PRÓCHNICZNOŚĆ ORAZ JEJ ZWIĄZKI Z BUFOROWOŚCIĄI SKŁADEM GRANULOMETRYCZNYM GLEB ODŁOGOWANYCH I UŻYTKOWANYCH ROLNICZO

R O C Z N IK I G L E B O Z N A W C Z E T O M I.X N R I W A R S Z A W A 2 0 0 9 : 8 5-9 1 ARKADIUSZ NIEWIADOMSKI, WOJCIECH TOŁOCZKO, ANNATRAWCZYŃSKA PRÓCHNICZNOŚĆ ORAZ JEJ ZWIĄZKI Z BUFOROWOŚCIĄI SKŁADEM GRANULOMETRYCZNYM GLEB ODŁOGOWANYCH I UŻYTKOWANYCH ROLNICZO HUMUS CONTENT AND ITS RELATION WITH BUFFER CAPACITY AND GRANULOMETRIC COMPOSITION IN SOILS OF FALLOWS AND AGRICULTURAL LANDS Katedra Geografii Fizycznej, Zakład Gleboznawstwa i Geoekologii, Uniwersytet Łódzki Abstract: Article presents the results o f research regarding the mutual relations betw een hum us content and granulom etric com position and buffer abilities o f so ils under different land use. Study area w as located on the grounds o f form er open-cast sulphur m ine M ach ów w hich have been reclam ated since the m iddle 70. o f the previous century. M easured properties show ed their variable correlation. The results were described under consideration o f causes. Slow a kluczowe: próchnica, w łaściw ości buforow e, odczyn, użytkow anie ziem i. Keywords: hum us, buffer properties, reaction, land use. WSTĘP Zmienność właściwości gleb zależnie od różnic w zagospodarowaniu wywiera zasadniczy wpływ na ich zdolności produkcyjne, co przekłada się bezpośrednio na wartość ekologiczną i ekonomiczną [Niedźwiecki i in. 1998; Rola 1995]. Wynikiem tego są zróżnicowane właściwości gleby, które w znacznym stopniu zależą od sposobu użytkowania, charakteru prowadzonych zabiegów agrotechnicznych, nawożenia i pielęgnacji [Chodorowski i in. 2001; Domżał i in. 1994; Miklaszewski 1990]. Niewłaściwa gospodarka rolnicza związana z wyjałowieniem gleb oraz niewłaściwym stosowaniem nawozów może niekorzystnie wpłynąć na wspomniane cechy użytkowe. Podobnie negatywnie wpłynąć może oddziaływanie przemysłu i innych gałęzi gospodarki, choćby poprzez dostarczanie do gleb różnego rodzaju zanieczyszczeń. W ten sposób, często w wyniku nieświadomego działania, doprowadza się do istotnych zmian we właściwościach pokrywy glebowej. Na to nakłada się także wyłączanie gleb z użytkowania rolniczego. Wieloletnie odłogowanie może korzystnie wpłynąć na gleby przez zwiększenie zasobności w materię organiczną czy wzrost zawartości niektórych pierwiastków i związków [Barrios i in. 2005; Campbell i in. 1999]. Pozostawienie gleby vw odpoczynku *pozwala także na zmiany właściwości powietrzno-wodnych, sorpcyjnych i buforowych, bowiem zmieniają się także parametry

