wybrane właściwości fizyczne i chemiczne niektórych gleb

Geologia i geomorfologian••n9n••nSłupsk 2012, s. 159-172
Agnieszka Parzych
WYBRANE WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE I CHEMICZNE
NIEKTÓRYCH GLEB SŁOWIŃSKIEGO PARKU NARODOWEGO
W LATACH 2002-2005
Słowa kluczowe: las, gleba, poziom genetyczny, wilgotność, materia organiczna
Key words: forest, soil, genetic horizons, moisture, organic matter
WSTĘP
Gleby są jednym z czynników decydujących o ekologicznej odrębności ekosystemów leśnych. Badanie gleb parków narodowych, jako obszarów chronionych,
dostarcza wielu podstawowych informacji o funkcjonowaniu całego środowiska
przyrodniczego na danym terenie (Tobolski i in. 1997, Klimowicz i in. 2004). Ekosystemy leśne rozwinięte na ubogich glebach bielicowych mają bardzo niewielkie
zasoby substancji biogenicznych, zakumulowane głównie w poziomach organicznych i próchnicznych (Trojanowski, Parzych 2007). Właściwości fizyczno-chemiczne gleby w istotny sposób wpływają na wzrost i rozwój roślinności. Właściwe funkcjonowanie roślin zależy w jednakowym stopniu od zaopatrzenia ich w wodę,
w składniki mineralne oraz od właściwości fizycznych i chemicznych gleby, decydujących o prawidłowym wzroście i funkcjonowaniu korzeni (Ostrowska i in. 2001).
Dobra struktura gleby ułatwia penetrację korzeni roślin, stwarzając dogodne warunki do oddychania oraz pobierania wody i składników mineralnych. Próchnica zwiększa zwięzłość gleb gruboziarnistych, a zmniejsza drobnoziarnistych (Bednarek i in.
2005). Korzenie roślin reagują przede wszystkim na kwasowość roztworu glebowego. Jego skład jest jednak ściśle powiązany ze składem kationów wymiennych.
Nadmierna kwasowość gleby jest często czynnikiem ograniczającym wzrost roślin,
głównie na skutek zmniejszania dostępności wielu pierwiastków pokarmowych
i wzrostu dostępności pierwiastków potencjalnie toksycznych, np. glinu (Gworek
2006). Ponadto wraz ze wzrostem ilości materii organicznej zwiększa się dostępność
wielu pierwiastków niezbędnych dla roślin (Stevenson 1985).
Celem pracy było określenie i porównanie wybranych właściwości fizycznych
i chemicznych gleb bielicowych, porośniętych dwoma różnymi zespołami leśnymi
w Słowińskim Parku Narodowym: Vaccinio uliginosi-Betuletum pubescentis i Empetro nigri-Pinetum, w kontekście odżywiania szaty roślinnej tych zespołów.
159
160
Rys. 1. Plan sytuacyjny Słowińskiego Parku Narodowego – lokalizacja powierzchni badawczych, 1 – granica Parku, 2 – granica terenu administrowanego przez Park, 3 – linie oddziałów leśnych, 4 – drogi, 5 – powierzchnia badawcza I (Vu-Bp), 6 – powierzchnia badawcza II (En-P)
Fig. 1. Situation plan of the Słowiński National Park – locations of the study sites, 1 – border of NP, 2 – border of Park’s administration area,
3 – border of forest compartments, 4 – roads, 5 – research plot I (Vu-Bp), 6 – research plot II (En-P)
MATERIAŁ I METODY BADAŃ
Obszar badań
Badania prowadzono w dwóch różnych ekosystemach leśnych na terenie Słowińskiego Parku Narodowego, wzdłuż drogi biegnącej ze Smołdzińskiego Lasu do
Czołpina, w odległości 600 m jedna od drugiej. Lokalizację powierzchni badawczych przedstawiono na rysunku 1. Na powierzchni I występują gleby bielicowe
wytworzone z luźnych piasków wydmowych podścielonych glebą kopalną o następującej budowie profilu glebowego: Ol-Ofh-AEes-Bhfe-C-Otnib oraz szata roślinna
należąca do Vaccinio uliginosi-Betuletum pubescentis (Vu-Bp). Na powierzchni II występują gleby bielicowe (Ol-Ofh-AEes-Bhfe-C) oraz roślinność należąca do Empetro
nigri-Pinetum (En-P). Drzewostany badanych powierzchni wykazywały zróżnicowanie gatunkowe i wiekowe. Powierzchnię I porastał luźny drzewostan sosnowobrzozowy o wysokości 18-19 m. Udział 60-letniej sosny zwyczajnej (Pinus sylvestris L.) wynosił 25%, a 47-letniej brzozy omszonej (Betula pubescens) – 75%. Powierzchnię II porastał jednolity, 140-letni drzewostan sosnowy (Pinus sylvestris L.;
Plan... 2003).
