WP YW NIEZGODNYCH Z SIEDLISKIEM NASADZEÑ ŒWIERKOWYCH NA GLEBY W KARPATACH

Transkrypt

1 ROCZNIKI BIESZCZADZKIE 4 (006), str. 45 Ewelina Rozpendowska, Stefan Skiba Received: Uniwersytet Jagielloñski Reviewed: Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej 0 Kraków, ul. Gronostajowa s.skiba@geo.uj.edu.pl WP YW NIEZGODNYCH Z SIEDLISKIEM NASADZEÑ ŒWIERKOWYCH NA GLEBY W KARPATACH Influence of the habitat incompatible spruce vegetation on soils in Carpathians Abstract: As a result of improper management ecosystems of deciduous and mixed forests have been turned into spruce monocultures. Changes occurring in the soil morphology and properties being a result of the spruce monoculture planting in place of the mixed / deciduous forest vegetation in the Carpathians have been described. Wstêp W ostatnich stuleciach cz³owiek intensywnie modyfikowa³ naturalne ekosystemy leœne. W lasach polskich Karpat gospodarka leœna doprowadzi³a do przekszta³cenia znacznych obszarów leœnych w monokultury œwierkowe, wprowadzone na niew³aœciwe siedliska (Baran 6; Myczkowski 6; Rygiel, ; Fabijanowski, Dziewolski 6). Warunki siedliskowe, p³ytki i p³aski system korzeniowy, zbli ona struktura wiekowa i stan sanitarny s¹ powodem niskiej odpornoœci œwierka w reglu dolnym na oddzia³ywanie klêsk elementarnych (Fabijanowski, Dziewolski 6). Problematyka zgodnoœci gatunkowej drzewostanów z siedliskiem jest szczególnie istotna na obszarach znajduj¹cych siê w obrêbie parków narodowych, gdzie w ramach ochrony czynnej dokonuje siê przebudowy drzewostanów œwierkowych w kierunku zbiorowisk zbli onych do potencjalnych w danych warunkach ekologicznych (Holeksa i in. 00). Œwierk uznawany jest za gatunek degraduj¹cy glebê i zuba aj¹cy bogate siedliska leœne (Adamczyk 66; Sikorska ; Maciaszek 6; Maciaszek i in. 000). Wprowadzenie œwierczyn na siedlisko lasów bukowych i bukowo-jod³owych poci¹ga za sob¹ zmianê jakoœci materii organicznej i sk³adu mikroflory

2 ROCZNIKI BIESZCZADZKIE 006 (4) w glebie (Augusto i in. 000). Ranger i Nys (4) przypisuj¹ zakwaszenie gleb obsadzonych monokulturami œwierkowymi nie tylko zmianie rodzaju materii organicznej, jaka ma miejsce wraz z wprowadzeniem œwierka na siedlisko buka, ale te charakterowi deponowanych zanieczyszczeñ, których wiêksze iloœci kumuluj¹ drzewa iglaste. Maciaszek i in. (000) uwa aj¹, e wprowadzenie œwierka powodowaæ mo e nasilenie siê cech bielicowania w profilu glebowym. Stutzer () mówi wprost o zmianie procesu glebotwórczego na bielicowanie po wprowadzeniu œwierka, ale dotyczy to utworów piaszczystych. Celem tego opracowania jest przedstawienie zmian, jakie zachodz¹ w glebach pod wp³ywem nasadzeñ œwierkowych na naturalnych siedliskach lasów liœciastych i mieszanych. Obszar badañ i metodyka Obserwacje terenowe oraz badania analityczne gleb pod nasadzeniami œwierkowymi na niezgodnych siedliskach prowadzono w Karpatach oraz dla porównania w Górach Kaczawskich (Ryc. ). Opisywano i analizowano gleby pod œwierczynami i porównywano je z glebami pod buczynami (Tab. ). W tym opracowaniu prezentowane s¹ dane z Bieszczadów (Profile ) i z masywu Babiej Góry (profile ). Gleby te reprezentuj¹ pokrywy wietrzeniowe fliszowego pod³o a geologicznego. Przedstawiono równie dane dla gleb wytworzonych na zwietrzelinach ska³ wêglanowych w Tatrach Reglowych (profile, 5). Ryc.. Lokalizacja obszarów badañ. Fig.. Investigated area.