86 A. Niewiadomski, W Tolociko, A. Traw czy ńska czynników na nie oddziałujących, takich jak: opady; nasłonecznienie, imisja substancji i związków, rozwój strefy korzeniowej [Krężel 1990; Mendoza-Vega, Messing 2005]. Obserwowane są także oddziaływania negatywne, jak chociażby wzrost zakwaszenia czy' zubożenie w przyswajalne formy magnezu, potasu i fosforu [Baran i in. 2001; Strączyńska 2001; Strączyńska i in. 2002; Tomaszkiewicz, Chudecka 2005]. Wszystko to wydatnie przy czynia się do zmian przydatności rolniczej gleb odłogowanych. W tym aspekcie znaczną rolę odgrywa zawartość próchnicy glebowej, która wpływa na szereg właściwości gleb. Ponadto stanowi ona jeden z głównych sorbentów w glebie, dzięki któremu możliwe jest zatrzy mywanie różnego rodzaju substancji i związków [Pokojska 1986]. Celem niniejszych badań było określenie wpływu użytkowania gleby na zmienność jej właściwości i próba uchwycenia zależności zachodzących między próchnicznościągleb a ich zdolnościami buforowymi oraz uziarnieniem, ponadto zwrócenie uwagi na wpływ zabiegów rekultywacyjnych w postaci wapnowania na właściwości buforowe gleb. MATERIAŁ I METODY Obszar badań znajduje się w województwie podkarpackim na południe od Tarnobrzegu. W jego skład wchodzi teren dawnej odkrywkowej kopalni siarki Machów" oraz tereny przyległe. Badania terenowe prowadzono w latach 2004-2007. Opisywany obszar przez lata poddawany był silnej degradacji w zakresie wszystkich elementów środowiska przyrodniczego, a przede wszystkim gleb. Kopalnia Machów'" zakończyła swoją działalność w 1993 roku. a cały teren podlegał rekultywacji m.in. poprzez stosowanie znacznych dawek nawozów wapniowych. Wielkość dawek wapna w pierwszym etapie wapnowania określono na: 200-300 t*ha 1dla pól górniczych i 30-50 t-ha""1(maksymalnie 100 t-ha '1) dla stref sanitarnych pól górniczych i okresowych składowisk siarki. Dla terenów pozostałych dawki uzależniono od procentowej zawartości siarki w glebie [Lekan. Siemion 1975]. Wapnowanie prowadzono dwu- lub trzyetapowo w zależności od zapotrzebowania na wapnowanie gleby. Na terenach znacznie oddalonych od wyrobiska i zakładów' przetwórczych siarki wapnowanie przeprowadzano najczęściej jednokrotnie. Do badań wytypowano tereny użytkowane rolniczo: orne i łąkowe (profile nr 1-4) oraz tereny odłogowane (profile nr 5-8) wyłączone z użytkowania w związku z ich wykupieniem przez kopalnię. Dwie gleby odłogow-ane były ogłowione - pozbawione poziomów próchnicznych. Z poziomów genetycznych wybranych gleb z 8 odkrywek pobrano próbki. W laboratorium oznaczono: skład granulometryczny metodą areometryczno-sitową Cassagrande a w modyfikacji Prószyńskiego: zawartość w ęgla organicznego metodą Tiurina oraz właściwości buforowe wobec kwasów i zasad metodą Arrheniusa. Pojemność buforowa została określona jako powierzchnia pola zawartego pomiędzy krzywymi buforowania poszczególnych próbek gleb a krzywą referencyjną. Dodatkowo celem określenia, która ze zdolności buforowych wykazuje wyższą wartość, obliczono wzajemny stosunek właściwości buforowych wobec kwasów' i zasad. Zależność pomiędzy oznaczonymi właściwościami gleb obliczono za pomocą nieparametrycznego współczynnika korelacji Spearmana przy poziomie istotności a = 0,05.

