MODEST MISZTAL, HALINA SMAL
SKŁAD CHEMICZNY WÓD GRUNTOWYCH Z TERENÓW GLEB UPRAWNYCH BIELICOWEJ I CZARNEJ ZIEMI*)
Instytut Gleboznawstwa Akademii Rolniczej w Lublinie
WSTĘP
Zasobność gleby w składniki pokarmowe, jej właściwości wodno-powietrzne oraz mikrobiologiczne wpływają na skład chemiczny roztworu glebowego, który jest bezpośrednim źródłem pierwiastków, dostających się do poziomów wodonośnych wraz z infiltrującą wodą w profilu glebowym. Człowiek przez różne użytkowanie gleb i jej nawożenie wpływa na zmiany chemizmu roztworu glebowego, a tym sa mym na chemizm wód gruntowych.
Wiele mamy danych na temat wpływu nawożenia na skład chemiczny wód podziemnych, lecz wśród nich niewiele dotyczy chemizmu wód gruntowych na ob szarach o takich samych warunkach klimatycznych, podobnie zagospodarowanych, ale różniących się pod względem jakości gleby.
Celem wieloletnich badań było określenie wpływu użytkowanych rolniczo dwóch typów gleb na skład chemiczny wód gruntowych.
TEREN I METODY BADAŃ
Badania przeprowadzono na Pojezierzu Łęczyńsko-Włodawskim na terenie wy stępowania gleb bielicowych i czarnych ziem. Według danych szacunkowych dawki nawozów przeciętnie dla ośmiu lat wynosiły: N — 79 kg/ha, P — 57 kg/ha, К — 80 kg/ha na glebie bielicowej oraz odpowiednio: 98, 81 i 94 na czarnej ziemi.
Na wybranych polach zainstalowano po trzy winidurowe studzienki, perforowa ne w dolnej części, sięgające najpłytszego stałego poziomu wodonośnego. W latach 1982-1989 w odstępach miesięcznych pobierano próby wód gruntowych. Łącznie pobrano i przeanalizowano 576 prób wody. Oznaczano w nich: azot ogólny metodą Kjeldahla, azot azotanowy z kwasem fenolodwusulfonowym, fosforany ogólne i ortofosforany z molibdenianem amonu, potas, sód, wapń — na fotometrze płomie niowym oraz magnez — kolorymetrycznie z żółcienią tytanową. Azot całkowity obliczono jako sumę azotu ogólnego (wg Kjeldahla) i azotanowego.
122 M. Misztal, H. Smal
Równocześnie z pobraniem prób wody mierzono głębokość jej występowania we wszystkich studzienkach. Wyniki analiz w kolejnych miesiącach w okresie badań zo stały uśrednione i posłużyły jako podstawa tej pracy.
WYNIKI
Gleby bielicowe występujące na terenie badań odznaczają się kwaśnym odczy nem i małą pojemnością sorpcyjną oraz małą zawartością N, P oraz kationów wy miennych we wszystkich poziomach profilu w porównaniu z czarną ziemią wytworzoną z piasku gliniastego lekkiego (tab. 1). Skała podścielająca o charakterze pyłu gliniastego w czarnej ziemi zalegająca poniżej 60 cm wyróżniała się bardzo wy soką zawartością fosforu w porównaniu z poziomami wierzchnimi.
Największe opady atmosferyczne w okresie badań wystąpiły w miesiącach let nich z maksimum w czerwcu, najmniejsze w okresie jesienno-zimowym z minimum w lutym (rys. 1). Średnia roczna suma opadów wynosiła 484 mm.
Wody gruntowe z terenu gleby bielicowej zalegały średnio ponad dwukrotnie głębiej (1,84 m) w porównaniu z czarną ziemią (0,75 m). W obydwu obiektach naj wyższy poziom wód gruntowych stwierdzono w miesiącach wiosennych, tj. w marcu — w przypadku czarnej ziemi i w kwietniu — w przypadku gleby bielicowej. W na stępnych okresach obserwowano spadek poziomu wody w studzienkach.
