Podstawy gleboznawstwa i geografii gleb

Laboratorium I

Profil glebowy – pionowy przekrój odsłaniający morfologię danej gleby łącznie z przylegającą częścią skały macierzystej – w szczególności rodzaj, miąższość i wzajemny układ genetycznych poziomów glebowych, rozmieszczenie korzeni roślin.

Gleba – integralny składnik wszystkich ekosystemów lądowych i niektórych płytkowodnych, utworzony z powierzchniowych warstw litosfery specyficznie przekształconych (i nadal przekształcanych) pod wpływem roślinności i pozostałych czynników glebotwórczych.

Skała macierzysta – materiał skalny, z którego, i w obrębie którego tworzy się gleba. Od rodzaju skały macierzystej zależy skład mineralny gleby. Wpływa on także na ważne właściwości fizyczne i chemiczne.

Miąższość gleb – łączna głębokość wszystkich jednolitych genetycznie poziomów zróżnicowania profilu glebowego od powierzchni do skały macierzystej. Za dolną granicę gleby uznaje się tę część skały macierzystej, w której nie obserwuje się śladów procesów glebotwórczych.

Uziarnienie gleby, dawniej zwane składem mechanicznym lub jej teksturą, to wyrażony w procentach udział ziaren mineralnych nazywanych frakcje granulometryczne. Jest to podstawowa cecha gleby, z której wynika wiele innych jej właściwości, jak np. zawartość składników niezbędnych dla życia roślin: makroelementy, mikroelementy, a także pojemność sorpcyjna i inne. Jest to cecha standardowo oznaczana we wszystkich próbkach gleby pobieranej w trakcie prac kartograficznych siedlisk w lasach. Na uziarnieniu gleby oparta jest też konstrukcja diagnozy siedlisk w lasach państwowych w Polsce.

Poziom genetyczny – warstwa gleby postała w wyniku procesów glebotwórczych.

Poziom diagnostyczny – poziom typowy dla danego rodzaju gleby.

• O – poziom organiczny, szczątki roślin i zwierząt (ściółka, ektopróchnica); nie występuje w glebach uprawnych

• A – poziom próchniczy, mineralny, wymieszany z rozłożonymi elementami organicznymi

• E – poziom wymywania (eluwialny)

• B – poziom wzbogacania

• C – skała macierzysta (jeśli jest skałą litą, przyjmuje się oznaczenie R)

• G – poziom glejowy (skała podwodna)

• M – poziom murszowy (rozłożony torf)

• H – poziom torfowy od powierzchni

• L – osady jeziorne, muły

Pozyskiwanie profilu glebowego

• Odkrywka glebowa

  • Do skały macierzystej (1,5 - 2 m)

  • Ściana odkrywkowa powinna być dobrze oświetlona

• Wykonanie opisu, zdjęć

• Próbki pobierane są w stanie nienaruszony (transportowane w woreczkach plastikowych lub płóciennych) oraz naruszonym

• Próbki pobiera się od dołu do góry po trzy pobrania

Solum – poziomy od A do B

Rhizum – głębokość biologiczna, do której zalegają korzenie

AE – poziom przejściowy

A/E – poziom mieszan

Opis profilu glebowego

• Ogólny – lokalizacja, roślinność, litologia, itp.

• Szczegółowy

  • Opis poziomów glebowych

  • Zakres głębokości (miąższość)

  • Rodzaje przejścia między poziomami

    • a) ostre - dotyczy poziomu płużnego, wyraźna granica między poziomami, kiedy zmiana barwy zachodzi do 2cm

    • b) przejście wyraźne - między 2-5cm

    • c) stopniowe - od 5-15cm, większość gleb (B-C)

    • d) niewyraźne - do 15cm, nie widać wyraźnego przejścia

  • Uziarnienie (pył, piasek, glina, ił, itp.)

  • Struktura

    • Bezagregatowa (głównie piaski), struktura prosta

    • Agregatowa, struktura złożona

    • Włóknista (utwory wulkaniczne, torfy)

  • Barwa

  • Poziom pH

  • działalność zwierząt

Koprolit – struktura koprolitowa, odchody dżdżownicy

Metoda organoleptyczna – metoda oceny za pomocą zmysłu dotyku

Laboratorium II

Skały macierzyste gleb i ich uziarnienie

Na obszarze Polski można wyróżnić cztery strefy, różniące się wiekiem i rodzajem skał glebotwórczych.