Próchniczność w związku z buforowością i składem granulometrycznym gleb.. 87 TABELA 1. Skład granulo metryczny badanych gleb TABLE 1. Particle size distribution o f investigated soils Nr profilu Profile N o Poziom genet. Genetic horizon Głębokość Depth [cm] Skład granuk)metr\'czny - % frakcji o średnicy cząstek [mm] Distribution [%] o f fractions with particle size [mm] 1-0.5 0.5-0,25 0.25-0,1 0,1-0.05 0,05-0,02 0,02-0.006 0,006-0.002 <0.002 Gleby odłogowane - Fallows 1 A 0-10 1 o 31 19 22 10 9 6 C 10-28 1 5 30 16 20 11 9 8 II C 28-47 1 2 6 13 33 18 11 16 o III C 47-80 1 4 8 29 20 16 19 80-103 1 2 3 15 16 24 27 12 CG >103 1 1 2 18 15 30 22 11 2 A 0-10 6 30 18 15 9 7 8 7 Bbr 1-48 11 37 18 7 10 2 9 6 9 31 18 13 7 7 6 9 C >48 3 5 8 26 13 19 15 11 3 C l 0-12 11 40 20 2 4 6 10 7 C2 12-54 6 20 13 28 11 7 5 10 C3ox >54 1 5 26 18 5 4 14 27 4 C 0-7 35 43 111 4 1 1 2 3 II C 7-20 8 17 123 21 9 3 8 11 m e 20-43 7 40!32 6 1 3 4 7 IVC >43 9 35 131 6 1 2 5 11 Gleby użytkowane rolniczo - Agriculturally used soils 5 Ap 0-10 8 28 21 6 3 6 10 12 c 10-49 4 29 32 5 3 2 14 11 IICox 49-82 9 35 26 6 3 5 8 8 CG >82 10 29 26 5 4 3 11 12 6 Ap 0-6 3 58 29 2 1 1 2 4 A'Eet 6-20 4 34 125 6 5 12 11 Eet 20-62 3 10 119 5 7 7 26 23 Bt 62-93 1 19 26 6 8 8 17 15 C >93 o 6 5 17 14 21 24 11 7 Ap 0-12 8 10!19 14 12 8 18 11 AC 12-40 9 12 17 12 13 8 14 15 C 40-84 5 85 i 9 0 0 0 0 1 1 1 111 6 o 10 34 35 CGox >84 5 79 I15 0 0 0 1 0 8 Ap 0-5 2 9 124 19 32 5 10 6 C 5-40 0 1!29 15 27 11 12 5 II C 40-65 1 1! 6 13 11 19 34 15 o 3 O 1 4 15 17 23 30 6 m e >65 1 1! 2 10 6 15 43 22

88 A. Niewiadomski, W Tołoczko, A. Trawczyńska TABELA 2. Zawartość próchnicy, pm i zdolności buforowe wobec zasad i kwasów w badanych glebach TABLE 2. Humus content. ph and buffer properties in alkalines and acids o f investigated soils Nr No Poziom C'org genet. Genetic horizon Zawartość próchnicy Humus content ph Powierzchnie buforowania Buffering area [cm2] Stosunek powierz Area relation Gleby odłogowane - Fallows g ' kg 1 14,0 KC1 P N:\OII PilC, P NaOir / P 1ICI 1 A 15.4 26.5 6.8 6.4 15,86 18,79 0.84 C! 6.6 11.4 6.4 5,4 14.93 12.87 1,16 II C 7.0 6.0 14.67 20,97 0.70 III C 7,7 6.7 13.62 38,32 0.36 8.0 7.1 13.77 43.74 0.31 CG 7,9 7.0 15.07 43.04 0.35 2 A :7.0 12.1 8.2 7.3 11.10 42,39 0.26 Bbr 4.8 8.3 7.7 7.5 10,09 41*01 0.25 13.0 5.2 8,0 7.4 11.99 43,74 0.27 C 7.9 7.4 23.32 45.07 0.52 3 C l 2.0 3.4 7.0 6.0 6.10 5.98 1.02 C2 6.4 5.0 19.62 12.72 1.54 C3ox 7.4 6.1 13.26 10,45 1.27 4 C 0.8 1.4 7.6 6.7 8.01 5,09 1,58 II C 5.2 4.3 23.62 8.46 2.79 m e 8.4 7.6 7.64 21,70 0.35 I VC 8.3 7.1 7.39 32.27 0.23 Gleby użytkowane rolniczo - Agriculturally used soil 5 Ap 1.7 2.9 7.6 7.2 7.07 22.04 0.32 C 7.4 6.7 5.73 13,58 0,42 II Cox 6.3 5.8 16.67 15,56 1.07 CG 6.3 5,8 6 Ap 3.1 5.3 7.6 7.4 10.39 41.09 0.25 A/Eet 8.4 14.4 7.6 7.0 7.23 35.75 0.20 Eet 8.2 7,2 7.81 39.17 0.20 Bt 7.8 7.1 15.72 39.06 0.40 C 7.8 7.0 12.73 32.02 0,40 7 Ap 18.3 31.6 7.7 6.7 21.06 26.90 0.78 AC 11.7 20.1 8.2 6.9 17.02 35.66 0.48 C 7.5 7,4 6.61 3,94 1.68 7.8 7.0 10.55 35,35 0.30 CGox 7.0 6.3 6,76 3.85 1.75 8 Ap :17.5 30,1 6,8 6,3 18,00 25.76 0.70 C 1 9.9 17,1 6.5 5.7 19,44 22.62 0.86 II C ; 7.2 12,4 7.6 6.5 14.59 30.04 0.49 8.1 7.2 16.85 40.83 0.41 m e 7.8 7.3 12.10 42.46 0.28

