ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE T. XLIVNR 3/4 WARSZAWA 1993: 13-31 J A R O S Ł A W K A S Z U B K I E W I C Z , Y O U S S E F K H D R I, L E S Z E K S Z E R S Z E Ń
Z W IĄ Z K I M IĘ D Z Y P Ę C Z N IE N IE M A IN N Y M I
W Ł A Ś C I W O Ś C I A M I F IZ Y C Z N Y M I G LEB W Y T W O R Z O N Y C H
W D W Ó C H S T R E F A C H K L IM A T Y C Z N Y C H Z P O D O B N Y C H
S K A Ł M A C IE R Z Y S T Y C H
In s ty tu t G le b o z n a w s tw a i O c h ro n y Ś ro d o w is k ;' R o ln ic z e g o A k a d e m ii R o ln ic z e j w e W r o c ła w iu W S T Ę PW łaściw ości fizyczne gleb kształtow ane są przez zespół czy nnikó w ,
s p o ś ró d których należy w ym ien ić przede w szystkim klimat i rodzaj skały
m acierzystej [2, 10, 11]. W zależności od strefy klimatycznej o d d z ia ły w a
nie w a ru n k ó w atm osfery czny ch prowadzi do procesu w ietrzenia skały
m acierzystej o ró żny m składzie m ineralnym i uziarnieniu. S kład m ineralny
i g ra n u lo m e try czny decyduje bezpośrednio o w łaściw ościach fiz y k o c h em i
c z n y ch p ow stałych gleb.
Jedną z interesujących właściwości związanych z pochodzeniem skały jest
zdolność gleb do pęcznienia w wyniku wchłaniania wody [4, 5]. Wiadomo, że
pęcznienie gleb związane jest przede wszystkim z ilościowym i jakościowym
składem minerałów ilastych oraz obecnością materii organicznej [3-5].
G leby, których kom pleks sorpcyjny w ysycon y jest kationam i jed n o -
w a rto śc io w y m i, p ęcznieją bardziej niż te, które zaw ierają w kom p lek sie
so rp c y jn y m głó w nie jo n y dw u- i trójwartościow e [4]. Przebieg procesu
p ęcznien ia zależy także od wilgotności początkowej oraz stopnia dyspersji
[3]. G leb y silnie z d y sp ergo w an e pęcznieją wolniej.
C e l e m n i n ie js z e j p r a c y j e s t p r ó b a z n a l e z i e n i a z w i ą z k u m ię d z y
w s k a ź n ik ie m pęcznienia a niektórymi w łaściw ościam i fizycznym i i fizy
k o c h e m icz n y m i gleb w y tw o rz o ny c h w różnych w arunkach klim atyczny ch
z p o d o b n y c h sk a ł m acierzystych.
14
J. Kaszubkiewicz i inni
M A T E R I A Ł Y I M E T O D Y K A B A D A Ń
Dokonanie porównań między glebami z różnych stref klimatycznych oraz
ocena wpływu klimatu na ich właściwości fizyczne wymagały takiego wybrania
materiału badawczego, który zapewni zminimalizowanie wpływu innych czynni
ków. W tym celu spośród gleb syryjskich i polskich (tab. 1) wybrano 4 pary gleb
wytworzonych z następujących skal macierzystych: bazaltu, gabra, prekambryj-
skich wapieni krystalicznych oraz wapieni kredowych i trzeciorzędowych. Gleby
każdej pary miały zbliżony skład granulometryczny (tab. 2).
Badane gleby syryjskie kształtowały się w warunkach klimatu śródziem no
morskiego przy zróżnicowanych opadach (tab. 3) i przy dominacji wstępują
cego ruchu wody. Dla gleb polskich średnia roczna temperatura jest niższa o
ok. 7°C niż dla gleb syryjskich i dominuje ruch wody w głąb profilu, czyli
zstępujący.
Wykonano następujące oznaczenia:
— skład granulometryczny metodą Casagrande’a w modyfikacji Prószyńskiego,
— gęstość właściwa fazy stałej metodą piknomctryczną,
— gęstość właściwa absolutna metodą wagową,
P b
— porowatość całkowita gleby suchej według wzoru Pc =
1---Ps
— zawartość frakcji <0,002mm wydzielonej za pomocą wirowania po uprzednim
usunięciu węglanów,
— powierzchnia właściwa całej gleby i frakcji <0,002 mm metodą sorpcji glice
ryny,
— skład mineralny frakcji ilastej metodą dylraktometrii rentgenowskiej (Cu, 20
mA, 40 kV) i analizy termicznej przy użyciu derywatogralu (naważka 800 mg,
czułość DTA, DTG, TG 1/10, 1/15, 200 mg).
Przebieg i wielkość pęcznienia oznaczono przy użyciu aparatu Wasiliewa
w odniesieniu do powietrznie suchej gleby o zniszczonej strukturze, a końcową
wilgotność uzyskaną w trakcie procesu pęcznienia- grawimetrycznie.
