Zastosowanie metod mikromorfologicznych i submikromorfologicznych w badaniu gleb erodowanych

S T A N I S Ł A W A E L Ż B I E T A L I C Z N A R , S T A N I S Ł A W K O W A L I Ń S K I , M I C H A Ł L I C Z N A R

Z A S T O S O W A N IE M E T O D M IK R O M O R F O L O G IC Z N Y C H I S U B M IK R O M O R F O L O G IC Z N Y C H W B A D A N IU G LE B

E R O D O W A N Y C H *

Instytut G lebo zn aw stw a i Ochrony Środow iska Rolniczego A kad em ii Rolniczej w e W ro c ła w iu

W S T Ę P

Szczególna podatność u tw o ró w lessow ych na procesy e ro zji w odnej w terenach fa listych prow adzi do zm ian ilościow ych i jakościow ych skła­ du m asy gleb o w e j w u kładzie p ro filo w y m .

W dotychczasow ej literatu rze z zakresu e ro zji spotyka się w ie le prac om aw iających w łaściw ości m orfologiczn e, fiz y c z n e i chem iczne gleb u kształtow anych pod w p ły w e m e ro zji w odn ej. W skazu ją one, że w łaści­ w ości gleb topogenicznych są w yp a d k ow ą od działyw an ia procesów g le- botw órczych i stopnia zerodow ania terenu [1, 2, 4, 7, 8, 10 - 1 2 } . Jednak nie w yja śn ia ją one m echanizm ów różnicow ania się m asy gleb ow ej, które m ożna określić za pom ocą badań m ik rom orfo logiczych [2, 5, 6, 8, 9].

D latego też celem pracy b yło poznanie zm ian składu m asy g leb ow ej szarych gleb leśnych w y tw o rzo n y c h z lessu pod w p ły w e m ero z ji w odn ej na podstaw ie m etod y m ik rom orfologiczn ej i su bm ikrom orfologiczej, na tle w łaściw ości chem icznych i fizyk och em iczn ych tych gleb.

O B IE K T Y I M E T O D Y K A B A D A Ń

O biektem badań b y ły trz y p ro file gleb zlokalizow an e na zboczu 0 p rzeciętn ym spadku p o w y żej 10%, w ystęp u jące w rejon ie szarych gleb leśnych. R e p rezen to w a ły one następujące jednostki typ ologiczn e: szarą gleb ę leśną na płaskow yżu, gleb ę brunatną poczarnoziem ną na zboczu 1 g leb ę deluw ialną poczarnoziem ną na g leb ie su bfasylnej w dolinie (rys. 1).

W zebranym m ateriale oznaczono:

1) w łaściw ości m ik rom orfologiczn e i su bm ikrom orfologiczne w cien­ kich szlifach gleb o w y c h i zgładach jednostronnych p rz y użyciu m ik ro­ skopu p o la ry za cy jn eg o i elektron ow ego skaningow ego (S E M ) z p r z y ­ stawką m ikroan alityczn ą oraz przep row adzon o m ikroanalizę jakościow ą niektórych składników m asy gleb o w e j za pom ocą flu orescen cyjn ego apa­ ratu rentgenow skiego,

Rys. 1. P rzek rój n iw ela cy jn o -gle bo w y Fig. 1. L evellin g soil profile

2) skład gran u lom etryczn y m etodą areom etryczną,

3) skład m in era ln y fra k c ji ilastej o średnicy < 2 fxm na podstaw ie a n alizy ren tgen ow skiej i term icznej,

4) w łaściw ości chem iczne i fizykochem iczne, w tym : pH w H2P i I M KC1, zaw artość C -ogółem — m etodą Tiurina, zaw artość n iektórych m ik roelem en tów — m etodam i ogólnie p r z y ję ty m i w stacjach chem icz- no-rolniczych, kw asow ość h y d rolityczn ą (H h) m etodą Kappena, kation y w ym ie n n e zasadowe — m etodą Pallm ana.

