R O C Z N IK I G L E B O Z N A W C Z E T. X X X I X , N R 4 S. 171 - 185 W A R S Z A W A 1988
F R A N C I S Z E K M A C I A K
R O Z K Ł A D G L E B Y T O R F O W E J U Ż Y T K O W A N E J P O D Ł Ą K Ą I L A S E M
K atedra R ek u lty w acji Środow isk a Przyrodniczego S G G W - A R w W a rsza w ie
W S T Ę P
P r z y u żytkow an iu g le b y to rfo w e j pod u praw am i roślin n ym i szybka m in eralizacja m aterii organicznej jest zjaw isk iem w y b itn ie n iek orzyst nym . P ro w a d zi ona b ow iem do szkodliw ych fizy k och em iczn ych zmian, a w konsekw encji do rozkładu to rfo w e g o podłoża.
Tem po m in era liza cji g le b y to rfo w e j bądź m ożliw ości przekształcenia je j w in n y typ g le b y zależą od charakteru m asy organicznej torfu oraz rodzaju siedliska gleb ow ego, z k tó ry m w ią żą się w aru n ki pow ietrzn e, w odne, cieplne i tro ficzn e [3, 9 - 1 1 ]. C zyn n iki te, u w arunkow ane często działalnością gospodarczą człow ieka, przyspieszają m in era liza cję zw ią z k ó w w ę g la i azotu, tj. n a jw a żn iejszy ch składników u tw o ró w gleb ow ych . M o d y fik u ją c p rzeb ieg procesów rozkła dow ych kształtują one n ow e cechy u tw orów , które u w id aczn iają się w zm ianach ilościow ych i jakościow ych składników organ icznych torfu. D o ty czy to zw łaszcza zaw artości w nich celu lo zy i hem icelu lozy, lignin, bitum in, kw a sów h u m inow ych oraz po szczególn ych fo rm azotu organicznego i m ineralnego [4, 9 - 12].
O góln ie p rz y jm u je się, że g le b y to rfo w e p odlegają siln iejszej hum i- fik a c ji i m in era liza cji p rz y u p raw ie roślin p o low ych n iż łąkow ych . P o w od ow a n e jest to w ięk s zy m n a p ow ietrzen iem g le b y w w arunkach u praw p o low ych oraz m niejszą akum ulacją resztek roślinnych, szczególnie w w ierzch n iej w a rstw ie [1 0- 1 2].
W op tym aln ych w arunkach tlen ow ych i w odn ych m ik roorga n izm y g le b o w e szybko m in era lizu ją ła tw ie j rozkładające się substancje orga niczne, doprow adzając je do dw u tlenku w ę g la i prostych połączeń azotu m ineralnego. W ę g ie l i azot m ogą tu czasowo w chodzić w skład m ikro organ izm ów tw orząc now e zw ią zk i [ 5 - 7 ] . Tru dno rozkładające się m a te ria ły organiczne, szczególnie lig n in y i bitum iny, akum ulują się w g le bach to rfo w y c h [1 0, 1 1].
R ozkład roślinności to rfo tw ó rc ze j przeb iega rów nocześnie z rozkładem szczątków roślinnych pochodzących z u p ra w y n ow ej roślinności p o k ry
w ają cej zm eliorow an e g le b y torfow e. Ś w ieża organiczna m ateria zgro m adzona w glebie, szczególnie p rz y dobrych w arunkach tlen ow ych i cieplnych, w w ielu przypadkach m oże przyspieszać rozkład m aterii or ganicznej [13]. D o ty czy to, w naszych w arunkach zwłaszcza, przesuszo nych gleb to rfo w y ch znajdu jących się pod lasem brzozow ym . Siedliska tego typ u posiadają z w y k le gleb ę to rfo w ą o zm n iejszonej w ilgotności, spow odow anej uprzednią m elioracją oraz silną transpiracją w ie lo letn ie j roślinności drzew iastej. Ponadto część opadów jest zatrzy m y w a n a przez liście d rzew oraz podszyt leśn y i nie dociera do gleb y.
O drenującym działaniu lasów na glebach to rfo w y c h na skutek trans- p ira cji sygn alizu ją w sw ej pracy m. in. Robinson i N ew son [16].
G łęboko przesuszone p ro file g leb o w e z siedlisk lasów b rzozow ych są dodatkow o w zbogacane w resztki roślinne pochodzące zarów no z bujnego podszytu, ja k i z corocznego opadu liści z drzew . M a to n ie w ą tp liw ie w p ły w na procesy degradacji gleb torfow ych .
W nin iejszej pra cy porów nano zm ian y biochem iczne, ja k ie nastąpiły w profilach g le b y to rfo w e j na skutek w ielo letn ie g o u żytkow an ia łąko w ego i leśnego. Ponadto w w arunkach la b ora toryjn ych określono p rze bieg m in era liza cji w ęg la i azotu w u tw orach g leb o w y ch pochodzących z poszczególnych poziom ów p r o filó w g le b y łąkow ej i leśnej.
