R O C ZN IK I G LEB O Z N A W C Z E T. X X I V , z. 2, W A R SZ A W A 1973
JA N SYTEK
ZAW ARTOŚĆ I FO R M Y W YST ĘPO W A N IA PRÓ CH N ICY W G LEBA CH PŁO W YC H (LESSIV ÉS)
CZĘŚĆ II. ROZMIESZCZENIE I SKŁAD PRÓCHNICY W POSZCZEGÓLNYCH FRAKCJA CH MECHANICZNYCH GLEB ORAZ PRÓBA OKREŚLENIA FORM SUBSTANCJI ORGANICZNYCH, PRÓCHNICZNO-ILASTYCH W OPARCIU
O AN ALIZĘ DTA-DTG
Zakład Agrofizyki Polskiej Akademii Nauk Kierownik — prof. dr B. Dobrzański
W STĘP
F orm y substancji próchnicznych i w ystępujących m inerałów w glebie decydują w dużym stopniu o kierunku przebiegu procesów glebotw ór-czych. Celowe jest w ięc podjęcie badań dotyczących rozm ieszczenia i ilo ści poszczególnych grup substancji próchnicznych zaw artych nie tylko w poziomach genetycznych gleb, ale i w określonych frak cjach m echa nicznych. Stąd w ynika rów nież problem w zajem nego oddziaływania m ię dzy próchnicą a określonym i grupam i m inerałów . Dotyczy to również procesów tw orzenia się związków kompleksowych ilasto-próchnicznych i form ich w ystępow ania w różnych glebach.
W polskiej literatu rze fachowej brak jest danych dotyczących tych zagadnień. Spośród polskich autorów D o b r z a ń s k i [11] i C z e r w i ń s k i [8] podjęli prace nad rozm ieszczeniem w ęgla w poszczególnych frak cjach m echanicznych gleby, stw ierdzając, że jego zaw artość w y raź nie w zrasta ze zm niejszaniem się średnicy cząstek m ineralnych. Takie same rezu ltaty uzyskali inni [2, 5, 6, 16, 18, 21]. Z badań R o d e g o [23] w ynika, że największe ilości węgla (próchnicy) znajdują się w e frakcji o
0
< 0,00025 m m oraz we frakcji od 0,0025 do 0,00025 m m . A utor ten uważa, że próchnica w e frak cjach od 1,0 do 0,0025 m m znajduje się ty l ko w poziomie akum ulacyjnym , a do głębszych poziomów dostaje się je dynie w form ie rozpuszczalnej i zatrzym yw ana jest jedynie przez frak cje najdrobniejsze. S h a w [28] w ykazał obecność próchnicy w e w szyst1 6 0 J. Sytek
kich frakcjach m echanicznych, a największy jej udział jest we frakcjach najdrobniejszych. Pogląd ten potw ierdzają liczni autorzy [5, 7, 16, 21, 22, 30] dodając, że z głębokością zm niejsza się rola frakcji pyłow ych w ku m ulacji próchnicy, a w zrasta frak cja iłu koloidalnego. W ostatnim czasie pojawiło się szereg p rac [5, 6, 7, 14, 18, 30] dotyczących ekstrakcji i roz m ieszczenia substancji próchnicznych w poszczególnych frakcjach m e chanicznych gleb. Badania te wskazują, że ekstrakcja próchnicy z po szczególnych frakcji m echanicznych gleby zależy od stopnia dyspersji cząstek m ineralnych. Ze zmniejszaniem się ich średnicy zwiększa się roz puszczalność próchnicy. Stwierdzono odnośnie do czarnoziemów, że w składzie próchnicy w poszczególnych frakcjach m echanicznych, z w y jątkiem iłu koloidalnego, przew ażają kwasy huminowe. G r a t i i in. [14] oraz T r o f i m i e n k o i K i z j a k o w [30] uw ażają, że to ch arak tery styczne rozm ieszczenie zależy od wielkości cząstek kwasów próchnicz nych i od właściwości adsorpcyjnych poszczególnych m inerałów. W y mienieni autorzy nie w yjaśniają jednak m echanizm u tw orzenia się org a-niczno-m ineralnych połączeń oraz przyczyn procentow o większej eks trakcji próchnicy z frakcji drobniejszych. C h a n [7] rozdzielił próbkę glebową na 5 frakcji, w których oznaczył skład m ineralny substancji próchnicznej. Uzyskał pięć grup kwasów hum inow ych i fulwowych. N ajwiększą ilość próchnicy zaw ierały cząstki o 0 < 0 , 0 0 1 mm, w któ rych przew ażały m inerały z grupy m ontm orylonitu. Frak cję o c. wł. od 1,8 do 2,3 stanowiła bezpostaciowa krzem ionka związana z próchnicą. A utor nie w ykazał jednak, czy istnieją różnice między poszczególnymi grupam i substancji próchnicznej związanej z m ontm orylonitem i krze mionką, jak również nie w yjaśnił ch arak teru w iązań komponentamiów. W związku z prowadzoną w Polsce kartografią gleboznawczą zebra no bogaty m ateriał analityczny, um ożliw iający syntetyczne przedstaw ie nie zasobów próchnicy w różnych typach i rodzajach gleb. A d a m c z y k
[1] opracow ał m ateriał analityczny dotyczący zaw artości próchnicy w glebach ornych i w ykazał, że:
— w glebach o składzie m echanicznym piasków, przy stosunkowo małej różnicy w zaw artości iłu koloidalnego, nie uw idaczniają się istotne zależności w procentow ej zaw artości próchnicy,
— w utw orach znajdujących się na pograniczu piasku gliniastego i gliny lekkiej '(o zaw artości 8 - 10% iłu koloidalnego) stwierdzono pewien w zrost licziby gleb o zaw artości ponad 2,5% próchnicy,
— w grupie utw orów o zaw artości 1 0 - 1 8 % iłu koloidalnego powyż sza prawidłowość w ystępuje jeszcze w yraźniej.
Z danych ty ch w ynika wniosek (którego autorka nie w yciąga), że w raz ze w zrostem ilościowym frakcji iłu koloidalnego w zrasta możliwość aku m ulacji próchnicy w glebach. Nad zagadnieniem wpływu składu
granulo-Zawartość i formy próchnicy w glebach płowych 161
m etrycznego gleby w gromadzeniu próchnicy i jej różnic jakościow ych pra cowali rów nież: J a b ł o ń s k i [15], M o r o z o w a [20], G i e d r o j c [13]. Liczne badania [2, 16, 21, 22] w ykazały również współzależność między ilością próchnicy frakcji iłu koloidalnego a pojem nością w ym ienną gleb oraz szeregiem innych fizykochem icznych właściwości.
Poznanie przyczyn rozmieszczenia próchnicy i jej akum ulacji w po szczególnych frakcjach m echanicznych gleb obok znaczenia teoretyczn e go m a również praktyczne. Szczególna potrzeba rozw iązania ty ch zagad nień wynika z planowego w ykorzystania ilastych odpadów przem ysło w ych i kopalnianych do użyźnienia gleb lekkich oraz rekultyw acji w arstw abiotycznych.
Celem niniejszej pracy jest ustalenie składu i rozmieszczenia próch nicy w poszczególnych frakcjach m echanicznych gleb oraz próba okre ślenia charakteru wiązań próchnicy z cząstkam i m ineralnym i, głównie m inerałam i ilastym i w oparciu o analizę DTA-DTG.
ZAKRES I METODYKA BADAŃ
Przedm iotem badań były próbki glebowe z charakterystycznych po ziomów genetycznych uprzednio opisanych 4 profilów gleb płowych oraz 2 profilów gleb słabo w ykształconych zbrunatniałych [29], łącznie 21 prób. Z próbek tych wydzielono frakcje m echaniczne o średnicy od 1,0 do 0,1 m m , od 0,1 do 0,002 m m i < 0,002 m m , przesiew ając przez od powiednie sita frakcję I oraz pozostałe m etodą sedym entacyjną. Rozdział glebowej próby wyjściowej tylko na trzy frakcje wynikał z małej ilości węgla ogółem w analizowanych próbkach. W wyodrębnionych frakcjach oznaczono:
— skład m ineralny metodam i ogólnie stosow anym i w m ineralogii i petrografii [9, 10] oraz we frakcji o 0 < 0,002 m m m etodam i DTA-DTG i rentgenografii,
— ■ skład próchnicy m etodą analizy frakcjonow anej K o n o n o w e j i B i e l c z i k o w e j [17],
— węgiel ogółem i w związkach próchnicznych m etodą Tiurina sto sując jako wskaźnik kwas fenylo-antralinow y.
Przygotow ania kwasów huminowych (w yekstrahow anych z poszcze gólnych frakcji) do oznaczeń gęstości optycznej w ykonano według m eto dy Bielczikowej. Gęstość optyczną kwasów hum inowych oznaczono na spektrokolorym etrze (Spekol-Carl Zeissa, przystaw ka Ek-1) w przedziale widma od 465 do 726 т ц .
