Zawartość makroelementów w materiale zmywanym i w erodowanych glebach Kotliny Kłodzkiej

RO C ZNIK I G L E B O Z N A W C Z E TOM LIX N R 3 /4 W ARSZAW A 200 8 : 1 0 8 -1 1 4

JAROSŁAW KASZUBKIEW ICZ1, WANDA TASZ2, MARIA ANDRZEJCZAK1

ZAWARTOŚĆ MAKROELEMENTÓW

W MATERIALE ZMYWANYM I W ERODOWANYCH

GLEBACH KOTLINY KŁODZKIEJ

MACROELEMENTS CONTENT IN FLUSHED MATERIAL

AND IN ERODED SOILS FROM „KOTLINA KŁODZKA’

'instytut Nauk o Glebie i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu; 2CBPM CUPRUM spółka z o.o.

A b s tr a c t: In K otlina K łod zk a (district B ystrzyca K łod zka ) during the period o f 2 0 0 3 (A p ril) -

2 0 0 5 (A u g u st) the study o f water erosion w as carried out on tw o s o ils caten a (m ed iu m slo p e 13.6% and 9.5% ). T he first ob ject w as represented by lim esto n e soil - brow n rendzina (N o w y W aliszó w ), seco n d by au to g en ic acid brow n soil (Stary W aliszów ). T he parent m aterial o f both so ils w as silt loam . D uring the research about relations b etw een the am ount o f flush ed material and its con cen tration a sp ecia l attention w as g iv en to con ten t o f m a cro elem en ts (p h osp h oru s, p otassiu m , m a g n esiu m ) in flu sh ed soil m aterial and accu m u lation h orizon s. T his paper presents results o f a 3 -year field experim en t.

S ło w a k lu c zo w e : zaw artość, m akroelem enty, m ateriał zm yw an y, p o zio m akum ulacyjny. K e y w o rd s: co n ten t, m acro e le m en ts, eroded so il, accu m ulation horizon .

WSTĘP

Wśród sześciu regionów o różnym stopniu degradacji przez erozję wodną Kotlina Kłodzka znajduje się w grupie średnio zdegradowanych obszarów, gdzie jako czynnik degradacyiny najw iększe znaczenie ma spłukiwanie p ow ierzchniow e [Józefaciuk, Józefaciuk 1994].

W terenach górzystych erozja gleb może przybierać różne formy (denudacyjne, erozyjne czy akumulacyjne) [Prochnal 1973]. Jednym z najsłabszych i mało widocznych procesów denudacyjnych są zmywy powierzchniowe. Nieodwracalne procesy spłukiwania i zmywania gleby, w zależności od nasilenia czynników wywołujących przemieszczanie się materiału, mogą prowadzić do destrukcji i niszczenia gleby.

Zawartość makroelementów w materiale zmywanym i w erodowanych glebach... 109

Uprawa zb oczy zaw sze w zm aga aktywność procesów erozyjnych [Вас, 1928; Reiniger 1950; Świętochowski 1964; Toy i in. 2002; K owalczyk A. 2007]. Działalność rolnicza dodatnia wstrzym uje spłukiwanie cząstek gleby. Ujem na jest związana z degradacją siedliska glebow ego poprzez zubożenie żyzności, aktywności biologicznej czy pogorszenie warunków fizyko-chemicznych. Zjawiska te, są związane bezpośrednio ze spłukiwaniem zm ytego materiału oraz zawartych w nim składników gleby.

C elem badań było scharakteryzowanie, na wybranych, erodowanych obszarach zjawiska ubytku składników pokarmowych, wymywanych wraz z materiałem glebo­ wym, na tle ich zawartości w poziomach akumulacyjnych.

MATERIAŁY I METODYKA BADAŃ

W Kotlinie Kłodzkiej (gmina Bystrzyca Kłodzka), w okresie od kwietnia 2003 dQ sierpnia 2005, analizowano dwie toposekwencje gleb na w ysokości 4 5 0 -5 0 0 m n.p.m. [Chodak i in. 2005; K aszubkiewicz i in. 2007]. Pierwszy obiekt reprezentowany był przez rędzinę brunatną (N ow y W aliszów) i stanowił pole obsiewane zbożami jarymi i ozimymi (jęczmień jary, owies, pszenica jara i pszenica ozima) o średnim spadku 13,6% i długości 390 m. Drugi obiekt był reprezentowany przez glebę brunatną kwaśną (Stary W aliszów), stanowił pole obsiewane zbożami jarymi i ozimymi, a w ostatnim roku badań gryką. Pole charakteryzował średni spadek 9,5% i długość stoku 230 m.

