Określanie wodoodporności różnych frakcji agregatów glebowych

RYSZAR D W ALCZAK , B A R B A R A W ITK O W SK A

OKREŚLANIE W ODOODPORNOSCI RÓŻNYCH FR A K C JI AGREGATÓW GLEBOW YCH!

Z akład A grofizyk i P olsk iej A k ad em ii N auk w L u b lin ie K ierow n ik — prof. dr B. D obrzański

Wo-dotrwałością lub w odoodpornością gruzełków glebow ych n azyw am y

ich zdolność do zachow ania form y i budow y w wodzie. Odporność

agregatów na d estru k c y jn e działanie w ody zależy od w łaściw ości fizyko­ chem icznych klejących substancji gleby.

Istn ieją pośrednie i bezpośrednie m etody oznaczania w odoodporności agregatów glebow ych.

Do m etod pośrednich zaliczyć m ożna m etody: W iliam sa (1935), gdzie 0 trw ałości gruzełków sądzim y na podstaw ie szybkości p rzepływ u wody przez próbkę gleby, i W ileńskiego (1945), k tó ry oznacza w odoodporność przez porów nanie ilości kropel wody padających z określonej wysokości 1 pow odujących rozpad badanego agregatu.

M etody polegające na naw ilżan iu gruzełków s tru k tu ra ln y c h opracow ali A ndrianow i M iczyński [3]. M iczyński badał w odotrw ałość agregatów glebow ych w y branej frak cji o średnicy 3-2 m m m etodam i: w odno-aceto- now ą i w odno-alkoholow ą. B adanie w łaśnie tej frak cji m o ty w u je tym , że ,,... posługiw anie się frak cjam i o w iększej rozpiętości w ym iaró w pro­ w adzi do niedokładności w yników pom iarow ych, nato m iast m niejsze agregaty są bardzo niew ygodne w m anipulacji...” . Co do w ym ienionych pow odów nasuw a się w iele w ątpliw ości, tym bardziej, że frak cja ta nie stanow i większości w w ielu typach gleb. np. w czarnoziem ie.

M etody pośrednie, przedstaw ione w yżej, nie d a ją m ożliwości stw ier­ dzenia, n a jakie ag regaty rozpada się gleba podczas destrukcyjnego dzia­ łania wody.

Inform ację tę m ożem y uzyskać stosując tzw. m etody bezpośrednie, do który ch należy przesiew anie gleby n a mokro. Do m etod sitow ych

należą m etody opracow ane przez T iulina (1927, 1928), Paw łow a (1930) i Saw inow a (1931) [1, 4]. By uspraw nić i przyśpieszyć przebieg badań, stosując powyższe m etody skonstruow ano w iele przyrządów , m. in. ap a ra t Pigulew skiego, M eyera i R ennenkam pf a, W ierszynina, Bakszejew a, H edri- cha i S ekery [1].

W skaźnikiem wodoodporności w m etodach sitow ych jest różnica za­ w artości agregatów różnych frak cji przed i po p rzesianiu w wodzie.

M etody sitow e w y kazują jed n ak pow ażne wady, a m ianow icie: — przy kom pleksow ym badan iu próbki gleby niektóre frakcje re p re ­ zentow ane są przez znikom e ilości, co jest szczególnie istotne dla frakcji 0 dużych średnicach, np. 10-7 mm, gdzie kilka, a czasem n aw et jeden agregat tru d n o uznać za przedstaw iciela ch arakteryzującego frakcję;

— analizując w yniki otrzym ane m etodam i sitow ym i obserw ujem y przy ro st ilości agregatów o m ałych średnicach, nie p o trafim y określić, rozm ycie jakich frak cji spowodow ało ten przy rost i czy agregaty o m a­ łych średnicach są wodoodporne.

