ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE T. XLVII SUPL. WARSZAWA 1996: 137-144
JÓZEF CHOJNICKI
CYRKON W MADACH ŚRODKOWEJ WISŁY
I ŻUŁAW
Katedra Gleboznawstwa SGGW w W arszawie
WSTĘP
Zawartość cyrkonu w glebach - podobnie jak w skałach osadowych - mieści się najczęściej w granicach 120-360 mg/kg. Wyższe jego zawartości występują natomiast w skałach magmowych kwaśnych [Polański, Smulikowski 1969]. Mi nerały zawierające ten pierwiastek bardzo trudno wietrzeją i mogą ulegać resedy- mentacji. Zawartość cyrkonu w różnych osadach jest bardzo często wykorzy stywana dla określania genetycznej jednorodności skał i intensywności zachodzą cych procesów glebotwórczych [Bain i in. 1993; Chapman, Horn 1968; Konecka- Betley i in. 1986; Robert i in. 1966]. Dlatego też profilowe rozmieszczenie tego pierwiastka i jego relacje ilościowe (najczęściej stosunki molarne) do Ca, Mg, Fe, jako pierwiastków łatwiej uruchamianych w środowisku i biorących czynny udział w obiegu geochemicznym, są często również wykorzystywane do określenia stopnia zwietrzenia skał i gleb.
Celem pracy było określenie ogólnej zawartości cyrkonu w wybranych profi lach różnych typów mad środkowej Wisły (od Puław do Płocka) i Żuław w nawiązaniu do niektórych właściwości fizykochemicznych badanych gleb. Pod jęto również próbę określenia stopnia nasilenia procesów wietrzenia w profilach
badanych gleb.
METODYKA BADAŃ
Badania przeprowadzono w 7 profilach gleb uprawnych (rys. 1) wytworzonych z warstwowanych osadów aluwialnych, mianowicie: mady właściwe (2 profile), mady brunatne (3 profile), mada glejowa (1 profil) i mada próchniczna ( 1 profil). Wszystkie badania terenowe oraz podstawowe analizy gleb (pH, skład granulome try czny, zawartość С org.) przeprowadzono metodami stosowanymi powszechnie w laboratoriach gleboznawczych. Zawartość ogólną Zr w częściach ziemistych i ile koloidalnym oraz Fe, Al, Ca, Mg, К i Na oznaczono metodą fluorescencji rentgenowskiej. Uzyskane wyniki opracowano statystycznie obliczając współ czynniki korelacji między zawartością Zr a niektórymi właściwościami fizy kochemicznymi gleb.
138 J. Chojnicki
RYSUNEK 1. Rozmieszczenie profilów glebowych w dolinie Wisły i na terenie Żuław FIGURE 1. Location of soil profiles in Vistula valley and on Żuławy area
OMÓWIENIE WYNIKÓW
Uziarnienie większości mad środkowego odcinka Wisły (tab. 1) odpowiada grupie granulometrycznej pyłu zwykłego, ilastego lub glin pylastych. W dwóch przypadkach (profile 8 i 11) na większych głębokościach występuje piasek luźny. Największą zawartość części spławialnych stwierdzono w madach Żuław. Mada glejowa (profil 20) i próchniczna (profil 15) wykazują odpowiednio uziarnienie iłu pylastego i iłu, a w madzie brunatnej (profil 16) o składzie gliny pylastej występuje przewarstwienie iłem. Trzeba podkreślić, że badane gleby charakte ryzują się znaczną zmiennością składu granulometrycznego zarówno między profilami glebowymi, jak i między poziomami genetycznymi w poszczególnych profilach. Zdecydowana większość tych gleb wykazuje pH w KC1 słabo kwaśne, tylko w poziomie próchnicznym profilu 11 pH spada do 4,6.
