Siedliskowy Indeks Glebowy w diagnozie siedlisk górskich Jarosław Lasota Zakład Gleboznawstwa Leśnego Wyniki tematu naukowo-badawczego realizowanego w Zakładzie Gleboznawstwa Leśnego przez zespół pod kierownictwem prof. dr hab. Stanisława Brożka w latach 2011-2014
Cel badań Dopracowanie diagnozowania siedlisk dla obszarów górskich w oparciu o siedliskowy indeks glebowy (SIG) wprowadzany obecnie do diagnozowania siedlisk terenów nizinnych i wyżynnych
Materiał badawczy Wskaźnik został określony w oparciu o zebrany materiał 180 wzorcowych powierzchni siedliskowych (które były zbierane po ok. 60 w latach 2011, 2012, 2013). Wzorcowe powierzchnie typologiczne były zakładane w lasach górskich Beskidów, Sudetów, Tatr w transektach tak, aby odzwierciedlały zróżnicowane warunki siedliskowe, główne grupy utworów geologicznych oraz odmienne warunki reliefu.
Kryteria wyboru powierzchni badawczych Dla odzwierciedlenia zróżnicowanych warunków klimatycznych badane powierzchnie siedliskowe zakładano w transektach kilku punktów badawczych zlokalizowanych na jednorodnym podłożu geologicznym w odmiennych warunkach położenia. Kolejne punkty badawcze w transektach były rozmieszczane od podnóża stoku do jego górnej strefy, tak, aby odzwierciedlały zmienność warunków siedliskowych, które mogą kształtować się na określonym podłożu geologicznym. Dla scharakteryzowania i porównania wpływu odmiennych warunków położenia na wartość wskaźnika GIG zakładano transekty powierzchni na dwóch rodzajach wystaw stoków. Pierwsza grupa na wystawach cieplejszych (S, SW, W), druga grupa na ekspozycjach chłodniejszych (N, NE, E).
Grupy utworów skalnych, które uwzględniono w badaniach W Beskidach uwzględniono cztery grupy utworów piaskowcowych a mianowicie: piaskowce magurskie i godulskie (o spoiwie ilastokrzemionkowym), gruboziarniste piaskowce istebniańskie, piaskowce krośnieńskie (o spoiwie ilasto-krzemionkowo-węglanowym), oraz najzasobniejsze piaskowce i łupki warstw hieroglifowych, inoceramowych i beloweskich budujące niższe wzniesienia. W Sudetach uwzględniono cztery grupy o zbliżonych zdolnościach siedlisko-twórczych: kwaśne skały krzemianowe magmowe i przeobrażone budujące wyższe wzniesienia (granity, gnejsy, porfiry kwarcowe), osadowe skały o spoiwie ilasto-krzemionkowym (piaskowce i szarogłazy), skały metamorficzne (łupki krystaliczne, fyllitowe oraz zieleńce), oraz skały zasadowe (bazalty, melafiry, amfibolity). W Tatrach powierzchnie reprezentowały dwie grupy utworów skalnych: kwaśne skały (granity i granitognejsy) oraz skały węglanowe (wapienie i dolomity).
Lokalizacja stanowisk badawczych w nawiązaniu do podziału administracyjnego Lasów Państwowych
Lokalizacja stanowisk badawczych z podziałem na pasma i masywy w Sudetach oraz Karpatach
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 76 79 82 85 88 91 94 97 100 103 106 109 112 115 118 121 124 127 130 133 136 139 142 145 148 151 154 157 160 163 166 169 172 175 178 181 m n.p.m. 1400 1250 1100 950 800 650 500 SUDETY KARPATY 350 stanowiska badawcze Rozkład stanowisk w przedziałach wysokości n.p.m. z podziałem na Sudety i Karpaty
Powierzchnia BGb (Nadl.Szklarska Poręba)
Powierzchnia BWGśw (N-ctwo Jeleśnia)
Gleby BG i BWG Gleba torfowa Nadl.Szklarska Poręba Gleba bielicowa właściwa Nadl.Szklarska Gleba brunatna kwaśna Nadl.Jeleśnia
Powierzchnia BMGśw (Nadl.Świeradów)
Powierzchnia BMGśw (Nadl. Lwówek Śl.)