M A T E R I A Ł I M E T O D Y B A D A Ń
M a teriał stan ow iły próbki gleb to rfo w y ch z głębokości: 5 - 1 0 cm, 25 - 30 cm, 55 - 60 cm i 95 - 100 cm, z poletek znajdujących się w Za kładzie D ośw iadczalnym Biebrza. T a m tejsze g le b y (w ykształcone z tor fo w isk niskich) b y ły u żytkow an e (bez naw ożenia) jako łąki przez 25 lat. W sąsiedztw ie, na takich sam ych glebach torfow ych , rósł około 50-letni las b rzo zo w y (z brzozą omszoną). N a łące rosła m ieszanka traw , g łów n ie kostrzew a czerwona, ze znacznym udziałem chw astów łąkow ych. Siedlisko leśne lasu b rzozow ego m iało g ęsty podszyt, składający się z p o k rzy w y dw u piennej, m alin y w ła ściw ej, ze znacznym u działem kru szyn y pospo litej, często z dom ieszką narecznicy błotnej, m archw i zw y cza jn ej oraz trzcin y pospolitej.
M E T O D Y A N A L I T Y C Z N E
Rodzaj i stopień rozkładu torfu św ieżych próbek gleb ow ych określono m etodą m ikroskopową, natom iast w artości pH (w H20 ) m ierzono po- tencj om etrycznie.
Do dalszych analiz zostały u żyte zm ielone i przesiane ( 0 oczek 2 m m ) p ow ietrzn ie suche próbki gleb ow e.
Rozkład gleby torfowej pod łąką i lasem 173
M a terię organiczną i zaw artość popiołu w torfach określono p rzez spalenie próbek w tem peraturze 550 J C.
W ę g ie l w próbach określono m etodą suchego spalania, a azot m etodą m ikro- K jeld a h la .
F ra k cję kw asów hu m inow ych określono w ed łu g K o n on o vej i B elch i- k o vej [8], w ęg lo w o d a n y (celu lozę i h em icelu lozę) w ed łu g Stevensona
[
20
].Skład fra k c ji azotu po h y d ro lizie (p o w ietrzn ie suchych prób) w 6M HC1 określano w ed łu g B rem nera [2], pom iar C 02 w torfach w yk onano w edłu g N orm ana i N ew m an a [za 12]. P ró b k i g leb o w e inkubowano w M i tro w y ch słojach w tem peraturze 32° С p rzez okres 20 tygodni. W y d z ie la ją cy się C 02 absorbow any b y ł p rzez 0,5M N aO H . Badania prow adzono w odstępach 2-tygod n iow ych .
M in era liza cji azotu organicznego to r fó w dokonano w ed łu g Stanforda i H a n w a ya [19] w czasie 20 -tygod n iow ej inkubacji próbek w tem pera turze 32° C. M in era liza cję azotu badano rów n ież w 2 -tygod n iow ych od stępach, a w y n ik i przedstaw iono w fo rm ie w yk resó w .
W Y N I K I B A D A Ń
N ie k tó re geobotaniczne i chem iczne właściwości gleb. A n alizow an e g le b y to rfo w e rep rezen tu ją odw odnione niskotorfow isk ow e g le b y (dolina rzeki B ieb rzy ) północno-w schodniej części Polski. P r o fil g le b y łąkow ej tw o r z y w w a rstw ie w ierzch n iej mursz to rfo w y , natom iast w w arstw ach głębszych w ys tę p u je to rf tu rzy co w y, to rf trzcin ow o -tu rzy co w y i trzcin o w y (tab. 1). Stopień rozkładu torfu w aha się od 40 do 70%. N a js iln ie j szem u rozkładow i w p rofilu pod łąką u legła w arstw a m urszowa.
W p rofilu g le b y to rfo w e j p o k rytej lasem b rzozow y m w w a rstw ie w ierzch n iej w ys tę p u je mursz to rfo w y , natom iast głębiej, do w a rstw y spągow ej, zalega to rf d rzew n o -o lch o w y o stopniu rozkładu 40 - 60%. M akroskopow o ob yd w a p r o file różnią się g łó w n ie stopniem zm urszenia i w ilgotnością. G łębsze zm urszenie i m niejszą w ilgotność w y k a zu je p ro fil g le b o w y pod lasem niż pod łąką. pH ob yd w óch siedlisk g leb o w y ch w aha się około 5. W iększą popielność w y k a zu je w arstw a w ierzch n ia g le b y łą k o w ej an iżeli w arstw a w ierzch n ia g le b y leśnej, natom iast n ajw iększą popielnością (około 2 0% ) ch arakteryzu je się najgłębsza zbadana w arstw a g le b y leśnej (95 - 100 cm).
P o d w zg lęd em zaw artości k w asów hu m in ow ych w ystęp u ją znaczne różnice w ob yd w óch badanych profilach. G le b y p rofilu leśnego, w po rów nan iu z p ro filem łąkow ym , bogatsze są w k w a sy hu m inow e i to w e w szystk ich rozp a tryw a n ych poziom ach (tab. 1).
