Wpływ pożaru na morfologię i właściwości organicznych gleb łąkowych

(1)

ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE TOM LXI N R 3 WARSZAWA 2010: 13-25

ADAM BOGACZ, MAŁGORZATA CHILKIE WICZ, PRZEMYSŁAW WOŹNICZKA

WPŁYW POŻARU N A MORFOLOGIĘ

I WŁAŚCIWOŚCI ORGANICZNYCH GLEB ŁĄKOWYCH

IMPACT OF FIRE ON MORPHOLOGY AND PROPERTIES

OF MEADOW ORGANIC SOILS

Instytut Nauk o Glebie i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu

A bstract: The research was conducted on meadow, post fire soils nearby locality Grabków. A fire on strongly drayed muck soil was observed in period between April and June 2008 on the surface o f several hectares. Directly after the fire, soil samples have been collected in 5 designated profiles (in total 26 soil samples). One o f the profiles represented soil not effected by the fire. Other profiles represented different intensity o f fire effect. The fire decreased organic layer thickness and created in soil and soil surface 1 to 30 cm thick ash layers. Post fire horizons had neutral or alkaline reaction. The soil were enriched with calcium, magnesium, sodium and potassium and some trace elements. Ash layers or layers with ash admixture, granular or angranular structure had reduced retention properties compared to peat and muck layers. Decrease o f available and easily available water content for plants have been observed and descri bed by PRU (potential useful retention) and ERU (effective useful retention) indicators. Based on horizon construction o f post fire soil and their properties, they have been classified according to the Systematics o f Polish Soils [Systematyka.... 1989] as moorsh soil or moorshly like soil. With regard to organic matter content, organic and ash layers thickness, soil have been classified the most frequently as Histic or Humic Gleysols with Novic horizon [WRB 2006].

Słowa kluczowe: właściwości fizyczne, właściwości fizykochemiczne, torf, mursz, pożar. Key w ords: physical properties, physical-chemical properties, peat, moorsh, fire.

WSTĘP

Silne przesuszenie łąkowych gleb organicznych oraz warunki klimatyczne powodują, że w okresie wiosenno-letnim obserwujemy w ostatnich dziesięcioleciach wyraźne nasilenie się pożarów. Szczególnie narażone są gleby torfowo-murszowe płytkie na torfach silnie rozłożonych kompleksu okresowo suchego (CD) [Lipka, Godek 1995]. Pożar zmienia mikrotopografię terenu [Ewel, Mitch 1978] i prowadzi do powstania mozaiki jednostek glebowych [Zaidelman, Shvarov 2002].

Celem badań było określenie wpływu pożaru wgłębnego oraz powierzchniowego na budowę i właściwości gleb. Pożar wgłębny, rozwijający się pod powierzchnią gleby, często bez widocznych oznak na powierzchni, może całkowicie zdegradować glebę organiczną.

(2)

LŁ A. Bogacz, M. Chilkiewicz, P. Woźniczka

OBIEKTY I METODY BADAŃ

Badania prowadzono na łąkowych glebach popożarowych w miejscowości Grabków, gm ina Lubsko, (woj. Lubuskie). W okresie od kwietnia do czerwca 2008 roku obserwowano tu pożar gleby torfowo-murszowej wytworzonej z torfu niskiego silnie rozłożonego, turzycowiskowego, na humotorfie i podłożu piaszczystym. Pożar objął swym zasięgiem powierzchnię kilkunastu hektarów (rys. 1).

Obszar badań stanowi dolina rzeki Golec będącej dopływem Lubszy należącej do zlewni Nysy Łużyckiej. Obserwowano tu fluwiogeniczny typ zasilania gleb w wodę. Silne przesuszenie doliny przez system rowów otwartych oraz drenów sprawia, że fragment koryta rzeki biegnący przez łąkę pozostaje przez większą część roku suchy. Do badań wytypowano 5 profili glebowych (26 próbek). Profil nr 1 reprezentował glebę niedotkniętą przez pożar, profile nr 2-3 oraz nr 4-5 objęte były pożarem - odpowiednio o średniej i ekstremalnie wysokiej intensywności [Byran 1959]. Ze względu na silne przekształcenie i niewielkąmiąższość poziomu torfowego oraz brak innych gleb niedotkniętych pożarem, reprezentowane przez profil nr 1 gleby włączono jedynie do porównań jako pomocnicze. Stosowana do opisu gleb symbolika poziomów i utworów glebowych została zaczerpnięta z Systematyki Gleb Polski [1989] i uzupełniona oznaczeniami stosowanymi w pracy Goneta i in. [2009]. Bezpośrednio po pożarze pobrano próbki glebowe z wytypowanych profili. W terenie opisano szczegółowo cechy morfologiczne gleby.

RYSUNEK 1. Obszar badań z lokalizacją punktów badawczych, objaśnienia: I, II, III, IV, V - profile glebowe

FIGURE 1. The research area with the analyzed points indicated, explanation: I, II, III, IV, V - soil profiles

(3)