SKŁAD MINERALNY
W ydzielone trzy frakcje różnią się istotnie składem m ineralnym . W e frakcji o 0 1,0 - 0,1 m m głów nym składnikiem jest kw arc, który
162 J. Sytek
stanowi w e wszystkich analizow anych próbkach ponad 90% objętości. F rak cja ta z profilów 3 - 6 w yróżnia się tym , że oprócz kw arcu w ystę pują najliczniej okruchy skaleni. Ziarna kw arcu m ają różnorodne form y: kuliste, ostrokrawędziste, a naw et słupkowe. W obrębie ziarn kw arcu w ystępują bardzo liczne w rostki. Spośród nich rozpoznano ru tyl, tu rm a-lin i muskowit. O kruchy skaleni są na ogół kanciaste, w yraźniejsze za okrąglenia w ykazują jedynie pakiety łyszczykowe. Wśród skaleni prze w ażają ziarna o pokroju tabliczkowym, bardzo źle zachowane, ze spęka niami. P akiety biotytu są częściowo zmienione, zw ykle złożone z cien kich blaszek poprzedzielanych w arstew kam i tlenków żelaza. Obecne są również ch loryty. W ystęp u ją również w niewielkiej ilości m inerały akce-soryczne: cyrkon, ru tyn , turm alin, granat, stam o lit i dysten. Zaw artość m inerałów ciężkich w próbkach z głębszych poziomów była nieco więk sza.
W próbkach z profilu 2 'kwarc stanowi ponad 96% obj. Duże ziarna kw arcu są silnie popękane, dobrze obtoczone i w ykazują norm alne i fa liste w ygaszanie św iatła; kw arc drobniejszy jest słabo obtoczony i w y kazuje norm alne w ygaszanie światła. P rócz kw arcu w ystępują okruchy skał krzem ionkowych. W śród m inerałów ciężkich wyodrębniono: dysten, cyrkon, ru tyl, stanrolit.
Próbki z profilu 1 w yróżniają się tym , że ziarna kw arcu pokryte są rdzaw ym nalotem tlenków żelaza. Tlenki żelaza powstały przypuszczal nie podczas w ietrzenia i tw orzą obecnie błonkowe skupienia oblepiające inne okruchy.
We frakcji o 0 0,1 - 0,002 mm szeroki zakres diam etryczny cząstek tej frakcji nie pozwala na określenie przewodniego m inerału. W przy bliżeniu m ożna określić, że głównym m inerałem jest bezpostaciowa krze mionka. Największe okruchy w tej frakcji to kw arc, obok którego w y stępują nieliczne skalenie (odpowiadające diam etrycznie) oraz m inerały ciężkie, takie jak cyrkon, rutyl, turm alin, granat, starnolit i dysten. W próbkach z profilu 1 i 2 spośród dużych okruchów obok w ystępują cego w przewadze kw arcu rozpoznano ru tyl, turm alin i muskowit. Mniejsze okruchy w tej frakcji to głównie bezpostaciowa krzemionka. Stwierdzono również obecność m inerałów z grupy hydrom ik i ch lory-tów. N atom iast w ystępują liczne skupienia o m ałych średnicach, które zostały opisane jako grudki m inerałów, prawdopodobnie ilastych. G rud ki m inerałów ilastych przesiąknięte są związkami żelaza.
W e frak cji o 0 0,002 m m głównymi składnikami są m inerały ilaste oraz pelitycznie rozdrobniony kw arc.
Zawartość i formy próchnicy w glebach płowych 163 ZAWARTOŚĆ W ĘGLA OGÓŁEM W WYDZIELONYCH FRAKCJA CH
ORAZ CHARAKTERYSTYKA SUBSTANCJI ORGANICZNYCH W OPARCIU O AN ALIZĘ MIKROSKOPOWĄ
Zaw artość substancji organicznej (węgla) w glebach jest wielkością zmienną. O ilości w ęgla (próchnicy) w glebach decydują: szata roślinna, stopień erozji, przepuszczalność gleb, zaw artość w apnia, skład m echa niczny i m ineralny; oprócz tych czynników warunki klim atyczne, a zwłaszcza tem p eratu ra i opady. Szczególną uw agę zwrócono n a wpływ składu m echanicznego i m ineralnego. Układ heterogeniczny gleby (w któ rym cząstki glebowe o określonych średnicach różnią się składem m ine ralnym ) stw arza różne możliwości kum ulacji związków w ęgla (rys. 1 - 6).
Rys. l °/o С 0 20 40 60 80 100 0 5-15 20-40 50-70 * cm 100 0 20 0 4-7 Л 7-25 30-50 \ cm 100 Rys. 2 40 о/о С 60 80 100
Rys. 1. Profil 1, Inowłódź. Procentowy udział С ogółem we frakcjach mechanicz nych
1 — p r o c e n t С o g ó łe m w e f r a k c j i о ф 1,0-0,1 m m , 2 — p r o c e n t С o g ó łe m w e f r a k c j i о ф 0,1-
-0,002 m m , 3 — p r o c e n t С o g ó łe m w e f r a k c j i о ф < 0,002 m m
Profile No. 1, Inowłódź. Total С percentage in mechanical fractions
1 — t o t a l C p e r c e n t in t h e f r a c t i o n o f 1.0-0.1 m m in d ia , 2 — t o t a l С p e r c e n t in th e f r a c
tio n o f 0,1-0,002 m m in d ia , 3 — t o t a l С p e r c e n t in t h e f r a c t i o n o f < 0,002 m m in d ia
Rys. 2. Profil 2, Smardzewice
O b ja ś n i e n i a j a k n a r y s . 1
Profile No. 2, Smardzewice
E x p l a n a t io n s a s in F ig . 1
o
W badanych glebach węgiel stanow i 0,01 - 0,43% frak cji piasku (tab. 1). We frakcji tej skumulowane jest 2,0 - 17,0% ogólnej ilości węgla. Należy podkreślić, że frak cja o 0 1,0 - 0,1 m m w badanych glebach sta nowi 46 - 90% w szystkich cząsteczek m niejszych od 1,0 m m . O bserw acje tej frakcji pod m ikroskopem pozwoliły stwierdzić, że m iędzy cząstkam i m ineralnym i znajdują się liczne ciem ne skupienia o nieregularnych kształtach, przypom inające szczątki roślinne. Zaobserwowano również
164 J. Sytek
"/о С
О 20 40 ВО во 100
О ГГ I I I I I I I I i
Rys. 3. Profil 3, Kozienice
O b ja ś n ie n ia j a k n a r y s . 1
Profile No. 3, Kozienice
E x p la n a t i o n s a s in F ig . 1 j/q С 0 20 4u 60 80 100 0 3-15 20-30 33-43 50-60 \ cm 100
Rys. 4. Profil 4, Łady
O b ja ś n ie n ia ja k n a ry s . 1
Profile No. 4, Łady
E x p l a n a t i o n s a s in F ig . 1
Rys. 5. Profil 5, Łady
O b ja ś n ie n ia j a k n a r y s . 1
Profile No. 5, Łady
E x p la n a t i o n s a s in F ig . 1
°/qG 80 100
Rys. 6. Profil 6, Kozienice
O b ja ś n ie n ia j a k n a ry s . 1
Profile No. 6, Kozienice
E x p la n a t i o n s a s in F ig . 1
brunatne lub czarne punkciki bądź otoczki na powierzchni cząstek tej frakcji. Ilość ciem nych organicznych cząstek między fazą stałą była n aj większa w próbkach z poziomu akum ulacyjnego. Zaw artość tych orga nicznych związków w formie skupień m iędzy fazą stałą malała w raz z głębokością, natom iast w formie otoczek i punkcików na ich powierzch ni w zrastała w raz z głębokością. Na tej podstawie można przypuszczać, że o zaw artości węgla organicznego w e frakcji piasku, głównie poziomu akum ulacyjnego, decydują mniej lub bardziej zhumifikowane cząstki o r ganiczne. W e frakcji tej, szczególnie w głębszych poziomach, zostaje za trzym ana również m inim alna ilość form ‘ rozpuszczalnych węgla
orga-T a b e l a 1 Zawartość węgla v-c fr a k c ja c h mechanicznych
Carbon conten t in in d iv id u al s o i l p a r t i c l e s
Łiie jocowooó i nr p r o filu L o c a lity and p r o f ile IJo.
