WSTÊPNE WYNIKI BADAÑ NAD WP YWEM UZIARNIENIA GLEBY NA BONITACJÊ DRZEWOSTANÓW SOSNOWYCH W PO UDNIOWO-ZACHODNIEJ POLSCE*

Transkrypt

1 Wyniki badañ ROCZNIKI nad wp³ywem GLEBOZNAWCZE uziarnienia TOM gleby LIX na NR bonitacjê 3/4 WARSZAWA drzewostanów 2008: sosnowych 255 PIOTR SEWERNIAK WSTÊPNE WYNIKI BADAÑ NAD WP YWEM UZIARNIENIA GLEBY NA BONITACJÊ DRZEWOSTANÓW SOSNOWYCH W PO UDNIOWO-ZACHODNIEJ POLSCE* PRELIMINARY STUDIES ON EFFECT OF SOIL TEXTURE ON SCOTS PINE STAND QUALITY CLASS IN SOUTH WEST POLAND Instytut Geografii, Zak³ad Gleboznawstwa, UMK w Toruniu Abstract: Scots pine (Pinus sylvestris) is main tree species in Poland, however relations between its growth and soil texture are not well recognized. The aim of the paper was to evaluate the effect of soil texture on Scots pine stand quality class in South West Poland. The studies were undertaken in aspect of silviculture. It was pointed out that Scots pine stand quality class is positive correlated with the fine fraction ( < 0.02 mm) content, but only in sandy soils. Due to Scots pine does not utilize the potential trophy of heavy soils the species should not be planted on fresh soils that contain more than 10 15% of the fine fraction ( < 0.02 mm). S³owa kluczowe: uziarnienie gleby, sosna zwyczajna, bonitacja, hodowla lasu. Key words: soil texture, Scots pine, stand quality class, silviculture. WSTÊP Sosna zwyczajna (Pinus sylvestris) jest g³ównym gatunkiem lasotwórczym w Polsce i ma podstawowe znaczenie dla gospodarki leœnej kraju. Relacje miêdzy wzrostem tego gatunku a uziarnieniem gleby nie zosta³y jednak do tej pory szczegó³owo zbadane. Zagadnienie to jest traktowane bardzo ogólnie nawet w specjalistycznych opracowaniach traktuj¹cych o ekologii i wymaganiach siedliskowych sosny [Jaworski 1995; Obmiñski 1970; Przybylski 1993; Szymañski 1996]. W pracach naukowych dotycz¹cych analizy wzrostu tego gatunku na terenie naszego kraju nawi¹zuje siê najczêœciej do typów siedliskowych lasu, z pominiêciem bezpoœredniego odniesienia do cech gleby [np. Bruchwald, Kliczkowska 1997; Szwagrzyk, Szewczyk 2002]. Celem przeprowadzonych badañ by³o okreœlenie g³ównych zale noœci miêdzy uziarnieniem gleby a bonitacj¹ drzewostanów sosnowych w po³udniowo-zachodniej Polsce. Analizowana zale noœæ jest szczególnie wa na z punktu widzenia praktyki leœnej, *Praca wykonana w ramach projektu badawczego Nr N /1037 finansowanego ze œrodków bud etowych Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wy szego

2 256 P. Sewerniak st¹d problem badawczy przedstawiono w nawi¹zaniu do typologii siedlisk leœnych i hodowli lasu. W obecnie obowi¹zuj¹cych zasadach diagnozowania typów siedliskowych lasu [Siedliskowe podstawy hodowli lasu 2004] gleba ujêta jest nieczytelnie i niekonsekwentnie [Bro ek 2007]. Wyniki niniejszej pracy mog¹ byæ pomocne w bardziej precyzyjnym okreœlaniu roli gleby w kartografii siedlisk leœnych. MATERIA I METODY Badania przeprowadzono na terenie nadleœnictw Boles³awiec, G³ogów i O³awa (RDLP Wroc³aw). Wytypowano 349 profili glebowych, dla których wyniki analizy uziarnienia, wykonanej zgodnie z podzia³em na frakcje wed³ug Systematyki gleb Polski [1989], zaczerpniêto