CHARAKTERYSTYKA PRÓCHNIC GLEB W REJONIE PUSZCZY JAWOROWEJ W GÓRACH BIALSKICH*

Transkrypt

1 ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE TOM LX NR 2 WARSZAWA 2009: ELŻBIETA JAMROZ CHARAKTERYSTYKA PRÓCHNIC GLEB W REJONIE PUSZCZY JAWOROWEJ W GÓRACH BIALSKICH* CHARACTERISTICS OF SOIL ORGANIC MATTER IN THE SYCAMORE FOREST, BIALSKIE MOUNTAINS Instytut Nauk o Glebie i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Abstract: Characteristic o f organie matter from the soils derived from gneiss and schists in the region o f the Sycamore Forest is presented. Sycamore Forest is located in the Bialskie Mountains, East Sudety Mountains. Samples were taken from organic and mineral s o f Dystric Cambisols in various forest sites: BG - mountain coniferous forest, BMG - mountain mixed coniferous forest, and LMG - mountain mixed broadleaved forest. In the ectohumus layers fractional composition o f humic substances was analyzed and some indices describing transformation o f humic substances were calculated. Soils covering this region are predominantly mesotrophic acidic brown soils and podzols with about 50% o f organic carbon (TOC) in upper layers o f ectohumus and 18-32% o f TOC in Oa layers. Ectohumus layers are poor in nitrogen due to type o f plant communities that is coniferous - spruce mainly, with needles not very rich in this element. Słow a kłuczowe: gleby górskie, kwasy huminow'e, ektopróchnica. Key words: mountain soils, humic acids, ectohumus. WSTĘP Puszcza Jaworowa położona jest na terenie Gór Bialskich w Sudetach Wschodnich. Zajmuje obszar zboczy Rudawca (1106 m n.p.m.) oraz Iwinki (1076 m n.p.m.), gdzie zachowane są najcenniejsze jej fragmenty w naturalnym pierwotnym kształcie. Obecnie na terenie Puszczy Jaworowej podziwiać można lasy zbudowane głównie z buka, jawora, jodły i świerka, w tym ponad 150-letnie okazy7tych drzew. Rejon Gór Bialskich, mimo licznych walorów przyrodniczych i turystycznych, jest dość słabo rozpoznany przez gleboznawców, szczególnie pod względem właściwości materii organicznej. Celem pracy jest charakterystyka składu ilościowego i jakościowego związków próchnicznych w poziomach ektopróchnicznych gleb wybranych siedlisk leśnych występujących na terenie Puszczy Jaworowej. *Praca powitała dzięki finansowemu wsparciu projektu MNiSW nr 2 P06S , a także dzięki uprzejmości Nadleśnictwa Lądek Zdrój w Strachocinie.

2 48 E. Jamroz MATERIAŁ I METODY Badaniami objęto poziomy próchnicy nadkładowej gleb brunatnych kwaśnych wytworzonych z gnejsów i łupków występujących w rejonie Puszczy Jaworowej. Obiekty zlokalizowano w siedliskach leśnych reprezentujących boiy górskie, bory mieszane górskie oraz lasy mieszane górskie. Wszystkie badane gleby według systematyki WRB zaklasyfikowano do Dystric Cambisols. Obiekt I - wysokość 1004 m n.p.m. bór górski - BG, monokultura świerka sudeckiego, wiek drzew IV kłasa (60-80 lat), gleba brunatna bielicowa; próchnica nadkładowa typu moder; Obiekt II - wysokość 798 m n.p.m. bór mieszany górski - BMG, świerk, jawor, IV klasa wieku, gleba brunatna kwaśna; Obiekt III - wysokość 748 m n.p.m., las mieszany górski - LMG, buk, jawor, św