HENRYK PIAŚCIK
ZM IANY ZAWARTOŚCI WAPNIA I ŻELAZA
W GLEBACH TORFOWO-MURSZOWYCH
POJEZIERZA MAZURSKIEGO
K ated ra G le b o z n a w s tw a A k a d e m ii R o ln ic z o -T e c h n ic z n e j w O ls z ty n ie
W STĘP
G leby torfow e P ojezierza M azurskiego, których areał szacuje się na około 110 tys. ha, p odlegają procesow i m urszenia od ponad 100 lat. N a w iększości torfow isk proces ten został z a począ tkow any w w yniku prac m elioracyjnych i h y d ro te c h n i cznych p rz ep ro w a d zo n y ch w połow ie ubiegłego stulecia w celu p o zy sk a n ia n o w y c h terenów do produkcji pasz i nasion traw [Piaścik 1977].
C elem niniejszej pracy je st przedstaw ienie zm ian zawartości w a p n ia i żelaza s p o w o d o w a n y c h przez proces m urszenia.
OBIEKT I M ETODY B A D A Ń
B ad an ia p rz ep ro w a d zo n o na średnio zm urszałych glebach P o je zierza M a z u r skiego w y tw o rz o n y c h z silnie rozłożonych torfów olesow ych i średnio ro z ło ż o nych torfów turzy c o w isk o w y ch obiektów Łąki S zym ońskie i Piskie W ody.
W a p ń ogółem w popiele, a w ym ienny w 1 M octanie am onu o zn a czo n o w e d łu g m etody A S A , w o d ó r w y m ienny - w roztw orze chlorku baru i tró jetanoloam iny [Sapek 1984], żelazo ogółem - w popiele, żelazo w olne - w e dług Jac k so n a [Jackson 1964], żelazo ruchliw e - w edług G ereia w 0,05 M H 2S 0 4, żelazo zw ią zan e obliczono z różnicy pom iędzy Fe ogółem a Fe w oln y m [K onecka-B etley
1968].
W YNIKI B A D A Ń I D Y SK U SJA
W b adanych glebach w yraźnie zaznacza się p rz ew ag a w a pnia i żelaza, a ich ro z m ie sz cze n ie profilow e je s t o d m ienne (tab. 1 i 2).
G leby torfow e zasilane są w wapń głów nie przez w ody gru n to w e za w ierające z n a czn e ilości C aC O ^ w y m y te g o z przyległych w ysoczyzn. W złożu to rfo w y m o b ec n e w ro ztw orach jo n y w apnia w ystępują w dużych ilościach na skutek w iąz an ia m aterii organicznej [Okruszko 1976, Lucas 1982].
84 H. P ia ścik
W ana liz o w an y ch profilach nie obserw uje się kum ulacji w a pnia ogółem w p o z io m a c h m u rsz o w y c h (tab. 1 ). R ów nież zaw artość w apnia w y m ie n n e g o maleje w m u rsza ch i w w arstw ie do 20 cm znajduje się go 1,5 -2 ,0 -k ro tn ie mniej w p o ró w n a n iu z głębszym i torfami (tab. 1). Z w ięk sz a się natom iast udział w odoru w y m ie n n e g o w trakcie mineralizacji materii organicznej w procesie m urszenia. W p o zio m a c h m u rszo w y ch ilości tego kationu są 1,5 -2 ,0 -k ro tn ie w iększe w stosunku do ilości w odoru w p oziom ac h torfow ych (tab. 1).
Jony w odoru z racji silnej sorpcji w ypierają w ym ienny w apń z kom pleksu sorpcyjnego. Jony w apnia zaś przechodzą do roztw oru, skąd są w y m y w a n e. Prow adzi to w efekcie do za kw asze nia w ierzchnich w arstw badanych gleb. N a w zrost odczynu w u ż y tkow a nych rolniczo Histosolach w skaz y w ał także L ucas [1982].
