch u n g en ein ig er L ö ss-B o d e n ty p e n m it H ilfe von D ü n n sch liffen . Z eitsch. f. P fla n zen ern ., D üng. u. B odenk., B. 72, H. 2, S. 152— 167.
[3] A n t i p o w - K a r a t a j e w I. N. , K e l l e r m a n W. W., С h a n D. W. : О p ocz- w ien n o m a g rieg a tie i m ieto d a ch jego issle d o w a n ija . M osk w a—L en ingrad, Izd. A N S SSR , 1948, s. 5— 80.
[4] F l a i g W.: Zur C h em ie der a n o rg a n isch en und o rg a n isch en K o m p o n en ten der S tru k tu rb ild u n g. P ro b lem e der K r ü m e lsta b ilitä tsm e ssu n g und der K rü m elb ild u n g . D eu tsch e A kad. L a n d w iss. zu B erlin , 1958, s. 225— 244.
[5] F r e s e H.: Zur B ild u n g v o n M a k ro g efü g e-T y p en im A ck erb od en durch a t m o sp h ä risch e E in flü sse. P ro b lem e der K r ü m e lsta b ilitä tsm e ssu n g und der K rü m elb ild u n g . D eu tsch e A kad. L a n d w iss. zu B erlin , 1958, s. 117— 127.
[6] J a b ł o ń s k i В.: Z a sto so w a n ie m ik ro sk o p o w y ch sz lifó w g leb o w y ch w b ad a n iach nad rozk ład em resztek ro ślin n y ch w gleb ie. R oczn. G lebozn., t. 13, z. 1, s. 35—48.
B ad an ia a g reg a tó w g leb o w y ch 203
[7] К а с z y ń s к i N. A.: D ie N atu r der m ech a n isch en S ta b ilitä t und W a ssersta b ilitä tsm e s su n g und der K rü m elb ild u n g. D eu tsch e A kad. L a n d w iss. zu B erlin , 1958, s. 138— 149.
[8] K a c z y ń s k i N . A.: F iz ik o c h im ic z e sk ije sw o jstw a p o czw y к ак n o w y je f a k tor ch arak terizu ju szczij tip p o czw y i o p ried ielja ju szczy j u sło w ija ra b o ty stfelsk och ozjajstw ien n ych m aszin . R oczn. N a u k R oln., t. 87, A -2 , s. 183— 199. [9] K e l l e r m a n n W. W.: F iz ik o c h im ic z e sk ije sw o jstw a w o d o u sto jcziw y ch
a g r ieg a to w w ra zliczn y ch tip a ch p o czw S SSR . W oprosy fiz ik o -c h im ii p oczw i m ieto d y issled o w a n ija . M osk w a 1959. Izd. A N SR RR , s. 4— 100.
[10] K o w a l i ń s k i S.: Z ró żn ico w a n ie w ła śc iw o ś c i czarnych ziem pod w p ły w e m u ży tk o w a n ia . Z eszy ty N auk. W SR W rocław , 1961, s. 101— 117.
[11] K u b i e ń a W. L.: W esen, Z ie le und A n w en d u n g sg e b ie te der m ik ro m o rp h o - gra m etrisch en S tr u k tu r a n a ly se des B od en s. Z eitsch r. f. P fla n zen er n ., D üng, u. B odenk., B. 97, H. 3, 1962, s. 1— 13.
[12] K u b i e n a W. L., B e c k m a n n W. , G e y g e r E.: Zur M ethodik der fo to - gra m etrisch en S tr u k tu r a n a ly se des B od en s. Z eitsch r. f. P fla n zen er n ., D üng, u. B odenk., В 92, H. 2, 1961, s. 116— 125.
[13] K u b i e n a W. L.: B estim m u n g sb u ch und S y ste m a tik der B öd en E uropas. F. E nke, S tu ttg a rd 1953, s. 38— 50.
