Rola próchnicy w kształtowaniu odczynu, właściwości buforowych i pojemności jonowymiennej gleb leśnych

R O C Z N I K I G L Ë B O Z N A W C Z E T . X X X V I I , N R 2— 3 , S . 2 4 9 — 2 6 3 , W A R S Z A W A 1 9 8 6

URSZULA POKOJSKA

ROLA PRÓ CH N ICY W KSZTA ŁTO W A N IU ODCZYNU, W ŁAŚCIW OŚCI BUFOROW YCH I PO JEM N O ŚCI JO N O W Y M IEN N EJ

GLEB LEŚNYCH 1

Zakład Gleboznawstwa U niwersytetu M. Kopernika w Toruniu

WSTĘP

Odczyn, w łaściw ości buforow e i pojem ność jo now ym ienna gleb za­ leżą od ilości i w łaściw ości jej sorbentów . W glebach leśnych, w śród k tó ry c h d o m in u ją gleby w ytw orzone z piasków , w y stę p u je niew ielka ilość fra k c ji ilastej, a głów nym so rb en tem okazuje się często próchnica. J e j w łaściw ości ad so rpcyjne są stosunkow o słabiej poznane niż koloidów m in eraln y ch .

P ró ch n ice gleb leśnych różnią się w sposób isto tn y od próchnic w y ­ stę p u jący ch w glebach u p raw n y ch . Są przew ażnie nienasycone, często z p rzew agą kationów w y m ien n ych o c h a ra k te rz e kw asow ym . W w ięk ­ szości gleb leśnych rola kom pleksów p ró ch n iczno -ilastych jest znikom a. S pecyficzną cechą rozm ieszczenia m a te rii organicznej w glebach leśnych jest w ystępow anie poziom u pró ch n icy n ad k ład k o w ej A 0. Często dzieli się on na podpoziom y zaw ierające szczątki organiczne o różnym stop­ n iu przetw o rzen ia.

P o dstaw o w ym celem nin iejszej p rac y jest ocena roli w y b ra n y c h ty ­ pów próchnic leśnych w k ształto w an iu odczynu,/w łaściw ości b u fo ro ­ w ych oraz pojem ności w y m ien n ej w sto su nk u do k ationów gleb w y tw o ­ rzonych z piasków . Ze w zględu n a b ra k pow szechnie p rz y ję ty c h m etod a nalizy w łaściw ości jonow ym iennych p ró ch n icy leśn ej zbadano p rz y d a t­ ność k ilk u z nich.

MATERIAŁ BADAŃ

Do b ad ań w ytypow ano próchnice pochodzące z obiektów leśnych do­ brze rozpoznanych pod w zględem glebow ym i fitosocjologicznym . P ró c h

T a b e l a 1

Pochodzenie badanych próchnic oraz określenie ich pozycji systematycznych Origin of the humus under study and determination of their systematic positions

Obiekt Study area Gleba Soil Zespół roślinny Plant community Typ próchnicy Humus type Podtyp próchnicy Humus subtype Literatura dotycząca obiektu Literature conccrning the

study area

Rezerwat Bielica

Wzgórza Chełmskie к. Koszalina ,,Bielica” reservation,

Chełm Hills near Koszalin

bielica żelazisto- -humusowa iron-humus podzol

Leucobryo-Pinetum mor drosomor [10] Pokojska, Prusinkiewicz (1978)

Powierzchnia doświadczalna: Bory Tucholskie, Leśnictwo Lubnia Experimental area in Tuchola Forest, Lubnia forestry gleba rdzawa zbielicowana Rasty podzolized soil

Cladonio-Pinetum mor kseromor [14] Prusinkiewicz et al. (1981)

[9] Pokojska (1981)

Rezerwat Las Piwnicki к. Torunia

,,Las Piwnicki” reservation near Toruń gleba rdzawo- brunatna rasty-brown soil Tilio- Carpinetum typicum

moder drosomoder [13] Prusinkiewicz, Biały (1976)

Rezerwat Las Piwnicki k. Torunia

“Las Piwnicki” reservation near Toruń

gleba murszasta mucky soil

Pino-Quercetumj jTilio-Carpinetum

detrytomull higrodetrytomull [13] Prusinkiewicz, Biały (1976)

Próchnica w kształtowaniu w łaściw ości gleb leśnych ₂₅₁

nice te zaliczono do jedn o stek taksonom icznych zgodnie z m orfogenetycz- n ą sy ste m aty k ą próchnic leśnych P ru sin kiew icza [12] (tab. 1).

Pobrano łącznie 13 próbek re p re z en tu ją c y c h podpoziom y próchnicy n adkładow ej oraz poziom y m ineraln o-p ró ch niczne w yróżnione n a p od­ staw ie k ry te rió w m orfogenetycznych. W p rzy p a d k u bielicy, w k tó re j nie w y stę p u je poziom A h, do b adań w łączono próbkę z poziom u ilu w ialn o - hum usow ego B h. Gleba rd zaw a zbielicow ana oraz w y stę p u ją c a w niej próchn ica k serom or w ykazu ją oznaki d egrad acji zw iązanej z przejścio­ w ą u p raw ą rolniczą oraz w y grab ianiem ściółki.

