EDWARD ŚLUSARCZYK
PR ZY C ZY N EK DO W Y JA ŚN IE N IA PO W STA W A N IA ŻŁO BIN Y E R O Z Y JN E J W L E SSIE
PO D W PŁY W EM OPADÓW
Zakład G leboznaw stw a IUNG Puław y, K ierow nik — prof. dr M. Strzem ski
O ile sk u tk i ero zji w odnej są dostatecznie znane, to sam m echanizm po w taw an ia żłobin je s t jeszcze k w estią o tw a rtą . S p ra w a ta po siada je d n ak duże znaczenie z p u n k tu w idzenia w alk i z erozją. Z n ając bow iem p rzyczy nę niebezpieczeństw a m ożna w p o rę przedsięw ziąć odpow iednie k ro k i zapobiegaw cze. Oczyw iście w alk a z ero zją m u si się opierać na dokład nej znajom ości w łaściw ości gleby n arażonej na zm yw anie.
B adan ia nasze b y ły p row adzone w Z akładzie D ośw iadczalnym In s ty tu tu U p raw y , N aw ożenia i G leboznaw stw a w Z danow ie k. Sandom ierza. G leby zak ład u w y tw o rz y ły się na głębokim lessie sandom ierskim , pozor nie jednolitym .
R ozw ażym y tu bliżej w łaściw ości gleb lessow ych zbocza, n a k tó ry m pow stało w iele żłobin ero zy jn y ch w czasie u lew n y ch deszczów w lipcu 1960 r. Położenie jed n ej z ty ch żłobin na zboczu p rzed staw io n e je s t na rys. 1. P o w sta ła ona w n a jb a rd zie j w y p u k ły m odcinku, k tó ry silniej sp rzy ja zm yw om niż zbocze w klęsłe. O m aw iana żłobina, ja k zresztą w iele innych, p rzecin a w stęgę p rzeciw ero zy jn ą, ograniczoną od dołu i góry sk a rp a m i ochronnym i. W stęga ta w poplonie obsiana b y ła k a p u stą p astew ną.
W celu sc h ara k te ry zo w a n ia gleby w ykonano 3 o d k ry w k i: pow yżej żłobiny, gdzie ślad y zm yw u pow ierzchniow ego b y ły bardzo słabe (nr 1), na wysokości czoła żłobiny (nr 2) i na jej końcu (nr 3). C h a ra k te ry sty k a m orfologiczna o dk ry w ek p rzed staw ia się n astęp u jąco :
O d k r y w k a n r 1 (położona 99,5 m n.p.m.)
Aor 0—25 cm — w arstw a orna barw y ciem noszarej, silnie przerośnięta korzeniami, układ zbity, przejście niewyraźne;
A i 25—40 cm — poziom próchniczny ciem niejszy od wyżej leżącego, układ bardziej zbity niż Aor., przejście wyraźne;
С 40— 150 cm — less żółty, od góry lekko zabarwiony próchnicą. Gleba w całym profilu nie burzy się z HC1.
O d k r y w k a n r 2 (98 m n.p.m.)
Aor 0—22 cm — w arstw a , orna barwy brunatnoszarej, ze słom kow ożółty-mi wkładkam i lessu z podglebia, dość silnie przerośnię-ta korzeniami; przejście do następnego poziomu ostre; С 22—150 cm — less słom kowożółty z pasami drobnych konkrecji Fe-Mn
oraz rdzawych plamek. Pojedyncze korzenie sięgają do głębokości 50 cm.
Od powierzchni gleba burzy się z HC1. O d k r y w k a n r 3 (96,6 m n.p.m.)
Aor 0—22 cm — w arstw a orna barw y szarej z w kładkam i żółtego lessu podłoża; przejście ostre;
С 22— 150 cm — less słom kow ożółty o jasnym odcieniu. Od powierzchni gleba burzy się z HC1.
