SZCZEGÓŁOWA KARTOGRAFIA ZERODOWANYCH GLEB PŁOWYCH W MIKROZLEWNI ROLNICZEJ NA POJEZIERZU POZNAŃSKIM

Transkrypt

1 FOLIA UNIVERSITATIS AGRICULTURAE STETINENSIS (antea Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej w Szczecinie) Abbrev.: Folia Univ. Agric. Stetin. 217 Agricultura (87): 87-92, Ann CEZARY KAŹMIEROWSKI SZCZEGÓŁOWA KARTOGRAFIA ZERODOWANYCH GLEB PŁOWYCH W MIKROZLEWNI ROLNICZEJ NA POJEZIERZU POZNAŃSKIM DETAllED MAPPING OF ERODED HAPLUDALFS IN AGRICULTURAL MICROCACHMENTS OF POZNAŃ LAKELANO Katedra Gleboznawstwa Melioracyjnego, Akademia Rolnicza Im. A. Cieszkowskiego ul. Piątkowska 94, Poznań Słowa kluczowe: gleby płowe, kartografia zerodowanych gleb, określanie strat gleby. Key words: hapludalfs, mapping of eroded soils, estimation of soil less. S u m m a r y The paper presents the extent and degree of erosional transformation of morfology of Glossaquic Hapludalfs in agricultural microcatchment of gently undulating ground moraine of Poznań lakeland. The research showed, that eroded phases occupy 55% of Hapludalfs located over 1-5% slopes, The extent of soil loss by erosion was calculated within erosion classes by comparision of solum thickness of eroded and uneroded soils, located on level summits. Jednym z kierunków rolniczego przekształcenia pokrywy glebowej w terenach falistych jest przyspieszona erozja wodna (Ziemnicki 1968; Soil Survey Staff 1993). Według opracowań opartych na analizie geomorfologii terenu (Józefaciukowie 1995), Wielkopolska jest regionem słabo zagrożonym erozją wodną Jednak na obszarach falistych moren dennych Wielkopolski procesy erozyjne doprowadziły do skrócenia profili glebowych na powierzchni około 889,4 tys. ha (Marcinek 1994). Kartograficzne ujęcie skutków erozji wodnej gleb Wielkopolski przedstawił w małej skali Marcinek (1994), a opracowanie to stanowi głównie metodyczną podstawę do głębszej analizy erozji gleb tego regionu. W pracy przedstawiono wyniki badań nad skutkami przyspieszonej erozji wodnej gleb w mikrozlewni rolniczej. Opisano przestrzenną strukturę zerodowanych gleb, związek erozji z nachyleniem stoków oraz oszacowano "skrócenie" gleb w obrębie faz erozyjnych gleb płowych. MATERIAŁ I METODY Badania przeprowadzono w mikrozlewni Rowu Przybrodzkiego, położonej 20 km na północny zachód od Poznania. Jest to obszar o powierzchni 218 ha, stanowiący fragment falistej moreny dennej zlodowacenia północnopolskiego (Wisły), fazy poznańskiej. Badany teren jest całkowicie wylesi ony i odwodniony siecią drenarską oraz rowami otwartymi, a rolnicze użytkowanie gleb trwa tutaj nieprzerwanie od ponad 800 lat (Hładyłowicz 1932). Szczegółowe badania kartograficzno--gleboznawcze przeprowadzono metodą stosowaną dla powierzchni próbnych (Marcinek i in. 1974) Kontury jednostek glebowych wyznaczono metodą fotointerpretacji i stereoskopowej analizy zdjęć lotniczych w skali 1:10000 (Marcinek i in. 1974). W celu zdefiniowania jednostek glebowych, wydzielonych na mapie fotointerpretacyjnej, wykonano 316 płytkich odkrywek o głębokości 80 cm i pogłębionych świdrem do 130 cm. Ponadto wykonano 590 wierceń, których celem było określenie wewnętrznej struktury okonturowanych jednostek oraz weryfikacja ich zasięgów Za podstawową jednostkę kartograficzną przyjęto zespół glebowy (Marcinek i in. 1990). Stanowi on zbiór gleb mających analogiczne poziomy diagnostyczne pod względem cech wyróżniających i ich układu w profilu glebowym, wytworzonych z tego samego materiału macie-

