rozprawy Tomasz Zaleski Zeszyty Naukowe zeszyt 371

Transkrypt

1 Zeszyty Naukowe Uniwersytetu Rolniczego im. Hugona Kołłątaja w Krakowie nr 494 ISSN rozprawy zeszyt 371 Tomasz Zaleski Rola pedogenezy w kształtowaniu właściwości hydrofizycznych, retencji, reżimu i bilansu wodnego gleb wytworzonych z utworów pyłowych Karpat Praca wykonana w Katedrze Gleboznawstwa i Ochrony Gleb Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie Wydawnictwo Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie Kraków 2012

2 Praca sfinansowana ze środków przeznaczonych na naukę w latach jako projekt badawczy nr N N Pracę opiniowali: Prof. dr hab. Wojciech Owczarzak (Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu) Prof. dr hab. Anna Słowińska-Jurkiewicz (Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie) Redaktor Naczelny Wydawnictwa Prof. dr hab. inż. Józef Bieniek Redaktor Naukowy Prof. dr hab. inż. Barbara Filipek-Mazur Wydano za zgodą Rektora Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie. Copyright Wydawnictwo Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie, Kraków 2012 Projekt okładki: Monika Wojtaszek-Dziadusz Publikacje Wydawnictwa UR w Krakowie można nabyć w siedzibie Wydawnictwa. Prowadzona jest również sprzedaż wysyłkowa. Wydawnictwo UR w Krakowie Kraków, al. 29 Listopada 46 tel.: (12) , wydawnictwo@ur.krakow.pl Ark. wyd. 8,75, ark. druk. 7,25, nakład 120 egz. Druk i oprawa: DRUKMAR, Zabierzów, ul. Rzemieślnicza 10 ISSN

3 Spis treści Wykaz symboli i skrótów używanych w pracy List of symbols and abbreviations used in the work Wstęp Przegląd literatury Utwory pyłowe polskiej części Karpat Geneza i właściwości gleb wytworzonych z karpackich utworów pyłowych Badania retencji i ruchu wody w glebie Materiał i metody Charakterystyka fizjograficzna obszaru badań Lokalizacja i ogólna charakterystyka gleb Badania terenowe Badania laboratoryjne Wyniki Geneza i morfologia gleb w transektach Odczyn gleb i zawartość materii organicznej Uziarnienie gleb Gęstość stałej fazy i gęstość objętościowa gleb Porowatość gleb, stałe wodno-glebowe Przewodnictwo wodne gleb w strefie nasyconej Wilgotność gleb i zapas wody glebowej Dyskusja Definicja utworów pyłowych Rzeźba terenu a budowa profilu glebowego Wpływ budowy profilu na właściwości fizyczne i hydrofizyczne gleb Retencja, reżim i bilans wodny gleb Wnioski Literatura Summary

4

5 Wykaz symboli i skrótów używanych w pracy List of symbols and abbreviations used in the work BWG bilans wody glebowej / soil water balance ET 0 ewapotranspiracja wskaźnikowa / reference evapotranspiration [mm] KBW klimatyczny bilans wodny / CWB climatic water balance Ks współczynnik przewodnictwa wodnego w strefie nasyconej [m doba 1 ] saturated hydraulic conductivity [m day 1 ] Ls wskaźnik lessowy / loess index pf potencjał wody glebowej* (pf 1,0 = 981 J m 3 = 9,81 kpa) / soil water potential (pf 1.0 = 981 J m 3 = 9.81 kpa) PPW polowa pojemność wodna / water field capacity [m 3 m 3 ] RWU retencja wody użytecznej dla roślin / plant-available water [m 3 m 3 ] WTW wilgotność trwałego więdnięcia / permanent wilting point [m 3 m 3 ] θ C zawartość wody w glebie w stanie nasycenia / saturated soil water content [m 3 m 3 ] θ PPW zawartość wody w glebie przy polowej pojemności wodnej / soil water content at field capacity [m 3 m 3 ] θ RWU zawartość wody użytecznej dla roślin / plant-available water content [m 3 m 3 ] θ WTW zawartość wody w glebie przy wilgotności trwałego więdnięcia / soil water content at permanent wilting point [m 3 m 3 ] ρ c gęstość objętościowa gleby suchej / bulk density [Mg m 3 ] ρ s gęstość fazy stałej / particle density [Mg m 3 ] φ porowatość ogólna / total porosity [m 3 m 3 ] φ d pojemność drenażowa / drainage porosity [m 3 m 3 ] * Jednostką potencjału wody glebowej w układzie SI jest J m 3. W różnych opracowaniach zamiennie stosuje się też inne jednostki: kpa oraz pf jednostkę wprowadzoną przez Schofielda [1935], wyrażającą podciśnienie wody w skali logarytmicznej. W pracy posłużono się tą ostatnią jednostką.

6

7 1. Wstęp Pogórze Karpackie to rozległy obszar o zróżnicowanych warunkach fizjograficznych: rzeźbie terenu, klimacie oraz warunkach wodnych [Hess 1965, Starkel 1972, Obrębska- -Starklowa 1977, Dynowska 1995, Obrębska-Starklowa i in. 1995]. Na tym terenie, najkorzystniejszym dla agrocenoz w polskiej części Karpat, przez wieki rozwijała się kultura rolnicza [Skiba i Szymański 2009]. Działo się tak głównie ze względu na warunki klimatyczne, ale duże znaczenie miały też warunki glebowe. W znacznej części Pogórza Karpackiego i kotlin karpackich jako materiał macierzysty gleb występują utwory pyłowe, nazywane też lessopodobnymi. Wytworzone z nich gleby są głębokie i bezszkieletowe, a przez to łatwiejsze do rolniczego zagospodarowania niż gleby powstałe ze szkieletowych, zwietrzelinowych pokryw fliszu karpackiego. Morfologia profilu gleb Pogórza Karpackiego jest zróżnicowana w zależności od ukształtowania terenu [Zasoński 1989, Klimek i in. 2000]. Może to decydować o ich zdolności do przyjmowania wody z opadów atmosferycznych i wpływać na wielkość spływu powierzchniowego czy śródpokrywowego, a w konsekwencji na reżim wody w pokrywie glebowej. Pogórska rzeźba terenu i wyższe niż w niżowej części Polski opady atmosferyczne sprzyjają występowaniu spływów powierzchniowych powodujących erozję, a tym samym straty wody i gleby, szczególnie na gruntach ornych w czasie intensywnych krótkotrwałych deszczów [Święchowicz 2010a]. Jedną z najważniejszych funkcji gleby jest zabezpieczenie dyspozycyjnych zapasów wody dla wzrostu i rozwoju roślin. Stan fizyczny gleby warunkuje możliwość przyjęcia i zmagazynowania opadów atmosferycznych (deszcz, topniejący śnieg), dostępność wody dla roślin, możliwość transportu wody i ciepła oraz rozpuszczonych w wodzie soli, a także dyfuzję gazów [Walczak 1996]. Istotne znaczenie w praktyce rolniczej ma poznanie właściwości wodno-powietrznych gleby, zwłaszcza zależności między potencjałem wody glebowej a wilgotnością gleby oraz wartości współczynnika przewodnictwa wodnego w strefie nasyconej i nienasyconej. Zależność potencjału wody glebowej od wilgotności gleby kształtuje zasoby i dostępność wody glebowej dla roślin, natomiast wartość współczynnika przewodnictwa wodnego przy określonej wartości potencjału wody glebowej decy-

8 8 Rola pedogenezy w kształtowaniu właściwości hydrofizycznych, retencji, reżimu i bilansu wodnego gleb... duje o możliwości przemieszczania się wody w profilu glebowym oraz dopływu roztworu wody glebowej do systemu korzeniowego roślin [Sławiński 2003]. Wilgotność gleby zależy przede wszystkim od warunków klimatycznych danego obszaru. Charakteryzuje się ona zmiennością zarówno w czasie, jak i w przestrzeni. Zmienność czasowa wynika z rozkładu opadów atmosferycznych, a przestrzenna z właściwości gleby, rzeźby terenu i sposobu użytkowania gleby. Oba rodzaje zmienności kształtują reżim wodny w pokrywie glebowej [Rampelberg i in. 1997, Famiglietti i in. 1998, Heddadj i Gascuel-Odoux 1999, Kelleners i in. 1999, Lin i in. 1999, Pachepsky i in. 2001, Qiu i in. 2001, Reuter i Bell 2003, Western i in. 2004, Lee i in. 2007, Weihermuller i in. 2007]. Wilgotność gleby jest kluczowym parametrem w charakteryzowaniu i modelowaniu bilansu wody, a także w przewidywaniu wielkości spływu powierzchniowego, erozji gleby i transportu składników pokarmowych w skali wielkich i małych zlewni [Zehe i in. 2001, Guber i in. 2006, Pachepsky i in. 2006, Kim i Kim 2007]. Na właściwości hydrofizyczne gleby (retencję wodną i przepuszczalność wodną), kształtujące warunki rozwoju systemu korzeniowego roślin, a zatem mające istotny wpływ na wzrost, rozwój i plonowanie roślin, bezpośrednio wpływa jej skład granulometryczny, skład mineralny frakcji koloidalnej, zawartość substancji organicznej, rozkład porowatości i pole powierzchni właściwej. Wymienione właściwości gleby i zależności między nimi wynikają przede wszystkim z rodzaju skały macierzystej i jej uziarnienia. W zależności od budowy profilu glebowego, ukształtowanej przez procesy glebotwórcze i denudacyjne oraz sposób użytkowania gleby, może wystąpić ich zróżnicowanie w poziomach genetycznych [Lin i in. 1999, Mohanty i Mousli 2000]. Dla racjonalnego zagospodarowania środowiska, w tym szczególnie środowiska rolniczego, niezbędne jest uzyskanie wiedzy na temat ruchu wody glebie, obliczenie bilansu wody glebowej dla mniejszych lub większych obszarów (np. zlewni) oraz prognozowanie i oszacowanie wielkości spływu powierzchniowego. Przewidywanie, jak będą się kształtowały warunki wilgotnościowe w glebie, pozwoli na prowadzenie prawidłowej gospodarki zasobami wodnymi [Walczak i in. 1998], zwłaszcza w sytuacji obserwowanych w Polsce okresowych deficytów wody, z jednej strony, i krótkotrwałych gwałtownych wezbrań wywołujących duże zniszczenia, z drugiej. Wymaga to efektywnego wykorzystywania zasobów wody glebowej, co można osiągnąć dopiero wówczas, jeżeli wcześniej zostaną poznane i opisane właściwości gleby. We współczesnym rolnictwie, zwłaszcza rolnictwie precyzyjnym, poszukuje się możliwości zmniejszenia nakładów na produkcję przez racjonalne nawożenie i stosowanie środków ochrony roślin. Dlatego niezbędne jest dokładne rozpoznanie właściwości gleb na polu uprawnym poprzez ich kompleksową analizę z uwzględnieniem przestrzennego zróżnicowania tych właściwości, które warunkują retencję oraz przemieszczanie się wody wraz z rozpuszczonymi w niej składnikami pokarmowymi.

9 1. Wstęp 9 Przeprowadzone badania miały następujące cele: Określenie zależności między rzeźbą terenu a budową profilu gleb wytworzonych z utworów pyłowych występujących w polskiej części Karpat; Określenie wpływu materiału macierzystego oraz procesów glebotwórczych na właściwości hydrofizyczne tych gleb w poziomach genetycznych; Porównanie właściwości hydrofizycznych gleb wytworzonych z utworów pyłowych, znajdujących się w zróżnicowanych warunkach fizjograficznych wybranych mezoregionów polskiej części Karpat; Obliczenie bilansu wody glebowej i określenie reżimu wodnego gleb w okresie wegetacyjnym w warunkach klimatycznych Pogórza Wielickiego.

10 2. Przegląd literatury 2.1. Utwory pyłowe polskiej części Karpat Pyłowe utwory czwartorzędowe od dawna budziły zainteresowanie polskich geologów i geomorfologów [Tokarski 1921, Łoziński 1934, Tokarski i in. 1961, Malicki 1967]. Pierwsze prace były poświęcone zagadnieniom genezy, stratygrafii i sedymentacji oraz geotechnicznym właściwościom lessów. W miarę rozwoju badań, obok lessów zaczęto wyróżniać lessopodobne utwory pyłowe występujące na Pogórzu Karpackim i w kotlinach karpackich [Dobrzański i Malicki 1949, Różycki 1961, Cegła 1963, Cegła i Harasimiuk 1969]. Utwory te są najczęściej określane jako pyły lessopodobne, lessopochodne, lessowate lub lessy rzekome bądź nazywane karpacką odmianą lessów [Gerlach i in. 1992]. Już samo pojęcie lessopodobne wywołuje kontrowersje wśród badaczy. Najogólniej definiuje się je jako niemające wszystkich wymaganych właściwości lessu. Według Pye a [1987, 1995], termin lessopodobne odnosi się do osadów bogatych we frakcje pyłowe, wykazujących cechy sedymentologiczne lessu, nieformowanych eolicznie, lub pylastych osadów eolicznych zdeponowanych w środowisku fluwialnym lub morskim. Maruszczak [1991, 2000] zauważa, że utwory lessopodobne różnią się od lessów uziarnieniem, wysortowaniem ziaren, właściwościami geotechnicznymi i morfologicznymi, mogą zawierać węglany lub być bezwęglanowe. Według Jarego [2007], takie ujęcie pozwala na subiektywne klasyfikowanie różnych osadów, dając swobodę ujmowania ich w bardzo szerokich kategoriach osadów lessopodobnych. Autor ten jest zwolennikiem zaliczania pyłowych utworów lessopodobnych do lessów [Smalley i Jary 2004, Jary 2005]. Geneza pyłowych utworów Karpat nie została jeszcze do końca poznana i jednoznacznie wyjaśniona. Niektórzy badacze zaliczali je do lessów [Tokarski i in. 1961, Gerlach i in. 1991, Różycki 1991], a inni, mimo że uznawali ich eoliczną genezę, ze względu na właściwości fizyczne i chemiczne klasyfikowali je jako pyły lessopodobne [Dobrzański i Malicki 1949, Uziak 1962, Cegła 1963, Alexandrowicz i in. 1991]. Funkcjonował również pogląd, że są to pyły bliskiego transportu z przedpola Karpat lub pyły zwietrzelinowe z domieszką typowych eolicznych pyłów lessowych [Łoziński 1934, Malicki 1950, Dylik 1954, Stupnicka 1960].

11 2. Przegląd literatury 11 Według Cegły [1963], utwory pyłowe Pogórza Karpackiego były akumulowane w plejstocenie w wyniku procesów morfogenetycznych, głównie spłukiwania i soliflukcji. Procesy te powodowały denudację zwietrzeliny fliszu, która w większości była odwapniona lub zawierała nieznaczne ilości węglanu wapnia, a podczas transportu ulegała dalszej dekalcytacji. Na podstawie badań litostratygraficznych i analizy minerałów ciężkich Grabowski [1999, 2004] uznał, że pyły lessopodobne na Pogórzu Wielickim są osadami eolicznymi zakumulowanymi podczas zlodowacenia Vistulianu i w holocenie, najprawdopodobniej powstałymi z glacifluwialnych depozytów na przedpolu Karpat. W utworach pyłowych na Pogórzu Wielickim Grabowski wyróżnił trzy różnowiekowe poziomy pyłów lessopodobnych, które odpowiadają występującym na Wyżynie Lubelskiej dolnemu, środkowemu i górnemu lessowi. Ponadto wydzielił cztery poziomy pyłów soliflukcyjnych i trzy poziomy pyłowych osadów deluwialnych. Cegła [1963] stwierdził, że pyły lessopodobne charakteryzują się większą zawartością frakcji piasku i pyłu drobnego, i są mniej wysortowane niż lessy. Nie potwierdzają tego jednak wyniki badań nad karpackimi utworami pyłowymi przedstawione przez Maruszczaka [1991] ani rezultaty badań prowadzonych przez Alexandrowicza i innych [1991] na Pogórzu Rożnowskim, świadczące o braku różnic składu granulometrycznego między pyłami lessopodobnymi a lessami. Zdaniem Cegły i Harasimiuka [1969], utwory lessopodobne Karpat wyraźnie różnią się od lessów Wyżyn Polskich pod względem gęstości fazy stałej, gęstości objętościowej, porowatości i współczynnika przepuszczalności wodnej. Pierwszy z wymienionych autorów [Cegła 1963] zaproponował, aby właściwości te wykorzystać jako kryteria do rozróżniania lessów i utworów lessopodobnych, zwłaszcza na obszarach, gdzie występują w niewielkiej odległości od siebie. Zróżnicowanie tych właściwości było również podstawą do odróżnienia przez Uziaka [1962] lessów od utworów lessopodobnych. W polskiej części Karpat utwory pyłowe występują głównie na Pogórzu Karpackim i w kotlinach śródgórskich: Sądeckiej, Żywieckiej i Orawsko-Nowotarskiej, a także w wielu mniejszych obniżeniach terenu o charakterze kotlin śródgórskich. W Europie utwory o charakterze pyłów spokrewnionych z lessami (ang. loess-related) rozciągają się wzdłuż pogórzy Karpat Zewnętrznych, przez Ukrainę, Rumunię do Bułgarii, występują też na przedpolu Alp oraz wzdłuż wybrzeża atlantyckiego [Haase i in. 2007].

