Beata Łabaz, Bartłomiej Glina, Adam Bogacz *

Transkrypt

1 ZESZYTY NAUKOWE UNIWERSYTETU PRZYRODNICZEGO WE WROCŁAWIU ROLNICTWO XCVIII Nr Beata Łabaz, Bartłomiej Glina, Adam Bogacz * WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE CZARNYCH ZIEM OBSZARÓW LEŚNYCH WYSTĘPUJĄCYCH NA TERENIE PARKU KRAJOBRAZOWEGO DOLINA BARYCZY PHYSICAL AND PHYSICO-CHEMICAL PROPERTIES OF PHAEOZEMS AND GLEYSOLS ON FOREST AREAS IN LANDSCAPE PARK "DOLINA BARYCZY" Instytut Nauk o Glebie i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Institute of Soil Science and Environmental Protection, Wrocław University of Environmental and Life Sciences Celem badań była charakterystyka właściwości fizycznych oraz zdolności retencyjnych czarnych ziem wytworzonych z piasków występujących na terenie Parku Krajobrazowego Dolina Baryczy, użytkowanych jako grunty leśne. Analizowane gleby reprezentowane były przez profili ( próbek glebowych). W pobranym materiale glebowym oznaczono: skład granulometryczny, gęstość właściwą i objętościową, pf w zakresie od do,. W składzie granulometrycznym dominowała frakcja piasku. Gęstość fazy stałej gleby oscylowała w przedziale od, do, g cm -, gęstość gleby suchej w przedziale od, do,9 g cm -, porowatość całkowita od, do,%. Wartość potencjalnej retencji użytecznej wyniosła od, do, %v/v, natomiast efektywna retencja użyteczna wahała się w przedziale od, do, %v/v. SŁOWA KLUCZOWE: właściwości fizyczne, właściwości retencyjne, czarne ziemie WSTĘP Dolina Baryczy leży na obszarze wielkiej monokliny przedsudeckiej, zbudowanej ze skał osadowych wieku permsko-mezozoicznego. Utwory dominujące na tym terenie to głównie: gliny zwałowe, iły, piaski kwarcowe oraz utwory eoliczne (Ranoszek i Ranoszek Praca wykonana została w ramach Projektu Badawczego nr N N 9. Do cytowania For citation: Łabaz B., Glina B., Bogacz A.,. Właściwości fizyczne czarnych ziem obszarów leśnych występujących na terenie Parku Krajobrazowego Dolina Baryczy. Zesz. Nauk. UP Wroc., Rol. XCVIII, : 9.

2 9 Beata Łabaz i wsp. ). Jednym z kilku typów gleb wykształconym na tym obszarze są czarne ziemie. Genezę czarnych ziem piaszczystych należy wiązać ze środowiskiem silnie uwilgotnionym. Gleby te wykształciły się na obszarach pokrytych niegdyś gęstą siecią cieków wodnych. Obecnie teren ten ujęty jest w odwadniający kanał Młynówka Sułowsko-Radziącka. Właściwości fizyczne gleb są w znacznym stopniu modyfikowane poprzez rodzaj i intensywność jej użytkowania (Bogacz i wsp. ). Ważnym czynnikiem zmian omawianych właściwości są także warunki wilgotnościowe (Klimowicz 9). Efekty opisanych zmian są wyraźnie widoczne w badanych czarnych ziemiach piaszczystych użytkowanych leśnie. Celem pracy była charakterystyka właściwości fizycznych czarnych ziem ukształtowanych z utworów piaszczystych obszaru Parku Krajobrazowego Dolina Baryczy użytkowanych leśnie. MATERIAŁ I METODY Badania terenowe przeprowadzono w 9 r. na czarnych ziemiach zdegradowanych z obszaru Parku Krajobrazowego Dolina Baryczy (PTG 9). Do badań wytypowano profili zlokalizowanych na północ od miejscowości Borek (profile nr:,,, ) oraz na południowy zachód od miejscowości Dunkowa (profil nr ) (rys. ). Obiekty zlokalizowano w siedliskach leśnych reprezentujących następujące typy: Profil nr las silnie, dominujący drzewostan to dąb szypułkowy, klon, jawor, czeremcha zwyczajna. Profil nr las, dominujący drzewostan to dąb szypułkowy, czeremcha zwyczajna, grab. Profil nr las silnie, dominujący drzewostan to dąb szypułkowy, czeremcha zwyczajna, grab. Profil nr las umiarkowanie, dominujący drzewostan to brzoza brodawkowata, olsza czarna, dąb szypułkowy. Profil nr las silnie, dominujący drzewostan to dąb szypułkowy, czeremcha zwyczajna, grab. W pobranym materiale glebowym określono następujące właściwości fizyczne: skład granulometryczny metodą Bouyoucosa w modyfikacji Casagranda e i Prószyńskiego (Gee i Bauder 9), gęstość fazy stałej metodą piknometryczną (Drozd i wsp. ), gęstość gleby suchej przy użyciu cylinderków Kopeckiego (Blake i Hortge 9), właściwości retencyjne gleb w zakresie pf, wyznaczono przez zastosowanie bloku piaskowego i kaolinowo-piaskowego firmy Ejkelkamp (Topp i Zebchuck 99), właściwości retencyjne gleb w zakresie pf,, przy zastosowaniu komór wysokociśnieniowych Richarda.