Głębo kość pobrania próbki Sampling depth cm Poziom gene tyczny G enetic horizon с ogółem w mg na 100 g gleby T o ta l С mg/100 g o f s o i l F r a k c ja о 0 1 , 0 - 0 , 1 inm F ra ctio n of 1 ,0 - 0 ,1 inm in d ia . F r a k c ja о 0 0 , 1 - 0 , 0 0 2 F ra ctio n of 0 ,1 -0 ,0 0 2 mm in mm d ia. F ra k c ja o 0 С 0 ,0 0 2 inm F ra ctio n of 0 ,0 0 2 mm in d ia . /'o czą stek glebo wych o f s o i l p a r t i c l e s С w mg/ 100 g in mg/ 100 g C/o v/e fr a k c j i in f r a c tio n % czą stek glebo wych o f s o i l p a r t i c le s С w mg/ 100 g in m g / 100 g C/O we fr a k c j i in f r a c tio n % czą stek glebo wych o f s o i l p a r t i c le s С W ID g / 100 g in mg/ 100 g С/о v/e fr a k c j i in f r a c tio n 1 2 5 4 5 6 7 8 9 10 11 12 15
g leb a słabo wykształcona - zb ru n atn iała weakly developed, browned s o i l
Inowłódz 1 5-15 A1 960 65 125 0 ,2 0 52 605 1,8 7 5 250 4 ,6 0
20-40 /в/с 700 55 50 0,09 55 550 0 ,9 4 12 520 2 ,6 7
50-70 C1 550 56 7 0 ,0 1 2 25 105 0 ,4 5 21 240 1 ,1 4
g leb a słabo wykształcona - zb ru n atn iała weakly developed, browned s o i l
Smardzewice 2 4 -7 A1 960 60 86 0 ,1 4 55 614 1 ,7 5 5 260 5 ,2 0 7 -25 /В/с 540 61 65 0 ,1 1 54 525 0 ,9 5 5 150 5 ,0 0 50-50 C1 220 54 20 0 ,0 5 7 40 140 0 ,5 5 6 60 1 ,0 0 Zaw art ość i fo rm y p ró ch n ic y w g le b ac h p ło w y ch 165
c .d . ta b e li 1
1 2 3
• ...= ...1 6 7 8 9 10 11 12 13
gleba brunatna wyługowana odgórnie ok lejon a lcached brown s o i l , gleyed from top
KozioiliCC 3 ?-12 А1 2090 83 355 0 ,4 3 13 1205 9 ,2 7 4 530 13,25
30-45 Л3 К 370 87 36 0 ,0 4 1 10 184 1 ,8 4 3 150 5,00
GO-75 В1/Б1/ 120 90 10 0,011 7 70 1,00 3 40 1,3 3
gleba płowa / lessiv e / ze słabo zeznaczonyn odgórnym o g le jc n ie n s o i l le s s iv é with weakly narked g le iz a tio n from top
Lady 4 3-15 A i и з о 58 94 0 ,1 6 0 34 306 1 ,0 8 8 720 9,00
20-30 л7J 370 62 16 0 ,0 2 6 31 140 0 ,4 6 7 220 3 ,1 4
35-43 180 55 10 0,0 1 8 37 90 0 ,2 4 8 80 1,00
уО -60 B1 140 55 6 0,010 35 68 0 ,1 9 10 70 0 ,7 0
i”le b a płowa / lessiv é / odgórnie o g lejo n a s o i l l e s s i v é , gleyed from top
ЬсЛу 5 5-20 A1 670 56 40 0 ,0 7 36 160 0 ,4 4 8 470 5 ,87
25-35 A3 130 57 4 0,007 35 50 0 ,1 4 8 76 0 ,9 5
40-50 AjC 110 51 6 0 ,0 1 1 39 54 0 ,1 4 10 50 0 ,5 0
55-65 Bs 130 52 6 0 ,0 1 1 31 74 0 ,2 4 17 50 0 ,2 9
G l e b a płowa / lessiv é / odgórnie s i l n i e ok lejo n a s o i l l e s s i v é , stro n g ly gleyed from top
K ozienice 6 2 -10 A1 1080 56 113 0 ,2 0 39 357 0,9 1 5 610 1 2 ,2 0 10-22 A3 780 53 92 0 ,1 7 42 318 0,7 7 5 360 7 ,2 0 22-35 ('A.; 530 58 64 0 ,1 1 36 246 0 ,6 8 6 210 3 ,5 0 4 о-ео П1) 230 46 15 0,0 3 3 31 75 0 ,2 4 23 140 0 ,6 1 16 6 J. S y te k
Zawartość i formy próchnicy w glebach płowych 167
nicznego. Mała 'kumulacja węgla próchnicy we frakcji 1 , 0 - 0 , 1 m m w y nika głównie z właściwości m inerałów zaw artych w tej frakcji. Odzna czają się one m ałą powierzchnią rozw inięcia, która ponadto jest na ogół szklista, a zatem m ało przylepna.
W e frakcji o 0 0,1 0,002 m m stwierdzono, że węgiel stanow i 0,14 -9,27% wag. ciężaru (średnio 1,14% ciężaru). W przypadku badanych pró bek w ym ienionych frakcji skum ulowane jest 23,8 - 63,96% węgla ogółem. W badanych glebach cząstki frakcji o 0 0,1 - 0,002 m m stanow ią 7 - 42% cząstek m niejszych od 1,0 mm.
O bserw acje analizowanej frakcji pod mikroskopem w ykazały obec ność organicznych elem entów między okrucham i m ineralnym i oraz na ich powierzchni. Szczególnie okruchy mniejszej średnicy b yły w całości pokryte brunatnym i i czarnym i błonkami związków organicznych, a opi sane wcześniej grudki m inerałów ilastych przesiąknięte tym i związka mi. Okruchy o większych średnicach w analizowanej frakcji to m inerały o podobnych cechach i w łaściwościach jak m inerały frakcji piasku, a w ięc m inerały o małej podatności do kum ulacji węgla. Cząstki o m niej szych średnicach to głównie m inerały o budowie blaszkowej i pakieto w ej, charakteryzujące się zarówno powierzchnią zew nętrzną, jak i w e w nętrzną. Duża powierzchnia rozw inięcia tych m inerałów , powierzchnia aktyw na przyczynia się do m agazynow ania węgla w tej frakcji.
Udział węgla we frakcji mniejszej niż 0,002 m m wynosi 0,29 - 13,25% ciężaru (średnio 3,91% ciężaru). W e frak cji tej w badanych próbkach skumulowane jest 23,9 - 68,57% węgla ogółem. Cząstki frakcji < 0,002 m m stanow ią tylko 3 - 2 3 % cząstek m niejszych od 1,0 mm. Budowa pakieto wa m inerałów tej frakcji, głównie ilastych, oraz obecność w niej rów nież cząstek o w ym iarach koloidów {tj. o 0 1 - 100 mu) jest przyczyną dużej kum ulacji węgla. Szczególnie cząstki o w ym iarach koloidów, cha rakteryzujące się olbrzym ią powierzchnią i nie skom pensowaną energią, zgodnie z II zasadą term odynam iki, dążą do adsorpcji lub łączenia się. Na ciałach o bardzo rozwiniętej powierzchni adsorbow ane są więc, obok innych elementów, związki węgla organicznego. Należy podkreślić, że lepkość m inerałów tej frakcji, a szczególnie cząstek układów koloidal nych, jest bardzo duża.
R easum ując należy stw ierdzić, że kum ulacja węgla w glebach zależy w dużym stopniu od składu m echanicznego i m ineralnego. Należy pod kreślić, i to bardzo mocno, że zaw artość w ęgla w danej frak cji m echa nicznej oraz w całej próbce glebowej jest w ypadkową szeregu czynni ków. Dlatego doszukiwanie się korelacji m iędzy zaw artością w ęgla w da nej frakcji a ciężarem tej frakcji jest nieuzasadnione. P otencjalną p rzy czyną nagrom adzenia się w zrastających ilości węgla we frak cjach o co raz to m niejszych średnicach jest zwiększająca się powierzchnia aktyw na
168 J. Sytek
w raz z rozdrobnieniem m inerałów. Wielkość powierzchni rozwinięcia — powierzchni aktyw nej — zależy od ilości i rodzaju m inerałów , głównie m inerałów ilastych w e frak cjach o 0 < 0,005 m m oraz od ilości cząstek o w ym iarach koloidów. Możliwość połączeń i ich charakter między związ kami w ęgla a częścią m ineralną gleby zależy głównie od w ym ienionych czynników.
ZAWARTOŚĆ I SKŁAD PRÓCHNICY W W YDZIELONYCH FRAKCJA CH MECHANICZNYCH
O zastosowaniu m etody K o n o n o w e j - B i e l c z i k o w e j [17] do badań zadecydowała wielkość minimalna próbki, w ym agana do oznacza nia grup związków próchnicznych. Wielkość próbki m iała istotne zna czenie przy zastosowaniu tej samej m etody analitycznej w poszczegól nych frakcjach m echanicznych, jak i w całkowitej próbce glebowej. Z a w artość, jak i skład jakościow y próchnicy w poszczególnych frak cjach m echanicznych odzwierciedla charakter rozmieszczenia w profilu i w ska zuje na potencjalne możliwości rodzaju połączeń związków próchnicznych z częścią m ineralną gleby.
Stopień ekstrakcji substancji próchnicznych w poszczególnych frak cjach m echanicznych wynosił: we frak cji piasku 29,8 - 83,3% С (średnio 50,2% C), we frakcji o 0 0,1 - 0,002 m m — 33,3 - 83,3% С (średnio 49,6% C), we frakcji iłu koloidalnego 33,2 -8 4 ,0 % С (średnio 57,6% C). Największy stopień ekstrakcji uzyskano we frakcjach o 0 < 0,002 mm. Pozornie zdawałoby się, że stopień związania próchnicy z cząstkami m ineralnym i tej frakcji jest najm niejszy. Należy podkreślić, że mikroskopowe obser w acje w ykazały dużą ilość nie zhumifikowanych cząstek organicznych we frakcji piasku, mniejszą nieco we frakcji o 0 0,1 - 0,002 m m , we frakcji zaś iłu koloidalnego cząstek tych nie stwierdzono. Na tej pod staw ie można stw ierdzić, że w poszczególnych frakcjach m echanicznych w składzie substancji organicznych różny jest stosunek m iędzy substan cjam i nie stanow iącym i właściwej próchnicy a wielkocząsteczkowymi związkami próchnicznym i. Eksperym entalnie stwierdzono, że w kie runku zm niejszania się średnicy frakcji w zrasta w składzie substancji organicznych udział próchnicy.
