POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

WYDZIAŁ BUDOWNICTWA I INŻYNIERII ŚRODOWISKA

INSTYTUT INZYNIERII ŚRODOWISKA I ROLNICTWA

Instrukcja do zajęć laboratoryjnych

Temat ćwiczenia: Cechy morfologiczne gleby: budowa profilu, miąższość, barwa, struktura, układ, konkrecje

Numer ćwiczenia: 1

Laboratorium z przedmiotu:

Gleboznawstwo

KOD:                

Opracował:

dr inż. Robert Czubaszek

1999

Instytut Inżynierii Środowiska i Rolnictwa

Katedra Ochrony Gleby i Powierzchni Ziemi

KOD:

Zawartość Instrukcji:

1. Wprowadzenie

2. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego

3. Przebieg ćwiczenia

4. Wymagania BHP

5. Literatura

1. Wprowadzenie

Określenie gleby

Gleba jest naturalnym tworem wierzchniej warstwy skorupy ziemskiej, powstałej ze zwietrzeliny skalnej w wyniku oddziaływania na nią zmieniających się w czasie zespołów organizmów żywych i czynników klimatycznych, w określonych warunkach rzeźby terenu. Na obszarach zasiedlonych przez człowieka, ważnym czynnikiem modyfikującym kształtowanie się gleb, był i jest obecnie człowiek i jego działalność pasterska, rolnicza, urbanizacyjna przemysłowa i inne.

Gleba jest układem trójfazowym - składa się z fazy stałej, ciekłej i gazowej.

Gleba jest ożywionym tworem przyrody, który ma zdolność produkcji biomasy, i w którym zachodzą ciągle procesy rozkładu i syntezy związków zarówno mineralnych jak i organicznych, oraz ich przemieszczanie i akumulacja. Gleba jest integralnym składnikiem wszystkich ekosystemów lądowych i niektórych wodnych, podlegającym ciągłej ewolucji.

Morfologia gleby - zespół cech dostrzegalnych gołym okiem lub pod mikroskopem na przekrojach glebowych. Inaczej - jest to dział gleboznawstwa zajmujący się opisem zewnętrznych cech profilu glebowego.

Zapoznanie się z morfologią gleb stanowi zasadniczą część terenowych badań gleboznawczych. Na podstawie morfologii gleb można określić wiele fizycznych i biologicznych właściwości gleb, ich stanowisko w systematyce, a także wartość lasotwórczą czy też rolniczą.

Morfologia gleb kształtuje się pod wpływem dwóch grup czynników:

1. czynników geologicznych

2. procesów i czynników glebotwórczych

Czynniki geologiczne - wszystkie czynniki związane z utworem, tzn. skałą macierzystą, z której powstaje profil glebowy.

Proces glebotwórczy - zespół przemian fizycznych, chemicznych, fizykochemicznych i biologicznych zachodzących w zwietrzelinach skalnych i glebach, w następstwie których kształtuje się profil glebowy oraz właściwości gleby. Proces glebotwórczy jest uwarunkowany zmiennym w czasie układem czynników glebotwórczych.

Czynniki glebotwórcze - zespół elementów środowiska geograficznego, którego historyczny i aktualny układ uwarunkowuje proces powstawania i ewolucji gleb. Do czynników glebotwórczych zaliczamy:

• skałę macierzystą

• klimat - im klimat jest cieplejszy i wilgotniejszy, tym intensywniej przebiegają procesy glebotwórcze

• biosferę - fauna glebowa powoduje mieszanie materiału, mineralizację substancji organicznych, wzbogaca glebę w substancje organiczne, stabilizuje strukturę glebową. Rośliny chronią glebę przed bezpośrednim działaniem deszczu i gradu. Korzenie roślin przemieszczają składniki pokarmowe.

• ukształtowanie powierzchni - gleby na stokach o wystawie północnej są mocniej i głębiej przesycone wodą. Na stokach północnych mniejsza jest również intensywność wietrzenia.

• hydrosferę - niszcząco - budująca rola wody. Woda powoduje wypłukiwanie i przemieszczanie składników pokarmowych wewnątrz profilu glebowego.

• czynnik antropogeniczny - człowiek ma wpływ na powstawanie i przekształcanie gleb.

Do cech morfologicznych gleb, dających się określić w badaniach polowych zaliczamy:

1. budowę profilu

2. miąższość

3. barwę

4. strukturę

5. układ

6. konkrecje

Ad. 1.

Profil glebowy - pionowy przekrój przez wszystkie poziomy glebowe (genetyczne) od

powierzchni gleby do skały macierzystej

Poziom glebowy - mineralna, mineralno - organiczna lub organiczna część profilu glebowego, w miarę równoległa do powierzchni gleby, odróżniająca się od poziomów sąaiednich stosunkowo jednorodną barwą, strukturą, konsystencją, uziarnieniem, składem chemicznym, ilością i jakością materii organicznej i innymi właściwościami. Właściwości te mogą być rozpoznawane w profilu glebowym bezpośrednio w terenie. Jednakże w wielu przypadkach dla jednoznacznej identyfikacji poziomu glebowego potrzebne są laboratoryjne badania składu i właściwości pobranych próbek. Identyfikacja i oznakowanie poziomów w profilu glebowym są dokonywane według umownych zasad. Poziomy genetyczne są podstawą do wyróżnienia typów i podtypów gleb.

W systemie identyfikacyjnym poziomów tzn. przy opisie profilu glebowego wyróżniamy: poziomy główne, poziomy przejściowe, poziomy mieszane, podpoziomy, nieciągłości litologiczne, nieciągłości litologiczno - pedogeniczne i cechy towarzyszące.

Poziomy główne - wyróżniamy je na podstawie dominujących form i intensywności przeobrażeń utworu macierzystego przez procesy glebotwórcze. Poziomy główne oznacza się dużymi literami alfabetu łacińskiego: O - poziom organiczny, A - poziom próchniczny, E - poziom wymycia (eluwialny), B - poziom wzbogacenia (iluwialny), C - poziom skały macierzystej, G - poziom glejowy, P - poziom bagienny, M - poziom murszenia, D - podłoże mineralne, R - podłoże skalne.

