ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE T. XLVII NR 3/4 WARSZAWA 1996:181-193
P A W E Ł W I S Ł O M I R B I E S I A C K I , Z B I G N I E W Z A G Ó R S K I
ZM IANY W SKŁADZIE MINERALNYM FRAKCJI
ILASTEJ POD WPŁYWEM INTENSYW NYCH
PROCESÓW GLEJOWYCH
K ated ra G le b o z n a w s tw a S G G W w W a r sz a w ie
W STĘP
P ro b le m a ty k a w z a je m n y c h relacji m iędzy składem m in era ln y m substratu g le b o w e g o a procesam i g lebotw órczym i w z b u d za coraz w iększe za inte resow a nie w śró d g lebozna w ców . W ią ż e się to z w a ż n y m pytaniem , na ile w łaściw ości gleb u w a ru n k o w a n e są p edogenezą, a na ile zależą od pierwotnej litogenezy skały m acierzystej. W prz y p ad k u gleb glejow ych jest to szczególnie istotne, z w aży w sz y że niektórzy autorzy w yrażają pogląd, iż oglejenie je st pro c esem litogenicznym (geologicznym ).
W a ru n k i p o w staw a n ia gleb glejowych, kształtow ane poprz ez nad m iern e u w il gotnienie, odzn a cza ją się istotną specyfiką. S zczególną rolę o d g ry w a ją tu inten sy w n e procesy redoks oraz m igracja jo n ó w [Siuta 1961, 1963; M c K e a g u e 1965; S chlichting 1973; M o o re 1973]. W niektórych przypadkach, np. przy w y so k im p o z io m ie w ó d gruntow ych, w glebach w y tw o rz o n y ch z luźnych u tw o ró w m o ż e dojść do istotnej zm iany składu m ineralnego poprz ez zn aczną k o n centrację w tó r nych m inerałów żelaza [Siuta, M o to w ick a 1965; C zerw iński, M atuszyński 1995]. W glebach pow stały ch z ciężkich utw o ró w (glin, iłów) o d d ziały w a n ie p ro c esó w glejow ych na skład m ineralny m a bardziej złożony charakter i m im o p r o w a d z o nych badań w tym zakresie nie je s t je sz c z e w pełni pozna ne i u d o k u m e n to w a n e . Istotne rozbieżności doty czą przede w szystkim prz em ian m in era łó w ilastych [Jackson 1965; R eu ter 1965; M c K e ague i in. 1973; T ributh 1990].
C elem niniejszej pracy j e s t przedstaw ienie w ynik ó w badań składu m in era ln e g o frakcji ilastej gleby objętej jed n o c z e śn ie d w o m a intensyw nym i procesam i g le jo w ym i: o p a d o w y m i gru ntow ym . Z ałożeniem autorów było spraw dzenie, czy w tak u k s z ta łto w a n y m środow isku gleb o w y m obecnie stw ierdzony skład m inera lny nosi zn a m io n a p edogenezy. Przy w niosk o w an iu oparto się na w ynikac h badań m in era lo g icz n y ch oraz fizyk o c h em iczn y c h i chem icznych.
MATERIAŁ I M ETODY B A D A Ń
O b iek tem badań była gleba upraw na z m iejscow ości Ł ycz yn (profil Ł. 04) położonej w obrębie R ów niny W arszaw skiej, około 2 km na SE od K onstancina. Profil glebow y zlokalizow ano na w ysoczyźnie o słabo zróżn ico w a n y m mikrore- liefie i braku wyraźnej sieci hydrograficznej wskazującej na kierunek odpływ u w ód p ow ierzch n io w y c h . W od y podziem ne d renow ane są przez położoną w o d le głości około 1 km na E dolinę Wisły. Skałę m acierzystą gleby stanow ią osady ilaste - iły zastoiskow e, w ytw orzone w okresie m ak sy m aln eg o stadiału z lo d o w a cenia warty. W stropie zaznacza sic oddziaływ anie procesów peryglacjalnych /. okresu vistulianu.
S c h e m a ty c z n a b u d o w a b a d a n e g o profilu :
A p g 0 - 3 0 cm - p ia sek g lin ia sty m o c n y p y la sly , w ilg o tn o ś ć ś w ie ż a , o g ie jn ic n ie w ie lk ie , p la m iste , brak w y trą ceń ż c la z is t o - m a n g a n o w \c h l ig 3 0 - 5 0 cm - g lin a śred n ia p y ia sta , w ilg o tn o ś ć ś w ie ż a , o g le je m e śred n ie.
z a c ie k o w e , n ie lic z n e w y tr ą ce n ia z e la z is to -m a n g a n o w c IIIG lg 5 0 - 8 0 cm - g lin a bardzo c ię ż k a , w ilg o tn o ś ć ś w ie ż a , o g le je m e s iln e ,
m a rm u rk o w a tc, n ie lic z n e w y tr ą ce n ia ż c la z is to -m a n g a n o w c IIIG 2 8 0 - 1 10 cm - ił, w ilg o tn o ś ć ś w ie ż e , o g lc je n ie siln e , m a rm u rk o w a tc. lic z n e
w y tr ą cc n ia że 1 a z is to -m a n g a n o w e
II1G3 1 1 0 - 1 3 0 cm il, w ilg o tn o ś ć na p o g ra n ic zu ś w ic ż e j-w 'ilg o tn e j. o g le je n ie siln e , m a rm u rk o w a tc. b ard zo lic z n e w y trą cen ia ż c la z is to -m a n g a n o w c II1G4 1 3 0 - 1 5 0 cm ;}. w ilg o tn o ś ć m okra, o g le je n ie siln e , c a łk o w ite i lic z n e
w \ t r ąc e n i a że 1 az i s t o - 1 n a n g an o w e .
