ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE TOM LXII NR 1 WARSZAWA 2011:

Transkrypt

1 ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE TOM LXII NR 1 WARSZAWA 2011: EDWARD NIEDŹWIECKI1, MIKOŁAJ PROTASOWICKI2, RYSZARD MALINOWSKI1, EDWARD MELLER1, ADAM SAMMEL1 KSZTAŁTOWANIE SIĘ W ŁAŚCIW OŚCI RÓŻNIE UŻYTKOWANYCH M AD RZECZNYCH W DOLINIE UJŚCIA KRĄPIELI DO INY POWYŻEJ STARGARDU SZCZECIŃSKIEGO. CZĘŚĆ H. WŁAŚCIWOŚCI CHEMICZNE GLEB Z UWZGLĘDNIENIEM ZAWARTOŚCI METALI CIĘŻKICH SOME PROPERTIES OF DIFFERENTLY USED ALLUWIAL SOILS LOCATED IN THE RIVER VALLEY NEAR THE KRĄPIEL RIVER MOUTH ABOVE STARGARD SZCZECIŃSKI. PART n. CHEMICAL PROPERTIES OF SOILS INCLUDING HEAVY METAL CONTENT 1Zakład Gleboznawstwa i 2 Katedra Toksykologii, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie A b stra ct: Brown alluvial soils developed from silt and loam deposits located in the Krąpiel river valley nearby its outlet to the Ina river in the vicinity o f Stargard Szczeciński were analyzed. In this area dom inate Fluvisols under plow tillage and Fluvisols under a m ixed forest. C om parison o f the soil properties show ed that against the background o f forest Fluvisols, the cultivated soils show ed a lower organic carbon content, acidity and higher degree o f saturation o f the soil com plex by basic cations, as well as a higher content o f phosphorus, potassium, zinc, lead and copper. Słow a kluczowe: gleby aluwialne, właściwości chem iczne, metale ciężkie. K ey w ords: Fluvisols, chem ical properties, heavy metals. WSTĘP Mady rzeczne ze względu na specyficzne aluwialne pochodzenie, występowanie w dolinach rzecznych m.in. jako okresowe mokradła fluwiogeniczne, budowę profilu glebowego i na ogół wysoką żyzność są przedmiotem zainteresowania różnych specjalistów, w tym także gleboznawców [Laskowski 1986; Niedźwiecki 1984, 2000; Piaścik i in. 2000; Malinowski 2001]. Podkreślają oni, że o żyzności i produkcyjności mad, poza procesem glebotwórczym w znacznym stopniu decyduje jakość osadów nagromadzonych w dolinach rzecznych. Na wysokie możliwości produkcyjne tych gleb

2 H 2 E. Niedźwiecki, M. Protasowicki, R. Malinowski, E. Meller, A. Sammel zwracał także uwagę Miklaszewski [1946] stwierdzając, że...należą one do najurodzajniejszych (oczywiście lepsze ich odmiany) i są wielce cenione. Powszechnie uważa się, że szczególnie wysoką żyznością odznaczają się mady wytworzone z próchnicznych osadów pyłowych i gliniastych. Celem badań przedstawionych w pracy było ukazanie właściwości chemicznych średnich mad objętych uprawąpłużnąna tle odpowiadających im mad znajdujących się w użytkowaniu leśnym. METODYKA Obszar badań oraz rozmieszczenie 10 odkrywek glebowych na madach uprawnych (7 profili) i leśnych (3 profile) przedstawiono w pierwszej części opracowania [Niedźwiecki i in. 201 Ob]. Dominowały na nim mady średnie o składzie granulometrycznym glin lekkich oraz utworów pyłowych zwykłych, tylko sporadycznie występowały piaski gliniaste. Pod względem typologicznym