W badaniach, oprócz spływu powierzchniowego występującego na obu obiektach, jego w ielkości i natężenia, analizowano również zawartość fosforu, potasu i magnezu w materiale zm ywanym oraz w poziomach akumulacyjnych badanych gleb. Zawartość składników przyswajalnych w zmywanym materiale glebowym, w całym okresie badań, oznaczono na obu obiektach w następujących terminach: 24.05.2004 r., 22.08.2004 r., 22.11.2004 r., 19.05.2005 r., 07.06.2005 r. i 20.08.2005 r.

Badania zasobności poziom ów akumulacyjnych w makroelementy przeprowadzono w roku 2003 i 2004 oraz w 2006. już po zakończeniu doświadczenia. Zawartości przyswajalnych form makroskładników określono za pom ocą metody Egnera-Riehma (fosfor i potas) oraz m etody Schachtschabela (m agnez). Straty m akroelem entów przedstawiono w formie tlenkowej.

W glebach obu obiektów zainstalowano urządzenia służące do pomiaru w ielkości zm ywanej gleby w postaci chw ytaczy. Składały się one z poletka pom iarow ego otoczonego plastikową barierką oraz lynny i studzienki gromadzącej spływy powierzch­ niowe. Poletka m iały w ielk ość 2 i 4 m2. Powierzchnia gleby na każdym poletku pomiarowym, była obsiana tym samym zbożem , co całe pole. M ontaż chw ytaczy poprzedziły badania m orfologii i w ła ściw o ści gleb w m iejscach ich lokalizacji. Gromadzącą się w studzienkach zawiesinę odpompowywano za pom ocą ręcznej pompy do butli i transportowano do laboratorium. Tam m ierzono objętość zaw iesiny, a następnie odparowywano ją na łaźni wodnej. Na obiekcie N ow y Waliszów zainstalowano 5 urządzeń pomiarowych. Odległości m iędzy chwytaczami wynosiły: pom iędzy górą a środkiem stoku 250 m i pom iędzy środkiem a dołem stoku 100 m. O dległości wym ienionych urządzeń od górnej krawędzi stoku wynosiły: 20 m góra stoku, 270 m środek stoku i 370 m dół stoku (rys. 1). Na obiekcie Stary W aliszów zainstalowano 4 urządzenia pomiarowe. O dległości m iędzy urządzeniami pom iarowym i wynosiły, pomiędzy górą a środkiem stoku 100 m i pomiędzy środkiem a dołem stoku 90 m (rys. 2).

1 1 о J. Kaszubkiewicz, W Tasz, M. Andrzejczak

RYSUNEK 1. Model ukształtowania powierzchni terenu, obiekt nr 1 - Nowy Waliszów FIGURE 1. Model of soil catena, object 1 - Nowy Waliszów

RYSUNEK 2. Model ukształtowania powierzchni terenu, obiekt nr 2 - Stary Waliszów FIGURE 2.Model of soil catena, object 2 - Stary Waliszów

Zawartość makro elementów w materiale zmywanym i w erodowanych glebach... 111

Uprawę roli prowadzono sposobem tradycyjnym (uprawa pożniwna - podorywka na g łę b o k o ść 1 0 - 1 2 cm , orka p rzed zim o w a - g łę b o k o ść 2 7 - 2 9 cm , uprawa przedsiewna - brona ciężka - głębokość 10 cm i siew tradycyjny). Głównym narzę­ dziem uprawowym był pług odkładnicowy, a wszystkie zabiegi, od uprawy pożniwnej do siewu włącznie, wykonywane były w oddzielnych przejściach (zw ykle zgodnie z kierunkiem spadku stoku). Resztki pożniwne (słoma) w formie sieczki wym ieszano z glebą stosując podorywkę.

N a w o żen ie m ineralne w yk on yw an o dw uetapow o: przed siew n ie i p o g łó w n ie. Zastosowano polifoskę na wszystkich poletkach w pierwszym roku badań, a w drugim 1 trzecim roku superfosfat potrójny na poletku nr 4 w Starym W aliszowie i na poletku 2 i 3 w N ow ym W aliszowie (tab. 1).