Metodyka badań
Na każdej 0,5 ha powierzchni badawczej wykonano odkrywkę glebową i opisano
budowę profilu. Taksonomię gleb opracowano na podstawie Systematyki gleb Polski PTG (1989). Oznaczenia podstawowych właściwości fizycznych, glinu wymiennego oraz właściwości sorpcyjnych próbek glebowych wykonano jednokrotnie w maju
2002 roku. Próbki do analiz chemicznych i pomiaru wilgotności pobierano za pomocą świdra, średnio co sześć tygodni w okresie sezonów wegetacyjnych w latach
2002-2005 ze wszystkich poziomów genetycznych badanych profili, zagęszczając
liczbę próbek w przypadku dużej miąższości poziomu. Materiał badawczy pobierano z kilkunastu losowo wybranych stanowisk każdej powierzchni leśnej do głębokości 1,5 m (ze względu na głębokość występowania korzeni roślin), a następnie łączono go, tworząc tzw. próbki mieszane (Czarnowski 1978). Po przewiezieniu do
laboratorium i wstępnym przygotowaniu próbki glebowe poddawano odpowiednim
analizom według metod zaproponowanych przez Ostrowską i in. (1991) oraz Bednarek i in. (2005). Wszystkie analizy wykonywano w trzech powtórzeniach.
W próbkach glebowych oznaczono:
– gęstość właściwą (Dw) metodą piknometryczną;
– gęstość objętościową (Do) w próbkach o nienaruszonej strukturze;
– skład frakcyjny piasku (na sucho) – metodą sitową;
– odczyn gleb – potencjometrycznie w roztworze wodnym i w 1 M roztworze KCl;
– wilgotność aktualną (Ww) – metodą suszarkowo-wagową;
– straty prażenia (Sp) w piecu muflowym w temp. 550oC;
– glin wymienny (Al3+) – metodą Sokołowa;
– sumę zasad wymiennych (S) – metodą Kappena;
– kwasowość hydrolityczną (Hh) – metodą Kappena.
161
Na podstawie uzyskanych wyników analiz laboratoryjnych obliczono:
– porowatość ogólną (Po), Po = (Dw – Do) : Dw · 100%;
– aktualne zasoby wody glebowej (Zo), Zo = Ww · Do · h : 10 [mm]; h – miąższość poziomu genetycznego;
– zasoby glebowej materii organicznej, Zas. mat. org. = Sp · Do · h [kg· m-2];
– pojemność wymienną kationów (T), T = S + Hh [cmol(+)· kg-1];
– stopień wysycenia gleb kationami zasadowymi (V), V = S · T-1·100 [%].
WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA
Skład frakcyjny badanych gleb był podobny (tab. 1). Dominował w nich piasek
średni (0,5-0,25 mm), którego udział w profilu powierzchni I wynosił od 61,3%
do 68,4%, a w profilu powierzchni II od 49,0% do 54,9%. Następny pod względem
składu frakcyjnego gleby był piasek drobny (0,25-0,1 mm), którego zawartość
w profilu powierzchni I wynosiła od 30,1% do 34,6%, a w profilu powierzchni II
od 44,4% do 49,1%. Zawartość piasku grubego (1-0,5 mm) była dość mała i wynosiła przeciętnie od 1,1% do 3,2% (Vu-Bp) i od 0,2% do 2,8% (En-P). Najmniejsza
była ilość frakcji pyłu, bo od 0,1-0,3% (Vu-Bp) do 0,1% (En-P). Przewaga piasku
średniego i drobnego w badanych glebach była charakterystyczna dla gleb bielicowych, w których powyższe frakcje według Zawadzkiego (1999) mogą przekraczać
nawet 95%. Analiza uziarnienia wykazała małe zróżnicowanie materiału w obu
badanych profilach glebowych, co wskazuje, iż skład frakcyjny nie będzie wpływał
Tabela 1
Uziarnienie gleb
Table 1
Soil texture
Grupa
granulo1-0,5 0,5-0,25 0,25-0,1 0,1-0,05 < 0,05 metrycz[mm] [mm] [mm] [mm] [mm]
na
Zawartość frakcji części ziemistych
Powierzchnie
i zespoły
leśne
Poziom
genetyczny
Powierzchnia I
Vu-Bp
AEes
Bhfe
C1
C2
0
0
0
0,1
1,4
1,1
1,1
3,2
66,9
68,4
66,1
61,3
30,9
30,1
32,5
34,6
0,5
0,3
0,2
0,6
0,2
0,1
0,1
0,3
pl
pl
pl
pl
Powierzchnia II
En-P
AEes
Bhfe
C1
C2
C3
0
0
0
0
0
2,8
1,5
0,5
0,3
0,2
49,0
51,0
50,0
54,9
52,0
47,7
47,0
49,1
44,4
47,3
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
0,1
0,1
0,0
0,0
0,1
pl
pl
pl
pl
pl
Objaśnienia w tekście
Explanations in text
162
2-1
[mm]
różnicująco na właściwości gleb pod badanymi zespołami leśnymi. Równie niewielkie zróżnicowanie gleb w obrębie składu frakcyjnego wykazali Banaszuk i Kondratiuk (1996) na polu wydmowym w rezerwacie „Szelągówka”.
Gęstość właściwa badanych gleb była najmniejsza w poziomach próchniczno-eluwialnych AEes 2,54 g· cm-3 (En-P) i 2,61 g· cm-3 (Vu-Bp) oraz poziomie gleby
kopalnej Otnib 1,99 g·cm-3 (Vu-Bp) i stopniowo wzrastała wraz z głębokością do
wartości 2,71 g· cm-3 w poziomie skały macierzystej – Vu-Bp i do 2,83-2,84 g· cm-3
– En-P (tab. 2).