P o d w zg lęd em zaw artości celu lozy i h em icelu lozy nie ma dużych różnic m ięd zy obu badanym i profilam i. N ajb ogatsze w w ęglow od a n y,
Tabela 1 Charakterystyka badanych gleb torfowych
Characteristics of investigated peat soils
N r próbki Sample N o. Warstwa Layer cm PHh2o Gatunek torfu Peat kind Stopień rozkładu Decompo sition degree 0//0 Popielność Ash content Materia organiczna Organic matter Kwasy huminowe Humic acids Węglowodany — Carbohydrates celuloza cellulose hemicelu-loza hemicellulose suma sum w % s.m. — in % of d.m. Siedlisko łąkowe — profil — Grassland soil — profile
1 5-10 4,9 mursz — muck 70 16,13 83,97 23,69 0,33 8,45 8,78 2 25-30 5,0 turzycowy 40 9,46 90,54 20,27 1,51 5,03 5,54 sedge peat 3 55-60 5,0 trzcinowo-turzy-cowy 50 11,46 88,54 19,32 1,02 3,77 4,79 reed-sedge peat 4 95-100 5,2 trzcinowy 60 15,33 84,67 23,80 1,97 3,16 4,23 reed peat
Siedlisko leśne — profil — Forest :soil — profile
1 5-10 4,5 mursz — muck 60 15,07 84,93 31,05 0,59 7,40 7,99 2 25-30 4,9 olchowy 40 9,04 90,96 22,69 1,61 6,53 8,14 alder peat 3 55-60 5,2 olchowy 50 10,21 89,79 20,08 1,07 4,45 5,42 alder peat 4 95-100 5,4 olchowy 60 19,85 80,15 30,00 0,55 3,66 4,21 alder peat I
Tabela 2 Zawartość węgla i azotu badanej gleby torfowej
Carbon and nitrogen content in peat soil investigated
N r próbki Sample No. Warstwa Layer cm Ogółem С — Total N C : N N — nie ulegający hydrolizie N — amonowy i amidowy N - N 03 N —N H4 C O2 (wydzielony) % s.m. % of d.m. N — hydrolizujący N — nonhydrolysable N — hydrolysable N — aminowy N — ammonia and amide N — mineral. C O2 (secreted) N — mineral. N — amine
Siedlisko lakowe — profil — Grassland soil — profile
1 5-10 44,29 4,43 9,99 0,25 0,80 3,76 4,05
2 25-30 48,98 3,39 14,44 0,41 0,56 2,87 5,04
3 55-60 47,98 3,25 14,75 0,46 0,57 3,85 3,23
4 95-100 46,59 2,54 18,32 0,56 0,70 4,20 4,20
Siedlisko leśne — profil — Forest soil — profile
1 5-10 43,43 1 3,79 11,46 0,35 0,91 4,06 8,73
2 25-30 48,27 3,46 13,93 0,44 0,71 1,20 6,52
3 55-60 46,79 3,04 15,38 0,46 0,84 3,64 4,56
17 Г> F. Maciak
szczególnie w hem icelulozę, są w a rs tw y w ierzch n ie 5 - 1 0 cm oraz w a r stw y 25 - 30 cm ob yd w óch g leb (tab. 1).
W trakcie ogólnych przem ian w glebach to rfo w y ch w ystęp u ją straty zaw artej w nich m aterii organicznej. R ó w n o leg le ob serw u je się także zw iększen ie ilości n iek tórych z w ią zk ó w organicznych, istniejących p ie r w otn ie w m asie roślinności bagienn ej tw orzącej glebę.
P o d w zg lęd em zaw artości w ę g la ob yd w a siedliska g leb ow e nie różnią się w du żym stopniu m ięd zy sobą (tab. 2). N aju boższe w w ę g ie l ogółem są w a rs tw y w ierzch n ie g le b y (z poziom u 5 - 1 0 cm), najbogatsze nato m iast w a rs tw y poddarniow e z poziom u 25 - 30 cm.
A zo tu ogółem n a jw ię ce j za w iera ją w a rs tw y w ierzch n ie ob yd w óch gleb. W ąski stosunek С : N (zb liżon y do 10), n a jm n iejs zy w w ierzch n iej w a
r-W a r e t w a —L a y e r
Rys. 1. Form y azotu organicznego w glebie torfow ej siedliska łąkow ego — 1, i leś nego — 2: a N -heksozam in ow y, b — N -am id o w y , с — N -am in o w y , d — N -h u m
i-no w y nierozpuszczalny
Fig. 1. O rganie nitrogen form s in peat soil of the grassland site — 1 and forest site 2; a — N -hexosam ine, b — N -am ide, с — N -am in e, d — N -h u m in insoluble
Rozkład gleby torfowej pod łąką i lasem 177
stw ie g le b y łąkow ej, w skazu je na w yso k i stopień zaaw ansow ania pro cesów rozkładow ych, ja k ie nastąpiły w w yn ik u u żytkow an ia łąkow ego i leśnego. Ś w ia d czy o ty m rów n ież w zrost zaw artości popiołu i spadek ilości w ęg lo w o d a n ó w (tab. 1).