Z dan ych um ieszczonych w tab. 1. w ynika, że less opisyw anego zbo-T a b e l a 1
Charakterystyka gleby zbocza na podstawie dokonanych odkrywek S o il c h a r a c te r is tic s o f the h i l l slope determined in p r o f ile s
Nr od krywki P r o file Nr. Poziom genetyczny Genetic horizon Głębokość Depth cm Zawartość fr a k c ji %
Content o f fr a c tio n s % Zawartość ^ Content *
0 ,1 -0 ,0 2 mm 0 ,0 2 -0 ,0 0 2mm -< 0 ,0 0 2 mm CaCO^ próchnicy of humus 1 Aor 5-10 61 27 12 0 ,0 1,7 Ад/С 30-40 62 25 13 0 ,0 1 ,1 2 Aor 5-10 64 27 9 0 ,7 1,5 C1 30-40 67 23 10 5 ,0 0,3 C2 70-80 67 23 10 5 ,6 0 ,2 3 Aor 5-10 64 27 9' 3 ,7 1 ,0 С 30-40 66 22 12 5 ,8 0 ,2
cza zaw iera około 65% p y łu ( 0 0,1— 0,02 m m) i około 35% cząstek sp ła- w ialn ych ( <0,02 m m ), w ty m około 10% cząstek ilasty ch ( <0,002 mm).
W sk u tek erozji СаСОз w y stę p u je w glebie zbocza w edług p ew n ej p r a widłowości. Jego ilość w zrasta w k ie ru n k u spadku oraz z głębokością p ro filu lessowego. W odkryw ce n r 1, położonej n ajw y ż ej, odw apnienie lessu sięga ponad 150 cm od p o w ierzchni (wg bad ań w polu). W o d k ry w ce n r 2 (środkow ej) gleba b u rz y się z HC1 już od pow ierzchni. W raz z głębokością p ro filu b urzen ie w zrasta. W odkryw ce n r 3, położonej n a jn iż ej, w ęglan y w y stę p u ją od sam ej pow ierzchni. W pow ierzchniow ej
w arstw ie m iąższości ponad 1 m stw ierdzono СаСОз w ilości około 6°/o. Z aw arto ść i rozm ieszczenie p ró chn icy u k ład a się odw rotnie niż СаСОз. Ze spadkiem położenia i ze w zro stem głębokości gleby ilość pró chn icy m aleje, szczególnie p rz y przejściu z poziom u A o r do C.
C iężar ob jętościow y gleby jest najn iższy w odkryw ce n r 2 (tab. 2). Jednocześnie w tej odkryw ce gleba m a n ajw ięk szą porow atość spośród
Rys. 1. Schemat położenia żłobiny na tle przekroju zbocza 1, 2, 3 — n u m e r y p r o f i l ó w
Location of gully on the hill slope (schematic sketch) 1, 2, 3 — n u m b e r o f p r o f i l e s
T a b e l a 2 Charakterystyka gleby zbocza na podstawie dokonanych odkrywek
Soil c h a r a c t e r i s ti c s of the h i l l slope determined in p r o f i le s
Nr od kryw k i Profi le Nr. Po ziom gene ty c z ny Gene t i c h o ri zon Głębo kość Depth cm Polowa w ilg o t. gleby w % F ie ld humidi ty of s o i l in % Ciężar o b ję to ś ciowy G/cnr Volume weight Porowatość ogólna % Total p o ro sity Współczynnik przepuszczal n o ści wodnej *10Ш C o e ffic ie n t o f water per m eab ility *10 2 2 - sec Zawartość fr a k c ji < 0,25 mm po suchym p rzesia n iu w% Content of fr a c tio n < 0 , 2 5 a fte r dry seeving in % Zawartość wodood pornych agregatów Bakszejfwa Content o f water r e s is ta n t aggregates in % a f ft e r Bakszejev 1 Aor 5-10 19,9 1,44 42 ,8 0,0036 13,5 37,7 Ajl/C 30-40 24,8 1,50 4 0 ,0 - 10,2 3 4 ,1 С 50-60 25,0 1,45 42 ,1 -2 Aor 5-10 12,2 1,25 48,7 0,0133 28,5 30,4 ci 30-40 18,4 1,44 4 3 ,0 0,0053 22,2 7 ,8 c2 80-90 25,4 1,49 4 2 ,9 0,0043 16,4 8 ,0 3 Aor 5-10 16,3 1,35 4 6 ,0 _ 22,1 25,5 С 30-40 20,3 1 ,51 3 9 ,0 - 9 ,2 22,0
w szystkich trz e ch b ad an y ch p u n k tó w . Czym głębsze w arstw y , ty m są m niej przepuszczalne. N ajw iększy spadek przepuszczalności w odnej w y s tę p u je na p rzejściu z A or do C. Przepuszczalność w a rstw y A or w od k ry w ce n r 1 praw ie 3 i V2 ra z a m n iejsza niż w o dkryw ce n r 2.