Gęstość objętościowa (tab. 2) w badanych profilach glebowych wzrastała wraz
z głębokością, w poziomach organicznych profilu powierzchni I (Vu-Bp) przyjmując
wartości 0,10-0,22 g· cm-3, a w przypadku powierzchni II (En-P) 0,08-0,17 g· cm-3.
Nieco większe jej wartości występowały w poziomach próchniczno-eluwialnych
(AEes) badanych profili glebowych. W poziomach wzbogacenia (Bhfe) cecha ta
osiągała wartość 1,25 g· cm-3 – Vu-Bp oraz 0,99 g· cm-3 – En-P. W poziomie gleby
kopalnej (Otnib) gęstość objętościowa wynosiła 0,64 g· cm-3 (Vu-Bp), a w poziomie
skały macierzystej od 1,20 g· cm-3 (Vu-Bp) do 1,16 g· cm-3 (En-P). Uzyskane wartości gęstości są typowe dla odpowiednich poziomów genetycznych gleb bielicowych
(Uggla, Uggla 1979).
W ścisłym związku ze zmianami gęstości pozostawała porowatość (tab. 3), która
zmieniała się od 53,39% w poziomach przypowierzchniowych do 52,60% w poziomie C (Vu-Bp) oraz od 64,60% do 59,03% (En-P). Znacznie większą porowatość
wykazywały poziomy próchniczno-eluwialny i wzbogacenia w przypadku powierzchni II w porównaniu z odpowiednimi poziomami profilu powierzchni I. Porowatość ogólna i zależna od niej gęstość objętościowa gleby, łącznie z uziarnieniem, decydowały o przestrzennym rozkładzie wody glebowej i jej dostępności dla
roślin. W glebach piaskowych porowatość waha się najczęściej w granicach 35-50%
(Puchalski, Prusinkiewicz 1975), a wartości powyżej 40% są charakterystyczne dla
gleb leśnych (Ostrowska i in. 2001). Optymalna dla rozwoju rośliny porowatość
zależy od gatunku rośliny i właściwości gleby (Drozd i in. 1992). Uzyskane wyniki
badań wskazują na dobre właściwości powietrzno-wodne badanych gleb, co korzystnie wpływa na system korzeniowy roślin leśnych zarówno w zespole Vaccinio
uliginosi-Betuletum pubescentis, jak i w Empetro nigri-Pinetum.
Zawartość materii organicznej wyrażają straty prażenia (tab. 2), które maleją
wraz z głębokością profili glebowych. W podpoziomach organicznych Ol i Ofh
powierzchni I utrzymywały się na poziomie odpowiednio 88,79-79,83%, powierzchni II na poziomie 91,60-86,65%, a w przypadku gleby kopalnej na poziomie
około 80%. Według Pokojskiej (1992) zawartość materii organicznej w podpoziomach organicznych bielic utrzymuje się w przedziale wartości od 86,5% do 97,3%.
Największe zasoby materii organicznej występowały w profilu glebowym powierzchni I (Vu-Bp), około 93% powyższych zasobów było zakumulowane w poziomie gleby kopalnej (tab. 2). Znacznie mniejsze ilości materii organicznej zawierały poziomy mineralne (3,27 kg·m-2 na powierzchni I oraz 3,75 kg·m-2 na powierzchni II). Poza tym występowały różnice pomiędzy jej zawartością w poziomach próchniczno-eluwialnych i poziomach wzbogacenia obu badanych profili
glebowych. Powyższe poziomy powierzchni I (Vu-Bp) zawierały około 30% więcej
163
164
Objaśnienia w tekście
Explanations in text
Powierzchnia II
En-P
Powierzchnia I
Vu-Bp
Powierzchnie
i zespoły leśne
4
13
4-0
0-13
Ofh
AEes
72-102
102-150
C3
0-18
AEes
C2
5-0
Ofh
48-72
18
8-5
Ol
C1
5
104-150
Otnib
18-48
3
72-104
C2
Bhfe
38
41-72
C1
2,71
2,84
2,83
24
30
40
56,84
58,82
59,03
1,16
1,16
0,86
0,59
0,63
0,79
0,29
0,21
0,18
0,17
0,89
0,56
64,60
1,17
0,89
2,54
7,36
86,65
-
62,45
0,17
-
2,19
91,60
-
0,31
0,68
1,12
1,16
7,02
3,55
Zasoby
mat. org.
[kg·m-2]
194,85
0,08
0,19
0,32
0,73
79,83
88,79
Straty
prażenia
[%]
Table 2
Tabela 2
80,12
67,65
52,60
57,50
52,82
53,39
-
-
Porowatość
ogólna
[%]
0,99
0,08
-
2,64
0,64
1,20
1,15
1,25
1,22
0,22
0,10
Gęstość
objętościowa
[g·cm-3]
1,99
2,54
2,71
2,65
2,61
30
32
31
13-41
Bhfe
28
-
4
8-4
Ol
-
Gęstość
właściwa
[g·cm-3]
Miąższość
poziomu
[cm]
Głębokość
[cm]
Poziom
genetyczny
Physical properties and reserves organic matter of soil
Właściwości fizyczne i zasoby materii organicznej gleb
Tabela 3
Wilgotność aktualna gleb (n = 25) w latach 2002-2005
Table 3
Actual moisture of soil (n = 25) in the 2002-2005
Wilgotność aktualna [% wag.]
