ZESZYTY NAUKOWE. Seria ROLNICTWO (online) Nr 5 (3-4) Uniwersytetu Przyrodniczo-Humanistycznego w Siedlcach

ZESZYTY NAUKOWE Uniwersytetu Przyrodniczo-Humanistycznego w Siedlcach Seria ROLNICTWO (online) Nr 5 (3-4) 2016 Siedlce 2016

Recenzenci Zeszytów Naukowych UPH w Siedlcach seria Rolnictwo w 2016 r. prof. dr hab. Józef Chojnicki SGGW Warszawa; prof. dr hab. inż. Bożena Dębska UTP Bydgoszcz; dr inż. Małgorzata Haliniarz UP w Lublinie; dr hab. Magdalena Jastrzębska UWM w Olsztynie; dr hab. inż. Mirosław Kobierski, prof. nadzw. UTP Bydgoszcz; prof. dr hab. Andrzej Łachacz UWM w Olsztynie; dr hab. Cezary Mitrus, prof. nadzw. Uniwersytet Rzeszowski; prof. dr hab. inż. Józef Mosiej SGGW Warszawa; dr Marcin Polak UMCS Lublin; dr inż. Tomasz Sekutowski IUNG Wrocław; dr hab. Zbigniew Sobisz, prof. nadzw. AP w Słupsku; dr hab. Wojciech Stępień SGGW Warszawa; prof. dr hab. Wiesław Szulc SGGW Warszawa; dr Maria Ziaja Uniwersytet Rzeszowski Rada Naukowa: David Amborsky (Canada), Antoni Brodacki (UP Lublin, Poland),Teresa Dąbkowska (UR Kraków, Poland), Kazimierz Jankowski (UPH Siedlce, Poland), Miriam Kizeková (Banská Bystrica, Slovakia), Stanisław Kondracki (UPH Siedlce, Poland), Branko Kramberger (Maribor, Slovenia), Aida López-Sánchez (Madrid, Spain), Anna Łapińska (UWM Olsztyn, Poland), Teodor Marusca (Brasov, Romania), Alex Matsyura (Ukraine), Jeroen Nolles (Netherlands), Jan Novák (Nitra, Slovakia), Ioan Rotar (Cluj-Napoca, Romania), Aleksander Simić (Belgrad, Republic of Serbia), Janina Skrzyczyńska (UPH Siedlce, Poland) przewodnicząca, Nadežda Stollárová (Ružomberok, Slovakia), Piotr Stypiński (SGGW Warszawa, Poland), Cezary Tkaczuk (UPH Siedlce, Poland), Roxana Vidican (Romania), Krystyna Zarzecka (UPH Siedlce, Poland) Komitet Redakcyjny: Redaktor Naczelny dr hab. Zofia Rzymowska, prof. UPH Redaktorzy tematyczni: agronomia prof. dr hab. Anna Płaza; agrobiznes dr hab. Agata Grużewska, prof. UPH; agroturystyka dr hab. Anna Ciepiela, prof. UPH; kształtowanie terenów zieleni dr hab. Jacek Sosnowski, prof. UPH; ochrona środowiska dr hab. Beata Kuziemska, prof. UPH; zootechnika dr hab. Krzysztof Młynek, prof. UPH; dr hab. Alina Janocha, prof. UPH; redaktor statystyczny dr hab. Katarzyna Rymuza, prof. UPH; redaktor języka polskiego mgr Anna Suprun; redaktor języka angielskiego William Joseph O Sullivan; sekretarze redakcji: dr inż. Maria Ługowska, dr inż. Małgorzata Wyrzykowska Projekt okładki: dr inż. Małgorzata Wyrzykowska Fotografia na okładce: dr hab. Teresa Skrajna, prof. UPH. Adres redakcji Zeszytów Naukowych UPH w Siedlcach. Seria Rolnictwo: Uniwersytet Przyrodniczo-Humanistyczny w Siedlcach Katedra Ekologii Rolniczej, ul. B. Prusa 14, 08-110 Siedlce www.zn.wp.uph.edu.pl Copyright by Uniwersytet Przyrodniczo-Humanistyczny w Siedlcach, Siedlce 2016 ISSN 2450-7636 Wydawnictwo Uniwersytetu Przyrodniczo-Humanistycznego w Siedlcach 08-110 Siedlce, ul. Żytnia 17/19, www.wydawnictwo.uph.edu.pl Ark. wyd. 4,1. Ark. druk. 4,3. Druk i oprawa: EXDRUK, Włocławek

Spis treści Contents Marcin Becher, Dawid Jaremko, Ewa Trzcińska, Joanna Pielech Ocena właściwości kompostu z odpadów komunalnych rejonu siedleckiego w kontekście poprawy bilansu glebowej materii organicznej Evaluation the properties of municipal waste compost of collected in the Siedlce region, for improvement of the soil organic matter balance 5 Marcin Becher, Joanna Pielech, Krzysztof Pakuła, Ewa Trzcińska Zasoby i frakcje fosforu w poziomach akumulacji materii organicznej gleb murszowo-glejowych i murszowatych doliny górnego Liwca The phosphorus resources and fractions at horizons of organic matter accumulation of Muck gley soils and Mucky soils in the upper Liwiec valley 17 Kamil Jakubiak Obowiązek stosowania integrowanej ochrony roślin i początki jego wprowadzania w Polsce The obligation to apply integrated plant protection and the beginnings of its introduction in Poland 29 Zofia Rzymowska, Janina Skrzyczyńska, Małgorzata Wyrzykowska Zbiorowiska segetalne z udziałem Epilobium ciliatum Raf. na obszarze środkowo-wschodniej Polski Segetal communities with Epilobium ciliatum Raf. of the central eastern Poland 43 Wskazówki dla autorów 53

ZESZYTY NAUKOWE UNIWERSYTETU PRZYRODNICZO-HUMANISTYCZNEGO W SIEDLCACH Se ri a ROL NICTWO Nr 5 (3-4) 2016 Marcin Becher, Dawid Jaremko, Ewa Trzcińska, Joanna Pielech Uniwersytet Przyrodniczo-Humanistyczny w Siedlcach Wydział Przyrodniczy marcin.becher@uph.edu.pl OCENA WŁAŚCIWOŚCI KOMPOSTU Z ODPADÓW KOMUNALNYCH REJONU SIEDLECKIEGO W KONTEKŚCIE POPRAWY BILANSU GLEBOWEJ MATERII ORGANICZNEJ Evaluation the properties of municipal waste compost of collected in the Siedlce region, for improvement of the soil organic matter balance Streszczenie: Celem pracy była ocena właściwości i przydatności kompostu produkowanego na bazie odpadów komunalnych zbieranych w regionie siedleckim w kontekście potencjalnego nawozowego wykorzystania i poprawy bilansu glebowej materii organicznej. Badany kompost zawierał materię organiczną w znacznym stopniu przeobrażoną w procesie humifikacji, uznano go za ustabilizowany chemicznie i biologicznie. Charakteryzował się znacznym potencjałem wzbogacania gleb w materię organiczną i pierwiastki biogenne. Metale ciężkie zawarte w badanym kompoście nie stanowiły zagrożenia dla środowiska naturalnego ani bariery przy nawozowym wykorzystaniu. Słowa kluczowe: odpady komunalne, kompost, substancje humusowe, kwasy huminowe Summary: The aim of the study was to evaluate the properties and potential of compost, produced on the basis of municipal waste collected in the Siedlce region, for improvement of the soil organic matter balance The compost tested was considered to be chemically and biologically stabilized, containing organic matter largely transformed in the humification process. It is characterized by considerable potential for soil enrichment in organic matter and biogenic elements. The heavy metals contained in the tested compost did not pose a threat to the environment or the barrier to use as a fertilizer. Keywords: municipal waste, compost, humic substances, humic acids Wstęp i cel pracy Kompostowanie jest metodą utylizacji odpadów stosowaną od dawna. Obecnie w naszym kraju rośnie znaczenie tej metody, co związane jest przede

