Wstępne wyniki pomiarów natlenienia gleb

PIOTR KOWALIK

WSTĘPNE WYNIKI POMIARÓW NATLENIENIA GLEB

Katedra Gruntoznawstwa Politechniki Gdańskiej

PRZEDMIOT BADAŃ

Gleby źle przew ietrzane są niekorzystnym środowiskiem dla rozwoju

roślin, a tym samym nie mogą być wysoko produktyw ne. Dlatego usta­

lenie wskaźników charakteryzujących stopień natlenienia gleb jest jak

najbardziej aktualne. Wskaźniki te mogłyby również służyć do oceny

skuteczności zabiegów m elioracyjnych i agrotechnicznych, podejmowa­

nych w celu poprawienia aeracji, szczególnie gleb ciężkich.

Celem niniejszej pracy jest przedstawienie w stępnych wyników po­

miarów natlenienia kilku w ybranych gleb.

METODA POMIARÓW

Zasada pomiarów opiera się, mówiąc ogólnie, na wynikach analizy

procesu przysw ajania tlenu przez korzenie i m ikroorganizm y aerobowe

ze środowiska glebowego. Przy pobieraniu tlenu bezpośrednio w otocze­

niu korzeni lub mikroorganizmów powstaje gradient koncentracji tlenu.

G radient ten wyzwala dyfuzyjny przepływ tlenu przez glebę ku pobiera­

jącym go jednostkom. Nie mogą one przyswoić z otoczenia więcej tlenu

niż do nich dopływa w w yniku przepływu dyfuzyjnego.

Pom iary dotyczą potencjalnego maksymalnego dopływu tlenu z gleby

do organizmów roślinnych lub do mikroorganizmów. W tym celu do gleby

wprowadza się drucik platynowy, tzw. m ikroelektrodę platynow ą pola­

rografu, na której w w yniku przyłożonego potencjału elektrycznego 0,8 V

następuje redukcja cząstek tlenu w myśl reakcji [1]:

0 2 + 2H++ 2e~ -> H20 2,

H20 2+2H+ + 2e~ -> 2H20;

— w środowisku obojętnym lub alkalicznym:

0 2+ 2H20 + 2e- -> H20 2 + 20H -,

H20 2 + 2 e > 2 0 H

-W skutek tych reakcji na powierzchni platynowej katody koncentracja

elektrycznie obojętnych cząstek tlenu spada do zera. W związku z tym

tlen dyfunduje z otaczającego roztw oru glebowego ku elektrodzie. Po­

w staje pewien gradient stężenia tlenu w otoczeniu elektrody i strum ień

tlenu dyfundującego stabilizuje się. W rezultacie w elektrodzie pow staje

prąd, którego natężenie jest mniej więcej w prost proporcjonalne do w y­

datku dyfuzyjnego przepływu tlenu w glebie, czyli do wartości

wskaźni-00R

Rys. 1. W yniki pomiarów

1 — g le b a b ie liic o w a g lin ia s t o - p ia s z c z y s t a , 2 — g le b a m u r s z o w a n a w a p n i e łą k o w y m , 3 — g le b a g le j o w a p o b a g ie n n a p ia s z c z y s t a lu ź n a , 4 — m a d a b r u n a tn a p y la s t a , 5 — g le b a m u ło w o - b a g ie n - n a ; n a t le n ie n ie : a — w ó d g r u n t o w y c h w t o r f ie n is k im w m ie j s c o w o ś c i N a c in n e , b — w ó d

z g le b y m u ło w o - t o r f o w e j z d o li n y r z e k i C n y [10]

Fig. 1. M easurem ent results

1 — lo a m y s a n d y p o d z o lic s o il, 2 — m u c k o n m e a d o w lim e , 3 — p o s tb o g lo o s e s a n d y g l e y , 4 — b r o w n s i l t y a llu v ia l s o il, 5 — b o g g y s lim y s o il; o x id a t io n : a — o f g r o u n d w a te r in lo w p e a t in

T a b e l a

X

5 , 1 5 80

ka ODR (Oxygen Diffusion Rate). P rąd mierzy się najwcześniej po upły­

wie 2 m inut od chwili podłączenia napięcia 0,8 V do elektrody platyno­

wej. Spotyka się też prace, w których stosowano np. napięcie 0,65 V

i czas stabilizacji strum ienia dyfuzyjnego 5 min, napięcie 0,75 V i czas

4 min oraz inne.

