Wpływ wypasu na środowisko glebowe
Prace przeglądowe 185
Wiadomości Zootechniczne, R. LV (2017), 5: 185–188
Wpływ wypasu na środowisko glebowe – założenia projektu
*Elżbieta J. Bielińska1, Krzysztof Patkowski2, Barbara Futa1, Tomasz M. Gruszecki2 Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie, 1Instytut Gleboznawstwa, Inżynierii i Kształtowania Środowiska,
ul. Leszczyńskiego 7, 20-069 Lublin; elzbieta.bielinska@up.lublin.pl
2Instytut Hodowli Zwierząt i Ochrony Bioróżnorodności, ul. Akademicka 13, 20-950 Lublin;
krzysztof.patkowski@up.lublin.pl
Z
aniechanie1użytkowania znaczącego areałuużytków zielonych, zwłaszcza niskoproduk- cyjnych zbiorowisk trawiastych wpłynęło na prze- obrażenia środowiska glebowego, wyrażające się odmiennym kierunkiem i intensywnością prze- biegu wielu specyficznych procesów glebowych (Sapek i Kalińska, 2007; Bielińska i Gruszecki, 2010, 2011; Gruszecki i in., 2011; Gruszecki, 2012). Prowadzi to do niekorzystnych przemian pokrywy glebowej, takich jak: zmniejszenie ak- tywności biologicznej i zawartości próchnicy glebowej, zubożenie różnorodności biologicznej (Gruszecki, 2012; Gruszecki i Junkuszew, 2017).
Wprowadzenie ekstensywnego wypasu zwierząt gospodarskich na siedliska zapewniające znaczą- cy wzrost bioróżnorodności, do których należą objęte projektem BIOSTRATEG (BIOSTRATE- G2/297267/14) ekosystemy trawiaste może przy- czynić się do ich ochrony i trwałego użytkowania krajobrazowej różnorodności. Swobodny wypas umożliwia, przy niewielkich nakładach kosztów, ograniczenie niekorzystnych zmian warunków gle- bowych, co pozwala na optymalizację działań go- spodarczych z ochronnymi (Gruszecki, 2012). Jest zatem formą zrównoważonej ochrony środowiska.
*Praca wykonana w ramach projektu „Kierunki wyko- rzystania oraz ochrona zasobów genetycznych zwierząt gospodarskich w warunkach zrównoważonego rozwo- ju” współfinansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach Strategicznego programu badań naukowych i prac rozwojowych „Środowisko naturalne, rolnictwo i leśnictwo” – BIOSTRATEG, nr umowy: BIOSTRATEG2/297267/14/NCBR/2016.
Gleby, odpowiednio do warunków eko- systemu regulują akumulację, transport oraz przekształcanie energii i substancji, pośredniczą w procesach wymiany substancji pomiędzy lito-, hydro-, atmo- i biosferą oraz między sąsiadują- cymi ekosystemami. Zakres regulacji obejmuje wszystkie wewnątrzglebowe biotyczne i abiotycz- ne procesy. Gleba pełni istotną rolę w zachowaniu bioróżnorodności krajobrazu. Stanowi podstawo- wy składnik siedliska, określający możliwości przyrostowe szaty roślinnej. Charakter siedlisk oraz porastających je naturalnych zespołów roślin jest kształtowany przez właściwości gleb oraz warunki klimatyczne występujące na danym ob- szarze. Jakość gleby natomiast jest kształtowana przede wszystkim poprzez transformację materii organicznej, związaną głównie z drobnoustrojami i wydzielanymi przez nie enzymami (Nannipieri i in., 2002; Siwik-Ziomek i Lemanowicz, 2016).
Aktywność enzymów jest uznawana za jeden z bardziej wrażliwych wskaźników funkcjono- wania ekosystemu. Odzwierciedla zarówno kie- runek i charakter procesów biogeochemicznych, jak i całość podstawowych przemian związanych z biologią i właściwościami fizykochemiczny- mi gleb (Russel i in., 2006; Bastida i in., 2008).
Pomiary aktywności enzymatycznej dostarczają wczesnych dowodów subtelnych zmian zacho- dzących w środowisku glebowym na długo przed zmianami składu chemicznego i właściwości fi- zycznych gleb (Bielińska i in., 2014).
Strategicznym celem prowadzonych badań jest rozpoznanie kierunków i dynamiki zmian za- chodzących w glebach ekosystemów trawiastych
E.J. Bielińska i in.
186 Prace przeglądowe
pod wpływem ekstensywnego wypasu zwierząt gospodarskich. Ułatwi to optymalny wybór in- strumentów realizacyjnych przy kolejnych dzia- łaniach umożliwiających ochronę bioróżnorod- ności oraz utrzymanie charakterystycznych cech dziedzictwa krajobrazowego konkretnego regio- nu, w tym zarządzania adaptacyjnego opartego na ewolucyjności ekosystemu. Celem utylitarnym jest wykorzystanie testów enzymatycznych do szybkiej oceny jakości gleb oraz prognoza kierun- ku i dynamiki zmian w siedliskach poprzez okre- ślenie wpływu wypasu na stymulowanie procesów samoregulacyjnych w środowisku glebowym.
Monitoring pedosfery
Badaniami objęto te parametry gleb, któ- re decydują o podstawowych elementach ich ży- zności i mają bezpośrednie odniesienie do utrzy- mania stabilności i integralności układu ekolo- gicznego ekosystemów trawiastych, szczególnie takich jak:
aktywność enzymatyczna gleby,
−
wydajność procesu mineralizacji orga-
−
nicznych związków azotu,
zawartość węgla organicznego i azotu
− ogółem, odczyn gleby,
−
zawartość przyswajalnych form składni-
−
ków pokarmowych roślin, tj. fosforu, potasu i magnezu.
Podstawowe zalety biologicznych me- tod oceny stanu środowiska glebowego, opartych na testach enzymatycznych to nie tylko możli- wość wykonywania seryjnych analiz, ale przede wszystkim zdolność sumarycznego wyrażenia wpływu licznych czynników oraz dokonywa- nia ocen parametrów niemożliwych do określe- nia w inny sposób, np. elementów metabolizmu komórkowego. Wszystkie przemiany substancji biogennych zachodzące w glebie są stymulowane przez enzymy warunkujące ich przejście w formy dostępne dla roślin. Przemiany te stanowią klu- czowy etap limitujący ich asymilację przez bio- cenozy (Kieliszewska-Rokicka, 2001; Gruszecki i Junkuszew, 2017). Mierzona wartość aktywno- ści enzymów odzwierciedla stan in situ determi- nowany nie tylko przez aktualne warunki istnie- jące w glebie, ale też w znacznej mierze dzięki
akumulacji enzymów w formie kompleksów próchnicznych – przez historię zdarzeń poprze- dzających oznaczenie, w tym m.in. warunków klimatycznych i stosowanego systemu ochrony (Bielińska i in., 2014).
Dla poznania i sprecyzowania możliwo- ści wystąpienia w ekosystemie dryfu siedlisko- wego pod wpływem zabiegów czynnej ochrony należy wybrać komunikatywne wskaźniki cha- rakteryzujące długookresowe zmiany warunków siedliskowych (Gruszecki i in., 2011). Wskaźniki enzymatyczne dostarczają informacji o stanie (ja- kości) środowiska przyrodniczego, a także o na- turze jego zmian, pozwalają na monitoring dłu- gookresowy oraz identyfikację trendów (Domżał i Bielińska, 2007; Gruszecki i Junkuszew, 2017).
Oznaczeniami objęto aktywność szeregu enzymów glebowych: dehydrogenaz, fosfatazy kwaśnej, fosfatazy zasadowej, ureazy i proteaz.
Enzymy te biorą bezpośredni udział w biogeoche- micznym obiegu węgla (dehydrogenazy), azotu (ureaza oraz proteza) i fosforu (fosfatazy) w eko- systemach. Ponadto, reagują wyraźnie na dzia- łanie czynników stresowych, a wielkość zmiany ich aktywności jest związana z natężeniem dzia- łających czynników (Bielińska i in., 2014). Me- todykę oznaczania aktywności enzymatycznej gleb oparto na szczegółowych badaniach Russela i in. (2006). Polegały one na wyselekcjonowaniu najlepszych i dających powtarzalne wyniki me- tod oznaczania wybranych enzymów glebowych.
Metody te zostały sprawdzone w trakcie wielolet- niego stosowania przez autorów opracowania.
Ocena dynamiki i wydajności proce- su mineralizacji organicznych związków azotu w warunkach wprowadzenia wypasu ma istotne znaczenie z punktu widzenia ryzyka wymywania tego składnika z gleby. Z wielu badań (Bjόrnsson, 2004; Sapek i Kalińska, 2004, 2007) wynika, że zaniechaniu użytkowania runi towarzyszy zwięk- szenie mineralizacji związków azotu.
Podsumowanie
Gleba odgrywa podstawową rolę w kształ- towaniu warunków egzystencji ekosystemów lądo- wych. Badania procesów biochemicznych zacho- dzących w glebie pod wpływem wypasu przyczy- nią się do lepszego poznania powiązań produkcji zwierzęcej ze środowiskiem oraz umożliwią ocenę
Wpływ wypasu na środowisko glebowe
Prace przeglądowe 187
funkcji tej produkcji w ochronie i kształtowaniu układu ekologicznego krajobrazu, tym samym jed- ną z funkcji produkcji zwierzęcej staje się ochrona i kształtowanie krajobrazu rolniczego.
Wprowadzenie swobodnego wypasu zwie- rząt gospodarskich na tereny, na których wcześniej zaniechano użytkowania, stwarza na nowo potrze- bę badań procesów glebowych przebiegających w takich warunkach.
Kompleksowa charakterystyka funkcjo-
nowania gleb w krajobrazie może być podstawą do lepszego poznania związków przyczynowo- skutkowych pomiędzy przeobrażeniami krajobra- zu a zmianami w obserwowanych komponentach ekosystemu pod wpływem wypasu. Pozwoli rów- nież na ocenę zgodności użytkowania wybranych siedlisk z cechami oraz uwarunkowaniami przy- rodniczymi. Ułatwi to wybór zabiegów związa- nych z czynną ochroną i renaturyzacją siedlisk konkretnego regionu.