[14] P a r f i e n o w a J., J a r i ł o w a J.: M inier ałogi czesk i je is sle d o w a n ija w p ocz- w o w ied ien jL Izd. A N SSSR , M osk w a 1962, s. 88— 133.
[15] P o l s k i j M . N.: Ob izu cze n ji p orozn osti i m ak rostru k tu ry p o czw ien n y ch a g reg a tó w w p o liro w a n y ch szlifach . P o czw o w ied ien ., 4, 1952, s. 350— 356. [16] P ro b lem e der K r ü m e lsta b ilitä tsm e ssu n g und der K rü m elb ild u n g. D eu tsch e
A k a d em ie der L a n d w ir tsc h a ftsw iss. zu B erlin , 1958, s. 5— 292.
[17] Ś w i ę t o c h o w s k i В.: P ró ch n iczn e w sk a ź n ik i ży zn o ści g leb y w ś w ie tle d ośw iad czeń . R oczn. G lebozn., t. 12, 1962, s. 127— 145.
[18] Ś w i ę t o c h o w s k i B.: U p ra w a roli. PW R iL, W arszaw a 1957, s. 50— 69. [19] T o k a j J.: W stęp n e b ad an ia n iek tó ry ch fiz y czn y ch w ła śc iw o ś c i g ru zełek
g leb o w y ch . P ost. N auk R oln., 1957, s. 109— 112.
[20] T o k a j J.: O n iek tó ry ch w ła śc iw o ś c ia c h fizy czn y ch a g reg a tó w g leb górskich. R oczn. G lebozn., t. 10, z. 2, s. 435— 451.
[21] T o k a j J. B ad an ia nad m ik rostru k tu rą ag reg a tó w n iek tó ry ch g leb gór skich. R oczn. G lebozn., d od atek do t. 13, s. 117— 122.
[22] T o k a r s k i J.: S tu d ia nad k oloid am i gleb lek k ich w P olsce. R oczn. N auk R oln., 1957, t. 76, A -3, s. 413—466.
[23] T o k a j J.: P rób a w y ja śn ie n ia trw a ło ści a g reg a tó w p oziom u ak u m u la cy jn eg o różn ych ty p ó w gleb. Roczn. G lebozn., dod atek do t. 10, s. 778— 781.
[24] T o k a r s k i J., T o k a j J.: O p o stęp w b o n ita cy jn ej k la s y fik a c ji gleb. Z eszy ty N auk. W SR K rak ów , R o ln ictw o , 1960, nr 7, d. 5— 15.
[25] T o k a r s k i J.: Ilo śc io w a c h a ra k tery sty k a m in era lo g iczn a p o lsk ich gleb p ia sz c z y sto -ila sty c h . R oczn. N au k R oln., t. 8 0-A -4, s. 591— 614.
[26] W i e r s z i n i n P. W.: P o czw ien n a ja stru k tu ra i u sło w ija jejo fo rm iro w a n ija . Izd. A N SSS R , M oskw a—L en in grad , 1958, s. 7— 29.