12 12 Rola pedogenezy w kształtowaniu właściwości hydrofizycznych, retencji, reżimu i bilansu wodnego gleb Geneza i właściwości gleb wytworzonych z karpackich utworów pyłowych Dotychczasowe badania gleb wytworzonych z utworów pyłowych Pogórza Karpackiego były ukierunkowane na poznanie ich genezy oraz właściwości chemicznych i fizycznych, a także na określenie ich przydatności rolniczej [Dobrzański i Malicki 1949, Borowiec 1953, 1970, Dobrzański 1960, Uziak 1962]. W przekrojowej pracy o glebach wytworzonych z pyłów lessopodobnych na Pogórzu Karpackim Uziak [1962] wyróżnił przede wszystkim gleby pseudobielicowe powstałe pod wpływem lessiważu i odgórnego oglejenia, a także gleby wtórnie brunatne powstałe z erozyjnego przekształcenia gleb płowych. Obszerne i wnikliwe studia mikromorfologiczne nad procesem płowienia gleb wytworzonych z lessu i pokryw lessopodobnych na Pogórzu Karpackim i w Kotlinie Orawsko-Nowotarskiej przeprowadził Zasoński [1974, 1975, 1979, 1980, 1981, 1983, 1993]. Wykazał on, że na tych obszarach lessiważ jest dominującym procesem glebotwórczym, a oglejenie opadowe często występuje jako proces towarzyszący. Według Zasońskiego, gleby płowe Pogórza Karpackiego charakteryzują się głęboką iluwiacją, sięgającą nawet do głębokości 3 m, natomiast w glebach opadowo-glejowych iluwiacja koloidów jest mało widoczna. Ten drugi typ gleb powstał w wyniku odgórnego oglejenia (proces pierwotny), a nie jako sekwencja rozwojowa gleb płowych [Zasoński 1980, 1983]. W poziomach genetycznych gleb wytworzonych z materiału deluwialnego karpackich utworów pyłowych wspomniany autor zaobserwował początkowe stadia rozwoju procesu brunatnienia [Zasoński 1991, 1993]. Około 80% powierzchni gleb wytworzonych z pokryw pyłowych Pogórza Karpackiego i kotlin karpackich zajmują gleby płowe, gleby płowe silnie odgórnie oglejone oraz gleby płowe zerodowane [Skiba 1995]. Często w towarzyszą im gleby opadowo-glejowe. Te dwa typy gleb trudno jednoznacznie rozdzielić, na co wcześniej zwrócili uwagę Adamczyk [1961], Uziak [1962] i Zasoński [1992]. Tylko wyniki badań mikromorfologicznych umożliwiają ich poprawną klasyfikację. Znacznie mniejszy niż gleby płowe udział w pokrywie glebowej Pogórza Karpackiego mają typowe gleby brunatne. Występują głównie na zwietrzelinowych pokrywach fliszu karpackiego [Skiba 1995, Skiba i Drewnik 2003]. W składzie mineralnym frakcji koloidalnej pyłowych gleb Pogórza Karpackiego występują: illit, montmorylonit oraz nieuporządkowane przerosty, którym towarzyszą znaczne ilości kwarcu [Pavel i Uziak 1960, Zasoński 1981]. Według nowszych wyników badań, minerały ilaste są reprezentowane przez minerały z grupy kaolinitu i miki oraz minerały z grupy wermikulitu, smektytu i chlorytu. Często występują również minerały mieszanopakietowe typu mika-smektyt, mika-wermikulit, mika-wermikulit- -smektyt oraz wermikulit-chloryt [Zaleski 2000, Zaleski i in. 2005, Szymański 2011, Szymański i in. 2011]. Taki skład mineralny powoduje, że gleby Pogórza Karpackiego mają dużą odporność na degradację chemiczną [Skiba i Drewnik 1996].

13 2. Przegląd literatury 13 Opublikowane w ostatnich latach opracowania naukowe o glebach wytworzonych z utworów pyłowych zawierały m.in. informacje o ich właściwościach fizycznych badanych nowymi standardowymi metodami [Zaleski 2000, Turski i Witkowska- -Walczak 2004, Klimek 2005]. Z badań tych wynika, że zarówno poziomy iluwialne, jak i poziomy materiału macierzystego gleb płowych wytworzonych z utworów pyłowych Pogórza Wielickiego charakteryzują się znikomą objętością przestworów aeracyjnych i wysoką zawartością mikroporów [Zaleski 2000]. W porównaniu do gleb płowych wytworzonych z lessów mają mniejszą porowatość ogólną, objętość porów aeracyjnych i retencję wody użytecznej dla roślin, większą natomiast gęstość gleby i retencję wody niedostępnej dla roślin [Zaleski 2000, Turski i Witkowska- -Walczak 2004, Zaleski 2009]. Na uwagę zasługuje nowe spojrzenie na poziomy iluwialne gleb płowych, reprezentowane przez Szymańskiego [2011]. Zgodnie z klasyfikacjami gleb Polski [PTG 1989, 2011] oraz Klasyfikacją zasobów glebowych świata [IUSS 2006] i amerykańską Soil Taxonomy [USDA 1998], wyróżnił on poziom iluwialny fragic. Wymieniony autor stwierdził, że poziom ten jest bardzo powszechny w glebach płowych zaciekowych na Pogórzu Karpackim i w kotlinach karpackich. Stosując metody mikromorfologiczne i analizy SEM EDS, wykazał on, że poziom fragic występuje również w glebach płowoziemnych na Pogórzu Karpackim i charakteryzuje się podobnymi właściwościami mikromorfologicznymi i fizykochemicznymi jak ten sam poziom w glebach płowych wytworzonych z lessów w Europie Zachodniej czy poziom fragipan w Ameryce Północnej [Bryant 1989, Szymański i Skiba 2007, Szymański i in. 2011]. Występowanie poziomu fragic stwierdzono również, badając różnie użytkowane gleby na Pogórzu Wielickim; okazało się, że zwięzłość poziomów iluwialnych i materiału macierzystego tych gleb często przekraczała 4 MPa, wartość graniczną dla poziomu fragipan [Zaleski i in. 2003]. O występowaniu tak zwięzłych poziomów w glebach płowych na Pogórzu Karpackim wspominał wcześniej Zasoński [1979, 1981, 1989, 1991, 1993]. W swoich pracach określał takie poziomy iluwialne jako teksturalne, taka nazwa nie zdążyła się jednak przyjąć w nomenklaturze gleboznawczej. Wraz z opublikowaniem systematyki gleb Polski w 1989 roku został wprowadzony termin fragilic, a od 2011 roku obowiązuje termin fragic. Wykształcenie i głębokość poziomów genetycznych luvic, argic lub fragic w glebach Pogórza Wielickiego zależy od rzeźby terenu, położenia na stoku oraz zmian erozyjno-akumulacyjnych wywołanych procesami morfogenetycznymi [Zasoński 1989, 1991]. Czynniki te pośrednio wpływają na retencję wody w powierzchniowych warstwach gleby i w skale macierzystej [Klimek i in. 2000, Niemyska-Łukaszuk i in. 2002]. Zdaniem Firka [1977], poziomy teksturalne cechują się małymi możliwościami magazynowania wody produktywnej i dużą ilością wody niedostępnej dla roślin, a ze względu na skład mineralny mają dużą zdolność do pęcznienia. Cytowany autor stwierdził również, że gleby te przez większą część roku pozostają w stanie napęczniałym.

14 14 Rola pedogenezy w kształtowaniu właściwości hydrofizycznych, retencji, reżimu i bilansu wodnego gleb Badania retencji i ruchu wody w glebie W badaniach nad retencją i ruchem wody w glebie zaznaczają się dwa główne kierunki. Pierwszy z nich dotyczy modelowania tych procesów w warunkach laboratoryjnych lub terenowych w oparciu o łatwo mierzalne parametry gleby [Famiglietti i in. 1998, Walczak i in. 1998, Lin i in. 1999, Pachepsky i in. 2001, Western i in. 2004, Zelek i Si 2005, Borman i in. 2007, Kim i Kim 2007, Lee i in. 2007, Weihermuller i in. 2007]. Drugi kierunek obejmuje badania prowadzone na dużych obszarach (często w zlewniach) z uwzględnieniem wpływu czynników pedogenetycznych, takich jak rzeźba terenu, rodzaj skały macierzystej, warunki klimatyczne czy sposób użytkowania gleby [Rampelberg i in. 1997, Arya i in. 1998, Torres i in. 1998, Heddadj i Gascuel-Odoux 1999, Kelleners i in. 1999, Fu i in. 2000, Komisarek 2000, Western i in. 2004, Pachepsky i in. 2006, Sharma i in. 2006, Seibert i in. 2007, Vanwalleghem i in. 2010]. Autorzy tych publikacji podkreślają ważną rolę prowadzenia takich badań w katenach uwzględniających przestrzenną zmienność pokrywy glebowej. Bibliografia dotycząca gleb Pogórza Karpackiego w takim ujęciu jest uboga. Należy tu wymienić prace Zasońskiego [1989, 1991] opisujące wpływ rzeźby terenu na właściwości morfologiczne i mikromorfologiczne gleb Pogórza Wielickiego, a także opracowania Klimka [1995a, b] charakteryzujące pokrywę glebową małej zlewni Dworskiego Potoku na Pogórzu Wiśnickim. Badania hydropedologiczne w zakresie dynamiki wilgotności gleby, reżimu wodnego i potencjału wody glebowej mają duże znaczenie utylitarne zarówno dla praktyki rolniczej, jak i dla zrównoważonego rozwoju i ochrony środowiska. W ostatnich dekadach rozwinęły się one dzięki gwałtownemu postępowi technologicznemu. Wykorzystuje się w nich reflektometryczne metody pomiaru wilgotności (TDR), elektroniczne tensjometry, sondy do pomiaru wilgotności i zasolenia oraz rejestratory danych, które pozwalają na zapis i uzyskiwanie danych w krótkich interwałach czasowych [Malicki 1990, 1993, Walczak i in. 1993, Arya i in. 1998]. Dzięki temu można poznać dynamikę warunków hydrofizycznych panujących w glebie. Bezpośrednie wyznaczenie w terenie takich parametrów, jak wilgotność gleby, retencja wody, a szczególnie współczynnik przewodnictwa wodnego w strefie nasyconej i nienasyconej, jest bardzo pracochłonne i często trudne technicznie oraz kosztowne. Dlatego najczęściej do ich wyznaczenia stosowane są metody laboratoryjne i modele fizyczno-matematyczne [Mualem 1976, van Genuchten 1980, van Genuchten i in. 1991, Poulsen i in. 1998, Minasny i in. 1999]. Walczak [1984] i Sobczuk [1998] zaproponowali, aby do wyznaczenia charakterystyki potencjał wody glebowej wilgotność stosować modele wykorzystujące dane o uziarnieniu gleby i jej zagęszczeniu. Łatwość pomiaru i powszechność wykonywania takich oznaczeń w podstawowych badaniach gleboznawczych czyni te modele szczególnie użytecznymi [Sobczuk i Walczak 1996, Kravchenko i Zhang 1998, Bouma i Droogers 1999].

15 2. Przegląd literatury 15 Większość powstałych w ostatnich latach prac z zakresu hydropedologii i procesów fizycznych zachodzących w środowisku glebowym dotyczy pomiarów i monitoringu przepływu wody w glebie oraz wilgotności i zasolenia gleby [Malicki 1990, 1993, Walczak i in. 1993, Arya i in. 1998, Heddaj i Gascuel-Odoux 1999, Kelleners i in. 1999, Kim i in. 1999]. Mało publikacji w tej dziedzinie odnosi się do obszaru Pogórza Karpackiego. Jedynie Klimek [2000] w 1996 roku prowadził pomiary potencjału wody glebowej na Pogórzu Wiśnickim. Stwierdził on, że w glebach płowych większą dynamiką potencjału wody glebowej charakteryzują się poziomy powierzchniowe próchniczne i eluwialne niż poziomy iluwialne. Jak pokazuje przeprowadzony przegląd literatury przedmiotu, w obrębie omawianej tematyki istnieje nisza dotycząca Pogórza Karpackiego. Niszę tę po części mogą wypełnić przedstawione w niniejszej pracy wyniki badań nad kształtowaniem się wilgotności gleby, retencji wody, reżimu wodnego i bilansu wody glebowej w okresie wegetacyjnym w profilu gleb wytworzonych z utworów pyłowych Karpat.

16 3. Materiał i metody 3.1. Charakterystyka fizjograficzna obszaru badań Obszar badań obejmował mezoregiony należące do Pogórza Karpackiego: Pogórze Wielickie, Pogórze Ciężkowickie, Pogórze Strzyżowskie, Pogórze Dynowskie i Doły Jasielsko-Sanockie oraz należącą do Podhala Kotlinę Orawsko-Nowotarską [Balon i in. 1995] (ryc. 1). Pogórze Karpackie stanowi północną, najbardziej zewnętrzną część Karpat. Rozciąga się kilkusetkilometrowym łukiem od rzeki Olzy na zachodzie do rzeki Strwiąż na wschodzie [Kondracki 1988]. Południowa granica środkowej i wschodniej części tego obszaru pokrywa się w zasadzie z czołem płaszczowiny magurskiej, miejscami wkraczając w jej zasięg. Zachodnia część Pogórza od południa graniczy z Beskidem Małym i Beskidem Śląskim [Klimaszewski i Starkel 1972, Starkel 1988, Szczegółowa mapa geologiczna Polski 1989]. Pogórze Karpackie charakteryzuje się typem rzeźby pogórzy niskich i średnich. Wzniesienia mają zróżnicowaną wysokość, od około 350 m n.p.m. na północy do 600 m n.p.m. na południu. Wysokość względna kulminacji zwiększa się z zachodu na południowy wschód i wynosi od 50 do 300 m [German 1992]. Wzniesienia pokryte utworami pyłowymi, o nachyleniu od 5 do 20, rozciągają się na długość od 0,3 do 2 km [Klimaszewski i Starkel 1972, Starkel 1972, 1988]. Doły Jasielsko-Sanockie zajmują rozległe obniżenie o charakterze erozyjno- -denudacyjnym, położone na wysokości m n.p.m. w obrębie płaszczowiny śląskiej zbudowanej z mało odpornych warstw krośnieńskich wypełniających depresję Karpat [Balon i in. 1995, Izamiłow i in. 1995]. Mają charakter kotliny z łagodnymi wzniesieniami o nachyleniu stoków do 10. Wysokość najwyższych wzniesień tego mezoregionu przekracza 600 m n.p.m. Większość obszaru Dołów Jasielsko-Sanockich do wysokości około 300 m n.p.m. jest pokryta utworami pyłowymi. Kotlina Orawsko-Nowotarska zajmuje najniżej położoną część tektonicznego obniżenia Podhala ( m n.p.m.). Od północy i południa jest ograniczona łagodnymi stokami fragmentarycznie pokrytymi utworami pyłowymi. Dno kotliny

17 3. Materiał i metody 17 wyścielają trzy poziomy plejstoceńskich stożków fluwioglacjalnych, w jej środkowej części przykrytych utworami pyłowymi [Baumgart-Kotarba ]. Pogórza: Wielickie, Ciężkowickie, Strzyżowskie i Dynowskie znajdują się w obrębie piętra klimatycznego umiarkowanie ciepłego [Hess 1965] ze średnią roczną temperaturą powietrza +8,2 C. W Dołach Jasielsko-Sanockich średnia temperatura roczna wynosi około +7,0 C, a na obszarze Kotliny Orawsko-Nowotarskiej +5,0 C. Średnie wieloletnie roczne sumy opadów wynoszą na pogórzach 700 mm, w Dołach Jasielsko-Sanockich 750 mm, a w Kotlinie Orawsko-Nowotarskiej nawet 900 mm [Niedźwiedź i Obrębska-Starklowa 1991]. Ryc. 1. Lokalizacja transektów na tle polskiej części Karpat (regiony fizycznogeograficzne Karpat według Balona i in. [1995]: 1 Łazy I i Łazy II, 2 Chożyny, 3 Łękawica Dolna I i Łękawica Dolna II, 4 Glinik, 5 Wesoła i Harta, 6 Bierówka i Moderówka, 7 Frydman I, Frydman II i Nowy Targ; mezoregiony: PW Pogórze Wielickie, PC Pogórze Ciężkowickie, PS Pogórze Strzyżowskie, PD Pogórze Dynowskie, DJS Doły Jasielsko-Sanockie, KON Kotlina Orawsko-Nowotarska Fig. 1. Location of transects shown on a map of the Polish part of Carpathian Mountains (physicogeographical regions according to Balon at al. [1995]: 1 Łazy I and Łazy II, 2 Chożyny, 3 Łękawica Dolna I and Łękawica Dolna II, 4 Glinik, 5 Wesoła and Harta, 6 Bierówka and Moderówka, 7 Frydman I, Frydman II and Nowy Targ; mesoregions: PW Wieliczka Foothills, PC Ciężkowice Foothills, PS Strzyżów Foothills, PD Dynów Foothills, DJS Jasło-Sanok Basin, KON Orawa-Nowy Targ Basin 3.2. Lokalizacja i ogólna charakterystyka gleb Przedmiotem badań były gleby wytworzone z utworów pyłowych, pochodzące z różnych mezoregionów Karpat: Pogórza Wielickiego, Pogórza Ciężkowickiego, Pogórza Strzyżowskiego, Pogórza Dynowskiego, Dołów Jasielsko-Sanockich i Kotliny

18 18 Rola pedogenezy w kształtowaniu właściwości hydrofizycznych, retencji, reżimu i bilansu wodnego gleb... Orawsko-Nowotarskiej (ryc. 1). Próbki gleb do badań pobierano głównie z profilów glebowych położonych wzdłuż 13 wytyczonych transektów (54 profile) oraz w losowo wybranych miejscach (7 profilów) (tab. 1). Odkrywki glebowe zlokalizowano na stokach o zróżnicowanej wysokości, nachyleniu i ekspozycji. Reprezentowały one gleby różnych części stoku: wierzchowin, wklęsłych lub wypukłych odcinków stoku, niecek śródstokowych i spłaszczeń u podnóży stoków. Dzięki temu poziomy genetyczne profilów glebowych miały zróżnicowaną miąższość. Materiał glebowy reprezentował 31 profilów gleb płowych zaciekowych typowych, w tym 3 z poziomem agric, 22 profile gleb płowych zaciekowych opadowo-glejowych, 7 profilów gleb glejowych typowych i 1 profil mady właściwej (tab. 2). Tabela 1. Table 1. Położenie i długość transektów glebowych Location and length of soil transects Lp. No. Transekt Transect Mezoregion Mesoregion Pozycja GPS* GPS position* Długość transektu Length of transect [m] Łazy I Łazy II Chożyny Pogórze Wielickie Wieliczka Foothills N ,3, E ,9 N ,7, E ,9 N ,3, E , Łękawica Dolna I Łękawica Dolna II Pogórze Ciężkowickie Ciężkowice Foothills N ,0, E ,3 N ,3, E , Glinik Pogórze Strzyżowskie Strzyżów Foothills N ,5, E , Harta Wesoła Pogórze Dynowskie Dynów Foothills N ,3, E ,5 N ,1, E , Bierówka Moderówka Doły Jasielsko- -Sanockie Jasło-Sanok Basin N ,9, E ,0 N ,9, E , Frydman I Frydman II Nowy Targ Kotlina Orawsko- -Nowotarska Orawa-Nowy Targ Basin N ,5, E ,2 N ,7, E ,8 N ,8, E , * dane dla środka transektu * data for middle of transect