6 M. Becher, D. Jaremko, E. Trzcińska, J. Pielech wszystkim z wymogiem redukcji ilości odpadów przekazywanych na składowiska oraz z wzrastającą ilością wytwarzanych odpadów komunalnych. Ograniczenie ilości składowanych odpadów jest jednym z priorytetowych zadań dzisiejszej gospodarki odpadami. Obecnie w Polsce rocznie powstaje ponad 10,3 mln ton odpadów komunalnych. Ich cechą jest znaczna, bo ok. 40% zawartość materii organicznej [Rosik-Dulewska 2015]. Frakcja organiczna odpadów jest potencjalnie dobrym materiałem do kompostowania, a wytworzony w tym procesie kompost daje możliwość wykorzystania składników pokarmowych i włączenia ich w obieg biologiczny. Istnieje wiele sposobów zagospodarowania kompostu, np. nawozowe, do produkcji podłoży ogrodniczych, do rekultywacji gruntów [Kucharczyk i in. 2010, Rosik-Dulewska 2015]. Przy racjonalnym wykorzystaniu niezbędne są prace badawcze określające właściwości kompostu, zwłaszcza w przypadku stosowania go w rolnictwie i ogrodnictwie, gdzie konieczne jest wykluczenie zagrożeń mogących negatywnie oddziaływać na jakość plonów i środowisko naturalne. Monitoring jakości wydaje się być szczególnie ważny w przypadku kompostów wytwarzanych na bazie odpadów komunalnych, które charakteryzują się zmiennością składu chemicznego (w tym zawartości metali ciężkich) [Drozd i in. 2003, Drozd i in. 2009, Ciesielczuk i Kusza 2009, Gondek i Kopeć 2012, Rosik-Dulewska 2015]. Obecnie w glebach użytkowanych ornie obserwuje się spadek zawartości próchnicy glebowej, co skutkuje pogorszeniem właściwości fizycznych, chemicznych i biologicznych gleby w konsekwencji spadkiem żyzności i obniżeniem odporności na degradację. W ramach działań naprawczych rośnie znaczenie tzw. egzogennej materii organicznej, czyli powstającej poza środowiskiem glebowym, ale posiadającej potencjał poprawy niekorzystnego jej bilansu w glebie [Gonet i Markiewicz 2007, Maly i Siebielec 2015]. Komposty produkowane na bazie frakcji organicznej odpadów komunalnych w Polsce, także w rejonie siedleckim, są ciągle niedocenianym źródłem glebowej materii organicznej. W Polsce, w przeciwieństwie do większości krajów Unii Europejskiej, wykorzystywany jest on prawie w całości w rekultywacji gruntów i pokrywaniu składowisk [Rosik- Dulewska 2015]. Celem pracy była ocena właściwości i potencjału poprawy bilansu glebowej materii organicznej kompostu produkowanego na bazie odpadów komunalnych zbieranych w regionie siedleckim. Materiał i metody badań Próbki kompostu pobrano z 5 punktów składowiska dojrzałego kompostu w kompostowni Zakładu w Woli Suchożebrskiej (Zakład Utylizacji Odpadów Sp. z o.o. w Siedlcach). Proces kompostowania był prowadzony w pryzmach,

Ocena właściwości kompostu z odpadów komunalnych rejonu siedleckiego w kontekście... 7 na wolnym powietrzu. Do komponowania masy użyto biodegradowalnych odpadów komunalnych (zbierane selektywnie i frakcję organiczną z sortowni), ustabilizowanych osadów pościekowych oraz słomy. W świeżym materiale badawczym wykonano: pomiar zasolenia metodą konduktometryczną, po zalaniu próbki H 2O (v/v = 1/2); pomiar ph metodą potencjometryczną, po zalaniu próbki 1M KCl (v/v = 1/2,5); analizę zawartości suchej masy (po wysuszeniu w temp. 105 o C). Pobrane próbki wysuszono w temp. 40 o C roztarto w moździerzu porcelanowym i przesiano przez sito (Ø 2 mm). Do badań właściwości chemicznych reprezentatywną część wysuszonego materiału roztarto w młynku agatowym (do średnicy cząstek <0,25 mm). Wyniki badań odnoszono do absolutnie suchej masy przygotowanej próbki (ustalonej po wysuszeniu w temp. 105 o C). Wykonano następujące analizy laboratoryjne: całkowitej zawartości węgla (C T) i azotu (N T) (na analizatorze analizy elementarnej CHNS), na postawie zawartości C ustalono zawartość materii organicznej (wykorzystując współczynnik 1,724); zawartości P, K, Ni, Pb, Cd i Cr (na ICP-AES, po mineralizacji na sucho w temp. 550 o C i roztworzeniu popiołu w 10% HCl); Z próbek kompostu sekwencyjnie wydzielono frakcje materii organicznej, stosując następujące odczynniki ekstrakcyjne [Dziadowiec i Gonet 1999, Becher 2013]: 0,05M H 2SO 4 (do dekalcytacji próbek); etanol + n-heksan (v/v=1/1, do wydzielenia frakcji bituminów); 0,1M NaOH (do ekstrakcji substancji humusowych). Zawartość węgla w roztworach oznaczono metodą oksydacyjnomiareczkową, w bituminach na autoanalizatorze. Bituminy wydzielono na ekstraktorze ekstrakcji rozpuszczalnikowej Soxterm (Gerhard). Nazwę frakcji, jej symbol oraz sposób otrzymania przedstawiono w tabeli 1. Żel kwasów huminowych pozostały po dekantacji roztworu kwasów fulwowych oczyszczono metodą Schnitzera [Dziadowiec i Gonet 1999]. Po wysuszeniu w temp 30 o C (pod zmniejszonym ciśnieniem), preparaty kwasów huminowych rozdrobniono w moździerzu agatowym i przechowywano w eksykatorze (nad st. H 2SO 4). Dla wypreparowanych kwasów huminowych wykonano następujące analizy: składu elementarnego (C, H, N, O). Zawartość C, H i N oznaczono na autoanalizatorze analizy elementarnej z detektorem przewodności cieplnej TCD i acetanilidem jako materiałem wzorcowym. Skład elementarny wyrażono w masie bezpopielnej. Zawartość tlenu obliczono (w %): O = 100 - (C+H+N). Na podstawie udziału atomów pierwiastków obliczono stosunki H/C, N/C, O/C i O/H oraz stopień utlenienia wewnętrznego cząsteczek (ω = [(2O+3N)-H]/C) [Dębska 2004];

8 M. Becher, D. Jaremko, E. Trzcińska, J. Pielech właściwości spektrofotometrycznych w zakresie VIS, na spektrofotometrze Lambda 25 (Perkin Elmer) dla 0,02% roztworu kwasów huminowych (w 0,05 M NaHCO 3) przy długości fali (w nm): 400 (A 400), 465 (A 465), 600 (A 600) i 665 (A 465). Obliczono stosunek absorbancji: A 4/6 = A 465 / A 665. Obliczono parametr: ΔlogK = loga 400 - loga 600; analizę zawartości popiołu, po spaleniu w piecu muflowym (w temp. 550 o C). W obliczeniach statystycznych wykorzystano statystyki opisowe: średnią arytmetyczną, wartość minimalną i maksymalną oraz odchylenie standardowe. Tabela 1. Frakcje materii organicznej oraz sposób ich otrzymania Table 1. Fraction of organic matter and methods of obtaining Nazwa frakcji Name of fraction Symbol frakcji Symbol of fraction Sposób otrzymania Method of obtaining Frakcja po dekalcytacji C DEK węgiel oznaczony w roztworze po ekstrakcji 0,05M H 2SO 4 Bituminy C BIT węgiel oznaczony w preparatach bituminów Substancje humusowe C SH węgiel oznaczony w roztworze po ekstrakcji 0,1M NaOH Kwasy fulwowe C KF węgiel oznaczony w roztworze uzyskanym po strąceniu kwasów huminowych z ekstraktu substancji humusowych w środowisku kwaśnym (zakwaszanie 2,5 M H 2SO 4, do ph 1,5) Kwasy huminowe C KH C HA = C HS C FA Huminy, frakcja rezydualna C HUM C HUM = C T (C DEK + C BIT + C HS) Wyniki i dyskusja Otrzymane wyniki badań laboratoryjnych oraz obliczone dla nich wartości odchyleń standardowych sugerują znaczną jednorodność składowanego kompostu. W badanym kompoście zanotowano wysokie wartości ph, pozwalające zaliczyć go do materiałów o odczynie lekko zasadowym (tab. 2). Niskie wartości uzyskane przy pomiarze konduktometrycznym świadczą o niskim zasoleniu, tj. niewielkim stężeniu rozpuszczonych składników (głównie jonów) w roztworze wodnym. Obliczona średnia zawartość substancji organicznej, wynosząca 303,3 g kg -1 suchej masy, zgodnie z wymaganiami jakościowymi podanymi w Rozporządzeniu Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 18 czerwca 2008 roku [Dz.U. Nr 119, poz. 765] do ustawy o nawozach i nawożeniu [Dz.U. Nr 147, poz. 1033] pozwala zaliczyć badany kompost do nawozów organicznych.