O - poziom organiczny - zawiera ponad 20 % świeżej lub częściowo rozłożonej materii organicznej. W skład poziomu O wchodzą opadłe liście i inne obumarłe części roślin i zwierząt stanowiące niejednorodną gąbczastą masę. W warunkach leśnych przy silnie kwaśnym odczynie i zbytnim uwilgotnieniu tworzą się warstwy próchnicy nadkładowej. W glebach mineralnych i mineralno - organicznych poziom organiczny tworzy się na powierzchni utworu mineralnego, zwykle przy pełnym dostępie powietrza. W mineralnych glebach semi- i hydrogenicznych poziom organiczny, o ile występuje, ma zwykle miąższość mniejszą od 10 cm. W glebach organiczno - mineralnych miąższość tego poziomu wynosi od 10 do 30 cm. W glebach organicznych miąższość przekracza 30 cm.

A - poziom próchniczny - tworzy się w powierzchniowej warstwie gleb mineralnych. Jest on ciemno zabarwiony lub ciemniejszy od poziomów niżej leżących, dzięki zawartości zhumifikowanej materii organicznej w różnym stopniu związanej z mineralnymi składnikami gleby. Zawiera mniej niż 20 % materii organicznej.

E - poziom wymywania (eluwialny) - tworzy się bezpośrednio pod poziomem O lub A (jeśli poziom A jest obecny). Zawiera mniej materii organicznej niż poziom A (lub O, jeśli poziom A nie występuje) oraz mniej półtoratlenków i frakcji ilastej od poziomu bezpośrednio pod nim zalegającego. Zwykle charakteryzuje się jaśniejszą barwą niż poziomy sąsiednie oraz większą zawartością kwarcu i krzemionki lub innych minerałów odpornych na wietrzenie. Najbardziej charakterystyczne poziomy eluwialne powstają w glebach bielicowych wskutek działania zakwaszonych roztworów glebowych przesiąkających w głąb profilu. W glebach ornych poziom wymywania jest często niszczony przez uprawę i włączony do poziomu A.

B - poziom wzbogacania (iluwialny) - leży między poziomem A lub E (jeśli poziom E jest obecny) a poziomem c, g lub R. Nie zaznaczają się w nim struktury skały macierzystej lub są słabo widoczne. Charakteryzuje się nagromadzeniem półtoratlenków i materii organicznej na skutek wmywania lub akumulacji na miejscu, oraz frakcji ilastej w wyniku wmywania lub rozkładu minerałów pierwotnych i tworzenia się wtórnych minerałów ilastych. Poziom ten może też wykazywać wtórne nagromadzenie węglanów wapnia, węglanów magnezu, gipsu lub innych soli. Barwa poziomu jest brunatna.

C - poziom skały macierzystej - składa się z materiału mineralnego nie wykazującego cech innych poziomów glebowych. W utworach luźnych jest to zwykle niescementowany materiał podobny pod względem składu do wyżej leżących części profilu lecz nie zmieniony przez proces glebotwórczy. W utworach wykształconych ze skał zwartych poziom C wykazuje mniejszy stopień zwietrzenia od wyżej leżących części profilu. W poziomie tym mogą gromadzić się węglany wapnia i magnezu oraz rozpuszczalne sole.

G - poziom glejowy - poziom mineralny wykazujący cechy silnej lub całkowitej redukcji w warunkach anaerobowych. Ma on zwykle barwę stalowoszarą, odcień niebieskawy lub zielonkawy i nie ma cech diagnostycznych poziomów A, E lub B. Głównym procesem w tym poziomie jest silna redukcja. W przypadku gdy pełne oglejenie spowodowane jest wodami gruntowymi, używa się symbolu G, a gdy wodami opadowymi - Gg. Jeśli inne poziomy genetyczne wykazują cechy oglejenia jako procesu towarzyszącego, oznaczamy je również dodatkowo symbolem g (oglejenie spowodowane wodami opadowymi) lub gg (oglejenie spowodowane wodami gruntowymi).

P - poziom bagienny - część profilu gleby organicznej objęta bagiennym procesem glebotwórczym.

D - podłoża mineralne - nielite podłoże gleb organicznych.

M - poziom murszenia - część profilu gleby organicznej objęta procesem murszenia.

R - podłoże skalne - lita lub spękana skała zwięzła (magmowa, przeobrażona, osadowa) występująca w podłożu.

Poziom mieszany - część profilu glebowego, w którym morfologiczne zmiany między sąsiednimi poziomami głównymi obejmują pas szerszy niż 5 cm. Cechy przyległych poziomów są wyraźne. Oznacza się je dużymi literami, stosowanymi do określania przyległych poziomów głównych, oddzielonych ukośną kreską (tzw. zapis łamany), np.: A/E, E/B, B/C.

Poziom przejściowy ­- część profilu glebowego, w którym równocześnie sa widoczne morfologiczne cechy sąsiednich poziomów głównych. Oznacza się je dużymi literami właściwymi dla poziomów głównych, np.: AE, EB. Jako pierwszą stawiamy literę poziomu głównego, którego morfologicznych cech jest więcej.

Podpoziomy - wprowadzamy je gdy istnieje potrzeba dalszego podziału poziomów głównych. Oznaczamy je wstawiając liczby arabskie w ciągłej sekwencji lub małe litery arabskie o określonym znaczeniu po literach oznaczających poziom główny. Liczby te i litery wykazują różnice cech i właściwości poziomów. Różnice wynikające z odmiennej barwy, struktury itp. mogą być obserwowane w profilu glebowym w terenie np.: A₁, A₂, A₃ ... . Dokładniejsze określenie cech i właściwości związane z genezą danego podpoziomu oznacza się małymi literami, np.:

br - akumulacja na miejscu, nieiluwialna, typowa dla gleb brunatnych, stosuje się z poziomem B, np.: Bbr

et - eluwialne wymycie frakcji ilastej, stosuje się do poziomu E gleb płowych, np.: Eet

