Study of sediment origin and pedogenesis in the former mill pond basin (Turznice, North-Central Poland) using magnetic susceptibility measurements

Łukasz Mendyk, Hulisz Piotr, Grzegorz Kusza, Marcin Świtoniak, Barbara Kalisz, Leszek Gersztyn

DOI: http://dx.doi.org/10.2478/11373

Abstract


This paper aimed to assess the usefulness of magnetic susceptibility measurements in the pedological research of mill pond sediments. The study area includes the former Turznice mill pond basin located within east-southern part of the Grudziądz Basin. Four soil profiles were selected within the transect located along the longitudinal axis of the basin. The following soil properties were determined in collected samples: bulk density, particle size distribution, pH, content of carbonates. approximate content of organic matter (LOI). the total organic carbon (TOC) and total nitrogen (Nt), and the pseudo-total contents of  metals (Fe, Mn, Cu, Zn, Pb, Ni, Cd). The obtained results were correlated with the specific (mass) magnetic susceptibility (χ). The study revealed that the variability of the soil cover in the basin was driven by different sedimentation conditions. Different composition of natural terrace deposits versus mill pond sediments has been well reflected in the magnetic properties. Although it cannot be excluded that pedogenic (gleyic) process is the key factor causing the vertical variability of magnetic properties in studied soils.


Keywords


mill pond sediments; magnetic susceptibility; Gleysols; heavy metals

Full Text:

PDF

References


AIDONA E., GRISON H., PETROVSKY E., KAZAKIS N., PAPADOPOULOU L., VOUDOURIS K., 2016, Magnetic characteristics and trace elements concentration in soils from Anthemountas River basin (North Greece): discrimination of different sources of magnetic enhancement. Environmental Earth Sciences, 75(20), 1375.

AYYAMPERUMAL T., JONATHAN M.P., SRINIVASALU S., ARMSTRONG-ALTRIN J.S., RAM-MOHAN V., 2006, Assessment of acid leachable trace metals in sediments cores from River Uppanar, Cuddalore, Southeast coast of India. Environmental Pollution, 143:, 34–45.

BARANOWSKI B., 1977, Polskie Młynarstwo, . Zakład Narodowy im. Ossolińskich, Wrocław-Warszawa-Kraków-Gdańsk, 144 pp..

BRÜMMER G., HERMS U., 1983, Influence of soil reaction and organic matter on the solubility of heavy metals in soils. [in:] Ulrich B. (ed.), Effects of accumulation of air pollutants in forest ecosystems, Pankrath J.D. Reidel Publishing Company, Dordrecht, 233–243.

BRYKAŁA D., 2005, Rekonstrukcja retencji zbiornikowej zlewni Skrwy Lewej w ciągu ostatnich 200 lat. Przegląd Geograficzny, 77(1): 69–89.

CHILDS C.W., 1992, Ferrihydrite: A review of structure, properties and occurrence in relation to soils. Zeitschrift für Pflanzenernährung und Bodenkunde, 155: 441–448. DOI: http://dx.doi.org/10.1002/jpln.19921550515

DĄBKOWSKA-NASKRĘT B., 2013, Wiek i właściwości gleb wykształconych z osadów stawu młyńskiego w dolinie Jarosławianki (Równina Sławieńska). [in:] Jonczak J., Florek W. (eds.), Środowisko glebotwórcze i gleby dolin rzecznych, Bogucki Wydawnictwo Naukowe, Poznań-Słupsk, 33–40.

DEARING J., DANN R., HAY K., LEES J., LOVELAND P., MAHER B., O’GRADY K., 1996, Frequency-dependent susceptibility measurements of environmental materials. Geophysical Journal International, 124: 228–240. DOI: http://dx.doi.org/10.1111/j.1365-246X.1996.tb06366.x

DEMBIŃSKA M., 1973, Przetwórstwo zbożowe w Polsce Średniowiecznej (X–-XIV wiek). PAN, IHKM, Wyd. PAN, Wrocław-Warszawa-Kraków-Gdańsk.

GIEDROJĆ B., KASZUBKIEWICZ J., BOGDA A., 1992, Określenie właściwości fizycznych i chemicznych gleby dna stawowego w różnych kategoriach stawów. Zesz. Nauk. Akad. Rol. we Wrocławiu, Melioracja XL, 211: 117–132.

HULISZ P., PLUTA I., POKOJSKA U., 2007, Wpływ antropopresji na skład chemiczny gleb w otoczeniu zbiorowiska wód kopalnianych "Bojszowy". Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 520(1): 65–73.