Ocena właściwości kompostu z odpadów komunalnych rejonu siedleckiego w kontekście... 9 Średnie zawartości pierwiastków biogennych (C T, N T, P i K, tab. 2) są wyższe od wartości granicznych stawianych nawozom organicznym, zapisanych we wspomnianym wyżej rozporządzeniu [Dz.U. Nr 119, poz. 765]. Tabela 2. Wybrane właściwości badanego kompostu Table 2. Some properties of investigated compost Parametr Parameter Średnia Mean Zakres Range Odchylenie standardowe Standard deviation ph KCl - 7,49-7,70 - Sucha masa (%) 41,0 38,5-43,5 1,88 Zasolenie (ms cm -1 ) 0,985 0,896-1,20 0,12 Substancja organiczna * (g kg -1 s. m.) 303,3 288,4-313,9 9,30 C T (g kg -1 s. m.) 175,9 167,3-182,1 5,40 N T (g kg -1 s. m.) 13,6 12,2-14,8 0,94 P (g kg -1 s. m.) 2,26 2,10-2,42 0,12 K (g kg -1 s. m.) 5,65 4,64-6,66 1,00 C T/N T 13,0 12,3-13,8 0,52 C T/P 78,0 75,1-79,8 1,88 * C T 1,724 Badany kompost charakteryzował się niską wartością stosunku węgla do azotu (C T/N T) średnio 13,0 (tab. 2). Wartość tego stosunku jest zbliżona do notowanych w poziomach próchnicznych gleb mineralnych intensywnie użytkowanych ornie, aktywnych biologicznie, o dobrych warunkach do mineralizacji materii organicznej [Kalembasa i Becher 2009, Becher i in. 2013, Mocek 2015]. Należy sądzić, iż potencjalne zastosowanie kompostu w nawożeniu nie wpłynie znacząco na zmianę relacji ilościowych C do N w glebie, a także na przesunięcie równowagi przemian związków azotu glebowego w kierunku mineralizacji bądź syntezy. Wartość stosunku C T/N T, a także C T/P (wyraźnie poniżej 300, tab. 2) wskazuje na duży stopień przetworzenia substancji organicznej, ustabilizowanie procesów rozkładowych i może sugerować dużą dojrzałość kompostu [Drozd i in. 2003, 2009]. Zawartości metali ciężkich w badanych kompoście (tab. 3) nie przekraczały dopuszczalnych zawartości podanych w rozporządzeniu [Dz.U. Nr 119, poz. 765] dla nawozów lub środków wspomagających uprawę roślin, które mogą być wykorzystywane nawozowo w rolnictwie. Skład frakcyjny materii organicznej powszechnie opisywany jest na podstawie ilości i udziału węgla w umownie wyróżnianych frakcjach. Przedstawione wyniki frakcjonowania potwierdzają jednorodny charakter składowanego kompostu (tab. 4). Stwierdzono niewielką ilość węgla wyekstrahowanego 0,05 M H 2SO 4. Frakcja ta jest reprezentowana głównie przez proste, niskocząsteczkowe związki organiczne, wolne i słabo związane z mineralną fazą stałą badane-

10 M. Becher, D. Jaremko, E. Trzcińska, J. Pielech go materiału. Po zastosowaniu w nawożeniu są one potencjalnie najbardziej labilne w środowisku glebowym, z relatywnie krótkim okresem trwania w glebie [Stevenson 1985, Turski 1988, Dębska 2004]. Tabela 3. Zawartość metali ciężkich w badanym kompoście (mg kg -1 s.m.) Table 3. The content of heavy metals in the investigated compost Metal Średnia Mean Zakres Range Odchylenie standardowe Standard deviation Dopuszczalne stężenie metali ciężkich [Dz.U. Nr 119, poz. 765] Acceptable concentration of heavy metals Pb 10,8 8,20-15,2 3,21 140 Cd 0,109 0,071-0,177 0,04 5 Cr 6,48 5,47-7,49 1,01 100 Ni 3,65 2,69-4,61 0,97 60 Tabela 4. Skład frakcyjny materii organicznej badanego kompostu Table 4. Fractional composition of the organic matter of the investigated compost Parametr Parameter Średnia Mean Zakres Range Odchylenie standardowe Standard deviation zawartość węgla w wydzielonej frakcji (g kg -1 s.m.) C DEK 2,25 1,99-2,74 0,30 C BIT 6,38 5,20-7,35 0,77 C SH 52,3 49,5-60,5 4,76 C KF 14,0 12,1-16,0 1,43 C KH 38,3 35,9-44,5 3,59 C HUM 115,0 110,6-118,1 3,65 udział C frakcji (% C T) C DEK 1,28 1,19-1,51 0,13 C BIT 3,62 3,11-4,04 0,33 C SH 29,7 28,1-33,2 2,09 C KF 7,93 7,23-8,77 0,58 C KH 21,8 20,4-24,7 1,71 C HUM 65,4 61,3-67,1 2,43 stosunek węgla kwasów huminowych do fulwowych C KH / C KF 2,75 2,60-3,09 0,20 Z badanych próbek wydzielono niewielką ilość węgla reprezentującego frakcję bituminów (lipidową). Frakcja ta stanowi wielorodną grupę związków organicznych dających się ekstrahować rozpuszczalnikami organicznymi, w skład których wchodzą między innymi: woski, smoły, żywice, kwasy tłuszczowe i ich estry oraz wiele innych związków o charakterze alifatycznym i wysokiej wartości energetycznej [Becher i Kalembasa 2006, Neves i in. 2009]. Z opracowań wynika, iż procesy tlenowej transformacji materii organicznej, przebiegające

