LICZBOWY INDEKS TROFICZNYCH ODMIAN PODTYPÓW GLEB BIELICOWYCH I RDZAWYCH

Transkrypt

1 ROCZNIKI GLEBOZNAW CZE TOM LIX NR 1 WARSZAWA 2008: STANISŁAW BROŻEK, MACIEJ ZWYDAK, JAROSŁAW LASOTA LICZBOWY INDEKS TROFICZNYCH ODMIAN PODTYPÓW GLEB BIELICOWYCH I RDZAWYCH NUMERICAL INDEX OF TROPHIC VARIANTS OF PODZOLS A N D ARENOSOLS SUBTYPES Katedra Gleboznawstwa Leśnego, Akademia Rolnicza w Krakowie Abstract: The aim of the study is to present the new diagnostic method for trophic variants of soil subtypes and its use in forest site cartography. A considerable number of soil features has been analysed looking for those which best divide the studied group of sites into trophic groups used in forest site cartography. The following groups of sites were studied: coniferous forests - distrophic soils, coniferous mixed forests - oligotrophic soils, deciduous mixed forests - mezotrophic soils and deciduous forests - eutrophic soils. Parallel valorization of soil by geochemical properties and by vegetation composition was used in this research. All compounds are expressed as contents in kg per volume of soil 100 x 100 cm and till the depth 150 cm. The discriminant analysis and graphic data analysis have shown that the soil group tested are best divided by the following features: contents of fraction <0.02 mm, contents of base cations (Ca+K+Mg+Na), percent of total nitrogen in first mineral horizon multiplied by 1/C:N and contents of hydrogen ions determined as total acidity divided by the fraction content <0.02 mm. Defined soil features enabled calculating the level of trophism of a given soil pedon. It is called the Site Soil Index (SIG) which is the numerical classification of trophic variants of soil subtype. Such extracted trophic variants of soil subtypes correspond with the forest site types much better than types and subtypes of soils. Słowa kluczowe: gleby leśne, klasyfikacja gleb, klasyfikacja siedlisk leśnych, odmiany troficzne gleb, metody numeryczne. Key words: forest soils, soil classification, forest site classification, trophic variants of soil subtypes, numerical techniques. WSTĘP Gleba stanowi ważny element klasyfikacji siedlisk leśnych w Polsce. Dotychczasowe jej ujęcie w kartografii sprowadzało się do szukania zależności pomiędzy typem, podtypem i rodzajem gleby a typem siedliska. Metodyka końcowej diagnozy typu siedliska zależała w znacznym stopniu od ogólnej wiedzy taksatora i nie była poparta bardziej obiektywnymi rozwiązaniami. W konsekwencji w kartowaniu siedlisk często występowały przypadki, że takie same gleby kwalifikowano do różnych typów siedlisk i odwrotnie taki sam typ siedliska proponowano dla gleb o różnych właściwościach.

2 8 S. Brożek, M. Zwydak, J. Lasota Celem niniejszej pracy jest próba zastosowania metod numerycznych do wyróżniania w obrębie podtypów gleb jednostek niższego rzędu. Taką jednostką może być wypracowana w kartografii siedlisk leśnych troficzna odmiana podtypu gleby - jednostka proponowana w Klasyfikacji Gleb Leśnych Polski [2000]. Niniejszymi badaniami objęto gleby bielicowe i rdzawe, które zajmują największą powierzchnię w lasach nizinnych Polski i dokładniejsza ocena ich trofizmu ma znaczenie teoretyczne i gospodarcze. METODYKA BADAŃ Do badań wyznaczono powierzchnie reprezentujące typy lasu podstawowe i zajmujące największą powierzchnię, zlokalizowane na całym obszarze niżu Polski. Sąto uboższe siedliska leśne z glebami bielicowymi i rdzawymi. Badania zawężono do siedlisk świeżych, w których uwilgotnienie gleb jest zbliżone. Były to powierzchnie w większych kompleksach leśnych, starszych klas wieku, o składzie gatunkowym drzewostanu i runa odpowiadającym warunkom siedlisk typowych, mało zmienionych przez człowieka, czyli zbliżone do naturalnych. Ważnym