Gleby BMG Gleba bielicowa właściwa Nadl. Świeradów Gleba brunatna bielicowa Nadl.Świeradów Gleba brunatna kwaśna Nadl.Lwówek Śląski
Powierzchnia LMGśw (N-ctwo Lwówek Śląski)
Powierzchnia LMGw (N-ctwo Jeleśnia)
Gleby LMG Gleba Gruntowoglejowa Nadl.Jeleśnia Gleba brunatna bielicowa Nadl.Jeleśnia Gleba ranker brunatny Nadl.Lwówek Śląski
Powierzchnia LGw (Nadleśnictwo Lwówek Śląski)
Powierzchnia LGśw (Nadleśnictwo Jeleśnia)
Gleby LG Gleba brunatna wyługowana- na podłożu piaskowców magurskich Gleba szarobrunatna wytworzona z zieleńców Gleba brunatna kwaśna wytworzona z pokryw zwietrzelinowych (kompleks zieleńców)
Zakres prac terenowych wykonanie odkrywki glebowej o głębokości ok. 100-150 cm (w zależności od głębokości zalegania zwięzłego podłoża) opis roślinności runa z uwzględnieniem ilościowości poszczególnych gatunków wg skali Braun-Blanqueta pomiar drzewostanu na powierzchniach kołowych 0,1 ha (pomiar pierśnic, wysokości i długości koron wszystkich drzew)
Ustalono cząstkowe diagnozy typu siedliskowego lasu na podstawie runa i cech drzewostanu na podstawie roślinności runa - kierując się obecnością roślin siedliskowo diagnostycznych (różnicujących) określonych w Siedliskowych Podstawach Hodowli Lasu (1990, 2004) na podstawie cech drzewostanu w oparciu o skład gatunkowy oraz bonitacje wzrostowe gatunków zgodnie z charakterystykami typów siedliskowych lasu zawartych w Siedliskowych Podstawach Hodowli Lasu (1990, 2004)
Zakres analiz laboratoryjnych uziarnienie metodą areometryczną oraz metodą laserową gęstość objętościową w wybranych próbkach pobieranych do cylinderków o pojemności 100 i 250 cm 3 ph metodą potencjometryczną w 1M roztworze KCl i H 2 O destylowanej C organiczny i N całkowity za pomocą autoanalizatora CNS Leco wymienne formy Ca, Mg, K, Na w wyciągu 1M octanu amonu o ph 7,0 z wyliczeniem ich sumy S1 kwasowość hydrolityczną Y metodą Kappena pojeność sorpcyjną jako sumę wymiennych form Ca, Mg, K, Na i kwasowości hydrolitycnej (T1=S1+Y) procent wysycenia kompleksu sorpcyjnego zasadami jako V1=S1/T1*100
W konstrukcji nowego wskaźnika użyto te same cechy gleby które wykorzystano do sformułowania wskaźnika SIG dla obszarów nizinnych i wyżyn zasoby części spławialnych w pedonie gleby (w teranach górskich realnie można uwzględnić 100 cm) zasoby sumy kationów Ca+Mg+K+Na w pedonie gleby do głębokości 100 cm zasoby wodoru całkowitego (kwasowość hydrolityczna) przeliczone na kg części spławialnych w pedonie gleby do głębokości 100 cm zawartość azotu całkowitego podzielona przez proporcję C:N w pierwszym poziomie mineralnym profilu
Liczebność profili w przedziałach głębokości do 75 cm 76-100 cm 101-125 cm 126-150 cm ponad 150 cm 25 123 28 2 2
Zamiana wybranych właściwości gleb na porównywalne wskaźniki z przedziału 1-10 Przedziały wartości poszczególnych parametrów przyjęte do wyznaczania wskaźników W w modelu obliczania SIGgóry (SIGg). Zasoby części spławianych w kg Zasoby sumy kationów S 1 w kg Kwasowość hydrolityczna przeliczona Azot przeliczony zakres W CZS Zakres W S1 Zakres W Y Zakres W N < 20 20-45 46-55 56 75 76-100 101 120 121 250 251-500 501 950 >950 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 < 2,3 2,4 3,6 3,7 5,0 5,1 7,5 7,6 9,5 9,6 13,0 13,1-25,0 25,1 50,0 50,1 