Celem niniejszej pracy było określenie takiego analitycznego postępo­ w ania, k tó re w yelim inow ałoby w ym ienione wady. Postanow iono badać każdą frak cję oddzielnie. Postępow anie sw oje autorzy oparli na spostrze­ żeniu, że w m etodach sitow ych po n iedługim czasie każda z frak cji jeszcze przed destru k cy jn y m działaniem wody zn ajd u je się na w łaściw ym sicie. W oda działa więc n a ro zfrakcjonow aną glebę.

Selektyw ne badanie poszczególnych frak cji pozw ala n a:

— określenie trw ałości poszczególnych frak cji agregatów glebow ych 1 w yznaczenie procentow ego udziału agregatów o różnych w ym iarach, będących produk tem rozpadu gruzełków o w iększych średnicach;

— o trzym anie dokładnych w yników przeciętnych, dzięki stosow aniu w iększej ilości gleby do analiz.

M ETO DYKA I W Y NIK I B A D A Ń

P róbkę pow ietrznie suchej gleby o ciężarze 1 kg przesiew ano przez zestaw sit o średnicy oczek 10, 7, 5, 3, 1, 0,5, 0,25 mm. N astępnie odw a­ żano po 25 g agregatów z każdej frakcji. Przygotow aną naw ażkę przesie­ w ano n a m okro w aparacie B akszejew a przez 12 m in u t (użyto tego apa­ ratu , gdyż jest najbardziej rozpow szechniony i dostępny). Po przesianiu pozostałe n a sitach agregaty spłukiw ano na sączki i suszono 6 godzin w 105°C. N astępnie pozostaw iano w w arun k ach pokojow ych przez 10-12 godzin, by pow róciły do stanu pow ietrznie suchego. Po czym w yznaczano ich masę.

W w yniku tak przeprow adzonych analiz otrzym ano dane dotyczące: — wodoodporności agregatów w yjściow ych;

— ilościowego rozkładu agregatów o różnych wielkościach, pow sta­ łych w w y nik u rozpadu kon k retn ej w yjściow ej frak cji pod w pływ em destruk cyjn ego działania wody.

Obiektem badań były próbki rep rezen tu jące cztery typ y gleb: — rędzinę właściwą,

— glebę b ru n atn ą, — czarnoziem ,

— glebę bielicow ą w ytw orzoną z lessu.

Przedstaw ione na ry su n k u proponow aną m etodą w yniki bad ań dają możliwość analizy w odoodporności k o n k retn y ch frak cji agregatów s tru k ­ tu ra ln y ch dla każdej gleby oddzielnie oraz pozw alają na porów nanie tej cechy dla różnych typów gleb (rys. 1).

P orów nując wodoodporność agregatów s tru k tu ra ln y c h dla różnych ty ­ pów gleb m ożna stw ierdzić, że n ajb ardziej trw ałą s tru k tu rę w y kazuje rędzina i gleba bru n atn a, n ato m iast agregaty gleby bielicow ej w y tw o­ rzonej z lessu i czarnoziem u są n ietrw ałe.

W rędzinie najb ardziej odporne n a działanie w ody są agregaty frak cji 5-3 m m (71% trw ałych gruzełków), 0,5-0,25 m m (48%), 1,0-0,5 m m (46%) i 7-5 m m (42%). F rak cją n ajm n iej odporną była nato m iast fra k c ja 10-7 m m (30%). G łów nym p roduktem rozpadu agregatów rędziny są gruzełki o śred ­ nicy m niejszej niż 0,25 mm, np. dla gruzełków frak cji 0,5-0.25 m m — 52%, 1-0,5 m m — 42% oraz 10-7, 7-5 i 3-1 m m — 30%. N ajm niejszy nato m iast udział w p ro d uktach rozpadu m iały gruzełki w ielkości 0.5-0,25 mm, np. dla frak cji 3-1 m m — 10%, 1-0,5 m m — 8%, 10-7 i 5-3 m m — 2%.