19 3. Materiał i metody 19 Tabela 2. Table 2. Położenie i typ gleb Location and type of soils Mezoregion Mesoregion Pogórze Wielickie Wieliczka Foothills Pogórze Ciężkowickie Ciężkowice Foothills Pogórze Strzyżowskie Strzyżów Foothills Pogórze Dynowskie Dynów Foothills Doły Jasielsko- -Sanockie Jasło-Sanok Basin Miejsce Locality Profil Profile Typ gleby wg Systematyki gleb Polski [PTG 2011] Soil group acc. to FAO WRB [IUSS 2006] Łazy LA1, LA3, LA5, LA6, LA7 Gleba płowa zaciekowa typowa Haplic Albeluvisol LA2 Gleba płowa zaciekowa z poziomem agric Haplic Albeluvisol LA4, LA8 Gleba glejowa typowa / Haplic Gleysol Chożyny CH9, CH10 Gleba płowa zaciekowa typowa Haplic Albeluvisol CH11 Gleba glejowa typowa / Haplic Gleysol Zakliczyn ZA12 Gleba płowa zaciekowa typowa Haplic Albeluvisol Cichawa CI14 Gleba płowa zaciekowa typowa Haplic Albeluvisol Podgródek PO15 Gleba płowa zaciekowa typowa Haplic Albeluvisol Sułów SU13 Gleba płowa zaciekowa opadowo-glejowa Stagnic Albeluvisol Łękawica ŁD16, ŁD17, Gleba płowa zaciekowa opadowo-glejowa Dolna ŁD18, ŁD19 Stagnic Albeluvisol ŁD20 Gleba glejowa typowa / Haplic Gleysol Glinik Wesoła Harta Bierówka Moderówka GL21, GL22, GL23 GL24 WE25, WE26, WE27, WE28 HA29, HA30, HA32 HA31 BI33, BI34, BI35 BI36, BI37, BI38, BI39 BI40 MO41, MO42, MO43, MO44, MO45, MO46 MO47 Gleba płowa zaciekowa opadowo-glejowa Stagnic Albeluvisol Gleba glejowa typowa / Haplic Gleysol Gleba płowa zaciekowa typowa Haplic Albeluvisol Gleba płowa zaciekowa typowa Haplic Albeluvisol Gleba glejowa typowa / Haplic Gleysol Gleba płowa zaciekowa typowa Haplic Albeluvisol Gleba płowa zaciekowa opadowo-glejowa Stagnic Albeluvisol Gleba płowa zaciekowa z poziomem agric Haplic Albeluvisol Mada właściwa / Haplic Fluvisol Gleba płowa zaciekowa typowa Haplic Albeluvisol Gleba glejowa typowa / Haplic Gleysol

20 20 Rola pedogenezy w kształtowaniu właściwości hydrofizycznych, retencji, reżimu i bilansu wodnego gleb... Tabela 2. cd. Table 2. cont. Mezoregion Mesoregion Miejsce Locality Profil Profile Typ gleby wg Systematyki gleb Polski [PTG 2011] Soil group acc. to FAO WRB [IUSS 2006] Kotlina Orawsko- -Nowotarska Orawa- -Nowy Targ Basin Domański Wierch Frydman Gronków Dolny DW48 DW49 DW50 FR51, FR52, FR53, FR54, FR55, FR56 GR57 GR58 Gleba płowa zaciekowa gruntowo-glejowa Stagnic Albeluvisol Gleba glejowa typowa / Haplic Gleysol Gleba płowa zaciekowa opadowo-glejowa Stagnic Albeluvisol Gleba płowa zaciekowa opadowo-glejowa Stagnic Albeluvisol Gleba płowa zaciekowa opadowo-glejowa Stagnic Albeluvisol Gleba płowa zaciekowa z poziomem agric, oglejona / Stagnic Albeluvisol Mizerna MI59 Gleba płowa zaciekowa opadowo-glejowa Stagnic Albeluvisol Nowy Targ NT60, NT61 Gleba płowa zaciekowa opadowo-glejowa Stagnic Albeluvisol 3.3. Badania terenowe Próbki gleb pobrano z 442 poziomów genetycznych, z 61 profilów. Większość profilów (54) była zlokalizowana w 13 transektach rozciągających się od wierzchołka do dna doliny (tab. 1, ryc. 1). Aby uzyskać możliwie dokładny obraz zróżnicowania miąższości poziomów genetycznych, co m wykonywano wiercenia zasięgowe do głębokości 170 cm. Z wydzielonych poziomów pobrano próbki gleby o nienaruszonej strukturze (do cylindrów o objętości 100 cm 3, przy użyciu zestawu hydraulicznego produkcji Eijkelkamp) do badań właściwości fizycznych oraz materiał glebowy do analiz chemicznych. Wykonywano również pomiary zwięzłości gleby ręcznym penetrometrem w celu identyfikacji poziomu fragic [IUSS 2006]. Pomiary wilgotności gleby wykonywano na Pogórzu Wielickim, w Łazach koło Bochni, na gruntach należących do Stacji Terenowej Instytutu Geografii i Gospodarki Przestrzennej Uniwersytetu Jagiellońskiego. W sześciu miejscach transektu Łazy I przecinającego dolinę Dworskiego Potoku, na stokach o wystawie północnej i południowej, zainstalowano tuby do pomiaru wilgotności aktualnej gleby. Pomiary wykonywano sondą profilową PR1 (wyprodukowaną przez Delta-T) na głębokości

21 3. Materiał i metody 21 10, 20, 30, 40, 60 i 100 cm, tylko w okresie wegetacyjnym od marca do listopada, w odstępach czasu nie dłuższych niż 7 dni, średnio co 4, 5 dni. Ze względów technicznych z pomiarów wyłączone były okresy zalegania pokrywy śnieżnej i zamarznięcia wierzchniej warstwy gleby. W opracowaniu wykorzystano dane uzyskane w latach 2003, 2006 i Badania laboratoryjne We wszystkich próbkach gleb pobranych z poziomów genetycznych oznaczono: Zawartość węgla organicznego metodą Tiurina w modyfikacji Oleksynowej [Oleksynowa i in. 1993]; Wartość ph metodą potencjometryczną w H 2 O i 1 mol KCl przy stosunku wagowym gleby do roztworu 1 : 2,5; Skład granulometryczny według PN-R-04032:1998; podfrakcje piaskowe 2,0 0,05 mm rozdzielono metodą sitową na mokro, a klasyfikację uziarnienia wykonano według wytycznych Polskiego Towarzystwa Gleboznawczego [PTG 2009]; Gęstość fazy stałej (ρ s ) metodą piknometryczną [Blake i Hartge 1986]; Gęstość objętościową gleby suchej (ρ c ) w cylindrach o objętości 100 cm 3 [Blake i Hartge 1986]; Krzywe wodnej retencyjności gleb (krzywe pf) metodą płyt porowatych w komorach ciśnieniowych, w aparaturze wyprodukowanej przez Eijkelkamp. Badania w zakresie potencjałów od pf 1,0 do pf 3,0 prowadzono w cylindrach o objętości 100 cm 3 na próbkach gleb o nienaruszonej strukturze. Oznaczenia dla potencjału pf 4,2 wykonano na próbkach gleb o naruszonej strukturze, umieszczonych w pierścieniach o wysokości 1 cm [Klute i Dirksen 1986a]. Krzywe wodnej retencyjności gleb wyrównano za pomocą programu RETC [van Genuchten i in. 1991] wykorzystującego parametryczny model van Genuchtena [1980]: θc θr θ( h) = θr + n ( 1 + α h ) m (1) gdzie: θ zawartość wody w glebie [m 3 m 3 ], θ r resztkowa zawartość wody w glebie [m 3 m 3 ], θ C zawartość wody w glebie w stanie nasycenia [m 3 m 3 ], α empiryczna stała krzywej, h potencjał wody glebowej [cm], n empiryczna stała kształtu krzywej, m = 1 1/n.

22 22 Rola pedogenezy w kształtowaniu właściwości hydrofizycznych, retencji, reżimu i bilansu wodnego gleb... Dla wybranych gleb wyznaczono zależność przewodnictwa wodnego (K(h)) w strefie nienasyconej od potencjału wody glebowej (h) według równania: Kh ( ) = Ks = n 1 n m h + h { 1 α 1 α } n ( 1 + α h ) m 2 2 (2) gdzie: Ks współczynnik przewodnictwa wodnego w strefie nasyconej, α, h, n, m jak w równaniu (1). Współczynnik przewodnictwa wodnego w strefie nasyconej (Ks) wyznaczono metodą Wita w infiltrometrze laboratoryjnym produkcji Eijkelkamp [Klute i Dirksen 1986b]. Na podstawie uzyskanych wyników obliczono: 1. Stałe wodno-glebowe na podstawie krzywej retencyjności gleb pf: zawartość wody w stanie nasycenia (θ C ), pojemność drenażową (φ d ), zawartość wody przy polowej pojemności wodnej pf = 2,0 (θ PPW ), zawartość wody przy wilgotności trwałego więdnięcia (θ WTW ), zawartość wody użytecznej dla roślin (θ RWU = θ PPW θ WTW ); 2. Porowatość ogólną (φ) na podstawie gęstości fazy stałej gleby (ρ s ) i gęstości objętościowej gleby (ρ c ); φ = (ρ s ρ c )/ρ s ; 3. Zapas wody glebowej w warstwach 0 50 cm i cm w okresie pomiarów wilgotności aktualnej na podstawie wilgotności aktualnej i miąższości poziomów genetycznych; 4. Zapas wody dla PPW i WTW w warstwach 0 50 cm i cm na podstawie wielkości retencji θ PPW i θ WTW i miąższości poziomów genetycznych występujących w tych warstwach; 5. Ewapotranspirację wskaźnikową (ET 0 ) według formuły Penmana-Monteitha [Allen i in. 1998]: ET , 408 ( Rn G) + γ µ 2 ( es ea ) T = + γ ( 1+ 0, 34 µ ) 2 [ 1 mm doba ] (3) gdzie: nachylenie krzywej ciśnienia nasyconej pary wodnej [kpa C 1 ], μ 2 prędkość wiatru mierzona na wysokości 2 m n.p.g. [m s 1 ],

23 3. Materiał i metody 23 γ stała psychrometryczna [kpa C 1 ], R n promieniowanie netto [MJ m 2 doba 1 ], G gęstość strumienia ciepła w glebie [MJ m 2 doba 1 ], e a aktualne ciśnienie pary wodnej [kpa], e s ciśnienie nasyconej pary wodnej przy temperaturze powietrza T [kpa], T temperatura powietrza [ C]. Dane meteorologiczne do obliczenia ET 0 uzyskano ze stacji meteorologicznej Instytutu Geografii i Gospodarki Przestrzennej Uniwersytetu Jagiellońskiego w Łazach, zlokalizowanej w odległości 5 m od jednego z punktów pomiaru wilgotności; 6. Bilans wodny dla wybranych gleb według formuły: P + R 0 + D g = ET 0 + H + R 1 (4) gdzie: P opad, R 0 retencja wody glebowej na początku rozpatrywanego okresu, D g dopływ wód gruntowych na skutek podsiąku kapilarnego, ET 0 ewapotranspiracja wskaźnikowa obliczona za pomocą równania Penmana-Monteitha (3), H odpływ powierzchniowy, śródpokrywowy i do wód gruntowych, retencja wody glebowej na końcu rozpatrywanego okresu; R 1 7. Wskaźnik lessowy (Ls) jako stosunek zawartości frakcji o średnicy ziaren 0,05 0,02 mm i powyżej 0,05 mm [Nowak 1978]: 005, 0, 02 mm [%] Ls = > 005, mm [%] (5) Analizę statystyczną uzyskanych wyników przeprowadzono, używając programu komputerowego STATISTICA 9,0. Średnie porównano w oparciu o test Tukeya dla grup o nierównej liczebności. Porównań dotyczących właściwości gleb dokonywano między mezoregionami dla całej puli gleb oraz między poziomami genetycznymi (niezależnie od mezoregionu). W tej analizie grupy porównywanych poziomów glebowych oznaczono następującymi symbolami: P A poziomy próchniczne, P E poziomy eluwialne, P Bt poziomy iluwialne, P B poziomy o cechach pośrednich między poziomami eluwialnymi a poziomami brunatnienia, powstałe z materiału deluwialnego, P C poziomy materiału macierzystego, P EB poziomy przejściowe lub mieszane między eluwialnymi a iluwialnymi, P GG poziomy gruntowo-glejowe, P G poziomy opadowo-glejowe, P CC poziomy materiału macierzystego powstałego ze zwietrzelin fliszowych.

24 24 Rola pedogenezy w kształtowaniu właściwości hydrofizycznych, retencji, reżimu i bilansu wodnego gleb... Porównywano również właściwości wybranych poziomów genetycznych gleb między mezoregionami. Grupy tak porównywanych poziomów glebowych oznaczono w tekście wielkimi literami odpowiadającymi stosowanym w gleboznawstwie symbolom głównych poziomów genetycznych: A poziomy próchniczne, E poziomy eluwialne, Bt poziomy iluwialne, C poziomy materiału macierzystego. Analizie statystycznej nie poddano wyników dla grup o liczebności mniejszej niż 10 (zaznaczono w tekście).

25 4. Wyniki 4.1. Geneza i morfologia gleb w transektach Na Pogórzu Wielickim gleby do badań pobrano wzdłuż trzech transektów, z których dwa były wytyczone w miejscowości Łazy k. Bochni (Łazy I, Łazy II), a jeden w Chożynach części wsi Wola Radziszowskia (Chożyny), oraz w losowo wybranych miejscach na Pogórzu Wielickim (tab. 2). Transekt Łazy I został poprowadzony w kierunku północ południe pomiędzy dwoma wzniesieniami, przez dolinę Dworskiego Potoku. W transekcie tym na stokach dominowały gleby płowoziemne zróżnicowane pod względem miąższości poziomów genetycznych. W dnie doliny występowały gleby glejowe typowe. Trzy profile (LA1, LA2, LA3) zlokalizowano na stoku o wystawie północnej i nachyleniu mniejszym niż 10 (ryc. 2). Miąższość poziomu próchnicznego tych gleb zwiększała się w dół stoku, od wierzchołka do podnóża, i wynosiła od 22 cm na wierzchowinie do 35 cm w dolnym odcinku stoku. W środkowej części stoku ( m od początku transektu) występował głęboki poziom próchniczny, z zaznaczonym głębiej starszym poziomem uprawnym. Pod tymi poziomami znajdował się jeszcze materiał deluwialny o miąższości około 30 cm. Miąższość poziomu eluwialnego o cechach poziomu diagnostycznego luvic na wierzchowinie wynosiła kilkanaście centymetrów i wzrastała wraz z obniżeniem terenu. Po stronie południowej wzniesienia poziom eluwialny zanikał (ryc. 2). W glebach LA1, LA2 i LA3 przejścia poziomów eluwialnych do poziomów iluwialnych charakteryzowały się licznymi zaciekami glossic. Poziomy iluwialne omawianych gleb spełniały kryteria diagnostycznych poziomów argic lub fragic, przy czym fragic najczęściej stanowił stropową część poziomów iluwialnych. Na wypukłych odcinkach stoku strop poziomów iluwialnych występował bezpośrednio pod poziomem próchnicznym (20 30 cm), natomiast w dolnej części stoku był przykryty próchniczno-mineralnym materiałem deluwialnym o miąższości cm (ryc. 2). W dalszej części transektu Łazy I, na stoku o ekspozycji południowej i nachyleniu 12 15, pokrywa glebowa również cechowała się zróżnicowaną miąższością po-

26 26 Rola pedogenezy w kształtowaniu właściwości hydrofizycznych, retencji, reżimu i bilansu wodnego gleb... Poziomy genetyczne (ryc. 2 14): Genetic horizons (Figs. 2 14): A próchniczny A humus B wzbogacenia (nieiluwialny), powstały z materiału deluwialnego B non-illuvial, derived from diluvial deposit E eluwialny E eluvial Bt iluwialny Bt illuvial BtC przejściowy między Bt i C BtC transitional between Bt and C C pyłowy materiał macierzysty C silty parent material G opadowo-glejowy G stagno-gleyic 2B brunatnienia 2B cambic 2C niepyłowy materiał macierzysty 2C non-silty parent material Ryc. 2. Szkic zmienności poziomów genetycznych i położenie profilów glebowych w transekcie Łazy I na tle rzeźby terenu Fig. 2. Sketch showing the variability of genetic horizons and the position of soil profiles in the Łazy I transect as against the relief ziomów genetycznych. Na wierzchowinie tego stoku występowały gleby płowe zaciekowe (profil LA6), które miały głęboki poziom próchniczny ochric. W obrębie poziomu iluwialnego występowały szerokie, klinowate zacieki glossic zbliżone wyglądem do zerodowanych klinów mrozowych [French i Shur 2010]. Poziom iluwialny na niewielkiej miąższości wykazywał cechy poziomu fragic. Materiał macierzysty profilu LA6 był zbudowany z licznych lamelli. Jasnożółte warstwy tych lamelli były bardziej piaszczyste niż warstwy żółtobrunatne, które zawierały więcej frakcji iłowych (oznaczono organoleptycznie). W żadnym profilu na Pogórzu Wielickim nie stwierdzono występowania takich morfologicznych form w materiale macierzystym. W profilu LA6 wydzielono charakterystyczne dla gleb płowych poziomy diagnostyczne: luvic, fragic i argic. Na środkowym, wypukłym odcinku stoku o wystawie południowej występowały zerodowane gleby płowe (profil LA5) (ryc. 2), dlatego miąższość poziomu eluwial-