TABELA 1. Poziom nawożenia mineralnego [kg • h a'1] na omawianych obiektach TABLE 1. Fertilization [kg ■ ha“1] on study objects

Rok Year

N o w y W aliszów Stary Waliszów

Chwytacze/C atchers - 1, 2, 3 С hwytacze/C atchersi -■ 4, 5 С hwytacze/C atchers 1, 2, 3, 4 N

_pA

_pA

2004 X 36 X X X X X 24 X

2005 X 38 X X X X X 24 X

N astępstwo roślin było nieprawidłowe. W wyniku zastosow anego zmianowania zw yk le w ystępuje p ogorszen ie stanu sanitarnego gleby oraz jej ży zn o ści, co w konsekwencji m oże doprowadzić do znacznego spadku plonu uprawianych roślin. Wspomniane uproszczenia doprowadziły w konsekwencji do stosowania płodozmianów zbożowych, bez uprawy międzyplonów.

OMÓWIENIE WYNIKÓW

W całym okresie badań zawartość fosforu w materiale zgromadzonym w chwyta- czach, kształtowała się w Now ym Waliszowie w granicach od 8,5 m g /l00 g (20.08.2005) - chwytacz nr 5 do 557,5 mg/100 g (28.08.2004) - ten sam chwytacz. Średnio 132,7 m g /l00 g gleby, przy średniej zawartości fosforu w poziomach akumulacyjnych w yno­ szącej 8,8 mg/100 g gleby. Tempo wymywania fosforu kształtowało się w przedziale od 0,18% do 0,29% jego zawartości w poziomach akumulacyjnych gleb. W Starym Waliszowie zawartość badanego pierwiastka w zmywanym materiale wynosiła od 8,3 mg/100 g gleby (20.08.2003) - chwytacz nr 3 do 345,0 m g/100 g gleby (22.08.2004) - chwytacz nr 2 (tab. 2).

Średnia zawartość fosforu w materiale gromadzonym w zbieraczach w yniosła 123,2 m g/100 g gleby, przy średniej zawartości w poziomach akumulacyjnych rzędu 11,5 m g/100 g gleby. N a obiekcie nr 2 tempo wym yw ania fosforu kształtow ało się w granicach od 0,47% do 0,70% jego zawartości w poziomach akumulacyjnych gleb.

Z badań wynika ponadto, że w przypadku występowania intensywnych zm ywów materiału glebow ego, co związane było z w ielkością i intensywnością opadów atmo­ sferycznych, koncentracja fosforu w zmywanym materiale była niska, natomiast wyższe koncentracje fosforu w zmywanym materiale zaobserwowano przy małych intensyw- nościach zm yw ów pow ierzchniow ych.

112 J. Kaszubkiewicz, W. Tasz, M. Andrzejczak

TABELA 2. Straty fosforu (P 20 5) w cyklach rocznych TABLE 2. L oss o f phosphorus (I% 05) in year periods

Okres Period 2 3 .0 3 .2 0 0 4 - 19.04.2005 2 4 .0 5 .2 0 0 4 - 0 7 .0 6 .2 0 0 5 2 2 .0 8 .2 0 0 4 - 2 0 .0 8 .2 0 0 5 Dni Days 392 379 363

j Ilość wymytego fosfom ! Loss o f phosphorus j [kg ■ ha'1] j I N ow y j Waliszów j 1,98 ! 1,72 ; и 5 Stary Waliszów 4,75 ! 5,12 13,29

Ilość wymytego fosforu skorygowana do 365 dni Loss o f phosphorus in year period [kg • ha-1] N o w y Waliszów Stary Waliszów 1,84 1,66 1,15 4,42 4,93 3,30

Zawartość potasu w zmywanym materiale na obiekcie nr 1 kształtowała się w przedziale od 28,1 m g/100 g gleby (20.08.2003) - chwytacz nr 4 do 2 097,5 m g/100 g gleby (22.08.2004) - chwytacz nr 1. Średnia koncentracja potasu w zmywanym materiale w yniosła 286,6 m g/100 g gleby, przy średniej koncentracji potasu w poziom ach akumulacyjnych gleb rzędu 26,66 mg/100 g gleby. Tempo wymywania potasu z obiektu nr 1, kształtowało się w przedziale od 0,21% do 0,28% zawartości tego pierwiastka w poziomach akumulacyjnych gleb.W Starym Waliszowie zawartość potasu w zmywanym materiale kształtowała się w przedziale od 31,9 mg/100 g gleby (22.11.2004) - chwytacz nr 3 do 4 137,5 mg/100 g gleby (22.08.2004) - chwytacz nr 2.

Średnia koncentracja tego pierwiastka w poziomach akumulacyjnych wynosiła 31,33 m g/100 g gleby, przy średniej koncentracji 317,4 m g/100 g gleby potasu w zmywanym materiale glebowym . Na obiekcie nr 2 tempo wymywania potasu kształtowało się w przedziale od 0,28% do 0,37% zawartości potasu w poziomach akumulacyjnych gleb.