P róbki do badań laboratoryjnych pobierano ze w szystkich poziom ów g e n e ty cznych. P o d sta w o w e badania fizykochem iczne oraz skład g ranulom etryczny w y konano w edług m etod ogólnie przyjętych w gleboznaw stw ie. P rze p ro w ad z o n o ekstrakcję poszc zeg ó ln y ch form żelaza:
- rozp u szcz aln eg o w 20% HC1 (Fe.^) wg Gedrojca, - w o lnego (F ed) wg Aguillera i Jacksona,
- a m orfic znego (Fe ) wg T a m m a w m odyfikacji Mc K eague i Daya.
B adanie desorpcji j o n ó w w ykonano m etodą elektrodializy w edług G ra h am a w m odyfikacji M a k s im o w a i B rogow skiego [B rogowski 1963], stosując naw ażkę 50 g gleby i różnicę potencjałów między elektrodam i 100 m V. Elektrodializę p ro w a d z o n o w odcinkach trzygodzinnych pobierając roztwory katodow e i a n o d o we do analizy do m om entu aż p rz ew odnictw o roztw oru badanej próby glebowej zm alało do zera, co św iadczyło o całkow itym w yparciu j o n ó w z gleby.
P ro w a d z o n o badania m ineralogiczne frakcji ilastej (<0,002 m m ) wydzielonej m etodą A tterberga przy użyciu N a ?C 0 3 ja k o dyspergatora. B adania w y kona no m eto d ą dyfraktom etrii r e n tg e n o w s k ie j'n a aparacie T u R M 6 2 /H Z G 3 , stosując prom ien io w a n ie Cu z filtrem Ni przy napięciu 30 kV i natężeniu 15 mA. Próbki an alizow ano w postaci preparatów sedym en to w a n y ch w w ariantach: surow e (H 20 ) . w ysy co n e K+, w . -л cone K + i o g rz ew ane do 120, 300, 550°C, w ysy co n e M g +~, w ysycone M g +2 i glikolem etylenow ym w temp. 60°C. D ane dyfraktom e- Tvezne op ra co w an o k o m puterow o przy użyciu program u X-rayan [M arciniak,
' iszko 1 c)94|. Identyfikację ja k o ś c io w ą m inerałów oparto na p orów n a n iu war- ' и si\(v in c h . refleksów z danym i w z orcow ym i [Brindley,
S kła d m in era ln y fra k c ji ilastej 183
B ro w n 1980; Ś rodoń 1980]. Stosunki ilościowe m iędzy m inerałam i o sza c o w a n o na po d staw ie intensyw ności refleksów [Schultz 1960; Brindley, B ro w n 1980].
WYNIKI B A D A Ń
O g ó ln e w ła ś c iw o ś c i fiz y k o c h e m i c z n e
B ad an a gleba w y tw orz ona jest z ciężkich utw orów o znacznej zawartości frakcji iłu koloidalnego 4 5 - 5 9 % (tab. 1). Jedynie poziom pow ierzch n io w y A pg za w iera tylko 8% frakcji < 0,002 mm.
O dc zyn gleby w a h a się od kw aśnego w poziom ie A pg ( p H ^ p 4,1) do zb liżo nego do słabo kw aśnego w poziom ach głębszych (p H Kę, 5л )-6,7). W całym profilu brak w ęglanów . Z aw artość próchnicy w poziom ie u p ra w n y m wynosi
1,24%.
K atio n o w a p ojem ność w y m ienna C EC (liczona w 100 g gleby) w aha się w szerokich granicach - od 4,36 m eq w poziom ie Apg do 30,67 m eq w p oziom ie III G i g (tab. I). W przeliczeniu na zaw artość iłu koloidalnego w artość C E C jest bardziej w y ró w n a n a z w yra źnym m a ksim um w poziom ie lig. W y sy c en ie k o m p leksu sorpcyjnego (Vs) głównie kationam i zasadow ym i w aha się od 53% w p ozio m ie A pg do 9 3 - 9 8 % w poziom ach głębszych. D o m inującym kationem w y m ie n n y m jest wapń (6 9 - 8 8 % ), obok którego relatywnie w ysoka zaw artość w y k a zu je m agnez. Jest to szczególnie w yraźnie w idoczne w p o zio m ac h lig i I I I G l g , w których stosunek C a +2/M g +2 wynosi o dpow iednio 3,45 i 3,21.
Ł ą c z n a ilość kationów za sadow ych uzyskanych przez desorpcję m eto d ą ele- ktrodializy je st w iększa od sumy kationów oznaczonych przy określaniu C E C (tab. 1 ). R ó żnica ta zw iązana je st z tym, że przypuszczalnie elektrodializa p r o w a dzi do u w olnienia kationów nie tylko z pozycji jo n o w y m ie n n y c h , lecz d o d atk o w o z icci krystalicznej m inerałów ilastych. Dotyczy to szczególnie p o z io m ó w lig , l i i G l g i IIIG2, gdzie stw ierdzono w yraźnie w iększą ilość m agnezu d eso rb o w a- nego elektrodialitycznie (tab. 2).
W ekstraktach w 20% HC1 prz ew aż a m agnez, osiągając np. w p o zio m ac h lig, I I I G l g i IIIG2 ponad 50% w szystkich kationów. W p o ziom ach tych stw ierdzono rów nie ż n ajw y ż szą zaw artość tej form y m agnezu w przeliczeniu na ilość iłu koloidalnego (tab. 2).