były to, niezależnie od sposobu użytkowania, mady brunatne. W pobranym do badań materiale glebowym określono: ph w 1 mol KCl-dm"3, właściwości sorpcyjne metodą Kappena, węgiel organiczny metodą Tiurina, zawartości azotu ogólnego metodą Kjeldahla oraz przyswajalnych form fosforu, potasu i magnezu stosując metody powszechnie używane w gleboznawstwie i chemii środowiska. Zawartość makroskładników (P, K, Mg, Ca, Na) oraz metali ciężkich (Pb, Zn, Cu, Ni) oznaczono, po zmineralizowaniu próbek gleby w mieszaninie stężonych kwasów H N 03 + HC104, za pomocą spektrometru absorpcji atomowej Solaar 929, fosfor oznaczono kolorymetrycznie. WYNIKI I DYSKUSJA Bezpośrednie sąsiedztwo porównywanych brunatnych mad uprawnych i leśnych, występujących w dolinie ujścia Krąpieli do Iny, przemawia za podobnym charakterem osadzonych aluwiów, podobnym ich wiekiem, częstotliwością i długością zalewów oraz zachodzących w nich procesów oksydacyjno-redukcyjnych. W świetle tych podobieństw zasadniczym czynnikiem różnicującym właściwości omawianych gleb był sposób ich użytkowania. Dominujące na omawianym obszarze mady objęte uprawą płużną wykazywały w poziomie próchnicznym przeważnie odczyn kwaśny i lekko kwaśny (phkci 4,1-6,4) i kwasowość hydrolityczną średnio 3,4 cmol(+)-kg-1 gleby, podczas gdy mady leśne charakteryzowały się w większości odczynem silnie kwaśnym (ph 3,6-4,9) i kwasowością hydrolityczną średnio w granicach 9,4-10,0 cmol(+)*kg_1 gleby (tab. 1). Wartości kwasowości hydrolitycznej zmniejszały się w poziomie Bbr. Przy tak zmiennym zakwaszeniu poziomu próchnicznego suma zasad wymiennych w madach uprawnych i leśnych wykazywała podobne wartości w granicach 17,9-20,4 cmol(+)*kg_1 gleby. Natomiast stopień wysycenia kompleksu sorpcyjnego w Ap mad uprawnych wynosił średnio 85,7%, a w znajdujących się w użytkowaniu leśnym 64,1-67,7%. Korzystniejszy stan odczynu i właściwości sorpcyjnych mad uprawnych doliny Iny na tle mad leśnych stwierdzał Niedźwiecki [1972, 1984]. Brogowski i Okołowicz [2008] także wykazali korzystne właściwości sorpcyjne i wysoki stopień wysycenia kompleksu sorpcyjnego kationami zasadowymi mad uprawnych na współczesnym tarasie Wisły w Wilanowie. Materia organiczna w badanych madach gromadziła się głównie w poziomie akumulacyjnym. W poziomie Ap mad uprawnych stwierdzono średnio węgla organicznego 21,5 g*kg-1, a w Al i A2 mad leśnych w granicach 26,6-34,1 g*kg_1. Znaczne ilości Corg. stwierdzono także w poziomie brunatnienia Bbr w badanych madach (tab.l),

3 TABELA 1. K ształtow anie się odczynu, w łaściw ości sorpcyjnych, zaw artości azotu i węgla organicznego oraz składników przysw ajalnych (K, P, Mg) w badanych m adach średnich (w artości średnie i ekstrem alne) TABLE 1. R eaction, sorption capacity, total content o f nitrogen and organic carb o n and available elem ents (K, P, M g) in exam ined m edium -textured Fluvisols (mean and extrem e values) Poziom Horizon G łębokość D epth [cm] PH kci M ady upraw ne - A rable Fluvisols Ap (30)* 