Na obu obiektach zaobserwowano - podobnie, jak w przypadku fosfom - zależność występującą pom iędzy intensywnością zm ywów a koncentracją potasu w zmywach.

Zawartość magnezu w zmywanym materiale kształtowała się w Nowym Waliszowie w przedziale od 10,9 mg/100 g gleby (07.06.2005) - chwytacz nr 5 do 129,0 mg/100 g gleby (06.11.2003) - chwytacz nr 1. Średnia koncentracja magnezu w zmywanym materiale glebowym wynosiła 41,1 mg/100 g gleby, przy średniej koncentracji magnezu w poziomach akumulacyjnych gleb wynoszącej 21,5 mg/100 g gleby. W Starym Waliszowie zawartość magnezu w zmywanym materiale kształtowała się w przedziale od 7,3 mg/100 g gleby

TABELA 3. Straty potasu (K 20 ) w cyklach rocznych TABLE 3. L oss o f potassium ~(K20 ) in year periods

Okres Period

Dni Days

Ilość wymytego potasu Loss o f potassium [kg • ha'1]

Ilość wymytego potasu skorygowana do 365 dni Loss o f potassium in year period [kg • ha-1] N o w y Waliszów Stary Waliszów N o w y Waliszów Stary Waliszów 2 3 .0 3 .2 0 0 4 - 19.04.2005 392 3,99 6,02 3,72 5,61 2 4 .0 5 .2 0 0 4 - 0 7 .0 6 .2 0 0 5 379 3,74 6,66 3,60 6,41 2 2 .0 8 .2 0 0 4 - 2 0 .0 8 .2 0 0 5 363 2,79 4,86 2,81 4,86

Zawartość makroelementów w materiale zmywanym i w erodowanych glebach... 113

TABEL 4. Straty m agnezu (M g O ) w cyk lach rocznych T A BLE 4. L o ss o f m agnesium (M g O ) in year period s

Okres Period Dni Days i 1 I lo ś ć w y m y te g o m agn ezu L o s s o f m a g n esiu m [k g • h a -1] I lo ś ć w ym yte s k o r y g o w a n a L o s s o f m agi y e a r p e r io d

:go m agn ezu d o 3 6 5 dni le s iu m in ;kg • ha"1] N ow y Waliszów Stary Waliszów N o w y Waliszów Stary Waliszów 2 3 .0 3 .2 0 0 4 - 19.04.2005 392 0,33 0,74 0,31 0,69 2 4 .0 5 .2 0 0 4 - 0 7 .0 6 .2 0 0 5 379 0,31 1,68 0,30 1,62 2 2 .0 8 .2 0 0 4 - 2 0 .0 8 .2 0 0 5 363 0,31 1,69 0,31 1,70

(24.05.2004) - chwytacz nr 4 do 232,0 mg/100 g gleby (22.08.2004) - chwytacz nr 2. W Nowym Waliszowie straty magnezu stanowiły 0,04% zawartości tego pierwiastka w poziomach akumulacyjnych.

Średnia zawartość magnezu w glebach tego obiektu, w prowadzonym okresie badań, wyniosła 32,8 m g/l 00 g gleby, natomiast w zmywanym materiale 20,6 m g /l00 g gleby. Tempo wymywania magnezu, na obiekcie nr 2 kształtowało się w przedziale od 0,15% do 0,36%.Tylko w przypadku obiektu Nowy Waliszów zaobserwowano zależność pomiędzy intensywnością zm ywów a koncentracją pierwiastka w zmywanym materiale glebowym - podobnie jak w przypadku fosforu i potasu.

W przypadku analizy strat fosforu i potasu na szczególną uwagę zasługują dwa terminy: 2 0.08.2003 i 22.08.2004. Pierwszy jest zw iązany z najniższym i stratami om awianych pierw iastków na obu obiektach, drugi z najw yższym i. W przypadku m agnezu nie zaobserw ow ano takiej zależn ości. Badania laboratoryjne materiału glebow ego z poziom ów akumulacyjnych wykazały, że w e w szystkich przypadkach zawartość fosforu i potasu była najwyższa w pierwszym roku po nawożeniu (2004). Zawartość badanych makroelementów w roku 2006 była niższa od zawartości w roku 2004, ale w yższa od zawartości w roku 2003. Wyjątek stanowi Stary Waliszów, gdzie zarówno zawartość fosforu, jak i potasu w roku 2006 była niższa. Na uwagę zasługuje m agn ez, k tó reg o z a w a rto ść w p o zio m a ch ak u m u lacyjn ych na 4 z 5 p o letek doświadczalnych w N ow ym W aliszowie była niższa w roku 2006 w porównaniu z zawartością z roku 2003. Zawartość magnezu nie wzrosła również w pierwszym roku po nawożeniu w 6 przypadkach na 9 badanych (N ow y i Stary W aliszów).

