Dr inż. Przemysław Woźniczka Fizyka i Chemia Gleb Dr inż. Przemysław Woźniczka PODRĘCZNIKI 1. Gleboznawstwo melioracyjne pod red. Marcinka i Święcickiego. 2. Gleboznawstwo – praca zbiorowa pod red. B. Dobrzańskiego i S. Zawadzkiego. 3. Gleboznawstwo Rolnicze – Uggla H.. 4.Podstawy gleboznawstwa z elementami kartografii i ochrony gleb – Kuźnicki F., Białousz S., Skłodowski P. 5. Nauka o glebie – Tomaszewski J. 6. Gleboznawstwo ogólne – Musierowicz A.

GLEBA- to powierzchniowa, biologicznie aktywna warstwa skorupy ziemskiej, powstała z różnych skał macierzystych pod wpływem czynników glebotwórczych i podlegająca stałym przemianom w procesie glebotwórczym.

CEL I ZAKRES PRZEDMIOTU GLEBOZNAWSTWO Celem gleboznawstwa jest: - nauczanie rozpoznawania pokrywy glebowej, - określenie fizycznych i chemicznych właściwości gleb, - zapoznawanie się z prawami przyrody, które pozwolą zaplanować optymalną produkcję roślinną, - opracowanie metod podniesienia urodzajności gleb lekkich, których w Polsce jest ponad 40% powierzchni, - ochrona gleb przed degradacją (zmeliorowane gleby torfowe), - podniesienie urodzajności gleb terenów górskich, - ochrona gleb przed erozją Gleboznawstwo jest nauką mającą na celu wszechstronne zbadanie gleb jako tworów przyrody – a więc ich genezę, morfologię, właściwości, poznanie typów, rodzajów i gatunków, określenie zasięgów ich występowania.

Rys. 1 Gleba jako element środowiska przyrodniczego ATMOSFERA BIOSFERA HYDROSFERA GLEBA LITOSFERA Rys. 1 Gleba jako element środowiska przyrodniczego

Definicja gleby wg. Soil Taxonomy Gleba jest naturalnym tworem zawierającym mineralną i organiczną materię, ciecze i gazy, zajmującą określoną powierzchnię i charakteryzowaną przez jeden lub wiele poziomów lub warstw. Powstaje z materiału inicjalnego poprzez wzbogacenie, ubytek lub transfer materii i energii oraz poprzez wpływ organizmów żywych na naturalne środowisko. Dolną granicą gleby jest umownie głębokość 150-200 cm.

Znaczenie gleby w przyrodzie i gospodarce człowieka Magazyn wody Źródło paliw, materiałów, żywności magazyn składników pokarmowych Składnik krajobrazu Składnik krajobrazu gleba Filtr wody Miejsce obiegu składników pokarmowych i wody Środowisko życia roślin i zwierząt Miejsce składowania odpadów

Do najważniejszych z punktu widzenia rolniczego cech gleby należą: - żyzność gleby - urodzajność gleby - produkcyjność gleby

Nowoczesna gospodarka rolna opiera się na dokładnej znajomości gleby Nowoczesna gospodarka rolna opiera się na dokładnej znajomości gleby. Znajomość gleb jest potrzebna do: a. przestrzennego planowania b. rejonizacji upraw c. sporządzania planów gospodarczych d. układania płodozmianów e. ustalenia systemu uprawy mechanicznej f. normowania pracy traktorów g. ustalenia systemów nawożenia i doboru nawozów.

POWIĄZANIE GLEBOZNAWSTWA Z INNYMI NAUKAMI PETROGRAFIA MINEROLOGIA METEOROLOGIA BOTANIKA ZOOLOGIA CHEMIA GLEBOZNAWSTWO FIZYKA MIKROBIOLOGIA NAUKI LEŚNE NAUKI ROLNICZE EKOLOGIA ROŚLIN PLANOWANIE PRZESTRZENNE

KSZTAŁTOWANIE SIĘ GLEB O powstawaniu i kształtowaniu się gleb decydują następujące czynniki glebotwórcze: - klimat - świat roślinny - świat zwierzęcy - woda - rzeźba terenu - skała macierzysta - działalność człowieka - czas tworzenia się gleb BIOSFERA HYDROSFERA