1. Sudety i ich przedgórze

Zbudowane głównie ze skał przedpaleozoicznych (magmowe) i paleozoicznych m.in. granity, gnejsy, piaskowce, wapienie, łupki krystaliczne. Z utworów tych powstały przede wszystkim gleby brunatne kwaśne i wyługowane. Miejscami też spotyka się gleby inicjalne oraz gleby słabo wykształcone – Kotlina Jeleniogórska.

1. Wyżyny Środkowopolskie

Zbudowane przeważnie ze skał osadowych paleozoicznych i mezozoicznych (dewon – dolomity i wapienie na obszarze świętokrzyskim; jura – skaliste wapienie osłony Gór Świętokrzyskich oraz Wyżyny Krakowsko – Częstochowskiej; kreda – wapienie i margle Wyżyny Lubelskiej i regionu świętokrzyskiego). Utwory węglanowe – wapienie, margle, opoki, kreda i dolomity są skałami macierzystymi rędzin. Gleby – rędziny wapienne.

1. Karpaty i Kotliny Podkarpackie

Dominują skały osadowe górnej kredy i trzeciorzędu, czyli flisz (formacja skalna), flisz karpacki złożony jest z serii osadów o wielkiej miąższości. W skład serii wchodzą naprzemianległe warstwy piaskowców (nieraz zlepieńców) i łupków ilastych bądź marglistych. Skały te są substratem, z którego powstają najczęściej gleby brunatne kwaśne oraz gleby brunatne wyługowane.

Tatry

• Tatry Zachodnie - wapienie,

• Tatry Wschodnie – granity,

Pieniny – skały słabo wykształcone, gleby brunatne kwaśne,

Góry Świętokrzyskie – powstałe poprzez fałdowanie kaledońskie; słabo wykształcone gleby inicjalne,

1. Niż Polski

Pokryty osadami czwartorzędowymi, wśród których wyróżnia się utwory plejstoceńskie, przyniesione przez nasuwający się od północy lądolód, oraz utwory holoceńskie (aluwia, deluwia i torfy). Średnia miąższość utworów plejstoceńskich wynosi 50-100 m. Zróżnicowanie miąższości utworów plejstoceńskich wiąże się z konfiguracją podłoża plejstocenu. Utwory te niwelują nierówności podłoża czwartorzędu.

Różnice między rzeźbą staroglacjalną a młodoglacjalną:

Rzeźba staroglacjalna	Rzeźba młodoglacjalna
pozostałości jezior moren czołowych	występowanie znacznej ilości jezior rynnowych i morenowych, wałów moreny czołowej, wysoczyzn, ozów i kemów
niskie deniwelacje	występowanie znacznych deniwelacji
utworzyła się podczas starszych zlodowaceń, a formy polodowcowe są częściowo lub całkowicie zniszczone	dominują wyraźne formy glacjalne i fluwioglacjalne pochodzące z ostatniego zlodowacenia
występuje w Polsce w pasie nizin	występuje w Polsce w pasie pobrzeży i pojezierzy

Pod wyglądem genezy osady plejstoceńskie można podzielić na trzy grupy:

• Osady akumulacji lodowcowej (utwory dennolodowcowe, czołowolodowcowe, zastoiskowe i wodnolodowcowe),

• Osady akumulacji eolicznej (piaski wydmowe i lessy),

• Osady akumulacji wodnej (utwory rzeczne, rzeczno-jeziorne, jeziorno-bagienne, bagienne).

Osady akumulacji eolicznej:

• Lessy powstały w plejstocenie, na skutek nagromadzenia pyłów wywiewanych z utworów morenowych i fluwioglacjalnych przez wiatry wiejące od lodowca. Są bardzo podatne na erozję, tworzą charakterystyczne strome i głębokie urwiska i wąwozy. Są skałą macierzystą najwartościowszych gleb w Polsce, które podlegają uprawie. Miąższość lessów jest zmienna od ok. 10 m do ok. 25-30 m. Do głównych składników mineralnych należą: kwarc (68%), skalenie (6%), miki (16%), węglan wapnia (11-16%). Charakterystyczną cechą lessów jest ich barwa – „słomkowa”. Ma dużą porowatość, wysoką pojemność wodną i powietrzną oraz dobrą przepuszczalność. Lessy kształtują przede wszystkim czarnoziemy.

• Piaski wydmowe – dzielą się na piaski wydm nadmorskich (holoceńskie) oraz piaski wydm śródlądowych (starszych). Charakteryzują się: wysokim stopniem jednorodności materiału na dużych przestrzeniach; wybitna monofrakcjyność materiału budującego wydmy; monotonny układ mineralny z przewagą kwarcu – najczęściej 85-95%; ubóstwo składników chemicznych, w tym najważniejszych dla roślin składników pokarmowych. Z piasków wydmowych powstają ubogie gleby – bielicoziemne – porośnięte borami sosnowymi i nie nadające się pod uprawę.