Ocena właściwości kompostu z odpadów komunalnych rejonu siedleckiego w kontekście... 11 przy wysokiej aktywności biologicznej oraz zasobności w pierwiastki o charakterze zasadowym, nie sprzyjają akumulacji związków organicznych ekstrahowalnych rozpuszczalnikami organicznymi [Turski 1988, Wiesenberg i in. 2004, Becher i Kalembasa 2006, Kalembasa i Becher 2009]. Związki organiczne wydzielane przy pomocy ekstrakcji roztworem alkalicznym umownie zalicza się do substancji humusowych (próchnicznych) substancji organicznej przetworzonej w procesie humifikacji (kwasy huminowe i kwasy fulwowe). Z badanego kompostu wyekstrahowano 0,1 M NaOH średnio ok. 30% zasobów węgla (tab. 4). Wśród wyekstrahowanych substancji humusowych zdecydowanie przeważały kwasy huminowe. Odwierciedleniem tego jest wartość stosunku węgla kwasów huminowych do fulwowych, wynosząca średnio 2,75. Może to świadczyć o daleko posuniętej humifikacji i stabilizacji procesów rozkładowych badanego materiału, gdyż zdaniem wielu autorów [Kalembasa 2000, Veeken i in. 2000, Dębska 2004, Dębska i in. 2009], w miarę postępu procesu humifikacji świeżej substancji organicznej rośnie znaczenie udziału frakcji kwasów huminowych. Warto zauważyć, iż stwierdzona w badanym kompoście wartość tego parametru jest wyższa od zanotowanych w glebach płowoziemnych Wysoczyzny Siedleckiej [Becher i in. 2013]. Przewaga kwasów huminowych jest pożądaną cechą jakościową próchnicy w glebach użytkowanych rolniczo, gdyż wskazuje na stabilizację próchnicy i ma względnie trwały korzystny wpływ na właściwości fizyczne i fizykochemiczne gleb [Stevenson 1985, Turski 1988, Mocek 2015]. W badanym materiale organicznym węgiel frakcji humin (C HUM) stanowił około 2/3 całkowitych zasobów węgla (tab. 4). Oprócz najbardziej trwałych substancji humusowych, prawdopodobnie znaczną część tej frakcji należy zaliczyć do niezhumifikowanej materii organicznej, którą mogą tworzyć najbardziej odporne na rozkład mikrobiologiczny szczątki organiczne (głównie celuloza, hemiceluloza, ligniny) genetycznie związane z materiałem używanym przy produkcji kompostu. Z powodu braku minerałów ilastych w kompoście, nie należy spodziewać się tu występowania najbardziej trwałych związków próchnicy z komponentami mineralnymi [Stevenson 1985, Turski 1988, Mocek 2015]. W niniejszych badaniach jakość materii organicznej określono także na podstawie właściwości kwasów huminowych (tab. 5) zdaniem wielu badaczy najbardziej interesującej, jednocześnie najlepiej rozpoznanej grupy substancji próchnicznych [Turski 1988, Senesi i in. 2003, Dębska i in. 2009]. W badanych kompostach, jak wykazano w omówionym powyżej składzie frakcyjnym materii organicznej, kwasy huminowe mogą stanowić blisko 1/4 zasobów materii organicznej badanego materiału.

12 M. Becher, D. Jaremko, E. Trzcińska, J. Pielech Tabela 5. Właściwości kwasów huminowych wydzielonych z badanego kompostu Table 5. Properties of humic acids isolated from the investigated compost Parametr Parameter Średnia Mean Zakres Range Odchylenie standardowe Standard deviation skład elementarny % wagowy (w masie bez popiołu) C 52,8 52,1-53,3 0,500 H 4,54 4,45-4,60 0,059 N 4,37 4,20-4,51 0,109 O 38,3 37,6-39,0 0,583 skład elementarny % atomowy C 37,8 37,5-38,0 0,176 H 39,0 38,4-39,4 0,289 N 2,68 2,55-2,75 0,070 O 20,5 20,0-21,4 0,420 stosunki atomowe H/C 1,03 1,01-1,05 0,006 N/C 0,071 0,067-0,073 0,003 O/C 0,548 0,528-0,575 0,019 O/H 0,531 0,510-0,555 0,018 stopień utlenienia wewnętrznego cząsteczek ω 0,267 0,237-0,316 0,031 parametry spektrofotometryczne A 4/6 6,80 6,64-6,85 0,100 ΔlogK 0,854 0,838-0,869 0,014 Badania jakościowe kwasów huminowych wydzielonych z pobranych próbek kompostu wykazały, iż pod względem natury chemicznej stanowią one dość jednorodną grupę w masie składowanego kompostu. Ich skład pierwiastkowy jest zbliżony do spotykanego w kwasach huminowych poziomów ornopróchnicznych gleb intensywnie użytkowanych i dobrze natlenionych [Turski 1988, Senesi in. 2003, Szombathová i in. 2004, Becher i in. 2013]. Skład pierwiastkowy badanych kwasów huminowych determinował mało zmienne wartości stosunków atomowych, przede wszystkim H/C, tj. pierwiastków, których wzajemne relacje ilościowe mówią o aromatyczności i alifatyczności cząsteczek kwasów huminowych. Uzyskane wartości H/C wskazują, iż struktura badanych kwasów huminowych odpowiada układom aromatycznym sprzężonym z alifatycznym łańcuchem zawierającym do 10 atomów węgla [Visser 1983]. Wartości H/C co prawda mogą świadczyć o przewadze struktur alifatycznych, ale sugerują także znaczący udział struktur aromatycznych w cząsteczkach badanych kwasów huminowych [Turski 1988, Amir i in. 2010]. Dla badanych kwasów huminowych otrzymano dodatnie i wysokie wartości ω (obiektywnego wskaźnika wyrażającego stopień utlenienia we-

Ocena właściwości kompostu z odpadów komunalnych rejonu siedleckiego w kontekście... 13 wnętrznego cząsteczek). Ten parametr oraz wartości stosunków atomowych O/C i O/H mogą świadczyć o dość znacznym stopniu humifikacji oraz syntezie w warunkach dobrego natlenienia badanych kwasów huminowych [Veeken i in. 2000, Amir i in. 2010]. Jednocześnie uzyskane dość wysokie wartości ilorazu absorbancji (A 4/6) wskazują raczej na małą dojrzałość, niską kondensację centrów aromatycznych i sugerują niską masę cząsteczkową [Chen i in. 1977, Howard i in. 1988, Senesi i in. 2003]. Podobnie, wartość współczynnika ΔlogK wskazuje na mały stopień ich humifikacji [Kumada 1987]. Porównując z glebowymi kwasami huminowymi gleb Wysoczyzny Siedleckiej, dla badanych kwasów huminowych uzyskano zbliżony skład pierwiastkowy i wartości stosunków atomowych oraz wyższe wartości parametrów spektrofotometrycznych [Becher 2013, Becher i in. 2013]. Wnioski Przeprowadzone badania jakościowe próbek kompostu produkowanego na bazie odpadów zbieranych w rejonie siedleckim pozwalają na sformułowanie następujących wniosków: 1. Badany kompost należy uznać za ustabilizowany chemicznie i biologicznie, zawierający materię organiczną w znacznym stopniu przeobrażoną w procesie humifikacji. Charakteryzuje się znacznym potencjałem wzbogacania gleb w materię organiczną i pierwiastki biogenne. 2. Metale ciężkie zawarte w badanym kompoście nie stanowią zagrożenia dla środowiska naturalnego ani bariery przy nawozowym wykorzystaniu. Ustabilizowana w procesie humifikacji materia organiczna oraz niewielka zawartość jej form labilnych, jak również odczyn zasadowy kompostu, sprzyjają ograniczeniu ryzyka dla środowiska ze strony metali ciężkich poprzez ich immobilizację. 3. Potencjalne nawozowe wykorzystanie badanego kompostu przyczyni się do poprawy bilansu materii organicznej w glebach oraz poprawi ich żyzność (odzysk materii organicznej i składników pokarmowych z odpadów). Piśmiennictwo Amir S., Jouraiphy A., Meddich A., El Gharous M., Winterton P., Hafidi M., 2010. Structural study of humic acids during composting of activated sludge-green waste: Elemental analysis, FTIR and 13 C NMR. Journal of Hazardous Materials, 177(1-3): 524 529. http://dx.doi.org/10.1016/j.jhazmat.2009.12.064 Becher M., 2013. Stan przeobrażenia materii organicznej gleb doliny górnego biegu rzeki Liwiec. Rozprawa naukowa nr 125, UPH w Siedlcach, ss. 158.

