ROLA MATERII ORGANICZNEJ I IŁU KOLOIDALNEGO W KSZTAŁTOWANIU WŁAŚCIWOŚCI BUFOROWYCH GLEB PARKU SZCZYTNICKIEGO

Transkrypt

1 ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE TOM LX NR 2 WARSZAWA 2009: KAROLINA WALENCZAK. STANISŁAWA ELŻBIETA LICZNAR, MICHAŁ LICZNAR ROLA MATERII ORGANICZNEJ I IŁU KOLOIDALNEGO W KSZTAŁTOWANIU WŁAŚCIWOŚCI BUFOROWYCH GLEB PARKU SZCZYTNICKIEGO THE ROLE OF ORGANIC MATTER AND COLLOIDAL CLAY IN FORMING OF BUFFER PROPERTIES OF SOILS OF PARK SZCZYTNICKI Instytut Nauk o Glebie i Ochrony Środowiska. Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu A bstract: The aim o f the research was to determine buffer properties o f soils o f Park Szczytnicki and describe correlation between buffer ability and contents o f organic matter and colloidal clay. The obtained results show that soils o f Park Szczytnicki are more resistant to alkalization than to acidification. Buffer properties were found to be significantly correlated with ph, the contents o f organic matter and colloidal clay. Buffer properties o f the studied soils in acid range were significantly correlated with ph and contents o f organic carbon. However buffer properties in alkaline range were negatively correlated with ph value and positively correlated with the contents o f colloidal clay. Slow a kluczow e: buforowość gleb, materia organiczna, ił koloidalny. K ey words: buffer ability*' o f soils, organic matter, colloidal clay. WSTĘP Gleby jako stały element krajobrazu przyrodniczego są w szczególny sposób narażone na oddziaływanie różnorodnych presji powodujących ich degradację, a nawet dewastację [Siuta 1978; Dębicki 2000]. Szczególnie na obszarach aglomeracji miejskich zachodzą znaczne przekształcenia pokrywy glebowej, które często prowadzą do całkowitego zniszczenia jej naturalnego układu i charakteru [Drozd 1996, 1997]. Przekształcenia te są głównie związane z urbanizacją środowiska, z tworzeniem infrastruktury podziemnej, a także z zanieczyszczeniami pochodzącymi z różnych źródeł emisji: komunalnych, przemysłowych i komunikacyjnych. W miarę rozwoju cywilizacji, presja czynników urbanizacyjnych, jak również przemysłowych nasila się coraz bardziej, a jej negatywne skutki są widoczne w środowisku.

