MICHAŁ LICZNAR. STANISŁAWA ELŻBIETA L1CZNAR. JERZY DROZD, JERZY WEBER
ZMIANY ZWIĄZKÓW HUMUSOWYCH W SADACH
UTRZYMYWANYCH W WIELOLETNIM UGORZE
HERBICYDOWYM
CHANGES OF HUMIC SUBSTANCES IN ORCHARDS
U N D ER M A N Y YEARS' HERBICIDE FALLOW
Instytut Nauk o Glebie i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczywe Wrocławiu
A b stra c t: T he results o f the study indicate that cu ltivation o f m on ocu ltu re fruit trees in m any
years' h e rb icid e fa llo w a ffe c te d the quantity and qu ality c h a n g e s o f th e so il o rgan ic matter. A p p lica tio n o f h erbicide fa llo w in period o f 15 years caused a sig n ifica n t increase o f organic carbon under plan tation s o f cherry tree and the natural c ro ssin g (cherry trees X sw e e t cherry trees). Under the app le tree, sw eet cherry and peach trees orchards the p ro cess o f h u m ification led to the form ation o f greater am ounts o f hu m ic and fu lvic acid s. The m ost in ten sive p rocess o f soil a cid ification under peach tree cu ltivation effe c ted by sig n ifica n t d ecrease o f hum ic acid s b ou nd ed w ith calcium .
S ło w a k lu czo w e: sad y m o n o k u ltu ro w e . ugór h erb icyd ow y, transform acja m aterii org a n icz n ej. K e y w o rd s: orchard m o n o cu ltu res, herb icid e fa llo w s, organic m atter transform ation.
WSTĘP
Od szeregu lat podstawowym sposobem utrzymywania gleby w sadach produkcyjnych jest ugór herbicydowy w rzędach drzew i murawa w międzyrzędziach [Lipecki 1998], Metoda ta eliminuje rozwój chwastów konkurujących z drzewami o wodę i składniki pokarmowe, co korzystnie wpływa na ich wzrost i plonowanie. W długotrwałym okresie stosowania tej metody grom adzą się jednorodne resztki organiczne. Podobnie jak w uprawach m onokulturow ych w pływ ają one na kształtow anie określonego kierunku aktywności biologicznej [Bielińska 2001, 2 0 0 la; Januszek i in. 1995: Kozanecka i in. 1996] oraz na powstawanie związków o charakterze ekotoksycznym i allelopatycznym [Poulton 1990: Rice 1984].
W świetle danych Kowalińskiego i in. [1986] oraz Turskiego [1996] ilość i jakość resztek organicznych oraz skład edafonu w agrocenozach determinują procesy humifikacji i powstawanie połączeń próchnicznych różnie związanych z m ineralną częścią gleby.
Zmiany związków humusowych w sadach... w wieloletnim ugorze herbicydowym 61
Badania wielu autorów [Janowski 1994; Kowaliński i in. 1986; Parylak 1998; Szajdak 1999] wskazują, że pod monokulturową uprawą zbóż, zwłaszcza w okresie krótkotrwałym, nie zawsze dochodzi do spadku próchniczności gleb. Wpływa ona natomiast na skład jakościowy związków próchnicznych. Przejawia się to głównie wzrostem połączeń frakcji wolnych i luźno związanych z m ineralną częścią gleby oraz ich podatnością na utlenienie [Kowaliński i in. 1986; Janowski 1994].
Dopływ jednorodnych substancji organicznych oraz aktywność enzymatyczna gleb w m onokulturow ych nasadzeniach gatunków drzew owocowych [B ielińska 2001 a] niewątpliwie w pływ ająna przebieg procesu humifikacji, co dotychczas nie było przedmio tem szczegółowych badań.
Celem pracy jest poznanie oddziafywania niektórych gatunków drzew owocowych prow adzonych w wieloletnim ugorze herbicydowym na skład frakcyjny zw iązków próchnicznych.