O M Ó W I E N I E W Y N I K Ó W
B a d a n e g leb y c h a ra k te r y z o w a ły się z ró ż n ic o w a n y m i w a r to ś c ia m i
wskaźnika pęcznienia, wyrażonego przez stosunek przyrostu objętości począt
kowej A v/v().
W przypadku gleb klimatu śródziemnomorskiego wskaźnik pęcznienia
zmieniał się w granicach od 8,6 do 61,8% i zależał głównie od pochodzenia
skały macierzystej i uziarnienia. Najwyższe wskaźniki pęcznienia zanotowano
w przypadku gleb syryjskich wytworzonych z bazaltu oraz gabra, które w yk a
zują w zależności od poziomu genetycznego uziarnienie gliny ciężkiej lub
średniej pylastej (tab. 1). Najniższe wskaźniki obserwowano w przypadku gleb
wytworzonych z wapieni kredowych o składzie granulometrycznym gliny
ciężkiej.
Tabela 1
Lokalizacja i niektóre cechy morfologiczne badanych gleb Location and m orphology of soils under investigation
M iejscowość, położenie odkrywki. Nr w ystawa i wzniesienie n.p.m. No Location, elevation and altiude
of profile u.s.l
Sposób użytkowania Poziom genetyczny The way of use G enetic horizon
Głębokość pobrania
próbki Barwa w' stanie Depth of sam pling г . suc^ y m
r г & Color in dry state (cm)
Grupa granulom etry czna
G ranulom etric com position
Nazw'a gleby Name of soil
1 - gleby wytworzone z bazaltu 1 - soils developed from basalt
T Myślinów, w'oj. legnickie - łagodny stok (0-3°) ok. 400-460 m n.p.m. pole orne (odłóg od 5-6 lat) arable land (untilled 5-6 years) A l A2 A3 B brl Bbr2 C l C2 0 - 1 0 1 0 -1 5 1 5 - 2 0 2 5 - 3 0 3 5 - 4 0 5 0 - 6 0 6 0 - 6 5 2.5 Y 6/3 2.5 Y 6/3 2.5 Y 6/3 2.5 Y 7/4 2.5 Y 7/4 2.5 Y 7/6 2.5 Y 7/6 gśp g^P gśp gcP gep gep gc gleba brunatna właściwa typowa browrn soil typical
pole orne A l 5 - 2 0 5 YR 4 /3 /4 /4 g°p gleba brunatna
jj Kafar Anton, w’oj. Abppa - teren płaski (odłóg od 4-5 lat) A2 2 5 - 4 5 5 YR 4/4 gep właściwatypow'a ok. 485 m n.p.m.
arable land Bbr 5 5 - 7 5 5 YR 3/4 gśp brown soil
(untilled 4-5 years) С 8 0 - 9 0 5 YR 6 /1 /6 /2 pgl typical 2 - gleby w ytworzone z gabra 2 - soils developed from gabbro
Ap 5 - 1 5 2,5 Y 6/3 gśp gleba brunatna
Dzikowiec k. Nowej Rudy pole orne
BC 2 5 - 3 5 2,5 Y 8/3 gśp właściwa
III w’oj. w ałbrzyskie, łagodny stok (3°) typow’a
ok. 500 m n.p.m. arable land brow’n soil
С 5 5 - 6 5 2,5 Y 7/3 7/4 gśp typical
P
ę
c
zn
ie
n
ie
gle
b
a
ich
fi
zyczne
w
ła
śc
iw
o
śc
i
Nr No
Miejscowość, położenie odkrywki, wystawa i w zniesienie n.p.m. lo catio n , elevation and altiude
of profile u.s.l
Sposób użytkowania Poziom genetyczny The way of use Genetic horizon
G łębokość pobrania próbki Depth of sampling (cm) Barwa w stanie suchym Color in dry state
Grupa granulom etry czna
Granulom etric composition
Nazw'a gleby Name of soil
A l 0 - 1 5 2,5 Y 4/3 gcp gleba brunatna
Albasit, woj. Lotakia las debowv A2 1 5 - 2 0 2,5 Y 4/4 gcp właściwa
IV płaskie wzniesienie ABbr
2 0 - 4 0 2,5 Y 4/4 gcp
typowa ok. 400 m n.p.m. oak forest
Bbr 4 0 - 5 0 2,5 Y 5/3 gJp brown soil
С 5 0 - 6 0 2,5 Y 5/4 gP typical
3 - gleba wytworzona z w-apienia zmetamorfizowanego 3 - soil developed from crvstall ine limestones (pre-cambrian)
Ap 0 - 1 0 10 YR 5/4 gśp
rędzina Mielnik-Żelazno, woj. wałbrzyskie na pole orne Ap 10- 15 10 YR 5/4 g-^P brunatna
V górnej części stoku (do 3 U) Ap 1 5 - 2 0
10 YR 5/4 gśp
ok. 390 m n.p.m. arable land brow'n
Bbr 2 5 - 3 0 10 YR 6/6 gcp rendzina
Cca 4 0 - 5 0 10 YR 7/8 gc
3-1 - gleba wytworzona z wapienia numulitow-ego 3-1 - soil developed from crystalline limestones (Tertiary)
Sarakib, woj. Idleb, pole orne Ap 0 - 2 0 2,5 YR 4/6 gśp rędzina
Via płaskie wzniesienie właściw-a
ok. 350 m n.p.m. arable land AC 2 0 - 3 0 2.5 YR 4/6 4/4 gśp rendzina
Sarakib, woj. Idleb, pole orne Ap 0 - 2 5 2,5 Y R 4/6 gcp rędzina
VIb płaskie zagłebienie w łaściwa
ok. 350 m n.p.m. arable land AC 2 5 - 5 0 2,5 YR 4/6 3/6 gc rendzina
J.