2 88 C. Kaźmierowski rzystego, a których wszystkie charakterystyki mieszczą się w określonych granicach brzegowych. Na powierzchniach gleb zerodowanych określono klasy zerodowania według układu wierzchnich poziomów diagnostycznych oraz skrócenia profilu (Marcinek 1994). Do klasy umiarkowanie zerodowanej zaliczano gleby, w których skrócenie profilu wynosiło 25-75% pierwotnej miąższości poziomów A i E; przy większym skróceniu gleby zaliczano do klasy średnio zerodowanej. Nie wydzielano klasy słabo zerodowanej, o skróceniu < 25% miąższości poziomów A i E. Na podstawie struktury klas zerodowania gleb w obrębie konturu zdefiniowano kartograficzne fazy erozyjne zespołów glebowych (Soil SUNey Staff 1993). Kontury o przewadze umiarkowanej klasy zerodowania stanowią fazę średnio zerodowaną, natomiast przy przewadze średniej klasy zerodowania - fazę silnie zerodowaną. WYNIKI Gleby płowe stanowią 29,5% powierzchni zlewni Rowu Przybrodzkiego (ryc. 1). Gleby te wytworzone są z marglistych glin zwałowych o uziarnieniu glin piaszczystych i lekkich. Na płaskich rozległych kulminacjach występują gleby płowe zaciekowe opadowo-qlejowe, w których na skutek długotrwałej i intensywnej uprawy uformował się poduprawny poziom agric - zespoły P5 i P6. Gleby te wykazują podobną budowę profili, różnią się jedynie poziomem wierzchnim (ochric w zespole P5, mollic w zespole P6). Na lekko nachylonych kulminacjach oraz w górnych odcinkach stoków swobodnych, o dobrych warunkach naturalnego drenażu, uformowały się gleby płowe zaciekowe opadowo-glejowe - zespół P4. W obrębie tego zespołu wydzielono fazę średnio zerodowaną P4b (ryc. 2) - na części stoków o nachyleniu 1-2%, oraz fazę silnie zerodowaną P4c - na części stoków o spadkach ponad 2%. Lokalnie występują tu także gleby płowe typowe - faza silnie zerodowana P1c na stokach 2-5% oraz gleby płowe typowe opadowo-qlejowe P2 (stoki < 2%). Poniżej gleb płowych zaciekowych opadowo-glejowych, w dolnych łagodnych odcinkach stoków swobodnych, uformowały się gleby płowe zaciek owe gruntowoglejowe (P7) oraz gleby płowe typowe gruntowo-glejowe (P3). U podnóży stoków, poniżej zerodowanych gleb płowych, występują liczne, niewielkie powierzchnie próchnicznych gleb deluwialnych (F), o miąższości deluwiów cm (1,9% POw.). Pozostały obszar zlewni zajmują różne zespoły czarnych ziem. Opisane zespoły glebowe stanowią wydzielenia o strukturze przestrzennej konsocjacji (Marcinek 1995, ryc. 2). Toposekwencyjny układ tych gleb wzdłuż stoku opisano w pracy Marcinka i in. (1998). Badania wykazały, że faza średnio zerodowana (P4b) stanowi 12,6 % areału gleb płowych, natomiast fazy silnie zerodowane odpowiednio 6,4 % (P1 c, P4c). Wyłączając gleby położone w terenie o spadkach < 1% (P3, P5, P6, P7) stwierdzono, że fazy erozyjne stanowią 55% gleb płowych położonych na stokach o nachyleniu 1-5%. Faza średnio zerodowana zajmuje 37% stoków - głównie o nachyleniu 1-2%, faza silnie zerodowana zajmuje 18,7% stoków - głównie o nachyleniu ponad 2%. Na rycinie 3 zestawiono średnie miąższości poziomów diagnostycznych zespołów gleb płowych zaciekowych opadowo-glejowych (część górna) oraz miąższości solum i głębokości stropu poziomu argillic (część dolna). Przyjęto założenie, że gleby płowe położone na płaskich wyniesieniach, w których wykształcił się poziom agric - zespoły P5 i P6, podlegają regradacji (Marcinek 1998) i stanowią gleby odniesienia. Gleby te zachowały bowiem zbliżoną do pierwotnej miąższość solum oraz sekwencję poziomów genetycznych. Miąższość solum tych gleb wyznaczona jest przez głębokość spągu poziomu argillic i wynosi średnio 103, 1±7,5 cm. W badanych glebach płowych spąg poziomu Bt jest zgodny ze stropem węglanowych materiałów macierzystych i jest lekko pofalowany względem powierzchni terenu. W zespole gleb płowych zaciekowych opadawo-glejowych P4, skrócenie solu m jest nieistotne, gdyż jest mniejsze od przedziału ufności miąższości solum w glebach odniesienia. Gleby te uległy wyrażnemu skróceniu w obrębie klasy umiarkowanie zerodowanej (P4e2), bowiem poniżej poziomu uprawnego zalega szczątkowy poziom eluwialny Eet. Średnia miąższość solum zmalała tu do 79,7±10 cm, a skrócenie profili glebowych wynosi 23,4 cm. W glebach wykazujących średnią klasę zerodowania (P4e3), średnia miąższość solum zmalała do 58 ±7,4 cm, a skrócenie profili glebowych wynosi 47,1 cm.

3 Ukl. Wspł / Fazy erozyjne. eroded phases: ~ linia kolejowa, train line ::.:.:.:.;. średnio zerodowane, moderately eroded mm silnie zerodowane, severely eroded - - drogi gruntowe, ground roads rowy nieprzejezdne, open ditches Ryc. 1. Szczegółowa mapa gleb płowych i deluwialnych zlewni Rowu Przybrodzkiego w skali 1: z kartograficznym odwzorowaniem skutków erozji gleb P1c - gleby płowe typowe faza silnie zerodowana; P2 - gleby płowe typowe opadowo- -oglejowe; P3 - gleby płowe typowe gruntowo-glejowe z poz. mollic; P4 - gleby płowe zaciekowe opadowo-glejowe; P4b - jw. faza średnio zerodowana; P4c - j.w. silnie zerodowana; P5 - gleby płowe zaciekowe opadowo-glejowe z poz. agric; P6 - j.w. z poz. mollic; P7 - gleby płowe zaciekowe gruntowo-glejowe z poz. mollic; F - gleby deluwialne próch niczne. Fig. 1. Detailed soil map of Hapludalfs and Endoaquolls of the Przybroda Ditch catchment, with cartographical image of soil erosion results, scale 1: P1c - Typic Hapludalfs severely eroded phases; P2 - Aquic Hapludalfs; P3 - Aquollic Hapludalfs; P4 - Glossaquic Hapludalfs; P4b - i.d. moderately eroded phases; P4c - i.d. severely eroded phases; P5 - Glossaquic Hapludalfs; P6 - Glossaquic Hapludalfs; P7 - Aquollic Hapludalfs; F - Fluvaqentic Endoaquolls.

