ANNALES. Stanisław Lenart. Wpływ wieloletniego nawożenia, zmianowania i uprawy roli na mikrostrukturę gleby

Transkrypt

1 ANNALES U N I V E R S I T A T I S MARIAE LUBLIN VOL. LIX, Nr 2 * CURIE- S K Ł O D O W S K A POLONIA SECTIO E 2004 Ktedr Agronomii, Szkoł Główn Gospodrstw Wiejskiego ul. Nowoursynowsk 159, Wrszw, Polnd Stnisłw Lenrt Wpływ wieloletniego nwożeni, zminowni i uprwy roli n mikrostrukturę gley The effect of long-term fertiliztion, crop rottion nd soil tillge on soil microstructure ABSTRACT. The im of this study ws to exmine the effect of 40-yer differentted fertiliztion (minerl, orgnic, minerl-orgnic), crop rottion (4-field crop rottion with red clover nd without legumes) s well s the 20-yer soil tillge systems (mouldord plowing, direct drilling) on soil microstructure. The study ws sed on three long-term field experiments locted on the lck erth (Mollic Gleysols) developed from light oulder lom. The content of soil microggregtes mm ws determined y wet sieving nd the content of micro-ggregtes <0.05 mm y pipette method. The content of soil micro-ggregtes (Wd) ws expressed s proportion of micro-ggregtes content in soil to soil prticles content of the sme size. The soil nd plnt cultivtion systems significntly influenced the soil microstructure. Especilly continuous use of direct drilling nd mnure fertiliztion s well s the crop rottion with red clover significntly limited the dispersion of soil on micro-ggregtes <0.05 mm. These tretments simultneously incresed the content of micro-ggregte frctions >0.05 mm in the dispersed soil. KEY WORDS: long-term fertiliztion, frmyrd mnure, minerl fertiliztion, crop rottion, direct drilling, soil microstructure Zgodnie z ogólnie uznnym modelem wielorzędowej udowy gregtów gleowych, njdroniejsze cząstki gleowe łączą się w mikrogregty o średnicy <0,25 mm, mikrogregty stnowią podstwę udowy mkrogregtów gleowych o średnicy >0,25 mm [Tisdll, Odes 1982; Dexter 1988; Odes, Wters 1991; Tisdll 1994]. Agregtow udow gley jest jednym z njwżniejszych Annles UMCS, Sec. E, 2004, 59, 2,

2 Wpływ wieloletniego nwożeni, zminowni i uprwy roli n mikrostrukturę gley 924 czynników wrunkujących porowtość gle orz zsoy i trnsport w gleie wody, powietrz, ciepł, tkże skłdników pokrmowych [Odes 1984; Horn i in. 1994; Suwrdji, Eerch 1998]. Stwrz on korzystne wrunki dl różnorodnych gtunków flory i funy gleowej orz systemu korzeniowego roślin [Hssink i in. 1997]. Utrzymywnie się w okresie wegetcji korzystnych włściwości środowisk gleowego zleży w dużej mierze od stopni odporności gregtów gleowych n destrukcyjne dziłnie czynników zewnętrznych, zwłszcz n rozmywjące dziłnie wody. Mł podtność gregtów gleowych n dyspersyjne dziłnie wody ogrnicz również występownie erozji wodnej gle, jednej z njwżniejszych przyczyn degrdcji gle orz zurzeń w nturlnym oiegu niektórych pierwistków w przyrodzie [Curtin i in. 1994; Rejmn i in. 1994; Le Bissonnis 1996]. Wodoodporność gregtów gleowych zleży zrówno od nturlnych czynników, m.in. tworzyw gleowego i klimtu, jk też od ziegów grotechnicznych stosownych przez rolnik. Ziegi grotechniczne szczególnie silnie wpływją n ksztłtownie i wodoodporność mkrogregtów gleowych, ntomist n ogół uwż się, że w zncznie mniejszym stopniu n te ziegi podtn jest mikrostruktur gley [Tisdll, Odes 1982; Tisdll 1994]. Celem oprcowni yło określenie dyspersyjności gley n mikrogregty w zleżności od wieloletniego (40 lt) nwożeni orgnicznego i minerlnego orz zminowni z udziłem koniczyny i ez motylkowtych, tkże od długotrwłej (20 lt) uprwy płużnej i siewu ezpośredniego. Złożono, że długotrwłe stosownie zróżnicownych ziegów grotechnicznych w sttycznych doświdczenich polowych spowodowło istotne zminy włściwości gley i w efekcie zróżnicownie procesów mikrogregcji gley. METODY W dnich wykorzystno trzy wieloletnie, sttyczne doświdczeni polowe zloklizowne w RZD Chylice, woj. mzowieckie, n gleie typu czrnej ziemi wytworzonej z gliny zwłowej lekkiej, pylstej, odgórnie spiszczonej, wg FAO zlicznej do typu Mollic Gleysols. W dwóch doświdczenich nwozowych porównywno tkie sme systemy nwożeni: 1) minerlny (NPK), 2) org niczny, w którym pod okopowe stosowno po 40 t h, pod zoż i rzepk po 20 t h oornik (OB), 3) minerlno-orgniczny (1/2NPK+1/2OB), 4) kontrol ez nwożeni ("0"). W jednym z tych doświdczeń (Zm) stosowno zminownie typu norfolskiego (okopowe, jęczmień jry+wsiewk, koniczyn czerwon, pszenic ozim), ntomist w drugim (Zm-2) zminownie ez roślin motylkowtych: okopowe, jęczmień jry, rzepk ozimy, pszenic ozim. Doór