S tw ie rd za n e w p o zio m ac h m urszo w y ch spadek ilości w a pnia i k u m ulacja w o d o ru d ow odzą, że w trakcie procesu m urszenia zachodzi ług o w an ie wapnia. Fakt ten p o tw ierdz ają badania M e je r o w s k y ’ego i H apkiny [1976] oraz L u ca sa [ 1982]. P rzypusz cza lnie w iąże się to z w ydzielaniem dużych ilości C 0 9 w w yniku m ineralizacji i tw orzenia kw aśnych w ęglanów w apnia [Okruszko, K oz akiew icz 1973]. Duży udział w apnia w form ie w ym iennej ( 6 0 - 7 6 % ) ułatw ia także je g o ługow anie. R o czn e straty tego kationu w ynoszą średnio około 510 kg/ha przy założeniu, że po w ierzch n ia u ż y tkow a nych rolniczo gleb organicznych obniża się w ciągu roku o 1 cm. Zatem w wyniku procesu m urszenia, zach o d zą ceg o w w iększości gleb torfow ych P ojezierza M azurskiego, ubyło przez ponad 100 lat około 52 t C a w przeliczeniu na hektar [Piaścik 1977].
W ostatnich latach w yk o n a n o wiele prac na tem at w pływ u pro c esó w glebo- tw ó rc zy ch na roz m ie sz cze nie zw iązków żelaza [S chw ertm ann 1985]. D oty cz ą one głó w n ie gleb m ineralnych i zabagnianych. N iew iele je st natom iast o p racow ań m ając y ch za tem at rozm ieszczenie żelaza w glebach organicznych [N orrström
1995].
W m ursza ch żelazo uw alnia się w trakcie mineralizacji m asy organicznej [O kruszko 1976]. P oza tym do warstw w ierzchnich m oże d o p ro w a d zać j e w oda gruntow a. Jeżeli gleby hydrogeniczne zasilane są w odam i bogatym i w związki żelaza, to m o g ą w nich p o w staw a ć minerały żelaziste [Stoops, E sw a ran 1985].
W profilach badanych gleb żelazo ogółem w ystępuje w stosunkow o dużych ilościach (tab. 2). P oziom y m u rszo w e zaw ierają go przeciętnie 1,5 -3 ,0 -k ro tn ie więcej niż p o zio m y torfowe. Tak duża akum ulacja tego składnika w m asie m urszow ej św iadczy nie tylko o w zm o ż o n y ch procesach oksyd ac y jn o -red u k c y j- nych, ale i o intensywnej m ineralizacji i o akum ulacji biologicznej. P o za tym p rz y c z y n ia się do tego niezbyt duże zapotrzebow anie roślin na ten składnik.
W o d w o d n io n y c h glebach torfow ych żelazo m a dużą zdolność do tw orzenia z w ią z k ó w k o m p le k so w y c h z substancją organiczną [K ow alew , G e n e ra ło w a 1967; P uustrjarvi 1952; W a lc z y n a 1974; S apek B., Sapek A. 1987]. W m ursza ch składnik ten w ystępuje p rzypuszczalnie w tej formie. E fim o w [1961] wykazał, że p ra w ie cała ilość żelaza w glebach torfow ych była zw ią zan a przez substancje h u m u s o w e. W e d łu g N orrström [1995], żelazo w zw iązkach o rg anicznych s ta n o wiło od 24 do 84% Fe ogółem , a H enrot i W ie d e r [1990] stwierdzili, że w iązanie żelaza z m aterią o rganiczną było g łó w n y m sposobem zatrzym ania tego składnika i zacho d ziło do całkow itego w ysycenia wiązań.