4 90 C. Kaźmierowski P4 + P4e1 79% P4 P4b P4c ~;;==!P4e2 10% P4e3 16% F P5 3% 6% P4+P4e1 19% P4e3 57% P4+P4e1 25% P5 5% P4e2 56% Ryc. 2. P6łilościowa struktura wewnętrzna konsocjacji zespołu gleb płowych zaciekowych opadowo-glejowych Fazy erozyjne: P4b - średnia; P4c - silna. Klasy zerodowania: P4e1- słaba; P4e2 - umiarkowania; P4e3 - średnia. Fig. 2. Semiquantative structure ot delineated consocciations ot Glossaquic Hapludalts Eroded phases: P4b - moderate; P4c - severe. Erosion classes: P4e1 - very slightly; P4e2 - slighty; P4e3 - moderately. T ~ ~ P4e2 18% A - ochric lub mollic.ae-agric E.Z Eet - luvic B/E - glossic Btg - argillic Ẹ!:!.. J:: i5. Gl a I -o '00 o.><: o CI>' (5-103, 1±7,5 cm ---'=I~ '-' ' '- -47,1 cm -120.L---~~ ~----.J opraccwane wg opisów Marcinka P5+P6 (42) P4+P4e1 (20) P4e2 (21) Marcinek i in. (1995) (13) Gleby (liczba obserwacji) - Soils (sampel sizes) gębokość zalegania stropu poziomu argillic depth to top of arqillic horizon głębokość zalegania spągu poziomu arqillic - miąższość sotum depth to bottom ot argillic horizon - solum thicknes P4e3 (13) Ryc. 3. Zestawienie budowy morfologicznej gleb płowych zaciekowych opadowo-glejowych P5 + P6 - gleby odniesienia. Klasy zerodowania: P4 + P4e1 - brak lub słaba; P4e2 - umiarkowania; P4e3 - średnia. Fig. 3. Confrontation ot soil morphology ot Glossaquic Hapludalts P5 + P6 - retrence soils. Erosion classes: P4 + P4e1 - uneroded ar very slightly; P4e2 - slighty; P4e3 - moderately. DYSKUSJA Badania wykazały, że fazy erozyjne stanowią 55 % gleb płowych polożonych na stokach o nachyleniu 1-5%. Według Pen nocka i in. (1987) są to nachylenia zbyt małe do rozwoju erozji

5 Szczegółowa kartografia zerodowanych gleb płowych wodnej. Uwagi te potwierdza blisko 1Q-letnia obserwacja terenu, w trakcie której sporadycznie obserwowano małe natężenie rozproszonej erozji wodnej na stokach o nachyleniu> 2%. Na podstawie analizy geomorfologii terenu oraz z uwagi na silniejsze skrócenie gleb na wypukłych krawędziach stoków, wskazać można, w oparciu o obserwacje Rząsy (1959) i Sinkiewicza (1998), że przy spadku < 2% gleby płowe uległy głównie erozji uprawowej (faza P4b). przy nachyleniu ponad 2% skrócenie tych gleb jest wynikiem erozji wodnej oraz erozji uprawowej (fazy P4c i P1c). Marcinek i in. (1990) wykazali naturalną zmienność budowy morfologicznej gleb w obrębie okonturowanego zespołu glebowego, którą stwierdzono także w niniejszych badaniach (ryc. 2 i 3). Zmienność ta uniemożliwia rozpoznanie w terenie gleb słabej klasy zerodowania (Soil Survey Staff 1993; Marcinek 1994). W klasie tej, w odniesieniu do badanych gleb, skrócenie profilu powinno bowiem być mniejsze od 14 cm, natomiast zakres zmian miąższości solum w glebach niezerodowanych wynosi 15 cm (ryc. 3). W terenie możliwe jest rozpoznanie dopiero klasy umiarkowanie zerodowanej, o skróceniu profilu wynoszącym 25-75% pierwotnej miąższości poziomów A i Eet W badanych glebach odpowiada