W Y N I K I B A D A Ń

P rzep row a d zon e badania w skazują, że proces ero z ji p rzy czy n ił się do pow stania gleb topogenicznych i w p ły n ą ł na zróżn icow an ie udziału iłu koloidalnego w poszczególnych poziom ach genetycznych. Z w raca u w agę znaczne nagrom adzenie iłu koloidalnego w poziom ach ilu w ia ln ych gleb położonych na płaskow yżu i w dolinie oraz podw yższona zaw artość tej fra k c ji w całym p ro filu g le b y erodow anej położonej na zboczu (rys. 2). Z ja w isk o to w skazuje, że w spółczesny poziom aku m u lacyjny g le b y bru ­ natnej poczarnoziem nej (zbocze) w y tw o r z y ł się z poziom u ilu w ia ln ego odsłoniętego w w yn ik u procesów e ro zy jn y ch [7, 8].

Rys. 2. Rozmieszczenie zawartości iłu koloidalnego w układzie p rofilow ym Fig. 2. Distribution of the colloidal clay content in the profile arrangem ent

Zróżn icow an ą zaw artość iłu koloidalnego w profilach rozp a tryw a n ych gleb p o tw ie rd z iły badania m ikrom orfologiczn e. P o zio m y akum ulacyjne toposek w en cji szarych gleb leśnych ch arakteryzu ją się odm iennym ukła­ dem struktur p la zm y g leb o w e j (rys. 3). P r o fil szarej g le b y leśnej (płasko­ w y ż ) posiada plazm ę typu silasepic, ch arakterystyczn ą dla w szystkich gleb czarnoziem nych w ytw o rzo n y c h z u tw o ró w lessow ych [6, 7]. W po­ ziom ie aku m u lacyjnym g le b y brunatnej poczarnoziem nej (zbocze) obok p la zm y silasepic p o ja w ia ją się dom eny p la zm y typ u skellattisepic i v o - sepic ch arakterystyczn ej dla p oziom ów ilu w ia ln ych szarych gleb leśnych [6, 7J. F ragm en ty tego typ u struktur p la zm y sp otyk am y ró w n ież w po­

ziom ie aku m u lacyjnym g le b y delu w ialn ej (dolina). W skazu ją one na m ożliw ość przem ieszczenia fra g m e n tó w a grega tów g leb ow y ch pod w p ły ­ w em e ro zji w niższe kon dygn acje teren ów urzeźbionych.

Z m ian y ilościow e i jakościow e struktur p la zm y gleb ow ej w pozio­ mach akum ulacyjnych toposek w encji szarych gleb leśnych znajdują sw ój

Rys. 3. M ikrom orfologia poziom ów próchnicznych: a, b — szara gleba leśna, c, d — gleba brunatna poczarnoziemna, e, f — gleba delu w ialn a (a, c, e — bez analiza­

tora, b, d, f — z analizatorem )

Fig. 3. M icrom orphology of humus horizons: a, b — forest grey soil, c, d — post-chernozem b ro w n soil, e, f — d eluvial soil (a, c, e — without analyzer, b, d,

Rys. 4. M asa glebo w a pod m ikroskopem elektronow ym i jej analiza jakościowa: a, b — szara gleba leśna, c, d — gleba brunatna poczarnoziemna, e, f — gleba

d elu w ialna

Fig. 4. Soil bulk under electronic microscope and its qualitative analysis: a, b forest grey soil, c, d — post-chernozem b ro w n soil, e, f — deluvial soil

w y ra z V/ składzie chem icznym m asy g leb o w e j. Subm ikrom orfologiczna analiza m asy gleb o w e j pod m ikroskopem skan in gow ym nie w yk aza ła znacznych różnic m orfolo giczn ych w mocno zd ysp ergow a n ym m ateriale gleb ow ym . N iem n iej badania m ikroan alityczn e za reje stro w a ły w zrost za­ w artości glinu, żelaza, potasu i tytanu w poziom ie aku m u lacyjnym g le b y brunatnej poczarnoziem nej w porów naniu z poziom am i gleb położonych na płaskow yżu i w dolinie (rys. 4). Ś w ia d czy to n ie w ą tp liw ie o zróżn ico­ w an ych w arunkach pow stania w spółczesnych poziom ów A V) w obrębie toposekw encji.