założeniem metodycznym w niniejszych badaniach jest równoległa ocena trofizmu gleb badanych stanowisk metodami gleboznawczymi oraz na podstawie wskaźnikowej roślinności runa leśnego, składu gatunkowego drzewostanów i jego cech taksacyjnych. Właściwości gleb znajdują wyraz w cechach uwidaczniających możliwości wzrostowe roślin. Ocena roślinności była pomocna przy wyznaczaniu granicznych wartości odmian troficznych gleb. Na 122 powierzchniach wykonano prace glebowe, spis runa leśnego i pomierzono cechy taksacyjne drzewostanu zgodnie z zasadami przyjętymi w kartowaniu siedlisk leśnych [Instrukcja urządzania lasu. Część ]. Oznaczano następujące właściwości gleb: Uziamienie - metodą areometryczną, ph - metodą potencjometryczną w IM roztworze KC1 i w H20, С organiczny - metodą oksydometryczną Tiurina, N całkowity - metodą Kjeldahla, wymienne formy Ca, Mg, К i Na - metodą absorpcji atomowej w wyciągu IM octanu amonu o ph 7,0, kwasowość wymienną i Al ruchomy - metodą Sokołowa w wyciągu IM KC1, kwasowość hydrolityczną - metodą Kappena, pojemność sorpcyjnąwyliczano z sumy kationów zasadowych i kwasowości hydrolitycznej, stopień wysycenia zasadami kompleksu sorpcyjnego - wyliczono jako udział kationów zasadowych w pojemności sorpcyjnej, gęstość objętościową oznaczano metodą suszarkowo-wagową w próbkach o nienaruszonej strukturze, pobranych do cylinderków. W badaniach zastosowano opracowaną dla kartografii siedlisk leśnych numeryczną metodę oceny wielu cech gleby zwaną Siedliskowym Indeksem Glebowym (SIG) [Brożek i in. 2006]. Jest to, syntetycznie ujmując, sprowadzenie wielu cech gleby z wielu poziomów genetycznych w całym profilu do jednej liczby. Koncepcję, powstanie i zastosowanie indeksów troficznych gleby można ująć w obejmujący 4 kroki model [Brożek 2001, 2007; Karlen i in. 2003]. Krok 1. W yznaczenie zestawu właściwości gleb, które oznaczone w różnych miejscach pokażą ich zmienność w przestrzeni. Dla pokazania zmian w czasie (monitoring) preferuje się łatwo zmienne cechy glebowe, a dla wykazania różnorodności gleb w przestrzeni (klasyfikacja) proponuje się łatwo i trudno zmienne cechy glebowe. Krok 2. Transformacja wyznaczonych i oznaczonych właściwości gleby wyrażonych w różnych jednostkach na liczby niemianowane zwane wskaźnikami. Ten etap może być realizowany według założonej funkcji prostolinijnej lub krzywolinijnej. Często stosowany jest jeden z trzech sposobów: (1) więcej danego składnika gleby znaczy lepiej dla rośliny, (2) mniej znaczy lepiej lub (3) rozkład zbliżony do normalnego, czyli początkowo więcej znaczy lepiej, osiągnięcie optimum i dalszy przyrost znaczy to samo lub gorzej.

3 Liczbowy indeks troficznych odmian podtypów gleb bielicowych i rdzawych 9 Krok 3. Wyliczenie indeksu liczbowego z wytypowanych wskaźników reprezentujących dany profil gleby. W proponowanym modelu jest to suma wskaźników. Krok 4. Praktyczne zastosowanie wyliczonego indeksu. Może ono mieć miejsce w diagnozowaniu trofizmu gleby, w porównywaniu trofizmu różnych pedonów, w klasyfikacji siedlisk leśnych, w ocenie naturalnych i antropogenicznych zmian w glebie. a) W yznaczenie właściwości gleby najlepiej rozdzielających badany zbiór powierzchni na grupy troficzne Wyniki prac terenowych i laboratoryjnych, glebowych i roślinnych zestawiono dla wszystkich badanych powierzchni (tab. 1). Analizowane cechy przeliczono na bryłę gleby o przekroju powierzchni 100 cm x 100 cm oraz do głębokości 150 cm i nazwano je zasobami składników glebowych. Kolejnym etapem prac kameralnych było badanie, które właściwości gleby najlepiej rozdzielają analizowane profile na grupy troficzne. Systemem eksperckim wytypowano podstawowe właściwości gleby, w których rosną drzewostany o różnym składzie typowym dla wyznaczonych