to stracie cm, czyli większej od naturalnej zmienności miąższości solum gleb odniesienia (ryc. 3). W glebach tych zachowana jest nadal pełna sekwencja poziomów genetycznych: Ap-Eet-B/E-Bt-Cca, jednak skrócenie poziomu luvic przekracza zakres naturalnych wahań jego miąższości (P4e2, ryc. 3) Natomiast gleby klasy średnio zerodowanej całkowicie utraciły pierwotne poziomy A i Eet, a poziom uprawny zalega bezpośrednio na skróconym poziomie argillic: Ap-Bt-Cca (ryc 3). Gleby te posiadają jednak wystarczające cechy diagnostyczne gleb płowych (Komisja V PTG 1989; Marcinek 1994). Wyniki te dowodzą, że badane gleby o skróconym profilu należą taksonomicznie do gleb płowych i różnią się istotnie od gleb brunatnych, w których występuje poziom diagnostyczny cambic (Komisja V PTG 1989). Wydzielanie natomiast gleb brunatnych na starszych mapach glebowych Wielkopolski (Wydaw. Geol. 1961) wynikało, według Marcinka (1994), głównie z błędnego klasyfikowania zerodowanych gleb płowych jako gleb brunatnych (Mieczyński 1931; Musierowicz 1954 cyt. za Marcinkiem 1994; Rząsa 1959). Skrócenie profili gleb zerodowanych określono względem głębokości spągu poziomu Bt w glebach nie zerodowanych, usytuowanych na płaskich wyniesieniach, pomimo iż wykazywane są istotne różnice w morfologii gleb położonych na stokach i wododziałach (Pennock i in. 1987; Larionov 1991 cyt. wg Bulygin i in. 1998). Przyjętą procedurą uzasadniają bowiem wyniki badań Danielsa i in. (1971), Frolkinga (1988), Honeycuta i in. (1990) oraz Lewisa i Lepelea (1982) wskazujące, że naturalne zróżnicowanie morfologii analogicznych gleb, wzdłuż stoków o różnym, niewielkim nachyleniu jest nieznaczne w stosunku do zmian wywoływanych przez erozję wodną. Ponadto Honeycut i in. (1990) wskazali że, na stokach pokrytych glebami z poziomem argillic, anizotropowość tego poziomu zwiększa poziomy odpływ podpowierzchniowy i redukuje pionowy przepływ wody. Dlatego też, w obrębie gleb o zbliżonych warunkach naturalnego drenażu, redystrybucja opadu i wzrost efektywnego dopływu wody w niższych partiach stoków nie wpływa na zróżnicowanie miąższości solum oraz głębokości wymycia węglanów. Natomiast o przyjęciu spągu poziomu argillic jako poziomu odniesienia zdecydowało jego głębokie zaleganie w profilu, przez co jest on mniej podatny na zniszczenie w wyniku erozji, aniżeli przyjmowany niekiedy strop tego poziomu (Olson i Beavers 1987, ryc. 3). Opisana metoda oceny strat gleby oraz uzyskane wyniki dotyczą małej zlewni, jednak przyjęte gleby odniesienia wykazują budowę zbliżoną do typowej budowy gleb płowych zaciekowych opadowo-glejowych regionu Wielkopolski (ryc. 3), którą opracowano na podstawie materiałów prof. Marcinka z lat , a opublikowanych przez Marcinka i in. (1995). Podobieństwo to wskazuje na możliwość stosowania przedstawionych porównań do oceny klas zerodowania gleb, należy je jednak zweryfikować w analogicznych warunkach geomorfologicznych Niżu Polskiego.