Podobnie odm ienny skład m asy g leb o w e j w poziom ach A P gleb topo- gen iczn ych w yk a zu ją badania m ineralogiczn e fr a k c ji iłu koloidalnego (rys. 5). W poziom ach aku m u lacyjnych u kształtow anych pod w p ły w e m e ro zji stw ierdzono zaw artość m ontm orylonitu i in terstra ty fik o w a n y ch m in erałów illito w o -m o n tm o ry lo n ito w yc h (tab. 1). U d ział tego typu m i­ n erałów jest ch arakterystyczn y dla poziom ów ilu w ia ln y ch gleb czarno- ziem n ych tego rejon u [3]. T y m sam ym w skazu je to, że p o ziom y A p gleb topogenicznych w y t w o r z y ły się częściow o p r z y w spółu dziale m asy g le ­ bow ej z poziom ów ilu w ia ln y ch p ierw otn y ch szarych gleb leśnych.

Z różn icow an a zaw artość k o loid ów m in eralnych pow od u je zm ianę w ła ­ ściwości chem icznych i fizyk och em iczn ych [3, 12] (tab. 2, 3). A n a liz o ­ w an e g le b y ch arakteryzu ją się odczyn em kw aśnym lub lekko kw aśnym i ty lk o nieznacznie p o d w yższon ym i w artościam i pH w poziom ach aku­ m u lacyjn ych g le b y brunatnej poczarnoziem nej i delu w ialn ej. Ś w iad czy to o b e zw ęg la n o w y m charakterze ich skał m acierzystych.

Rys. 5. D eryw ato gram y i d yfrak togram y fra k c ji o średnicy < 2 ц т w poziomach A p badanej toposekwencji

Fig. 5. D erivatogram and difractogram of the fraction of < 2 (.im in dia in the A p horizon of the toposequence investigated

D ziałanie procesów e ro zji p rzy czyn iło się do zm ian ilościow ych i pro­ filo w e g o rozm ieszczenia m aterii organicznej w toposekw encji. Zaw artość C -ogółem jest najw iększa w poziom ie aku m u lacyjnym szarej g le b y leś­ nej, a najm n iejsza w gleb ie brunatnej poczarnoziem nej. Ponadto w y s tę ­ pu je w niej bardzo g w a łto w n y spadek zaw artości C -ogółem w poziom ach zalegających pod poziom em A P(B).

T a b e l a 1 Skład mineralny frakcji ilastej w poziomach próchnicznych

Mineral composition of clay fraction in humus horizons

Nazwa gleby — Soil kind Skład mineralny — Mineral composition ;

Szara gleba leśna 1 Forest grey soil

Gleba brunatna poczarnoziemna 1 Post-chernozem brown soil

Gleba deluwialna Deluvial soil 1 j- m > j > k > o J— M > M > J > K > Q i M > J— M > J > К > Q 1 j

J — M — minerały interstratyfikowane z grupy illitu i montmorylonitu, M — minerały z grupy montmorylonitu, J — minerały z grupy illitu, К — minerały z grupy kaolinitu, Q — kwarc I — M — interstratified minerals of the illite and montmorillonite group, M — minerals of the montmorillonite group, J — minerals of the illite group, К — minerals of the kaolinite group,

Q — quartz i

T a b e l a 2 Właściwości fizykochemiczne — Phisico-chemical properties

1 I Poziom ! genety- j czny Genetic j Głębo­ kość ! I Kationy wymienne i Exchangeable cations | _{S T} V Nazwa g'eby Soil kind pobrania 1 Sampling j Hh C a i2 jM g2" K ! Na+ j о/ ! /0 horizon depth

cm i meq/100 g gleby of soil

Szara gleba leśna Ap 5-15 ! 4,45 i 8,03 ! 1,70 ; 0,34 0,69 i 10,76 !j 15,21 ; 70,0; Forest grey soil A\A$ ! 35-45 4,72 j 8,63 1,36 ! 0,39 0,49 10,87 15,59 ! 69,7