T a b e l a 1 Właściwości gleb na obszarze badań — Soil properties on the investigated areas
Po ziom Hori Głę- Grupa bokość mechaniczna DeDth Textural Pojemność sorpcyjna Sorptive Kationy wymienne Exchangeable cations (me/100 g) pH KC1 N-og. N-tot. (%) P-przysw. P-avail. mg P2O5 per 100 g
zon (cm) class capacity
(me/100 g) К Na Ca Mg
Gleba bielicowa — Podzolic soil
Ap 0-20 7,2 0,20 0,13 2,5 2,5 6,9 0,03 27,4
В 20-30
piasek lekki 6,5 0,07 0,05 1,0 1,0 5,2 0,01 21,7
B/C 30-40 loose sand 4,1 0,07 0,03 0,2 0,6 4,5 0,01 10,2
с > 4 0 2,0 0,07 0,03 0,2 0,2 4,0 0,01 3,2
Czarna ziemia — Black earth Ap 0-20 glina lekka light loam 29,5 0,30 0,25 26,0 2,0 6,8 0,21 0,7 A1 20-45 20,5 0,30 0,38 18,0 2,0 6,3 0,09 1,8 С 45-60 pgl light loamy sand 6,6 0,09 0,08 4,0 1,6 6,7 0,01 6,3 D > 6 0 pgl light loamy silt 10,5 0,20 0,13 9,0 2,0 6,6 0,01 20,0
Rys. 1. Średnie miesięczne opady oraz średni miesięczny poziom wód gruntowych w obszarze badań w latach 1982-1989: 1 — gleba bielicowa, 2 — czarna ziemia, la; 2a — przeciętne wartości
w okresie badań odpowiednio dla gleby bielicowej i czarnej ziemi
Fig. 1. Mean monthly precipitation and mean monthly level of ground waters on investigated areas in 1982-1989: 1 — podzolic soil, 2 — black earth, la , 2a — average values in the study period
for podzolic and black earth respectively
Stężenia azotu całkowitego w obydwu obiektach badań wahały się znacznie w ciągu roku i były przeciętnie dwukrotnie wyższe w wodach gruntowych w glebie bie licowej w porównaniu z wodami gruntowymi z czarnej ziemi i wynosiły odpowie dnio: 7,26 i 3,69 mg N w dm3 (rys. 2). Zawartości azotanów w przypadku czarnej ziemi były wyrównane w ciągu roku, ale średnio aż 28 razy niższe (0,12 mg N w dm3) w porównaniu z glebą bielicową (3,38 mg N w dm3). Stąd ich udział w całko witej zawartości azotu wynosił 3,3% w wodach z obszaru czarnej ziemi i aż 46,5% w wodach z gleby bielicowej.
Wyniki stężenia fosforu ogólnego nie wykazały różnic między obiektami w okresach pobierania prób, chociaż przeciętne stężenie w całym okresie badań było wyższe w wodzie z czarnej ziemi (0,47 mg PO4 w dm3) niż z gleby bielicowej (0,38 mg PO4 w dm3). Natomiast zawartość ortofosforanów była każdorazowo nieco wy ższa w wodach z czarnej ziemi w porównaniu z glebą bielicową i wynosiła odpowie dnio: 0,31 i 0,21 mg PO4 w dm . W obydwu obszarach badań oraz przy obydwu
124 M. Misztal, H. Smal
J F M A M J J A S O N D m o n t h
Rys. 2. Średnie miesięczne stężenia azotu ogółem oraz azotanowego, fosforu ogólnego, ortofosforanów w wodach gruntowych z terenu gleby bielicowej (1) i czarnej ziemi (2)
w latach 1982-1989 oraz przeciętne wartości w okresie badań (la; 2a)
Fig. 2. Mean monthly concentrations of total and nitrate nitrogen, total phosphorus, orthophosphate in the ground waters on podzolic (1) and black earth (2) in 1982-1989 and the average values
Rys. 3. Średnie miesięczne stężenia potasu, sodu, wapnia, magnezu w wodach gruntowych z terenu gleby bielicowej (1) i czarnej ziemi (2) w latach 1982-1989 oraz przeciętne wartości
w okresie badań (la; 2a)
Fig. 3. Mean monthly concentrations o f potassium, sodium, calcium, magnesium in ground waters on podzolic (1) and black earth (2) areas in 1982-1989 and average values in the study period (la; 2a)
126 M. Misztal, H. Smal
formach fosforu maksymalne stężenia zanotowano we wrześniu, a wyraźne spadki w miesiącach zimowo-wiosennych.