MATERIAŁ I METODY
Badania prowadzono na Dolnym Śląsku w Stacji Badawczo-Dydaktycznej Samotwór, Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. N a glebie płowej wytworzonej z gliny lekkiej pylastej zalegającej na glinie średniej, założono 5 kwater sadu:
- wiśniowego w rozstawie 4 x 3 m
( 8 3 3
drzew na ha). - czerechowego w rozstawie 6 x 5 m (333 drzew na ha). - brzoskwiniowego w rozstawie4 x 4
m (626 drzew na ha), - czereśniowego w rozstawie 6 x 5 m (333 drzew na ha), -jab ło n io w e g o w rozstawie 4 x 3 m (833 drzew na ha).W rzędach drzew utrzymywano ugór herbicydowy, stosując w latach 1988-1991 Reglone 5 1-ha"1 + Fusilade 2 1-ha"1. a następnie Roundup 3 l*ha_1 + Chwastox 1,5 1-ha-1. W międzyrzędziach utrzymywano murawę, której odrosty koszono i pozostawiano na miejscu. Próbki gleb do analiz pobrano z pasa herbicydowego między drzewami w 5 powtórzeniach, z głębokości 5-15 cm. po 15 latach od założenia sadu. Oznaczono w nich:
- skład granulometiyczny metodą areometiyczną Cassagrande'a w modyfikacji Prószyńskiego, - pH w 1 mol-dni"'3 KC1 potencjometrycznie,
- kwasowość hydrolityczną (Hh) m etodą Kappena,
- kationy wymienne o charakterze zasadowym (Ca, Mg, K, Na) metodą Pallmanna, - C organiczny (Corg) m etodą Tiurina.
- skład frakcyjny związków próchnicznych zmodyfikowaną m etodą Tiurina [Licznar i in. 1997], wydzielając:
- połączenia organiczne niskocząsteczkowe (Frakcja la),
- połączenia próchniczne wolne oraz zw iązane z Ca i niekrzemianowymi formami (Frakcja I),
- połączenia próchniczne związane z krzemianowymi formami R^O^ (Frakcja II). - połączenia próchniczne wolne oraz związane z niekrzemianowy mi formami R^O^
(Frakcja III). " ~ ‘
WYNIKI I DYSKUSJA
Wyniki badań (tab. 1-2 i rys. 2-3) wskazują, że 15-letnie nasadzenia różnych gatunków drzew owocowych oddziaływały odmiennie na właściwości gleb. Wpływ antropopresji wyraźnie uwidocznia się we właściwościach fizykochemicznych [Gliński, Turski 2002]. W analizowanym doświadczeniu, przy zbliżonym uziarnieniu poziomów próchnicznych (tab. 1) proces zakwaszenia zachodzi! najintensywniej w kwaterze sadu brzoskwiniowego (tab. 2), a gleby tego obiektu charakteryzowały się jednocześnie dużą zmiennością wartości pH w KC1 (3,4-5.9). Może temu sprzyjać łatwiejsze wymywanie kationów zasadowych z gleby pokrytej nasadzeniami brzoskwiń charakteryzującymi się słabo rozwiniętą koroną [Lic-znar i in. 2001]. Potw ierdza to w yraźnie zaznaczony proces ługow ania wapnia obserwowany w kwaterach sadu czerechowego i brzoskwiniowego, któiy mógł przyczynić się do istotnego wzrostu udziału jonów wodorowych w kompleksie sorpcyjnym gleb oraz obniżenia stopnia jeg o wysyc-enia kationam i o charakterze zasadow ym . Nie stwierdzono natomiast istotnego wpływu ocenianych nasadzeń na zawartość pozostałych kationów wymiennych (Mg. K, Na) oraz pojemność sorpcyjną gleb.
Gatunki drzew i formy ich koron, wpływały niewątpliwie na ilość dopływającej materii organicznej do gleby, jej jakość oraz w arunki mineralizacji i humifikacji. Zawartość Corg w glebach badanych kwater (rys. la) kształtowała się w przedziałach 8,2-10.9 g*kg_1. Można jąprzedstaw ić w kolejności malejącej poszczególnych drzewostanów następująco: sad czerechowy > wiśniowy > brzoskwiniowy > czereśniowy > jabłoniowy. Istotny wpływ sadu wiśniowego na wzrost zawartości Corg i N ogółem został stwierdzony także we wcześniejszych badaniach Bielińskiej [2001 a].