Występowanie lessów w Polsce

Głównie występują płatami na:

• Wyżynie Lubelskiej:

  • płat nałęczowski,

  • płat Roztocza Zachodniego,

  • płat horodelski,

  • płat Sokalski,

• Wyżynie sandomierskiej,

• Wyżynie Małopolskiej:

  • płat opatowsko – sandomierski,

  • płat miechowski,

• Wyżynie krakowsko – częstochowskiej,

• Nizinie Śląskiej:

  • Płat raciborski,

• Podkarpaciu,

• Przedgórze Sudeckie (mniejsze wyspy).

Osady akumulacji lodowcowej:

• Utwory dennolodowcowe – zwane moreną denną. Są to przeważnie margliste gliny zwałowe (morenowe) złożone z bardzo niejednorodnego materiału zarówno pod względem uziarnienia, jak i składu mineralno-petrograficznego. Tkwią w niej różnej wielkości bloki i głazy narzutowe, które w większości są odłamkami skał magmowych i łupków metamorficznych. Utwory tego typu mogły powstać tylko przy udziale lodu, który przenosił i osadził różnorodny materiał. Odznaczają się barwą brunatną pochodzącą od tlenków żelaza. Gliny zwałowe stanowią skały macierzyste niemal połowy gleb w Polsce. Powstają z nich najczęściej gleby brunatne oraz płowe – niż Polski.

• Osady czołowolodowcowe – głównie materiał żwirowo – piaszczysty lub piaszczysty - piaski zwałowe.

• Osady zastoiskowe (jeziorne) – typowymi osadami są iły wystęgowe składające się z licznych naprzemianległych warstewek jaśniejszych (gł. pyłowych) i ciemniejszych (ilastych). Większe pokłady iłów zastoiskowych spotyka się w okolicach Pyrzyc, Gniewu nad Wisłą, Kętrzyna i Reszla. Charakteryzują się znaczną zawartością węglanu wapnia – niekiedy do 20%. Powstają gleby najczęściej czarne ziemie, smolnice, a niekiedy brunatne. Są ciężkie w uprawie pomimo dużej zasobności w składniki.

• Osady fluwioglacjalne (wodnolodowcowe) - wszelkiego rodzaju utwory luźne, tworzone są przez materiał skalny wymywany przez wody wypływające z lądolodu (a także przez wody płynące w szczelinach pod nim) w postaci wysortowanych i warstwowanych osadów, głównie piasków różnoziarnistych (tzw. piaski sandrowe) i żwiru. Tworzą charakterystyczne formy rzeźby powierzchni Ziemi, m.in. sandry, ozy, kemy. W Polsce szeroko rozpowszechnione, głównie w centrum i na północy kraju. Do minerałów głównych w piasku sandrowym należą: kwarc, skalenie i miki. Zaznacza się przewaga minerałów przezroczystych. Występowanie: sandry Brdy, Wdy, Gwdy, Drawy oraz sandry: Piski, Augustowski i Nowotomyski. Piaski te są skałami macierzystymi gleb bielicowoziemnych, a zwłaszcza rdzawych i bielicowych. Gleby te porośnięte są w większości borami sosnowymi np. Bory Tucholskie, Puszcza Piska, Puszcza Augustowska.

Osady akumulacji wodnej (to osady powstające w procesie akumulacji na skutek działalności wód płynących. Aluwia gromadzą się najintensywniej w miejscach, gdzie następuje zmniejszenie zdolności transportowych rzeki, na skutek spadku prędkości jej przepływu, a więc głównie w jej dolnym biegu, na tarasach podczas opadania fali powodziowej oraz przed naturalnymi lub sztucznymi zaporami.)

• Osady rzeczne – wiążą się przede wszystkim z pradolinami: barycko - głogowską, warszawsko – berlińską i toruńsko – eberswaldzką. Wykazują znaczną zmienność uziarnienia, od piasków luźnych do gliniastych. W ich składzie mineralnym dominuje kwarc, ubogie w składniki pokarmowe. Piaszczyste osady rzeczne łatwo ulegają zwydmieniu np. Kotlina Toruńska. Przemodelowane eolicznie osady są skałą macierzysta gleb bielicoziemnych. Są skałą macierzystą gleb aluwialnych zwanych madami.

• Osady rzeczno – jeziorne – zalicza się do nich iły, utwory pyłowe oraz pisaki. Odgrywają znaczną rolę jako skały macierzyste Niżu Polskiego (gleb brunatnych, płowych, czarnych ziem). Przeważa w nich kwarc i skalenie.