Charakterystyczne były zdecydowanie wyższe stężenia potasu (13,77 mg К w dm3), a także sodu (10,59 mg Na w dm3) i magnezu (10,1 mg Mg w dm3) w wodach z terenu gleby bielicowej niż z czarnej ziemi, gdzie wielkości te wynosiły odpowie dnio: 1,73; 4,0 i 5,79. Tylko wapń wykazał zależność odwrotną, tj. większe stężenie w wodzie z czarnej ziemi (110,9 mg Ca w dm3) niż z gleby bielicowej (40,5 mg/dm3), rysunek 3.
Interesujący jest szereg stężeń omawianych pierwiastków. W wodach z obszaru gleby bielicowej zawartość kationów kształtowała się następująco: Ca > К > Na > Mg, podczas gdy z czarnej ziemi: Ca = Mg > Na > K, w glebach zaś odpowiednio: Ca = Mg > К > Na oraz Ca > Mg > К = Na.
DYSKUSJA
W badaniach zawartości azotu w wodach gruntowych z terenów uprawnych główną uwagę zwrócono na azotany jako na formę najbardziej narażoną na wymy wanie i decydującą o zanieczyszczeniu gleb. Stąd większość danych dotyczy tej for my azotu, mniej form ogólnej i amonowej. Otrzymywane zawartości azotanów były bardzo różne w zależności od typu i rodzaju gleb, pokrycia terenu roślinnością, wiel kości i rodzaju nawożenia. Ogólnie należy stwierdzić, że otrzymane w naszych bada niach wyniki stężeń N-NO3 były dosyć niskie, zwłaszcza w wodach z czarnej ziemi
w porównaniu z wynikami innych autorów [1, 4-8]. Natomiast zawartość fosforu by ła nieco większa [1, 2] lub podobna [3, 6, 8] do wyników uzyskanych przez innych badaczy.
Z wyjątkiem wapnia i fosforu, stężenia pozostałych pierwiastków były wyższe w wodach z obszaru gleb bielicowych. Jednocześnie zawartość badanych składników w glebie bielicowej we wszystkich poziomach profilu była niższa niż w czarnej ziemi. Wskazuje to wyraźnie na zewnętrzne źródło badanych pierwiastków. Pierwiastki wprowadzone do gleby piaszczystej z nawozami mineralnymi były bardzo łatwo wy mywane. Sprzyjała temu mała pojemność kompleksu sorpcyjnego, a także duża prze puszczalność gleby. Ponadto badania przeprowadzone w Katedrze Mikrobiologii Akademii Rolniczej w Lublinie (dane nie publikowane) na tych samych obiektach gle bowych wykazały, że ogólna aktywność mikrobiologiczna, rejestrowana na podstawie intensywności wydzielania CO2 w procesie mineralizacji substancji organicznej, jest
znacznie większa w czarnej ziemi niż w glebie bielicowej. Stąd tak glebowy, jak i wprowadzany azot podlegał w czarnej ziemi silnej sorpcji biologicznej, co — w połą czeniu z mniejszą przepuszczalnością — zapobiegało jego stratom przez wymywanie.
Zmiana miejsca potasu na drugie po wapniu w szeregu kationów w wodach gruntowych z terenu gleb bielicowych w porównaniu z takim szeregiem w czarnych ziemiach wskazuje na dopływ potasu do wód z nawozów mineralnych.
Większą zawartość wapnia w wodach z terenu czarnych ziem w porównaniu z terenem gleb bielicowych należy przypisać o wiele większej zawartości Ca we wszy stkich poziomach profilu czarnej ziemi. Podobnie jeśli chodzi o fosfor głównym jego źródłem była skała podścielająca zasobna w ten pierwiastek, a jednocześnie znajdu jąca się w zasięgu wahań lustra wody gruntowej.
WNIOSKI
1. Skład chemiczny wód glebowo-gruntowych zależał w większym stopniu od właściwości fizykochemicznych gleby niż od poziomu nawożenia.
2. Wody gruntowe z obszaru gleb bielicowych zawierały więcej azotu, potasu, sodu, wapnia i magnezu, a mniej fosforu w porównaniu z wodami z terenu czarnej ziemi.
