R O C Z N I K I G L E B O Z N A W C Z E T O M I.X N R I W A R S Z A W A 2 0 0 9 : 8 5 - 9 1
ARKADIUSZ NIEWIADOMSKI, WOJCIECH TOŁOCZKO, ANNATRAWCZYŃSKA
PRÓCHNICZNOŚĆ ORAZ JEJ ZWIĄZKI
Z BUFOROWOŚCIĄI SKŁADEM GRANULOMETRYCZNYM
GLEB ODŁOGOWANYCH I UŻYTKOWANYCH ROLNICZO
HUMUS CONTENT AND ITS RELATION WITH BUFFER
CAPACITY AND GRANULOMETRIC COMPOSITION
IN SOILS OF FALLOWS AND AGRICULTURAL LANDS
Katedra Geografii Fizycznej, Zakład Gleboznawstwa i Geoekologii, Uniwersytet Łódzki
Abstract: A rticle p resents the results o f research regarding th e m utual relation s b etw een hu m us c o n te n t and gran u lom etric c o m p o sitio n and b u ffer a b ilitie s o f s o ils under d iffere n t land u se. Study area w a s located on th e grou n d s o f form er o p e n -c a st su lp hu r m in e M a c h ó w ” w h ich h a v e been reclam ated sin c e the m id d le 7 0 . o f the p r ev io u s century. M easured p roperties sh o w e d their variab le correlation. T h e results w ere d escrib ed under con sid eration o f c a u ses.
Slow a kluczowe: próch n ica, w ła ś c iw o ś c i b u fo ro w e, o d c z y n , u ży tk o w a n ie z ie m i.
Keywords: hu m us, b u ffer p roperties, reaction , land use.
WSTĘP
Zm ienność w łaściw ości gleb zależnie od różnic w zagospodarow aniu w yw iera zasadniczy wpływ na ich zdolności produkcyjne, co przekłada się bezpośrednio na wartość ekologiczną i ekonom iczną [Niedźwiecki i in. 1998; Rola 1995]. Wynikiem tego są zróżnicowane właściwości gleby, które w znacznym stopniu zależą od sposobu użyt kowania, charakteru prowadzonych zabiegów agrotechnicznych, nawożenia i pielęgnacji [Chodorowski i in. 2001; Domżał i in. 1994; Miklaszewski 1990]. Niewłaściwa gospodarka rolnicza związana z wyjałowieniem gleb oraz niewłaściwym stosowaniem nawozów może niekorzystnie wpłynąć na wspomniane cechy użytkowe. Podobnie negatywnie wpłynąć może oddziaływanie przemysłu i innych gałęzi gospodarki, choćby poprzez dostarczanie do gleb różnego rodzaju zanieczyszczeń. W ten sposób, często w wyniku nieświadomego działania, doprowadza się do istotnych zmian we właściwościach pokrywy glebowej. N a to nakłada się także wyłączanie gleb z użytkowania rolniczego. Wieloletnie odłogowanie może korzystnie wpłynąć na gleby przez zwiększenie zasobności w materię organiczną czy wzrost zawartości niektórych pierwiastków i związków [Barrios i in. 2005; Campbell i in. 1999]. Pozostawienie gleby vw odpoczynku’* pozwala także na zmiany właściwości powietrzno-wodnych, sorpcyjnych i buforowych, bowiem zm ieniają się także parametry
czynników na nie oddziałujących, takich jak: opady; nasłonecznienie, imisja substancji i związków, rozwój strefy korzeniowej [Krężel 1990; Mendoza-Vega, M essing 2005]. Obserwowane są także oddziaływania negatywne, jak chociażby wzrost zakwaszenia czy' zubożenie w przyswajalne formy magnezu, potasu i fosforu [Baran i in. 2001; Strączyńska 2001; Strączyńska i in. 2002; Tomaszkiewicz, Chudecka 2005]. Wszystko to wydatnie przy czynia się do zmian przydatności rolniczej gleb odłogowanych. W tym aspekcie znaczną rolę odgrywa zawartość próchnicy glebowej, która wpływa na szereg właściwości gleb. Ponadto stanowi ona jeden z głównych sorbentów w glebie, dzięki któremu możliwe jest zatrzy mywanie różnego rodzaju substancji i związków [Pokojska 1986].