W szystkie badane próchnice w y stę p u ją w glebach w ytw orzonych z piasków luźnych. P rz y tak im doborze p róbek m ożna w uproszczeniu za­ łożyć, że w y nik i analiz w łaściw ości ad so rpcy jn ych m ogą być p rzy p isan e bezpośrednio m ate rii organicznej, m in e raln a bow iem część g leby — p ia ­ se k luźny — sk ra jn ie uboga w so rb en ty m in eraln e, m a znikom e w łaści­ wości adsorpcyjne.

METODY BADAŃ

P r z y g o t o w a n i e i c h a r a k t e r y s t y k a m a t e r i a ł u . P ró b ­ k i próchn icy p obrano p rzed jesiennym m ak sim um opadu. M ateriał w y ­ suszono n a pow ietrzu , zm ielono i przesian o przez sito o 0 = 1 mm. W ta k p rzy go tow an y m m ate ria le w ykonano podstaw ow e oznaczenia:

— s tra ty podczas p rażen ia w tem p e ra tu rz e 550°C, — N t — m etodą K jeldah la,

— C t — m etodą A ltena,

— stopień h u m ifik acji (w yrażony w ^/o) — na podstaw ie sto sunk u ilości w ęgla kw asów hum usow ych do w ęgla ogółem (СКь • 100):Ct; CKii oznaczono w w yciągu 0,1 M NaOH.

O d c z y n . pH p ró b ek oznaczono w zaw iesinie w odnej i 1 M KC1 p rzy sto su n k u gleba: ro ztw ó r ró w n y m 1:2,5 (próbki z jpoziomów m ineraln y ch ) lub 1:10 (próbki z poziom u A 0). P o m iary w yk on ano za po­ m ocą elek tro d y zespolonej i p e h a m e tru N-512.

W ł a ś c i w o ś c i b u f o r o w e . B uforow e w łaściw ości prób ek an a ­ lizowano zm odyfikow aną m etodą A r r h e n i u s a [18] stosując 0,01 M ro ztw o ry HC1 i NaOH oraz na w ażki 0,1 g z podpoziom ów A 0 lub 1 g z poziom ów m ineraln ych . W yniki pom iarów posłużyły do w y k reślen ia k rzy w y ch buforow ych w układzie, w k tó ry m oś rzędnych oznacza w a r­ tości pH, a oś odciętych — ilości cm â dodanego k w a su lu b zasady.

O biektyw ne p orów nyw anie w łaściw ości buforow ych różnych p róbek glebow ych w y m ag a p rzedstaw ien ia w yników w form ie liczbowej. W n i­ niejszej p racy za porów nyw alną m iarę pojem ności buforow ej w z ak re­ sie kw asow ym i zasadow ym p rzy ję to w ielkość pow ierzchni (oznaczonej p lan im etrem ) zaw arty ch pom iędzy k rzyw ą w zorcową i krzy w ą b uforo­ w ą. Sposób ten bardziej odpow iada założonem u celowi b ad ań niż m eto

-252 U . P o k o j sk a

dy stosow ane przez in n y ch autorów . Ze w zględu na logarytm iczny cha­ r a k te r sk ali pH porów nyw anie zdolności buforow ych gleb o różnym od­ czynie n a tu ra ln y m n a pod staw ie ilości kw asu lub zasady p o trzeb n ej do zm iany pH 1 dm 3 gleby o jednostkę [1] byłoby w ręcz niepopraw ne.

W celu sprow adzenia do w spólnej m ia ry w yników uzyskanych dla pró b ek o różnych n aw ażkach obliczono stosunki pow ierzchni buforow a­ n ia w zakresie zasadow ym i kw asow ym .

P o j e m n o ś ć j o n o w y m i e n n a . Pojem ność w ym ienna p ró ch ­ nicy w sto su n k u do kationó w (PW K) jest zw iązana z w ystępow aniem g ru p kw asow ych, k tó re w y k azu ją różną stałą dysocjacji [6] i w zw iązku z ty m niejed n ak o w ą zdolność w ym ian y jo n u H + n a inne kationy. Specy­ ficzny c h a ra k te r ładu nkó w pow odujących adsorpcję jonow ym ienną sp ra ­ w ia, że PW K próchnicy silnie zależy od odczynu [3, 5, 8, 9, 11] i nie m o­ żna jej sch arak tery zo w ać jed ną w artością.

W ram ach przeprow adzonych badań p od jęto próbę zastosow ania m e­ tody M e h l i c h a [7] do oznaczania różnych rodzajów kwasowości i po­ jem ności jonow ym iennej próchnicy leśnej. M etoda ta opiera się na w y ­ ró żnianiu dwóch rodzajów ładunków w ystęp u jący ch na pow ierzchni k o ­ loidów glebow ych, m ianow icie ład u n k u stałego oraz ła d u n k u zależnego od pH.

Zgodnie z p ro ced u rą anality czn ą podaną przez M ehlicha w ielokrotn ie przem yw ano gleby na lejkach odpow iednim i roztw oram i i uzyskano p rze ­ sącze, w k tó ry ch oznaczono kwasowość zw iązaną z ładunkiem sta ły m (Hs : jony H + i A l3+), kwasowość zw iązaną z ład unkiem zm iennym ( H J , pojem ność w ym ienną w stosunku do kationów , odpow iadającą ład u n k o ­ w i stałem u (P W K J, oraz pojem ność, jak ą gleba w y k azu je p rzy pH 8,2 (P W K 8 2). Różnicę P W K 8 2 — (Hs + H J p rzy ję to za au to rem m etody ja ­ ko sum ę kationów w ym ien n y ch o c h a ra k te rz e zasadow ym (S). Ze w zglę­ du na duże trud n ości techniczne pom inięto tę część postępow ania a n a­ litycznego, k tó ra prow adzi do oznaczenia pojem ności w ym ienn ej w sto­ sunk u do anionów oraz tzw. m ak sy m aln ej PW K.

