Wstępne wyniki badań nad wpływem uziarnienia gleby na bonitację
Transkrypt
Wstępne wyniki badań nad wpływem uziarnienia gleby na bonitację
ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE TOM LIX na NRbonitacjê 3/4 WARSZAWA 2008: 255261 Wyniki badañ nad wp³ywem uziarnienia gleby drzewostanów sosnowych 255 PIOTR SEWERNIAK WSTÊPNE WYNIKI BADAÑ NAD WP£YWEM UZIARNIENIA GLEBY NA BONITACJÊ DRZEWOSTANÓW SOSNOWYCH W PO£UDNIOWO-ZACHODNIEJ POLSCE* PRELIMINARY STUDIES ON EFFECT OF SOIL TEXTURE ON SCOTS PINE STAND QUALITY CLASS IN SOUTH WEST POLAND Instytut Geografii, Zak³ad Gleboznawstwa, UMK w Toruniu Abstract: Scots pine (Pinus sylvestris) is main tree species in Poland, however relations between its growth and soil texture are not well recognized. The aim of the paper was to evaluate the effect of soil texture on Scots pine stand quality class in South West Poland. The studies were undertaken in aspect of silviculture. It was pointed out that Scots pine stand quality class is positive correlated with the fine fraction (∅ < 0.02 mm) content, but only in sandy soils. Due to Scots pine does not utilize the potential trophy of heavy soils the species should not be planted on fresh soils that contain more than 1015% of the fine fraction ( < 0.02 mm). S³owa kluczowe: uziarnienie gleby, sosna zwyczajna, bonitacja, hodowla lasu. Key words: soil texture, Scots pine, stand quality class, silviculture. WSTÊP Sosna zwyczajna (Pinus sylvestris) jest g³ównym gatunkiem lasotwórczym w Polsce i ma podstawowe znaczenie dla gospodarki lenej kraju. Relacje miêdzy wzrostem tego gatunku a uziarnieniem gleby nie zosta³y jednak do tej pory szczegó³owo zbadane. Zagadnienie to jest traktowane bardzo ogólnie nawet w specjalistycznych opracowaniach traktuj¹cych o ekologii i wymaganiach siedliskowych sosny [Jaworski 1995; Obmiñski 1970; Przybylski 1993; Szymañski 1996]. W pracach naukowych dotycz¹cych analizy wzrostu tego gatunku na terenie naszego kraju nawi¹zuje siê najczêciej do typów siedliskowych lasu, z pominiêciem bezporedniego odniesienia do cech gleby [np. Bruchwald, Kliczkowska 1997; Szwagrzyk, Szewczyk 2002]. Celem przeprowadzonych badañ by³o okrelenie g³ównych zale¿noci miêdzy uziarnieniem gleby a bonitacj¹ drzewostanów sosnowych w po³udniowo-zachodniej Polsce. Analizowana zale¿noæ jest szczególnie wa¿na z punktu widzenia praktyki lenej, *Praca wykonana w ramach projektu badawczego Nr N309 007 32/1037 finansowanego ze rodków bud¿etowych Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wy¿szego 256 P. Sewerniak st¹d problem badawczy przedstawiono w nawi¹zaniu do typologii siedlisk lenych i hodowli lasu. W obecnie obowi¹zuj¹cych zasadach diagnozowania typów siedliskowych lasu [Siedliskowe podstawy hodowli lasu 2004] gleba ujêta jest nieczytelnie i niekonsekwentnie [Bro¿ek 2007]. Wyniki niniejszej pracy mog¹ byæ pomocne w bardziej precyzyjnym okrelaniu roli gleby w kartografii siedlisk lenych. MATERIA£ I METODY Badania przeprowadzono na terenie nadlenictw Boles³awiec, G³ogów