Z Y G M U N T C H U D E C K I, H A L I N A B Ł A S Z C Z Y K
S T R U K T U R O T W Ó R C Z A F U N K C J A P R Ó C H N IC Y W P Y R Z Y C K IC H U P R A W N Y C H C Z A R N O Z IE M A C H I C Z A R N Y C H Z IE M IA C H
Instytut G leboznaw stw a i Gospodarki W odnej A R w Szczecinie
Aktualnie w praktyce rolniczej, operującej wysokim nawożeniem m i neralnym, zwiększenie możliwości .produkcyjnych gleb jest zależne przede wszystkim od racjonalnego wykorzystania zdolności magazyno wania w od y w glebie i praw idłowego układu właściwości powietrznych. Stan taki gleba osiąga w warunkach naturalnych wówczas, gd y systemy krążenia wody i powietrza nie ograniczają się wzajem nie. W arunki takie są spełnione w glebie strukturalnej, (która zabezpiecza prawidłową agre gację i trwałość wytwarzanych agregatów.
Rozpoznanie mechanizmu agregacji i wodotrw ałości agregatów to główne działania zmierzające do poznania warunków stabilizacji struk tury gleb uprawnych. W tym celu przeprowadzono badania nad wodo- odpornością agregatów rolniczo cennych ( 0 1-7 mm) w pyrzyckich czar- noziemach i czarnych ziemiach. Podstaw owe zadaaiie, które należało roz strzygnąć po ustaleniu wodoodporności, polegało na wyodrębnieniu czynników kształtujących tę tak ważną cechę analizowanych gleb.
Z A K R E S I M E T O D Y K A B A D A Ń
Przedm iotem badań przeprowadzonych w 1977 r. były czarnoziemy leśno-łąkowe właściwe, w ytw orzone z utw orów pyłow ych ilastych i glin ciężkich pylastych pleistoceńskiego zastodska wodnego (4 profile), oraz m orfologicznie do nich zbliżone czarne ziemie właściwe w ytw orzone z glin letkkich i piasków gliniastych (5 profilów ) położonych w połud niowo-zachodnim obrzeżeniu zastoiska.
W substracie glebow ym analizowanych gleb przeprowadzono nastę pujące oznaczenia:
— agregację gleby wyodrębniając wszystkie frakcje agregatów od 0,25 do 10 mm — metodą sitową,
— współczynnik wodoodporności К dla frak cji agregatów rolniczo cennych {1 do 7 mm) — metodą Adriainowa w m odyfikacji К а с z у ń- s k i e g o [8]),
— skład frakcjonow any próchnicy — metodą K o n o - n o w e j [5], — pojemność sorpcyjną wym ienną i skład kationów (Ca2*, Mg**, K +, Na+) — metodą Mehlicha w m odyfikacji Hoffmana,
— skład mechaniczny poszczególnych frakcji agregatów glebowych oraz odczyn — metodami powszechnie stosowanymi.
W yn iki analiz opracôwan'o statystycznie w yliczając współczynniki
korelacji prostoliniowej r dla 11 par cech i regresji Ъу /Х
W Y N I K I B A D A Ń I IC H O M Ó W IE N IE
Stabilizację struktury naturalnej 'i nabytej analizowanych gleb roz patrzono pod kątem wodoodporności jej agregatów i czynników wspie rających tę wodioodporność. A g reg a ty rolniczo cenne o średnicy od 1 do 7 mm odznaczają się wysokim współczynnikiem wodoodporności w obu typach gleb. Średnia wartość współczynnika w w arstwie ornej kształ tu je się w zakresie od 94 do 84% (rys. 1). Odporność na rozm ywanie poszczególnych frak cji agregatów m aleje przy agregatach większych. W odotrwałość każdej frak cji agregatów zmniejsza się w głąb profilu wraz z obniżaniem się zawartości próchnicy (rys. 2). W spółczynnik w o- doodpomości dla agregatów pochodzących z poziomu przejściowego jest niniejszy o 26 do 55% w porównaniu z analogiczną frakcją z w arstw y ornej. Osłabienie wodoodporności jest powodem zmniejszania się zawar tości agregatów rolniczo cennych w niższych częściach profilu glebo wego.