Przeciętna zawartość Zr w częściach ziemistych badanych gleb wynosi 301 mg/kg, przy wahaniach od 73 do 449 mg/kg, a we frakcji iłu koloidalnego 97 mg/kg tej frakcji, przy wahaniach od 83 do 114 mg/kg (tab. 1). Zawartość cyrkonu zależy przede wszystkim od składu granulometrycznego gleb. Najmniej Zr wy stępuje w glebach o największej zawartości części spławialnych (mady Żuław) i
Cyrkon w madach środkowej Wisły i Żuław____________ 739
T A B E L A 1. O gólna zaw artość Z r i niektóre w łaściw ości fizykochem iczne m ad W isły i Ż uław T A B L E 1. T otal content o f Z r and som e physico-chem ical properties o f alluw ial soils
from V istula valley and Ż uław y
M iejsco wość i nr profilu Locality, profile No Poziom genety czny Genetic horizon Głębo kość Depth [cm] Zawartość [%] frakcji o średnicy [mm] Content [%] of fraction in dia
[mm] pH KC1 Zr [mg/kg s.m. - d.m] we frakcji - fraction [mm] 1-0,1 0 ,1 -0,02 <0,02 <0,002 <1,0 <0,002
Mady właściwe - Alluvial proper soils
Gołąb 24 A 0-25 49 30 21 7 5,8 396 105 A 25-45 40 38 22 9 6,0 359 114 С 45-7 0 18 44 38 15 6,2 425 103 С 70-100 35 32 33 15 6,0 337 93 D 110-150 29 46 25 6 6,1 449 Zawady А 0 -3 0 8 43 49 21 4,6 364 11 AC 30-58 12 45 43 16 6,6 355 С 58-125 34 52 14 7 6,5 335 D 130-150 97 0 3 1 6,5 73
Mady brunatne - Alluvial brown soils
Płock А 0 -3 0 32 43 25 12 6,4 305 95 Radzi wie Bbr 30-60 30 39 31 7 6,4 322 101 8 l i e g 60-90 47 19 34 16 6,1 229 96 l i e g 90-120 51 14 35 21 6,0 194 98 DG 120-130 98 1 1 0 6,1 127 Nebrowo A 0-35 53 23 24 9 6,0 313 W ielkie Bbr 35-75 29 40 31 13 5,7 368 13 IIC 75-135 29 45 26 9 5,9 324 IICG 135-150 16 42 42 17 6,3 351 Lisewo A 0-40 37 32 31 15 6,7 397 92 M alborskie IIBbr 40 -9 0 14 21 65 30 6,5 289 93 16 IIICG 90-130 19 40 41 17 6,7 403 94 IVCG 130-160 10 25 65 29 6,4 299 97
M ada glejowa - Alluvial gleyed soil
Rybina 20 A 0-2 0 10 38 52 10 6,4 338
CG 30-60 4 38 58 20 6,7 333
CG 60-90 5 36 59 25 6,6 221
IIG 90-110 40 15 45 18 6,7 318
M ada próchniczna - Alluvial humous soils
Stara A 0 -4 0 13 9 78 46 6,3 175 83
W isła 15 ACG 40-75 9 3 88 49 6,2 186 97
CG 75-120 10 5 85 54 6,0 146 95
w poziomach o przewadze piasku (profile 8 i 11), a najwięcej w glebach wykazu jących znaczną zawartość frakcji pyłu. Średnia zawartość tego pierwiastka w ile koloidalnym jest ponad trzykrotnie mniejsza niż w częściach ziemistych.
Profilowe rozmieszczenie cyrkonu w częściach ziemistych i ile koloidalnym jest różne i zależy - jak wspomiano - od zawartości części pyłowych i być może
TA B ELA 2. O gólna zaw artość w ęgla organicznego i n iektórych pierw iastków [%] w m adach W isły i Ż uław TA BLE 2. Total content organie carbon and som e elem ents [%] in alluvial soils from V istula Valley and Ż uław y
Miejscowość i nr profilu Locality profile No Poziom genetyczny Genetic horizon Głębo kość Depth [cm]
С А120з Fe203 MgO CaO N a20 K20 Stosunki molarne
M olar ratio
C a 0 /Z r0 2 Fe20 3/Z r 0 2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Mady właściwe - Gołąb 24
- Alluvial proper soils
A 0-25 0,36 5,85 1,70 0,44 0,37 0,86 1,38 16 25 A 25-45 0,30 5,92 1,66 0,45 0,43 0,90 1,43 19 26 С 4 5-70 0,53 8,43 2,69 0,74 0,63 1,07 1,74 23 37 С 70-100 0,50 7,61 2,49 0,62 0,58 0,96 1,51 28 42 D 110-150 0,25 7,01 2,09 0,51 0,45 1,14 1,52 17 27 Zawady 11 A 0 -3 0 1,81 10,17 3,58 0,96 0,69 1,17 1,98 31 56 AC 30-58 0,90 9,54 3,28 0,86 0,89 1,25 1,87 41 53 С 58-125 0,42 6,02 1,69 0,40 0,41 1,06 1,33 20 28 D 130-150 0,12 1,87 0,28 0,04 0,11 0,30 0,65 27 29 Mady brunatne - Płock
