Rola monokultur ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE sosnowych w kszta³towaniu TOM LXII NR zasobów 2 WARSZAWA wêgla 2011: organicznego... 395-405 395 MARCIN ŒWITONIAK 1, PIOTR HULISZ 1, IZABELA KA UCKA 2, SZYMON RÓ AÑSKI 3 ROLA MONOKULTUR SOSNOWYCH W KSZTA TOWANIU ZASOBÓW WÊGLA ORGANICZNEGO W GLEBACH ZWA OWISKA ZEWNÊTRZNEGO KWB BE CHATÓW ROLE OF SCOTS PINE MONOCULTURES ON THE FORMATION OF ORGANIC CARBON RESOURCES IN SOILS ON AN EXTERNAL DUMPING GROUND OF THE BE CHATÓW OPEN-CAST LIGNITE MINE 1 Zak³ad Gleboznawstwa, Uniwersytet Miko³aja Kopernika w Toruniu 2 Katedra Algologii i Mikologii, Uniwersytet ódzki 3 Katedra Gleboznawstwa i Ochrony Gleb Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy Abstract: The research was conducted on the area of reclaimed external dumping ground of the Be³chatów open-cast lignite mine in Poland covered by Scots pine monocultures of variable age (5-19 years). The study was focused on determining the influence of pine monocultures on soil organic carbon accumulation. Two types of soil horizons with accumulation of organic matter were distinguished. Dense organic horizons (Ol) were formed only under 9-year old and older tree stands. Mineral horizons with humified organic matter () were characterized by greater thickness and higher content of organic carbon in comparison to other initial sandy soils of natural origin. Total organic carbon resources in the studied pedons ranged between 1.09 kg m -2 and 2.80 kg m -2. Scots pine litterfall was not the only source of organic matter. Great majority of humus in some horizons could come from anthropogenic deposition, which was confirmed by the specific soil morphology and weak correlation between the age of the pine forest stands and the organic carbon resources in the horizons. S³owa kluczowe: gleby antropogeniczne, grunty zdegradowane, rekultywacja biologiczna, sosna zwyczajna, industrioziemy, zasoby wêgla organicznego Key words: anthropogenic soils, biological reclamation, degraded soils, Scots pine, Technosols, soil organic carbon resources
396 M. Œwitoniak, P. Hulisz, I. Ka³ucka, S. Ró añski WSTÊP Jednym z podstawowych, negatywnych aspektów dzia³alnoœci górnictwa odkrywkowego jest dewastacja pierwotnej pokrywy glebowej na znacznych obszarach. Przekszta³cenia powierzchni ziemi zwi¹zane z pracami ziemnymi (tworzenie zwa³owisk, wyrobisk) prowadz¹ do ca³kowitego, mechanicznego niszczenia gleb, okreœlanego mianem degradacji geomechanicznej [Karczewska 200 Orzechowski i in. 2008]. Efektem tych przekszta³ceñ jest powstawanie terenów bezglebowych, klasyfikowanych jako grunty zdegradowane i zdewastowane. Ca³kowita powierzchnia tych rejonów w Polsce w 2009 roku wynosi³a ponad 60 tys. hektarów [Ochrona Œrodowiska 2010], przy czym blisko 20% tej powierzchni zwi¹zana by³a z dzia³alnoœci¹ przemys³u wydobywczego. Efektem geomechanicznej degradacji gleb jest wiêc nie tylko uszczuplenie area³u gleb wykorzystywanych na cele rolnicze i leœne, ale tak e zachwianie równowagi ekologicznej. Doprowadzenie do sprawnego funkcjonowania nowych ekosystemów wymaga przeprowadzenia prac rekultywacyjnych, których g³ównym zadaniem jest w³aœciwe ukierunkowanie i znaczne przyspieszenie procesów glebotwórczych, zachodz¹cych w surowych utworach bezglebowych. Podstawow¹ cech¹ wyró niaj¹c¹ utwory bezglebowe jest brak