grup troficznych. Następnie metodą analizy dyskryminacji, graficzną metodą badania rozkładu wartości cech (Statistica, version 6) przeanalizowano możliwość wpływu danej cechy gleby na rozdzielenie powierzchni badawczych na grupy troficzne [Brożek, Zwydak, Lasota 2006]. Brano pod uwagę medianę - rozkład 50% danych, dane odstające i ekstremalne. Grupy troficzne przyjęto i wyznaczono według stosowanych kryteriów roślinnych jako: bory - B, bory mieszane - BM, lasy mieszane - LM i lasy - L. W ten sposób przeanalizowano wszystkie oznaczone cechy gleby i wskazano jako najlepiej rozdzielające badane stanowiska na grupy troficzne diagnozowane wcześniej według elementów roślinnych: 1. zasoby frakcji o 0 < 0,02 mm wyrażone w kg na 1,5 m3 gleby (100 cm x 100 cm x 150 cm = 1,5 m3 gleby) (z analizowanych zasobów iłu, pyłu, ich sumy, a także sumy zasobów pyłu i części spławialnych), 2. zasoby kationów zasadowych (Mg + К + Ca + Na) wyrażone w molach na 1,5 m3 gleby, 3. kwasowość przeliczona - Y, czyli całkowita kwasowość gleby wyrażona w kg jonów wodorowych na 1,5 m3 gleby i podzielona przez zawartość części spławialnych wyrażonych w kg na 1,5 m3 gleby (z analizowanych zasobów jonów wodorowych H+ oznaczanych jako kwasowość hydrolityczna, ph w H20 i w KC1 - każde liczone samodzielnie lub podzielone przez zasoby części spławialnych), 4. azot przeliczony - N, czyli procentowy udział azotu całkowitego w pierwszym poziomie mineralnym gleby podzielony przez proporcję С : N w tym poziomie (z analizowanych zasobów N całkowitego, N ruchliwego - każdy liczony samodzielnie lub podzielony przez proporcję C:N, odrzucenie w tych obliczeniach powierzchniowych poziomów organicznych (powyżej 10% C) wyraźnie poprawiło zgodność czynników glebowych ze wskaźnikową funkcją roślin). b) Transformacja danych analitycznych gleb na porównywalne wskaźniki Wybrane do dalszych analiz właściwości gleby były wyrażane w różnych jednostkach. Dalszym więc etapem prac było zunifikowanie jednostek, co umożliwiło ich sumowanie. Ustalono 10-stopniową skalę wskaźników, które reprezentują wybrane cechy gleby w założonych przedziałach. Przedziały dla poszczególnych wskaźników wyznaczono kierując się medianami w roślinnych grupach troficznych, tak aby cały zakres zmienności danej

4 К) S. Brożek, M. Zwydak, J. Lasota cechy w badanym zbiorze podzielić na 10 klas (tab. 2). Zasoby części spławialnych w glebie zamieniono na wskaźniki zgodnie z podejściem, że więcej części spławialnych znaczy lepiej dla roślin, więc im gleba cięższa, tym wskaźnik wyższy. Podobnie postąpiono z azotem i kationami zasadowymi. Natomiast w przypadku kwasowości gleby zastosowano podejście odwrotne, czyli w badanym przedziale więcej kwasowości znaczy gorzej dla roślin, więc im gleba kwaśniejsza, tym wskaźnik niższy. Związek wskaźników reprezentujących zasoby części spławialnych, zasoby sumy kationów zasadowych, całkowitą kwasowość gleby przeliczoną na 1 kg części spławialnych i azot przeliczony w pierwszym poziomie mineralnym układa się według funkcji wykładniczej. c) Obliczenie indeksu trofizmu gleb bielicowych i rdzawych Wyznaczone z tabeli 2 cztery wskaźniki stanowią liczby, które reprezentują właściwości gleby danego pedonu. Poprzez zsumowanie czterech wskaźników otrzymujemy jedną liczbę wyrażającą trofizm gleby. Stanowi ona sumę wybranych najważniejszych glebowych warunków życia roślin. Jest to liczba niemianowana i nosi nazwę Siedliskowy Indeks Glebowy - SIG. W + W + W + W = SIG,. CZS SI Y N gdzie: Wczs wskaźnik zasobów części spławialnych (0 < 0,02 mm wyrażonych w kg na 1,5 m3 gleby), Ws, - wskaźnik zasobów sumy kationów Ca, Mg, К i Na wyrażonej w molach na 1,5 m3 gleby, WY- wskaźnik kwasowości przeliczonej, czyli całkowitej kwasowości gleby wyrażonej