W z a je m n e stosunki p om iędzy różnymi form am i m agnez u w y k a zu ją zna czne zró żn ico w a n ie w poszc zególnych p o ziom ach genetycznych. C hara k te ry sty czn e są w ysokie wartości stosunków pom iędzy ilością m agnezu d eso rb o w a n e g o w elektrodializie i ekstra h o w an e g o w 20% HC1 w pozio m ac h l i g i I I I G l g (rys. 1).
Z aw arto ś ć różnych form żelaza (F ea, F e d, F e 0) je s t zm ien n a w zależności od pozio m u genetycznego, w zrastając generalnie w raz z g łębokością (tab. 2). W przeliczeniu na ilość frakcji koloidalnej różnice pom iędzy pozio m am i są znacznie m niejsze, a m ak s y m a ln e zawartości Fe i F e () w ystępują w górnych p oziom ach, n atom iast F e d w p o ziom ie Apg. P odobnie układają się wartości w s k aź n ik ó w liczonych ja k o stosunki poszczeg ó ln y ch form żelaza: F e y F e a, F e p/F e a i F e 0/F e d. S zcz ególnie w y so k ą w artość (0,7) o siąga w skaźnik F ed/ F e a w p o zio m ie A pg oraz w sk aź n ik F e0/F e d w p oziom ie l ig - (0,8) (rys. 2).
T A B E L A 1. O g ó ln e w ła ściw o ści fizy k o ch em iczn e badanej g leb y - T A B L E 1. P h y sico -ch em ica l properties o f soil under study oc
P oziom G łę b o Skład pH С аС Оз Próchnica CEC S спс Sed
g en etyczn y kość granulom etryczny (KC1) [% ] H um us
G enetic D epth Granulom etric [%] b с b с b с
horizon [cm ] co m p o sitio n grupa a group < 0 ,0 0 2 A p g 0 - 3 0 pgm 8 4 ,2 0 ,0 1,24 4 ,3 6 0 ,5 4 2 ,3 0 0,29 2 ,8 4 0,35 Hg 3 0 - 5 0 gsp 22 5,0 0 ,0 n.o. 12,25 0 ,5 6 11,31 0,51 15,51 0 ,7 0 IIIG lg 5 0 - 8 0 gb 53 5,6 0 ,0 n.o. 3 0 ,6 7 0 ,5 8 2 9 ,9 7 0 ,5 6 4 2 ,0 5 0 ,79
IIIG2 8 0 - 1 0 0 ił 58 5,6 0 ,0 n.o. 3 1 ,0 5 0,53 30,3 5 0 ,5 2 36,81 0,63
IIIG3 1 1 0 -1 3 0 ił 59 5,5 0,0 n.o. 2 4 ,7 6 0 ,4 2 24,01 0,41 36,81 0,55
IIIG4 1 3 0 -1 5 0 ił 45 6,7 śl.-tra c e n.o. 2 2 ,4 9 0 ,5 0 22,11 0,4 9 27,8 3 0,61
a - procentowa zawartość cząstek o średnicy < 0,002 mm - percentage o f particles o f diameter < 0,002 mm, b - zawartość w meq /100 g gleby - content in meq /100 g o f soil, с - zawartość w przeliczeniu b/a - content in calculated b/a, n.o. - nie oznaczane - not determined, Scb:c - suma kationów zasadow ych wymiennych - basic exchangeable cation saturation, Sud - suma kationów zasadow ych desorbowanych w elektrodializie - basie cation desorbed by electrodialysis method. P. W . B ie si c ic k i, Z Z a g ó rs k i
T A B E L A 2. Z aw artość różn ych form m agnezu i żelaza w badanej g leb ie TA B L E 2. C ontents o f different forms o f m agnesium and iron in the in vestigated soil P o zio m g en etyczn y — G en etic horizon G łęb o k o ść Depth [cm]
M g +2(CEC) M g +2ED M g+2HCi FCa F ed F e0
a b a b a b с d с d с d A pg 0 - 3 0 0 ,2 9 0,04 0,48 0 ,0 6 2,58 0 ,3 2 0 ,4 4 0 ,0 5 5 0,31 0 ,0 3 9 0,11 0 ,0 1 4 Hg 3 0 - 5 0 2 ,4 2 0,11 5 ,6 2 0 ,2 5 16,18 0,73 1,65 0 ,0 7 5 0 ,6 6 0 ,0 3 0 0,53 0 ,0 2 4 IIIG lg 5 0 - 8 0 6 ,8 9 0,13 18,55 0 ,3 5 43 ,9 3 0,83 3 ,5 0 0 ,0 6 6 1,32 0 ,0 2 5 0 ,6 4 0 ,0 1 2 IIIG2 8 0 - 1 0 0 4 ,8 7 0,07 10,44 0 ,1 8 4 1 ,7 6 0 ,7 2 3,89 0 ,0 6 7 1,16 0 ,0 2 0 0,41 0 ,0 0 7 IIIG3 1 1 0 -1 3 0 4 ,0 3 0,07 7 ,6 2 0,13 38,35 0,65 3 ,6 0 0,061 0 ,7 7 0 ,0 1 3 0 ,2 4 0 ,0 0 4 IIIG4 1 3 0 -1 5 0 3 ,7 0 0,08 4,95 0,11 31,05 0,69 3,33 0 ,0 7 4 1,03 0,0 2 3 0 ,2 2 0 ,0 0 5 Zawartość Mg+2 (CEC) wym iennego - content o f exchangeable Mg+2 , zawartość M g+~ im desorbow anego w elektrodializie - content o( Mg+_ desorbed by electrodialysis method, zawartość Mg+2 h c i ekstrahowanego 20% HCl - content ol M g+“ extracted by 20% HC1, a - zawartość Mg " w m cq/100 g gleby, b - zawartość Mg+2 w przeliczeniu = a/(% cząstek < 0 ,0 0 2 )- content o f Mg+2 as calculated = a/(% o f particles < 0,002 mm), с - zawartość - content Fe w mg/lOOg gleby, d - zawartość Fe w przeliczeniu = с /(% cząstek < 0,002) - content of Fe as calculated = c/(% o( particles < 0.002 mm)
S kł ad m in er a ln y fr a k c ji il a st e j 1 8 5
186 P. W. B iesiacki, Z. Z a g ó rski
