R O C Z N I K I G L E B O Z N A W C Z E T . X X X IV , N B 1—2, W A R S Z A W A 1983
K A ZIM IER Z JA N U SZ E K
POTENCJAŁ OKSYDACYJNO-REDUKCYJNY WYBRANYCH GLE LEŚNYCH POLSKI POŁUDNIOWEJ W ŚWIETLE BADAN
POLOWYCH I LABORATORYJNYCH
CZĘŚĆ I. SEZONOWE ZMIANY POTENCJAŁU REDOKS
P racow n ia G leb o zn a w stw a L eśn ego Z akładu E kologii L asu AR w K rak ow ie
W ST ĘP I CEL PR A C Y
Ocenę intensywności procesów oksydacyjno-redukcyjnych w glebie, zwanych pospolicie procesami glejowym i, przeprowadza się w większo ści przypadków w sposób pośredni przez oznaczanie barw [17] bądź na podstawie obserwacji wytrąceń żelazistych [22, 25].
Bezpośrednią miarą intensyw ności procesów oksydacyjno-redukcyj- nych jest potencjał oksydacyjno-redukcyjny (tzw. potencjał redoks). Do konując pomiaru potencjału redoks w glebie m ierzym y tzw. m ieszany potencjał redoks, który stanowi wypadkową w szystkich system ów redoks
w glebie (20].
W dotychczasowych badaniach potencjał redoks był w ykorzystyw any z powodzeniem do charakteryzowania stopnia oglejenia gleb [3, 21]. Stwierdzono także korelację między ilością tlenu w glebie a wartością
potencjału redoks [11, 12, 14, 19]. Dotychczasowe w yniki badań świad
czą o sezonowej zmienności potencjału redoks w glebach. Niektóre z nich [15, 24] 'wskazują na obniżanie się potencjału redoks wiosną, inne [1, 5,
6] — na obniżanie się latem; stwierdzono także obniżanie się potencjału
redoks w jesieni {9, 18].
Celem niniejszej pracy było zbadanie sezonowych zmian potencjału redoks w wybranych glebach leśnych.
M ETO DYK A I Z A K R ES P R A C Y
Badania przeprowadzono w uroczysku Gaj, Nadleśnictwa Stary Sącz,
w glebie: brunatnej wyługowanej słabo oglejonej (stanowisko 1), płowej
pseu-32 К. Januszek
doglejowej właściwej (stanowisko 3) oraz m ułowo-glejowej (stanowisko 4) w roku 1977.
Pomiary potencjału redoks przeprowadzono w poszczególnych pozio mach genetycznych wym ienionych gleb w odstępach m iesięcznych spec-» ialną sondą, składającą się z sześciu elektrod platynowych i jednej elek trody kalomelowej (rys. 1). Sondę wprowadzono do gleby w otwór wykonany świdrem o średnicy sondy. Odczytów siły elektromotorycznej (EMS) dokonywano przy użyciu multimetru V-640 (opór w ew nętrzny
100 M£2, m aksym alne natężenie prądu rzędu 10-9 A) w chwili ustalenia
R ys. 1. S ch em at u rządzenia pom iarow ego 1 —. k o ń c ó w k a s o n d y z e l e k t r o d a m i p l a t y n o w y m i i e l e k t r o
d ą k a l o m e l o w ą w e w n ę t r z u k o ń c ó w k i , 2 —4 p o w i e r z c h n i a g le b y , 3 —•' s o n d a , 4 — p r z e w o d y o d p r o w a d z a j ą c e , 5 — p r z e
ł ą c z n i k , 6 — m i e r n i k
Sch em e of m easu rin g apparatus
1 —. t e r m i n a l o f p r o b e w i t h p l a t i n u m e l e c t r o d e s a n d c a l o
m e l e l e c t r o d e i n s i d e t h e t e r m i n a l , 2 — s u r f a c e o f s o il, 3 — o r o b e , 4 — c o n n e c t i n g c a b l e s , 5 — c o m m u t a t o r , 6 — m e t e r
się równowagi elektrochemicznej m iędzy elektrodą a glebą (średnio około 30 minut). Wartości Eh obliczano według wzoru: Eh = ± EMS -r Er, gdzie Er = wartość potencjału elektrochemicznego kalomelowej nasy conej elektrody + 2 4 2 mV (przy 25°C). Po każdym pomiarze elektrody
platynowe oczyszczano m echanicznie oraz obmywano kolejno: H2O dest.,
roztworem detergentu w 5-procentowym kwasie octowym , 20-procento-
wym roztworem H202 oraz H2O dest. Szczegóły m etodyczne pomiaru po
tencjału redoks w glebach om ówili F 1 a i g i współpr. [8] oraz G l i ń s k i
i D u l i b a n {10].
Równolegle z pomiarem Eh pobierano w odstępach m iesięcznych z po- poszczególnych poziomów genetycznych próbki gleby do woreczków plastykowych i do naczyniek, na których w ciągu dwóch dni od chwili pobrania oznaczano w laboratorium:
— Fe ruchome w wyciągu 0,05 N H2SO4 przy użyciu o-fenantroliny
z dodatkiem kwasu askorbinowego jako reduktora,
— Fe2+ w tym samym wyciągu, ale bez kwasu askorbinowego, — Fe3+ (z różnicy Fe ruchom e — Fe2+),
— Mn w ym ienny w wyciągu 1 N M g S 04 według Schachtschabela,
— wilgotność gleby metodą wagową,
— pH gleby w H20 dest. w papce, potencjom etrycznie przy użyciu elektrody szklanej i kalomelowej.
Ponadto pobrano jednorazowo próbki gleby o nie naruszonej struk turze przy użyciu cylinderków Kopecky’ego, w których oznaczono gęstość objętościową oraz porowatość ogólną, kapilarną i niekapilarna.
Potencjał oksydacyjno-redukcyjny wybranych gleb 33
Z kolei w próbkach gleb powietrznie suchych, pobranych podczas opi sów profilów glebowych, oznaczano:
— gęstość właściwą fazy stałej w kolbach miarowych, — Fe i Mn ogółem w wyciągu kwasu nadchlorowego.
