ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE TOM LI NR 3/4 WARSZAWA 2000:77-83
TERESA KOZANECKA*, ZBIGNIEW ZAGÓRSKI*, HEINRICH W. SCHERER**
ZAWARTOŚĆ AZOTU SILNIE ZWIĄZANEGO
W RĘDZINACH
*Katedra Nauk o Środowisku Glebowym, Zakład Gleboznawstwa w W arszawie, **Instytut Chemii Rolnej w Bonn
WSTĘP
A zot silnie zw iązany stanow i jed n ą z form azotu am onow ego w glebie. Na jeg o zaw artość w pływ a wiele czynników m iędzy innymi: uziarnienie gleby i skład m ineralny, zaw artość jo nu am onow ego w glebie, nawożenie, stosunki wodne, tem peratura i inne [Kowalenko, Cam eron 1976; K ow alenko, Yu 1996; K ozane cka, Scherer 1996; Shen i in. 1997; Chen i in. 1989]. Bardzo w ażnym czynnikiem je st skład granulom etryczny gleby, ale przede w szystkim dużą rolę w w iązaniu azotu odgryw a skład m ineralny frakcji ilastej. Niektórzy autorzy stw ierdzili duże zdolności do w iązania tej form y azotu przez w erm ikulit [K eerthisinghe i in. 1984; Jum a, Paul 1983; Doran, Evans 1983]. Rędziny w śród polskich gleb w yróżniają się zróżnicow anym składem m ineralnym frakcji ilastej. W ynika to przede w szy stkim z różnej genezy skał w ęglanowych, z których pow stają rędziny [Dobrzański i in. 1987; K onecka-B etley 1976; Kuźnicki 1964; Zagórski 1999].
W sezonie w egetacyjnym jon am onow y silnie związany m oże przechodzić w form ę w ym ienną, dostępną dla roślin [Scherer 1987]. Stąd też bardzo ważne są badania zaw artości jonów am onow ych niew ym iennych w różnych glebach.
C elem niniejszej pracy było ustalenie, jak w pływ a skład m ineralny frakcji ilastej na rozm ieszczenie i zaw artość azotu am onow ego niew ym iennego (azot silnie zw iązany) w profilach rędzin w ytw orzonych z różnych wiekow o skał w ęglanowych.
MATERIAŁ I METODY
Badania przeprow adzono na terenie Polski południow ej, w regionach w ystę pow ania rędzin: Góry Św iętokrzyskie, W yżyna M iechowska, N iecka N idziańska oraz Pieniny (rys. 1). Przedm iotem badań były następujące rędziny: 1 - rędzina brunatna w ytw orzona z dew ońskiego w apienia skalistego (profil 1, K o w a la - Góry Św iętokrzyskie), 2 - rędzina brunatna w ytw orzona z jurajskich wapieni krynoi- dow ych (profil 2, Jaworki - P ie n in y ),'3 - rędzina w łaściw a w ytw orzona z
78 T. Kozanecka, Z. Zagórski, H. W. Scherer
A> Lokalizacja profili gleb ow ych - Location o f so il p r o f ile s ^
R Y S U N E K ‘1. Lokalizacja profili glebow ych FIGURE 1. Location o f soil profiles
ju rajskich w apieni płytow ych (profil 3, M oraw ica - N iecka N idziańska), 4 - rędzina w łaściw a w ytw orzona z kredowej opoki m arglistej (profil 4, Łączyn - N iecka N idziańska), 5 - rędzina czam oziem na w ytw orzona z kredowej opoki m arglistej (profil 5, W odzisław - W yżyna M iechow ska ), 6 - rędzina w łaściw a w ytw orzona z m argli, górnej kredy (profil 6, Kije - N iecka N idziańska),
Próby glebow e pobierano z poszczególnych poziom ów genetycznych, w któ rych oznaczono:
- uziamienie - metodą Casagrandea w modyfikacji Prószyńskiego używając jako dyspergatora calgonu;
- skład mineralny frakcji ilastej (0,002 mm) - metodą dyfraktometrii rentgeno wskiej;
- zawartość azotu ogółem - metodą Kjeldahla;
- zawartość NH4+ silnie związanego (niewymienny) - metodą Silva i Bremne- ra, [1966].
