Wstępne wyniki badań nad wpływem uziarnienia gleby na bonitację drzewostanów sosnowych w południowo-zachodniej Polsce

PIOTR SEWERNIAK

WSTĘPNE WYNIKI BADAŃ NAD WPŁYWEM UZIARNIENIA

GLEBY NA BONITACJĘ DRZEWOSTANÓW SOSNOWYCH

W POŁUDNIOWO-ZACHODNIEJ POLSCE*

PRELIMINARY STUDIES ON EFFECT OF SOIL

TEXTURE ON SCOTS PINE STAND QUALITY CLASS

IN SOUTH-WESTERN POLAND

A b s tr a c t: S c o ts p in e {P in u s s y lv e s tr is ) is m ain tree s p e c ie s in P olan d. H o w e v er relation s b e­ tw een its grow th and so il texture are not w e ll recogn ized . T he aim o f the paper w a s to evaluate the e ffe c t o f so il texture on S co ts pin e stand quality cla ss in South W est Poland. T he stu d ies based on 3 4 9 so il p ro files. It w a s p oin ted out that S co ts pin e stand q u ality cla ss is p o s itiv e ly correlated w ith the fin e fraction ( 0 < 0 .0 2 m m ) content, but o n ly in san d y so ils. S co ts p in e does not u tiliz e the p o ten tia l nutrient su p p ly o f h e a v y s o ils , the s p e c ie s sh o u ld not be p lan ted on fresh so ils that contain m ore than 1 0 -1 5 % o f the fine fraction ( 0 < 0 .0 2 m m ).

S ło w a k lu c z o w e : u z ia m ie n ie g leb y , so sn a z w y cza jn a , b on itacja, h o d o w la lasu. K e y w o r d s : so il texture, S co ts p in e, stand quality cla ss, silvicu ltu re.

WSTĘP

Sosna zwyczajna (P in u s s y l v e s t r i s ) jest głównym gatunkiem lasotwórczym w Polsce i ma podstawowe znaczenie dla gospodarki leśnej kraju. Relacje m iędzy wzrostem tego gatunku a uziarnieniem gleby nie zostały jednak do tej pory szczegółow o zbadane. Zagadnienie to jest traktowane bardzo ogólnie nawet w specjalistycznych opracowaniach traktujących o ekologii i wymaganiach siedliskowych sosny zwyczajnej [np. Jaworski 1995; Obmiński 1970; Przybylski 1993; Szymański 1996]. W pracach naukowych dotyczących analizy wzrostu tego gatunku na terenie Polski nawiązuje się najczęściej do typów siedliskowych lasu, z pominięciem bezpośredniego odniesienia do cech gleby [np. Bruchwald, Kliczkowska 1997; Szwagrzyk, Szew czyk 2002].

Celem przeprow adzonych badań było określenie głów nych zależn ości m iędzy uziarnieniem gleby a bonitacją drzewostanów sosnowych w południowo-zachodniej Polsce. Analizowana zależność jest szczególnie ważna z punktu widzenia praktyki leśnej, *Praca w y k o n a n a w ram ach projektu b a d a w czeg o N r N 3 0 9 0 0 7 3 2 /1 0 3 7 fin a n s o w a n eg o ze śro d k ó w b u d ż e to w y c h M in isterstw a N a u k i i S z k o ln ic tw a W y ż sz e g o .

stąd problem badawczy przedstawiono w nawiązaniu do typologii siedlisk leśnych i hodowli lasu. W obecnie obowiązujących zasadach diagnozowania typów siedliskowych lasu [Siedliskowe podstawy hodowli lasu 2004] gleba ujęta jest nieczytelnie i niekon­ sekwentnie [Brożek 2007]. Wyniki niniejszej pracy m ogą być pomocne w bardziej precyzyjnym określaniu roli gleby w kartografii siedlisk leśnych.