Wzrost zawartości fosforu i potasu w badanych glebach przyniósł również zmianę ich klasy zasobności.

Stw ierdzono dodatnie korelacje pom iędzy w ielk ościam i strat p oszczególn ych składników pokarmowych: dla fosforu i potasu 0,431 (P < 0,001), dla potasu i magnezu 0,588 (P < 0,001) oraz dla fosforu i magnezu 0,295 (P < 0,05).

Podobne badania, dotyczące w szczególności zależności w ielkości zmywu materiału glebow ego od rodzaju uprawy i spadku terenu, były prowadzone przez Kopcia [1992].

114 J. Kaszubkiewicz, W. Tasz, M. Andrzejczak

WNIOSKI

1. Stwierdzono istotne, dodatnie korelacje pomiędzy wielkościam i strat poszczególnych składników pokarmowych: dla fosforu i potasu 0,431 (P < 0,001), dla potasu i magne­ zu 0,588 (P < 0,001) oraz dla fosforu i magnezu 0,295 (P < 0,05).

2. Tempo wym ywania fosforu, potasu i magnezu z gleb było zaw sze w yższe w transek- cie gleb Stary Waliszów. Uwarunkowane to było konfiguracją i stopniem nachylenia zboczy na obu obiektach.

3. Straty związane z wym ywaniem fosforu i potasu w badanym okresie czasu rekompen­ sowane były nawożeniem mineralnym.

LITERATURA

BAC S. 1928: Przyczynek do badań nad zmianą położenia powierzchni ornych gm ntów lessow ych.

Rocz. Nauk Roln. i Leśn. Poznań.

CH O DAK T., K A SZU BK IEW IC Z J., TASZ W. 2005: Badania w pływ u czyn ników fizjograficznych i w łaściw ości górskich gleb w ap niow cow ych użytkow anych rolniczo w gm inie Bystrzyca Kłodzka, na przebieg erozji oraz stopień degradacji środowiska gleb ow o-w od n ego. Etap III. m aszynopis, W rocław: 67 ss.

JÓZEFACIUK J., JÓZEFACIUK A. 1994: Próba erozyjnej regionalizacji obszarów Polski dla celów m elioracji przeciw erozyjnych. Rocz. AR Pozn. 266: 2 7 3 -2 8 0 .

K ASZU BK IEW IC Z J„ TASZ W., AN DRZEJCZAK A. 2007: W pływ rzeźby terenu i opadów atm os­ ferycznych na w ielk ość strat materiału gleb ow ego, ładunek m akroelem entów i zasolenie na wybra­ nych toposekw encjach w Sudetach. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 520: 4 9 1 -5 0 1 .

KOPEĆ S. 1992: Z ależność w ielk ości zm ywu materiału gleb ow ego od rodzaju uprawy i spadku terenu w warunkach górskich. Zesz. Nauk. AR-Krak. 271,35: 111-121.

KOW ALCZYK A. 2007: O bliczenia wielkości erozji wodnej gleb na obszarach górskich. Woda Środow i­

sko O b sza iy Wiejskie 7,1: 91 -1 0 3 .

PROCHNAL Р. Г973: Erozja gleb na terenach podgórskich i górskich w P olsce. Zesz. Probl. Post. Nauk

Roln. 1 3 8 :7 3 -8 3 .

REINIGER A. 1950: Próba oceny i nasilenia i zasiągów potencjalnej erozji wodnej gleb w Polsce. W: Badania nad erozją gleb w Polsce. Вас S., Ostrołęcki J. (red.) Rocz. Nauk Roln. 54: 1-61.

ŚW IĘTOCHOW SKI B. 1964: Erozja jednym z w ielu czynników w pływ ających na gospodarkę rolną.

Wiad. IM U Z 4,3: 9 -2 1 .

TOY T. J., FOSTER G. R., R E N A R D K.G. 2002: Soil Erosion. Process, Prediction, M easurement and Control. John W iley & Sons, Jnc. 338 ss.

Mgr inż. Maria Andrzejczak

Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Instytut Nauk o Glebie i Ochrony Środowiska v e lv e tll@ o p .p l