A N N A SŁO W IŃ SK A -JU R K IEW IC Z, JA C EK PRA N A G A L, M A R IU SZ ŚW ICA, M AŁGO RZA TA Z A W IŚLA K -PR A N A G A L
STRUKTURA GLEBY W STREFIE KORZENIOWEJ
SŁONECZNIKA
SO IL STR U C TU R E IN SU N FLO W ER R H IZ O SPH ER E
Instytut G leboznaw stw a i K ształtow ania Środow iska Akadem ia Rolnicza w Lublinie
Abstract: The present project aims at comprehensive research on the structure o f grey-brown
(Orthic Luvisol) soil built on silt in sunflower rhizosphere. Special soil samples were taken for the tests from the areas adjacent to plant roots. After a morphological analysis it was found out that in the 2 - 1 0 cm depth layer o f the tested soil in sunflower rhizospere a mixed structure prevailed - a large number o f aggregates and biogenic hollows could be seen, few cracks and small fragments o f higher density soil located quite far from the roots. The soil from the field after French beans crop showed a significantly better structure than the tested soil o f sunflower rhizosphere, as almost in the whole image range it represented the aggregate type o f structure.
Key words: soil structure, rhizosphera, morphological analysis.
Słowa kluczowe: struktura gleby, strefa korzeniowa, analiza morfologiczna.
WSTĘP
Praw idłow o rozwinięty i dobrze funkcjonujący system korzeniow y jest czynnikiem w a ru n k u jący m w zro st i rozw ój roślin, a w zw iązku z tym ró w n ież efek ty w n e w ykorzystanie wody i składników m ineralnych zaw artych w glebie [Gliński, Lipiec 1990]. W arunki życia korzeni roślin są ściśle zależne od stanu struktury gleby, a jednocześnie korzenie w znaczny sposób stan ten kształtują. Roślina, rozbudow ując system korzeniowy, m oże w ykorzystyw ać istniejące pory glebow e o odpow iedniej wielkości lub w ytw arzać nowe pory (kanały korzeniowe) przez pokonanie oporu gleby i w epchnięcie w ierzchołka korzenia w m asę glebow ą [Dexter 1988]. K orzenie m ogą zm ieniać formy struktury gleby wówczas, gdy tw orzą nowe pory, a także gdy wnikając do istniejących porów rozszerzają je i w konsekw encji redukują porow atość w strefie bezpośrednio przylegającej do kanału korzeniow ego [Kay 1990].
Gleby użytkowane rolniczo często ulegają w znacznym stopniu degradacji fizycznej, spow odow anej w zrostem zagęszczenia w arstw y uprawnej i pogorszeniem struktury gleby. N egatyw ne zm iany właściw ości fizycznych ograniczają w zrost i plonow anie roślin oraz warunki życia organizm ów glebowych. Jednym ze sposobów regeneracji struktury gleby je s t w prow adzanie do płodozm ianu roślin o głębokim system ie korzeniow ym . Spośród roślin m otylkow atych szczególne znaczenie przypisuje się lucernie, której uprawa na glebie zdegradowanej fizycznie w wyniku silnego ugniatania kołami maszyn rolniczych przyczynia się do korzystnych zmian struktury gleby [Domżał i in. 1997а].
B adania podziem nych części roślin w ich naturalnym środow isku glebow ym prow adzono dotychczas w ograniczonym zakresie. N ajw ażniejszą przyczyną takiego stanu jest duża pracochłonność oraz trudności metodyczne, wynikające z występowania k o rzen i w o śro d k u n ie p rz e jrz y sty m . N in ie jsz e o p ra c o w a n ie je s t k o n ty n u a c ją w cześniejszych prac badaw czych [Domżał i in. 1997a, 1997b, Słow ińska-Jurkiew icz i in. 1998], które dotyczyły strefy korzeniowej lucerny i pszenicy ozimej na glebach upraw nych oraz korzeni drzew i roślin zielnych w siedliskach leśnych. O becnie zaprezentow ane zostaną szczegółow e badania struktury gleby w strefie korzeniow ej słonecznika. W tym celu wykonano trw ałe preparaty - zgłady jednostronne, które następnie poddano analizie morfologicznej.