ierk, IV klasa wieku, gleba brunatna kwaśna; Obiekt IV - wysokość 832 m n.p.m., bór mieszany górski - BMG, świerk, jawor IV klasa wieku, gleba brunatna kwaśna; Obiekt V - wysokość 811 m n.p.m.. bór mieszany górski - BMG, 10-letnie nasadzenia świerka, modrzewia i jawora; odnowienie po zrębie zupełnym, gleba brunatna kwaśna. Na wytypowanych siedliskach drzewostany nie wykazywały objawów degradacji w' postaci zniekształceń aparatu asymilacyjnego. W profilach glebowych określono poziomy genetyczne, wyodrębniając próchnicę nadkładową oraz poziomy mineralne. W próbkach glebowych z poziomów mineralnych oznaczono skład granulometryczny metodą sedyinentacyjno-sitow'ą Cassagrande'a, w modyfikacji Prószyńskiego, dokonując podziału na frakcje granulometryczne według klasyfikacji stosowanej w glebach leśnych (Polska Norma PN-R-04033). We wszystkich próbkach oznaczono ph potencjometrycznie w 1 M KC1 oraz w wodzie destylowanej, zawartość węgla organicznego analizatorem CS-mat 5500 firmy Strohlein, zawartość azotu ogółem metodą Kjeldahla, analizatorem firmy Buchi. W poziomach próchnicy nadkładowej oznaczono skład frakcyjny związków próchnicznych zmodyfikowaną metodą Tiurina [Dziadowiec, Gonet 1999] wydzielając frakcje: la - substancje przechodzące do roztworu podczas dekalcytacji gleby 0,05 M H^S04. obejmujące głównie niskocząsteczkowe kwrasy fulwowe; I - połączenia próchniczne obejmujące formy połączeń próchnicy: w olne, związane z w-apniem oraz niekrzemianowymi formami R Ą ekstrahowane drogą wielokrotnego traktowania gleby 0,1 M NaOH po dekalcytacji, przez rozdzielanie frakcji na węgiel kwasów huminowyc-h (CKH) oraz fulwowych (CKF); Chumin- węgiel niehydrolizujący. obejmujący tzw. poekstrakcyjną pozostałość, wyliczony z różnicy C.. = Corg. - (Cfi C... liuniin v frakcji la Irakcii I W ekstraktach kwasów hununowych oznaczono absorbancję przy długościach fal 465 oraz 665 nm oraz wyliczono współczynniki barwy E4/E6. Wykorzystując uzyskane wyniki wyliczono indeksy transformacji materii organicznej, tj. C/N, CKH/CKF, a także indeks humifikacji IH wyliczony jako suma węgla frakcji la i I [Drozd i in. 1998]. WYNIKI I DYSKUSJA W górskich siedliskach leśnych wykształca się specyficzny typ próchnicy nadkładowej, której źródło stanowi głównie opad igliwia oraz liści z drzew; a także resztki roślinne z podszytu oraz runa leśnego. Z uwagi na ich skład chemiczny, szczególnie opadu drzew

3 Charakterystyka próchnic gleb w rejonie Puszczy Jaworowej w Górach Bialskich 49 iglastych, bogatych w ligniny, tworząca się ektopróchnica bardzo wolno ulega procesom mineralizacji, charakteryzuje się kwaśnym odczynem, a także niską zawartością azotu, wskutek czego bardzo szeroki jest w niej stosunek C/N, osiągający często wartości 50 i więcej, szczególnie w wierzchnich podpoziomach Ol czy Ofh [Maciaszek i in. 2001]. Na tak szeroki stosunek C/N mają wpływ także warunki klimatyczne, które dodatkowo wpływają na spowolnienie procesów mineralizacji materii organicznej [Gonet i in. 2007; Drewnik 2006; Froberg i in. 2003; Drozd i in. 1998]. Na terenie Puszczy Jaworowej występują mezotroficzne gleby brunatne kwaśne, brunatne