Wpływ pożaru na morfologią i właściwości organicznych gleb łąkowych 15

W zebranym materiale glebowym, określono następujące właściwości fizyczne i fizykochemiczne: stopień rozkładu torfu przy użyciu dwóch metod: SPEC oraz metody półstrzykawki [Lynn i in. 1974], popielność przez spalenie torfu w piecu muflowym w 550°C przez 4 godziny, gęstość właściwą utworów organicznych (W) na podstawie formuł: W=0,11A+1,451, gdzie (1,451) określa gęstość właściwą humusu [Okruszko 1971], gęstość właściwą utworów mineralnych metodą piknometryczną, skład granulo- metryczny poziomów podścielających i popiołowych metodąBouyoucosa w modyfikacji Casagranda'e i Prószyńskiego, gęstość objętościowąprzy użyciu cylinderków Kopeckiego, zdolności retencyjne gleb w zakresie pF CM,2 przy użyciu bloków piaskowych i piaskowo- kaolinowych firmy Eijkelkamp oraz komór Richarda, zawartość węgla przy użyciu analizatora firmy Bushi, zawartość azotu metodą Kjeldahla, pH w H^O iw 1 «molo wym KC1 w relacji gleba roztwór 1:2,5, zawartość całkowitą metali ciężkich Zn, Cu, Pb, Ni, Cr metodąAAS po mineralizacji w mieszaninie kwasu solnego i azotowego, zawartość kationów o charakterze zasadowym w 1-molowym CH3COONH4 o pH 7,0, zasobność gleb w P, K, Mg w 0,5-molowym HC1, stopień wysycenia kompleksu sorpcyjnego kationami o charakterze zasadowym (V) oraz pojemność kompleksu (T) wyliczono na podstawie kwasowości wymiennej. Na tej podstawie gleby zaliczono do odpowiednich grup referencyjnych systemu WRB [WRB 2006]. Skład botaniczny torfów analizowano metodą mikroskopową, na podstawie której klasyfikowano torf do odpowiednich rodzajów [PN-76-G-02501]. W celu określenia wieku gleb badanego obiektu przeprowadzono datowanie wybranej próbki torfu metodą 14C w Laboratorium Radiowęglowym w Poznaniu.

WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA

Morfologia gleb

Na torfowisku występują gleby, w których profilach ślady niedawnego pożaru są bardzo dobrze widoczne. Poziomy z popiołem osiągały tu różną głębokość (od 2 do 35 cm). Pożar rozwinął się na silnie przesuszonych glebach murszowych, M tllcl wg Okruszki [1974], w ytw orzonych z torfów niskich (ta b .l). Próbki z łąkow ych obszarów TABELA 1. Skład szczątków roślinnych w poziomach organicznych badanych gleb

TABLE 1. Composition o f plant fragments in organic horizon o f investigated soils Nr Profilu Profile N o Głębokość pobrania Depth o f sampling [cm] % nierozłożonych szczątków roślinnych Percent o f not humificated plants fragments

Pozycja systematyczna torfu Systematic peat position P N -7 6 /G -0 2 5 5 0 1 t y p - t y p e drewno i kora

w ood and bark

Carex inne other nieokreślone not identified 1 16-33 1 99 torfowo - mułowy 3 3 -5 0 1 1 98 torfowo-m ułowy 2 2 -1 7 1 99 humotorf 17-30 1 99 torfowo-m ułowy 3 5-4 5 utwór organiczno-mineralny -3 15-38 1 99 humotorf 3 8 -5 0 _{utwór organiczno-mineralny} -4 14-26 10 1 89 humotorf 5 3 5 -5 0 10 1 89 humotorf 5 0 -8 0 10 1 89 humotorf

(4)

16. A. Bogacz, M Chilkiewicz, P. Woźniczka

popożarowych obiektu Grabków cechowały się wysokim stopniem przesuszenia i zamulenia, dlatego rozpoznawalność zachowanych szczątków organicznych była bardzo mała. Utwory te zostały zaklasyfikowane więc jako humotorfy bądź mursze lub utwory torfowo-mułowe ze znaczną zawartością pyłu i drobnego piasku. Spośród szczątków roślinnych rozpoznano jedynie korzonki turzyc i niekiedy szczątki roślin drzewiastych (tab.l). Świeży popiół znajdujący się na powierzchni gleby był, zwłaszcza w pierwszym roku po pożarze, intensywnie rozwiewany przez wiatr.

Wiek zachowanego po pożarze torfu, występującego na styku z podłożem mineralnym (piasek luźny) na głębokości 24-26 cm w profilu nr 4 określono na 7160 ± 50 BP (Poz- 31853). Początek tworzenia się torfowisk na tym terenie możemy zatem ustalić na okres atlantycki, gdy klimat był ciepły i wilgotny. Poniżej przedstawiono opisy gleb o różnym stopniu przeobrażenia przez pożar.

Profil 1.

A 0-16 cm poziom próchniczny barwy 10YR 3/4, świeży, struktura drobno gruzełkowa, suchy, piasek luźny, przejście poziomu wyraźne,

Otnil 16-33 cm torf niski silnie rozłożony (R3), zapiaszczony, barwy 10YR 3/3, wilgotny, struktura kawałkowa, przejście poziomu stopniowe,

Otni2 33-50 cm torf niski silnie rozłożony (R3), z domieszką pyłu i piasku,

barwy 10YR 3/2, struktura kawałkowa, wilgotny, przejście poziomu wyraźne, D +50 cm podłoże mineralne - piasek luźny barwy 10YR 8/3, struktura rozdzielno

ziarnista, wilgotny, oglejenie strefowe

D efinicja gleby [wg System atyka... 1989] - gleba m urszowa, nam urszowa,

wytworzona z torfu niskiego silnie rozłożonego, płytka na piasku luźnym [wg WRB 2006] - Histic Gleysols Arenie.

Uwagi: gleba usytuowana w części przesuszonej łąki nieobjętej pożarem, współrzędne

geograficzne: N 51 °50'27,2M, E 14o54’4 0 , r ', zbiorowisko roślinności trawiasto-turzycowej z sitem oraz brzozą.

Profil 2.

Os 0-2 cm poziom organiczny z popiołem, spalone trawy i przepalony powierzch niowo torf barwy N 3/0, średnio/silnie rozłożony (R2/R3), suchy, struktura włók nista, przejście poziomu wyraźne,

Otnil 2-17 cm torf niski barwy 7.5YR 3/3, silnie rozłożony (R3), świeży, struktura amorficzno-kawałkowa, przejście poziomu wyraźne,

Otni2 17-35 cm torf niski barwy 10YR 3/1, średnio/silnie rozłożony (R2/R3), wilgot ny, struktura amorficzno-kawałkowa, świeży, torf przepalony, przejście poziomu wyraźne,

O/D 35-45 cm poziom mieszany torfu niskiego i piasku luźnego barwy 7.5 YR 4/3, torf średnio/silnie rozłożony (R2/R3), wilgotny, struktura amorficzno-kawałkowa, przej ście poziomu wyraźne,

D 45-50 cm podłoże mineralne barwy 10YR 8/2, mokre, oglejenie strefowe, piasek luźny, struktura subangulama słaba, przejście poziomu wyraźne,

(5)

IID +50 cm podłoże mineralne barwy 10YR 8/2, mokre, oglejenie strefowe, glina średnia, struktura subangulama słaba.

