ZMIANY ZWIĄZKÓW HUMUSOWYCH W SADACH UTRZYMYWANYCH W WIELOLETNIM UGORZE HERBICYDOWYM

Transkrypt

1 ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE TOM LX NR 1 WARSZAWA 2009: MICHAŁ LICZNAR. STANISŁAWA ELŻBIETA L1CZNAR. JERZY DROZD, JERZY WEBER ZMIANY ZWIĄZKÓW HUMUSOWYCH W SADACH UTRZYMYWANYCH W WIELOLETNIM UGORZE HERBICYDOWYM CHANGES OF HUMIC SUBSTANCES IN ORCHARDS UNDER M A N Y YEARS' HERBICIDE FALLOW Instytut Nauk o Glebie i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu A bstract: The results o f the study indicate that cultivation o f m onoculture fruit trees in many years' herbicide fallow affected the quantity and quality changes o f the soil organic matter. A pplication o f herbicide fallow in period o f 15 years caused a significant increase o f organic carbon under plantations o f cherry tree and the natural crossing (cherry trees X sw eet cherry trees). Under the apple tree, sw eet cherry and peach trees orchards the process o f hum ification led to the formation o f greater amounts o f hum ic and fulvic acids. The m ost intensive process o f soil acidification under peach tree cultivation effected by significant decrease o f humic acids bounded with calcium. S ło w a kluczow e: sady m onokulturow e. ugór herbicydowy, transform acja materii organicznej. K ey w ords: orchard m onocultures, herbicide fallow s, organic matter transformation. WSTĘP Od szeregu lat podstawowym sposobem utrzymywania gleby w sadach produkcyjnych jest ugór herbicydowy w rzędach drzew i murawa w międzyrzędziach [Lipecki 1998], Metoda ta eliminuje rozwój chwastów konkurujących z drzewami o wodę i składniki pokarmowe, co korzystnie wpływa na ich wzrost i plonowanie. W długotrwałym okresie stosowania tej metody gromadzą się jednorodne resztki organiczne. Podobnie jak w uprawach monokulturowych wpływają one na kształtowanie określonego kierunku aktywności biologicznej [Bielińska 2001, 200la; Januszek i in. 1995: Kozanecka i in. 1996] oraz na powstawanie związków o charakterze ekotoksycznym i allelopatycznym [Poulton 1990: Rice 1984]. W świetle danych Kowalińskiego i in. [1986] oraz Turskiego [1996] ilość i jakość resztek organicznych oraz skład edafonu w agrocenozach determinują procesy humifikacji i powstawanie połączeń próchnicznych różnie związanych z mineralną częścią gleby.

2 Zmiany związków humusowych w sadach... w wieloletnim ugorze herbicydowym 61 Badania wielu autorów [Janowski 1994; Kowaliński i in. 1986; Parylak 1998; Szajdak 1999] wskazują, że pod monokulturową uprawą zbóż, zwłaszcza w okresie krótkotrwałym, nie zawsze dochodzi do spadku próchniczności gleb. Wpływa ona natomiast na skład jakościowy związków próchnicznych. Przejawia się to głównie wzrostem połączeń frakcji wolnych i luźno związanych z mineralną częścią gleby oraz ich podatnością na utlenienie [Kowaliński i in. 1986; Janowski 1994]. Dopływ jednorodnych substancji organicznych oraz aktywność enzymatyczna gleb w monokulturowych nasadzeniach gatunków drzew owocowych [Bielińska 2001 a] niewątpliwie wpływająna przebieg procesu humifikacji, co dotychczas nie było przedmiotem szczegółowych badań. Celem pracy jest poznanie oddziafywania niektórych gatunków drzew owocowych prowadzonych w wieloletnim ugorze herbicydowym na skład frakcyjny związków próchnicznych. MATERIAŁ I METODY Badania prowadzono na Dolnym Śląsku w Stacji Badawczo-Dydaktycznej Samotwór, Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. Na glebie płowej wytworzonej z gliny lekkiej pylastej zalegającej na glinie średniej, założono 5 kwater sadu: - wiśniowego w rozstawie 4 x 3 m ( drzew na ha). - czerechowego w rozstawie 6 x 5 m (333 drzew na ha). - brzoskwiniowego w rozstawie 4 x 4 m (626 drzew na ha), - czereśniowego w rozstawie 6 x 5 m (333 drzew na ha), -jabłoniow ego w rozstawie 4 x 3 m (833 drzew na ha). W rzędach drzew utrzymywano ugór herbicydowy, stosując w latach Reglone 5 1-ha"1 + Fusilade 2 1-ha"1. a następnie Roundup 3 l*ha_1 + Chwastox 1,5 1-ha-1. W międzyrzędziach utrzymywano murawę, której odrosty koszono i pozostawiano na miejscu. Próbki gleb do analiz pobrano z pasa herbicydowego między drzewami w 5 powtórzeniach, z głębokości 5-15 cm. po 15 latach od założenia sadu. Oznaczono w nich: - skład granulometiyczny metodą areometiyczną Cassagrande'a w modyfikacji Prószyńskiego, - ph w 1 mol-dni"'3 KC1 potencjometrycznie, - kwasowość hydrolityczną (Hh) metodą Kappena, - kationy wymienne o charakterze zasadowym (Ca, Mg, K, Na) metodą Pallmanna, - C organiczny (Corg) metodą Tiurina. - skład frakcyjny związków próchnicznych zmodyfikowaną metodą Tiurina [Licznar i in. 1997], wydzielając: - połączenia organiczne niskocząsteczkowe (Frakcja la), - połączenia próchniczne wolne oraz zw iązane z Ca i niekrzemianowymi formami (Frakcja I), - połączenia próchniczne związane z krzemianowymi formami R^O^ (Frakcja II). - połączenia próchniczne wolne oraz związane z niekrzemianowy mi formami R^O^ (Frakcja III). " ~ Wyniki opracowano statystycznie weryfikując je na poziomie istotności a = 0,05.