K
a
sz
u
b
k
ie
w
ic
z
i
in
n
i
Nr No
Miejscowość, położenie odkrywki, wystawa i w zniesienie n.p.m. Location, elevation and altiude
of profile u.s.l
Sposób użytkowania The way of use
Poziom genetyczny Genetic horizon G łębokość pobrania próbki Depth of sampling (cm) Barwa w stanie suchym Color in dry state
Grupa granulom etry czna
Granulom etric composition
N azw a gleby Nam e o f soil
4 - gleba wytworzona z wapieni kredowych 4 - soil developed from cretaceous limestones
VII Gosławice, woj. opolskie lekki płaskowyż ok. 178 m n.p.m.
pole orne arable land Ap Ap Ap BC Cca 5 - 1 5 2 5 - 3 5 4 5 - 5 5 6 5 - 7 5 7 5 - 8 5 2.5 Y 5/2 2.5 Y 5/2 2.5 Y 6/4 2.5 Y 7/4 2.5 Y 7/3 gl gś gś gś gc rędzina czarnoziem na rendzina Ap 5 - 2 5 7,5 YR 6/6 gc rędzina
VIII Sekariia-Kabria, woj. Aleppo,
pole orne
Br 3 5 - 6 0 7.5 YR 5/4 gc brunatna
łagodny stok (2°) ok. 400 m n.p.m.
arable land Br 8 5 - 1 0 0 7,5 YR 5/4 gc brown
Cca 1 1 0 -1 2 0 7,5 Y R 8/4 gś rendzina
P ro file - p ro file s: I, III, V , V II z o b sz a ru P o lsk i - fro m P o la n d P ro file — p ro file s : I I , , IV , V III z o b s z a ru S y rii — fro m S y ria
P
ę
c
zn
ie
n
ie
gle
b
a
ich
fizyc
zn
e
w
ła
śc
iw
o
śc
i
Tabela 2 Ос
Niektóre w łaściw ości fizyczne badanych gleb Some physical properties of exam ined soils
Głębokość pobierania próbki Depth of sampling W skaźnik W ilgotność po Gęstość właściwa fazy stałej Specific gravity G ęstość objętościowa Bulk density Zawartość frakcji [%] Content of fraction [%] Powierzchnia właściwa Specific surface Skład
jakościow y Porow atość
Nr profilu No of profile pęcznienia Sw elling index spęcznieniu Moisture after sw elling 0,1- 0,02-0,006 0,006-0,002 <0,002 całość total frakcja fraction <0,002 mm minerałów ilastych Qualitative com position całkowita Total porosity [cm] [96] [%] [g/cm3] 0,02 [m2/g] of clay m inerals <0,002 mm {%] 1 - gleby wytworzone z bazaltu 1 - soils developed from basalt
0-10 12,6 63.2 2,64 1,32 39 16 13 8 64,4 50.1 10-15 14,5 70,4 2,65 1,34 40 17 13 9 73,2 133,9 I, K ,S 49,4 15-20 17.3 57.8 2,65 1,42 36 18 14 11 71,1 46,4 I 25-30 15,2 56,8 2,65 1,45 31 22 12 20 81,8 n.o 45,2 35-40 11.6 59,0 2,75 1.54 27 20 13 27 105,1 229,5 I, K ,S 44,1 55-60 13,3 68,8 2,77 1,62 25 20 15 28 120,4 n.o. 41,7 60-65 18,2 59,9 2,78 1,50 23 21 17 28 128,5 210,4 I, K ,S 45,9 5-20 52,3 70.3 2,82 1,27 28 18 11 33 184,3 325,2 S, Ch, (Q)+ 54,8 II 25-45 48,2 70,2 2,80 1,32 29 15 12 34 197,5 52,7 55-75 59.0 69.3 2,89 1,49 34 10 7 29 179,6 344,3 S, Ch, (Q)+ 47,3 80-90 8.6 52,6 2.91 1.63 16 5 3 6 79,6 S 43.8
J.