Z aw arto ść żelaza w olnego, odznaczającego się dużą ru chliw ością oraz z d o l nością p rz em ieszcz an ia w profilu [Duchaufour 1970; K onecka-B etley 1968,
T A B E L A 1. Z m iany zaw artości w apnia i w odoru T A B L E 1. C h an ges in the calciu m and h yd rogen content
Nr P o G łę b o Ca W ym ien n y % w k o m p lek sie sorpcyjnym Profilu zio m k ość o g ó łem E xch an geab le % in the sorption c o m p lex P rofile H ori D epth Total [m m ol(+)/k;g
N o zon g leb y —o f soil]
[cm] [%] Ca H C'a H 1 M l 5 - 1 0 3,2 60,1 91 ,4 38,5 58,5 М 2 1 5 -2 0 3,7 6 1 ,5 92,9 5 1,7 4 5 ,6 Ot 2 5 - 3 0 3,3 94 ,7 8 1 ,0 6 5 ,6 3 1 ,4 Ot 3 5 - 4 0 2,3 112,0 6 1 ,0 62,3 33 ,9 Ot 5 5 - 6 0 2,9 118,4 4 4 ,4 6 8 ,0 2 5 ,5 Ot 7 5 - 8 0 3,3 112,0 4 6 ,6 68,5 27,1 2 M l 5 - 1 0 2,1 7 7 ,8 62,5 5 3,6 43,1 М 2 1 5 -2 0 2,7 85 ,6 5 4 ,4 5 9 ,4 3 7 ,8 Ot 2 5 - 3 0 2,8 98,1 3 7 ,0 7 0 ,6 2 6 ,6 Ot 3 5 - 4 0 2,6 119,3 4 0 ,8 72,3 29,1 Ot 5 5 - 6 0 2,8 116,3 4 3 ,3 69,8 2 6 ,0 Ot 7 5 - 8 0 2 ,4 117,6 4 2 ,0 7 0 ,2 25,1 3 M l 5 - 1 0 2,8 7 2 ,3 7 9 ,4 4 6 ,6 51,1 М 2 1 5 -2 0 2,7 82,3 7 8 ,9 4 9 ,8 4 7 ,7 М 3 2 5 - 3 0 3,9 8 3 ,2 8 6,6 57,1 50,5 Ot 3 5 ^ 0 2,6 135,4 5 7 ,4 67,9 2 8 ,8 Ot 5 5 - 6 0 2,7 120,6 6 1 ,9 6 3 ,4 32,5 Ot 7 5 - 8 0 3,1 117,0 62,1 6 3 ,0 3 3 ,4
M - muck horizon, Ot - peat horizon
K uźnicki, Skłodow ski 1970], zbliżona je st do ilości tego składnika ogółem . W glebach o rga nic znych żelazo nie w ystępuje w form ie krzem ianow ej i w y k a zu je w y ra ź n ą k um ulację w p oziom ac h m u rszo w y ch (tab. 2), Są to ilości nadzw yczaj w y so k ie i n iespotykane w innych typach gleb [K onecka-B etley 1968; K uźnicki, S kłodow ski 1970]. O trz y m a n e wyniki p ozw alają przypuszczać, że do w yciągu Ja c k so n a przechodzi rów nież żelazo zw iązane ze zw iązkam i h u m u s o w y m i. W p o ró w n a n iu z glebam i m ineralnym i je s t to, być m oże, nieco inna fo rm a żelaza w olnego.
W b adanych glebach organicznych żelazo w olne stanowi 8 5 - 9 8 % żelaza ogółem , a w ięc znacznie więcej niż w glebach m ineralnych, gdzie ilość Fe w o ln eg o rzadko p rzekracza 50% [K onecka-B etley 1968; K uźnicki, S k łodow ski 1970]. A zatem w pozio m ac h m u rszo w y ch żelazo w ystępuje niem al c a łkow ic ie w form ie wolnej, tw orząc kom pleksy ze zw iązkam i h u m u so w y m i o ch arakterze k oloidalnym . Jest to je d n a k zagadnienie złożone i w y m a g a dalszych badań.
Z a w a rto ść żelaza ruchliw ego, które stanowi najbardziej d y n a m ic z n ą część żelaza w o ln eg o i w ystęp u je najczęściej w form ie kationowej [D u c haufour 1970, K o n e ck a-B e tley 1968], j e s t 15-40-krotnie m niejsza niż żelaza w olnego, a w stosunku do żelaza o gółem wynosi 2 - 7 % . Jego wartości są 2 - 5 - k ro tn ie w y ż sz e w p o z io m a c h m u rs z o w y c h niż w pozio m ac h torfow ych (tab. 2). W y r a ź n ą kum u lację żelaza ru c hliw e go w m urszach należy w iązać z dużą p o jem n o ścią ich kom p lek su so rpc yjne go oraz z łatw ością przech o d z en ia żelaza w olnego w form y ruchliwe.
