Zmienność poziomu powierzchniowego gleb wybranego obszaru Równiny Sępopolskiej w świetle badań granulometrycznych

R O C Z NIK I G L E B O Z N A W C Z E TO M LV N R 1 W ARSZAW A 2004: 9 9 - 1 0 6

JACEK DŁUGOSZ, PIOTR MALCZYK, SZYMON RÓŻAŃSKI

ZMIENNOŚĆ POZIOMU POWIERZCHNIOWEGO GLEB

WYBRANEGO OBSZARU RÓWNINY SĘPOPOLSKIEJ

W ŚWIETLE BADAŃ GRANULOMETRYCZNYCH

VARIABILITY OF SOIL SURFACE HORIZON

OF SELECTED PART OF SĘPOPOLSKA PLAIN

IN THE LIGHT OF TEXTURE RESEARCH

Bydgoszcz

A bstract: The reasearch area was located on 50-hectare field o f varied relief in the southern

part o f Sępopolska Plain. The samples were collected from 50 points located using the GPS system. On the basis o f the results, the soil texture classes were determ ined according to PTG and PN-R-04033. M oreover the sedim ental indicators were calculated, the cum m ulation cu­ rves were drawn (Siew ca program m e), and graphical analysis o f space distribution o f clay fraction was conducted using kriking method on Surfer 7.0 software. The results showed the loam character o f the analysed surface horizons (48% o f all samples were determ ined as loam according to PN -R-04033). However, analysis o f particular fractions content show ed m uch higher diversification. The results o f analyses confirmed the existence o f local sedim entatio- nal pool with depositions o f marginal lake clay.

Słowa kluczow e: uziamienie, frakcja ilasta, poziom powierzchniowy. K ey w ords: soil texture, clay fraction, surface horizon.

WSTĘP

W celu optymalizacji produkcji współczesne rolnictwo, coraz częściej wykorzystuje techniki komputerowe do sterowania poszczególnymi zabiegami agrotechnicznymi (nawożenie, siew). Jednakże techniki te wymagają między innymi danych dotyczących ważnych z punktu widzenia produkcyjnego właściwości glebowych. Dane te muszą zawierać nie tylko wartość określającą dany parametr, ale również jak najdokładniejszą lokalizację miejsc pobierania próbek. W tym celu coraz częściej wykorzystuje się odbiorniki GPS, które to pozwalają na lokalizację miejsca, którego dotyczy dany parametr.

Uziarnienie jest jednym z ważniejszych parametrów gleby, który decyduje o wielu w ażnych z punktu widzenia producenta w łaściwościach gleby (właściwościach sorpcyjnych, wodnych itp.), dlatego też rozpoznanie jego zmienności przestrzennej oraz jej przyczyn jest niezmiernie ważne.

Celem niniejszej pracy była próba określenia zmienności przestrzennej uziarnienia poziomu powierzchniowego gleb uprawnych na obszarze o zróżnicowanej rzeźbie terenu oraz przyczyn tego zróżnicowania.

MATERIAŁ I METODY

Obiektem badań było 50 ha pole o urozmaiconej rzeźbie terenu (deniwelacja około 20 m) położone na południowym skraju Równiny Sępopolskiej w miejscowości Budniki (szer. geogr. 54° 1Г 49” N, dł. geogr. 20° 38’ 12” E). Badany obszar pokrywają gleby brunatne właściwe [Mapa glebowo-rolnicza 1968] (brunatne właściwe typowe bądź brunatne właściwe oglejone wg aktualnej Systematyki gleb Polski [1989]) wytworzone z utworów zastoiskowych, zdeponowanych w krótkotrwałych jeziorach powstałych na przedpolu cofającego się lądolodu zlodowacenia Wisły [Kondracki, Pietkiewicz 1967, Kondracki 1994].

Przed przystąpieniem do lokalizacj i punktów poboru próbek glebowych wyznaczono granice analizowanego obszaru przy zastosowaniu odbiornika GPS firmy Magellan. Próbki glebowe z poziomu powierzchniowego pobierano z głębokości 0-20 cm w sztywnej siatce kwadratów o boku 100 m. W celu całkowitego pokrycia analizowanej powierzchni wokół punktu węzłowego wykonano 30 pobrań indywidualnych. Ogółem wyznaczono 50 punktów badawczych (węzłowych). Położenie każdego punktu węzłowego określono za pomocą odbiornika GPS (rys. 1). Dane z GPS zostały następnie opracowane przy użyciu programu komputerowego „eLMID” firmy eLMID pl sp z.o.o.

