ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE T. XLVII NR 3/4 WARSZAWA 1996: 47-52
IG N A C Y D E C H N IK , T A D E U S Z FILIPEK
DYNAM IKA W YSYCENIA KATIONAMI GLEB
UKSZTAŁTOWANYCH PRZEZ EROZJĘ
W ODNĄ
Katedra C hem ii R olnej A kadem ii R olniczej w Lublinie
W STĘP
Z ró ż n ic o w an ie żyzności gleby m iędzy poszczególnym i strefami w terenie e r o d o w a n y m zależy w dużym stopniu od nasilenia procesów erozji w o d n e j. Skutki tych proc esów m o g ą m ieć odzw ierciedlenie bezpośrednie w postaci różnego p lo n o w a n ia roślin [Mazur, D echnik 1991] albo pośrednie, p rzejaw iające się różnym i w łaściw ościam i fizycznym i [M azur 1994; Turski i in. 1987; Turski, S łow iń sk a -Ju rk iew ic z 1989], chem icznym i [M azur i in. 1989/90] czy fiz y k o c h e m icznym i [Dechnik i in. 1990; Panak, W o jn o w sk a 1982]. Stąd też w iele prac w skaz uje na konieczność ograniczania procesów erozji poprzez zabiegi agro- m elioracyjne [Józefaciuk A., Józefaciuk Cz. 1987]. Niektórzy autorzy zadają pytanie czy jest to opłacalne w sytuacji kiedy następuje szybka regeneracja gleby w ytw orzonej z lessów [Turski i in. 1987]. S zczególnie dotyczy to pojem ności sorpcyjnej gleby, która w dużej m ierze zależy zarów no od ilościowej zawartości kationów w y m iennych, j a k też od stosunków ilościowych m iędzy tymi kationam i [Łabuda 1 9 9 3 ;M e rc ik 1986; Panak, W o jn o w sk a 1982].
Te w łaściw ości w dużej m ierze są zróżnicow ane procesem erozji. Jak pisze L icz n ar i in. [1991], oddziaływ anie erozji na zróżnicow anie zaw artości p o s z c z e gólnych kationów w ym iennych, sum ę kationów zasadow ych, p o jem n o ść s orpc yj ną oraz stopień w ysycenia gleb zasadam i utrudnia bezpośrednią w y c e n ę stanu żyzności gleby na podstaw ie oznaczeń laboratoryjnych.
P rzyjęty po w sze ch n ie za optym alny stosunek kationów w k om pleksie s o rp c y j nym gleb narażonych na procesy erozji wodnej je s t często d e fo rm o w an y w kierunku nadm iaru kationów w glebie na zboczach lub w dolinie [Licznar i in. 1991]. A j a k pisze M ercik [1986], trudniej jest pozbyć się nadm iaru p o s z c z e g ó l nych kationów niż uzupełnić ew entualny niedobór.
Istnieje zatem pytanie, j a k kształtują się zawartości p oszc zególnych kationów i ich w z ajem n e stosunki w glebach erodo w an y ch po o k re ślonym czasie z a p rz e stania procesu erozji w w y ró w n an y ch w arunkach klim atycznych. P róba o d p o w ie dzi na to pytanie stanowi głów ny cel podjętej pracy.
48 /. D echnik, T. F ilipek
M ETODYKA B A D A Ń
B adania p ro w a d zo n o na m onolitach z gleb w ytw o rz o n y ch z lessów głębokich. G leby przeniesiono w iosną 1987 roku do otw artych cylindrów w in idurow yc h o średnicy 28,2 cm i głębokości 50 cm, łącznie z roślinami pszenicy ozimej, w czterech pow tórzeniach, z czterech stref agroekologicznych. B adane gleby w y k a zyw ały zn aczne zróżnicow anie typologiczne pow stałe w wyniku procesów e r o zyjnych: na w ierzchow inie - gleba płowa, na zboczu p ó łnocnym - gleba brunatna (słabo erodow ana), na zboczu p o łu dniow ym - pararędzina (silnie erodow ana), w dnie doliny - deluwialna.