poziomów powierzchniowych, zawieraj¹cych materiê organiczn¹. Warunkiem odtworzenia pokrywy glebowej i nadania jej podstawowych funkcji ekologiczno-produkcyjnych jest stymulacja akumulacji próchnicy glebowej na drodze rekultywacji technicznej i biologicznej. Na istotn¹ rolê zabiegów rekultywacyjnych, w kszta³towaniu w³aœciwoœci poziomów powierzchniowych gleb powstaj¹cych na obszarach pogórniczych, zwrócili uwagê m.in. Gilewska i Otremba [2005], Paj¹k i Krzaklewski [2006] oraz Nietrzeba-Marcinonis [2008]. W tym kontekœcie wa nym czynnikiem wydaje siê tak e w³aœciwy dobór kierunku zagospodarowania terenów poprzemys³owych, gwarantuj¹cy odpowiedni przyrost zasobów glebowej materii organicznej. Zwa³owisko zewnêtrzne Kopalni Wêgla Brunatnego Be³chatów zosta³o ju ca³kowicie zrekultywowane i zagospodarowane w kierunku leœnym [Uberman, Ostrêga 2004]. W materiale nadk³adowym zwa³owiska dominuj¹ utwory o gruboziarnistym, piaszczystym uziarnieniu. S¹ to utwory bardzo s³abo produktywne, o niewielkiej przydatnoœci rekultywacyjnej, co by³o jednym z czynników decyduj¹cych o zastosowaniu leœnego kierunku zagospodarowania omawianego terenu. Do zalesienia wykorzystano ró ne gatunki drzew, dominuj¹ jednak drzewostany sosnowe. W³aœciwy dobór roœlin i kszta³towanie po ¹danych zespo³ów roœlinnych, które spe³niaj¹ zarówno funkcjê glebotwórcz¹ jak i ochraniaj¹c¹ zrekultywowanego obszaru, pozwala na maksymalne skrócenie czasu potrzebnego do powstania gleb. Celem przeprowadzonych badañ by³o okreœlenie wp³ywu monokultur sosnowych na tempo akumulacji zasobów wêgla organicznego w glebach zrekultywowanego zwa³owiska zewnêtrznego KWB Be³chatów. Prezentowane wyniki badañ gleboznawczych stanowi¹ czêœæ projektu KBN nr 3 P04G 031 23 pt. Grzyby ektomikoryzowe sosny i ich znaczenie w procesie zalesiania obszarów porolnych i poprzemys³owych, realizowanego w latach 2002-2006. W szerszym zakresie zostan¹ one przedstawione w nastêpnych publikacjach. MATERIA I METODY Badania przeprowadzono w 2005 roku na terenie zewnêtrznego zwa³owiska nadk³adu KWB Be³chatów, które powsta³o latach 1977-1994 w wyniku nieselektywnego z³o enia 1300 mld m 3 nadk³adu, zdjêtego z pierwszej odkrywki we wschodniej czêœci z³o a wêgla
Rola monokultur sosnowych w kszta³towaniu zasobów wêgla organicznego... 397 brunatnego. Do jego budowy wykorzystano przede wszystkim osady plejstoceñskie, m.in. piaski fluwioglacjalne, osady py³owe, i³y warwowe, gliny zwa³owe, a tak e utwory neogenu reprezentowane g³ównie przez utwory piaszczyste i wirowe [Paj¹k i in. 2004]. Zwa³owisko ma powierzchniê podstawy 1,5 tysi¹ca ha, wysokoœæ wzglêdn¹ 180-195 m i wierzchowinê o powierzchni 500 ha. W niektórych miejscach, utlenianie pirytu (FeS 2 ) charakterystycznego dla osadów trzeciorzêdowych, mog³o spowodowaæ zakwaszenie substratu glebowego. Materia³y o takich w³aœciwoœciach wymaga³y neutralizacji [Kowalik i in. 1999]. Po ukszta³towaniu terenu zwa³owiska przeprowadzono zabiegi rekultywacji biologicznej. Przyk³adowo, w obrêbie pó³nocnego zbocza by³o to wprowadzenie roœlinnoœci zielnej (z dominacj¹ traw i roœlin motylkowych), drzewiastej oraz nawo enie mineralne [Paj¹k, Krzaklewski 2006]. Tak przygotowane powierzchnie przekazywano do zalesienia Regionalnej Dyrekcji Lasów Pañstwowych w odzi. Jako g³ówny gatunek lasotwórczy zastosowano sosnê zwyczajn¹ (Pinus sylvestris). Najstarsze