Próchniczność w związku z buforowością i składem granulometrycznym gleb.. 89 WYNIKI I DYSKUSJA Większość badanych gleb stanowiły utwory aluwialne dawnej terasy zalewowej Wisły. Pod względem składu granulometrycznego były to utwory piaszczyste, gliniaste i pylaste, co przedstawiono w tabeli ł. Znaczne domieszki frakcji ilastej, stwierdzone w obrębie kilku profili, pochodzą z rozmycia przez rzekę głównej geomorfologicznej formy terenu zbudowanego z iłów krakowieckich Garbu Tarnobrzeskiego. W badanych próbkach gleb stwierdzono zmienną zawartość węgla organicznego i próchnicy (tab. 2). Wyższa zawartość węgla organicznego (Corg) w profilach 1 i 2, wahająca się w przedziale 3,0-15,4 g-kg wynikała z naturalnych właściwości gleb. Mała zawartość materii organicznej w profilach 3 i 4 (od 0,8 do 2,0 g-kg ]) jest wynikiem degradującego oddziaływania kopalni, bowiem gleby te zostały sztucznie zdekapitowane, a pozyskany z wierzchnich poziomów materiał przeznaczono do rekultywacji zwałow iska zewnętrznego. Profile 5-8 są przykładami gleb terenów rolniczych, wykazujących zmienną intensyfikację użytkowania. Profile 5 i 7 reprezentują gleby orne. zaś 6 i 8 użytki zielone. Zastanawiające są wysokie w artości ph badanych gleb (tab. 2), wahające się w przedziale od 4.3 do 7,6 ph w 1 M KC1, zwłaszcza biorąc pod uwagę wieloletnie oddziaływanie przemysłu siarkowego. Było to spowodowane wapnowaniem, a efekt tego zabiegu uwidoczni! się w wartościach buforowości. Wysycenie gleby związkami wapnia, czego potwierdzeniem są wysokie wartości ph, mogło wpłynąć na pomniejszenie zdolności buforowych wobec zasad, otrzymano stosunkowo małe i bardzo małe powierzchnie buforowania. Odmiennie kształtują się zdolności buforowania w strefie kw asów. Znakomita większość próbek wykazała wyższą zdolność buforowania kw-asów niż zasad (tab. 2), co świadczy o odporności tych gleb na zakw'aszenie. Główną przyczyną tego stanu było stosowanie wapnowania, gdyż węglan wapnia stanowi jeden z głów;nych buforów w glebie, a zakres jego buforowania ujawnia się w przedziale ph 6,2-8.0 [Prusinkiewicz i in. 1992]. TABELA 3. W spółczynniki korelacji między zaw artością próchnicy glebow ej a buforow ością i składem granulometrycznym badanych gleb TABLE 3. Correlation coefficients betw een humus content and buffer capacity7 and granulometric com position o f investigated soils : Zawartość próch n icy..mumus content w glebach i odłogowanych i in fallows w glebach użytkowanych rolniczo in agricultural soils W łaściwości buforowe w obec zasad / in alkaline 0.78* 0.88* Buffer capacity w obec kw asów / in acid 0,46 0,07 Zawartość frakcji piasku / sand [1 0.1 mm ] ; -0.93* 0.46 Content o f fraction pyłu / silt [0.1-0.0 2 mm ] 0.93* 0.80* ilu / clay [< 0.02 mm ] 0.56 0.22 iłu koloidalnego / coloidal clay [< 0.0 0 2 mm ] * wyniki Istotne statystycznie / statistically significant results i 0,13 0.0 4