Celem niniejszych badań było określenie wpływu użytkowania gleby na zmienność jej właściwości i próba uchwycenia zależności zachodzących między próchnicznościągleb a ich zdolnościami buforowymi oraz uziarnieniem, ponadto zwrócenie uwagi na wpływ zabiegów rekultywacyjnych w postaci wapnowania na właściwości buforowe gleb.
MATERIAŁ I METODY
Obszar badań znajduje się w województwie podkarpackim na południe od Tarnobrzegu. W jego skład wchodzi teren dawnej odkrywkowej kopalni siarki „Machów"’ oraz tereny przyległe. Badania terenowe prowadzono w latach 2004-2007. Opisywany obszar przez lata poddawany był silnej degradacji w zakresie wszystkich elementów środowiska przyrodniczego, a przede wszystkim gleb. K opalnia „M achów'" zakończyła sw oją działalność w 1993 roku. a cały teren podlegał rekultywacji m.in. poprzez stosowanie znacznych dawek nawozów wapniowych. Wielkość dawek wapna w pierwszym etapie wapnowania określono na: 200-300 t*ha 1 dla pól górniczych i 30-50 t-ha""1 (maksymalnie 100 t-ha”'1) dla stref sanitarnych pól górniczych i okresowych składowisk siarki. Dla terenów pozostałych dawki uzależniono od procentowej zawartości siarki w glebie [Lekan. Siemion 1975]. W apnowanie prow adzono dwu- lub trzyetapow o w zależności od zapotrzebowania na wapnowanie gleby. Na terenach znacznie oddalonych od wyrobiska i zakładów' przetwórczych siarki wapnowanie przeprowadzano najczęściej jednokrotnie.
Do badań wytypowano tereny użytkowane rolniczo: orne i łąkowe (profile nr 1-4) oraz tereny odłogowane (profile nr 5 -8 ) wyłączone z użytkowania w związku z ich wykupieniem przez kopalnię. Dwie gleby odłogow-ane były ogłowione - pozbawione poziomów próchnicznych. Z poziomów genetycznych wybranych gleb z 8 odkrywek pobrano próbki. W laboratorium oznaczono: skład granulometryczny metodą areomet- ryczno-sitową Cassagrande’a w modyfikacji Prószyńskiego: zawartość w ęgla organicznego metodą Tiurina oraz właściwości buforowe wobec kwasów i zasad metodą Arrheniusa. Pojemność buforowa została określona jako powierzchnia pola zawartego pomiędzy krzywymi buforowania poszczególnych próbek gleb a krzywą referencyjną. Dodatkowo celem określenia, która ze zdolności buforowych wykazuje wyższą wartość, obliczono wzajemny stosunek właściwości buforowych wobec kwasów' i zasad. Zależność pomiędzy oznaczonymi właściwościami gleb obliczono za pomocą nieparametrycznego współczyn nika korelacji Spearmana przy poziomie istotności a = 0,05.