Analizator polarograficzny użyty do badań w ykonany został w Zakła­

dzie M iernictwa Elektrycznego Politechniki Gdańskiej. Zastosowano elek­

trodę platynow ą w ielokrotną projektu doc. dr I. Zwierzykowskiej. Do­

kładniejsze dane o pracy tego typu aparatu podaje m.in. Ś w i ę c i c ­

k i [9].

Przyrząd pomiarowy był wyskalowany we wzorcowym roztworze

wodnym o zmienianym stopniowo nasyceniu tlenem. Linię podającą

m ikroelektrodzie platynowej przedstawiono na rys. 1. Widać na nim

w yraźnie w prost proporcjonalną zależność między prądem dyfuzyjnym

i a stężeniem tlenu w wodzie, wyrażonym tu w procencie nasycenia wody

tlenem.

Prostej wykreślonej na rys. 1 odpowiada równanie:

i = 0,0323C+0,125,

gdzie: i wyrażone jest w m ikroamperach, а С — w procentach.

Można również po dokonaniu odpowiednich przeliczeń uzyskać zależ­

ność:

ODR = 0,254 • i gcm_2min_1,

gdzie i wyrażono w m ikroamperach. O statni wzór jest słuszny jedynie

dla używanego w badaniach aparatu pomiarowego.

Wspomnieć tu można o pewnym marginesowym i paradoksalnym na

pierwszy rzut oka zjawisku, że przy С równym 0% prąd w elektrodzie

T a b e l a 2

G l e t a murszowa p o d ś c i e lo n a wapnem łąkow ym .

M ie js c o w o ś ć C zarne D o ln e , pow. K w id zyn . T er en w p r z e s z ł o ś c i s i l n i e p o d m o k ły , o b e c n ie

z m elio ro w a n y rowami o tw a r ty m i ^

Muck u n d e r la in by meadow lim e k j

* ‘ r

C zarn e D o ln e , Kwidzyn c o u n t y . The a r e a w as v e r y w e t i n t h e p a s t , I a t p r e s e n t r e c la im e d by m eans o f o p en d i t c h e s F c z ic c gen ety czn y G en etic h o rizo n M iąższość w cm T h ick n ess in cm

C h arak terystyk a m o r fo lo g icz n a M orp hological f e a t u r e s

i juA

0DR .1 0 ”® gcnT^m ln^

V i 0 -3 0 czarn y mursz g ę s t o p rzetk a n y d a r n ią , p u lch n y , w yraźn ie i tr w a le g ru zełk ow a- t y , św ież y ;

b la c k muck, w ith numerous sod i n c l u s i o n s , f r i a b l e , w ith d i s t i n c t permanent crumble s t r u c t u r e , fr e s h ;

2,5 5 65

0 3 0 -5 0 b ia ło -p ło w e twarde p la s t y c z n e ; w a g r e g a ­ ta c h g ru zełk ow atych i kaszkow atych wapno łąk ow e, w y b itn ie pulchne po lekkim p r z e s c h n ię c iu *

Z w ier c ia d ło wody gruntowej poza z a s i ę ­ giem b ad ania, g le b a w yraźn ie odwodniona, w ilgotn a^

y e llo w is h - w h it e , hard, p l a s t i c meadow lim e , i n c l o t t y and g r a in y a g g r e g a te s , v e r y f r i a b l e a f t e r s l i g h t drying^ Ground w ater l e v e l behin d i n v e s t i g a t i o n r a n g e, s o i l d i s t i n c t l y d ew atered , m o is t.