— С organiczny metodą oksydometryczną Tiurina w m odyfikacji Ka tedry Gleboznawstwa iWSR w Krakowie,
— N ogółem metodą Kjeldahla,
— skład m echaniczny metodą Bouyoucosa w modyfikacji Casagrande’a i Prószyńskiego.
ZA R Y S W A RU NK Ó W FIZJO G R A FIC ZN Y C H U R O C Z Y SK A G A J
P o ł o ż e n i e g e o g r a f i c z n e i p o d ł o ż e g e o l o g i c z n e . Uro czysko Gaj położone jest na terenie Nadleśnictwa Stary Sącz, nad dro gą m iędzy m iejscowościami Stary Sącz i Gołkowice. Badane stanowiska znajdują się na wysokości od 350 do 420 m p.p.m.
Na badanej powierzchni w spągu gleb zalegają łupki ilasto-m argliste warstw podmagurskich. W stropie są one nakryte warstwą różnej miąż szości czwartorzędowych utworów lessopodobnych wodnego pochodzenia (stanowiska 1— 3). Dolne odcinki stoków i lokalne doliny potoków w y ściełają utw ory deluwialno-aluwialne (stanowisko 4).
K l i m a t . Charakterystykę klimatu opracowano na podstawie da nych najbliższych stacji meteorologicznych. Średnia roczna suma opadów w stacji Stary Sącz (odległość 3 km) w latach 1956— 1970 w ynosiła tarn 789,9 mm, »a temperatura powietrza 7,7°C. Najbardziej w ilgotnym i ciep łym okresem są m iesiące letnie od czerwca do sierpnia. Średni opad dla tych trzech m iesięcy w latach 1956— 1970 w ynosił 49.1% opadów rocznych. Najwilgotniejszym i najcieplejszym miesiącem jest lipiec; śred nia suma opadów kształtuje się na poziomie 145,8 mm, a średnia tem peratura powietrza wynosi 17°C. Na m iesiące letnie przypadają także maksymalne wartości dobowe opadów i najwięcej dni z opadem powyżej 10 mm. Dla lipca m aksym alny opad dobow y w latach 1956— 1970 w yno
sił 77,5 mm, a 6 dni było z opadem powyżej 10 mm (rys. 2).
C h a r a k t e r y s t y k a s t a n o w i s k . Stanowisko 1. Położenie: od dział 37 b, 375 m n.p.m., zbocze WNW o nachyleniu 10°. Zbiorowisko roślinne: A bietetu m o charakterze grądowym. Podłoże geologiczne: pył wodnego pochodzenia (utwoi у lessopodobne) podścielony na głębokości około 50 cm zwietrzeliną łupka marglistego, zalegającego przeciętnie na
głębokości 1 m (tab. 1). Typ i podtyp gleby: gleba brunatna wyługowana.
Ogle jenie występuje od 50 cm w postaci m ałych plam rdzawopopielatych i „pieprzów” barwy czekoladowej.
Stanowisko 2. Położenie: oddział 37 bi, 420 m n.p.m., spłaszczony
wa-3 4 К. Januszek
R ys. 2. Ś red n ie dobow e tem p eratu ry p ow ietrza oraz su m y d ob ow e opadów 1 — o p a d y , 2 — t e m p e r a t u r a , 3 — t e r m i n p o m i a r u E h i p o b i e r a n i a p r ó b e k g l e b o w y c h . D a n e
z a l a t a 1975—1976 o r a z s t a c j i S t a r y S ą c z , z a iro k 1977 — d l a s t a c j i B a r c i c e
M ean d aily air tem p eratu res and d aily atm osp h eric p recip ita tio n sum s 1 —i p r e c i p i t a t i o n s , 2 — t e m p e r a t u r e , 3 — E h m e a s u r e m e n t a n d s o il s a m p l i n g d a t e s . D a t a
f o r t h e p e r i o d 1975—1976 f o r o b s e r v a t o r y a t B t a r y S ą c z , f o r 1977 — f o r B a r o i c e o b s e r v a t o r y
riant uboższy. Podłoże geologiczne: utwory pyłowe czwartorzędowe wod nego pochodzenia. Typ i podtyp gleby: gleba płowa bielicowana średnio górnie oglejona z próchnicą moder-mor, o składzie mechanicznym pyłu
ilastego przewarstwionego w poziomie A3 pyłem zw ykłym w wyniku
przemywania. Gleba w poziomie Big silnie zwięzła, oglejona w postaci pionowych popielatych smug oraz drobnych pieprzów barwy czekola dowej.
Stanowisko 3. Położenie: oddział 37 bj, 412 m n.p.m., fragment w klę słej wierzchowiny NNW o nachyleniu 3°. Zbiorowisko roślinne: rozwi nięta fragmentarycznie młaka śródleśna z Juncus sp., Equisetum sp. oraz
Abies alba. Podłoże geologiczne: utwory lessopodobne wodnego pocho
dzenia. Typ i podtyp gleby: gleba opadowoglejowa (pseudoglejowa) w ła ściwa z poziomem A^gr barwy popielatoszarej oraz poziomem glejowym
gr barwy kakaowej z rdzawymi plamkami. Jest to gleba wieloczłonowa:
pył ilasty przechodzi na głębokości 66 cm w glinę średnią, a ta z kolei
na głębokości 118 cm jest podścielona iłem pylastym .