Stopień ekstrakcji substancji próchnicznych jest w yrażony w p ro centach zaw artości węgla w danej frakcji, a nie w stosunku do faktycz nej ilości próchnicy, dlatego też nie może on odzwierciedlać stopnia zwią zania próchnicy z cząstkam i m ineralnym i tej frakcji. Stopień związania próchnicy z m ineralną częścią gleby, biorąc pod uwagę fizykochemiczne w łaściwości próchnicy i m inerałów , w zrasta w glebach w raz ze zm niej szaniem się średnicy cząstek m ineralnych.
próchnicz-Zawartość i formy próchnicy w glebach płowych 169
nych w badanych frakcjach m echanicznych jest zróżnicowany (tab. 2). W e frakcji piasku (o 0 1 , 0 - 0 , 1 mm) nie m a tendencji do kum ulacji określonej grupy związków próchnicznych. Stosunek С kwasów humino-w ych do С khumino-wasóhumino-w ful humino-wo humino-wy ch humino-w próchnicy tej frakcji mechanicznej jest różny i w aha się 0,24 - 3,50. Stosunek C :K H do C :K F w tej frakcji, wyodrębnionej z jednoimiennych poziomów genetycznych badanych gleb, również nie jest podobny. We frakcji piasku skum ulowane jest na ogół mniej niż 10% ogólnej ilości zaw artych w glebie kwasów humino w ych i fulwowych (rys. 7 - 1 2 ) . Próchnica frak cji piasku to głównie zhumifikowane w ew nętrznie i zewnętrznie cząstki resztek organicznych oraz form y skrzepnięte na powierzchni m inerałów , nie związane z nimi chemicznie.
K w asy huminowe dom inują w próchnicy — frakcji mechanicznej o 0 0,1 - 0,002 m m ; m iernikiem tego stanu są wysokie w artości sto sunku C -K H -.C-K F, bo 1 , 4 1 - 7 , 9 9 . W tej frakcji m echanicznej w przy padku badanych gleb skumulowane jest 48 - 83% kwasów huminowych oraz 1 3 - 4 9 % kwasów fulwowych. W analizowanej frakcji, wyodrębnio nej z gleb słabo w ykształconych zbrunatniałych, najw iększa ilość kw a sów hum inowych jest skumulowana w poziomach A 1 i B/C . Natomiast
w próbkach frakcji o 0 0,1 - 0,002 m m z gleb płowych najw iększe ilości kwasów hum inow ych w stosunku do ogólnej ilości określonej w danym poziomie genetycznym znajdują się w poziomach B.
Próchnica frakcji iłu koloidalnego zaw iera dużą ilość kwasów fulw e-w ych. Stosunek ke-wasóe-w huminoe-wych do ke-wasóe-w fule-woe-wych e-w tej frak cji mechanicznej w aha się 0,18 - 0,72 (tab. 2). We frakcji o 0 < 0,002 mm, w przypadku badanych gleb, skumulowane jest 43 - 87% kwasów fulwo w ych oraz 12 - 46% kwasów huminowych.
Zaw artość i dom inacja poszczególnych związków grup próchnicznych wśród cząstek glebowych o określonych średnicach nie jest wykładni kiem syntezy tych związków in situ w danej frakcji. Proces ten tylko
w m ałym stopniu decyduje o rozmieszczeniu próchnicy w poszczegól nych frakcjach m echanicznych. W ydaje się, że układu tego nie należy również utożsam iać z następstw em powstania w określonych frakcjach m echanicznych kompleksowych związków m ineralno-organicznych. Spe cyficzne rozmieszczenie poszczególnych grup związków próchnicznych we frakcjach m echanicznych jest wykładnikiem szeregu skomplikowa nych czynników i procesów, między innymi wynika ono z właściwości fizykochem icznych kwasów próchnicznych i niektórych grup m inerałów oraz z przebiegu procesów glebotw órczych.
Pow stające w procesie hum ifikacji kwasy fulwowe reagu jąc z katio nami tw orzą rozpuszczalne fulwiany, obdarzone zdolnością do m igracji w raz z roztw orem glebowym. W odczynie środowiska i dużej dyspersji
Skład a u b sta n c ji pi'ôchnicznyoh we fr a k c ja c h mechanicznych Composition o f humus subtanccs in mechanical fr a c t io n s
T a b e l a 2 Łlie jscowoûé i nr p r o f ilu L o c a lity and p r o f ile Ko. G łę bok oś ć p ob ra n ia p ró b k i S a n p li n c d e p th cm CJ O O M r*> -rl P 0u ) o G Л1 ow o M -rl O -P •rł O) 13 G O (3) Pł CJ F r a k c ja o 0 od 1 , 0 - 0 ,1 min F r a c tio n of 1 ,0 - 0 ,1 mm in d ia . F ra k c ja о 0 od 0 ,1 -0 ,0 0 2 mm F ra ctio n of 0 ,1 -0 ,0 0 2 mm in d ia. F ra k c ja о 0 0 ,0 0 2 mm F ra ctio n <C 0 ,0 0 2 mm in d ia . G W •H o ci ! ♦ ■P CN 0 O 01 OJ H РЧ Ъ J<D » C-EH huinic acids C-KF f u l v ie acid s с-кн C-KF re sz ta n ie h y - d ro li z u ją c a u n h y d ro li si n g re si d u e G к ■HctJ G « .3 ♦ u O-rt CM РЧ S «*D "A C-KH humic acid s C-KF fu lv ic acid s C-KH C-KF re sz ta n ie h y - d ro li z u ją c a u n h y d ro li si n g re si d u e G œ ■н ^ G ^ •н + о о 4 cd cvj £ ^ н а «и а С-КН humic acid s C-KF f u lv ic acidà C-KH C-KF re sz ta ni e h y - d ro li z u ją c a u n h y d ro li si n g re si d u e W yj С ogółem - in >j t o t a l С 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
üleba słabo w ykształcona - zb ru natniała weakly developed, browned s o i l
Inowłódz 1 5-15 A1 3 3 , 6 16, 0 1 7 ,6 0 , 9 1 66 , 4 50, 1 42 , 5 7 , 6 5, 5 8 4 9 , 9 57, 8 14, 8 4 3 , 0 0 , 3 4 4 2 , 2
20-40 / в / с 4 4 , 0 18, 0 2 6 , 0 0 , 6 9 5 6 ,0 5 1 , 0 4 0 , 0 1 1 ,8 3 , 3 8 48 , 2 57, 2 10, 9 4 6 , 2 0 , 2 4 4 2 , 8 50-70 C1 57, 1 28, 6 23, G 1 ,0 0 4 2 , 9 0 4 , 5 26, 2 5 8 ,2 0 , 4 5 15 , 5 43 , 7 10 , 0 33 , 7 0, 3 0 56 , 2
1'le b a słabo wyka ztałco n a - zb ru natniała
weakly developed, browned s o il
Smardzewice 2. 4-7 A1 45, 3 2:7,9 1 7 , 4 1, 6 0 54, 7 3 4 , 2 27, 2 7 , 0 3, 0 8 6 5 , 8 70,8 16, 9 5 3 , 8 0, 3 1 29 , 2
7-25 / в / с 43 , 1 29,2 13, г 2 ,1 1 5 6, 9 3 3 , 5 23 , 0 5 , 3 5, 0 6 6 6 , 5 66, 7 1 0 ,0 56, 7 0, 1 8 3 3 , 3
o .a . ta b e li 2
2_ 2 3 Ь 6 7 8 9 10 11 12 15 14 15 16 17 18
gleba brunatna wyługowana odgórnie og lejo n a leached brown s o i l , g le y e d froi:'. top
Kozienice 2 2-12 50-45 60-75 A1 A,g W 29 .9 3 3 .9 GO, 0 20 ,8 16,7 20,0 9 ,0 2 2 ,2 4 0 ,0 2 ,5 1 0 ,7 5 0 ,5 0 7 0 ,1 G l, 1 4 0 ,0 3 3 .8 3 4 .8 54 ,5 17 ,9 2 3 .4 24.5 1 5 ,8 j д . 50,0 1,13 2 ,0 4 0 ,8 1 GG, 2 6 5 ,2 4 5 ,7 52,5 52 ,7 6 0 ,0 2 1 ,9 1 9 ,3 ! 2 , 5 3 0 .4 3 5 .5 4 7 .5 0 ,7 2 0 ,5 8 0 ,2 6 4 7 ,7 4 7 ,5 4 0 ,0