Oprócz analizy w łaściw ości jonow ym iennych próchnic leśnych m eto­ dą M ehlicha w ykonano dw a dodatkow e oznaczenia PW K in n y m i m eto­ dam i.

— całkow itą pojem ność w ym ienną w sto su n k u do kationów (PW KC) oznaczono m etodą B a s c o m b a [2] z zastosow aniem zbuforow anego roz­ tw o ru BaC l2 o pH 8,1,

— rzeczyw istą pojem ność w ym ien ną w sto su nk u do kationów (PW Krj oznaczono m etodą B ascom ba-K alisza z zastosow aniem nie zbuforow ane­ go ro ztw o ru BaCl2 [4].

PW K C określa p o ten cjaln e możliwości w y m ienn ej ad sorpcji kationów pp doprow adzeniu próchnicy do pH około 8, n ato m iast PW K oznacza ak ­ tu a ln ą pojem ność, jak ą w y k azu ją próbki p rzy odczynie zbliżonym do n a r tu ralnego.

Próchnica w kształtowaniu w łaściw ości gleb leśnych ₂₅₃

OMÓWIENIE WYNIKÓW

P o d s t a w o w e w ł a ś c i w o ś c i b a d a n y c h p r ó c h n i c . P ró c h ­ nice w ytypow ane do analiz pochodzą z siedlisk o różnej zasobności i w il­ gotności. W próchnicach ty p u m or, tw orzących się w złych w a ru n k a ch troficznych, głów na część zasobów glebow ej m ate rii organicznej p rz y p a ­ d a na poziom próch nicy nakładow ej. Im żyźniejsze jest siedlisko, ty m w iększa część m ate rii organicznej zakum u low an a jest w poziom ie m in e- raln o -pró ch n icznym (tab. 2). W ysokie s tra ty podczas p rażenia (przew yż­ szające 7510/o) w ykazują, że dom ieszka m in e raln a jest w poziom ach A 0 niew ielka.

Stopień h u m ifik acji bad an ych pró bek próchnicznych jest zróżnicow a­ ny. W podpoziom ach surow inow ych (Ao[) udział w ęgla kw asów hu m u so ­ w ych w w ęglu ogółem w ynosi 27— 30% . W k olejn ych podpoziom ach Ą n a stę p u je stopniow y w zro st stopnia h u m ifikacji, osiągając w poziom ach m in eralno -p róch nicznych w artość około 50% (a w B h aż 91%) (tab. 2).

S tosunek C/N we w szystkich p róchnicach ulega zaw ężeniu w m iarę w zro stu stopnia hum ifik acji. W artość C/N n ajsiln iej zhum ifikow anej m a­ te rii organicznej w p róchnicy ty p u m o r w ynosi około 30, w próchnicy m oder — 20, a w p ró chn icy m u li (detrytom ull) — 17. Są to liczby zde­ cydow anie przew yższające w artości spotykane w glebach upraw n ych.

Od c z y n . Mimo że badane próchnice leśne re p re z e n tu ją różne je d ­ n o stk i system atyczn e i w y stę p u ją w różnych ty p ach gleb, ich odczyn nie różni się zbytnio (tab. 2). Próchnice te są silnie kw aśne. W artość pH m ie­ rzonego w wodzie m ieszczą się zasadniczo w granicach 4,0— 4,7. Je d y n ie w podpoziom ach A oH i A oFH próch n icy ty p u m or pHH,o spada poniżej 4,0.

N a odczyn gleby w pływ a n ajsiln iej skład m in e ra ln y u tw oru , z k tó re ­ go gleba pow stała oraz c h a ra k te r szczątków organicznych, ak u m u jący ch się w tej glebie.

B adane gleby po w stały z ubogich piasków kw arcow ych, w k tó ry ch b ra k jest liczących się ilości su b stan cji zdolnych do zobojętnienia k w a­ sów. Stosunkow o niskopopielne szczątki organiczne, grom adzące się w poziom ie A 0, dostarczają ty m glebom k w aśnych pro d u k tó w rozkładu i hum ifik acji. W glebach piaszczystych p ro d u k ty te łatw o p rze n ik ają w raz z opadam i n a w iększe głębokości zakw aszając stopniow o k o lejne poziom y glebowe.

W ł a ś c i w o ś c i b u f o r o w e . K rzyw e buforow e w yznaczone dla podpoziom ów A 0 w szystkich b adanych typ ó w próchnic leśnych m ają k sz ta łt zbliżony (ryc. 1). W zakresie alkalicznym w y k azu ją one bardzo duże odchylenia od k rzyw ej w zorcow ej, co św iadczy o znacznej zdolności próchn icy do p rzeciw staw ien ia się* w zrostow i pH. Z kolei zdolności b u fo ­ row e próch nicy w zakresie kw asow ym są bardzo m ałe — krzy w a bufo­ ro w a p rzebiega stosunkow o blisko k rzy w ej w zorcow ej.