14 M. Becher, D. Jaremko, E. Trzcińska, J. Pielech Becher M., Kalembasa D., 2006. Charakterystyka bituminów leśnych gleb rdzawych i bielicowych na Nizinie Południowopodlaskiej. Rocz. Glebozn. 57(3-4): 5 12. Becher M., Kalembasa D., Pakuła K., Malinowska E., 2013. Zasoby i jakość materii organicznej w ornych glebach płowych Wysoczyzny Siedleckiej. Acta Sci. Pol. Agricultura., 12 (4): 7 17. Chen Y., Senesi N., Schnitzer M., 1977. Information provided on humic substances by E 4/6 rations. Soil Sci. Soc. Am. J., 41: 352 358. Ciesielczuk T., Kusza G., 2009. Zawartość metali ciężkich w kompostach z odpadów jako czynnik ograniczający ich wykorzystanie do celów nawozowych. Ochr. Środ. Zas. Natur., 41: 347 353. Dębska B., 2004. Właściwości substancji humusowych gleby nawożonej gnojowicą. Rozprawy ATR Bydgoszcz, 110, ss. 112. Dębska B., Szombathová N., Banach-Szott M., 2009. Properties of humic acids of soil under different management regimes. Pol. J. Soil Sci., 42(2): 131 138. Drozd J., Linczar M., Bekier J., 2009. Ocena dojrzałości kompostów z odpadów komunalnych na podstawie jakości związków próchnicznych i różnych form azotu. Rocz. Gleb., 60(3): 67 74. Drozd J., Linczar M., Jamroz E., Bekier J., 2003. Próchniczne indeksy dojrzałości kompostów, [w:] Dębska B., Gonet S., Substancje humusowe w glebach i nawozach, Polskie Towarzystwo Substancji Humusowych, Wrocław. Dziadowiec H., Gonet S.S., 1999. Przewodnik metodyczny do badań materii organicznej gleb. Prace Komisji Naukowych PTG 120, Warszawa, ss. 65. Gondek K., Kopeć M., 2012. Zawartość wybranych makro i mikroelementów w przekompostowanych komunalnych odpadach biodegradowalnych. Acta Agroph., 19(3): 527 538. Gonet S., Markiewicz M., 2007. Rola materii organicznej w środowisku. PTSH, Wrocław, ss. 151. Howard P.J.A., Howard D.M., Lowe L.E., 1988. Effects of tree species and soil physico-chemical conditions on the nature of soil organic matter. Soil Biology and Biochemistry 30(3): 285 297. Kalembasa D., 2000. Charakterystyka wermikompostów i ich przemiany w utworach piaszczystych. Rozprawy AP w Siedlcach, ss. 85. Kalembasa D., Becher M., 2009. Properties of organic matter in chosen soils fertilized with sewage sludge. Environ. Prot. Eng., 35, 2: 165 171. Kodeks Dobrej Praktyki Rolniczej, 2004. Ministerstwo Rolnictwa i Rozwoju Wsi, Ministerstwo Środowiska, Warszawa, ss. 98. Kucharczyk K., Stępień W., Gworek B., 2010. Kompostowanie odpadów komunalnych jako metoda odzysku substancji organicznej. Ochr. Środ. Zas. Natur., 41: 240 254. Kumada K., 1987. Chemistry of soil organic matter. Elsevier, Amsterdam- Oxford-New York-Tokyo, ss. 241.

Ocena właściwości kompostu z odpadów komunalnych rejonu siedleckiego w kontekście... 15 Maly S., Siebielec G., 2015. Badania egzogennej materii organicznej w celu bezpiecznego stosowania do gleby. Centralny Instytut Badań i Nadzoru w Rolnictwie, Brno (Republika Czeska), ss. 151. Mocek A., 2015. Gleboznawstwo. Wyd. Nauk. PWN, Warszawa, ss. 571. Neves L., Ferreira V., Oliveira R., 2009. Co-composting cow manure with food waste: The influence of lipids content. World Acad. Sci., Eng. & Technol. 58: 986 991. Rosik-Dulewska C., 2015. Podstawy gospodarki odpadami, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa ss. 390. Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 18 czerwca 2008. Dz.U. 119 poz. 765. Senesi N., D Orazio V., Ricca G., 2003. Humic acids in the first generation of EUROSOILS. Geoderma, 116: 325 344. http://dx.doi.org/10.1016/s0016-7061(03)00107-1 Stevenson F.J., 1985. Geochemistry of Soil Humic Substances. In: Humic Substances in Soil, Sediment and Wate. John Wiley and Sons, New York: 13 53. Szombathová N., Dębska B., Lacko-Bartošová M., Zaujec A. Gonet S., 2004. Characteristics of humic acids isolated from soils under various farming systems. Acta Sci. Pol., Agricult., 3(2): 37 45. Turski R., 1988. Charakterystyka związków próchnicznych w glebach Polski. PWN, Warszawa. Veeken A., Nierop K., de Wilde V., Hamelers B., 2000. Characterization of NaOH-extraction humic acids during composting of a biowaste. Bioresource Technol., 72(1): 33 41. https://doi.org/10.1016/s0960-8524 (99) 90096-2 Visser S.A., 1983: Application of van Krevelen s graphical statistical method for the study of aquatic humic material. Environ. Sci. Techn., 17, 7: 412 417. Wiesenberg G.L.B., Schwark L., Schmidt W.I., 2004. Improved automated extraction and separation procedure for soil lipid analyses. Eur. J. Soil Sci., 55: 349 356. http://dx.doi.org/10.1111/j.1351-0754.2004.00601.x Podziękowania Autorzy pracy serdecznie dziękują Zakładowi Utylizacji Odpadów w Siedlcach Sp. z o.o. za umożliwienie pobrania próbek do badań naukowych oraz za życzliwość i bogatą wiedzę przekazywaną studentom Wydziału Przyrodniczego UPH w Siedlcach podczas zwiedzania Zakładu w Woli Suchożebrskiej.

16 M. Becher, D. Jaremko, E. Trzcińska, J. Pielech

ZESZYTY NAUKOWE UNIWERSYTETU PRZYRODNICZO-HUMANISTYCZNEGO W SIEDLCACH Se ri a ROL NICTWO Nr 5 (3-4) 2016 Marcin Becher, Joanna Pielech, Krzysztof Pakuła, Ewa Trzcińska Instytut Agronomii, Zakład Gleboznawstwa i Chemii Rolniczej Uniwersytet Przyrodniczo-Humanistyczny w Siedlcach e-mail: marcin.becher@uph.edu.pl ZASOBY I FRAKCJE FOSFORU W POZIOMACH AKUMULACJI MATERII ORGANICZNEJ GLEB MURSZOWO-GLEJOWYCH I MURSZOWATYCH DOLINY GÓRNEGO LIWCA The phosphorus resources and fractions at horizons of organic matter accumulation of Muck gley soils and Mucky soils in the upper Liwiec valley Streszczenie: Celem pracy było określenie zasobów i specjacji (form występowania) fosforu w poziomie akumulacji materii organicznej gleb murszowo-glejowych i murszowatych występujących na obrzeżach torfowisk górnego Liwca (gmina Mordy). Ekstrakcję sekwencyjną związków fosforu wykonano dla 10 poziomów genetycznych. W poziomach akumulacji materii organicznej gleb murszowo-glejowych zasoby fosforu ustalono na poziomie (średnio) 0,235 kg m -2, a w glebach murszowatych na 0,170 kg m -2. W obydwu typach gleb największą zawartość fosforu stwierdzono w wierzchnich poziomach darniowych. W glebach murszowatych, w porównaniu z murszowo-glejowymi, stwierdzono większy udział labilnych form fosforu oraz uwalnianych w warunkach redukcyjnych. Słowa kluczowe: fosfor, frakcje fosforu, gleby użytków zielonych, Wysoczyzna Siedlecka Summary: The objective of the research was to determine the resources and speciation (forms of occurrence) phosphorus in the accumulation horizons of organic matter of Muck gley soils and Mucky soils situated on the margins of peatlands in the upper-course of Liwiec river (Mordy community). The sequential analysis of phosphorus was performed for 10 genetic horizons. At horizons of organic matter accumulation of the Muck gley soils, phosphorus reserves were set at (average) 0.235 kg m -2, and in the Mucky soils at 0.170 kg m -2. In both types of soils the highest phosphorus content was found in the upper geentic horisons. In the Mucky soils in comparison to the Muck gley soils a greater participation of labile forms of phosphorus and released under reducing conditions were found. Keywords: phosphorus, fraction of phosphorus, grassland soils, Siedlce Lowland Wstęp Fosfor (obok azotu) należy do podstawowych pierwiastków regulujących procesy biologiczne (limitujących produkcję biomasy). Pierwiastek ten charakte-