• Utwory jeziorno – bagienne – zbudowane z części organicznych zawierających szczątki roślin i zwierząt, głównie planktonowych. Największe obszary gytowisk i powstałych z nich gleb gytiowych spotyka się na terenach pojezierzy – Pomorskiego i Mazurskiego.

• Utwory bagienne – torfy – występują w całej Polsce, z tym, ze liczniejsze i rozleglejsze są na północy. Są skałą macierzystą dla gleb torfowych.

Osady morenowe jest to materiał skalny transportowany i osadzany przez lodowiec. Zawiera zniszczone ściany skał i podłoża. W czasie postoju i topnienia lodowca materiał morenowy zostaje osadzony tworząc formy rzeźby na powierzchni Ziemi.

• Czarne ziemie - typ gleby zaliczany do gleb pobagiennych, powstały z odwodnionych osadów bagiennych i jeziornych. Ich powstanie jest uwarunkowane długotrwałym oddziaływaniem wysokiego zwierciadła wód gruntowych, ale kształtują się również na bardzo ciężkich glinach i iłach w warunkach utrudnionego przesiąkania wód opadowych.

Frakcja – zbiór cząstek o określonej średnicy ziaren; określenie wielkości ziaren

Grupy granulometryczne wyznacza się na podstawie procentowego udziału danej frakcji w próbce.

Calgon – służy do rozdzielania agregatów w próbce.

Pomiar metodą areometryczną:

1. Przygotowujemy miarkę gleby, którą wrzucamy do przygotowanego wcześniej cylindra wypełnionego wodą.

2. Bezpośrednio przed pomiarem ciecz należy dobrze wymieszać prętem szklanym – gęstościomierzem (areometrem) w celu uniknięcia różnic gęstości i temperatury.

3. Przygotowujemy roztwór zerowy; sprawdzamy temperaturę.

4. Mieszamy próbkę; obserwujemy opadanie frakcji: najpierw spadają grube, średnie, małe – czas sprawdzamy w tablicach.

5. Dokonujemy pomiaru wstępnego po 10 minutach - ile wynosi temp., ile zawiera części spaławialnych, frakcję pyłową, iłową; wkładamy areometr, włączamy stoper na 10 min, po 10 min odczytujemy wartości.

6. Kolejność odczytów:

• Odczyt I po 24 sekundach,

• Odczyt II po 1,25 min.,

• Odczyt III po 12 minutach,

• Odczyt IV po 2h16 min,

• Odczyt V po 20h41 min

• + odczyt O (woda + calgon)

Grubość frakcji przy odczytach:

I – II pbd (piasek bardzo drobny),

II – III p.g (piasek gruby)

III – IV p.d (piasek drobny)

IV – V p. d (piasek drobny)

V – 0 (dodajemy) ił

Frakcje i podfrakcje granulometryczne

Nazwa frakcji i podfrakcji granulometryrcznej	Symbol	Średnica ziaren w milimetrach
CZĘŚCI SZKIELETOWE		>2
Frakcja blokowa	b	>600
II. Frakcja głazowa	gł	600 – 200
III. Frakcja kamienista	k	200 – 75
IV. Frakcja żwirowa: Żwir gruby Żwir średni Żwir drobny	ż żgr żśr żdr	75 – 2 75 – 20 20 – 5 5 – 2
CZĘŚCI ZIEMISTE		≤2
V. Frakcja piaskowa: Piasek bardzo gruby Piasek gruby Piasek średni Piasek drobny Piasek bardzo drobny	p pbgr pgr pśr pdr pbdr	2,0 – 0,05 2,0 – 1,0 1,0 – 0,5 0,5 – 0,25 0,25 – 0,10 0,10 – 0,05
VI. Frakcja pyłowa: Pył gruby Pył drobny	py pygr pydr	0,05 – 0,002 0,05 – 0,02 0,02 – 0,002
VII. Frakcja iłowa	i	≤0,002

Laboratorium III

Fizyczne właściwości gleb

Poziomy mineralne:

• Uzyskiwanie próbek w stanie naruszonym, przed rozpoczęciem pobierania należy przygotować szeroki nóż o ściętym końcu lub metalową łopatkę, płócienne woreczki, metryczki i zwykły ołówek. Pobiera się na ogół po jednej próbce z każdego wyróżnionego poziomu genetycznego. Nie powinny być zbyt małe – zwykle pobiera się ok. 1 kg gleby. Pobierane są od najgłębszego do przypowierzchniowego poziomu. Próbkę pobieramy w pięciu miejscach danego poziomu.