gleba płowa / lessiv é / z c słabo r.asnae/.onym ogórnyn oklejeniem
s o i l le s s iv é with weakly marked g lc is a tio n fron: top
Łady 4 3-15 20-30 33-43 50-60 A i A-j A ^ B1 3 9 ,4 50,0 50,0 66,7 20,2 51 .5 20 ,0 53 .5 19 ,1 18,7 3 0, ü 3 3 ,5 1 ,0 6 1,07 0 ,6 6 1 ,0 0 GO, G 50,0 50,0 5 5 ,5 5P ,0 4 5 ,7 4 6 ,9 70,6 55,8 34.5 5 1 ,1 45.6 1 4 ,2 1 1 ,4 1 7 ,8 2 5 ,0 2,51 5 ,0 0 1 ,7 5 1,82 50,0 5 4 ,5 5 1 ,1 2 9 ,4 5 1 .4 4 5 .4 5 2 .5 6 4 .5 1 6 ,5 8 ,2 0 ,7 1 0 ,0 5 4 ,9 5 7 ,2 4 5 ,8 5 4 ,5 0 ,4 7 0,2 2 0 ,2 0 0 ,1 8 4 8 .6 5 4 .5 4 7.5 5 5 .7
eba płowa / lessiv é / odgórnie s o i l le s s i v é , gleyed from o g lejon a top Łady 5 5-20 25-35 40-50 55-65 A1 A3 a^g Bg 5 5 ,0 6 2 ,5 8 3 ,3 . 6 6 ,7 2 7 .5 2 5 ,0 35 .5 16,7 2 7 .5 3 7 .5 50,0 3 5 ,3 1 ,0 0 0 ,6 7 0 ,6 7 0 ,5 2 4 5 ,0 3 7 ,5 1 6 ,7 5 3 ,3 70.0 7 7 .0 8 5 ,5 50.0 56 .9 6 8 ,0 7 4 ,1 4 1 .9 13 ,1 9 .0 9 ,2 3 .1 4 .5 5 7 .5 5 7 ,9 9 5 ,1 6 5 0 .0 25.0 1 6 ,7 50.0 5 5 ,7 7 6 ,5 8 4 .0 6 8 .0 1 3 ,1 19 ,7 1 8 ,0 1 2 ,0 3 7 ,6 5 6 ,5 6 6 ,0 56’, 0 0 ,4 8 0 ,3 5 0 ,2 7 0 ,2 1 4 4 ,2 2 3 ,6 1 6 ,0 52,0 gleb a płowa / lessiv é / odgórnie s i l n i e o g lejo n a
s o i l l e s s i v é , stro n g ly gleyed from top
K ozienice 6 2-10 10-22 22-55 40-65 A1 A3 sAj DD 50 ,4 4 4 ,6 5 6 ,2 3 3 ,3 19,5 2 2 ,8 2 5 ,0 1 5,3 5 0 ,9 2 1 ,7 5 1 ,2 2 0 ,0 0,6p 1 ,0 5 0 ,8 0 0 , CG 4 9 .6 5 5 ,4 4 5 , i* 6 6 .7 5 0 ,1 3 3 ,9 3 5 .3 5 7 .3 2 9 .4 2 0 .4 2 4 ,8 22,7 20 .7 1 5 ,5 8 ,5 1 4 .7 1,41 1 ,5 1 2 ,90 1 ,5 5 4 9 ,9 6 6 ,1 66.7 6 2 .7 5 3 ,3 4 9 ,2 5 0 ,5 50,0 1 0 .5 1 2 ,2 1 3 .5 7 ,9 2 2 ,8 3 6 ,9 5 7 ,2 4 2 ,1 0 ,4 6 0 ,3 3 0,36 0,19 66.7 50.8 4 9 ,5 50,0 Z aw art oś ć i fo rm y p ró ch n ic y w g le b ac h p ło w y ch
172 J. Sytek Rys. 7 Rys. 8 °/o C-HH i °/o C-HF 40 60 30 100 °/o C~HH i °/o C-HF O 20 40 60 80 100 7-25 M 30-50 ч O j
Rys. 7. Profil 1, Inowłódź. Procentowy udział węgla kwasów huminowych i fulwo-wych we frakcjach mechanicznych do ogólnej zawartości węgla tych kwasów
w glebie
1 — p ro ce n t C -K H w e fra k cji о 0 1,0-0,1 m m ; 2 — p ro cen t C -K H we fra k c ji o 0 0,1-0,002 m m ; 3 — p ro ce n t C -K H w e fra k cji о 0 < 0,002 m m ; 4 — p ro ce n t C -K F we f ra k cji о ф 1,0-0,1 m m ; 5 — p ro cen t C -K F we fra k cji о ф 0,1-0,002 m m ; 6 — p ro ce n t C -K F we fra k cji o 0 < 0,002 mm Profile No. 1, Inowłódź. Percentage of С of humic and fulvic acids in mechanical
fractions in relation to total carbon content of these acids in soil
1 — C -K H per ce n t in th e fra ctio n of 1.0-0.1 m m in d ia; 2 — C -K H per cen t in th e f r a c tion of 0.1-0.002 m m in d ia ; 3 — C-KH per cen t in th e fractio n of 0.002 m m in dia,; 4 —
C -K F per ce n t in th e fra ctio n of 1.0-0.1 m m in dia; 5 — C -K F per ce n t in th e fra ctio n of 0.1-0.002 m m in d ia; 6 — C -K F per ce n t in th e fra ctio n of 0,002 m m in dia
Rys. 8. Profil 2, Smardzewice
Objaśnienia ja k na rys. 7
Profile No. 2, Smardzewice
E x p la n a tio n s as in Fig. 7 0-2-12 °/o C-HH i °/o C-HF '0 20 40 60 80 100 30-45 60-75
m
Ш 0/ o C - H H iü/o C -n , 40 60 80 100Rys. 9. Profil 3, Kozienice
Objaśnienia ja k na rys. 7
Profile No. 3, Kozienice
E x p la n a tio n s as in Fig. 7
Rys. 10. Profil 4, Łady
O bjaśnienia ja k na rys. 7
Profile No. 4, Łady
Zaw artość i fo rm y pró chnicy w glebach płowych 1 7 3 % C - H H i% C -H F 40 60 80 100 0 5 -2 0 25-35 40-50 55-65
\
cm °IoC-HHi°/oC-HF 60 80 100 0 Z-10 10-22 22-35 40-65Rys. 11. Profil 5, Łady
O b jaśnienia ja k na ry s. 7
Profile No. 5, Łady
E x p la n a tio n s as in Fig. 7
Rys. 12. Profil 6, Kozienice
O bjaśnienia ja k na ry s. 7
Profile No. 6, Kozienice
E x p la n a tio n s as in Fig. 7
kwasów fulw ow ych należy dopatryw ać się przyczyn infiltracji i domino wanie tej grupy związków próchnicznych we frakcjach m echanicznych gleby o m ałych średnicach. Zarów no kwasy fulwowe, jak i kw asy hum i nowe, ale z m niejszą szybkością, są przem ieszczane do frakcji m echa nicznych o m niejszych średnicach. Infiltrację kwasów hum inowych z roztw oram i glebowymi w arunkuje tworzenie się ich rozpuszczalnych form oraz łatw ość w ytrącan ia się ty ch związków w postaci osadu w śro dowisku kwaśnym. O rozpuszczalności kwasów hum inowych, pom ijając stopień związania z cząstkami m ineralnym i, decyduje w dużym stopniu ch arak ter odczynu środowiska glebowego, a w szczególności roztw oru glebowego. W środowisku glebowym wydzielane grupy związków próch nicznych m ogą w zmienionych w arunkach ulegać przeobrażeniom : ful-wokw asy ^ kw asy huminowe brunatne kw asy huminowe szare.
Według Terleckiego m iędzy kwasami huminowymi i fulwowymi za chodzą pewne stany równowagi, które m ogą się przesuwać zależnie od w ystępujących w danym m om encie w arunków stężenia, stanu dyspersji, odczynu gleby, zasobności w azot, charakteru i składu ośrodka. A l e k s a n d r o w a [4] uważa kw asy fulwowe za „cząstkę” kwasów humino w ych bardziej speptyzow anych, nie m ającą zdolności do tworzenia osadu w środowisku kwaśnym. Poglądy tej autorki nie są odosobnione. K w asy fulwowe w pojęciu S c h e f f e r a [24], F l e i g a [12], K u m a d y [19] stanow ią pierwotne form y kwasów huminowych lub produkty ich de strukcji.
Przedstaw iony w skrócie przegląd poglądów dotyczących możliwości przeobrażeń fulwokwasów w glebie rzuca dodatkowe światło na wyniki rozm ieszczenia poszczególnych grup związków próchnicznych w e frak
-174 J. Sytek
с jach m echanicznych. N ajistotniejsze jednak przyczyny ch arak terystycz nego rozm ieszczenia to rozpuszczalność kwasów fulwowych i hum ino-w ych ino-w glebie i trino-w ałość tych form ino-w roztino-w orze gleboino-wym. Rodzaj i skład związków próchnicznych, infiltrujących z roztw orem glebowym m iędzy cząsteczkami glebowymi o różnej średnicy, zależy od wielu w a runków, a m. in. od procesu glebotwórczego.