2 Materia organiczna i ił koloidalny a kształtowanie właściwości buforowych głeb 103 Gleby mają zdolność opierania się wpływom czynników degradujących, którą zawdzięczająkompleksowi właściwości fizycznych, chemicznych i biologicznych [Baran, Turski 1996]. Skala przeobrażeń środowiska glebowego zależy nie tylko od toksyczności wprowadzanych substancji, lecz również od zdolności buforowych gleby. Przez właściwości buforowe gleb rozumie się zasadniczo ich zdolności do utrzymywania względnie stałego poziomu ph mimo działania czynników zakwaszających lub alkalizujących. Czasem jednak buforowaniu gleb można przypisać szersze znaczenie, obejmując nim wszystkie reakcje, które przeciwdziałają nagłym zmianom składu jonowego roztworu glebowego [Bednarek i in. 2004]. Buforowość gleb zależy od właściwości fizycznych, chemicznych i biologicznych, przebiegu procesów glebotwórczych, rodzaju i charakteru siedliska, uwarunkowań klimatycznych, a także wpływu czynników antropogenicznych [Malczyk 1998; Miechówka i in. 1995; Miechówka, Mikołajczyk 1994]. O odporności gleb na niekorzystne zmiany fizykochemiczne decyduje w głównej mierze skład granulometryczny, zawartość próchnicy, skład minerałów ilastych, zawartość CaC(X, stopień wysycenia kompleksu sorpcyjnego kationami zasadowymi Jak również pojemność sorpcyjna gleby w stosunku do kationów [Greinert, Greinert 1999; Miechówka, Dziurzyńska 1990; Miechówka i in. 1995]. W ostatnich latach zwraca się szczególną uwagę na dużą rolę substancji organicznej i iłu koloidalnego w ochronie środowiska glebowego przed negatywnymi skutkami nadmiernej antropopresji. Celem pracy było poznanie właściwości buforowych gleb Parku Szczytnickiego oraz wykazanie związków pomiędzy buforowościągleb a zawartością materii organicznej i iłu koloidalnego. OBIEKT I METODYKA BADAŃ Badaniami objęto gleby Parku Szczytnickiego zlokalizowanego we wschodniej części Wrocławia, znajdującej się w punkcie przecięcia głównych korytarzy ekologicznych doliny Odry oraz pierścienia miejskich terenów zielonych [Licznar i in. 2007]. Cechy morfologiczne oraz właściwości wydzielonych jednostek systematycznych gleb Parku podlegają zmianom pod wpływem działalności człowieka. Przejawia się to obecnością w masie glebowej poziomów powierzchniowych, a także i głębszych, różnorodnych domieszek, co związane jest przede wszystkim z pracami melioracyjnymi prowadzonymi na terenie Parku, urządzeniem i tworzeniem jego infrastruktury oraz zanieczyszczeniami. Ingerencja człowieka w środowisko glebowe na terenie Parku przejawia się redukcją lub zanikaniem poziomu organicznego w wyniku corocznego usuwania martwego opadu liści [Licznar i in. 2007]. Gleby Parku Szczytnickiego, ze względu na położenie obiektu, podlegają również degradacji chemicznej związanej z emisjami przemysłowymi oraz motoryzacyjnymi. W ramach realizacji tematu na terenie Parku pobrano do analiz laboratoryjnych 96 próbek glebowych z głębokości 5-10 cm. W zebranym materiale oznaczono: - skład granulometryczny metodą areometryczną Cassagrande'a w modyfikacji Prószyńskiego, - ph w. 1mol KC1 dm 3 potencjometrycznie, - C-organiczny metodą Tiurina. Do określenia buforowości gleb zastosowano metodę Arrheniusa w modyfikacji Brennera i Kappena. Powierzchnie buforowania w zakresie kwaśnym (PHC1) i zasadowym (PN ) oznaczono metodą planimetrowania i wyrażono w cm2. Otrzymane wyniki opracowano statystycznie wyznaczając współczynniki korelacji między właściwościami buforowymi a badanymi właściwościami gleb.

3 104 K. Walenczak, S. E. Licznar, M. Licznar WYNIKI I DYSKUSJA Dotychczasowe opracowania [Licznar, Licznar 2005; Licznar i in. 2007] wykazują występowanie na terenie parku pięciu jednostek typologicznych gleb: mad brunatnych, mad próchnicznych, gleb antropogenicznych o niewykształconym profilu, gleb antropogenicznych próchnicznych oraz pararędzin antropogenicznych. Poziomy próchniczne badanych gleb są zróżnicowane pod względem składu granulometrycznego. Największą średnią zawartość iłu koloidalnego stwierdzono w próbkach z mad próchnicznych i gleb antropogenicznych próchnicznych, a najmniejszą w pararędzinach antropogenicznych (tab. 1). Uwzględniając skład granulometryczny poziomów powierzchniowych wydzielono następujące kategorie ciężkości gleb: bardzo lekkie, lekkie, średnie, ciężkie i bardzo ciężkie [Licznar i in. 2007]. Ich rozmieszczenie uwarunkowane jest położeniem względem koryta rzeki Odry. Gleby ciężkie i średnie występują w dalszej odległości od koryta rzeki, natomiast najczęściej bliżej koryta Odry położone są gleby bardzo lekkie i lekkie wytworzone z piasków. W badanych glebach zawartość C-organicznego wahała się w granicach 13,50-65,72 g-kg 1 (tab. 1). Wśród wydzielonych jednostek systematycznych wysoką zawartością próchnicy charakteryzowały się pararędziny antropogeniczne i mady próchniczne. Średnia zawartość węgla organicznego w tych glebach wynosiła około 36 g-kg Uwagę zwraca niska średnia zawartość C-organicznego oraz duże jej zróżnicowanie w obrębie mad brunatnych. Spowodowane jest to występowaniem tych gleb na obszarach wyżej położonych, a zwłaszcza niskim udziałem frakcji spławialnych. pozwalających zakwalifikować je do gleb bardzo lekkich i lekkich. TABELA 1. Zawartość iłu koloidalnego, węgla org. oraz właściwości buforowe badanych gleb TABLE 1. Content o f colloidal clay, organic carbon and buffer properties o f researched soils!jednostka systematyczna ITaxonomic unit C 1 11 kol.! C olloi- dal clay P nci P NaOI-l P NaOH P HC1 % g -kg" 1 cm2 j Mady brunatne 1Alluvial brown soils 7.2* , ,90-121,48 2.3* [ Mady próchniczne! Alluvial humous soils 11, ,11-65,72 39,19 8, , , Pararędziny antropogeniczne Anthropogenic pararendzinas 2, ,77 23,21-51,86 87,31 74,75-110,39 29,75 9, ,3 IGleby antropogeniczne : próchniczne Anthropogenic humous soils 1 0, , , ,4 Gleby antropogeniczne o niewykształconym profilu Anthropogenic soils with unformed profile 6, , , ,48-52,39 74,98 11,41-110,23 2,4 * wartości średnie, mean values : ** przedziały wartości, ranges o f values