6 92 C. Kaźmierowski WNIOSKI 1. W wyniku intensywnego rolniczo użytkowania gleb na terenie falistej moreny dennej, zerodowaniu uległo 55% gleb płowych położonych na stokach o nachyleniu 1-5%, co stanowi 19% łącznego areału tych gleb. Badane gleby płowe uległy przekształceniom na skutek dwóch połączonych procesów - erozji wodnej oraz erozji antropogenicznej (uprawowej). 2. W terenach bezleśnych, przy braku gleb rolniczo nieprzekształconych, wielkość skrócenia profili gleb zerodowanych położonych na łagodnych stokach określić można porównując miąższość solum tych gleb z miąższością solu m gleb podlegających regradacji na płaskich wyniesieniach, a wykazujących zbliżone warunki naturalnego drenażu. PiŚMIENNICTWO 1. Bulygin S.Yo., Brues N.M., Sominozhenko T.A, 1998, A procedurę for determining the erosion degree of slopping soils on slopes, Poczwow Danieis R.B., Gambie E.E., Cady J.G, 1971, The relation between geomorfology and soil morfology and genesis, Adv. Agron. 33: Frolking T.A, 1989, Forest soil uniformity along toposequences in the loess-mantled driftless aera ot Wisconsin, Soil Sci. Soc. Am. J. 53: Hładyłowicz J.K., 1932, Zmiany krajobrazu i rozwój osadnictwa w Wielkopolsce od XIV do XIX w, Badania z dziejów Spoi. i Gosp. Lwów Honeycult C.w., Heil R.D., Cole CV, 1990, Clirnatic and topografic relation of three GreaT Plains Soils: I. SoiI Morfology, Soil Sci. Soc. Am. J. 54: Józefaciuk A, Józefaciuk Cz., 1995, Erozja agroekosystemów, Pastw. Insp. Ochro Środ, Bibl. Monil. Śr, Warszawa. 7. Komisja V PTG Genezy, Klasyfikacji i kartografii Gleb PTG, 1989, Systematyka gleb Polski. Wyd. IV, Rocz. Glebozn. 40: (3/4). 8. Lewis OT, Lepele M.J., 1982, Quantification of soil loss and sediment produced from eroded land. Soil Sci. Soc. Am. J. 46: Marcinek J, 1994, Rozmiary erozji wodnej gleb w Wielkopolsce. Rocz. Akad. RoI. Pozn. 266: Marcinek J., 1995, Badania gleboznawcze w programie zintegrowanego monitoringu Środowiska przyrodniczego. ZMŚP - wytyczne systemu pomiarowego, metody badań. Bibl, Monit. Śr.: Marcinek J., 1998, Niektóre problemy degradacji i regradacji gleb użytkowanych rolniczo, Zesz. Prob. Post. Nauk Roi. 460: Marcinek J., Cierniewski J, Spychalski M., 1974, The interpretation of aerial photograpsin soil survey. Rocz. Glebozn. 25 (dodatek): Marcinek J. Każmierowski C. Komisarek J., 1998, Rozmieszczenie gleb i zróżnicowanie ich właściwości w katenie falistej moreny dennej Pojezierza Poznańskiego, Zesz. Prob. Post. Nauk RoI. 460: Marcinek J., Komisarek J., Kaźmierowski C., 1995, Degradacja fizyczna gleb płowych i czarnych ziem intensywnie użytkowanych roiniczo w Wielkopolsce, Zesz. Prob. Post. Nauk RoI. 418: Marcinek J., Spychalski M., Komisarek J., 1990, Obieg wody w mikrozlewni rolniczej, Rozdz. 8 w monografii "Obieg wody i bariery biogeochemiczne w krajobrazie rolniczym", Ryszkowski L., Marcinek J., Kędziora A (red), Wydaw. UAM, Poznań. 16. Olson K.R, Beavers AH., 1987, A method to estimate soii loss from erossion, SoiI Sci, Soc. Am. J. 51: Pennock D.J., Zerbarlh B.J., De Jong E., 1987, Landform classification and soil distribution in Hummocky Terrain, Saskachewan, Canada. Geoderma 40: Rząsa S., 1959, Wpływ warunków fizjograficznych na budowę profilową i rozmieszczenie typów i gatunków gleb ną terenie powiatów Chojna i Grytino województwa Szczecińskiego, Bad. Fizjogr. Pol. Zach. 5: Sinkiewicz M., 1998, Rozwój denudacji antropogenicznej w Środkowej części Polski północnej, Niewiarowski W. (red.). Wydaw. UMK, Toruń. 20. U.S. Dep. of Agriculture. Soil Conservation Service. Soil Survey Division Staff. 1993, Soil Survey Manual, U.S. Dept. Of Agric. Handb. 18, U.S. Govt. Prinl. Off. Washington, OC., ss Wydawnictwo Geologiczne. 1961, Mapa Gleb Polski w skali , Musierowicz A (red.), Warszawa 22. Ziemnicki S., 1968, Melioracje przeciwerozyjne, PWRiL, Warszawa Wpłynęło w lutym 2001 r.