GĘSTOŚĆ OPTYCZNA KWASÓW HUMINOWYCH WYODRĘBNIONYCH Z RÓŻNYCH FR A K C JI MECHANICZNYCH G LEBY
W yniki pom iarów gęstości optycznej kwasów hum inow ych scem ento-w anych z poszczególnymi frakcjam i m echanicznym i doento-wodzą o ich zróż nicowaniu (tab. 3). Obserwuje się również zróżnicowanie tych związków w yodrębnionych z poszczególnych poziomów genetycznych. K w asy hu-minowe frakcji piasku odznaczają, się najm niejszą zdolnością adsorpcji fal św ietlnych długości 475 mji i 675 m\i. Mała gęstość optyczna 'kwasów
hum inowych tej frakcji, o czym inform ują duże w artości liczbowe ilorazu zabarw ienia Q4/ 6, świadczy o prostej budowie ich cząsteczek oraz o względnej ich ,,młodości,\ Można na tej podstawie przypuszczać, że kw asy huminowe frak cji piasku, odznaczające się dużą dyspersją, są w m ałym stopniu związane z cząstkam i m ineralnym i tej frakcji, a zatem obdarzone dużą ruchliw ością.
Potw ierdza to wcześniejsze stwierdzenie odnośnie do składu substan cji próchnicznych frakcji piasku. W tej frakcji m echanicznej oraz pozo stałych analizow anych najprostszą budową cząsteczek odznaczają się kwasy huminowe z poziomów A x. N atom iast najbardziej złożoną budowę
cząsteczek m ają kw asy huminowe w szystkich analizow anych frakcji m e chanicznych w yodrębnionych z poziomów przem ycia z oznakami odpo-wierzchniowego oglejenia. Przyczynę tego stanu w yjaśniono przy ch a rak terysty ce substancji próchnicznych, zaw artej w całej próbce glebo wej poziomów A 3g [29]. Uzyskane w artości liczbowe ilorazu zabarwienia
Q46 dla kwasów hum inowych w yodrębnionych z poszczególnych frak cji m echanicznych wszystkich analizow anych poziomów genetycznych m oż na przedstaw ić w postaci następującego szeregu: w artość Q4/6C -K H z frak cji 1 , 0 - 0 , 1 m m < Q 4/6C -K H z frakcji 0,1 -0 ,0 0 2 m m < Q4/6C -K H z frakcji < 0,002 mm.
K w asy huminowe związane z cząsteczkam i m ineralnym i o coraz to m niejszych średnicach w ykazują w zrost gęstości optycznej. Tego rodzaju efekty m ogą być następstw em bardziej skomplikowanej budowy cząste czek ty ch kwasów oraz większego udziału składników popielnych. W e dług K o n o n o w e j , B i e l c z i k o w e j [17] oraz innych autorów [4,
Zawartość i formy próchnicy w glebach płowych 175
T a b e l a 5 G ęstość optyczna kwasów huminowych wyekstrahowanych z różnych f r a k c ji mechanicznych gleb
O p tica l d e n sity o f humic a cid s e x tra c te d from d if fe r e n t m echanical f r a c t io n s o f s o i l
Miejscowość i n r p r o f ilu L o c a lity and p r o f ile !ïo. Głębokość pobrania próbki Sampling depth cm Poziom gene tyczny G enetic horizon ^4/6 / 2 475 Щ : S675 ед / f r a k c ja 0 0 od 1 ,0 -0 ,1 mm f r a c t io n o f 1,0-0 ,1 mm in d ia . f r a k c ja 00 od 0 ,1 - 0,002 mm f r a c t io n of 0,1-0,002 mm in d ia . f r a k c ja 0 0 < 0,002 mm f r a c t io n o f <C0,002 mm in d ia . g leb a słabo wykształcona - zb ru n atn iała
weakly developed, browned s o i l
Inowłódz 1 5-15 A1 6,30 5,^ 5 4 ,5 7
20-40 /3/С 5 ,1 7 4 ,9 3 4 ,3 1
50-70 C1 5 ,5 6 5,22 4 ,4 0
g leb a słabo wykształcona - zb ru n atn iała weakly developed, browned s o i l
Smardzewice 2 4-7 7 ,3 7 6 ,9 2 6 ,1 6
7-2 5 /В/С 5 ,7 1 5 ,5 0 4 ,7 1
50-50 C1 4 ,2 0 4 ,0 5 5 ,6 5
gleb a brunatna wyługowana odgórnie ogle jon a leached brown s o i l , gleyed from top
K ozienice 5 2-12 At 6,10 5 ,3 7 5 ,1 7 ;
50-45 A5S 5 ,5 7 5,20 4 ,7 3 *
60-75 V V 6,00 5 ,9 6 VJl 0
gleb a płowa / lessiv é / ze słabo zaznaczonym odgórnym oglejen iem s o i l le s s iv é w ith weakly marked g le iz a t io n from ‘top
j Łady 4 3-1 5 A1 6 ,2 8 6,00 6 ,0 8 20-50 A3 5 ,1 1 4,45 4 ,1 7 ! 53-43 A5s 4 ,2 8 3 ,6 7 4 ,10 1 5 0-60 ~1 5 ,0 0 4 ,7 1 4,44
g le c a płowa / lessiv é / odgórnie o g lejo n a s o i l lie s s iv é , gleyed from top
Lady 5 5-20 A1 5 ,6 4 5 ,4 7 5,49
25-35 A3 4 ,5 5 4 ,4 4 4 ,3 6
40-50
A3e 4 ,4 1 4 ,5 0 4 ,3 2
55-65 3g 5,45 4 ,8 3 4 ,6 0
gleb a płowa / lessiv é / odgórnie s i l n i e orrlejona
s o i l l e s s i v é , strongly7 gleyed from top
K ozienice 6 2-10 At 5 ,4 2 5 ,5 5 5 ,5 3
10-22 A3 5 ,3 9 5 ,0 0 4 ,9 2
22-35 SA3 5 ,0 8 4 ,7 5 4 ,3 8
176 J. Sytek
19, 24] małe w artości liczbowe ilorazu zabarwienia kwasów hum inowych są wynikiem dużej kondensacji ich jądra arom atycznego. W świetle przed staw ionych wyników w niniejszej pracy oraz prowadzonych w tym kie runku dalszych badań należy przypuszczać, że małe w artości ilorazu zabarw ienia Q4/6 kwasów hum inowych zależą nie tylko od złożonej bu dowy cząsteczek tych związków, ale i od elem entów m ineralnych trw ale z nimi związanych. K w asy f ulwo we, jak i kwasy huminowe młode, o pro stej budowie cząsteczek, em igrując głównie z poziomu ściółki lub z A t
w głąb profilu między cząstkam i glebowymi o różnej średnicy, wchodzą z nimi w reakcje (jak również z m igrującym i kationami m etali), tw orząc różnego charakteru związki ‘kompleksowe. Trw ałość tych połączeń będzie w dużym stopniu zależała od właściwości kom pleksotwórczych kationów oraz od aktywności powierzchni m inerałów i wielkości powierzchni roz winięcia. Cem entacja substancji próchnicznych z m inerałam i ilastymi, głównie we frakcji iłu koloidalnego w postaci związków kompleksowych, hum inow o-ilastych lub hum inow o-żelazisto-ilastych, w ydaje się bardzo trw ała, biorąc pod uwagę m ałe zdyspergowanie i ruchliwość zaw artych w tej frakcji kwasów huminowych. Ja k wynika z gęstości optycznej, n aj większą ,,kondensacją arom atycznego jąd ra” odznaczają się kw asy hum i nowe związane z frakcją iłu koloidalnego, czyli z m inerałam i ilastymi.
PRÓBA BADANIA FORM SUBSTANCJI PRÓCHNICZNYCH W OPARCIU O POSTAĆ KRZYW YCH DTA-DTG ANALIZY
TERMORÓŻNICOWEJ G LEBY O 0 < 0,002 mm
W oparciu o analizę term iczną oprócz rozpoznania składu m ineralne go frakcji iłu koloidalnego można zbadać skład jakościowy i ilościowy substancji próchnicznych oraz form połączeń organiczno-m ineralnych [3, 25, 26, 27, 31, 32]. K rzyw a DTA próbek glebowych charakteryzuje efekty egzotermiczne spalania substancji organicznych w granicach tem p eratur 200 - 500°C , a naw et 757 - 840°C . Różne form y krzyw ych DTA w tych zakresach tem peratur zależą m. in. od składu chemicznego sub stancji organicznych i form połączeń organiczno-m ineralnych. Pow ierzch nie określone krzyw ą efektu egzoterm icznego DTA m ogą być punktem w yjścia do obliczania ilości substancji próchnicznych. K ształt krzyw ych DTA w zakresie reakcji egzotermicznej frakcji < 0,002 m m badanych próbek nie może być przedm iotem tych badań, ponieważ ich analizę pro wadzono w atm osferze azotu. W pracy tej zwócono uwagę na postać efek tów egzoterm icznych na krzywej DTG, na której proces utleniania sub stancji organicznej nie jest zniekształcony (tab. 4). Z zestawień wynika, że krzyw e DTG pom ijając straty wody w tem peraturze ok. 100°C , od znaczają się dwoma głównymi stadiam i rozkładu substancji organicznej,
Zawartość i formy próchnicy w glebach płowych 177
a m aksim um w ychyleń (pików) przy tem peraturze ok. 280°C i 540°C . E fek ty ty ch reak cji obrazują różne kształty pików. Długie i wąskie piki reakcji egzotermicznej na krzywej DTG wskazują na dużą, a szerokie i krótkie — na m ałą energię aktyw acji. W oparciu o kształt ty ch pików można wnioskować, czy substancja próchniczna jest utleniana jedno stajnie lub czy rozkład jej jest powolny, czy skokowy. Szybkość spala nia (lub pirolizy) i jego granice tem peratur w skazują na jednorodność lub niejednorodność substacji próchnicznej w danej próbce, jak również na ch arak ter połączeń z m ineralną częścią gleby. Spalanie się substancji organicznej w w yższych tem p eratu rach oraz trudność jej całkowitego utlenienia w skazują prawdopodobnie na inny typ połączeń z cząsteczkam i m ineralnym i. B y ć może, o w yższym efekcie tem p eratu r spalania d ecy duje silniejszy ch arak ter wiązań; jak dotychczas nie m a dostatecznych dowodów, że wiązania te są typu intram icelarnego. Uogólniając zazna czone efekty spalania i pirolizy substancji organicznych na krzywej DTG m ożna stw ierdzić, że:
— próbki frakcji o
0
< 0,002 m m z poziomów A x badanych glebodznaczają się spalaniem substancji organicznej głównie w niższych tem p eraturach (220 - 300°C ), brak na ogół efektu term icznego ok. 540°C bądź jest on bardzo słabo zaznaczony.