z operatów glebowo-siedliskowych [Operat glebowo-siedliskowy Nadl. Boles³awiec 2003; Operat glebowo-siedliskowy Nadl. G³ogów 2004; Operat glebowosiedliskowy Nadl. O³awa 2002]. Analiza uziarnienia zosta³a wykonana metod¹ areometryczn¹ Bouyoucosa w modyfikacji Cassagrande a i Prószyñskiego z rozdzieleniem czêœci szkieletowych oraz frakcji piasku na sitach. W przypadku du ego udzia³u czêœci szkieletowych w próbce glebowej zawartoœæ tej frakcji by³a szacowana w terenie. Na podstawie zawartoœci poszczególnych frakcji w poziomach genetycznych oraz mi¹ szoœci tych poziomów dla ka dego profilu glebowego wyliczono œredni¹ wa on¹ ka dej frakcji uziarnienia. Umo liwi³o to porównanie zawartoœci poszczególnych frakcji w badanych profilach z uwzglêdnieniem g³êbokoœci ca³ych odkrywek glebowych. Gleby piaszczyste analizowane by³y do g³êbokoœci 200 cm, zaœ gleby o drobniejszym uziarnieniu do 150 cm. Wytypowane do badañ profile glebowe zlokalizowane by³y w drzewostanach sosnowych starszych klas wieku o podobnym zwarciu. Na ka dej powierzchni badawczej przeprowadzono pomiar górnej wysokoœci drzewostanu sosnowego. Wykorzystuj¹c model Bruchwalda [Bruchwald i in. 2000] dla ka dego drzewostanu obliczono bonitacjê wzrostow¹, która odpowiada potencjalnej wysokoœci drzewostanu w wieku 100 lat. Zale noœæ miêdzy bonitacj¹ drzewostanów sosnowych a uziarnieniem badano oddzielnie dla dwóch grup gleb o odmiennych warunkach wilgotnoœciowych: dla gleb nieoglejonych (273 powierzchnie badawcze) oraz dla gleb wykazuj¹cych cechy oglejenia (76 powierzchni badawczych). Zgodnie z typologi¹ siedlisk leœnych gleby pierwszej grupy zwi¹zane by³y z siedliskami umiarkowanie œwie ymi, zaœ objête badaniami gleby oglejone odpowiada³y siedliskom silnie œwie ym i siedliskom wilgotnym. Ze wzglêdu na to, e rolnicza przesz³oœæ gleby leœnej wyraÿnie wp³ywa na jej w³aœciwoœci [Bednarek, Michalska 1998; Maciaszek, Zwydak 1996a,b] oraz na wzrost sosny zwyczajnej [Dziêcio³owski 1963; Prevosto i in. 2004], w badaniach uwzglêdniono jedynie gleby leœne, które nie by³y wczeœniej u ytkowane rolniczo. Analizê statystyczn¹ uzyskanych wyników wykonano przy u yciu programu Excel oraz STATISTICA. Zale noœci przedstawiono wykorzystuj¹c korelacjê rang Spearmana. WYNIKI I DYSKUSJA Bonitacja drzewostanów sosnowych na glebach nieoglejonych wykaza³a siln¹, istotn¹ statystycznie korelacjê dodatni¹ (p < 0,01) z zawartoœci¹ czêœci sp³awialnych ( < 0,02 mm) w zakresie gleb o grubszym uziarnieniu (rys. 1). Zawartoœæ frakcji ilastych

3 Wyniki badañ nad wp³ywem uziarnienia gleby na bonitacjê drzewostanów sosnowych 257 RYSUNEK 1. Bonitacja drzewostanów sosnowych a zawartoœæ czêœci sp³awialnych w glebach nieoglejonych (liczby na s³upkach wykresu oznaczaj¹ liczbê powierzchni badawczych): pl piasek luÿny; ps piasek s³abogliniasty; pgl piasek gliniasty lekki; pgm piasek gliniasty mocny; gl glina FIGURE 1. Scots pine quality class related to the fine fraction ( < 0.02 mm) content in non-gleyic soils (numbers on the diagram show the amount of study sites): pl loose sand; ps coarse sand; pgl medium sand; pgm loamy sand; gl loam wiêksza od 10 15% nie wi¹za³a siê w glebach nieoglejonych z wy