w kg jonów H+ na 1,5 m3 gleby i podzielonej przez zawartość części spławialnych wyrażonych w kg na 1,5 m3 gleby, WN - wskaźnik azotu przeliczonego, czyli procentowego udziału azotu całkowitego w pierwszym poziomie mineralnym gleby podzielonego przez stosunek С : N w tym poziomie. WYNIKI BADAŃ I ICH OMÓWIENIE Teoretyczna zmienność SIG dla gleb w obecnym modelu wynosi od 4 do 40 i w badanym zbiorze wahała się od 4 do 33 (tab. 1). Jest to więc dość szeroki zakres liczb, które można podzielić na grupy. Graficzną próbę podziału badanego zbioru gleb na odmiany troficzne przedstawiono na rysunku 1. Wyznaczenie granic pomiędzy odmianami troficznymi wykonano za pomocą wskaźnikowej roślinności runa i drzewostanu. Za dystroficzne gleby przyjęto te, na których rośnie drzewostan i rośliny runa leśnego kwalifikujące je do borów - B. W badanym zbiorze są to gleby wykazujące indeks SIG w granicach 4 do 10. Za oligotroficzne gleby przyjęto te, na których rośnie drzewostan i rośliny runa leśnego kwalifikujące je do borów mieszanych - BM. W badanym zbiorze są to gleby wykazujące indeks SIG w granicach 11 do 20. Za mezotroficzne gleby przyjęto te, na których rośnie drzewostan i rośliny runa leśnego kwalifikujące je do lasów mieszanych - LM. W badanym zbiorze są to gleby wykazujące indeks SIG w granicach 21 do 30. Za eutroficzne gleby przyjęto te stanowiska, gdzie rośnie drzewostan i roślinność runa leśnego kwalifikująca je do lasów - L. W badanym zbiorze gleb są to przypadki, gdy indeks SIG waha się od 31 do 40. Tylko pojedyncze przypadki kwalifikowano do grupy

5 Liczbowy indeks troficznych odmian podtypów gleb bielicowych i rdzawych 11 TABELA 1. Dane glebowe i roślinne - wyjaśnienie symboli patrz tekst TABLE 1. Soil and plant data - see text for symbols and units explanation Nr stanowiska Stand N o Typ i podtyp gleby Type and subtype o f soil Zasoby frakcji Sum o f fraction with dia < mm N Y Zasoby Sum o f (M g^ca przeliczony recalculated +K +N a) SIG O dm troficz. podtypu gleby Soil trophic subtype variant Typ siedliska wg Site type acc. runa floor vegetation drzewostanu forest stand S1G Bw 16,2 0,0020 2,8 2,29 4 Dys В В 2 Bw 12,8 0,0019 3,3 2,06 4 Dys В В 3 Bw 24,0 0,0017 2,6 2,80 6 Dys В В 4 Bw 27,6 0,0011 2,3 2,72 6 Dys В В 5 Bw 23,7 0,0011 2,0 2,41 6 Dys В 6 Bw 19,4 0,0015 2,4 4,16 6 Dys В в 7 Bw 18,5 0,0029 2,1 2,87 6 Dys В ВМ 8 Bw 35,8 0,0012 2,7 3,42 6 Dys В ВМ 9 Bw 25,5 0,0023 1,6 3,33 7 Dys В ВМ 10 Bw 29,4 0,0030 2,0 3,75 7 Dys В в в 11 Blw 23,0 0,0014 3,7 5,04 8 Dys ВМ ВМ Вгс 12 Bw 26,0 0,0035 2,0 2,67 8 Dys В в в 13 Bw 42,8 0,0033 1,6 2,95 8 Dys ВМ ВМ Вгс 14 Bw 33,9 0,0032 1,2 3,10 9 Dys В в В 15 Bw 37,3 0,0036 1,8 3,63 9 Dys В/ВМ ВМ 16 Bw 50,2 0,0031 1,2 3,50 10 Dys В 17 Bw 44,3 0,0049 1,1 3,24 10 Dys В 18 Bw 44,9 0,0039 1,4 3,78 10 Dys В 19 Bw 59,4 0,0020 1,2 3,37 10 Dys В 20 Bw 45,0 0,0011 1,0 3,15 10 Dys В 21 Bw 50,0 0,0020 0,9 2,89 11 Oligo В 22 Bw 43,1 0,0044 1,0 6,28 13 Oligo В/ВМ в в 23 Bw 38,7 0,0036 1,8 14,49 13 Oligo ВМ ВМ ВМ 24 Bw 14,4 0,0085 4,2 5,15 13 Oligo ВМ в 25 Bw 75,9 0,0026 0,8 2,84 14 Oligo в в/вм ВМ 26 Bw 114,9 0,0036 1,0 3,69 16 Oligo ВМ ВМ ВМ 27 Bw 141,9 0,0024 0,7 3,69 16 Oligo в ВМ ВМ 28 Bw 71,2 0,0038 0,9 15,61 19 Oligo В/ВМ ВМ ВМ 30 RDzw 36,7 0,0014 1,3 4,76 8 Dys 31 RDzw 21,7 0,0017 1,7 5,25 8 Dys в в 32 RDzw 11,3 0,0048 3,3 2,51 8 Dys В/ВМ ВМ 33 RDzw 50,3 0,0012 0,9 3,58 10 Dys в 34 RDzw 36,8 0,0028 1,2 5,43 10 Dys в ВМ в 35 RDzw 26,0 0,0029 1,6 7,05 10 Dys LM ВМ Вгс 36 RDzw 22,7 0,0049 2,1 5,20 11 Oligo В/ВМ ВМ В 37 RDzw 32,1 0,0030 0,9 4,13 12 Oligo В В 38 RDzw 47,0 0,0031 0, Oligo В в 39 RDzw 37,9 0,0041 0,8 2,97 12 Oligo В/ВМ ВМ в 40 RDzw 63,6 0,0016 0,6 3,68 12 Oligo LM LM ВМ 41 RDzw 43,1 0,0035 1,0 5,17 13 Oligo в 42 RDzw 70,4 0,0017 0,5 2,00 13 Oligo в/вм в в 43 RDzw 42,0 0,0018 0,8 11,69 13 Oligo ВМ ВМ ВМ 44 RDzw 38,2 0,0055 1,3 5,19 13 Oligo LM/Lśw LM/Lśw ВМ 45 RDzw 64,9 0,0029 0,8 4,47 14 Oligo ВМ ВМ ВМ

