SKŁAD CHEMICZNY WÓD GRUNTOWYCH Z TERENÓW GLEB UPRAWNYCH BIELICOWEJ I CZARNEJ ZIEMI*)

Transkrypt

1 ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE Т. Х Щ NR 3/4, WARSZAWA 1991: MODEST MISZTAL, HALINA SMAL SKŁAD CHEMICZNY WÓD GRUNTOWYCH Z TERENÓW GLEB UPRAWNYCH BIELICOWEJ I CZARNEJ ZIEMI*) Instytut Gleboznawstwa Akademii Rolniczej w Lublinie WSTĘP Zasobność gleby w składniki pokarmowe, jej właściwości wodno-powietrzne oraz mikrobiologiczne wpływają na skład chemiczny roztworu glebowego, który jest bezpośrednim źródłem pierwiastków, dostających się do poziomów wodonośnych wraz z infiltrującą wodą w profilu glebowym. Człowiek przez różne użytkowanie gleb i jej nawożenie wpływa na zmiany chemizmu roztworu glebowego, a tym samym na chemizm wód gruntowych. Wiele mamy danych na temat wpływu nawożenia na skład chemiczny wód podziemnych, lecz wśród nich niewiele dotyczy chemizmu wód gruntowych na obszarach o takich samych warunkach klimatycznych, podobnie zagospodarowanych, ale różniących się pod względem jakości gleby. Celem wieloletnich badań było określenie wpływu użytkowanych rolniczo dwóch typów gleb na skład chemiczny wód gruntowych. TEREN I METODY BADAŃ Badania przeprowadzono na Pojezierzu Łęczyńsko-Włodawskim na terenie występowania gleb bielicowych i czarnych ziem. Według danych szacunkowych dawki nawozów przeciętnie dla ośmiu lat wynosiły: N 79 kg/ha, P 57 kg/ha, К 80 kg/ha na glebie bielicowej oraz odpowiednio: 98, 81 i 94 na czarnej ziemi. Na wybranych polach zainstalowano po trzy winidurowe studzienki, perforowane w dolnej części, sięgające najpłytszego stałego poziomu wodonośnego. W latach w odstępach miesięcznych pobierano próby wód gruntowych. Łącznie pobrano i przeanalizowano 576 prób wody. Oznaczano w nich: azot ogólny metodą Kjeldahla, azot azotanowy z kwasem fenolodwusulfonowym, fosforany ogólne i ortofosforany z molibdenianem amonu, potas, sód, wapń na fotometrze płomieniowym oraz magnez kolorymetrycznie z żółcienią tytanową. Azot całkowity obliczono jako sumę azotu ogólnego (wg Kjeldahla) i azotanowego. Badania finansowane w problemie MRH.17, kontynuowane w CPBP

2 122 M. Misztal, H. Smal Równocześnie z pobraniem prób wody mierzono głębokość jej występowania we wszystkich studzienkach. Wyniki analiz w kolejnych miesiącach w okresie badań zostały uśrednione i posłużyły jako podstawa tej pracy. WYNIKI Gleby bielicowe występujące na terenie badań odznaczają się kwaśnym odczynem i małą pojemnością sorpcyjną oraz małą zawartością N, P oraz kationów wymiennych we wszystkich poziomach profilu w porównaniu z czarną ziemią wytworzoną z piasku gliniastego lekkiego (tab. 1). Skała podścielająca o charakterze pyłu gliniastego w czarnej ziemi zalegająca poniżej 60 cm wyróżniała się bardzo wysoką zawartością fosforu w porównaniu z poziomami wierzchnimi. Największe opady atmosferyczne w okresie badań wystąpiły w miesiącach letnich z maksimum w czerwcu, najmniejsze w okresie jesienno-zimowym z minimum w lutym (rys. 1). Średnia roczna suma opadów wynosiła 484 mm. Wody gruntowe z terenu gleby bielicowej zalegały średnio ponad dwukrotnie głębiej (1,84 m) w porównaniu z czarną ziemią (0,75 m). W obydwu obiektach najwyższy poziom wód gruntowych stwierdzono w miesiącach wiosennych, tj. w marcu w przypadku czarnej ziemi i w kwietniu w przypadku gleby bielicowej. W następnych okresach obserwowano spadek poziomu wody w studzienkach. Właściwości gleb na obszarze badań Soil properties on the investigated areas Tabela 1 Poziom Głę- Grupa bokość mechaniczna Hori DeDth Textural zon (cm) class Pojemność sorpcyjna Sorptive Kationy wymienne Exchangeable cations (me/100 g) capacity (me/100 g) К Na Ca Mg ph KC1 N-og. N-tot. (%) P-przysw. P-avail. mg P2O5 per 100 g Gleba bielicowa Podzolic soil Ap ,2 0,20 0,13 2,5 2,5 6,9 0,03 27,4 В B/C piasek lekki loose sand 6,5 0,07 0,05 1,0 1,0 5,2 0,01 21,7 4,1 0,07 0,03 0,2 0,6 4,5 0,01 10,2 с > 40 2,0 0,07 0,03 0,2 0,2 4,0 0,01 3,2 Czarna ziemia Black earth Ap 0-20 glina lekka 29,5 0,30 0,25 26,0 2,0 6,8 0,21 0,7 A light loam 20,5 0,30 0,38 18,0 2,0 6,3 0,09 1,8 С D > 6 0 pgl light loamy sand pgl light loamy silt 6,6 0,09 0,08 4,0 1,6 6,7 0,01 6,3 10,5 0,20 0,13 9,0 2,0 6,6 0,01 20,0