27 4. Wyniki 27 nego tych gleb wynosiła kilka centymetrów, a poziom iluwialny znajdował się bardzo płytko, blisko powierzchni. Od wypukłego odcinka stoku do podnóża, w miarę obniżania się stoku, sumaryczna miąższość poziomu próchnicznego i poziomu eluwialnego w pokrywie glebowej wzrastała, a miąższość poziomu iluwialnego malała (ryc. 2). W dnie doliny wytworzyły się gleby glejowe z głębokim poziomem próchnicznym (profil LA4) (ryc. 2), powstałym w wyniku akumulacji zarówno materiału deluwialnego zmywanego ze stoku, jak i materiału aluwialnego niesionego przez wody Dworskiego Potoku. Koryto tego potoku było wyścielone bardzo zwięzłym i silnie oglejonym materiałem pyłowym, od którego wyraźnie oddzielał się naniesiony materiał deluwialno-aluwialny. W transekcie Łazy II, przeprowadzonym w kierunku wschód zachód, zróżnicowanie miąższości poziomów było mniejsze niż w transekcie Łazy I. Prawie na całej długości około 300 m występowały gleby płowe zaciekowe. Miąższość ornego poziomu próchnicznego (15 28 cm) wraz z poziomem luvic nie przekraczała 50 cm (ryc. 3). W zachodniej części transektu znajdowała się niecka stokowa, tj. wyraźne obniżenie terenu, ukształtowane prawdopodobnie w wyniku sufozji i stałego przesiąkania wody gruntowej. Dlatego w tym miejscu występowała gleba glejowa właściwa (profil LA7) (ryc. 3). Ukształtowanie terenu w okolicy niecki sprzyjało akumulacji materiału zmywanego z wyższych partii stoku. W efekcie w profilu tej gleby występowało deluwium o zaledwie 100-centymetrowej miąższości, namyte na mate- Ryc. 3. Szkic zmienności poziomów genetycznych i położenie profilów glebowych w transekcie Łazy II na tle rzeźby terenu; symbole poziomów jak na rycinie 2 Fig. 3. Sketch showing the variability of genetic horizons and the position of soil profiles in the Łazy II transect as against the relief; see Figure 2 for symbols of horizons

28 28 Rola pedogenezy w kształtowaniu właściwości hydrofizycznych, retencji, reżimu i bilansu wodnego gleb... riał macierzysty. Cały profil wykazywał wiele cech oglejenia: w poziomach powierzchniowych występowały brunatne konkrecje żelazisto-manganowe, a głębiej leżące poziomy miały wyraźne oliwkowo-szare barwy oglejenia gruntowo-wodnego. Niecka stokowa była od zachodu ograniczona prawie 10-metrowej długości garbem o nachyleniu 15. Na garbie tym występowały gleby płowe zerodowane bez poziomów luvic i z płytkim poziomem argic. Transekt Chożyny był położony na stoku wklęsło-wypukłym o ekspozycji północnej, deniwelacji 80 m i nachyleniu 14. Pokrywa utworów pyłowych na tym stoku charakteryzowała się niewielką miąższością: od 40 do 170 cm (ryc. 4). Pod tą pokrywą w podłożu zalegała warstwa zwietrzelinowa fliszu karpackiego płaszczowiny śląskiej. Na spłaszczonej wierzchowinie występowały zerodowane gleby płowe zaciekowe bez poziomu eluwialnego (profil CH10) (ryc. 4). Na wklęsłym odcinku stoku, w odległości od 120 do 300 m od wierzchołka wzniesienia, pokrywę glebową stanowiły gleby płowe zaciekowe, nadbudowane przez deluwium o miąższości cm (profil CH9) (ryc. 4). Miąższość poziomów iluwialnych i materiału macierzystego wynosiła od 80 do 150 cm i malała wraz z obniżaniem się terenu. Wypukły odcinek stoku w transekcie Chożyny, rozpoczynający się około 400 m od wierzchołka wzniesienia, powstał na płytko występującym progu skalnym zbudowanym z warstw fliszowych. Miejsce to stanowiło jednocześnie bazę akumulacji materiału deluwialnego denudowanego ze stoku i dolną granicę występowania gleb Ryc. 4. Szkic zmienności poziomów genetycznych i położenie profilów glebowych w transekcie Chożyny na tle rzeźby terenu; symbole poziomów jak na rycinie 2 Fig. 4. Sketch showing the variability of genetic horizons and the position of soil profiles in the Chożyny transect as against the relief; see Figure 2 for symbols of horizons

29 4. Wyniki 29 płowoziemnych na tym stoku. Na dolnym, bardziej nachylonym odcinku (15 18 ), z deluwium o różnej miąższości wytworzyły się gleby brunatnoziemne. U podnóża stoku występowały płytkie gleby glejowe właściwe, zasilane wodą płynącego potoku (profil CH11) (ryc. 4). W transekcie Chożyny zróżnicowanie morfologii i miąższości pokrywy glebowej wynikało z rodzaju materiału macierzystego. Pokrywa glebowa wytworzona z utworów pyłowych zachowała się w wierzchowinowej i środkowej części stoku. U podnóża występowały gleby wykształcone z pyłowo-ilastych osadów deluwialno-aluwialnych. Na Pogórzu Ciężkowickim, we wsi Łękawica Dolna, zlokalizowano dwa transekty. Jeden z nich (Łękawica Dolna I) wyznaczono w kierunku północ południe, na rozległej wierzchowinie o deniwelacji 10 m i spadku 2 3 w kierunku północnym (ryc. 5). W pokrywie glebowej tej wierzchowiny dominowały gleby płowe zaciekowe oglejone (profile: ŁD16, ŁD17, ŁD18) (ryc. 5), które charakteryzowały się bardzo płytkim, ale wyraźnym poziomem luvic (5 15 cm). Jasny odcień jego barwy był wzmocniony przez procesy redukcyjne zachodzące na granicy z poziomem iluwialnym, co wynikało z ograniczonego drenażu wody opadowej. Poziom orno-próchniczny (Ap) gleb tego transektu był płytki, jak na gleby uprawne, i tylko w kilku miejscach przekraczał 20 cm. Z tego względu poziom iluwialny o cechach fragic występował w tych glebach już od głębokości około cm. Poziom materiału macierzystego występował na głębokości od 120 do 130 cm. Ryc. 5. Szkic zmienności poziomów genetycznych i położenie profilów glebowych w transekcie Łękawica Dolna I na tle rzeźby terenu; symbole poziomów jak na rycinie 2 Fig. 5. Sketch showing the variability of genetic horizons and the position of soil profiles in the Łękawica Dolna I transect as against the relief; see Figure 2 for symbols of horizons

30 30 Rola pedogenezy w kształtowaniu właściwości hydrofizycznych, retencji, reżimu i bilansu wodnego gleb... Transekt Łękawica Dolna II wyznaczono wzdłuż osi wschód zachód, od wierzchowiny do podnóża, na stoku o zróżnicowanym nachyleniu i deniwelacji 30 m (ryc. 6). W wierzchowinowej, łagodnie opadającej (3 5 ) części stoku miąższość poziomu iluwialnego argic zmniejszała się wraz ze spadkiem terenu. Jednocześnie wzrastała miąższość wyraźnie oddzielającego się brunatnego deluwium. Tarasowy układ pól sprzyjał akumulacji erodowanego materiału glebowego na zadarnionych brzegach tarasów. Dolna część transektu, rozpoczynająca się 160 m od wierzchołka wzniesienia, miała formę stromej skarpy. To ostre załamanie powstało na skutek erozyjnego podcięcia stoku podczas rozwoju doliny. W glebach dolnego odcinka stoku występowały tylko warstwy deluwialne i materiału macierzystego. U podnóża stoku wytworzyły się gleby glejowe, z dużym nadkładem zakumulowanego próchniczno-mineralnego deluwium (profil ŁD20) (ryc. 6). Na Pogórzu Strzyżowskim wyznaczono transekt na stokach Łysej Góry we wsi Glinik. Był to rozległy, szeroki, prosty stok o nachyleniu 5 8, opadający w kierunku północnego wschodu do doliny rzeki Wielopolka (ryc. 7). Miąższość poziomu ornego wzdłuż całego stoku wynosiła cm. W środkowej części stoku ( m transektu) występowały dwa charakterystyczne progi o ponad metrowej wysokości, ograniczające kilkudziesięciometrowy taras. Powodowały one akumulację zmywanego ze stoku materiału. Gleby w pobliżu tych progów charakteryzowały się głębo- Ryc. 6. Szkic zmienności poziomów genetycznych i położenie profilów glebowych w transekcie Łękawica Dolna II na tle rzeźby terenu; symbole poziomów jak na rycinie 2 Fig. 6. Sketch showing the variability of genetic horizons and the position of soil profiles in the Łękawica Dolna II transect as against the relief; see Figure 2 for symbols of horizons

31 4. Wyniki 31 kim poziomem próchnicznym, zakumulowanym na poziomie iluwialnym (profile GL22, GL23) (ryc. 7). W transekcie Glinik dominowały zerodowane gleby płowe zaciekowe opadowo- -glejowe, w których poziom luvic występował fragmentarycznie. Poziom iluwialny w stropowej części wykazywał cechy poziomu fragic, a poniżej stopniowo przechodził w argic. Miąższość całego poziomu iluwialnego tych gleb malała w miarę obniżania się terenu. Na górnym odcinku stoku w poziomach fragic i argic zachowały się liczne fragmenty zacieków glossic. U podnóża stoku, na wypłaszczeniu, występowały gleby glejowe właściwe z głębokim poziomem próchnicznym (50 cm), powstałym w wyniku akumulacji materiału deluwialnego (profil GL24) (ryc. 7). Pogórze Dynowskie było najbardziej na wschód położonym obszarem badań. Wyznaczono na nim dwa transekty: we wsiach Harta i Wesoła. Pierwszy przebiegał przez długi, łagodny i prosty stok o nachyleniu 5 7 i ekspozycji północnej (ryc. 8). Miąższość pokrywy pyłowej na wierzchowinie stoku wynosiła zaledwie cm, głębiej zalegała zwietrzelina rozsypliwych piaskowców serii skolskiej. Gleby pozostałej części stoku nie zawierały okruchów skał fliszowych. Na górnym odcinku stoku, do około 200 m od wierzchołka, w pokrywie glebowej występowały gleby płowe zaciekowe typowe, z dobrze wykształconymi poziomami diagnostycznymi luvic, argic i fragic (profil H29) (ryc. 8). Ryc. 7. Szkic zmienności poziomów genetycznych i położenie profilów glebowych w transekcie Glinik na tle rzeźby terenu; symbole poziomów jak na rycinie 2 Fig. 7. Sketch showing the variability of genetic horizons and the position of soil profiles in the Glinik transect as against the relief; see Figure 2 for symbols of horizons

32 32 Rola pedogenezy w kształtowaniu właściwości hydrofizycznych, retencji, reżimu i bilansu wodnego gleb... Ryc. 8. Szkic zmienności poziomów genetycznych i położenie profilów glebowych w transekcie Harta na tle rzeźby terenu; symbole poziomów jak na rycinie 2 Fig. 8. Sketch showing the variability of genetic horizons and the position of soil profiles in the Harta transect as against the relief; see Figure 2 for symbols of horizons Środkową część stoku zajmowały pola uprawne ukształtowane w taras. Gleby tych pól charakteryzowały się bardzo zróżnicowaną miąższością poziomów genetycznych (ryc. 8). W pokrywie glebowej całego transektu dominowały zerodowane gleby płowe zaciekowe, bez poziomu luvic (ryc. 8). Miąższość poziomu iluwialnego na dolnym odcinku stoku wynosiła cm. W środkowej części stoku na niewielkiej powierzchni występowały gleby bardzo silnie zerodowane, tak że materiał macierzysty znajdował się bezpośrednio pod poziomem orno-próchnicznym (ryc. 8). U podnóża stoku powstały gleby glejowe typowe z głębokim poziomem próchnicznym namytym na silnie oglejony poziom materiału macierzystego (profil HA31) (ryc. 8). Drugi transekt gleb na Pogórzu Dynowskim wyznaczono we wsi Wesoła położonej około 8 km na zachód od Dynowa. Poprowadzono go łagodnym obniżeniem terenu (3 5 ) pomiędzy dwoma wierzchołkami, w kierunku północ południe (ryc. 9). Na wierzchowinie wzniesienia, na którym zlokalizowano transekt, zachowała się płytka pokrywa utworów pyłowych o miąższości około cm. Na bardziej stromych stokach wzniesienia, po wschodniej i zachodniej stronie, wraz z obniżaniem się terenu pokrywa utworów pyłowych stopniowo zanikała, odsłaniając gliniasto- -ilastą pokrywę zwietrzelinową. W całym transekcie Wesoła występowały płytkie, zerodowane gleby płowe zaciekowe (profile: WE25, WE26, W27 i WE28) (ryc. 9), które charakteryzowały się takim samym układem poziomów genetycznych. Miąższość poziomu próchnicznego tych gleb, niezależnie od ukształtowania terenu, była wy-

33 4. Wyniki 33 Ryc. 9. Szkic zmienności poziomów genetycznych i położenie profilów glebowych w transekcie Wesoła na tle rzeźby terenu; symbole poziomów jak na rycinie 2 Fig. 9. Sketch showing the variability of genetic horizons and the position of soil profiles in the Wesoła transect as against the relief; see Figure 2 for symbols of horizons równana, wynosiła od 20 do 25 cm. Bezpośrednio pod poziomem próchnicznym (Ap) znajdował się poziom iluwialny (Bt) o miąższości od 25 do 60 cm, a głębiej występowały poziomy przejściowe (BC) i poziom pyłowego materiału macierzystego (C). Głębiej w profilach glebowych wyraźnie widoczna była granica między pokrywą utworów pyłowych a zwietrzeliną fliszu karpackiego. Charakterystyczną cechą gleb tego transektu było występowanie pozostałości języków glossic aż do granicy nieciągłości litologicznej między pyłowym materiałem macierzystym a zwietrzelinowym podłożem fliszowym. W zachodniej części Dołów Jasielsko-Sanockich, w Kotlinie Jasielsko-Krośnieńskiej, na przeciwległych stokach o nachyleniu 3 5 wyznaczono dwa ponad kilometrowe transekty przecinające dolinę rzeki Szebnianki. Jeden z nich znajdował się na stoku o wystawie południowej we wsi Bierówka (ryc. 10), a drugi na stoku o wystawie północnej we wsi Moderówka w przysiółku Białkówka (ryc. 11). Transekt Bierówka przebiegał przez prosty, dojrzały stok, wyrównany w wyniku erozyjno-akumulacyjnych procesów morfogenetycznych. Na porośniętej lasem wierzchowinie występowały gleby płowe zaciekowe charakteryzujące się głębokim poziomem eluwialnym luvic (profil BI33) (ryc. 10). Poniżej, na granicy lasu i gruntów ornych, widoczne było wyraźne obniżenie terenu (o około 1 m), powstałe na skutek zerodowania wierzchniej warstwy gleby. W efekcie poziom eluwialny w glebach ornych był płytszy niż w glebach leśnych i występował tylko na górnym odcinku stoku.

34 34 Rola pedogenezy w kształtowaniu właściwości hydrofizycznych, retencji, reżimu i bilansu wodnego gleb... Ryc. 10. Szkic zmienności poziomów genetycznych i położenie profilów glebowych w transekcie Bierówka na tle rzeźby terenu; symbole poziomów jak na rycinie 2 Fig. 10. Sketch showing the variability of genetic horizons and the position of soil profiles in the Bierówka transect as against the relief; see Figure 2 for symbols of horizons Ryc. 11. Szkic zmienności poziomów genetycznych i położenie profilów glebowych w transekcie Moderówka na tle rzeźby terenu; symbole poziomów jak na rycinie 2 Fig. 11. Sketch showing the variability of genetic horizons and the position of soil profiles in the transect Moderówka as against the relief; see Figure 2 for symbols of horizons

35 4. Wyniki 35 Gleby środkowej części stoku cechowały się brakiem poziomu eluwialnego i występowaniem głębokiego, zakumulowanego próchniczno-mineralnego deluwium o miąższości dochodzącej do 50 cm (profile BI38 i BI39) (ryc. 10). Taki układ poziomów genetycznych może wskazywać, że modelowanie stoku zachodziło w trakcie rozwoju doliny. Najpierw poziomy powierzchniowe i eluwialne zostały zerodowane przez wody rzeki. Następnie, po ustąpieniu wód i wcięciu głębiej koryta rzeki, nastąpiła akumulacja materiału deluwialnego. U podnóża stoku występowały oglejone mady będące w zasięgu wody gruntowej. Ich powierzchniowe poziomy wytworzyły się z pyłowo-piaszczystych osadów aluwialno-deluwialnych (profil BI40) (ryc. 10). Transekt Moderówka przez pierwsze 400 m od wierzchołka, aż do wysokości 280 m n.p.m., poprowadzono grzbietem wzniesienia w kierunku północnym, a poniżej, aż do dna doliny prostopadle do stoku w kierunku północno-zachodnim. Prawie w całym transekcie występowały zerodowane gleby płowe zaciekowe typowe (profile od MO41 do MO45) (ryc. 11). Na odcinku od 100 do 300 m od wierzchołka wzniesienia rozciągały się wąskie tarasy pól o szerokości m. Tarasy te były nachylone zgodnie ze spadkiem terenu i prawdopodobnie powstały na skutek podziału własnościowego gruntów. Takie ukształtowanie terenu nie ograniczało jednak erozji stoku. W obrębie tarasów nie stwierdzono dużego zróżnicowania miąższości poziomu próchnicznego, chociaż zazwyczaj w górnej części tarasowanych stoków poziomy próchniczne są płytsze niż w dolnej części. Prawie na całym stoku brak było poziomu eluwialnego luvic (ryc. 11). W takich miejscach bezpośrednio pod poziomem Ap występował poziom iluwialny argic o miąższości od 40 do 70 cm, miejscami płytszy, o miąższości od 10 do 20 cm (profile MO41, MO46) (ryc. 11). Cały stok był silnie zerodowany, tak że poziom materiału macierzystego znajdował się już na głębokości około cm. Podnóże stoku zostało ukształtowane na skutek akumulacji materialu deluwialnego. W tej części transektu występowały gleby glejowe (profil MO47) (ryc. 11), będące w zasięgu wody gruntowej. Kotlina Orawsko-Nowotarska to obszar, na którym występują utwory pyłowe najwyżej położone w polskich Karpatach (do około 650 m n.p.m.). Badania prowadzono w okolicach trzech miejscowości: Frydman, Nowy Targ i Czarny Dunajec. Transekt Frydman I poprowadzono na wypukło-wklęsłym stoku Średniej Góry, o ekspozycji północno-wschodniej i nachyleniu 5 7. Utwory pyłowe, o miąższości około 150 cm, pokrywały ten stok do wysokości 570 m n.p.m. Powyżej występowały fliszowe pokrywy stokowe, na których wykształciły się gleby brunatne właściwe. Na tych utworach pyłowych powstały gleby płowe zaciekowe opadowo-glejowe, które charakteryzowały się małym zróżnicowaniem morfologii profilu z wyraźnie wykształconymi poziomami luvic i fragic (ryc. 12). W dolnej części stok był zakończony fliszowym progiem będącym zarazem dolną granicą płatu utworów pyłowych na tym stoku.

