Łukasz MENDYK Maciej MARKIEWICZ. EPISTEME 18/2013, t. 3 s ISSN

Transkrypt

1 Łukasz MENDYK Maciej MARKIEWICZ EPISTEME 18/2013, t. 3 s ISSN WPŁYW STOPNIA ODWODNIENIA NA WŁAŚCIWOŚCI GLEB WYTWORZONYCH Z OSADÓW JEZIORNYCH THE INFLUENCE OF THE DEGREE OF DEHYDRATION ON THE PROPERTIES OF SOILS DERIVED FROM LAKE SEDIMENTS Abstrakt. Celem pracy była ocena wpływu obniżenia poziomu wód gruntowych na morfologię i właściwości gleb powstałych z osadów jeziornych. Obszar badań znajduje się w północnej Polsce, na Pojezierzu Brodnickim i obejmuje bezpośrednią zlewnię zanikających Jezior Sumowskich. Odwodnienie tego terenu spowodowane było koniecznością zwiększenia obszarów użytków zielonych. Analiza objęła 4 profile glebowe występujące w obrębie dna dawnego jeziora. Badane gleby odznaczały się wysoką zawartością materii organicznej i węglanu wapnia. Właściwości gleb i ich morfologia różniły się w zależności od stopnia odwodnienia. Największe różnice obserwowano w poziomach powierzchniowych i dotyczyły przede wszystkim ilości materii organicznej (w tym także wartości stosunku C:N) i odczynu. Słowa kluczowe: zanikające jeziora, odwodnienie gleb, osady jeziorne, gytia Summary. The aim of this study was to estimate impact of the catchment groundwater level fall on morphology and properties of soils derived from lake sediments. The study area is located in the North Poland, within the Brodnica Lake District and it includes the direct catchment area of dwindling Sumowskie Lakes. Drainage of the former lake area was caused by the need to increase the areas of grassland. The analysis covered 4 soil profiles emerging within former lake. Examined soils have high content of organic matter and calcium carbonates. The properties and morphology of profiles indicates differences in degree of dehydration between them. The greatest differences are observed in the surface horizons and in particular the quantity of organic matter (including the value of the ratio C: N) and ph. Key words: dwindling lakes, soils dehydration, lake sediments, gyttja 321

2 Łukasz Mendyk, Maciej Markiewicz WSTĘP Zanikanie jezior na świecie zachodzi w zasadzie od momentu ich powstania [Churski 1998, Marszelewski 2005]. W Polsce od ostatniego zlodowacenia zanikowi uległa połowa jezior [Kalinowska 1961, Marszelewski 2005]. Na obszarach tych dochodzi do powstania gleb zupełnie nowych, wytworzonych z odsłoniętych osadów jeziornych. Występowanie i rozwój charakterystycznych gleb na obszarze dna zanikających Jezior Sumowskich potwierdzają badania m.in. Goneta i in. [2010]. Celem pracy była ocena wpływu obniżenia poziomu wód gruntowych w zlewni na morfologię i wybrane właściwości gleb wytworzonych z dennych osadów jeziornych. MATERIAŁ I METODY Obszar badań zlokalizowany był w północnej Polsce, na terenie Pojezierza Brodnickiego (Ryc. 1). Obejmował on zlewnię bezpośrednią zanikających Jezior Sumowskich oraz zlewnię cząstkową niewielkiego cieku wypływającego z nich w kierunku północnym. 322 Ryc. 1. Lokalizacja obszaru badań.