HUPP C.R., NOE G.B., SCHENK E.R., BENTHEM A.J., 2013, Recent and historic sediment dynamics along Difficult Run, a suburban Virginia Piedmont stream. Geomorphology 180-–181 (2013): 156–169. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.geomorph.2012.10.007

IUSS Working Group WRB, 2015, World Reference Base for Soil Resources 2014, update 2015, International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps, World Soil Resources Reports 106. FAO, Rome.

JAHN R., BLUME H.P., ASIO V.B., SPAARGAREN O., SCHAD P., 2006, Guidelines for Soil Description. FAO, Rome.

JONCZAK J., FLOREK W., 2013, Wiek i właściwości gleb wykształconych z osadów stawu młyńskiego w dolinie Jarosławianki (Równina Sławieńska). [in:] Jonczak J., Florek W. (eds.), Środowisko glebotwórcze i gleby dolin rzecznych, Bogucki Wydawnictwo Naukowe, Poznań-Słupsk, 33–40.

KABATA-PENDIAS A., 2011, Trace Elements in Soils and Plants. Fourth Edition. CRC Press, Boca Raton-London-New York.

KITTEL P., MUZOLF B., PŁÓCIENNIK M., ELIAS S., BROOKS S.J., LUTYŃSKA M., PAWŁOWSKI D., STACHOWICZ-RYBKA R., WACNIK A., OKUPNY D., GŁĄB Z., MUELLER-BIENIEK A., 2014, A multi-proxy reconstruction from Lutomiersk-Koziówki, Central Poland, in the context of early modern hemp and flax processing. Journal of Archaeological Science, 50 (2014): 318–337. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.jas.2014.07.008

KLIMEK K., KOCEL K., ŁOKAS E., WACHNIEW W., 2003, Osady denne stawu w dolinie Rudy. Dorzecze górnej Odry. Zastosowanie metod kartograficznych i radioizotopowych w określaniu tempa sedymentacji. [in:] Waga J.M., Kocel K. (eds.), Człowiek w środowisku przyrodniczym – zapis działalności, PTG Oddział Katowicki, Sosnowiec, 74–78.

KOCEL K., 1995, Stawy w dolinie Rudy (Górny Śląsk) jako wskaźnik antropogenicznych zmian krajobrazu. [in:] Przeobrażenia środowiska geograficznego w przygranicznej strefie górnośląsko-ostrawskiego regionu przemysłowego, Materiały Sympozjum Polsko-Czeskiego, WNoZ UŚ, PK CKKRW, Sosnowiec, 57–62.

KOTTEK M., GRIESER J., BECK C., RUDOLF B., RUBEL F., 2006, World Map of the Köppen-Geiger climate classification updated. Meteorologische Zeitschrift, 15(3): 259–263. DOI: http://dx.doi.org/10.1127/0941-2948/2006/0130

KREFT A., 1999, Mała retencja – problemy i możliwości. [in:] Kostrzewski A. (ed.), Funkcjonowanie geosystemów zlewni rzecznych, Cz. 2, UAM, Zakład Geoekologii i Monitoringu Środowiska Przyrodniczego, Stacja Geoekologiczna w Storkowie, Poznań, 41–48.

KUMARAVEL V., SANGODE S.J., SIVA SIDDAIAH N., KUMAR R., 2010, Interrelation of magnetic susceptibility, soil color and elemental mobility in the Pliocene–Pleistocene Siwalik paleosol sequences of the NW Himalaya, India. Geoderma, 154: 267–280. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.geoderma.2009.10.013

ŁABAZ B., BOGACZ A., 2011, Zawartość wybranych metali ciężkich oraz zasobność gleb podstawowych występujących na terenie obniżenia milicko-głogowskiego. Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych, 49: 256–267.

ŁOŚ M.J., 1978, Likwidacja młynów wodnych i jej skutki. Gospodarka wodna, 38(12), PWN, Warszawa, 99–108.

ŁUKASIK A., MAGIERA T., LASOTA J., BŁOŃSKA E., 2016, Background value of magnetic susceptibility in forest topsoil: Assessment on the basis of studies conducted in forest preserves of Poland. Geoderma, 264: 140–149. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.geoderma.2015.10.009

MADEYSKI M., TARNAWSKI M., 2006, Ocena stanu ekologicznego osadów dennych wybranych małych zbiorników wodnych. Infrastruktura i ekologia terenów wiejskich. PAN, Oddział w Krakowie, Komisja Technicznej Infrastruktury Wsi, 4/3: 107¬–116.