36 36 Rola pedogenezy w kształtowaniu właściwości hydrofizycznych, retencji, reżimu i bilansu wodnego gleb... Ryc. 12. Szkic zmienności poziomów genetycznych i położenie profilów glebowych w transekcie Frydman I na tle rzeźby terenu; symbole poziomów jak na rycinie 2 Fig. 12. Sketch showing the variability of genetic horizons and the position of soil profiles in the Frydman I transect as against the relief; see Figure 2 for symbols of horizons Na stoku Średniej Góry o wystawie północnej, na wysokości m n.p.m., wytyczono transekt Frydman II. Ta część stoku charakteryzowała się urozmaiconą rzeźbą. Jego górny odcinek, o nachyleniu 8 10, zakończony był niecką ograniczoną progiem skał fliszowych. Dolny odcinek miał wypukło-wklęsłą formę (ryc. 13). W opisywanym transekcie, podobnie jak w transekcie Frydman I, pokrywa utworów pyłowych występowała do wysokości około 580 m n.p.m. Górna część stoku, aż do fliszowego progu, była pokryta płytką pokrywą pyłową, której miąższość nie przekraczała 1 m, a poniżej tego progu dochodziła do 2,5 m. W pokrywie glebowej tego fragmentu stoku występowały gleby płowe zaciekowe, nadbudowane około 50-centymetrowym pyłowym deluwium. Na samym progu fliszowym (o szerokości ok. 10 m) miąższość pokrywy pyłowej wynosiła tylko 60 cm. W tym miejscu gleby płowe zostały prawie całkowicie zdenudowane, o czym świadczył płytki poziom iluwialny argic w profilu FR55 (ryc. 13). Transekt Nowy Targ wyznaczono w centralnej części Kotliny Orawsko-Nowotars kiej, pomiędzy Gronkowem Dolnym a Nowym Targiem. W glebach tego transektu występowały głębokie poziomy iluwialne (40 75 cm) spełniające kryteria poziomów diagnostycznych fragic lub argic (profile GD57 i GD 58) (ryc. 14) Wzdłuż całego transektu poziom eluwialny luvic miał małą miąższość (od 8 od 15 cm), a na wypukłym odcinku stoku ( m od początku transektu) wcale nie występował. Miąższość poziomu próchnicznego na górnym odcinku stoku wynosiła cm.

37 4. Wyniki 37 Ryc. 13. Szkic zmienności poziomów genetycznych i położenie profilów glebowych w transekcie Frydman II na tle rzeźby terenu; symbole poziomów jak na rycinie 2 Fig. 13. Sketch showing the variability of genetic horizons and the position of soil profiles in the Frydman II transect as against the relief; see Figure 2 for symbols of horizons Ryc. 14. Szkic zmienności poziomów genetycznych i położenie profilów glebowych w transekcie Nowy Targ na tle rzeźby terenu; symbole poziomów jak na rycinie 2 Fig. 14. Sketch showing the variability of genetic horizons and the position of soil profiles in the Nowy Targ transect as against the relief; see Figure 2 for symbols of horizons

38 38 Rola pedogenezy w kształtowaniu właściwości hydrofizycznych, retencji, reżimu i bilansu wodnego gleb... Poniżej, na środkowym odcinku stoku, w miarę obniżania się terenu miąższość tego poziomu wzrastała nawet do 40 cm. W glebach położonych na spłaszczeniu miąższość poziomu próchnicznego wynosiła cm. Na dolnym, płaskim odcinku stoku występowały gleby płowe zaciekowe, bardzo silnie oglejone do głębokości około 60 cm zarówno w poziomie luvic, jak i fragic (profile NT60 i NT61) Odczyn gleb i zawartość materii organicznej Poziomy próchniczne i eluwialne gleb płowych charakteryzowały się odczynem słabo kwaśnym, a jedynie w profilu MO44 obojętnym. Część gleb ornych i gleb pod lasami wykazywała odczyn kwaśny lub bardzo kwaśny. W większości gleb płowych poziomy genetyczne położone poniżej próchnicznych miały odczyn kwaśny lub bardzo kwaśny, natomiast w glebach glejowych i madach odczyn słabo kwaśny. Wartość ph (H 2 O i KCl) gleb płowych najczęściej zwiększała się wraz z głębokością. Niektóre gleby najwyższą wartość ph osiągały w poziomie próchnicznym, iluwialnym lub przejściowym. Wiele gleb nie wykazywało dużego zróżnicowania wartości ph w rozkładzie pionowym różnice między sąsiednimi poziomami tych gleb były małe (± 0,1 0,3). Wśród badanych gleb większość stanowiły gleby gruntów ornych i odłogów. Orne zagospodarowanie gleb, związane z nawożeniem mineralnym lub organicznym, ma wpływ na ich odczyn i zawartość węgla organicznego w poziomach akumulacyjnych. Głównym czynnikiem wpływającym na kwaśny odczyn badanych gleb był bezwęglanowy charakter ich materiału macierzystego. W żadnej z gleb nie stwierdzono zawartości węglanu wapnia, a uzyskane wyniki oznaczeń ph były bardzo podobne do przedstawionych w innych pracach, bardziej wnikliwie charakteryzujących właściwości chemiczne gleb Pogórza Karpackiego [Borowiec 1953, Uziak 1962, Zasoński 1974, Zaleski 2000, Niemyska-Łukaszuk i in. 2002, Szymański 2011]. Udział gleb odłogowanych w badanym materiale był większy niż udział podawany przez innych autorów w pracach na temat fizykochemicznych właściwości gleb wytworzonych z utworów pyłowych na Pogórzu Karpackim [Borowiec 1953, Uziak 1962, Zasoński 1974, Skiba 1995, Zaleski 2000]. Z takim użytkowaniem gleb dobrze koresponduje naturalny stan ich odczynu, ponieważ gleby odłogowane nie były wapnowane od wielu lat. Wapnowanie powoduje wzrost wartości ph tylko w poziomie orno-próchnicznym [Komornicki i Włodarczyk 1974], dlatego w większości gleb użytków ornych wartość ph była wyższa w poziomach próchnicznych niż w poziomach leżących głębiej. Średnia zawartość węgla organicznego w poziomach próchnicznych gleb płowych wynosiła 12,0 g kg 1. Poziomy próchniczne gleb leśnych (profile PO15 i BI33) zawierały więcej C organicznego niż poziomy orno-próchniczne gleb użytków ornych. Tylko w kilku

39 4. Wyniki 39 poziomach gleb użytków ornych zawartość C organicznego przekraczała 20 g kg 1 (profile LA7, WE28, HA31, HA33). Gleby z głębokim poziomem eluwialnym wykazywały cechy świadczące o przemieszczeniu przez edafon glebowy (głównie dżdżownice) materii organicznej z poziomów próchnicznych do eluwialnych. Były to kanały o średnicy 3 8 mm, w poziomach eluwialnych wypełnione ciemnoszarą materią organiczną przemieszczoną przez edafon z poziomów nadległych. W takich poziomach eluwialnych zawartość węgla organicznego była niewielka (4,0 6,0 g kg 1 ). Poziomy próchniczne o małej zawartości materii organicznej wykształciły się również z materiału deluwialnego, zwykle na wklęsłych odcinkach stoków. Takie poziomy próchniczne zwykle spełniały kryteria barwy i zawartości materii organicznej poziomu diagnostycznego ochric. Pod względem zawartości C organicznego w poziomach próchnicznych gleby glejowe i mady (śr. 14,2 g kg 1 ) nie różniły się istotnie od gleb płowych (śr. 11,5 g kg 1 ). Nie stwierdzono również istotnych różnic w zawartości C organicznego między glebami pochodzącymi z różnych mezoregionów. Zawartość węgla organicznego w badanych glebach płowych gruntów ornych nie przekraczała 20,0 g kg -1, większa była tylko w poziomach próchnicznych leśnych gleb płowych i gleb glejowych użytków zielonych. Publikowane wyniki badań wskazują, że gleby użytków ornych Pogórza Karpackiego najczęściej zawierają od 8,0 do 15,0 g C organicznego na 1 kg gleby, rzadko powyżej 20,0 g kg 1 [Borowiec 1953, Uziak 1962, Zasoński 1974, Klimek 1995a, Skiba i in. 1995, Zaleski 2000, Szymański 2011]. Dlatego zawartość C organicznego w glebie większą od 20,0 g kg 1 można w ich przypadku uważać za dużą, a zawartość poniżej 5,0 g kg 1 za małą. Nie znaleziono istotnych zależności między zawartością węgla organicznego w badanych glebach a właściwościami wodno-powietrznymi tych gleb, być może z powodu ich podobnej zasobności w substancję organiczną. Poziomy próchniczne istotnie się jednak różniły od poziomów iluwialnych i materiału macierzystego pod względem wielu właściwościach hydrofizycznych (patrz tab. 7, 8). Według Słowińskiej- -Jurkiewicz [1989], w glebach wytworzonych z lessów ilość i skład frakcyjny substancji organicznej są obok składu granulometrycznego głównymi czynnikami kształtującymi strukturę i trwałość agregatów glebowych, które wpływają na warunki wodno-powietrzne w poziomach akumulacyjnych Uziarnienie gleb O wszystkich właściwościach hydrofizycznych gleby retencji, filtracji i infiltracji wody decyduje uziarnienie gleby i skład mineralny frakcji ilastej. Te ostatnie właściwości są również podstawowym kryterium wydzielania poziomów diagnostycznych luvic i argic w glebach płowych [PTG 2011].

40 40 Rola pedogenezy w kształtowaniu właściwości hydrofizycznych, retencji, reżimu i bilansu wodnego gleb... Wśród gleb Pogórza Karpackiego dominowało uziarnienie pyłów ilastych. Mniej było pyłów gliniastych, a pojedyncze poziomy zwietrzelinowe fliszu karpackiego w glebach niecałkowitych charakteryzowały się uziarnieniem glin piaszczystych, glin zwykłych, glin lekkich lub glin ilastych (ryc ). Największy udział w składzie granulometrycznym tych gleb miała frakcja pyłu grubego (0,05 0,02 mm) (tab. 3), uważanego za najbardziej lessową (eoliczną) frakcję [Nowak 1978], natomiast gleby Kotliny Orawsko-Nowotarskiej zawierały najwięcej frakcji pyłu drobnego (0,02 0,002 mm). Większość gleb zawierała poniżej 1% frakcji piasku bardzo grubego (2,0 1,0 mm) i piasku grubego (1,0 0,5 mm); jest to powszechnie znana cecha eolicznych utworów pyłowych. Zawartość wymienionych frakcji była tak mała, że mieściła się w granicach błędu popełnianego przy oznaczaniu uziarnienia metodą areometryczną i sitową, dlatego w tabelach te frakcje potraktowano łącznie (2,0 0,5 mm) (tab. 3). Gleby Pogórza Wielickiego, Pogórza Ciężkowickiego i Pogórza Strzyżowskiego uznano za jednorodne pod względem uziarnienia, ponieważ charakteryzowały się podobną zawartością wszystkich frakcji (tab. 2, ryc. 15, 16). W glebach tych zawartość frakcji piaskowych i iłowych była mniejsza, a zawartość frakcji pyłowych, zwłaszcza pyłu grubego o ponad 10% większa niż w glebach Pogórza Dynowskiego i Dołów Jasielsko-Sanockich (tab. 3). Zawartość frakcji pyłu drobnego w glebach Pogórza Dynowskiego była większa o około 5% niż w glebach Dołów Jasielsko- -Sanockich (tab. 3). Gleby Kotliny Orawsko-Nowotarskiej charakteryzowały się podobną do gleb Pogórza Wielickiego, Pogórza Ciężkowickiego i Pogórza Strzyżowskiego zawartością frakcji piaskowej, pyłowej i iłowej (tab. 3, 4). Uziarnienie wszystkich poziomów genetycznych porównano na podstawie zawartości trzech głównych frakcji: piaskowej (2,0 0,05 mm), pyłowej (0,05 0,002 mm) Ryc. 15. Uziarnienie gleb; PW Pogórze Wielickie, PC Pogórze Ciężkowickie Fig. 15. Soil texture; PW Wieliczka Foothils, PC Ciężkowice Foothils

41 4. Wyniki 41 Ryc. 16. Uziarnienie gleb; PS Pogórze Strzyżowskie, PD Pogórze Dynowskie Fig. 16. Soil texture; PS Strzyżów Foothils, PD Dynów Foothils Ryc. 17. Uziarnienie gleb; DJS Doły Jasielsko-Sanockie, KON Kotlina Orawsko-Nowotarska Fig. 17. Soil texture; DJS Jasło-Sanok Basin, KON Orawsko-Nowotarska Basin i iłowej (< 0,002 mm) (tab. 5). W przypadku gleb płowych różnice w składzie granulometrycznym występowały przede wszystkim między poziomami próchnicznymi (P A ), eluwialnymi (P E ) i deluwialnymi (P B ) a poziomami iluwialnymi (P Bt ) i materiału macierzystego (P C ). Poziomy deluwialne gleb glejowych i mad do głębokości około cm charakteryzowały się większym zróżnicowaniem zawartości frakcji iłowej niż poziomy materiału macierzystego (tab. 5, ryc. 18). Zawartość frakcji piaskowej w większości poziomów genetycznych gleb płowych była podobna.

42 42 Rola pedogenezy w kształtowaniu właściwości hydrofizycznych, retencji, reżimu i bilansu wodnego gleb... Tabela 3. Skład granulometryczny gleb z różnych mezoregionów (wyniki przedstawiono jako średnią arytmetyczną ± odchylenie standardowe; jednakowe litery w kolumnach oznaczają grupy jednorodne, α < 0,05) Table 3. Grain-size distribution of soils from different mesoregions (results expressed as a mean ± standard deviation; the same letters in columns indicate homogenous groups, α < 0.05) Mezoregion Mesoregion Liczebność próby Sample size Frakcja / Fraction [%] 2,0 0,5 mm 0,5 0,25 mm 0,25 0,1 mm 0,1 0,05 mm 0,05 0,02 mm 0,02 0,002 mm < 0,002 mm PW 99 0,45 ±0,04 a 0,83 ±0,07 a 1,80 ±0,11 a 16,76 ±0,35 a 42,95 ±0,36 a 25,31 ±0,42 a 12,00 ±0,32 ab PC 40 0,53 ±0,07 a 0,81 ±0,09 a 1,72 ±0,13 ad 14,96 ±0,52 a 41,00 ±1,24 a 29,07 ±1,20 b 11,95 ±0,52 a PS 26 0,49 ±0,05 a 0,63 ±0,07 a 1,40 ±0,12 ac 14,11 ±0,36 a 42,62 ±0,37 a 26,06 ±0,40 ba 14,68 ±0,43 bc PD 51 0,40 ±0,05 a 0,75 ±0,09 a 3,02 ±0,33 d 19,82 ±0,73 b 33,04 ±1,02 bc 25,06 ±0,64 a 17,92 ±0,94 cd DJS 126 0,35 ±0,03 a 0,88 ±0,06 a 4,28 ±0,21 b 21,03 ±0,41 b 33,75 ±0,40 b 20,91 ±0,48 c 18,81 ±0,44 d KON 85 1,19 ±0,10 b 1,74 ±0,14 b 2,70 ±0,21 cd 9,38 ±0,23 c 26,34 ±0,32 d 42,12 ±0,49 d 16,55 ±0,29 c PW Pogórze Wielickie / Wieliczka Foothills, PC Pogórze Ciężkowickie / Ciężkowice Foothills, PS Pogórze Strzyżowskie / Strzyżów Foothills, PD Pogórze Dynowskie / Dynów Foothills, DJS Doły Jasielsko-Sanockie / Jasło-Sanok Basin, KON Kotlina Orawsko-Nowotarska / Orawa-Nowy Targ Basin