3 Właściwości fizyczne czarnych ziem... 9 Rys.. Lokalizacja profili glebowych Fig.. Localization of soil profiles WYNIKI I omówienie Badane gleby widnieją na mapach glebowo-siedliskowych w skali : jako czarne ziemie murszaste i czarne ziemie zdegradowane. Zgodnie z klasyfikacją zasobów glebowych Świata (WRB ) gleby te na podstawie stwierdzonych cech morfologicznych oraz niezbędnych analiz zaliczono do oraz Mollic Phaeozems Arenic (tab. i ). Miąższość poziomów próchnicznych wahała się od do cm. Poziom wody glebowo-gruntowej w okresie prowadzenia badań terenowych kształtował się w zakresie od do ponad cm poniżej powierzchni terenu. Uziarnienie określane jest jako jeden z najważniejszych parametrów fizycznych gleb. Warunkuje ono zarówno podstawowe, jak i funkcjonalne cechy fizyczne gleb, a także pośrednio definiuje cechy chemiczne i biologiczne gleb (Mocek i wsp. 9). Różnorodność składu granulometrycznego wiąże się ściśle z procesami genetycznymi, takimi jak: rodzaj wietrzenia, transport materiału glebowego (procesy eluwiacji i iluwiacji), a także zabiegami agrotechnicznymi (Komisarek ). Badane gleby zawierają niewiele frakcji szkieletowej (> mm), której udział nie przekracza %. W badaniach prowadzonych przez Mocka i wsp. (9) autorzy stwierdzili, że niewielka zawartość frakcji szkieletowej warunkowana jest powstaniem czarnych ziem w środowisku wód stojących lub zastoiskowych. W grupie części ziemistych analizowanych gleb, w większości poziomów genetycznych obserwowano dominację frakcji piaszczystej (, mm) o zmiennym udziale mieszczącym się w granicach 99%. W poziomach powierzchniowych i przejściowych ilość frakcji piasku mieściła się w przedziale 9%, natomiast w skale macierzystej była niekiedy znacznie mniejsza (tab. ). W poziomach C obserwowano także przewarstwienie piasków namułami profil nr.. Wzrost zawartości frakcji pyłowej (,, mm) dotyczy głównie poziomów powierzchniowych. Zawartość frakcji ilastej (<, mm) świadczy o różnorodności genetycznej poszczególnych poziomów glebowych. Największy udział tej frakcji notowano w poziomach środkowych badanych gleb. Pod względem kategorii ciężkości badane profile można klasyfikować jako bardzo lekkie i lekkie.

4 9 Beata Łabaz i wsp. Skład granulometryczny gleb Texture of soils Tabela Table Nr. profilu Profile No. Poziom genetyczny Soil horizon Miąższość poziomu (cm) Horizon thickness >,,,,,,,,,,, <, Grupy granulometryczne wg Polskiego % zawartość frakcji o Ø w mm Towarzystwa Gleboznawczego % content of fraction Ø in mm () Texture Classes Polish Soil Society () 9 A A ACg Cg II Cg III C A II Cg II Cgca III C III C III C > > Mollic Phaeozems Arenic 9 piasek słabogliniasty piasek gliniasty glina piaszczysta glina piaszczysto-ilasta piasek gliniasty glina piaszczysto-ilasta glina ilasta glina ilasta loamy y loam y clay loam loamy y clay loam clay loam clay loam

5 Właściwości fizyczne czarnych ziem Tabela cd. Table cont. 9 A II Cg III Cg IV Cg A A Cgg > > Mollic Phaeozems Arenic 9 9 piasek gliniasty glina piaszczysto-ilasta glina zwykła glina lekka loamy y clay loam loam y loam A A II Cgg II Cgg III C > piasek słabogliniasty glina piaszczysta piasek słabogliniasty piasek gliniasty glina zwykła y loam loamy loam