MAGIERA T., JANKOWSKI M., ŚWITONIAK M., RACHWAŁ M., 2011, Study of forest soils on an area of magnetic and geochemical anomaly in north-eastern Poland. Geoderma, 160: 559–568. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.geoderma.2010.11.004

MAGIERA T., GOŁUCHOWSKA B., JABŁOŃSKA M., 2013, Technogenic magnetic particles in alkaline dusts from power and cement plants. Water, Air & Soil Pollution, 224(1389): 1¬–17. DOI: http://dx.doi.org/10.1007/s11270-012-1389-9

MAHER B.A., 1998, Magnetic properties of modern soils and Quaternary loessic paleosols: paleoclimatic implications. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 137(1): 25–54. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S0031-0182(97)00103-X

MATUSZKIEWICZ J.M., 2008, Potential natural vegetation of Poland. IGiPZ PAN, Warszawa.

MATYSEK D., RACLAVSKA H., RACLAVSKY K., 2008, Correlation between magnetic susceptibility and heavy metal concentrations in forest soils of the eastern Czech Republic. Journal of Environmental & Engineering Geophysics, 13(1): 13–26.

MENDYK Ł., MARKIEWICZ M., 2015, Organic matter of soils derived from Oleszek millpond sediments. [in:] Markiewicz M., Mendyk Ł. (eds.), Meeting of the Polish Humic Substances Society, Chapter of IHSS, Toruń, 17-–20 June 2015, Program – Abstracts, Toruń, 5.

MENDYK Ł., ŚWITONIAK M., BEDNAREK R., FALKOWSKI A., 2015, Genesis and classification of the soils developed from the sediments of the former Oleszek mill pond basin (the Chełmińskie Lakeland, N Poland). Soil Science Annual, 60(1): 29–35. DOI: http://dx.doi.org/10.1515/ssa-2015-0016

MICHALSKA G., SZPIKOWSKI J., 1999, Akumulacja osadów w Stawie Młyńskim na Parsęcie (Storkowo, Górna Parsęta). [in:] Kostrzewski A. (ed.), Funkcjonowanie geosystemów zlewni rzecznych. Cz. 2, UAM, Zakład Geoekologii i Monitoringu Środowiska Przyrodniczego, Stacja Geoekologiczna w Storkowie, Poznań, 131–136.

Munsell Revised Standard Soil Color Charts. 2002.

NIEMITZ J., HAYNES C., LASHER G., 2013, Legacy sediments and historic land use: Chemostratigraphic evidence for excess nutrient and heavy metal sources and remobilization. Geology, 41(1): 47–50. DOI: http://dx.doi.org/10.1130/G33547.1

OKRUSZKO H., 1969, Powstawanie mułów i gleb mułowych. Roczniki Gleboznawcze -– Soil Science Annual, 20(1): 25–49.

PETROVSKY E., ELLWOOD B.B., 1999, Magnetic monitoring of air-, land-, and water pollution. [in:] Maher B.A., Thompson R. (eds.), Quaternary climates, environments and magnetism, Cambridge University Press, Cambridge, 279–322.

PODGÓRSKI Z., 2004, Wpływ budowy i funkcjonowania młynów wodnych na rzeźbę terenu i wody powierzchniowe Pojezierza Chełmińskiego i przyległych części Dolin Wisły i Drwęcy. Wyd. UMK, Toruń.

PORSH K., DIPPON U., RIJAL M.L., APPEL E., KAPPLER A., 2010, In-Situ Magnetic Susceptibility Measurements As a Tool to Follow Geomicrobiological Transformation of Fe Minerals. Environmental Science & Technology, 44: 3846–3852. DOI: http://dx.doi.org/10.1021/es903954u

PORSH K., RIJAL M.L., BORCH T., TROYER L.D., BEHRENS S., WEHLAND F., APPEL E., KAPPLER A., 2014, Impact of organic carbon and iron bioavailability on the magnetic susceptibility of soils. Geochimica et Cosmochimica Acta, 128: 44–57. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.gca.2013.12.001

SCHLICHTING E., BLUME H.P., STAHR K., 1986, Bodenkundliches Praktikum, 2 Auflage. Blackwell Wissenschafts Verlag, Berlin, Wien.