Próchniczność w związku z buforowością i składem granulometrycznym gleb.. 87
TABELA 1. Skład granulo metryczny badanych gleb TABLE 1. Particle size distribution o f investigated soils N r profilu Profile N o Poziom genet. Genetic horizon G łębo kość Depth [cm]
Skład granuk)metr\'czny - % frakcji o średnicy cząstek [mm] Distribution [%] o f fractions with particle size [mm]
1-0.5 0 .5 -0 ,2 5 0.25-0,1 0 ,1 -0 .0 5 0,05 -0 ,0 2 0 ,0 2 -0 .-0 -0 6 0 ,0 0 6 -0 .-0 -0 2 < 0 .002
Gleby odłogowane - Fallows
1 A 0 -1 0 1 o 31 19 22 10 9 6 C 10-28 1 5 30 16 20 11 9 8 II C 2 8 -4 7 1 2 6 13 33 18 11 16 III C 4 7 -8 0 o 1 4 8 29 20 16 19 80-103 1 2 3 15 16 24 27 12 CG >103 1 1 2 18 15 30 22 11 2 A 0 -1 0 6 30 18 15 9 7 8 7 Bbr 1-48 11 37 18 7 10 2 9 6 9 31 18 13 7 7 6 9 C >48 3 5 8 26 13 19 15 11 3 C l 0 -1 2 11 40 20 2 4 6 10 7 C2 12-5 4 6 20 13 28 11 7 5 10 C 3ox > 5 4 1 5 26 18 5 4 14 27 4 C 0 -7 35 43 111 4 1 1 2 3 II C 7 -2 0 8 17 123 21 9 3 8 11
m e
2 0 -4 3 7 40 ! 32 6 1 3 4 7 IVC >43 9 35 131 6 1 2 5 11Gleby użytkowane rolniczo - Agriculturally used soils
5 Ap 0 -1 0 8 28 21 6 3 6 10 12
c
10-49 4 29 32 5 32
14 11 IICox 4 9 -8 2 9 35 26 63
5 8 8 CG >82 10 29 26 5 4 3 11 12 |6 Ap 0 -6 3 58 29 2 1 1 2 4 A'Eet 6 -2 0 4 34 125 6 5 12 11 Eet 2 0 -6 2 3 10 119 5 7 7 26 23 Bt 62-9 3 1 19 26 6 8 8 17 15 C >93 o 6 | 5 17 14 21 24 11 | 7 Ap 0 -1 2 8 10 ! 19 14 12 8 18 11 AC 12-40 9 12 17 12 13 8 14 15 C 4 0 -8 4 5 85i
9 0 0 0 0 1 1 1 111 6 o 10 34 35 CG ox > 8 4 5 79 I15 0 0 0 1 0 8 Ap 0 -5 2 9 124 19 32 5 10 6 C 5 -4 0 0 1 ! 29 15 27 11 12 5 II C 4 0 -6 5 1 1 ! 6 13 11 19 34 15 o O3 1 4 15 17 23 30 6m e
> 65 1 1 ! 2 10 6 15 43 22TABELA 2. Zawartość próchnicy, pM i zdolności buforowe wobec zasad i kwasów w badanych glebach TABLE 2. Humus content. pH and buffer properties in alkalines and acids o f investigated soils Nr N o Poziom C'org genet. Genetic horizon Zawartość próchnicy Humus content pH Powierzchnie buforowania Buffering area [cm2]
Stosunek pow ierz | Area relation
g ' kg 1 14,0 KC1 PN:\OII
PilC, P NaOir / P1ICI Gleby odłogowane - Fallows
1 A 15.4 26.5 6.8 6.4 15,86 18,79 0.84 C ! 6.6 11.4 6.4 5,4 14.93 12.87 1,16 II C 7.0 6.0 14.67 20,97 0.70 III C 7,7 6.7 13.62 38,32 0.36 8.0 7.1 13.77 43.74 0.31 CG 7,9 7.0 15.07 43.04 0.35 2 A : 7.0 12.1 8.2 7.3 11.10 42,39 0.26 Bbr 4.8 8.3 7.7 7.5 10,09 41*01 0.25 13.0 5.2 8,0 7.4 11.99 43,74 0.27 C 7.9 7.4 23.32 45.07 0.52 3 C l 2.0 3.4 7.0 6.0 6.10 5.98 1.02 C2 6.4 5.0 19.62 12.72 1.54 C 3ox 7.4 6.1 13.26 10,45 1.27 4 C 0.8 1.4 7.6 6.7 8.01 5,09 1,58 II C 5.2 4.3 23.62 8.46 2.79 m e 8.4 7.6 7.64 21,70 0.35 I VC 8.3 7.1 7.39 32.27 0.23
Gleby użytkowane rolniczo - Agriculturally used soil
5 Ap 1.7 2.9 7.6 7.2 7.07 22.04 0.32 C 7.4 6.7 5.73 13,58 0,42 II Cox 6.3 5.8 16.67 15,56 1.07 CG 6.3 5,8 6 Ap 3.1 5.3 7.6 7.4 10.39 41.09 0.25 A/Eet 8.4 14.4 7.6 7.0 7.23 35.75 0.20 Eet 8.2 7,2 7.81 39.17 0.20 Bt 7.8 7.1 15.72 39.06 0.40 C 7.8 7.0 12.73 32.02 0,40 7 Ap 18.3 31.6 7.7 6.7 21.06 26.90 0.78 AC 11.7 20.1 8.2 6.9 17.02 35.66 0.48 C 7.5 7,4 6.61 3,94 1.68 7.8 7.0 10.55 35,35 0.30 C G ox 7.0 6.3 6,76 3.85 1.75 8 Ap : 17.5 30,1 6,8 6,3 18,00 2 5.76 0.70 C 1 9.9 17,1 6.5 5.7 19,44 22.62 0.86 II C ; 7.2 12,4 7.6 6.5 14.59 30.04 0.49 8.1 7.2 16.85 40.83 0.41 m e 7.8 7.3 12.10 4 2.46 0.28
Próchniczność w związku z buforowością i składem granulometrycznym gleb.. 89
WYNIKI I DYSKUSJA
Większość badanych gleb stanowiły utwory aluwialne dawnej terasy zalewowej Wisły. Pod względem składu granulometrycznego były to utwory piaszczyste, gliniaste i pylaste, co przedstawiono w tabeli ł. Znaczne domieszki frakcji ilastej, stwierdzone w obrębie kilku profili, pochodzą z rozmycia przez rzekę głównej geomorfologicznej formy terenu zbudowanego z iłów krakowieckich Garbu Tarnobrzeskiego.