T a b e l a

5

M iejscow ość Czarne D o ln e, pow. Kwidzyn. Lekkie w y n ie s ie n ie wśród g le b mułowo-murszowych i to r fo w y c h . G leba o s ła b o w ykształconym p r o f i l u .

Loose sandy p o stb o g g le y s o i l

Czarne D o ln e , Kwidzyn co u n ty . S li g h e l e v a t i o n among s i l t e d muc and p e a t s o i l s . W eakly form ed s o i l p r o f i l e P o z io m g e n e t y c z n y G e n e t ic h o r iz o n l l i ą ż s z o ś ć w cm T h ic k n e s s i n cm C h a r a k t e r y s t y k a m o r f o lo g ic z n a M o r p h o lo g ic a l f e a t u r e s ■i f i k 0DR .1 0 ” ® gcm” 2 m in” ^ Ai 0 - 2 0 p ło w o - s z a r o - p o p i e l a t y p ia s e k p r ó c h n ic z - ny lu ź n y , w i l g o t n y i p u lc h n y ; l o o s e y e l l o w i s h - g r e y s a n d , w it h humus c o n t e n t , f r i a b l e , fresh * . 2 , 4 0 6 1 V » 2 0 - 3 5 s z a r o - s i n o - b i a ł a w y i p ło w o - z ie lo n k a w o - b ia ła w y p ia s e k lu ź n y , w ilg o t n y ; g r e y i s h - b l u i s h - w h i t e and y e l l o w i s h - g r e y i s h - w h it e l o o s e s a n d , m o is t ; 1 ,7 0 4 3

CG 3 5 - 1 2 0 b ia ła w y z zie lo n k a w y m i plamami g l e j o ­ wymi p i a s e k lu ź n y , s i l n i e z a g ę s z c z o n y i d o ść z w i ę z ł y , w ilg o t n y ;

lo o s e w h i t i s h s a n d , w it h g r e e n i s h g l e y s p o t s , v e r y co m p ressed and r a t h e r com­ p a c t , f r e s h .

1 , 1 0 2 8

będzie płynąć i wyniesie 0,125 м^А (por. rys. 1). Spowodowane jest to

przepływem tzw. prądów m igracyjnych i pojemnościowych, w ystępują­

cych na mikroelektrodzie platynowej obok prądu dyfuzyjnego. W ystę­

powanie takiego „residualnego” prądu przy С równym 0% stw ierdzili

również L e m o n i E r i c k s o n [3], ale np. В i г к 1 e i współpracow­

nicy [1] uzyskał dla С równego 0% prąd i rów ny zeru. Przypuszczać

można, że dla niektórych gleb prądy residualne mogą zakłócać praw i­

dłowy tok pomiarów analizowaną tu metodą m ikroelektrody platynow ej.

Stwierdzić to można przez odpowiednie skalowanie elektrody w wodnych

roztw orach wyodrębnionych z badanych gleb (np. murszowych czy to r­

fowych).

WYNIKI POMIARÓW I ICH INTERPRETACJA

Pom iary w ykonane były jesienią 1967 r. na glebach woj. gdańskiego

w określonych poziomach profilów glebowych (tab. 1—5, rys. 1 i 2). P rzy­

toczone w nich w yniki m ają charakter wstępny, przydatne są jednak do

sprawdzenia omawianej metody pomiarów ODR.

danych glebach z w arunkam i panującym i w wodach o różnym stopniu

nasycenia tlenem. Dla przykładu, w wodzie o nasyceniu 30% (ODR ok.

25* 10“ 8 gcm_2m in_1) lub niższym pow stają w arunki ekologiczne uniemoż­

liwiające życie ryb. Według T o m a s z e w s k i e g o [10] woda grunto­

wa w glebie mułowo-torfowej z doliny rzeki Cny zawierała 0,9—3,7 mg/l

tlenu, a z torfu nizinnego z miejscowości Nacinne — 0,4— 1,9 mg/l (por.

rys. 1). Można to przeliczyć na stosowane tu jednostki i okazuje się, że

T a b e l a 4 Mada ż u ła w s k a b r u n a tn a p y la s t a - .