• Uzyskiwanie próbek w stanie nienaruszonym, czyli z zachowaniem naturalnej struktury gleby, pobiera się z każdego poziomu genetycznego w 4 lub 5 powierzchniach za pomocą ponumerowanych metalowych cylinderków o objętości zwykle 100 cm³. Pobieranie zaczynamy od najgłębszego poziomu, a kończymy na przypowierzchniowym. Cylinderek wciska się w glebę i wycina nożem z otoczenia.

Cylindry umieszcza się w suszarce w 105˚C (by cała woda wyparowała; wyższa temperatura jest niewskazana ze względu na możliwość roztopienia lub zapłonu elementów zawartych w próbce) Po wysuszeniu cylinderki wraz z glebą waży się, następnie po usunięciu gleby i dokładnym oczyszczeniu cylinderka określa się jego masę.

Określanie właściwości gleb metodą cylindrową (próbka nienaruszona)

• Wilgotność aktualna (badanie następuje jak najszybciej po przetransportowaniu próbki do laboratorium)

a – masa gleby wilgotnej + masa cylindra

b – masa gleby wysuszonej + masa cylindra

c – masa cylindra

Wa – wilgotność aktualna [% m/m] – stosunek masy gleby do masy wody

100% wilgotności – obecność takiej samej ilości wagowej gleby i wody

150-200% - mursz

Nawet 1000% - torf

$$\mathbf{Wa =}\frac{\mathbf{a - b}}{\mathbf{b - c}}\mathbf{*100}$$

• Gęstość objętościowa gleby (So) – masa jednostki objętości gleby suchej i w naturalnym złożeniu (w stanie nienaruszonym) [g*cm^-3]

Przestwory – wolne przestrzenie w glebie wypełnione powietrzem lub wodą

$$\mathbf{\text{So\ }}\left\lbrack \mathbf{g*}\mathbf{\text{cm}}^{\mathbf{- 3}} \right\rbrack\mathbf{=}\frac{\mathbf{b}}{\mathbf{V}}$$

V = 100cm3 (objętość cylindra)

$$\mathbf{\text{Wa\ }}\left\lbrack \mathbf{\%}\frac{\mathbf{m}}{\mathbf{m}} \right\rbrack\mathbf{*So = Wa\ \lbrack\%}\frac{\mathbf{V}}{\mathbf{V\rbrack}}$$

• Gęstość właściwa (S) – dotyczy gęstości fazy stałej gleby określana metodą piknometryczną (w stanie naruszonym); oznaczana symbolem S; im więcej występuje w glebie porów, tym gęstość jest mniejsza; pomiar polega na wyznaczaniu gęstości badanej cieczy względem wody destylowanej. Istotnym elementem pomiarowym jest określenie masy piknometru napełnionego wodą destylowaną oraz badaną cieczą. W praktyce pomiar sprowadza się do ważenia.

• Porowatość – ilość wolnych przestworów (wypełnionych powietrzem i wodą) w odniesieniu do całej objętości do bryły gleby (100cm³)

$$\mathbf{n = \ }\frac{\mathbf{(S - So)}}{\mathbf{S}}\mathbf{*100\%}$$

Objętości faz gleby

• Faza stała (max 100%)

Vs  =  100  n

n – faza ciekła + faza gazowa

• Faza ciekła – odpowiada w przybliżeniu wilgotności aktualnej

$$\mathbf{Vc =}\frac{\mathbf{\text{Wa\ }}\left\lbrack \mathbf{\%\ }\frac{\mathbf{m}}{\mathbf{m}} \right\rbrack\mathbf{*So}}{\mathbf{\text{Sw}}}$$

Sw – gęstość wody = 1g*cm3, można zatem pominąć lecz mieć świadomość występowania tej stałej

• Faza gazowa

Vg = n − Vc

PPW – polowa pojemność wodna; ilość wody pozostającej w glebie po odpłynięciu wody grawitacyjnej (opady); częściowo dostępna dla roślin

Woda kapilarna (Wh) – porusza się w różnych kierunkach, dostępna dla roślin, tworzy roztwór glebowy (do wartości pF 4,2), wypełnia mezopory (02 – 8 mm)

WTW – wilgotność trwałego więdnięcia – woda jest obecna w glebie, lecz rośliny nie są w stanie jej pobierać zatem więdną (okresy suszy); siła ssąca korzeni musi być wystarczająca dla pobierania takiej wody

MH – maksymalna higroskopijność – zdolność gleby do pochłaniania pary wodnej z powietrza. Woda higroskopowa wypełnia mikropory (powyżej 4,5), woda ta jest nieużyteczna dla roślin