Przyrostki do oznaczania cech i właściwości poziomów

Cechy towarzyszące, o wskaźnikowym znaczeniu dla genezy i klasyfikacji gleb, oznacza się małymi literami alfabetu łacińskiego dodawanymi do symboli poziomów głównych i podpoziomów:

a - dobrze zhumifikowana materia organiczna, zakumulowana w mineralnej części gleby w warunkach hydromorfologicznych; stosuje się do poziomu głównego A, np. Aa

an - (antropogeniczny); poziom lub warstwa wytworzona przez człowieka wskutek jego działalności gospodarczej poza uprawą roli, np. Aan

b - poziom kopalny; stosuje się do poziomów i gleb kopalnych

br - akumulacja na miejscu (wzbogacenie in situ), nieiluwialna typowa dla gleb brunatnych, stosuje się w połączeniu z poziomem głównym B, np. Bbr w glebach brunatnych

ca - akumulacja węglanu wapnia; stosuje się w połączeniu z różnymi poziomami głównymi, przejściowymi i podpoziomami oraz warstwami glebowymi, np. Cca

cn - akumulacja półtoratlenków i węglanów w postaci konkrecji lub pieprzów, np. Bfecn, Ccacn

cs - akumulacja siarczanu wapnia, np. Ccs

es - eluwialne wymycie żelaza i glinu; stosuje się do poziomu głównego E w glebach bielicoziemnych i glejo - bielicoziemnych, np. Ees

et - eluwialne wymycie frakcji ilastej, stosuje się do poziomu E gleb płowych, np. Eet

f - podpoziom z materią organiczną, częściowo rozłożoną, stosuje się do poziomu głównego O, np. Of

fe - iluwialna akumulacja żelaza, stosuje się do poziomu głównego B w glebach bielicowych i bielicach, np. Bfe

g - cechy glejowe lub poglejowe, odzwierciedlające okresową nadmierną wilgotność, spowodowaną wodami opadowymi okresowo stagnującymi nad poziomami lub warstwami trudno przepuszczalnymi lub w ich obrębie, np. Eg, Bg, Cg

gg - cechy oglejenia od wód gruntowych oznaczające bardzo silną redukcję, np. Bgg

h - podpoziom zawierający zhumifikowaną, dobrze rozłożoną materię organiczną; stosuje się do niższych części poziomu głównego O w glebach mineralnych, wzbogaconych w próchnicę koloidalną, np. Oh, do naturalnego poziomu A, np. Ah, do iluwialnej akumulacji materii organicznej w poziomie iluwialnym, np. Bh

k - warstwa reliktowa kontaktu krioiluwialnego z zamarzniętym podłożem, wytworzona w środowisku peryglacjalnym, wzbogacona w żelazo, magnez, glin, próchnicę; stosuje się do poziomu głównego B, np. Bk

l - podpoziom ściółki w powierzchniowej części poziomu O gleb mineralnych i organicznych, np. Ol

na - poziom wzbogacony w sód wymienny, np. Bna

ox - akumulacja półtoratlenków; w poziomach scementowanych stosuje się do poziomu B z orsztynem, rudą łąkową itp., np. Box

p - poziom rozluźniony, wzruszony przez orkę lub inny zabieg spulchniający; stosuje się do poziomów znajdujących się przy powierzchni gleby, np. Ap

r - nieiluwialne nagromadzenie żelaza, glinu, manganu, próchnicy, niekiedy wzbogacone we frakcję ilastą, pylastą; stosuje się do poziomu głównego B w glebach uprawnych, np. Br

re - poziom reliktowy, stosuje się do poziomów starszej genezy znajdujących się w zasięgu współczesnych procesów glebotwórczych, np. Bre

sa - akumulacja soli rozpuszczalnych w wodzie łatwiej niż gips, np. Bsa, Csa

t - iluwialna akumulacja frakcji ilastej w glebach mineralnych; stosuje się do poziomu głównego B, np. Bt; w glebach organicznych oznacza torf, stosuje się do poziomu głównego O

v - nieiluwialne nagromadzenie w środowisku peryglacjalnym żelaza, glinu, manganu, próchnicy, niekiedy wzbogacenie we frakcję ilastą i pylastą, stosuje się do poziomu głównego B, np. Bv

x - warstwa stwardniała (fragipan), np. Bx, Btx

Symbole stosowane tylko do opisu gleb hydrogenicznych

bg - warstwa torfu bór-bagnowego torfowiska wysokiego, stosuje się do poziomu głównego O, np. Otwybg

brz - warstwa torfu brzezinowego torfowiska przejściowego, stosuje się do poziomu głównego O, np. Otprbrz

e - utwór torfiasty lub murszowaty w glebach organiczno - mineralnych

gy - gytia, stosuje się do poziomu organicznego O, np. Ogy

i - utwór murszasty w glebach organiczno - mineralnych

m - muł; stosuje się do poziomu głównego O

me - warstwa torfu mechowiskowego torfowiska niskiego zbudowana z mchów brunatnych i niskich turzyc, stosuje się do poziomu głównego O, np. Otnme

ms - warstwa torfu mszarnego torfowiska przejściowego i wysokiego, stosuje się do poziomu głównego O, np. Otprms lub Otwyms

n - poziom namułów mineralnych rozdzielających warstwy organiczne

ni - torf niski, np. Otni

ol - warstwa torfu olsowego torfowiska niskiego, zbudowana przeważnie z materiału olszynowego, stosuje się do poziomu głównego O, np. Otniol

pr - torf przejściowy, np. Otpr

sz - warstwa torfu szuwarowego torfowiska niskiego zbudowana przeważnie z trzcin, stosuje się do poziomu głównego O, np. Otnisz

tu - warstwa torfu turzycowiskowego torfowiska niskiego zbudowana w przewadze z wysokich turzyc z domieszką trzciny, stosuje się do poziomu głównego O, np. Otnitu

tz - warstwa torfu zamulonego, stosuje się do poziomu głównego O, np. Otz

wr - warstwa torfu wrzosowiskowego torfowiska wysokiego, stosuje się do poziomu głównego O, np. Otwywr

wy - torf wysoki, np. Otwy

R1, R2, R3 - stopień rozkładu torfu

Nieciągłości litologiczne - mówimy o nich wówczas gdy w profilu glebowym lub w utworze macierzystym występują materiały różnego pochodzenia geologicznego o wyraźnych granicach nieciągłości, np.: A - E wytworzone są z piasku zwałowego, a poziomy B - C z gliny zwałowej. W takim przypadku każdą warstwę oznacza się cyfrą rzymską, stawianą przed symbolem poziomu głównego lub przejściowego. Górna warstwa, której odpowiada rzymska jedynka nie jest numerowana, natomiast każda następna otrzymuje kolejny numer: II, III, IV itd., np: Ap - E - IIB - II Cca - IIIG

Nieciągłości litologiczno - pedogeniczne - Wyróżnia się je jeśli oprócz nieciągłości litologicznych występują nieciągłości związane z obecnością serii materiałów wytworzonych w różnym czasie, np. staro - i młodoplejstoceńskie, holoceńskie itp. Oznacza się je literami greckimi.