szymi bonitacjami drzewostanów sosnowych. Maksymalne bonitacje sosna wykaza³a na glebach o zawartoœci czêœci sp³awialnych od 6 do 15%, co odpowiada uziarnieniu yÿniejszych piasków s³abogliniastych i piasków gliniastych lekkich (rys. 1). Zale noœæ miêdzy bonitacj¹ sosny a zawartoœci¹ czêœci sp³awialnych w glebach oglejonych równie wykaza³a korelacjê dodatni¹. Korelacja ta widoczna jest jednak wy³¹cznie w przedziale zawartoœci czêœci sp³awialnych odpowiadaj¹cym piaskom luÿnym (rys. 2) i charakteryzuje siê mniejsz¹ istotnoœci¹ statystyczn¹ (0,01< p < 0,05) ni dla piaszczystych gleb nieoglejonych. Zestawienie na rysunku 2 bonitacji drzewostanów sosnowych dla tych samych przedzia³ów zawartoœci czêœci sp³awialnych w glebach oglejonych oraz nieoglejonych umo liwi³o oszacowanie znaczenia frakcji ilastych dla wzrostu badanego gatunku. Drobne frakcje uziarnienia gleby s¹ istotne dla wzrostu roœlin g³ównie jako Ÿród³o sk³adników pokarmowych. Ponadto, w glebach w których niedobór wody mo e byæ dla roœlin czynnikiem stresowym, wp³ywaj¹ one na poprawê warunków wilgotnoœciowych. Zak³adaj¹c, e na glebach oglejonych niedobór wody nie jest czynnikiem ograniczaj¹cym wzrost sosny mo na stwierdziæ, e bonitacja na tych glebach jest œciœle zwi¹zana z rol¹ troficzn¹ frakcji ilastych. Rola ta dla wzrostu bonitacji sosny ogranicza siê do gleb oglejonych o uziarnieniu piasków luÿnych (rys. 2). Sugeruje to, e widoczny na rysunku 1 wzrost bonitacji sosny na glebach nieoglejonych w zakresie zawartoœci czêœci sp³awialnych do 10 15% jest zwi¹zany g³ównie z sorpcj¹ wody przez frakcje ilaste, zaœ w mniejszym stopniu z rol¹ troficzn¹ tych frakcji. Rola troficzna czêœci sp³awialnych wydaje siê byæ w tym przypadku drugoplanowa, przy czym mo na s¹dziæ, e prawdopodobnie jej znaczenie maleje wraz ze wzrostem zawartoœci frakcji ilastych.

4 258 P. Sewerniak RYSUNEK 2. Bonitacja drzewostanów sosnowych a zawartoœæ czêœci sp³awialnych w glebach oglejonych i bez cech oglejenia (oznaczenia jak na rysunku 1) FIGURE 2. Scots pine quality class related to the fine fraction ( < 0,02 mm) content in gleyic and nongleyic soils (explanations as in Figure 1) Uzyskane wyniki potwierdzi³y du y wp³yw warunków wilgotnoœciowych gleby na wzrost sosny [Borowiec 1958; Szwagrzyk, Szewczyk 2002]. Podkreœliæ nale y jednak, e wyraÿnie wy sze bonitacje sosny na glebach oglejonych w porównaniu z glebami bez cech oglejenia odnotowano wy³¹cznie w glebach o l ejszym uziarnieniu (rys. 2). W miarê zwiêkszaj¹cych siê, wraz ze wzrostem zawartoœci czêœci sp³awialnych, mo liwoœci sorpcji wody w glebach nieoglejonych wyraÿnie zmniejsza siê ró nica bonitacji drzewostanów sosnowych w dwóch badanych grupach gleb. W efekcie na glebach o uziarnieniu glin bonitacje sosny na glebach oglejonych i nieoglejonych s¹ podobne (rys. 2). Mo e to oznaczaæ, e przewiewnoœæ gleby jest dla wzrostu omawianego gatunku wa niejsza ni wystêpowanie potencjalnie korzystnych warunków wilgotnoœciowych. Analiza uzyskanych wyników potwierdza sugestiê Jaworskiego [1995], e dla wzrostu sosny kluczowe znaczenie maj¹ w³aœciwoœci fizyczne gleby. Jak wynika z badañ Dziêcio³owskiego [1963], przyczyn¹ tego mo e byæ wiêksza zdrowotnoœæ korzeni sosny rosn¹cej na glebach piaszczystych ni na glebach gliniastych, a tak e ograniczona dostêpnoœæ wody dla roœlin w materiale gliniastym podczas okresów suchych. Na podstawie przeprowadzonych badañ mo na stwierdziæ, e sosna zwyczajna wykorzystuje potencja³ troficzny siedliska jedynie na glebach o l ejszym uziarnieniu, co znajduje równie potwierdzenie we wczeœniejszych badaniach autora [Sewerniak 2006]. Z punktu widzenia praktyki leœnej sugeruje to, aby na glebach nieoglejonych o

5 Wyniki badañ nad wp³ywem uziarnienia gleby na bonitacjê drzewostanów sosnowych 259 TABELA 1. Korelacja miêdzy bonitacj¹ w nieoglejonych glebach piaszczystych TABLE 1. Correlation between Scots pine sandy soils < 0,002 0,005-0,002 Frakcje uziarn ienia [mm] 0,02-0,005 zawartoœci czêœci sp³awialnych wiêkszej ni 15% hodowlê sosny ograniczyæ na korzyœæ eutroficznych gatunków liœciastych. Dodatkowo do takich za³o eñ hodowlanych sk³ania ni sza jakoœæ techniczna drewna sosnowego oraz ni sza zdrowotnoœæ sosny rosn¹cej na glebach gliniastych ni na glebach o uziarnieniu piasków [Dziêcio³owski 1963]. Tymczasem w praktyce wykonywania prac glebowo-siedliskowych, zgodnie z Klasyfikacj¹ gleb leœnych Polski [2000], na czêœci gleb brunatnoziemnych zwi¹zanych z ciê szym uziarnieniem, projektuje siê siedlisko lasu mieszanego œwie ego (LMœw). Na siedlisku tym Zasady hodowli lasu [2003] dopuszczaj¹ 40 50% udzia³ sosny w sk³adzie gatunkowym uprawy, co w œwietle uzyskanych wyników badañ nie jest uzasadnione. Gleby brunatnoziemne powinny byæ jednoznacznie zwi¹zane z siedliskiem lasu œwie ego (Lœw). Kwesti¹ szczególnie kontrowersyjn¹ w kartografii siedlisk leœnych jest diagnoza typu siedliskowego lasu na glebach nieoglejonych o uziarnieniu piasków [Bia³y 1999; Rutkowski 2002]. Wzrost sosny na tych glebach poddano wiêc bardziej szczegó³owej analizie. W tabeli 1 przedstawiono korelacje miêdzy bonitacj¹ drzewostanów sosnowych, a zawartoœci¹ poszczególnych frakcji uziarnienia w piaszczystych glebach nieoglejonych. Korelacje te u³o y³y siê w uporz¹dkowany sposób wraz ze wzrostem œrednicy frakcji (tab. 1). Co ciekawe, z bonitacj¹ sosny w wiêkszym stopniu dodatnio skorelowana jest zawartoœæ grupy frakcji o rozmiarach od 0,002 do 0,1 mm ni i³u koloidalnego. Tylko czêœciowo mo na to t³umaczyæ ró nym udzia³em poszczególnych frakcji ilastych i py³u w badanych glebach (rys. 3). Wydaje siê, e kluczow¹ rolê w analizowanej zale - noœci odgrywaj¹ frakcje, które co prawda nie stanowi¹ najwiêkszego Ÿród³a sk³adników pokarmowych, lecz dziêki sorpcji wody si³ami mniejszymi ni si³y ss¹ce korzeni drzew, poprawiaj¹ wilgotnoœciowe warunki wzrostu sosny. Potwierdza³oby to wiêksze znaczenie roli wodnej ni troficznej drobnych frakcji uziarnienia dla wzrostu sosny. Wyniki badañ rzucaj¹ nowe œwiat³o w dyskusji nad optimum siedliskowym sosny zwyczajnej w naszym kraju. Uzyskane wyniki potwierdzaj¹ opiniê drzewostanów sosnowych a zawartoœci¹ frakcji uziarnienia quality class and content of textural classes 0,05-0,02 0,1-0,05 0,25-0,1 0,5-0,25 in non-gleyic 1-0,5 > 1 B onitacja 0,202** 0,334** 0,374** 0,395** 0,292** 0,159* 0,397* * 0,039 0,034 **p < 0,01, *0,01 < p < 0,05 RYSUNEK 3. Œrednia zawartoœæ frakcji ilastych i py³owych w nieoglejonych glebach piaszczystych FIGURE 3. Mean content of clay and silt fractions in non-gleyic sandy soils