O m aw iane g le b y różnią się pod w zg lęd em ogólnej zaw artości azotu organicznego oraz poszczególnych jeg o form . Z różn icow an ie to z a le ży od u żytkow an ia g le b y (łąkow ego lub leśnego) i nie jest jed n akow e w po szczególnych w arstw ach p ro filó w (rys. 1). A z o t heksozam inow y u trzy m uje się w gleb ie u żytkow an ej łąkow o na niskim poziom ie (2 - 3 % N ogółem ) i jest go p ra w ie dw u krotnie w ięce j w gleb ie u żytkow an ej pod lasem. A zotu am id ow ego jest też w ięce j w gleb ie leśnej niż łąkow ej, do ty c z y to zw łaszcza głębszych w a rstw p ro filó w . N a jw ięk sze ilości azotu am id ow ego znajdow ano w u tw orach g le b y leśnej na głębokości 5 5 - 60 i 95 - 100 cm. A zo tu am in ow ego (rys. 1) w e w szystkich poziom ach g leb y łąkow ej jest w ięce j niż w gleb ie leśnej.
A z o t h u m in ow y nierozpuszczalny nie ulega h y d ro lizie kw aśnej w 6M HC1. Duża ilość tej fo rm y azotu św iadczy o tym , że gleba ma m n iejsze m ożliw ości m in era liza cy jne w stosunku do zw ią zk ó w azotu. Zaw artość N -h u m in ow ego nierozpuszczalnego jest w y ra źn ie w iększa w g leb ie leśnej niż łąkow ej, ale d o tyczy to tylk o w a rs tw y p o w ierzch n iow ej (5 - 1 0 cm).
M in e ra liz a cja w ęgla i azotu w glebach. Z m ian y w m aterii organicznej gleb torfow ych , spow odow ane ich łą k o w y m bądź leśnym u żytkow aniem ,
C02 x1C Ł ą k a — M e a d o w L a s — F o r e s t
Tygodnie — Weeks
Rys. 2. Przebieg w ydzielania C o2 w czasie in kubacji to rfów w temp. 32° С w ciągu 20 tygodni; próbki do inkubacji gleby pobrano z głębokości: 1 — 5 - 1 0 cm, 2 —
25 - 30 cm, 3 — 55 - 60 cm, 4 — 95 - 100 cm
Fig. 2. C 0 2 secretion course during the incubation of peats at the tem perature of 32° С for 20 weeks, samples of soil w ere taken from the depth: 1 — 5 - 1 0 cm,
2 — 25 - 30 cm, 3 — 55 - 60 cm, 4 — 95 - 100 cm
178 F. Maciak
w istotn y sposób w p ły n ę ły na intensyw ność m in era liza cji w ęg la i azotu organicznego.
P o dw u d ziestotygo d n iow ym okresie inkubacji próbek g le b y (w tem peraturze 32° C) stw ierdzono różnice w m in era liza cji zarów no zw ią zk ów organicznych w ęgla, ja k i azotu gleb torfow ych .
M in eraliza cja zw ią zk ó w w ęg la przebiegała in ten syw n iej w próbkach g leb y z p rofilu leśnego niż łąkow ego (rys. 2). D o ty czy to zarów no w arstw w ierzchnich, jak i głębszych.
Warstwa — Layer
Rys. 3. Sum a wydzielonego C 0 2 w ciągu 20 tygodni w czasie inkubacji torfów w temp. 32° C: 1 — próbki gleby z siedliska łąki, 2 — próbki gleby z siedliska
lasu
Fig. 3. Sum of secreted C 0 2 during the incubation of peats at the tem perature of 32° C: 1 — sample of soil from m eadow site, 2 — samples of soil from forest
site
D w u tlen ek w ęg la n a jin ten syw n iej w y d zie la ł się w okresie pierw szych dw óch tygodni, a następnie ob serw ow ano spadek m in era liza cji w ęg la p rzy n iew ielk im w zroście rozkładu w okresach 8 - 1 0 oraz 14 - 16 tygodni. Suma w yd ziela n eg o C 02 w ciągu 2 0 tygod n i z próbek g le b y z w a rstw y 5 - 1 0 cm z siedliska łąkow ego (rys. 3) w yn osi 1950 mg, a z w a rstw y 95 - 100 cm — 850 m g na 100 g s.m. gleb y. W tym sam ym czasie suma w yd zie lo n e go CO3 z próbek z w a rs tw y 5 - 1 0 cm z siedliska leśnego w yn osi 2400 m g i 1050 m g na 100 g s.m. z w a rs tw y 95 - 100 cm. Jak widać, m ineralizacja zarów no w ierzch n ich w a rstw g le b y to rfo w ej, jak i w a rstw zalegających g łęb iej przeb iega szybciej w siedlisku leśnym niż w siedlisku łąkow ym . Praw d opodob n ie głów n ą tego p rzyczyn ą jest w ię k sze odw odnien ie siedliska leśnego, a tym sam ym pow stanie lepszych
Rozkład gleby torfowej pod łąką i lasem 179
w aru n ków tlen ow ych do m in era liza cji z w ią zk ó w w ęgla. D od atkow ym elem entem a k tyw izu ją cy m m in era liza cję torfu m oże być rów n ież duży d o p ły w resztek roślinnych pochodzących zarów no z liści d rzew i k rze w ów , ja k i akum ulacji m aterii organicznej z bu jnie rosnącej w podszycie roślinności jed n o- i dw uliściennej.
