R O C Z N IK I G L E B O Z N A W C Z E , T. X X X I, N R 3/4, W A R S Z A W A 1980
R Y S Z A R D T U R S K I, M A R IA F L IS -B U J A K
P R Z E M IA N Y Z W Ą Z K Ó W P R Ó C H N IC Z N Y C H W P O D O B N IE U Ż Y T K O W A N Y C H G LE B A C H R Ó ŻNE G O P O C H O D Z E N IA i
Instytut G leboznaw stw a i Chem ii R olnej A R w Lu blin ie
Skład i właściwości gleby kształtują się pod w pływ em zmiennych czynników glebotwórczych. Szczególnie związki próchniczne są jednym z komponentów, których ilość i jakość jest uzależniona od układu czyn ników glebotwórczych. Mimo że związki próchniczne w stosunku do fa zy mineralnej gleby odznaczają się dużą dynamiką, są jednak na tyle trwałe, że można je traktować jako cechę diagnostyczną i kryterium typologiczne.
W glebach uprawnych zespół naturalnych czynników glebotwórczych zostaje w różnym stopniu zdominowany przez czynnik antropogenicz ny. Jest to uzależnione od intensyfikacji produkcji rolniczej. Jak w y kazały liczne badania, odbija się ona na jakości związków próchnicz- nych, a ich zmiana często nie jest pożądana.
Niniejsza praca zawiera w yniki badań gleb różnego pochodzenia pod danych podobnemu procesowi technologicznemu.
C H A R A K T E R Y S T Y K A M A T E R IA Ł U I M E T O D Y K A B A D A Ń
Do badań wytypowano następujące gleby (tab. 1):
— czarnoziem leśno-łąkowy zdegradowany w ytw orzon y z lessu (kom pleks pszenny, dobry),
— płową w ytworzoną z lessu (kompleks pszenny dobry),
— płową w ytw orzoną z glin zw ałow ych z oznakami oglejenia opa dowego (kompleks żytni bardzo dobry),
— bielicową w ytw orzoną z piasku (kompleks żytni słaby).
Na wym ienionych glebach założono w ieloletnie doświadczenia o zróż nicowanym udziale zbóż w płodozmianie, według schematu:
i Praca wykonana w ram ach tematu „D ynam ika substancji organicznej w g le bie pod uprawą monokultur i w zm ianow aniu” , finansow anego przez IU N G w P u ławach.
00 о о
S kład mechaniczny i n ie k t ó re w ła ś c iw o ś c i badanych g le b M echanical com position and some p r o p e r t ie s o f the s o i l s i n v e s t i g a t e d
T a b e l a 1 P o l e Ü.0- d ojw i a d c z a l - ne .-experimental f i e l d Poziom i głębo k o ść w cm Horizon and depth
in cm
Procentowa zaw artość f r a k c j i mecha nicznych o śre d n ic y c z ą s te k w mm P erc e n tu al content o f m echanical fr a c t io n s v/ith p a r t i c l e s o f mm in d i a i pH Kwasowość h y - d r o lit y c z n a me/10 0 g H y d ro ly t ic a c i d it y i n me/10 0 g Zawartość Content % P rz y sw a ja ln e s k ła d n ik i w mg/1 0 0 g g le b y A v a i la b le compounds i n mg/10 0 g o f s o i l 1-0 f 1 0,1-0 ,0 2 < 0 ,0 2 H20 KC1 w próchnicy o f humus w CaC0 3 P2°5 KgO Mg A A1 0-20 8 5 ° 42 6 ,4 5,0 2,63 2,46 0 ,0 2 , 1 5,4 12 ,8 В A1 0-20 7 59 34 6,7 5,8 1,58 1,63 0 ,0 12,3 1 1 , 0 9,4 С A 1 0 -2 0 56 25 19 6 ,2 5,3 2,31 1,52 0 ,0 5,8 5,8 2 ,6 D A 1 0 -2 0 83 9 5 5,4 3,9 - 1,0 0 0 ,0 11,3 6,8 -A - czarnoziem - chernozem
3 - g le b a płowa wytworzona z le s s u - s o i l l e s s i v e develo ped from lo e s s
С - g le b a płowa wytworzona z g li n y le k k ie j - s o i l l e s s i v é d evelo ped -from l i g h t loam D - g le b a b ie lic o w a wytworzona z piask u - po d z ol s o i l develo ped from sand
T u rs k i, M . F li s -B u ja k
Chemia gleby 301 okopow e ** zboża pastewne zboża okopowe ** Zmianowanie pastewne ** zboża ** zboża zboża zboża zboża zboża zboża zboża zboża zboża Udział zbóż w °/o 50 75 75 100 ** — 300 q/ha obornika
Próbki pobierano z poziomu A x gleb z poletek o dodatkowo zróżni
cowanym nawożeniu: czarnoziem — 240 i 360 kg/ha N P K , gleba płowa w ytworzona z glin — 180 i 360 kg/ha N P K , natomiast gleba wytworzona z piasku — 200 i 300 kg/ha N P K (średnio rocznie dla zmianowania). Na glebie płow ej w ytw orzon ej z lesssu p rzy nawożeniu 220 kg/ha N P K w prowadzono w ariant z zastosowaniem herbicydów. Próbki pobrano w ósmym roku prowadzenia doświadczeń. Dodatkowo pobrano próbki z analogicznych gleb pod lasem.