A XB 55-65 i 2,62 ! 10,61 1,67 ; 0,35 0,52 13,15 15,77 ! 88,3 ! B (B ) i 100-110 ! 1,82 ! 8,55 1,90 j 0,30 0,43 11,18 13,00 86,0 i B C ! 130-140 ; 1,78 j 8,07 j 1,72 0,29 10,43 ! 10,51 12,29 85,5 j Gleba brunatna A p { B ) ~ i' 5-75 1 3,57 !~8,74~ ; 2,21 j 0,48 0,84 : 12,27 15,84 ~77^51 poczarnoziemna 1 (B ) 35-45 ! 1,98 ! 11,12 2,26 j 0,33 ! 0,73 ; 14,44 16,42 I 87,9 Post-chernozem (B ) 75-85 2,40 j 10,91 j 2,46 0,32 1 0,68 14,37 16,77 ; 85,7 brown soil : D : 125-135 1,85 10,03 ! 2,56 0,33 j 0,91 j 13,53 15,38

j

j

j

I

Ta b e l a 3 Właściwości chemiczne — Chemical properties

Nazwa gleby Soil kind Poziom genety­ czny Genetic horizon Głębo­ kość pobrania Sampling depth cm pH С 0/ /0 Mikroelementy Microelements h2o IM KCll В 1 Cu j Mn mg/kg 1 Mo 1 Zn

Szara gleba leśna Ар 5-15 5,1 ! 4,5 1,49 0,27 7,2 ;! 96,0 0,085 7,7 Forest grey soil A , A3 j 35-45 ! 4,9 j 4,4 1,39 0,22 5,5 89,0 0,075 3,2

A iB 55-65 _{i 5 > 6 1I 4 ’ 7} j 0,48 0,17 2,6 35,0 0,045 0,5 B (B ) i 100-110 1 6,0 4,9 ; o , i2 0,10 j ! 5 ’ 2 21,0 0,075 1,9 B C 130-140 _{i 5 >7} 4,7 0,10 0,05 j 1,4 38,0 0,040 0,5 Gleba brunatna A p (B ) ~5-15 5,9~1 4,9 0,74 0,16i 3>5 88,0 0,065 3,5 poczarnoziemna (B ) 35-45 6,3 5,2 j 0,17 0,11 2,6 23,0 0,035 0,2 Post-chernozem СВ) 75-85 5,7 j 4,6 I 0,13 0,07 ! ] >5 39,0 0,035 0,2 brown soil D 125-135 5,7 ! 4,7 ! 0,12 0,05 I 1,6 54,0 j 0,040 0,8 Gleba deluwialna Ap 5-15 ~бГ5_ 5~9~

\0~9Î

Z m ia n y ilościow e i jakościow e k o loid ów g leb ow y ch w y w o ła n e proce­ sami e ro zji w p ły n ę ły na w łaściw ości sorpcyjne poszczególnych gleb w toposekw encji. Z w raca u w agę w iększa pojem ność sorpcyjna w gleb ie brunatnej poczarnoziem nej, pom im o m ałego udziału w niej m aterii or­ ganicznej. W skazu je to, że o pojem ności sorp cyjn ej w gleb ie brunatnej poczarnoziem nej decydu je ilość i jakość m in era łów ilastych, natom iast w szarej g leb ie leśnej dużą rolę w kształtow aniu pojem ności sorpcyjnej n a leży przypisać m aterii organicznej.

Z m ien ia ją cy się pod w p ły w e m procesów ero zji skład kom pleksu sorp- cyjn ego ma duże znaczenie w procesie akum ulacji i w udostępnianiu roślinom składników pokarm ow ych. W y n ik i oznaczeń dostępnych dla roślin m ik roelem en tów : B, Cu, M n i Zn w skazują (tab. 3), że ich ilość jest n a jw yższa w poziom ach aku m u lacyjnych i spada zasadniczo z g łę ­ bokością p rofilu gleb ow ego. Szczególnie zjaw isk o to jest w idoczn e w g le ­ bie brunatnej poczarnoziem nej [1, 4, 8], gd zie w ys tę p u je m niej om aw ia­ nych m ikroelem entów , m im o n a jw y ższej zaw artości fra k c ji iłu koloidal­ nego. O bserw ując natom iast zaw artość m ik roelem en tów na podstaw ie a n alizy flu oroscen cyjn ej w m asie g leb o w e j poziom ów A p, stw ierd zam y n ajw iększą ich ilość w p rofilu g le b y erodow anej (rys. 6). W skazu je to, że odsłonięty m ateriał g le b o w y pochodzący z poziom u ilu w ia ln ego jest

S . E . Li cznar i in n i

m niej a k ty w n y biologicznie, co p otw ierd za ją rów n ież w cześn iejsze ba­ dania [[1, 8].