Alluvial brown soils
A 0 -30 1,11 6,72 2,27 0,57 0,91 0,98 1,51 51 44 Radziwie 8 Bbr 30-60 0,69 7,76 2,73 0,69 0,89 1,03 1,59 45 49 HCg 60-90 0,58 6,71 3,65 0,42 0,68 0,69 1,21 50 92 HCg 90-120 0,19 7,44 5,74 0,62 0,74 0,59 1,27 66 180 DG 120-130 0,11 2,37 0,36 0,07 0,19 0,41 0,79 25 15 Nebrewo A 0-35 1,33 5,34 1,88 0,37 0,51 0,83 1,36 28 33 Wielkie 13 Bbr 35-75 0,84 7,05 2,47 0,57 0,57 0,98 1,51 26 38 IIC 75-135 0,37 6,11 2,03 0,42 0,48 0,95 1,38 24 37 IICG 135-150 0,68 9,23 3,59 0,79 0,77 1,14 1,85 36 58 1 4 0 J. C h o jn ic k i
Tabela 2 cd. - Table 2 continued 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Lisewo A 0-40 1,18 6,77 2,53 0,52 0,90 0,89 1,54 38 36 Malborskie IIBbr 40-90 1,24 12,37 5,81 1,24 1,16 0,92 2,05 69 120 16 IIICG 90-130 0,41 9,31 4,63 0,80 0,84 1,13 1,78 35 65 IVCG 130-160 0,49 12,23 6,93 1,17 0,96 0,98 2,18 55 139
Mada glejowa - Alluvial gleyed soil
Rybina 20 A 0-30 1,38 9,74 3,62 0,96 0,92 1,06 2,02 45 61
CG 30-60 0,81 10,34 3,87 1,04 1,06 1,09 2,04 52 67
CG 60-90 1,30 14,72 6,45 1,57 1,42 0,86 2,41 105 167
IIG 90-110 0,63 9,24 3,03 0,81 0,77 1,07 1,82 39 54
Mada próchniczna - Alluvial humus soil
Stara A 0-40 2,62 13,95 6,78 1,35 2,02 0,68 2,14 200 233 Wisła 15 ACG 40-75 2,46 16,55 6,09 1,72 1,33 0,76 2,32 118 190 CG 75-120 2,00 17,64 8,05 1,82 1,52 0,54 2,37 180 333 C yr ko n w m a d a ch śr o d ko w ej W isł y i żu ła w
142 J. Chojnicki
od zawartości sodu (profile 15 i 24). Natomiast wartości stosunków molarnych (tab. 2) Fe20 3/Z r0 2 wykazują większe zróżnicowanie niż C a 0 /Z r0 2. Znacznie wyższe wartości tych pierwszych występują w głębszych poziomach profilów 8, 13 i 16, czego nie wykazują wartości stosunków C a 0 /Z r0 2. Należy również podkreślić, że w badanych glebach średnia wartość stosunku C a 0 /Z r0 2 jest znacznie niższa niż Fe20 3/Z r0 2 oraz że odmienne wartości obydwu stosunków stwierdzono dla mad Wisły i Żuław. Wyraźnie wyższe ich wartości w madach Żuław niż w madach doliny Wisły wynikają z mniejszej zawartości cyrkonu oraz większej zawartości CaO, a szczególnie Fe20 3 (tab. 2), w madach Żuław.
Analiza statystyczna wyników (tab. 3) wykazała, że zawartość Zr jest wysoce skorelowana z zawartością frakcji pyłu oraz w znacznie mniejszym stopniu z zawartością frakcji piasku. Ilość cyrkonu jest również wysoce skorelowana z zawartością sodu ogółem. Natomiast nie stwierdzono pozytywnej korelacji mię dzy zawartością tego pierwiastka a zawartością części spławialnych, iłu koloidal nego, C, Al, Fe, Mg, Ca i K.
DYSKUSJA
Podobnie jak u innych autorów [Chapman, Horn 1968] uzyskane wyniki wskazują, że minerały zawierające cyrkon występują głównie we frakcji pyłu i w mniejszych ilościach we frakcji piasku, a ich zawartość wyraźnie maleje w częściach najdrobniejszych (<0,002 mm). Zależności te potwierdzają wyniki analizy statystycznej (tab. 3). Wysoka korelacja zawartości Żr z zawartością sodu ogółem pozwala przypuszczać, że gleby te mogą być zasobne w plagioklazy - szczególnie w albit. Podobne zawartości Zr jak w badanych glebach wykazują gleby bielicowe wytworzone z glin piaszczystych w Szwecji [Olsson i in. 1990], a nieco wyższe gleby doliny rzeki Niger w Afryce [Timofeev i in. 1991].