Analiza składu frakcyjnego próchnicy wskazuje, iż wskutek gromadzenia się jednorodnej materii organicznej w poszczególnych kwaterach zm ienia się zaw artość zw iązków próchnicznych różnie związanych z m asąm ineralnągleby (rys. 1-3). Średni udział frakcji fulwowej (Frakcja la), obejm ującej kwasy fulwowe i połączenia organiczne nisko- cząsteczkowe, wahał się w granicach 3,7-7,0% Corg (rys. 1 b). Wartości jej były istotnie wyższe jedynie w glebach sadu jabłoniowego. Procentowa zawartość tej frakcji (tab. 3)
TABELA 1. Skład granulo metryczny TABLL 1. Granulometric com position Sad
Orchard
Procentow a zaw artość cząstek o średnicy [mm] Percentage o f fraction with particle diameter [mm]
1-0.1 0 .1 - 0 .0 5 0 .0 5 - 0 .0 : I 0 .0 2 - 0 .0 0 6 0 .0 0 6 -0 .0 0 2 < 0 .0 0 2 W iśniowy 3 8 .2 * 8.6 2 3 .8 18.8 5.8 4.8 Cherry 3 5 ,0 -4 2 .5 * * 8 ,0 - 9 .7 2 2 - 2 6 ; 1 7 -2 0 5 - 6 4 - 6 C zerech ow y 4 0 .8 6.0 2 3 .8 18.6 5.2 :5.6 Cherry x sw eet cherry 3 9 .8 -4 1 .5 4 .7 - 6 .5 2 3 - 2 4 1 8 -1 9 4 - 7 4 - 6 B rzoskw iniow y 3 6 .0 7.2 2 4 .6 G O C \ 7.2 5.0 Peach 3 5 .0 -3 7 .5 4 .5 - 1 3 .0 1 9 -2 8 1 9 -2 1 5 - 8 4 - 6 C zereśnio wy 36.1 9.9 2 1 .6 ! 19.8 6.8 5.8 S w eet cherry 3 5 ,0 -3 7 .1 8 .2 -1 1 ,0 2 1 - 2 3 1 9 -2 1 6 - 8 5 - 6 Jabłoniow y 4 1 .5 7.2 2 3 .3 '2 0 .0 2 .4 5.6 A pple 4 0 .3 - 4 3 ,4 6 .0 - 8 .0 2 2 - 2 4 j1 9 -2 1 1 -3 15—6 * wartość średnia - mean value; **zakres wartości - value range
Zmiany związków humusowych w sadach... w wieloletnim ugorze herbicydowym 63
TABELA 2. Niektóre w łaściw ości fizykochemiczne - TABLE 2. Som e physico-chem ical properties Sad
Orchard
p n KC, Ilh Kationy wymienne Exchangeable cations S TEB T CEC v ! BS Ca M g | K N a [cm ol(+)-kg ■'] [%] W iśniowy - Cherry 5.8 - 6 .4 1.54 4 .7 4 1.48 0 .54 0.21 6 ,9 7 8,51
82 !
C zerechow y - Cherry * sw eet cherry 5.1- 6.2 2 .2 6 3.64 1.51 0,55 0 ,2 0 5 ,9 0 8.16 72 Brzoskwiniowy - Peach 4 .3 - 5 .9 2.53 3.87 1,34 0.5 7 0,15 5.93 8.46 70 Czereśniow y - Sw eet cherry 5 ,9 -6 ,3 1,51 4.7 9 1.75 0,52 0 .18 7.24 8.75 83 Jabłoniowy - Apple 5 .9 -6 .3 1.53 5.16 1,39 0.48 0 ,1 6 7 .1 9 8.72 82 NIRo.o, l s d005 0 ,5 8 0 ,9 9 0.41 0.2 6 0.08 1,40 1.30 7 Objaśnienia: S - suma kationów zasadowych; T - pojemność sorpcyjna; V - stopień wy sycenia kompleksu kationami zasadowymi; Explanations: TBC sum o f exchangeable basic cations; CEC - cation exchangeable capacity: BS base saturationwykazywała istotnie dodatnią korelację z ilością Ca2 (r = 0,49), co może świadczyć o znaczącym wpływie tego kationu na kierunek transform acji m aterii organicznej i powstawanie większej ilości związków niskocząsteczkowych.