i O³awa (RDLP Wroc³aw). Wytypowano 349 profili glebowych, dla których wyniki analizy uziarnienia, wykonanej zgodnie z podzia³em na frakcje wed³ug Systematyki gleb Polski [1989], zaczerpniêto z operatów glebowo-siedliskowych [Operat glebowo-siedliskowy Nadl. Boles³awiec 2003; Operat glebowo-siedliskowy Nadl. G³ogów 2004; Operat glebowosiedliskowy Nadl. O³awa 2002]. Analiza uziarnienia zosta³a wykonana metod¹ areometryczn¹ Bouyoucosa w modyfikacji Cassagrandea i Prószyñskiego z rozdzieleniem czêci szkieletowych oraz frakcji piasku na sitach. W przypadku du¿ego udzia³u czêci szkieletowych w próbce glebowej zawartoæ tej frakcji by³a szacowana w terenie. Na podstawie zawartoci poszczególnych frakcji w poziomach genetycznych oraz mi¹¿szoci tych poziomów dla ka¿dego profilu glebowego wyliczono redni¹ wa¿on¹ ka¿dej frakcji uziarnienia. Umo¿liwi³o to porównanie zawartoci poszczególnych frakcji w badanych profilach z uwzglêdnieniem g³êbokoci ca³ych odkrywek glebowych. Gleby piaszczyste analizowane by³y do g³êbokoci 200 cm, za gleby o drobniejszym uziarnieniu do 150 cm. Wytypowane do badañ profile glebowe zlokalizowane by³y w drzewostanach sosnowych starszych klas wieku o podobnym zwarciu. Na ka¿dej powierzchni badawczej przeprowadzono pomiar górnej wysokoci drzewostanu sosnowego. Wykorzystuj¹c model Bruchwalda [Bruchwald i in. 2000] dla ka¿dego drzewostanu obliczono bonitacjê wzrostow¹, która odpowiada potencjalnej wysokoci drzewostanu w wieku 100 lat. Zale¿noæ miêdzy bonitacj¹ drzewostanów sosnowych a uziarnieniem badano oddzielnie dla dwóch grup gleb o odmiennych warunkach wilgotnociowych: dla gleb nieoglejonych (273 powierzchnie badawcze) oraz dla gleb wykazuj¹cych cechy oglejenia (76 powierzchni badawczych). Zgodnie z typologi¹ siedlisk lenych gleby pierwszej grupy zwi¹zane by³y z siedliskami umiarkowanie wie¿ymi, za objête badaniami gleby oglejone odpowiada³y siedliskom silnie wie¿ym i siedliskom wilgotnym. Ze wzglêdu na to, ¿e rolnicza przesz³oæ gleby lenej wyranie wp³ywa na jej w³aciwoci [Bednarek, Michalska 1998; Maciaszek, Zwydak 1996a,b] oraz na wzrost sosny zwyczajnej [Dziêcio³owski 1963; Prevosto i in. 2004], w badaniach uwzglêdniono jedynie gleby lene, które nie by³y wczeniej u¿ytkowane rolniczo. Analizê statystyczn¹ uzyskanych wyników wykonano przy u¿yciu programu Excel oraz STATISTICA. Zale¿noci przedstawiono wykorzystuj¹c korelacjê rang Spearmana. WYNIKI I DYSKUSJA Bonitacja drzewostanów sosnowych na glebach nieoglejonych wykaza³a siln¹, istotn¹ statystycznie korelacjê dodatni¹ (p < 0,01) z zawartoci¹ czêci sp³awialnych (∅ < 0,02 mm) w zakresie gleb o grubszym uziarnieniu (rys. 1). Zawartoæ frakcji ilastych Wyniki badañ nad wp³ywem uziarnienia gleby na bonitacjê drzewostanów sosnowych 257 RYSUNEK 1. Bonitacja drzewostanów sosnowych a zawartoæ czêci sp³awialnych w glebach nieoglejonych (liczby na s³upkach wykresu oznaczaj¹ liczbê powierzchni badawczych): pl piasek luny; ps piasek s³abogliniasty; pgl piasek gliniasty lekki; pgm piasek gliniasty