4,1-6,4 3,4 1,2-4,8 Bbr 2 5 (3 0 )-6 0 (7 5 ) 4,8-6,3 2,3 1,3-6,2 M ady leśne - F orest Fluvisols Hh S V C N C:N Pierw iastki przysw ajalne Available elem ents [mg-kg_i] cmol+*kg 1 % g k g - 1 K P M g 2 0,4 9,2-3 1,4 18,3 7,8-3 3,2 A l ,6-4,7 10,0 17,9 7,6-1 2,4 17,0-1 9,4 A (3 7 ) 3,7-4,9 9,4 5,5-1 1,7 B br 3 0 (3 7 )-6 0 5,4-5,9 0,3 0,2-0, ,4 2,6 2,2-2,8 85,7 7 2,1-9 1,3 88,8 7 6,8-9 4,5 64,1 5 5,7-6 9,1 67,7 6 4,6-7 5,3 89,6 8 8,2-9 1,2 21,5 1 2,3-3 2,0 11,3 2,3-2 6,2 34,1 2 8,1-4 6,1 26,6 2 4,1-2 8,9 8,0 5,0-1 0,9 2,1 1,1-3,3 1,1 0,2-2,8 3,1 2,6-4,3 2,5 2,3-2,8 0,7 0,5-0,9 10,2 9,7-1 1,2 10,3 7,7-1 4,7 10,7 1 0,7-1 0,8 10,4 1 0,3-1 0,5 11,4 1 0,0-1 2,2 82,5 5 4, ,5 40,5 2 0,6-6 4,6 44,5 3 2,3-6 0,6 36,9 2 6,0-4 3,2 37,1 3 1,4-4 7,3 59,0 3 0,8-8 8,0 23,2 1 2,3-5 9,8 21,7 1 1,4-4 2,4 10,6 9,7-1 1,4 6,8 6,2-7,4 125,6 9 0, ,0 90,9 5 1, ,0 117,6 6 3, ,8 68,1 7 0, ,2 7 9,4 7 0,4-9 4,2 O bjaśnienia: Hh - kw asow ość hydro lityczna, S - suma zasadow ych kationów wymiennych, V - stopień w ysycenia kom pleksu sorpcyjnego *Ap (3 0 cm) - w badanych glebach poziom Ap wykazyw ał m iąższość przew ażnie cm, ale niekiedy osiągał m Explanations: Hh - hydrolitic acidity, S - sum o f base cations, V - base saturation; *The soils generally show ed the d epth o f Ap horizon cm but som etim es this horizon reached cm Kształtowanie się właściwości różnie użytkowanych mad rzecznych. Cz. II 113

4 TABELA 2. Zaw artość m akro- i m ikroskładników rozpuszczalnych w mieszaninie stężonych kw asów HNO + H C 104 w badanych m adach średnich (zaw artości średnie i ekstrem alne) TABLE, 2. Content o f m acro- and m icroelements soluble in concentrated H N O, + HCIO, acids in examined m edium -textured alluvial 3 4 soils (m ean and extreme values) Poziom H orizon G łębokość D epth [cm] M ady up rawne - A rabl 2 Fluvisols Ap B br (30)* 2 5 (3 0 ) 60(75) K P [~Mg ]c,a N a g k g '1 s.m. - g k g '1 d.m. 2,21 1,15-5,12 1,12 0,1 7-2,4 1 M ady les ine - Forest 17luvisols A ,56 0,75-2,19 A (3 7 ) 1,08 1,12-1,95 B br 3 0(3 7) 60 2,08 1,18-3,48 0,89 0,55-1,41 0,63 0,1 8-1,2 8 0,57 0,53-0,64 0,42 0,41-0,44 0,41 0,33-0,49 * O bjaśnienie w tab Explanations in Table 1 2,46 1,11-6,04 1,81 0,6 9-3,3 4 2,79 1,84-3,36 3,04 2, ,43 2,60-4,61 5,13 2,31-12,0 4,31 1,8 1-7,3 6 5,40 4,62-5,89 5,75 3,80-6,85 5,55 4,30-6,18 0,17 0,07-0,44 0,15 0,0-0,6 0 0,08 0,05-0,10 0,10 0,08 0,13 0,12 0,07-0,18 Pb [Zn C u mg-kg*1 s.m. - m g k g -1 d. m. 27,6 10,2 51,7 14,8 1,8-5 3,4 19,0 15,3-24,7 17,3 17,2-17,4 8,4 6,0-12,1 50,2 24,6 94,2 25,4 7,5-5 3,4 33,9 22,7-46,5 25,3 15,7-33,3 28,2 22,8-35,5 10,9 4,6-1 9, ,5-1 1,8 7,9 5,2-12,6 6,6 4,9-8,2 4,4 2,6-7,8 jni 8,5 2,6-20,3 6,0 2,2-1 0,3 7,7 3,2-12,5 8,9 4,6-1 3,2 11,5 4,2-1 9,0 HĄ E. NiedźwiecJci, M. Protasowicki, R. Malinowski, E. Meller, A. Sammel