Dominującągrupę wśród tworzących się związków próchnicznych w/ glebie na wszystkich kwaterach stanowiły połączenia ekstrahowane z gleby po dekalcytacji roztworem NaOH o stężeniu 0,1 mol-dm"° (Frakcja I). Reprezentowane są one przez związki próchniczne wolne oraz związane z Ca i niekrzemianowymi formami R2O v Procentowa zawartość tej frakcji (tyś. lc) była istotnie wyższa w glebach pod nasadzeniami brzoskwiń, czereśni i jabłoni. Proporcjonalnie do zawartości frakcji I zmienił się w niej udział węgla kwasów huminowych (rys. 2a) i fulwowych (rys. 2b), a stosunek CKH/CKF przyjmował wartości około 1,5 i nie wykazywał istotnego zróżnicowania między obiektami (lys. 3a).
Ilość połączeń próchnicznych związanych z krzemianowymi formami R0C) (Frakcja II) stanowiła 7,3-10,5%Corg(rys. 1 d). W glebach pod nasadzeniami czereśni i jabłonnch zaw^artość była istotnie wyższa niż w glebach sadu wiśniowego, czerechowego i brzoskwiniowego. W tej frakcji zwraca uwagę znaczny udział węgla kwasów huminowych (rys. 2c). Szczególnie wysokie i istotne zróżnicowanie wartości CKH/CKF w tej grupie połączeń (rys. 3b) stwierdzono w glebach pod nasadzeniami brzoskwiń i czereśni (5,3 i 4,0).
Procentowy udział węgla niehydrolizującego wykazywał zależność proporcjonalną z zaw artością C organicznego. Był on istotnie wyższy w glebach sadu wiśniowego i czerechowego, a najniższy pod nasadzeniami jabłoni (rys. le). Podobnie niską zawartość C niehydrolizującego w glebach sadu jabłoniowego, utrzymywanego przez 20 lat w ugorze herbicydowym , stwierdzili wcześniej Domżał i in. [1993]. W skazuje to na szybszą transformację materii organicznej w kwasy fulwowe i huminowe, co przejawia się wyższym stopniem jej humifikacji pod monokulturowymi nasadzeniami jabłoni.
W charakterystyce substancji humusowych ważną rolę odgryw-ają również związki próchniczne wolne i związane z niekrzemianowymi formami R 0O^ (Frakcja III) oraz kwasy hum inowe związane z wapniem. W dotychczasowych opracowaniach [Drozd 1973; Licznar i in. 1997] często podkreśla się, że zawartość frakcji III zależy w dużym stopniu od właściwości fizykochemicznych gleb. Spostrzeżenia te potwierdzają istotne współczynniki korelacji (tab. 3) między jej zawartością a wartościami pH (r = -0,5 1) i Hh
R Y S U N E K l . Zaw artość w ęg la o rg a n iczn eg o (C org) i różnych frakcji z w ią z k ó w p róch n iczn ych w gleb ach m onok u ltu r sa d o w n ic z y c h
F IG U R E l . T he con ten t o f total organ ie carbon (C org) and variou s h u m u s co m p o u n d s in so ils o f differen t orchard quarters
Zmiany związków humusowych w sadach... w wieloletnim ugorze herbicydowym 65
R Y S U N E K 2. Z aw artość k w a só w h u m in o w y ch (C K H ) i k w a só w fu lw o w y ch (C K F ) w gleb ach m onokultur s a d o w n ic z y c h
R Y S U N E K 3. S t o s u n e k k w a s ó w h u m i n o w y c h ( C K H ) d o f u l w o w y c h ( C K F ) w g l e b a c h r ó ż n y c h monokultur sad o w n i c z y ch
F IG U R E 3. Th e ratio o f C H A / C F A in vario us h u m u s fractions in so i l s o f different orchard quarters
(r = 0.52). Bardziej wyraźne zależności między omawianymi parametrami zaznaczyły się w przypadku kwasów huminowych związanych z wapniem. Ich ilość wykazywała istotną korelację z pH (r = 0,48). Hh (r = -0,50), zawartością Ca (r = 0,44) i V (r = 0,60).