90 A. Niewiadomski, W. Toiociko, A. Trawczyńska Obliczenie korelacji zarówno dla gleb użytkowanych rolniczo, jak i odłogów wykazało istotną zależność zawartości próchnicy ze zdolnością buforowania wobec zasad oraz zawartością frakcji pyłowej. W przypadku gleb odłogowanych ujemną korelację o bardzo silnym natężeniu uzyskano pomiędzy zawartością próchnicy i frakcją piaszczystą (tab. 3). Związek ten obrazuje negatywny wpływ tej frakcji na możliwość gromadzenia materii organicznej oraz zdolności sorpcyjne. Wpływa to w znacznej mierze na zdolności buforowe gleb, które także zależą od składu granulometrycznego [Jaworska i in. 2005; Niewiadomski 2006; Miechówka, Mikołajczyk 1994] i odczynu [Sas i in. 1999]. Nie stwierdzono istotnych związków/ korelacyjnych między próchnicznością gleb a zawartością frakcji ilastej, często podkreślanych jako prawidłowość. Wyjaśnieniem tego stanu może być duża zmienność zawaitości tej frakcji względem uwarunkowanej lokalnie ilości materii organicznej oraz przekształceniami wywołanymi choćby poprzez usunięcie warstwy próchnicznej z niektórych profili glebowych. WNIOSKI 1. Zawartość próchnicy w glebach odłogowanych wykazała silniejsze zależności z właściwościami buforowymi i składem granulometrycznym niż w glebach użytków rolniczych. Najbardziej związki te uwidaczniają się w korelacji zawartości próchnicy z frakcją pyłową oraz buforowością wobec zasad. 2. Degradacja pokrywy glebowej przez oglowienie bądź wyjałowienie i związany z tym spadek zasobności gleb w próchnicę przyczyniły się do pomniejszenia zdolności buforowych takich gleb. 3. Gleby odłogowane pozbawione warstwy próchnicznej wykazały w znacznej części wyższą zdolność buforowania substancji kwaśnych. Wapnowanie gleb wpłynęło na wzrost ich zdolności buforowania wobec kwasów, przez co zwiększyła się odporność gleb na zakwaszenie. 4. Rodzaj użytkowania (orne, łąki) wykazał charakterystyczny wpływ na badane właściwości gleb. Gleby orne charakteryzujące się wyższą zaw artością próchnicy glebowej wykazały większą zdolność buforowania wobec zasad w porównaniu z glebami użytkowanymi jako łąki. Zawartość próchnicy w' badanych glebach ornych była w większym stopniu związana z zawartością frakcji ilastej i pyłowej. LITERATURA BARAN S.. W ÓJCIKOW SKA-KAPUSTA A.. JAWORSKA B., BARANOW SKA E. 2001: W pływ odłogowania gleb lekkich na kształtowanie się zawartości magnezu. Acia Agrophvsica 56: 31-36. BARRIÓS E.. CO BO J. Ci.. RAO I. M.. J. THOMAS R. J.. AMEZQUITA E.. JIMENEZ J. J., RON- DON M. A. 2005: Fallow management for soil fertility recover) in tropical Andean agroecosystems in Colombia. Agriculture, Ecosystems and Environment 110: 29-42. CAMPBELL C. A.. BIEDERBECK V. O., MCCONKEY B. G.. CURTIN D.. ZENTNER R. P. 1999: Soil quality - Effect o f tillage and fallow frequency. Soil organic matter quality as influenced by tillage and fallow frequency in a silt loam in southwestern Saskatchewan. Soil Biolog}1and Biochemistry i \ \ 1-7. CHODOROWSKI L DĘBICKI R.r SMALEJ M. 2001: Acidity and buffering properties o f selected soil tvpes o f the Lasv Janowskie landscape park. Acta Agrophvsica 50: 59-70. DOM ŻAL IT. HODARA J., SLOW1ŃSKA-JURKIEW1CZ A. 1994: The reaction and some properties o f soils under different land use. Zesz. Probl. Post. NaukRol. 413: 89-98.

