Modelowanie zmienności przestrzennej barwy gleb na

stokach morenowych

Alfred StachZakład Geoekologii IBCiG UAM

Tytułem wprowadzenia

Opracowanie mieści się problemie rozprawy habilitacyjnej: „Morfodynamika stoków na morenowym obszarze młodoglacjalnym”.

Główne założenia pracy były już referowane na zebraniu naukowym IBCiG.

Podstawowy cel: opracowanie modelu struktury przestrzennej systemu denudacyjnego stoków na podstawie analizy pokryw glebowych

Tytułem wprowadzenia cd.

Barwa gleby to syntetyczny wskaźnik charakteru i natężenia procesu glebotwórczego: akumulacji i rozkładu substancji organicznej, wilgotności i natlenienia, procesów wietrzeniowych i wytrącania soli, typu i ilości pierwotnych i wtórnych minerałów glebowych, aktywności fauny glebowej, itp.

Jest to parametr, który można szybko mierzyć, a znormalizowana procedura daje stosunkowo wysoką dokładność i powtarzalność oznaczeń

Tytułem wprowadzenia cd.

Na powierzchniach stokowych barwa gleby może być jakościowym wskaźnikiem jej bilansu wodnego oraz funkcjonowania procesów denudacyjnych – zmienności przestrzennej procesów erozji i ługowania gleb.

Może być zatem barwa gleb używana jak kryterium (jedno z wielu) delimitacji stref morfodynamicznych – fragmentów kateny stokowej różniących się pod względem charakteru i/lub natężenia dominujących procesów denudacyjnych i akumulacyjnych.

Tytułem wprowadzenia cd.

Do tej pory prezentowano wyniki badań z dwóch stoków użytkowanych rolniczo, dotyczące wyłącznie poziomu akumulacyjno-próchnicznego (Ap) gleby.

W niniejszym opracowaniu przedstawione zostaną dane z trzech stoków (w tym stoku leśnego), dotyczące barwy całego profilu gleby.

Zastosowano skorygowany algorytm konwersji barw.

Lokalizacjastoków: morfogeneza

Podział strefy marginalnej fazy pomorskiej w obrębie lobu Parsęty(Karczewski 1989, fragment uproszczony)

Lokalizacja stoków: morfometria

Lokalizacja stoków: morfometria(stok A i B)

Lokalizacja stoków: morfometria(stok C)

Badane mikrozlewnie stokowe - A

Stok A o ekspozycji południowej: podłoże nieprzepuszczalne – użytkowanie rolnicze. Deniwelacja: 9,95 m. Powierzchnia mikrozlewni (elementu stoku): 6068 (6090,42) m2

Badane mikrozlewnie stokowe - B

Stok B o ekspozycji północno-wschodniej: podłoże przepuszczalne – użytkowanie rolnicze. Deniwelacja: 11,02 m. Powierzchnia mikrozlewni (elementu stoku): 5540 (5558,9) m2.

Badane mikrozlewnie stokowe - CStok C – mikrozlewnia leśna. Deniwelacja: 11,13 m. Powierzchnia mikrozlewni (elementu stoku): 2440 (2468,2) m2.

Metodyka:

Pobór rdzeniglebowych - siatka

- 1 6 0 1 6 3 2 4 8 6 4

- 9 6

- 8 0

- 6 4

- 4 8

- 3 2

- 1 6

0

1 6

3 2

4 8

A 2A 3A 4A 5

B 1B 2B 3B 4B 5

C 1C 2C 3C 4C 5C 6

D 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7

E 1E 2E 3E 4E 5E 6E 7

F 1F 2F 3F 4F 5F 6F 7F 8

G 1G 2G 3G 4G 5G 6G 7G 8

H 1H 2H 3H 4H 5H 6H 7H 8

I 1I 2I 3I 4I 5I 6I 7

K 1K 2K 3K 4K 5K 6K 7

L 1L 2L 3L 4L 5L 6L 7

M 1M 2M 3M 4M 5M 6M 7

N 1N 2N 3N 4N 5N 6N 7

O 2O 3O 4O 5O 6O 7

P 2P 3P 4P 5P 6P 7

R 3R 4R 5R 6R 7

S 3S 4S 5S 6S 7

- 1 1 0 - 1 0 0 - 9 0 - 8 0 - 7 0 - 6 0 - 5 0 - 4 0 - 3 0 - 2 0 - 1 0 0- 1 0

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

1 0 0

A 1 A 2 A 3 A 4

B 0 B 1 B 2 B 3 B 4 B 5 B 6 B 7

C 0 C 1 C 2 C 3 C 4 C 5 C 6 C 7 C 8

D 0 D 1 D 2 D 3 D 4 D 5 D 6 D 7 D 8 D 9

E 0 E 1 E 2 E 3 E 4 E 5 E 6 E 7 E 8 E 9 E 1 0

F 0 F 1 F 2 F 3 F 4 F 5 F 6 F 7 F 8 F 9

G 0 G 1 G 2 G 3 G 4 G 5 G 6 G 7 G 8 G 9

H 0 H 1 H 2 H 3 H 4 H 5 H 6 H 7 H 8 H 9

I 1 I 2 I 3 I 4 I 5 I 6 I 7 I 8 I 9

K 2 K 3 K 4 K 5 K 6 K 7 K 8 K 9

H 0

H 2

H 3

H 4

H 5

H 6

H 7

H 8

G 8

G 7

G 6

G 5

G 3

G 2

F 3

F 4

F 5

F 6

F 7

F 8

E 8

E 7

E 6

E 5

E 4

E 3

E 2

D 3

D 5

D 6

D 7

C 7

C 6

C 7

C 4

C 3

B 2

B 3

B 4

B 5

B 6

B 7

A 6

A 5

A 4

A 3

A 2

A 0

L 1L 2

L 3L 4

L 5

K 1K 2

K 3K 4

K 5

I 2

I 3I 4

I 5

F 2

D 2I 1

C 2

D 4

G 4

0 1 0 2 0 3 0 4 0

Metodyka:

Pobór i opis rdzeniglebowych

Metodyka:

Problem identyfikacji poziomów genetycznych gleb w rdzeniach wiertniczych

Możliwe sekwencje budowy glebyw obrębie kateny stokowej

Metodyka:

System MUNSELLA opisu barw

jakościowy opis barwy: hue (rodzaj), value (natężenie), chroma (czystość) np.: 7.5YR 3/4 wprowadzony w 1913 roku, standard w gleboznawstwie, brak możliwości analiz ilościowych

Metodyka:

Konwersja barw do systemu RGB

Średnie ważone barwy glebna badanych stokach

80 cm

40 cm

0 cmA B C

Stok Po-ziom

Barwa

R-G-B Munsell - kod

A Ap 101-81-57 0.07Y 3.50/3.01

B/C 132-98-63 8.24YR 4.35/4.49

B Ap 92-70-55 6.59YR 3.07/2.62

B/C 147-111-67 9.17YR 4.88/5.11

C A0 91-83-73 1.17Y 3.49/1.17

B/C 138-110-73 0.02Y 4.76/4.11

Zmienność barw poziomów B/Cgleb na badanych stokach

R G B R G B R G B

Składowe barwy w modelu RGB

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

War

tość

skł

ado

wej

bar

wy

Mediana 25%-75% Zakres nieodstających Odstające Ekstremalne

Stok A Stok CStok B

Powierzchnia semiwariogramu empirycznego i modele semiwariancji

Stok A: składowa R barwy Ap i B/C

Geneza anizo-tropowości barwy Ap na stoku A?

Morfo-metria?

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

-0.014

-0.012

-0.01

-0.008

-0.006

-0.004

-0.002

0

0.002

0.004

0.006

0.008

0.01

0.012

0.014

0.016

0.018

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

-0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

340

360

A B C

E

-0 .02

-0.018

-0.016

-0.014

-0.012

-0.01

-0.008

-0.006

-0.004

-0.002

0

0.002

0.004

0.006

0.008

0.01

0.012

0.014

0.016

0.018D

0m 30m 60m 90m

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

6.5

7

7.5

8

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

6.5A B C

+ układ pól i kierunek orki

Powierzchnia semiwariogramu empirycznego i modele semiwariancji

Stok B: składowa R barwy Ap i B/C

Geneza anizotropowości barwy Ap na stoku B?