6 260 P. Sewerniak Borowca [1961], e optimum to wystêpuje na glebach o l ejszym uziarnieniu, a nie jak sugeruje Szymañski [1996] na piaskach gliniastych i glinach spiaszczonych. Przeprowadzenie niniejszych badañ umo liwi³o okreœlenie g³ównych zale noœci miêdzy uziarnieniem gleby a bonitacj¹ drzewostanów sosnowych. Badania dotyczy³y terenu po³udniowo-zachodniej Polski, lecz wydaje siê, e ze wzglêdu na podobny charakter znaczenia frakcji ilastych dla wzrostu sosny (rola wodna i troficzna, kszta³towanie w³aœciwoœci fizycznych gleby) uzyskane wyniki mo na rozszerzyæ na ca³y ni owy obszar kraju. Z uwagi na dotychcasow¹ kluczow¹ rolê sosny zwyczajnej w sk³adzie gatunkowym naszych lasów i relatywnie s³abe rozpoznanie podjêtej problematyki, wydaje siê celowe przeprowadzenie dalszych, bardziej szczegó³owych badañ. Szczególnie istotne mo e byæ dokonanie analizy zale noœci pomiêdzy bonitacja drzewostanów sosnowych a zawartoœci¹ poszczególnych sk³adników pokarmowych w glebie. WNIOSKI 1. Sosna zwyczajna najlepiej wykorzystuje potencja³ troficzny siedliska na glebach o uziarnieniu piasków. 2. Wp³yw warunków wilgotnoœciowych na wzrost sosny zaznacza siê najsilniej w glebach piaszczystych. Bonitacja drzewostanów sosnowych na glebach gliniastych o ró nym stopniu uwilgotnienia jest podobna. 3. Na glebach nieoglejonych o uziarnieniu piasków bonitacja drzewostanów sosnowych wykaza³a najsilniejsz¹ dodatni¹ korelacjê z zawartoœci¹ frakcji 0,05 0,02 mm oraz 0,02 0,005 mm. 4. W kartografii siedliskowej gleby nieoglejone o uziarnieniu glin i piasków gliniastych mocnych powinny byæ wi¹zane wy³¹cznie z lasem œwie ym (Lœw) z ca³kowitym pominiêciem lasu mieszanego œwie ego (LMœw). LITERATURA BEDNAREK R., MICHALSKA M. 1998: Wp³yw rolniczego u ytkowania na morfologiê i w³aœciwoœci gleb rdzawych w okolicach Bachotka na Pojezierzu Brodnickim. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 460: BIA Y K. 1999: Dowolnoœæ wyró niania typów siedliskowych lasu i projektowania sk³adów docelowych drzewostanów w obrêbie gleb bielicoziemnych. Sylwan 143,5: BOROWIEC S. 1958: Zale noœæ w³aœciwoœci gleb wytworzonych z piasków luÿnych oraz bonitacji i runa od g³êbokoœci wody gruntowej. Sylwan 102,2: BOROWIEC S. 1961: Gleby brunatne wy³ugowane siedlisk sosny taborskiej. Sylwan 105,5: BRO EK S. 2007: Klasyfikacja siedlisk leœnych uwagi w sprawie miejsca gleb w zasadach diagnozowania. Sylwan 151,2: BRUCHWALD A., KLICZKOWSKA A. 1997: Kszta³towanie siê bonitacji dla drzewostanów sosnowych Polski. Prace IBL 838: BRUCHWALD A., MICHALAK K., WRÓBEL L., ZASADA M. 2000: Analiza funkcji wysokoœci dla ró nych regionów Polski. W: Przestrzenne zró nicowanie wzrostu sosny. Bruchwald A. (red.) Wyd. SGGW, Warszawa: DZIÊCIO OWSKI W. 1963: Warunki rozwojowe drzewostanów sosnowych na niektórych glebach bielicowych. PTPN, 15,1: 68 ss. JAWORSKI A. 1995: Charakterystyka hodowlana drzew leœnych. Gutenberg, Kraków: 238 ss. KLASYFIKACJA GLEB LEŒNYCH POLSKI. CILP, Warszawa 2000: 124 ss.