OMÓWIENIE WYNIKÓW
B adane gleby charakteryzow ały się na ogół ciężkim składem granulom etrycz- nym . W w iększości profili w ystępow ała znaczna zaw artość frakcji koloidalnej, tj. od 11 do 40% (tab. 1).
W poszczególnych profilach rędzin frakcja koloidalna składała się z różnych m inerałów ilastych. W rędzinach w ytw orzonych z wapieni dew ońskich i ju ra j skich w śród m inerałów ilastych przew ażał illit, obok którego w ystępow ały kaoli- nit, chloryt i m inerały m ieszano-pakietow e (illit-sm ektyt). N atom iast w rędzinach w ytw orzonych ze skał kredow ych m argli i opok profile 4, 5, 6, głów nym m
inera-Zawartość^ azotu silnie związanego^ w rędzinach 79
T A B E L A 1. N iektóre w łaściw ości gleb T A B L E 1. Som e properties o f the soils
Profile Location Głębokość Depth [cm] Poziom Horizon Frakcja Soil fraction in mm [%] < 0,002 Minerały ilaste Clay mineral
1) Kowala 1 -1 4 A/Bbr 20 illit, kaolinit
wapień 1 4 -4 0 Bbr/Cca 25 illit, kaolinit
dewoński >40 Cca
2) Jaworki 3 -2 0 A 36 illit, chloryt
w apienie 2 0 -4 0 A/Bbr 40 illit, smektyt
jurajskie 4 0 -5 0 Cca
krynoidowe
3) M orawica 0 -1 5 Ap И illit, smektyt
jurajski wapień 1 5 -4 0 A/Cca 24
płytowy
4 ) Łączyn 0 -1 5 A 18 smektyt, illit, opal CT
kredowa opoka 15 -3 8 A/Cca 25 smektyt, opal CT
marglista
5) W odzisław 0 -1 8 Ap 24 smektyt, opal CT
kredowa opoka 1 8 -5 0 A/Cca 24 smektyt, illit,
marglista opal CT
6) Kije 0 -1 8 Ap 20 smektyt
margle 1 8 -4 0 A/Cca 25
górnej kredy > 4 0 -7 5 Cca
łem ilastym był sm ektyt. C echą charakterystyczną rędzin w ytw orzonych z opok m arglistych (profil 4) było w ystępow anie znacznej ilości opalu CT (tab. 1).
Z aw artość jo nó w NH4+ niew ym iennych w badanych profilach rędzin była zróżnicow ana i w ahała się od 42 do 252 m g/kg gleby. Zróżnicow anie to w ystępo w ało zarów no w obrębie poszczególnych profili glebow ych (m iędzy poziom am i genetycznym i), ja k rów nież pom iędzy profilam i w zależności od w ieku skały m acierzystej (tab. 2).
W poziom ach A rędzin w ytw orzonych z wapieni dew ońskich i jurajskich zaw artość azotu silnie zw iązanego była znaczna i w ahała się od 42 do 131 m g/kg gleby. N atom iast w poziom ach pow ierzchniow ych rędzin w ytw orzonych ze skał kredow ych zaw artość tej form y azotu była mniej zróżnicow ana i w ahała się od 5 7 do 90 m g/kg. W rędzinach w ytw orzonych przede w szystkim z w apieni dew oń skich, a w m niejszym w rędzinach jurajskich zaw artość jonów am onow ych silnie zw iązanych w yraźnie w zrastała w głąb profilu. W poziom ie Cca rędziny w ytw o rzonej z wapieni dew ońskich znajdow ało się kilkakrotnie więcej azotu silniej zw iązanego niż w poziom ie Cca rędzin w ytw orzonych z w apieni kredow ych (tab. 2).
Zaw artość azotu ogółem była mniej zróżnicow ana pom iędzy badanym i profi lam i rędzin. Poziom y w ierzchnie zaw ierały więcej N -ogółem w porów naniu z poziom am i głębszym i (tab. 2).