K
a
sz
u
b
k
ie
w
ic
z
i
in
n
i
G łębokość pobierania próbki Depth of sam pling W skaźnik W ilgotność po Gęstość w-łaściwa fazy stałej Specific gravity Gęstość objętościow-a Bulk density Zawartość frakcji [%] Content of fraction [%] Powierzchnia właściwa Specific surface Skład jakościow y Porowatość Nr profilu No of profile pęcznienia Swelling index spęcznieniu M oisture after sw elling 0,1- 0,02-0,006 0,006-0,002 С Ч 8 О V całość total frakcja fraction <0,002 mm m inerałów ilastych Q ualitative com position całkowita Total porosity [cm] [%] [%] [g/cm J3, U,U2 [m 2/g] of clay m inerals <0.002 mm [%] 2 - gleby wytworzone z gabra 2 - soils developed from gabbro
5-15 11,7 59,9 2,59 1,31 40 29 9 3 44,9 172,1 I, S, Ch, Q 49,4 III 25-35 3,8 57,4 2,68 1,58 40 25 5 6 33,6 153,0 I, S, Ch, Q 41,0 55-65 3,3 54,4 2,73 1,60 37 26 4 8 39,8 172,1 I, S, Ch, Q 41,4 0-15 50,4 67,6 2,59 1,37 27 5 15 32 171,9 325,2 S, I, К 47,1 15-25 59,5 68,7 2,64 1,28 25 12 10 32 200,7 51,5 IV 25-40 61,8 76,2 2,67 1,27 27 13 11 29 290.3 353,8
S, I, к
52,4 40-50 40,0 72,7 2,68 1,11 31 13 6 15 225,9 58,6 50-60 23,3 70,6 2,70 1,16 26 11 4 10 167,7 420,8 S,I, к
57,03 - 1 - gleba wytworzona z wapienia zmetamorfizow'anego 3 - 1 - soil developed from crystalline limestones (pre-cam brian)
0-10 19,7 62,3 2,68 1,31 37 21 11 13 72,2 51,7 10-15 11,0 62,7 2,68 1,33 35 21 13 12 70,1 172,1 I,
s, K, Q
50,3 V 15-20 13,2 71,9 2,66 1,38 35 21 14 11 79,3 48,2 25-30 19,8 58,1 2,73 1,45 26 22 7 33 102,7 46,9 40-50 20,9 60,1 2,75 1,43 14 12 6 47 103,5 210,4 I, K ,S ,Q 48,0P
ę
c
zn
ie
n
ie
gle
b
a
ich
fizyc
zn
e
w
ła
śc
iw
o
śc
i
Głębokość pobierania
Nr r d
No of r ..f
profile Sampl' ng [cm] W ilgotność W skaźnik po pęcznienia spęcznieniu f . . Sw elling Moisture l*z y s !!!.J ° Specific gravity G ęstość Gęstość właściwa objętościow a Zaw-artość frakcji [%] Content o f fraction [%]Pow ierzchnia właściwa Specific surface index
[%]
Moisture after swelling[%i
Bulk density 0,1-0,02
0,02 -0,006 całość total 0,006-0.002 <0.002 frakcja fraction <0,002 mm [g/cm [rn2/g] Skład jakościow y minerałów ilastych Qualitative com position of clay minerals <0,002 mm Porow-atość całkow ita Total porosity[%]
3 - 2 - gleba wytworzona z w apienia numulitow'ego 3 - 2 -so il developed from crystalline limestones (Tertiary)
0-20 30,5 70,2 2,73 1,21 38 16 7 18 195,7 344,3 S ,I, K + 55,5 V ia 20-30 32,3 66,4 2,75 1,30 37 14 4 20 189,3 344.3 S. I, К 52,7 0-25 39,8 71,2 2,81 1,29 27 12 10 33 193,1 325.2 S, I, К 53,9 VI b 25-50 40,0 66,2 2,78 1,27 22 12 17 39 222,8 306.0 S. K. Q 54,3
4 - gleby wytworzona z w'apieni kredowych 4 - soils developed from cretaceous limestones
5-15 12,3 61,3 2,62 1,34 13 10 10 15 59,6 229,5 I, S, K, 0 49,0 25-35 10,5 56,2 2,64 1,43 10 10 7 20 58,6 45,7 VII 45-55 6,3 65,2 2,69 1,58 14 7 9 20 55,8 248,6 S ,I, K .Q 41,2 65-75 5,8 52.3 2,69 1,57 15 9 10 21 49,4 41,7 75-85 4,9 55,9 2,71 1,49 17 13 14 24 54,1 153,0 S, I, K, Q 44.8 5-25 13,8 56,2 2,78 1,47 24 21 16 19 122,8 267,8 I, S, K, Q + 47,0 VIII 35-60 11,1 60,9 2,72 1,32 18 14 16 39 137,6 51,3 85-100 12,5 69,6 2,74 1,37 15 16 16 41 138,2 286,9 I, S, K, Q + 50,9 110-120 9,3 63,0 2,72 1,27 16 21 10 10 62,5 239,0 I,S , W + 53,2
Kj
О
J.