3 Wpływ stopnia odwodnienia na właściwości gleb wytworzonych z osadów jeziornych Poziom wód dawnego jeziora Sumowskiego obniżył się wskutek procesów naturalnych i antropogenicznych tworząc dwa oddzielne akweny [Marszelewski 2005]. Powierzchnia większego, północnego jeziora wynosi obecnie około 15,1 ha, natomiast mniejszego, południowego około 10,3 ha (obliczenia w ArcGIS 9.3). Pod względem gospodarki rybackiej zostały one zaklasyfikowane jako jeziora typu karpiowego, co podkreśla znaczny stopień zeutrofizowania obu zbiorników [Burak i in. 2005]. Badania polegały na wykonaniu 4 odkrywek glebowych. Trzy z nich zlokalizowano w południowo-zachodniej części Jezior Sumowskich i objęły one dawne dno Jeziora Sumówek oraz podnóże południowego zbocza przyległego plateau kemowego. Czwarta odkrywka została wykonana w północnej części systemu Jezior Sumowskich, na wschód od kemu we wsi Tomki (Ryc. 1). Ze wszystkich poziomów genetycznych pobrano próbki o naruszonej strukturze do analiz laboratoryjnych, a z 12 poziomów pobrano także próbki do oznaczenia wybranych właściwości fizycznych. W pobranym materiale glebowym zostały wykonane standardowe analizy zgodnie z procedurami obowiązującymi we współczesnym gleboznawstwie [SgP 2011]. Zawartość węgla organicznego oznaczono metodami Tiurina i Altena, azotu ogółem metodą Kjeldahla, węglanów metodą Scheiblera, ph potencjometrycznie. Według najnowszej systematyki gleb symbole Lc (poziomy osadów limnicznych ziemie koprogeniczne) poziomów genetycznych użyte w tabelach z wynikami odnoszą się do gytii zawierających powyżej 20% materii organicznej. Natomiast symbole C obejmują zarówno gytie oraz piaski i mułki jeziorne. WYNIKI I DYSKUSJA Badane gleby różniły się między sobą stopniem odwodnienia, który został określony na podstawie morfologii poszczególnych profili (poziom występowania wód gruntowych, charakterystyczne struktury powstałe w wyniku przesuszenia). Gleby słabiej odwodnione, o płytszym zaleganiu poziomu wód gruntowych (profile 1 i 2) cechowały się bardziej miąższymi poziomami murszowymi (30-60 cm) w porównaniu z glebami bardziej odwodnionymi (profile 3 i 4; cm), w których dodatkowo obecne były kliny powstające w wyniku przesuszenia 323

4 Łukasz Mendyk, Maciej Markiewicz i spękania pionowego gytii. Skutkiem wyższego poziomu wód gruntowych jest spowolnienie tempa mineralizacji wpływające na wyższą zawartość zhumifikowanej materii organicznej i większą miąższość poziomów powierzchniowych gleb słabiej odwodnionych (Tab. 1 i 2). Na miąższość tych poziomów wpłynęły także inne procesy takie jak, dostawa materiału mineralnego ze stoku (profilu 1), worywanie materiału z poziomu murszowego w przykrywające go deluwia (profil 3) lub osypywaniem się tego materiału w powstające kliny (profil 4). Poziom Głębokość pobrania [cm] Tab. 1. Wybrane właściwości fizyczne gleb. % zawartość frakcji o średnicy w mm 2,0-0,05 0,05-0,002 < 0,002 o [g cm -3 ] [g cm -3 ] Wilgotność aktualna 28 i [% wag.] [% obj.] Profil 1 - gleba organiczna limnowo-murszowa M ,68 2,35 93,8 63,8 71,1 3,9 M n.o. n.o. n.o. n.o. 1,69 n.o. n.o. n.o. 9,9 C n.o. n.o. n.o. n.o. 2,22 n.o. n.o. n.o. 4,3 Profil 2 - gleba organiczna limnowo-murszowa M 0-30 n.o. n.o. n.o. 0,48 1, ,8 75,6 8,4 C ,59 2, ,3 76,1 1,6 Profil 3 - kopalna gleba organiczna limnowa M n.o. n.o. n.o. 0,55 2,00 93,3 51,2 72,5 11 Lc n.o. n.o. n.o. 0,40 1, ,5 77,9 9,5 Lc n.o. n.o. n.o. 0,29 1, ,3 83,7 12 C ,69 2,48 96,2 66,7 72,2 2,8 C ,73 2,47 99, ,4 2,8 Profil 4 - gleba organiczna limnowa M 0-10 n.o. n.o. n.o. 0,34 2, ,7 83,0 12 M KLIN n.o. n.o. n.o. n.o. 1,99 n.o. n.o. 82,9 9,2 Lc n.o. n.o. n.o. 0,38 2, ,0 82,2 8,5 Lc n.o. n.o. n.o. 0,30 2, ,8 86,2 7,4 C n.o. n.o. n.o. n.o. n.o. n.o. n.o. n.o. 2,1 o gęstość objętościowa, gęstość właściwa, P porowatość, Wh woda higroskopijna n.o. nie oznaczono, M poziomy murszowe, Lc gytie organiczne, C gytie mineralne. P [%] W h [%] 324