3 Wpływ wieloletniego nwożeni, zminowni i uprwy roli n mikrostrukturę gley 925 roślin do zminowni orz dwki nwozów uległy zminom w okresie trwni doświdczeń, co przedstwiono szczegółowo w innym oprcowniu [Lenrt 1999]. W okresie trwni doświdczeń nie wpnowno gley. W trzecim doświdczeniu dno dw systemy uprwy roli: 1) uprwę płużną (trdycyjną), 2) uprwę zerową (siew ezpośredni). N oiekcie z siewem ezpośrednim nie stosowno żdnej mechnicznej uprwy roli, nsion wysiewno specjlnym siewnikiem do siewu ezpośredniego firmy Rotseeder. Przed złożeniem doświdczeni zstosowno wpno tlenkowe w ilości 2,5 t h, w ltch 1983 i 1987 wpno węglnowe (2 t h ) orz kizeryt (60 kg h ). Uprwine rośliny (zożowe, strączkowe i rzepk) nwożono wyłącznie nwozmi minerlnymi (NPK). Próy gleowe do dń porno po ziorze jęczmieni jrego z wrstwy 0 20 cm w doświdczenich nwozowych orz z dwóch poziomów wrstwy ornej, tj cm i cm w doświdczeniu uprwowym. Skłd grnulometryczny gley oznczono n wszystkich poletkch stosując metodę reometryczną w modyfikcji Prószyńskiego. Zgodnie z procedurą stosowną przez Kčinskiego [Rewut 1980] skłd mikrogregtowy oznczono w prókch gley o msie 20 g uprzednio moczonej przez 24 h w 250 ml wody i nstępnie wytrząsnej przez dwie godziny przy 90 orotch n minutę. Do wody nie dodwno sustncji peptyzujących. Zwiesinę gley przesiewno przez zestw sit o średnicy oczek: 1,0; 0,5; 0,25; 0,1; 0,05 mm. Zwiesinę z cząstkmi gley <0,05 mm uzupełnino wodą do 1 litr, z której metodmi sedymentcyjnymi wydzielono mikrogregty o średnicy 0,05 0,02 mm i <0,02 mm. Ze względu n zróżnicowny w pewnym stopniu skłd grnulometryczny dnej gley do oceny dyspersji gley wykorzystno m.in. tzw. wskźniki dyspersji gley (Wd) n wyrne frkcje mikrogregtów, oliczone według wzoru: Wd = i /i, gdzie i procentow zwrtość w gleie i-tej frkcji mikrogregtów gleowych; i procentow zwrtość w gleie i-tej frkcji grnulometrycznej (o tej smej średnicy, co frkcj mikrogregtów). Uzyskne wyniki dń poddno dwuczynnikowej nlizie wrincji. Do wydzieleni grup jednorodnych spośród średnich oiektowych zstosowno procedurę Tukey. Średnie oiektowe włączone do jednej grupy jednorodnej oznczono z pomocą tych smych liter. Bdnie zleżności mikrostruktury od innych cech gley przeprowdzono z pomocą korelcji prostej. WYNIKI W doświdczeniu nwozowym prowdzonym w zminowniu z koniczyną (Zm), zwrtość poszczególnych frkcji whł się w nstępującym zkresie:

4 Wpływ wieloletniego nwożeni, zminowni i uprwy roli n mikrostrukturę gley 926 pisek (1 0,1 mm) 53 60%, pył (0,1 0,02 mm) 17 22%, części spłwilne (<0,02 mm) 21 27%, ił koloidlny (<0,002 mm) 11 15%. W drugim doświdczeniu nwozowym, gdzie jest stosowne zminownie ez motylkowtych (Zm-2) orz w doświdczeniu uprwowym gle chrkteryzowł się niezncznie lżejszym skłdem grnulometrycznym, jego wrtości yły odpowiednio nstępujące: 58 66, 16 20, 18 23, 10 13% orz 59 64, 17 19, 19 23, 9 11%. Ukłd doświdczeń polowych uwzględnił kierunek zmienności gleowej. Frkcje grnulometryczne Soil prticles Mikrogregty Soil microggregtes % ,1 mm 0,1-0,02 mm <0,02 mm Rycin 1. Skłd grnulometryczny i mikrogregtowy gley niezleżnie od dnych czynników Figure 1. Soil prticle nd micro-ggregte size distriution independently of experimentl tretments Z porównni skłdu mikrogregtowego z grnulometrycznym wynik (ryc. 1), że niezleżnie od dnych czynników procentow zwrtość w gleie mikrogregtów o średnicy <0,02 mm ył średnio o 35% mniejsz niż zwrtość cząstek grnulometrycznych o tej smej średnicy. Ntomist zwrtość w gleie poszczególnych frkcji gregtów o średnicy 0,1 0,02 mm orz 1,0 0,1 mm ył odpowiednio o 9% i 10% większ. Tk więc mikrogregty i cząstki gleowe o średnicy <0,02 mm rły udził w tworzeniu wodoodpornych gregtów o większej średnicy, tj. >0,02 mm. O znczeniu njdroniejszych cząstek gleowych, zwłszcz cząstek ilstych <0,002 mm, w ksztłtowniu wodoodpornych mikrogregtów świdczą wyniki dń włsnych, zmieszczone w teli 1. Wskzują one n występownie dość ścisłego dodtniego związku, zwłszcz między zwrtością w gleie iłu koloidlnego tworzeniem się mikrogregtów o średnicy <0,02 mm orz 0,1 0,02 mm. Ntomist ujemn korelcj między zwrtością cząstek gley <0,02 i <0,002 mm zwrtością w gleie mikrogregtów o njwiększej średnicy 1,0 0,1 mm może wskzywć n znczny udził pojedynczych ziren frkcji pisku w tej frkcji mikrogre-