W badanych próbkach gleb stwierdzono zm ienną zawartość węgla organicznego i próchnicy (tab. 2). Wyższa zawartość węgla organicznego (Corg) w profilach 1 i 2, wahająca się w przedziale 3,0-15,4 g-kg wynikała z naturalnych właściwości gleb. Mała zawartość materii organicznej w profilach 3 i 4 (od 0,8 do 2,0 g-kg ]) jest wynikiem degradującego oddziaływania kopalni, bowiem gleby te zostały sztucznie zdekapitowane, a pozyskany z wierzchnich poziomów materiał przeznaczono do rekultywacji zwałow iska zewnętrznego. Profile 5-8 są przykładami gleb terenów rolniczych, wykazujących zm ienną intensyfikację użytkowania. Profile 5 i 7 reprezentują gleby orne. zaś 6 i 8 użytki zielone. Zastanawiające są wysokie w artości pH badanych gleb (tab. 2), wahające się w przedziale od 4.3 do 7,6 pH w 1 M KC1, zwłaszcza biorąc pod uwagę wieloletnie oddziaływanie przemysłu siarkowego. Było to spowodowane wapnowaniem, a efekt tego zabiegu uwidoczni! się w wartościach buforowości. Wysycenie gleby związkami wapnia, czego potwierdzeniem są wysokie wartości pH, mogło wpłynąć na pomniejszenie zdolności buforowych wobec zasad, otrzymano stosunkowo małe i bardzo małe powierzchnie buforowania. Odmiennie kształtują się zdolności buforowania w strefie kw asów. Znakomita większość próbek wykazała wyższą zdolność buforowania kw-asów niż zasad (tab. 2), co świadczy o odporności tych gleb na zakw'aszenie. Główną przyczyną tego stanu było stosowanie wapnowania, gdyż węglan wapnia stanowi jeden z głów;nych buforów w glebie, a zakres jego buforowania ujawnia się w przedziale pH 6,2-8.0 [Prusinkiewicz i in. 1992].