M onolity z glebą u m ieszc zono obok siebie w celu w y e lim in o w an ia z ró ż n ic o w an eg o m ikroklim atu, jaki w ystępuje w w arunkach naturalnych.
O d roku 1987 w m onolitach były upraw iane kolejno następujące rośliny: p szenica ozim a, kukurydza, ję c z m ie ń jary, kukurydza, burak cukrow y J ę c z m i e ń jary z w siew k ą koniczyny, koniczyna czerw ona oraz pszenica ozima. Pod p o
szczególne rośliny stosow ano p o d staw o w e naw ożenie obliczane k aż doraz ow o w e dług ich potrzeb na w ydanie przeciętnego plonu uzysk iw a n eg o w naturalnych w aru n k ach siedliska, skąd pochodziły gleby do m onolitów.
W próbach glebow ych pobieranych z w arstw y 0 - 2 0 cm - zaw sze po zbiorze roślin - w latach 1987, 1989, 1992 i 1994 oznaczono:
- k w a so w o ść hydrolityczną m etodą K appena w roztw orze octanu sodu ( 1 mol
CH 3CO O Na • dm-3),
- kationy zasadow e w roztw orze octanu am o n o w e g o ( 1 mol C H L C O O N H 4) o pH 7, Ca, К i Na - na fotom etrze p ło m ie niow ym , a M g kolorym etrycznie z żółcienią tytanową.
Na p o dstaw ie w yników tych oznaczeń obliczono: - sum ę kationów zasadow ych (S),
- p o jem n o ść sorpcyjną (T),
- stopień w ysyce nia gleb zasadam i (V),
- stosunki ilościow e m iędzy kationami w kom pleksie sorpcyjnym gleby. W yniki liczbow e zestaw iono w tabelach 1-3.
WYNIKI B A D A Ń
U k szta łto w a n e procesem erozji wodnej zawartości p o szczególnych kationów w y m ie n n y c h w glebach m onolitów utrzym yw ały się nadal, m im o prz erw a nia tego procesu.
Z aw arto ść H + zarów no po pierw szym , j a k i po drugim 4-letnim z m ianow a niu była najw iększ a w glebie ze zbocza p ółnocnego i w ierzchow iny, znacznie m n ie j sza z dna doliny i bardzo m ała w glebie ze zbocza p o łu d n io w eg o (tab. 1).
W p r a w d z ie po drugim 4-leciu zaw artość H + w glebie z w ierzchow iny zm niejszyła się z około 2,5 do około 1,9 m m ol H +/100 g, a w glebie ze zbocza p o łu d n io w eg o zw ię k szy ła się z około 0,25 do 0,35 m m ol Н +/ 100 g, ale są to zm iany praktycznie m ało znaczące. W y n ik a z tego, że zró żnicow ana proc esem erozji wodnej z a w a r tość H + w k om pleksie sorpcyjnym gleby, po przeniesieniu jej do w y ró w n an y ch w aru n k ó w , je d y n ie w niew ielkim stopniu została zm ieniona.