bielicowe, a w wyższych partiach borów górskich bielice wytworzone ze skał bezwęglanowych, głównie z gnejsów oraz łupków'. W badanych profilach gleb zawartość szkieletu nie przekraczała 40%, a części ziemiste wykazywały skład granulometryczny piasków' gliniastych mocnych i glin lekkich (tab. 2). Odczyn we wszystkich poziomach, według klasyfikacji gleb leśnych, określono jako silnie i bardzo silnie kwaśny. Analizowane gleby zawieraty około 500 g kg-1 węgla organicznego w podpoziomach powierzchniowych i od 178 do 305 g kg-1 w epihumusowych (tab. 1). Podobne zróżnicowanie ilościowe węgla organicznego w poziomach próchnic nadkładowych gleb bielicoziemnych występuje na terenie Rezerwatu Snieżnik Kłodzki w Masywie Śnieżnika [Jamroz, Kocowicz 2007]. Zawartość węgla organicznego różniła się również w obrębie siedlisk. Dotycz}'' to głównie ilości Corg w poziomach mineralnych profilu (tab. 2). Zdecydowanie mniejsze jego ilości stwierdzono w glebie obiektu 111 pod siedliskiem lasu mieszanego górskiego, w którym procesy mineralizacji przebiegają intensywniej, z uwagi na opad roślinny łatwiej podlegający rozkładowi niż opad w^ siedliskach borowych. Mniejszą zawartość węgla organicznego w poziomach ektopróchnicy stwierdzono również pod odnowieniem po zrębie zupełnym, w którym ze względu na młode. ok. 10-letnie nasadzenia drzew ostanu ograniczony jest dopływ materii organicznej. Zawartość azotu w badanych glebach jest niska i pod tym względem nie różnią^ się siedliska z udziałem buka i jawora od siedlisk borowych (tab. 1). Podobne wyniki uzyskali Maciaszek i in. [2001], badając właściwości utworów- organicznych wytwo- TABELA 1. Wybrane właściwości ektopróchnicy gleb górskich Puszczy Jaworowej TABLE 1. Some properties o f the mountain soils ec to humus from the Sycamore Forest region Typ siedliska Forest site type * Głębokość Depth ph w - in Corg. TOĆ cm 1 M KC1 h 2o g kg 1 Nog. Ntot. BG ,5 547, Ofh ,85 BMG 01 I ,3 519,98 20,50 II Ofh ,10 15,00 LMG Olf III Oh 5-0 3, BMG ,1 4,6 534, IV Ofh ,0 3, BMG Olf ,98 21,85 V Oh ,2 184, *BG - bór górski - mountain coniferous forest; BMG - bór mieszany górski mountain mixed coniferous forest: LMG - las mieszany górski - mountain mixed broadleaved forest

4 50 E. Jamroz TABELA 2. Wybrane właściwości poziomów mineralnych gleb Puszcz}' Jaworowej TABLE 2. Some properties of the soil mineral s from the Sycamore Forest region Typ siedliska* Forest site type Głębokość Depth % frakcji % of fraction <0.02 mm acc.pn-r ph w in Corg. TOC cm 1 MKC1 h 2 g kg 1 Nog. Ntot. BG AEes , ,95 1 Bbr ,4 4, ,95 C < ,1 4, ,90 BMG A ,6 64,88 3,00 II Bbr , ,25 C < ,7 26,16 1,25 LMG A , III Bbr ,9 26, C < ,0 5, ,75 BMG A ,7 4,0!j ,20 IV Bbr ,1 4,7 I1 44,20 2,30 C < i! ,50 1i BMG A ,3 3,7 97, V Bbr ! ,60 C < , * Objaśnienia jak w tab. 1 Explanations as in Table 1 rzonych z leżaniny drzew w wybranych rezerwatach ścisłych. Nie wykazali oni istotnych różnic między- całkowitą zawartością azotu w poziomach O utworów wy tworzonych z leżaniny bukow-ej, jodłowej czy świerkowej. TABELA 3. Skład frakcyjny próchnic nadkładowych gleb rejonu Puszczy' Jaworowej, w % Corg. TABLE 3. Fractional composition o