Warstwa glebowa - znajdujący się w obrębie profilu lub pod nim materiał charakteryzujący się cechami i właściwościami związanymi z litogenezą, np. piaski na glinie, glina na ile. Warstwa jest to część profilu różniąca się w sposób zasadniczy od pozostałych części profilu. Powstaje ona przez nałożenie na warstwy podległe wskutek osobnego procesu geologicznego. Dlatego tez należy odróżnić to pojęcie od pojęcia poziomu genetycznego, który wytworzył się wtórnie w materiale już złożonym.

Ad. 2.

Miąższość genetyczna gleby - suma miąższości poszczególnych poziomów genetycznych. W warunkach Niżu Polskiego, w glebach dobrze rozwiniętych, waha się od kilkudziesięciu cm do około 2 m. Gleby mineralne, w których jednolity genetycznie profil o tym samym składzie sięga co najmniej do 150 cm zaliczane są do całkowitych. Natomiast wszystkie gleby, których jednolite genetycznie profile są płytsze od 150 cm określa się jako niecałkowite.

Biologiczna głębokość gleby - miąższość strefy dostępnej dla korzeni roślin. Gleby biologicznie głębokie są lepsze od biologicznie płytkich.Głębokość biologiczna może być mniejsza lub większa od genetycznej. U nas częstszy jest drugi przypadek, ponieważ zasięg palowych systemów korzeniowych drzew przekracza głębokość strefy objętej wyraźnymi wpływami procesów glebowych. Przykładem sytuacji odwrotnej mogą być bielice o mocno zorsztynizowanym poziomie wzbogacenia. Duża zawartość toksycznych składników - niekrystalicznych związków glinu w tym poziomie powoduje, że większość korzeni nie przenika poniżej jego górnej granicy. Silnie erodowane gleby górskie, ukształtowane z masywnych skał macierzystych mogą być płytkie zarówno genetycznie jak i biologicznie.

Ad. 3.

Barwa gleby - wrażenie wzrokowe wywołane przez odbitą od gleby widzialną część promieniowania słonecznego. Wpływ na zabarwienie gleby mają głównie:

1. próchnica - nadaje barwę czarną, szarą, brunatną. Im więcej jest próchnicy tym barwa jest intensywniejsza.

2. związki żelaza (magnetyt, hematyt, getyt, limonit) - barwa gleby zależy od stopnia utlenienia, na którym występuje żelazo. Żelazo na +3 stopniu utlenienia nadaje glebie barwy o odcieniach ciepłych: czerwone, żółte itp. Żelazo na +2 stopniu utlenienia nadaje barwy zimne: zielonkawe, niebieskie, odcienie stalowoszare.

3. ziarna kwarcu, okruchy kalcytu, kryształy łatwo rozpuszczalnych soli (np. NaCl, Na₂CO₃, CaCl₂) - nadają barwę białą

Zabarwienie gleby pozwala stwierdzić na pierwszy rzut oka obecność lub brak pewnych związków w różnych częściach profilu glebowego. Informuje też o przebiegu procesów glebowych. Na podstawie barwy można ocenić typ stosunków wodnych, warunki areacji, aktywność biologiczną i wiele innych cech. Barwa profilu pozwala w terenie wyodrębnić poszczególne poziomy genetyczne.

Barwa biała tuż pod poziomem próchnicy nadkładowej świadczy nie tylko o wymyciu związków żelaza, lecz także o silnym zakwaszeniu gleby, niskiej zawartości składników mineralnych, małej aktywności biologicznej. Odwrotnie barwy brunatne związane są z zasobnością gleby i dużą aktywnością biologiczną. Barwy niebieskozielne świadczą o nadmiernym uwilgotnieniu kwaśną wodą zastojową i złej areacji gleby.

O niektórych właściwościach gleby można też wnioskować na podstawie barwy powierzchni gleby. Brunatnoszare zabarwienie powierzchni gleby wskazuje na jej dostateczną przewiewność, natomiast zabarwienie smoliście czarne świadczy o niedostatku tlenu. Barwa powierzchni gleby wpływa w sposób bardzo istotny na jej bilans cieplny. Gleby o ciemnym zabarwieniu absorbują więcej ciepła niż jasne, tym samym szybciej na wiosnę aktywizują się pod względem biologicznym, ale też szybciej wysychają niż gleby jasne.

Do określania barwy poziomów genetycznych gleby służą wzorcowe tabele Munsella.

Ad. 4.

Struktura gleby - rodzaj i sposób wzajemnego powiązania oraz przestrzenny układ elementarnych

cząstek stałej fazy gleby. Przy określaniu struktury glebowej rozpatruje się kształt i wielkość elementów strukturalnych, a także ich trwałość i stopień wykształcenia w profilu glebowym. Podział struktur glebowych jest następujący:

1) Struktury proste (nieagregatowe) - struktury, w których poszczególne elementarne cząstki stałej fazy gleby są albo ze sobą zlepione, albo ułożone luźno. W masie glebowej brak jest naturalnej łupliwości lub jest ona niewidoczna. Wyróżnia się następujące typy tych struktur:

a) struktury rozdzielnoziarniste ( r ) - ziarna glebowe występują oddzielnie, nie są więc zlepione żadnym spoiwem, tak jak np. w piasku luźnym, żwirze, w utworach pyłowych o małej zawartości materii organicznej

b) struktury spójne ( m ) - tworzą jednolitą masę. Zawiera małe ilości frakcji ilastej (pęczniejącej, kruszącej się) i materii organicznej. Dlatego nie wykazuje żadnych pęknięć ani trwałych szczelin, które powodowałyby naruszenie fizycznej jednolitości utworu. Są to przeważnie gliny piaszczyste, piaski gliniaste, gliny pylaste itp. czasami w strukturze tej wyróżnia się jeszcze podtypy:

• plastyczna struktura spójna - charakteryzuje utwory ilaste będące stale silnie wilgotne

• krucha struktura spójna - charakteryzuje utwory pyłowe prawie nie zawierające frakcji ilastej