mocny; gl glina FIGURE 1. Scots pine quality class related to the fine fraction (∅ < 0.02 mm) content in non-gleyic soils (numbers on the diagram show the amount of study sites): pl loose sand; ps coarse sand; pgl medium sand; pgm loamy sand; gl loam wiêksza od 1015% nie wi¹za³a siê w glebach nieoglejonych z wy¿szymi bonitacjami drzewostanów sosnowych. Maksymalne bonitacje sosna wykaza³a na glebach o zawartoci czêci sp³awialnych od 6 do 15%, co odpowiada uziarnieniu ¿yniejszych piasków s³abogliniastych i piasków gliniastych lekkich (rys. 1). Zale¿noæ miêdzy bonitacj¹ sosny a zawartoci¹ czêci sp³awialnych w glebach oglejonych równie¿ wykaza³a korelacjê dodatni¹. Korelacja ta widoczna jest jednak wy³¹cznie w przedziale zawartoci czêci sp³awialnych odpowiadaj¹cym piaskom lunym (rys. 2) i charakteryzuje siê mniejsz¹ istotnoci¹ statystyczn¹ (0,01< p < 0,05) ni¿ dla piaszczystych gleb nieoglejonych. Zestawienie na rysunku 2 bonitacji drzewostanów sosnowych dla tych samych przedzia³ów zawartoci czêci sp³awialnych w glebach oglejonych oraz nieoglejonych umo¿liwi³o oszacowanie znaczenia frakcji ilastych dla wzrostu badanego gatunku. Drobne frakcje uziarnienia gleby s¹ istotne dla wzrostu rolin g³ównie jako ród³o sk³adników pokarmowych. Ponadto, w glebach w których niedobór wody mo¿e byæ dla rolin czynnikiem stresowym, wp³ywaj¹ one na poprawê warunków wilgotnociowych. Zak³adaj¹c, ¿e na glebach oglejonych niedobór wody nie jest czynnikiem ograniczaj¹cym wzrost sosny mo¿na stwierdziæ, ¿e bonitacja na tych glebach jest cile zwi¹zana z rol¹ troficzn¹ frakcji ilastych. Rola ta dla wzrostu bonitacji sosny ogranicza siê do gleb oglejonych o uziarnieniu piasków lunych (rys. 2). Sugeruje to, ¿e widoczny na rysunku 1 wzrost bonitacji sosny na glebach nieoglejonych w zakresie zawartoci czêci sp³awialnych do 1015% jest zwi¹zany g³ównie z sorpcj¹ wody przez frakcje ilaste, za w mniejszym stopniu z rol¹ troficzn¹ tych frakcji. Rola troficzna czêci sp³awialnych wydaje siê byæ w tym przypadku drugoplanowa, przy czym mo¿na s¹dziæ, ¿e prawdopodobnie jej znaczenie maleje wraz ze wzrostem zawartoci frakcji ilastych. 258 P. Sewerniak RYSUNEK 2. Bonitacja drzewostanów sosnowych a zawartoæ czêci sp³awialnych w glebach oglejonych i bez cech oglejenia (oznaczenia jak na rysunku 1) FIGURE 2. Scots pine quality class related to the fine fraction (∅ < 0,02 mm) content in gleyic and nongleyic soils (explanations as in Figure 1) Uzyskane wyniki potwierdzi³y du¿y wp³yw warunków wilgotnociowych gleby na wzrost sosny [Borowiec 1958; Szwagrzyk, Szewczyk 2002]. Podkreliæ nale¿y jednak, ¿e wyranie wy¿sze bonitacje sosny na glebach oglejonych w porównaniu z glebami bez cech oglejenia odnotowano wy³¹cznie w glebach o l¿ejszym uziarnieniu (rys. 2). W miarê zwiêkszaj¹cych siê, wraz ze wzrostem zawartoci czêci sp³awialnych, mo¿liwoci sorpcji wody w glebach nieoglejonych wyranie zmniejsza siê ró¿nica bonitacji drzewostanów sosnowych w dwóch badanych grupach gleb. W efekcie na glebach o uziarnieniu glin bonitacje