KLIMAT najważniejsze elementy: insolacja (nasłonecznienie) temperatura wilgotność powietrza zachmurzenie i opady ciśnienie atmosferyczne i związane z nim wiatry Klimat wpływa na: - procesy glebotwórcze proces wietrzenia - procesy glebowe (bielicowanie, brunatnienie itp.) Bezpośredni wpływ klimatu na glebę: - zmywanie powierzchni gleby wodami opadowymi - wywiewanie materiału glebowego Pośredni wpływ klimatu na glebę: - roślinność - typ gospodarki rolnej i leśnej - wilgotność gleby i kierunek ruchu wody w glebie

klimat wilgotny – ruch wody zstępujący klimat wilgotny – ruch wody zstępujący. Przesiąkająca woda rozpuszcza i przemieszcza składniki proces przemywania gleb klimat suchy – ruch wody wstępujący. Woda wyparowująca z gleby wzbogaca wierzchnie warstwy w sole rozpuszczalne proces zasolenia gleb

RZEŹBA TERENU - wpływa pośrednio na kształtowanie się gleb poprzez oddziaływanie na: - erozję - klimat i roślinność - obieg wody w glebie MORFOLOGICZNE TYPY KRAJOBRAZOWE wydzielane są na podstawie rozpiętości i częstotliwości wahań wysokości w przestrzeni: typ równinowy: wahania różnic wysokości względnych na długości 2km od 0 do 300 m a. niziny 0-200 m n.p.m. b. wyżyny wzniesione ponad 200-300 m n.p.m. typ górski- wahania różnic wysokości względnych na długości 2km ponad 300m. a). góry niskie 300-500m, b). średnio wysokie 500-1000m, c). wysokie >1000m

Na podstawie wymiarów przestrzennych wyróżnia się: makrorelief: - większe i złożone składniki krajobrazu mezorelief: - powierzchnie o przekroju dziesiątek i setek metrów i pionowym zróżnicowaniu wysokości względnej 1-10m mikrorelief: - drobne zmiany w urzeźbieniu powierzchni od kilku do kilkudziesięciu metrów i zróżnicowaniu pionowym do 1m FORMY RZEŹBY TERENU - płaskie - wypukłe - wklęsłe

Kształtowanie się gleb w zależności od reliefu Gleby dobrze wykształcone Gleby słabiej wykształcone erodowane Gleby terenów podmokłych

WODA (czynnik hydrologiczny) Znaczenie wody jako czynnika glebotwórczego: - przemieszcza i osadza materiał skalny i glebowy, - wpływa na przebieg procesów glebotwórczych i glebowych, - decyduje o krążeniu składników w profilu glebowym, - warunkuje życie gleby Wpływ wód powierzchniowych na tworzenie się gleb: - wody przepływowe proces aluwialny mady -wody spływające z miejsc wyżej położonych w niższe w terenie urzeźbionym proces deluwialny gleby deluwialne Wpływ nadmiernego uwilgotnienia na tworzenie się gleb: - proces glejowy gleby glejowe - proces torfotwórczy gleby torfowe

ORGANIZMY ŻYWE Proces tworzenia się gleby ze skały rozpoczynają żywe organizmy. Roślinność oddziałuja na: - proces wietrzenia, - kształtowanie się budowy i morfologii profilu glebowego (poziomy Olfh, Pt, Ot, Mt, Ad, A), - właściwości fizyczne i fizykochemiczne i chemiczne gleby (struktura gleby, pH, sorpcja biologiczna) MIKROORGANIZMY ROŚLINY WYŻSZE ZWIERZĘTA WYŻSZE

WPŁYW RÓŻNYCH FORMACJI ROŚLINNYCH NA POWSTANIE KATEGORII I TYPÓW GLEBOWYCH Typ roślinności Kategoria użytkowania gleb Typ gleby Charakterystyczne poziomy genetyczne Roślinność leśna Gleby leśne Olfh - poziom ściółki drzewostany iglaste Gleby bielicowe i bielice Ees - eluwialny Bhfe - iluwialny Drzewostany liściaste Gleby brunatne Bbr - brunatnienia Roślinność łąkowa Gleby darniowe Różne typy Ad - próchniczno - darniowy Roślinność stepowa czarnoziemy A - próchniczny dużej miąższości Roślinność torfowiskowa Gleby torfowe Pt - Ot - D- poziom bagienny, torfowy, skała podścielająca

MIKROORGANIZMY GLEBOWE: (bakterie, grzyby, promieniowce) - rozkład substancji organicznej, - udział w procesie humifikacji, - wiązanie azotu atmosferycznego i procesy jego przemian w glebie (amonifikacja, nitryfikacja, denitryfikacja), - nagromadzenie niektórych składników w glebie (siarka, żelazo), - uruchamianie trudno rozpuszczalnych związków fosforowych w glebie, - są wskaźnikiem dla gleb świadczącym o wysokiej ich aktywności

ŚWIAT ZWIERZĘCY mezofauna glebowa (mięczaki, stawonogi i drobne ssaki) - spulchniają glebę, - drążą w glebie kanały i kanaliki, - zwiększają porowatość, przewiewność i przepuszczalność gleb, - rozdrabniają szczątki organiczne i mieszają je z częściami mineralnymi, wpływając przez to na proces humifikacji, - wykazują szczególną aktywność w poziomach O oraz Ad

SKAŁA MACIERZYSTA wpływa na: - mineralny - chemiczny - granulometryczny skład gleby - właściwości chemiczne i fizyczne gleby - cechy morfologiczne W różnych typach gleb obserwujemy różny wpływ skały w cyklu rozwojowym gleby. Skała macierzysta jako dominujący czynnik w rozwoju gleby RĘDZINY

Czas jako czynnik glebotwórczy Eet C Bbr Bt C Stadium młodociane C Stadium dojrzałe Stadium gleby „starej”

Procesy glebotwórcze Proces inicjalny, zachodzący z udziałem pionierskich zbiorowisk drobnoustrojów, mchów, porostów itp., powoduje powstawanie gleb prymitywnych (inicjalnych). W jego wyniku kształtuje się słabo zaznaczony poziom akumulacji próchnicy. Proces darniowy jest uwarunkowany bytowaniem trawiastej roślinności, która tworzy gęstą sieć korzeni w górnym poziomie gleby oraz przyczynia się do rozluźnienia masy glebowej i uformowania struktury drobnoagregatowej. W jego wyniku w wierzchniej części profilu glebowego powstaje wyraźnie wykształcony poziom próchniczy.

C C A A/C Stadium młodociane, Gleba inicjalna Stadium dojrzałe, Czarnoziem Stadium młodociane, Gleba inicjalna

Proces brunatnienia polega na stopniowym rozkładzie pierwotnych glinokrzemianów i uwalnianiu się związków żelaza i glinu, które następnie otaczają ziarna gleby, nadając im brunatną barwę. Występują one w postaci wodorotlenków i trwałych kompleksów próchniczo-ilasto-żelazistych. Proces oglejenia polega na redukcji mineralnych części utworu glebowego w warunkach dużej wilgotności w obecności substancji organicznej. Fe3+ przechodzi w Fe2+, który jest bardziej ruchliwy, niż Fe3+i jest wymywany przez wodę a gleba zyskuje barwę zielonkawą, niebieskawą lub popielatą.

Cgg C A A A Bbr G Stadium gleby dojrzałej - Gleba glejowa Stadium gleby dojrzałej - Gleba brunatna

Proces przemywania (płowienia) polega na przemieszczaniu w głąb profilu glebowego wymytych z wyżej leżących poziomów cząstek koloidalnych, bez ich uprzedniego rozkładu. Proces ten prowadzi do powstania poziomu przemywania (płowego). Proces bielicowania - przebiega przy: kwaśnym odczynie gleby, piaszczystym uziarnieniu, roślinności lasów iglastych. Polega na rozkładzie glinokrzemianów i koloidów glebowych, na wymywaniu w głąb profilu gleby składników, w pierwszej kolejności zasadowych, a następnie na uruchomieniu kwasów próchnicowych oraz związków Żelaza i glinu, przy równoczesnej ich redukcji. Proces ten prowadzi do powstania poziomu eluwialnego (wymywania) E (jasne, prawie białe zabarwienie) oraz poziomu iluwialnego (wmywania) B (brunatnordzawe zabarwienie).