— próbki frakcji o
0
< 0 , 0 0 2 m m z poziomów głębszych (A 3, B b B x(Bj), (B J C i C) badanych gleb odznaczają się zaw artością substancji o r
ganicznej o różnym stopniu związania z kationam i m etali i cząstkam i m i neralnym i, granice tem peratur ich spalania w ynoszą 200 - 3 0 0 ° C oraz ok. 540 °C, a w niektórych przypadkach efekty egzoterm iczne utleniania się związków organicznych są zaznaczone w tem peraturach wyższego rzędu.
Uzyskane dane dla próbek zaszeregow anych do pierwszej grupy w ska zują na zaw artość substancji organicznej słabo związanej z cząstkami m ineralnym i. Należy przypuszczać, że substancje próchniczne pozio
mów A x w tej frakcji tw orzą skrzepy między cząstkam i m inerałów lub na
ich powierzchni. Sądząc z kształtu pików ok. tem peratury 280°C na krzywej DTG m ożna przypuszczać, że substancje organiczne próbek z po ziomów A x profilów 1 i 6 są słabo zhumifikowane, natom iast w próbkach
z profilów 3, 4 i 5 proces hum ifikacji jest posunięty dalej. Substancje organiczne we frakcji < 0,002 m m z poziomów głębszych w ystępują prawdopodobnie w postaci skrzepów m iędzy cząstkami m ineralnym i, otoczek na ich powierzchni oraz związków kompleksowych próchniczno--ilastych. W przypadku badanych próbek wiązanie substancji próchnicz-nej z m inerałam i ilastym i jest raczej typu zewnętrznego. Efekty egzo term iczne w w yższych tem p eratu rach (575 - 840°C ) w niektórych prób kach wskazują również na utlenianie substancji próchnicznej,
prawdopo-178 J. Sytek
T a b e l a 4 Skład m ineralny f r a k c ji o 0 <C 0 ,0 0 2 cm
M ineral com position o f f r a c t io n s o f p a r t i c l e s <C 0 .0 0 2 mm in d ia .
L ie jscowosć i n r p r o filu L o c a lity and p r o f ile Ko. Głę bokość po b ran ia próbki Samp lin g depth on Poziom gene ty cz ny G enetic horizon M inerały przeważające i l a s t e Predominating clayey m inerals S u b stan cje towarzyszące Accompanying substances Uwagi - Remarks: postać krzywych DTG shape o f the D.T.G, curve 1 2 5 4 5 6
g leb a słabo w ykształcona - zb ru n atn iała weakly developed, browned s o i l
Incwiódz 1 5-15 A1 mała zawartość mi
nerałów ila s ty c h lew content of clay ey m inerals su b sta n cja am orficzn a,pył kwarcowy b ar dzo drobny, ma ł e i l o ś c i p i ry tu amorphous sub s ta n c e , very fin e quartz s i l t , low q u an tity o f p y r ite pik I o k .tem p.100 С, k r ó tk i i szero k i
peak I - tem p.about 100 С sh ort and wide pik I I о к .280°C, k r ó tk i
i szero k i
peal: I I - tem p.about 280 С, sh ort and wide pik I I I ok.500°C , słabo za
znaczony peak I I I - temp.about 500 C, weakly marked 20-40 /В/с i l l i t , k a o lin it i l l i t e , k a o lin it e /А120- iF e ^ / - > p-ik I ok.lG0°C peak I - temp.about 100 С pik I I ok.280°C , węższy
i dłuższy
peai: I I - about 280 С, nar rower and long er pik I I I ok.540°C , wyraźnie
zaznaczony peak I I I - about 540 С
d i s t i n c t l y marked
50-70 °1 i l l i r , k a o lin it
i l l i t e , k a o lin it e /А12о5 i ? е 205/ pik I о к .100°Cpeak I - temp.about 100 С
pik I I ok.220°C dłu gi i lekko zaznaczona jego dwu- dzieln ośc
peak I I - about 220 С, long and w ith s l i g t h l y marked b ip a r t it y pik I I I ok.550°C peak I I I - about 550 С
gleba brunatna wyługowana odgórnie o g le jo n a leacr.cd brown s o i l , gleyed from top
K ozienice p 2-12 A1 i l l i t , prawdopodob
n ie występuje w po s t a c i domieszki no nt ino г y 1 с r.i t e we n t. te ż k a o lir .it i chlo- ry t
i l l i t e and probably as an admixture m ontm orillonite or a lso k a o lin it e and c iilo r it e su b sta n cja am orficzna, drobny pył kwarcowy ■ amorphous su b stan ce, fin e а г; a rt z s i l t pik I ok. 100°C peek I - about 100 С pik I I ок. 220°C, d łu gi i le k ko zaznaczona jego dwu- dzieln o ść
peak I I - about 220 С, long and w ith s l i g h t l y marked b ip a r t it y
pik I I I ok. 540°C peak I I I - about 540 С
Zawartość i formy próchnicy w glebach płowych 179
c . c l . t a : . e ł i 4
1 2 5 4 5 6
K ozien ice 3 40-45 i l l i t , prawdopodob
n ie występuje w po s t a c i domieszki montmorylor.it i l l i t e and probably as an admixture m ontm orillonite-su b stan cja am orficzna, drobny pył kwarcowy amorphous sub sta n c e , fin e ' quartz s i l t pik I ok. 100°C
peak I - temp, about IGO С pik I I ок. 280°C , k rits z y
i lekko zaznaczona jego dwudzielność peak I I - about 280 C, long
and with s l i ^ t l y marked b ip a r t it y brak piku ок. 540°C la c k o f peak I I I about 540 С 60-75 Вд/В-l/ i l l i t , występowanie i l l i t u i montmory lo n itu prawdopodob n ie w p o s ta c i stru k tu r mieszanych i l l i t e and montmor- i l l o n i t e probably as mixed stru c tu re s p ik I ok. 100°G
peak I - temp, about 100 С p ik I I ok. 280°C, wyraźnie
zaznaczona j e -го dwu- d zieln ość
peak I I - about 280 С, w ith d i s t i n c t l y marked b ip a r t it y
lekko zazn aczający s ię e fe k t ok. 540ÖC
s l i g h t l y marked e f f e c t a t about 540°C gleb a płowa / lessiv é / ze słabo zaznaczonym odgórnym oglejeniem
s o i l le s s iv é w ith weakly marked g le iz a t io n from top
Lady 4 5-1 5 A1 m inerały i l a s t e
w m ałej koncentra c j i - n ie oznaczo no term iczn ie clay ey m in erals in low c o n c e n tra tio n , not determined th e rm ic a lly su b sta n cja am orficzna, bardzo drobny pył kwarcowy amorphous sub sta n c e , very fin e quartz s i l t pik I ok. 100°C
peak* I - temp, about 100 С pik I I ок. 280°C, wc.ski i
dłu-S1 O
peak I I - about 280 С, narrow and long brak piku ок. 540°C la c k o f peak a t about 540 С 20-30 A? i l l i t - i l l i t e su b s ta n cja am orficzna, bardzo drobny pył kwarcowy amorphous sub s ta n c e , very fin e quartz s i l t pik I ok. 100°C
peak I - temp, about 100 С p ik I I ok. 280°C, mały i sz e -
ro k i
peak I I - about 280 С, sh ort and wide
lekko zazn aczający s ię e fe k t ок. 540o'c
s l i g t l y marked e f f e c t at about 540°C
53-^5 Ajb- i l l i t - i l l i t e p ik I ok. 100°C
peak I - temp, about 100°C pik I I ok. 280°C mały, szero k i p eat I I - about 280°C, sh ort
and wide p ik I I I ok. 540°C peak I I I - about 540 С
50-60 B1 i l l i t - i l l i t e p ik I ok. 100°C
peak I - temp, about 100 С p ik I I ok. 280°C, bardzo s ł a
bo zaznaczony peak I I - about 280°C, very
s l i g h t l y marked lekko zazn aczający s ię e f e c t
ok. 540aC s l i g h t l y marked e f f e c t at
180 J. Sytek
c .d . t a b e li 4 1
1
2
5 4 5 6Cie ba plov/a / lessiv é / odgórnie o g lejo n a s o i l l e s s i v é , gleyed fro n top
Łady 5 5-20 A1 i l l i t - i l l i t e su b sta n cja
a m orficzn a,b ar dzo drobny pył lewar с owy amorphous sub stance , very f ir .-з quartz s i l t pik I ок. 1С0°С г
ре ai: I - temp, about 10CJC uik I I ок. 230cC, wąski
i dłu gi
peak I I - about 280 С, narrow and long
słabo zazn aczajасу s ię e fe k t ок. адо^с weakly marked e f f e c t a t about 400°C 25-35 V' V) i i l l i t - i l l i t e I su b sta n cja am orficzna, cardzo drobny pył kwarcowy amorphous sub sta n c e , very fin e cu artz pik I ok. 100°C
peak x - temp, about 100 С pik I I ok. 2ć,0°C y szero k i
i k r ó tk i
peak I I - about 280 С, wide and sh ort pik I I I ok. 540°C r peal-: i l l - about 540 J C j 55-65
j
Bg1
i l l i t - i l l i t e i ;!