Rys. 1. Różnice w w odoodporności agregatów w zależności od ich średnicy i g łę bokości profilu
D ifferences o f the w aterproofness o f soil aggregates depending on ther diam eter and depth in the p rofile
Wpływ i l o ś c i i sk ładu p róch n icy na wodoodporność a g regató w glebowych
/Çf 1 do 7 mm/ w w ars tw ie o rn ej czarnoziemów i czarnych ziem
E f f e c t o f the amount and com position o f humus on the w a te rp ro o fn e s s o f s o i l a g g r e g a t e s /1-7 mm in d ia / in the a r a b le la y e r o f chernozems and b la c k e a rth s
Zmienna V a r ia b le W artoś ć w sp ółczyn nik a - C o e f f i c i e n t value z a le ż n a - у dependent - у n ie z a le ż n a - x independent - x k o r e l a c j i - r o f c o r r e la t io n - T r e g r e s j i - by/x o f r e g r e s s io n - b*-/x у - w sp ółczynnik w odoodporności a - gro gatów glebowych w % у - w a te rp ro o fn e ss c o e f f i c i e n t o f s o i l a g g r e g a t e s in % С - ogółem / % / t o t a l С /%/ С - kwasów huminowych I+ II/ m g / 100 g/ С o f humic a c id s I and I I /mg per 100 g o f s o i l / 0 , 57х* 0 ,6 2 rjc 6,40 0,019 С - kwasów fulwowych I /mg/100 g g le b y / С o f f u l v i c a c id s I /mg per 100 g o f s o i l / 0,56х 0,048 С - n ie h y d r o liz u ją c y /mg/100 g g lo b y / n o n -h y d ro ly z in g С /mg per 100 g o f s o i l / 0 ,4 9 х 0,014 XX - r io to tn e przy p r s i g n i f i c a n t at = 1 % x - r is to t n e przy p = 5% p = 1% r s i g n i f i c a n t at p =
Zadaniem równorzędnym ustaleniom współczyrmika wodoodporności było wyodrębnienie głównych czynników 'kształtujących tę ważną cechę w analizowanych glebach. W związku z tym rozpatrzono w p ływ sub stancji organicznej i je j składu oraz mineralnego substratu glebow ego na wodoodporność agregatów. Sprawdzono związek m iędzy wodoodpor- nością agregatów (1-7 mm) z w arstw y ornej z p rzew idyw anym i 11 czyn nikami środowiska glebowego. Statystycznie potwierdzona została w spół
zależność o k orelacji dodatniej dla wodoodporności z zasobami С ogółem
oraz składem próchnicy tych gleb (tab. 1).
Zawartość Cog w częściach ziemistych gleby w yw iera wysoce istot ny w p ływ na wodotrwałość agregatów glebowych; współczynnik kore lacji <tej pary cech wynosi 0,57 (tab. 1). Bezpośrednią przyczyną zm niej szania się wodoodporności agregatów w głąb profilu jest spadek zaso bów Cog średnio z 1,52% w w arstw ie 0-10 cm do 0,65% w poziomie przejściow ym (rys. 2).
Obok ogólnej zawartości С na kształtowanie wodotrwałości agrega tów wysoce istotny w p ływ w yw ierają kwasy huminowe zawarte w po łączeniach trw ałych z mineralną częścią gleby(frakcja II) oraz słabo z nią związanych (frakcja I).
Skuteczność oddziaływania kwasów huminowych na wodoodporność agregatów jest ponad trzykrotnie większa w porównaniu z oddziaływ a niem Cog na tę cechę (tab. 1).