Powierzchnie
i zespoły leśne
Poziom
genetyczny
śr.
Powierzchnia I
Vu-Bp
Powierzchnia II
En-P
min.
max.
CV [%]
Aktualne
zasoby
wody
[mm]
Ol
16,33(±6,51)
7,87
31,16
39,86
0,65
Ofh
23,06(±8,43)
11,80
44,32
36,56
2,03
AEes
4,73(±1,42)
2,97
7,83
29,99
7,50
Bhfe
4,32(±2,77)
1,38
11,84
64,18
15,12
C1
10,60(±4,33)
2,89
19,58
40,83
37,79
C2
18,40(±6,00)
5,80
31,39
32,60
70,65
Otnib
36,72(±14,23)
12,20
69,80
38,75
89,30
Ol
21,52(±7,10)
6,12
34,71
32,99
0,52
Ofh
32,31(±7,93)
7,47
44,02
24,54
2,75
AEes
5,74(±4,27)
1,68
20,00
74,39
9,19
Bhfe
6,07(±4,23)
2,02
16,03
69,69
18,03
C1
9,65(±5,84)
3,02
22,64
60,51
27,09
C2
13,36(±5,83)
4,92
28,91
43,64
46,49
C3
17,26(±6,20)
8,94
38,66
35,92
80,08
śr. – wartość średnia, (±) – odchylenie standardowe, min. – wartość minimalna, max. – wartość
maksymalna, CV – współczynnik zmienności
śr. – average value, (±) – standard deviation, min. – minimum value, max. – maximum value,
CV – variability factor
Tabela 4
Opady atmosferyczne i średni poziom wód gruntowych w latach 2002-2005
Table 4
Precipitation and average groundwater level in 2002-2005
Wyszczególnienie
2002
2003
2004
2005
Średnio
Opady atmosferyczne
[mm]
682
552
848
579
665
Vu-Bp
Średni poziom
wód gruntowych
[cm]
En-P
79,8(±18,0) 79,1(±17,2) 60,8(±24,9) 73,7(±18,7) 73,3(±20,1)
93,8(±20,9) 93,6(±18,5) 79,3(±36,9) 94,3(±31,7) 90,2(±28,4)
(±) – odchylenie standardowe
(±) – standard deviation
165
zasobów materii organicznej niż odpowiednie poziomy glebowe powierzchni II
(En-P), co korzystniej wpływało na rozwój roślinności runa w tym ekosystemie
leśnym ze względu na znacznie większe ilości zgromadzonych w nich składników
odżywczych. Uzyskane wyniki wskazują na lepsze warunki zaopatrzenia roślinności
runa w biogeny w Vu-Bp niż w En-P, co potwierdzają również wyniki badań składu
chemicznego roślin runa leśnego (Parzych 2010).
Wilgotność aktualna badanych profili glebowych była zróżnicowana w czteroletnim okresie badań (tab. 3). Znaczną wilgotność wykazywały podpoziomy organiczne Ofh, zalegające bezpośrednio pod podpoziomem surowinowym, co wiąże się
z wpływem opadów atmosferycznych i większą pojemnością wodną, oraz poziomy
w dolnych partiach profili glebowych, znajdujące się w obrębie zmiennego poziomu
wód gruntowych (por. tab. 4; Parzych, Trojanowski 2007). Najmniejszą wilgotność
miały poziomy genetyczne w wewnętrznych częściach profili glebowych, średnio na
głębokości 41 cm (Vu-Bp) oraz 48 cm (En-P). Najsilniej uwilgotniona była gleba
powierzchni I, gdzie poziom wody gruntowej występował średnio na głębokości
73,3 cm pod powierzchnią terenu. Średnia maksymalna wilgotność gleb w badanych
zespołach leśnych była najwyższa w poziomie gleby kopalnej (Otnib) – około 70%
wag. oraz w podpoziomach butwinowych (Ofh) – około 44% wag. Średnia wilgotność gleby pozostawała w ścisłym związku z zawartością materii organicznej oraz
gęstością objętościową. Dowodem są wysokie i przeciętne wartości współczynników korelacji Spearmana, odpowiednio R = 0,72 (p < 0,05, n = 50) w profilu glebowym powierzchni I i R = 0,83 (p < 0,05, n = 50) w profilu powierzchni II oraz -0,42
(p < 0,05, n = 50, Vu-Bp) i -0,73 (p < 0,05, n = 50, En-P). Zależność wilgotności gleby od zawartości materii organicznej i gęstości objętościowej zaobserwowali również Czyż i in. (2003) oraz Andersson i Wiklert (1972).
Zasoby wody zgromadzone w glebie odgrywają istotną rolę w zaopatrywaniu roślin w trakcie całego sezonu wegetacyjnego. Obecność gleby kopalnej podścielającej gleby bielicowe powierzchni I ze względu na dużą zawartość materii organicznej
oraz dużą pojemność wodną wywierała istotnie korzystny wpływ na zaopatrzenie
roślinności Vaccinio uliginosi-Betuletum pubescentis w wodę, zwłaszcza tej o rozbudowanym systemie korzeniowym. Fakt ten znajduje potwierdzenie w wynikach
badania frekwencji i zagęszczenia roślinności zarówno Vaccinio uliginosi-Betuletum
pubescentis, jak i Empetro nigri-Pinetum SPN (Parzych, Sobisz 2010).