204 J. Tokaj Ю. ТОКАЙ КОЛИЧЕСТВЕННОЕ МИКРОСКОПО-ХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЧВЕННЫХ АГРЕГАТОВ КАК ЭЛЕМЕНТОВ СТРУКТУРЫ ЧАСТЬ II ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА, М ИНЕРАЛЬНЫ Й И ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И ПОГЛОЩАЮЩИЕ СВОЙСТВА Кафедра Почвоведения Высшей Сельскохозяйственной Школы в Кракове Ре з юме Изучение физических, химических и минералогических свойств проводилось на светлых и темных агрегатах аккумулятивно-гумусового горизонта бурых типичных почв м. Мыдльники и бурых кислых лугово-пастбищных почв м. Яворки. 1. Удельный и объёмный вес светлых агрегатов немного выше чем темных. Светлые агрегаты показывают меньшую общую пористость, чем темные. 2. Каппилярная водоёмкость агрегатов различна и независима от их окраски. 3. Почвы содержат больше любой величины агрегатов темных, чем светлых. Темные агрегаты более водопрочны, чем светлые. 4. Сопротивляемость раздавливанию воздушно-сухих, насыщенных водяным паром и высушенных в температуре 1 1 0°С светлых агрегатов ниже, чем темных. 5. Светлые агрегаты показывают большие количественное различие в содержании скелета и склеивающих веществ, чем темные агрегаты. Пористость установленная по микроскопическому определению немного больше в светлых агрегатах чем в темных и колеблется в меньших пределах. 6. Светлые агрегаты содержат больше кварца чем темные агрегаты. Содержание полевого шпата и слюды различно, независимо от окраски агрегатов. 7. Светлые агрегаты содержат больше скелетных зерен с острыми краями и обто ченных, чем темные. В содержании угловатых зерен нет разниц между агрегатами светлыми и темными. Хорошо обточенные зерна отсутствуют в скелете агрегатов светлых и темных. 8. Содержание монтмориллонита и каолинита в общем меньше в агрегатах светлых чем в агрегатах темных. Содержание гумуса в темных агрегатах большое а содержание карбонатов очень низкое. В агрегатах почвы Яворки их вовсе нет. Так светлые, как и темные агрегаты показывают количественную дифференциацию мине рального состава отдельных фракций, величина которых установлена с помощью термического анализа. 9. Содержание растворимого кремнезема, А12Оз и M gO выше в светлых агрега тах чем в темных. Содержание F e203 различно в отдельных фракциях светлых и тем ных агрегатов а содержание СаО больше г. светлых агрегатах чем в темных. Цифро вые величины молярных соотношений S i 02 : R2O3, S i 02 : А1203 и S i 02 : F e2Oa раз личны в светлых и темных агрегатах почв Мыдльники и Яворки. 1 0. Содержание усвояемого фосфора, калия, окисляемого углерода и общего азота меньше в светлых агрегатах чем в темных. Подобное отмечается в соотношении С : N. Темные агрегаты обнаруживают более кислую реакцию чем светлые агрегаты. И. Сорбция метиленового (голубого) связана с содержанием глинистых мине ралов, независимо от окраски агрегатов и их крупности (диаметра). Удельная по
B a d a n ia a g reg a tó w g leb o w y ch 205 верхность колеблется в широких пределах, так в светлых агрегатах так и в тем ных и уменьшается с крупностью фракции (диаметра). 12. В результате проведенного изучения почвенных агрегатов уточнено понятие структуры почв, которое более соответствует действительному положению. Это определение гласит: структура почв это агрегатность или зернистость почвенной ма терии, находящаяся в данных естественных (природных) условиях пользования почвой, характерная (отличительная) в качественном и количественном отношении для каждой почвы и вследствие этого напсстоянная в пространстве и во времени. J . T O K A J
Q U A N T IT A T IV E M ICRO SCO PIC A N D C HEM ICAL IN V E ST IG A T IO N S ON SO IL A G G R E G A T E S A S ST R U C T U R A L E LEM ENTS
P A R T II
P H Y SIC A L PR O PE R TIES, M IN ERA L C O M PO SITIO N A N D SO R PTIV E PR O PE R TIES
D e p a r t m e n t o f S o i l S c ie n c e , C o l l e g e o f A g r i c u l t u r e , C r a c o w
S u m m a r y
T he in v a stig a tio n s on p h y sica l, ch em ica l and m in era lo g ie prop erties w e r e m ade on lig h t- and d ark -color a ggregates o f th e h u m u s accu m u lation horizons of brow n soils proper from M yd ln ik i and acid b row n m ea d o w -p a stu re so ils from Jaw orki.
1. T he sp e c ific and v o lu m e w e ig h t of th e lig h t-c o lo r aggreg a tes is so m ew h a t greater th an th a t of th e d a rk -co lo r ones, th eir to ta l p o ro sity is le s se r th a n in th e dark aggregates.