T a b e l a 2

Charakterystyka badanych próchnic leśnych - Characteristics of the forest humus examined

Podtyp ч próchnicy Humus subtype Poziom, podpoziom Horizon, subhorizon Miąższość poziomu Horizon thickness cm Straty podczas prażenia Loss on ignition % C, % Zasoby materii organicznej* Organic matter supply kg/m2 c Kh-ioo ! pH N, % ! CJ N, н 2о

i

₁

* Przy obliczaniu zasobów materii organicznej w podpoziomach A0 kor/ystano z wyników strat podczas prażenia, a w poziomach mineralno-próchni- cznych — z wyników Ct mnożonych przez współczynnik 1,724

In calculation of organie matter supply in subhorizons A0 the results of losses on ignition and in mineral-humus horizons — the results of Ct multi­ plied by the coefficient of 1.724 were made use of

Próchnica w kształtowaniu w łaściw ości gleb leśnych ₂₅₅

cm3 0,01 M NaOH \ cm3 0,01 M HCl cm3 0,01 M NaOH | cm3 0,01MHCl

Ryc: 1. Krzywe buforowe dla badanej próchnicy

1 — krzywa wzorcowa; krzyw e buforow e dla próchnicy z podpoziomów: 2 — *A0l» 3 —

A 0j (A oF), 4 — A oH ( A oFH)

Fig. 1. Buffer curves for humus under study

1 — standard curve; buffer curves for humus from subhorizons: 2 — A 0l> 3 — A 0f (-A0/)»

4 — A oH ( A oPH)

Rodzaj zdolności buforow ych, jak i u jaw n iły w yk reślon e krzyw e, w y ­ nika z w y b itn ie nienasyconego c h a ra k te ru b ad any ch próchnic. W odór zw iązany z g ru p am i kw asow ym i o różnej m ocy oraz w y m ien n y glin są w stan ie zobojętnić znaczną ilość zasad. N atom iast m ożliwość zobojętnienia kw asów w y n ik a jedynie z niew ielk iej p u li kationów o ch ara k te rz e zasa­ dowym .

W kw aśn y ch próchnicach leśnych postępow i h u m ifik acji tow arzyszy w zrost zaw artości grup kw asow ych i u b y tek kationów zobojętniających. Pociąga to za sobą w zm ocnienie zdolności buforow ych w zakresie a lk a ­ licznym i dalsze osłabienie te j zdolności w zakresie kw asow ym . P rz y k ła ­ dem tego jest u k ład krzy w y ch buforow ych dla próbek z podpoziom u

2 5 6 u - P o k o js k a

A oL> A oF> i A oH próchnicy ty p u m or (drosom or) — rye. 1. W pozostałych ty p ac h próchnic om aw iana zależność jest m niej w idoczna. G łów ną tego p rzyczyną jest zapew ne różna zaw artość dom ieszki m in eraln ej w poszcze­ gólnych podpoziom ach.

P rzy szczegółowym analizow aniu krzy w ych buforow ych b ad an ych próchnic zw raca uw agę w ystępow anie niew ielk ich załam ań i p u n k tó w przegięcia. Praw dopodobnie są one zw iązane ze zm ianą właściwości k w a ­ sow ych reag u jących gru p fu nk cyjny ch .

D ane dotyczące w ielkości pow ierzchni b u fo ro w ania (tab. 3) p o tw ier­ d zają przew agę zdolności do p rzeciw staw iania się alkalizacji n ad zdol­ nością do zapobiegania zakw aszeniu, jak a c h a ra k te ry z u je kw aśne p ró ch ­ nice leśne. Stosunek pow ierzchni buforow ania w obu zakresach m ieści się w granicach 5— 10, a w p rzy p a d k u silnie zhum ifikow anego i zak w a­ szonego podpoziom u A oU próchnicy drosom or dochodzi aż do 27.

T a b e l a 3 Wielkość powierzchni buforowania (w cm2) w zakresie alkalicznym (РиаОн) 1 w zakresie

kwasowym (Phci)

The buffering area (in cm2) within the alkaline (PnhOh) ar*d ac*d (Phci) range

! Podtyp próchnicy Humus subtype

1 Poziom pod poziom

j Horizon, subhorizon PNaOH J PHC1 PNaOH/PHCl

Drosomor A0L ! 14,9 ! 2,5 i 5,9 A0F 1 18,1 j 11,3 A0H 21,5 1_{! °>8} 26,8 Bh j 14,9 3,1 ! 4,8 ! Kseromor i : aoL 'j 17,8 2,4 i 7,4 1 A \ j °F ! 16,9 2,3 ! 7,3 ! AoFH j 14,1 ! 2,3 _: 1 Aj,,, j i 15,3 i 1,6 9,6 Drosomoder _AoL 20,4 2,4 i 8,5 Aof 20,6 1 1,9 10,8 Ап 19,5 ' 2,2 ! 8,9 t I Higrodetrytcmull A0l 17,9 !i 2,5 j . . . .... ! 7,1 1 A hm 17,1 ! 2,5 6,8

N a k o n k retn y m przykładzie pow ierzchni dośw iadczalnej w B orach T ucholskich stw ierdzono [15], że naw ożenie m ocznikiem , k tó ry w w y n i­ k u h y d rolizy daje p ro d u k ty alkalizu jące środow isko, pow oduje tylko k ró tk o trw a ły w zrost pH poziom ów próchnicznych nie w y k raczający poza odczyn słabo kw aśny. G dyby nie b u fo ru jące działanie kw aśnej p ró ch n i­ cy ty p u m or (kserom or), w zrost pH b y łb y znacznie w iększy.