Dynamikę wilgotności poszczególnych poziomów badanych gleb odzwierciedlały wartości współczynników zmienności (CV; tab. 3). Największa zmienność występowała w środkowych częściach badanych profili glebowych. Najczęstsze przesuszenia w profilu powierzchni I były w poziomie wzbogacenia (CV = 64%), a w przypadku powierzchni II – w poziomie wymywania (CV = 74%). Znacznie mniejsze
wartości minimalne wilgotności gleby były w poziomach genetycznych profilu powierzchni II niż w odpowiednich poziomach profilu powierzchni I, co niekorzystnie
wpływało na rozwój roślinności w Empetro nigri-Pinetum w okresach związanych
z ograniczoną ilością opadów atmosferycznych.
Właściwości retencyjne gleb, wyrażone średnimi zapasami wody w poziomach
i podpoziomach genetycznych, przedstawiono w tabeli 3. Największe zasoby wody
zmagazynowane były w poziomie gleby kopalnej (powierzchnia I) oraz w dolnych
166
poziomach genetycznych profili glebowych, co ma istotne znaczenie w zaopatrywaniu roślinności w wodę zwłaszcza w sezonach wegetacyjnych.
Badane gleby bielicowe miały odczyn kwaśny i silnie kwaśny. Największą kwasowością charakteryzowały się poziomy organiczne i próchniczne na obu badanych
powierzchniach leśnych, gdzie wartości pH zawierały się w przedziale od 4,18 do
4,87 (pHH O). Nieco większa była kwasowość poziomów organicznych w zespole
Empetro nigri-Pinetum (tab. 5). Wraz z głębokością kwasowość malała, co odzwierciedlało się wzrostem wartości pH do 5,32 w skale macierzystej profilu glebowego
powierzchni I oraz do 5,69 w poziomie skały macierzystej powierzchni II. Odczyn
był podobny do odczynu w innych badanych glebach bielicowych. Konecka-Betley
i in. (1999) stwierdzili, że gleby bielicowe charakteryzują się silnym zakwaszeniem
górnych poziomów, gdzie pHH O wynosi najczęściej 3,0-4,5. Zbliżone wartości kwasowości czynnej (pH, H2O) i wymiennej (pH, KCl) uzyskali Szołtyk i Walendziak
(1998) oraz Czępińska-Kamińska i in. (1999). Stopień zakwaszenia gleby wpływał
na dostępność składników odżywczych, bytowanie organizmów glebowych, procesy
nitryfikacji, występowanie toksycznie działających jonów glinu i metali ciężkich
(Kowalkowski 2002). Niewielkie zakwaszenie gleby (pH = 6-7) wpływa jednak
korzystnie na przyswajalność azotu i fosforu przez roślinność leśną (Puchalski, Prusinkiewicz 1975).
Wraz ze wzrostem zakwaszenia gleb wzrastało stężenie jonów Al3+, które decydują o pH gleb leśnych. Zależność taką wykazali również inni badacze (Brogowski
1967, Gworek i in. 2000, Gworek 2006). Największa koncentracja jonów glinu była
w poziomach organicznych obu badanych profili, osiągając nieco większe wartości
w glebie pod borem sosnowym (Empetro nigri-Pinetum; tab. 5). Zwiększona kwasowość i zawartość jonów glinu niekorzystnie wpływała na rozwój roślinności, powodując zmniejszenie frekwencji, zagęszczenia i produkcji pierwotnej runa leśnego
(Parzych, Sobisz 2010). Największa dynamika kwasowości badanych gleb miała
miejsce w górnych poziomach genetycznych i malała w głąb profilu, osiągając najmniejszy współczynnik zmienności w poziomie skał macierzystych (pH (H2O) odpowiednio CV = 8,2% i 8,5%; tab. 5). Odczyn gleby zmieniał się w ciągu roku zależnie od jej wilgotności oraz zapotrzebowania roślinności na składniki odżywcze.
Intensywne pobieranie kationów zasadowych (K+, Ca2+, Mg2+, NH4+) z roztworu
glebowego przez roślinność w okresie maksymalnego wzrostu (wiosna-lato) powodowało spadek wartości pH gleby, zwiększając jednocześnie dostępność dla roślin
toksycznego glinu (Barszczak, Bilski 1983, Gworek 2006). Najsilniejsze wahania
kwasowości występują zazwyczaj w glebach słabo zbuforowanych, o małej pojemności sorpcyjnej i niskim stopniu wysycenia kompleksu sorpcyjnego kationami
o charakterze zasadowym (Puchalski, Prusinkiewicz 1975).
Największe zdolności sorpcyjne mają poziomy organiczne (32,44-28,55 cmol (+)·
kg-1) i próchniczne (11,58-12,51 cmol(+)· kg-1) badanych profili glebowych (tab. 6).