A n a lizy składu próchnicy i badania budowy kwasów huminowych dokonano ustaloną poprzednio metodyką [3]. Zebrany materiał opraco wano statystycznie. W niniejszej pracy przedstawiono jedyn ie zróżni cowanie ,w związkach próchnicz<nych w glebach pod płodozmianem nor- folskim i monokulturą, ponieważ podobnie jak w poprzednich badaniach stwierdzono brak zróżnicowania w związkach próchnicznych w płodo- izmianach o 50- i 75-procentowym udziale zbóż [3].
Z badań wynika (rys. 1 i 2) pewna odrębność gleby czarnoziemnej pod lasem w stosunku do pozostałych gleb identycznie użytkowanych. Odrębność ta przejaw ia się w m niejszej zawartości frak cji wolnych i luźno związanych z mineralną fazą gleby, a większej zawartości frak cji trwałych. W stosunku do g le b y płowej w ytw orzonej z lessu czarnoziem je s t w yraźnie bogatszy w związki próchniczne silnie związane z m ine
ralną częścią gleby (frakcja III); w stosunku do pozostałych bogatszy w nie hydrolizującą resztę (frakcja IV ).
Układ taki jest wynikiem trwania w czarnoziemie (niezależnie od jego pochodzenia [1, 6]) oznak dominacji procesu darniowego, prowa dzącego do akumulacji próchnicy.
W p ływ zmiany użytkowania (przejście z gleb leśnych w uprawne) na skład związków próchnicznych badanych gleb dał się zauważyć w glebie płowej w ytw orzonej z glin y i bielicowej w ytw orzonej z piasku. U jaw niło się to w spadku frak cji ,,w o ln e j” i ruchliwej (frakcja I) i we wzroście zawartości nie hydrolizującej reszty. W p ływ zmiany użytko wania na zw iązki próchniczne gleby płow ej w ytw orzonej z lessu był mniej widoczny, co zgodne jest z wynikam i uzyskanymi wcześniej [7].
Jakość kwasów huminowych przy przejściu na użytkowanie rolnicze
302 R. Turski, M. Flis-Bujak
Rys. 1. Skład zw iązk ów próchnicznych badanych gleb
A — c z a rn o z ie m ; В — g le b a p ło w a w y t w o r z o n a z lessu, С — g le b a p ło w a w y t w o r z o n a z g lin y
le k k ie j, D — g le b a b ie lic o w a w y t w o r z o n a z p ia sk u ; I — fr a k c ja w y e k s tr a h o w a n a N a 4P 20 7 p r z y p H 7, li — f r a k c ja w y e k s tr a h o w a n a N a O H , I I I — fr a k c ja w y e k s tr a h o w a n a N a O H po h y d r o l i z ie H 2S 0 4 d la g le b A i В , I V — n ie h y d r o liz u ją c a re s zta ; a — g le b a leś n a , b — g le b a u p ra w ia n a — 50°/o z b ó ż w p ło d o z m ia n ie , с — g le b a u p ra w ia n a — m o n o k u ltu ra z b ó ż ; N I R — n a j
n iższa is to tn a r ó ż n ic a d la g le b y A , f r a k c ja I — 1,88, fr a k c ja I I I — 1,61
Content of humus substances o f the soils investigated
A — c h e rn o z e m , В — s o il le s s iv é d e v e lo p e d fr o m loess, С — s o il le s s iv é d e v e lo p e d fr o m lig h t
lo a m , D — p o d z o l s o il d e v e lo p e d fr o m sand ; I — fr a c t io n e x t r a c t e d w it h N a4P20 7 a t p H 7,
I I — fr a c t io n e x t r a c t e d w it h N a O H , I I I — fr a c t io n e x t r a c t e d w it h N a O H a ft e r h y d r o ly s is
w it h H 2S 0 4 fr o m so ils A and В , I V — n o n - h y d r o liz in g re s t; a — fo r e s t s o il, b — s o il c u lt iv a ted w ith 50% o f c e re a ls in th e c ro p r o ta tio n , с — s o il c u lt iv a te d , c e r e a l m o n o c u ltu re ; L S D
fo r th e s o il A ; fr a c t io n I — 1,88, fr a c t io n I I I — 1,61
zmieniła się tylko w czarnoziemie. Zm niejszyła się zawartość grup CH2 i m etyksylowych, tych ostatnich na ikorzyść grup OH fenoli.