M in eraliza cja z w ią zk ó w azotu organicznego m iała podobnie in ten syw n y p rzeb ieg w czasie inkubacji próbek glebow ych, jak m in eralizacja w ę gla organicznego. Rozkład azotu organicznego badano poprzez określenie zaw artości N - N H4 i N - N 03 w próbkach gleb ow ych w ciągu 20-tygodnio- w eg o okresu ich inkubacji w tem peraturze 32° С (rys. 4). Zaw artość azotu am onow ego (N - N H 4) w g leb ie łąkow ej była niższa niż w gleb ie leśnej. D o ty czy to zw łaszcza u tw orów g leb ow y ch z poziom ów na głęb o kości 25 - 30 i 55 - 60 cm. N a jw ię c e j azotu fo rm y am onow ej uw alniało
Tygodnie — Weeks Tygodnie— Weeks
Rys. 4. Przebieg m ineralizacji azotu w czasie inkubacji to rfó w w temp. 32° С w ciągu 20 tygodni, próbki torfu pobrano z głębokości: 1 — 5 1 0 cm, 2 — 25
-30 cm, 3 — 55 - 60 cm, 4 — 95 - 100 cm
Fig. 4. Nitrogen m ineralization course during the incubation of peats at the tem perature of 32° С for 20 weeks, samples of peat w ere taken from the depth:
1 8 0 F. Maciak
się z próbek pobranych z w a rs tw y gleb o w e j 25 - 30 cm oraz z w a rs tw y 55 - 60 cm (rys. 5), zw łaszcza w gleb ie leśnej.
Procesy n itry fik a c y jn e w ob yd w óch glebach zachodziły bardzo in tensyw nie, niem n iej p rzew aga tych procesów m iała m iejsce w g leb ie łąkow ej. N a jw ię k s z y w zrost zaw artości azotanów w próbkach g le b y łą k o w ej nastąpił w 8 - 1 0 tygod n iu inkubacji oraz w 6 tygod n iu inkubacji próbek g le b y leśnej. N a jw ię k s z y w zrost azotanów stw ierdzono w w a r stw ie w ierzch n iej ( 5 - 1 0 cm) g le b y łąkow ej oraz w w arstw ach głębszych 55 - 60 i 95 - 100 cm g le b y leśnej.
W arst wa — L a y e r
Rys. 5. Sum a azotu m ineralnego: A — N - N H 4, В — N - N 0 3, С — N - N H 4 -f N 0 3 w ydzielonego w temp. 32° С w ciągu 20 tygodni w czasie in kubacji to rfó w z sie
dliska łąkow ego — 1 i siedliska lasu — 2
Fig. 5. Sum of m ineral nitrogen: A — N - N H 4, В — N - N 0 3, С — N - N H 4 + N - N O3 secreted at the tem perature of 32° С for 20 weeks during the peat incubation of
of the grassland site — 1, and forest site — • 2
B iorąc pod u w agę ilości azotanów nagrom adzonych w ciągu 2 0 t y godni, m ożna zauważyć, że nieco słabiej n itry fik a cja przebiegała w g le bach u żytkow an ych pod lasem niż w glebach u żytkow an ych pod łąką. In teresu jący jest fa k t w ystępow a n ia in ten syw n ych procesów n itry fik a - cyjn ych w próbkach g le b y leśnej pobranych z głębokości 55 - 60 cm
Rozkład gleby torfowej pod łąką i lasem 1 8 1
i 95 - 100 cm (rys. 5), co św iadczy o w ysok iej aktyw ności biologiczn ej tych w arstw .
R ozpatru jąc sumę azotu fo rm y am onow ej i fo rm y azotanow ej w cza sie całego okresu inkubacji próbek gleb ow ych , n a leży stw ierdzić, że znacznie w ięcej ob yd w u fo rm azotu m ineralnego zn ajd ow ało się w w ierzch n iej w a rstw ie g le b y to rfo w e j u żytk ow an ej pod łąką niż w w ierzch n iej w a rstw ie g le b y leśnej. N a głębokości 25 - 30 cm zaw ar tości azotu m ineralnego są podobne w ob yd w óch glebach, choć na g łę bokości 95 - 100 cm azotu m ineralnego jest w ięcej w g leb ie leśnej niż w gleb ie łąkow ej.