R Y SUN EK 1. Zróżnicowanie w skaźników zawarto ści różnych form magnezu w profilu Ł yczyn (Ł 04): a - sto su n ek ilo ś c i m a g n ezu w y m ie n n e g o
2+ ^
(M g ci-c) do ilości magnezu desorbow anego w clektrodializic (M g“+i;i)), b - stosunek ilości m ag nezu desorbow anego w clektrodializic (M g_+i-;i)) do ilo ś c i m agnezu ek stra h o w a n eg o 20% HC1 (M g-+HÇi), с - stosunek ilości magnezu w ym ienne go (M g“+ci-c) do ilości magnezu ekstrahowanego 207r HC1 (M g2+nci)
FIGURE 1. Differentiation o f the factors o f content o f variable forms o f magnesium in Ł yczyn (Ł 04) soil profile: a - ratio between content o f exchange able magnesium (M gi+ci-c) and content o f m agne sium desorbed by clcctrodialysis method (M g2+i^D), b - ratio between content o f magnesium desorbed by clcctrodialysis method (M g2+i-c) and content o f magnesium extracted by 20% HC1 (M g2+i-ici), с - ratio between content o f exchangeable magnesium (Mg" ci-:c) and content o f m agnesium extracted by 20% HC1 (M g2+HCi)
B a d a n i a m i n e r a lo g ic z n e
Stosując m etodę dyfraktometrii rentgenowskiej stw ierdzono w y stęp o w a n ie we frakcji ilastej (<0 , 0 0 2 m m ) badanej gleby kilku typów pakietów m inerałów ilastych. T w o rz ą one osobne m inerały lub formy przejściow e - m ieszanopakieto- w e (rys. 3).
W e w szystkich p oziom ac h genetycznych p ow szechnie w ystęp u jąc y m m in e ra łem ilastym jest illit. Jego obecność stw ierdzono na podstaw ie c h a rak tery sty c z nych refleksów o w artościach 1,0,0,5 i 0,33 nm w próbkach w y sy co n y c h potasem i w p róbka ch dod atk o w o jeszc ze prażonych w temp. 500°C. C zęść pakietów illitow ych stanowi składnik różnego rodzaju m inerałów m iesza nopakietow ych.
W y s tę p o w a n ie innych m inerałów ilastych je st w yraźnie z różnicow a ne w p o szc zególnych pozio m ac h genetycznych.
W p o zio m ie A pg najbardziej charakterystycznym m inerałem ilastym je st w erm ikulit. S tw ie rd zo n o go na podstaw ie refleksów 1,4 i 0,46 nm w p róbkach su ro w y c h (H20 ) i glikolow anych oraz po przesuw aniu się refleksu 1,4 nm do w artości 1,0 nm w próbkach w ysyconyc h potasem . O bok w erm ikulitu w pozio m ie A p g w y stępuje w dużej ilości illit oraz podrzędnie sm ektyt i chloryt. W ięk sz o ść p ak ietó w sm ek ty to w y ch i chlorytow ych tworzy struktury m ie s za n o p ak ieto w e z illitem, a także cz ęściow o z w erm ikulitem .
W po zio m ac h lig i I I I G l g istotnymi składnikam i frakcji ilastej są chloryt i sm ektyt. C hloryt identyfikow ano na podstaw ie stabilnego refleksu 1,4 nm w p ró b k a c h surow yc h i w ysyco n y c h potasem . W próbkach prażo n y ch w 120°C, 300°C i 550°C refleks 1,4 nm stopniow o zanikał, natom iast pod w p ły w e m glikolu ety le n o w e g o p rz esu w ał się do wartości 1 ,5 -1, 6 nm. O obecności sm ektytu ś w ia d czyły refleksy - około 1 , 2 nm w próbkach w ysyconyc h p otasem oraz 1,6—1,65 nm po glikolow aniu. P o ró w n an ie intensywności oraz b udow y refleksów w skazuje na zn a c z n ą zaw artość chlorytu i sm ektytu w stosunku do ilości illitu. W w y m
ienio-S k ła d m in era ln y fr a k c ji ila stej 187 R Y SU N E K 2. Z różnicow anie w skaźników zawarto
ści różnych form żelaza w profilu glebow ym Łyczyn (Ł 04): a - stosunek ilości żelaza w olnego (Fcti) do ilości żelaza ekstrahowanego 20% HC1 (Fea), b - stosunek ilości żelaza am orficznego (Fc0) do ilości żelaza ekstrahowanego 20% HC1 (Fc:i), с - stosunek ilości żelaza am orficznego (F c0) do ilości żelaza w olnego (Fed)
FIGURE 2. Differcntation o f the factors o f content o f variable forms o f iron in Ł yczyn (Ł 04) soil profile: a - ratio between content o f free iron (Feti) and content o f iron extracted by 20% HC1 (Fca), b - ratio between content o f amorphous iron (Fc0) and content o f iron extracted by 20% HC1 (Fea), с - ratio between content o f amorphous iron (Fe0) and con tent o f free iron (Fcj)
nych pozio m ac h stw ierdzono rów nież w ystępow anie m inerałów typu illit/chloryt (refleks 2,4 nm), sm ektyt/chloryt (refleks 2,9 nm), a także ch loryt/w erm ikulit (refleks 2,7 nm).