METODYKA I OBIEKT BADAŃ
Pole, na którym pobierano próbki glebowe, było zlokalizow ane w m iejscow ości Franciszków położonej na Wyżynie Lubelskiej w mezoregionie - Płaskowyż Świdnicki. B adaną glebę należy określić jako glebę płow ą, opadow o-glejow ą, niecałkow itą, wytworzoną z utworów pyłowych podścielonych marglem kredowym. Poziom uprawno- próchniczny tej gleby m iał m iąższość 24 cm i charakteryzow ał się następującym
rozkładem granulometrycznym: frakcji 1,0-0,! m m - 2 3 ,0 g • (100 g ) 1, frakcji 0,1-0,02 m m -4 3 ,0 g • (100 g) 1 i frakcji <0,02 |im - 34,0 g • (100 g ) '1 - pył gliniasty. Gęstość stałej fazy wynosiła 2,61 Mg • n r 3. Gleba wykazywała w p oziom ie Ap p rz e c ię tn ą za w arto ść w ęgla organicznego Corg - 9,86 g • kg“1 i lekko kw aśny odczyn - pH = 5,7.
Próbki do przygotow ania zgładów ze strefy k o rz en io w ej sło n e c z n ik a pobierano w trzech p o w tó rzen iach, zachow ując n ie n aru szo n ą stru k tu rę gleby, do m etalow ych pojem ników o
RYSUNEK 1. Schemat pobierania próbek glebowych w ym iarach 9 x 8 x 5 С1Т1. B yły О П С FIGURE 1. Schcma of soil sampling p o b ie r a n e z p o z io m u u p ra w n o
-próchnicznego z w arstw 0 -1 0 cm i 15-25 cm, w płaszczyźnie pionowej z głębokości 2 -1 0 i 17-25 cm oraz w płaszczyźnie poziom ej z głębokości 2 -7 cm. Pojem niki, do których pobierano glebę, były ustaw iane w taki sposób, aby dla stref 2 -1 0 cm i 2 -7 cm korzeń słonecznika zajm ow ał centralne położenie w objętości próbki, a dla strefy 17-25 cm znajdował się bezpośrednio pod osią pionową systemu korzeniowego. Schemat pobierania próbek do przygotowania zgładów przedstawiono graficznie (rys. 1). Z takich sam ych w arstw pobrano rów nież glebę z obiektu porów naw czego - sąsiedniego pola, na k tó ry m w cześn iej up raw ian o faso lę szp a rag o w ą (o sy stem ie k o rz en io w y m włóknistym rozgałęzionym) i potraktowano je jako obiekt porównawczy. Ponadto, według takiego sam ego schem atu, pobierano w sześciu pow tórzeniach próbki gleby do m etalow ych cylindrów o pojem ności 100 cm 3 - usytuow ane były one w takich sam ych w arstw ach i strefach w zględem system u korzeniow ego słonecznika. Posłużyły one następnie do oznaczania w ybranych w łaściw ości fizycznych.
Próbki gleby pobrane do metalowych pojem ników po przewiezieniu do laboratorium suszono przez trzy miesiące w temperaturze pokojowej wynoszącej 20,0±1,0°C. Po wysuszeniu zaimpregnowano je roztworem żywicy poliestrowej o następującym składzie: żywica poliestrowa POLIM AL-109, monostyren, nadtlenek metyloetyloketonu i naftenian kobaltu. Impregnacji dokonano w suszarce próżniowej przy ciśnieniu bezwzględnym 2 5 - 30 hPa. Po upływie 6 tygodni nastąpiła całkowita polimeryzacja żywicy i wówczas próbki pocięto piłą diam entow o-korundow ą na plastry o grubości około 1,0 cm. Powstałe płaszczyzny plastrów z obu stron szlifowano i polerowano za pom ocą proszków i papierów ściernych różnej granulacji. Po oszlifow aniu otrzym ano nieprzeźroczyste zgłady jednostronne. Powierzchnie zgładów wprowadzono do pamięci kom putera za pom o cą skanera S napS can 600 AGFA, stosując rozdzielczość 600x600 pu nk tó w na cal. U zyskano w ten sposób monochrom atyczne zdjęcia zgładów w 256 odcieniach szarości, które stanow iły podstaw ę analizy m orfologicznej (rys. 2 i 3).
M orfologiczną analizę struktury gleby przeprow adzono, przyjm ując klasyfikację i nazew nictw o typów struktury, elem entów strukturalnych fazy stałej i w olnych przestrzeni glebow ych - porów stosow aną przez Beckm anna i G eyger [1967] oraz Fitzpatricka [1984].
W celu sp aram etry zow ania stanu fizycznego badanej gleby, a zw łaszcza jej zagęszczenia, w yznaczono gęstość gleby przy użyciu m etody term ograw im etrycznej. O bliczono j ą ze stosunku suchej m asy gleby (105°C) i objętości wyjściow ej próbki (100 cm 3), a wyniki podano w Mg • m -3.