Glebą n ajm n iej odporną na d estru k cy jn e działanie wody była bielica w ytw orzona z lessu, np. agregaty frak cji 0,5-0,25 i 1-0,5 m m — tylko 6% trw ały ch gruzełków , 7-5 m m — 0% trw ały ch gruzełków . G łów nym p ro­ duktem rozpadu agregatów bielicy b yły przede w szystkim gruzełki o śred ­ nicy m niejszej od 0,25 m m ; stanow iły one np. w p rzy pad ku rozpadu frak cji 0,5-0,25 m m — 94%, 1,0-0,5 m m i 3-1 m m — 84% w szystkich p ro d uktó w rozm ycia.

Dla w ym ienionych typów gleb w ykonano analizy opisaną m etodą w czterdziestokrotnych pow tórzeniach. W zględne odchylenie standardow e ustalono w edług w zoru:

1 2

p T O dL lJztÿ T O Z p d O M ,-7П7П

D

û

i

U d ział p roduktów rozpadu p oszczególn ych frak cji agregatów pod w p ły w e m destru k cyjn ego d ziałan ia w od y dla różnych ty p ó w gleb, w procentach

A — r ę d z in a w ła ś c iw a , В — g le b a b r u n a tn a , С — c z a r n o z ie m , D — g le b a b ie lic o w a w y tw o r z o n a z l e s s u ; w y m ia r y a g r e g a tó w b a d a n e j fr a k c ji w m m : 1 — 10-7, 2 — 7-5, 3 — 5-3, 4 — 3-1.

5 — 10,5, 6 — 0,5-0,25, 7 — p o n iż e j 0,25

S h are of d isin tegration products of particu lar fraction s of so il aggregates form ed under in flu en ce of d estru ctive action of w a te r for p articu lar soil typ es, in %

A — p r o p e r r e n d z in a so il, В — b r o w n s o il, С — c h e r n o z e m , D — p o d s o lic s o il d e v e lo p e d fr o m lo e s s ; s iz e o f a g g r e g a t e s o f t h e f r a c tio n in v e s tig a te d in m m : 1 — 10-7, 2 — 7-5.5, 3 — 5-3, 4 — 3-1,

Jako przykład podano dokładne w y n iki obliczone dla rędziny (tab. 1 i 2).

W zględne odchylenie stand ard o w e obliczono dla frak cji w yjściow ych, tzn. dla agregatów , któ re nie uległy rozpadow i, oraz dla p rod uk tów roz­ padu każdej frakcji.

J a k w y n ik a z pom iarów (tab. 1), średnie w zględne odchylenie sta n d a r­ dow e w ynosi m niej niż 30% dla w szystkich frak cji z w y jątkiem