Isto tn y m w skaźnikiem odporności gleby n a rozm y w anie je s t jej zdol ność ro zp y lania się w stan ie suchym oraz w odoodporność gruzełków . J a k to w idać w tab. 2, n ajw iększe ro zp y len ie w stan ie suchym w y k azu je w całym p ro filu gleba n r 2, m niejsze w odkryw ce n r 1. O m aw iana cecha sp rzy ja w te j części zbocza łatw e m u p rzem ieszczaniu drobnych cząstek gleby n a w e t p rz y słab ych spływ ach wody.
O podatności gleby na rozm yw anie św iadczy rów nież w odoodpor ność gruzełków . Oznaczono ją m eto dą B akszejew a (przesiew anie gleby w kolum nie sit zan urzo n ych w wodzie). Z d anych tab. 2 w yn ika, że n a j b ard ziej „w odoodporna” je st gleba na pierw szy m stanow isku (powyżej w yrw y). Ta duża w odoodporność o b e jm u je cały poziom próchniczny, sięgający do głębokości 40 cm.
Inaczej p rze d staw ia się ta w łaściw ość gleby na stanow isku drugim . T u ta j w w arstw ie próchn iczn o-o rnej stw ierdzono znacznie niższy p ro cent w odoodpornych g ruzełków niż n a stano w isk u poprzednim . Tuż pod w a rstw ą A o r w y stęp u je g w ałto w n y spadek odporności g leby na ro zm y w anie. W czasie b a d ań aż 92% m asy glebow ej tego poziom u w y m yw an e było przez w odę poza sito o oczkach 0,25 m m .
G leba n a stanow isko n r 3 (na końcu żłobiny) w w a rstw ie ornej w y k azu je n ajm n iejszą w ododporność z om aw ian ych odkryw ek. O sadza się tu już m a te ria ł grubszy, zaleg ający obficie n ad sam ą skarpą. N ato m iast d ro b n iejszy m a te ria ł o rg an iczn o -m in eraln y uchodzi niżej do o tw a rte j dolinki. P o n ad to w odoodporność gruzełków pod w a rstw ą o rn ą je st 3-k ro - tn ie w yższa niż na stan o w isk u n r 2.
Z p rzep row ad zonych analiz w ynika, że w m iejscu p ow stan ia żłobiny gleba osiągnęła najw yższe rozpylenie i najn iższą w odoodporność (stano wisko n r 2 re p re z e n tu je bow iem n ajsilniej ro zm y ty fra g m e n t badanego obiektu).
Z kolei sp ró b u jm y na podstaw ie u zy sk anych m a te ria łó w uzasadnić p ow staw an ie żłobiny w m iejscu sc h ara k te ry zo w a n y m przez o dk ry w k ę n r 2. W tym celu p o rów n am y cechy gleb w y stęp u jący ch w 3 badan ych stanow iskach. Na w stęp ie k ilk a uw ag ogólnych o lessach sandom ierskich.