sosny na glebach oglejonych i nieoglejonych s¹ podobne (rys. 2). Mo¿e to oznaczaæ, ¿e przewiewnoæ gleby jest dla wzrostu omawianego gatunku wa¿niejsza ni¿ wystêpowanie potencjalnie korzystnych warunków wilgotnociowych. Analiza uzyskanych wyników potwierdza sugestiê Jaworskiego [1995], ¿e dla wzrostu sosny kluczowe znaczenie maj¹ w³aciwoci fizyczne gleby. Jak wynika z badañ Dziêcio³owskiego [1963], przyczyn¹ tego mo¿e byæ wiêksza zdrowotnoæ korzeni sosny rosn¹cej na glebach piaszczystych ni¿ na glebach gliniastych, a tak¿e ograniczona dostêpnoæ wody dla rolin w materiale gliniastym podczas okresów suchych. Na podstawie przeprowadzonych badañ mo¿na stwierdziæ, ¿e sosna zwyczajna wykorzystuje potencja³ troficzny siedliska jedynie na glebach o l¿ejszym uziarnieniu, co znajduje równie¿ potwierdzenie we wczeniejszych badaniach autora [Sewerniak 2006]. Z punktu widzenia praktyki lenej sugeruje to, aby na glebach nieoglejonych o Wyniki badañ nad wp³ywem uziarnienia gleby na bonitacjê drzewostanów sosnowych 259 TABELA 1. K orelacja miêdzy bonitacj¹ drzewostanów sosnowych a zawartoci¹ frakcji uziarnienia w nieoglejonych glebach piaszczystych TABLE 1. C orrelation between Scots pine quality class and content of textural classes in non- gleyic sandy soils Frakcje uziar- <0,002 nienia [mm] Bonitacja 0,0050,002 0,020,005 0,050,02 0,10,05 0,250,1 0,50,25 1- 0,5 >1 0,202** 0,334** 0,374** 0,395** 0,292** 0,159* 0,397** 0,039 0,034 **p < 0,01, *0,01 < p < 0,05 zawartoci czêci sp³awialnych wiêkszej ni¿ 15% hodowlê sosny ograniczyæ na korzyæ eutroficznych gatunków liciastych. Dodatkowo do takich za³o¿eñ hodowlanych sk³ania ni¿sza jakoæ techniczna drewna sosnowego oraz ni¿sza zdrowotnoæ sosny rosn¹cej na glebach gliniastych ni¿ na glebach o uziarnieniu piasków [Dziêcio³owski 1963]. Tymczasem w praktyce wykonywania prac glebowo-siedliskowych, zgodnie z Klasyfikacj¹ gleb lenych Polski [2000], na czêci gleb brunatnoziemnych zwi¹zanych z ciê¿szym uziarnieniem, projektuje siê siedlisko lasu mieszanego wie¿ego (LMw). Na siedlisku tym Zasady hodowli lasu [2003] dopuszczaj¹ 4050% udzia³ sosny w sk³adzie gatunkowym uprawy, co w wietle uzyskanych wyników badañ nie jest uzasadnione. Gleby brunatnoziemne powinny byæ jednoznacznie zwi¹zane z siedliskiem lasu wie¿ego (Lw). Kwesti¹ szczególnie kontrowersyjn¹ w kartografii siedlisk lenych jest diagnoza typu siedliskowego lasu na glebach nieoglejonych o uziarnieniu piasków [Bia³y 1999; Rutkowski 2002]. Wzrost sosny na tych glebach poddano wiêc bardziej szczegó³owej analizie. W tabeli 1 przedstawiono korelacje miêdzy bonitacj¹ drzewostanów sosnowych, a zawartoci¹ poszczególnych frakcji uziarnienia w piaszczystych glebach nieoglejonych. Korelacje te u³o¿y³y siê w uporz¹dkowany sposób wraz ze wzrostem rednicy frakcji (tab. 1). Co ciekawe, z bonitacj¹ sosny w wiêkszym stopniu dodatnio skorelowana jest zawartoæ grupy frakcji o rozmiarach od 0,002 do 0,1 mm ni¿ i³u koloidalnego. Tylko czêciowo mo¿na to t³umaczyæ ró¿nym udzia³em poszczególnych