3 Skład chemiczny wód gruntowych 123 Rys. 1. Średnie miesięczne opady oraz średni miesięczny poziom wód gruntowych w obszarze badań w latach : 1 gleba bielicowa, 2 czarna ziemia, la; 2a przeciętne wartości w okresie badań odpowiednio dla gleby bielicowej i czarnej ziemi Fig. 1. Mean monthly precipitation and mean monthly level of ground waters on investigated areas in : 1 podzolic soil, 2 black earth, la, 2a average values in the study period for podzolic and black earth respectively Stężenia azotu całkowitego w obydwu obiektach badań wahały się znacznie w ciągu roku i były przeciętnie dwukrotnie wyższe w wodach gruntowych w glebie bielicowej w porównaniu z wodami gruntowymi z czarnej ziemi i wynosiły odpowiednio: 7,26 i 3,69 mg N w dm3 (rys. 2). Zawartości azotanów w przypadku czarnej ziemi były wyrównane w ciągu roku, ale średnio aż 28 razy niższe (0,12 mg N w dm3) w porównaniu z glebą bielicową (3,38 mg N w dm3). Stąd ich udział w całkowitej zawartości azotu wynosił 3,3% w wodach z obszaru czarnej ziemi i aż 46,5% w wodach z gleby bielicowej. Wyniki stężenia fosforu ogólnego nie wykazały różnic między obiektami w okresach pobierania prób, chociaż przeciętne stężenie w całym okresie badań było wyższe w wodzie z czarnej ziemi (0,47 mg PO4 w dm3) niż z gleby bielicowej (0,38 mg PO4 w dm3). Natomiast zawartość ortofosforanów była każdorazowo nieco wyższa w wodach z czarnej ziemi w porównaniu z glebą bielicową i wynosiła odpowiednio: 0,31 i 0,21 mg PO4 w dm. W obydwu obszarach badań oraz przy obydwu

4 124 M. Misztal, H. Smal J F M A M J J A S O N D m o n t h Rys. 2. Średnie miesięczne stężenia azotu ogółem oraz azotanowego, fosforu ogólnego, ortofosforanów w wodach gruntowych z terenu gleby bielicowej (1) i czarnej ziemi (2) w latach oraz przeciętne wartości w okresie badań (la; 2a) Fig. 2. Mean monthly concentrations of total and nitrate nitrogen, total phosphorus, orthophosphate in the ground waters on podzolic (1) and black earth (2) in and the average values in the study period (la: 2a)

5 Skład chemiczny wód gruntowych 125 Rys. 3. Średnie miesięczne stężenia potasu, sodu, wapnia, magnezu w wodach gruntowych z terenu gleby bielicowej (1) i czarnej ziemi (2) w latach oraz przeciętne wartości w okresie badań (la; 2a) Fig. 3. Mean monthly concentrations of potassium, sodium, calcium, magnesium in ground waters on podzolic (1) and black earth (2) areas in and average values in the study period (la; 2a)