OMÓWIENIE WYNIKÓW I DYSKUSJA
Słonecznik jest rośliną, której system korzeniowy charakteryzuje się palow ą budow ą z korzeniem głów nym sięgającym niekiedy, przy sprzyjających w arunkach do 1,5 m, a naw et głębiej. R ośliny słonecznika występujące na polu, z którego pobrano m ateriał badaw czy do niniejszej pracy, charakteryzow ały się stosunkow o płytkim (około 20 cm) i słabo rozgałęzionym system em korzeniowym . W tym przypadku jedynie bardzo cienkie pojedyncze korzenie obserw ow ane były głębiej. W ynikało to praw dopodobnie z dużej zasobności poziom u upraw no-próchnicznego, szczególnie w potas.
RYSUNEK 2. Rzeczywiste obrazy przekrojów struktury gleby w strefie korzeniowej słonecznika: A - zgład pionowy (głębokość 2-10 cm); В - zgład poziomy (głębokość 2-7 cm); С - zgład pionowy (głębokość 17-25 cm)
FIGURE 2. Real images of soil structure sections in the sunflower rhizosphere:
A - vertical opaque soil block (depth 2-10 cm); В - horizontal opaque soil block (depth 2-7 cm); С - vertical opaque soil block (depth 17—25 cm)
Rzeczyw isty obraz zgładu z w arstw y 0 -1 0 cm (rys. 2A) przedstaw ia strukturą gleby i pionowy przekrój korzenia słonecznika typu palowego. Widoczne są też mniejsze korzenie, a konkretnie ich przekroje odchodzące od korzenia głów nego w różnych kierunkach. W analizowanym obrazie odnotowano w bezpośrednim sąsiedztwie korzeni występujące liczne biogenne pory, co potwierdza wcześniejsze obserwacje Słowińskiej- Ju rkiew iczi in. [1998]. W om aw ianym w ycinku gleby dom inuje struktura porow ata z niew ielkim i fragm entam i struktury typu gąbczastego, ja k też typu agregatow ego.
RYSUNEK 3. Rzeczywiste obrazy przekrojów struktury gleby obiektu kontrolnego (pole po zbiorze fasoli szparagowej): A - zgład pionowy (głębokość 2-10 cm); В - zgład poziomy (głębokość 2-7 cm); С - zgład pionowy (głębokość 17-25 cm);
FIGURE 3. Real images of soil structure sections of control object (field after French beans crop): A - vertical opaque soil block (depth 2-10 cm); В - horizontal opaque soil block (depth 2-7 cm); С - vertical opaque soil block (depth 17-25 cm)
Zaobserw ow ane nieliczne agregaty m ają w yraźnie zoogeniczny charakter. M orfo logicznie gleba przedstawia układ od normalnie zwięzłego do pulchnego, co potw ierdza oznaczona gęstość gleby w tej warstw ie, która w ynosiła 1,11 M g • m -3.
O braz zgładu p rzedstaw iony na rysunku 2B odpow iada dokładn ie poziom ej płaszczyźnie przekroju gleby uzyskanej na głębokości 3 cm. Gleba prezentow ana na tej płaszczyźnie przecięcia charakteryzuje się takim sam ym typem struktury porow atej, ja k gleba w idoczna na rysunku 2A. W centralnym m iejscu zgładu znajduje się głów ny
korzeń rośliny słonecznika wraz z niew ielką ilością odśrodkowo biegnących, drobnych korzeni. W idoczne liczne zbliżone do kołow ego przekroje korzeni m ogą św iadczyć o praw ie pionow ym ukierunkow aniu, a zatem i korzystnej strukturze badanej gleby. Podobne obserw acje uzyskali w swoich badaniach Jakobsen i D exter [1987], którzy stwierdzili, że w przypadku gleby silnie ugniecionej o niekorzystnej strukturze, korzenie rosnąpoziom o wzdłuż górnej granicy zagęszczonej warstwy, póki nie znajdą pionowego pora o odpowiedniej średnicy.
G leba w w arstw ie 15-25 cm p rezen tu je rów nież stru k tu rę o p rzew ad ze typu p o ro w a te g o , lecz z n iew ielk im i frag m en tam i stru k tu ry m asyw nej z liczn y m i sp ę k a n ia m i o ró ż n y m ich u k ie ru n k o w a n iu . W id o czn e są tak że sp o ra d y c z n ie w y d rą żen ia i agregaty ja k o efekt aktyw ności fauny glebow ej. P o tw ierd zen iem istn ien ia w glebie stre f o strukturze masywnej może być odnotow any dla tej w arstw y układ słabo zbity o gęstości 1,31 Mg • n r 3. W zarejestrow anym obrazie niew idoczne są niestety elem enty korzeni roślin, które w rzeczywistości niewątpliwie na tej głębokości jeszc ze w ystępują, ich obecność bow iem stw ierdzano o rganoleptycznie podczas pobierania próbek.