f the ectohumus s from the Sycamore Forest region, in % of organic C (TOC) Siedlisko* Forest site Corg. TOC ^fr. la C CKH CHA % w % Corg. - in TOC % '^Objaśnienia jak w lab. 1 Explanations as in Table 1 CKF CFA!!humin hiimin C i BG Ol , ,5 22,8 I Ofh , ,9 MG Ol 52,0 0,7!59,6 11,9 47, II OJh 29, ,7 15, LMG Olf 41,6 0.8!71,1 11, ,7 UJ Oh 17, , ,3 BMG Ol 53,5 0,7!82, ,4 16,9 IV Olh 20,2 1,1 j , ,4 BMG Olf 45,3 1,2 :73,0 31,1 41,9 25,8 V Oh , W składzie frakcyjnym próchnic występują istotne różnice w' zawartości połączeń niskocząsteczkowych między podpoziomami Olf i Oh. y epihumusowe zawierająwiększe ilości tej grupy połączeń w porównaniu z poziomami powierzchniowymi, w niektórych siedliskach blisko dwukrotnie więcej (tab. 3). Dominującą grupę w składzie frakcyjnym stanów-ią związki próchniczne wolne, związane z Ca i niekrzemianowymi formami R0Ov które zawierają blisko 60 i więcej procent Corg. We frakcji tej przeważają kwasy fulwowe i to zarówno w podpoziomach powierzchniowych, jak i epihumusowych, z wyjątkiem siedliska w odnowieniu (obiekt V ), w którym

5 Charakterystyka próchnic gleb w rejonie Puszczy Jaworowej w Górach Bialskich 51 podpoziom Oh wykazuje podobną za wartość kwasów huminowych i fulwowych (tab. 3). Wyniki analizy składu frakcyjnego potwierdzają spostrzeżenia m.in. Licznar i in. [2000] oraz Drozda i in. [1998], stwierdzających wzrost procentowego udziału frakcji niskocząsteczkowej w podpoziomach Oh w porównaniu z podpoziomem Olf. Tym nie mniej w glebach Puszcz}' Jaworowej udział kwasów huminowych i fulwowych kształtuje się odwrotnie jak stwierdzony przez Drozda i in. [1998] w świerkowych ekosystemach Karkonoszy. Przewagę kw;asów fulwowych nad huminowymi w poziomach ektopróchnicy wykazali natomiast Licznar i in. [2000] badając zdegradowane ekosystemy kosodrzewinowe Karkonoszy oraz Drewnik [2006] analizując poziomy stropowe próchnic polskiej części Karpat. TABELA 4. Wartości C/N, indeksy transformacji materii organieznej(ih) oraz współczynniki absorbancji kwasów' huminowych gleb rejonu Puszczy Jaworowej TABLE 4. C/N ratio, transformation indexes of organic matter and ratio of the absorbance for humic acids of the soils from the Svcamore Forest Siedlisko* Forest site C/N IH CKH CKF CHA CFA E4/E6 BG , ,98 I joih 19 91,11 0,37 3,23 BMG ,11 11 Ofli ,44 LMG Olf ,19 3,93 III Oh 17 96,75 0,24 2,7 BMG ,07 0,57 5,61 IV Ofli 19 88,64 0,66 3,71 BMG OLf 21 74,17 0, V Oh 17 88,13 1, * Objaśnienia jak w tab. 1 - Explanations as in Table 1

6 52 E. Jamroz Wartości współczynnika absorbancji E4/E6 wskazują, iż próchnica gleb siedlisk borów górskich oraz borów mieszanych górskich Puszczy Jaworowej charakteryzuje się obecnością kwasów huminowych o mniejszej masie cząsteczkowej i niższym stopniu kondensacji struktur aromatycznych w porównaniu z próchnicągleb siedlisk lasów mieszanych górskich, z większym udziałem gatunków liściastych, m.in. buka i klonu jawora. Szerszy stosunek C/N wskazuje na spowalnianie tempa rozkładu materii organicznej, które sprzyja kumulowaniu tego rodzaju kwasów huminowych (rys. 1, tab. 4). Indeksy mineralizacji i humifikacji potwierdzają tezę, iż najkorzystniejsze warunki przemian materii organicznej występują w siedliskach z udziałem drzewostanu liściastego (tab. 4). WNIOSKI 1. W leśnych glebach Puszczy Jaworowej występuje typ próchnicy moder i dobrze zaznaczony poziom epihumusowy o odczynie kwaśnym i silnie kwaśnym. 