Zapasy wody glebowej

Z – zapasy wody [mm] (mierzone w słupach)

Zu – zapasy wody użytecznej dla roślin [mm]

h – miąższość [cm]

10 – przelicznik; by wynik był w milimetrach

N – woda niedostępna – odczytywana aparatem Richardsa lub za pomocą obliczenia MH

N ≈ 1,5 * MH

$$\mathbf{Z =}\frac{\mathbf{Wa\ \lbrack\%\ }\frac{\mathbf{m}}{\mathbf{m\rbrack*So*h}}}{\mathbf{10*Sw}}$$

$$\mathbf{Zu =}\frac{\mathbf{(Wa\ \lbrack\%\ }\frac{\mathbf{m}}{\mathbf{m\rbrack - N)*So*h}}}{\mathbf{10*Sw}}$$

Laboratorium IV

Odczyn – stężenie jonów wodorowych w roztworze glebowym (mol/l [mol*dc^-3]). Jednostką pomiarową jest pH.

Skalę barwną tworzy 5 kolorów odpowiadających następującym wartościom:

Odczyn gleby	Rodzaj gleby	Zakres pH	Barwa
Bardzo kwaśny	Gleby piaszczyste	< 4,5	Ciemnoczerwony
Kwaśny		4,6 – 5,5	Jasnoczerwony
Lekko kwaśny		5,6 – 6,5	Żółty
Obojętny	Gleby gliniasto – piaszczyste oraz ilaste	6,6 – 7,2	Jasnozielony
Zasadowy	Gleby gliniaste i próchniczne	>7,3	Ciemnozielony

H2O -> H⁺ + OH- = 10^-14 mol*dc^-3

[H⁺] = [OH^-] ; pH=7 ; jony wodorowe równe jonom wodorotlenowym = odczyn obojętny

[H⁺] > [OH^-] ; pH < 7 ; odczyn kwasowy

[H⁺] < [OH^-] ; pH > 7 ; odczyn zasadowy

pH – jednostka odczynu; maksymalnie może wynieść 14, minimalnie 0; zaokrąglenia do jednego miejsca po przecinku

pH = - log [H⁺]

Rodzaje kwasowości

• Czynna – odpowiadają za nią wolne jony wodorowe H⁺  zawarte w roztworze glebowym

• Potencjalna – spowodowana przez jony wymienne glinu i wodoru

• Wymienna – ujawnia się po zadziałaniu na glebę roztworem soli obojętnej KCl

• Hydrolityczna – ujawnia się w glebach po potraktowaniu ich roztworami soli hydrolizujących zasadowo

Kompleks sorpcyjny tworzą części stałe gleby o bardzo małej średnicy, występujące w glebie w formie koloidalnej. Są to zarówno części mineralne (minerały ilaste), jak i części organiczne (próchnica glebowa), a także cząstki występujące jako połączenia organiczno-mineralne. Składniki kompleksu sorpcyjnego są zdolne do zatrzymywania (sorbowania) jonów znajdujących się w roztworze glebowym. Dzięki temu, że kompleks sorpcyjny zatrzymuje jony, składniki pokarmowe wprowadzone z nawozami nie są wymywane z gleby, jeśli roślina nie pobierze ich od razu.

• Im głębiej w glebę tym pH rośnie, kwasowość natomiast jest najwyższa bliżej powierzchni ziemi.

• Zakres pH w glebach – od 3,5 do 9

Czynniki wpływające na na pH gleby

materiał organiczny działa zakwaszająco rodzaj roślinności igły drzew (zakwaszają) liście dębu (odkwaszają) sadzenie sosny na siedliskach zasobniejszych niż wymagania tego gatunku ogół działań prowadzący do itensyfikacji produkcji biomasy, pozyskiwanie maksymalnej ilości drewna pyły (alkolizują, wzrost pH) występowanie siarczków żelaza przy braku dostępu tlenu – gleby powyżej pH 3,5	obecność węglanów podwyższa wartość pH (od 8,5 do 9) obecność soli obecność chlorków zanieczyszczenia, kwaśne deszcze, spalanie paliw długotrwałe stosowanie nawozów mineralnych coroczne pozyskiwanie plonu odwapnienie wymycie węglanów pH może przekroczyć 9 w warunkach antropogenicznych; przy opadach pyłu

Metody oznaczania pH gleby:

1. metody kolorymetryczne, których zasada oparta jest na zjawisku zmiany barwy indykatorów (wskaźników) w zależności od stężenia jonów wodoru; w celu określenia wartości pH zadajemy badaną próbkę indykatorem i porównujemy jego barwę z barwami wzorcowymi, odpowiadającymi określonym wartościom pH;

2. metody potencjometryczne, które polegają na pomiarze różnicy potencjałów w ogniwie składającym się z elektrody porównawczej oraz elektrody pomiarowej (szklanej) zanurzonej w zawiesinie glebowej. Różnica potencjałów mierzona pehametrem jest określona funkcją wartości pH badanego roztworu. Pobierając próbkę gleby do analizy, należy ją w pierwszej kolejności wysuszyć w temperaturze pokojowej, a następnie oddzielić części szkieletowe od ziemistych, przesiewając glebę przez sito o średnicy 1 mm.