• scementowana struktura spójna - powstaje na skutek lokalnej koncentracji związków chemicznych, które nieodwracalnie cementują cząstki glebowe

• amorficzna struktura spójna - zbudowana w przeważającej części ze związków próchnicznych

2) Struktury agregatowe - struktury, w których można wyróżnić naturalne płaszczyzny łupliwości (odspojenia). Indywidualne elementy strukturalne nazywa się grudkami lub agregatami. Struktury te opisuje się wg następujących cech: kształtu elementów strukturalnych i sposobu ich ułożenia w profilu glebowym (typ struktury), wymiaru agregatów strukturalnych (klasa wielkości agregatów), stopnia rozróżnialności elementów strukturalnych w profilu glebowym i ich trwałości (stopień wykształcenia struktury glebowej).

a) struktury sferoidalne - elementy strukturalne mają kształt kulisty o powierzchniach gładkich lub chropowatych, ale nie przylegających do powierzchni otaczających agregatów. Wyróżnia się następujące typy tych struktur:

• koprolitowa ( ko ) - charakteryzuje się agregatami o kształtach nieregularnych, niekiedy graniastych, i składa się głównie z odchodów dżdżownic, wazonkowców i innych bezkręgowców glebowych. Agregaty mniej trwałe rozpadają się na mniejsze elementy, wskutek czego struktura ta upodabnia się do struktury gruzełkowatej.

• gruzełkowata ( gr ) - agregaty są kuliste, porowate, trwałe. Spoiwem są przede wszystkim polimery próchniczne, śluzy bakteryjne i minerały ilaste. Koloidy mineralno - organiczne są w znacznym stopniu wysycone kationami wapnia. Struktura ta jest charakterystyczna dla poziomów próchnicznych gleb uprawnych.

• ziarnista ( zn ) - agregaty są prawie nieporowate. Powstały one głównie na skutek dezintegracji fizycznej (wysuszanie - namakanie, zamarzanie - odmarzanie) macierzystego materiału glebowego: mineralnego (o budowie drobnoziarnistej) oraz organicznego (z całkowicie zhumifikowanych torfów). Struktura ta jest charakterystyczna dla poziomów poddarniowych użytków zielonych na glebach mineralnych.

b) struktury foremnowielościenne (poliedryczne) - agregaty mają kształt wielościanów foremnych o gładkich lub chropowatych powierzchniach, przylegających do powierzchni sąsiednich agregatów. Wyróżnia się następujące typy tych struktur:

• foremnowielościenna ostrokrawędzista (angularna) ( oa ) - agregaty mają gładkie powierzchnie oraz ostre naroża i krawędzie. Powstają na skutek dezintegracji utworów drobnoziarnistych, np. iłów, iłów pylastych, glin średnich i ciężkich. Na swojej powierzchni mają czasem ilaste powłoczki.

• foremnowielościenna zaokrąglona (subangularna) ( os ) - agregaty mają gładkie, wklęsłe lub wypukłe powierzchnie oraz zaokrąglone naroża i krawędzie. Tego typu struktury spotyka się najczęściej w glebach brunatnych, rzadziej płowych, o uziarnieniu średnim, np. w glinach lekkich i średnich. Gdy gleby zawierają mało frakcji ilastej, struktura tego typu jest o wiele mniej trwała niż struktura ostrokrawędzista.

• bryłowa ( br ) - agregaty są duże, nieregularne, o szorstkich powierzchniach. Powstają w poziomie uprawnym wskutek orki zbyt suchych lub zbyt mokrych ciężkich gleb ubogich w próchnicę. Struktura ta jest sztucznie wytworzona w wyniku mechanicznej uprawy roli.

c) struktury wrzecionowate - agregaty mają kształt graniastosłupów wrzecionowatych (oś pionowa jest znacznie dłuższa od osi poziomych). Agregaty w profilu mają układ pionowy. Wyróżnia się następujące typy tych struktur:

• pryzmatyczna ( pr ) - agregaty mają kształt graniastosłupów wrzecionowatych ostrokrawę-dzistych z płaskimi powierzchniami górnymi i dolnymi. Tworzą się one w glebach bardzo drobnoziarnistych przy ich głębokim wysychaniu i namakaniu

• słupowa ( ps ) - agregaty mają kształt graniastosłupów wrzecionowatych o krawędziach zaokrąglonych, przy czym górna powierzchnia tych słupków jest także zaokrąglona (tzw. czapeczka). Są one charakterystyczne dla gleb , których kompleks sorpcyjny jest w znacznym stopniu wysycony kationami sodu, a czasami sodu i magnezu (sołońce, sołończaki, gleby sodowe)

d) struktury dyskoidalne - agregaty są rozbudowane w kierunku osi poziomych przy znacznym zredukowaniu osi pionowej. Dominuje tu łupliwość w płaszczyźnie poziomej i poziomy układ płytek. Wyróżnia się następujące typy tych struktur:

• płytkowa ( dp ) - agregaty mają kształt prostych płytek, najczęściej o szorstkich powie-rzchniach. W profilu ułożone są poziomo. Płytki oddzielone są od siebie małymi szczelinami powstającymi przy wysychaniu gleby lub wskutek tworzenia się wewnątrz gleby soczewek lodu

• skorupkowa ( ds ) - agregaty mają kształt miseczkowato wklęsłych płytek o gładkiej powierzchni górnej i szorstkiej powierzchni dolnej. Powstają one podczas wysychaniu i nierównomiernego kurczenia się materiałów rytmicznie warstwowanych

3) Struktury włókniste - są to struktury torfów słabo lub średnio zhumifikowanych. W masie organicznego materiału macierzystego znajdują się znaczne ilości korzeni, łodyg i liści roślin torfotwórczych o różnym stopniu rozłożenia i w różnym stopniu przemieszczane z kompleksowymi związkami próchnicznymi. Wyróżnia się następujące typy tych struktur:

• gąbczasta ( hg ) - jest charakterystyczna dla słabo rozłożonych (R<35%) torfów mecho-wiskowych. Są one zbudowane z drobnych korzonków turzyc oraz listków i łodyg mchów. Tworzą one elastyczną, gąbczastą, bardzo porowatą masę przesiąkniętą wodą. Istotnym elementem struktury tej masy są nierozłożone szczątki roślin torfotwórczych.