RYSU NEK 1. Lokalizacja punktów poboru próbek glebowych FIGURE 1. Sampling sites

Zm ienność poziom u pow ierzchniow ego gleb... Rów niny Sępopolskiej 101

Po wysuszeniu do stanu powietrznie suchego próbki przesiano przez sito o średnicy oczek 2 mm. Analizę uziamienia wykonano dwiema metodami w dwóch powtórzeniach po zdyspergowaniu próbek calgonem. Zawartość cząstek o średnicy 2-0,05 mm oznaczono m etodą sitową, natomiast ilość cząstek o średnicy < 0,02 mm m etodą areometryczną Casagrande’a w modyfikacji Prószyńskiego. Na podstawie uzyskanych wyników określono grupy granulometryczne wg PTG i PN-R-04033. Obliczono wskaźniki sedymentologiczne wg Folka i Warda [1957], wykreślono krzywe uziamienia oraz krzywe częstości [Mycielska-Dowgiałło, Rutkowski 1995]. Do tego celu wyko­ rzystano programy komputerowe „Siewca” firmy BJB Software Hause oraz JoSEk- SED v.1.4 firmy INFOR. Dla zobrazowania pow ierzchniow ego zróżnicow ania uziamienia analizowanego poziomu, stosując program komputerowy SURFER 7.0 firmy Golden Software, wykreślono mapy zawartości frakcji ilastej oraz rozmieszczenia przes­ trzennego określonych grup granulom etrycznych. W tym celu dane w ejściow e aproksymowano metodą krikingu.

WYNIKI

Analizowany obszar charakteryzował się zróżnicowanym uziarnieniem poziomu powierzchniowego. Badane próbki glebowe zaliczono aż do siedmiu grup granulo­ metrycznych zarówno przy zastosowaniu podziału wg PTG, jak i PN-R-04033. Były to w większości gleby gliniaste, z których 48% należało do grupy granulometrycznej glina (wg PN-R-04033). Przestrzenne rozm ieszczenie poszczególnych grup granulo­ metrycznych pokazują poniższe mapy (rys. 2). Jeszcze większe zróżnicowanie badana powierzchnia wykazała w zawartość frakcji ilastej, której ilość mieściła się w granicach 8-39% (rys. 3). Najwięcej frakcji ilastej zawierała próbka nr 11 zlokalizowana na wzniesieniu (rys. 1,4), natomiast najmniejszą ilością tejże frakcji charakteryzowały się próbki z punktów 19, 33 (rys. 1, 4). U zyskane w yniki w skazują, że poziom powierzchniow y analizowanego obszaru w dominującej części stanow ią utwory drobnoziarniste. Potwierdzeniem tego jest również wyliczona średnia średnica ziarn (GSS), która dla badanego obszaru mieści się w granicach od 0,031 mm do 0,102 mm, przy czym wskaźnik ten dla 48% próbek mieścił się w zakresie średnicy iłu pyłowego grubego i drobnego wg PTG ( rys. 5) oraz wykazywał dodatni, sięgający nawet powyżej 0,5 wskaźnik skośności (GSK) (rys. 6). Inną charakterystyczną cechą tych utworów jest duża zawartość frakcji pyłowej wg PN-R-04033 (0,05-0,002 mm), której ilość waha się od 19,9 do 45,4% ( rys. 3). Ma to również odzwierciedlenie w grupach granulometrycznych wg PTG, gdyż 64% określonych grup to grupy pylaste.