Porównując wyniki innych autorów z własnymi można stwierdzić, że badane gleby wykazują niższy stopień zwietrzenia niż powierzchniowe poziomy gleb Illinois w USA wytworzone z utworów eolicznych [Robert i in. 1966]. Wartości C a 0 /Z r0 2 mieszczą się w zakresie dla mad Wisły i gleb Illinois odpowiednio: 16-66, 6-2 4 oraz dla Fe20 3/Z r0 2: 15-180, 4-12. Znacznie wyższe wartości, szczególnie Fe20 3/Z r0 2 w badanych glebach wynikają prawdopodobnie z ich odmiennego składu mineralogicznego oraz z czasu trwania procesu wietrzenia i pedogenezy.
Wielu autorów [Bain i in. 1994; Rolim-Meto, Santos 1994; Stolt i in. 1993; Vidrich i in. 1994; Xing i in. 1993] w swoich badaniach stwierdziło wyższe zawartości cyrkonu w wierzchnich poziomach gleb w wyniku ich zubożenia w Al, Fe, Ca, Mg, K, które zostały już przemieszczone do głębszych poziomów. Taki układ tych pierwiastków wykorzystali oni do określenia tempa i stopnia wietrzenia gleb. Mało zróżnicowane profilowe rozmieszczenie Zr i stosunków molarnych (C a 0 /Z r0 2, Fe20 3/Z r0 2) w badanych glebach - przy wyższych wartościach tych drugich w głębszych poziomach profdów 8, 13 i 16 - może świadczyć o począt kowym stadium ich wietrzenia. Spowodowane jest to prawdopodobnie młodszym wiekiem tych gleb w porównaniu z glebami spoza dolin rzecznych oraz warstwo waniem osadu aluwialnego związanego z dolinami rzecznymi. Wspomiane wy ższe wartości stosunku Fe20 3/Z r0 2 w głębszych poziomach profilów 8, 13 i 16 są wynikiem wzrostu zawartości żelaza, którego pochodzenie jest prawdopodobnie
Cyrkon w madach środkowe[ Wisty i Żuław 143 T A B E L A 3. W spółczynniki korelacji (r) m iędzy ogólną zaw artością Z r a o g ó ln ą zaw artością p o
szczeg ó ln y ch frakcji granulom etrycznych, w ęgla organicznego i niektórych p ierw iastków w m adach W isły i Ż uław
T A B L E 3. C oefficients o f correlation (r) betw een total Z r content as w ell as different fractions, organic carbon and total content som e o f elem ents in alluvial soils from V istula valley
and Ż uław y Zr 1-0,1 0,1-0,02 0,02-0,002 <0,002 [mml Zr 1,0000 0,3891* 0,8346** 0,0887 0,3517 Zr Corg A1 Fe Mg Ca К Na Z r 1,0000 0,2424 0,1637 0,2797 0,1805 0,2351 0,1079 0,8690** * - p = 0,05, **- p = 0,01
związane z oddziaływaniem wód gruntowych. Mniejsze zróżnicowanie wartości C a 0 /Z r0 2 w profilach wynika ze znacznie mniejszej mobilności i możliwości wytrącania się w procesach oksydacyjno-redukcyjnych wapnia - w porównaniu do żelaza - w warunkach nadmiernego uwilgotnienia spowodowanego występo waniem wód gruntowych.
Uzyskane wyniki potwierdzają, że profilowe rozmieszczenie wymienionych pierwiastków i wzajemne między nimi stosunki ilościowe mogą być pewnymi wskaźnikami typologicznymi rozwoju gleb. Jednak ich przydatność ogranicza się tylko do gleb, w których uwalniane produkty wietrzenia w wyniku zachodzącego procesu glebotwórczego ulegają przemieszczeniu do głębszych poziomów profilu glebowego (gleby brunatne wyługowane, płowe i bielicowe).
Stwierdzone zawartości Zr w tych glebach pozwalaj ą przypuszczać, iż podobne zawartości tego pierwiastka występują w skałach osadowych i glebach obszaru zlewni Wisły, które dostarczały substratu dla akumulowanych osadów aluwial- nych w dolinie Wisły. Natomiast słabo zróżnicowane profilowe rozmieszczenie tego pierwiastka świadczy o podobnym stopniu zwietrzenia skał i zaawansowania procesów glebotwórczych na terenie zlewni Wisły w okresie holocenu.
WNIOSKI
1. Średnia zawartość Zr w madach środkowej Wisły i Żuław wynosi 301 mg/kg gleby, a we frakcji iłu koloidalnego 97 mg/kg.