WĘGLANY

Miarą zawartości węglanów w glebie jest zawartość CO₂

CaCO₃ + 2HCl -> CO₂ + H₂O + CaCl₂

Mogą występować w glebie o odczynie zasadowym lub zbliżonym do obojętnego. Na podstawie reakcji z 10% kwasem solnym można w przybliżeniu określić procentową zawartość węglanów:

Burzenie	Orientacyjna zawartość węglanów [%]
Brak	<1
Słabe	1 – 3
Silne lecz krótkie	3 – 5
Silne i długie	> 5

Miarą zawartości węglanów w glebie jest zawartość CO₂

CaCO₃ +  2HCl  →  CO₂ +  H₂O + CaCl₂

• reakcja, która występuje w czasie rozkładu węglanu.

CaCO₃  +  H₂O + CO₂

Kwas węglowy H₂CO₃

• proces krasowienia (reakcja między węglanem Ca, wodą a CO₂ ); słabo rozpuszczalny w wodzie.

Metody oznaczania CaCO₃

• metoda Scheiblera – spalanie próbki następuje w 930˚. Metody objętościowe polegają na oznaczaniu gazowego dwutlenku węgla wydzielonego z rozkładu węglanu wapnia podczas działania kwasów na glebę, najczęściej używa się kwasu solnego.

- Aparat Scheiblera składa się z dwóch biuret połączonych U-rurką z których jedna jest kalibrowana, i u góry zamknięta kurkiem szlifowanym i połączona wężem gumowym z naczynkiem, w którym przebiega reakcja rozkładu węglanu wapnia pod wpływem HCl. Naczynie reakcyjne jest kolbą stożkową, a kwas solny jest wprowadzany w małej próbówce wmontowanej do korka zamykającego kolbę i połączoną wężem gumowym ze zbiornikiem zawierającym nasycony wodny roztwór CuSO4.

- W próbce gleby, w której ma oznaczać się CaCO3 należy najpierw zbadać orientacyjną metodą polową zawartość węglanu wapnia. Metoda polowa polega na traktowaniu kwasem solnym ok. 10 % zwilżonej wodą próbki gleby umieszczonej na szkiełku zegarkowym. Z intensywności wydzielonych banieczek CO2 określa się na podstawie poniżej załączonej tabelki przybliżoną zawartość CO2.

a = 18cm³

c = 1,22g

t = 20°C

p = 758,4 mm Hg

$$\text{Ca}\text{CO}_{3}\left\lbrack \% \right\rbrack = \frac{a*p*0,1605}{\left( 273 + t \right)*c} = \frac{18*758,4*0,1605}{\left( 273 + 20 \right)*1,22} = 6,12\%$$

Węglan wapnia

• wpływa na odczyn, podnosi pH

• wpływa na barwę (rozjaśnia glebę)

• wpływa na strukturę gleby

• stanowi bufor w glebie, zobojętnia kwaśne deszcze dopóki jego zasoby się nie wyczerpią

Buforowość gleby – zdolność do utrzymywania stałego pH gleby (odczynu), konsekwencja działania różnych roztworów buforowych (przede wszystkim buforu wodorowęglanowego) i buforów wymiany jonowej (sorpcja jonów H⁺ przez glebowe kompleksy sorpcyjne). Duże znaczenie ma również buforowość związana z procesami biodegradacji biomasy.

Laboratorium V

Gleby Polski

Najważniejsze gleby Polski

Bielica Gleba bielicowa Gleba rdzawa Czarna ziemia Mada czarnoziemna	Rędzina czarnoziemna Gleba płowa zaciekowa Gleba brunatna eutroficzna Czarnoziem Vertisol próchniczny (smolnica)

Organiczne materiały diagnostyczne

• Materiały fibric – tworzą torfy słabo rozłożone składające się z fragmentów nierozłożonych tkanek roślin torfotwórczych i niewielkiej ilości humusu.