Stanowisko 4. Położenie: oddział 38 a, 350 m n.p.m., podnóże stoku (w dolinie potoku) WNW o nachyleniu 2°. Zbiorowisko roślinne: A
lne-T a b e l a 1 N ie k tó re fiz y k o -c h e m ic z n e w ła ś c iw o ś c i g le b u ro c z y sk a " G a j” Some p h y s i c o - c h e a i c a l p r o p e r t i e s s o i l i n f o r e s t ra n g e " G a j" Ниш«,? s t a n o w isk a c ta n d s No. G łębo kość D epth cm Poziom Ho r iz o n pH P r o c e n t f r a k c j i о 0 w mm % o f f r a c t i o n s , d i a m e te r i n mm С o rg . og ó łe m N t o t a l С/П Fe o -g ó ln e t o t a l Fe Mn 0 -g ó ln y t o t a l 1Лп C ię ż a r g/сш^ D e n s ity g/cm ^ P o ro w ato ść w % o b j ę t o ś ciow ych P o r o s i t y in v o l . % P o r . ka p i l a r n a P o r .n i e - k a p i l a r - na C a p i l l a ry por. H20 KC1 w ła ś ciwy r e a l ob ję - t o ś - ciowy b u lk o g ó l na t o t a l k a p i l a r n a c a p i l l a r y n ie k a p i l a r n a no n ca - p i l l a r y 1 ,0 -0 ,1 0 , 1 -0 ,-0 2 < 0 ,0 2 % % ppm ITon c a p i l l a r y p o r . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 A 3 16 17 18 19
B ru n a tn a wyługowana gła b o o g l e jo n a Lcachod brown s o i l , s- l i g h t l y g le y e d
1 0 , 5 - 7 A1 4 ,4 3 ,6 20 43 37 3,1 0 ,2 5 12 ,4 1,4 5 912 ,5 2 ,5 9 1,0 7 58 ,7 4 9,1 9 ,6 5,1 7 - 16 A ^ B / 4,5 3 ,5 20 42 38 1 ,2 0 ,1 0 12 ,0 1,38 647,5 2 ,6 0 1,22 53,1 4 6 ,3 6 ,8 6 ,8 16- 51 /В / 4 ,3 3 ,5 29 34 37 0 ,3 0 ,0 4 7 ,5 1 ,7 9 305,0 2 ,6 0 1,45 4 4 ,2 3 8 ,4 5 ,8 6 ,6 K 5 1 - 95 D /B /g 4 ,4 3 ,2 20 13 67 0 , 3 0 ,0 5 5 ,8 3,6 6 365,0 2,7 1 1,41 48 ,0 45,1 2 ,9 1 5,6 95-115 Dg 5,6 4 ,2 2 3 95 n . o . n . o . n . o . 4,21 300,0 n . o . n . o . n . o . n . o . n . o . П о О о 115-160 D 7 ,8 7 ,1 5 11 84 n . o . л • O • n . o . 2 ,6 8 9 90,0 n . o . n . o . n . o . n . o . n . o . n . o . G leba płow a b ie lic o v ,:ana ś r e d n io o j l e j o n a - P o d z o iis e d l e c s i v e s o i l , m ediun g ls y e d
2 2 - 4 3,5 2 ,9 n . o . n .o « n . o . 2 9 .5 1,41 2C, 9 0 ,8 2 4 3 0 ,0 1 ,8 4 0 ,2 4 n . o . n . o . n . o . n . o . 4 - 7 A1+2 3 ,4 2 ,8 15 44 41 5 ,7 0 ,2 8 2 0 ,3 1,3 0 110,0 2 ,4 4 0 ,7 6 6 8 ,8 5 9 ,3 9 ,5 6 ,2 7 - 46 A3 4,1 3 ,7 5 63 32 0 ,6 0 ,0 7 8 ,6 1 ,5 0 572,5 2,61 1,18 5 4 ,8 5 3 ,2 1 ,6 3 3 ,2 4 6 - 75 B i g 4 ,7 3 ,5 5 40 55 0 ,2 0 ,0 5 4 ,6 2 ,5 8 4 3 0 ,0 2 ,6 6 1,62 39,1 3 8 ,7 0 ,4 9 6 ,7 75-140 BiCg 5 ,0 3 ,6 5 48 47 0 ,2 0 , 0 3 5 ,7 2 ,4 6 6 0 5 ,0 2 ,6 8 1,6 4 3 8 ,8 3«,6 0 ,2 1 9 3 ,0 140-160 e g 5 ,2 3 ,8 5 48 47 0 ,1 0 ,0 2 5 ,0 2 ,4 8 64 0 ,0 n . o . n . o . n . o . n . o . n . o . Г . 0 . P o te n c ja ł o k sy d a c y jn o -x e c h ii k c y jn y w y b r a n y c h g le b
cd. tabeli 1
1 .2 3 4 - 5 6 7 8 9 10 ! i i II 12 !! 13 II 14 II 15 II 16 II 17 II 18 II 19 _ G leba p seu d o g le jo w a w łaściw a T y p ic a l p s e u d o g le y s o i l
3 2 - 10 A.,gr 6 ,8 5 ,9 7 45 43 5 ,4 0 ,2 8 1 9 ,4 1 ,4 2 1417,0 2 ,5 2 0 ,8 7 6 5 ,5 5 8 ,9 6 ,6 8 ,9 10- 35 g r 6 ,2 4 ,5 6 45 49 0 ,5 0 ,0 8 6 ,7 1,5 5 6 0 0 ,0 2 ,6 4 1 ,4 3 4 5 ,8 4 3 ,2 2 ,6 16,6
35- 66 Dgr+o 6 ,3 4 ,9 3 45 52 0 ,2 0 ,0 4 6 ,2 2 ,4 6 6 1 5 ,0 2 ,6 9 1,6 5 3 8 ,7 3 7 ,2 1 ,5 2 4 ,8 66-118 Dgo+r 6 ,2 4 ,6 13 37 50 0 ,2 0 ,0 3 6 ,7 2 ,3 8 74 5 ,0 2 ,6 9 1 ,8 0 3 3 ,1 32,8 0 , 3 1 0 0 ,3 118-166 DgcH-x 6 ,5 5 ,0 6 36 58 0 ,2 о , о з 6 ,0 2 ,3 2 5 4 0 ,0 2 ,7 0 1,71 3 6 ,7 3 5 ,9 0 ,8 4 4 ,9
G leba m ułow o-glejow a - A l l u v i a l g le y s o i l
4 0 - 7 Ai 6 ,6 5 ,7 22 32 46 6 ,2 0 ,4 8 12,9 2 ,6 9 1835,0 2 ,5 4 0 ,6 8 7 3 ,2 6 5 ,4 7 ,8 8 , 4 7 - 18 A^jGo 6 ,6 5 ,7 18 24 58 4 ,8 0 ,4 0 1 2 ,3 2 ,7 9 8 5 2 ,5 2 ,3 6 0 ,8 5 6 4 ,0 6 2 ,7 1 ,3 4 3 ,2 18- 40 Go 6 ,4 5 ,5 25 30 45 0 ,8 0 ,0 8 10,6 3 ,3 2 24 7 0 ,0 2 ,9 4 1 ,4 8 4 9 ,6 4 7 ,4 2 ,2 2 1 ,5 4 0 - 64 AkGo+r 5 ,6 5 ,0 8 40 52 4 ,1 0 ,3 4 12,0 1 ,9 0 57 5 ,0 2 ,5 5 0 ,8 5 6 6 ,7 6 5 ,8 0 , 9 7 3 ,1 6 4 - 90 AkGr 6 ,0 5 ,4 17 27 56 3 ,4 0 ,2 5 1 3,5 2 ,1 0 310,0 2 ,5 7 0 ,9 4 6 3 ,4 6 2 ,5 0 ,9 6 9 ,4 90-110 DG 6 ,4 5 ,8 23 29 43 2 ,7 0 ,2 0 1 3,6 n . o . n . o . n . o . n . o . n . o . n . o . n . o . n . o .