W zrastający udział zbóż w płodozmianie wpłynął na związki próch- niczne w sposób zróżnicowany. Monokultura zbóż w yraźnie n iekorzy stnie zmieniła skład i jakość próchnicy czarnoziemu. Analiza statystycz na potwierdziła w zrost zawartości połączeń najbardziej ruchliwych, niemal do ilości znajdujących się w glebie pod lasem,• kosztem przede wszystkim spadku zawartości frak cji związanej silnie z mineralną częścią gleby (frakcja III). W zrastający udział fra k cji ruchliwych w składzie związków próchnicznych uznawany jest powszechnie za przejaw po gorszenia się kultury gleby.
Monokultura wpłynęła rów nież na jakość kwasów huminowych czar noziemu. Pod nią w kwasach huminowych «pojawiły się znaczniejsze ilości grup CH2, CH3 i OH w części alifatycznej. Równocześnie kosztem grup OH fenoli i COOH wzrosła zawartość grup O CH 3 w części
aro-T a b e l a Zawartość w ęgla o raz sk ła d związków próchnicznych badanych g le b * na t l e stosowanych zabiegów
Carbon content and com position o f humic su b stan ces o f the s o i l s i n v e s t i g a t e d a g a in s t the background o f the m easures a p p lie d
śre d n ie Mean A В С D Nawożenie F e r t i l i z a t i o n N i R LSD Z a b i e g i - Measures N i R Nawożenie F e r t i l i z a t i o n N i R LSD Nawożenie F e r t i l i z a t i o n bez herbicydów no h e r b ic id e s z herbicydam i h e r b i c id e s LSD 1 NPK 1,5 NPK 1 NPK 2 NPK 1 NPK 1,5 NPK % С organicznego O rganie С - % 1,14 1 ,1 8 - 0,90 0,95 0,04 0,69 0,72 0 ,0 3 0,59 0,6 0 F ra k c ja I F ra c t io n 17,44 17,36 - 18 ,0 1 18 ,16 - 19,96 20,49 - 21,32 2 1 , 2 1 F ra k c ja I I F ra c t io n 23,72 23,38 - 24,96 25,44 - 23,39 24,14 - 27,19 27,58 F ra k c ja I I I F ra c t io n 11,19 11,14 - 8,41 8,45 - - - - - -F ra k c ja IV F ra c t io n 46,50 46,99 - 47,13 47,24 - 56,44 55,08 - 47,76 45,54
x - Dane liczbo w e przedstaw iono w % С ogółem - N u m erical data presen ted in % o f t o t a l I - f r a k c ja wyekstrahowana Na^P20^ przy pK 7 - f r a c t i o n e x tr a c te d w ith Na^P2Ûy at pH 7 I I - f r a k c ja wyekstrahowana NaOH - fr a c t io n e x tr a c te d w ith NaOH
I I I - f r a k c ja wyekstrahowana NaOH po h y d r o l iz ie H^SO. d la g le b A i В - f r a c t io n e x tr a c te d w ith NaOH a f t e r h y d r o ly s is w ith H«SOA f o r A and
Ł ą В s o i l * ą
IV f r a k c ja - n ie h y d ro liz u ją c a r e s z t a - IV f r a c t i o n , n o n -h y d ro ly z in g r e s t O znaczenia g le b ja k w t a b e l i 1 - D eno tation s o f s o i l s - as in Table 1
C h em ia gl eb y 3 0 «$
3 0 4 R. Turski, M. Flis-Bujak
Rys. 2. Spektra w podczerw ieni kw asów hum inowych badanych gleb
o b ja ś n ie n ia ja k w ry s . 1
Spectres in in frared rays o f humic acids of the soils investigated
e x p la n a t io n s — see F ig . 1
m atycznej kwasu huminowego. Podobne tendencje stwierdzono już w cześniej [3, 8].