Próchnica w kształtowaniu w łaściw ości gleb leśnych _{25 7}

R ola buforow ych w łaściw ości próch n icy w k ształto w an iu buforow ości .gleb jest przez n iek tó ry ch au to ró w zby t m ało uw zględniana. U l r i c h ,[17], om aw iając najw ażniejsze u k ład y buforow e w glebie w zw iązku z re ­ akcją g leb n a kw aśne deszcze, w ogóle n ie w spom ina o próchnicy. P ra w ­ dopodobnie bierze ją pod uw agę jed yn ie p rzy ro zp a try w a n iu b u fo ru jące­ go działania w ym ieniaczy jonow ych w glebie, podobnie jak to czynią S c h w e r t m a n n i F i s c h e r [16].

W ł a ś c i w o ś c i j o n o w y m i e n n e

A. A naliza rodzajów kwasowości i PW K w edług M ehlicha. — Uzys­ k an e w yniki (tab. 4) zostaną om ówione zgodnie z in te rp re ta c ją w y n ik a­ jącą z założeń m etody M ehlicha.

We w szystkich prób k ach kw asow ość zw iązana z ładunkiem zależnym od pH (Hz) k ilk ak ro tn ie przew yższa w artość kw asow ości zw iązanej z ła ­ d u n k iem stały m (Hs). P rzew ag a w artości H z nad H s jest najw iększa w m a­ teriale organicznym słabo zhum ifikow anym (z podpoziom ów A oL, A oF lub A of). W m iarę w zrostu stopnia hu m ifik acji w artości H s rosną szybciej niż w arto ści H z. J e st to zgodne ze stw ierd zen iem w ielu autorów , że w proce­ sie h u m ifik acji pow staje stosunkow o duża liczba grup fu n k cy jn y c h o cha­ ra k te rz e silnie kw asow ym .

U dział w ym iennego w odoru i g lin u w k ształtow an iu kw asow ości zw iązanej z ład u n k iem stały m jest zróżnicow any w poszczególnych ty ­ p ach próchnic oraz poziom ach i podpoziom ach genetycznych (tab. 4). W p ró ch n icy ty p u d e try to m u ll i m oder liczba m iligram orów now ażników w ym iennego A l+3 jest w iększa niż w ym iennego H +. W podpoziom ach Aof> Aqh i A 0fh próchnic ty p u m or przew aża w y m ien n y w odór. Te sam e prób ki w y k azu ją najniższe pH.

In te resu jąc e jest porów nanie pojem ności w ym iennej w sto su n k u do k ationów oznaczonej p rzy pH 8,2 z pojem nością zw iązaną z ładunkiem sta ły m (tab. 4). O kazuje się, że PW K 8 2 badanych próchnic przew yższa 2— 6 raz y P W K S. W ynika stąd, że w iększa część p o ten cjaln ej pojem ności p róchnicy zw iązana jest z ład u n k am i zależnym i od pH.

W artości obydw u rodzajów pojem ności (PW K82 i PW K S) próchnic leśnych w zrastają w m iarę zw iększania się stopnia h u m ifik acji szcząt­ ków organicznych. N a uw agę zasługuje fak t, że w zrost PW K S jest znacz­ nie w yraźn iejszy niż PW K 8(2 (tab. 4). N aw iązuje to do w zrastającej roli, jak ą w szczątkach organicznych coraz silniej zhum ifikow anych odgryw a H s. N iekiedy zależność PW K od stopnia h u m ifik acji próchnicy może być m askow ana przez różny udział dom ieszki m in eraln ej.

Zastosow anie m etody M ehlicha do b ad ań nad w łaściw ościam i jedno- w y m ien n y m i próchnic leśnych, m im o dostarczenia in te resu jąc y c h w y n i­ ków, budzi pew ne zastrzeżenia. Leżąca u p odstaw m etody teoria ła d u n ­ ków stały ch i zm ienych odnosi się p rzede w szystkim do koloidów m ine­ raln y c h . W p rzy p a d k u próchnicy, k tó re j właściwości jonow ym ienne

T a b e l a 4

Właściwości jonowymienne badanych próchnic leśnych oznaczone różnymi metodami (meq/100 g s.m.) Ion-exchange properties of the forest humus determined by different methods

Podtyp próchnicy Humus subtype Poziom, podpoziom Horizon, subhorizon

Metoda Mehlicha — Mehlich method

Metoda Bascomba Bascomb method Metoda H + Al3 + H. Hp H2 H„ PWK5 C E C p PWK8,2 C E C 8f2 S В Bascomba--Kalisza Bascomb--Kalisz method P W K g , ! c e c8>1 PWKr С Е С , Drosomor A0l 2,7 5,3 8,0 53,3 12,7 71,5 10,2 69,9 17,6 A 0f 8,8 6,7 15,5 87,6 28,4 119,6 16,5 121,0 26,6 A 0H 22,6 10,1 32,7 130,2 56,7 184,1 21,5 185,1 47,3 Bh 0,36 3,46 3,82 6,95 4,58 10,47 — 14,53 4,89 Kseromor A0l 5,1 , 6,6 11,7 55,4 14,8 71,6 4,5 69,6 15,9 A0f 9,2 7,6 16,8 82,9 21,0 106,5 6,8 103,8 21,3 A o r и 14,2 9,3 23,5 91,5 31,6 121,3 6,3 116,7 25,9 A ftp 0,41 1,37 1,78 4,28 2,15 5,62 — 5,05 2,27 Drosomoder A0l 2,3 5,7 8,0 60,0 22,5 96,0 28,0 98,6 31,8 A0f 2,7 4,3 7,0 58,0 24,7 94,2 29,2 91,7 31,2 An 0,57 2,07 2,64 6,85 3,41 10,03 0,54 10,37 * 3,39 Higrodetrytomull AoL 1,4 6,5 7,9 48,6 25,4 90,2 33,7 83,4 29,3 Ahm 0,39 1,81 2,20 6,49 3,63 10,45 1,76 12,35 4,35