Potencjał oksydacyjno-redukcyjny wybranych gleb 37
tum incanae. Typ i podtyp -gleby: gleba m ułowoglejowa z wyraźnie w y
kształconym poziomem glejow ym oksydacyjnym G0 barwy rdzawej i re
dukcyjnym A kG r barwy stałowopopielatej. Powstała z utworów aluwia- lno-deluw ialnych o składzie mechanicznym gliny średniej pylastej, za legającej na głębokości 64 cm na glinie ciężkiej pylastej — w spągu pod ścielonej rumoszem skalnym.
W Y N IK I B A D A Ń W ŁA SN Y C H
Sezonowe zmiany potencjału oksydacyjno-redukcyjnego, jak i pozo stałych właściwości badanych gleb przedstawiono w formie wykresów na rys. 3— 5.
Gleba brunatna wyługowana słabo oglejona (stanowisko 1) w ykazy wała najwyższe wartości potencjału redoks. W tej glebie wartości Eh kształtowały się w granicach od 405 do 754 mV. Najniższe wartości Eh zanotowano w glebie m ułowoglejowej (stanowisko 4). W glebie mułowo- glejowej wartości Eh wahały się w granicach od 202 do 651 mV. Pośred nie wartości Eh wykazywała gleba płowa bielicowana średnio oglejona
(stanowisko 2 — Eh w granicach 338— 673 mV) oraz gleba pseudoglejo-
wa właściw a (stanowisko 3 — Eh 362— 693 mV, rys. 5).
W glebie brunatnej, płowej i pseudoglejowej na ogół niższe wartości Eh w ystępow ały w wierzchnich poziomach próchnicznych A ly A tgr, Арцу w yższe — w głębszych poziomach (ß), Big, Dg. Z kolei w glebie m uło
woglejowej niższe wartości Eh w ystępow ały w głębszych poziomach
AkGfo + r i A kG r, a w yższe w wierzchnich poziomach próchnicznych A\, A^Go oraz w poziomie oksydacyjnym Go.
Gleba grunatna płowa oraz gleba pseudoglejowa w ykazyw ały najwięk szą rozpiętość Eh w wierzchnich poziomach próchnicznych A b A fH} A^gr, najmniejszą — w poziomach środkowych: (B), Big, Dgr + o. Gleba mu łowoglejowa największą rozpiętość Eh w ykazyw ała w poziomie redukcyj
nym A kG r, a najmniejszą w poziomie oksydacyjnym Go (rys. 6).
Minimalne wartości Eh w poszczególnych poziomach genetycznych w ystępow ały najczęściej w okresie letnim od czerwca do września (83,3°/o przypadków), a maksymalne wartości Eh — najczęściej w maju, paździer niku i w listopadzie (58,4% przypadków).
W okresie letnim wzrastała taikże rozpiętość Eh w profilu glebowym (rys. 7). Największa profilowa rozpiętość Eh we wszystkich badanych glebach wystąpiła w czerwcu. Średnia rozpiętość Eh z trzech lat w yno siła: dla gleby płowej — 117 mV, brunatnej — 199 mV. Dane za rok 1977 dla gleby pseudoglejowej w ynosiły 232 mV, a dla gleby m ułow ogle jowej 392 mV.
M aksymalne ilości Fe2+ w badanych glebach w ystępow ały najczęściej
paź-Rys. 3. S e z o n o w e zm ian y Eh i n iek tó ry ch w ła śc iw o ś c i w p o szczeg ó ln y ch poziom ach gleb y brunatnej
— E h w m V , 2 — p H w H2O , 3 — F e 2+ , 4 — F e 8+ , w m g/100 g g le b y a b s o l u t n i e s u c h e j , 5 — w i l g o t n o ś ć w p r o c e n t a c h o b j ę t o ś c i o w y c h , 6 — M n w y m i e n n y w p p m
Sea so n a l E f ch an ges and som e prop erties in p articu lar horizons of th e b row n so il
— E h i n m V , 2 —p H i n H 20 , 3 — F e s+ , 4 — F e * + , i n m g p e r 100 g o f a b s o l u t y d r y s o il, 5 — m o i s t u r e i n v o i% , 6 — e x c h a n g e a b l e M n i n p p m
R ys. 4. S ezo n o w e zm ian y Eh i n iek tó ry ch w ła śc iw o śc i w p oszczególn ych poziom ach gleb y p łow ej b ielico w a n ej
o z n a c z e n i a j a k n a r y s . 3
S ea so n a l ch an ges of Eh and of som e p roperties of particu lar horizons of podzolized so ils le s siv é s
Rys. 5. S ezon ow e zm ia n y Eh i n iek tó ry ch w ła śc iw o śc i w p o szczególn ych poziom ach g leb y a — p s e u d o g l e j o w e j , b m u ł o w o - g l e j o w e j ; i n n e o b j a ś n i e n i a j a k n a r y s . 3
S ea so n a l ch an ges of Eh and of som e properties of particu lar horizons of soils a — p s e u d o g l e y , b — a l l u v i a l g l e y ; o t h e r d e n o t a t i o n s — a s i n F ig , 3
38 К. Jan u szek
Rys. 6. R ozp iętość Eh (w mV) w od n iesien iu do p o zio m ó w g en ety czn y ch (I—V) gleb y
1 — b r u n a t n e j (x ), 2 — p ł o w e j (x ), 3 — p s e u d o g l e j o w e j ( x x ) , 4 — m u ł o w o - g l e j o w e j (x x ) ,;
I — p o z io m y : A b A 0F H , A i g r , I I — p o z io m y : A 1+2, A i(B ), A i G o , g r , I I I — p o z io m y : (B ), A 3, G o , D g r + о, IV — p o z io m y : D (B )g , B i g , D g o + r , A k G o + r ; V — p o z io m y : B iC g o ■} r i A k G r ;
(x ) — ś r e d n i e z a l a t a 1975—1977, < xx) — d a n e z a r o k 1977
Eh range (in mV) in gen etic horizons (I—V) of soils
1 — b r o w n (x ), 2 — le s s i v é (x ), 3 — p s e u d o g l e y ( x x ) , 4 — a l u v i a l g l e y s o i l s (x x ) ; I — h o
r iz o n s : A \ , A o F H , A i g r ; I I — h o r i z o n s : A1+2, A i(B ), A1G0, g r ; I I I — h o r i z o n s : (B ), A 3, G o ,
D g r + o ; I V — h o r i z o n s : D (B )g , B i g , D g o + r ; A k G o + r ; V — h o r i z o n s : B i C g o + r a n d A k G r ; (x ) —
m e a n f o r 1975—4977, (x x ) — f o r 1977
dzierniku i w listopadzie (69,5% przypadków). Wzrostowi Fe2+ w bada nych glebach towarzyszył na ogół spadek Fe3+ (rys. 3, 5).