MATERIAŁ I METODY

Badania przeprowadzono na terenie nadleśnictw Bolesławiec, Głogów i Oława (RDLP Wrocław). Wytypowano 349 profili glebowych, dla których wyniki analizy uziamienia, wykonanej zgodnie z podziałem na frakcje według Systematyki gleb Polski [1989], zaczerpnięto z operatów glebowo-siedliskowych [Operat glebowo-siedliskowy - Nadl. Bolesławiec 2004; Operat glebowo-siedliskowy - Nadl. Głogów 2005; Operat glebowo- siedliskow y - Nadl. Oława 2003]. Analiza uziam ienia została wykonana metodą areometryczną Bouyoucosa w modyfikacji Cassagrande’a i Prószyńskiego z rozdzieleniem części szkieletowych oraz frakcji piasku na sitach. W przypadku dużego udziału części szkieletowych w próbce glebowej zawartość tej frakcji była szacowana w terenie.

Na podstawie zawartości poszczególnych frakcji w poziomach genetycznych oraz miąższości tych poziom ów dla każdego profilu glebowego w yliczono średnią ważoną każdej frakcji uziamienia. Um ożliwiło to porównanie zawartości poszczególnych frakcji w badanych profilach z uwzględnieniem głębokości całych odkrywek glebowych. Gleby p iaszczyste analizow ane były do głębokości 200 cm, zaś gleby o drobniejszym uziarnieniu do 150 cm.

W ytypowane do badań profile glebow e zlokalizow ane były w drzewostanach sosnowych starszych klas wieku o podobnym zwarciu. Na każdej powierzchni badawczej przeprowadzono pomiar górnej wysokości drzewostanu sosnowego. Wykorzystując model Bruchwalda [Bruchwald i in. 2000] dla każdego drzewostanu obliczono bonitację wzrostową, która odpowiada potencjalnej wysokości drzewostanu w wieku 100 lat.

Z ależność m iędzy bonitacją drzewostanów sosnow ych a uziarnieniem badano oddzielnie dla dwóch grup gleb o odmiennych warunkach wilgotnościowych: dla gleb nieoglejonych (273 powierzchnie badawcze) oraz dla gleb wykazujących cechy oglejenia (76 powierzchni badawczych). Zgodnie z typologią siedlisk leśnych gleby pierwszej grupy związane były z siedliskami umiarkowanie świeżym i, zaś objęte badaniami gleby oglejone odpowiadały siedliskom silnie świeżym i siedliskom wilgotnym. Ze względu na to, że rolnicza p rzeszłość gleby leśnej wyraźnie w pływ a na jej w ła ściw o ści [Bednarek, M ichalska 1998; M aciaszek, Zwydak 1996a,b] oraz na w zrost sosny zwyczajnej [D zięciołow ski 1963; Prevosto i in. 2004], w badaniach uwzględniono jedynie gleby leśne, które nie były wcześniej użytkowane rolniczo.

Analizę statystyczną uzyskanych wyników wykonano przy użyciu programu Excel oraz STATISTICA. Zależności przedstawiono wykorzystując korelację rang Spearmana.

WYNIKI I DYSKUSJA

Bonitacja drzewostanów sosnowych na glebach nieoglejonych wykazała silną, istotną statystycznie (p < 0,01) korelację dodatnią z zawartością części spławialnych ( 0 < 0,02 mm) w zakresie gleb o grubszym uziarnieniu (rys. 1). Zawartość frakcji ilastych większa od 10-15% nie wiązała się w glebach nieoglejonych z w yższym i bonitacjami

R Y SU N E K 1. B onitacja d rzew ostan ów so sn o w y ch a zaw artość c z ę śc i sp ła w ia ln y ch w gleb ach nieoglejonych (liczb y na słupkach wykresu oznaczają liczbę powierzchni badawczych): pl - piasek luźny; ps - piasek słabogliniasty; pgl - piasek gliniasty lekki; pgm - piasek gliniasty mocny; gl - glina lekka

FIGURE 1. Scots pine quality class related to the fine fraction ( 0 < 0.02 mm) content in non-gleyic soils (numbers on the diagram show the amount o f study sites): pl - loose sand; ps - coarse sand; pgl - medium sand; pgm - loamy sand; gl - loam

drzew ostanów sosn ow ych . M aksym alne bonitacje sosna w ykazała na glebach o zawartości części spławialnych od 6 do 15%, co odpowiada uziarnieniu żyźniejszych piasków słabogliniastych i piasków gliniastych lekkich (rys. 1).