3 E. Rozpendowska, S. Skiba Wpływ niezgodnych z siedliskiem nasadzeń... Tabela. Lokalizacja profili glebowych i wybrane cechy œrodowiska geograficznego. Table. Localisation of the investigated area and some enviromental properties. Profil nr No. Poziom Horizon Ofh A ABw Bw Bwgg Cgg Ol Ah ABw Bbr/C Cgg Ofh A ABw BbrggC Ofh A Bw Bw/Cgg Ol Ah ABw Bwgg Bw/Cgg Wys. n.p.m. [m] m a.s.l Po³o enie Localisation Sianki (oddzia³ nasienny) 4 0, N 5 56,5 E (Bieszczady /Bieszczady Mts.) Kiczerka 4 06, N 4,6 E (Bieszczady / Bieszczady Mts.) Dolina Olczyska Olczyska Valley (pod Piórem), (Tatry Wschodnie / Tatra Mts.) Prze³êcz Krowiarki , N 5, E (Babia Góra / Mt. Babia Góra) Prze³êcz Krowiarki 4 5, N 5 0, E (Babia Góra / Mt Babia Góra) Nachylenie Slope stok slope ok. SE stok slope ok. SE stok slope 5 NE stok slope 5-0 E stok slope 5-0 E Ska³a macierzysta Parent material pokrywa stokowa na zwietrzelinie jednostki œl¹skiej slope cover on flysch weathering pokrywa stokowa na zwietrzelinie fliszu jednostki œl¹skiej slope cover on flysch weathering pokrywa stokowa na zwietrzelinie wapieni slope cover on limestone weathering pokrywa stokowa na zwietrzelinie warstw hieroglifowych jednostki magurskiej slope cover on flysch weathering pokrywa stokowa na zwietrzelinie warstw hieroglifowych jednostki magurskiej slope cover on flysch weathering Piêtro klimatyczne Climatic belt umiarkowanie ch³odne moderate cool (00 mm) umiarkowanie ch³odne moderate cool (00 mm) umiarkowanie ch³odny moderate cool (00 mm) umiarkowanie ch³odny moderate cool (0mm) umiarkowanie ch³odny moderate cool (0mm) Piêtro roœlinnoœci Type of ecosystem Cechy œrodowiska Environment Roœlinnoœæ Vegetations regiel dolny Lower montane nasadzenia œwierkowe na siedlisku lasów bukowych artificial spruce forest regiel dolny Lower montane Dentario-glandulosae- Fagetum typicum regiel dolny Lower montane nasadzenia œwierkowe na siedlisku lasów bukowych artificial spruce forest regiel dolny Lower montane nasadzenia œwierkowe na siedlisku lasów bukowych artificial spruce forest regiel dolny Lower montane Dentario-glandulosae- Fagetum Soil brunatna w³aœciwa Eutric brunatna w³aœciwa Eutric Rêdzina brunatna Rendzi-Cambic Leptosol brunatna kwaœna Dystri-Gleyic- brunatna w³aœciwa Eutric (Eutric)

4 40 ROCZNIKI BIESZCZADZKIE 006 (4) W niniejszej pracy przedstawiano wybrane dane analityczne. Opisano morfologiê profilu glebowego, a w pobranych próbkach oznaczono m.in. uziarnienie (Tab. ), odczyn gleby (Ryc. ), wêgiel (metod¹ oksydometryczn¹), materiê organiczn¹ (strata arowa), kwasowoœæ wymienn¹, glin i wodór wymienny, sumê zasad wymiennych. Oznaczono równie zawartoœæ wêgla, wodoru, azotu, siarki ogó³em (CHNS) metod¹ chromatografii gazowej na analizatorze elementarnym firmy Carlo Erba typ 0 oraz sk³ad mineralny metod¹ dyfrakcji rentgenowskiej (XRD) (Tab., Ryc. 4). Ryc.. Odczyn wybranych profili glebowych w obszarach badañ. Fig.. Soil reaction of profiles in selected research areas.