Definicja gleby: [wg Systematyka... 1989] - gleba torfowa wytworzona z torfu niskiego

silnie i średnio rozłożonego, płytka na piasku luźnym i glinie średniej [wg WRB 2006] - Histic Gleysols Eutric.

Uwagi: gleba z powierzchniowo i wewnętrznie przepalonym torfem, zbiorowisko

roślinności turzycowej z pojedynczym sitem, woda gruntowa na głębokości 60 cm pod powierzchnią terenu, współrzędne geograficzne: N 51°50'28,3", E 14°54'37,7".

Profil 3

A si 0-5 cm poziom popiołowy barwy 10YR 6/2, suchy, struktura gruzełkowa, przejście poziomu stopniowe,

As2 5-15 cm poziom popiołowy z murszem barwy 10YR 5/2, świeży, struktura ziarnista, przejście poziomu wyraźne,

Otni 15-38 cm torf niski barwy 10YR 3/1, wilgotny, silnie rozłożony (R3), struktura kawałkowa, przejście poziomu wyraźne,

O/D 38-50 cm poziom mieszany torfu niskiego z piaskiem barwy 7.5YR 3/3, wilgot ny, silnie rozłożony (R3), struktura kawałkowa, przejście poziomu wyraźne, D 50-55cm poziom podścielający barwy 10YR 8/2, mokry, glina średnia, struktura

subangulama, oglejenie strefowe, przejście poziomu wyraźne,

DII +55 cm poziom podścielający barwy 10YR 8/2, mokry, piasek luźny, struktura subangulama, oglejenie strefowe.

Definicja gleby: [wg Systematyka... 1989] - gleba murszowa, namurszowa na torfie

niskim, silnie rozłożonym na glinie średniej i piasku luźnym [wg WRB 2006] - Histic Gleysols Novie.

Uwagi: Zbiorowisko roślinności turzycowiskowej, w poziomie torfowym oraz

mieszanym domieszki cegły, ceramiki i żużla, woda gruntowa na głębokości 60 cm pod powierzchnią terenu, współrzędne geograficzne: N 51°50'30,rf E 14o54'40,8".

Profil 4

A si OM cm poziom popiołowy barwy 5YR 3/2,5, suchy, struktura gruzełkowa, przejście poziomu wyraźne,

As2 4-14 cm poziom popiołowy barwy 5YR 5/5, struktura gruzełkowa, suchy, przejście poziomu wyraźne,

Otni 14-26 cm torf niski barwy 5YR 2,5/1, silnie rozłożony (R3), struktura amorficz na, świeży, przejście poziomu wyraźne,

D +26 cm poziom podścielający barwy 10YR 6/3, piasek luźny, struktura rozdzielnoziamista, wilgotny, oglejenie strefowe, widoczne plamy żelaziste.

Definicja gleby [wg Systematyka... 1989] - gleba murszowata, organiczno-mineralna

z popiołem na torfie niskim silnie rozłożonym i piasku luźnym [wg WRB 2006] - Histic Gleysols Novie.

Uwagi: Powierzchnia niepokryta roślinnością, woda gruntowa na głębokości 55 cm

(6)

I Ł A. Bogacz, M Chilkiewicz, P. Woźniczka

Profil 5

A si 0-10 cm poziom popiołowy barwy N 3/0, suchy, struktura drobno gruzełkowa, poziom silnie poprzerastany korzeniami turzyc, przejście poziomu wyraźne, As2 10-20 cm poziom popiołowy z nadpalonym torfem i murszem barwy 10YR 3/1,

suchy, struktura grubo gruzełkowa, poprzerastany korzeniami turzyc, przejście poziomu wyraźne,

Os 20-35 cm poziom popiołowy z nadpalonym murszem barwy 5YR 2,5/1, świeży, struktura grubo gruzełkowa, przejście poziomu wyraźne,

Otnil 35-50 cm torf niski z nadpalonym drewnem barwy 10YR 3/1, wilgotny, silnie rozłożony (R3), struktura amorficzno-kawałkowa, przejście poziomu wyraźne, Otni2 50-80 cm torf niski z domieszką nadpalonego drewna barwy 5YR 2.5/2, wilgot

ny, silnie rozłożony (R3), struktura amorficzno-kawałkowa, przejście poziomu wyraźne,

D + 80 cm poziom podścielający barwy 10YR 7/3, mokry, piasek luźny, oglejenie strefowe, struktura rozdzielnoziamista

Definicja gleby: [wg Systematyka... 1 9 8 9 ]-gleba murszowa, namurszo w az popiołem

na torfie niskim silnie rozłożonym i piasku luźnym [wg WRB 2006] - Sapric Histosols Novie.

Uwagi: Nieliczne płaty roślinności turzycowiskowej, woda gruntowa na głębokości

70 cm pod powierzchnią terenu, współrzędne geograficzne: N 51°50'36,7" E 14°54'43,9"

Poziomy popiołowe w zależności od stopnia nasilenia pożaru miały barwę od czarnej przez szarą do ceglasto-czerwonej bądź żółtej. Cechą charakterystyczną poziomów objętych przez pożar była drobno- bądź grubogruzełkowata struktura. Twarde, agregaty były często zespolone korzeniami turzyc. W poziomach torfowych, zalegających głębiej, napotykano na fragmenty nadpalonego drewna oraz zwęglone kłącza trzciny. Stopień wypalenia poziomów organicznych spowodował powstanie różnych jednostek typolo gicznych gleb. Ze względu na miąższość poziomów popiołowych przekraczających niekiedy 30 cm - profil nr 5 oraz miąższość poziomów organicznych, gleby klasyfikowano głównie jako gleby murszowe, namurszowe lub murszowate, organiczno-mineralne [Systematyka... 1989]. Gleby popożarowe podatne są na deflację. W wyniku tego procesu tworzą się niecki deflacyjne. Jest to proces dodatkowo degradujący gleby popożarowe [Radley 1962].