5 Wpływ stopnia odwodnienia na właściwości gleb wytworzonych z osadów jeziornych Tab. 2. Wybrane właściwości chemiczne i fizykochemiczne gleb. Poziom genetyczny Głębokość pobrania [cm] Corg [%] N [%] C:N ph CaCO 3 H [%] 2 O KCl Profil 1 gleba organiczna limnowo-murszowa M ,66 0, ,3 6,1 n.o. M ,3 2, ,0 5,7 n.o. C ,4 1, ,0 7,8 49 Profil 2 gleba organiczna limnowo-murszowa M ,5 1, ,4 6,2 n.o. C ,34 0, ,9 7,6 23 Profil 3 kopalna gleba organiczna limnowa M ,3 1, ,6 7,2 0,4 Lc ,7 2, ,5 7,0 0,3 Lc ,5 2, ,4 6,9 0,8 C ,17 0, ,6 7,4 24 C ,30 0, ,8 7,4 39 Profil 4 gleba organiczna limnowa M ,1 2, ,0 6,8 0,5 M KLIN 24,7 2, ,7 6,5 n.o. Lc ,4 1, ,8 7,6 27 Lc ,3 1, ,4 7,3 0,7 C ,48 0, ,6 7,1 6,1 Corg węgiel organiczny, N azot ogółem, CaCO 3 węglan wapnia M poziomy murszowe, Lc gytie organiczne, C gytie mineralne. Charakterystyczną cechą badanych gleb jest zagęszczenie par- zaakcentowane jest to w przypadku profilu 4. Cecha ta widoczna w terenie nie ma potwierdzenia w wynikach oznaczenia gęstości objętościowej (Tab. 1). W pozostałych profilach nie wydzielono warstw sprasowanych jako osobnych poziomów morfologicznych. Warstwy te, często małej miąższości, zostały włączone do poziomów zalegających niżej, w związku z czym cecha ta uległa zatarciu. Najwęższą wartość stosunku C:N 11 i 12 wykazano w poziomach powierzchniowych gleby limnowej (profil 4) w północnej części dawnego dna Jezior Sumowskich. Świadczy to o wspomnianych wyżej 325