5 E. Rozpendowska, S. Skiba Wpływ niezgodnych z siedliskiem nasadzeń... 4 Tabela. Profil glebowy i uziarnienie. Table. Soil profiles and mechanical composition. Szkielet Uziarnienie [%] / Texture G³êbokoœæ Symbol Barwa wg Poziomu Munsella Skeleton Depth - - 0,5-0,5-0,- 0,05- Horizon Colour [cm] 0,5 0,5 0, 0,05 0,0 [%] Nr / No 0-4 Ofh 4- A - ABwg -5 Bw 5- Bw/Cgg -() Cgg 0- Ol -5 Ah 5- ABw -60 Bw 60-(0) Bw/Cg (50) Ofh A Bw BwgCca 0- Ofh - A -40 Bw 40-(0) Bw/Cg 0YR/ 0YR/ 0YR4/ 0YR4/6 0YR6/ 0YR5/ 0YR/ 0YR4/4 0YR4/6 0YR5/,5YR/ 0YR4/4 0YR5/6 0YR5/5,5YR/ 0YR4/ 0YR5/4 0YR6/ ,0-0,006-0,006 0, < 0,00 Soil brunatna w³aœciwa oglejona Eutri-Gleyic brunatna w³aœciwa Eutric- Rêdzina brunatna Rendzi- Cambic Leptosol brunatna kwaœna Dystri- Gleyic Ryc.. Dyfraktogram sk³adu mineralnego w profilu nr. Fig.. XRD difractogram of mineral composition in profile No.. Chl chlorite, Ms micas, Pl plagioclase, Qtz quartz.

6 4 ROCZNIKI BIESZCZADZKIE 006 (4) Tabela. Wybrane w³aœciwoœci chemiczne badanych gleb. Table. Some chemical properties of investigated soil profiles. G³êbo Mat. org. Symbol ph/ Nr -koœæ C(ts) Organic C H N S poziomu Acidity No Depth matter Horizon [cm] H O KCl [%] [%] C/N 0-4 Ofh,, n.o. 64,50,0 4,,56 n.w. 0, 4- A,4,,0,6 0,,4 0,64 n.w. 6, - ABwg,,, 4,5,66 0,0 0, n.w. 5, -5 Bw 4,, 0,4,45 5- Bwgg 4,6, 0, 0, -() Cgg 5,4 4, Soil brunatna oglejona Eutri-Gleyic 0- Ol,,5 n.o. 64,4 5,0 0,,6 n.w., -5 Ah 4,0,4 4,6,0,0, 0,5 n.w.,05 brunatna 5- ABw 4,,4,4 4,,06 0, 0, n.w. 0, -60 Bw 4,,6 0,6,05 Eutric 60-(0) Bw/Cg 5, 4, n.o. n.o. 0- Ofh,, n.o. 44,0 6,,64,5 n.w. 6, -5 A 5, 4,,6 4,6,6,0 0,0 n.w.,0 45-(50) Bwg/Cca, 6, 0,6,55 Rêdzina brunatna Rendzi-Cambic Leptosol 0- Ofh,, n.o.,00 6,0 0, 0, n.w. 6,4 brunatna - A 4,0,4,65,,5 0,44 0, n.w. 4, kwaœna oglejona -40 Bw 4,4, 0,0,4 Dystri-Gleyic 40-(0) Bw/Cg 4, 4, n.o. n.o. 0- Ol n.o. n.o. - Ah 4,6,6 4,, n.o. n.o.,60 n.o.,0 brunatna -0 ABw 4,,,50 4, n.o. n.o.,40 n.o. 0,40 w³aœciwa 0-55 Bwgg 6, 4,4 n.o. n.o. Eutric 55-(0) Bw/Cgg 6, 4, n.o. n.o. C - oznaczenie metod¹ chromatografii gazowej (chromatography methods) C(ts) oznaczenie oksydometrycznie i przez spalanie w C (oxidation techniques and by burning in C temperature). Wyniki Wszystkie badane gleby (Tab. ), zarówno te spod nasadzeñ œwierkowych, jak i spod naturalnie wystêpuj¹cych zbiorowisk buczyny karpackiej (Dentario glandulosae-fagetum) nale ¹ do tej samej jednostki systematycznej, jak¹ s¹ gleby brunatne (s). W glebach tych, pod poziomami akumulacyjnymi (ektoi endohumusowymi) wystêpuje dobrze wykszta³cony poziom przemian wietrzeniowo-glebotwórczych spe³niaj¹cy warunki poziomu diagnostycznego cambic (Bw). Poziom brunatnienia (cambic) stopniowo przechodzi w pod³o e macierzyste C lub pod³o e skalne R. Na uwagê zas³uguj¹ poziomy akumulacyjne, które wykazuj¹ wyraÿny zwi¹zek z rodzajem drzewostanów (Tab. ). W glebach pod œwierczynami wystêpuj¹ wyraÿne poziomy ektohumusowe (butwinowe), których