K
a
sz
u
b
k
ic
w
ic
z
i
in
n
i
Tabela 3
W arunki klim atyczne w miejscach lokalizacji badanych gleb C lim atic conditions at the soil profile location
Nr profilu No of profile Miejscowość stacji meteo. Meteorogical station Średnia rocznych sum opadów A verage of years perci pi tation [mm] Średnia roczna temperatura Average of year temperature ГС] Średnia w'ilg. pow’ietrza wzgl. rocz. A verage air humidity
[%]
W skaźnik wilg. klim. Index of clim ate
humidity W
Strefa wilgotnościow a klimatu Clim ate humidity zone
I Zgorzelec 659 8,0 81 1,35 hum idowy - humid
II Azaz 478 15,6 60 0,30 sem iaridow y - sem iarid
III Kłodzko 610 7.2 80 1,25 hum idowy - humid
IV Kassab 1461 15,0 67 1,20 hum idowy - humid
VI a, b Idleb 490 17,2 61 0,30 sem iaridow y - sem iarid
VII Opole 627 8,3 80 1,19 humidow-y - humid
VIII El-bab 292 17,5 59 0,16 a ridow -y-arid
* W = P /E p ( P -ro c z n a su m a o p a d ó w - s u m y e a rly p r e c ip ita tio n , E p - p o te n c ja ln e p a ro w a n ie r o c z n e - p o te n tia l y e a rly e v a p o ra tio n ); w e d lg Iw a n o w a - a c c o r d in g to Iv a n o v .
P
ę
c
zn
ie
n
ie
gle
b
a
ich
fizyc
zn
e
w
ła
śc
iw
o
śc
i
2 2
J. Kaszubkiewicz i inni
Gleby polskie pęczniały znacznie słabiej, a wskaźnik pęcznienia zmieniał
się w granicach od 3,3 do 20,9%. Wartość najniższą osiągał w przypadku gliny
średniej pylastej wytworzonej z gabra, natomiast wartość najwyższą w przy
padku gliny ciężkiej wytworzonej z wapieni krystalicznych (prekambryjskich).
Statystyczna ocena wskaźników pęcznienia gleb klimatu śródziemnom or
skiego i umiarkowanego wytworzonych z takich samych skał macierzystych
pozwoliła stwierdzić pewne istotne różnice. Gleby klimatu śródziemnom or
skiego wytworzone z bazaltu pęcznieją silniej w porównaniu ze swoimi odpo
w ie dnikam i powstałym i w klimacie umiarkowanym, z podobnej skały
macierzystej o zbliżonym uziarnieniu. Różnica wartości średnich wskaźnika
pęcznienia (vp) wynosi 38,5% i jest istotna na poziomie a < 0 ,001.Podobnie
kształtuje się pęcznienie gleb wytworzonych z gabra i wapieni krystalicznych.
Różnice wartości średnich wynoszą tu odpowiednio 46,7 oraz 18,7% i obie są
statystycznie istotne na poziomie a<0,001.
Różnica między wskaźnikami pęcznienia gleb wytworzonych z wapieni
kredowych nie była statystycznie istotna (rys. 1).
Oprócz różnic w wartościach wskaźnika pęcznienia, gleby z odmiennych
stref klimatycznych różniły się także pod względem szybkości zachodzenia
tego procesu. Do oceny szybkości pęcznienia użyto parametru Tso% określa
jącego czas, w którym próbka pęcznieje do 50% całkowitego spęcznienia.
Analiza wartości tego parametru wskazuje, że gleby klimatu umiarkowanego
wytworzone z bazaltu, gabra oraz wapieni krystalicznych pęcznieją wolniej niż
ich odpowiedniki ze strefy klimatu śródziemnomorskiego wytworzone z takich
samych skał macierzystych. Różnice te badane testem t-Studenta istotne są na
poziomie u<0,02.
Odwrotna sytuacja występuje w przypadku gleb wytworzonych z wapieni
kredowych. Szybciej pęcznieje gleba z klimatu umiarkowanego, a wartości
końcowe wskaźnika pęcznienia są zbliżone dla obu stref klimatycznych (rys.
2 a-h).