6 Beata Łabaz i wsp. Gęstość właściwa badanych czarnych ziem zagospodarowanych leśnie wahała się w przedziale od, do, g cm - w poziomie skały macierzystej. Zauważalna była tendencja wzrostu gęstości właściwej wraz ze wzrostem głębokości profilu. Parametr ten opisywany dla czarnych ziem w różnych rejonach Polski nie różnił się pod względem opisywanych wartości (Klimowicz 9, Musierowicz 9, Bogacz i wsp. ). Gęstość objętościowa opisywanych czarnych ziem była silnie zróżnicowana, a jej wartości oscylowały w przedziale od, g cm - w poziomach próchnicznych do,9 g cm - w poziomach skały macierzystej. W niektórych profilach obserwowano tendencje do wzrostu wartości tego parametru wraz z głębokością. Podobne zjawisko opisali w swoich pracach dotyczących czarnych ziem piaszczystych Klimowicz (9) oraz Bogacz i wsp. (). Zmiana powyższych parametrów powodowała spadek porowatości całkowitej wraz z głębokością. Wynika to głównie z wysokiej zawartości próchnicy glebowej (Bogacz i wsp. ) w powierzchniowych poziomach genetycznych, a także obecności fauny glebowej (tab. ). Porowatość różnicowa obrazująca rozkład w glebie makro-, mezo- i makroporów jest głównym wskaźnikiem retencyjności gleb (Zawadzki 999). Przeprowadzone badania czarnych ziem piaszczystych wykazały, iż najmniejszy udział w porowatości całkowitej wykazują mikropory (, µm), a następnie mezopory (, µm), których objętość nie przekracza % objętości gleby. Największą objętość wykazywały makropory (> µm), których wartości oscylowały pomiędzy a 9%. Objętość makroporów wyraźnie wzrastała wraz z głębokością gleby, co świadczyć może o dużej odciekalności poziomów C (tab. ) W badaniach czarnych ziem piaszczystych użytkowanych jako łąki, objętość porów kształtowała się w nieco szerszym zakresie parametrów retencyjności (Walczak i wsp. ). Możliwości retencyjne poziomów powierzchniowych silnie wzbogaconych w próchnicę obszarów łąkowych i leśnych analizowali w swojej pracy Bogacz i wsp. (). Stwierdzali oni niekiedy -krotnie większą retencyjność poziomów o wysokiej zawartości węgla niż poziomów uboższych w próchnicę i bardziej spiaszczonych. Zawartość wody przy pf odpowiadająca kapilarnej pojemności wodnej (KPW) mieściła się w przedziale od,% w poziomie C do,% w poziomie A. Wartości polowej pojemności wodnej (PPW) oznaczone dla pf, były bardzo silnie zróżnicowane i kształtowały się od,% w poziomie C do 9,% w poziomie A. Zawartość wody przy wilgotności odpowiadającej górnej granicy wody dostępnej przyjętej dla traw pf, była również silnie zróżnicowana (tab. ). Podobne wartości dla czarnych ziem ukształtowanych z materiałów piaszczystych przedstawili w swoich badaniach Bogacz i wsp. (). Uzyskane wyniki efektywnej i potencjalnej retencji użytecznej (ERU i PRU) dla badanych gleb przyjęto na podstawie opracowań dotyczących gleb wysoko próchnicznych i hydrogenicznych (Okruszko i Piaścik 99). Wyniki pomiarów wilgotności gleb zwłaszcza dla ERU (,,) dobitnie wskazują na kluczową rolę materii organicznej w kształtowaniu zdolności retencyjnych gleb. Dobrym wskaźnikiem retencyjności poziomów powierzchniowych gleb są także możliwości gromadzenia wody przy PPW wyrażane w mm opadu. Zapas wody zatrzymywanej w próchnicznej warstwie cm mieścił się w szerokim przedziale od, mm do, mm (tab. ). Zjawisko to było uwarunkowane także sposobem użytkowania gleb.