Próchnica w kształtow aniu w łaściw ości gleb leśnych _{2 5 9}

leżą od gru p kw asow ych o różnej m ocy, podział ład u n k ó w n a stałe i za­ leżne od pH może m ieć jed y nie znaczenie um ow ne. P onadto w tra k c ie bardzo czasochłonnej analizy n atrafio n o n a trudności, któ re m ogą rzu to ­ w ać na w yniki n iek tó ry ch oznaczeń. P rz y k ła d e m mogą być zgoła n ie­ praw dopodobne w artości su m y kationów w ym iennych o ch a ra k te rz e za­ sadow ym (S), oznaczone z różnicy w yników uzyskanych bezpośrednio (tab. 4).

В. P orów nanie całkow itej i rzeczyw istej pojem ności w ym ienn ej w sto su nk u do kationów . — O kreślone m etodą Bascom ba PW K C b ad anych próchnic w y k azu ją stosunkow o dużą zgodność z w artościam i PW K 8>2 uzyskanym i m etodą M ehlicha (tab. 4). W ynika stąd, że m im o dużych róż­ nic w p o stępow aniu an ality czn y m obie m eto dy prow adzą do oznaczenia zasadniczo tej sam ej k ateg orii pojem ności jonow ym iennej. D ecydujące znaczenie m iało z pew nością zastosow anie podobnego odczynnika w y sy ­ cającego próbkę (roztw ór BaCl2 zbuforow any tró jetan o lo am in ą o pH 8,1 lub 8,2).

C ałkow ita pojem ność jonow ym ienna próchnic leśnych jest duża, cho­ ciaż nie osiąga takich w artości (rzędu k ilk u se t m eq/100 g), jakie podaje się dla n iek tó ry ch próchnic gleb u p raw n y c h lub czystych p re p a ra tó w su b stan cji hum usow ych. W próbkach, k tó re w y k azują stosunkow o duży stopień h u m ifik acji i jednocześnie nie zaw ierają zbyt dużo dom ieszki m i­ n eraln ej, PW K C przekracza 100 meq/100 g. W słabo zhum ifikow anych szczątkach organicznych z podpoziom u A oL w arto ści PW K C są rzędu 70— 90 m eq/100 g. N ależy podkreślić, że w p rzy p a d k u kw aśnych pró ch ­ nic leśnych w artości te oznaczają jedynie p o tencjalne m ożliwości w y m ien ­ nego adsorbow ania kationów . M ogłyby się one ujaw nić tylko w w a ru n ­ kach sk rajn y ch , w p rzy p ad k u silnej alkalizacji środow iska glebowego.

W ielu autorów , zwłaszcza zajm u jący ch się glebam i leśnym i, zw raca uw agę n a konieczność realnego oceniania w łaściwości jonow ym iennych. S łuży tem u określanie rzeczyw istej pojem ności w stosun ku do kationów (P W K J, odpow iadającej n a tu ra ln y m w arun k o m odczynu. Oznaczone m e­ todą B ascom ba-K alisza w artości PW K r badanych próchnic leśnych są k il­ k ak ro tn ie m niejsze od pojem ności całkow itej (tab. 4). W poziom ach A 0 próchnic ty p u m or stosunek PW K c/P W K r w ynosi 4— 5, a w pozostałych poziom ach jest bliski 3. Zależność P W K r od zaw artości m ate rii organicz­ n ej i jej stopnia h u m ifikacji w danej próbce jest podobna jak w p rz y ­ p a d k u PW K C.

U zyskane w yniki PW K r m niej lub bardziej naw iązują do w arto ści PW K S oznaczonych m etodą M ehlicha, rozbieżności jednak rezu ltató w są zby t znaczne, ab y w ielkości te m ożna trak to w ać jako w pełni rów now aż­ ne.

W yniki PW K C i PW K r, w yrażone w m eq/100 g analizow anej próbki, nie pozw alają ocenić ilościowej roli poszczególnych poziom ów i podpozio- m ów zaw ierających próchnicę w k ształto w an iu PW K górnej części pro

fi-260 U . P o k o js k a

lu glebow ego. O cena ta k a w y m ag a przeliczenia w yników n a określoną pow ierzchnię (m2) i uw zględnienia m asy (kg/m 2) w yróżnionych poziom ów i podpoziom ów (ryc. 2).