5 Kształtowanie się właściwości różnie użytkowanych mad rzecznych. Cz. II 115 podobnie jak i w madach brunatnych w dolinie Iny w pobliżu Sowna [Niedźwiecki i in. 2010a]. Znaczne zróżnicow anie zaw artości węgla organicznego świadczy o niejednorodności materii organicznej. Zwracają na to uwagę Laskowski i Szozda [1985] oraz Laskowski [1986] twierdząc, że proces gromadzenia i humifikacji substancji organicznej był w przeszłości lub jest obecnie modelowany przez okresowe wylewy, co powoduje, że proces przechodzenia jej w trwałe kompleksy próchniczno-ilaste jest długotrwały. Średnia zawartość azotu ogólnego w Ap w badanych madach uprawnych wynosiła 2,1 g-kg_1, a w leśnych w Al 3,1 g*kg_1, wykazując wyraźną współzależność z ilością węgla organicznego. Wyliczony stosunek C:N w poziomach badanych profilów, niezależnie od charakteru użytkowania mad, kształtował się na poziomie od 10,2:1 do 10,7:1 (tab. 1). Podobnie korzystny stosunek C:N w madach doliny Iny w okolicach Sowna stwierdził Niedźwiecki i in. [2010a] oraz Chojnicki [2002] w madach środkowej doliny Wisły i Żuław. Badane gleby wykazywały niską zasobność w przyswajalny potas i fosfor oraz wysoką w przyswajalny magnez [IUNG 1990]. Przy tym mady uprawne na tle mad leśnych w poziomie akumulacyjnym zawierały 2,0 razy więcej przyswajalnego potasu, 3,6 razy więcej fosforu i 1,3 raza więcej magnezu (tab. 1). Zawartość makroskładników (K, P, Mg, Ca, Na) rozpuszczalnych w mieszaninie stężonych kwasów H N 03 + HC104 w omawianych glebach jest znaczna i typowa dla gleb aluwialnych doliny Iny [Niedźwiecki 1972]. W poziomie próchnicznym mady uprawne wykazywały także większą zawartość tych form potasu i fosforu aniżeli mady znajdujące się w użytkowaniu leśnym (tab. 2). Zawartość metali ciężkich (Pb, Zn, Cu, Ni) rozpuszczalnych w stężonych kwasach HNC>3 + HC104 w porównywanych madach jest niewielka i ogólnie można zaliczać je do gleb o naturalnej zawartości [Kabata-Pendias i in. 1993; Czarnowska, Bontruk 1995; Rozporządzenie Ministra Środowiska 2002]. Jednakże w poziomie próchnicznym mad uprawnych uwidoczniła się 1,5-krotnie wyższa niż w leśnych zawartość ołowiu i miedzi i 1,7-krotnie wyższa zawartość cynku (tab. 2). WNIOSKI 1. Brunatne mady średnie, wytworzone z osadów pyłowych i gliniastych, objęte uprawą płużną, na tle występujących w sąsiedztwie mad leśnych, wykazywały mniejsze zawartości węgla organicznego, mniejsze zakwaszenie, korzystniejszy stopień wysycenia kompleksu sorpcyjnego kationami o charakterze zasadowym oraz wyższą zawartość potasu i fosforu przyswajalnego i rozpuszczalnego w mieszaninie H N 03 + HC Zawartość metali ciężkich (Pb, Zn, Cu, Ni) rozpuszczalnych w mieszaninie stężonych kwasów HN03 + HC104 w porównywanych madach jest niewielka i ogólnie można zaliczyć je do gleb o ich naturalnej zawartości. Jednakże w poziomie próchnicznym mad uprawnych uwidoczniła się większa zawartość cynku, ołowiu i miedzi niż w leśnych. LITERATURA BROGOWSKI Z., OKOŁOWICZ M. 2008: Bilans węgla organicznego i azotu we frakcjach granulometrycznych gleby aluwialnej. Rocz. Glebozn. 59, 3-4: CHOJNICKI J. 2002: Procesy glebotwórcze w madach środkowej doliny Wisły i Żuław. Rozpr. Wyd. Fundacja Rozwój SGGW Warszawa: 83 ss.