D yn a m ika w ysycenia gleb ka tio n a m i________________ 49_ T A B E L A 1. Zawa rtość kationó w w ym ie n n y c h w glebach z pola c r o d o w a n e g o pr zen ie si onych
w 1987 r. do m o n o litó w [mmol ( + ) /1 0 0 g]
T A B L E 1. T he content o f exc h angeable bases in eroded soil carried to monol iths in 1987 [mmol (+)/!()() g] G le ba ze strefy So il from Lata Years H + K+ N a + Ca++ M g ++ W ier zc h o w in a 1987 2,48 1,21 0 ,1 4 4 ,1 2 0,81 To p 1989 2,44 1,00 0 ,1 2 4 ,38 0 ,5 4 X 2,4 6 1,10 0,1 3 4,2 5 0 ,6 7 1992 1,95 1,30 0 ,1 6 5 ,86 1,38 1994 1,95 1,29 0 ,1 0 5 ,36 1,00 X 1,92 1,29 0,1 3 5,61 1,01 Z b o c z e p ółn ocn e 1987 2,85 0 ,7 0 0 ,1 6 5,43 0 , 5 4 North sl op e 1989 2,81 0,51 0 ,1 2 5,61 0 ,8 2 X 2,82 0 ,60 0 ,1 4 5 ,5 2 0,6 8 1992 2,7 7 0 ,56 0 ,1 0 6 ,74 0,57 1994 2,76 0,82 0 ,12 7,48 0 ,8 2 X 2 ,76 0,69 0,1 1 7,11 0,6 9 D n o doliny 1987 1,05 0,82 0,21 8,21 1,36 V a lley bottom 1989 1,16 0 ,72 0,1 2 8,0 2 0 ,8 4 X 1,10 0,7 7 0,1 6 8,1 1 1,10 1992 0,88 0,59 0,17 9,64 1,58 1994 1,17 0,85 0,1 1 10,48 1,47 X 1,02 0,7 2 0 ,1 4 10,06 1,52 Z b o c z e p ołu d n io w e 1987 0 ,3 0 1,36 0,33 2 7 ,8 3 0 ,7 6 South slope 1989 0,1 9 1,22 0 ,3 6 27,71 0 ,8 2 X 0 ,2 4 1,29 0 ,3 4 2 7 ,7 7 0 ,7 9 1992 0 ,2 6 1,48 0,41 2 0 ,5 2 0 ,8 7 1994 0 ,4 2 1,69 0 ,1 6 16,49 1,21 X 0 ,3 4 1,58 0,28 18,50 1,04
glebie ze zbocza południow ego, je d n o cz eśn ie stw ierdzono najw yż szą zaw artość kationów zasadow ych: C a 2+, Mg~+, K + i N a +.
N a jw ię ksze zawartości w ym ien n y ch form K + i N a + w ystąpiły w glebach p rz eniesionych ze zbocza p o łudniow ego i z w ierzchow iny, a około 50% m niejsze w glebie z dna doliny i zbocza północnego (tab. 1). P o d o b n ie j a k w p rzypadku w odoru nie nastąpiły tu liczące się zm iany po ośm iu latach.
B ad an e gleby pod w zględem zawartości C a 2+ m o żn a usze reg o w a ć od n a jw ię kszej do najm niejszej następująco: ze zbocza południow ego, z dna doliny, zbocza p ó łn o cn eg o i z w ierzchow iny (tab. 1). Z au w aży ć m ożna jed n ak , że po 4-letnim z m ian o w a n iu w ystąpił niewielki wzrost zawartości C a 2+ w glebach z w ie r z c h o winy, zbocza p ó łnocnego i z dna doliny, natom iast spadek w glebie ze zbocza połudn io w eg o . W sk a zu je to na tendencję w y ró w n an ia zawartości tego składnika w glebach z poszc zeg ó ln y ch stref erodowania.
Z aw arto ść M g 2+ praw ie we w szystkich glebach przeniesionych do m o n o litó w w zrosła w okresie drugiego czteroletniego zm ian o w a n ia (tab. 1). M ogło to być w yn ik iem naw ożenia. Jedna k podstaw o w e różnice w zawartości tego kationu w glebach z różnych stref e rodow ania pozostały. W dalszym ciągu najwięcej M g 2+ znajduje się w glebie z dna doliny i zbocza południow ego.
50 /. D e ch n ik, T. F ilipek
U k szta łto w a n e proc esem erozji wodnej zróżnicow anie gleb pod w z glę dem sum y kationów zasad o w y ch oraz pojem ności sorpcyjnej i stopnia w y sy ce n ia gleb zasadam i pozostało nadal bez w iększych zmian, m im o w y ró w n an y ch od ośm iu lat w a ru n k ó w k lim atycznych i braku procesów erozji wodnej (tab. 2).