Ryc. 2. Udział poszczególnych poziom ów i podpoziomów próchnicznych w kształto­ w aniu PWKr i PWKj górnej w arstw y gleby

Fig. 2. Share of particular humus horizons and subhonizons in form ation of reser­ v e and real cation exchange capacity (CECj and CEC T, respectively) of the upper

layer of the soil

Udział poszczególnych poziom ów i podpoziom ów w kształto w an iu PW K n a jb a rd zie j ak ty w n ej w a rstw y gleby wTyraźnie zależy od zasobów m a te rii organicznej w nich z a w artej (tab. 2). Na dru gim m iejscu zazna­ cza się w p ływ stopnia h u m ifik acji tej m aterii. P roporcje m iędzy w a rto ś­ ciam i PW K r i PWKc (tab. 4, ryc. 2) św iadczą o tym , jak niew ielką część p o ten cjaln y ch m ożliwości w ym iennego adsorbow ania kationów p rz e ja ­ w iają obecnie badane próchnice. D uża różnica PW K C — PW K r stanow i pojem ność rezerw ow ą (PW Kd ), k tó ra może być w y k o rzy stan a w szcze­ gólnych przypadk ach , na p rzy k ła d stosow ania naw ożenia podw yższające­ go pH gleby [9], w apnow ania, p rzech w y ty w an ia dlkalizujących zanie­ czyszczeń przem ysłow ych itp.

PODSUMOWANIE I WYNIKI

W niniejszej p rac y zwrócono uw agę n a rolę, jak ą w piaszczystych glebach leśnych o m ałej zaw artości sorbentów m in e raln y c h spełn ia próchnica.

Silnie kw aśny odczyn ty ch gleb w yw o łan y jest przez kw aśne p ro d u k ­ ty rozk ład u i h u m ifik acji szczątków ro ślin n y ch nagrom adzonych W po­

Próchnica w kształtow aniu w łaściw ości gleb leśnych ₂₆₁

ziom ie A ,. P rz e n ik a ją one w raz z opadam i w głąb gleby, gdzie istn ieje niedostateczna ilość su b sta n c ji zobojętniających.

W ykazano, że buforow ość analizow anych gleb ściśle zależy od w łaś­ ciw ości bu forow ych próchnicy. K w aśne próchnice leśne w y k a z u ją dużą zdolność p rzeciw staw ien ia się w zrostow i pH gleby, m ałą zaś zdolność n e­ u tra liz a c ji czynników zakw aszających. T en rodzaj w łaściw ości bu foro r w ych spraw ia, że k w aśn e g leb y leśne w ytw orzone z piasków n iełatw o p o d d ają się odkw aszeniu n aw et pod w pły w em specjalnych zabiegów che­ m icznych, n a p rzy k ła d w apnow ania.

O dczyn k w aśny m ożna uw ażać za trw a łą cechę większości gleb leś­ nych. N ależy b rać to pod uw agę p rzy ocenie pojem ności w ym ienn ej ty ch gleb w sto su n k u do kationów . Pow szechnie stosow ana p ra k ty k a , odno­ sząca się także do gleb leśnych, oznaczania pojem ności jo now ym iennej p rz y pH około 8 (P W K J nie daje pojęcia o realn y ch zdolnościach g leb k w aśnych. Zdolności te m ogą być oceniane jedyniet n a p odstaw ie w a rto ś­ ci P W K r, odpow iadających n a tu ra ln e m u odczynowi gleby. Pojem ność re ­ zerw ow a (PWK* — P W K J jest znaczna, lecz może odgryw ać jakąś rolę ty lk o w p rzy p ad k ach stosow ania zabiegów podw yższających pH gleby.

M etoda B ascom ba-K alisza (oznaczanie P W K r) oraz m etoda Bascom ba (oznaczanie P W K C) m ogą znaleźć pow szechne zastosow anie w badan iach n a d pojem nością jonow ym ienną próchnic leśnych. A naliza w łaściw ości jonow ym ienych m etodą M ehlicha, ze w zględu n a jej uciążliw ość i m ałą dokładność n iek tó ry ch oznaczeń, jest m niej p rz y d a tn a dla próchnic leś­ nych.

LITERATURA

[1] A d a m c z y k B., O l e k s y n o w a K., N i e m y s k a - Ł u k a s z u k J., D r o ż d ż - H a r a M., M i e c h ó w k a A., K o z ł o w s k a E., F a j t o A.: Zbu- forowanie gleb Puszczy Niepołom ickiej. Rocz. glebozn. 34, 1983^ 4, 81—92. ![2] B a s c o m b C. L.: Rapid m ethod for the determination of cation-exchange

capacity of calcareous and noncalcareous soils. J. Sei. Fd. Agric. 15, 1964, 821—823.

£3] H e l l i n g Ch. S., C h e s t e r s G., C o r e y R. B.: Contribution of organic m atter and clay to soil cation-exchange capacity as affected by the pH of the saturation solution. Soil Sei. Soc. Am. Proc. 28, 1964, 517—520.

[4] K a l i s z P. J.: Cation exchange capacity of acid forest humus layers. MS Thesis, Cornell U niv. 1979.

[5] K a l i s z P. S t o n e E. L.: Cation exchange capacity of acid forest humusi layers. Soil Sei. Soc. Am. J. 44, 1980, 407—413.

[6] L e w i s T. E., B r o a d b e n t F. E.: Soil organic m atter-m etal com plexes. 4. N ature and pro/perties of exchange sites. Soil Sei 9il, 1961, 393—399.

f7] M e h l i e h A.: Charge characterization of soils. 7th Intern. Congress of soil Sei., Madison, Wis. 2, 1)960, 292—302.

(8] P o k o j s k a U.: W pływ odczynu na pojemność sorpcyjną próchnicy, leśnej typu mor. M ateriały z sym pozjum „Fizykochemiczne w łaściw ości gleb różnych ekosystem ów ”. Р Т С ? W arszawa 1979.