• włóknista ( hw ) - jest charakterystyczna dla słabo rozłożonych (R<35%) torfów turzycowiskowych i szuwarowych. W masie torfu przeważają drobne korzonki turzyc, grube kłącza i korzonki trzciny, czasami kłącza skrzypu, a niekiedy domieszki kory wierzb. Torfy turzycowiskowe tworzą strukturę drobnowłóknistą, natomiast torfy szuwarowe - grubowłóknistą.

Wyróżnia się cztery stopnie wykształcenia agregatów struktury glebowej:

0. Struktura bezagregatowa - w masie glebowej nie można dostrzec ani agregatów, ani wyraźnie zaznaczonych naturalnych linii odspojenia. Wyróżnia się struktury: spójną i rozdzielnoziarnistą.

1. Struktura agregatowa słaba - charakteryzuje się słabo wykształconymi agregatami, które są ledwo rozróżnialne w profilu.

2. Struktura agregatowa średnio trwała - charakteryzuje się dobrze ukształtowanymi agregatami, które są średnio trwałe, ale wyraźne, lecz nie dające się wyróżnić w glebach nierozkruszonych.

3. Struktura agregatowa trwała - charakteryzuje się agregatami trwałymi, które są wyraźnie widoczne nawet w glebach nie rozkruszonych

Czynniki wpływające na powstawanie agregatów glebowych:

1. koloidy glebowe - w stanie skoagulowanym stanowię lepiszcze wiążące poszczególne cząstki elementarne. Sam proces koagulacji nie jest jeszcze wystarczający do powstania trwałych gruzełków, ale je warunkuje. Przyczyną koagulacji koloidów glebowych jest odwodnienie zachodzące przede wszystkim podczas przemarzania lub dodatku elektrolitów. Szczególne znaczenie ma oddziaływanie kationów dwuwartościowych Ca²⁺ i Mg²⁺. Dużą zdolność do tworzenia większych agregatów wykazują zwłaszcza koagulaty powstające pod wpływem jonów wapnia w przedziale odczynu gleby od słabo kwaśnego do słabo alkalicznego

2. minerały ilaste - mają one właściwości klejące i tworzą agregaty sklejające się zarówno między sobą, jak i cząstkami piasku i pyłu. Tworzenie agregatów po wpływem działania cząstek ilastych jest możliwe jednak tylko w glebach o dużej zawartości frakcji iłu.

3. substancja organiczna - wywiera bardzo duży wpływ na powstawanie i stabilizację agregatów glebowych. Szczególne znaczenie mają tu kwasy huminowe i znajdujące się w śluzach bakteryjnych polisacharydy i poliuronidy, które tworzą siatkę włókien pomiędzy nieorganicznymi cząstkami gleby i sklejają je ze sobą. Próchnica z jednej strony zlepia większe cząsteczki mineralne, z drugiej - powoduje rozluźnienie gleb ciężkich. Zaletą próchnicy jest ogromny wpływ na zwiększenie porowatości gruzełków.

4. fauna glebowa - istotna rolę odgrywają tu przede wszystkim dżdżownice, których wydaliny - koprolity, to doskonałej jakości agregaty glebowe, odporne na działanie opadów i ugniatanie kołami maszyn rolniczych. Powstają one dzięki sklejaniu cząstek gleby śluzową wydzieliną przewodu pokarmowego dżdżownic.

5. orka prowadzona w stanie optymalnej wilgotności uprawowej (wynoszącej ok. 60 - 80% polowej pojemności wodnej) - powoduje ona rozkruszenie gleby, a jednocześnie stwarza korzystne warunki do działania innych czynników strukturotwórczych.

6. Systemy korzeniowe traw i roślin motylkowych - szczególnie korzystnie wpływają na wodoodporność agregatów. Tworzą one sieć kanałów ułatwiających rozpadanie masy glebowej na agregaty oraz wydzielają substancje śluzowe zlepiające elementarne ziarna mineralne gleby.

7. nawożenie - jego efekt ujawnia się jako efekt wprowadzania kationów dwuwartościowych i substancji organicznej w postaci nawozów naturalnych oraz zwiększonej ilości resztek pożniwnych.

Czynniki wpływające destrukcyjnie na strukturę glebową:

1. uprawa mechaniczna przeprowadzona w niewłaściwym stanie uwilgotnienia gleby. Obróbka gleby suchej wywołuje rozkruszanie istniejących agregatów. W przypadku gleby nadmiernie uwilgotnionej następuje ich rozmazywanie.

2. Ugniatanie gleby kołami maszyn rolniczych

3. Erozja wodna i wietrzna

4. Wprowadzanie do gleby kationów jednowartościowych - NH₄⁺, Na⁺, K⁺ - powodują peptyzację koloidów

5. Niesprzyjające czynniki atmosferyczne

Ad. 5.

Układ gleby - przestrzenne rozmieszczenie zarówno cząstek pierwotnych jak i agregatów. Tak jedne, jak i drugie mogą być rozmieszczone luźno (np. w piaskach) i szczelnie (np. w iłach). Im układ jest luźniejszy tym większa jest porowatość gleby, która to zależy nie tylko od przestrzeni między agregatami, ale także od porowatości samych agregatów.

W praktyce gleboznawczo - rolniczej wyróżniamy następujące układy glebowe:

1. luźny - gleby o budowie rozdzielnoziarnistej, np. pl

1a. słabo - pulchny - budowa gruzełkowa o małej trwałości agregatów, np. pgl

2. pulchny - gleby strukturalne, agregaty gruzełkowe porowate, np. pgm

2a. pulchno - zwięzły - struktury foremnowielościenne, np. gl

3. zwięzły - agregaty wrzecionowate pryzmatyczne, np. gś

4. zbity - budowa zwartocząsteczkowa, np. gc

4a. silnie zbity - utwory ilaste

Ad. 6.

Konkrecje (nowotwory) glebowe - różnych kształtów skupienia, występujące wewnątrz lub na

powierzchni gleby, złożone z różnych związków chemicznych.

Nowotwory glebowe powstają w specyficznych warunkach glebowych i tworzą się w skutek przebiegu różnych procesów chemicznych, biochemicznych oraz biologicznych. Mogą mieć one różne właściwości i wielkość - od ziarenek o średnicy ułamka mm do brył kilkumetrowych.