Zależność m iędzy bonitacją sosny a zawartością części spławialnych w glebach oglejonych również wykazała korelację dodatnią. Korelacja ta widoczna jest jednak w yłącznie w przedziale zawartości części spław ialnych odpowiadającym piaskom luźnym (rys. 2) i charakteryzuje się mniejszą istotnością statystyczną (0,01< p < 0,05) niż dla piaszczystych gleb nieoglejonych.

Z estaw ienie bonitacji drzew ostanów sosnow ych dla tych sam ych przedziałów zawartości części spław ialnych w glebach oglejonych oraz nieoglejonych (rys. 2) um ożliw iło oszacow anie znaczenia frakcji ilastych dla wzrostu badanego gatunku. Drobne frakcje uziarnienia gleby są istotne dla wzrostu roślin głów nie jako źródło składników pokarmowych. Ponadto w glebach, w których niedobór wody m oże być dla roślin czynnikiem stresowym, wpływają one na poprawę warunków w ilgotnoś­ ciowych. Zakładając, że na glebach oglejonych niedobór wody nie jest czynnikiem ograniczającym wzrost sosny, można stwierdzić, że bonitacja na tych glebach jest ściśle związana z rolą troficzną frakcji ilastych. Rola ta dla wzrostu bonitacji sosny ogranicza się do gleb oglejonych o uziarnieniu piasków luźnych (rys. 2). Sugeruje to, że widoczny na rysunku 1 wzrost bonitacji sosny na glebach nieoglejonych w zakresie zawartości części spławialnych do 10-15% jest związany głównie z soipcją wody przez frakcje ilaste, zaś w mniejszym stopniu z rolą troficzną tych frakcji. Rola troficzna części spławialnych wydaje się być w tym przypadku drugoplanowa, przy czym można sadzić, że prawdopodobnie jej znaczenie maleje wraz ze wzrostem zawartości frakcji ilastych.

: Bonitacja

gleby oglejone | | gleby bez cech oglejenia

J

RYSUNEK 2. Bonitacja drzewostanów sosnow ych a zawartość części spławialnych w glebach oglejonych i bez cech oglejenia (oznaczenia jak na rysunku 1 )

FIGURE 2. Scots pine quality class related to the fine fraction ( 0 < 0,02 mm) content in gleyic and non- gleyic soils (explanations as in Figure 1)

Uzyskane wyniki potwierdziły duży wpływ warunków w ilgotnościow ych gleby na wzrost sosny [Borowiec 1958; Szwagrzyk, Szewczyk 2002]. Podkreślić należy jednak, że wyraźnie w yższe bonitacje sosny na glebach oglejonych w porównaniu z glebami bez cech oglejenia odnotowano wyłącznie w glebach o lżejszym uziam ieniu (rys. 2). W miarę zwiększających się wraz ze wzrostem zawartości części spławialnych m ożli­ w ości sorpcji w ody w glebach nieoglejonych wyraźnie zmniejsza się różnica bonitacji drzewostanów sosnow ych w dwóch badanych grupach gleb. W efekcie na glebach o uziamieniu glin bonitacje sosny na glebach oglejonych i nieoglejonych są podobne (rys. 2). M oże to oznaczać, że przew iew ność gleby jest dla wzrostu om awianego gatunku na utworach drobnoziarnistych ważniejsza niż w ystępow anie potencjalnie korzystnych warunków w ilgotnościow ych.

Analiza uzyskanych wyników potwierdza sugestię Jaworskiego [1995], że dla wzrostu sosny kluczow e znaczenie mają w łaściw ości fizyczne gleby. Jak w ynika z badań Dzięciołowskiego [1963], przyczyną tego może być większa zdrowotność korzeni sosny rosnącej na glebach piaszczystych niż na glebach gliniastych, a także ograniczona dostępność wody dla roślin w materiale gliniastym podczas okresów suchych.