Maksymalne ilości Mn wym iennego w ystępow ały najczęściej w okre sie od czerwca do sierpnia (57,5% przypadków), zaś minimalne ilości — najczęściej w oikresie od września do listopada (63,5% przypadków).
Maksymalne wartości pH w H20 (najmniejsze zakwaszenie) w ystępo wały najczęściej w czerwcu (25,4% przypadków), a minimalne (najwięk sze zakwaszenie) w lipcu i sierpniu (45,2% przypadków).
Rys. 7. R ozpiętość Eh w p rofilu glebj 1 — b r u n a t n e j (x ), 2 — p ł o w e j (x ), 3 — o s e u d o g l e j o w e j (x x ) , 4 —, m u ł o w o - g l e j o w e j 'XX); (x ) — ś r e d n i a z a l a t a 1975—1977, (x x ) — d a n e z a r o k 1977 R ange of Eh in th e p ro file of 1 — b r o w n (x ), 2 — l e s s iv é (x ), 3 — p s e u - d o g le y (x x ) , 4 g l e y (x x ) s o ils ; (x ) — m e a n f o r 1975—1977, (x x ) — f o r 1977
P o ten cja ł o k sy d a cy jn o -red u k cy jn y w y b ra n y ch gleb 39
IN T ER PR E T A C JA W Y NIK Ó W
Dane analityczne wskazują, że zależności zachodzące między potencja łem redoks a pozostałymi właściwościami gleby są złożone i uzależnione od kompleksowego oddziaływania w ielu czynników. Koncentrowanie się w okresie od czerwca do września minim alnych wartości Eh, maksymal nych wartości Fe2+, Fe ruchomego i Mn wym iennego wskazuje na nasile nie procesów redukcyjnych w okresie letnim. W glebie brunatnej, pło wej i pseudoglejowej nasilenie procesów redukcyjnych miało miejsce w tym okresie w wierzchnich poziomach próchnicznych, a w glebie mu- łowoglejowej — w poziomach głębszych. Z podobną prawidłowością spot kali się także K a n i w e c [16] oraz F e d o r i s z c z a k i R*u s i n [7] przy pomiarach potencjału oksydacyjno-redukcyjnego gleb Przedkarpacia. Ob niżanie się potencjału redoks w olkresie letnim (wyższe temperatury) zbiegało się często, choć nie zawsze, z większą ilością opadów atm osfe rycznych przed pomiarem (rys. 2 oraz rys. 3— 5). Zależność potencjału
R ys. 8. Ś red n ie w a rto ści p oten cjału red ok s (Eh) i F e2+ w b ad an ych gleb ach na teren ie u roczysk a Gaj
1 — b r u n a t n a , 2 — p ł o w a , 3 — p s e u d o g l e j o w a , 4 — m u ł o w o g l e j o w a
M ean red ox p o te n tia l (Eh) and F e2+ v a lu es of so ils under stu d y in the Gaj fo rest d istrict
1 — b r o w n , 2 — l e s s i v é , 3 — p s e u d o g l e y , 4 — g le y s o ils
redoks od ilości opadów i temperatury powietrza zaznacza się wyraźnie w poziomach AkGr gleby m ułowoglejowej oraz A\gr gleby pseudogle jowej (rys. 9).