Właściwości fizyczne gleb

Wszystkie opisywane poziomy organiczne zaliczono na podstawie testu SPEC [Lynn i in. 1974] do silnie rozłożonych typu sapric. Wartości absorbancji oraz relacje Q4/Q6 wskazują na wzrost dojrzałości związków próchnicznych w poziomach zalegających głębiej. Metoda oceny zawartości włókna klasyfikowała poziomy organiczne jako średnio rozłożone hemie [Lynn i in. 1974]. Różnice w stopniu rozkładu torfu oznaczone obydwiema metodami spowodowane są przez obecność w poziomach pożarowych fragmentów drewna, węgielków oraz twardych, ostrokrawędzistych agregatów powstałych pod wpływem podwyższonej temperatury w trakcie trwania pożaru (tab. 2). Badania Zaidelmana i in. [1999] wskazująna wpływ wysokiej temperatury na proces koagulacji koloidów organicznych tak ważnych przy tworzeniu struktury. Analizowane poziomy torfowe zaliczono do wysoko popielnych. Gęstość tych poziomów oscylowała w przedziale 2,07-2,33 g*cm "3, co pozwala

(7)

TABELA 2. W łaściw ości fizyczne i fizykochemiczne gleb popożarowych TABLE 2. Physical and physico-chemical properties o f pyrogenic soils N r profilu Profile N o Poziom Horizon G łębokość pobrania Depth o f sampling q4 q6 <VQ6 IP Udział popiołu Ash content Pw P o Pc O bjętość włókna Fiber volume Rodzaj utworu glebowego Kind o f soil material cm nm % d.m. g-cm 3 % A B 1 A 0 -1 6 0,28 1,74 6,25 - _94,26 _2,49 _1,17 53,0 - - -Otnil 16-33 0,16 1,12 6,85 3 61,22 2,12 0,37 82, 65 14 sapric Otni2 3 3 -5 0 0,29 1,36 4 ,7 4 2 79,76 2,33 - - 38 16 sapric 2 Os 0-1 0,02 0,09 3,70 - _41,42 _1,91 - - - - -Otnil 2 -1 7 0,17 1,27 7,29 1 69,88 2,22 0,48 78,4 39 14 sapric Otni2 17-30 0,28 1,47 5,25 2 71,85 2,24 0,74 67,0 34 19 sapric O/D 3 5-45 0,18 1,33 7,32 '•V 88,72 2,43 0,74 69,5 18 11 sapric 3 A si 0-5 0,06 0,52 9,29 - 93,72 2,55 0,63 75,3 - - -A s2 5-15 0,11 1,07 9,71 - 84,11 2,38 0,43 81,9 - - -Otni 15-38 0,18 1,43 8,05 1 51,21 2,01 0,68 66,2 64 12 sapric O/D 3 8 -5 0 0,20 1,25 6,33 2 77,14 2 ,30 - - 37 14 sapric 4 A si 0 -4 0,02 0,18 10,0 - 94,50 2,70 0,62 77,0 - - -As2 4 -1 4 0 0,09 - - 97,16 2,81 0,73 74,0 - - -Otni 14-26 0,09 0,64 7,03 3 59,20 2,10 0,72 65,7 64 22 sapric 5 A si 0 -1 0 0,14 1,12 8,09 - 87,77 2,47 0,77 68,8 - - -As2 10-20 0,14 1,10 7,84 - 79,40 2,32 0,69 70,2 - - -Os 2 0-35 0,06 0,49 7,73 2 57,05 2,08 0,50 76,0 55 22 sapric Otnil 3 5 -5 0 0,20 0,98 5,03 2 56,28 2,07 - - 46 15 sapric Otni2 5 0 -8 0 0,20 1,25 6,38 2 61,92 2,13 - - 66 19 sapric

Objaśnienia: Pc - porowatość całkowita, p w - gęstość właściwa, p Q - gęstość objętościow a, IP - indeks pirofosforanowy,

- nie oznaczono; Explanation: Pc - total porosity, p w - specific gravity, p n - bulk density, IP - pyrophosphate index, - not identified

W pły w po ża ru na m o rfo lo g ią i w ła śc iw o śc i o rg a n ic zn yc h gle b łą ko w yc h 1 9

(8)

20. A. Bogacz, M. Chilkiewicz, P. Woźniczka

klasyfikować je jako silnie zamulone [Okruszko 1981]. Gęstość poziomów popiołowych osiągała wartości wyższe niż 2,70 g-cm 3. W większości profilów obserwowano wzrost zagęszczenia poziomów wierzchnich oraz tych znajdujących się w bezpośrednim sąsiedztwie z poziomami piaszczystymi lub gliniastymi. Wskazująna to wartości gęstości objętościowej gleb (tab. 2). Porowatość całkowita silnie zapiaszczonych torfów nie przekraczała 80% objętości gleby, natomiast poziomów popiołowych była również wysoka i zbliżona do wartości wyliczonej dla poziomów torfowych i murszowych. Pożar zmienił wyraźnie udział poszczególnych grup porów glebowych. W świeżych poziomach popiołowych dominowały zdecydowanie makropory glebowe >30 /um, których objętość przewyższała ponad 2-krotnie objętość makroporów w poziomach torfowych nieobjętych pożarem (tab. 3). Poziomy podścielające gleb organicznych to zgodnie z wytycznymi PTG [2009] piaski luźne, rzadziej gliny piaszczyste ilaste. Utwory mineralne poziomów popiołowych można zaliczyć do piasków słabo gliniastych oraz piasków gliniastych (tab. 4). Takie uziamienie jest wynikiem dużej zawartości piasku w murszach i utworach murszowatych oraz działania ognia. Pożar ma bowiem tendencję do agregatowania części ilastych do pojedynczych cząstek wielkości piasków [Ulery, Graham 1993].