W dolnej strefie profilu, w poziom ach IIIG 2 -IIIG 4 , w ystępuje p o d obny zespół m in era łó w ilastych - illit, sm ektyt i chloryt. N a jw iększą rolę o d g ry w a ją illit i sm ektyt, a w szczególności ich formy m iesza n o p ak ieto w e illit/smektyt. D ają one w pró b k a ch g lik olow anych sekw encję w yraźnych refleksów o w artościach 1,34, 0,89 i 0,54 nm. W dosyć znacznych ilościach w ystępuje rów nież chloryt, a je g o refleks 1.4 nm w próbkach prażonych i glikolow anych je st bardziej stabilny.
O b o k w y m ien io n y ch m inerałów ilastych w badanej glebie w y stępuje ró w n ie ż p rz y p u szcz aln ie kaolinit. Identyfikacja rentgenograficzna kaolinitu je s t bardzo trudna ze w z glę du na pok ry w a n ie się j e g o głów nych refleksów ( 0 0 1 ) z refleksam i chlorytu i werm ikulitu. W stęp n e badania spektroskopii w podczerw ieni nie dały zado w alając y ch rezultatów, w skazując jed y n ie na m ożliw ość w y stę p o w a n ia tego m inerału.
Innym i m inerałam i obecnym i we frakcji koloidalnej gleby z Ł ycz yna, a stw ie r d zonym i m eto d ą X R D są getyt (refleksy 0,418 i 0,269 nm) oraz kw a rc (refleksy 0,426 i 0,334 nm). Kształt i intensyw ność refleksów getytu w skaz ują na j e g o w iększy stopień krystaliczności w poziom ach głębszych II IG 2 -IIIG 4 .
DYSKUSJA
B u d o w a profilu badanej gleby jed n o z n a c z n ie w skazuje, że jej górna część objęta jest p ro c esem o p a d o w o-glejow ym , natom iast śro d k o w a i d olna pro c e se m g ru n to w o -g le jo w y m . Z aró w n o m orfologia p o szczególnych p o z io m ó w , j a k i ich w łaściw ości św iadczą, że są to procesy o dużej intensyw ności [Siuta 1963]. R ó w n ie ż ich o d działyw a nie na substrat glebow y je st bardzo w yraźne. Jak d o w o
-188 P. W. B iesiacki, Z. Z a g ó rski
dzą wyniki badań m ineralogicznych, obecny skład m ineralny gleby odbiega znacznie od p ierw otnego składu m in e ralnego skały m acierzystej. Iły zastoi- skowe, z których w ytw o rz y ła się b a d a na gleba, składają się głów nie z illitu, otok którego w ystępują w m niejszych ilościach sm ek ty t i chloryt. Jest to skład m ineralny typow y dla o sadów pow stałych w w a runkach litogenezy glacjalnej [S tankow ska 1976].
W zależności od typu procesu n a stąpiły zm iany ja k o ś c io w e i ilościowe w składzie m inera lnym frakcji kolo i dalnej w' obrębie p o s zczególnych p o ziom ów genetycznych.
Najbardziej od p ierw otne go składu m i n e r a ln e g o t w o r z y w a g l e b o w e g o różni się skład m ineralny frakcji k oloi dalnej w poziom ie Apg. C zęśc iow o może to być s p o w o d o w a n e c z y n n ik a mi litogenicznym i, zw iązanym i z p e wną odrębnością skały (niecałkow i- tość profilu), na co w sk az y w ałb y skład granulom etryczny, je d n a k głów ną przyczyną w ydaje się być o d d z ia ły w a nie środow iska glebow ego, kształto w anego przede w szystkim przez o d górne oglejenie. D o w o d e m na to jest w y stępow anie w tym p oziom ie z n a c z nej ilości w erm ikulitu - m inerału o w ybitnie p e d o g e n ic z n y m p o c h o d z e niu. W e d łu g Katarthansis [1988] oraz M atsue i W a d a [1989] pow staje on
R Y S U N E K 3. D yfrak togram y frakcji ilastej (<0,002 mm) z poziom ów Apg, Hg, IIIG 1 g i IIIG3 z profilu gleb ow ego Łyezyn (Ł 04): bbO - próbka surowa, K+ próbka nasycona potasem, ge - próbka solwatow ana glikolem etylenow ym , I - illit, S - smektyt, Ch - chloryt, W - wermikulit, Ge - getyt, O - kwarc
FIGURE 3. XRD patterns o f clay fraction (< 0,002 mm) from horizons Apg, lig , IIIG 1 g and IIIG3 o f the Ł yczyn (Ł 0 4 ) soil profile: H2O -u n treated sample, K+ - potassium saturated sample, ge - ethylene glicol solvated sample, I - illile, S - sm ectite, Ch - chlorite, W - werm iculite, Ge - gocthite, Q - quartz
S k ła d m in era ln y fra kcji ilastej 189
p rzez transform ację struktury illitu i sm ektytu w w a runkach niskiego pH, silnego u su w a n ia alkaliów (Ca, M g) oraz w obecności substancji organicznej i w o ln eg o żelaza. T akie w łaśnie w arunki panują w poziom ie Apg.