3 <52 M. Licznar, S. E. Licznar J. Drozd, J. Weber WYNIKI I DYSKUSJA Wyniki badań (tab. 1-2 i rys. 2-3) wskazują, że 15-letnie nasadzenia różnych gatunków drzew owocowych oddziaływały odmiennie na właściwości gleb. Wpływ antropopresji wyraźnie uwidocznia się we właściwościach fizykochemicznych [Gliński, Turski 2002]. W analizowanym doświadczeniu, przy zbliżonym uziarnieniu poziomów próchnicznych (tab. 1) proces zakwaszenia zachodzi! najintensywniej w kwaterze sadu brzoskwiniowego (tab. 2), a gleby tego obiektu charakteryzowały się jednocześnie dużą zmiennością wartości ph w KC1 (3,4-5.9). Może temu sprzyjać łatwiejsze wymywanie kationów zasadowych z gleby pokrytej nasadzeniami brzoskwiń charakteryzującymi się słabo rozwiniętą koroną [Lic-znar i in. 2001]. Potwierdza to wyraźnie zaznaczony proces ługowania wapnia obserwowany w kwaterach sadu czerechowego i brzoskwiniowego, któiy mógł przyczynić się do istotnego wzrostu udziału jonów wodorowych w kompleksie sorpcyjnym gleb oraz obniżenia stopnia jego wysyc-enia kationami o charakterze zasadowym. Nie stwierdzono natomiast istotnego wpływu ocenianych nasadzeń na zawartość pozostałych kationów wymiennych (Mg. K, Na) oraz pojemność sorpcyjną gleb. Gatunki drzew i formy ich koron, wpływały niewątpliwie na ilość dopływającej materii organicznej do gleby, jej jakość oraz w arunki mineralizacji i humifikacji. Zawartość Corg w glebach badanych kwater (rys. la) kształtowała się w przedziałach 8, g*kg_1. Można jąprzedstawić w kolejności malejącej poszczególnych drzewostanów następująco: sad czerechowy > wiśniowy > brzoskwiniowy > czereśniowy > jabłoniowy. Istotny wpływ sadu wiśniowego na wzrost zawartości Corg i N ogółem został stwierdzony także we wcześniejszych badaniach Bielińskiej [2001 a]. Analiza składu frakcyjnego próchnicy wskazuje, iż wskutek gromadzenia się jednorodnej materii organicznej w poszczególnych kwaterach zmienia się zawartość związków próchnicznych różnie związanych z masąmineralnągleby (rys. 1-3). Średni udział frakcji fulwowej (Frakcja la), obejmującej kwasy fulwowe i połączenia organiczne niskocząsteczkowe, wahał się w granicach 3,7-7,0% Corg (rys. 1b). Wartości jej były istotnie wyższe jedynie w glebach sadu jabłoniowego. Procentowa zawartość tej frakcji (tab. 3) TABELA 1. Skład granulo metryczny TABLL 1. Granulometric composition Sad Orchard Procentowa zawartość cząstek o średnicy [mm] Percentage o f fraction with particle diameter [mm] :I <0.002 Wiśniowy 38.2* Cherry 3 5, * * 8, ; Czerechowy :5.6 Cherry x sweet cherry Brzoskwiniowy Peach C zereśnio wy ! Sw eet cherry 3 5, , Jabłoniowy ' Apple , j * wartość średnia - mean value; **zakres wartości - value range O C \ G