18 M. Becher, J. Pielech, K. Pakuła, E. Trzcińska ryzuje się złożonymi i dynamicznymi procesami przemian w środowisku glebowym, obejmującymi: mineralizację, immobilizację, rozpuszczanie, strącanie, utlenianie, redukcję, chelatowanie, sorpcję i inne [Stępniewska i in. 2006, Kang i in. 2009, Sapek 2014]. Konsekwencją wielokierunkowości transformacji jest występowanie fosforu glebowego w bardzo licznych połączeniach organicznych (fityna, kwasy nukleinowe, fosfolipidy) i mineralnych (minerały zawierające fosfor, wytrącenia fosforanów oraz jony) [Paul i Clark 2000, Kalembasa i Kalembasa 2015]. W badaniach naukowych procesów transformacji gleb terenów mokradłowych, odwodnionych na potrzeby użytkowania rolniczego, szczególne znaczenie przypisuje się przemianom związków fosforu głównie ze względu na biofilność (składnik pokarmowy i nawozowy), dynamiczną interakcję z organicznymi i mineralnymi komponentami gleby oraz potencjalne źródła eutrofizacji zbiorników wodnych [Litaor i in. 2004, Jordan i in. 2007, Kang i in. 2009]. Nadmiar labilnych form fosforu w środowisku glebowym skutkuje migracją do hydrosfery, gdzie może być miarą antropogenicznej eutrofizacji zbiorników wodnych [Pokojska i Bednarek 2012]. Procesy te nabierają szczególnego znaczenia w przypadku gleb terenów mokradłowych, stanowiących swoistą strefę graniczną między litosferą i hydrosferą oraz charakteryzujących się dynamiką warunków oksydacyjno-redukcyjnych. Na wskutek mineralizacji materii organicznej torfów możliwa jest transformacja organicznych związków fosforu do mineralnych, podatnych na uwalnianie przy zmianie potencjału redox. Ponowne nawodnienie przesuszonych utworów organicznych może dobrowadzić do uwalniania fosforu glebowego [Jordan i in. 2007, Zak i Gelbrecht 2007]. Mechanizmy nagromadzania, uwalniania i wymywania fosforu z gleby są bardzo złożone, zależą od takich czynników jak: odczyn, zawartość rozpuszczalnych form materii organicznej, zwartość form żelaza, manganu i glinu, a także antropopresji (w tym gospodarowania azotem) [Chojnicki i Czarnowska 1993, Sapek 2014]. Zasobność gleb w fosfor wpływa na zróżnicowanie florystyczne i walory przyrodnicze łąk [Kamiński i Chrzanowski 2009]. Badania środowiskowe gleb terenów mokradłowych dotyczące zasobności i specjacji fosforu glebowego są niezbędne w kontekście oceny aktualnego i potencjalnego ryzyka dla środowiska naturalnego, a także racjonalnego określenia ewentualnych potrzeb nawożenia roślin tym składnikiem. Jest to szczególnie istotne w kontekście realizacji celu środowiskowego rolnictwa zrównoważonego [Sapek 2003, 2007, 2008, Fotyma i Fotyma 2004]. Równowaga pomiędzy wprowadzeniem fosforu do środowiska w celu utrzymania optymalnej produkcji rolniczej a jego stratami w wyniku nadmiernego wzbogacenia gleb jest obecnie jednym z najważniejszych celów strategicznych rolnictwa [Sapek 2014]. W badaniach gleboznawczych, oprócz określenia ilości i stref akumulacji (poziomów genetycznych) pierwiastków, bardzo ważne jest także poznanie form

Zasoby i frakcje fosforu w poziomach akumulacji materii organicznej gleb 19 ich występowania oraz warunków i mechanizmów przemieszczania w profilu glebowym. Pozwala to pełniej poznać funkcje gleby, zarówno produkcyjne, jak i ekologiczne, oraz jej integracje z innymi składnikami ekosystemu. Bogatej wiedzy na temat form występowania fosforu i roli gleby w biogeochemii tego pierwiastka dostarczają badania wykorzystujące analizę specjacyjną [Brogowski 1966, Schlichting i in. 2002, Litaor i in. 2004, Urbaniak i Sapek 2004, Jordan i in. 2007, Pakuła i Kalembasa 2008]. Celem badań było określenie zasobów i specjacji (form występowania) fosforu w poziomie akumulacji materii organicznej gleb murszowo-glejowych i murszowatych występujących na obrzeżach torfowisk górnego Liwca. Materiał i metody Badania gleboznawcze prowadzono na obrzeżach torfowisk zlokalizowanych w górnym biegu rzeki Liwiec, na Wysoczyźnie Siedleckiej (powiat siedlecki, południowa część gminy Mordy). Tereny mokradłowe górnego Liwca stanowią jeden z najważniejszych obszarów torfowiskowych Wysoczyzny Siedleckiej, gdzie występują torfy szuwarowe, turzycowiskowe i olesowe [Dembek 2000, Dembek i in. 2000, Becher 2013]. Do badań wytypowano dwa profile gleb murszowo-glejowych (rząd gleby glejoziemne; typ gleby glejowe), oraz dwa profile gleb murszowatych (rząd gleby czarnoziemne; typ gleby murszaste) (tab. 1.) [Systematyka Gleb Polski 2011]. Gleby te występują na znacznym obszarze badanego terenu i stanowią kompleks trwałych użytków zielonych średniej jakości (2 z) [Becher 2013]. Szczegółowymi badaniami laboratoryjnymi objęto materiał pobrany z poziomów akumulacji materii organicznej (n=10) badanych gleb. W trakcie prac terenowych pobrano próbki gleb w stanie naturalnym (do cylindrów, d=100 cm 3, w trzech powtórzeniach) w celu wyznaczenia gęstości objętościowej [Bednarek i in. 2004]. Próbki glebowe pobrane do badań właściwości chemicznych wysuszono (w temp. 40 C) oraz przesiano przez sito (ø 2,0 mm). Reprezentatywną część próbki zbiorczej rozdrobniono w moździerzu agatowym (do ø<0,25 mm) i poddano analizom chemicznym (w trzech powtórzeniach). Wyniki badań odnoszono do absolutnie suchej masy (ustalonej wagowo, po wysuszeniu spreparowanych próbek w temp. 105 C). W laboratorium wykonano następujące analizy chemiczne [Sapek i Sapek 1999, Bednarek i in. 2004]: pomiar ph (potencjometrycznie; w zawiesinie glebowej w 1M KCl); całkowitą zwartość węgla (TC) i azotu (TN) oznaczono na autoanalizatorze analizy elementarnej CHNS (detektor przewodności cieplnej; acetanilid jako materiał wzorcowy);