Nadal najw iększ ą sum ę kationów zasadow ych i pojem n o ść sorpcyjną oraz najw iększy stopień w y sy ce n ia gleb zasadam i w ykazuje gleba ze zbocza p o łu d n io wego, a w dalszej kolejności z dna doliny, zbocza p ó łnocnego i z w ierzchow iny. W p r a w d z ie w glebie ze zbocza p o łudniow ego nastąpiło zm niejszenie o m a w ia nych wartości na korzyść gleb z innych stref, je d n a k zakres tych w y ró w n ań jest sto su n k o w o niewielki. O czyw iste jest, że o o m aw ian y m zróżnicow aniu d e c y d o w ały g łów nie zawartości C a 2+ i M g 2+. W ocenie żyzności gleb w ażny j e s t też stosunek ilościow y m iędzy tymi kationami. Pod tym w zględem - m im o zró żn i co w a n ia w czasie - najw yższy stosunek Ca: M g pozostaje nadal w glebie ze zbocza p o łu d n io w eg o , a najm niejszy z dna doliny (tab. 3). Z punktu w idzenia żyzności tylko gleba z w ierzchow iny i z dna doliny w ykazują w łaściw y stosunek Ca: Mg.
Interesujący je s t także stosunek ilościowy sumy kationów z a sadow ych (S) do kationów w o d o ro w y ch (H). Po czterech latach bez w pływ u erozji wodnej oraz w w y ró w n a n y c h w a runkach klim atycznych najw yższe wartości stosunków S:H w ystąpiły w glebie ze zbocza p o łu d niow ego i z dna doliny (tab. 3). Po dalszych czterech latach sytuacja odw róciła się i ilość kationów zasad o w y ch p rz y p a d a ją cych na je d e n kation w odoru znacznie zm niejszyła się w glebie ze zbocza
T A B E L A 2. Niektóre w ła ś c iw o ś c i fizyk o ch em icz n e gleby z pola e ro d o w a n e g o przeniesionej w 1987 r. do m on olitów
T A B L E 2. S o m e p h y sico -ch em ica l properties o f eroded soils carried to monol iths in 1987 Lata Gleba ze strefy - Soil from
Years ---w ie rz ch o ---w in a z b o c z e półn ocn e dno doliny z b o c z e p o łu d n io w e top north slope valley bottom south slope S u m a kationów za s a d o w y ch - Su m o f bases (S) [mmol ( + ) /1 0 0 g]
1987 6,28 6,8 3 10,60 3 0 ,2 8 1989 6 , 0 4 7 , 0 6 9,70 30,11 X 6 ,1 6 6 ,9 4 10,15 3 0 ,1 9 1992 8,35 7,9 7 11,98 2 3,38 1994 7,75 9 ,2 4 12,91 19,55 X 8,05 8 , 6 0 12,44 21,41
P o j e m n o ś ć sorpcyjna - Cation e x ch a n g e capacity (T) [mmol ( + )/1 0 0 g]
198 7 8 ,7 6 9,6 8 11,65 3 0,58 1989 8 ,4 8 9 ,8 7 10,86 3 0 ,3 0 X 8 ,6 2 9 ,7 7 11,25 30 ,4 4 1992 10,30 10,74 12,86 2 3 ,5 4 1994 10,44 11,25 12,43 2 5 , 2 9 X 10,37 10,99 12,64 24,41
S top ień w y s y c e n ia gleb zasadami - B a se s saturation (V) [%]
1987 7 1 ,7 7 0 ,6 9 1 , 0 99 ,0 1989 7 1 , 2 71,5 89,3 9 9 ,4 X 7 1 , 4 7 1 ,0 90,1 99,2 199 2 81,1 7 4 ,2 93,1 98 ,9 1994 8 0 ,4 7 7 ,0 91,7 97,9 X 80,7 7 5 ,6 9 2 ,4 9 8,4