43 4. Wyniki 43 Tabela 4. Table 4. Wskaźnik lessowy (Ls) oraz zawartość frakcji piaskowej i pyłowej gleb z różnych mezoregionów (wyniki przedstawiono jako średnią arytmetyczną ± odchylenie standardowe; jednakowe litery w kolumnach oznaczają grupy jednorodne, α < 0,05) Loess index (Ls) and sand and silt fraction contents of soils from different mesoregions (results expressed as a mean ± standard deviation; the same letters in columns indicate homogenous groups, α < 0.05) Mezoregion Mesoregion Liczebność próby Sample size Ls Frakcja / Fraction [%] 2,0 0,05 mm 0,05 0,002 mm PW 99 2,26 ±0,06 a 19,85 ±0,38 a 69,55 ±0,54 a PC 40 2,32 ±0,09 ac 18,60 ±0,48 a 70,19 ±0,45 a PS 26 2,59 ±0,06 a 16,63 ±0,35 a 69,68 ±0,44 a PD 51 1,49 ±0,07 b 23,98 ±0,88 b 56,69 ±1,25 b DJS 126 1,35 ±0,04 b 26,54 ±0,51 b 54,53 ±0,59 b KON 85 1,94 ±0,07 c 15,03 ±0,52 a 67,24 ±0,80 a PW, PC, PS, PD, DJS, KON jak w tabeli 3 / see Table 3 Tabela 5. Table 5. Skład granulometryczny gleb w grupach poziomów genetycznych (wyniki przedstawiono jako średnią arytmetyczną ± odchylenie standardowe; jednakowe litery w kolumnach oznaczają grupy jednorodne, α < 0,05) Grain-size distribution of soils in groups of genetic horizons (results expressed as a mean ± standard deviation; the same letters in columns indicate homogenous groups, α < 0.05) Poziom genetyczny Genetic horizon Liczebność próby Sample size Frakcja / Fraction [%] 2,0 0,05 mm 0,05 0,02 mm < 0,002 mm P A 92 21,77 ±0,75 ab 66,09 ±0,88 ac 12,10 ±0,42 a P E 36 18,92 ±0,71 b 68,81 ±0,65 a 12,27 ±0,58 a P Bt ,48 ±0,50 b 61,31 ±0,73 b 18,35 ±0,40 b P C 90 21,10 ±0,66 ab 61,04 ±0,88 b 17,87 ±0,44 b P B 18 22,95 ±2,19 ab 66,95 ±2,42 ab 13,00 ±1,07 a P GG 31 22,95 ±1,25 b 60,85 ±1,45 cb 13,78 ±0,58 a P EB * 9 16,07 ±1,50 66,93 ±1,76 16,96 ±1,68 P CC * 6 14,70 ±2,62 67,95 ±1,03 17,45 ±1,73 P G * 4 9,80 ±0,47 72,73 ±1,33 17,50 ±1,19 P A próchniczny / humic, P E eluwialny / eluvial, P Bt iluwialny / illuvial, P C materiał macierzysty / parent material, P B o cechach pośrednich między poziomem eluwialnym a poziomem brunatnienia, powstały z materiału deluwialnego / with evidence of eluvial and cambic horizons, derived from deluvial material, P GG gruntowo-glejowy / ground-gleyic, P EB przejściowy lub mieszany między poziomem eluwialnym a poziomem iluwialnym / transitional or mixed between eluvial and illuvial horizons, P CC materiał macierzysty zwietrzelin fliszowych / weathered flysch deposit, P G opadowo-glejowy / stagno-gleyic * nie ujęto w analizie statystycznej / not considered in statistical analysis

44 44 Rola pedogenezy w kształtowaniu właściwości hydrofizycznych, retencji, reżimu i bilansu wodnego gleb... Ryc. 18. Zróżnicowanie zawartości iłu w wybranych glebach; a gleby płowe typowe, b zerodowane gleby płowe typowe, c gleby glejowe i mady; symbole profilów glebowych jak w tabeli 2 Fig. 18. Differentiation of clay content between chosen soils; a Haplic Luvisols, b eroded Haplic Luvisols, c Gleysols and Fluvisols; see Table 2 for symbols of soil profiles Gleby glejowe i mady zawierały więcej frakcji piaskowej w poziomach gruntowo- -glejowych (P GG ) niż gleby płowe w poziomach materiału macierzystego (P C ) i iluwialnych (P Bt ) (tab. 5). Rozmieszczenie fakcji iłowej w glebach płowych typowych z zachowanym poziomem luvic było charakterystyczne dla tego typu gleb (ryc. 18a). Poziomy iluwialne (P Bt ) zawsze zawierały co najmniej o 3% więcej frakcji iłowej niż poziomy eluwialne (P E ). Zróżnicowanie zawartości frakcji iłowej między sąsiednimi poziomami iluwialnymi i skały macierzystej nie przekraczało 3%. Większe różnice istniały w przypadku gleb niecałkowitych i dotyczyły granicy utworów pyłowych i poziomów zwietrzelinowych. Zerodowane gleby płowe charakteryzowały się mniejszym zróżnicowaniem zawartości iłu między poziomami genetycznymi (ryc. 18b), zwykle nieprzekraczającym

45 4. Wyniki % w całym profilu. Maksymalna zawartość iłu w tych glebach często występowała w ich spągu, co mogło być efektem głębokiej iluwiacji lub wynikać z genezy pyłów karpackich [Zasoński 1983, Zaleski 2000, Grabowski 2004]. Gleby pochodzące z wybranych mezoregionów porównano również, biorąc pod uwagę wartości wskaźnika lessowego (Ls), zaproponowanego przez Nowaka [1978], jako miary lessowatości skał drobnoziarnistych, a także wielkości przydatnej do rozróżniania utworów pyłowych o różnej genezie. Gleby Pogórza Wielickiego, Pogórza Ciężkowickiego i Pogórza Strzyżowskiego charakteryzowały się większymi wartościami Ls niż gleby Pogórza Dynowskiego, Dołów Jasielsko-Sanockich i Kotliny Orawsko- -Nowotarskiej (tab. 4). Zależność wskaźnika lessowego od zawartości frakcji pyłu grubego była charakterystyczna dla poszczególnych mezoregionów (ryc. 19). Na tej podstawie wydzielono trzy grupy gleb: gleby Pogórza Wielickiego, Pogórza Ciężkowickiego i Pogórza Strzyżowskiego, pod względem zakresu wartości wskaźnika lessowego podobne do lessów subaeralnych, gleby Pogórza Dynowskiego i Dołów Jasielsko-Sanockich, podobne do lessów deluwialnych, oraz gleby Kotliny Orawsko-Nowotarskiej, których Ls mieścił się w zakresach podanych przez Nowaka [1978] i Grabowskiego [2004] dla pokrywowych utworów pyłowych (pyłów lessopodobnych) (ryc. 19). Ryc. 19. Zależność wskaźnika lessowego (Ls) od zawartości frakcji pyłu grubego (0,05 0,02 mm) w glebach z różnych mezoregionów; symbole mezoregionów jak na rycinie 1 Fig. 19. Relationship between loess index (Ls) and coarse silt content ( mm) of soils from different mesoregions; see Figure 1 for symbols of mesoregions

46 46 Rola pedogenezy w kształtowaniu właściwości hydrofizycznych, retencji, reżimu i bilansu wodnego gleb Gęstość stałej fazy i gęstość objętościowa gleb Gęstość stałej fazy gleby zależy od jej składu mineralnego i zawartości substancji organicznej. W składzie mineralnym fazy stałej badanych gleb dominującym minerałem był kwarc, którego gęstość wynosi 2,65 Mg m 3 [Klimek 2000, Zaleski 2000, Szymański 2011]. Inne minerały wchodzące w skład tych pyłów, jak skalenie, miki, minerały ilaste, mają gęstość w zakresie 2,54 2,76 Mg m 3, dlatego gęstość fazy stałej w poziomach mineralnych była mało zróżnicowana (tab. 6 11). Niewielka zawartość minerałów ciężkich obecnych w karpackich utworach pyłowych [Grabowski 2004] nie wpływała istotnie na tę wielkość. Tylko w poziomach próchnicznych (P A ), ze względu na obecność substancji organicznej, gęstość stałej fazy badanych gleb była mniejsza niż w pozostałych poziomach genetycznych (P E, P B, P C, P Bt, P GG ) (tab. 6). Poziomy próchniczne (P A ), eluwialne (P E ) i deluwialne (P B ) charakteryzowały się mniejszą (na ogół poniżej 1,50 Mg m 3 ) gęstością objętościową gleby niż poziomy iluwialne (P Bt ) i skały macierzystej (P C ) (tab. 7). Tylko w pojedynczych poziomach Tabela 6. Table 6. Właściwości fizyczne gleb w grupach poziomów genetycznych (wyniki przedstawiono jako średnią arytmetyczną ± odchylenie standardowe; jednakowe litery w kolumnach oznaczają grupy jednorodne, α < 0,05) Physical properties of soils in groups of genetic horizons (results expressed as a mean ± standard deviation; the same letters in columns indicate homogenous groups, α < 0.05) Poziom genetyczny Genetic horizon Liczebność próby Sample size ρ s ρ c φ φ d [Mg m 3 ] [m 3 m 3 ] P A 92 2,573 ±0,007 a 1,343 ±0,017 a 0,478 ±0,006 a 0,099 ±0,006 a P E 36 2,660 ±0,003 b 1,429 ±0,015 b 0,463 ±0,006 a 0,091 ±0,007 a P Bt 141 2,665 ±0,002 b 1,658 ±0,006 c 0,377 ±0,002 b 0,029 ±0,002 b P C 90 2,665 ±0,002 b 1,670 ±0,008 c 0,373 ±0,003 b 0,030 ±0,004 b P B 18 2,624 ±0,008 b 1,408 ±0,022 ab 0,463 ±0,008 a 0,104 ±0,010 a P GG 31 2,660 ±0,005 b 1,552 ±0,017 ab 0,417 ±0,007 c 0,043 ±0,007 c P EB * 9 2,656 ±0,005 1,547 ±0,023 0,418 ±0,009 0,069 ±0,010 P CC * 6 2,665 ±0,002 1,677 ±0,039 0,371 ±0,014 0,029 ±0,003 P G * 4 2,661 ±0,003 1,665 ±0,060 0,374 ±0,022 0,032 ±0,008 P A, P E, P Bt, P C, P B, P GG, P EB, P CC, P G jak w tabeli 5 / see Table 5 * nie ujęto w analizie statystycznej / not considered in statistical analysis

47 4. Wyniki 47 Tabela 7. Właściwości fizyczne poziomu próchnicznego (A) gleb z różnych mezoregionów (wyniki przedstawiono jako średnią arytmetyczną ± odchylenie standardowe; jednakowe litery w wierszach oznaczają grupy jednorodne, α < 0,05) Table 7. Physical properties of the humic horizon (A) of soils from different mesoregions (results expressed as a mean ± standard deviation; the same letters in rows indicate homogenous groups, α < 0.05) Mezoregion / Mesoregion PW PC PS PD DJS KON Liczebność próby Sample size Frakcja Fraction (mm) 2,0 0,05 18,7 ±1,24 a 19,7 ±1,19 a 17,2 ±0,61 a 26,5 ±2,17 a 28,9 ±1,12 a 16,0 ±1,02 a 0,05 0,002 [%] 71,6 ±1,45 a 71,5 ±1,45 a 70,8 ±0,77 a 62,0 ±3,06 a 57,1 ±1,40 a 70,1 ±0,89 a < 0,002 9,7 ±0,66 a 8,9 ±1,39 ab 12,0 ±0,93 ab 11,5 ±1,45 ab 14,0 ±0,99 b 13,9 ±0,43 b ρ s 2,589 ±0,012 a 2,578 ±0,020 a 2,576 ±0,020 a 2,549 ±0,016 a 2,566 ±0,016 a 2,579 ±0,014 a [Mg m 3 ] ρ c 1,348 ±0,031 a 1,285 ±0,045 a 1,349 ±0,034 a 1,309 ±0,071 a 1,350 ±0,043 a 1,369 ±0,023 a φ 0,480 ±0,014 a 0,501 ±0,020 a 0,476 ±0,012 a 0,487 ±0,027 a 0,476 ±0,015 a 0,469 ±0,007 a φ d 0,120 ±0,011 a 0,121 ±0,020 a 0,079 ±0,016 a 0,077 ±0,020 a 0,108 ±0,013 a 0,080 ±0,008 a θ [m 3 m 3 PPW ] 0,360 ±0,011 a 0,380 ±0,019 a 0,397 ±0,013 a 0,408 ±0,010 a 0,368 ±0,012 a 0,389 ±0,011 a θ RWU 0,224 ±0,013 a 0,222 ±0,026 a 0,250 ±0,014 a 0,280 ±0,011 a 0,244 ±0,012 a 0,237 ±0,011 a θ WTW 0,136 ±0,005 ab 0,159 ±0,010 ab 0,147 ±0,009 ab 0,128 ±0,003 ab 0,124 ±0,002 a 0,152 ±0,005 b Ks [m doba 1 ] [m day 1 ] 2,301 ±0,960 a 6,984 ±3,325 ab 6,314 ±3,655 ab 10,377 ±2,771 ab 15,898 ±3,647 b 1,200 ±0,220 a PW, PC, PS, PD, DJS, KON jak w tabeli 3 / see Table 3

48 48 Rola pedogenezy w kształtowaniu właściwości hydrofizycznych, retencji, reżimu i bilansu wodnego gleb... Tabela 8. Właściwości fizyczne poziomu eluwialnego (E) gleb z różnych mezoregionów (wyniki przedstawiono jako średnią arytmetyczną ± odchylenie standardowe; jednakowe litery w wierszach oznaczają grupy jednorodne, α < 0,05) Table 8. Physical properties of the eluvial horizon (E) of soils from different mesoregions (results expressed as a mean ± standard deviation; the same letters in rows indicate homogenous groups, α < 0.05) Mezoregion / Mesoregion PW PC PS PD DJS KON Liczebność próby Sample size 10 4 b.d Frakcja Fraction (mm) 2,0 0,05 16,5 ±2,28 a 21,4 ±1,12 a b.d. 20,8 ±1,31 a 21,4 ±1,62 a 15,1 ±1,00 a 0,05 0,002 [%] 73,9 ±1,72 a 70,8 ±0,86 a b.d. 67,0 ±1,78 a 63,9 ±1,06 a 70,4 ±1,11 a < 0,002 9,6 ±0,65 a 7,8 ±0,85 ab b.d. 12,3 ±2,72 ab 14,7 ±1,23 ab 14,6 ±0,57 b ρ s 2,664 ±0,008 a 2,649 ±0,012 a b.d. 2,669 ±0,008 a 2,656 ±0,006 a 2,661 ±0,003 b [Mg m 3 ] ρ c 1,469 ±0,020 a 1,404 ±0,061 a b.d. 1,387 ±0,037 a 1,352 ±0,037 a 1,470 ±0,030 a φ 0,449 ±0,010 a 0,468 ±0,025 a b.d. 0,481 ±0,013 a 0,491 ±0,017 a 0,448 ±0,009 a φ d 0,096 ±0,014 a 0,060 ±0,015 a b.d. 0,083 ±0,007 a 0,132 ±0,019 a 0,076 ±0,011 a θ [m 3 m 3 PPW ] 0,353 ±0,011 a 0,408 ±0,018 a b.d. 0,398 ±0,007 a 0,360 ±0,011 a 0,371 ±0,008 a θ RWU 0,222 ±0,014 a 0,272 ±0,035 a b.d. 0,268 ±0,016 a 0,244 ±0,017 a 0,226 ±0,008 a θ WTW 0,131 ±0,008 a 0,137 ±0,018 a b.d. 0,130 ±0,009 a 0,116 ±0,009 a 0,145 ±0,005 a Ks [m doba 1 ] [m day 1 ] 1,080 ±0,306 b 4,495 ±3,377 ab b.d. 4,220 ±2,157 ab 10,577 ±3,086 a 0,729 ±0,269 b PW, PC, PS, PD, DJS, KON jak w tabeli 3 / see Table 3 b.d. brak danych / no data available

49 4. Wyniki 49 Tabela 9. Właściwości fizyczne poziomu iluwialnego (Bt) gleb z różnych mezoregionów (wyniki przedstawiono jako średnią arytmetyczną ± odchylenie standardowe; jednakowe litery w wierszach oznaczają grupy jednorodne, α < 0,05) Table 9. Physical properties of the illuvial horizon (Bt) of soils from different mesoregions (results expressed as a mean ± standard deviation; the same letters in rows indicate homogenous groups, α < 0.05) Mezoregion / Mesoregion PW PC PS PD DJS KON Liczebność próby Sample size Frakcja Fraction (mm) 2,0 0,05 18,3 ±1,08 a 16,6 ±0,66 a 15,8 ±0,53 a 22,7 ±1,05 a 25,0 ±0,85 a 15,1 ±0,93 a 0,05 0,002 [%] 68,3 ±0,98 a 70,8 ±0,51 a 67,9 ±0,78 a 55,9 ±1,20 a 52,8 ±0,93 a 67,0 ±0,88 a < 0,002 13,7 ±0,42 a 12,7 ±0,50 a 16,2 ±0,41 ac 21,4 ±1,27 b 22,2 ±0,43 b 18,0 ±0,20 bc ρ s 2,665 ±0,006 a 2,661 ±0,003 a 2,660 ±0,003 a 2,662 ±0,003 a 2,661 ±0,003 a 2,664 ±0,001 a [Mg m 3 ] ρ c 1,690 ±0,012 a 1,670 ±0,012 ac 1,680 ±0,008 a 1,606 ±0,007 bc 1,616 ±0,007 bc 1,721 ±0,015 a φ 0,366 ±0,005 a 0,373 ±0,008 ac 0,368 ±0,005 a 0,397 ±0,005 b 0,393 ±0,003 bc 0,354 ±0,006 a φ d 0,021 ±0,003 b 0,016 ±0,002 b 0,019 ±0,002 ab 0,024 ±0,003 ab 0,039 ±0,004 a 0,032 ±0,003 ab θ [m 3 m 3 PPW ] 0,344 ±0,003 c 0,357 ±0,007 cd 0,349 ±0,005 abc 0,372 ±0,005 ad 0,354 ±0,003 ac 0,322 ±0,008 b θ RWU 0,191 ±0,004 a 0,194 ±0,010 ab 0,184 ±0,013 ab 0,200 ±0,009 a 0,185 ±0,004 ab 0,159 ±0,010 b θ WTW 0,154 ±0,004 a 0,162 ±0,007 a 0,168 ±0,009 a 0,172 ±0,006 a 0,169 ±0,003 a 0,161 ±0,004 a Ks [m doba 1 ] [m day 1 ] 0,064 ±0,035 a 0,017 ±0,004 a 0,006 ±0,001 a 0,303 ±0,239 a 0,197 ±0,159 a 0,032 ±0,009 a PW, PC, PS, PD, DJS, KON jak w tabeli 3 / see Table 3