Literatura
Bastida F., Zsolnay A., Hernamdez T., Garcia C. (2008). Past, present and future of soil quality indices: a biological perspective. Geoderma, 147 (3–4): 159–171.
Bielińska E.J., Gruszecki T. (2010). Wpływ wtórnej sukcesji roślinnej na aktywność enzymatyczną gleb wybranych siedlisk przyrodniczych Natura 2000. Rocz. Glebozn., 61, 4: 16–24.
Bielińska E.J., Gruszecki T.M. (2011). Wpływ ekstensywnego wypasu owiec na aktywność enzymatyczną gleb wybranych siedlisk przyrodniczych Natura 2000. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln., 567: 11–19.
Bielińska E.J., Futa B., Mocek-Płóciniak A. (2014). Enzymy glebowe jako bioindykatory jakości i zdrowotności gleby. Monografia Naukowa. Wyd. Towarzystwo Wydawnictw Naukowych “LIBROPOLIS”, Lublin.
Bjόrnsson H. (2004). Mineralization of nitrogen to climatic variation and soil. In: Controling nitrogen flows and losses, D.J. Hath, D.R. Chadwick, S.C. Jarvis, J.A. Roker (eds). Academic Publishers, Wageningen, pp.
140–142.
Domżał H., Bielińska E.J. (red.) (2007). Ocena przeobrażeń środowiska glebowego i stabilności ekosystemów leśnych w obszarze oddziaływania Zakładów Azotowych „Puławy” S.A. Acta Agrophysica, 145, Rozprawy i Monografie, 2: 79–90.
Gruszecki T.M. (red.) (2012). Czynna ochrona wybranych siedlisk Natura 2000 z wykorzystaniem rodzimych ras owiec. UP w Lublinie, Lublin.
Gruszecki T.M., Junkuszew A. (red.) (2017). Przeżuwacze w czynnej ochronie środowiska. UP w Lublinie, Lublin.
Gruszecki T.M., Bielińska E.J., Chmielewski T.J., Warda M., Wróblewska A., Bojar W., Chmielewski S., Grzywaczewski G., Lipiec A., Jankuszew A., Kitowski I. (2011). The use of extensive sheep grazing as a method of active protection within Natura 2000. Teka Kom. Ochr. Kszt. Środ. Przyr. – OL PAN, 8:
5–16.
Kieliszewska-Rokicka B. (2001). Enzymy glebowe i ich znaczenie w badaniach aktywności mikrobiologicznej gleby. W: Drobnoustroje środowiska glebowego, H. Dahm, A. Pokojska-Burdziej (red.). Wyd. UMK, Toruń, ss. 37–47.
Nannipieri P., Kandeler E., Ruggiero P. (2002). Enzyme activities and microbiological and biochemical processes in soil. Enzymes in the environment. Activity, Ecology, Applications, R. Byrns, R. Dick (eds), New York, pp. 1–33.
Russel S., Wyczółkowski A.I., Bieganowski A. (red.) (2006). Selected methodological aspects of soil enzyme activity tests. Institute of Agrophysics PAS, Lublin.
Sapek B., Kalińska D. (2004). Mineralizacja organicznych związków azotu w glebie w świetle długoletnich do- świadczeń łąkowych IMUZ. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie, 4, 1 (10): 183–200.
Sapek B., Kalińska D. (2007). Mineralizacja związków azotu i fosforu w glebie użytkowanej i nieużytkowanej łąki. Rocz. Glebozn., 58, 1/2: 109–120.
Siwik-Ziomek A., Lemanowicz J. (2016). The influence of fertilization with phosphorus, sulphate, carbon and nitrogen content on hydrolases activities in soil. Pol. J. Soil Sci., 49 (1): 49–60; DOI: 10.17951/
pjss/2016.49.1.49.
E.J. Bielińska i in.
188 Prace przeglądowe
IMPACT OF GRAZING ON SOIL ENVIRONMENT – PROJECT ASSUMPTIONS Summary
Abandonment of grasslands utilization leads to adverse changes in the topsoil, including the reduction of biological activity and soil humus level as well as biodiversity depletion.
The strategic objective of the studies carried out under the project BIOSTRATEG2/297267/14 is determination of the directions and dynamics of changes occurring in soils of grass ecosystems and induced by farm animals grazing. That will aid in the optimum choice of instruments for the realization of further measures aiming at protection of biodiversity and conservation of characteristics of landscape heritage of a given region, in that adaptive management based on an evolutionary character of the ecosystem. Whereas the utilitarian goal is the application of enzymatic tests for rapid assessment of soil quality as well as prediction of a direction and dynamics of changes proceeding in habitats through defining the grazing effect on stimulation of the self-regulating processes in soil.
Key words: environment, soil, grasslands, enzymatic activity
Fot. M. Szymanowski
Fot. B. Borys