D y n a m ika w ysycenia gleb ka tio n a m i 51 T A B E L A 3. Stosunki ilo ś c i o w e m ięd zy kationami w k o m p le k s ie so rpc yjnym
T A B L E 3. Ratios betw een the content o f cations in sorption c o m p le x Stos u n ek ka tionów Cation ratios Lata Years
G leba ze strefy - Soil from w ie rz ch o w in a
top
z b o c z e półn ocn e dno doliny north slope valle y botton
z b o c z e połudn. south sl ope C a:M g 1 9 8 7 - 1 9 8 9 6,3 8,1 7,4 35,1 1 9 9 2 - 1 9 9 4 5,5 10,3 6,6 17,8 K :M g 1 9 8 7 - 1 9 8 9 1,6 0,9 0,7 1,6 1 9 9 2 - 1 9 9 4 1,3 1,0 0,5 1,5 N a :M g 1 9 8 7 - 1 9 8 9 0,2 0,2 0,1 0,4 1 9 9 2 - 1 9 9 4 0,1 0,1 0,1 0,3 H :M g 1 9 8 7 - 1 9 8 9 3,7 4,1 0,8 0,3 1 9 9 2 - 1 9 9 4 1,9 4,0 0,7 0,3 S:H 1 9 8 7 - 1 9 8 9 2,5 2,4 9,2 1 2 , 6 1 9 9 2 - 1 9 9 4 4, 2 3,1 12,2 6,3
połu d n io w eg o , a zw iększyła w glebie z dna doliny, w ie rzchow iny i zbocza p ó łnocnego. Jest to j e d n a k zbyt nikła oznaka cofania się skutków erozji w zakresie stosunku m iędzy kationam i zasadow ym i i zakw aszającym i w glebie.
W NIOSKI
U z y sk a n e wyniki badań m o żn a uogólnić następująco:
1. U k szta łto w a n e przez proces erozji wodnej zró żnicow a nie zaw artości katio nów w y m ie n n y c h w glebach z poszczególnych stref e r o d o w an ia w p o z io m ie 0 - 2 0
cm u trz y m y w a ło się nadal przez okres 8 lat, m im o w y ró w n a n y c h w a ru n k ó w
klim a ty c zn y ch i zaprzestania erozji.
2. Pod w z glę dem wartości sum y kationów zasadow ych, p ojem ności sorpcyjnej oraz stopnia w y sy ce n ia gleb zasadami od najw iększych do n ajm niejszych badane gleby m o ż n a usze reg o w a ć następująco: zbocze południow e, dno doliny, zbo c ze p ó łn o c n e i w ierzchow ina.
3. M im o z różnicow a nia w różnych okresach czasu stosunek C a :M g p o zostaje nadal najw iększy w glebie ze zbocza południow ego, a najm niejszy w glebie z w ierzchow iny.
4. W okresie ośm iu lat nastąpiła w idocz na z m iana stosunku S:H. Z w ięk s z en iu uległy wartości w glebach z dna doliny, w ierzchow iny i zbocza półn o cn eg o , a zm n iejsze n iu w glebie ze zbocza południow ego.
5. W yniki badań w skazują, że skutki procesów erozji wodnej w zakresie zm ian w łaściw ości sorpcyjnych gleby są głębokie i stosunkow o trwałe.
LITERATURA
DEC HN IK I., FILIPEK T., MAZ UR Z., 1990: Influence o f physico-chemical and chemical properties o f soil from nonerodcd and eroded area on the crop o f winter wheat. Pol. J. Soil Sei. 23, 1: 8 9 -9 3 . JÓZEFACIUK A., JÓZEFACIUK CZ., 1987: Ocena wodnej erozji gleb terenów wyżynnych Polski na
tle warunków przyrodniczo-rolniczych. Rocz. Glebozn. 37, 1: 51-58.