Próchniczność w związku z buforowością i składem granulometrycznym gleb.. 91 JAWORSKA IŁ. DĄBKOW SKA-NASKRĘT IŁ, MALCZYK P. 2005: Buffer properties o f soils with regard to their vulnerability to degradation. Chemia i Inżynieria Ekologiczna 12 (3): 231-239. KRĘŻEL R. 1990: Dynamika zmian właściwości fizycznych gleby lekkiej w różny sposób użytkowanej. Zesz. Prohl. Post. Nauk Roi. 376: 25-30. LEKAN S.. SIEMION S. 1975: Rekultywacja i zagospodarowanie gleb zdewastowanych przez górnictwo siarkowe. W: Materiały Sympozjum Rekultywacja terenów zdewastowanych. 2 3-2 4 maja 1975, Sandomierz: 1-13. M ENDOZA-VEGA J.. MESSING 1. 2005: The influence o f land use and fallow period on the properties o f two calcareous soils in the humid tropics o f southern M exico. Catena 60: 279-292. MIECHÓWKA A.. MIKOŁAJCZYK J. 1994: Buffer ability o f Podhale soils. Zesz. Prohl. Post. Nauk Rol. 413:2 2 1-2 2 9. MIKLASZEWSKI S. 1990: Wplvw różnych sposobów użytkowania gleby piaszczystej na jej chemiczne i biologiczne właściwości. Zesz. Prohl.Post. Nauk Roi. 376: 39-45. NIEDŹWIECKI E.. MELLER E.. MALINOWSKI R. 1998: Wartość i przydatność rolnicza odłogowanych gleb Pomorza Zachodniego. Bibliotheca Fragmenta Agronomica 5: 35-43. NIEWIADOMSKI A. 2006: Sorpcyjne i buforowe właściwości gleb okolic zbiornika wodnego po wyrobisku siarki w Machowie. Materiały I Ogólnopolskiej Konferencji Geografów-Doktorantów. 12-14 czerwca 2006, Lublin: 79-84. POKOJSKA li. 1986: Rola próchnicy w kształtowaniu odczynu, właściwości buforowych i pojemności jonowymiennej gleb leśnych. Rocz. Glebozn. 37 (2/3): 249-262. PR U S IN KI EW ICŻ Z.. KWIATKOWSKA A.. POKOJSKA IJ. 1992: Zmiany odczynu i buforowość gleb w świetle kilkuletnich symulacyjnych doświadczeń terenowych nad skutkami kwaśnych deszczów. Rocz. Glebozn. 43 (1/2): 5-21. ROLA J. 1995: Ekologiczno-gospodarcze skutki ugorów i odłosów w Polsce. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 4 1 8 :3 7-4 3. SAS L., MERCIK S.. MATYSIAK B. 1999: Rola rizosfery w mineralnym odżywianiu sie roślin. Post Nauk Roln. 6: 27-37. STRĄCZYŃSKA S. 2001: The effects o f leaving fields fallow upon selected fertility elements in soil. Acta Agrophvsica 52: 265-270. STRĄCZYŃSKA S.. STRĄCZYŃSKI S.. KOCOWICZ A. 2002: Zakwaszenie gleb odłogowanych i użytkowanych rolniczo. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 484: 507-512. TOMASZEW1CZ T. CHIJDECKA J. 2005: Wpływ sposobu użytkowania na właściwości gleb rdzawych: odłogowanej oraz użytkowanej rolniczo w m iejscowości Ginawa (woj. zachodniopomorskie). Iniymieria Rolnicza 4 (64): 311-320. A. Niewiadomski 90-139 Łódź. ul. Narutowicza 88, e-m a il: arek_n i ew-'a} in ter i a.pl