POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA
WYDZIAŁ BUDOWNICTWA I INŻYNIERII ŚRODOWISKA
INSTYTUT INZYNIERII ŚRODOWISKA I ROLNICTWA
Instrukcja do zajęć laboratoryjnych
Temat ćwiczenia: Zasady BHP. Cechy morfologiczne gleby: budowa profilu, miąższość, barwa
Numer ćwiczenia: 1 i 2
Laboratorium z przedmiotu:
Gleboznawstwo
KOD:
Opracował:
dr inż. Robert Czubaszek
1999
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:
czynników geologicznych
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:
budowę profilu
miąższość
barwę
strukturę
układ
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
ca - akumulacja półtoratlenków i węglanów w postaci konkrecji, np.: Cca
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:
próchnica - nadaje barwę czarną, szarą, brunatną. Im więcej jest próchnicy tym barwa jest intensywniejsza.
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.
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.
Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z podstawowymi pojęciami używanymi w gleboznawstwie oraz z cechami morfologicznymi gleby - cechami profilu glebowego, miąższością gleby oraz barwą gleby.
Przebieg ćwiczenia
W oparciu o przykłady profili glebowych należy uzupełnić informacje dotyczące wybranych cech morfologicznych gleb.
Opis powinien zawierać:
miąższość poszczególnych poziomów głebowych
charakterystykę poszczególnych poziomów glebowych z określeniem poziomów głównych, mieszanych i przejściowych oraz podpoziomów
Wymagania BHP
odzież ochronna typu fartuch
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.