350,0 > 350,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > 1,50 1,50 1,11 1,10 1,01 1,00 0,81 0,80 0,61 0,60 0,51 0,50 0,36 0,35 0,21 0,20 0,10 < 0,10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 < 0,002 0,0021-0,003 0,0031-0,0036 0,0037-0,0050 0,0051-0,0065 0,0066-0,0080 0,0081-0,0100 0,0101-0,0150 0,01501-0,020 > 0,02 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Model SIGg dla gleb górskich SIGg = (W CZSg +W S1g +W Yg +W Ng ) W kl W CZSg wskaźnik zasobów frakcji ø<0,02 mm w słupie gleby 1m 3 W S1g wskaźnik zasobów kationów zasadowych w słupie gleby 1m 3 W Yg - wskaźnik kwasowości przeliczonej w słupie gleby 1m 3 W Ng - wskaźnik azotu przeliczonego N 2 /C w pierwszym mineralnym poziomie próchnicznym W kl wskaźnik redukcyjny- klimatyczny określony jako iloraz 650/wysokość położenia punktu w m n.p.m., uwzględniany dla położeń powyżej 650 m n.p.m., do tej wysokości W kl =1
Siedliskowy Indeks Glebowy dla terenów górskich określa ten sam zestaw cech, który był używany do obliczania wskaźnika SIG, na niżu z uwzględnieniem zmienności cech klimatu, jako czynnika modyfikującego potencjał wytwórczy siedliska parametr W kl, który koryguje ostateczną wartość wskaźnika Wkl = iloraz 650/ wysokość położenia punktu w m n.p.m., uwzględniany dla położeń powyżej 650 m n.p.m., do tej wysokości W kl =1
H 100 Bk [m] H 100 Św [m] 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 wysokość n.p.m. [m] 36 32 28 24 20 450 550 650 750 850 950 1050 wysokość n.p.m. (m)
Model SIGg dla gleb górskich z poziomem organicznym o miąższości powyżej 20 cm SIGgo=(W s1go +W Ygo +W Ngo ) 1,333 W kl W S1go wskaźnik zasobów kationów zasadowych w słupie gleby 1m 3 W Ygo - wskaźnik kwasowości przeliczonej w słupie gleby 1m 3, kwasowość hydrolityczna jest dzielona przez 100 W Ng - wskaźnik azotu przeliczonego N 2 /C w pierwszym organicznym poziomie próchnicznym w glebie W kl wskaźnik redukcyjny- klimatyczny określony jako iloraz 650/wysokość położenia punktu w m n.p.m., uwzględniany dla położeń powyżej 650 m n.p.m., do tej wysokości Wkl =1 Sumę wskaźników cząstkowych mnoży się przez 1,333 (współczynnik wynikający z mniejszej ilości danych cząstkowych (3, a nie 4).
Wartości SIGg w kategoriach troficzności siedlisk z podziałem stanowisk na grupy według rodzaju wystawy stoku Kategoria troficzna siedlisk BG, BWG BMG, BMWG LMG LG rodzaj wystawy średnia± odch.st. SIGg Min Max chłodne (N, E, NE) 12 ±4,0 6 18 ciepłe (S, W, SW) 11 ±3,8 7 16 chłodne (N, E, NE) 17 ±4,1 11 27 ciepłe (S, W, SW) 17 ±3,0 11 22 chłodne (N, E, NE) 20 ±4,0 12 26 ciepłe (S, W, SW) 23 ±5,4 9 34 chłodne (N, E, NE) 31 ±4,7 20 37 ciepłe (S, W, SW) 31 ±5,2 23 39
40 35 30 25 SIGg 20 15 10 5 BG, BWG BMG, BMWG LMG LG Trofizm Średnia Średnia±Błąd std Średnia±Odch.std
Wartość wskaźnika SIGg Troficzna odmiana podtypu gleby Diagnoza cząstkowa siedliska według gleby na podstawie SIGg Syntetyczna diagnoza typu siedliskowego lasu 4-6 dystroficzna BG (bór górski) BWG (w reglu górnym) 7-13 dystroficzna BG (bór górski) BWG (w reglu górnym) 14-16 oligotroficzna BMG (bór mieszany górski), BMWG (w reglu górnym) Jeżeli 1 lub 2 diagnozy według roślinności runa oraz cech drzewostanu potwierdzają diagnozę według gleby, siedlisko diagnozuje się jako BG (w reglu