4 Zmiany związków humusowych w sadach... w wieloletnim ugorze herbicydowym 63 TABELA 2. Niektóre właściwości fizykochemiczne - TABLE 2. Some physico-chemical properties Sad Orchard p n KC, Ilh Kationy wymienne Exchangeable cations S TEB T CEC v! BS Ca Mg K Na [cmol(+)-kg '] [%] Wiśniowy - Cherry ,97 8,51 82! Czerechowy - Cherry * sweet cherry ,55 0,20 5, Brzoskwiniowy - Peach , , Czereśniowy - Sweet cherry 5,9-6,3 1, , Jabłoniowy - Apple , , NIRo.o, l s d 005 0,58 0, , Objaśnienia: S - suma kationów zasadowych; T - pojemność sorpcyjna; V - stopień wy sycenia kompleksu kationami zasadowymi; Explanations: TBC sum o f exchangeable basic cations; CEC - cation exchangeable capacity: BS base saturation wykazywała istotnie dodatnią korelację z ilością Ca2 (r = 0,49), co może świadczyć o znaczącym wpływie tego kationu na kierunek transformacji materii organicznej i powstawanie większej ilości związków niskocząsteczkowych. Dominującągrupę wśród tworzących się związków próchnicznych w/ glebie na wszystkich kwaterach stanowiły połączenia ekstrahowane z gleby po dekalcytacji roztworem NaOH o stężeniu 0,1 mol-dm" (Frakcja I). Reprezentowane są one przez związki próchniczne wolne oraz związane z Ca i niekrzemianowymi formami R2Ov Procentowa zawartość tej frakcji (tyś. lc) była istotnie wyższa w glebach pod nasadzeniami brzoskwiń, czereśni i jabłoni. Proporcjonalnie do zawartości frakcji I zmienił się w niej udział węgla kwasów huminowych (rys. 2a) i fulwowych (rys. 2b), a stosunek CKH/CKF przyjmował wartości około 1,5 i nie wykazywał istotnego zróżnicowania między obiektami (lys. 3a). Ilość połączeń próchnicznych związanych z krzemianowymi formami R0C) (Frakcja II) stanowiła 7,3-10,5%Corg(rys. 1d). W glebach pod nasadzeniami czereśni i jabłonnch zaw^artość była istotnie wyższa niż w glebach sadu wiśniowego, czerechowego i brzoskwiniowego. W tej frakcji zwraca uwagę znaczny udział węgla kwasów huminowych (rys. 2c). Szczególnie wysokie i istotne zróżnicowanie wartości CKH/CKF w tej grupie połączeń (rys. 3b) stwierdzono w glebach pod nasadzeniami brzoskwiń i czereśni (5,3 i 4,0). Procentowy udział węgla niehydrolizującego wykazywał zależność proporcjonalną z zawartością C organicznego. Był on istotnie wyższy w glebach sadu wiśniowego i czerechowego, a najniższy pod nasadzeniami jabłoni (rys. le). Podobnie niską zawartość C niehydrolizującego w glebach sadu jabłoniowego, utrzymywanego przez 20 lat w ugorze herbicydowym, stwierdzili wcześniej Domżał i in. [1993]. Wskazuje to na szybszą transformację materii organicznej w kwasy fulwowe i huminowe, co przejawia się wyższym stopniem jej humifikacji pod monokulturowymi nasadzeniami jabłoni. W charakterystyce substancji humusowych ważną rolę odgryw-ają również związki próchniczne wolne i związane z niekrzemianowymi formami R0O^ (Frakcja III) oraz kwasy huminowe związane z wapniem. W dotychczasowych opracowaniach [Drozd 1973; Licznar i in. 1997] często podkreśla się, że zawartość frakcji III zależy w dużym stopniu od właściwości fizykochemicznych gleb. Spostrzeżenia te potwierdzają istotne współczynniki korelacji (tab. 3) między jej zawartością a wartościami ph (r = -0,51) i Hh