В o h n [4] oraz G l i ń s k i i S t ę p n i e w s k a ,[12] uważają, że w wa
runkach redukcyjnych ma miejsce lepsza stabilność i odtwarzalność war tości potencjału redoks (większe obciążenie układów
oksydoredukcyj-40 К. J a n u szek
nych w glebie). Średnie profilowe wartości Eh w badanych glebach w y kazują wyraźnie odwrotną korelację ze średnimi profilowym i wartościami
Fe2+ (rys. 8). Brak korelacji m iędzy Eh i Fe2+ w poszczególnych pozio
mach genetycznych profilu glebowego wskazuje na nierów noległy w cza sie przebieg zmian ilościowych w zakresie F e24* i Eh. W ystępowanie m
i-Rys. 9. P o ten cja ł red ok s (Eh) w p oziom ie A k G r g leb y m u ło w o -g lejo w ej a w aru n k i atm osferyczn e
1 —ł s u m a o p a d ó w a t m o s f e r y c z n y c h 7 d n i p r z e d p o m i a r e m E li, 2 — s u m a o p a d ó w a t m o s f e
r y c z n y c h 3 d n i p r z e d p o m i a r e m E h , 3 —»! ś r e d n i a t e m p e r a t u r a p o w i e t r z a z s i e d m i u d n i p r z e d p o m i a r e m E h , 4 — E h
R ed ox p o ten tia l (Eh) of th e A k G r horizon o f g ley so il and atm osp h eric conditions 1 — a t m o s p h e r i c p r e c i p i t a t i o n s u m s w i t h i n 7 d a y s b e f o r e t h e E h m e a s u r e m e n t , 2 — a t m o s p h e
r i c p r e c i p i t a t i o n s u m w i t h i n 3 d a y s b e f o r e t h e E h m e a s u r e m e n t , 3 —1 m e a n a i r t e m p e r a t u r e w i t h i n 7 d a y s b e f o r e t h e E h m e a s u r e m e n t , 4 — E h
nim alnych wartości Eh najczęściej w lipcu (33,3Vo przypadków), a mak symalnej ilości Fe2+ w sierpniu {38,9% przypadków) sugeruje wzrasta nie Fe2+ w następstwie obniżania Eh. Nierówoległość zmian Fe2+ i war tości Eh oraz wysoką koncentrację Fe2+ przy stosunkowo wysokich war tościach Eh (rys. 3— 5) można tłum aczyć powolnym tempem utleniania i redukcji Fe w glebie oraz obecnością innego system u redoks w glebie determinującego wartość Eh.
Mniejsze wahania Eh w głębszych poziomach gleby płowej i pseudo- glejowej, a równocześnie stosunkowo duże wahania Fe2+, św iadczyły o przemieszczaniu Fe2+ z wierzchnich poziomów w głąb profilu gle bowego.
Kakaowa barwa poziomu gr gleby pseudoglejowej nie pochodzi za
pewne od Fe2+, gdyż występowało ono w tym poziomie wT niewielkiej
ilości; średnia zawartość — 25,7 (od 0,1 do 40,2) mg/100 g gleby. Zabar wienie tego poziomu powodowane jest prawdopodobnie wyługowaniem wolnych tlenków Fe (zubożeniem w Fe ogółem) z tego poziomu. O zja wisku tym donosił w swoich pracach B l o o m f i e l d [2].
Potencjał oksydacyjno-reduikcyjny wybranych gleb 41
W poziomie A kG r gleby m ułowoglejowej zaznaczył się wyraźny spa dek ilości Fe2+ wraz ze spadkiem potencjału redoks. Tę zbieżność można by tłumaczyć tworzeniem się w silnie zredukowanych warunkach środo wiska glebowego nierozpuszczalnych związków żelaza, np. w formie siarczków.
Interesującą ciekawostką jest przystosowanie się niektórych roślin do bytowania w słabo utlenionych warunkach środowiska glebowego, np. korzeni Chaerophyllum hirsutum w zredukowanym poziomie A kG r gle by m ułowoglejowej. Przy dokładnym przyjrzeniu się ich budowie oka zało się, że są one zaopatrzone w komory powietrzne umożliwiające zao patrywanie tego gatunku w tlen z powietrza atmosferycznego. Podobne zjawisko opisywał T o ł p a [23] analizując pojemność powietrzną roślin ności bagiennej.
Godną odnotowania anomalią, na którą napotkano w czasie badań, były wysokie wartości Eh w poziomie redukcyjnym A kG r gleby m ułowo glejowej. Minimalna wartość Eh w tym poziomie wynosiła 202 mV, mimo że przez cały okres badawczy w tym poziomie odczuwało się obecność siarkowodoru.
Wysoka rozpiętość pH, wynosząca 3 jednostki w poziomie D(B)g gleby brunatnej, wynika z dużej heterogeniczności gleby, wywołanej w tym poziomie zaleganiem łupka marglistego na niejednakowej głębokości (90— 130 cm).
Brak Mn wym iennego w poziomach wierzchnich gleby m ułow oglejo wej (rys. 5) pozostaje w związku z w ysokim i wartościami Eh i pH w tych poziomach. Na taką zależność wskazują m. in. wyniki badań G o t o h a i P a t r i c k a [13].
Stacjonarne badania sezonowe przeprowadzone na terenie uroczyska Gaj nad właściwościami gleby ujaw niły kształtowanie się kilku nieocze kiwanych relacji. Stwierdzono istotną statystycznie zależność między
ilością Fe2+ w poziomie A i+2 gleby płowej a wilgotnością w poziomie A3
(r = 0,59), odwrotną statystycznie istotną zależność m iędzy ilością Fe2+ w poziomie A ^ 2 a ilością Mn wym iennego w poziomie Az gleby płowej
(r = — 0,63), a także m iędzy ilością Fe2+ i Mn wym iennego w poziomie A 1 gleby brunatnej (r = — 0,62).
W N IO SK I
1. Minimalne wartości potencjału redoks w badanych glebach w ystę
pow ały zw ykle w okresie od czerwca do września, a maksymalne w m a ju, październiku i listopadzie. Jednorazowe pomiary potencjału redoks należy zatem przeprowadzać w okresie letnim.
2. Potencjał oksydacyjno-redukcyjny odzwierciedla w sposób prawi dłowy procesy glejowe. Najniższe wartości potencjału redoks w ykazy w ały poziomy: redukcyjne gleb glejowych z dużą ilością substancji orga
42 К. Januszek
nicznej (A kG r, A^gr), a najwyższe — poziomy oksydacyjne (Go) gleb glejow ych oraz poziomy brunatnienia (В) gleb brunatnych.
3. Wartości Eh nie wykazują równoległych zmian z wartościami Fe2+, co świadczy o obecności w glebie innych system ów redoks determinują cych wartość potencjału oksydacyjno-redukcyjnego gleby.
4. W poziomach redukcyjnych badanych gleb zaznacza się wyraźnie odwrotna zależność między potencjałem redoks a temperaturą powietrza i ilością opadów atmosferycznych.
LIT ER A TU R A
[1] В a r z e n o w H. K., R u b с e w а I. G.: D in am ik a o k islitie ln o -w o sta n o w itie l- n ych u sło w ij i p o ten cja ła sjero zem n o -łu g o w y ch p oczw pod risom . P o czw o w ied . 1969 10, 45— 52.