86
H. P ia ścikT A B E L A 2. Z m iany zaw artości różnych form ż ela za [% s.m . gleb y] T A B L E 2. C h an ges in the iron content [% d.m . o f soil]
Nr profilu P ozio m G łęb o k o ść O g ó łem W oln e R u ch liw e Z w iązan e P rofile N o H orizon D epth [cm] Total Free M ob ile F ixed
1 M l 5 - 1 0 4 ,9 8 4 ,8 8 0 ,3 0 0 ,1 0 М 2 1 5 -2 0 5,0 4 4 ,9 7 0 ,3 8 0 ,0 7 Ot 2 5 - 3 0 2 ,0 5 1,92 0 ,0 9 0 ,1 3 Ot 3 5 - 4 0 2 ,07 1,86 0 ,08 0,21 Ot 5 5 - 6 0 1,88 1,77 0 ,0 6 0,11 Ot 7 5 - 8 0 2 ,0 9 1,83 0,05 0 ,2 6 2 M l 5 - 1 0 5 ,1 0 4 ,7 0 0 ,27 0 ,4 0 М 2 1 5 -2 0 4 ,7 9 4,61 0 ,2 0 0 ,1 8 Ol 2 5 - 3 0 3 ,0 7 3,01 0 ,1 0 0 ,0 6 Ot 3 5 - 4 0 2 ,9 2 2 ,8 7 0 ,08 0 ,0 5 Ot 5 5 - 6 0 2 3 2 1,80 0 ,05 0 ,4 2 Ot 7 5 - 8 0 1,98 1,65 0 ,0 6 0 ,33 3 M l 5 - 1 0 6,83 6,61 0 ,4 9 0 ,2 2 М 2 1 5 -2 0 6,03 5 ,8 0 0 ,38 0 ,2 3 М 3 2 5 - 3 0 4 ,9 8 4 ,7 2 0 ,2 4 0 ,2 6 Ot 3 5 - 4 0 3 ,2 9 3 ,2 2 0 ,1 2 0 ,0 7 Ot 5 5 - 6 0 3 ,38 3,13 0 .0 9 0 .25 Ot 7 5 - 8 0 3,15 2 ,9 9 0 ,0 7 0 ,1 6
M - muck horizon. Ot - peat horizon.
Ilość żelaza zw iązanego, w ystępującego w glebach w zw iązkach k o m p le k s o wych, głów nie z częściam i ilastymi i różnymi form am i z w ią zków p róc hnic znych [D u c haufour 1970; K onecka-B etley 1968] są 5 -5 0 -k ro tn ie m niejsze niż wolnego. W p o ró w n a n iu z glebami m ineralnym i jest to układ odw rotny [K onecka-B etley 1968] w ynikający z faktu, że w glebach m urszow ych żelazo tw orzy kom pleksy głó w n ie ze zw iązkam i h u m usow ym i, a w glebach m ineralnych znajduje się w postaci kom p lek só w próchniczno-żelazisto-ilastych. O m a w ia n a fo rm a żelaza nie za w sze osiąga n ajw yższe wartości w p o ziom ach m urszo w y ch (tab. 2). W p o r ó w naniu z żelazem ogółem żelazo zw iązane stanowi 2 - 1 8 % . D ow odzi to, że w trakcie procesu m urszenia w trwałe połączenia z hu m u sem w chodzi 1 /6 -1/50 żelaza ogólnego.
S k o m p le k so w a n ie żelaza w glebach to rfo w o -m u rszo w y c h ze zw iązkam i h u m u s o w y m i obniża je g o zdolności do w iązania fosforu. Z tej racji - m im o znacznej ilości żelaza w pozio m ac h m u rszo w y ch - fosfor m oże w y stęp o w a ć w form ie dostępnej dla roślin [O kruszko 1964].
WNIOSKI
1. N a po d staw ie badań stw ierdzono, że w procesie m ursze nia zachodzi ł u g o w a nie w a p n ia i p o w o ln e zakw aszanie gleby.
2. W w yniku procesu m urszenia następuje ak um ulacja żelaza, które w p o z io m ach m u rsz o w y c h w ystępuje niemal całkow icie w form ie wolnej. N a jp r a w d o p o dobniej tw orzy ono kom pleksy żelazisto-próchniczne.
LITERATURA
D U C H A U FO U R Ph. 1970: Precis dc Pedologie. Masson, Paris.
EFIMOW W. 1961 : Formy akumulacji i migracji w ieszczcstw w bołotnych poczwach. Poczw ow ie dien ie
6: 6 7 -7 6 .
HENROT J., W IEDER R.K. 1990: Processes o f iron and manganese retention in laboratory peat m icrocosm s subjected to acid mine drainage. J. Environ. Q u a i, 19: 3 1 2 -3 2 0 .
JAC KSON J. 1964: Soil chem ical analysis. Prentice Hall Inc., London.