7 Właściwości fizyczne czarnych ziem... Wybrane właściwości fizyczne badanych gleb Selected physical properties of examined soils Tabela Table Nr profilu Profile No. Poziom genetyczny Soil horizon A A ACg Cg II Cg III C A II Cg II Cgca III C III C III C A II Cg III Cg IV Cg A A Cgg A A II Cgg II Cgg III C Miąższość poziomu (cm) Horizon thickness > > > > > ρ w ρ o Pc pory (%) pores >, <, (g cm - ) (%),,,,,,,,, 9,,,,, Mollic Phaeozems Arenic,,99 9,,,,9,,,9,,,,,,,,,,,,,,9,,,,, Mollic Phaeozems Arenic,,,,,,,,,,9,,,,,,9,, 9,9, Objaśnienia: ρ w gęstość fazy stałej gleby, ρ gęstość objętościowa, Pc porowatość całkowita, nie o oznaczono Explanation: ρ w specific gravity, ρ bulk density, Pc total porosity, not identified o

8 Beata Łabaz i wsp. Właściwości wodne badanych gleb Water properties of examined soils Nr profilu Profile No. Poziom genetyczny Soil horizon Miąższość poziomu (cm) Horizon thickness Wilgotność przy (% v/v) Moisture at pf > pory (µm) pores -, PRU,, (% v/v) A A ACg ,,,,,,,,, Mollic Phaeozems Arenic,,, A - -,,,,,,9 9, 9, A II Cg A A A A II Cgg ,,,,,9,,,,,,,,9, Mollic Phaeozems Arenic, 9,,,,,,,,,,,,,,,,, Objaśnienia: PRU potencjalna retencja użyteczna, ERU efektywna retencja użyteczna Explanation: PRU potencial useful retension, ERU effective useful retension <,,,,,,,,, 9,,, 9,, ERU,, pf,,,,,,,,,,,,, Tabela Table Zapas wody w warstwie Reserve of water in cm,,,,,

9 Właściwości fizyczne czarnych ziem... Cechy morfologiczne profili glebowych i ich właściwości chemiczne Morphological features in soil profiles and their chemical properties Tabela Table Numer profilu Profile No. Poziom genetyczny Genetic horizon A A ACg Cg IICg IIIC A IICg IICgca IIIC IIIC IIIC A IICg IIICg IVCg A A Cgg A A IICgg IICgg IIIC Głębokość (cm) Depth Barwa gleby Munsell Soil Color YR / YR / Y / Y / Y /,Y /,YR / Y / GY / Y /,Y /,Y /,Y / Y./ Y / Y / Y / Y / YR / YR / Y / YR / YR / Y / GY / G / CaCO (%),,,,,,,,,, Zawartość C-org. (g kg - ) Content C-org.,,9,9 9,,,,,,,,,,9 Objaśnienia: Corg. węgiel organiczny, nie oznaczono Explanation: Corg. organic carbon, not identify Struktura Structure rozdziel.-ziar. angularna rozdziel.-ziar. angularna angularna rozdziel.-ziar. rozdziel.-ziar. rozdziel.-ziar. Rodzaj oglejenia Hydroxymorphic features marmurkowate plamiste strefowe marmurkowate marmurkowate angularna angularna marmurkowate strefowe rozdziel.-ziar. plamiste angularna angularna marmurkowate strefowe Stan uwilgotnienia Moisture mokry mokry

10 Beata Łabaz i wsp. Przeprowadzona analiza statystyczna dla poziomu ufności, wykazała istotnie ujemne korelacje pomiędzy zawartością frakcji piasku a gęstością właściwą badanych gleb oraz pomiędzy frakcją ilastą a gęstością objętościową. Istotnie dodatnie korelacje zostały wykazane pomiędzy zawartością frakcji iłu a gęstością fazy stałej (tab. ). Współczynniki korelacji pomiędzy niektórymi właściwościami gleb (n=) Coefficient of correlations between selected properties of soils Tabela Table Zmienna Variable Frakcja piasku Sand fraction Frakcja pyłu Silt fraction Frakcja iłu Clay fraction ρ w ρ o Pc pf, pf, -, * -,, -, -,,, -,,,, *, * -, -, -, Objaśnienia: * statystycznie istotne z p <,, Pc porowatość całkowita, ρ w gęstość właściwa, ρ o gęstość objętościowa Explanation: * statistically significant at p <,, ρ w specific gravity, ρ bulk density, Pc total porosity o WNIOSKI. Wysoka zawartość materii organicznej, dużej miąższości poziomy próchniczne, często spotykany piaszczysty skład granulometryczny oraz silne oglejenie poziomów głębiej zalegających, przy wymyciu CaCO, pozwoliły zaklasyfikować badane gleby do Phaeozems i Gleysols z powierzchniowymi poziomami Mollic i cechami Arenic (WRB ).. Czarne ziemie użytkowane obecnie jako grunty leśne charakteryzowały się bardzo lekkim i lekkim składem granulometrycznym, a występujące niekiedy głębiej poziomy gliniaste z wyraźnymi cechami glejowymi przyczyniały się do większego retencjonowania wód opadowych.. Dominujący udział frakcji piaszczystej przy wysokiej zawartości materii organicznej determinowały właściwości retencyjne czarnych ziem wytworzonych z piasków.