6 12 S. Brożek, M. Zwydak, J. Lasota TABELA 1 c.d. TABLE 1 continued RDzvv 50,7 0,0053 0,9 4,48 15 Oligo В В BMde 47 RDzw 28,9 0,0062 1,6 18,05 15 Oligo В BM BM 48 RDzw 57,4 0,0049 1,0 6,51 16 Oligo BM BM BM 49 RDzw 53,5 0,0028 0,6 7,28 16 Oligo B/BM B/BM BM 50 RDzw 71,7 0,0052 0,7 4,28 17 Oligo BM BM BM 51 RDzw 52,3 0,0055 1,0 7,23 17 Oligo BM BM BM 52 RDzw 48,5 0,0130 0,8 3,92 17 Oligo LM LM BMre 53 RDzw 48,9 0,0106 0,7 3,66 18 Oligo BM BM/LM BM 54 RDzw 58,2 0,0059 0,8 6,15 18 Oligo BM/LM LM BMre 55 RDzw 58,2 0,0089 0,8 4,40 19 Oligo BM BM BM 56 RDzw 74,3 0,0038 0,6 7,02 19 Oligo BM BM BM 57 RDzw 60,1 0,0046 0,6 8,39 19 Oligo BM/LM BM BM 58 RDzw 60,7 0,0034 0,6 22,04 19 Oligo В B/BM BM 59 RDzw 62,5 0,0119 0,7 2,34 19 Oligo LM LM BMre 60 RDzw 117,0 0,0049 0,5 4,51 20 Oligo BM LM BM 61 RDzw 61,7 0,0051 0,5 8,46 21 Mezo B/BM BM BM 62 RDzw 55,9 0,0049 0,7 28,70 21 Mezo LM LM LM 63 RDzw 75,5 0,0067 0,5 5,24 21 Mezo LM LM LM 64 RDzw 81,3 0,0087 0,6 5,66 21 Mezo LM LM LM 65 RDzw 86,7 0,0050 0,6 30,58 22 Mezo BM BM BM 66 RDzw 68,5 0,0085 0,7 9,73 22 Mezo BM BM BM 67 RDzw 77,8 0,0037 0,5 17,38 22 Mezo B/BM BM BM 68 RDzw 91,8 0,0037 0,5 16,39 22 Mezo LM LM LM 69 RDzw 113,0 0,0095 0,6 5,11 22 Mezo LM LM LM 70 RDzw 113,3 0,0063 0,6 10,56 23 Mezo BM BM BM 71 RDzw 195,4 0,0051 0,4 12,91 25 Mezo BM BM LMde 72 RDzw 88,6 0,0120 0,6 9,31 25 Mezo BM BM LMde 73 RDzw 110,9 0,0106 0,5 7,81 25 Mezo LM LM LM 74 RDzw 133,3 0,0117 0,4 5,47 26 Mezo LM LM LM 76 RDzw 129,3 0,0065 0,5 27,33 28 Mezo LM LM LM 77 RDzw 140,1 0,0141 0,3 8,36 28 Mezo LM LM LM 78 RDzw 381,2 0,0051 0,2 26,10 29 Mezo BM/LM BM LM 79 RDzw 133,1 0,0090 0,4 97,16 30 Mezo LM LM LM 80 RDzw 179,5 0,0094 0,3 90,71 31 Eu LM LM LM 81 RDzw 212,4 0,0086 0,3 74,15 31 Eu Lśw Lśw L 82 RDzbr 61,3 0,0060 1,0 4,07 15 Oligo - BM BM 83 RDzbr 76,4 0,0029 0,7 9,52 18 Oligo BM BM BM 84 RDzbr 82,7 0,0136 0,7 10,93 24 Mezo LM LM LM 85 RDzbr 98,5 0,0102 0,5 24,49 26 Mezo LM LM LM 86 RDzbr 174,6 0,0085 0,5 16,66 28 Mezo LM LM LM 87 RDzbr 138,6 0,0070 0,4 26,09 28 Mezo BM/LM BM/LM LM 88 RDzbr 114,6 0,0105 0,4 27,37 29 Mezo LM LM LM 89 RDzbr 255,7 0,0096 0,3 9,25 29 Mezo LM LM LM 90 RDzbr 325,4 0,0037 0,2 92,26 29 Mezo BM BM/LM LM 91 RDzbr 274,8 0,0111 0,5 17,87 29 Mezo BM LM LM 92 RDzbr 182,5 0,0161 0,4 9,27 29 Mezo BM LM LM 93 RDzbr 129,6 0,0113 0,3 15,24 30 Mezo LM LM LM 94 RDzbr 144,8 0,0090 0,2 39,28 30 Mezo Lśw Lśw LMre 95 RDzbr 273,9 0,0200 0,3 19,68 32 Eu LM LM LM 96 RDzbr 415,1 0,0096 0,2 62,22 33 Eu LM LM LM

7 Liczbowy indeks troficznych odmian podtypów gleb bielicowych i rdzawych 13 TABELA 1 c.d. - TABLE 1 continued RDzb 42,2 0,0025 1,1 2,58 8 D ys В в/вм в 98 RDzb 33,1 0,0030 1,4 2,65 8 D ys В ВМ в 99 RDzb 31,0 0,0033 1,1 2,51 9 D ys Bs/B в в 100 RDzb 20,4 0,0008 2,2 8,60 9 D ys В в в 101 RDzb 42,5 0,0011 1,0 2,31 9 D ys В в в 102 RDzb 25,9 0,0024 1,6 6,37 9 D ys В в в 103 RDzb 37,2 0,0048 1,1 2,02 10 D ys В в в 104 RDzb 48,6 0,0024 0,9 2,74 11 Oligo В в в 105 RDzb 45,0 0,0035 1,0 2,67 11 Oligo В в в 106 RDzb 46,5 0,0026 0,9 2,80 11 Oligo В в/вм в 107 RDzb 48,3 0,0023 0,9 3,29 11 Oligo В в в 108 RDzb 59,4 0,0031 1,5 4,82 11 Oligo ВМ ВМ ВМ 109 RDzb 39,0 0,0033 1,1 6,51 12 Oligo В в в 110 RDzb 63,3 0,0036 1,1 5,06 13 Oligo В ВМ в 111 RDzb 73,2 0,0049 0,9 2,82 14 Oligo ВМ ВМ ВМ 112 RDzb 82,8 0,0028 0,8 6,94 15 Oligo В в BMdc 113 RDzb 45,3 0,0037 0,7 4,32 15 Oligo в/вм ВМ ВМ 114 RDzb 56,5 0,0033 0,7 5,47 16 Oligo в в BMdc 115 RDzb 54,1 0,0065-1,1 7,29 17 Oligo ВМ ВМ ВМ 116 RDzb 91,4 0,0041 0,9 5,02 17 Oligo в/вм в/вм ВМ 117 RDzb 104,6 0,0021 0,5 5,91 19 Oligo ВМ ВМ ВМ 118 RDzb 181,3 0,0026 