Wyraźny wpływ na wartość wskaźnika pęcznienia, oprócz rodzaju skały
macierzystej, wywierało uziarnienie, zwłaszcza zaś zawartość frakcji koloidal
nej. W przypadku gleb klimatu śródziemnomorskiego współczynnik korelacji
dla związku między zawartością iłu koloidalnego a wskaźnikiem pęcznienia
wynosił R=0,5055, natomiast po odrzuceniu danych dotyczących gleby w y
tworzonej z wapienia kredowego wzrósł do wartości R=0,8841. Analogiczny
współczynnik korelacji dla gleb klimatu umiarkowanego wynosił /?=0,4142, a
po odrzuceniu wyników dotyczących eleby wytworzonej z wapieni kredowych
wzrósł do /?=0,6002.
W spomniane zależności były statystycznie istotne na poziomie a<0,05.
Linie opisujące te zależności wraz ze wzorami empirycznymi, znalezionymi
metodą regresji liniowej, przedstawiono na rysunku 3. Wynika z niego, że
gleby klimatu śródziemnomorskiego pęcznieją bardziej od gleb klimatu umiar
kowanego, mimo zbliżonej zawartości iłu koloidalnego. Uwaga ta nie dotyczy
gleb wytworzonych z wapieni kredowych. Przyczyną takiego stanu rzeczy
Pęcznienie gleb a ich fizyczne właściwości
23
Gleby polskie
Fblish soils
Gleby syryjskie
Syrian soils
Rys. 1. W artości średnie w skaźników pęcznienia wraz z 95% przedziałami ufności Fig. 1. A verage sw elling index values with the 95% confidence intervals
może być odmienny skład jakościowy minerałów ilastych we frakcji koloidal
nej gleb z obu stref klimatycznych (tab. 2).
W glebie klimatu umiarkowanego wytworzonej ze skał bazaltowych d o m i
nującym minerałym ilastym jest illit, posiadający sztyw nąsieć krystaliczną. W
analogicznej glebie klimatu śródziemnomorskiego dominuje smektyt, którego
sieć łatwo rozszerza się pod wpływem wody. Podobnie kształtuje się sytuacja
w glebach wytworzonych z gabra i twardych wapieni krystalicznych. W
przypadku gleb wytworzonych z wapieni kredowych klimatu umiarkowanego
we frakcji koloidalnej dominuje illit bądź smektyt, a w glebie klimatu śródzie
mnomorskiego illit.
Różnica w składzie jakościowym minerałów ilastych frakcji koloidalnej
zna jduje swoje odzwierciedlenie również w powierzchni właściwej gleb.
Średnia powierzchnia właściwa frakcji <0,002 mm wynosiła dla gleb kli
matu umiarkowanego 189,5 m 2/g, a dla gleb klimatu śródziemnomorskiego aż
319,4 m 2/g. Różnica między tymi wartościami średnimi była istotna na pozio
mie a<0,001.
Wielkość całkowitej powierzchni właściwej gleby była także wyraźnie
związana ze wskaźnikiem pęcznienia, przy czym charakter tej zależności był
Nj
-к
Rys. 2а. Przebieg procesu pęcznienia dla poszczególnych poziom ów gleb polskich i syryjskich Fig. 2a. The course of sw elling process for each soil horizon of Polish and Syrian soils
J.
K
a
sz
u
b
k
ic
w
ic
z
i
in
n
i
Rys. 2b. Przebieg procesu pęcznienia dla poszczególnych poziom ów gleb polskich i syryjskich Fig. 2b. The course of swelling process for each soil horizon of Polish and Syrian soils
Kj
О»
P
ę
c
zn
ie
n
ie
gle
b
a
ich
fizyc
zne
w
ła
śc
iw
o
śc
i
bazalt
basalt
gabro
gabbro
wapieft kredowy
Cretaceous limeston
wapień krystaliczny
crystalline limestone
wszystkie gleby łączne; R=0,4803
all soils
gleby syryjskie ; R = 0,5055
Syrian soils
gleby polskie;
R=0,4K2
polish soils
gleby syryjskie bez wapieni
kredowych; R = 0,8840
syrian soils without Cretaceous
limestones
gleby polskie bez wapieni
kredowych; R = 0,6002
polish soils without Cretaceous
limestones
% frakcji < 0,002 mm
Rys. 3. Z a le ż n o ść p om iędzy zaw a rto śc ią iłu k o lo id aln eg o a w sk aźn ik iem pęczn ien ia Fig. 3. T h e d ep en d en ce betw een co llo id al clay co n ten t and sw e llin g index
Pęcznienie gleb a ich fizyczne właściwości
27
zbliżony do liniowego (rys. 4). Współczynnik korelacji przy łącznym uwzlęd-
nieniu wszystkich poziomów gleb obu stref klimatycznych wynosił /?=0,8864,
a związek ten był istotny na poziomie a < 1 0 ' ł l . Linie otrzymane przy oddziel
nym uwzględnienieniu samych gleb polskich lub gleb syryjskich mają bardzo
zbliżony przebieg, co pozwala wnioskować o podobnym charakterze tej zależ
ności w obu strefach klimatycznych.