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

-0.010

-0.005

0.000

0.005

0.010

-0.20

-0.16

-0.12

-0.08

-0.04

0.00

0.04

0.08

0.12

0.16

-0.02

-0.016

-0.012

-0.008

-0.004

0

0.004

0.008

0.012

0

60

120

180

240

300

360

A B C

D E

0m 30m 60m 90m

0.2

0.6

1

1.4

1.8

2.2

2.6

3

3.4

3.8

4.2

4.6

0.2

0.6

1

1.4

1.8

2.2

2.6

3

3.4

3.8

4.2

4.6

5

0

300

600

900

1200

1500

1800

2100

100

400

700

1000

1300

1600

B C

E F

0m 30m 60m 90m

Powierzchnia semiwariogramu empirycznego i modele semiwariancji

Stok C: składowa R barwy Ap i B/C

Modelowanie zmienności przestrzennej barwy gleb - poziom Ap na stoku A

-16 0 16 32 48 64

-96

-80

-64

-48

-32

-16

0

16

32

48

-16 0 16 32 48 64 -16 0 16 32 48 64

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

96 104 112 120 128 136

80 88 96 104 112 120

50 60 70 80 90 100

Składowa R Składowa G Składowa B

Modelowanie zmienności przestrzennej barwy gleb - poziom Ap na stoku A

0 20 40 60 80

Odleg łość [m ]

0

0.1

0.2

0.3

Se

miw

ari

an

cja

klasa 1

klasa 2

klasa 3

0

0.1

0.2

0.3

klasa 2

klasa 4

0 20 40 60 80

Odleg łość [m ]

0

0.1

0.2

0.3

klasa 4

klasa 5

3 k la sy 4 k la sy

5 k la s

K o d b arwy

Od

leg

łość

wią

z.

0

50

100

150

200

250

300

350

28 25 24 22 27 26 21 23 20 19 18 17 15 14 16 13 12 11 9 10 8 7 5 6 4 2 3 1

Modelowanie zmienności przestrzennej barwy gleb - poziom Ap na stoku A

-16 0 16 32 48 64

-96

-80

-64

-48

-32

-16

0

16

32

48

0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

-16 0 16 32 48 64

0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

-16 0 16 32 48 64

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

3 klasy 4 klasy 5 klas

Wnioski:

Historia użytkowania/pokrycia terenu jest najważniejszym czynnikiem decydującym od odmienności pokrywy glebowej stoków. Gleby na odmiennych litologicznie i morfometrycznie stokach użytkowanych rolniczo są pod względem swej morfologii względnie podobne, i wyraźnie odróżniają się od pokrywy glebowej stoku leśnego. Wyraźnie zaznacza się mozaikowatość gleb na stokach uprawnych w stosunku do względnej jednorodności pokrywy glebowej stoku leśnego.

Wnioski:

Gleby uprawne i leśne różnią się również wyraźnie pod względem prawidłowości zmienności przestrzennej: Poziom próchniczno-akumulacyjny na stokach

uprawnych wykazuje anizotropowość struktury przestrzennej związaną zarówno z rzeźbą, jak kierunkiem orki.

Poziomy B/C na stokach uprawnych albo nie wykazują anizotropowości struktury przestrzennej, albo jest ona odmienna niż w poziomie Ap.

Wnioski:

W glebach leśnych kierunkowość struktury przestrzennej barwy gleb jest bardzo słabo zarysowana. Nie zaznacza się również, pod tym względem, żadna istotna różnica między poziomem próchnicznym, a poziomami głębiej zalegającymi.

Zasięg podobieństwa barwy gleb na stoku leśnym jest niewielki (~6 m). Można przypuszczać, że jest efektem bardziej struktury drzewostanu, niż jakiegokolwiek innego czynnika glebotwórczego.

Wnioski:

Zasięg podobieństwa barwy gleb na stokach uprawnych jest znacznie większy niż na stoku leśnym i dotyczy to zarówno poziomów Ap, jak i B/C. Nawiązuje on do skali elementów morfologicznych stoku (po uwzględnieniu wpływu orki).