In ten sy w n e procesy op ad o w o -g lejo w e i g ru n tow o-gle jow e są p rz y c z y n ą z ró ż nico w a n ia składu m ineralnego w środkowej strefie profilu, w p o zio m ac h lig i I I I G l g . W ię k s z a ilość chlorytów w tych p o ziom ach je st w ynik iem postępującej chlorytyzacji. W w arunkach zmiennej wilgotności (okresow e stag n o w a n ie w ody opadow ej i podsiąk kapilarny wody gruntow ej) i zm iennego potencjału red-oks, a także przy specyficznej, dużej ilości w olnych jo n ó w m agnez u doszło do p rz e kształcenia struktury części illitu i sm ektytu we w tórne chloryty - tzw. chloryty g le b o w e [Jackson 1965; R euter 1965; Tributh 1990]. Jak w yka zały badania re ntgenostrukturalne, now o pow stałe chloryty charakteryzują się bardzo labilną strukturą, p o datną na destrukcję term iczną i pęcznienie. W e d łu g Jac k so n a [1965] są to cechy ro z p o zn aw c ze dla chlorytów glebowych. M inerały te są rów nie ż nietrw ałe w zm ieniających się w a runkach fizykochem icznych, o c z y m św iadc zą wyniki elektrodializy. W ię k sz a ilość m agnez u deso rb o w an eg o w czasie elektro- dializy w po ró w n a n iu z ilością m agnez u w y m ien n eg o je s t n astępstw e m p o stęp u ją cego rozpadu w arstw brucytow ych w strukturze chlorytu. S tw ierdzenie w y stęp o w a n ia w glebie w tórnych chlorytów m oże być św iad e ctw em z a a w a n so w a n ia p ro c esó w glejow ych. M ożliw e, że w p oziom ie lig transform acja m in era łó w idzie nieco dalej niż chlorytyzacja, m ianow icie w kierunku w erm ikulityzacji, czego d o w o d e m je st obecność obok chlorytów glebow ych rów nież m inerałów mie- sz a nopakietow ych, w których część struktury stanowi w erm ikulit. O d ró ż niałoby to proces glejow y opad o w y od gruntow ego.
In n y m prz ejaw e m zm ian w składzie m ineralnym substratu gleb o w e g o p o z io m ó w lig i I I I G l g je s t ich znaczne w z bogace nie w smektyt. Z w ięk sz en ie ilości sm ektytu nie w yn ik a j e d n a k bezpośrednio ze specyfiki procesów g lejow ych p o w o d u ją c y c h przem iany strukturalne w innych m inerałach (sm ektytyzacji), ale j e s t zw ią zan e z m e ch a n iczn y m p rzem ieszczaniem się tego m inerału w raz z przesiąk ając ą w odą o p a d o w ą lub z p odsiąkiem w ód gruntow ych. N a taki prz eb ieg alokacji sm ektytu w glebach zwrócili uw a gę m.in. Jackson [1965], S toch i Siko. л [1968], B rogow ski i M az u rek [1990], C hojnicki [1993]. W p rz y p ad k u badanej gleby intensyw ne ruchy w ody w profilu proces ten znacznie zdyn a m iz o w ały .
W s p ąg o w y c h pozio m ac h badanej gleby, m ianow icie w p o zio m ac h IIIG 2 - IIIG4, w p ły w procesu grunto w o -g le jo w eg o na skład m ineralny frakcji koloidalnej je s t słabiej widoczny, m im o je g o znacznej intensywności. C h lo ry ty zac ja nie je st tak z a a w a n so w an a, czego d o w o d e m je st m niejsza ilość w tórnych chlorytów . S tw ie rd zo n e chloryty m ają bardziej stabilną strukturę, co w skazuje na ich litoge- n iczną genezę. G łó w n y kierunek zm ian m ineralogicznych zw ią zan y j e s t z t w o rz en iem się m inerałów m iesza nopakietow ych illit/smektyt. Ich ilość j e s t w iększ a niż w ty p o w y ch utw orach glacjalnych [S tankow ska 1976; D ługosz ^ ^ . P o w s t a w aniu pak ietó w sm ek ty to w y ch (sm ektytyzacji) sprzyja zaró w n o zn a czn a w ilg o t n o ś ć p o z i o m ó w IIIG 3 i IIIG 4 , j a k i o b e c n o ś ć p o t r z e b n y c h do teg o typu transform acji dużej ilości jo n ó w m agnezu [Van de W etering, B o e rm a 1984; T ributh 1990].
W glebie z Ł y c z y n a zaznac za się rów nież w pływ pro c esó w g lejow ych na m in era lo g ię z w ią zk ó w żelaza. P o d s ta w o w y m m inerałem żelaza j e s t getyt. B a d a nia rentg e n o g rafic zn e i che m ic zn e w ykazały, że p o szczególne po zio m y g e n e ty czne różnią się m iędzy sobą pod w zg lę d em zawartości zw ią zków żelaza oraz, co
190 P. W. B iesiacki, Z. Z a g ó rski
w y d a je się bardzo istotne, różnią się rów nież stopniem ich w ykrystalizow ania. P o zio m y górne zaw ierają z nikom ą ilość krystalicznego getytu. O z n acz a to, że p rocesy o d g órne go oglejenia nie sprzyjają trwałej koncentracji z w ią zk ó w żelaza, lecz tylko p o w odują, że tw orzą się one w form ie am orficznych lub słabo w y k ry s talizow anych agregatów m ineralnych. D o d a tk o w y m cz ynnikiem utrudniającym k rystalizację z w ią zków żelaza jest obecność substancji organicznej [Cornell. S c h w e rtm a n n 1979].