4 Materia organiczna i ii koloidalny a kształtowanie właściwości buforowych głeb 105 RYSUNEK 1. Zróżnicowanie powierzchni buforowych w cm2: a) PHcr b) PNa0H FIGURĘ 1. Diversitv " of buffer area in cnr: a) P HCI. b) P N;iOH nu Właściwości buforowe w analizowanych próbkach glebowych są bardzo zróżnicowane (tab. 1, rys. 1). Wśród badanych próbek znaczny ich procent (69%) charakteryzował się małą powierzchnią buforową (<40 cm2) w zakresie kwaśnym. Próbki o powierzchni buforowej P powyżej 70 cm2 stanowią zaledwie 10%. Jednocześnie zwraca uwagę znaczny udział (58%) próbek o dużej zdolności buforowej (>70 cm2) w zakresie zasadowym. Analizując właściwości buforowe w obrębie wydzielonych jednostek systematycznych zauważa się, że największe zdolności do przeciwstawiania się czynnikom zakwaszającym wykazują pararędziny antropogeniczne. Pozostałe jednostki systematyczne charakteryzują się zbliżonymi powierzchniami buforowania w zakresie kwaśnym i zasadowym (tab. 1). Tym niemniej wyliczone wartości stosunku PNa0I./P Hę, wskazują na duże zdolności buforowania w zakresie alkalicznym i małe w zakresie kwaśnym. Fakt ten pozwala stwierdzić, iż na terenie Parku przeważajągleby mało odporne na zakwaszenie, w których phka: <4,5 04,6-5,5 «5.6-6,5 0>6,6 RYSUNT2K 2. Zróżnicowanie ph badanych gleb FIGURE 2. Diversity o f ph in researched soils