0,4 5,49 20 Oligo в в BMdc 119 RDzb 110,0 0,0065 0,5 2,44 20 Oligo ВМ LM ВМ 120 RDzb 106,2 0,0022 0,5 15,32 22 Mczo в/вм ВМ ВМ 121 RDzb 281,5 0,0033 0,4 14,38 25 M czo BM/LM LM LM 122 RDzb 227,8 0,0050 0,2 51,86 28 Mczo BM/LM ВМ LM eutroficznej. Tak więc zakres zmienności trofizmu badanych gleb bielicowych i rdzawych jest niski i większość badanych profili kwalifikowano do dys-, oligo- i mezotroficznych (rys. 1). Jest to typowo leśne podejście do trofizmu gleb, które ma zastosowanie w kartografii siedliskowej. Ponieważ jednak badane gleby leśne są mało zmienione przez człowieka, znajdują się w dużych, nizinnych kompleksach leśnych Polski, można założyć, że są one zbliżone do naturalnych i że proponowane rozwiązania mogą być wzorcowymi dla innych terenów. Rysunek 1 prezentuje obliczone wartości indeksu SIG w glebach bielicowych właściwych (Bw), w glebach rdzawych właściwych (RDzw), w glebach rdzawych brunatnych (RDzbr) i w glebach rdzawych bielicowych (RDzb). Pierwszym spostrzeżeniem wynikającym z zestawienia jest to, że trofizm wszystkich badanych typów i podtypów gleb zachodzi wzajemnie na siebie. Odmianę gleb dystroficznych wydzielono we wszystkich badanych podtypach oprócz rdzawych brunatnych. Natomiast gleby oligotroficzne wystąpiły już we wszystkich prezentowanych tu typach i podtypach. Ten wynik badań wyjaśnia, dlaczego relacje typów i podtypów gleb nie dawały dobrych związków z typami siedlisk i typami roślinności naturalnej. Obliczony indeks SIG wskazuje, że badane gleby bielicowe właściwe są w grupie gleb dystroficznych i oligotroficznych (rys. 1). Na ich tle gleby rdzawe właściwe i rdzawe brunatne są lepsze troficznie, bo oprócz odmian dystroficznych i oligotroficznych wydzielono odmiany mezotroficzne, a 2 stanowiska zakwalifikowano do eutroficznych. Szczególnie gleby rdzawe brunatne w większości badanych przypadków znalazły się w

8 eutroficzne Indeks trofizmu - SIG mezotroficzne oligotroficzne S. Brożek, M. Zwydak, J. Lasota numery badanych profili gleb - profile no RYSUNEK 1. Numeryczna ocena troficznych odmian podtypów gleb bielicowych i rdzawych FIGURE 1. Trophical variants of podzols and arenosols numerical valorisation

9 Liczbowy indeks troficznych odmian podtypów gleb bielicowych i rdzawych 15 TABELA 2. Wartości graniczne składników gleb przyjęte do wyznaczania wskaźników W dla modelu obliczania SIG TABLE 2. Ranges o f soil components prepared for determining W indicators in a model of SIG calculation Zasoby w kg frakcji 0< 0,02 mm Sum o f fraction CX0.02 mm Zakres range W * czs Zasoby w molach sumy Ca+K+M g+na sum o f Ca+K+M g+na Zakres range W VVSI Kwasowość przeliczona Total acidity recalculated Zakres range wy Azot przeliczony Nitrogen recalculated Zakres range < < 2,3 1 > 1,50 1 < 0, ,4-3,6 2 1,50-1,11 2 0,0021-0, ,7-5,0 3 1,10-1,01 3 0,0031-0, ,1-7,5 4 1,00-0,81 4 0,0037-0, ,6-9,5 5 0,80-0,61 5 0,0051-0, ,6-13,0 6 0,60-0,51 6 0,0066-0, ,1-25,0 7 0,50-0,36 7 0,0081-0, ,1-50,0 8 0,35-0,21 8 0,0101-0, ,1-50,0 9 0,20-0,10 9 0, ,020 9 > > 350,0 10 < 0,10 10 > 0,02 10 * wyjaśnienie symboli w tekście - see text for symbols explanation grupie mezotroficznej, a 2 przypadki weszły do eutroficznych. Gleby rdzawe bielicowe wykazały dużą zmienność od dystroficznych do mezotroficznych. Duża liczba tych gleb w odmianie dystroficznej potwierdza, że są to z natury ubogie gleby leśne łatwo ulegające bielicowaniu. Zastosowanie numerycznej waloryzacji gleb pozwala na ich proste porównywanie pomiędzy indywidualnymi pedonami, jak i pomiędzy ich grupami. Tworzenie rankingu w danym zbiorze gleb to już początek ich waloryzacji i podziału na grupy. Takie podejście do wyceny gleby ułatwia także porównywanie gleb pomiędzy danymi regionami. Wykorzystanie tej możliwości jest