Całkowita pojemność wymienna (T) w badanych poziomach organicznych jest porównywalna. Zdolność tych poziomów do adsorpcji i wymiany kationów sprawia, że
ektopróchnice tworzą pewnego rodzaju filtr przechwytujący wiele składników trafiających do gleby w rozmaity sposób (Pokojska 1992). Znacznie mniejsze zdolności sorpcyjne niż poziomy organiczne wykazują poziomy mineralne (Buckman,
2
2
167
168
Powierzchnia II
En-P
Powierzchnia I
Vu-Bp
Powierzchnie
i zespoły leśne
5,64(±0,60)
C3
4,80(±0,64)
AEes
5,77(±0,48)
4,19(±0,38)
Ofh
C2
4,18(±0,36)
Ol
5,41(±0,49)
5,34(±0,47)
Otnib
C1
5,35(±0,44)
C2
5,19(±0,52)
5,37(±0,51)
C1
Bhfe
5,17(±0,49)
4,75
4,86
4,41
4,00
3,66
3,40
3,22
4,53
4,47
4,46
4,07
4,15
4,87(±0,46)
AEes
Bhfe
3,68
4,62(±0,59)
Ofh
6,80
6,60
6,05
5,95
5,85
4,81
4,55
6,10
6,00
6,40
6,10
5,99
5,59
5,35
3,54
max.
min.
4,44(±0,54)
śr.
pH
(H2O)
Ol
Poziom
genetyczny
10,6
8,5
9,3
10,4
13,9
9,1
8,6
8,8
8,2
9,5
9,5
9,2
12,8
12,2
CV [%]
4,96(±0,37)
4,85(±0,40)
4,66(±0,28)
4,34(±0,41)
4,03(±0,50)
3,37(±0,45)
3,46(±0,14)
4,69(±0,58)
4,66(±0,57)
4,63(±0,60)
4,42(±0,55)
4,02(±0,52)
3,83(±0,46)
3,63(±0,40)
śr.
4,28
4,05
4,01
3,55
3,12
2,46
2,44
3,70
3,57
3,48
3,53
3,09
3,00
3,06
min.
pH
(KCl)
5,60
5,65
5,03
5,14
5,32
4,11
4,06
6,05
5,67
5,70
5,29
4,78
4,53
4,33
max.
Reaction of soil (n = 25) and concentration of removable aluminium in 2002-2005
Odczyn badanych gleb (n = 25) i stężenie wymiennego glinu w latach 2002-2005
7,5
8,2
6,0
9,4
12,4
13,4
4,0
12,4
12,2
12,9
12,4
12,9
12,0
11,0
CV [%]
0,09
0,09
0,10
0,17
0,26
2,10
2,15
0,10
0,12
0,28
0,54
0,63
1,90
1,80
Al3+ w.
[cmol(+)·kg-1]
Table 5
Tabela 5
Brady 1971). W przypadku badanych profili glebowych wartości pojemności sorpcyjnej malały w głąb profilu, osiągając w poziomie skały macierzystej 1,95 cmol (+)·
kg-1 (powierzchnia I) i 1,85 cmol(+)· kg-1 (powierzchnia II). Zgodnie z danymi literaturowymi pojemność sorpcyjna piasków wynosi zwykle 1-10 cmol (+)· kg-1 s.m.
(Puchalski, Prusinkiewicz 1975). W poziomie gleby kopalnej całkowita pojemność
wymienna miała wartość największą (48,83 cmol(+)· kg-1).
Badane gleby charakteryzowały się również niewielkimi sumami kationów zasadowych (S) w kompleksie sorpcyjnym, decydującymi o zdolnościach buforowych
gleby w stosunku do jonów wodorowych (tab. 6). Największe ilości kationów zasadowych występowały w poziomie gleby kopalnej (41,40 cmol(+)· kg-1), w poziomach
organicznych (9,20-14,74 cmol(+)· kg-1) i próchnicznych (2,20-6,55 cmol(+)· kg-1)
badanych profili glebowych, co jest wynikiem akumulacji biologicznej (Dziadowiec
1990, Pokojska 1992).
Kwasowość hydrolityczna (Hh) badanych gleb malała w głąb profili (tab. 6).
Największą kwasowość zaobserwowano w poziomach organicznych powierzchni II
Tabela 6
Właściwości sorpcyjne badanych gleb
Table 6
Sorption properties researched of soil
Powierzchnie
i zespoły leśne
Powierzchnia I
Vu-Bp
Powierzchnia II
En-P
Poziom
genetyczny
S
Ol
14,74
Hh
T = S + Hh
V = S · T-1·100
[%]
16,95
31,69
46,51
-1
[cmol (+) · kg ]
Ofh
11,15
17,40
28,55
39,05
AEes
2,20
10,31
12,51
17,58
Bhfe
2,00
2,40
4,40
45,45
C1
1,15
1,35
2,50
46,00
C2
1,05
0,90
1,95
53,85
Otnib
41,40
7,43
48,83
84,79
Ol
12,61
19,83
32,44
38,87
Ofh
9,20
22,65
31,65
29,07
AEes
6,55
5,03
11,58
56,59
Bhfe
1,20
1,50
2,70
44,44
C1
1,05
1,16
2,21
47,45
C2
0,95
0,90
1,85
51,35
C3
0,40
0,75
1,15
34,78
S – suma zasad wg Kappena (Ca2+ + Mg2+ + K+ + Na+), Hh – kwasowość hydrolityczna wg Kappena,
T – całkowita pojemność wymienna, V – stopień wysycenia zasadami
S (TEB) – Total Exchangeable Bases according to Kappen (Ca2++Mg2++K++Na+), Hh – hydrolytic
acidity according to Kappen, T (CEC) – Cation Exchange Capacity according to Kappen, V (BS)
– Base Saturation
169
(En-P). W wyniku przeprowadzonych analiz stwierdzono, iż kwasowość hydrolityczna zależy od odczynu i zawartości związków organicznych w glebach. Im niższe
pH i większa zawartość próchnicy, tym wyższa wartość kwasowości hydrolitycznej.