T a b e l a 1 Względne o d c h y le n ie standardowe / cT / w p ro cen ta ch

R e la t iv e stan dard d e v ia tio n / £ / i n p er cen t ^XW ym iary produktów r o zp a - du w mm S iz e o f th e Wjmiary \ d i s i n t e g r a t i o n ье т \ prÄ t S f r a k c j i w mm S iz e o f th e X . f r a c t io n in v e s t ig a t e d \ i n mm 1 0 -7 lA1 C^-ГЛ₁ in гН i rA i lA О 1 гН lA CM о A О lA CM О li 1 0-7 6 ,5 2 0 ,8 . 1 6 ,6 7 ,9 2 7 ,1 4 5 ,8 2 4 ,5 " 7 -5 - 6 ,6 1 2 ,5 1 5 ,7 2 2 ,0 6 5 ,7 2 5 ,4 5 -5 - - 1 1 ,5 2 6 ,7 2 0 ,1 . 6 4 ,7 5 6 ,7 5 -1 - - - 1 1 ,1 5 9 ,0 6 8 ,0 5 6 ,5 1 - 0 ,5 - - - - 1 2 ,1 ^ 9 ,5 2 2 ,9 0 , 5 - 0 ,2 5 - - - - - 1 6 ,7 2 7 ,9 ś r e d n ie $ Mean 6 ,5 1 5 ,7 1 5 ,5 1 j 1 4 ,8 2 4 ,1 5 1 ,4 2 8 ,7 T a b e l a 2 W spółczynnik n ie r e g u la r n o ś c i /Wn/ I r r e g u la r it y c o e f f i c i e n t W y m ia r y p r o d u k t óv; r o z p a d u X. w mm W y m ia r y \ S i z e o f t h e b a d a n e j ^ ^ d i s i n t e g r a t i o n f r a k c j i w mm p r o d u c t s S i z e o f t h e i a ^ f r a c t i o n i n v e s t i g a t e d i n mm X. 1 0 -7 lA1 O- IA rH 1 (A lA О 1 r-i LA CM О 1 LA О lA CM О Л 10-7 1 ,5 9 1 ,9 5 1 ,8 5 1 ,5 0 2 ,1 4 5 ,6 7 4 ,2 0 7 -5 - 1 ,2 6 1 ,4 4 1 ,4 2 2 ,1 0 1 1 ,5 5 2 ,4 4 5-5 - - 1 ,4 0 2 ,8 4 1 ,6 5 9 ,2 5 5 ,2 5 5 -1 - - - 1 ,5 7 2 ,9 2 7 ,4 5 2 ,2 9 1 - 0 ,5 - - - - 1 ,5 0 4 ,6 7 2 ,9 6 0 ,5 - 0 ,2 5 - - - - - 1 ,7 5 2 ,7 5 ô red n ie WQ Mean 1 ,5 9 1 ,5 9 1 ,5 6 1 ,7 1 2 ,0 6 6 ,5 5 2 ,9 8

0,5-0,25 mm. W zględne odchylenie standardow e dla w ym ienionej frak cji w ynosi 51,4%, co spow odow ane jest znikom ą ilością agregatów tej w iel­ kości jako p ro d u k tu rozpadu (średnio 0,66 g). W p rzy p ad k u tak m ałych ilości gleby bezw zględne odchylenie rzęd u np. 0,3 g pow oduje błąd w zględny wielkości 50%. Ten szczególny p rzypadek dużego średniego w zględnego odchylenia standardow ego m ożna w ytłum aczyć na przykładzie rozpadu frak cji agregatów 10-7 mm. W idać tu, że w zględne odchylenie standardow e dla frak cji 0,5-0.25 mm, będącej prod uk tem rozpadu frak cji 10-7 mm, w ynosi 43,8%, co sugerow ać może niedokładność inform acji. Należy jed n ak zwrócić uw agę n a fakt, że w ynik ten otrzym ano w odnie­ sieniu do średniej m asy frak cji 0,5-0,25 m m jako p ro d u k tu rozpadu, tzn. 0.66 g. P ro du ktem rozpadu frak cji 10-7 m m są agregaty 0,5-0,25 mm, stanow iące średnio 2% (rys. 1), a zatem błąd w ynoszący n a w e t 50% zm ie­ nia tę w artość o 1%, co w stosunku do ilości, jaka rep re z en tu je w ym ie­ nioną frakcję, jest inform acją zadow alającą. Stąd średnie w zględne od­ chylenie standardow e w om aw ianym p rzy pad ku rów ne 43,8% nie jest rep re z en ta ty w n e dla m etody. Podobną sytu ację obserw ow ano dla p ro d u k ­ tów rozpadu w ystępujący ch w znikom ych ilościach dla różnych typów gleb, np. dla frakcji 3-1 m m pow stałej w w yniku rozm ycia agregatów gleby bielicowej frakcji 10-7, 7-5 i 5-3 mm.

Zw iększenie ilości gleby badanych frak cji w stosunku do innych m e­ tod jest przyczyną, że p ro d u k ty rozpadu reprezentow ane są przez w iększe ilości, pow odujące zm niejszenie błędów.