52
I. D eclm ik, T. F ilipekurodzajności gleb typogenicznych na obszarze występowania gleb płowych. Erozja gleb i jej zapobieganie. Wyd. AR Lublin: 7 -2 0 .
Ł A B U D A S., 1993: A new index of cation saturation state in soil. Commun. Soil Sei. Piani Anal. 24, 13/14: 160 3-160 8.
M A Z U R Z., 1994: Retencja wodna w okresach jesienno-zimowych w urzeźbionym terenie lessowym w Elizówce k/Lublina w lalach 198 2-19 93 . Ann. UMCS, s. E. 49, 20: 141-145.
M AZUR Z., DECHNIK 1., 1991: Plonowanie roślin na glebie crodowancj w warunkach naturalnych i w doświadczeniu monolitowym. Erozja gleb i jej zapobieganie. Wyd. AR Lublin: 153-169. M AZUR Z., DECHNIK I., FILIPEK T., 1989/90: Właściwości chemiczne gleb oraz plonowanie
pszenicy ozimej w terenie crodowanym. Fol. Soc. Lublinem. 31, Geogr. 1-2: 13-18.
MERCIK S., 1986: Próba ustalenia optymalnych stosunków kationów w nawożeniu. Mai. Kraj. Symp. Rów nowaga jonowa w glebach i w roślinach w warunkach intensywnego nawożenia. Wrocław 2 3 - 2 4 września 1986, czT I, IUNG Puławy: 11-29.
PA N A K IL, WOJN OW SK A T., 1982: Wpływ zróżnicowanego wysyccnia pojemności sorpcyjnej gleb kationami Ca, Mg. К i Na na plonowanie i skład chemiczny kukurydzy i gorczycy białej. Rocz.
Glebozn. 33, 1 / 2 : 37—46.
TURSKI R., PALU SZ EK J., SŁOWIŃSKA-JURKIEWICZ A., 1987: Wpływ erozji na fizyczne właśc i wości gleb wytworzonych z lessu. Rocz. Glebozn. 38, 1: 3 7 -49.
TURSKI R., SŁ OWIŃSKA-JU RKIEWICZ A., 1989: Zagadnienie stref agrockologicznych w terenach crodowanych gleb lessowych. Ogólnopolskie Symp. Nauk. nt. Wpływ czynników naturalnych i antropogenicznych na procesy erozji gleb. Wrocław, 1 1-12 września 1989.
I. DECHNIK, T. FILIPEK
D Y N A M IC S OF CATION SATURATION OF SOILS FORMED
BY WATER EROSION
D e p a r tm en t o f A gricu ltu ral C h em is tr y , A gricu ltu ral U n iv e r s it y in L ublin
S U M M A R Y
T h e aim o f studies was to determ ine o f regeneration rate the soil degraded by w ater erosion process. T he investigations were carried out on soils form ed from deep loess with not destroyed structure which were carried to m onoliths in spring 1987. Soils w ere significantly differentiated because o f erosion processes: on the top - g re y-brow n podzolic soil, on the north slape - brown soil (weakly eroded), in bottom o f valley - deluvial soil and south slope - calcareous soil (strongly eroded). Soil m onoliths were put in 1987 side by side to re m o v e differences o f m icro c lim ate conditions w hich are in nature. Every year crops have been cu ltiv a ted in m onoliths. T he contents o f exchangeable cations and their mutual ratios w ere d eterm ined in soil sam ples taken from 0 - 2 0 cm layer, always after crop
harvest in 1987, 1989, 1992 and 1994. C ontent o f exc hangea ble cations and their m utual ratios in soils form ed by w ater erosion processes have not been ch anged in spite o f rem oval o f erosion causes.
P r o f d r Ignacy Dechnik
K atedra Chemii Rolnej, Akademia Rolnicza ir Lublinie 2 0-0 33 Lublin, Akademicka 15