wielostronne, np. w planowaniu gospodarczym. Troficzna waloryzacja odmian podtypów gleb znajduje zastosowanie w kartografii siedlisk w lasach. Wydzielone grupy troficzne gleb znajdują przełożenie na typy siedliskowe lasu - bory, bory mieszane, lasy mieszane i lasy [Brożek 2007]. Odmiany troficzne bowiem, niezależnie od typu i podtypu gleby stwarzają podobne warunki dla życia roślin. Odnawianie lasu, a zwłaszcza dobór gatunków i ich udział są ściśle związane z typem siedliska, co przekłada się na kształtowanie leśnej szaty roślinnej. Proponowane rozwiązania poszukują związku gleb z roślinnością odchodząc od klasycznych wzorców w tym względzie, czyli szukania związków pomiędzy typem i podtypem gleby a typem siedliska, czy typem roślinności naturalnej [Systematyka gleb Polski 1989; Klasyfikacja Gleb Leśnych 1973, 2000]. Zmierzają one do wypracowania tych zależności na podstawie analizowanych w laboratoriach właściwości gleb, które rozdzielają badane stanowiska na podstawowe kategorie troficzne. Zmierzają do uściślenia roli gleby w diagnozowaniu siedlisk poprzez nowe ujęcie jednostki niższego rzędu, to jest troficznej odmiany podtypu gleby liczonej według wzoru z jej właściwości. Takie podejście do waloryzacji gleby eliminuje subiektywizm taksatora w diagnozowaniu siedliska. Jednostkę taką wprowadzono w stosowanej w leśnictwie Klasyfikacji Gleb Leśnych Polski [2000], lecz podana tam metoda obliczania jest zawodna. Numeryczne podejście do W N

10 16 S. Brożek, M. Zwydak, J. Lasota waloryzacji gleb leśnych jest odpowiednikiem równolegle powstającej w świecie koncepcji soil quality opartej na soil indicators zapoczątkowanej w dziewięćdziesiątych latach ub. wieku jako narzędzie szacowania i kontroli trwałości zasobów glebowych intensywnie użytkowanych w rolnictwie [Karlen i in. 2003; Andrews i in. 2003; Huber 2005; Granatstein, Bezdicek 1992; Burger, Kelting 1999]. Pierwsze w Polsce wykonanie i zastosowanie indeksu jakości gleb leśnych zaproponowano projektując Indeks Trofizmu Gleb Leśnych - ITGL dla gleb prezentowanych w Atlasie gleb leśnych Polski [Brożek, Zwydak 2003]. Do obliczenia ITGL wykorzystywano następujące właściwości gleby: procentowy udział frakcji pyłu ( 0 0,1-0,02 mm) i części spławialnych ( 0 < 0,02 mm), odczynu, sumy zasad wymiennych i stopnia rozkładu materii organicznej, zawartość części szkieletowych. Liczba ta stosowana komplementarnie z klasycznymi charakterystykami gleby wprowadza ułatwienia w interpretacji. Dotyczy to zwłaszcza relacji gleba/ roślinność naturalna i typ siedliska [Brożek 2007]. Propozycje wyznaczenia z wielu możliwych właściwości gleby mniejszej ich liczby, ale dobrze wyrażających zmienność gleb są bardzo zróżnicowane. Wypracowane głównie dla obszaru rolnictwa kształtują się od kilku, kilkunastu, a nawet kilkudziesięciu fizycznych, chemicznych i biologicznych właściwości gleby [Barbiroli i in. 2004; Brejda i in. 2000; Andrews i in. 2003]. Uwzględnianie bardzo wielu cech jest możliwe na ograniczoną i głównie eksperymentalną skalę. Właściwości gleb stosowane do waloryzacji siedlisk w praktyce leśnej ze względu na wielkoobszarowość muszą być łatwo mierzalne i tanie w uzyskaniu [Schoenholtz i in. 2000; Brożek 2001; Rehfuess 1999]. Przełożenie odmian troficznych na typy siedlisk leśnych nie jest bezpośrednie. W opracowywanym modelu na końcowy typ siedliska największy wpływ wywiera gleba. Uwzględnia się jednak wskaźnikową rolę roślinności runa i drzewostanu. Jeżeli diagnozy według runa i drzewostanu są jednoznaczne i inne jak według gleby, to końcowa diagnoza siedliska leśnego powinna to uwzględniać. Jeżeli typ siedliska według gleby jest bardzo zbliżony do diagnozy według roślinności, to proponuje się zmianę typu siedliska na tę wg roślinności. Jeżeli typ siedliska wg gleby znacznie odbiega od jednoznacznych diagnoz roślinnych, to diagnoza końcowa siedliska jest utrzymana według gleby z informacją o możliwości regradacji (re) lub degradacji (de) siedliska przez elementy nieujęte w prezentowanym modelu. W niniejszych badaniach takie przypadki wystąpiły (tab. 1). Prace nad tym zagadnieniem są w toku i będą wkrótce publikowane. WNIOSKI 1. W badanych glebach bielicowych i rdzawych zastosowana metodyka pozwoliła wyliczyć następujące troficzne odmiany podtypów: dystroficzne, oligotroficzne, mezotroficzne i eutroficzne. 2. Troficzne odmiany badanych podtypów gleb niezależnie od typu i podtypu gleby stwarzają podobne warunki dla życia drzew w lasach. 3. Troficzne odmiany podtypów gleb ułatwiają poszukiwanie związków gleb z roślinnością naturalną i typami siedlisk leśnych. 4. Numeryczna waloryzacja gleb umożliwia sprowadzenie wielu jej właściwości w wielu poziomach genetycznych do jednej liczby reprezentującej dany pedon. 5. Liczba ta (SIG) stosowana komplementarnie z klasycznymi charakterystykami gleby wprowadza ułatwienia w jej interpretacji. 6. Numeryczna waloryzacja gleb umożliwia tworzenie rankingów i porównywanie indywidualnych pedonów, jak i ich grup.

11 Liczbowy indeks troficznych odmian podtypów gleb bielicowych i rdzawych 17 LITERATURA ANDREWS S.S., FLORA C.B., MITCHELL, J.R, KARLEN D.L. 2003: G rower s perceptions and acceptance of soil quality indices. Geoderma 114: BARBIROLI G., CASALICCHIO G., RAGGI A. 2004: A new approach to elaborate a multifunctional Soil Quality Index. J. Soil & Sediments 4 (3): BREJDA J.J., MOORMAN T.B., KARLEN D.L., DAO Т.Н. 2000: Identification of Regional Soil Quality Factors and Indicators. Soil Sei. Soc. Am. J. 64, 6: BROŻEK S : Indeks trofizmu gleb leśnych. Acta Agraria et Silvestria 39: BROŻEK S., ZWYDAK M. 2003: Atlas gleb leśnych Polski. CILP Warszawa: 468 ss., rozdział V: BROŻEK S., ZWYDAK M., LASOTA J. 2006: Soil properties applied in forest site classification of lowlands and uplands in Poland. Mitt. Österr. Bodenkundl. Ges. 73: BROŻEK S., ZWYDAK M., LASOTA J., GRUBA P., WANIC T. 2006: Sprawozdanie końcowe z prac wykonanych w ramach tematu naukowo-badawczego nr 3/03 pt. Metodyka liczbowej waloryzacji siedlisk leśnych nizinnych i wyżynnych - klucz do oznaczania jednostek. KGL AR Kraków dla DGLP Warszawa. BROŻEK S. 2007: Liczbowa wycena Jakości gleb - narzędzie w diagnozowaniu siedlisk leśnych. Sylwan 2: BURGER J.A., KELTING D.L. 1999: Using soil quality indicators to assess forest stand management. For. Eco I. Manage. 122: GRANATSTEIN D., BEZDICEK D.F. 1992: The need for a soil quality index: Local and regional perspectives. Amer. J. Alter. Agric. 1,2: HUBER S. 2005: The Austrian soil indicator set and its development. Mitt. Österr. Bodenkundl. Ges. 73: INSTRUKCJA URZĄDZANIA LASU. Część II. 2003: Instrukcja wyróżniania i kartowania siedlisk leśnych. ISBN PGL Lasy Państwowe, Warszawa: 118 ss. KARLEN D. L., DITZLER C.A., ANDREWS S.S. 2003: Soil quality: why and how? Geoderma 114: KLASYFIKACJA GLEB LEŚNYCH. 1973: Praca zbiorowa. PTG Warszawa: 92 ss. KLASYFIKACJA GLEB LEŚNYCH POLSKI. 2000: Praca zbiorowa. CILP Warszawa: 123 ss. REHFUESS K.E. 1999: Indikatoren der Fruchtbarkeit von Waldböden - zeitliche Veränderungen und menschlicher Einfluß. Forsftv. Cbl. 118(1999): SCHOENHOLTZ S.H., VAN MIEGROET H., BURGER J.A. 2000: A review of chemical and physical properties as indicators o f forest soil quality: challenges and opportunities. For. Ecol. Manage. 138: StatSoft, Inc., STATISTICA (data analysis software system), version 6. SYSTEMATYKA GLEB POLSKI. 1989: Rocz. Glebozn. 40,3/4: 150 ss. Prof. dr hab. Stanisław Brożek Katedra Gleboznawstwa Leśnego AR Al. 29 Listopad 46, Kraków rlbrozek@cyf-kr.edu.pl