M i c z y ń s k i [3] podaje, że średnie w zględne odchylenie sta n d a r­ dowe dla opracow anej przez niego m etody, określającej w odotrw ałość tylko jednej w ybranej frak cji agregatów 3-2 mm, w ynosi 6%. Dokładność m etody przedstaw ionej w niniejszej pracy dla frak cji np. 10-7 m m w r ę ­ dzinie jest zbliżona do w ym ienionej w artości (6,5%).

W ykonując proste przeliczenie m ożna z w yników otrzym anych opisaną m etodą uzyskać dane sum aryczne, dlatego też istnieje możliwość porów ­ nania ich z w artościam i otrzym anym i m etodą B akszejew a. A utorzy w y ­ konali rów nież serię pom iarów m etodą Bakszejew a. W yliczone w zględne odchylenie standardow e dla większości frakcji było zaw arte w granicach 20-50% (maks. 71%).

Dla rędziny wyliczono także w spółczynnik n ieregularności (tab. 2). W artości w spółczynnika n ieregularności dla w szystkich frak cji były m niejsze od 2, oprócz frak cji 0,5-0,25 m m oraz m niejszej od 0,25 mm. W zrost wielkości w spółczynnika n ieregularności dla tych dwóch frak cji spow odow any był tą sam ą przyczyną, co w p rzypadku w zględnego odchy­ lenia standardow ego.

Na podstaw ie przeprow adzonych badań m ożna stw ierdzić, że opisana m etoda:

— określa w odoodporność poszczególnych frak cji agregatów glebo­ w ych ze znajom ością produktów destrukcyjnego działania w ody;

— m a szczególne zastosow anie w badaniach efektów działania su b ­ stancji stru ktu rotw ó rczych, m ikroorganizm ów i zabiegów agrotechnicz­ nych, tzn. wszędzie tam , gdzie konieczne są do opracow ań szczegółowe i dokładne dane;

— m a przew agę nad rozpow szechnioną m etodą M iczyńskiego, gdyż określa trw ałość w szystkich agregatów tw orzących s tru k tu rę gleby;

— dostarcza szczegółowych i dokładnych danych, z których po p ro ­ stym przeliczeniu m ożna otrzym ać dane sum aryczne, um ożliw iające po­ rów nanie z w ynikam i uzyskiw anym i m etodam i sitow ym i, np. Baksze- jew a;

— jest dokładniejsza od stosow anych m etod sitow ych. Ś rednie w zględ­ ne odchylenie standardow e dla opisanej m etody w ynosi 21,8%, natom iast dla m etody np. B akszejew a — 31,3%.

LITER A TU R A

[1] С z u d n o w s к i A. F. i inni: P o d sta w y agrofizyki. PW RiL, W arszaw a 1967. [2] D o b r z a ń s k i B.: G leby i ich w artość użytkow a. PW RiL, W arszaw a 1966. [3] M i с z у ń s к i J. : P roste m etody ok reślan ia w od otrw ałości agregatów g leb o ­

w ych . A nn. UM CS Ser. E, 12, 1959, 151-172.

[4] R e w u t I. B., R o d e A. A. i in n i: M ietod iczesk oje ru k ow od stw o po izu - czen iju p oczw ien n oj struktury. Isd a tielstw o „K olos'’, L eningrad 1969.

[5] W est-E uropean m ethods for soil structure d eterm ination. The State F acu lty of A gricu ltu ral Sciences, G hent, B elgiu m 1968.