T A B E L A 3. W sp ółczynnik i korelacji m iędzy z a w a rto ścią próchnicy g leb o w ej a b u fo ro w o śc ią i sk ła d em granulom etrycznym bad an ych gleb
T A B L E 3. C orrelation co efficien ts b e tw e en humus content and buffer capacity7 and granulometric c o m p o sitio n o f investigated soils
: Z aw artość p r ó c h n ic y ..Mumus content | w glebach i odłogow an ych i in fallows w glebach użytko w anych rolniczo in agricultural soils W łaściw ości buforow e w o b ec zasad / in alkaline | 0 .7 8 * 0 .8 8 *
Buffer capacity
w o b ec k w a só w / in acid 0 ,4 6 0 ,0 7
Zawartość frakcji piasku / sand [1 0.1 mm ] ; -0 .9 3 * 0 .4 6
Content o f fraction
pyłu / silt [0 .1 - 0 .0 2 mm ] | 0 .9 3 * 0 .8 0 * ilu / clay [< 0 .0 2 mm ] 0 .5 6 0 .2 2 iłu koloidalnego / coloidal clay
[< 0 .0 0 2 mm ]
i 0 ,1 3 0 .0 4
Obliczenie korelacji zarówno dla gleb użytkowanych rolniczo, jak i odłogów wykazało istotną zależność zawartości próchnicy ze zdolnością buforowania wobec zasad oraz zawartością frakcji pyłowej. W przypadku gleb odłogowanych ujemną korelację o bardzo silnym natężeniu uzyskano pomiędzy zawartością próchnicy i frakcją piaszczystą (tab. 3). Związek ten obrazuje negatywny wpływ tej frakcji na możliwość gromadzenia materii organicznej oraz zdolności sorpcyjne. Wpływa to w znacznej mierze na zdolności buforowe gleb, które także zależą od składu granulometrycznego [Jaworska i in. 2005; Niewiadomski 2006; M iechówka, M ikołajczyk 1994] i odczynu [Sas i in. 1999]. Nie stwierdzono istotnych związków/ korelacyjnych między próchnicznością gleb a zawartością frakcji ilastej, często podkreślanych jako prawidłowość. Wyjaśnieniem tego stanu może być duża zmienność zawaitości tej frakcji względem uwarunkowanej lokalnie ilości materii organicznej oraz przekształceniami wywołanymi choćby poprzez usunięcie warstwy próchnicznej z niektórych profili glebowych.
WNIOSKI
1. Zawartość próchnicy w glebach odłogowanych wykazała silniejsze zależności z wła ściwościami buforowymi i składem granulometrycznym niż w glebach użytków rolni czych. Najbardziej związki te uwidaczniają się w korelacji zawartości próchnicy z frakcją pyłową oraz buforowością wobec zasad.
2. Degradacja pokrywy glebowej przez oglowienie bądź wyjałowienie i związany z tym spadek zasobności gleb w próchnicę przyczyniły się do pomniejszenia zdolności bufo rowych takich gleb.
3. Gleby odłogowane pozbawione warstwy próchnicznej wykazały w znacznej części wyższą zdolność buforowania substancji kwaśnych. Wapnowanie gleb wpłynęło na wzrost ich zdolności buforowania wobec kwasów, przez co zwiększyła się odporność gleb na zakwaszenie.
4. Rodzaj użytkowania (orne, łąki) wykazał charakterystyczny wpływ na badane właści wości gleb. Gleby orne charakteryzujące się wyższą zaw artością próchnicy glebowej wykazały większą zdolność buforowania wobec zasad w porównaniu z glebami użyt kowanymi jako łąki. Zawartość próchnicy w' badanych glebach ornych była w więk szym stopniu związana z zawartością frakcji ilastej i pyłowej.
LITERATURA
BA R A N S.. W Ó JC IK O W SK A -K A PU ST A A.. JAW ORSKA B., B A R A N O W SK A E. 2001: W pływ odłogow ania gleb lekkich na kształtowanie się zawartości magnezu. A cia A groph vsica 56: 3 1 -3 6 . BARRIÓS E.. CO BO J. Ci.. RAO I. M.. J. TH O M A S R. J.. AM EZQUITA E.. JIMENEZ J. J., RON-
DON M. A. 2005: Fallow management for soil fertility recover) in tropical Andean agroecosystem s in Colombia. Agriculture, E cosystem s a n d E nvironment 110: 2 9 -4 2 .
CAMPBELL C. A.. BIEDERBECK V. O., M CCONKEY B. G.. CURTIN D.. ZENTNER R. P. 1999: Soil quality - Effect o f tillage and fallow frequency. Soil organic matter quality as influenced by tillage and fallow frequency in a silt loam in southwestern Saskatchewan. Soil B iolog}1 a n d Biochem istry i \ \ 1-7. CHODOROW SKI L DĘBICKI R.r SMALEJ M. 2001: A cidity and buffering properties o f selected soil
tvpes o f the Lasv Janowskie landscape park. A cta A groph vsica 50: 5 9 -7 0 .
DOM ŻAL IT. H OD ARA J., SLOW 1ŃSKA-JURKIEW 1CZ A. 1994: The reaction and some properties o f soils under different land use. Zesz. Probl. Post. N au kR ol. 413: 8 9 -9 8 .