Charakter nowotworów i sposób ich występowania w glebie wskazują na przebieg i natężenie różnych procesów glebowych, jak bielicowanie, ługowanie, procesy glejowe. I tak na przykład, występowanie licznych drobnych konkrecji żelazisto - manganowych w glebach opadowo - glejowych wskazuje na zmienne warunki wodno - powietrzne, a występowanie konkrecji węglanowych w dolnych poziomach gleb brunatnych może być tłumaczone procesami ługowania.

Znajomość warunków powstawania konkrecji glebowych może być bardzo przydatna przy różnego rodzaju pracach terenowych (np.: kartografia gleb, bonitacja gleb i in.). pozwala ona na trafną ocenę właściwości gleby jedynie na podstawie badań morfologicznych lub bardzo prostych oznaczeń chemicznych (np. oznaczanie zawartości CaCO₃ na podstawie reakcji z kwasem solnym).

PODZIAŁ KONKRECJI GLEBOWYCH

1. konkrecje pochodzenia chemicznego i biochemicznego

1. nagromadzenia łatwo rozpuszczalnych soli - spotyka się je w krajach o klimacie suchym i półsuchym. Powstają na skutek wytrącania się: NaCl, Na₂SO₄, CaCl₂, MgCl₂. Mają one postać:

• wykwitów

• nalotów

• zacieków

• plam

• żyłek

2. konkrecje gipsowe - spotyka się je w krajach o klimacie suchym i półsuchym. W tym przypadku wytrąca się CaSO₄ ∗ 2H₂O (gips). Konkrecje mogą mieć postać:

• nalotów

• białych cętek

• żyłek

• kryształków gipsu

• cienkich włókien zwanych pseudogrzybniami

3. konkrecje żelaziste i manganowe

Mechanizm powstawania: w wyniku działania na glebę kwaśnych roztworów zostają uruchomione różne składniki, z przewagą związków żelaza. Wytrącają się one na pewnej głębokości w profilu glebowym, tworząc nowotwory. Nowotwory żelaziste mogą powstawać nie tylko na drodze chemicznej, ale także biochemicznej, na przykład w skutek wytrącania się związków żelaza z wody, która podsiąka w profilu glebowym ku górze.

Nowotwory te obok żelaza zwykle zawierają związki manganu, glinu, fosforu, baru oraz związki organiczne.

a. pieprze

- drobne kuliste nowotwory, barwy od ciemno - brunatnej do czarnej; ich wielkość dochodzi do 5 mm. Najczęściej występują w poziomach próchnicznych i podpróchnicznych gleb odgórnie oglejonych, w których panują długotrwałe warunki beztlenowe. W stanie wilgotnym pieprze przy kopaniu rozmazują się i tworzą ciemne smużki przebiegające zgodnie z kierunkiem ruchu łopaty.

b. bobki, fasolki, groszki, orzeszki

- są to konkrecje żelaziste, o kształcie kulistym i nerkowatym, ze znaczną niekiedy zawartością manganu. Często zawierają one znaczne domieszki fosforu, który został unieruchomiony przez związki żelaza i glinu w warunkach silnie kwaśnego odczynu gleby. Występowanie tych nowotworów wskazuje na to, że gleby obecnie lub w przeszłości odznaczały się zmiennymi warunkami wodno - powietrznymi.

c. nieregularne bryły

- powstają przeważnie w glebach piaszczystych. Ich powstawanie może się wiązać z procesami bielicowania „przykorzeniowego”, przebiegającymi w wyniku oddziaływania kwaśnych roztworów gromadzących się wokół obumarłych korzeni. Dotyczy to głównie gleb leśnych.

d. rudawce i orsztyny

- silnie zbite warstwy piaszczysto - próchniczno - żelaziste. Są one charakterystyczne dla obniżeń terenowych wśród podmokłych borów sosnowych i świerkowych. Osiągają niekiedy kilkadziesiąt cm grubości.

Ich występowanie z kilku powodów jest zjawiskiem niepożądanym:

• korzenie sadzonek nie są w stanie przebić się przez stwardniałe warstwy orsztynu. Konsekwencją tego jest usychanie kultur sosnowych i świerkowych

• nie w pełni utlenione związki organiczne powodują duszenie się delikatnych włośników korzeniowych

• niekorzystne działanie na korzenie drzew wykazują toksyczne związki glinu, które znajdują się w tych konkrecjach.

Niezbyt grube warstewki rudawca żelazistego nie stanowią przeważnie poważniejszej przeszkody dla korzeni roślin, zwłaszcza starszych, których korzenie z łatwością je przerastają.

e. ruda darniowa

- występuje blisko powierzchni gleby i tworzy dużych rozmiarów bryły. Powstaje w depresjach terenów piaszczystych pokrytych borami lub torfowiskami.

Mechanizm powstawania: z terenów wyżej położonych spływają do dolin roztwory o odczynie kwaśnym. Zostają one, między innymi, przez bakterie utlenione i w efekcie wytrącają się związki żelaza, manganu i fosforu tworząc bryły rudy darniowej. Żelazo, w rudzie darniowej, występuje w formie limonitowej. Jeśli proces utleniania się kwaśnych roztworów odbywa się w zbiornikach wodnych, powstaje ruda jeziorowa.

f. faliste smugi i warstewki żelaziste - pseudofibry

- stanowią lekko pofałdowane płaszczyzny złożone ze scementowanych związków żelaza. Osiągają one grubość od kilku do kilku dziesięciu mm. Występują głównie w glebach bielicowych lub ługowanych i przemywanych.

Utwory te nie stanowią przeszkody dla korzeni roślin, które przerastają je, a nawet wewnątrz nich się rozwijają i rozrastają, znajdując tam składniki pokarmowe, które są zasorbowane w koloidach. Występowanie tego typu konkrecji jest korzystne dla roślin również z tego względu, że zatrzymują one wodę z opadów.