Na podstaw ie przeprowadzonych badań można stwierdzić, że sosna zwyczajna wykorzystuje potencjał troficzny siedliska jedynie na glebach o lżejszym uziamieniu, co znajduje również potwierdzenie we wcześniejszych badaniach autora [Sewem iak 2006]. Z punktu widzenia praktyki leśnej sugeruje to, aby na glebach nieoglejonych o

T A B E L A 1. K o r e la c j a m ie d z y b o n ita c ją d r z e w o s ta n ó w s o s n o w y c h a z a w a r t o ś c ią fra k cji uziarnienia w n ie o g le jo n y c h g le b a c h p ia s z c z y s ty c h

'F A B L E 1. C o r r e la tio n b e t w e e n S c o t s pine qu ality c la s s and c o n te n t o f tex tu ra l c l a s s e s in n o n -g le y ic sa n d y so ils F ra k cje uziarnienia [m m ] < 0 ,0 0 2 0 ,0 0 5 -0 ,-0 -0 2 0 ,0 2 -0 ,-0 -0 5 0 ,0 5 -0 ,-0 2 0 , 1 - j 0 ,2 5 - 0 ,0 5 j 0 ,l j 0 ,5 -0 ,2 5 1 -0 ,5 I>1 j B onitacja 0 , 2 0 2 * * 0 , 3 3 4 * * 0 , 3 7 4 * * 0 , 3 9 5 * * 0 ,2 9 2 * * i 0,1 5 9 * _ - L „ - 0 , 3 9 7 * * - 0 , 0 3 9 - 0 , 0 3 4 i i * * p < 0 ,0 1 , * 0 ,0 1 < p < 0 ,0 5

zawartości części spław ialnych w iększej niż 15% hodow lę sosny ograniczyć na korzyść eutroficznych gatunków liściastych. Dodatkowo do takich założeń hodowlanych skłania niższa jakość techniczna drewna sosnowego oraz niższa zdrowotność sosny rosnącej na glebach gliniastych niż na glebach o uziamieniu piasków [D zięciołowski 1963]. Tymczasem w praktyce wykonywania prac glebow o-siedliskow ych, zgodnie z Klasyfikacją gleb leśnych Polski [2000], na części gleb brunatnoziemnych związanych z drobnoziarnistym uziarnieniem, projektuje się siedlisko lasu m ieszanego św ieżego (LMśw). Na siedlisku tym Zasady hodowli lasu [2003] dopuszczają 40-50% udział sosny w składzie gatunkowym uprawy, co w świetle uzyskanych wyników badań nie jest uzasadnione. Gleby brunatnoziemne powinny być jednoznacznie związane ze

siedliskiem lasu św ieżego (Lśw).

Kwestią szczególnie kontrowersyjną w kartografii siedlisk leśnych jest diagnoza typu siedliskowego lasu na glebach nieoglejonych o uziamieniu piasków [Biały 1999; Rutkowski 2002]. Wzrost sosny na tych glebach poddano więc bardziej szczegółowej analizie. W tabeli 1 przedstawiono korelacje między bonitacją drzewostanów sosnowych a zawartością poszczególnych frakcji uziarnienia w piaszczystych glebach nieoglejonych. Korelacje te ułożyły się w uporządkowany sposób wraz ze wzrostem średnicy frakcji (tab. 1). Co ciekawe, z bonitacją sosny w większym stopniu dodatnio skorelowana jest zawartość grupy frakcji o rozmiarach od 0,002 do 0,1 mm niż iłu koloidalnego. Tylko częściowo można to tłumaczyć różnym udziałem poszcze­

gólnych frakcji ilastych i pyłu w bada­ nych glebach (rys. 3). Wydaje się, że kluczową rolę w analizowanej zależności odgrywają frakcje, które co prawda nie stanowią największego źródła składników pokarmowych, lecz dzięki sorpcji wody siłami mniejszymi niż siły ssące korzeni drzew, poprawiają wilgotnościowe wa­ runki wzrostu sosny. Potwierdzałoby to w ięk sze zn aczen ie roli wodnej niż troficznej drobnych frakcji uziarnienia dla wzrostu sosny.