20 M. Becher, J. Pielech, K. Pakuła, E. Trzcińska zawartość fosforu (zbliżoną do całkowitej, P T) oraz pierwiastków potencjalnie ważnych w procesach wiązania fosforu glebowego (Fe, Mn, Al, Ca) oznaczono na atomowym spektrometrze emisyjnym z indukcyjnie wzbudzoną plazmą (ICP AES), po mineralizacji w wodzie królewskiej. Tabela 1. Właściwości morfologiczne badanych gleb Table 1. The morphological properties of investigated soils Typ gleby Soil type Gleba murszowo- -glejowa Gleba murszowo- -glejowa Gleba murszowata Gleba murszowata Poziom genetyczny (głębokość, cm) Genetic horizon (depth, cm) M1 (0-9) M2 (9-28) M3 (28-40) Cg (40-60) M1 (0-8) M2 (8-25) M3 (25-35) Cg (35-55) Au1 (0-9) Au2 (9-25) Cg (25-80) Au1 (0-8) Au2 (8-23) Cg (23-70) Morfologia Morphological mursz, struktura bardzo drobna, ziarnista, silnie przerośnięta korzeniami roślin; mursz, struktura drobna, ziarnista, luźne ułożenie ziaren; utwór torfiasty z cechami zamulenia; pojedyncze szczątki drzew; piasek luźny, oglejony. poziom wody gruntowej: 60 cm p.p.t. mursz, struktura bardzo drobna, ziarnista, silne przerośnięta korzeniami roślin; mursz, struktura drobna, ziarnista, luźne ułożenie ziaren; spękana masa organiczna; struktura średnia do kawałkowej, widoczna iluwiacja próchnicy; piasek gliniasty, oglejony. poziom wody gruntowej: 55 cm p.p.t. poziom murszowaty, struktura bardzo drobna, gruzełkowa; przerośnięty korzeniami roślinności; poziom murszowaty, struktura bardzo drobna, gruzełkowa; piasek gliniasty, oglejony. poziom wody gruntowej: 80 cm p.p.t. poziom murszowaty, struktura bardzo drobna, gruzełkowa; silnie przerośnięty korzeniami roślinności łąkowej; poziom murszowaty, struktura bardzo drobna, gruzełkowa; piasek gliniasty, oglejony; poziom wody gruntowej: 70 cm p.p.t. Na podstawie całkowitej zawartości węgla (TC, w g kg -1 ) obliczono zawartość glebowej materii organicznej (SOM): SOM [g kg -1 ] = TC 1,724 Ustalono zasoby materii organicznej w poziomach jej akumulacji (SOM ZAS, w kg m -2 ): SOM ZAS= (h i D i SOM i) + (h 1 D 1 SOM 1) +(h 2 D 2 SOM 2) + (h n D n SOM n), gdzie: i numer poziomu genetycznego gleby; h miąższość poziomu genetycznego [m];

Zasoby i frakcje fosforu w poziomach akumulacji materii organicznej gleb 21 D gęstość objętościowa gleby suchej poziomu genetycznego [g cm -3 ]; SOM zawartość glebowej materii organicznej w poziomie genetycznym [g kg -1 ]. Ustalono zasoby fosforu glebowego w poziomach akumulacji materii organicznej (P ZAS, w kg m -2 ): P ZAS = (h i D i P Ti) + (h 1 D 1 P T1) + (h 2 D 2 P T2) + (h n D n P Tn), gdzie: P T zawartość fosforu w poziomie genetycznym [g kg -1 ]. Do badań specjacji fosforu zastosowano metodę sekwencyjnego frakcjonowania związków fosforu pierwotnie stosowaną w badaniach osadów dennych, zmodyfikowaną do badań osadów organicznych (rys. 1) [Jordan i in. 2007]. Próbka gleby 1 M NH 4Cl F1 Pozostałość 0,1 M Na 2S 2O 4-NaHCO 3 F2 Pozostałość 0,5 M HCl F3 Pozostałość Pozostałość 1,0 M NaOH H 2SO 4/H 2O 2 F4 F5 Rys. 1. Schemat sekwencyjnego frakcjonowania związków fosforu [Jordan i in. 2007] Fig. 1. The diagram of sequential fractionation of phosphorus compounds Wykonanie sekwencyjnej ekstrakcji i oznaczenie fosforu w poszczególnych ekstraktach pozwoliło zdefiniować następujące frakcje operacyjne (formy) fosforu glebowego: F1 (po ekstrakcji 1 M NH 4Cl) formy labilne, luźno związane bądź zaabsorbowane, łatwo dostępne; F2 (po ekstrakcji 0,1 M Na 2S 2O 4-NaHCO 3) formy związane na powierzchni uwodnionych tlenków żelaza (III) i manganu (IV), uwalniane w warunkach redukcyjnych; F3 (po ekstrakcji 0,5M HCl) formy związane przez tlenki metali (Fe, Al i Mn), fosfor w apatytach i węglanach oraz labilne formy fosforu w związkach organicznych; F4 (po ekstrakcji 1M NaOH) formy fosforu związane przez substancje humusowe oraz inne polimorficzne formy fosforu;

22 M. Becher, J. Pielech, K. Pakuła, E. Trzcińska F5 (po mineralizacji poekstrakcyjnej pozostałości w stężonym H 2SO 4 i 30% roztworu H 2O 2) frakcja rezydualna, trwałe organiczne i mineralne związki fosforu. Ekstrakcji dokonywano w polipropylenowych kolbach wirówkowych mieszadle typu shaker (stosunek masy próbki gleby do roztworu ekstrakcyjnego = 1:10). Klarowność roztworów uzyskiwano w wyniku wirowania (12000 obr min -1 ) oraz sączenia pod zmniejszonym ciśnieniem. Zawartość fosforu w wydzielonych frakcjach oznaczono przy użyciu atomowego spektrometru emisyjnego z indukcyjnie wzbudzoną plazmą (ICP AES). W przypadku frakcji wzbogaconej w materię organiczną (F3 i F4), przed analizą na spektrometrze, odmierzoną część ekstraktu mineralizowano na łaźni piaskowej z dodatkiem HNO 3 i 30% roztworu H 2O 2. Obliczenia statystyczne wykonano przy pomocy programu statystycznego STATISTICA 10 PL (Statsoft, Tulsa, USA). Wykorzystano statystyki opisowe: średnią arytmetyczną, wartość minimalną i maksymalną. Zależności między wybranymi cechami wyrażono w postaci współczynnika korelacji prostej (r). Omówienie i dyskusja wyników Wytypowane do badań jednostki sytematyczne gleb często charakteryzują się sąsiedztwem występowania, tworząc ogniwa sekwencji ewolucyjnej gleb, gdzie z gleb murszowo-glejowych powstają gleby murszowate. Podstawowym zjawiskiem jest tu silna mineralizacja i humifikacja torfiastej materii organicznej i tworzenie trwałych agregatów, przy braku połaczeń próchnicznoilastych [Systematyka Gleb Polski 2011, Mocek 2015]. Z powodu nasilenia zjawisk decesyjnych na torfowiskach, należy spodziewać się wzrostu aerału tego typu gleb [Łachacz 2001, Becher 2013]. Wybrane właściwości poziomów akumulacji materii organicznej badanych gleb przedstawiono w tabeli 2. Otrzymane wyniki badań, charakteryzujące badane gleby, są typowe i korespondują z literaturą przedmiotu dotyczącą badanych jednostek systematycznych [Łachacz 2001, Oktaba i Czerwiński 2003, Kalembasa i Becher 2010, Sytematyka Gleb Polski 2011, Becher 2013, Mocek 2015]. W poziomach glebowych o większej zawartości materii organicznej (murszowo-glejowych) stwierdzono mniejsze zagęszczenie gleby (niższe wartości gęstości objętościowej). W glebach murszowo-glejowych stwierdzono trzykrotnie większą zawartość węgla i azotu oraz materii organicznej niż w glebach murszowatych. Uzyskane dane potwierdzają duże znaczenie badanych gleb (zwłaszcza murszowo-glejowych) w zakresie akumulacji pierwiastków biogennych i materii organicznej.