5 Wpływ wieloletniego nwożeni, zminowni i uprwy roli n mikrostrukturę gley 927 Tel 1. Współczynniki korelcji między zwrtością w gleie (w %) frkcji grnulometrycznych <0,02 orz <0,002 mm zwrtością w gleie wyrnych frkcji mikrogregtów (n = 48, = 0,01) Tle 1. Correltion coefficients etween the content of soil prticles (<0.02; <0.002 mm) nd frctions of soil micro-ggregtes (n = 48, = 0.01) Frkcje grnulometryczne Soil prticles <0,02 mm <0,002 mm Zwrtość w gleie (w %) mikrogregtów The content of soil micro-ggregtes 1,0-0,1 mm 0,1-0,02 mm <0,02 mm -0,657 0,755 ni ns -0,764 0,606 0,674 ni nieistotne ns not significnt gtów. O istotnym związku między skłdem grnulometrycznym gregtowym gley świdczą prce wielu utorów [Tisdll, Odes 1980; Domżł, SłowińskJurkiewicz 1988; Lipiec, Dęicki 1989; Owczrzk, Mocek 2000]. Bdni włsne wykzły, że wieloletnie stosownie zróżnicownych ziegów grotechnicznych istotnie wpłynęło n wodoodporność gregtów gleowych n poziomie mikrostruktury (ryc. 2). Njmniejszą dyspersyjnością n njdroniejsze frkcje mikrogregtów, tj. <0,05 mm, wykzywł się gle od 20 lt pozwion mechnicznej uprwy, jk również gle od 40 lt nwożon wyłącznie oornikiem (średnio 22,5 t h rocznie) lu n której stosowno zminownie norfolskie. Jednocześnie pod wpływem tych ziegów grotechnicznych powstło njwięcej mikrogregtów >0,05 mm, w relcji do cząstek grnulometrycznych o tej smej średnicy, odpornych n destrukcyjne dziłnie wody. Zróżnicownie wrtości wskźników dyspersji gley n poszczególne frkcje mikrogregtów wynosiło między skrjnymi oiektmi w rmch dnych czynników od 3% do 11% (wszystkie różnice udowodnione sttystycznie). Poz nwożeniem oornikiem wśród pozostłych oiektów nwozowych zróżnicownie struktury mikrogregtowej yło nieznczne, jednkże z tendencją do njrdziej negtywnego oddziływni n mikrogregcję gley oiektu w ogóle nienwożonego. Wpływ wrstwy gley n mikrostrukturę wyrżoną w postci wskźników dyspersji ył nieistotny, dltego też wyników tych nie przedstwiono. Uzyskne wyniki dń włsnych świdczą o tym, że wpływ ziegów grotechnicznych n gregcję cząstek gleowych odywł się już n poziomie mikrostruktury. Wyniki te znjdują potwierdzenie w stosunkowo nielicznej literturze dotyczącej tego zgdnieni. Weill i in. [1989] stwierdzili mniejszą dyspersję gley n mikrogregty <0,25 mm w wrunkch corocznego nwożeni gley oornikiem (40 t h ) niż NPK orz gdy stosowno siew ezpośredni w porównniu z uprwą płużną. Cmrdell i Elliott [1993] również wykzli

6 Wpływ wieloletniego nwożeni, zminowni i uprwy roli n mikrostrukturę gley 928 A NPK OB 1/2NPK+1/2OB 1,2 Wd "0" 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 >0,05 B <0,05 C Zm 1,2 Zm-2 S 1,2 Wd 1 0,8 Wd 1 0,8 0,6 0,6 0,4 0,4 0,2 0,2 0 Up 0 >0,05 <0,05 >0,05 <0,05 NPK nwożenie minerlne minerl fertiliztion; OB nwożenie oornikiem frmyrd mnure fertiliztion; ½ NPK+½ OB nwożenie minerlno-oornikowe minerl nd frmyrd mnure fertiliztion; 0 ez nwożeni without fertiliztion; Zm zminownie z koniczyną crop rottion with red clover; Zm-2 zminownie ez motylkowtych crop rottion without legumes; S siew ezpośredni direct drilling; Up uprw płużn mouldord plowing Rycin 2. Dyspersj gley w zleżności od nwożeni (A), zminowni (B) orz uprwy gley (C) wyrżon z pomocą wskźników dyspersji gley (Wd) n frkcje mikrogregtów o średnicy >0,05 mm i <0,05 mm Figure 2. Dispersion of soil depending on fertiliztion (A), crop rottion (B) nd soil tillge (C) exspressed s rtio (Wd) of the content of soil microggregtes >0.05 nd <0.05 mm to the soil prticles content of the sme size dodtni wpływ uprwy zerowej w porównniu z uprwą płużną n zdolność dyspersyjną gley. Uprw płużn szczególnie sprzyjł dyspersji gley n frkcje o średnicy <0,053 mm orz 0,053 0,25 mm, ogrniczjąc udził w zdyspergownej gleie gregtów frkcji >0,25 mm. W dnich tych njmniej podtną n dyspersję okzł się gle spod wieloletnich trw. O korzystnym wpływie roślin wieloletnich pstewnych polegjącym n ogrniczniu dyspersji gley n cząstki ilste, świdczą tkże dni Ky, Dexter [1990], Perfect i in. [1990].