50 50 Rola pedogenezy w kształtowaniu właściwości hydrofizycznych, retencji, reżimu i bilansu wodnego gleb... Tabela 10. Właściwości fizyczne poziomu materiału macierzystego (C) gleb z różnych mezoregionów (wyniki przedstawiono jako średnią arytmetyczną ± odchylenie standardowe; jednakowe litery w wierszach oznaczają grupy jednorodne, α < 0,05) Table 10. Physical properties of the parent material horizon (C) of soils from different mesoregions (results expressed as a mean ± standard deviation; the same letters in rows indicate homogenous groups, α < 0.05) Mezoregion / Mesoregion PW PC PS PD DJS KON Liczebność próby Sample size Frakcja Fraction (mm) 2,0 0,05 17,0 ±1,15 a 18,7 ±0,87 a 15,8 ±0,64 a 20,9 ±1,65 a 26,5 ±0,88 a 15,9 ±1,42 a 0,05 0,002 [%] 68,9 ±1,09 a 68,8 ±0,92 a 68,6 ±0,47 a 58,7 ±1,86 a 53,0 ±1,01 a 65,9 ±1,36 a < 0,002 14,1 ±0,56 a 12,5 ±1,04 ac 15,7 ±0,46 ad 20,4 ±1,87 bc 20,5 ±0,47 bd 18,3 ±0,50 bcd ρ s 2,668 ±0,005 ab 2,665 ±0,004 ab 2,664 ±0,006 ab 2,659 ±0,004 ab 2,667 ±0,002 a 2,667 ±0,002 b [Mg m 3 ] ρ c 1,676 ±0,012 c 1,690 ±0,018 cb 1,723 ±0,012 abc 1,581 ±0,030 d 1,629 ±0,006 adc 1,759 ±0,018 b φ 0,373 ±0,004 c 0,353 ±0,013 cb 0,338 ±0,008 abc 0,402 ±0,012 d 0,387 ±0,002 adc 0,317 ±0,007 b φ d 0,018 ±0,003 a 0,012 ±0,002 a 0,006 ±0,001 a 0,014 ±0,007 a 0,028 ±0,010 a 0,017 ±0,003 a θ [m 3 m 3 PPW ] 0,355 ±0,005 c 0,341 ±0,014 acd 0,332 ±0,008 ab 0,384 ±0,010 d 0,364 ±0,003 acd 0,300 ±0,008 b θ RWU 0,204 ±0,006 a 0,186 ±0,016 a 0,174 ±0,014 ab 0,224 ±0,017 a 0,196 ±0,003 a 0,133 ±0,009 b θ WTW 0,150 ±0,003 a 0,155 ±0,007 ab 0,159 ±0,007 ab 0,160 ±0,009 ab 0,168 ±0,002 b 0,167 ±0,005 ab Ks [m doba 1 ] [m day 1 ] 0,033 ±0,013 b 0,005 ±0,001 a 0,004 ±0,001 a 0,087 ±0,038 a 0,027 ±0,004 a 0,033 ±0,011 a PW, PC, PS, PD, DJS, KON jak w tabeli 3 / see Table 3

51 4. Wyniki 51 Tabela 11. Retencja wody w glebie w grupach poziomów genetycznych (wyniki przedstawiono jako średnią arytmetyczną ± odchylenie standardowe; jednakowe litery w kolumnach oznaczają grupy jednorodne, α < 0,05) Table 11. Water retention in soil in groups of genetic horizons (results expressed as a mean ± standard deviation; the same letters in columns indicate homogenous groups, α < 0.05) Poziom genetyczny Genetic horizon Liczebność próby Sample size θ PPW θ RWU θ WTW Ks [m 3 m 3 ] [m doba 1 ] [m day 1 ] P A 92 0,379 ±0,005 a 0,240 ±0,005 a 0,139 ±0,002 a 6,854 ±1,178 a P E 36 0,372 ±0,005 ab 0,238 ±0,007 a 0,134 ±0,004 a 4,658 ±1,205 ab P Bt 141 0,348 ±0,002 bc 0,185 ±0,003 b 0,164 ±0,002 b 0,043 ±0,007 b P C 90 0,346 ±0,003 c 0,184 ±0,004 b 0,162 ±0,002 b 0,034 ±0,006 b P B 18 0,359 ±0,007 ac 0,222 ±0,009 a 0,137 ±0,006 a 7,172 ±2,320 a P GG 31 0,374 ±0,006 a 0,238 ±0,008 a 0,136 ±0,004 a 3,912 ±1,661 ab P EB * 9 0,349 ±0,008 0,204 ±0,010 0,145 ±0,006 2,564 ±1,368 P 2C * 6 0,342 ±0,015 0,186 ±0,018 0,156 ±0,007 0,161 ±0,071 P G * 4 0,342 ±0,020 0,169 ±0,023 0,173 ±0,009 0,264 ±0,163 P A, P E, P Bt, P C, P B, P GG, P EB, P CC, P G jak w tabeli 5 / see Table 5 * nie ujęto w analizie statystycznej / not considered in statistical analysis przejściowych od eluwialnych do iluwialnych była ona większa. Wyraźny wzrost gęstości objętościowej następował na głębokości około cm, na granicy poziomów luvic i fragic lub argic (ryc. 20a, b), a w glebach płowych zerodowanych nawet płycej, już od dolnej granicy poziomu próchnicznego. Gęstość objętościowa gleb w poziomach iluwialnych i skały macierzystej była bardzo podobna, przeważnie w zakresie 1,5 1,8 Mg m 3, a różnice między sąsiednimi poziomami nie przekraczały 0,02 0,06 Mg m 3 (tab. 5). Nie stwierdzono różnic w gęstości objętościowej gleby między poziomami fragic i argic, mimo że fragic uważany jest za poziom o dużej gęstości gleby. Na podstawie własnych wyników oraz opublikowanych wcześniej rezultatów badań innych autorów [Uziak 1962, Cegła 1963, Zaleski 2000, Klimek 2005] można przyjąć, że stwierdzony zakres gęstości objętościowej jest typowy dla poziomów iluwialnych gleb wytworzonych z utworów pyłowych. W podobnym zakresie, 1,5 1,8 Mg m 3, kształtowała się gęstość objętościowa poziomów materiału macierzystego gleb glejowych (ryc. 20c). Powierzchniowe poziomy gleb glejowych, położonych na spłaszczeniach stoku, mające przeważnie deluwialną genezę, były dużo bardziej zróżnicowane pod względem gęstości objętościowej niż powierzchniowe poziomy gleb płowych.

52 52 Rola pedogenezy w kształtowaniu właściwości hydrofizycznych, retencji, reżimu i bilansu wodnego gleb... Gęstość objętościową gleby w poszczególnych poziomach genetycznych porównano również między wybranymi mezoregionami pochodzenia gleb. Poziomy próchniczne (A) i eluwialne (E) gleb charakteryzowały się podobną gęstością we wszystkich mezoregionach. W poziomach iluwialnych (B) i materiału macierzystego (C) tylko gleby z Pogórza Dynowskiego i Dołów Jasielsko-Sanockich miały gęstość mniejszą o około 0,06 0,1 Mg m 3 od gleb z pozostałych mezoregionów (tab. 7 10). Największą gęstością objętościową w poziomach B i C wyróżniały się gleby z Kotliny Orawsko-Nowotarskiej (tab. 7 10). Ryc. 20. Zróżnicowanie gęstości objętościowej (ρ c ) wybranych gleb; a gleby płowe typowe, b zerodowane gleby płowe typowe, c gleby glejowe i mady; symbole profilów glebowych jak w tabeli 2 Fig. 20. Differentiation in bulk density (ρ c ) of chosen soils; a Haplic Albeluvisol, b eroded Haplic Albeluvisol, c Gleysols and Fluvisols; see Table 2 for symbols of soil profiles

53 4. Wyniki Porowatość gleb, stałe wodno-glebowe Gęstość fazy stałej i gęstość objętościowa gleby determinują porowatość ogólną. Zmiana gęstości gleby zawsze powoduje zmianę porowatości ogólnej oraz zróżnicowanie wielkości porów niekapilarnych i kapilarnych decydujących o retencji i ruchu wody glebowej. Badane gleby charakteryzowały się zróżnicowaniem porowatości ogólnej w poziomach genetycznych: większą porowatość miały poziomy próchniczne (P A ), eluwialne (P E ), z materiału deluwialnego (P B ) i glejowe (P GG ) niż poziomy iluwialne (P Bt ) i materialu macierzystego (P C ) (tab. 6). W poziomach P A i P E z reguły mieściła się ona w zakresie 0,45 0,50 m 3 m 3 i tylko w kilku przypadkach (poziomach próchnicznych gleb leśnych i poziomach z materiału deluwialnego gleb glejowych) była większa. Grupa poziomów przejściowych i mieszanych (P EB ) cechowała się dużym zróżnicowaniem porowatości ogólnej z powodu obecności zacieków glossic, które wykazywały właściwości poziomów luvic, jednak występowały w obrębie poziomów o większej gęstości objętościowej argic lub fragic (tab. 6). Poziomy P Bt i P C charakteryzowały się podobną porowatością ogólną, nieprzekraczającą 0,40 m 3 m 3. Tylko poziomy iluwialne (B) i skały macierzystej (C) gleb z Pogórza Dynowskiego i Kotliny Orawsko- -Nowotarskiej odróżniały się większą porowatością ogólną od takich samych poziomów w pozostałych mezoregionach (tab. 9, 10). Poziomy genetyczne A, E, B i C gleb Pogórza Wielickiego, Pogórza Ciężkowickiego, Pogórza Strzyżowskiego i Dołów Jasielsko-Sanockich charakteryzowały się podobną porowatością ogólną. Porowatość ogólną wykorzystano jako jeden z parametrów służących do ustalenia warunków brzegowych przy wyznaczaniu i dopasowywaniu krzywych sorpcji wody pf za pomocą programu RETC [van Genuchten i in. 1991]. Jej wartość wprowadzono jako równoważną zawartości wody w glebie w stanie nasycenia (θ C ), ponieważ w przypadku gleb o dużej gęstości objętościowej, wytworzonych z utworów pyłowych, bardzo trudno uzyskać stan pełnego wysycenia gleby przez namoczenie [Zaleski 2000]. Ponadto część gleb z poziomów iluwialnych i skał macierzystych pęczniała, gdy znajdowały się stanie zbliżonym do pełnego nasycenia wodą, lecz w trakcie osuszania od potencjału pf 0,0 do potencjału pf 2,0 2,2 próbki powracały do pierwotnej (polowej) objętości. Wilgotność takich gleb przy potencjale pf 0,0 była nieznacznie większa od porowatości ogólnej. Charakterystyką niezbędną do wyznaczenia stałych wodno-glebowych jest krzywa wodnej retencyjności gleb pf. Kształt krzywej zdeterminowany jest przez uziarnienie, zawartość mineralnych i organicznych koloidów oraz strukturę gleby. Ze względu na zróżnicowanie tych właściwości, a szczególnie zawartości iłu i gęstości objętościowej, gleby charakteryzowały się różnym przebiegiem krzywych pf. Największe różnice występowały w zakresie potencjałów od pf 0,0 do pf 2,5 między poziomami próchnicznymi i eluwialnymi a poziomami iluwialnymi i skały macierzystej (ryc. 21). W tym zakresie potencjałów przebieg charakterystyki zależy przede

54 54 Rola pedogenezy w kształtowaniu właściwości hydrofizycznych, retencji, reżimu i bilansu wodnego gleb... wszystkim od struktury i gęstości objętościowej gleby, a prawie pionowy przebieg w zakresie potencjału pf 0,0 2,0 jest uwarunkowany uziarnieniem, a zwłaszcza dużą zawartością frakcji iłu w utworach pyłowych [Sobczuk 1998]. Duże podobieństwo przebiegu i kształtu krzywych w przedziale potencjałów od pf 3,0 do pf 5,0 wykazywały poziomy iluwialne i skały macierzystej wszystkich gleb, co świadczy o jednorodności utworów pyłowych pod względem właściwości wodno- -powietrznych. W tym zakresie potencjałów to właśnie zawartość frakcji iłu decyduje o retencji wody [Sobczuk 1998]. Ryc. 21. Krzywe retencyjności wodnej (pf) wybranych gleb; NT61 gleba płowa zaciekowa, GL22 zerodowana gleba płowa zaciekowa, LA4 i ŁD20 gleby glejowe właściwe Fig. 21. Water retention curves (pf) of chosen soils; NT61 Haplic Albeluvisol, GL22 eroded Haplic Albeluvisol, LA4 and ŁD20 Haplic Gleysols

55 4. Wyniki 55 Właściwości retencyjne gleb najlepiej można scharakteryzować, porównać i ocenić na podstawie wartości stałych wodno-glebowych. Najczęściej do tych celów wykorzystuje się zawartość wody w glebie przy polowej pojemności wodnej (θ PPW ) i przy wilgotności trwałego więdnięcia (θ WTW ), stanowiące odpowiednio górną i dolną granicę zawartości wody dostępnej dla roślin. Przedział zawarty między tymi granicami określa ilość wody potencjalnie dostępnej dla roślin lub retencję wody użytecznej dla roślin (θ RWU ) [Marcinek i in. 1997, Komisarek 2000]. Badane gleby znacznie się różniły wartościami stałych wodno-glebowych, zarówno retencji przy polowej pojemności wodnej, jak i przy wilgotności trwałego więdnięcia, a w konsekwencji retencji wody użytecznej dla roślin. Było to spowodowane zróżnicowaniem uziarnienia, zawartości iłu i substancji organicznej, gęstości objętościowej gleby oraz struktury porów glebowych. Poziomy P A, P E, P B, P EB i P GG charakteryzowały się większą retencją wody θ PPW i θ RWU niż poziomy P Bt i P C, przy czym największe różnice występowały między poziomami eluwialnymi a poziomami iluwialnymi (tab. 11). Gleby płowe i gleby glejowe wykazywały większe profilowe zróżnicowanie retencji θ RWU w poziomach genetycznych niż zerodowane gleby płowe (ryc. 22). Porównując materiał glebowy z tych samych poziomów genetycznych z różnych mezoregionów, stwierdzono niewiele istotnych różnic pod względem stałych wodno-glebowych. Poziomy próchniczne (A) i eluwialne (E), niezależnie od regionu, charakteryzowały się zbliżonymi wartościami zarówno θ RWU, jak i θ PPW (tab. 7, 8). Tylko poziomy iluwialne (B) i materiału macierzystego (C) gleb Kotliny Orawsko-Nowotarskiej wykazywały mniejszą retencję θ RWU i θ PPW niż te same poziomy genetyczne gleb Pogórza Karpac kiego (tab. 9, 10). Pojemność drenażowa (φ d ) jest miernikiem objętości porów niekapilarnych, przez które grawitacyjnie odpływa nadmiar wody z gleby i zachodzi wymiana gazowa pomiędzy rośliną, glebą i atmosferą. Przyjmuje się, że optymalne wartości φ d znajdują się w przedziale 0,12 0,15 m 3 m 3. Pojemność drenażowa badanych gleb była najczęściej mniejsza; w podanym zakresie mieściła się tylko w przypadku kilku poziomów próchnicznych gleb leśnych i poziomów próchnicznych powstałych z materiału deluwialnego. W strefie poniżej próchnicznych lub eluwialnych poziomów gleb płowych widoczna była wyraźna redukcja pojemności drenażowej (ryc. 23a, b). Poziomy P B oraz poziomy przejściowe P EB z zaciekami glossic wykazywały największe zróżnicowanie pojemności drenażowej (tab. 6). Wartość pojemności drenażowej w poziomach P A, P E, P B i P EB była około 2 3 razy większa niż w poziomach P Bt i P C (tab. 6), w których niejednokrotnie wynosiła tylko 0,01 0,02 m 3 m 3. Tak małą pojemność drenażową miały poziomy glebowe o gęstości objętościowej przekraczającej 1,6 Mg m 3, ale również wśród gleb o bardzo dużej gęstości, powyżej 1,8 Mg m 3, zdarzały się takie, których pojemność drenażowa wynosiła od 0,03 do 0,05 m 3 m 3.

56 56 Rola pedogenezy w kształtowaniu właściwości hydrofizycznych, retencji, reżimu i bilansu wodnego gleb... Ryc. 22. Zróżnicowanie zawartości wody użytecznej dla roślin (θ RWU ) w wybranych glebach; a gleby płowe typowe, b zerodowane gleby płowe typowe, c gleby glejowe i mady; symbole profilów glebowych jak w tabeli 2 Fig. 22. Differentiation in plant-available water content (θ RWU ) of chosen soils; a Haplic Luvisols, b eroded Haplic Luvisols, c Gleysols and Fluvisols; see Table 2 for symbols of soil profiles W glebach glejowych poziomy próchniczne (P A ) i glejowe wytworzone z materiału deluwialnego (P GG ) miały większą pojemność drenażową niż poziomy materiału macierzystego (ryc. 23c). Jej udział w porowatości ogólnej poziomów P A i poziomów eluwialnych (P E ) był większy niż w poziomach iluwialnych (P B ) i materiału macierzystego (P C ) (ryc. 24). Gęstość gleby miała istotny wpływ na pojemność drenażową (φ d ) oraz retencję θ RWU i θ PPW badanych gleb (ryc. 25). Poziomy P A, P E, P B, i P GG charakteryzowały się mniejszą retencją wody θ WTW niż poziomy P Bt i P C (tab. 11). Poziomy genetyczne: próchniczne (A), eluwialne (E), iluwialne (B) i materiału macierzystego (C), niezależnie od regionu, wykazywały zbliżoną wartość θ WTW (tab. 7 10), a istotne różnice średnich istniały tylko w przy-

57 4. Wyniki 57 Ryc. 23. Zróżnicowanie pojemności drenażowej (φ d ) wybranych gleb; a gleby płowe typowe, b zerodowane gleby płowe typowe, c gleby glejowe i mady; symbole profilów glebowych jak w tabeli 2 Fig. 23. Differentiation in drainage porosity (φ d ) of chosen soils; a Haplic Albeluvisol, b eroded Haplic Albeluvisol, c Gleysols and Fluvisols; see Table 2 for symbols of soil profiles padku poziomu próchnicznego gleb między Dołami Jasielsko-Sanockimi a Kotliną Orawsko-Nowotarską (tab. 7) oraz poziomu materiału macierzystego gleb między Pogórzem Wielickim a Dołami Jasielsko-Sanockimi (tab. 10). Należy zauważyć, że większość poziomów genetycznych odznaczała się dużą retencją θ WTW, powyżej 0,11 m 3 m 3. Jej udział w porowatości ogólnej gleb był dużo mniejszy w przypadku poziomów próchnicznych (P A ) i eluwialnych (P E ) niż poziomów iluwialnych (P B ) i materiału macierzystego (P C ) (ryc. 24).