SCHWERTMANN U., 1988, Occurrence and formation of iron oxides in various pedoenvironments. [in:] Stucki, J. W., Goodman, B. A., & Schwertmann, U. (eds.), Iron in soils and clay minerals, Springer Netherlands, 267–308.

SOIL SURVEY STAFF, 1952, Soil Survey Manual. US Department of Agriculture. Hanbook No. 210. Washington.

SOKOŁOWSKA Z., ALEKSEEV A., SKIC K., BRZEZIŃSKA M., 2016, Impact of wastewater application on magnetic susceptibility in Terric Histosol soil. International Agrophysics, 30: 89–94. DOI: http://dx.doi.org/10.1515/intag-2015-0064

STRZYSZCZ Z., MAGIERA T., HELLER F., 1996, The influence of industrial immissions on the magnetic susceptibility of soils in Upper Silesia. Studia Geophysica et Geodaetica, 40: 276–286. DOI: http://dx.doi.org/10.1007/BF02300743

SYPKA M., SZWARCZEWSKI P., CISZEWSKI D., ŁOKAS E., WACHNIEW P., 2007, Osady wypełniające dna niecek dawnych stawów młyńskich – wybrane cechy teksturalne oraz tempo sedymentacji określane różnymi metodami (na przykładzie doliny rzeki Okrzeszy). [in:] Szwarczewski P., Smolska E. (eds.), Zapis działalności człowieka w środowisku przyrodniczym, Wydział Geografii i Studiów Regionalnych UW, Wydawnictwo Szkoły Wyższej Przymierza Rodzin, Warszawa, 3: 137–146.

SZUSZKIEWICZ M., ŁUKASIK A., MAGIERA, T., MENDAKIEWICZ M., 2016, Combination of geo-pedo-and technogenic magnetic and geochemical signals in soil profiles – Diversification and its interpretation: A new approach. Environmental Pollution, 214: 464–477. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.envpol.2016.04.044

SZWARCZEWSKI P., 2003, Zapis naturalnych i antropogenicznych zmian środowiska przyrodniczego w okolicach Żyrardowa na przykładzie osadów wypełniających nieckę stawu młyńskiego. [in:] Waga J.M., Kocel K. (eds.), Człowiek w środowisku przyrodniczym – zapis działalności, PTG Oddział Katowicki, Sosnowiec, 213–219.

TITE M.S., 1972, The influence of geology on the magnetic susceptibility of soils on archeological sites. Archeometry, 14(2): 229–236. DOI: http://dx.doi.org/10.1111/j.1475-4754.1972.tb00065.x

THOMPSON R., OLDFIELD F., 1986, Environmental Magnetism. Allen and Unwin, London.

URE A., 1995, Methods for analysis of heavy metals in soils. [in:] Alloway B.J. (ed.), Heavy metals in soils, Blackie Academic and Professional, London, 58–102.

URE A. M., DAVIDSON C. M., 2002, Chemical speciation in soils and related materials by selective chemical extraction. [in:] Ure A. M., Davidson C. M., (eds.), Chemical Speciation in the Environment, Second Edition, Blackwell, London, 265–300.

VODYANITSKII Y.N., 1998, Solubility of iron oxides of forest soils in the Tamm reagent. Eurasian Soil Science -– POCHVOVEDENIE, 31: 1083–1092.

VODYANITSKII Y.N., 2010, Iron hydroxides in soils: a review of publications. Eurasian Soil Science, 43(11): 1244–1254. DOI: http://dx.doi.org/10.1134/S1064229310110074

VODYANITSKII Y.N., SHOBA S.A., 2016, Ferrihydrite in soils. Eurasian Soil Science, 49(7): 796–806. DOI: http://dx.doi.org/10.1134/S1064229316070127

WÓJCIK G., MARCINIAK K., 1987a, Thermal conditions in central part of the North Poland in the years 1951–1970. AUNC Geogr., 20: 29–50.

WÓJCIK G., MARCINIAK K., 1987b, Precipitations in central part of the North Poland in the years 1951–1970. AUNC Geogr., 20: 51¬–69.

WÓJCIK G., MARCINIAK K., 1993, Precipitations in Lower Vistula Valley in the years 1951–1980. [in:] CHURSKI Z. (ed.), Environmental and Socio-economic Development of the Lower Vistula Valley, IG UMK, Toruń, 107–121.








ISSN 2080-7686 (print)
ISSN 2300-8490 (online)

 

 

Partnerzy platformy czasopism