6 j E. Niedźwiecki, M. Protasowicki, R. Malinowski, E. Meller, A. Sammel CZARNOWSKA K., BONTRUK H. 1995: Zawartość metali ciężkich w glebach aluwialnych Żuław. Rocz. Glebozn. 46,1-2: INSTYTUT UPRAWY NAWOŻENIA I GLEBOZNAWSTWA 1990: Zalecenia nawozowe cz. I. Liczby graniczne do wyceny zawartości w glebach makro- i mikroelementów. Seria P(44), Puławy: 26 ss. KABATA-PENDIAS A., MOTOWICKA-TERELAK T., PIOTROWSKA M., TELERAK H., W ITEK T. 1993: Ocena stopnia zanieczyszczenia gleb i roślin metalami ciężkimi i siarką. Ramowe wytyczne dla rolnictwa. IUNG Puławy: 20 ss. LASKOWSKI S. 1986: Powstanie i rozwój oraz właściwości gleb aluwialnych doliny Środkowej Odry. Zesz. Nauk. AR Wroc. Rozpr. 56: 68 ss. LASKOWSKI S., SZOZDA B. 1985: Niektóre właściwości chemiczne mad Odrzańskich rejonu Przychowej. Rocz. Glebozn. 36, 3: 27-^0. MALINOWSKI R. 2001: Przestrzenne rozmieszczenie gatunków mad cedyńskich oraz ich właściwości w zależności od sposobu użytkowania. Szczecin AR Rozpr. (maszyn): 231 ss. MIKLASZEWSKI S. 1946: Zarys nauki o glebie, czyli gleboznawstwa. Golster, Lauter i Rutkowski, Warszawa: 303 ss. NIEDŹWIECKI E. 1972: Wpływ sposobu użytkowania na kształtowanie się niektórych właściwości chemicznych mad ciężkich w dolinie rzeki Iny. Zesz. Nauk. AR Szczecin 38: NIEDŹWIECKI E. 1984: Zmiany cech morfologicznych i właściwości gleb uprawianych na tle odpowiadających im gleb leśnych na Pomorzu Szczecińskim. Rozpr. AR Szczecin 92: 154 ss. NIEDŹWIECKI E. 2000: Gleby napływowe w rolnictwie i ochronie środowiska w woj. szczecińskim. Zesz. Probl. Post. Nauk Roi. 412: NIEDŹWIECKI E., MELLER E., MALINOWSKI R., SAMMEL A., SOBCZYŃSKA E. 2010a: Zróżnicowanie warunków siedliskowych i zbiorowisk roślinnych w dolinie Iny w okolicach Sowna. Cz. II. Właściwości chemiczne gleb i zawartość makroskładników w runi łąkowej. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie 1(29): NIEDŹWIECKI E., WINKLER L., WOJCIESZCZUK M., JARNUSZEWSKI G. 201 Ob: Kształtowanie się właściwości różnie użytkowanych mad rzecznych w dolinie ujścia Krąpieli do Iny powyżej Stargardu Szczecińskiego. Część I. Warunki hydrologiczne i cechy morfologiczne gleb. Rocz. Glebozn : PIAŚCIK II., ORZECHOWSKI M., SMÓLCZYŃSKI S. 2000: Siedliska gleb delty Wisły. Rocz. AR Pozn. 317 Roi. 56: ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA z dnia 9 września 2002 r. w sprawie standardów jakości gleby oraz standardów jakości ziemi. Dz. U r., nr 165, poz Prof. dr hab. Edward Niedźwiecki Zakład Gleboznawstwa, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, ul. Słowackiego 17, Szczecin edward. niedzwiecki@zut. edu.pl