M ie js c o w o ś ć G n iazdow o, pow . Nowy Dwór Gdański.. M ięd zy w a le W is ły , p o z io m wody g r u n to w e j p o n i ż e j 1 5 0 cm*

Brown m arsh y s i l t y a l l u v i a l s o i l , G n ia zd o w o , U owy Dwór G d a ń sk i c o u n t y i Unembanked a r e a o f V i s t u l a v a l l e y , gro u n d w a t e r l e v e l b e lo w 1 5 0 cm. P o zio m g e n e t y c z n y G e n e t ic h o r iz o n M ią ż s z o ś ć w cm T h ic k n e s s i n cm C h a r a k t e r y s t y k a m o r f o l o g ic z n a M o r p h o lo g ic a l f e a t u r e s i juA 0DR • 1 0 “® gcnT^min” ^

• V i

B2C 5 5 -1 2 0 p ło w y p i a s e k lu ź n y z rdzaw ym i sm ugam i, w i lg o t n y ;

y e l l o w i s h l o o s e s a n d , w it h r u s t y s t r e a k s , f r e s h ;

1 ,2 8 3 2 , 5

C /G / 1 2 0 -1 8 0 b i a ł o - p ł o w y p ia s e k lu ź n y d o łem p r z e - w a r s tw io n y o g le j o n y m i w arstew kam i p y łu i l a s t e g o , w ilg o t n y ; P o m ia ry j e d y n ie w p ia s k u ; y e l l o w i s h - w h i t e l o o s e s a n d , w it h g l e i z a t e d i n t e r l a y e r s o f c l a y e y s i l t i n lo w e r h o r iz o n s ^ W ith t h e m ea su rem en ts o n ly sa n d w as co m p rised » 0 , 6 6 17

T a b e l a 5

G leb a m u ło w o -b a g ie n n a / g i t i a p y ł o w o - i l a s t a / . M ie js c o w o ś ć Nowe D o ln o , pow. E l b l ą g . O k o lic e J e z i o r a D rużno

B o g g y s lim y s o i l / s i l t y c l a y e y g y t t i a / Nowe D o ln o , E l b l ą g c o u n t y . The D rużno la k e r e g i o n .

P o z io m g e n e t y c z n y G e n e t ic h o r iz o n P r ó b k i g l e b y p o b r a n e z g ł ę b o k o ś c i S o i l s a m p le s t a k e n from t h e d e p th : C h a r a k t e r y s t y k a m o r f o lo g ic z n a M o r p h o lo g ic a l f e a t u r e s i jaA ODR 8 2 1 .1 0 gem" min“ CG 4 5 cm s in o - z ie lo n k a w a g y t i a p y l a s t o ' - i l a s t a , m ię k k o p la s t y c z n a , c a ł k o w i c i e o g l e j o -0 , 7 8 2 0 80 cm n a . Woda g ru n to w a n a g ł ę b o k o ś c i 2 0 - 1 0 0 cm 0 ,8 3 21 1 3 0 cm / z m i e n n i e / ; b l u i s h - g r e e n i s h s i l t y c l a y e y s o f t 0 , 6 0 15 1 8 5 cm p l a s t i c g y t t i a , c o m p le t e ly g l e i z a t e d . Ground w a t e r l e v e l 2 0 - 1 0 0 cm / c h a n g e a b l e / . 0 ,5 6 9

Uwaga: w y n ik i p ra w d o p o d o b n ie z a w y so k ie z powodu pom iarów w p ró b k a c h w y d o b y ty ch n a p o w i e r z c h n i ę , a n i e b e z p o ś r e d n io w p r o f i l u glebow ym .