Właściwości wodne gleb

Spalenie bądź przepalenie poziomów organicznych spowodowało wyraźne obniżenie wartości polowej pojemności wodnej (PPW). Wartości tego parametru w poziomach popożarowych były często o 50% mniejsze niż w poziomach torfowych (tab. 3). Pożar wyraźnie obniżył także ilość wody dostępnej dla roślin, wyrażonej przez wskaźnik

TABELA 3. W łaściw ości wodne gleb popożarowych TABLE 3. Water properties o f pyrogenic soils Nr profilu Profile N o Poziom Horizon G łębokość pobrania Depth o f sampling Wilgotność przy pF Moisture at pF

Pory - Pores [wm] ERU 2 ,0 -2 ,7 |pF Zapas wody w warstwie Reserve o f water | in layer 0 -3 0 cm 2,0 2,7 >30 3 0 -0 ,2 PRU < 0,2 cm % v/v mm 1 A 0-16 36,3 30,7 16,7 21,2 15,1 |5,6 155 Otnil 16-33 69,5 65,7 13,0 34,4 35,1 |3,8 2 Otnil 2 -1 7 63,7 57,7 14,7 40,0 23,7 !6,0 197 Otni2 17-35 64,1 58,5 2,9 31,6 32,5 15,6 O/D 3 5-4 5 60,4 55,4 9,1 44,8 15,6 5,0 3 A sl 0-5 33,3 30,2 42,0 28,1 5,2 3,1 154 As 2 5-15 65,1 59,2 16,8 54,6 10,5 5,9 Otni 15-38 47,9 42,7 18,3 20,0 27,9 5,2 4 A sl 0-4 14,1 9,6 62,9 7,0 7,1 4,5 109 A s2 4 -1 4 25,5 22,2 48,5 15,1 10,4 3,3 Otni 14-26 4 8 ,4 43,8 17,3 18,4 30,0 4 ,6 5 A sl 0 -1 0 17,5 15,0 51,3 10,6 6,9 2,5 86 As2 10-20 2 4 ,9 22,5 45,3 14,0 10,9 2 ,4 Os 2 0 -3 5 43,5 39,5 32,5 25,7 17,6 3,8

Objaśnienia: PRU - potencjalna retencja użyteczna, ERU - efektywna retencja użyteczna; Explanation: PRU - potential useful retention, ERU - efective useful retention

(9)

TABELA 4. Skład granulo metryczny poziom ów mineralnych gleb popożarowych TABLE 4. Texture in mineral horizons o f pyrogenic soils

Nr profilu Profile N o Poziom genet. Genet. horizon Głębok. pobrania Depth o f sampling [cm]

% zawartości frakcji o średnicy w mm % content o f fraction with dia. in mm

Grupy granulometr. wg Texture according to PTG (2009) >2 2 -0,05 0 ,0 5 -0,02 0 ,0 2 -0,006 0 ,0 0 6 -0,002 < 0,0 0 2

1 A 0 -1 6 - 92 3 3 1 1 piasek luźny - sand

Dgg 5 0 -6 0 - 96 1 1 1 1 piasek luźny - sand

2 Dgg 5 4 -5 0 - 94 1 2 2 1 piasek luźny — sand

IIDgg 5 0 -6 0 - 46 6 12 5 31 glina piaszczysta ilasta

-sandy clay loam

3 A sl 0-5 - 88 4 4 2 2 piasek słabo gliniasty - sand

Dgg 5 0-5 5 - 62 1 4 5 28 glina piaszczysta ilasta

IIDgg 5 5 -6 0 - 94 1 0 0 5 piasek luźny - sand

4 A sl 0 -4 - 85 7 5 2 1 piasek gliniasty- loamy sand

As2 4 -1 4 - 87 5 6 I I piasek słabo gliniasty

Dgg 2 6 -5 0 - 95 1 1 1 I piasek luźny - sand

5 Dgg 8 0 -9 0 - 97 1 1 0 1 piasek luźny - sand

potencjalnej retencji użytecznej (PRU). W poziomach popiołowych ilość wody dostępnej dla roślin była niekiedy ponad 2-krotnie mniejsza niż w głębiej zalegających torfach. Ilość wody łatwo dostępnej dla roślin, określana jako efektywna retencja użyteczna (ERU), była we wszystkich poziomach glebowych niska i nie przekraczała 6,0% objętości gleby (tab. 3). Zdolności retencyjne gleb badanego obiektu, wyrażono także przez zapas wody gromadzony w warstwie 0-30 cm przy (PPW). Spadek retencyjności gleb obserwowany był zwłaszcza w profilach nr 4 i 5, w których pożar wykazywał ekstremalnie wysoką intensywność (tab. 3). Niska retencyjność gleb popożarowych była powodowana głównie przez wysoką odciekalność poziomów z popiołem. Cecha ta była związana z dużym udziałem makroporów glebowych (tab. 3).

Właściwości fizykochemiczne i chemiczne gleb

Pożar silnie modyfikuje odczyn gleb i zazwyczaj przyczynia się do wzrostu pH [Kutiel, Shaviv 1993]. Za zmianę odczynu gleb popożarowych odpowiada wzrost zawartości węglanów i wodorotlenków oraz znaczne straty kwasów organicznych w wyniku działania wysokich temperatur [De Bano 1991]. W badanych glebach poziomy z popiołem wykazywały odczyn od lekko kwaśnego do zasadowego. Zjawisko alkalizacji gleb po pożarze ma zazwyczaj charakter krótkotrwały i już po kilku latach odczyn gleb kształtuje się na poziomie zbliżonym do tego sprzed pożaru [Bogacz i in. 2006]. Wysoka temperatura pożarów wgłębnych prowadzi do znacznego obniżenia zawartości węgla ogólnego [Dikici, Yimaz 2006], często o 75 do 90% zawartości przed pożarem. Poziomy torfowe obiektu Grabków charakteryzowały się niską zawartością węgla (tab. 5). W poziomach z popiołem obserwowano spadek zawartości węgla w porównaniu z poziomami nieprzepalonymi. Niektóre z nich, wyraźnie zmienione przez pożar, zawierają jednak znaczne ilości węgla przekraczające 200 g*kg_1 gleby. Pożar w takich poziomach działa w zakresie niższych

(10)