P rzed staw ion e badania wskazują, że w terenach fa listych następuje różn icow an ie składu m asy g leb ow ej, k tórej charakter zm ienia się w po­ szczególnych profilach toposekw encji. D latego też dla lepszego je j pozna­ nia konieczne jest stosowanie kom pleksow ych m etod badaw czych.

W N I O S K I

N a podstaw ie przep row adzon ych badań m ożna w yciągn ą ć następują­ ce w nioski:

1. Badania m ikrom orfologiczn e i su bm ikrom orfologiczne w skazują, że in ten syw n ie p rzeb ieg a ją cy proces e ro z ji w obrębie toposek w en cji p ro­ w ad zi do zm ian ilościow ych i jakościow ych w składnikach m asy g le ­ bow ej.

2. B udow a fo rm struktur p la zm y g leb ow ej badanej toposek w encji w skazuje, że w spółczesne p oziom y akum ulacyjne gleb topogenicznych u kształtow ały się p rz y w spółu dziale m ateriału pochodzącego z p oziom ów ilu w ia ln y ch szarych gleb leśnych, w w yn ik u procesów zm y w u i p rze­ m ieszczania zachow anych fra g m e n tó w a grega tów gleb ow ych .

3. Ilu w ia ln y charakter p oziom ów aku m u lacyjnych gleb topogenicz­ nych, zw łaszcza g le b y brunatnej poczarnoziem nej, w p ły w a na w ła ściw o­ ści je j kom pleksu sorpcyjnego, w k tó ry m dom inuje fra k c ja ilasta z p rze­ w agą m in era łów m on tm orylo n ito w ych i in terstra ty fik o w a n y ch illito w o - m ontm or y lon ito w y ch.

4. W e w spółczesnym poziom ie aku m u lacyjnym g le b y brunatnej po­ czarnoziem nej, w k tórej pojem ność kom pleksu sorp cyjn ego jest zdom ino­ w ana fra k c ją ilastą nad m aterią organiczną, spada udział p rzysw aja ln ych m ikroskładn ików pom im o dużej ich zaw artości w m asie g leb ow ej.

5. Stosow anie kom p lek sow ych m etod badaw czych w yja śn ia gleb o- tw ó rc zy charakter procesów e ro z ji i m echan izm y różnicow ania się składu m asy gleb topogenicznych.

L I T E R A T U R A

[1] B a n d u r o w s k i R . W p ły w rzeźby terenu na zm iany w łaściw ości i urodzaj­ ności szarych gleb leśnych P łask o w y żu G łubczyckiego zachodzące w w y n ik u erozji. (P raca doktorska, maszynopis). Instytut G lebo zn aw stw a w e W ro cław iu , 1985.

<

-Rys. 6. Rentgenowska m ikroanaliza jakościow a niektórych składników masy gle­ bo w ej w poziomach A p badanej toposekwencji

Fig. 6. X - r a y qualitative m icroanalysis of some soil b u lk elements in the A p ho­ rizon of the toposequence investigated

[2] B o l t A. J. J., M ü c h e r H. J., S e v i n k J., V e r s t r a t e n J. A study on loess-derived colluvia in southern L im bo u rg (the N etherlands). Neth. J. A gric. Sei. 1980, 28, 2 s. 110 - 126.

[3] С h о d а к T. B ad an ia nad w łaściw ościam i oraz składem m ineralnym gleb w y ­ tworzonych z lessu Dolnego Śląska. Zesz. N auk. A R W ro c ła w 21, Rozp., 1980.

[4] D o b r z a ń s k i B., G l i ń s k i J. The distribution of trace elements in p ro ­ files of erodeal soil. Pol. J. Soil Sei. 1968, 2 s. 119-127.

[5] D r o z d J., K o w a l i ń s k i S., L i c z n a r M . A pp lication of scanning elec­ tron microscopy in m icrom orphological studies of soil structure. Pol. J. Soil Sei. 1982, X V , 2 s. 151-154.

[6] K o w a l i ń s k i S., L i c z n a r M., D r o z d J., L i c z n a r S. E. M ik ro m orfo - logiczna interpretacja procesów fizyko-chem icznych w glebach czarnoziem- nych różnych re jo n ó w Polski. Rocz. Glebozn. 1987, 38, 2.