W zbogacając glebę o jeden gram w kwasy huminowe (I + П) uzy skujemy zwiększenie w odotrw ałości średnio we wszystkich agregatach (1-7 mm) o 19% (tab. 1). Liczne prace [5, 10, 11] dowodzą, że w
czar-Rys. 2. Zaw artość i rozm ieszczenie najw ażn iejszych połączeń próchnicznych w ba danych glebach
1 — % С^| + £ а k w a s y h u m in o w e f r a k c ji I z w ią z a n e z w a p n ie m , 2 — С ^ + ц k w a s y h u m in o w e
fr a k c j i I i II , 2 — С o g ó łe m , 4 — C f j k w a s y fu lw o w e I, 5 — С n ie h y d r o liz u ją c y Content and distribution of the most im portant humus compounds in the studied
soils
1 — %> c ih + Ca h u m ic a cid s o f th e fr a c t io n I c o n n e c te d w it h c a lc iu m , 2 — c hI + II ^ u m ic a cids
o f th e fr a c t io n s I and II, 3 — t o ta l C, 4 — C f j f u lv ic a cid s I, 5 — n o n - h y d r o liz in g С
noziemach główną masę wodotrw ałych m ikroagregatów stanowią hydro- żele humiamów wapnia związane z mineralną częścią masy glebow ej. Sposób łączenia się humianu wapnia z powierzchnią minerału ilastego jest dwojako interpretowany. Wcześniejsza interpretacja dotycząca ze spalania się obu ogniw ze sohą w agregacie uwzględniała bierne zale ganie otoczki humianu na powierzchni minerału [3]. W nowszych po glądach [10, 11] na ten temat podkreślono aktywne wiązanie części orga nicznej z mineralną w agregacie przez grupy funkcyjne kwasów humi- nowych z powierzchnią czynną minerału ilastego za pośrednictwem „m ostka” wapniowego (Ca wym ienny). P rzyjm u jąc za podstawę p ow yż sze założenie sprawdzono związek m iędzy współczynnikiem wodoodpor ności agregatów o 0 2-1 mm z zawartością w nich iłu koloidalnego, a następnie wodoodporność agregatów z ilością humianów wapnia w częściach ziemistych badanych gleb. W eryfik acja statystyczna nie po tw ierdziła tej współzależności, dając tym .samym podstawy do przew i dywania, że wodoodporność nie rozstrzyga się tylko na etapie w y tw a rzania m ikroagregatów (I rzędu), lecz również podczas zespalania i ce mentowania tych m ikroagregatów w m akroagregaty przez w
ysokody-spersyjne frak cje pródhnicy. Funkcję cementującą w agregatach g le bowych spełniają głównie połączenia próchniczne frak cji I złożone z soli kwasów fulw ow ych, a przede wszystkim związki kom pleksowe kwasów fulw ow ych z huminowymi. K w asy fulw ow e połączeń próchnicznych I stanowią zaledwie 10 dtv 16% całkow itych zasobów С (rys. 2) i nie podlegają przemieszczaniu ze względu na obojętny i słabo kwaśny od czyn badanych gleb. W p ływ tej ‘grupy połączeń próchnicznych jest. istotny (r = 0,56) w kształtowaniu wodoodporności agregatów, a skutek ich oddziaływania na tę cechę n ajw iększy spośród wszystkich połączeń próchnicznych. Zakumulowany w glebie 1 gram С kwasów fu lw ow ych I powoduje zwiększenie wodotrwałości agregatów ( 0 1-7 mm) średnio* o 48% (tab. 1). Tak silny w p ływ kwasów fulw ow ych, zawartych w po łączeniach próchnicy frak cji I, w porównaniu do samych tylko kwasów huminowych, zawartych w obu grupach połączeń próchnicznych oraz humin, w ynika ze szczególnych właściwości kom pleksowych związków tych kwasów С/I z huminowymi. Współdziałanie właściwości kwasów fu lw ow ych z hum inowym i w kompleksie zapewnia trwalsze cemento wanie agregatu przez lepsze w ypełnienie lepiszczem przestworów, a jed nocześnie osłabia tempa m ikrobiologicznego rozkładu kwasów humi nowych [2].
P rz y odczynie słabo kwaśnym i obojętnym związki kom pleksowe kwasów fu lw ow ych z hum inowym i są trudno rozpuszczalne w wodzie [1, 2, 5], spełniając tym samym funkcje dobrego lepiszcza dla cząstek elementarnych w agregacie glebowym . Lepiszcze złożone z w ym ien io nych zw iązków kom pleksowych obu kwasów próchnicznych i ich soli zachowuje sw oją aktywność chemiczną w zględem okresowych zmian warunków w roztworze glebow ym , co powinno sprzyjać lepszemu zespa laniu stałych cząstek masy glebowej ze spoiwem.