TABELA 5. W łaściwości chemiczne gleb popożarowych - TABLE 5. Chemical properties o f pyrogenic soils Nr prof. Prof. N o Poziom glebowy Soil horizon Głębok. Depth

pH C N C/N Cu* Zn* Pb* Cr* Ni* Formy rozpuszczalne -

[mg • 100 g 1 gleby - ■

- Forms extractable** o f soil]

cm h2o KC1 g-kg"1 gleby - o f soil

mg-kg"1 gleby - o f soil grupa K grupa Mg grupa P

1 A 0 -1 6 4,9 3,8 31,6 6,44 4,9 3,0 6,4 11,0 7,3 0,95 I 6,4 I 14,2 III 19,7 Otnil 16-33 4,7 3,9 217 14,6 14,9 10,0 47,8 56,8 36,0 10,0 I 12,6 I 19,9 I 8,8 Otni2 33 -5 0 4,8 4,0 137 7,28 18,8 3,5 8,2 10,2 22,0 3,6 I 5,2 I 17,4 I 5,45 Dgg 5 0 -6 0 5,3 4,4 2,3 1,68 - śl. 1,45 1,85 2,9 śl. I 2,0 I 14,4 - śl 2 Os 0-1 6,6 6,0 389 18,3 21,3 130 865 65,1 13,4 12,4 V 400 V 277 V 413 Otnil 2 -1 7 4 ,4 3,6 154 10,6 14,5 12,0 28,2 51,2 16,2 7,4 II 27,0 I 22,7 II 17,5 Otni2 17-30 4,8 3,0 167 6,16 26,9 6,0 7,8 14,9 30,4 3,8 I 7,2 I 18,1 I 3,78 O/D 3 5-45 5,1 4,2 75,9 2,66 28,1 1,5 4,25 5,23 13,5 2,0 I 4,0 I 19,2 I 0,47 Dgg 4 5 -5 0 5,5 4,4 6,5 0,98 - 0,5 _2,1 2,35 _3,9 _0,6 _I _3,5 _I _15,8 _I _1,10 HDgg 5 0 -6 0 5,5 4,2 16,2 1,12 - 2,0 12,1 12,6 27,2 4,8 I 7,8 I 30,6 - śl 3 A si 0-5 6,5 6,1 34,4 5,46 6,3 2,5 34,1 26,2 11,1 3,95 V 110 III 64,5 III 206 As2 5-15 4,6 3,9 84,2 6,02 14,0 4,5 18,4 28,5 13,4 4,7 I 8,8 I 22,4 III 22,9 Otni 15-38 5,2 4,6 251 14,8 17,0 27,0 46,2 46,7 49,9 16,2 I 9,0 II 31,2 I 7,20 O/D 3 8 -5 0 5,2 4,6 109 4,48 24,2 4,0 15,0 14,8 34,2 9,0 I 5,2 I 26,4 I 2,64 Dgg 5 0-55 5,4 4,7 12,4 0,98 - 4,0 11,9 _11,1 20,4 9,4 I 7,2 - 26,3 I 1,35 IIDg 5 5 -6 0 5,2 4,7 5,6 0,28 - śl. 3,1 3,0 5,4 1,55 I 4,0 - _19,1 - śl 4 A s i 0 -4 7,6 7,4 10,7 5,74 1,9 18,0 51,8 70,2 32,6 17,8 V 80,0 III 79,0 III 222

As2 4 -1 4 8,0 7,9 25,5 1,12 23,2 27,0 91,7 81,7 32,6 14,4 III 25,0 II 50,5 III 120

Otni 14-26 5,9 5,4 230 11,5 20,0 10,0 22,8 37,4 58,8 15,2 I 8,0 II 28,5 I 8,60 Dgg 2 6 -5 0 5,8 5,3 3,9 0,42 - śl. 2,1 2,0 3,2 0,6 I 3,0 — 14,8 I 1,92 5 A si 0 -1 0 6,8 6,6 75,4 7,98 9,4 12,5 44,1 34,4 16,8 9,45 IV 36,0 II 45,0 III 95,0 As2 10-20 5,9 5,5 112 8,26 13,5 7,5 22,5 32,2 17,4 8,7 I 11,0 II 26,7 III 25,6 Os 20-3 5 6,3 6,3 245 11,5 21,3 12,0 22,6 79,4 46,6 33,6 I 11,0 II 35,9 II 20,7 Otnil 3 5 -5 0 4,0 4,0 215 10,6 20,3 8,0 26,4 36,3 44,8 39,0 I 8,0 II 26,5 I 4 ,0 2 Otni2 5 0 -8 0 4,1 3,8 219 11,8 18,6 10,0 19,8 29,1 20,4 26,2 I 6,0 I 23,3 I 6,40 Dgg 80 -9 0 5,0 4,7 5,9 0,56 - 0,5 1,5 1,65 2,0 1,25 I 3,0 - 16,2 I 0,82

*Całkowite zawartości - Total contents; **rozpuszczalne w HC1 0,5 mol-dm"3 - extractable in HC1 0.5 mol- d n f3; Objaśnienia: grupy zasobności: I - bardzo niska, II — niska, III - średnia, IV - wysoka, V - bardzo wysoka, - nie oznaczono; Explanation: groups o f wealthness: I - very low, II - low, III — mediate, IV - high, V - very high, - not identified

(11)