Remark: The r e s u l t s a re p r o b a b ly o v e r e s t i m a t e d due t o t h e f a c t t h a t t h e m ea su rem en ts w ere c a r r i e d o u t on t h e s o i l s a m p le s b r o u g h t up t o t h e s u r f a c e , and n o t im m e d ia t e ly i n t h e s o i l p r o f i l e

-dla pierwszej gleby nasycenie tlenu wynosi przy 20°C od 10 do 40%,

co odpowiada prądow i dyfuzyjnem u od 0,45 do 1,41 m ikroampera. Po

przeliczeniu tych w artości na ODR otrzym ujem y: 11 • 10-8 gcm-2m in-1

do 35-10“ 8 gcm_2m in_1. Dla drugiej gleby (torfowej} nasycenie tlenu

wynosi od 4,5 do 21%, co odpowiada prądow i dyfuzyjnem u od 0,27 do

0,90 m ikroampera, a ODR równa się 7 do 22,5* 10~8 gcm-2m in-1.

W dziedzinie oceny w pływ u wartości ODR w różnych glebach na

wzrost i plonowanie roślin oraz selekcję zbiorowisk roślinnych badacze

są zgodni w wielu punktach. Na przykład ustalono, że krytyczna wartość

ODR

dla

zatrzym ania

wzrostu

korzeni

roślin

wynosi

poniżej

20* 10-8 gcm-2m in_1 [4, 5, 8]. W ydatek dyfuzji między 20 a 30* 10“ 8

gcm“ 2m in_1 opóźnia wzrost korzeni. Zależność tę stwierdzono dla kilku

gatunków traw , buraków cukrowych i zbóż. E r i c k s o n i V a n D o -

r e n [2] podają, że spadek ODR w glebie do ok. 3 0 -10~8 g c m ^ m in -1,

w ywołany dłuższymi opadami atmosferycznymi, spowodował spadek plo­

nu buraków cukrowych o 50%. Stwierdzono też, że optym alne wielkości

ODR dla niektórych traw wynoszą ok. 4 0-10~8 g c m ^ m in “ 1. Ponadto

ustalono, że przy ODR niższym niż 30—40-10“ 8 zmniejsza się w yraźnie

przysw ajanie składników pokarmowych przez rośliny, co w następstw ie

runkach złej areacji niewielką reakcję roślin na nawożenie m ineralne.

W i e g a n d i L e m o n [11] oznaczyli dla niektórych glin ODR w za­

kresie od 18 do 30, a dla niektórych piasków gliniastych od 65 do

100-10“ 8 gcm~2m in_1. W bagiennych glebach Szkocji P o e l [7] stw ier­

dził ODR od 5 do 25* 10-8 gcm~2m in_1. W moich badaniach ODR dla róż­

nych gleb waha się w granicach od 9 do 93* 10“ 8 gcm-2m in-1, a pomie­

rzone w artości ODR zm ieniają się stopniowo od wartości wysokich do

niskich według następującej kolejności: gleba bielicowa pseudoglejo-

wa > murszowa na wapnie łąkowym > glejowa pobagienna piaszczysta

luźna > głębsze partie mady średniej zbrunatniałej > gleba mułowo-ba-

gienna pochodzenia pojeziorowego (por. tab. 1—5 i rys. 1 i 2).

WNIOSKI

Po pokonaniu trudności metodycznych przedstawiony sposób pomia­

rów natlenienia gleb może znaleźć szersze praktyczne zastosowanie w

dzie-Rys. 2. W artości ODR w badanych profilach glebow ych na różnych głębokościach

1 — g le b a b ie lic o w a g lin ia s t o - p ia s z c z y s t a , 2 — g le b a m u r s z o w a n a w a p n ie łą k o w y m , 3 — g le b a g le j o w a p o b a g iein n a p ia s z c z y s t a lu ź n a , 4 — m a d a b r u n a tn a p y la s ta , 5 — g le b a m u ło w o b a g ie n

-n a (p o r. o p is y p r o filó w w ta b . 1—5)