6 Łukasz Mendyk, Maciej Markiewicz warunkach sprzyjających procesom humifikacji i mineralizacji materii organicznej oraz o dużej biologicznej aktywności tych gleb [Lal 1997]. W pozostałych poziomach murszowych wartości te wynosiły od 15 do 17. Wysokie wartości stosunku C:N w profilu 3 mimo odwodnienia tej gleby spowodowane są pogrzebaniem jej pod glebą deluwialną. Zróżnicowanie właściwości chemicznych i fizykochemicznych w poziomach gytiowych podobnie jak w przypadku właściwości fizycznych wynika nie ze stopnia odwodnienia a z różnorodności osadów jeziornych [Markowski 1980, Okruszko, Piaścik 1990, Tobolski 1995, 2000, Myślińska 2005]. Zbadane gleby wykazują podobieństwo pod względem właściwości chemicznych i fizykochemicznych do gleb gytiowisk badanych m.in. Łachacza i in. [2009], Sowińskiego i Lemkowską [2010], czy Goneta i in. [2010]. Podobieństwa te dotyczą przede wszystkim wartości gęstości objętościowej i właściwej oraz zawartości węgla organicznego i azotu ogółem w poziomach powierzchniowych gleb słabiej odwodnionych (profile 1 i 2). PODSUMOWANIE Warunkiem powstania i rozwoju gleb znajdujących się na terenie dawnego dna Jezior Sumowskich było częściowe osuszenie i zmeliorowanie fragmentów niecki jeziornej. Różny stopień odwodnienia a także charakter skały macierzystej (zróżnicowanie dennych osadów jeziornych) wpłynął na morfologię, właściwości fizyczne i fizykochemiczne badanych gleb. Największe różnice obserwowano w poziomach powierzchniowych i dotyczą przede wszystkim ilości materii organicznej (w tym także wartości stosunku C:N) i odczynu. LITERATURA 1. Burak S., Flanz S., Kurowska I., Pawski A Ekosystemy wodne. [W:] Plan Ochrony BPK do roku 2025, Toruń: Churski Z Wpływ gospodarczej działalności człowieka na zmiany jezior i mokradeł na Pojezierzu Brodnickim. [W:] Z. Churski (red.). Naturalne i antropogeniczne przemiany jezior i mokradeł w Polsce. Wyd. UMK. Toruń:

7 Wpływ stopnia odwodnienia na właściwości gleb wytworzonych z osadów jeziornych 3. Gonet S., Markiewicz M., Marszelewski W., Dziamski A Soil transformations in catchment of disappearing Sumówko Lake (Brodnickie Lake District, Poland). Limnological Review 10, 3-4: Kalinowska K Zanikanie jezior w Polsce. Przegląd Geograficzny 23(3): Lal R., Effects of N fertilizer treatments on biologically active N pools in soils under plow and no tillage. Biol. Fertil. Soils. 24:4: Łachacz A., Nitkiewicz M., Pisarek W Soil conditions and vegetation on gyttja lands in the Masurian Lakeland. [W:] Wetlands their functions and protection. A. Łachacz (Ed.), Department of Land Reclamation and Environmental Management, University of Warmia and Mazury in Olsztyn: Markowski S Struktura i właściwości podtorfowych osadów jeziornych rozprzestrzenionych na Pomorzu Zachodnim jako podstawa ich rozpoznawania i klasyfikacji. [W:] Kreda jeziorna i gytie, materiały pokonferencyjne. Lubniewice 8-10 XI 1979 r. Urząd Wojewódzki w Gorzowie Wlkp.: Marszelewski W Zmiany warunków abiotycznych w jeziorach Polski Północno-Wschodniej. Wyd. UMK. Toruń: Myślińska E Grunty organiczne i laboratoryjne metody ich badania. Wyd. Nauk. PWN. Warszawa: Okruszko H., Piaścik H Charakterystyka gleb hydrogenicznych. Wyd. ART. Olsztyn. 11. Sowiński P. Lemkowska B Makroskładniki w glebach obniżeń pojeziernych na Pojezierzu Olsztyńskim. Rocz. Glebozn., 61(2): Systematyka gleb Polski Rocz. Glebozn Tobolski K Osady denne. [W:] A. Choiński (red.). Zarys limnologii fizycznej Polski. Wyd. Nauk. UAM. Poznań: Tobolski K Przegląd ujęć klasyfikujących torfy i osady jeziorne. [W:] Przewodnik do oznaczania torfów i osadów jeziornych. Wyd. Nauk. PWN. Warszawa: Promotor: dr hab. Zbigniew Podgórski, prof. UMK 327