A A Eet Ees Bt Bhfe C C Stadium gleby „starej” Gleba Bielicowa Gleba płowa

MINERAŁY SKAŁOTWÓRCZE Minerał to pierwiastek, związek chemiczny lub grupa związków chemicznych tworzących odrębną jednostkę geologiczną. W przyrodzie znanych jest kilka tysięcy minerałów z czego ważniejsze znaczenie gleboznawcze posiada około 30 minerałów. Systematyka minerałów obejmuje 6 gromad: - Pierwiastki - Siarczki i siarkosole - Solowce - Tlenki i wodorotlenki - Sole kwasów tlenowych - Minerały organiczne Do najważniejszych minerałów skałotwórczych należą: kwarc, ortoklaz, plagioklazy, łyszczyki, amfibole, pirokseny, oliwin, kalcyt, dolomit, gips

Skały według pochodzenia dzielimy na: - magmowe - przeobrażone - osadowe Skały magmowe zajmują około 25% powierzchni Ziemi. W Polsce grupa ta nie odgrywa większego znaczenia jako skały glebotwórcze.

SKAŁY MAGMOWE granity sjenity dioryty gabra głębinowe ryolity andezyty bazalty wylewne diabazy żyłowe SKAŁY PRZEOBRAŻONE gnejsy, marmury, łupki krystaliczne, kwarcyty, amfibolity, zieleńce

SKAŁY OSADOWE LUŹNE Zajmują ponad 90% obszaru Polski Utwory te dzielimy na: - żwiry a. pochodzenia wodnego b. zwałowe c. wietrzeniowe - piaski a. zwałowe b. wodnolodowcowe c. starych tarasów akumulacyjnych d. aluwialne holoceńskie e. wydmowe f. morskie g. deluwialne - gliny a. zwałowe b. wodnolodowcowe c. wietrzeniowe d. aluwialne e. deluwialne

Iły. a. lodowcowe. b. rzeczne. c. jeziorne. d. morskie. e Iły a. lodowcowe b. rzeczne c. jeziorne d. morskie e. poznańskie (pstre) f. wietrzeniowe - utwory pyłowe różnej genezy - lessy (eoliczne)

SKAŁY OSADOWE SCEMENTOWANE - brekcje (ostrokrawędziste), zlepieńce (obtoczone) - piaskowce a. kwarcowe b. arkozy – gruboziarnisty piaskowiec ze znaczną zawartością świeżych skaleni i niewielką ciemnych – spoiwo krzemionokowo-żelaziste c. szarogłazy – kwarc + skalenie + okruchy, skład drobnoziarnisty spoiwo krzemionkowo-ilaste (piaskowce i zlepieńce) d. iłowce i łupki ilaste SKAŁY OSADOWE ORGANOGENICZNE I CHEMICZNE - wapienie (dewońskie, permskie, jurajskie, kredowe, trzeciorzędowe) - dolomity - margle

torfy. a. niskie. b. wysokie. c torfy a. niskie b. wysokie c. przejściowe gytje – osady jeziorne (plankton + cz. mineralne + ekskrementy itp.) - skały krzemionkowe - gipsy i anhydryty

Podstawowym procesem, który warunkuje rozwój gleby, jest wietrzenie     Podstawowym procesem, który warunkuje rozwój gleby, jest wietrzenie. Określa się go mianem procesu przygotowawczego, doprowadzającego do rozdrobnienia skały, a często także do zmiany jej składu chemicznego. W wyniku rozpadu i rozkładu skały litej powstaje zwietrzelina, która jest niezbędna do utworzenia gleby. W niektórych glebach luźne cząstki mineralne powstały w wyniku innych procesów (np. lessowy pył kwarcowy został nawiany przez wiatr lub namuły rzeczne naniesione przez wodę rzeczną.

MORFOLOGIA PROFILU GLEBOWEGO C H2O

Profil glebowy jest to pionowy przekrój przez glebę Profil glebowy jest to pionowy przekrój przez glebę. Aby wykonać profil glebowy trzeba wcześniej wykopać odkrywkę glebową.