Fig. 2. ODR values at different depths of the soil profiles investigated

1 — lo a m y s a n d y p o d z o lic s o il, 2 — m u c k o n m e a d o w lim e , 3 — p o s tb o g lo o s e s a n d y g l e y , 4 — b r o w n s i l t y a llu v ia l s o il, 5 — b o g g y s lim y s o il (c f. d e s c r ip t o n o f s o il p r o f il e s in T a b le s 1—5)

dżinie badań gleboznawczo-melioracyjnych, np. w przyrodniczej klasyfi­

kacji i regionalizacji gleb dla tych celów.

Istnieją także możliwości zastosowania tej metody w dziedzinie eko­

logii roślin oraz w niektórych zagadnieniach agrotechnicznych, np. do

oceny w pływ u melioracji wodnych, wapnowania, upraw y mechanicznej

i nawożenia na regulację natlenienia gleby.

LITERATURA

[1] B i r k l e D. E. i w spółpracownicy: Hilgardia, t. 35, nr 20, 1964, s. 555.

[2] E r i c k s o n A. E., V a n D o r e n D. M.: 7th International Congress of Soil

Science, t. 3, 1960, s. 428.

[3] L e m o n E. R., E r i c k s o n A. E.: Soil Sei., 79 (5), 1955, s. 383.

[4] L o t e y J., S t o l z y L. H., B l a n k G. B.: Agron. Jour., 54, 1962, s. 34.

[5] L e t e y J. i w spółpracownicy: Agron. Jour., 54, 1962, s. 316.

[

] L e t e y J. i w spółpracownicy: Plant and Soil,

(

), 1964, s. 143.

[7] P o e l L. W.: Jour Ecol., 1960, 48 (2), s. 733.

[

] S t o l z y L. H. i współpracownicy: Soil Sei. Soc. Amer. Proc., 25 (

), 1961,

s. 463.

[9] Ś w i ę c i c k i C.: Roczn. Glebozn., t. 17, 1967, s. 157.

[10] T o m a s z e w s k i J.: Nauka o glebie. PWRiL, Warszawa 1964.

[11] W i e g a n d C. L., L e m o n E. R.: Soil Sei. Soc. Amer. Proc., 22 (3), 1958,

s. 216.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЯ

НАСЫЩЕННОСТИ ПОЧВ КИСЛОРОДОМ

Р е з ю м е

Измерение насыщенности кислородом нескольких почв проводилось по ме­

тоду платинового микроэлектрода. В качестве показателя кислородного насыще­

ния пользовались величинами ди ф ф узии кислорода в почве; обозначали его сим­

волом ODR (Oxygen D iffusion Rate) в единицах

gem —

m in —^ Показатель

кислородного насыщения (ODR) для исследованных почв варьировал в пределах

от 9 • 10

до 93 • 10

gem —

m in

и уменьшался в следующем порядке: под­

золистая почва псевдоглеевая > муршевая на луговой извести > глеевая

болотного происхождения песчаная рыхлая > более глубокие горизонты побу­

ревшей пылевидной мады > почва илисто-болотная озерного происхождения.

PRELIMINARY RESULTS OF SOIL OXIDATION MEASUREMENTS

D e p a r tm e n t o d S o il S c ie n c e T e c h n ic a l C o lle g e in G d a ń sk

S u m m a r y

The soil oxidation m easurem ents w ere conducted using the method of platinic

m icroelectrode. As an oxidation index the oxygen diffusion rate was used, marked

w ith the sym bol ODR (Oxygen D iffusion Rate), in g c m -^ m in -1. The oxidation

index (ODR) for the soils investigated fluctuated w ithin the lim its of 9«10

—

9 3

*

gem —

m in —1, dim inishing in the follow ing succession: podzolic pseudo­

gley soil > m uck on m eadow lim e > postbog loose sandy gley > deeper horizons

of brown silty alluvial soil > boggy slim y soil of lacrustrine origin.