6 126 M. Misztal, H. Smal formach fosforu maksymalne stężenia zanotowano we wrześniu, a wyraźne spadki w miesiącach zimowo-wiosennych. Charakterystyczne były zdecydowanie wyższe stężenia potasu (13,77 mg К w dm3), a także sodu (10,59 mg Na w dm3) i magnezu (10,1 mg Mg w dm3) w wodach z terenu gleby bielicowej niż z czarnej ziemi, gdzie wielkości te wynosiły odpowiednio: 1,73; 4,0 i 5,79. Tylko wapń wykazał zależność odwrotną, tj. większe stężenie w wodzie z czarnej ziemi (110,9 mg Ca w dm3) niż z gleby bielicowej (40,5 mg/dm3), rysunek 3. Interesujący jest szereg stężeń omawianych pierwiastków. W wodach z obszaru gleby bielicowej zawartość kationów kształtowała się następująco: Ca > К > Na > Mg, podczas gdy z czarnej ziemi: Ca = Mg > Na > K, w glebach zaś odpowiednio: Ca = Mg > К > Na oraz Ca > Mg > К = Na. DYSKUSJA W badaniach zawartości azotu w wodach gruntowych z terenów uprawnych główną uwagę zwrócono na azotany jako na formę najbardziej narażoną na wymywanie i decydującą o zanieczyszczeniu gleb. Stąd większość danych dotyczy tej formy azotu, mniej form ogólnej i amonowej. Otrzymywane zawartości azotanów były bardzo różne w zależności od typu i rodzaju gleb, pokrycia terenu roślinnością, wielkości i rodzaju nawożenia. Ogólnie należy stwierdzić, że otrzymane w naszych badaniach wyniki stężeń N-NO3 były dosyć niskie, zwłaszcza w wodach z czarnej ziemi w porównaniu z wynikami innych autorów [1, 4-8]. Natomiast zawartość fosforu była nieco większa [1, 2] lub podobna [3, 6, 8 ] do wyników uzyskanych przez innych badaczy. Z wyjątkiem wapnia i fosforu, stężenia pozostałych pierwiastków były wyższe w wodach z obszaru gleb bielicowych. Jednocześnie zawartość badanych składników w glebie bielicowej we wszystkich poziomach profilu była niższa niż w czarnej ziemi. Wskazuje to wyraźnie na zewnętrzne źródło badanych pierwiastków. Pierwiastki wprowadzone do gleby piaszczystej z nawozami mineralnymi były bardzo łatwo wymywane. Sprzyjała temu mała pojemność kompleksu sorpcyjnego, a także duża przepuszczalność gleby. Ponadto badania przeprowadzone w Katedrze Mikrobiologii Akademii Rolniczej w Lublinie (dane nie publikowane) na tych samych obiektach glebowych wykazały, że ogólna aktywność mikrobiologiczna, rejestrowana na podstawie intensywności wydzielania CO2 w procesie mineralizacji substancji organicznej, jest znacznie większa w czarnej ziemi niż w glebie bielicowej. Stąd tak glebowy, jak i wprowadzany azot podlegał w czarnej ziemi silnej sorpcji biologicznej, co w połączeniu z mniejszą przepuszczalnością zapobiegało jego stratom przez wymywanie. Zmiana miejsca potasu na drugie po wapniu w szeregu kationów w wodach gruntowych z terenu gleb bielicowych w porównaniu z takim szeregiem w czarnych ziemiach wskazuje na dopływ potasu do wód z nawozów mineralnych. Większą zawartość wapnia w wodach z terenu czarnych ziem w porównaniu z terenem gleb bielicowych należy przypisać o wiele większej zawartości Ca we wszystkich poziomach profilu czarnej ziemi. Podobnie jeśli chodzi o fosfor głównym jego źródłem była skała podścielająca zasobna w ten pierwiastek, a jednocześnie znajdująca się w zasięgu wahań lustra wody gruntowej.