D Y S K U S J A
Stosowane system y u żytkow an ia gleb to rfo w y c h m ają n ie w ą tp liw y w p ły w zarów no na kierunek zachodzących zmian, ja k i na procesy m i n e ra lizacji z w ią zk ó w w ęg la i azotu [9, 10, 12]. Inten syw n a m in eralizacja gleb to rfo w y c h jest czyn n ik iem niekorzystn ym , prow a dzi b o w iem do degradacji i stopniow ego ich zaniku. P rz y c z y n ą tego jest liczna m ikro flo ra gleb ow a rozkładająca przede w szystk im bogate w w ęg lo w o d a n y i białko zw ią zk i organiczne.
W czasie procesów rozkładow ych większość w ęg la organicznego ulat nia się jako CO^ i tylk o n iew ielk a jeg o część w ch od zi w skład m ikro organizm ów . N atom iast nie ma w ięk szych strat w azocie i innych skład nikach m ineralnych [6, 7, 1 2]. W rezultacie przem ian dokonanych przez m ik roorga n izm y azot m oże znajdow ać się w g leb ie to rfo w e j w fo rm ie : am in ow ej, heksoam inow ej, am idow ej lub am onow ej i azotanow ej. M oże być także zw ią za n y przez lign in y, k w a sy hu m inow e lub p rzez inne zw ią zk i organiczne [1 0, 1 1].
W przeb iegających cyklach przem ian i rozkładu m aterii organicznej gleb to rfo w y ch n a leży u w zględn ić cią g ły d o p ły w m aterii organicznej z aktualnie u praw ianych roślin. W przypadku u żytkow an ia łą k ow ego są to resztki tra w [2 1], natom iast p rzy u żytkow an iu leśnym , poza szczątka m i roślinności traw iastej, grom adzą się rów n ież szczątki roślinności pod szytu oraz liście d rzew i k rzew ów .
K o rzy stn e dla m ikroorga n izm ów g leb o w y ch w aru n ki p o w ietrzn o-w od - ne g le b y leśnej n a w et na znacznych głębokościach w y n ik a ją z silnej transpiracji roślinności drzew iastej. Tłu m a czy to szybszą degradację gleb to rfo w y ch p o k rytych lasem b rzo zo w y m w porów naniu z siedliskiem łą k o w y m [17, 18].
W w ierzch n iej w a rstw ie g le b y łą k ow ej jest w ięce j w ę g la i azotu ogółem niż w gleb ie leśnej (tab. 2), natom iast gleba leśna (w e w szystkich badanych poziom ach p rofilu ) zaw iera w y ra źn ie w ięce j kw asów hum ino w yc h niż gleba łąkow a (tab. 1). Zaw artość popiołu, celu lozy i hem icelu- lo z y w gleb ie leśnej jest tylk o nieznacznie m niejsza niż w gleb ie łąkow ej
182 F. Maciak
i to tylk o w w ierzch n iej w arstw ie. W pozostałych poziom ach p rofilu g le b y leśnej zaw artość w ęg lo w o d a n ó w jest w y ra źn ie w yższa (tab. 1). Ś w iad czy to o w ięk szym d o p ły w ie do g le b y leśnej niż do g leb y łąkow ej św ieżej m aterii organicznej.
P rzeb ieg procesów rozkładow ych w glebach to rfo w y ch m iał rów n ież w y ra źn y w p ły w na zaw artość w nich poszczególnych fo rm azotu. Gleba leśna p ra w ie w e w szystkich poziom ach p rofilu bogatsza jest od g leb y łą k ow ej w fo rm y azotu heksozam inow ego, am idow ego oraz hu m inow ego nierozpuszczalnego, natom iast w gleb ie leśnej w ystęp u je m niej azotu am in ow ego (rys. 1).
Rozkład zw ią zk ó w w ęg la organicznego w glebach p o k rytych nie nawożoną roślinnością traw iastą jest znacznie w o ln iejs zy w porów naniu z rozkładem w glebach p ok rytych drzew iastą roślinnością brzozow ą z podszytem . R ó w n o leg le prow adzone badania nad m in eralizacją azotu organicznego w obydw óch glebach w y k a z a ły p rzew agę m in era liza cji azo tu w g leb ie łąkow ej, lecz tylk o w p o w ierzch n iow ej 5 - 1 0 cm w a rstw ie profilu gleb ow ego oraz na głębokości 55 - 60 cm. W próbkach gleb ow ych z poziom u 25 - 30 cm m in eralizacja azotu przebiegała podobnie w ob yd w u glebach, zaś w próbkach pobranych z głębokości 95 - 100 cm m ine ralizacja azotu była znacznie w iększa w gleb ie leśnej.
W N I O S K I
N a podstaw ie uzyskanych w y n ik ó w m ożna w ysunąć następujące w nioski :
1. S ystem y d łu gotrw ałego u żytkow an ia łąkow ego i leśnego g le b y tor fo w e j w p ły n ę ły w zróżn icow an ym stopniu na zaw artość w nich w ęg la i azotu ogółem oraz poszczególnych fra k c ji m aterii organicznej.
2. P rocesy h u m ifik a cji i m in era liza cji zw ią zk ó w w ę g la organicznego p rzeb ieg a ły znacznie in ten syw n iej w glebach spod u żytkow an ia leśnego niż łąkow ego.