LITERATURA
[1] B a r t o s z e w i c z A. Zasolenie wód glebowo-gruntowych Wielkopolski oraz jego związek z warun kami glebowymi i intensyfikacją nawożenia. Rocz. AR Poznań, Rozpr. Nauk. 1979, z. 91: 1-53. [2] B o r o w i e c S . , S k r z y c z y ń s k i T. , K u c h a r s k a T. Migracja składników nawozowych z gleb
niziny Szczecińskiej. Soc. Sei. Stet. Wydz. Nauk Przyr. Roi. 1978, z. 1:1-68.
[ 3 ] J o h n s t o n W . W . , I t t i h a d i e h F. , D a u m R . M . , P i l s b u r y A . F . Nitrogen and phosphorus in tile drainage effluent. Soil Sei. Soc. Am. Proc. 1965, 3: 287-289.
[ 4 ] M a n s e l l R . S . , W h e l l e r W . B . , C a l v e r t D . V . Leaching losses o f two nutrients and an her bicide from two sandy soils during transient drainage. Soil Sei. 1980, 3: 140-150.
[5] M a r g o w s ki Z. Przyrodnicze i agrotechniczne czynniki ograniczające eutrofizację wód krajobrazu rolniczego. Zesz. Nauk. Roi. 1979, z. 228: 56-76.
[ 6 ] P o n d e l H. , T e r e l a k H. Skład chemiczny wód drenarskich jako podstawa oceny strat składni ków mineralnych wymywanych do wód gruntowych. Pam. Puł. 1989, z. 75: 149-169.
[7] R a s m u s s e n К. Fertilizer application and ground water pollution. Ann. Agric. Fenn. 1980, 2: 71-80.
[8] R u s z k o w s k a M. i i n. Dynamika i bilans składników pokarmowych w doświadczeniu lizyme-trycznym. Wyniki badań za okres I rotacji (1971-1975). Rocz. Nauk Roi. Ser. D. Monogr. 1979, t. 173: 1-104. М. МИШГАЛЬ, Г. СМАЛЬ ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ГРУНТОВЫХ ВОД НА ПАХОТНЫХ ПОДЗОЛИСТЫХ И ЧЕРНЫХ ПОЧВАХ Кафедра почвоведения Сельскохозяйственной академии в Люблине Р е з ю м е В 1982-1989 гг. исследовали изменения в содержании в грунтовых водах нитратов, ф о сф ора, калия, натрия, кальция и магния на пахотных подзолистых и черных почвах. Гораздо высшие концентрации общ его N (7,26 мг/дм3), N-NO3 (3,98 мг/дм3), К (13,77 мг/дм3), N a (10,59 м г/дм 3) и Mg (10,1 мг/дм3) были установлены в грунтовых водах под подзолистой почвой, чем под черной почвой (соответственно 3,69, 0,12, 1,73,4,0 и 5,29). С другой стороны концентрации общ его P, Р-РО4 и Са были выше в грунтовых водах под черной почвой (0,47; 0,31 мг POVäm^ 110,9 мг С а/дм3), чем под подзолистой почвой (0,38; 0,21 мг РО^ДМ3 и 40,5 мг Ca/д м 3). С одерж а ние азота и ф о сф о р а значительно колебались на протяжении года. М. MISZTAL, H. SMAL
CHEMICAL COMPOSITION OF GROUND WATERS ON ARABLE PODZOLIC SOILS AND BLACK EARTHS
Department of Soil Science, Agricultural University o f Lublin Summary
Changes in the content in ground waters of nitrates, phosphorus, potassium, sodium, calcium and magnesium on arable podzol soils and black earths were investigated in 1982-1989. Much higher
concen-128 M. Misztal, H. Smal
tration o f total N (7.26 mg N per dm3, N - N O 3 (3.98 mg N per dm3), К (13.77 mg К per dm3), Na (10.59 mg Na per dm3) and Mg (10.1 mg Mg per dm3) were found in ground waters under the podzol soil than under black earth (3 .6 9 ,0 .1 2 ,1 .7 3 ,4 .0 and 5.79, respectively). On the other hand, the concentration of to tal P, P - P O 4 and Ca was higher in ground waters under black earth (0.47 mg per dm3 ; 0.31 mg P O 4 per dm3 and 110.9 mg Ca per dm3) than under podzol soil (0.38; 0.21 mg P O 4 per dm3 and 40.5 mg Ca per dm3). The nitrogen and phosphorus content varied considerably throughout a year.
Prof. dr M. Misztal Praca wpłynęła do redakcji w marcu 1991 r.
Instytut Gleboznawstwa Akademia Rolnicza