W glebach o wysokim poziomie wód gruntowych występują często cienkie, równolegle ułożone, poziome warstewki, barwy ciemno- lub jasnordzawej o grubości od kilku mm do kilku cm. Pochodzenie tych warstewek związane jest z ruchami poziomu wód gruntowych. W zetknięciu z powietrzem, przenikającym do profilu glebowego, wytrąca się zawarte w wodzie żelazo. Przechodzi ono z +2 na +3 stopień utlenienia. Warstewki te są przeważnie poza zasięgiem korzeni roślin.

g. rurki przykorzeniowe

- powstają one w głębszych partiach profilu glebowego. Powstawanie tego typu konkrecji można między innymi tłumaczyć warunkami lepszej areacji, jakie panują w kanałach przykorzeniowych roślin. Konkrecje te przybierają kształt rurek zbieżnych z kształtem korzeni. Pozostają one w glebie nawet po obumarciu korzeni, wokół których się wytworzyły.

h. powłoki pokrywające ścianki szczelin

- powstają w szczelinach gleby, pokrywając ścianki tych szczelin powłokami. Posiadają barwę czarną lub czarno - brunatną. Powstają szczególnie często w glebach, w których intensywnie zachodzą procesy glejowe, a dokładniej opadowo - glejowe.

4. konkrecje węglanowe

a. wykwity kalcytowe

• często są spotykane w terenach półsuchych i suchych. W glebach klimatu umiarkowanego ta forma konkrecji występuje rzadko.

b. mikrokonkrecje

- często występują w glinach i lessach. Mają postać drobnych rureczek, często są rozgałęzione. Osiągają rozmiary od ułamka do 2 - 5 mm. Konkrecje te powstają często wokół obumarłych korzeni roślin. Na przekroju glebowym konkrecje te są widoczne pod postacią jasnych powyginanych kreseczek.

c. rurki wokół korzeni

- konkrecje te występują często nawet na znacznych głębokościach, tworząc rurkowate otoczki wokół korzeni roślin. Zbudowane są z węglanu wapnia. Powstawanie ich można tłumaczyć wytrącaniem się CaCO₃ z roztworów zawierających kwaśny węglan wapnia. Rurki węglanowe wokół korzeni niektórych roślin motylkowych mogą mieć długość od kilkunastu do kilkudziesięciu cm, a grubość do 2 cm.

d. oczka

- są to konkrecje wapienne, o kształcie nieregularnie kulistym i o średnicy do 2 cm. Powstają one w glebach wytworzonych z glin zwałowych i lessów.

e. laleczki

- tworzą się w tych samych glebach co oczka. Ich długość dochodzi najczęściej do 5 cm, ale spotyka się również większe. Mogą one być pochodzenia przykorzeniowego, o czym świadczą kształty odpowiadające rozgałęzieniom korzeni. Ich powstawanie może być związane z procesami ługowania gleby z CaCO₃.

f. warstewki lub warstwy

- spotyka się je w różnych glebach warstwowanych o niejednakowym składzie mechanicznym. Występują one w warstwowanych materiałach moreny czołowej. Są to pokaźnej grubości warstwy CaCO₃, na których często, dodatkowo wytrącają się konkrecje żelaziste.

g. smugi

- mają białą barwę. W profilu glebowym przebiegają najczęściej pionowo, ale także i ukośnie. Smugi przebiegające pionowo - tworzą się w szczelinach, którymi przecieka woda opadowa zawierająca Ca(HCO₃)₂. Smugi ukośne tworzą się w dawnych kanałach korzeniowych. Konkrecje te występują najczęściej w glebach ciężkich.

h. pseudogrzybnia - pseudomycelium

- tworzy ona faliste nitki CaCO₃ w niższych częściach profilu gleby. Istnieje pogląd, że konkrecje te związane są z istnieniem sezonowych zmian klimatycznych.

5. Nagromadzenie krzemionki

Konkrecje te mają postać białego nalotu wokół jednostek strukturalnych i wewnątrz szczelin. Nalot ten może być nazywany „osypką krzemiankową”. Jego powstawanie najprawdopodobniej jest związane z występowaniem okresowych warunków beztlenowych.

II Konkrecje pochodzenia zoogenicznego

1. korytarze dżdżownic i kretowiny

a. korytarze dżdżownic

- sięgają niekiedy znacznych głębokości w profilu glebowym. Są one wyścielone śluzem dżdżownic. Mają one szczególne znaczenie w glebach ciężkich, ponieważ są podstawowym elementem i sposobem przewietrzania i pionowego drenowania gleby

b. kretowiny

- widoczne w profilu glebowym korytarze gryzoni, wypełnione glebą. Kretowiny, występujące w poziomie próchnicznym są zazwyczaj jaśniej zabarwione niż te występujące w głębszych partiach profilu.

2. koprolity

- konkrecje powstające w czasie procesów fizjologicznych mezo- i mikrofauny glebowej.

a. makrokoprolity

- drobne konkrecje złożone z zaokrąglonych bryłek gleby, wydalanych jako odchody przez dżdżownice i inne organizmy. Konkrecje te występują na powierzchni gleby przykrywając pionowe korytarze dżdżownic.

b. mikrokoprolity

- nie są widoczne gołym okiem. Dostrzega się je dopiero pod mikroskopem. Są to głównie odchody wazonkowców, skoczogonków i roztoczy. Jest ich wiele w poziomach próchnicznych wielu gleb. Mają duże znaczenie próchnicotwórcze.

2. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z podstawowymi pojęciami używanymi w gleboznawstwie oraz z cechami morfologicznymi gleby - budową profilu glebowego, miąższością oraz barwą gleby. Zakres ćwiczenia obejmuje analizę przykładowych profili glebowych.

3. Przebieg ćwiczenia

Ćwiczenie składa się z 2 części. W każdej z nich analizuje się 3 wybrane profile glebowe. W części 1 należy oznaczyć symbolami poziomy genetyczne w opisanych profilach glebowych oraz narysować te profile przyjmując typowe miąższości poszczególnych poziomów. W części 2 należy podać nazwy i szczegółowo scharakteryzować poziomy glebowe oznaczone symbolami w przykładowych profilach glebowych.

4. Wymagania BHP

• odzież ochronna typu fartuch

5. Literatura

Dobrzański B., Zawadzki S., 1995. Gleboznawstwo. PWRiL. Warszawa.

Mocek A., Drzymała S., Maszner P., 1997. Geneza, analiza i klasyfikacja gleb. Wydawnictwo Akademii Rolniczej im. A. Cieszkowskiego w Poznaniu. Poznań.

Systematyka Gleb Polski, wyd.4, 1989. Roczniki gleboznawcze 40, 3-4.PWN. Warszawa.

2

---