2. Analiza statystyczna wyników wykazała, że zawartość Zr jest wysoce istotnie skorelowana z zawartością frakcji pyłu i mniej istotnie z zawartością frakcji piasku oraz sodu ogółem.
3. Mało zróżnicowane profilowe rozmieszczenie cyrkonu i stosunków molar- nych (C a0 /Z r0 2, Fe20 3/Z r0 2) może świadczyć o początkowym stadium proce sów wietrzenia.
LITERATURA
BAIN D., C., MELLOR A., ROBERTSON-RINTOUL M., S., E., BUCKLAND S., T., 1993: Variations in weathering processes and rates with time in a chronosequence of soils from Glen Feshie, Scotland. Geo derma 57, 3: 275-293.
144 J. Chojnicki
BAIN D., C., M ELLOR A., W ILSON M., J., DUTHIE D., M., L., 1994: Chemical and mineralogical; weathering in an upland granitic till catchment in Scotland. Water, A ir and Soil Pollution 13, 1-4: 11-27.
CHAPM AN S., L., HORN, M., E., 1968: Parent material uniformity and origin o f silty soils in Northwest Arkansas based on zirconium -tytanium contents. Soil Sei. Soc. Amer. Proc. 32: 265-271.
K ON ECK A-BETLEY K., CZĘPIŃSKA-KAM IŃSKA D., ZAGÓRSKI Z., 1986: D evelopment and properties of Paleosols in the loess section at Sandomierz (SE Poland). Ann. UMCS, 41: 203-212. OLSSON M., M ELKERUD P. A., MASON B., J., 1990: Long-term translocation of iron and alum inium
in podzols. The surface waters acidification programme: 237-244. Cambridge Univ. Press. POLAŃSKI A., SM ULIKOW SKI K., 1969: Geochemia. Wyd. Geologiczne, W arszawa.
RO BERT L., JONES, BEAVERS, A., H., 1966: W eathering in surface horizons of Illinois soils. Soil Sei. Soc. Amer. Proc. 30: 621-624.
ROLIM -M ETO F., C., SANTOS M., C., D., 1994: Genesis of a sandy soil with lamellae from the Agreste region of Pernambuco State, Brazil. Revista Brasileira de Ciencia do Solo 18, 2: 243-253.
STOLT M., H., BAKER J., C., SIM PSON T., W., 1993: Soil-landscape relationships in Virginia. I. Soil variability and parent material uniformity. Soil Sei. Soc. Amer. J. 57, 2: 414-421.
TIM O FEEV В., V., OBUKHOV A., I., TIM OFEYEV В., V., 1991: Microelement contents in soils of the Mali Republic. Pochvovedenie 7: 40-49.
VIDRICH V., FRANCI M., MULLER H., W., FUSI P., 1994: The influence of mosses on soil formation. Initial formation from the starting point o f different rocks: initial conclusions. Agrochim ica 38, 1-2: 150-156.
XING B., S., DUDAS M., J., ZHANG Z., Y., XU Q., 1993: Geochemical characteristics of trace elements and rare earth elements in albic soils in the Three River Plain. Acta Pedologica Sinica 30,2: 158-172.
J. CHOJNICKI
ZIRCONIUM IN ALLUVIAL SOILS
OF CENTRAL VISTULA VALLEY AND ŻUŁAWY
D e p a rtm e n t o f S o il S c ie n c e , W a rsa w A g ric u ltu ra l U n iv e rs ity
SUMMARY
The ivestigation was carried out in 4 profiles of alluvial cultivated soils of central Vistula valley (from Puławy to Płock) and in 3 profiles of alluvial cultivated soils from Żuławy area. The average content of Zr in the soils amounts to 301 mg/kg (73-449 mg/kg) and in the fraction <0,002 mm 97 mg/kg (83-114 mg/kg). Statistical analysis of the results indicated high positive correlation the content Zr with the content of silt fraction (0.1-0.02 mm), total content Na and positive correlation with content of sand fraction (1-0.1 mm). No positive correlation was found between the Zr content and total content of fractions <0.02 mm and <0.002 mm, organic carbon, Al, Fe, Mg, Ca, and K.
Small diversification of Zr content and value C a 0 /Z r0 2 in the profiles proved the initial stage of weathering process in the soils. Higher value Fe20 3/Z r0 2 in the deeper horizons of some profiles is caused by higher content of iron there. Higher content of Fe results probably from interaction of underground water.
D r J ó ze f Chojnicki
Katedra Gleboznawstwa SG G W 02-528 Warszawa, ul. Rakowiecka 26/30