• Materiały hemic – tworzą torfy średnio rozłożone – mające pośredni stopień rozkładu pomiędzy torfami fibric a sapric. Dlatego wykazują pośrednie cechy morfologiczne i fizyczne między tymi torfami.

• Materiały sapric – tworzą torfy mocno rozłożone.

• Materiały limnic – wytworzyły się pod wodą w procesie sedymentacji. Obejmują pięć podstawowych utworów: gytie, ziemie okrzemkowe, margle jeziorne, kreda jeziorna, muły.

• Materiały torfiaste – zawierają od 10 do 20% materii organicznej. Zawierają liczne, białe ziarenka piaski i wykazują barwę ciemnoszarą. Występują głównie w glebach murszowatych i glejowych.

• O rozwoju gleb świadczy miąższość poziomu próchnicznego.

Najczęstsze układy gleb:

• A-C

• A-E-B-C

• A-B-C

A/C – poziom mieszany, posiada cechy materiału z obu poziomów

AC – poziom z przejściem tonalnym, płynnym między poziomami

p – poziom płużny, gleba uprawna

O – poziom organiczny (czasem też torfowy), ściółka

Gleby eutroficzne – bogate w składniki odżywcze

Gleby dystroficzne – kwaśne, ubogie składniki odżywcze

Rozpoznawanie

• Jaka jest sekwencja poziomów

• Jaka jest skała macierzysta

• Użytkowanie – uprawna/leśna (Ap, O)

• Inne cechy

  • Występowanie warstwowania, orsztynu

  • Oglejenie

  • Występowanie poziomu A lub nie

Czarnoziem

• A-AC-Ck (k – węglany, wtórne wzbogacenie)

• Skała macierzysta – less

• Bardzo żyzna i urodzajna

• Występuje w południowej części kraju

• Miąższość poziomu A dochodzi nawet do 1m

• Związany z klimatem stepowym (w Polsce jako relikt dawnego występowania stepów)

• Zajmuje duże obszary na Węgrzech, Ukrainie, Rosji

• W Polsce jest jakościowo gorszy

Czarna ziemia

• A-A/C-Ckg

• Skała macierzysta – glina morenowa

• Powstaje z procesu darniowego + glejowego

• g – oglejenie

• Miąższość poziomi A dochodzi nawet do 1m

• Duża wartość użytkowa

• Występuje na wysoczyźnie

Mada rzeczna

• A-C (+ podpoziomy odpowiadające sekwencji osadów rzecznych)

• Cechuje się oglejeniem

• Powstaje z procesu darniowego

• Gleba żyzna

• Występuje przed wałek powodziowym, nie zbyt blisko koryta rzeki

• Gleba uprawiana

Smolnica (vertisol)

• A-Big-Cig

• Skała macierzysta – iły (zastoiskowe)

• Wstępowanie: Gniew nad Wisłą, Kętrzyn-Reszel, Pyrzyce

• Powstaje z procesu wertylizacji

• Pęcznieje pod wpływem wody

• Powierzchnia ślizgu – wygładzone do połysku ściany elementów strukturalnych w glebach lub gruntach wytworzonych z pęczniejących iłów. Powstają, gdy w pęczniejącym utworze ilastym, wskutek wzrostu wilgotności, pojawiają się naprężenie wewnętrzne powodujące przesuwanie się względem siebie poszczególnych partii materiału.

• i – iluwialne przemieszczenie iłu

• g – oglejenie opadowe

• Gilgai – mikrorzeźba powierzchni terenu powstająca wskutek pęcznienia i kurczenia materiału ilastego

Rędzina czarnoziemna A-Ac-Cca Skała węglanowa Skała macierzysta – wapienie kredowe	Gleba brunatna Ap-Bw-Ck Skała macierzysta – less w – wietrzenie
Gleba rdzawa A-B-C Rzadko uprawiana	Gleba płowa A-Et-Bt-Ck Poziomy A i Et mogą zostać wymieszane podczas orki jeśli znajdują się na głębokości 30cm, powstaje wtedy poziom Ap, przypominający czarnoziem
Gleba bielicowa O-A-Es-Bhs-BC-C	Gleba bielicoziemna A-Es-Bh-Bhs-BC-C Brak poziomu A

Gleba murszasta

• Au-Cg

• u – poziom murszowaty/murszasty

• Mają więcej materii organicznej

• Bardzo rzadko uprawiane, ponieważ wytworzone są z piasków

• Brak struktury agregatowej, są przepuszczalne, nie nadają się do uprawy

• Jest glebą mineralno-organiczną

• Zaliczana do rzędu gleb czarnoziemnych

• Murszenie – rozkład torfu/gytii; utworów organicznych