7 E. Rozpendowska, S. Skiba Wpływ niezgodnych z siedliskiem nasadzeń... 4 Ryc. 4. Dyfraktogram sk³adu mineralnego w profilu nr. Fig. 4. XRD dyfractogram of mineral composition in profile No.. Chl chlorite, Ms micas, Kln kaolinite, Qtz quartz, Pl plagioclase, Dol dolomite mi¹ szoœæ waha siê w granicach 5 cm. Materia organiczna w tych poziomach jest s³abo roz³o ona i wystêpuje w typie mor lub mor/moder. Odczyn tej materii organicznej (butwiny) jest wiêc kwaœny (ph,5 4,0), a w przejœciu do mineralnej masy glebowej pojawiaj¹ siê jasne (bia³awe) plamy, które s¹ pochodzenia redukcyjnego. Zachodz¹ce w tej strefie profilu glebowego procesy redukcyjne wynikaj¹ zarówno z utrzymywania wody przez materiê organiczn¹, jak równie z odbarwiaj¹cych procesów redukcyjnych samej materii organicznej (Bloomfield 0). Poni ej poziomu butwinowego (Ofh), wystêpuje poziom endohumusowy (A) zawieraj¹cy ok. 4% próchnicy dobrze zhumifikowanej tworz¹cej po³¹czenia organiczno-mineralne. Pod poziomami ekto- i endohumusowymi wystêpuje dobrze wykszta³cony poziom cambic. Nale y podkreœliæ, e nie obserwuje siê œladów poziomu spodic, tak e w glebach, gdzie pod poziomem butwinowym obserwowano bia³awe lub sino-szare przebarwienia, co podkreœlane by³o równie w innych opracowaniach (Skiba i in. ). W glebach pod buczynami poziom ektohumusowy jest co najwy ej paromilimetrowy (ok. 0, 0,5 cm). Pozosta³a czêœæ poziomu akumulacyjnego wykazuje cechy poziomu mollic lub ochric. Jest to poziom endohumusowy, dobrze zhumifikowany, o strukturze drobno- lub œrednioziarnistej, zaokr¹glonej. Poziom ten jest zazwyczaj przeroœniêty korzonkami roœlinnoœci runa. Pod poziomami akumulacyjnymi, we wszystkich omawianych glebach, wystêpuje poziom wietrzeniowy cambic, który jest brunatno zabarwiony (0 YR 4/ 6), bez przebarwieñ i wyraÿnych konkrecji elazistych. Poziom ten mierzy zazwyczaj 0 0 cm i stopniowo przechodzi w ska³ê macierzyst¹ (Bw/CR).

8 44 ROCZNIKI BIESZCZADZKIE 006 (4) Mi¹ szoœæ profilu badanych gleb jest zró nicowana, a to zale y od po³o enia na stoku, czyli od procesów geomorfologicznych. Opisywane gleby s¹ zazwyczaj œrednio g³êbokie lub g³êbokie (50 50 cm), zawieraj¹ce w masie glebowej du y udzia³ okruchów skalnych (0 50%). Ta szkieletowoœæ jest charakterystyczna dla gleb obszarów górskich, wytworzonych na zwietrzelinach lub pokrywach wietrzeniowych masywnych ska³ pod³o a geologicznego. Uziarnienie badanych gleb jest dziedziczone z pod³o a macierzystego, jakim s¹ zwietrzeliny ska³ fliszowych (Babia Góra, Bieszczady) lub ska³ wêglanowych (Tatry). Przewa aj¹ utwory gliniaste œrednie, rzadziej wystêpuj¹ gliny lekkie lub gliny ciê kie. S¹ to wiêc utwory s³abo przepuszczalne. Odczyn badanych gleb jest równie pochodn¹ sk³adu mineralnego i procesów wietrzeniowych (Ryc. 4). Wszystkie gleby (Ryc. ) wykazuj¹ zakwaszenie w poziomach akumulacyjnych, co wynika z udzia³u kwaœnej materii organicznej. Wiêksze zakwaszenie wykazuj¹ gleby z poziomami ektohumusowymi (ph,5 4,5), ni gleby z poziomami endohumusowymi (ph 4,5 5,5). Rozk³ad odczynu w profilu glebowym podkreœla procesy zakwaszania b¹dÿ ³ugowania alkalicznych produktów przemian wietrzeniowych, co jest wyraÿnie zaznaczone w sk³adzie mineralnym gleb wêglanowych z Tatr Reglowych (Ryc. 4). Prawid³owoœci te s¹ równie zaznaczone w iloœci kationów alkalicznych wystêpuj¹cych w kompleksie sorpcyjnym. Wnioski. Obserwacje terenowe i laboratoryjne wykazuj¹ niewielkie zmiany w morfologii profilu glebowego, wynikaj¹ce z wp³ywu œwierczyn na glebê.. Formowanie siê kwaœnych poziomów ektohumusowych (butwinowych) wywo³uje zakwaszenie górnych poziomów profilu glebowego.. Gliniaste uziarnienie oraz zasobnoœæ pod³o a w sk³adniki alkaliczne uniemo liwiaj¹ bielicowanie, czego dowodem jest brak poziomu spodic, a jasne lub niekiedy sino-bia³e przebarwienia wystêpuj¹ce pod poziomem butwinowym s¹ wynikiem procesów redukcyjnych. 4. Zmiany, jakie zachodz¹ w opisywanych glebach wystêpuj¹cych pod nasadzeniami œwierczyn nie s¹ trwa³e i dlatego mo liwa jest regeneracja gleb po przebudowie zbiorowisk zgodnych z siedliskiem. Podziêkowania: Autorzy dziêkuj¹ mgr Katarzynie Maj za pomoc w badaniach mineralogicznych.