5 64 M. Licznar, S. E. Licz nar. J. Drozd, J. Weber R Y SU N E K l. Zawartość w ęgla organicznego (Corg) i różnych frakcji zw iązków próchnicznych w glebach monokultur sadow niczych FIGURE l. The content o f total organie carbon (C org) and various hum us com pounds in soils o f different orchard quarters

6 Zmiany związków humusowych w sadach... w wieloletnim ugorze herbicydowym 65 R Y SU N E K 2. Zawartość kw asów hum inow ych (CK H ) i kw asów fulw ow ych (CKF) w glebach monokultur sadow niczych FIGURE 2. The content o fh u m ic (CH A ) and ful vie acids (CFA) in soils o f different orchard quarters

7 66 M. Licz nar, S. E. Licz nar, J. Drozd, J. Weber RYSUNEK 3. Stosunek kwasów huminowych (CKH) do fulwowych (CKF) w glebach różnych monokultur sad own i czy ch FIGURE 3. The ratio of CHA/CFA in various humus fractions in soils of different orchard quarters (r = 0.52). Bardziej wyraźne zależności między omawianymi parametrami zaznaczyły się w przypadku kwasów huminowych związanych z wapniem. Ich ilość wykazywała istotną korelację z ph (r = 0,48). Hh (r = -0,50), zawartością Ca (r = 0,44) i V (r = 0,60). Powyższe rozważania wskazują, że w wyniku monokulturowych nasadzeń utrzymywanych w ugorze herbicydowym zachodzi zróżnicowanie właściwości fizykochemicznych gleby, które są ściśle powiązane ze zmianami ilościowymi i jakościowymi związków próchnicznych. Przyjmując, że efekt procesu humifikacji zależy w dużym stopniu od składu jakościowego materii organicznej, to zróżnicowanie ilościowe i jakościowe związków próchnicznych między badanymi obiektami może wynikać z różnej podatności na procesy transformacji resztek roślinnych, gromadzących się pod monokulturowymi nasadzeniami. Potwierdza to także między innymi wyższa podatność na utlenianie materii organicznej pasa herbicydowego w sadzie jabłoniowym stwierdzona przez Domżała i in. [1993]. Prawdopodobnie specyficzny skład chemiczny resztek organicznych w sadzie wiśniowym i czerechowym spowalnia ich przemiany, co może wpłynąć na wyższą zawartość C organicznego i niższy stopnień humifikacji materii organicznej pod tymi nasadzeniami [Bielińska 2001 a]. WNIOSKI 1. Monokulturowe nasadzenia sadownicze wywierają wpływ na właściwości fizykochemiczne gleb oraz procesy kumulacji i transformacji materii organicznej.

8 TABELA 3. W spółczynniki korelacji między właściwościam i fizykochemicznymi i składem frakcyjnym próchnicy TABLE 3. The correlation coefficients among some physico-chem ical properties and composition o f humus P Hmm ~ uh - 0,8 8 PHKu Hh C a2ł V BS Ca2+ n.s. n.s. -- V - BS 0,84-0,8 4 n.s. - C org n.s. n.s. n.s. n.s.... Corg Frakcja - Fraction la n.s. n.s. 0,49 n.s. - 0,5 3 - Frakcja Fraction la Frakcja - Fraction I n.s. n.s. 0,55 n.s. - 0,7 5 0,50 - Frakcja Fraction I Frakcja - Fraction II n.s. - 0,4 7 0,44 0,61-0,6 0 n.s. 0,62 - C niehydrolizujący C non hydrolizing Frakcja Fraction II n.s. n.s. - 0, , ,9 8-0,7 2 - C nie hydr. C non hydr. Frakcja - Fraction III -0,5 1 0,52 n.s. n.s. - 0,5 4 n.s. 0,57 n.s. - 0,4 9 - Frakcja Fraction III CKM * - CIIA* 0, n.s ,56 0,65-0,6 3 n.s. - *CKI I związane / Ca - *CHA bounded with Ca; n.s. - nieistotne - n.s. - not significant CKM * CHA * Zmiany związków humusowych w sadach... w wieloletnim ugorze herbicydowym On