[2] B l o o m f i e l d C.: S om e ch em ical p roperties o f hydrom orphic soils. P seu d o - g ley and G ley, H eid elb erg 1973.
[3] B ł a g o w i d o w N. L., R a b i n o w i с z W. A., S e l l - B e k m a n I. J. : О cha- ra k tierije izm ien ien ija o k isiitieln o g o p oten cjała p o p rofilju n iek a to ry ch poczw len in grad zk ioj obłasti. P o czw o w ied . 1957, 6, 81— 85.
[4] B o h n H. L.: R ed ox p oten tials. S oil Sei. 113, 1971, 1, 39— 45.
[5] D ż a t к о M., B a r t o ś o w a N.: O xid acn e p om ery w podach P od d u n ajsk iej N iziny. V ed eck e P race L aboratoria P o d o zn a lectv a 2, 1967, B ra tisla v a , 142— 156. [6] E f r e m o w a T. T.: B io ch im iczesk ije i o k is litie ln o -w o sta n o w itie ln y je p rocesy
na osuszem nych b ołotach juga K rasn ojarsk ogo K raja. P o czw o w ied . 1977, 9, 103— 114.
[7] F e d o r i s z с z a к M. R. Р., R u s i n G. G.: U łu czszen ije a k islitieln o w o sta n o - w itie ln o g o rieżim a d ie m o w o -p o d z o lis ty c h p ow ierch n ostn o o glejon ych poczw p ried k arp atija pri u sk ozagon n om sp aszk ie. P o czw o w ied . 1977, 12, 39—47. [8] F l a i g W. , S c h a r r e r K. , J u d e i G. K.: Zur M ethodik der B estim m u n g
des R ed o x p o ten tia ls im B oden. Z eitschr. P fl. D üng., B od en k u n d e 68, 1955, 2, 97— 122.
[9] F 1 i s - В u j а к M.: S p e c y fik a p ro cesó w ty p o lo g iczn y ch w g leb ach P ła sk o w y żu T arnogrodzkiego ze szczeg ó ln y m u w zg lęd n ien iem p rzem ian p róchnicy. С z. II. A nn. UM CS 26, 1971, 11, Sec. E, 283— 299.
[10] G l i ń s k i J., D u l i b a n J.: P o ten cja ł o x y d o red u k cy jn y w gleb ach . Probl. A grof. 1972, 3.
[11] G l i ń s k i J., Ł a b u d a S., S t ę p n i e w s k i W.: S tężen ie tlen u w p ow ietrzu g leb ow ym , p o ten cja ł red ox i szyb k ość d yfu zji tlen u jako w sk a ź n ik i n a tlen ien ia korzeni roślin w o k resie w sch o d ó w . Zesz. probl. P ost. N au k roi. 1979, 1. [12] G l i ń s к i J., S t ę p n i e w s k a Z.: W p ływ p o ten cja łu m acierzystego i s t ę
żenia tlen u na p o ten cja ł redox. Zesz. probl. P ost. N au k roi. 220, 1979, 1. [13] G o t o h S., W. H. P a t r i c k , Jr.: T ran sform ation of m a n g a n ese in a w a te r
logged so il as a ffected by red ox p o te n tia l and pH. S oil Sei. Soc. A m . Proc. 36, 1972, 5, 738— 742.
[14] G r a b i e A. R., S i e m e r E. G.: E ffects of b u lk den sity, a ggregate size, and so il w a ter su ctio n on o x y g en d iffu sio n of corn roots. S o il Sei. Soc. A m . Proc. 32, 1968, 2, 180— 186.
[15] J a r k ó w S. P.: S iezon n aja dinam ika n iek o to ry ch p rocesów poczw oob razow a- n ija. P o czw o w ied . 1956, 6, 30— 44.
Potencjał oksydacyjno-redukcyjny wybranych gleb 43
[16] K a n i w e c W. J.: O so w riem ien n y ch g lejo w y ch p ro cesa ch w p oczw ach u k rain - skogo predkarpatija. P o czw o w ied . 1977, 10, 45— 54.
[17] K a r m a n o w I. J., С j u r u p a I. G.: W lija n ije oglejen ia na sp ek tra ln u ju otrarzetu ln u ju sp osob nost i c w ie t poczw y. P o czw o w ied . 1975, 4, 15— 26. [18] M c K e n z i e L. J., W h i t e s i d e E. P., E r i k s o n A. E.: O xid ation — red u c
tion stu d ies on the m ech an ism of В horizon form ation in podzols. S o il Sei. Soc. Am . Proc. 1960, 24, 300— 305.
[19] M e e k В. D., G r a s s L. В.: R ed o x p o ten tia l in irrigated d esert so ils as an indicator of aeration sta tu s. S o il Sei. Soc. A m . Proc. 39, 1975, 5, 870—875. [20] P o n n a m p e r u m a F. N.: T he ch e m istr y of su b m erged so ils. A dv. in A gron.
24, 1972, 29— 96.
[21] S e i - B e к m a n J. I., R a b i n o w i c z W. A., K u r o w s k a j a О. W.: P ro- filn y je k r iw y je o k islitie ln o -w o sta n o w itie ln o g o p o ten cja ła w sw ja z i z u stow i- jam i p oezw oob razow an ija. P o czw o w ied . 1960, 6, 66— 70.
[22] S i u t a J.: Z jaw isk a i sk u tk i p rocesu g lejo w eg o . P ost. N auk то1. 1961, 2 (68), 41— 90.
[23] T o ł p a S.: R ozw ój zb io ro w isk ro ślin n y ch na to rfo w isk u n isk im w zależności od k ieru n k u przeb iegu p rocesów b iologiczn ych w podłożu torfow ym . Z-asz. Probl. N auk roi. 1956, 2, 7— 43.
[24] T o m k o w a E.: D yn am ik a redukóne pom eri v zam ok fen ych pudach. A cta U n iv ersita tis A gricu ltu rae, 1974, R. 22, C. 4, s. 627— 634, Sb. V y so k e §k. Z em èd. v Brne.