3. P rocesy m in era liza cji zw ią zk ó w azotu organicznego przeb iegały w zróżn icow an ym stopniu w ob yd w u glebach torfow ych . W iększa m ine ralizacja z w ią zk ó w azotu organicznego w ystęp ow a ła w w a rstw ie po w ierzch n iow ej g le b y łąkow ej niż g leb y leśnej, a m niejsza w w a rstw ie najgłębszej g le b y łą k ow ej niż g le b y leśnej.
4. C zynn ikam i przyspieszającym i rozkład i degradację g leb y to rfo w e j p o k rytej lasem b rzo zo w y m są w całym p ro filu optym aln e w aru n ki w il- gotn ościow o-pow ietrzn e dla m ikroorgan izm ów gleb ow ych . D ru gim czyn n ikiem przyspieszającym rozkład jest du ży d o p ły w do g le b y św ieżej, bogatej w w ęg lo w o d a n y m aterii organicznej pochodzącej z opadających liści d rzew i k rz e w ó w oraz z podszytu runa leśnego.
Rozkład gleby torfowej pod łąką i lasem 183
L I T E R A T U R A
[1] B r e m n e r J. M. Studies on soil humic acids. I. The chemical nature of humic nitrogen. J. A gricult. Sei. 1957, 46 s. 247 - 256.
[2] B r e m n e r J. M. M ethods of soil analysis. Part. 2. Chem ical and m icrobio logical properties. Am er. Soc. A gron . Inc. Madison. W isconsin U S A , 1965 s. 1149- 1238.
[3] B r o w n J. L., F a r n h a m R. S. The m ineral content of peat and the d e gree of decomposition. Proc. 5th Int. Peat Congr. 1976, 2 s. 246 - 253. [4] F 1 a i g W., B e u t e l s p a c h e r H., R i e t z E. Chem ical composition and
physical properties of humic substances. (In :) G ieseking J. E. (ed). Soil com ponents: O rganic components (vol. I). Sp rin ger V erlag. N. Y o rk 1975, 1 - 211. [5] G r e e n l a n d D. J., О a d e s J. M. Saccharides. (In :) G ieseking J. E. (ed.).
Soil components: O rganic components (vol. 1). Springer V erlag. N e w Y o rk 1975 s. 213-257.
[6] J e n k i n s о n D . S . Studies on the decomposition of plant m aterial in soil. V. The effect of plant cover and soil type on the loss of carbon 14C labelled ryegrass decomposing under field conditions. J. Soil Sei. 1977, 28 s. 424 - 434. [7] K a i n i s t о S. Aspect of nitrogen mobilization in peat. Proc. 5th Inter. Peat
Congr. 1976, 2 s. 295- 305.
[8] K o n o n o v a М. М., B e l c h i k o v a N. P. Rapid methods of determ ining the humus composition of m ineral soils extraction. Pochvovedenie 1961 s. 10 - 75.
[9] M a c i a к F. Effect of fertilization and tillage on content of organic form s of nitrogen in peat soil and its humus fractions. Proc. 4th Inter. Peat Congr. 1972, 4 s. 105 - 120. Otanieni, Finland.
[10] M a c i a k F., S ö c h t i g H. Effect of the degree of decomposition on the changes in the nitrogen fraction and phenolic in lo w peat. Proc. 5th Int. Peat Congr. 1976, 2, s. 310-319.
[11] M a c i a k F. F rak cje hum usowe i azotowe w torfach rejonu Bełchatow a oraz podatność to rfó w na m ineralizację azotu. Rocz. N a u k Roi. ser. F, 1984, 81 s. 45 - 58.
[12] M a c i a k F., S ö c h t i g H. Relationships betw een the transform ation of o r ganic components to carbon dioxide evolution and nitrogen m ineralization in peat soils. Rocz. Glebozn. 1986, 37 s. 49 - 65.
[13] M e L a r e n A. D., P e t e r s o n G. H. Soil Biochemistry. M arcel D ek ker Inc., N e w Y o rk 1967.
[14] P a r s o n s J. W. , T e n s l e y J. N itrogenous substance. (In :) G ieseking J. E. Plan t residues in various soils of the Fed eral Republic of Germ any. 1975 s. 263-304.
[15] P r o ń c z u k J., T o ł w i ń s k a M. Plon i rozmieszczenie m asy roślinnej w siedlisku łąk różnie nawożonych. Zesz. Probl. Post. N au k Roi. 1981, z. 241 s. 21-35.
[16] R o b i n s o n M., N e w s o n M. D. Com parison of forest and m oorland hy drology in an upland area w ith peat soils. Int. Peat J. 1986, 1 s. 49 - 68.
[17] S a u e r b e c k D., G o n z a l e s M. A. Field decomposition of carbon 14-labelled plant residues in various soils of the F ed eral R epublik of G erm any and Costa Rica. (In :) Soil organic matter studies. Vol. 1. Atom ic Energy Agency. Vienne 1977 s. 117-182.