9 ćc<? A/. Licznar, S. E. Licz nar, J. Drozd, J. Weber 2. Stosowanie przez 15 lat ugoru herbicydowego przyczyniło się do spadku zawartości C organicznego w glebach po nasadzeniami brzoskwiń, czereśni i jabłoni. 3. W glebach pod nasadzeniami brzoskwiń, czereśni i jabłoni materia organiczna wykazuje istotnie wyższy stopień humifikacji w porównaniu z glebami sadu wiśniowego i czerechowego. 4. Proces zakwaszenia gleb intensywniej zachodzący w kwaterze sadu brzoskwiniowego wpłynął istotnie na wzrost udziału połączeń próchnicznych wolnych i związanych z niekrzemianowymi formami R,(X (Frakcja III) oraz spadek udziału kwasów huminowych związanych z wapniem. LITERATURA BIELIŃSKA E. J. 2001: Wpływ stosowania ściółek w rzędach drzew na aktywność enzymatyczną gleby w sadzie jabłoniowym. Acta Agrophysica 48: BIELIŃSKA E. J la: Aktywność enzymatyczna gleby płowej w zależności od uprawy różnych gatunków drzew owocowych. Acta Agrophysica 56: DOMŻAL H.. FLIS-BUJAK M.. BARAN S.. ŻUKOWSKA G. 1993: Wpływ użytkowania sadowniczego na materię organiczną gleby wytworzonej z utworów pyłowych. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 411: DROZD J. 1973: Związki próchniczne niektórych gleb na tle ich 'fizykochemicznych właściwości. Rocz. Glebozn : GLIŃSKI J.. TURSKI R. 2002: Ewolucja, zasoby i główne zagrożenie gleb. Acta Agrophysica. monografia 65. Lublin: 88 ss. JANOWSKI J. 1994: Wpływ uprawy zbóż w monokulturze i zmianowaniu na niektóre właściwości materii organicznej (glebv). Zesz. Probl. Post. Sauk Robi. 414: JANUSZEK K.. KOŁODZIEJCZYK P.. WOLSKI P. 1995: Aktywność biochemiczna gleby przy różnych metodach uprawy jabłoni. Zesz. Probl. Post. Nauk Robi. 418: KOWALIŃSKI S.. DROZD LICZNAR M. 1986: Przemiany związków próchnicznych w glebie pod różnymi roślinami uprawianvmi w monokulturze i zmianowaniu w świetle dziesięciolecia doświadczeń' Rocz. Glebozn : KOZANECKA T.. REKOSZ-BURLAGA I I.. RUSSEL S. 1996: Aktywność mikrobiologiczna gleb w sadzie jabłoniowym w zależności od sposobu jej utrzymania, nawożenia azotem i wapnowania. Rocz. Glebozn. 47 Suplement: LICZNAR M.. DROZD J.. LICZNAR S.E.. SZEWCZUK A. 1997: WTpływ ugoru herbicydowego i mulczowaniagleb w sadzie jabłoniowym na ich właściwości fizykochemiczne, skład związków próchnicznvch i urodzajność. W: Gonet S.S.. Zaujec A. (red.): Humus Substances. The Environment 1: LICZNAR M.. LICZNAR-MAŁAŃCZUK M.. LICZNAR S.E. 2001: Wpływ intensywnych systemów prowadzenia drzew jabłoni odmiany Jonagold na żyzność i urodzajność gleby Acta Agrophysica 56: L1PECKIJ. 1998: W spółczesne poglądy na pielęgnację gleb w sadach. Post. Nauk Roln. 4/98: PA RYL AK D. 1998: Optymalizacja uprawy pszenżyta ozim ego w krótkotrwałej monokulturze na glebie kompleksu żvtniego dobrego. Zesz. Nauk AR Wroclaw, Rozpraw y 150: 94 ss. POULTON J.E. i rcvanogencsis in plants. Plant Pvsiol. 94: RICE E.J. 1984: Allelopathy. Academic Press Inc. New York: 422 ss. SZAJDAK L. 1999: Wpływ wieloletniej uprawy monokulturowej ż\la na zawartość i właściwości fizykochemiczne związków biologicznie czy nnych w glebach. Zesz. Nauk AR Wroclaw\ Rozprawy 161: 104 ss. TURSKI R. 1996: Substancja organiczna i jej znaczenie w ekosystemach. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 437: Prof. dr hab. Michał Licznar Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu. Instytut Nauk o Glebie i Ochrony Środowiska, ul. Grunwaldzka 53, Wrocław, e-maii: michaljicznarci;up.wroc.pl