P . В А Л Ь Ч А К , Б . В И Т К О В С К А О ПРЕДЕЛЕН ИЕ ВОДО ПРО Ч Н О СТИ Р А З Л И Ч Н Ы Х Ф Р А К Ц И Й П О Ч ВЕН Н Ы Х А ГРЕГАТОВ О тделение агр оф и зи к и П ольской А кадем ии Н аук, Лю блин Р е з ю м е П редставля ется аналитический метод оп ределен и я водопрочности почв енны х агрегатов. В отличие от до си х пор прим ен яем ы х методов, зд есь к а ж д а я ф р ак ц и я п очвенны х агрегатов и сследовалась отдельно. Такой способ дает возм ож н ость получать детальн ы е и н ф орм ации а р асп аде дан н ы х ф ракций, под влиянием воды и о качестве и количестве продуктов распада. Д етальны е и н ф орм ации посл е соответственны х пересчетов способствую т получени ю ком п лек сн ы х р е­ зультатов дл я испы туемого образца почвы. И сследов ан и я бы ли проведены на 4 ти п ах почв: типичной р ен дзи н е, бурой почве, чернозем е и подзоли стой почве сф орм ированн ой из лесса. У становлено, что н аибол ее устойчивой к разр уш аю щ ем у действию воды структурой отли­

чается типичная р ендзи на, но агрегаты подзоли стой почвы образованной из лесса непрочны . Для вы числения относительного стандартного отклонения и к о эф ф и ц и ен та н ерегулярности (нестабильности) изм ерен ия бы ли вы полнены в 40 повторно­ стях. У становлено, что описанны й м етод отличается больш ой точностью , чем прим еняем ы е до сих пор методы, так как ср едн ее относительное стандартное отклонение составляет при нем 21,8%, а к оэф ф и ц и ен т н ерегулярности в ср ед ­ нем не превы ш ает 2. А налитич еский метод оп р едел ен и я водопрочности п о ч в ен ­ ны х агрегатов имеет особое прим ен ение в и ссл едов ан и ях э ф ф е к т а воздействия стр ук тур ообр азую щ и х вещ еств, микроорганизмов и р азн ообр азн ы х агр отехн и ­ ч еск и х мероприятий. R. W A L C Z A K . В. W IT K O W SK A

W ATER R ESISTANC E D ETERM INA TIO N FOR D IFFER EN T FRA C TIO N S OF SOIL AGG R EGA TES

D ep artm en t of A grop h vsics in L ublin P olish A cad em y of S cien ces

S u m m a r y

A n a n a ly tica l m ethod of d eterm in in g w ater resistan ce of soil aggregates is p resented. D ifferen tly as in the m ethods applied hitherto, every fraction of so il aggregates w a s in v estig a ted separately. Such procedure rendered p ossib le to get a detailed in form ation concerning disin tegration of p articular fraction s under w a ter effect as w e ll as q u ality and qu an tity of d isin tegration products. T he d etailed inform ation s g iv e after su itab le calcu lation co m p lex resu lts for th e so il sa m p le in vestigated .

The in v estig a tio n s w ere carried out on 4 soil types: proper rendzina soil, brow n soil, chernozem and podzolic soil d evelop ed from loess. It has been found th at w ith the h ig h est resistan ce again st d estru ctive w ater action d istin gu ish es itse lf proper rendzina soil, w h ile th e aggregates of podzolic soil d evelop ed from loess are u n s­ table.

To ca lcu la te r ela tiv e standard d eviation and irregularity co efficien t, th e m ea ­ su rem en ts w ere carried out in fo rty -fo ld rep lication s. It has b een found th at the m ethod d escribed in the w ork is m ore ex a ct than those applied hitherto, as m ean rela tiv e standard d eviation s am ount h ere to 21.8%, w h ile the irregularity co efficien t v a lu e does not ex ceed 2. T he a n a ly tica l m ethod of w a ter resistan ce d eterm in ation of soil aggregates is of p articular use in the in v estig a tio n s on effect of stru ctu re- -fo rm in g su bstances, m icroorganism us and various cu ltivation s.

M g r R y s z a r d . W a l c z a k Z a k ł a c l A g r o f i z y k i P A X

L u b l i n , u l. K r a k o w s k i e P r z e d m i e ś c i e 39

W p ł y n ę ł o d o P T G w s i e r p n i u 197? r.