Ostatnia grupa połączeń próchnicznych, której w p ływ na wodo- trwałość agregatów został udokumentowany, znajduje się we frak cji С nie hydrolizującego (tab. 1). Są to nieaktywne chemicznie produkty d e- naturacji kwasów huminowych i ich sole, które spełniają biernie fun kcję spoiwa dla agregatów. Skuteczność oddziaływania С nie h yd roli zującego na wodotrwałość jest najmniejsza w porównaniu do chemicz nie aktywnych obydwu fra k cji próchnicy i wynosi średnio 14% na każdy gram zakumulowanego С nie hydrolizującego (tab. 1). W wielu pracach [2, 9] huminy uwzględnione są jako ważne źródło do trwałego wiązania części mineralnej z organiczną w następstwie dehydratacji otoczki huminy na cząstce minerału ilastego. W sposób analogiczny de- hydratacja półtoratlenków glinu i żelaza ma spełniać rolę lepiszcza w w ytwarzaniu agregatów i ich stabilizacji [6].
Badania w p ływ u półtoratlenków glinu i żelaza związanych z С n ie hydrolizującym , a także z całą próchnicą aktywną w badanych glebach nie zostały potwierdzone statystycznie.
Podobnie nie odegrały istotnego w pływ u w kształtowaniu wodood porności kationy wym ienne kompleksu sorpcyjnego (Ca*", K +, Na+) tych gleb oraz pojemność sorpcyjna. Brak w pływ u /kationów zasadowych w y nika z bardzo wysokiego stopmia w ysycenia zasadami i .prawie całkow i tego związania kwasów huminowych z wapniem (74 do 86%, rys. 2).
W analizowanych glebach nie stwierdzono także w pływ u organicz nych substancji hydrofobow ych (bitum iny) na kształtowanie się wodo odporności agregatów glebowych. W p ływ bituminów w kształtowaniu tej cechy okazał się nieistotny. Spośród przew idyw anych jedenastu czynników, które mogą mieć istotne znaczenie w kształtowaniu wodo- odporności agregatów pyrzyckich czarnoziemów i czarnych ziem, po twierdziła' się zależność wodoodporności od ogólnej ilości С i składu •obu frak cji próchnicy, a także С nie hydrolizującego (tab. 1).
W N IO S K I
1. W czarnoziemach i czarnych ziemiach właściwych dominującą funkcję w kształtowaniu wodoodporności agregatów rolniczo cennych ( 0 1-7 mm) spełniają połączenia próchniczne tych gleb. W odoodpor- ność agregatów (1-7 mm) ,jest skorelowana dodatnio z czterem a skład nikami połączeń próchniicznych; są to:
— kwasy huminowe słabo i silnie związane z mineralną częścią gleby (frakcje I + H),
— kwasy fu lw ow e słabo związane z substratem m ineralnym gleby (frakcja I),
— С nie hydrolizujący oraz С ogółem w częściach ziemistych (tab. 1). 2. E fekty działania tej samej masy połączeń próchniczych na w zrost współczynnika wodoodporności są różne i wynoszą odpowiednio
dla:
С kwasów С kwasów С nie hydroli- С ogółem
fu lw ow ych I muminowych żującego
I + II
48% 19% 14% 6,4%
na 1 gram (tab. 1).
L IT E R A T U R A
[1] D e c h n i k I., D ę b i c k i R.: W ykorzystan ie syntetycznych środków do ulepszania gleb. Prob. A g ro fiz. 1977, 23, 198.
12] E m e r s o n W. W.: A com parison betw een mode od action o f organic m atter and synthetic polym ers in stabilising soil crumbs. J. A gric. Sei. 1956, 47, 350-353.
J3] G i e d r o j ć K . K .: К coprosu о poczw iennoj strukturie i sielsko-choziaj- stwiennom je j znaczenii. Izbr. socz. 1, 1965, 409.
[4] H а г г i s R. F., С h e s t e г s G., A l l e n О. N.: Dynam ics o f soil agrégation. A d v . A gron. 1966, 18, 107-169.
15] К o n o n o w a М.: Substancje organiczne gleby, ich budowa, w łaściw ości i m etody badań. W arszaw a 1968, P W R iL , s. 350.
[6] L u t z I. F.: Relation o f free iron in the soil aggregation. S oil Sei. Soc. Am . Proc. 1956, 1. 43^5.