80 Г. Kozanecka, Z. Zagórski, H. W. Scherer
T A B E L A 2. Zawartość azotu w glebach T A B L E 2. Nitrogen contents in the soils
Profile Location . N -ogólny - b N-total - b [%] N H 4+ silnie związany - a N H 4+ fixed - a [mg/kg] a/b X 100 [% ]° a /l g frakcji2) < 0,002 mm a /l g fraction2) < 0,002 mm) l)K ow ala A/Bbr 0,22 103 4,7 0,50 Bbr/Cca 0,16 115 7,2 0,46 Cca 0,11 252 22,9 -2) Jaworki A 0,27 131 4,8 0,36 A/Bbr 0,17 150 8,8 0,40 3) M orawica Ap 0,16 42 2,6 0,38 A /C ca 0,12 86 7,2 0,36 4) Łączyn A 0,21 88 4,2 0,49 A /C ca 0,10 83 8,3 0,33 5) W odzisław Ap 0,23 90 3,9 0,37 A /C ca 0,15 106 4,6 0,44 6) Kije Ap 0,19 57 3.0 0.28 A /C ca 0,08 48 6.0 0.19 Cca 0,06 52 8.7
N H / -- silnie związany, N H 4+ - fixed - a; N - ogólny, N - total - b;
2)N H 4 - silnie zw iązany na 1 g frakcji < 0,002 mm - NH4+-fixed per 1 g o f fraction < 0.002 mm
W badanych rędzinach jony NH4+ niew ym ienne stanow iły od 2,6 do 22,9 % azotu ogółem , a ich procentow y udział w zrastał w głąb profilu zw łaszcza w skale m acierzystej wapieni dewońskich.
Zaw artość jonów N H 4+ silnie zw iązanych przypadająca na 1 gram frakcji koloidalnej w badanych rędzinach w ynosiła od 0,19 do 0,50 mg. W rędzinach w ytw orzonych z wapieni dewońskich i jurajskich wartości te były mniej zróżni cow ane w poszczególnych poziom ach ja k i m iędzy profilam i. Natom iast w iększe zróżnicow anie w ilości tej form y azotu przypadającej na 1 gram frakcji koloidalnej stw ierdzono w rędzinach w ytw orzonych z m argli, jak i z kredowej opoki m argli- stej.
DYSKUSJA
Przeprow adzone badania wykazały, że rędziny pow stałe z różnych skał w a piennych zaw ierały znaczne ilości jonu NH4+ silnie zw iązanego. Zaw artości te były zbliżone do wartości podanych przez innych autorów w glebach w ytw orzo nych z różnych skał osadowych [Doran, Evans 1983; K ozanecka, Scherer 1996; Scherer, M engel 1979].
Zawartość azotu silnie związanego w rodzinach 81
R ędziny w ytw orzone z wapieni dew ońskich i jurajskich (profile K ow ala, Jaw orki) odznaczały się w iększą zaw artością jonów NH4+ silnie zw iązanych niż rędziny w ytw orzone z m argli kredow ych i opok m arglistych (profile Łączyn, W odzisław , Kije).
Przyczyną tego zróżnicow ania był różny skład m ineralny frakcji koloidalnej, ja k rów nież w iek i typ litologiczny węglanowej skały m acierzystej. W rędzinach w ytw orzonych z dew ońskich i jurajskich wapieni, głównym m inerałem , a zara zem w iążącym niew ym iennie jony N H 4+ był illit. Także w rędzinach tych najw ię cej jonów niew ym iennych przypadało na 1 gram frakcji koloidalnej.
R ów nież i inni autorzy badający zaw artość jonów am onow ych - silnie zw ią zanych w różnych glebach podkreślali rolę illitu w wiązaniu tego jon u [W eim ar i in. 1993; Chen i in. 1989; Jum a, Paul 1983; Doran, Evans 1983].
W rędzinach w ytw orzonych z margli kredow ych i opoki m arglistej zaw artość niew ym iennych jonów am onow ych była m niejsza i bardziej zróżnicow ana pom ię dzy profilam i ja k i poziom am i genetycznym i. Rów nież i skład m ineralny frakcji koloidalnej tych rędzin był różny. W e frakcji koloidalnej rędzin w ytw orzonych z m argli i opoki m arglistej głównym m inerałem był sm ektyt, który odznacza się m niejszym i w łaściw ościam i wiązania jonów NH4+ niż illit [W eim ar i in. 1993]. Stąd też najm niejsze zawartości jonów am onow ych niew ym iennych w glebie ja k i ilość tych jonów przypadająca na 1 gram frakcji koloidalnej stw ierdzono w rędzinach wytw orzonych z margli profil 6 - Kije. N atom iast wzrost jonów N H 4+ silnie zw iązanych występujących w rędzinie wytworzonej z opoki m argli stej (profil 5 - W odzisław ) w ynika z obecności sm ektytu, ja k i illitu.