uprawy sosny zosta³y za³o one ju w 1987 roku, szeœæ lat przed zakoñczeniem usypywania zwa³owiska. Badaniami objêto szeœæ stanowisk charakteryzuj¹cych siê zró nicowanym wiekiem monokultur sosnowych od 5 do 19 lat (rys. 1). Symbole stanowisk odnosz¹ siê do wieku sosny (WS), i tak np. WS5 oznacza drzewostan 5-letni. Drzewostany sosnowe badanych stanowisk charakteryzuj¹ siê dobr¹ dynamik¹ wzrostu i korzystnymi parametrami biometrycznymi [Jagodziñski, Ka³ucka 200 2010]. Ze wszystkich poziomów genetycznych badanych gleb pobrano próbki w celu wykonania analiz laboratoryjnych. W pobranym materiale glebowym oznaczono: uziarnienie metod¹ areometryczn¹ Bouyoucosa w modyfikacji Casagrande a i Prószyñskiego oraz metod¹ sitow¹, gêstoœæ objêtoœciow¹ metod¹ suszarkowo-wagow¹, wêgiel organiczny (Corg) metod¹ Tiurina (próbki mineralne) i Altena (próbki organiczne), azot (Nt) metod¹ Kjeldahla, ph gleby w H 2 O i w KCl o stê eniu 1 mol dm -3 oraz zawartoœæ CaCO 3 metod¹ Scheiblera. Zasoby wêgla organicznego (Z Corg ) w poziomach próchnicznych i organicznych obliczono wed³ug nastêpuj¹cego wzoru [Bednarek i in. 2004, zmienione]: Z Corg [kg m -2 ] = (h D Corg) / 100 gdzie: h mi¹ szoœæ poziomu [cm] D gêstoœæ objêtoœciowa [g cm -3 ] Corg zawartoœæ wêgla organicznego [g kg -1 ] Uzyskane wyniki pos³u y³y do obliczenia wspó³czynnika korelacji Pearsona (r) pomiêdzy wiekiem drzewostanów a zasobami wêgla organicznego w poziomach Ol i. (program Statistica). Uziarnienie utworów mineralnych zosta³o okreœlone wed³ug PTG z 2008 roku [Kaba³a i in. 2009]. WYNIKI I DYSKUSJA Gleby wystêpuj¹ce w obrêbie powierzchni badawczych odznacza³y siê ma³o skomplikowan¹ sekwencj¹ poziomów genetycznych, charakterystyczn¹ dla gleb rekultywowanych zwa³owisk (rys. 2 a i b). Stropowe partie mineralnej czêœci gleb stanowi³y poziomy próchniczne () o mi¹ szoœci od kilku do kilkunastu centymetrów i ostrej granicy dolnej. Bezpoœrednio pod poziomami próchnicznymi wystêpowa³y ska³y macierzyste (Can) nie wykazuj¹ce adnych cech zwi¹zanych z pedogenez¹. Zwarte poziomy organiczne (Ol) odnotowano jedynie na stanowiskach poroœniêtych starszymi drzewostanami sosnowymi. Poziomy te mia³y niewielk¹ mi¹ szoœæ i zbudowane by³y g³ównie ze s³abo
398 M. Œwitoniak, P. Hulisz, I. Ka³ucka, S. Ró añski RYSUNEK 1. Lokalizacja stanowisk badawczych FIGURE 1. Location of the study sites RYSUNEK 2. Morfologia wybranych profili glebowych FIGURE 2. Morphology of selected soil profiles
Rola monokultur sosnowych w kszta³towaniu zasobów wêgla organicznego... 399 TABELA 1. Wybrane w³aœciwoœci badanych gleb TABLE 1. Selected properties of studied soils Stanowisko Site WS5 WS8 WS10 WS14 WS16 WS19 Z Z C org C org Poziom genetyczny Horizon G³êbokoœæ Depth [cm] ph H 2 O KCl CaCO C 3 org 1 [ g kg - ] Nt C: N Z Corg 2 [ kg m 0-10 2 7, 8 8 7, 8 0,55 14 1,19 Can > 10 8 3 12 1, 6 0,07 23 0-13 3 7, 8 17 5, 9 0,47 13 1,27 Can > 13 9, 1 7 10 0, 1 0,02 0-7 4, 2 3, 2 7 0,31 28 0,95 Can > 7 4, 5 3, 6 0, 8 0,07 roz³o onego opadu sosnowego. Zgodnie z miêdzynarodow¹ klasyfikacj¹ WRB [IUSS Working Group WRB 2007] gleby wytworzone przez cz³owieka i zawieraj¹ce artefakty, w tym przypadku zredeponowane antropogenicznie ska³y pochodz¹ce z nadk³adu, klasyfikowane s¹ jako Technosols. Uziarnienie materia³u skalnego stanowi bardzo wa n¹ cechê bran¹ pod uwagê przy okreœlaniu przydatnoœci