184 F. Maciak
tillage on the organic matter content of G erm an soils. Proc. L an d U S Sem. on Soil Degr. 1980, s. 163 - 179.
[19] S t a n f o r d G., H a n w a y J. Predicting nitrogen fertilizer needs of low s soils. A sim plifield technique for determ ining relative nitrate production in soils.
Soil Sei. A m er. Proc. 1955, 19 s. 74-77.
[20] S t e v e n s o n F. J. (In:) C. A . B la ck m odern methods of soil analysis. Am er. Soc. A gron. Inc. Pu bl. M adison, W isconsin U S A 1965 s. 1238.
[21] T o ł w i ń s k a M. Produktyw ność i dynam ika przyrostu biom asy netto zbio row isk trawiastych łąk w Jaktorowie oraz zmiany w ich składzie florystycz- nym. A cta Agrobot. 1978, 31 s. 121 -149.
Ф. М АЦ Я К РАЗЛО Ж ЕН И Е Т О Р Ф Я Н О Й П О Ч В Ы П О Д В Л И Я Н И Е М Л У Г О В О Г О И Л Е С Н О Г О П О Л Ь З О В А Н И Я Кафедра рекультивации природной среды Варшавской сельскохозяйственной академии Р езю м е Проводились лабораторные опыты с целью исследования влияния разного использо вания торфяных почв на содержание в них разных фракций углерода и азота и на интен сивность минерализации углерода и азота. Были отобраны образцы почвы с неудобряемых местообитаний торфяных почв используемых в течение 25 лет в качестве лугов, а также торфяных почв используемых в течение около 50 лет в качестве лесов (березовый лес). В обоих видах торфяных почв определяли содержание общего углерода и азота, гуминовых кислот, целлюлозы и гемицеллюлозы, а также отдельных форм органического азота. Отобранные с разных горизонтов почвенных профилей образцы торфяных почв ин кубировали в течение 20 недель в температуре 32°С с целью определения интенсивности минерализации соединений органического углерода и азота. Полученные результаты по казали, что системы длительного лугового или лесного использования торфяной почвы влияли в разной степени на содержание в них общего углерода и азота, а также отдельных фракций органического вещества. Процессы минерализации органического углерода происходили с гораздо высшей ин тенсивностью в почвах используемых в качестве лесов, чем лугов. Процессы минерализации органического азота происходили в различной степени в обеих торфяных почвах. При расс матривании почвенных образцов отобранных с разных горизонтов почвенных профилей установлена более интенсивная минерализация соединений органического азота в почвенных образцах отобранных с поверхностного слоя, а более слабая в образцах отобранных с наи более глубокого горизонта луговой, чем лесной почвы. Факторыми благоприятствующими разложению и деградации торфяной почвы являю тся благоприятные для почвенных микроорганизмов аэробные и водные условия, а также аккумуляция в этих почвах свежей богатой легко разложимыми углеродными и азотными соединениями органической массы.
Rozkład gleby torfowej pod łąką i lasem 185
F. ЭДАС1АК
P E A T S O IL D E C O M P O S IT IO N I N C O N S E Q U E N C E O F IT S G R A S S L A N D A N D F O R E S T U T I L I Z A T I O N
Departm ent of N atu ral Environm ent Recultivation, A gricu ltu ral U niversity of W a rs a w
S u m m a r y
L aboratory experim ents concerning the effect of various utilization of peat soils on the content in them of different carbon and nitrogen fractions as w e ll as the carbon and nitrogen m ineralization intensity w e re carried out. Soil samples w ere taken from unfertilized sites of peat soils utilized throughout 25 years as grasslands and of peat soils being fo r about 50 years in forest utilization (birch forest). The total carbon and nitrogen content in both peat soils, the content of humic acids, cellulose and hem icellulose and particular organic nitrogen form s w ere determined.
The taken peat soil samples (from different horizons of soil profiles) w ere incubated for 20 w eeks at the tem perature of 32° С to determine the m in erali zation intensity of organic carbon and nitrogen compounds. The results obtained have proved that the systems of lon g-term grassland or forest utilization of peat soil affected differently the content of total carbon and nitrogen and of particu lar form s of organic matter.
The organic carbon m ineralization ran much m ore intensively in soils at the forest than grassland utilization. M ineralization processes of organic nitrogen ran differently in either peat soil kind. A t investigation of samples taken from d i f ferent horizons of the soil profiles higher m ineralization of organic nitrogen com pounds in samples taken from superficial lay er and low e r one in those taken from the deepest horizon of grassland than of forest soil.
The factors favo u rin g the decomposition and degradation of peat soil are oxygen and w ater conditions favo u rable for soil m icroorganism s as w e ll as accu mulation in these soils of fresh organic matter rich in readily decom posable car bon and nitrogen compounds.
P ro f. dr F. M aciak Praca w płynęła do red akcji w listopadzie 1987 r. Katedra R ek u ltyw a cji
Środowiska Przyrodniczego S G G W -A R w W arszawie