W analizowanych glebach płowych niezależnie od skały m acierzy stej, na której się w y tw o rzyły , oraz w glebie bielicowej w p ływ mono kultury zbóż na skład związków organicznych i jakość kwasów humi nowych nie ujawnił się.
Stosowane zabiegi nie m iały istotnego w pływ u na zw iązki próch- niczne (tab. 2). Zwiększone nawożenie mineralne spowodowało istotny wzrost С ogółem w glebie płowej w ytw orzonej z glin. Podobnie stoso wanie herbicydów zwiększyło zawartość С w glebie płowej w ytw orzo n ej z lessu.
Chemia gleby 305
D Y S K U S J A I P O D S U M O W A N IE
Zw iązki organiczne badanych gleb zareagowały w sposób zróżnico w any na doprowadzony do monokultury udział zbóż w płodozmiariie.
P o ja w iły się ob ja w y wskazujące na degradację związków próchnicz nych czarnoziemu, analogicznie jak w czarnoziemiach innych stref
\2 , 5]. Degradacja przejaw iła się w e wzroście frak cji związków „w o l
nych” i ruchliwych na niekorzyść frak cji silnie związanej z mineralną częścią gleby. Stwierdzono większą ilość grup CH2 i CH3 oraz OH w części alifatyczn ej kwasów huminowych spod monokultury, co też nie można uznać za o bjaw korzystny. Tak może być interpretowany również ’wzrost zawartości .grup OCH3, wskazujący na udział struktur ligninowych w jądrze arom atycznym kwasu huminowego [4]. Jest to dowód zakłócenia procesu humifikacji.
Zw iązki próchniczne pozostałych gleb nie wykazały istotniejszych różnic w zależności od zastosowanej technologii.
Przedstawione dane pozwalają na następujące uogólnienia. W ciągu 8-letniego okresu wśród badanych gleb tylko w czarnoziemach stwier dzono zmiany w składzie zw iązków próchnicznych pod monokulturą. Być może, że dłuższy okres badań i bardziej precyzyjne metody będą m ogły takie zm iany ujawnić i w pozostałych glebach.
Do takiej konkluzji przychyliła się również F 1 i s-B u j а к [3], cho ciaż metoda Boratyńskiego i W ilka jest lansowana w obrębie jednego typu. W yd aje .się, że uzyskane w yn ik i są efektem m niejszej reakcji gleb płowych i bielicoziem nych na uproszczony płodozmian w ich aktu alnym stanie kultury.
Czarnoziem posiadający korzystniejszy skład związków próchnicz nych i właściwości kwasów huminowych zareagował szybciej, a reakcja ta może być uznana za niekorzystną dla jego „k u ltu ry” .
Pozostałe gleby, mimo że przejście w użytkowanie rolnicze zmieniło do pew nego stopnia stosunki w e frakcjach, pozostały nadal glebam i o przewadze frak cji ruchliwych i „w o ln ych ” w próchnicy. N ie uległ zu pełnie zmianie charakter kwasów huminowych. Tu tkwi podstawowa przyczyna, że w tych glebach o przewadze ruchliwych form próchnicy analiza statystyczna nie potwierdziła podobnych tendencji jak w czar- noziemie. N ie jest wykluczone, że ujawniłoby się to w okresie dłuższych badań. Można więc przyjąć, że dopóki gleby te pozostają w kulturze niew ysokiej, oddziaływanie zastosowanej agrotechniki nie ujawni się.