Potwierdzają to wysoce istotne współczynniki korelacji Spearmana – odpowiednio
dla pH i Hh, R = -0,92 (Vu-Bp) i R = –0,93 (En-P), p < 0,05, n = 50 oraz dla pH
i zawartości materii organicznej R = 0,78 (Vu-Bp) i R = 0,98 (En-P), p < 0,05, n = 50.
Podobne relacje pomiędzy powyższymi parametrami uzyskali Gworek i in. (2000).
Ważnym wskaźnikiem jakości gleby jest jej stopień wysycenia kationami o charakterze zasadowym (V), (Ca2+ + Mg2+ + K+ + Na+). W poziomach organicznych
powierzchni I jest on średnio o 25,9% większy od V poziomów organicznych powierzchni II (tab. 6). Wraz ze wzrostem stopnia humifikacji szczątków organicznych
nagromadzonych w kolejnych podpoziomach organicznych (Ol, Ofh) wartość V maleje na obu powierzchniach badawczych. Zależność taką zaobserwowała w swoich
badaniach również Pokojska (1992). Stopień wysycenia zasadami poszczególnych
poziomów glebowych wzrasta zwykle w głąb profilu glebowego (Sikorska 1999).
Zależność taką wykazuje profil glebowy powierzchni I, w którym V maleje od podpoziomu surowinowego (Ol) do poziomu próchniczno-eluwialnego (AEes), a następnie stopniowo wzrasta w kolejnych poziomach mineralnych, osiągając maksimum wysycenia zasadami w poziomie gleby kopalnej (84,79%). Nieco inna była
sytuacja w profilu glebowym powierzchni II, gdzie maksymalne V stwierdzono
w poziomie AEes (56,59%) oraz w poziomie C (51,35%). Ponadto, im większe było
wysycenie gleby wymiennymi zasadami, tym mniejszy był udział kationów H+
i Al3+, a tym samym mniejsza kwasowość.
PODSUMOWANIE
Badane gleby bielicowe, wytworzone na wydmach, wykazują małe zróżnicowanie składu frakcyjnego poziomów mineralnych. Dominuje w nich piasek średni
i drobny, przy niewielkim udziale piasku grubego i pyłu. Charakteryzują się one
odczynem kwaśnym i silnie kwaśnym, który maleje w głąb badanych profili glebowych. Nieco większą kwasowość oraz zawartość dostępnego glinu Al3+ miały poziomy organiczne powierzchni II (Empetro nigri-Pinetum), co niekorzystnie wpływało na rozwój tamtejszej roślinności. Na uwagę zasługuje większa ilość materii
organicznej w podpoziomach organicznych powierzchni II (En-P), niż w odpowiednich podpoziomach powierzchni I (Vu-Bp).
Średnia wilgotność gleby pozostawała w ścisłym związku z zawartością materii
organicznej oraz gęstością objętościową. Zaobserwowano wzrost wilgotności gleby
wraz ze wzrostem zawartości materii organicznej i spadkiem gęstości objętościowej.
Dowodem na to były istotne statystycznie współczynniki korelacji Spearmana. Wilgotność aktualna profili glebowych była zróżnicowana w badanych sezonach wegetacyjnych, co wiązało się z opadami atmosferycznymi i zmieniającym się poziomem
lustra wód gruntowych. Ilość wody zawartej w profilach glebowych pod badanymi
zespołami leśnymi wskazywała na lepsze zaopatrzenie w wodę roślinności w zespole Vaccinio uliginosi-Betuletum pubescentis niż w Empetro-nigri Pinetum.
170
L I T E R AT U R A
Andersson S., Wiklert P., 1972: Water-holding properties of Swedish soils, Grundförbättring
25 (2-3), s. 53-143
Banaszuk P., Kondratiuk P., 1996: Charakterystyka gleb i ich substratu na polu wydmowym
w rezerwacie „Szelągówka”, Zesz. Nauk. Polit. Białost. 109, Inż. Środ. 9, s. 91-100
Barszczak T., Bilski J., 1983: Działanie glinu na rośliny, Postępy Nauk Roln. 3, s. 23-30
Bednarek R., Dziadowiec H., Pokojska U., Prusinkiewicz Z., 2005: Badania ekologiczno-gleboznawcze, Warszawa
Brogowski Z., 1967: Wiązanie wapnia, magnezu, potasu i sodu w niektórych rodzajach gleb,
Warszawa
Buckman H.C., Brady N.C., 1971: Gleba i jej właściwości, Warszawa
Czarnowski M.S., 1978: Zarys ekologii roślin lądowych, Warszawa
Czępińska-Kamińska D., Rutkowski A., Zakrzewski S., 1999: Sezonowe zmiany zawartości
N-NH4 i N-NO3 w glebach leśnych, Rocz. Glebozn. 50, 4, s. 47-56
Czyż E., Dexter A.R., Niedźwiecki J., 2003: Retencja wodna gleb wieloletnich statycznych
doświadczeń poletkowych, Rocz. Glebozn. 54, 3, s. 27-37
Drozd J., Licznar M., Pisarek I., 1992: Gleboznawstwo, podręcznik do ćwiczeń dla studentów szkół wyższych, Opole
Dziadowiec H., 1990: Rozkład ściółek w wybranych ekosystemach leśnych, Toruń
Gworek B., 2006: Glin w środowisku przyrodniczym a jego toksyczność, Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych 29, s. 27-38
Gworek B., Brogowski Z., Degórski M., Wawrzoniak J., 2000: Zmiany właściwości fizyczno-chemicznych niektórych gleb Białowieskiego Parku Narodowego, Rocz. Glebozn. 51,
1/2, s. 87-99
Klimowicz Z., Debicki R., Pyl A., 2004: Wybrane właściwości gleb bielicoziemnych na terenie
Parku Krajobrazowego „Podlaski Przełom Bugu”, Annales UMCS 59, 11, s. 181-191
Konecka-Betley K., Czępińska-Kamińska D., Janowska E., 1999: Systematyka i kartografia
gleb, Warszawa
Kowalkowski A., 2002: Wskaźniki ekochemicznego stanu gleb leśnych zagrożonych przez
zakwaszenie, Regionalny Monitoring Środowiska Przyrodniczego 3, s. 31-44
Ostrowska A., Gawliński S., Szczubiałka Z., 1991: Metody analizy i oceny gleb i roślin.