2. Materia organiczna podpoziomów Oh siedlisk leśnych Puszczy Jaworowej wykazuje wysoki stopień humifikacji, a wśród jej produktów przeważają kwasy fulw'owe. 3. Powstające w procesie humifikacji ściółek leśnych kwasy huminowe charakteryzuje niski stopień kondensacji jądra, szczególnie w zbiorowiskach borów górskich i borów mieszanych. 4. Gospodarka zrębowa przyczynia się do nasilenia procesów mineralizacji oraz modyfikuje skład frakcyjny próchnicy. LITERATURA DREWNIKM. 2006: Właściwości stropowych poziomów1próchnic gleb polskiej części Karpat. Roczniki Bieszczadzkie 14: DROZD J.. LICZNAR M., WEBER J., LICZNAR S.E.. JAMROZ E., DRADRACH A., MASTAL- SKA-CETERA B., ZAWERBNYT. 1998: Degradacja gleb w niszczonych ekosystemach Karkonoszy i możliwości jej zapobiegania. Monografia PI SM. Wrocław: 125 ss. DZIADOWIEC I I., GONET S.S. (red.) 1999: Przewodnik metodyczny do badań materii organicznej gleb. Pr. Kom. Nauk. PTC 120: 65 ss. FRÓBERG M.. BERGGREN D.. BERGKVIST B.. BRYANT C.?KNICKER H. 2003: Contributions of Oi. Oe and Oa s to dissolved organie matter in forest floor leachates. Geoderma 113: GONET S.S.. DĘBSKA B.. ZAIJJEC A., BANACH-SZOTT M., SZOMBATOVA N. 2007: Wpływ gatunku drzew i warunków glebowo-klimatycznych na właściwości próchnicy gleb leśnych - Rola materii organicznej w środowisku. PTSIT. Wroclaw: JAMROZ E.. KOCOWICZ A. 2007: Wybrane właściwości bielic zdegradowanych siedlisk leśnych Rezerwatu Śnieżnik Kłodzki. Zesz. Prob. Post. NaukRoln. 520: LICZNAR S.E.. ŁABAZ B., LICZNAR M. 2000: Właściwości fizykochemiczne i skład frakcyjny związków próchnicznych w różnie degradowanych ekosystemach kosodrzewiny Pinus mugo. Opera Corcontica 37: MACIASZEK W.. GRUBA P.. LASOTA J.. LATO J., WAN 1C T.. ZWYDAK M. 2001: Właściwości utworów organicznych wytworzonych z leżaniny drzew w wybranych rezerwatach ścisłych Polski południowej. Wyd. AR w Krakowie: 69 ss. Dr int. Elżbieta Jamroz Instytut Nauk o Glebie i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu ul. Grunwaldzka 53, Wroclaw elzbieta.jamroz^up. wroc.pl

7 ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE TOM LX NR 4 WARSZAWA 2009: ERRATA DO T. 60 ROCZNIKÓW GLEBOZNAWCZYCH W nr 2 t. 60 z 2009 r. zauważono brak podpisu pod rysunkiem na str. 51 Powinno być Wsp. korelacji = 0,82073 C/N RYSUNEK 1. Wykres zależności między stosunkiem C/N a wartościami absorbancji E4/E6 w poziomach ektopróchnicy gleb Puszczy Jaworowej FIGURE 1. Correlation between C/N ratio and E4/E6 value in the ectohumus s from the Sycamore Forest region Errata do nr 3 Roczniki Gleboznawcze t r. str wiersz od góry Jest Powinno być Mtprl -5 cm Mtprl 0-5 cm Mtpr2-1 4 cm Mtpr cm Otprl -23 cm Otprl cm Udział C organicznego oznaczonego 3. Udział C organicznego oznaczonego metodątiurina w tzw. stratach... metodą Tiurina i w tzw. stratach opis u dołu x-x-* S Ca2+ + Mg2+ [cmol(+)-kg_1] 2 Ca2+ + Mg2+ [cmol(+)kg_i] rysunku