Analiza wskaźnika wysortowania (GSO) analizowanych utworów wykazała, że są to utwory bardzo słabo wysortowane (3,029-8,315). Wysortowanie spada wraz ze spadkiem średniej średnicy ziarn (rys. 7). Słabe wysortowanie analizowanego poziomu powierzchniowego uwidacznia się również w przebiegu krzywych, które są bardzo spłaszczone (rys. 8). Wyjątek stanowią próbki 19, 23, 33, i 50, których wskaźnik wysortowania (GSO), jak i przebieg krzywych kumulacyjnych wskazują na lepsze wysortowanie (rys. 7). Zróżnicowanie uziamienia analizowanej powierzchni wykazała również analiza częstości, z której wynika, że większość próbek ma rozkład bimodalny

y . x ) Л(1(» 400

0 H»{> ?.<)<» 3 0 0 -1iH) 5(>0 ni

RYSUNEK.2. Zróżnicowanie przestrzenne uziamienia w analizowanym poziomie: a - wg PTG powierzchniowym (gc - glina ciężka, gs - glina średnia, gsp - glina średnia pylasta, glp - glina lekka pylasta, gl - glina lekka, pgmp - piasek gliniasty mocny pylasty, pgm - piasek gliniasty mocny); b - wg PN-R-04033 (i - ił, gc - glina ciężka, gs - glina średnia, g - glina, gpł - glina pyłowa, gp - glina piaszczysta) FIGURE 2. Spatial differentiation of particle-size in analysed surface horizon: a - according to PTG, b - according to PN-R-04033

~T~ Max Min

□ średnia (mean) • SD średnia (mean) - SI) ■ średnia - mean

frakcja - fraction

RYSUNEK 3. Zakres, średnia i odchylenie standardowe zawartości poszczególnych frakcji w analizowanych próbkach

Zm ienność poziom u pow ierzchniow ego gleb... Rów niny Sępopolskiej 103

RYSUNEK 4. Zróżnicowanie przestrzenne zawartości iłu koloidalnego w analizowanym poziomie powierzchniowym

FIGURE 4 Spatial differentiation o f clay fraction in analysed surface horizon

LEGENDA

Q - o c z k a wo<ki% Kfpy drzew i k i z e w w

0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 № 5 0 0 m

z pierwszą modą przy średnicy około 0,1 mm, a drugą przy średnicy 0,02 mm. Mody te są bardzo niewielkiej wysokości, co również potwierdza bardzo słabe wysortowanie tego materiału. Oprócz próbek o bimodalnym rozkładzie występują próbki mające rozkład jednomodalny o zróżnicowanej pozycji tej mody. Przykładem takiej próbki jest próbka nr 11 ( rys. 9), która ma modę w przybliżeniu średnicy 0,04 mm.

2 % pid

2%ipd

RYSUNEK 5. Procent średniej średnicy ziam (GSS) w poszczególnych frakcjach wg PTG (ipd - ił pyłowy drobny, ipg - ił pyłowy gruby, pd - pył drobny, pid - piasek drobny) FIGURE 5. Percent of mean grain diameter (GSS) of each fraction according to PTG (ipd - fine silty clay, ipg - course silty clay, pd - fine silt, pid - fine sand)

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

GSK

R Y SUN EK 6. P orów nanie wskaźnika skośności (GSK) i kurtozy (GSP) w analizow a­ nych próbkach

FIGURE 6. Comparison be­ tween skewness index (GSK) and kurtosis (GSP) in analysed samples

RY SU N EK 7. Porów nanie średniej średnicy ziam (GSS) i wskaźnika wysortowania (GSO) w analizowanych próbkach FIGURE 7. Comparison between mean grain diameter (GSS) and sorting index (GSO) in analysed

samples _GSS6

RYSUNEK 8. Krzywe uziamienia wybranych próbek glebowych (B-l 1, B-24, B-47, B-50 - nr próbki) FIGURE 8. Curves of particle-size of selected soil samples (B -11, B-24, B-47, B-50 - no samples)

Zm ienność poziom u pow ierzchniow ego gleb... Rów niny Sępopolskiej 105

średnica ziarna [phi] diameter of grain [phi]

RYSUNEK 9. Krzywe częstości wybranych próbek glebowych (B-11, B-24, B-47, B-50 - nr próbki) FIGURE 9. Curves of frequency of selected soil samples (B-l 1, B-24, B-47, B-50 - no samples)