TABELA 6. W łaściw ości sorpcyjne gleb popożarowych TABLE 6. Sorption properties o f pyrogenic soils Nr profilu Profile N o Poziom genet. Genetic horizon Głębok. pobrania Depth sampling [cm] Ca2+ Mg2* K+ N a+ Kw S T V cmol(+)-kg 1 % 1 A 0 -1 6 0,6 0,41 0,21 0,12 3,2 1,34 4,54 30 Otnil 16-33 4,2 0,82 0,46 0,28 7,4 5,76 13,2 44 Otni2 3 3 -5 0 3,6 0,51 0,24 0,23 4,6 4,58 9,18 50 Dgg 5 0 -6 0 1,4 3,03 1,53 0,26 0,4 6,22 6,62 94 2 Os 0 -2 14,5 4,80 6,94 0,78 3,8 27,0 30,8 88 Otnil 2 -1 7 3,2 0,80 1,02 0,23 6,2 5,25 11,4 46 Otni2 17-30 6,4 1,27 0,27 0,35 3,2 8,29 11,5 72 O/D 35-45 3,0 0,59 0,15 0,21 2,0 3,95 5,95 66 Dgg 4 5 -5 0 1,2 0,40 0,16 0,17 0,2 1,94 2,14 91 IIDgg 5 0 -6 0 5,8 1,72 0,31 0,28 1,0 8,11 9,11 89 3 A s l 0-5 14,0 2,40 2,04 0,38 0,4 18,9 19,3 9 A s2 5-15 4,2 0,69 6,12 0,24 4,0 11,3 15,3 74 Otni 15-38 28,0 2,09 0,28 0,63 1,0 31,0 32,0 97 O/D 3 8 -5 0 16,0 1,49 0,17 0,45 0,4 18,1 18,5 98 D gg 50-55 9,2 1,80 0,28 0,38 0,6 11,7 12,3 95 II Dg 5 5 -6 0 2,2 0,58 0,15 0,19 0,2 3,12 3,32 94 4 A sl 0-4 56,0 1,87 1,02 0,87 — 59,8 59,8 100 A s2 4 -1 4 46,0 3,74 1,43 0,73 - 51,9 51,9 100 Otni 14-26 42,0 1,17 0,15 0,61 0,8 43,9 44,7 98 Dgg 2 6 -5 0 2,0 0,53 0,13 0,23 0,2 2,89 3,0 94 5 A sl 0 -1 0 26,0 2,00 1,12 0,59 0,4 29,7 31,1 99 As2 10-20 24,0 1,63 0,51 0,59 0,6 26,7 27,3 98 Os 20-3 5 54,0 1,79 0,24 0,90 1,0 56,9 57,9 98 Otnil 3 5 -5 0 28,0 2,11 0,34 0,80 1,2 31,2 32,4 96 Otni2 5 0 -8 0 20,0 1,35 0,26 0,57 3,0 22,2 25,2 88 Dgg 8 0-90 2,4 0,38 0,17 0,26 0,2 3,22 3,42 94

Objaśnienia: S - suma kationów zasadowych, T - pojemność kompleksu sorpcyjnego, V - stopień wysycenia kompleksu sorpcyjnego zasadami, K w - kw asow ość wymienna Explanation: S - sum o f base cations, T - cation exchange capacity, V - base saturation, Kw - exchangeable acidity

temperatur, co potw ierdzają prace H oskinga [1938]. W mineralnych poziomach popiołowych zawartość azotu była niższa niż w zalegających niżej poziomach organicznych nie przekraczając 9,0 g w 1 kg gleby (tab. 5). Małe zróżnicowane zawartości węgla i azotu w poziomach popiołowych doprowadziło do zawężenia relacji C/N nawet do 2:1. Tak niskie wartości tego wskaźnika wynikają z faktu, iż straty węgla są większe od strat azotu przy tych samych warunkach termicznych [Fernandez i in. 1997]. Pożar wpływa zazwyczaj na wzrost zawartości wapnia, magnezu, potasu i sodu w glebach organicznych. Badania Zaidelmana [1999] pokazują dwu-, a nawet trzykrotny wzrost zawartości makroskładników w popiele w porównaniu z organicznym materiałem wyjściowym. Składniki występują tu głównie w formie tlenkowej [De Bano 1998]. N a podstawie przyjętych przez IMUZ norm [Sapek, Sapek 1997] oznaczono zasobność gleb w fosfor, potas i magnez. Fosfor jest składnikiem, którego nagromadzenie występuje głównie w

(12)

2 Ł A. Bogacz, M. Chilkiewicz, P. Woźni czka

powierzchniowych poziomach popożarowych [De Bano 1991]. Badane w niniejszej pracy poziomy wykazywały średnią zawartość rozpuszczalnego fosforu. Zawartość rozpusz czalnego magnezu oscylowała w granicach niskiej i średniej zasobności (tab. 5). Kolejny m akroskładnik - potas w ykazywał silne zróżnicow anie zaw artości w glebach popożarowych od bardzo niskiej do bardzo wysokiej (tab. 5). Wzbogacenie gleby w potas, tak mocno zależne od temperatury pożaru [Sotos, Diaz Fierros 1993], obserwowano w poziomach powierzchniowych. Zawartość składnika była klasyfikowana jako wysoka bądź bardzo wysoka. Gleby popożarowe obiektu łąkowego charakteryzowały się wysokim udziałem kationów Ca+2, Mg+2, K+ oraz Na+ w kompleksie sorpcyjnym. W większości poziomów glebowych stopień wysycenia kompleksu sorpcyjnego kationami o charakterze zasadow ym (V) przekraczał 90%. W poziom ach pow stałych po pożarze torfu obserwowano często znaczny wzrost zawartości metali ciężkich [Zaidelman i in. 1999]. Ich wysoka zawartość wynika głównie z ubytku materii organicznej. Dokonana ocena stopnia zanieczyszczenia gleb metalami ciężkimi na podstawie Rozporządzenia Ministra Środowiska w sprawie standardów jakości gleb i jakości ziemi [Rozporządzenie... 2001], wskazuje na niewielkie przekroczenie w badanych glebach wartości granicznych w przypadku cynku, miedzi i ołowiu. Podwyższone zawartości tych metali stwierdzano zwykle w poziomach o niewielkiej miąższości (tab. 5), które były rozwiewane przez wiatr i rozmywane przez wodę.

PODSUMOWANIE I WNIOSKI

1. Pożar łąkowych gleb organicznych doprowadził do wytworzenia się na ich powierzchni nowych poziomów popiołowych As o znacznej miąższości. Gleby klasyfikowano więc jako murszowe, torfowo-murszowe lub mineralno-murszowe, niekiedy namurszowe. Zmiany cech morfologicznych, fizykochemicznych i chemicznych gleb stały się podstawą do klasyfikowania ich jako Gleysols lub Histosols z poziomem Novie. 2. Obecność w poziomach organicznych twardych, ostrokrawędzistych agregatów gle

bowych jest wynikiem rozwoju procesu murszowego oraz przepalenia murszy bądź torfów.