7 Skład chemiczny wód gruntowych 127 WNIOSKI 1. Skład chemiczny wód glebowo-gruntowych zależał w większym stopniu od właściwości fizykochemicznych gleby niż od poziomu nawożenia. 2. Wody gruntowe z obszaru gleb bielicowych zawierały więcej azotu, potasu, sodu, wapnia i magnezu, a mniej fosforu w porównaniu z wodami z terenu czarnej ziemi. LITERATURA [1] Bartoszewicz A. Zasolenie wód glebowo-gruntowych Wielkopolski oraz jego związek z warunkami glebowymi i intensyfikacją nawożenia. Rocz. AR Poznań, Rozpr. Nauk. 1979, z. 91: [2] Borowiec S., Skrzyczyński T., Kucharska T. Migracja składników nawozowych z gleb niziny Szczecińskiej. Soc. Sei. Stet. Wydz. Nauk Przyr. Roi. 1978, z. 1:1-68. [3]Johnston W.W., Ittihadieh F., Daum R.M., Pilsbury A.F. Nitrogen and phosphorus in tile drainage effluent. Soil Sei. Soc. Am. Proc. 1965, 3: [4]Mansell R.S., Wheller W.B., Calvert D.V. Leaching losses of two nutrients and an herbicide from two sandy soils during transient drainage. Soil Sei. 1980, 3: [5] Margo ws ki Z. Przyrodnicze i agrotechniczne czynniki ograniczające eutrofizację wód krajobrazu rolniczego. Zesz. Nauk. Roi. 1979, z. 228: [6]Pondel H., Terelak H. Skład chemiczny wód drenarskich jako podstawa oceny strat składników mineralnych wymywanych do wód gruntowych. Pam. Puł. 1989, z. 75: [7] Rasmussen К. Fertilizer application and ground water pollution. Ann. Agric. Fenn. 1980, 2: [8] Ruszkowska M. i in. Dynamika i bilans składników pokarmowych w doświadczeniu lizymetrycznym. Wyniki badań za okres I rotacji ( ). Rocz. Nauk Roi. Ser. D. Monogr. 1979, t. 173: М. МИШГАЛЬ, Г. СМАЛЬ ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ГРУНТОВЫХ ВОД НА ПАХОТНЫХ ПОДЗОЛИСТЫХ И ЧЕРНЫХ ПОЧВАХ Кафедра почвоведения Сельскохозяйственной академии в Люблине Резюме В гг. исследовали изменения в содержании в грунтовых водах нитратов, ф о сфора, калия, натрия, кальция и магния на пахотных подзолистых и черных почвах. Гораздо высшие концентрации общего N (7,26 мг/дм3), N-NO3 (3,98 мг/дм3), К (13,77 мг/дм3), Na (10,59 мг/дм3) и Mg (10,1 мг/дм3) были установлены в грунтовых водах под подзолистой почвой, чем под черной почвой (соответственно 3,69, 0,12, 1,73,4,0 и 5,29). С другой стороны концентрации общего P, Р-РО4 и Са были выше в грунтовых водах под черной почвой (0,47; 0,31 мг POVäm^ 110,9 мг Са/дм3), чем под подзолистой почвой (0,38; 0,21 мг РО^ДМ3 и 40,5 мг Ca/дм 3). Содержание азота и фосфора значительно колебались на протяжении года. М. MISZTAL, H. SMAL CHEMICAL COMPOSITION OF GROUND WATERS ON ARABLE PODZOLIC SOILS AND BLACK EARTHS Department of Soil Science, Agricultural University of Lublin Summary Changes in the content in ground waters of nitrates, phosphorus, potassium, sodium, calcium and magnesium on arable podzol soils and black earths were investigated in Much higher concen-

8 128 M. Misztal, H. Smal tration of total N (7.26 mg N per dm3, N - N O 3 (3.98 mg N per dm3), К (13.77 mg К per dm3), Na (10.59 mg Na per dm3) and Mg (10.1 mg Mg per dm3) were found in ground waters under the podzol soil than under black earth (3.69,0.12,1.73,4.0 and 5.79, respectively). On the other hand, the concentration of total P, P -P O 4 and Ca was higher in ground waters under black earth (0.47 mg per dm3 ; 0.31 mg P O 4 per dm3 and mg Ca per dm3) than under podzol soil (0.38; 0.21 mg P O 4 per dm3 and 40.5 mg Ca per dm3). The nitrogen and phosphorus content varied considerably throughout a year. Prof. dr M. Misztal Praca wpłynęła do redakcji w marcu 1991 r. Instytut Gleboznawstwa Akademia Rolnicza Lublin, Leszczyńskiego 7