2. T he ca p illa ry w a ter cap acity of th e so il a ggregates v a r ie s in d ep en d en tly of th eir color.
2. T h e soils contain m ore dark th an lig h t m o istu r e -r e p e lle n t a g g reg a tes o f a ll sizes,. T he dark a g g reg a tes are m ore r e sistiv e to th e sco u rin g action of w a te r th an th e lig h t-c o lo r ones.
4. T he resista n ce to cru sh in g of a ir-d ry a ggregates, satu rated w ith w a ter vapor and dried at 110 °C, is le s se r in lig h t th an in dark agg reg a tes.
5. L ig h t-co lo r a ggregates sh o w ed greater q u n tita tiv e d ifferen ces in con ten ts of sk e le ta l parts and b in d ers th an th e dark aggregates, th eir m icro sco p ica lly d eter m in ed p orosity in so m ew h a t greater and v a ries in narrow er lim its th a n th a t of th e dark aggregates.
6. T he lig h t-co lo r a ggregates contain m ore quartz th a n th e dark ones. T heir feld sp a r and m ica con ten ts v a r y in d ep en d en tly of th e color of th e aggregate.
7. L ig h t-co lo r a ggregates h a v e m ore sh arp ed ged and rounded sk e le ta l grains than th e dark ones. T here is no d ifferen ce in con ten ts of an gu lar grain s b etw een th e tw o groups. W ell-ro u n d ed p a rticles are la ck in g in th e sk e le ta l parts o f b oth groups of aggregates.
8. M on tm orillon ite and k a o lin ite con ten ts are in g en era l sm a ller in th e lig h t-c o - lor th an in th e dark aggregates. H um us con ten ts are g reater in th e dark ag g re gates. C on ten ts of carb on ates are v e r y lo w , n on e at a ll b ein g p resen t in th e so ils
2 0 6 J. Tokaj
from Jaw orki. The lig h t as w e ll as th e dark ag g reg a tes sh o w n u m erica l d iffe r e n tia tio n in th e m ech a n ica l com p osition of th e p articu lar fra ctio n s, w h o se m a g n itu d e w as d eterm in ed b y m ean s of th erm a l analysis.
9. T he am ou n ts of so lu b le silica , A1203 and MgO are grea ter in th e lig h t-c o lo r than in th e dark aggregates. F e203 con ten ts d iffer in th e p articu lar fra ctio n s of th e lig h t and th e dark aggregates, CaO con ten ts are g reater in th e fo rm er th an in th e la tter. T he n u m erica l m olar ratio v a lu e s S i 02 : R2O3, S i 02 : A1203 and S i 02 : F e203
are d ifferen t in the lig h t and th e dark so ils of M yd ln ik i and of Jaw orki.
10. The con ten ts of a v a ila b le phosphorus, p otassiu m , o x id iza b le carbon and total n itrogen are lesser in th e lig h t th a n in th e dark aggregates. S im ilar is th e ratio С : N. A cid ity is h igh er in th e dark th an in th e lig h t-c o lo r aggregates.
1. S orption of m e th y l b lu e is p rop ortion al to th e con ten ts of clay m in era ls, in d ep en d en tly of color and size (diam eter) of th e aggregates. T he su rfa ce proper v a ries in w id e lim its in the lig h t- as w e ll as th e d ark -color a ggregates, d im in ish in g w ith fra ctio n size (diam eter).
12. In resu lt of our stu d y of so il aggregates, th e concept of so il stru ctu re w a s d efin ed m ore p recisely and m ore clo sely ap proaching th e actu al state. A ccord in g to th is d efin itio n , th e so il stru ctu re is th e a ggregation or gran u lation of a g iv en so il under n a tu ra l con d ition s of so il use, b ein g ch aracteristic for e v ery so il in q u a lita tiv e and q u a n tita tiv e resp ect, and th erefo re v a ria b le in space and tim e.