9 E. Rozpendowska, S. Skiba Wpływ niezgodnych z siedliskiem nasadzeń Literatura Adamczyk B. 66. Studia nad kszta³towaniem siê zwi¹zków pomiêdzy pod³o em skalnym a gleb¹, Czêœæ II, Acta Agr. et Silv. ser. Leœna 6: 44. Augusto L., Turpault M. P., Ranger J Impact of tree species on feldspar weathering rates, Geoderma 6: 5. Baran S. 6. Gleby œwierczyn ywiecczyzny, Sylwan 6: Bloomfield C. 0. Soil heterogenity and podzolization. Rep... Fabijanowski J., Dziewolski J. 6. Gospodarka leœna. W: Z. Mirek (red.) Przyroda Tatrzañskiego Parku Narodowego, TPN PAN, Kraków Zakopane, ss Holeksa J., Greinert J., Krzan Z., Olszowska B., Skawiñski P., Wika S. 00. Przemiany dolnoreglowych drzewostanów œwierkowych poddanych ochronie czêœciowej w Tatrzañskim Parku Narodowym. Sylwan 0: 46. Maciaszek W. 6. Wp³yw sposobu gospodarowania lasu na wybrane w³aœciwoœci gleb Karpat fliszowych. Sylwan : 6 6. Maciaszek W., Gruba P., Januszek K., Lasota J., Wanic T., Zwydak M Degradacja i redegradacja gleb pod wp³ywem gospodarki leœnej na terenie ywiecczyzny. Wydawnictwo Akademii Rolniczej w Krakowie. Myczkowski S. 6. Geobotaniczna charakterystyka œwierczyn ywiecczyzny. Sylwan 6: 6. Ranger J., Nys C. 4. The effect of spruce (Picea abies Karst.) on soil development: an analytical and experimental approach. European Journal of Soil Science 45: 04. Rygiel Z.. Zarys gospodarki leœnej i przemys³u drzewnego w okresie miêdzywojennym i w latach okupacji w Bieszczadach Zachodnich. Sylwan 6: 44. Rygiel Z.. Œwierk bieszczadzki tarnawski w przesz³oœci i jego stan obecny. Sylwan 0: 4. Sikorska E.. Sk³ad gatunkowy drzewostanów a w³aœciwoœci p³ytkich poziomów gleb leœnych. Acta Agr. Silv. 0: 4 5. Skiba S., Drewnik M., Prêdki R., Szmuc R.. Gleby Bieszczadzkiego Parku Narodowego. Monografie Bieszczadzkie, ss. + mapa. Stutzer A.. Early stages of podzolisation in young Aeolian sediments, western Jutland, Catena : 5. Summary Within last centuries Man has modified forest ecosystems. In the Carpathians this process led to planting spruce monocultures in improper habitats (eg. replacing beech woods). Modification of one element of the ecosystem resulted in changes of rate and quality of all the processes occurring there. Soil properties and soil profile provide an excellent insight into those processes. Studies on soils were carried out in the Carpathians: Babia Góra Mt., Tatra Mts. and in the Bieszczady Mts. (Table ). Modification of the beech and beech-fir forest into spruce monocultures resulted in the changes of the soil profile morphology. Increase in the ectohumus horizon depth may be observed. Ectohumus horizons cause the acidification of the mineral horizons and the lixiviation of the alkaline cations. The cambisols are the prevailing soils Changes caused by the spruce planting occur mainly in the surface horizons. Studies show that there is a possibility of changing spruce plantations into potential (original) vegetation, which may reverse the acidification of the surface horizons of the soil profile caused by the formation of the raw humus.

10