W przeprow adzonej m orfologicznej analizie struktury gleby nie zaobserw ow ano w każdym przypadku praw idłow ości stw ierdzonej w pracy S łow iń sk iej-Ju rk iew icz i in. [1998], że korzen ie roślin każdorazow o dążą do bezpośredniego kontaktu z je d n ą ze ścian pora glebowego, co ułatw ia pobieranie przez rośliny wody i składników pokarmowych. Tę tendencję wyraźnie wykazują korzenie małe, natomiast główny korzeń palow y jest usytuow any centralnie w porze glebowym .
G leba pola porów naw czego (rys. ЗА, 3B i 3C) charakteryzow ała się odm iennym korzystniejszym typem struktury, niż gleba pod słonecznikiem . Strukturę jej należy bow iem określić jak o złożoną, w której w yraźną przew agę uzyskał typ struktury agregatow ej zarów no okruchow ej, jak i bryłkowatej o różnym stopniu w ykształcenia. W ystępują także, lccz sporadycznie strefy o strukturze porowatej i spękanej - szparkowej i szczelinow ej. W w arstw ie 0 -1 0 cm w ystępuje więcej spękań niż w w arstw ie 15-25 cm, gdzie z kolei więcej zaobserwow ano wydrążeń zoogenicznych. N ależy zauważyć, że system korzeniow y fasoli szparagowej typu w łóknistego rozgałęzionego w pływ a korzystniej na strukturą i stan fizyczny gleby niż palow y korzeń słonecznika. W obu badanych warstwach gleba obiektu kontrolnego przyjm owała układ norm alnie związły, a jej gąstość w ynosiła odpowiednio: w warstwie 0 -10 cm - 1,19 M g • n r 3, a w warstwie 15-25 cm - 1,15 Mg • n r 3.
WNIOSKI
Struktura i stan fizyczny gleby “strefy specjalnej” na granicy korzeń - gleba i w bezpośrednim jej sąsiedztw ie kształtują sią odm iennie niż w glebie poza zasięgiem system u korzeniow ego. N ależy sądzić, że różne rośliny i ich system y korzeniow e w zależności od typu i cech indyw idualnych inaczej w pływ ają na ukształtow anie się struktury gleby; w łóknisty, rozgałęziony system korzeniow y fasoli szparagow ej korzystniej w pływ ał na strukturę, a zatem i na stan fizyczny gleby niż palow y system korzeniowy słonecznika.
LITERATURA
BECKMANN W., GEYGER E. 1967. Entwurf einer Ordnung der natürlichen Hohlraum - Aggre g a t - und Strukturformen in Boden. W: „Die mikromorphometrische Bodenanalysc” W.L. Ku- biëna (ed.). F. Enke Verlag: 163-188.
DEXTER A.R. 1988. Advances in characterisation o f soil structure. Soil Tillage Res. 11: 199-238. DOMŻAŁ H., SŁOW IŃSKA-JURKIEW ICZ A., PRANAGAL J. 1997a: Wpływ korzeni lucerny
(Medicago varia Martin) na strukturę gleby silnie zagęszczonej Cz. I. Analiza morfologiczna, Fragmenta Agronomica 14, 4 (56): 57-67.
DOMŻAŁ H., SŁOW IŃSKA-JURKIEW ICZ A., PRANAGAL J. 1997b: Wpływ korzeni lucerny
(Medicago varia Martin) na strukturę gleby silnie zagęszczonej Cz. II. Analiza m orfom e
tryczna, Fragmenta Agronomica (XIV) 4 (56): 68-76.
FITZPATRICK E.A. 1984: Micromorphology o f soils. Chapman and Hall, London, UK.: 433 ss. GLIŃSKI J., LIPIEC J. 1990: Soil Physical Conditions and Pat Roots. CRC Press, Boca Raton,
USA, FL:. 250 ss.
JAKOBSEN B.F., DEXTER A.R. 1987: Effect o f soil structure on wheat root growth, water uptake and grain yield. A computer simulation model. Soil Tillage Res, 10: 331 -345.
KAY B.D. 1990: Rates o f change o f soil structure under different cropping systems. Adv. in Soil Sei. 12: 1-52.
SŁOW IŃSKA-JURKIEW ICZ A., DOMŻAŁ H., PRANAGAL J. 1998: Morphological descrip tion o f plant root status in the different-structured soils. Int. Agrophysics 12: 79-85.
prof. dr hab. A nna Słow ińska-Jurkiew icz f
Instytu t G leboznaw stw a i K ształtow ania Środow iska, A kadem ia R olnicza ul. St,. L eszczyńskiego 7, 20-069 Lublin