Katalog, Warszawa
Ostrowska A., Porębska G., Borzykowski J., Król H., Gawliński S., 2001: Właściwości gleb
leśnych i metody ich oznaczania, Warszawa
Parzych A., 2010: Azot, fosfor i węgiel w roślinności leśnej Słowińskiego Parku Narodowego
w latach 2002-2005, Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych 43, s. 47-66
Parzych A., Sobisz Z., 2010: Biomasa i produkcja pierwotna netto runa leśnego w wybranych
ekosystemach Słowińskiego Parku Narodowego, Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych 42, s. 72-83
Parzych A., Trojanowski J., 2007: Biogenic substances versus the level of ground waters in
chosen woodland ecosystems of Słowiński National Park, Ann. Pol. Chem. Soc., s. 423-426
Plan ochrony Słowińskiego Parku Narodowego. Operat ochrony ekosystemów leśnych na
lata 2002-2021, 2003: t. 8, opis ogólny, t. 9/1, opis taksacyjny lasu – Obręb Lądowy Oddziały 1-63, Jeleniogórskie Biuro Planowania i Projektowania
Pokojska U., 1992: Adsorpcja i wymiana kationów w próchnicach leśnych, Toruń
Puchalski T., Prusinkiewicz Z., 1975: Ekologiczne podstawy siedliskoznawstwa leśnego,
Warszawa
Sikorska E., 1999: Siedliska leśne, cz. I, Siedliska obszarów niżowych, Kraków
171
Stevenson F.J., 1985: Geochemistry of soil humic substances. W: Humic substances in soil,
sediment and water, red. G.R. Aiken, D.M. McKnight, R.L. Wershaw, P. McCarthy, New
York, s. 13-52
Systematyka gleb Polski, 1989: Rocz. Glebozn. 40 (3/4)
Szołtyk G., Walendziak R.J., 1998: Charakterystyka zmian właściwości chemicznych gleb
makroregionu północno-wschodniej Polski w latach 1988-1996, Warszawa, s. 95-101
Tobolski K., Mocek A., Dzięciołowski W., 1997: Gleby Słowińskiego Parku Narodowego
w świetle historii roślinności i podłoża, Bydgoszcz-Poznań
Trojanowski J., Parzych A., 2007: Seasonal changes of nitrogen and phosphorus content in
organic horizons in chosen forest sites of the Słowiński National Park, Arch. Environ.
Prot. 33, 3, s. 97-106
Uggla H., Uggla Z., 1979: Gleboznawstwo leśne, Warszawa
Zawadzki S., 1999: Gleboznawstwo, Warszawa
Selected physical and chemical properties of some soil
in the Słowiński National Park in 2002-2005
SUMMARY
The study of properties proper podzol soils was carried out in two different forest ecosystems: Vaccinio uliginosi-Betuletum pubescentis and Empetro nigri-Pinetum in the period
between 2002-2005. Researched of soils are acidity and strongly acidity which decrease with
depth of genetic horizons. Average moisture of soil is in important relation with contents of
organic matter and bulk density. Average and high values of Spearman correlation coefficient,
confirm it and there are respectively R = 0.72 (p < 0.05, n = 50) in genetic horizons Vaccinio
uliginosi-Betuletum pubescentis, R = 0.83 (p < 0.05, n = 50) in the Empetro nigri-Pinetum and
-0,42 (p < 0.05, n = 50, Vaccinio uliginosi-Betuletum pubescentis), -0.73 (p < 0.05, n = 50,
Empetro nigri-Pinetum). Organic matter and water contents in selected soil of SNP indicate
the better resources for plants developments in Vaccinio uliginosi-Betuletum pubescentis than
in Empetro-nigri Pinetum.
Agnieszka Parzych
Zakład Chemii Środowiskowej
Instytut Biologii i Ochrony Środowiska
Akademia Pomorska
ul. Arciszewskiego 22b
76-200 Słupsk
[email protected]
172