Schemat odkrywki glebowej 150 cm 100 cm 150 – 200 cm

Cechy morfologiczne profilu glebowego: - miąższość gleby- (gleby płytkie, średnio głębokie i głębokie), - przejście poziomów, - barwa gleby, - stan uwilgotnienia, - organoleptyczne określenie grupy granulometrycznej, - struktura gleby, - układ gleby, - oglejenie- (plamiste, zaciekowe, marmurkowate, strefowe, całkowite), - wytrącenia żelaziste (plamy, zacieki, smugi, konkrecje), - odczyn gleby – pH, - nagromadzenia CaCO3 w postacie twardej – laleczki węglanowe, lub miękkiej – pseudogrzybnie, naloty, Opis cech morfologicznych uzupełniamy o obserwacje dotyczące zalegania zwierciadła wody glebowo-gruntowej oraz inne cechy nie ujęte w spisie cech.

MORFOLOGIA PROFILU GLEBOWEGO W opisie profilu glebowego wydziela się: Poziomy glebowe: O - poziom organiczny A- poziom próchniczny E- poziom wymywania (eluwialny) B- poziom wzbogacania G- poziom glejowy P- poziom bagienny M- poziom murszowy C- poziom skały macierzystej D- podłoże mineralne podścielające gleby organiczne R- podłoże skalne lite lub spękane Wyróżnia się także poziomy przejściowe AB, EB, BC lub poziomy mieszane A/E, E/B, B/C, a także podpoziomy np.: A1, A2, A3

Niektóre symbole określające cechy i właściwości poziomów: br- akumulacja na miejscu ca- akumulacja węglanu wapnia es- eluwialne wymycie żelaza i glinu et- eluwialne wymycie frakcji ilastej fe- iluwialna akumulacja żelaza g- cechy glejowe, opadowe gg- cechy glejowe, gruntowe h- podpoziom dobrze zhumifikowanej materii organicznej l- popoziom ściółki w powierzchniowej części poziomu O t- iluwialna akumulacja frakcji ilastej, w glebach organicznych torf gy- gytja jeżeli utwory odróżniają się składem granulometrycznym wynikającym ze zróżnicowania litogenicznego to wtedy zaznaczamy je jako warstwy stosując rzymskie symbole zaczynając od II np. IIC, IIIC itp..

Barwa gleby – skala Munsella

Schemat poglądowy systemu barw wg. Munsella Value –jasność barwy Hue - odcień barwy Chroma – nasycenie barwą

Notacja barwy gleby wg. skali Munsella

Schematyczne przedstawienie rodzajów struktur glebowych (utwory mineralne) masywna gruzełkowa blokowa płytkowa pryzmatyczna rozdzielnoziarnista słupowa

R gruzełkowa słupowa masywna płytkowa rozdzielnoziarnista pryzmatyczna

Wytrącenia żelazisto manganowe Oglejenie marmurkowate

Oglejenie marmurkowate (formy redukcyjne i oksydacyjne)

Wytrącenia żelaziste w poziomie torfowym

Oglejenie całkowite w glebie zabagnianej

Oglejenie całkowite gleby Barwa gleby zmienia się po jej natlenieniu Fe+2 Fe+3

Wytrącenia żelaziste w glebie piaszczystej

Oglejenie marmurkowate widoczne szare i zielonkawo szare plamy w materiale ilastym

Oglejenie plamiste i zaciekowe

wskaźnik - Dipyridyl Terenowy test na obecność zredukowanej formy żelaza

Formy wytrąceń Fe, Mn

Wytrącenia żelaziste w poziomie torfowym

Nodule i ich koncentracja Nagromadzenia twarde często o charakterze reliktowym

Nagromadzenia twarde związków żelaza w postaci sferoidalnej

wytrącenie żelaza w postaci orsztynu

Powstawanie wytrąceń żelazistych na powierzchni agregatów glebowych oraz w strefie przykorzeniowej Fig. Vepraskas 1995

Tworzenie się wytrąceń przykorzeniowych Stary kanał korzeniowy Strefa koncentracji Fe++ Strefa koncentracji Fe+++