11 Właściwości fizyczne czarnych ziem... PIŚMIENNICTWO Blake G.R., Hortge K.H., 9. Bulk den sity, [in]: Methods of Soil Analysis, Part I. (Ed): Klute A. Agronomy series No. 9 Am. Soc. Agronomy Soil Sci. Am. Inc. Publ., Madison, WI.. Bogacz A., Łabaz B., Dąbrowski P.,. Wybrane właściwości fizyczne i fizykochemiczne czarnych ziem w Parku Krajobrazowym Dolina Baryczy. Rocz. Glebozn., 9:. Bogacz A., Łabaz B., Włodarczyk E.,. Wpływ sposobu użytkowania na właściwości fizyczne i fizykochemiczne czarnych ziem okolic Milicza. Rocz. Glebozn.,, :. Drozd J., Licznar M., Licznar S.E., Weber J.,. Gleboznawstwo z elementami mineralogii i petrografii. Wyd. AR Wrocław:. Gee G.W., Bauder J.W., 9. Particle-size analysis, [in]: Methods of Soil Analysis, Part I. (Ed): Klute A. Agronomy series No. 9 Am. Soc. Agronomy Soil Sci. Am. Inc. Publ., Madison, WI.. Klimowicz Z., 9. Czarne ziemie Równiny Tarnobrzeskiej na tle zmiennych stosunków wodnych gleb tego obszaru. Rocz. Glebozn.,, :. Komisarek J.,. Kształtowanie się właściwości gleb płowych i czarnych ziem oraz chemizmu wód gruntowych w katenie falistej moreny dennej Pojezierza Poznańskiego. Rocz. AR w Poznaniu. Rozprawy Naukowe. z.. Mocek A., Owczarzak W., Tabaczyński R., 9. Uziarnienie oraz skład mineralogiczny czarnych ziem gniewskich. Roczn. Glebozn., :. Musierowicz A., Olszewski Z., Borgowski Z., Kępka M., 9. Czarne ziemie błońsko-sochaczewsko-łowickie. Roczn. Nauk. Roln.,, :. Polskie Towarzystwo Gleboznawcze, 9. Klasyfikacja uziarnienia gleb i utworów mineralnych PTG. Rocz. Glebozn.,, :. Ranoszek E., Ranoszek W.,. Park Krajobrazowy Dolina Baryczy, przewodnik przyrodniczy. Wyd. Gottwald., 9. Topp G.C., Zebchuck W., 99. The determination of soil water desorption curves for soil cores. Can. J. of Soil Sci., 9: 9. Walczak R., Witkowska-Walczak B., Sławiński C.,. Retencja i przewodnictwo wodne czarnych ziem Polski. Acta Agrophysica., :. Zawadzki S., 999. Gleboznawstwo. Państwowe Wydawnictwo Rolne i Leśne, Warszawa:. WRB World Reference Base For Soil Resources: Food and Agriculture Organization of the United Nations. World Soil Resources Reports. Rome:. PHYSICAL AND PHYSICO-CHEMICAL PROPERTIES OF PHAEOZEMS AND GLEYSOLS ON FOREST AREAS IN LANDSCAPE PARK "DOLINA BARYCZY" Summary This work describes the physical properties of forest soils ( and Mollic Phaeozems Arenic). Analyzed soils was represented by profiles ( soil samples), located in the Landscape Park "Dolina Baryczy". In collected soil samples following analyzes were performed: soil texture, bulk density, specific gravity, pf at to,. Soil fraction is dominated by y

12 Beata Łabaz i wsp. fraction. Specific gravity values ranged from, to, g cm -, bulk density values ranged from, to,9 g cm -, total porosity,,%. Effective useful retention in humic horizons varied from,, %v/v, while the potential useful retention values ranged between,,% v/v. In examined soils the largest share in total porosity take macropores. Their value increased with increasing depth and ranged between to %. Values of field water capacity marked for pf, varied from,,% v/v. Performed statistical analysis revealed a significant negative correlation between the fraction and specific gravity, between clay fraction and bulk density. Positive correlations were established between the content of clay fraction and bulk density. KEY WORDS: physical properties, water retention, Phaeozems, Gleysols