frakcji ilastych i py³u w badanych glebach (rys. 3). Wydaje siê, ¿e kluczow¹ rolê w analizowanej zale¿noci odgrywaj¹ frakcje, które co prawda nie stanowi¹ najwiêkszego ród³a sk³adników pokarmowych, lecz dziêki sorpcji wody si³ami mniejszymi ni¿ si³y ss¹ce korzeni drzew, poprawiaj¹ wilgotnociowe warunki wzrostu sosny. Potwierdza³oby to wiêksze znaczenie roli wodnej ni¿ troficznej drobnych frakcji uziarnienia dla wzrostu sosny. Wyniki badañ rzucaj¹ nowe wiat³o 3. rednia zawartoæ frakcji ilastych i w dyskusji nad optimum siedliskowym RYSUNEK py³owych w nieoglejonych glebach piaszczystych sosny zwyczajnej w naszym kraju. FIGURE 3. Mean content of clay and silt fractions in Uzyskane wyniki potwierdzaj¹ opiniê non-gleyic sandy soils 260 P. Sewerniak Borowca [1961], ¿e optimum to wystêpuje na glebach o l¿ejszym uziarnieniu, a nie jak sugeruje Szymañski [1996] na piaskach gliniastych i glinach spiaszczonych. Przeprowadzenie niniejszych badañ umo¿liwi³o okrelenie g³ównych zale¿noci miêdzy uziarnieniem gleby a bonitacj¹ drzewostanów sosnowych. Badania dotyczy³y terenu po³udniowo-zachodniej Polski, lecz wydaje siê, ¿e ze wzglêdu na podobny charakter znaczenia frakcji ilastych dla wzrostu sosny (rola wodna i troficzna, kszta³towanie w³aciwoci fizycznych gleby) uzyskane wyniki mo¿na rozszerzyæ na ca³y ni¿owy obszar kraju. Z uwagi na dotychcasow¹ kluczow¹ rolê sosny zwyczajnej w sk³adzie gatunkowym naszych lasów i relatywnie s³abe rozpoznanie podjêtej problematyki, wydaje siê celowe przeprowadzenie dalszych, bardziej szczegó³owych badañ. Szczególnie istotne mo¿e byæ dokonanie analizy zale¿noci pomiêdzy bonitacja drzewostanów sosnowych a zawartoci¹ poszczególnych sk³adników pokarmowych w glebie. WNIOSKI 1. Sosna zwyczajna najlepiej wykorzystuje potencja³ troficzny siedliska na glebach o uziarnieniu piasków. 2. Wp³yw warunków wilgotnociowych na wzrost sosny zaznacza siê najsilniej w glebach piaszczystych. Bonitacja drzewostanów sosnowych na glebach gliniastych o ró¿nym stopniu uwilgotnienia jest podobna. 3. Na glebach nieoglejonych o uziarnieniu piasków bonitacja drzewostanów sosnowych wykaza³a najsilniejsz¹ dodatni¹ korelacjê z zawartoci¹ frakcji 0,050,02 mm oraz 0,020,005 mm. 4. W kartografii siedliskowej gleby nieoglejone o uziarnieniu glin i piasków gliniastych mocnych powinny byæ wi¹zane wy³¹cznie z lasem wie¿ym (Lw) z ca³kowitym pominiêciem lasu mieszanego wie¿ego (LMw). LITERATURA BEDNAREK R., MICHALSKA M. 1998: Wp³yw rolniczego u¿ytkowania na morfologiê i w³aciwoci gleb rdzawych w okolicach Bachotka na Pojezierzu Brodnickim. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 460: 487497. BIA£Y K. 1999: Dowolnoæ wyró¿niania typów siedliskowych lasu i projektowania sk³adów docelowych drzewostanów w obrêbie gleb bielicoziemnych. Sylwan 143,5: 6571. BOROWIEC S. 1958: Zale¿noæ w³aciwoci gleb wytworzonych z piasków lunych oraz bonitacji i runa od g³êbokoci wody gruntowej. Sylwan 102,2: 2735. BOROWIEC S. 1961: Gleby brunatne wy³ugowane siedlisk sosny taborskiej. Sylwan 105,5: 3141. BRO¯EK S. 2007: Klasyfikacja siedlisk lenych uwagi w sprawie miejsca gleb w zasadach diagnozowania. Sylwan 151,2: 1925. BRUCHWALD A., KLICZKOWSKA A. 1997: Kszta³towanie siê bonitacji dla drzewostanów sosnowych Polski. Prace IBL 838: 6373. BRUCHWALD A., MICHALAK K., WRÓBEL L., ZASADA M. 2000: Analiza funkcji wysokoci dla ró¿nych regionów Polski. W: Przestrzenne zró¿nicowanie wzrostu sosny. Bruchwald A. (red.) Wyd. SGGW, Warszawa: 8491. DZIÊCIO£OWSKI W. 1963: Warunki rozwojowe drzewostanów sosnowych na niektórych glebach bielicowych. PTPN, 15,1: 68 ss. JAWORSKI A. 1995: Charakterystyka hodowlana drzew lenych. Gutenberg, Kraków: 238 ss. KLASYFIKACJA GLEB LENYCH POLSKI. CILP, Warszawa 2000: 124 ss. Wyniki badañ nad wp³ywem uziarnienia gleby na bonitacjê drzewostanów sosnowych 261 MACIASZEK W, ZWYDAK M. 1996: Przekszta³canie górskich gleb porolnych przez przedplony sosnowe. Czêæ I. Przemiany morfologii profilu i w³aciwoci fizycznych gleb. Act. Agr. et Silv. Ser. Silv. 34: 6780. MACIASZEK W, ZWYDAK M. 1996: Przekszta³canie górskich gleb porolnych przez przedplony sosnowe. Czêæ II. Przemiany w³aciwoci chemicznych gleb. Act. Agr. et Silv. Ser. Silv. 34: 8192. OBMIÑSKI Z. 1970: Zarys ekologii. W: Sosna zwyczajna (Pinus silvestris L.). Bia³obok S. (red.). PWN, Warszawa-Poznañ: 152231. OPERAT GLEBOWO-SIEDLISKOWY NADLENICTWO BOLES£AWIEC, 2003, Biuro Us³ug Ekologicznych i Urz¹dzeniowo-Lenych OPERAT s.c., (maszynopis). OPERAT GLEBOWO-SIEDLISKOWY NADLENICTWO G£OGÓW, 2004, Biuro Us³ug Ekologicznych i Urz¹dzeniowo-Lenych OPERAT s.c., (maszynopis). OPERAT GLEBOWO-SIEDLISKOWY NADLENICTWO O£AWA, 2002, Biuro Us³ug Ekologicznych i Urz¹dzeniowo-Lenych OPERAT s.c., (maszynopis). PREVOSTO B., DAMBRINE E., MOARES C., CURT T. 2004: Effect of volcanic ash and former agricultural use on the soils and vegetation of naturally regenerated woodlands in the Massif Central, France. Catena 56: 239261. PRZYBYLSKI T. 1993: Autekologia i synekologia. W: Biologia sosny zwyczajnej. Bia³obok S., Boratyñski A., Buga³a W. (red.) Sorus, Poznañ-Kórnik: 255281. RUTKOWSKI P. 2002: Badania nad ró¿nicowaniem typów siedliskowych lasu na glebach piaszczystych. Acta Sci. Polonorum 1,1: 7385. SEWERNIAK P. 2006: Analiza wzrostu sosny zwyczajnej (Pinus sylvestris) w zale¿noci od wybranych typów i podtypów gleb autogenicznych w po³udniowo-zachodniej Polsce. Dok. Geogr. 32: 263265. SIEDLISKOWE PODSTAWY HODOWLI LASU. Za³¹cznik do Zasad hodowli lasu. Orodek Rozwojowo-Wdro¿eniowy Lasów Pañstwowych w Bedoniu, Warszawa 2004. SYSTEMATYKA GLEB POLSKI, 1989: Rocz. Glebozn. 40,3/4: 150 ss. SZWAGRZYK J., SZEWCZYK J. 2002: Wp³yw trofizmu i wilgotnoci siedliska na wzrost i pokrój sosen i dêbów w Puszczy Niepo³omickiej. Sylwan 146,12: 2338. SZYMAÑSKI S. 1996: Ekologia sosny zwyczajnej. W: Mat. Na sesjê naukow¹: Sosna w Polsce stan, problemy, perspektywy. Fundacja Rozwój SGGW, Warszawa: 510. Mgr in¿. Piotr Sewerniak Zak³ad Gleboznawstwa, Instytut Geografii UMK ul. Gagarina 9, 87-100 Toruñ e-mail: [email protected]