7 Wyniki badañ nad wp³ywem uziarnienia gleby na bonitacjê drzewostanów sosnowych 261 MACIASZEK W, ZWYDAK M. 1996: Przekszta³canie górskich gleb porolnych przez przedplony sosnowe. Czêœæ I. Przemiany morfologii profilu i w³aœciwoœci fizycznych gleb. Act. Agr. et Silv. Ser. Silv. 34: MACIASZEK W, ZWYDAK M. 1996: Przekszta³canie górskich gleb porolnych przez przedplony sosnowe. Czêœæ II. Przemiany w³aœciwoœci chemicznych gleb. Act. Agr. et Silv. Ser. Silv. 34: OBMIÑSKI Z. 1970: Zarys ekologii. W: Sosna zwyczajna (Pinus silvestris L.). Bia³obok S. (red.). PWN, Warszawa-Poznañ: OPERAT GLEBOWO-SIEDLISKOWY NADLEŒNICTWO BOLES AWIEC, 2003, Biuro Us³ug Ekologicznych i Urz¹dzeniowo-Leœnych OPERAT s.c., (maszynopis). OPERAT GLEBOWO-SIEDLISKOWY NADLEŒNICTWO G OGÓW, 2004, Biuro Us³ug Ekologicznych i Urz¹dzeniowo-Leœnych OPERAT s.c., (maszynopis). OPERAT GLEBOWO-SIEDLISKOWY NADLEŒNICTWO O AWA, 2002, Biuro Us³ug Ekologicznych i Urz¹dzeniowo-Leœnych OPERAT s.c., (maszynopis). PREVOSTO B., DAMBRINE E., MOARES C., CURT T. 2004: Effect of volcanic ash and former agricultural use on the soils and vegetation of naturally regenerated woodlands in the Massif Central, France. Catena 56: PRZYBYLSKI T. 1993: Autekologia i synekologia. W: Biologia sosny zwyczajnej. Bia³obok S., Boratyñski A., Buga³a W. (red.) Sorus, Poznañ-Kórnik: RUTKOWSKI P. 2002: Badania nad ró nicowaniem typów siedliskowych lasu na glebach piaszczystych. Acta Sci. Polonorum 1,1: SEWERNIAK P. 2006: Analiza wzrostu sosny zwyczajnej (Pinus sylvestris) w zale noœci od wybranych typów i podtypów gleb autogenicznych w po³udniowo-zachodniej Polsce. Dok. Geogr. 32: SIEDLISKOWE PODSTAWY HODOWLI LASU. Za³¹cznik do Zasad hodowli lasu. Oœrodek Rozwojowo-Wdro eniowy Lasów Pañstwowych w Bedoniu, Warszawa SYSTEMATYKA GLEB POLSKI, 1989: Rocz. Glebozn. 40,3/4: 150 ss. SZWAGRZYK J., SZEWCZYK J. 2002: Wp³yw trofizmu i wilgotnoœci siedliska na wzrost i pokrój sosen i dêbów w Puszczy Niepo³omickiej. Sylwan 146,12: SZYMAÑSKI S. 1996: Ekologia sosny zwyczajnej. W: Mat. Na sesjê naukow¹: Sosna w Polsce stan, problemy, perspektywy. Fundacja Rozwój SGGW, Warszawa: Mgr in. Piotr Sewerniak Zak³ad Gleboznawstwa, Instytut Geografii UMK ul. Gagarina 9, Toruñ sewern@uni.torun.pl