dolnym) lub BWG (w reglu górnym) Jeżeli dwie diagnozy wg roślinności wskazują na siedlisko żyźniejsze (BMG, BMWG) siedlisko jest borem górskim lub wysokogórskim wzbogaconym (regradowanym) nie uwzględnionymi w modelu SIG i otrzymuje skrót BGre, BWGre Jeżeli 1 lub 2 diagnozy według roślinności runa oraz cech drzewostanu potwierdzają diagnozę według gleby, siedlisko diagnozuje się jako BG (w reglu dolnym) lub BWG (w reglu górnym) Jeżeli dwie diagnozy wg roślinności wskazują na siedlisko żyźniejsze (BMG, BMWG) to syntetyczną diagnozę należy podnieść o jeden typ i zaliczyć do BMG lub BMWG. Jeżeli 1 lub 2 diagnozy według roślinności runa oraz cech drzewostanu potwierdzają diagnozę według gleby, siedlisko diagnozuje się jako BMG (w reglu dolnym) lub BMWG (w reglu górnym) Jeżeli dwie diagnozy wg roślinności wskazują na siedlisko żyźniejsze (LMG, LG) to siedlisko jest borem mieszanym górskim wzbogaconym (regradowanym) innymi czynnikami nie uwzględnionymi w modeli SIG i otrzymuje skrót BMGre Jeżeli dwie diagnozy wg roślinności wskazują na siedlisko uboższe (BG, BWG) to siedlisko jest borem mieszanym górskim degradowanym i otrzymuje skrót BMGd, BMWGd 17-23 oligotroficzna BMG (bór mieszany górski), BMWG (w reglu górnym) 24-26 mezotroficzna LMG (las mieszany górski) Jeżeli 1 lub 2 diagnozy według roślinności runa oraz cech drzewostanu potwierdzają diagnozę według gleby, siedlisko diagnozuje się jako BMG (w reglu dolnym) lub BMWG (w reglu górnym) Jeżeli dwie diagnozy wg roślinności wskazują na siedlisko uboższe (BG, BWG) to siedlisko jest borem mieszanym górskim degradowanym i otrzymuje skrót BMGd, BMWGd Jeżeli dwie diagnozy wg roślinności wskazują na siedlisko żyźniejsze (LMG, LG) to syntetyczną diagnozę siedliska należy podnieść o jeden typ i zaliczyć do LMG Jeżeli 1 lub 2 diagnozy według roślinności runa oraz cech drzewostanu potwierdzają diagnozę według gleby, siedlisko diagnozuje się jako LMG Jeżeli dwie diagnozy wg roślinności wskazują na siedlisko żyźniejsze (LG) to siedlisko jest lasem mieszanym górskim wzbogaconym (regradowanym) czynnikami nie uwzględnionymi w modelu SIG i otrzymuje skrót LMGre Jeżeli dwie diagnozy wg roślinności wskazują na siedlisko uboższe (BMG) to siedlisko jest lasem mieszanym górskim degradowanym i otrzymuje skrót LMGd
Wartość wskaźnika SIGg Troficzna odmiana podtypu gleby Diagnoza cząstkowa siedliska według gleby na podstawie SIGg Syntetyczna diagnoza typu siedliskowego lasu 27-33 mezotroficzna LMG (las mieszany górski) Jeżeli 1 lub 2 diagnozy według roślinności runa oraz cech drzewostanu potwierdzają diagnozę według gleby, siedlisko diagnozuje się jako LMG Jeżeli dwie diagnozy wg roślinności wskazują na siedlisko uboższe (BMG) to siedlisko jest lasem mieszanym górskim degradowanym i otrzymuje skrót LMGd Jeżeli dwie diagnozy wg roślinności wskazują na siedlisko żyźniejsze (LG) to syntetyczną diagnozę siedliska należy podnieść o jeden typ i zaliczyć do LG 34-40 eutroficzna LG (las górski) Jeżeli 1 lub 2 diagnozy według roślinności runa oraz cech drzewostanu potwierdzają diagnozę według gleby, siedlisko diagnozuje się jako LG Jeżeli dwie diagnozy wg roślinności wskazują na siedlisko uboższe (BMG, LMG) to siedlisko jest lasem górskim degradowanym i otrzymuje skrót LGd