G leby lessow e w tere n ac h silnie u rzeźbionych są na ogół zbudow ane z w a rstw różniących się pod w zględem s tra ty g ra fic z n y m [1, 2, 3]. P ocią ga to za sobą znaczne różnice w e w łaściw ościach fizyko-chem icz nych ty ch w arstw . O m aw iane w arstw y , w y stęp u jące w postaci w ychodni w zm yw anych zboczach, tw o rzą na p o w ierzchni stoków odcinki o ró żnej podatności na erozję. T ak na p rzy k ład G r a b o w s k a [1] w yróżniła
w cegielni G ołębice k. S andom ierza w lessow ej ścianie w ysokości 6,5 m aż 7 poziom ów stra ty g ra fic zn y c h o dość odm iennych w łaściw ościach. W ynik a to ze sk ład u m echanicznego i poro w atości gleby. W poziom ie 1,50 m zaw arto ść cząstek w iększych od 0,05 m m w ynosi 11%>, a w po ziom ie 3,75 m — 27%. C iężar objętościow y w w a rstw ie 1,50 m w ynosił 1,64 g/cm 3, a ściśliw ość pod obciążeniem 2 kg /cm2 — 7,25%. W pozio m ie 1,75 m ciężar objętościow y w ynosił 1,91 g/cm 3, a ściśliw ość 4,82% . T a b e l a 5 Charakterystyka warstw lessowych p ro f ilu w m. Gołębice k. Sandomierza
na podstawie danych B. Grabowskiej
C h a ra c te ristic s of loess lay ers in the p ro file at Gołębice к. Sandomierza ( a fte r data* supplied by B. Grabowska)
Głę bo kość Depth m Zawartość fr a k c ji w% Content o f fr a c tio n in % Ciężar o b ję to ś ciowy G/спЗ Volume weight G/cm3 Porowa to ść %' P orosity %
Ś c iśliw o ść pod obcią żeniem 2 kg/cm przy w ilg o tn o ści n atu ral
nej %
C om pressibility under 2 kg/cm^ pressure at natural humidity %
Ś c iśliw o ść pod obcią żeniem 3 kg/cm^ przy całkowitym nasyceniu wodą % C om pressibility under 3 kg/cm2 pressure at water saturation% > 0,05 0 ,0 5 -0,002 < 0,002 mm 1,25 11 74 15 _ _ _ 1,50 11 81 8 1,64 4 2 ,0 7,25 4,97 1,75 9 83 8 1,91 38 ,7 4 ,8 2 3,2 4 2,50 11 78 11 - - . _ 3 ,5 0 16 73 13 - - - _ 3,75 27 65 8 1,91 38 ,6 3 ,9 4 2,97
W ro zp a try w a n y m w Zdanow ie układzie czynników w a ru n k u ją c y c h erozję stok o d g ryw a oczyw iście pierw szoplanow ą rolę. Jego spad ek re g u lu je siłę rw ą c ą sp ły w ający ch wód. Od sp adku zależy rów n ież poziom próchniczny, jego grubość i ilość z a w artej w nim próchnicy. Zbocza, jako m niej w ilgotne, s tw a rz a ją gorsze w a ru n k i do rozw oju ro ślin i jednocześ nie s p rz y ja ją in ten sy w n iejszem u rozkładow i o b u m arły ch resz tek ro ślin nych, a to ze w zględu na duże w ah an ia te m p e ra tu ry i w ilgotności. R ów nocześnie pow ierzchnia zboczy je st okresow o zm yw ana w odą, przez co grom adzenie p róch nicy przebiega znacznie w olniej. W rezu ltacie n a zbo czu w a rstw a pró ch n iczn a je s t stosunkow o p ły tsza i uboższa w su b stan cję o rganiczną, co zm niejsza odporność gleby na rozm yw anie (patrz tab . 1, odkrywlki 1 i 2).
O dcinek zbocza re p re z e n to w a n y przez stanow isko n r 2, p o siad ający w p o ró w n an iu do dw óch pozostałych nieco m niej cząstek ilastych , słab szą zwięzłość, m niejszą ilość p róchnicy, niższą w odoodporność (szczegól nie pod w a rstw ą orną), w iększą porow atość i m n iejszą plastyczność, jest
bard ziej p o d a tn y na działanie ero zji pow ierzchniow ej, a n astęp n ie s tr u m ieniow ej. E rozja pow ierzchniow a rozpoczyna się od przem ieszczenia rozp ylon ej m asy glebow ej. N astępn ie poprzez „kro plo w e” rozbicie desz czem słabszych g ruzełków oraz dzięki rozm yciu siłą tarc ia spły w ającej w ody ero zja pow ierzchniow a przechodzi w erozję stru m ienio w ą. Tw o rzący się stru m ień , sp ły w ający po n ajw iększym spadku, d rą ż y na w stępie m ało odporne fra g m e n ty zbocza żłobiąc ry n ie n k i zgodne z k ieru n k iem spadku. Spływ cząstek glebow ych rozpoczyna się od m om entu, gdy p rąd w ody je s t w stanie unieść z ia ren k a gleby, a stopniow o i gruzełk i glebo we. D latego b ard ziej pró ch n iczn a i s tru k tu ra ln a gleba stanow iska n r 1, o zb ity m układzie i m niejszej ilości luźn y ch cząstek glebow ych, w iększej spoistości, itp., nie ulega łatw o rozm yciu. S tanow isko n r 1 leży zresztą n a odcinku zbocza o m niejszym spadku. D zięki tem u szybkość p rz e p ły w ającej w ody nie osiąga w arto ści gran iczn ej, pow odującej ru jn o w an ie tere n u .