58 58 Rola pedogenezy w kształtowaniu właściwości hydrofizycznych, retencji, reżimu i bilansu wodnego gleb... Ryc. 24. Udział zawartości wody użytecznej dla roślin (θ RWU ), zawartości wody przy wilgotności trwałego więdnięcia (θ WTW ) oraz pojemności drenażowej (φ d ) w porowatości ogólnej (φ) gleb w poziomach: P A próchnicznym, P E eluwialnym, P B iluwialnym, P C materiale macierzystym Fig. 24. Share of plant-available water content (θ RWU ), water content at permanent wilting point (θ WTW ) and drainage porosity (φ d ) in the total porosity (φ) of soils in horizons: P A humus, P E eluvial, P B illuvial, P C parent material

59 4. Wyniki 59 Ryc. 25. Zależność stałych wodno-glebowych (φ d, θ PPW, θ RWU ) od gęstości objętościowej gleb (r c ) Fig. 25. Relationship between soil water-retention parameters (φ d, θ PPW, θ RWU ) and bulk density (r c ) 4.6. Przewodnictwo wodne gleb w strefie nasyconej Aby otrzymać pełniejszą charakterystykę hydrofizycznych właściwości gleb wytworzonych z utworów pyłowych, analizowano współczynnik przewodnictwa wodnego w strefie nasyconej, zwany również współczynnikiem filtracji (Ks). Na podstawie jego wartości można określić potencjalne możliwości drenażu wody grawitacyjnej w glebie. Największym zróżnicowaniem wartości współczynnika filtracji w strefie nasyconej, niezależnie od typu gleby, odznaczały się powierzchniowe poziomy próchniczne i deluwium (ryc. 26). Duże zróżnicowanie wartości Ks wykazywały również poziomy eluwialne (P E ) i przejściowe (P EB ) z zaciekami glossic (tab. 11), a wynikało to co najmniej z dwóch powodów. Po pierwsze, w puli analizowanych gleb znalazły się zarówno gleby użytków ornych corocznie rozluźnianie na skutek uprawy, jak i gleby

60 60 Rola pedogenezy w kształtowaniu właściwości hydrofizycznych, retencji, reżimu i bilansu wodnego gleb... Ryc. 26. Zróżnicowanie współczynnika przewodnictwa wodnego w strefie nasyconej (Ks) wybranych gleb; a gleby płowe zaciekowe, b zerodowane gleby płowe zaciekowe, c gleby glejowe i mady; symbole profilów glebowych jak w tabeli 2 Fig. 26. Differentiation in saturated hydraulic conductivity (Ks) of chosen soils; a Haplic Albeluvisol, b eroded Haplic Albeluvisol, c Gleysols and Fluvisols; see Table 2 for symbols of soil profiles odłogowane, o ustabilizowanej strukturze i gęstości [Słowińska-Jurkiewicz i in. 1999, Niemyska-Łukaszuk i in. 2002]. Część próbek glebowych pochodzących z poziomów próchnicznych pobrano (losowo) z warstwy podeszwy płużnej, mającej wyraźnie większą gęstość objętościową i mniejszą pojemność drenażową niż górna część po-

61 4. Wyniki 61 ziomu próchnicznego. Po drugie, gleby pobrane z poziomów P A, P E i P B różniły się między sobą ilością bioporów (głównie tych utworzonych przez dżdżownice), czego nie udało się uniknąć przy losowym pobieraniu próbek. W części próbek było ich bardzo dużo, a w innych w ogóle nie występowały. W porównaniu do gleb poziomów P Bt i P C gleby poziomów P A, P E i P B charakteryzowały się wyraźnie większą, od kilkudziesięciu do kilkuset razy, wartością współczynnika filtracji (ryc. 26, tab. 11). Takie różnice wartości Ks między poziomami genetycznymi są wynikiem zróżnicowania opisywanych wyżej fizycznych właściwości gleby oraz stałych wodno-glebowych, przede wszystkim gęstości objętościowej i pojemności drenażowej. Wartości współczynnika filtracji poziomów iluwialnych i skały macierzystej wszystkich badanych gleb wykazywały bardzo małe zróżnicowanie (tab. 11). Tylko w przypadku poziomu próchnicznego (A) i eluwialnego (E) gleby z Pogórza Wielickiego i Kotliny Orawsko-Nowotarskiej odznaczały się mniejszymi wartościami Ks od gleb z pozostałych mezoregionów (tab. 7, 8) Wilgotność gleb i zapas wody glebowej Wilgotność aktualna gleby była mierzona w sześciu profilach transektu Łazy I (LA1 LA6) (ryc. 2). Gleby te różniły się miąższością i głębokością występowania poziomów genetycznych, gęstością objętościową, porowatością ogólną oraz wartością współczynnika filtracji w strefie nasyconej, czyli właściwościami decydującymi o retencji i ruchu wody (tab. 12). Gleby płowe transektu w Łazach (LA1, LA2, LA3, LA5 i LA6), położone na różnych odcinkach stoków, w każdym roku badań wykazywały duże zróżnicowanie wilgotności aktualnej. Wahania były największe w poziomach powierzchniowych do głębokości 30 cm (ryc ). Poza okresami ekstremalnymi, tzn. długotrwałego braku opadów czy dużej ilości opadów, przewyższającej średnie wieloletnie, wilgotność tych poziomów wynosiła od 0,20 do 0,26 m 3 m 3. Okresowe, kilkudniowe wzrosty wilgotności w poziomach cm występowały podczas opadów ciągłych. Wilgotność gleby zwiększała się wówczas zwykle do poziomu polowej pojemności wodnej (PPW). Na głębokościach 60 i 100 cm wahania wilgotności były małe, dużo mniejsze niż w poziomach powierzchniowych w zakresie 0,01 0,04 m 3 m 3 wokół PPW, a wilgotność gleby charakteryzowała się niewielką dynamiką (ryc ). Ze względu na niskie opady od czerwca do września 2003 roku wilgotność gleb płowych do głębokości 30 cm oscylowała wokół wilgotności trwałego więdnięcia (WTW), ale w poziomach leżących głębiej ( cm) tak mała wilgotność nigdy nie wystąpiła (ryc ).

62 62 Rola pedogenezy w kształtowaniu właściwości hydrofizycznych, retencji, reżimu i bilansu wodnego gleb... Tabela 12. Właściwości gleb LA1 LA6 (transekt Łazy I, Pogórze Wielickie) Table 12. Properties of the LA1 LA6 soils (transect Łazy I, Wieliczka Foothills) Poziom genetyczny Genetic horizon Głębokość Depth C org. Org. C 2,0 0,05 mm Frakcja / Fraction 0,05 0,002 mm < 0,002 mm Ls ρ s ρ c φ φ d θ RWU θ WTW θ PPW Ks [cm] [g kg 1 ] [%] [Mg m 3 ] [m 3 m 3 ] [m doba 1 ] [m day 1 ] LA1 gleba płowa zaciekowa typowa / Haplic Albeluvisol Ap , ,79 2,594 1,499 0,422 0,087 0,209 0,126 0,335 0,268 E/B , ,32 2,640 1,546 0,403 0,067 0,189 0,146 0,335 0,137 Btx ,11 2,638 1,685 0,361 0,027 0,181 0,153 0,334 0,051 Btx ,57 2,689 1,707 0,365 0,042 0,167 0,157 0,324 0,005 BC ,52 2,704 1,727 0,361 0,036 0,163 0,163 0,326 0,001 C ,68 2,643 1,717 0,350 0,034 0,169 0,147 0,316 0,004 LA2 gleba płowa zaciekowa typowa / Haplic Albeluvisol Ap , ,33 2,530 1,386 0,452 0,094 0,204 0,154 0,358 0,134 Ap , ,24 2,630 1,508 0,427 0,107 0,164 0,157 0,320 0,724 A , ,83 2,638 1,490 0,435 0,109 0,191 0,135 0,327 0,122 AE , ,14 2,642 1,501 0,432 0,119 0,170 0,143 0,313 0,527 Btxg ,05 2,652 1,674 0,369 0,034 0,167 0,167 0,335 0,043 Btxg ,44 2,660 1,646 0,381 0,046 0,166 0,169 0,335 0,002 LA3 gleba płowa zaciekowa typowa / Haplic Albeluvisol Ap , ,63 2,592 1,358 0,476 0,130 0,224 0,122 0,346 6,732 A , ,28 2,630 1,498 0,430 0,096 0,220 0,114 0,335 2,651 Et , ,83 2,651 1,458 0,450 0,137 0,188 0,125 0,313 2,807 Et ,00 2,634 1,559 0,408 0,071 0,212 0,125 0,337 0,112 E/B ,76 2,701 1,730 0,360 0,024 0,199 0,137 0,336 0,031 Btx ,65 2,657 1,700 0,360 0,023 0,188 0,149 0,338 0,051 BC ,29 2,732 1,759 0,356 0,011 0,211 0,134 0,345 0,032 C ,14 2,694 1,731 0,357 0,014 0,210 0,134 0,344 0,035

63 4. Wyniki 63 LA4 gleba glejowa typowa / Haplic Gleysol Ah , ,88 2,513 1,250 0,503 0,158 0,229 0,116 0,345 3,345 Ag , ,10 2,517 1,322 0,475 0,142 0,211 0,121 0,333 3,212 Ag , ,32 2,582 1,567 0,393 0,051 0,207 0,135 0,342 0,129 G ,22 2,645 1,630 0,384 0,039 0,207 0,138 0,345 0,015 G ,16 2,667 1,635 0,387 0,055 0,201 0,131 0,332 0,042 G ,10 2,654 1,660 0,375 0,040 0,191 0,143 0,335 0,014 G ,97 2,684 1,680 0,374 0,033 0,187 0,155 0,341 0,071 LA5 gleba płowa zaciekowa typowa / Haplic Albeluvisol Ap , ,32 2,573 1,434 0,443 0,085 0,202 0,156 0,358 0,548 Btx ,00 2,658 1,571 0,409 0,062 0,205 0,142 0,347 0,044 Btx ,46 2,658 1,603 0,397 0,071 0,188 0,137 0,326 0,016 BC ,37 2,659 1,673 0,371 0,038 0,173 0,160 0,333 0,015 C ,30 2,658 1,684 0,366 0,035 0,172 0,159 0,331 0,010 C ,50 2,656 1,664 0,373 0,032 0,191 0,151 0,342 0,010 LA6 gleba płowa zaciekowa typowa / Haplic Albeluvisol Ap , ,46 2,539 1,460 0,425 0,093 0,210 0,122 0,332 0,927 E/B ,86 2,631 1,703 0,353 0,012 0,202 0,138 0,340 0,001 Btx ,32 2,680 1,759 0,344 0,005 0,202 0,137 0,339 0,001 Bt ,20 2,659 1,669 0,372 0,022 0,210 0,140 0,350 0,014 C ,26 2,660 1,647 0,381 0,023 0,221 0,137 0,358 0,015 C ,22 2,672 1,627 0,391 0,044 0,194 0,153 0,347 0,006

64 64 Rola pedogenezy w kształtowaniu właściwości hydrofizycznych, retencji, reżimu i bilansu wodnego gleb... Ryc. 27. Zmiany zawartości wody w glebie LA1 (θ, cm 3 cm 3 ) w okresie wegetacyjnym w latach 2003, 2006 i 2008 Fig. 27. Changes in the water content of LA1 soil (θ, cm 3 cm 3 ) in the vegetation seasons of 2003, 2006 and 2008

65 4. Wyniki 65 Ryc. 28. Zmiany zawartości wody w glebie LA2 (θ, cm 3 cm 3 ) w okresie wegetacyjnym w latach 2003, 2006 i 2008 Fig. 28. Changes in the water content of LA2 soil (θ, cm 3 cm 3 ) in the vegetation seasons of 2003, 2006 and 2008

66 66 Rola pedogenezy w kształtowaniu właściwości hydrofizycznych, retencji, reżimu i bilansu wodnego gleb... Ryc. 29. Zmiany zawartości wody w glebie LA3 (θ, cm 3 cm 3 ) w okresie wegetacyjnym w latach 2003, 2006 i 2008 Fig. 29. Changes in the water content of LA3 soil (θ, cm 3 cm 3 ) in the vegetation seasons of 2003, 2006 and 2008

67 4. Wyniki 67 Ryc. 30. Zmiany zawartości wody w glebie LA4 (θ, cm 3 cm 3 ) w okresie wegetacyjnym w latach 2003, 2006 i 2008 Fig. 30. Changes in the water content of LA4 soil (θ, cm 3 cm 3 ) in the vegetation seasons of 2003, 2006 and 2008

68 68 Rola pedogenezy w kształtowaniu właściwości hydrofizycznych, retencji, reżimu i bilansu wodnego gleb... Ryc. 31. Zmiany zawartości wody w glebie LA5 (θ, cm 3 cm 3 ) w okresie wegetacyjnym w latach 2003, 2006 i 2008 Fig. 31. Changes in the water content of LA5 soil (θ, cm 3 cm 3 ) in the vegetation seasons of 2003, 2006 and 2008

69 4. Wyniki 69 Ryc. 32. Zmiany zawartości wody w glebie LA6 (θ, cm 3 cm 3 ) w okresie wegetacyjnym w latach 2003, 2006 i 2008 Fig. 32. Changes in the water content of LA6 soil (θ, cm 3 cm 3 ) in the vegetation seasons of 2003, 2006 and 2008

70 70 Rola pedogenezy w kształtowaniu właściwości hydrofizycznych, retencji, reżimu i bilansu wodnego gleb... W żadnej z gleb LA1 LA6 nie stwierdzono istotnych różnic wilgotności między głębokościami 10, 20, 30 i 40 cm (ryc. 33). W poszczególnych latach badań średnia wilgotność większości gleb na głębokościach od 10 do 40 cm była istotnie mniejsza niż na głębokościach 60 i 100 cm. Wyjątek stanowiła gleba LA2 w 2006 roku, gleby LA1, LA2 i LA5 w 2006 roku oraz gleby LA1 i LA5 w 2008 roku, kiedy to różnice wilgotności między głębokościami do 40 cm a głębokościami 60 i 100 cm były nieistotne (ryc. 33). Największe zróżnicowanie wilgotności gleby między tymi głębokościami wystąpiło w 2003 roku, w którym roczna suma opadów była najmniejsza, oraz w przypadku gleb LA2 i LA3 w roku 2008 (ryc. 33). Nie porównywano wilgotności gleb między latami, gdyż były to lata o różnym rozkładzie i wysokości opadów atmosferycznych. Gleba glejowa (LA4), położona w dnie doliny, charakteryzowała się większą niż gleby płowe wilgotnością w całym profilu. Do głębokości 40 cm jej wilgotność oscylowała wokół PPW, a głębiej pomiędzy PPW a pełnym nasyceniem (ryc. 30). Wilgotność poziomów powierzchniowych tej gleby po opadach zwiększała się bardziej niż w przypadku gleb płowych i dłużej utrzymywała się powyżej PPW, ponieważ gleba ta dodatkowo była zasilana przez wody spływu powierzchniowego lub śródpokrywowego oraz przez wodę gruntową. W okresie pomiarów spływy te występowały rzadko [Święchowicz 2008a, 2010b], a poziom wody gruntowej wahał się od 60 do 120 cm. Wyższe stany wody w Dworskim Potoku, powodujące okresowe zalewanie gleby LA4, występowały najczęściej po opadach nawalnych lub kilkudniowych opadach o małym natężeniu. Należy zwrócić uwagę, że nawet po małych opadach atmosferycznych, które nie powodowały istotnego wzrostu wilgotności gleb na stokach, następował wzrost wilgotności poziomów powierzchniowych gleby glejowej (LA4) (ryc ). Dla wszystkich gleb transektu Łazy I obliczono zapas wody w dwóch warstwach: 0 50 cm (strefa górna) i cm (strefa dolna), ze względu na zróżnicowanie właściwości morfologicznych i fizycznych poziomów genetycznych występujących na tych głębokościach. Dynamikę retencji wody przedstawiono na tle okresowej sumy (między terminami pomiarów) opadów atmosferycznych oraz stałych wodno-glebowych: polowej pojemności wodnej i wilgotności trwałego więdnięcia, obliczonych dla miąższości strefy górnej i dolnej (ryc. 34, 35). W 2003 roku roczna suma opadów atmosferycznych była mniejsza o 227 mm od średniej sumy opadów w wieloleciu [Święchowicz 2008c]. W tym roku wystąpiło największe zróżnicowanie retencji w 100-centymetrowej warstwie między glebami transektu w Łazach (tab. 13). Ze względu na tak małe opady i ich określony rozkład w ciągu okresu wegetacyjnego średnia retencja wody we wszystkich glebach płowych stopniowo zmniejszała się od wiosny do jesieni (ryc. 34, 35). W glebach płowych położonych na stoku o wystawie południowej (LA3, LA5 i LA6) retencja wody w okresie letnim i wczesnojesiennym zmniejszyła się do poziomu WTW (ryc. 35).

71 4. Wyniki 71 Ryc. 33. Średnia wilgotność gleby (θ) w warstwach 10, 20, 30, 40, 60 i 100 cm gleb LA1 LA6 w okresie wegetacyjnym w latach 2003, 2006 i 2008 Fig. 33. Average soil moisture (θ) in the layers 10, 20, 30, 40, 60 and 100 cm of LA1 LA6 soils in the vegetation seasons of 2003, 2006 and 2008 Przebieg i rozkład opadów atmosferycznych w 2006 roku był zupełnie inny niż trzy lata wcześniej. Roczna suma opadów w tym roku była najwyższa ze wszystkich lat badań. Od połowy maja do końca czerwca spadło 306 mm deszczu, co stanowiło około 50% średniej wieloletniej sumy opadów, przy czym wystąpiły wówczas opady