Procesowi pęcznienia towarzyszy, co oczywiste, wnikanie wody do wnętrza
gleby. Autorzy badali związki między końcową wilgotnością a wielkością
wskaźnika pęcznienia (rys. 5). Współczynnik korelacji tej zależności wyniósł
R=0,7188 w przypadku łącznego rozpatrywania gleb z obu stref klimatycz
nych.
Interesujące okazują się wyniki obliczenia przeciętnego stopnia spęcznienia
danej gleby przypadającego na 1% wilgotności objętościowej. Jeśli pominąć
gleby wytworzone z wapieni kredowych, to średnia wartość tego parametru
wynosi w przypadku gleb klimatu umiarkowanego 0,22, natomiast dla gleb
klimatu śródziemnomorskiego 0,60. Parametry te różnią się w sposób statysty
cznie istotny na poziomie «<0,001. W omawianych glebach klimatu umiarko
wanego przesiąkająca woda w większości wypełnia istniejące już uprzednio
pory glebowe, a tylko nieznaczna jej część wnika w przestrzenie międzypakie-
towe, powodując efekt pęcznienia.
P O D S U M O W A N IE
Przeprowadzone badania wskaźnika pęcznienia gleb średnich i ciężkich
w ytworzonych z różnych skał macierzystych w dwóch różnych strefach kli
matycznych pozwalają na sformułowanie pewnych uwag, dotyczących w p ły
wu klimatu i skały macierzystej gleb na niektóre właściwości fizyczne, a także
na opisanie związków pomiędzy samymi właściwościami fizycznymi tych gleb.
Zauważone różnice pomiędzy glebami klimatu śródziemnomorskiego i
um iarkowanego są następujące:
1) wyższy wskaźnik pęcznienia gleb klimatu śródziemnomorskiego w
odniesieniu do gleb klimatu umiarkowanego wytworzonych z podobnej skały
macierzystej,
2) większa szybkość procesu pęcznienia gleb klimatu śródziem nom or
skiego w początkowej fazie,
3) większy stopień spęcznienia przypadający na jednostkę objętości w chło
niętej w trakcie procesu wody w glebach syryjskich,
4) wyraźniejsza zależność między wskaźnikiem pęcznienia a zawartością
iłu koloidalnego w przypadku gleb syryjskich.
W glebach obu stref klimatycznych wielkość wskaźnika pęcznienia zale
żała od rodzaju skały macierzystej. W klimacie śródziemnomorskim najw y
ższe wskaźniki pęcznienia stwierdzono w przypadku gleb wytworzonych z
bazaltu i gabra. W klimacie umiarkowanym najsilniej pęczniały zwietrzeliny
powstałe z krystalicznych wapieni prekambryjskich.
R = 0,8864
bazalt
basalt
gabro
gabbro
wapień kredowy
Cretaceous limestone
wapień krystaliczny
crystalline limestone
gleby syryjskie
Syrian soils
gleby polskie
polish soils
gleby syryjskie i polskie łącznie
syrian and polish soils together
R ys. 4. Z ależn o ść p o m ięd zy c a łk o w itą po w ierzch n ią w ła śc iw ą a w sk a ź n ik ie m p ęczn ien ia Fig. 4. T he dep en d en ce b e tw ee n the total su rface and sw e llin g index
R y s. 5. Z ależn o ść po m ięd zy w ilg o tn o śc ią po sp ę c z n ie n iu a w sk a ź n ik ie m p ę cz n ie n ia Fig. 5. T h e d e p en d en ce betw een the m o istu re a fte r sw e llin g and sw e llin g index
bazalt
basalt
gxbro
gabbro
wapień kredowy
Cretaceous limestone
wapień krystaliczny
crystalline iimestone
polski
syryjski
polish
Syrian
о
•
gleby syryjskie R = -0,7697
Syrian soils
gleby polskie
R = -0,4269
polish soils
łącznie gleby syryjskie i polskie
R=
polish and Syrian soils together
Эр % obj.
0.7188
Nj
O
P
ęc
zn
ie
n
ie
gle
b
a
ich
fi
zyczne
w
ła
śc
iw
o
śc
i
30
J. Kaszubkiewicz i inni
Pierwotną przyczyną wszystkich omówionych różnic właściwości fizycz
nych jest — wobec wybrania utworów wykształconych z tych samych skał
macierzystych — klimat. Różnie kształtuje on warunki wietrzenia i w rezulta
cie frakcja koloidalna gleb zawiera inne minerały ilaste, co z kolei znajduje
swoje odzwierciedlenie w odmiennym układzie właściwości fizycznych.