Różna geneza substratu glebow ego wyraźnie w płynęła na rozm ieszczenie jonu am onow ego silnie zw iązanego w poziom ach profilu 4 - Łączyn. W ięcej tej form y azotu stw ierdzono w poziom ie pow ierzchniow ym niż w poziom ie głębszym . Poziom A jest pochodzenia allogenicznego (dom ieszka m ateriału glacjalnego) i frakcja ilasta zaw ierała m iedzy innymi illit, zaś poziom głębszy pow stał in situ ze skały w ęglanow ej, w której w ystępował sm ektyt i opal CT.
U zyskane wyniki w skazują także, że zaw artość jonu NH4+ silnie zw iązanego m oże zależeć od typu i wieku skały m acierzystej rędzin. Przykładem tego była znacznie w iększa zaw artość niew ym iennych jonów am onow ych znajdująca się w w apieniach dew ońskich (profil 1) niż w m arglach kredow ych (profil 5). M artin (za D oranem i Evansem [1983]) wykazał, że starsze skały paleozoiczne (w ęgla now e), zaw ierające substancje bitum iczne, zostały wzbogacone w jony am onow e silniej zw iązane w sposób naturalny.
W niniejszych badaniach podtyp gleby nie m iał wpływ u na zaw artość niew y m iennych jon ów am onow ych w glebie.
WNIOSKI
1. Zaw artość jo nó w am onow ych silnie zw iązanych (niew ym iennych) zależy od w ieku i typu litologicznego skały w ęglanowej, z której w ytw orzyły się badane rędziny oraz od składu m ineralnego frakcji koloidalnej, a szczególnie od obecności w przew adze illitu.
2. W badanych glebach jony am onow e niew ym ienne stanow ią od 2,6 do 22,9% azotu ogółem .
82 Г. Kozanecka, Z Zagórskif, Я. УК. Scherer
L I T E R A T U R A
D O B R Z A Ń SK I B„ KONECKA-BETLEY K , KUŹNICKI F., TURSKI R. 1987: R ędziny Polski.
R o c z Мш/: /?о/. s. D .208, 143 s.
CHEN C Y-C HA IN , TURNER F.T., D IXO N J.B. 1989: Amonium fixation by high-charge sm ectite in selected Texas Guulg coast soils. Soil Sei. Soc. Am. J., 53: 1035-1040.
D O R A N D .R., E V A N S L.J. 1983: N ative fixed amonium and fixation o f added ammonium in relation to clay mineralogy in som e Ontario soils. Can. J. Soil Sei., 63: 6 3 1 -6 3 9 .
JUM A N.G., PA U L E.A. 1983: E ffect o f nitrification inhibitor on N im m obilization and release o f N from nonexchangeable ammonium and microbial biomas. Can. J. Soil Sei., 63: 1 6 7-175. KEERTHISINGHE G., M ENGEL K., DE D A TTA S.K. 1984: The release o f nonexchangeable
ammonium ( 15N labelled) in Wetland rice soils. Soil Sei. Soc. Am. J. 48: 2 9 1 -2 9 4 .
KO NEC K A -BETLEY К. 1976: Gleby reliktowe w ytworzone ze skał w ęglanow ych na obszarze Gór Świętokrzyskich i ich obrzeżeniu. R ocz. Glebozn. 27, 2: 4 9 -7 1 .
KOW ALENK O C.G., CAM ERON D.R. 1976: Nitrogen transformations in an incubated soil as affected by combinations o f moisture content and temperature and adsorption-fixation o f ammonium. Can. J. Soil Sei. 56: 6 3 -7 0 .
KOW ALENKO C.G., Y U S. 1996: Solution, exchangeable and clay-fixed ammonium in south coast British Columbia soils. Can. J. Soil Sei. 76: 4 7 3 -4 8 3 .