Próchniczność w związku z buforowością i składem granulometrycznym gleb.. 91
JAW ORSKA IŁ. D Ą B K O W SK A -N A SK R Ę T IŁ, M ALCZY K P. 2005: Buffer properties o f soils with regard to their vulnerability to degradation. Chem ia i Inżynieria E kologiczn a 12 (3): 2 3 1 -2 3 9 . KRĘŻEL R. 1990: Dynamika zmian w łaściw ości fizycznych gleby lekkiej w różny sposób użytkow a
nej. Zesz. Prohl. Post. Nauk Roi. 376: 2 5 -3 0 .
LEKAN S.. SIEMION S. 1975: Rekultywacja i zagospodarow anie gleb zdewastow anych przez górnic tw o siarkowe. W: Materiały Sym pozjum „Rekultyw acja terenów zdew astow anych”. 2 3 -2 4 maja 1975, Sandomierz: 1-13.
M E N D O Z A -V E G A J.. M ESSIN G 1. 2005: The influence o f land use and fallow period on the properties o f two calcareous soils in the humid tropics o f southern M exico. C aten a 60: 2 7 9 -2 9 2 .
M IECHÓW KA A.. M IKOŁAJCZYK J. 1994: Buffer ability o f Podhale soils. Zesz. Prohl. Post. Nauk Rol. 4 1 3 :2 2 1 -2 2 9 .
M IKLASZEW SKI S. 1990: W plvw różnych sp osob ów użytkow ania gleb y piaszczystej na jej ch em icz ne i biologiczne w łaściw ości. Zesz. P roh l.P ost. Nauk Roi. 376: 3 9 -4 5 .
NIEDŹW IECKI E.. MELLER E.. M ALINOW SKI R. 1998: Wartość i przydatność rolnicza odłogow a nych gleb Pomorza Zachodniego. B ibliotheca F ragm enta A gron om ica 5: 3 5 -4 3 .
NIEW IAD OM SK I A. 2006: Sorpcyjne i buforow e w łaściw ości gleb okolic zbiornika w odnego po wyro bisku siarki w M achow ie. Materiały I O gólnopolskiej Konferencji Geografów-Doktorantów. 1 2 -1 4 czerw ca 2006, Lublin: 7 9 -8 4 .
POKOJSKA li. 1986: Rola próchnicy w kształtowaniu odczynu, w łaściw ości buforowych i pojem ności jonow ym iennej gleb leśnych. Rocz. Glebozn. 3 7 (2/3): 2 4 9 -2 6 2 .
PR U S IN KI EW ICŻ Z.. KW IATKOW SKA A.. POKOJSKA IJ. 1992: Zm iany odczynu i buforow ość gleb w św ietle kilkuletnich symulacyjnych dośw iadczeń terenowych nad skutkami kwaśnych d esz czów. Rocz. Glebozn. 43 (1/2): 5 -2 1 .
ROLA J. 1995: E kologiczno-gospod arcze skutki ugorów i o d ło só w w Polsce. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 4 1 8 :3 7 -4 3 .
SA S L., MERCIK S.. M ATYSIAK B. 1999: Rola rizosfery w mineralnym odżyw ianiu sie roślin. P ost Nauk Roln. 6: 2 7 -3 7 .
ST R Ą C ZY Ń SK A S. 2001: The effects o f leaving fields fallow upon selected fertility elem ents in soil. A cta A g ro p h vsica 52: 2 6 5 -2 7 0 .
STR Ą C Z Y Ń SK A S.. STR Ą CZY ŃSKI S.. KOCOW ICZ A. 2002: Zakw aszenie gleb odłogow anych i użytkowanych rolniczo. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 484: 5 0 7 -5 1 2 .
TOMASZEW 1CZ T . CHIJDECKA J. 2005: Wpływ sposobu użytkowania na w łaściw ości gleb rdza wych: odłogow anej oraz użytkowanej rolniczo w m iejscow ości Ginawa (woj. zachodniopom orskie). Iniymieria R olnicza 4 (64): 3 1 1 -3 2 0 .
A. Niewiadomski
90-139 Łódź. ul. Narutowicza 88, e-m a il: arek_n i ew-'a} in ter i a.pl