Spośród zaobserwowanych zależności między niektórymi właściwościami
fizycznymi badanych gleb a wartościami pęcznienia na uwagę zasługują:
1) ścisły związek między wartością wskaźnika pęcznienia a całkowitą
powierzchnią właściwą danego utworu,
2) wyraźny dodatni wpływ zawartości minerałów ilastych z grupy smektytu
na wielkość wskaźnika pęcznienia,
3) praktycznie liniowy związek między procentową zawartością iłu koloi
dalnego a wskaźnikiem pęcznienia.
L IT ER A TU R A
[1] C h o m ie / K., 1977: M a te ria ły do p o z n a n ia a g ro k lim a tu P o lsk i. P A N , K o m ite t M e lio ra c ji, W a rs z a w a .
[2] Dobrzański B., Zawadzki S . [redakcja pracy zb io ro w ej], 1981: G leb o zn aw stw o . P W R iL , W arsz a w a . [3] G o ria ezew a D .S., 1968: К w o p ro su o n a b u c h a n ii m o n o m in e ra ln y c h g lin z ra z lic z n o j tie k s tu ro j.
W S I L G I N G I E O , N o 7, M o s k w a .
[4] G rabow ska-O lszew ska B., S ie rg ie jó w М ., 1977: G ru n to zn aw stw o . W y d . G e o lo g iczn e, W arsz a w a .
[5]
K ulilek
М ., 1973: W o d a w g le b a c h p ę c z n ie ją c y c h i k u rc z ą c y c h się. P ro b l. A g ro fiz . z. 10: 2 6 -3 2 .[6] C lim a to lo g ic a l d a te , 1990: M e te o ro lo g ic a l D e p a rtm e n t. D a m a s c u s, S y ria .
[7]
M u i r A.,
1951: N o te s o n th e s o ils o f S y ria .J.
Soil S ei. V ol. 2, N o . 5.[8] N a lia l I., S iu ta J . , 1 9 6 7 : P r z y r o d n i c z e i r o l n ic z e w ł a ś c i w o ś c i g le b S y r i i . P o s t. N a u k R o i. N r 3 / 1 0 5 : 1 4 1 - 1 5 7 .
[9] P ap ad ak is K., 1966: C lim a te o f th e w o rld a n d th e ir a g ric u ltu ra l p o te n tia lic s . B u e n o s A ire s. [10] S zerszeń L., 1974: W p ły w c z y n n ik ó w b io k lim a ly c z n y c h na p ro c e s y z a c h o d z ą c e w g le b a c h
S u d e tó w i S p its b e rg e n u . R o c z . G le b o z n . T . 2 5 , z. 2: 5 3 -9 9 .
[11] S zerszeń L ., C h o d a k T ., 1985: S k ła d m in e ra łó w ila sty c h g le b w a p n io w c o w y c h w y tw o rz o n y c h w ró ż n y c h w a ru n k a c h k lim a ty c z n y c h . R o c z. G le b o z . T . 3 6 , z. 2: 1 5 7 -1 6 4 .
J. K a s z u b k ie w ic z , Y o u s c ff K h d ri, L. S z e rsz e ń
R E L A T I O N S H I P S B E T W E E N S W E L L I N G A N D S O M E P H Y S I C A L P R O P E R T I E S
O F S O I L S D E V E L O P E D F R O M S I M I L A R P A R E N T R O C K S IN T W O D I F F E R E N T
C L I M A T I C Z O N E S
In stitu te o f S o il S c ie n c e an d A g ric u ltu ra l E n v iro n m e n t P ro te c tio n A g ric u ltu ra l U n iv e rsity o f W ro c la w
S U M M A R Y
I n t h i s p a p e r t h e r e l a t i o n s b e t w e e n s w e l l i n g p r o c e s s a n d s o m e p h y s i c a l p r o p e r t i e s o f s o i l s d e v e l o p e d f r o m s i m i l a r p a r e n t r o c k s in th e t w o d i f f e r e n t c l i m a t i c z o n e s w e r e s t u d i e d . T h e p a r a m e t e r s i n f l u e n c i n g o n th e s w e l l i n g i n d e x w e r e : c l a y c o n t e n t , s p e c i f i c s u r f a c e a n d p a r e n t r o c k . It w a s n o t e d t h a t th e c o u r s e o f s w e l l i n g p r o c e s s in th e s o i l s o f d i f f e r e n t c l i m a t i c
Pęcznienie gleb a ich fizyczne właściwości
31
z o n e s is als o d ifferen t. Soils f r o m Syria are sw e ll in g m ore and q u ic k e r th a n th o s e f r o m
P o la n d . S t r o n g d e p e n d e n c e s b e t w e e n tested factors and sw e ll in g in dex are a ls o d e s c r ib e d .
D r Jarosław K aszubkiew icz Praca wpłynęła do redakcji w kwietniu 1992 r.
Instytut G leboznaw stw a i Ochrony Środow iska Rolniczego Akadm ia R olnicza we Wrocławiu