26 2 U. Po ko j ska

[9] P о к g j s к a U.: The effect of urea and potassium chloride fertilization on

the cation-exchange properties of the xerom or humus in lichen pine forest (Cladonio-Pinetum ). Rocz. glebozn. 32, 1981, 2, 131—142.

[10] P o k o j s k a U., P r u s i n k i e w i c z Z.: R eserve „B ielica” on Wzgórza Chełm­ skie (Chejłm Hills) near Koszalin. Guide to the Polish International Excursion, UAM Poznań, Se г. Biologia, 11, 1978, 74—78.

[11] P r a t t P. F.: Effect of pH on the cation -ex change capacity of surface soils. Soil Sei. Soc. Am. Proc. 25? 1961, 96—98.

[12] P r u s i n k i e w i c z Z.: W ielojęzyczny słow nik term inów z zakresu próchnic leśnych (drugie opracowanie). PTG, Warszawa — Toruń 1983.

i[13] P r u s i n k i e w i c z Z., B i a ł y K.: Las Piw nicki. W: Gleby wybranych re­ zerw atów leśnych w ojew ództw bydgoskieigo, toruńskiego i włocławskiego. Stu­ dia Soc. Seien. Toruń. 8, 1976, 3, 110—151.

[14] P r u s i n k i e w i c z Z., B e d n a r e k R., D e g ó r s k i M., G r e l e - w i с z A.: The w ater regim e of sandy soils in a dry pine forest (C ladon io-Pi­ netum ) in the northern part of the glacial out wash plains of the Brda and Wda rivers. Ekol. Pol. 29, 1981, 2, 283—309.

[15] P r u s i n k i e w i c z Z., J ó z e f k o w i c z - K o t l a r z J.: Dynam ics of ammonia volatilization from the urea applied in fertilization of (poor forest soils and the possibility o f potassium chloride. Rocz. glebozn. 33, 1982, 1/2, 19—35.

1163 S c h w e r t m a n n U., F i s c h e r W. R .: Kurzmitteilung: p H -Verteilung und

Pufferung von Böden. Z. Pflanzenern. Düng. Bodenkunde 145, 1982, 221—223. [17] U l r i c h B.: ök ologisch e Gruppierung von Böden nach ihrem chem ischen

Bodenzustand. Z. Pflanzenern. Düng. Bodenkunde 144, 1981, 289—305. [18] W o z b u c k a j a A. E.: Chimija poczwy. Izd. Wysszaja szkoła^ Moskwa 1968.

У. ПОКОЙСКА РОЛЬ ГУМУСА В ФОРМИРОВАНИИ РЕАКЦИИ, БУФЕРНЫХ СВОЙСТВ И ЕМКОСТИ КАТИОННОГО ОБМЕНА ЛЕСНЫХ ПОЧВ Кафедра почвоведения Университета им. Н. Коперника в Торуне Р езю м е В статье обсуждается роль выполняемая гумусом в песчаных лесных почвах с малым содержанием минеральных сорбентов. Сильно кислая реакция указанных почв вызвана под влиянием кислых продуктов раз­ ложения и гумификации растительных остатков накопливаемых в горизонте А0. Эти про­ дукты перемещаются под влиянием атмосферных осадков вглуб почвы с недостаточным количеством нейтрализирующих веществ. Установлена тесная связь между буферностыо исследуемых почв и буферностью гумуса. Кислые лесные гумусы характеризуются высокой способностью противодействования по­ вышению значения pH почвы, при одновременно небольшой способности нейтрализации окисляющих веществ. Кислую реакцию можно считать характерным признаком большинства кислых почв. Этот факт следует учитывать в оценке емкости катионного обмена этих почв. Общепринятая практика обозначивания емкости катионного обмена для значения pH 8,0 (PWKC — полная ёмкость катионного обмена) не дает понятия о реальных способностях кислых почв, Эти способности • могут оцениваться лишь в отношении значений эффективной емкости катион­ ного обмена (PWKr) соответствующих естественной реакции почвы.

Próchnica w kształtow aniu w łaściw ości gleb leśnych _{2 6 3}

U. POKOJSKA

THE ROLE OF HUMUS IN FORMATION OF THE REACTION, THE BUFFER PROPERTIES AND THE CATION-EXCHANGE CAPACITY OF FOREST SOILS

Department of Soil Science N. Copernicus U niversity of Toruń S u m m a r y

In the, present paper the role played by humus in sandy forest soils, w ith low content of m ineral adsorbents is discussed. A strongly acid reaction of these soils is due to the acid products of decom position and hum ification of the plant residues acum ulating in the A 0 horizon. These products penetrate w ith rainfall water down the soil profile, w here the amount of neutralizing substances is inadequate. It has been found that buffer properties of the soils under study strongly depend on buffer properties of humus. Acid forest humus exhibits a high ability to prevent the soil pH from increase and a low ability to neutralize acidifying substances. Low pH can be considered to be a perm anent characteristic of most forest soils. This should be taken into account in assessm ent of the cation-exchange capacity of these soils. The common practice, applied also to forest soils, of determining the cation-exchange capacity at pH of about 8.0 (CEC8), gives no idea of the real capa­ city of acid soils. The real capacity can be estim ated using CECr values correspon ding to natural soil pH.

Dr Urszula Pokojska

K atedra G leboznaw stw a UMK Toruń, S ien kiew icza 39