Można jednak przewidywać, że w przypadku wydatnie korzystnego zantropcgenizcwania tych gleb, co spowoduje poprawę składu i właści wości zw iązków próchnicznych [7, 9], eksperymentowanie z technolo gią bliską monokulturze zbóż może zniszczyć w ieloletnie zabiegi czło wieka na tych dominujących w Polsce glebach.
306 R. Turski, M. Flis-Bujak
L IT E R A T U R A
[1] B o r o w i e c J.: Czarnoziem y Polski. UM CS, L u b lin 1967-1967.
[2] D ż o n e v a L. i współaut.: Prom en i na organicnoto wescestvo w izluzem Cernozem ot juzna Dobrudza pod v lija n iem agrotechnikata. Pocvoznanie i agrochim ia 6, 1976.
[3] F l i s - B u j a k M.: P rzem ian y zw iązk ów próchnicznych w glebach w y tw o rzo nych z lessu pod w p ływ em zm ianowań o zróżnicow anym udziale zbóż. A R Lu blin 1978, rozpraw a habilitacyjna.
[4] S c h e f f e f F., U l r i c h B.: Humus und Humusdüngung, Band I, Stuttgart 1960.
[5] T a l e f a n t o v a A .: Dosovadni vysledku pedologivesho vyzkum u pri kon centracji obilin na ćernozemi. Rostl. V yroba 3, 1974.
[6] T u r s k i R.: Badania zw iązków organicznych czarnoziem ów W y ży n y L u b e l skiej w aspekcie ich genezy. Ann. U M C S Ser. E, 21, 1967.
[7] T u r s k i R.: Badania nad substancją organiczną w typ ow ych glebach W y ż y ny Lubelskiej. Cz. I. Ann. U M CS Ser. E, 18, 1963, 2.
[8] T u r s k i R., F l i s - B u j a k M.: The influence o f plant rotation and fe rtiliz a tion on humis acids o f Polish chernozem. Pol. Jour, of Soil Sei. (w druku). [ö] T u r s к i R., F 1 i s-B u j а к М.: The e ffect o f m elioration ploughing and plant
cover on the organic m atter of ligh t soils. Rocz. glebozn. dod. do t. 19, 1968.
P. Т У Р С К И , М. Ф Л И С - Б У Я К П Р Е В Р А Щ Е Н И Я Г У М У С О В Ы Х С О ЕД И Н ЕН И Й В О Д И Н А К О В О П О Л У Ч Е Н Н Ы Х П О Ч В А Х Р А З Н О Г О П Р О И С Х О Ж Д Е Н И Я Институт почвоведения и агрохимии, Сельскохозяйственная академия в Л ю бли не Р е з ю м е Б ы л изучен состав гум усовы х соединений: а) чернозёма, б) лессивированной почвы образованной из лесса и глин, в) подзолистой почвы образованной, из песка, взятого рядом с лесом, а такж е обрабатываемых в севообороте с 50% участием зерновых и в монокультуре. Кром е того бы л проведен анализ в инф ра красной части спектора гуминовы х кислот, экстрагированных из выш еназван ны х почв. V Н а черноземе под м онокультурой зерновых констатированы бы ли измене ния в гум усовы х соединениях, свидетельствую щ ие о их деградации. Н а осталь ны х почвах эти признаки не обнаруж ились из-за невысокой в настоящ ее время „к у л ь т у р ы “ этих почв.
Chemia gleby 307
R . T U R S K I , M . F L I S - B U J A K
T R A N S F O R M A T IO N S OF H U M IC S U B S T A N C E S IN S I M I L A R L Y U T IL IZ E D S O IL S O F D IF F E R E N T O R IG IN
Departm ent of S oil Science and A gricu ltu ra l Chem istry, A gricu ltu ra l U n iversity o f Lu blin
S u m m a r y
The com position o f humus compounds o f a) chernozem, b) soil lessivé develop ed fro m loess and loam, c) podzol soil developed from sand under forest and cultivated soils w ith in a crop rotation w ith 50% of cereals and in monoculture was investigated. A lso the in frared analysis of humanic acids extracted from the above soils was carried out.
On chernozem under monoculture o f cereals changes in humus compounds provin g their degradation has been found. On the rem aining soils these features did not revea l them selves due to a present low “ culture” of these soils.
Pro/, dr hab. Ryszard Turśki
I nstytut Glebozn aw stw a i Ch em ii R o ln e j A R L u b l i n , ul. Leszczyńskiego 7