R ozm yw anie zbocza zaczyna się dopiero n a stanow isku n r 2, k tó rego gleba nie może się oprzeć naporow i wody. W skutek m ałej spoistości w a rstw a A or zostaje szybko zniesiona, a żłobiące działanie w ody p rz e nosi się z kolei na skałę lessow ą, dość łatw o u leg ającą niszczącej sile wody. Przepuszczalność podłoża dla w ody je st jed n a k znacznie m niejsza niż w a rstw y A o r. W ty ch w a ru n k a ch w a rstw a A or nasyca się w odą, pęcznieje, stopniow o się rozluźnia i d aje się żłobić wodzie. J e st to m iędzy in n y m i ilu stra c ja zjaw isk erozyjn y ch , pow odow anych różną p rze p u sz czalnością dw óch na sobie leżących w a rstw g ru n tu . W dużym stopniu z tego w łaśnie pow odu u leg a ją łatw o ero zji p łytk ie gleby leżące na zbo czach.
P rzepuszczalność gleby dla w ody na stan o w isku n r 2 jest ponad 3 r a zy w iększa niż na stano w isk u n r 1. W ty m o sta tn im p rzy p a d k u w oda je s t p ochłaniana w olniej, a że w a rstw a A or je st grubsza, niebezpieczna pow ierzch nia zetknięcia ,się dw óch w a rstw o różnym w spółczyn n ik u p rz e puszczalności leży głębiej i przez to je st w dużym sto pn iu chroniona p rzed niszczycielskim działan iem wody. To nagłe zm niejszenie odpornoś ci podłoża na działanie w ody na stan o w isk u n r 2 pow oduje pow staw anie w głębienia przeo brażająceg o się w „m ik rożłob ink ę” , z pogłębiającym się stopniow o d ołkiem u je j czoła. W dołku ty m grom adzi się ro zm y w a jąca glebę w oda, k tó ra rozluźnia dno i ścianki dołka. P o ry w a n a przez w odę gleba tw o rzy zaw iesinę lu źn y ch b e z stru k tu ra ln y c h ziarenek. W m iarę pogłębiania się żłobinek, a szczególnie leżącej u jej czoła w nęki, rośnie siła uderzenio w a spływ ającego stru m ie n ia i pow stała niecka się pogłębia. Je d n o stro n n e działanie p rą d u w ody w yznacza oś żłobiny. - N iejed n akow a odporność na rozm yw anie w a rstw y A or i С spraw ia, że m niej o dporny poziom C, nie o b jęty p rzez „w zm acn iający ” w p ływ
poziom u próchnicznego, je s t in te n sy w n ie j niszczony niż A i (patrz rys. 2). Poszczególne poziom y są ro zm y w an e z ró żną szybkością. W rez u lta c ie czołow a ściana żłobiny zostaje p o d m y ta. Poziom pró ch n iczn y w ów czas zw isa nad głęboko w y m y tą w nęk ą (do 50 cm) w y d rążo n ą w podłożu lessow ym . To sk lepien ie o b ry w a się co p ew ien czas z ch w ilą gdy jest ju ż za duże, a p o d p ierające ścian y z b y t od siebie odległe. Często zdarza
Rys. 2. Pow staw anie sklepień przez podm ywanie. Fot. E. S adurska Form ation of a vau lt by rainwash
się, że sklepienie o b ry w a się w sk u te k z n a jd u jąc y c h się u jego n asady otw orów , w y drążonych przez gryzonie i korzenie roślin. Z chw ilą gdy sklepienie się zaw ali, żłobina ulega ero zji w stecznej i cofa się skokowo ku w ierzchołkow i zbocza. N iekiedy m iąższy, silnie próchn iczn y poziom A , p o d m y ty do znacznej głębokości, ob ry w a się. D latego nie zaw sze n a leży oczekiw ać p ro ste j zależności m iędzy stopniem d e w a sta c ji danego m iejsca a cecham i fizycznym i i m echanicznym i gleby.