3. Pożar obniżył znacznie retencyjność wodną gleb. Zdolności do zatrzymywania wody w glebie były silnie ograniczone przez zmianę struktury poziomów z popiołem. 4. W wyniku pożaru nastąpiło wyraźne wzbogacenie poziomów popiołowych w wapń,

magnez, sód i potas.

5. Proces spalania wpłynął na obniżenie zawartości węgla i azotu w poziomach popożaro wych. W niewielkim stopniu wzrosła w nich natomiast koncentracja metali ciężkich. 6. Wysoka intensywność pożaru, w znacznej części badanego obiektu, doprowadziła

do powstania niekorzystnych cech gleb. W wyniku silnej degradacji gleb istnieją obecnie duże trudności ich ponownego, rolniczego użytkowania.

LITERATURA

BOGACZ A., MICHALCZYK A., WAŚKO A., SZULC A ., MILLER A. 2006: Oddziaływanie pożarów na leśne gleby organiczne Nadleśnictwa Chocianów. Wyd. SGGW, Warszawa: 2 2 3 -2 3 2 .

BYRAM G.M. 1959: Combustion o f forest fuel. W: DAVIS K P. [ed]. Forest fire control and Use. Me Graw- H ill, N ew York: 6 1 -8 9

(13)

DE BA N O L.F. 1991: The effects o f fire on the soil properties.W: HARVEY A .E., L.F. NEU ENSCH W AN- DER. Proceedings: Management and Productivity o f Western-Montane Forest Soil. U SD A Forest Service, General Technical Report IN T-280, 1 5 1 -1 5 6 .

DE BAN O L.F., NEARY D.G., FOLLIOTT PF. 1998: Fire's effects on ecosystem. John Wiley&Sons Inc. N ew York: 8 4 -1 2 3 .

EWEL K.C., MITSCH W.J. 1978: The effects o f fire on species com position in cypress dome ecosystem s.

F lorida S cien tists 41: 2 5 -3 2 .

FER N A N D E Z I., C A B A N EIR O A ., C A R B ALL AS T. 1997: Organic matter changes im m ediately after a wildfire in an Atlantic forest soil comparison with laboratory soil heating. S o il Biol. Biochem. 2: l - l 1. GONET S.S., DZIADOWIEC H , BUĆKO M. 2009: M orfologia profili oraz w łaściw ości chem iczne i zasoby

materii organicznej w glebach po pożarze w borze sosnowym . Rocz. Glebozti. 60, 2: 3 2 -3 8 .

HOSTING J.S. 1938: The ignitron at low temperatures o f the organic master in soil. J. Agricult. Sci. 28: 3 8 6 - 4 0 2 .

K UTIEL P., SIIAVIV A. 1993: E ffects o f so il type, plant com p osition, and leach in g on so il nutrients follow in g sim ulated forest fire. F orest E c o lo g y a n d E nvironm ent 53: 3 2 9 -3 4 3 .

LIPKA K., GOTEK K. 1995: Pożary torfowisk jako następstwa pomelioracyjnego przesuszenia. Zesz. Nauk.

AR K raków 298, Ses. Nauk. 45: 1 0 3-111.

LYNN W.C., MCKINZIE W.E., GROSSM AN R.B. 1974: Field laboratory tests for characterization o f ITisto- sols. W: Histosols: Their Characteristics, Classification and Use. (ed.): STELLY M ., SSSA Spec. Pub. 6 M adison, WI: 1 1 -2 0 .

OKRUSZKO H. 1971: Określenie ciężaru w łaściw ego gleb hydrogenicznych na podstawie zawartości w nich części mineralnych. Wiad. IM UZ 10, 1: 4 7 -5 4 .

OKRUSZKO II., PIAŚCIK II. 1990: Charakterystyka gleb hydrogenicznych. Wydawn. ART, Olsztyn: 1 0 9 -

122.

P N -76-G -02501. 1977: Oznaczanie gatunku, rodzaju i typu torfu: 1-11.

POLSKIE TOW ARZYSTW O GLEBOZNAW CZE 2009: K lasyfikacja uziarnienia gleb i utworów mineral nych - PTG 2008. Rocz. G lebozn. 60, 2: 5 -1 6 .

RODLEY J. 1962: Peat erosion on the high moors o f Derby Shire and West York Shire. E ast M eadlands

G eo g ra p h er 3, 17: 4 0 -5 0 .

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA z dnia 9 września 2002 w sprawie standardów jakości gleby i standardów jakości ziemi. Dz. U. 2002 nr 165 poz. 1359.

SAPEK A ., SAPEK B. 1997: M etody analizy chemicznej gleb organicznych. IMUZ Falenty: 3 1 -3 2 . SOTO B., DIAZ FIERROS F. 1993: Interaction between plant ash leachates and soil. International J. Wildland

Fire 3, 4: 2 0 7 -2 1 6 .

SYSTEM ATYKA GLEB POLSKI 1989: Rocz. G lebozn. 40, 3/4: 1-150.

ULERY A.L., GRAHAM R.C. 1993: Forest fire effects on soil color and texture. Soil Sci. Soc. Am. J. 57: 1 3 5 - 1 4 0 .

WORLD REFERENCE BASE FOR SOIL RESOURCES (WRB) 2006: Food and Agriculture Organization o f the United N ations Rome.

ZAIDELM AN F.R., BAN NIK O V M.V., SHVAROV A.P. 1999: Properties and Fertility o f Pyrogenic forma tions on Burnt Drained Peaty Soils. E urasian Soil Science 32, 9: 1 0 32-1039.

ZAIDELM AN F.R., SHVAROV A.P. 2002: Pyrogenic and hydrothermic degradation o f Peat Soils. A groeco

logy, S an d cultures, R em ediation. M oscow State U niversity Press: 4 3 -4 5 .

Dr hab. inż. Adam Bogacz

Instytut Nauk o Glebie i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy 50-357 Wrocław, ul. Grunwaldzka 53