Zasoby i frakcje fosforu w poziomach akumulacji materii organicznej gleb 23 Tabela 2. Właściwości poziomów akumulacji materii organicznej badanych gleb Table 2. The properties of organic matter accumulation horizons in the investigated soils Parametr (jednostka) Parameter (unit) Gęstość objętościowa (g cm -3 ) Poziomy murszowe (M) gleb murszowo-glejowych Horizons of Muck gley soils Średnia Mean Zakres Range Poziomy murszaste (Au) gleb murszowatych Horizons of Mucky soils Średnia Mean Zakres Range 0,339 0,310-0,401 0,625 0,520-0,700 ph KCl - 4,32-5,22-5,70-6,01 Całkowita zawartość węgla (TC) (g kg -1 ) 335,8 310,0-354,0 113,0 102,0-121,0 Materia organiczna (g kg -1 ) 579,0 534,4-610,3 194,8 175,8-208,6 Całkowita zawartość azotu (TN) (g kg -1 ) 27,1 25,0-29,7 10,2 9,77-10,7 TC/TN 12,4 11,4-13,9 11,1 10,3-12,0 Otrzymane wartości stosunku ilości węgla do azotu, a także węgla do fosforu (tab. 3) sugerują wysoki stopień przetworzenia materii organicznej, z przewagą procesów jej mineralizacji. Wartości te (zwłaszcza w glebach murszowatych) są charakterystyczne dla użytkowanych ornie poziomów akumulacji próchnicy gleb mineralnych [Mocek 2015]. Tabela 3. Całkowita zawartość fosforu (P T), iloraz oraz zasoby fosforu i materii organicznej w badanych glebach Table 3. The total content of phosphorus, TC/P T ratio and phosphorus and organic matter resources in the investigated soils Typ gleby Soil type Murszowo- -glejowa Murszowo- -glejowa Poziom genetyczny Genetic horizon M1 M2 M3 M1 M2 M3 Murszowata Au1 Au2 Murszowata Au1 Au2 średnia dla poziomów murszowych (M) średnia dla poziomów murszastych (Au) P T (g kg -1 ) 2,90 1,98 1,11 2,82 1,46 1,31 1,50 0,92 1,32 1,01 TC/P T 111,4 178,8 312,6 109,9 232,2 261,1 80,7 111,1 90,2 108,9 Zasoby fosforu (kg m -2 ) Phosphorus resources Zasoby materii organicznej (kg m -2 ) Organic matter resources 0,252 77,0 0,218 70,1 0,173 29,5 0,167 29,3 1,93 201,0 0,235 73,5 1,19 97,7 0,170 29,4

24 M. Becher, J. Pielech, K. Pakuła, E. Trzcińska Nieco wyższe wartości tego parametru stwierdzono w poziomach gleb murszowo glejowych. Gleby te charakteryzowały się także większym zakwaszeniem (odczyn bardzo kwaśny i kwaśny) w stosunku do poziomów gleb murszowatych, gdzie stwierdzono odczyn lekko kwaśny, czyli korzystniejszy dla roślinności łąk użytkowanych kośnie [Pietrzak 2012]. W badanych glebach stwierdzono zróżnicowaną zawartość fosforu, mieszczącą się przedziale 0,918-2,90 g kg -1. Spośród badanych gleb większymi zasobami fosforu w powierzchniowych poziomach zasobnych w materię organiczną charakteryzowały się poziomy genetyczne gleb murszowo-glejowych. W obydwu badanych jednostkach glebowych największą zawartością fosforu charakteryzowały się wierzchnie poziomy darniowe, stanowiące w badanych glebach główną część rizosfery. Badania naukowe wskazują, iż dystrybucja fosforu w glebach objętych procesem murszenia wiąże się z rodzajem i stopniem rozkładu utworu torfowego zwykle najwięcej fosforu zawierają wierzchnie poziomy murszowe, głównie na wskutek wtórnej akumulacji tego pierwiastka w procesie murszenia, akumulacji resztek roślinnych oraz nawożenia mineralnego [Sapek 2011, 2014, Becher 2013, Grzywna 2014]. Na podstawie innych badań w tożsamych jednostkach glebowych w innej części doliny Liwca Kalembasa i Becher [2010] stwierdzili zbliżoną do uzyskanej w niniejszych badaniach zawartość i zmienność w profilach fosforu, przy czym niezależnie od typu gleb najbardziej zasobne w ten pierwiastek były poziomy genetyczne z morfologicznie wyróżnioną akumulacją żelaza. W glebach murszowatych stwierdzono niższe wartości TC/P T (średnio 97,7) w stosunku do murszowo-glejowych (średnio 201). Wartość tego parametru poniżej 300 może wskazywać na sprzyjające warunki do mineralizacji materii organicznej oraz prawdopodobnie dobre zaopatrywanie w fosfor roślinności łąkowej i zaawansowany proces wtórnej akumulacji tego pierwiastka [Becher 2013]. W badanej populacji poziomów genetycznych stwierdzono istotne korelacje dla zawartości fosforu i żelaza (przy α=0,01) oraz fosforu i manganu (przy α=0,05) (tab. 4). Potwierdza to istotny wpływ związków żelaza i manganu na akumulację fosforu [Kalembasa i Becher 2010]. Przedstawione frakcje fosforu w postaci udziału w całkowitej zawartości pierwiastka (% P T), wskazują na różnorodność form występowania fosforu w badanych glebach (tab. 5). Generalnie poziomy gleb murszowatych, w stosunku do murszowoglejowych, charakteryzowały się większym udziałem form najbardziej labilnych i łatwo dostępnych (F1), form uwalnianych w warunkach redukcyjnych (związanych na powierzchni uwodnionych Al 2O 3 i MnO 2 F2) oraz najbardziej trwałych

Zasoby i frakcje fosforu w poziomach akumulacji materii organicznej gleb 25 form organicznych i mineralnych występujących we frakcji rezydualnej (F5). Większy udział form związanych z tlenkami metali (Fe, Al i Mn), apatytowych, węglanowych i organicznych labilnych (F3) oraz form związanych przez substancje humusowe stwierdzono w poziomach genetycznych gleb murszowo-glejowych. We wszystkich badanych glebach stwierdzono zmniejszanie się udziału najbardziej dostępnych i labilnych form fosforu wraz z głębokością profilu. Pewną odrębnością charakteryzowały się podpoziomy darniowe, gdzie w stosunku do pozostałych podpoziomów stwierdzano wyraźnie większy udział frakcji F1, F2 i F3. Dominującą formą w obu rodzajach gleb był fosfor związany przez substancje humusowe oraz inne polimorficzne jego formy (F4). Udział tych form stanowił przeszło połowę całych zasobów tego pierwiastka. Duży udział miała także najbardziej stabilna frakcja rezydualna (większy w glebach murszowatych) oraz F3 (większy w glebach murszowo-glejowych). Tabela 4. Korelacja liniowa pomiędzy zawartością fosforu i wybranymi właściwościami gleb Table 4. The linear correlation between the phosphorus content and some soil properties Parametr Parameter phkcl Zawartość, The content TC Fe Ca Al Mn Zawartość P T ni ni 0,779 ni ni 0,689 Wartości krytyczne (n=10): 0,632 (przy α=0,05); 0,765 (przy α=0,01) Tabela 5. Procentowy udział frakcji fosforu (F1-F5) w jego zawartości całkowitej w poziomach akumulacji materii organicznej badanych gleb (%P T) Table 5. Contribution of phosphorus fractions (F1-F5) in total phosphorus content in organic matter accumulation horizons (%P T) Typ gleby Soil type Poziom genetyczny Genetic horizon F1 F2 F3 F4 F5 Gleba murszowo-glejowa M1 M2 M3 0,771 0,240 0,201 1,99 1,01 0,790 27,0 19,1 16,7 53,0 60,1 57,5 17,2 19,6 24,8 Gleba murszowo-glejowa M1 M2 M3 0,490 0,300 0,311 1,70 0,510 0,473 24,9 14,3 15,7 57,1 64,3 65,3 15,8 20,6 18,2 Gleba murszowata Au1 Au2 0,970 0,270 4,99 3,40 17,0 15,2 51,0 54,1 26,0 27,0 Gleba murszowata Au1 Au2 1,01 0,550 5,12 4,12 16,2 14,7 49,8 57,8 27,9 22,8 średnia dla poziomów murszowych (M) 0,386 1,08 19,6 59,6 19,4 średnia dla poziomów murszastych (Au) 0,700 4,41 15,8 53,2 25,9