Wyniki badań rzucają nowe światło w dyskusji nad optimum siedliskowym sosny zw yczajnej w naszym kraju. Uzyskane wyniki potwierdzają opinię

RY SU N EK 3. Średnia zaw artość frakcji ilastych i pyłow ych w nieoglejonych glebach piaszczystych FIGURE 3. Mean content o f clay and silt fractions in non-gleyic sandy soils

Borowca [1961], że optimum to występuje na glebach o lżejszym uziarnieniu, a nie jak sugeruje Szymański [1996] na piaskach gliniastych i glinach spiaszczonych.

Przeprowadzenie niniejszych badań umożliwiło określenie głównych zależności między uziarnieniem gleby a bonitacją drzewostanów sosnowych. Badania dotyczyły terenu południowo-zachodniej Polski, lecz wydaje się, że ze względu na podobny charakter znaczenia frakcji ilastych dla wzrostu sosny (rola wodna i troficzna, kształtowanie właściwości fizycznych gleby) uzyskane wyniki można rozszerzyć na cały niżowy obszar kraju. Z uwagi na kluczową rolę sosny zwyczajnej w składzie gatunkowym naszych lasów i relatywnie słabe rozpoznanie podjętej problematyki, wydaje się celowe przeprowa­ dzenie dalszych, bardziej szczegółowych badań. Szczególnie istotne może być dokonanie analizy zależności pomiędzy bonitacją drzewostanów sosnowych a zawartością poszcze­ gólnych składników pokarmowych w glebie.

WNIOSKI

1. Sosna zwyczajna najlepiej wykorzystuje potencjał troficzny siedliska na glebach o uziar- nieniu piasków.

2. W pływ warunków w ilgotnościow ych na wzrost sosny zaznacza się wyraźnie w gle­ bach piaszczystych. Bonitacja drzewostanów sosnow ych na glebach gliniastych o różnym stopniu uwilgotnienia jest podobna.

3. Na glebach nieoglejonych o uziarnieniu piasków bonitacja drzewostanów sosnowych wykazała najsilniejszą dodatnią korelację z zawartością frakcji 0 ,0 5 -0 ,0 2 mm oraz 0 ,0 2 -0 ,0 0 5 mm.

4. W kartografii siedliskowej gleby nieoglejone o uziarnieniu glin i piasków gliniastych mocnych powinny być wiązane wyłącznie z lasem świeżym (Lśw) z całkowitym po­ minięciem lasu m ieszanego św ieżego (LMśw).

LITERATURA

B ED N A R E K R., M IC H A LSK A M. 1998: W pływ rolniczego użytkow ania na m orfologię i w łaściw ości gleb rdzawych w okolicach Bachotka na Pojezierzu Brodnickim. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 460: 4 8 7 -4 9 7 .

B IA ŁY K. 1999: D o w oln ość wyróżniania typów siedliskow ych lasu i projektowania składów d ocelo­ w ych drzew ostanów w obrębie gleb bielicoziem nych. Sylwan 143,5: 6 5 -7 1 .

BOROW IEC S. 1958: Z ależność w łaściw ości gleb wytw orzonych z piasków luźnych oraz bonitacji i runa od głęb okości w od y gruntowej. Sylwan 102,2: 2 7 -3 5 .

BOROW IEC S. 1961: G leby brunatne w yługow ane siedlisk sosny taborskiej. Sylw an 105,5: 31^11. BROŻEK S. 2007: Klasyfikacja siedlisk leśnych - uwagi w sprawie m iejsca gleb w zasadach diagnozow a­

nia. Sylw an 151,2: 1 9-25.

BRUCHW ALD A ., KLICZK O W SK A A. 1997: Kształtowanie się bonitacji dla drzew ostanów sosn o­ w ych Polski. P ra ce IBL 838: 6 3 -7 3 .

BRUCHW ALD A., M IC H A LA K K., W RÓBEL L., Z A S A D A M. 2000: Analiza funkcji w ysok ości dla różnych regionów Polski. W: Przestrzenne zróżnicow anie wzrostu sosny. Bruchwald A. (red.) Wy- dawn. SGGW, Warszawa: 8 4 -9 1 .

DZIĘCIOŁOW SKI W. 1963: Warunki rozw ojow e drzewostanów sosnow ych na niektórych glebach b ielicow ych. P 7 7 W 1 5 ,1 : 68 ss.