Powyższe rozważania wskazują, że w wyniku monokulturowych nasadzeń utrzymywanych w ugorze herbicydowym zachodzi zróżnicowanie właściwości fizykochemicznych gleby, które są ściśle powiązane ze zmianami ilościowymi i jakościowymi związków’ próchnicznych. Przyjmując, że efekt procesu humifikacji zależy w dużym stopniu od składu jakościowego materii organicznej, to zróżnicowanie ilościowe i jakościowe związków próchnicznych między badanymi obiektami może wynikać z różnej podatności na procesy transformacji resztek roślinnych, gromadzących się pod monokulturowymi nasadzeniami. Potwierdza to także między innymi wyższa podatność na utlenianie materii organicznej pasa herbicydowego w sadzie jabłoniowym stwierdzona przez Domżała i in. [1993]. Prawdopodobnie specyficzny skład chemiczny resztek organicznych w sadzie wiśniowym i czerechowym spowalnia ich przemiany, co może wpłynąć na wyższą zawartość C organicznego i niższy stopnień humifikacji materii organicznej pod tymi nasadzeniami [Bielińska 2001 a].
WNIOSKI
1. Monokulturowe nasadzenia sadownicze wywierają wpływ na właściwości fizykoche miczne gleb oraz procesy kumulacji i transformacji materii organicznej.
TABELA 3. W spółczynniki korelacji między w łaściw ościam i fizykochemicznymi i składem frakcyjnym próchnicy TABLE 3. The correlation coefficients am ong som e ph ysico-chem ical properties and com position o f humus
PH Ku Hh C a 2ł V BS C org Frakcja Fraction la Frakcja Fraction I Frakcja Fraction II C nie hydr. C non hydr. Frakcja Fraction III CKM * C H A * P Hmm ~ u h - 0 ,8 8 C a 2+ n.s. n.s. --V - BS 0 ,8 4 - 0 ,8 4 n.s. -C org n.s. n.s. n.s. n.s. . . . Frakcja - Fraction la n.s. n.s. 0 ,4 9 n.s. - 0 ,5 3 -Frakcja - Fraction I n.s. n.s. 0 ,5 5 n.s. - 0 ,7 5 0 ,5 0 -Frakcja - Fraction II n.s. - 0 ,4 7 0 ,4 4 0,61 - 0 ,6 0 n.s. 0 ,6 2 -C niehydrolizujący C non hydrolizing n.s. n.s. - 0 ,6 0 - 0 .4 2 0 ,7 9 - 0 .5 9 - 0 ,9 8 - 0 ,7 2
-Frakcja - Fraction III - 0 ,5 1 0 ,5 2 n.s. n.s. - 0 ,5 4 n.s. 0 ,5 7 n.s. - 0 ,4 9
-CKM * - CIIA * 0 ,4 8 - 0 .5 0 0 .4 4 0 .6 0 n.s. 0.4 5 0 ,5 6 0 ,6 5 - 0 ,6 3 n.s. -*CKI I związane / Ca - *CHA bounded with Ca; n.s. - nieistotne - n.s. - not significant
On Z m ia n y zw ią zk ó w h um us ow yc h w sa d a c h ... w w ie lo le tn im u g o rz e h e rb ic y d o w y m
2. Stosowanie przez 15 lat ugoru herbicydowego przyczyniło się do spadku zawartości C organicznego w glebach po nasadzeniami brzoskwiń, czereśni i jabłoni.
3. W glebach pod nasadzeniami brzoskwiń, czereśni i jabłoni materia organiczna wykazu je istotnie wyższy stopień humifikacji w porównaniu z glebami sadu wiśniowego i czerechowego.
4. Proces zakwaszenia gleb intensywniej zachodzący w kwaterze sadu brzoskwiniowego wpłynął istotnie na wzrost udziału połączeń próchnicznych wolnych i związanych z niekrzemianowymi formami R,(X (Frakcja III) oraz spadek udziału kwasów humino- wych związanych z wapniem.
LITERATURA
BIELIŃSKA E. J. 2001: W pływ stosow ania ściółek w rzędach drzew na aktywność enzym atyczną gleby w sadzie jabłoniowym . A cta A g roph ysica 48: 17-27.