i
i
i
; i ! i 1:
i
1
pik I ok. 100°C opeak I - temp, about 1 0 0 "C brak efe k tu ok. 230°C la ck o f e f f e c t at about 260 С pik I I I ок. 540°С
peak I i i - about 5^0 С
gleb a płowa / lessiv é / odgórnie s i l n i e o g le jon a s o i l l e s s i v é , stro n g ly gleyed fro n top
Kozienice 6 2-10
i
I
A,1
i
i
1
j
i
i
■
i
1
i l l i t , ch lo ry t i l l i t e , c h lo r it e!
; su b sta n cja am orficzna, drobny pył kwai? с owyamorphous sub sta n c e , fin e quartz s i l t
;
pik 1 ок. ÎCO^C, dwudzielny peak I - temp, about-'1C0°C
b i p a r t it e
pik I I ok. 280°C, sz ero k i ś r . dłu gości
peak i l - about 280 С, wide medium long brsk efek tu ok. 540°C la c k o f e f f e c t a t about 540 С
i
j
10-221
i
i
i l l i t , c h lo ry t ew entualnie też ka o lin iei l l i t e , c h lo r it e or also k a o lin ite
!
i
i
su b sta n cja am orficzna, drobny pył kwarcowy amorphous sub sta n c e , fin e quartz s i l tpik I ok. 100°C dwudzielny peal: I - temp, about 10C°C
b i p a r t it e
pik I I ok. 260°C, wąski d łu gi peak I I - about 280aC, narrow
and long ■oik I I I ok. 540°C tr ó jd z ie ln y peak I I I - about 540°C, t r i p a r t i t e 22-55 i l l i t c h lc ry t ewen tu a ln ie te ż k a o li n it i l l i t e , c h lo r it e or a lso кa o li n i t e
pik I ok. 100°C dwudzielny peak I - temp, about 100°C
b i p a r t it e
pik I I ok. 280°C k r ó tk i i sze- ro k i
peak I I - about 280 С, sh ort and wide
słabo zaznaczony e fe k t ок. weakly narked e f f e c t at about
Zawartość i formy próchnicy w glebach płowych 181 c .d . t a b e li 4 1 2 5 4 5 6 S o z ie n ic e 6 40-65 BD . J i l l i t , c h lo ry t i l l i t e , c h lo r it e ! r.ik I ok. 10C°C
peak I - temp. about 100°C pik I I ok. 280°C, bardzo s ł a
bo zaznaczony peak; I I - about 2ćO°C, very
v/eakly marked pik 7.11 ok. 540 °C
peak Ij.1 - about ;4 0 С
dobnie zazębionej m iędzy w arstw am i krzemowo-glinowym i m inerałów ilastych.
Możliwe w ydaje się jedynie w ystępow anie intram icelam ej adsorpcji związków próchnicznych typu kwasów fulw ow ych m iędzy pakietam i m i nerałów o strukturze m ieszanej illitow o-m ontm orylonitow ej bądź innej, i to raczej m iędzy płaszczyznami styku dwóch różnych stru k tu r. K ształt pików na DTG i ich dw ój- lub trój dzielność sugerują, że utleniane sub stancje organiczne są budowy niejednorodnej bądź stopień związania ich z kationami m etali lub cząstkam i m ineralnym i jest różny. Postać dwudzielna piku ok. tem p eratu ry 100 - 150°C zarejestrow ana n a szeregu krzyw ych DTG wskazuje, że stra ta w ody przebiegała w dwóch etapach. Na krzyw ych DTG badanych próbek zostały zarejestrow ane dwudzielne piki ok. 280 i 540°C oraz postacie trójdzielne pików ok. 540°C . Należy przypuszczać, że dwustopniowy efekt egzoterm iczny ok. 280°C jest n a stępstw em skokowego utleniania substancji organicznych o niejednako w ym stopniu ich humifikacji. Dwustopniowe lub trójstopniow e efekty egzoterm iczne w yższych tem p eratu r w skazują raczej na różnice w iązań substancji próchnicznych z kationam i m etali lub substancjam i m ineral nymi.
R easum ując w yniki reakcji zarejestrow anych n a krzyw ych DTG m oż na wnioskować, że:
— zakres egzoterm iczny efektów w granicach tem peratur 200 - 580°C jest pochodną od substancji próchnicznych tw orzących otoczki na ze w nętrznej powierzchni m inerałów o różnym stopniu związania,
— efekty egzoterm iczne w wyższej tem peraturze niż 600°C są po chodną od związków próchnicznych zazębionych m iędzy w arstw am i m i nerałów ilastych.
Uzyskiwanie danych w oparciu o analizę DTA i DTG, inform ują cych o postaci w ystępujących związków próchnicznych powinno, obok oznaczania składu m ineralnego, być treścią dalszych badań zm ierzają cych do poznania organiczno-m ineralnych połączeń w glebie.
182 J. Sytek WNIOSKI
1. Badane frakcje m echaniczne gleb różnią się istotnie składem m i neralnym . W m iarę zmniejszania się średnicy cząstek glebowych w zrasta w ich składzie udział m inerałów o budowie pakietowej.
2. Zaw artość związków węgla (próchnicy) w profilu glebowym zmie nia się w dwóch kierunkach: zwiększa się ich ilość w m iarę zm niejsza nia się średnicy cząstek m ineralnych oraz m aleje z głębokością zalega nia poziomów genetycznych.
3. W poszczególnych frakcjach m echanicznych różny jest stosunek m iędzy substancjam i nie stanow iącym i właściwej próchnicy a wielko-cząstkowym i substancjam i próchnicznym i. W m iarę zmniejszania się średnicy cząstek m ineralnych w zrasta w składzie substancji organicz nych udział próchnicy.
4. E k strakcja substancji próchnicznych z poszczególnych frakcji m e chanicznych, w yrażona w procentach С ogółem, zwiększa się na ogół w m iarę zm niejszania się średnicy cząstek m ineralnych. Stopień zwią zania substancji próchnicznych z cząstkam i m ineralnym i w zrasta w m iarę zwiększania się wielkości powierzchni rozwinięcia m artw ego substratu glebowego.
5. Skład jakościowy i ilościowy poszczególnych grup substancji próch nicznych jest różny i charakterystyczny dla określonych frakcji m echa nicznych. W e frakcji iłu koloidalnego zakumulowane są głównie kwasy fulwowe; stosunek C -K H :C -K F w tej frakcji waha się w granicach 0,18 - 0,72. W e frak cji o
0
0,1 - 0,002 mm zakum ulowane są głównie kw asy huminowe; stosunek C -K H do C -K F waha się 1 , 4 - 8 , 0 . W e frakcji piasku zakumulowane jest na ogół mniej niż 10% ogólnej ilości zaw artych w glebie kwasów hum inow ych i fulwowych, natom iast stosunek C-K H do C -K F układa się dla poszczególnych poziomów genetycznych różnie i nie wykazuje stałej prawidłowości.6. C harakterystyczny układ substancji próchnicznych w poszczegól nych frakcjach m echanicznych jest wykładnikiem szeregu czynników i procesów, między innymi zależy on od fizykochem icznych właściwości kwasów próchnicznych i niektórych grup m inerałów oraz od rodzaju pro cesu glebotwórczego.
7. K w asy huminowe zaw arte w poszczególnych frakcjach m echanicz nych odznaczają się różnym stopniem skomplikowania budowy ich czą steczek elem entarnych. Czym m niejsza średnica cząstek m ineralnych, tym większy „stopień kondensacji jądra arom atycznego” kwasów hum i nowych.
8. Dane uzyskane z analizy DTA i DTG frakcji o średnicy cząstek < 0,002 m m oprócz rozpoznania m inerałów pozwalają na określenie form
