Distribution of iron forms in different types of black earths in the Chełmno Lake District (Northern Poland) as an indicator of soil-forming process

• Published in: Soil science annual Vol. 74; no. 3; pp. 1 - 12
• Main Authors: Pawłowski, Mateusz, Kobierski, Mirosław
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: 09.12.2023
• ISSN: 2300-4967; 2300-4975
• DOI: 10.37501/soilsa/176686

Ważną częścią badań gleboznawczych jest klasyfikacja gleb. Wielu gleboznawców zwróciło szczególną uwagę na różne zależności związane z zawartością i rozmieszczeniem form żelaza w profilu glebowym. Pozwala to na określenie jednostki taksonomicznej zgodnie z klasyfikacją gleb. Celem badań była ocena rozmieszczenia form żelaza jako wskaźnika procesów glebotwórczych w czterech profilach czarnych ziem użytkowanych rolniczo. Przedmiotem badań były gleby wytworzone z osadów lodowcowych na Pojezierzu Chełmińskim (północna Polska). Na podstawie opisu morfologicznego określono je jako Phaeozems : Haplic Phaeozems, Luvic Gleyic Phaeozems, Gleyic Phaeozems i Gleyic (Cambic) Phaeozems. Poziomy glebowe zostały opisane zgodnie z wytycznymi FAO. Próbki gleby analizowano pod kątem zawartości wolnych tlenków żelaza (Fed) zgodnie z metodą Mehry i Jacksona, a także zawartości amorficznych tlenków żelaza (Feo) zgodnie z metodą Schwertmanna. Całkowitą zawartość żelaza oznaczono po mineralizacji gleb w mieszaninie kwasów HF i HClO4. Na podstawie zawartości Fed i Feo obliczono zawartość krystalicznych tlenków żelaza (Fec) przy użyciu wzoru: Fec = Fed-Feo, a wskaźnik aktywności tlenków żelaza obliczono na podstawie stosunku Feo/Fed. Zawartość Fet była najwyższa w poziomie Bt profilu II. W poszczególnych profilach zawartość Fed była najwyższa w poziomie Bt gleyic Phaeozem i poziomie AB gleyic (cambic) Phaeozem. W luvic gleyic Phaeozem i gleyic (cambic) Phaeozem żelazo było usuwane z poziomu powierzchniowego i gromadzone w poziomie iluwialnym. Jednorodność zawartości żelaza całkowitego i jego wolnych tlenków w materiale macierzystym analizowanych gleb wskazuje na ich jednorodność genetyczną. Uwalnianie żelaza w poziomie Ap jest charakterystyczne dla wietrzenia chemicznego. Zależność pomiędzy zawartością Feo i Fed określa stopień krystalizacji wolnych tlenków żelaza. Na podstawie analizy statystycznej stwierdzono istotnie dodatnią korelację pomiędzy zawartością frakcji ilastej a wszystkimi oznaczonymi formami żelaza. Wszystkie profile charakteryzowały się podobnym stopniem zwietrzenia materiału glebowego, który określono na podstawie stosunku Fed/Fet. Gleby wykazują również niską wartość mobilizacji żelaza, co potwierdzają wartości stosunku Fed/Fet. Oznaczanie form żelaza i interpretacja wyników analiz pomagają w prawidłowej klasyfikacji gleb, ponieważ rozmieszczenie form żelaza w profilach glebowych zależy głównie od pedogenezy. Abstract An important part of soil science research is the classification of soils. Numerous soil scientists have paid special attention to various dependencies related to the content and distribution of iron forms in the soil profile. This allows the taxonomic unit to be determined according to soil classifications. The research objective was to evaluate the distribution of iron forms as an indicator of soil-forming processes in four profiles of arable black earths. The research subject was soils formed from glacial sediments in the Chełmno Lake District (northern Poland). They were determined by morphological description to be Phaeozems representing four subtypes: Haplic Phaeozem, Luvic Gleyic Phaeozem, Gleyic Phaeozem and Gleyic (Cambic) Phaeozem. Soil horizons were described according to FAO guidelines. The soil samples were analysed for the content of free iron oxides (Fed) according to Mehra and Jackson’s method, as well as the content of amorphous iron oxides, (Feo) according to Schwertmann’s method. Based on the content of Fed and Feo, the content of crystalline iron oxides (Fec) was calculated using the formula: Fec = Fed–Feo and the iron oxides activity index was calculated from the Feo/Fed ratio. The content of Fet was highest in the Bt horizon of profile II. In individual profiles, Fed content was highest in the Bt horizon of gleyic Phaeozem and the AB horizon of gleyic (cambic) Phaeozem. In Luvic Gleyic Phaeozem and Gleyic (Cambic) Phaeozem iron was removed from the surface horizon to be accumulated in the illuvial horizon. The uniformity of content of total iron and its free iron oxides in the parent material of the analysed soils indicates its genetic homogeneity. The release of iron in the Ap horizon is characteristic of chemical weathering. The relationship between the content of Feo and Fed determines the degree of crystallization of free iron oxides. Based on the statistical analysis, a significantly positive correlation between the content of clay fraction and all the iron forms determined was found. All the profiles were characterized by similar degrees of weathering of the soil material, which was determined on the basis of the Fed/Fet ratio. The soils also demonstrate a low value of iron mobilization, as confirmed by the values of the Fed/Fet ratio. Determining iron forms and interpreting analysis results help in the correct classification of soils, because the distribution of iron forms in soil profiles depends mainly on pedogenesis.