JAWORSKI A. 1995: Charakterystyka hodowlana drzew leśnych. Gutenberg, Kraków: 238 ss. KLASY FIKA CJA GLEB LEŚN Y C H POLSKI. CILP, Warszawa 2000: 124 ss.

M A C IA SZEK W, Z W Y D A K M. 1996a: Przekształcanie górskich gleb porolnych przez przedplony sosnow e. C zęść I. Przem iany m orfologii profilu i w łaściw ości fizyczn ych gleb. Act. Agr. et Silv. Ser. Silv. 34: 6 7 -8 0 .

M A CIASZEK W, Z W Y D A K M. 1996b: Przekształcanie górskich gleb porolnych przez przedplony sosnow e. C zęść II. Przem iany w łaściw ości chem icznych gleb. Act. Agr. et Silv. Ser. Silv. 34: 8 1 -9 2 . OBM IŃSKI Z. 1970: Zarys ekologii. W: Sosna zw yczajna (Pinus silvestris L.). B iałobok S. (red.). PW N,

Warszawa-Poznań: 152-231.

OPERAT G LEBOW O-SIEDLISKOW Y - NADLEŚNICTW O BOLESŁAWIEC, 2004, Biuro U sług Eko­ logicznych i U rządzeniow o-L eśnych „OPERAT” s.c., (m aszynopis).

OPERAT G L EBO W O -SIED LISK O W Y - NA D LEŚN IC TW O GŁOGÓW, 2005, Biuro U słu g Ekolo­ gicznych i U rządzeniow o-L eśnych „OPERAT” s.c., (m aszynopis).

OPERAT G LEBO W O -SIED LISK O W Y - NA D LEŚN IC TW O OŁAWA, 2003, Biuro U słu g E kologicz­ nych i U rządzeniow o-L eśnych „OPERAT” s.c., (m aszynopis).

PREVOSTO B., D A M B R IN E E., M OARES C., CURT T. 2004: Effect o f volcanic ash and former agricultural use on the soils and vegetation o f naturally regenerated woodlands in the M assif Central, France. C atena 56: 2 3 9 -2 6 1 .

PRZYBY LSKI T. 1993: A utekologia i synekologia. W: Biologia sosny zwyczajnej. Białobok S., Boratyń­ ski A., Bugała W. (red.) Sorus, Poznań-Kórnik: 2 5 5 -2 8 1 .

RUTKOW SKI P. 2002: Badania nad różnicowaniem typów siedliskow ych lasu na glebach piaszczy­ stych. A cta Sei. Polonorum 1,1: 7 3 -8 5 .

SEW ERNIAK P. 2006: Analiza wzrostu sosny zwyczajnej (Pinus sy lve stris ) w zależn ości od wybra­ nych typów i podtypów gleb autogenicznych w południowo-zachodniej P olsce. Dok. Geogr. 32: 2 6 3 -2 6 5 .

SIEDLISKOW E PODSTAW Y HODOW LI LASU. Załącznik do Zasad hodow li lasu. Ośrodek R ozw ojo- w o-W d rożen iow y L asów Państw ow ych w Bedoniu, Warszawa 2004.

SY STEM A TY K A GLEB POLSKI, 1989: Rocz. G lebozn. 40,3/4: 150 ss.

SZW AGRZYK J., SZEW CZYK J. 2002: W pływ trofizmu i w ilgotności siedliska na wzrost i pokrój sosen i dębów w Puszczy N iepołom ickiej. Sylwan 146,12: 2 3 -3 8 .

SZY M A Ń SK I S. 1996: E kologia sosny zwyczajnej. W: Mat. N a sesję naukową: Sosna w P olsce - stan, problemy, perspektywy. Fundacja „Rozwój SG G W ”, Warszawa: 5 -1 0 .

ZASADY HODOWLI LASU 2003: Dyrektor Generalny LP, Warszawa.

Mgr inż. Piotr Sewerniak

Zakład Gleboznawstwa, Instytut Geografii UMK ul. Gagarina 9, 87-100 Toruń