BIELIŃSKA E. J. 2 0 0 la: A ktyw ność enzym atyczna gleby płowej w zależności od uprawy różnych gatunków drzew ow ocow ych . A cta A groph ysica 56: 4 9 -5 9 .
DOMŻAL H.. FLIS-BUJAK M.. BARAN S.. ŻUKOWSKA G. 1993: Wpływ użytkowania sadowniczego na materię organiczną gleby wytworzonej z utworów pyłowych. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 411: 91-95. DROZD J. 1973: Związki próchniczne niektórych gleb na tle ich 'fizykochemicznych w łaściw ości. Rocz.
G lebozn. 24. 1: 3 -5 5 .
GLIŃSKI J.. TURSKI R. 2002: Ewolucja, zasoby i głów ne zagrożenie gleb. A cta A groph ysica. m onogra fia 65. Lublin: 88 ss.
JANOW SKI J. 1994: Wpływ uprawy zbóż w monokulturze i zm ianowaniu na niektóre w łaściw ości materii organicznej (glebv). Zesz. Probl. Post. S au k Robi. 414: 7 1 -7 8 .
JAN USZEK K.. KOŁODZIEJCZYK P.. WOLSKI P. 1995: A ktyw ność biochem iczna gleby przy róż nych metodach uprawy jabłoni. Zesz. Probl. Post. Nauk Robi. 418: 7 7 9 -7 8 6 .
KOWALIŃSKI S.. DR OZD LICZNAR M. 1986: Przemiany zw iązków próchnicznych w gleb ie pod różnymi roślinami uprawianvmi w m onokulturze i zm ianowaniu w św ietle d ziesięciolecia dośw iad czeń' Rocz. Glebozn. 37. 2 -3 : 1 69-185.
K O ZA NECK A T.. R EK O SZ-BU R LA G A I I.. RUSSEL S. 1996: A ktywność m ikrobiologiczna gleb w sadzie jabłoniow ym w zależności od sposobu jej utrzymania, naw ożenia azotem i wapnowania.
Rocz. G lebozn. 47 Suplement: 7 5 -8 4 .
LICZNAR M.. DROZD J.. LICZNAR S.E.. SZEW CZUK A. 1997: WTpływ ugoru herbicydowego i mul- czow an iagleb w sadzie jabłoniow ym na ich w łaściw ości fizykochem iczne, skład związków próchnicz- nvch i urodzajność. W: Gonet S.S.. Zaujec A. (red.): Humus Substances. The Environment 1: 4 5 -5 3 . LICZNAR M.. LICZNAR-MAŁAŃCZUK M.. LICZNAR S.E. 2001: Wpływ intensywnych systemów
prowadzenia drzew jabłoni odmiany Jonagold na żyzność i urodzajność gleby Acta Agrophysica 56:145-154. L1PECKIJ. 1998: W spółczesne poglądy na pielęgnację gleb w sadach. Post. Nauk Roln. 4/98: 3 -1 5 . PA RYL AK D. 1998: Optymalizacja uprawy pszenżyta ozim ego w krótkotrwałej m onokulturze na glebie
kompleksu żvtniego dobrego. Zesz. Nauk AR Wroclaw, R o zp ra w y 150: 94 ss. POULTON J.E. i 9 9 0 r C vanogencsis in plants. Plant Pvsiol. 94: 4 0 1 -4 0 5 . RICE E.J. 1984: Allelopathy. Academ ic Press Inc. New York: 422 ss.
SZAJDAK L. 1999: Wpływ wieloletniej uprawy monokulturowej ż \la na zawartość i właściwości fizyko chemiczne związków biologicznie czy nnych w glebach. Zesz. Nauk AR Wroclaw\ R ozprawy 161: 104 ss. TURSKI R. 1996: Substancja organiczna i jej znaczenie w ekosystem ach. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln.
4 3 7 :3 7 5 -3 8 1 .
Prof. dr hab. M ichał Licznar
Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu. Instytut Nauk o Glebie i Ochrony Środowiska, ul. Grunwaldzka 53, 50-357 Wrocław,