W procesach g ru ntow o-gle jow ych związki żelaza tw orzą stabilne f o r m y , czego d o w o d e m je s t obserw o w an y na dyfraktogram ach w zrost krystaliczności getytu w raz z g łębokością profilu. G etyt staje się w p o ziom ach gru n to w o -g le jo w y ch łatw o ro z p o zn aw a ln y m elem entem składu m ineralnego, tw orząc konkrecjc żela- ziste lub, w skrajnym przypadku, poziom y żelaziste.
O m ó w io n e powyżej wyniki badań pozw alają na za p ro p o n o w an ie w stępne go s chem atu prz em ian składu m ineralnego frakcji ilastej gleby w w a runkach inten s y w n y ch pro c esó w glejow ych (rys. 4). A utorzy zdają sobie sprawę, żc schem at ten w w yniku n ow yc h badań m oże podlegać weryfikacji i zm ianom .
W kontekście badań m ineralogicznych interesująca j e s t analiza w y n ik ó w ba dań che m ic znych. Z jednej strony potw ierdziły one rozpoznanie dyfraktom etry- czne, z drugiej zaś w skazują, że istnieje w yraźny zw iązek m iędzy składem m in era ln y m (jego zm ianą) a w łaściw ościam i chem icznym i gleby. N ajbardziej jest to w ido cz n e przy w ystępow aniu różnych form m agnez u i żelaza. D użą ilość
R Y SU N E K 4. Przemiany składu mineralnego frakcji ilastej (<0,002 mm) pod w pływ em procesów glejow ych w profilu glebow ym Łyczyn (Ł 04)
FIGURE 4. Transformations o f mineral com position o f clay fraction (<0,002 mm) by gleic processes in soil profile Ł yczyn (Ł 04)
S k ła d m in era ln y fr a k c ji ilastej 191
m a g n e z u e k stra h o w a n e g o 20% HC1 m o żn a wiązać z w y stęp o w a n iem chlorytów , z których M g j e s t uw ainiany przy ich rozkładzie chem icznym . N a to m iast stosunek ilości m ag n ez u d eso rb o w an eg o w elektrodializie do m agnez u z ekstra k tó w w HC1 w skaz uje na w z ajem n e relacje ilościow e m iędzy chlorytam i w tórnym i (pedogeni- cznym i) a chlorytami pierw otnym i (litogenicznym i) i m oże być c h e m ic z n y m w sk aź n ik ie m przebiegającej chlorytyzacji pod w p ły w e m pro c esó w glejow ych. W y so k i stosunek żelaza am orficznego do w olnego w skazuje, że w w a ru n k ach procesu o p a d o w o -g le jo w e g o uw olnione żelazo (na p rzykład z m in era łó w k rz e m ian o w y ch ) je s t ak ty w n y m elem e n te m środow iska gleb o w e g o i m o ż e u cz estn i czyć w procesach transform acji m inerałów ilastych (w erm ikulityzacji i c h lo rytyzacji).
WNIOSKI
1. W glebach glejow ych w y tw orz onych z ciężkich utw orów w zależności od typu procesu glejow ego następują zm iany ilościowe i ja k o ś c io w e w składzie m in era ln y m frakcji ilastej, m ianow icie:
- w p o zio m ac h pow ierzch n io w y c h A g procesy op ad o w o -g lejo w e prz y czy n iają się do po w stan ia w erm ikulitu glebow ego,
- w p o zio m ac h g i G g je d n o c z e s n e oddziaływ anie procesów o p ad o w o - i gru n to w o -g le jo w y ch prow adzi do p o w stania w tórnych chlorytów gleb o w y c h oraz do w z b o g a c e n ia w smektyt,
- w p o zio m ac h G procesy g runtow o-glejow e p o w o d u ją w z rost zaw artości m in era łó w m iesza n o p ak ieto w y ch illit/smektyt.
2. W ciężkich glebach glejow ych w ystępuje zw iązek m iędzy w łaściw ościam i ch e m ic zn y m i i fizycznym i a kierunkam i transform acji m inerałów ilastych. D u ż a za w artość oraz ruchliw ość jo n ó w m agnez u i żelaza w w a ru n k ach zm iennej w ilgotności m oże być w skaźnikiem za chodzących procesów w erm ikulityzacji, cnlorytyzacji i sm ektytyzacji.
LITERATURA
BRINDLEY G.W., BRO WN G. 1980: The X-ray identification and crystal structures o f clay minerals. Mineralogical Society, London, pp. 495.
BR OGOWSKI Z. 1963: Uruchamianie fosforanów w glebach piaskowych metodą elektrodializy. Zesz.
Probl. Post. Nauk Roi. 40a: 103-1 14.
BROGOWSKI Z., MAZ UR EK A. 1990: Stan mineralny ziaren o sTednicy < 0 , 0 0 2 mm w glebie brunatnej wytworzonej z gliny zwałowej. Rocz. Glebozn. 41, 1/2: 5-2 1 .
CHOJNICKI J. 1993: Gleby płowe wytworzone z utworów pokrywowych Równiny Błońsko-Sochacze- wskiej. Rocz. G lebozn. 44, 3/4: 135-151.
CO RN EL L R.M., S C HW E R T M A N N U. 1979: Influence o f organie anions on the erystalization o f ferrihydritc. C lays an d C lay M iner. 27, 6: 4 0 2 -4 1 0 .
CZERWIŃSKI Z., M A ŁU S ZY Ń S KI M. 1995: Gleby wytworzone z rudy darniowej. Rocz. Glebozn. 46, 3/4: 5 9 -7 0 .