K O N ECK A-BETLEY K. 1968: Zagadnienie żelaza w procesie glebotw órczym . Rocz. Glebozn. 19. 1: 5 1 -9 7 .
KOW ALEW W., G ENERA ŁOW A W. 1967: O w zaim odziejstwi gum usow ych i fulw ow ych kislot torfianych poczw z żelazem . Pocz wowiedienie 9: 135-143.
KUŹNICKI F., SKŁODOW SKI P. 1970: Zawartość w glebie w olnego żelaza, w olnego glinu i wolnej krzemionki jako kryterium typologiczne. Rocz. Glebozn. 21, 1: 13-19.
L U C A S R.R. 1982: Organie Soils Histosols. Research Report No 435, M ichigan State Univ. East Lansing.
M EJEROW SKY A., HAPKINA Z. 1976: Transformation o f Byclorusian peat soil as influent by reclamation and agricultural land use. Peat and peatlands in the natural environment protection. Vol. I, Poznan: 2 4 8 -2 5 5 .
NORRSTRÖM A.C. 1995: Concentration and chem ical species o f iron in soils from groundwater surface water ecotones. Hydrological Sei. 40(3): 3 1 9 -3 2 9 .
O KR USZK O H. 1964: Ustalanie potrzeb naw ożenia fosforem gleb torfowych na przykładzie torfow iska Kuwasy. Wiad. IMUZ 4, 2: 9 -6 9 .
O KR USZK O H., KOZAKIEW ICZ A. 1973: Humifikacja i mineralizacja jako elem enty składowe procesu murszenia. Zesz. Probl. Post. Nauk Roi. 146: 63-76.
O KR USZK O H. 1976: W pływ melioracji wodnych na gleby organiczne w warunkach Polski. Zesz.
Probl. Post. Nauk R o i 177: 159-204.
PIAŚCIK H. 1977: Przeobrażenia gleb torfow o-m urszowych Pojezierza Mazurskiego ze szczególn ym uw zględnieniem zmian w zawartości wapnia, żelaza i glinu. Zesz. Nauk. A R T Olsztyn, Rolnictwo 23: 3 -6 0 .
PUUSTRJARVI V. 1952: The precipitation o f iron in peat soils. ActaAgr ic. Fennica, Helsinki 78: 1-72. SC HW ER TM A N N U. 1985: The effect o f pedogenic environments on iron oxide minerals. Adv. Soil
Sei. 1: 171-200.
SAPEK В. 1984: O znaczanie PWK gleb łąkowych za pom ocą wym iennie zaadsorbowanego amonu. Pr.
Kom. Nauk. PTG 2(14): 4 5 -4 8 ."
SAPEK B., SAPEK A. 1987: Changes in the properties o f humus substances and the sorption com plex in reclaimed peat soils. Int. Peat J., 2: 9 9 -1 1 7 .
STOOPS G., ESW A R A N H. 1985: M orphological characteristics o f wet soil. (In.:) Wetland soils: characterization, classification, and utilization. Int. Rice Res. Inst., Los Banos, Philippines. W A L C Z Y N A J. 1974: Połączenia organiczno-mincralnc występujące w odw odnionych glebach hydro-
88 H. P ia ścik
H. PIAŚCIK
CHANGES OF CALCIUM A N D IRON CONTENT IN PEAT-
M UCK SOILS OF THE M A SU R IA N LAKE DISTRICT
C h air o f S o il S c ie n c e , O ls z ty n U n iv e r sity o f A g r icu ltu re and T e c h n o lo g y
S U M M A R Y
T his w ork presents the changes in calcium and iron content caused by the m u c k -fo rm in g processes w hich have been taking place for m ore than 100 years in the M asu ria n peatlands,
T h e decrease in calcium and the accum ulation o f hydrogen w ere found in the m u c k horizons, w hich indicates the leaching o f calcium in the course o f m ucky processes. T h e m u ck -fo rm in g process leads to accum ulations o f iron w hich o ccur alm ost totally in free form. Iron tends to form com plexes with hu m u s c om pounds. This p h e n o m e n o n decreases the ability o f iron to bind phosphorus.
P r o f d r hcib. Henryk Piaścik К cite dra G leboznaw s t\ va
Aka demia Rolniczo-Techniczna u’ Olsztynie 10-717 Olsz lyn-Koriow o