KO ZANEC K A T., SCHERER H.W. 1996: W pływ nawożenia azotem i potasem oraz sposobu utrzymania gleby w sadzie jabłoniow ym na zawartość niew ym iennych jonów am onow ych w glebie. R ocz. G lebozn. 47: 5 5 -6 4 .
KUŹNICKI F. 1964: W łaściw ości i typologia gleb w ytworzonych z kredowej opoki odwapnionej R oztocza w nawiązaniu do charakterystyki i genetycznego podziału rędzin. D ział W ydaw nictw SGGW , Warszawa: 5 -8 0 .
SCHERER H.W ., M ENGEL K. 1979: Der Gehalt an fixierten A m m onium stickstoff auf einigen repräsentativen hessischen Standorten. Landwirtsch. Forschung 32,4: 416^124.
SCHERER H.W. 1987: Einfluss von B ew uchs auf die M obilisierung von spezifisch gebundenem N H4+ - im Boden. J. A gronom y & Crop Science 158: 114-120.
SILV A J.A., BREM NER J.M. 1966: Determination and isotope-ratio analysis o f different forms o f nitrogen in soils: 5. Fixed ammonium. Soil Sei. Soc. Amer. Proc. 30: 5 8 7 -5 9 4 .
SH EN S., TU S-I., KEMPER W .D. 1997: Equilibrium and kinetic study o f ammonium adsorption and fixation in sodium-treated vermiculite. Soil Sei. Soc. Am. У., 61: 1 6 1 1-1618.
W EIM AR S., SCHERER H.W., VEERHOFF M. 1993: Gehalte an nicht austauschbarem N H4+ - N
auf representativen landwirtschaftlich genutzen Standorten der Koln/Aachener Bucht. A gribiol.
Res. 46,4: 3 3 1 -3 3 9 .
ZAG ÓRSKI Z. 1999: Cechy m ikrobiologiczne i niektóre w łaściw ości gleb w apniow cow ych z terenu M ałych Pienin. Rocz. G lebozn. 50,1/2: 115-126.
Zawartość azotu silnie związanego w rędzinach 83
T. KOZANECKA*, Z. ZAGÓRSKI*, H. W. SCHERER**
THE CONTENS OF NON-EXCHANGEABLE AMMONIUM
IN RENDZINA SOILS
*Division of Soil Science, Department of Soil Environment Sciences, Warsaw Agricultural University; **Institute of Agricultural Chemistry,
University of Bonn
S U M M A R Y
The investigations were perform ed in the southern part o f Poland: Góry Św iętokrzyskie, W yżyna M iechowska, Niecka N idziańska and Pieniny. T he in fluence o f the m ineralogical com position of clay fraction (<0 . 0 0 2 mm) on the disposal and contents o f non-exchangeable amm onium was investigated in ren- dzina soils profiles derived from different types o f geological lim estone and m arls. T he follow ing types o f rendzina were studied: brown rendzinas derived from Dew onian and Jurassic lim estones, proper and chernozem ic rendzina from m arls. The contents o f the soil fraction <0.002 mm ranged from 11 to 40% .
Illite was the dom inant mineral in the soil fraction <0.002 mm in brown rendzinas derived from D ew onian and Jurassic lim estone, whereas sm ectit and opal CT dom inated in proper and chernozem ic rendzinas derived from cretaceous marls. The contents of non-exchangeable amm onium in the soil profiles depended on the m ineral com position of clay fraction, in particular on the presence o f illite.
The highest contents o f non-exchangeable amm onium w ere found in the rendzinas derived from D ew onian and Jurassic lim estine (4 2 -2 5 2 m g/kg) and low er in the rendzinas from marls (4 8 -1 0 6 mg/kg).
H igher contents of non-exchangeable amm onium were found in the Cca horizons of rendzinas derived from Dewonian and Jurassic lim estone than in those derived from lim estone marls.
Praca w p ły n ęła do redakcji w maju 2 0 0 0 r.
D r T eresa K o za n e c k a
K a te d r a N auk o Ś ro d o w isk u G leb o w ym , Z a k ła d G le b o zn a w stw a S G G W 0 2 -5 2 8 W arszaw a, ul. R a k o w ieck a 2 6 /3 0