[25] Z a s o ń e k i S.: M ik rom orfologiczn o-ch em iczn a ch a ra k tery sty k a p rocesu od górnego oglejan ia na u tw orach p y ło w y ch . Rocz. glebozn. 26, 1975, 3, 153— 164.
К. Я Н У Ш ЕК ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ ВЫБОРОЧНЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВ ЮЖНОЙ ПОЛЬШИ ПО ДАННЫМ ПОЛЕВЫХ И ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДО ВАНИЙ ЧАСТЬ I-Я. СЕЗОННЫЕ ИЗМЕНЕИЯ РЕДОКС-ПОТЕНЦИАЛА Сельскохозяйственная академия в Кракове Р е з ю м е Целью работ было изучение сезонных изменений окислительно-восстановительного потенциала (Eh) в выборочных лесных почвах. Испытания проводились в месячных отрезках времени на территории урочища. „Гай” вблизи г. Стары Сонч в годах 1975-1977 в отдельных горизонтах почвы бурой выщелоченной, лессивированной оподзоленной, псевдоподзолистой типичной и иловатоглеевой (табл. 1) при употреблении специального зонда для измерения редокс-потенциала в почве (рис. 1) Одновременно отбирали в фольговые мешочки образцы, почвы, в которых в лаборатории определяли: pH в Н 20 , влажность, F e2+, F e3+, подвижное Fe и обменный Мн. Самые высокие значения Eh были отмечены в бурой почве (от 405 до 754 мВ — рис. 3), самые низкие в иловато-глеевой почве (от 202 до 651 мВ — рис. 5), Самые высокие значения в исследованных почвах обнаружились в горизонте окисления Go иловато-глеевой почвы и в горизонте побурения (В) в буроземе. Самые низкие значения Eh были отмечены в гори зонтах восстановления A kG r иловато-глеевой почвы я A lgr исевдоглеевой почвы. В сезоне вегетации (март — ноябрь) самые низкие значения Eh выступали в период от июня по сентябрь, а самые высокие в мае, октябре и ноябре. Однократные измерения редокс- -потенциала следовательно необходимо проводить в летнее время.
44 К. Januszek В испытанных почвах значения Eh и Fe2+ не показывали параллельных изменений. Ми нимальные величины Eh чаще всею отмечали в июле а максимальные количества Fe2+ в августе, что свидетельствовало бы о восстановлении Fe в последствии понижения редокс- -потенциала и о присутствии других восстановительных систем детерминирующих величину редокс-потенциала в почве. Средние величины Eh в исследованных почвах показывал об ратную зависимость в сопоставлении со средними количествами Fe2+. В горизонтах вос становления испытанных почв отчетливо обнаруживается обратная зависимость между зна чениями Eh а температурой воздуха и количеством атмосферных осадков. К . J A N U S Z E K
R ED U C T IO N -O X ID A TIO N PO T E N T IA L OF SELECTED FO R EST SO ILS OF SO U TH ER N PO L A N D A S SHO W N BY FIELD A N D LA B O R A TO R Y
IN V E ST IG A T IO N S
P A R T I. SE A SO N A L CH A NG ES OF THE RED OX PO TEN TIA L A gricu ltu ral U n iv e r sity of C racow
S u m m a r y
The author in ten d ed to in v e stig a te th e sea so n a l ch an ges of the r e d u c tio n -o x ida tion p oten tial (Eh) in selected soils.
The in v estig a tio n s w ere m ad e in m o n th ly in terv a le in the fo r e st range „G aj” near S ta ry Sącz, in th e years 1975—1977 in sep arate horizons of fo llo w in g soils: a leach ed brow n so il, a p od zolized le s s iv é so il, a ty p ica l p seu d o g ley so il, and an a llu v ia l g le y so il (Table 1), w ith th e u se of a sp ecial probe m ade to m easu re the red ox p o ten tia l in so ils (Fig. 1). A t th e sam e tim e so il' sam p les w ere co llected in to p lastic b ags and d eterm in ation s m a d e in the laboratory: pH —H 20 , m oistu re
con ten t, con ten ts o f F e2+, Fc»+, (mobile Fe, an ex ch a n g ea b le Mn.
T he h ig h est Eh v a lu es w ere noted in the b ro w n so il (b etw en 405 and 754 m V — Fig. 3), th e lo w e st — in the a llu v ia l g ley so il (b etw een 202 and 651 m V — Fig. 5). In th e in v e stig a te d soils th e h ig h est Eh v a lu es occurred in the o x id a tio n h orizon Go of th e a llu v ia l g ley s o il and in the b ro w n (B ) horizon of the brow n soil. T he lo w e st Eh v a lu es occurred in th e i ed u ction horizons of th e a llu v ia l g ley so il A k G r
and Ajgrr of th e p seu d o g ley soil.
D uring th e v e g e ta tio n p eriod (M arch-N ovem ber) th e lo w e st Eh v a lu es occurred b etw en J u n e and Sep tem b er, th e h ig h est — in M ay, O ctober, and N ovem ber. S in g le
m easu rem en ts of th e red o x p o ten tia l sh o u ld th erefo re be m ade in sum m er. In th e in v e stig a te d so ils th e v a lu e s of Eh and Fe24" con ten t did n ot sh o w p a ra llel changes. M inim um v a lu e s of Eh w ere m ost o ften noted in J u ly , and m a x i m um am ounts of Fe2-*- in A u gu st, w h ich te s tifie s of a red u ction of iron b eca u se of a decrease of th e red o x p oten tial and of th e p resen ce of other red ox sy stem s (d eterm ining th e v a lu e of th e red ox p o ten tia l in th e soil). T he m ea n v a lu es of E h in the in v e stig a te d soils sh o w e d a n eg a tiv e co rrela tio n w ith th e m ea n co n ten t of F e2+. In th e red u ction horizons th ere is a d istin ct n e g a tiv e relation b e tw e n Eh va lu es and th e tem p eratu re of air as weH as the am ou n t of atm osp h eric p r e c ip i tation.
D r K a z i m i e r z J a n u s z e k
P r a c o w a n i a G l e b o z n a w s t w a L e ś n e g o Z a k ł a d E k o l o g i i L a s u