Na p odstaw ie poczynionych o b serw acji m ożna w ysnuć p rzypuszcze nie, że s tra ty g ra fia utw o ró w glebow o-g ru ntow ych odgryw a w erodo- w aniu zboczy dużą rolę.
LITERATURA
[1] G r a b o w s k a B.: Korelacja pozycji stratygraficznej lessów i ich w łasności inżyniersko-geologiczne w profilu Gołębic. Przegląd Geolog., nr 5, 1961. [2] J a h n A.: W yżyna Lubelska. PWN, W arszawa 1956.
[3] M a l i c k i A.: Stratygraficzne znaczenie lessow ego profilu w Pikulicach k. Przem yśla. A nnales UMCS, s. B, v. XV, 1960, Lublin 1961.
E . С Л Ю С А Р Ч И К К ВЫЯСНЕНИЮ ПРОЦЕССА ВОЗНИКАНИЯ ЭРОЗИОННОЙ ЛОЖБИНЫ В ЛЁССЕ ПОД ВЛИЯНИЕМ ОСАДКОВ О т д е л е н и е П о ч в о в е д е н и я И н с т и т у т а А г р о т е х н и к и , У д о б р е н и я и П о ч в о в е д е н и я Р е з ю м е На Опытной Станции И. А. У. и П. в Зданове около г. Сандомеж проводили предварительное исследование механизма возникания эрозионной ложбины на лёссовом сколне. После бурных ливней 1960 г. склоны оврагов были катастро фически разрушены. На исследуемом склоне образовалась эрозионная ложбина на отрезке, где лёсс отличался более низким содержанием физической глины, высшей пористостью, высоким показателем проницаемости (K iо), высшей сте пенью распыления и низкой водопрочностью. Каж ется сомнительным, чтобы обнаруж енны е физические свойства были вызваны исключительно ходом процесса смыва. М ожно полагать, что о возник новении ложбины решало такж е и то, что на упомянутом отрезке открылся го ризонт иного лёсса. Податливость открытого слоя на действие воды содейство вала появлению эрозионной ложбины. На основе приведенных данны х выдвигается предположение, что эрозия ис следуемого склона в большоей степени связана с послойным строением лёссовых отложений. Отдельные горизонты заметно отличаются по своим ф изико-м ехани- ческим свойствам. Каж ется, что стратиграфия отложений играет большую роль в локализации эрозионных лож бин на лёссах.
E . S L U S A R C Z Y K
TENTATIVE INTERPRETATION OF AN EROSION PHENOMENON IN LOSESS CAUSED BY INTENSE RAINFALLS
D e p a r t m e n t o f S o i l S c i e n c e , I n s t i t u t e o f S o i l S c i e n c e a n d P l a n t C o l t i v a t i o n , P u ł a w y
S u m m a r y
Prelim inary investigations on the m echanism of an gully erosion w ere made on a loess slope on the grounds of the E xperim ental Station Zdanów n. Sandomierz of the Institute of Soil Science and Plant Cultivation. The slopes of loess gulches had suffered disastrous devastation by violent rainstrom s over this area in 1960. On the exam ined slope had been form ed an erosional gu lly on a slope section w hose loess is characterized by a relatively low percentage of floatable particles, greater porosity, a higher perm eability coefficient (Кю), greater disaggregation and low w ater resistance.
N ow it does not seem lik ely that those physical properties of the loess on this slope section are due entirely to w ash-ou t processes. One m ay rather form the opinion that another contributory factor was the exposure of a second loess layer of different origin, and that the low er resistence of the new ly revealed layer to the action of w ater caused the form ation of the gully erosin in just this place.
The observation m aterial suggests the thought that th e erosion phenom ena on the exam ined slope are largely related to the layered structure of the loess for m ations occurring on this section. The particular stratigraphie horizons have different physico-m echanical properties.
It w ould thus seem that stratigraphy of loess m aterial plays a significant part in local form ation of erosion phenom ena on loesses.