7 Wpływ wieloletniego nwożeni, zminowni i uprwy roli n mikrostrukturę gley 929 Jk wynik z dnych litertury i dń włsnych, ezpośrednią przyczyną zróżnicownej trwłości gregtów n poziomie mikrostruktury są, ook skłdu grnulometrycznego, tkże zminy w zwrtości orgnicznych i minerlnych skłdników gley, wywołne dziłlnością rolnik. Zgdnieni te ędą przedmiotem oddzielnego rtykułu. WNIOSKI 1. Wieloletnie zróżnicowne nwożenie i zminownie roślin orz uprw gley wywierją istotny wpływ n mikrostrukturę gley. 2. Spośród dnych systemów nwożeni njkorzystniejszy wpływ n mikrostrukturę wywierło nwożenie oornikiem. Również korzystniej n mikrostrukturę gley wpłynęł uprw zerow niż uprw płużn orz zminownie norfolskie z udziłem koniczyny niż zminownie ez motylkowtych. 3. Dodtni wpływ dnych oiektów n mikrostrukturę poległ n zmniejszeniu dyspersyjności gley n njdroniejsze frkcje mikrogregtów o średnicy <0,05 mm przy jednoczesnym zwiększeniu udziłu w zdyspergownej gleie gregtów o średnicy >0,05 mm. PIŚMIENNICTWO Cmrdell C.A., Elliott E.T Cron nd Nitrogen Distriution in Aggregtes from Cultivted nd Ntive Grsslnd Soils. Soil Sci. Am. J. 57, Dexter A.R Advnces in the chrcteriztion of soil structure. Soil Till. Res. 11, Domżł H., Słowińsk-Jurkiewicz A Wpływ skłdu grnulometrycznego i próchnicy n ilość gregtów gleowych i ich odporność n dziłnie wody. Rocz. Gle. 39, 3, Hssink J, Mtus F.J., Chenu C., Dlenerg J. W Interctions Between Soil Biot, Soil Orgnic Mtter, nd Soil Structure. Soil Ecology in Sustinle Agriculturl Systems. Proceedings of symposium held t the 15th Interntionl Congress of Soil Science, Acpulco, Mexico, 1994, Horn R., Tuner H., Wuttke M., Bumgrtl T Soil physicl properties relted to soil structure. Soil Till. Res. 30, Ky B.D., Dexter A.R Influence of ggregte dimeter, surfce re nd ntecedent wter content on the dispersiility of cly. Cn. J. Soil Sci. 70, Le Bissonnis Y Aggregte stility nd ssessment of soil crustility nd erodiility: I. Theory nd methodology. Europen J. Soil Sci. 47, Lenrt S Mteri orgniczn gley wodoodporność gregtów gleowych w wrunkch wieloletniego nwożeni i zminowni. Zesz. Prol. Post. Nuk Rol. 465, Lipiec J., Dęicki R Zleżność między strukturą gle ich włściwościmi. Rocz. Gle. 40, 2, 5 19.

8 Wpływ wieloletniego nwożeni, zminowni i uprwy roli n mikrostrukturę gley 930 Odes J.M Soil orgnic mtter nd structurl stility: mechnisms nd implictions for mngement. Plnt nd Soil 76, Odes J.M., Wters A.G Aggregte Hierrchy in Soils. Aust. J. Soil Res. 29, Owczrzk W., Mocek A Koncepcj i metody dń modelownych struktur gleowych w kontekście możliwości ich wykorzystni przy wzogcniu gle różnymi komponentmi orgnicznymi i minerlnymi. Fol. Univ. Agric. Stetin. 211, Agricultur 84, Perfect E., Ky B.D., Vn Loon W.K.P., Sherd R.W., Pojsok T Fctors Influencing Soil Structurl Stility within Growing Seson. Soil Sci. Soc. Am. J. 54, Rejmn J., Pwłowski M., Dęicki R., Link M Stility of ggregtes nd erodility of loess soil. Polish J. Soil Sci. 27, 2, Rewut I. B Fizyk gley. PWRiL, Wrszw, Suwrdji P., Eerch P.L Sesonl chnges of physicl properties of n Oxic Pleustlf (red Kndosol) fter 16 yers of direct drilling or conventionl cultivtion. Soil Till. Res. 49, Tisdll J.M Possile role of soil microorgnisms in ggregtion in soils. Plnt nd Soil 159, Tisdll J.M., Odes J.M The Effect of Crop Rottion on Aggregtion in Red-rown Erth. Aust. J. Soil Res. 18, Tisdll J.M., Odes J.M Orgnic mtter nd wter-stle ggregtes in soils. J. Soil Sci. 33, Weill A.N., De Kimpe C.R., Mckyes E Effect of tillge reduction nd fertilizer on soil mcro- nd microggregtion. Cn. J. Soil Sci. 69,