[7] L i с z n a r M. W łaściw ości gleb i kierunki ich ew olucji na terenach erod ow a- nych Płask o w yżu Głubczyckiego. Zesz. N auk. A R W ro c ła w 48, Rozp., 1985. [8] L i c z n a r М., D r o z d J. W p ły w rzeźby terenu na zmiany w łaściw ości sza­ rych gleb leśnych P łask o w y żu G łubczyckiego pod w p ły w e m erozji Rocz.

Glebozn. 1988, 39, 4 s. 35 - 56.

[9] M ü c h e r H. J., D e P 1 o e у J. E xperim ental and m icrom orphological in ve­ stigation of erosion and redeposition of loess by w ater. Earth surface p ro ­ cesses. 1977, 2 s. 117-124.

[10] T u r s k i R., P a l u s z e k J., S ł o w i ń s k a - J u r k i e w i c z A. W p ły w ero­ zji na fizyczne w łaściw ości gleb w ytw orzonych z lessu. Rocz. Glebozn. 1987, t. 28, 1 s. 37 -49.

[11] U g g l a H. i wsp. Proces erozji w odn ej w terenach pogórkow atych północ­ no-w schodniej części Polski. Rocz. Glebozn. 1968, t. 18, 2 s. 415 - 447. [12] W o c ł a w e k T. C harakterystyka chemizmu i składu m ineralnego frakcji

koloidalnej niektórych gleb erodow anych i d eluw ialnych Pojezierza M a zu r­ skiego. Rocz. Glebozn. 1967, t. 17 s. 201 - 227.

С. Э. ЛИ Ч Н А Р, С. КОВАЛИ НЬСКИ, М. Л И Ч Н А Р П Р И М Е Н Е Н И Е М И К Р О М О Р Ф О Л О Г И Ч Е С К И Х И С У Б М И К Р О М О Р Ф О Л О Г И Ч Е С К И Х М ЕТО Д О В В И С С Л Е Д О В А Н И И Э Р О Д И Р У Е М Ы Х П О Ч В Институт почвоведения и охраны сельскохозяйственной среды Сельскохозяйственной академии во Вроцлаве Р езю м е Проводились комплексные исследования микроморфологических, субмикроморфологи- ческих и физико-химических свойств серых лесных почв расположенных на склоне с укло­ ном свыше 10%. Исследования показали количественные и качественные изменения почвенной массы происходящие в указанных почвах под влиянием эрозии. Это проявилось в дифферерен- циации форм структуры почвенной плазмы современных аккумуляционных поризонтов топогенных почв, которые образовались из иллювиальных горизонтов серых лесных почв, неоднократно перемешанных в виде сохраненных фрагментов почвенных агрегатов. И ллю ­

виальный характер аккумуляционных горизонтов топогенных почв воздействует на свой­ ства сорбционного комплекса, в котором участие илистых материалов преобладает над участием органического вещества и способстует обогащению усвояемыми формами ми­ кроэлементов, S. Е. L I C Z N A R , S. K O W A L I Ń S K I , М. L I C Z N A R A P P L I C A T I O N O F M I C R O M O R P H O L O G I C A L A N D S U B M I C R O M O R P H O L O G I C A L M E T H O D S I N I N V E S T I G A T I O N O F E R O D E D S O IL S

Institute of Soil Science and A gricu ltu ral Environm ent Protection A gricu ltu ral U niversity of W ro c ła w

S u m m a r y

C om plex investigations on microm orphological, subm icrom orphological and physico-chem ical properties of toposequence of forest grey soils situated on the slope of the inclination of over 10% w ere carried out.

The investigations proved qualitative and quantitative changes of soil p ro ­ perties occurring w ithin particular toposequences under the erosion effect. This manifests itself in differentiation of form s of the soil plasm a structure in con­ tem porary accum ulation horizon of topogenic soils developed from m aterials ori­ ginating from illu via l horizons of forest grey soils, often m ixed up, form ing p re­ served fragm ents of soil aggregates. Illu v ial character of accum ulation horizon of topogenic soils affects the sorption com plex properties, in w hich the share of clay m inerals is higher than that of organic matter and contributes to the content of available form s of microelements.

D r Stanisława E. Liczna r Praca w płyn ęła do red akcji w listopadzie 1987 r. Katedra Glebozn aw stw a

Akadem ia Rolnicza w e W rocła w iu 50 - 357 W rocła w , Grunw aldzka 53