D Ł U G O S Z J. 1994: Minerały mieszanopakietowe typu illit-smektyt w glebach wytworzonych z gliny zwałowej w RZD Gliszcz. Zesz. Probl. Post. Nauk Roi. 414: 4 9 -5 6 .
JACKSON M.L. 1965: Clay transformation in soil genesis during the Quaternary. Soil Sei. 99: 15-22. KA TA R THA N SIS A.D. 1988: Compositional and Solubility Relationships between Aluminium-hydro-
192 P. W. B iesiacki, Z. Z a g ó rski
MARC INIAK H., DIDUSZKO R. 1994: X-rayan. Program do rentgenowskiej analizy fazowej. War szawa.
M A T S U E N., W A D A K. 1989: Source minerals and formation at partially intcrlaycrcd vcrmiculilcs in dystrochrepts derived from Tertiary sediments. J. Soil Sei. 40, 1: 1-7.
Mc K EA GUE I.A. 1965: A laboratory study o f gleying. Can. J. Soil Sei. 45: 199-206.
Mc KEA GUE I.A., D A Y I.H., CLAYTON J.S. 1973: Properties and development o f hydromorphic mineral soils in various regions o f Canada, (In:) Schlichting E., Schwcrtmann U. (red.). Pseudogley and gley. Chemie. Wciheim/Bcrgstr: 2 07-218.
MOORE T.R. 1973: The distribution o f iron, manganese and aluminium in some soils from north-east Scotland. J. Soil Sei. 24: 162-171.
REUTER GH. 1965: Tonmineralc in Pseudogieiböden. Wiss. Z. Univ. Jena - Nat. Reihe 14: 7 5 - 7 8 . SCHLICHTING E. 1973: Pseudogley- und Glcy-Genesc und Nutzung hydromorphen Boden. (In:)
Schlichting E., Schwertman U. (red.). Pseudogley and gley. Chemie. Weiheim/Bcrgsir: 1-6. SC HU LT Z L.G. 1960: Quantitative X-ray determinations o f some aluminous minerals in rocks. C lays
an d C lay Miner. 7: 2 1 6 -2 2 4 .
SIUTA J. 1961 : Zjawiska i skutki procesu glejowego. Post. Nauk Roi. 2/68: 4 1 -4 9 .
SIUT A J. 1963: Wpływ procesu glejowego na kształtowanie się cech morfologicznych i właściwości chemicznych profilu glebowego. Gleby bielicowe wytworzone z gliny zwałowej. Pani. Pul., 9:
123-148.
SIUTA J., MOTOWICKA T. 1965: Geneza poziomych smug wytrąceń żelazistych w glebach piasko wych. Panu Pul. 18: 111-127.
ST A N K O W S K A A. 1976: Clay minerals in the glacial tills of Polish territory. Pr. Wydz. Biol, i Nauk о
Z iem i UAM, Ser. A., G eografia 12.
STOCH L., SIKORA W. 1968: A study o f grain size distribution o f clay minerals in soils and clays.
Rocz. Glebozn. 19 dod.: 29 i -2 9 6 .
Ś R O D O Ń J. 1980: Precise identification o f illite/smcctite by X-ray powder diffraction. C lays an d C lav
M iner. 2 8 : 4 0 1 - 4 1 1 .
TRIBUTH H. 1990: Die Tonmineralentwicklung in Abhängigkeit von der Bodcngenese. M itteilung
Dtsch. B ödenkun di G esellsch. 62: 153-156. "
Van de WETERING H.T.J., BOER MA J.A.K. 1984: Eine Bödcnvcrgcsellschaftung der Südhaldc des Teutoburger Waldes und des Münstcrlandes (Nordrhein-Westfalen). M itteilung Dtsch. Bödenkundi.
S k ła d m in era ln y fr a k c ji ilastej 193
P. W. BIESIACKI, Z. ZA G Ó RSK I
CHANGES OF MINERAL COMPOSITION OF THE CLAY
FRACTION B Y INTENSIVE GLEY PROCESSES
Departm ent o f S oil S cien ce, W arsaw A gricultural U niversity
S U M M A R Y
T he results o f m ineralogy investigation o f gley soil profile derived from glacial clay in Ł y cz y n Site (W arsaw Plain) w ere presented. T he results obtained by X R D m e th o d show, that prevalent minerals com position o f clay fraction (< 0,002 m m ) is really other than previous lithogenetic origin. A reason o f this differentiation have been intensive gley processes, w hich were caused transform ation o f stru ctu res clay m inerals like illite and smectite into a secondary (pedogenic origin) clay m inerals such as chlorite or vermiculite. T he transform ation are d e p e n d ed on types o f gley processes. In the u pper horizon Ag, the pseudogley processes are en a b le d fo rm e d a ped o g e n ic vermiculite. In the m iddle part o f soil profile, in g and G g horizons sim ultaneously functioned pseudo- and groundgley processes w ere e f fected on fo rm e d p edogenic chlorite. In these horizons also addition a m o u n t o f sm ectite, w hich has been m echanically translocated by vertical w a te r m o v e m e n t was observed. In the low est part of soil profile, in G 2 - G 4 horizons the groundgley processes c o n d u c ed to origin m ixed layer clay minerals such as illite/smectite.
T he results o f X R D investigation have been confirm ed by so m e chem ical analysis. C losely relationships betw een high contents o f m a gnesium , a m o rp h o u s iron and transform ation o f clay m inerals was indicated.
D r Z bign iew Z agórski
K a ted ra G lebozn aw stw a SGGW и W arszaw ie 0 2 -5 2 8 W arszaw a, ul. R akow iecka 26/30