5 106 K. Waleń czak, S. E. Liczna/: M. Licznar TABELA 2. Współczynniki korelacji między badanymi właściwościami gleb (N =96, P<0.05) TABLE 2. The coefficients o f the correlation between researched properties o f soils (N =96, p <0.05) Zmienna PHk c. Ił kol. C P P ip -P 1ICl NaOIl 1 I ICl NaOIl Parameter Colloidal clay PHkc, Ił kol. Colloidal clay -0,34* 1, 0 0 1, 0 0 C rg 0,42* 0.14 LOO P IICJ... 0,84* -0,0 6 0,50* P NaOlI -0,77* 0,43* -0, * P 1IC1 + P NiiOII 0,07! 0.33* 0.37* 0.27* 0.48* il.00 * współczynniki istotne - coefficients significant nawet małe ilości substancji zakwaszających mogą spowodować zmianę ich odczynu. Powodowane jest to przede wszystkim bardzo kwaśnym i kwaśnym odczynem badanych gleb (rys. 2). W literaturze [Adamczyk i in. 1983: Bednarek i in. 2004; Miechówka. Dziurzyńska 1990] podkreśla się, że zdolności buforowe gleb zależą od odczynu, zawartości węgla organicznego i obecności ilu koloidalnego. Analiza statystyczna (tab. 2) potwierdza istotnie dodatnią korelację powierzchni buforowania P z ph i zawartością C-organicznego. Powierzchnie buforowania w zakresie zasadowym PNa0H wykazały dodatnią korelację z zawartością ilu koloidalnego, natomiast ujemną z ph. Na podstawie uzyskanych wyników można wnioskować o niskiej zdolności przeciwstawiania się zakwaszeniu większości gleb Parku Szczytnickiego. Wysoka podatność na zakwaszenie większości gleb parku, z wyjątkiem pararędzin antropogenicznych, powodowana jest brakiem węglanu wapnia i niską zawartością substancji organicznej [Licznar i in. 2007]. WNIOSKI 1. Gleby Parku Szczytnickiego mają większe zdolności buforowe przeciwstawiania się alkalizacji niż zakwaszeniu. Stosunek powierzchni buforowej w zakresie kwaśnym do powierzchni w zakresie zasadowym w badanych glebach kształtuje się średnio jak 1:2. 2. Zdolności buforowe gleb Parku były istotnie zależne od zawartości iłu koloidalnego, węgla organicznego oraz od ph. 3. Wśród analizowanych jednostek typologicznych pararędziny antropogeniczne wykazują największe zdolności przeciwstawiania się czynnikom zakwaszającym. LITERATURA ADAMCZYK B., OLEKSYNOWA K., NIEMYSKA-LUKASZCZUK J., DROŻDŻ- II AR A M.. MIE CHÓWKA A.. KOZŁOWSKA E.. FAJTO A. 1983: Zbuforowanie gleb Puszczy Niepolomickiej. Rocz. Glebozn : BARAN S.. TURSKI R. 1996: Degradacja, ochrona i rekultywacja gleb. Wyd. AR w Lublinie: 163 ss. BEDNAREK R.. DZI ADO WIEC H.. PÓKOJSKA U.. PRUSINKIEWICZ Z. 2004: Badania ekologiczno-gleboznawcze. Wyd. Nauk. PWN. Warszawa: 344 ss.

6 Materia organiczna i ił koloidalny a kształtowanie właściwości buforowych gleb 107 DĘBICKI R. 2000: Degradacja sleby i jej skutki w środowisku przvrodniczvm. Racz. AR w Poznaniu 317: DROZD J. 1996: Gleby terenów urbanizowanych. ich zagrożenie ekologiczne i metody kształtowania żyzności. W: Zieleń w środowisku miejskim. Wrocław: DROZD J. 1997: Gleby terenów miejskich i metody podnoszenia ich żyzności. W: Sztuka ogrodów w krajobrazie miasta. Wrocław: GREINERTH.. GRE1NERTA. 1999: Ochrona i rekultywacja środowiska glebowego. Monografia nr 92. Wyd. Politechniki Zielonogórskiej: 326 ss. LICZNAR S. E., LICZNAR M. 2005: Oddziaływanie aglomeracji miejskiej Wrocławia na poziomy próchniczne gleb Parku Szczytnickiego. Rocz. Glebozn. 56, 1/2: LICZNAR S. E.. LICZNAR M., LICZNAR R 2007: Monitoring środowiska: badania pokry wy glebowej Parku Szczytnickiego we Wrocławiu. Instytut Badań Systemowych PAN. Warszawa: 104 ss. MALCZYK P. 1998: Właściwości buforowe eleb wybranych ekosystemów leśnych. "Lesz. Probl. Post. Nauk Roin. 456: MIECHÓWKA A. DZIURZYŃSKA A. 1990: Odporność gleb Podhala na antropogeniczną degradację. Problemy Zagospodarowania Ziem Górskich 32: MIECHÓWKA A.. MIKOŁAJCZYK J. 1994: Buffer ability of Podhale soils. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 413: MIECHÓWKA A.. MAZUREK R., CIARKOWSKA K. 1995: Odporność gleb południowej Polski na zmiany odczynu. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 4 2 la: SIUTA J. 1978: Ochrona i rekultywacja gleb. PWRiL Warszawa: 288 ss. Prof dr hab. Michał Licznar Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Instytut Nauk o Głebie i Ochrony Środowiska, i ił. Grunwaldzka 53, Wrocław; m ichal licz nar (a),up. wroc.pl