[7] H e w u t I. В., R o m a n o w I. A.: A g rie g a tn y j i m ikroagriegatn yj sostaw poczw pri iskusstwiennom ich ostrukturiw anji. P oczw ow . 1966, 1, 60-65. [8] R e w u t I. B., R o d e A . A .: M ietodiczeskoje rukow odctw o po izuczeniju
poczw iennoj strukturi. Len in grad 1960, Kołos, s. 410.
[9] S i d e r i D. J.: On the form ation o f strukturs in soil and the torm ation of granular structurs. S oil Sei. 1958, 46.
110] T i u l i n A . F.: W oprosy poczw iennoj struktury w lesu. P oczw ow , 1954, 1, 30-44.
[11] W i e r s z y n i n P. W.: Problem a iskusstwiennogo strukturoobrazowanija. Sbor. Tr. po agron. fiz. 1960, w yp. 8.
3. Х У Д Е Ц К И , Г. Б Л А Щ И К С Т Р У К Т У Р О О Б Р А З У Ю Щ А Я Ф У Н К Ц И Я П Е РЕ ГН О Я В П Ы Ж И Ц К И Х П А Х О Т Н Ы Х Ч Е Р Н О З Е М А Х И Ч Е Р Н Ы Х З Е М Л Я Х / Институт почвоведения и водного хозяйства, Сельскохозяйственная академия в Щ ецине Р е з ю м е Ц е л ь исследований составляла определение водопрочности зем ледельчески ценны х агрегатов (0 1-7 мм) и установление факторов благоприятствую щ их этой водопрочности при сельскохозяйственном (пахотном) пользовании назван ны х почв. Статистической проверке достоверности подвергали И признаков (свойств) могущ их оказы вать влияние на формирование водопрочности агре гатов в испы туемы х почвах. П олож и тельн ая корреляционная взаимозависимость бы ла обнаружена для: С — общего, состава 1-й и 2-й фракции гумуса и для С — негидролизованного (табл. 1). Эфф ективность действия отд ельн ы х фракций гумуса в формирова нии водопрочности оказалась весьма дифференцированной, что выражаю т ве личины коэффициента регрессии б у / х в (табл. 1), вы численны е д л я каж дой из 4 пар признаков. Сравнивая эф ф ект действия одного грамма каж дой из анализированны х фракций гумуса на величину коэффициента водопрочности мы п олучи ли : 6,4%/1 г С — общего, 48,0%/1 г С — ф уль в ов ы х кислот I, 19,0%/1 г С — гуминовых кислот I + II, 14,0%/1 г С — негидролизуемого (табл. 1).
Z. C H U D E C K I, H . B Ł A S Z C Z Y K
S T R U C T U R E — F O R M IN G F U N C T IO N OF H U M U S IN A R A B L E P Y R Z Y C E C H E R N O ZE M S A N D B L A C K E A R T H S
Departm ent o f Soil Science and W ater Economy, A gricu ltu ral U n iversity o f Szczecin
S u m m a r y
The aim o f the respective investigations was to determ ine w aterproofness o f agricu ltu rally valu able soil aggregates (1-7 mm in dia) and to establish the w aterproofn ess-form in g factors at agricultural utilization of these soils. E leven features which can effe c t the w aterproofness o f the agregates of studied soils have been subjected to the statistical verification . Interdependence w ith a positive correlation has been confirm ed fo r total C, com position of fractions I and I I o f humus and non-hydrolyzing С (T ab le 1).
E fficien cy o f the influence of particular humus fractions in the w aterproofness form ation d iffers v e r y much, what is reflected in the value o f the regression coefficien t b y jx (Table 1) calculated fo r each of 4 pairs o f features.
W h ile com paring the e ffect o f one gram o f e v e ry humus fraction analyzed on the w aterproofness coefficien t value, the fo llo w in g values have been obtained:
6.4°/o/l g of total C,
48.0°/o/l g o f С of fu lv ic acids I, 19.0°/o/l g o f С of humic acids I + II, 14.0°/o/l g o f n on -hydrolyzing С (Table 1).
Pro/, dr Z y g m u n t Chudecki
Instytut Gl eboznaw stwa i Gospodarki W o d n e A R Szczecin, ul. Słowackiego 17