DYSKUSJA

Przeprowadzone badania wykazały występowanie przestrzennie zróżnicowanego uziamienia poziomu powierzchniowego analizowanego obszaru. Powodem tego może być zróżnicowany utwór macierzysty, bądź procesy erozyjne zachodzące w terenie o tak znacznej deniwelacji. Najsilniej uwidacznia się to w północno-zachodnim krańcu badanego obszaru, który to jest najprawdopodobniej strefą kontaktow ą utw oru zastoiskowego zdeponowanego z zawiesiny pelagicznej [Gradziński i in. 1986] i utworu zdeponowanego przez wody ekstraglacjalne [Roszko 1971]. Pierwszy utwór jest drobnoziarnisty, charakteryzujący się niską średnią średnicą ziarn, m odą przesuniętą w stronę mniejszych średnic oraz wysokim wskaźnikiem skośności. Drugi materiał zawiera większą ilość frakcj i piaszczystych, co może być spowodowane dużym wpływem materiałów morenowym występujących w otoczeniu badanego terenu, a zdeponowanych w tym zastoisku [Roszko 1971]. Natomiast zróżnicowanie występujące w części środkowej badanego obszaru spowodowane jest najprawdopodobniej procesam i spływowymi, które powodują wzbogacanie poziomów powierzchniowych położonych w obniżeniach terenu w cząstki o różnej średnicy w zależności od dynamiki środowiska. Objawem tego może być wzrastający w niektórych materiałach udział frakcji grubszych,

co uwidacznia się na krzywej częstości przesunięciem mody w kierunku większych średnic oraz wzrostem wartość mody przy średnicy około 0,1 mm. Innym dowodem zróżnicowanej dynamiki spływów jest występowanie utworów charakteryzujących się krzywymi gęstości o bardzo szerokich modach, co dowodzi deponowania cząstek o zróżnicowanej średnicy.

PODSUMOWANIE

Przeprowadzone badania wyraźnie wykazały przestrzenne zróżnicowanie uziamienia poziomu powierzchniowego badanego terenu oraz wpływ rzeźby na to zróżnicowanie.

Z uzyskanych wyników można wnioskować, że materiał macierzysty analizowanych gleb jest znacznie zróżnicowany pod względem uziarnienia. Jest to spowodowane procesam i spływowym i, które to na terenach bogato urzeźbionych są częstym zjaw iskiem , ja k również zabiegami agrotechnicznymi. Dlatego też dla pełnego wykorzystania możliwości, jakie niosą współczesne techniki uprawy wykorzystujące odbiorniki GPS do sterow ania, należałoby wykonać dokładne m apy glebow e, uwzględniające między innymi uziamienie.

Jest to szczególnie ważne na terenach o bogatej rzeźbie terenu, gdyż tam zmienność jest największa.

LITERATURA

F O L K R., W A RD W.C. 1957: B razos R iver bar: a study o f significance o f grain size param eters. J. Sedim. Petrol. 46: 6 5 9 -6 6 9 .

G R A D Z IŃ S K I R., K O S T E C K A A., R A D O M SK I A ., U N R U N G R. 1986: Z arys S edym entologii. W yd. G eol., W arszaw a: 4 4 4 -4 5 2 .

K O N D R A C K I J. 1998: G eografia regionalna Polski. PW N , W arszaw a: ss. 57.

K O N D R A C K I J., P IE T K IE W IC Z S. 1967: C zw artorzęd północno-w schodniej Polski.W : G alon R., D ylik J. (red.). C zw artorzęd Polski. PW N , W arszaw a: 2 2 0 -2 2 6 .

M A PA G L E B O W O -R O L N IC Z A 1968: Pow iat L idzbark W arm iński, P G R B udniki. ark. 2 M Y C IE L S K A -D O W G IA Ł Ł O E., R U T K O W SK I J.1995: W ybrane cechy teksturalne osadów i ich

w artość interpretacyjna. B adania osadów czw artorzędow ych. W ybrane m etody i interpretacje w yników . A kapit - DTP, W arszaw a: 2 9 -9 0 .

R O S Z K O L. 1971: Z astoisko pasłęckie. Zesz. Nauk. UMK Toruń, 26, Geografia 8: 3 -1 4 .

d r hab. inż. J a c e k D ługosz

K atedra G leboznaw stw a i O chrony Gleb ATR 85-029 B ydgoszcz, ul. B ernardyńska 6 e-m ail: jacekd@ atr. bydgoszcz.pl