rekultywacyjnej i doborze kierunku zagospodarowania terenu zwa³owiska. W przypadku badanych gleb, dominowa³y utwory reprezentuj¹ce ró ne grupy granulometryczne piasków od piasków luÿnych po piaski gliniaste. Jedynie w dwóch przypadkach (na stanowisku z 10- i 19-letni¹ sosn¹) odnotowano wystêpowanie poziomów niewielkiej mi¹ szoœci o uziarnieniu glin (rys. 3). Zgodnie z klasyfikacj¹ Skawiny s¹ to grunty potencjalnie produktywne, na których mo liwa jest rekultywacja rolna lub leœna pod warunkiem wczeœniejszego zastosowania intensywnych zabiegów melioracyjnych [Skawina 1968]. W tabeli 1 przedstawiono wybrane w³aœciwoœci fizykochemiczne i chemiczne badanych gleb. By³y to generalnie gleby zasadowe (ph-h 2 O 0-9,1 i ph-kcl 7,3-7) o zawartoœciach CaCO 3 mieszcz¹cych siê w zakresie od 6 do 72 g kg -1. Obecnoœæ wêgla- Ol ( 0,5)-0 4, 5 4, 0 509 6,34 80 0,14 Ol ( 1)-0 4, 7 4, 2 504 10, 6 48 0,32 0-15 5 1 40 3, 2 0,17 19 0,79 Can > 15 6 2 43 1, 5 0,06 25 Ol 1-0 4, 8 4, 3 548 98 61 0,56 0-12 5 7, 8 35 3, 2 0,14 23 0,60 Can > 12 7 0 6 0, 5 0,04 Ol 1-0 5, 3 4, 7 521 9,74 53 0,70 0-17 0 7, 6 13 2 0,55 15 2,10 Can1 17-33 5 7, 9 32 2, 4 0,18 13 Can2 33-45 1 7, 3 0 1, 6 0,12 13 Can3 > 45 8 7, 9 0 0, 2 0,04 zasoby wêgla organiczneg o organic carbon stocks - ]
400 M. Œwitoniak, P. Hulisz, I. Ka³ucka, S. Ró añski RYSUNEK 3. Uziarnienie badanych gleb wed³ug klasyfikacji uziarnienia gleb i utworów mineralnych PTG (2008) [Kaba³a i in. 2009] FIGURE 3. Texture of the investigated soils according to PTG (2008) soil textural classes classification [Kaba³a et al. 2009] nów oraz zasadowy odczyn powierzchniowych utworów zwa³owiska by³y zapewne zwi¹zane z genez¹ materia³u wykorzystanego do budowy zwa³owiska. Poziomy organiczne badanych gleb charakteryzowa³y siê natomiast znacznym zakwaszeniem (ph-h 2 O 4,5-5,3 i ph-kcl 4,0-4,7). Niskie wartoœci ph stwierdzono tak e lokalnie w poziomach mineralnych gleb na stanowisku WS10. Mo e to sugerowaæ obecnoœæ na powierzchni niedostatecznie zneutralizowanych osadów pliocenu. Bior¹c pod uwagê analizowane podstawowe w³aœciwoœci utworów powierzchniowych mo na stwierdziæ, e wybrany leœny kierunek zagospodarowania rekultywowanego obszaru jest w pe³ni uzasadniony. W pedonach objêtych badaniami wyró niono dwa ró ne typy poziomów zawieraj¹cych glebow¹ materiê organiczn¹ poziomy ektopróchniczne (Ol) i endopróchniczne (). Ektopróchnicê reprezentowa³y s³abo roz³o one szcz¹tki organiczne z opadu drzewostanów sosnowych na powierzchni gleb. W przypadku stanowisk WS5 i WS8 drzewostany by³y na tyle m³ode, e szcz¹tki roœlinne nie tworzy³y zwartych i ci¹g³ych poziomów organicznych. Wystêpowa³y one jedynie jako soczewkowate nagromadzenia materia³u surowinowego o niewielkiej powierzchni i z tego powodu nie zosta³y objête dalszymi analizami. Poziomy organiczne o charakterze zwartych i ci¹g³ych podpoziomów surowinowych (Ol) wytworzy³y siê pod drzewostanem 10-letnim i na wszystkich stanowiskach poroœniêtych starszymi monokulturami sosnowymi. Zawartoœæ wêgla organicznego w poziomach Ol waha³a siê w w¹skim przedziale miêdzy 504 a 548 g kg -1, co jest typowe dla tego typu podpoziomów zbudowanych prawie wy³¹cznie z organicznego materia³u
Rola monokultur sosnowych w kszta³towaniu zasobów wêgla organicznego... 401 surowinowego z niewielk¹ domieszk¹ czêœci mineralnych [Plichta 1981]. Pod wzglêdem zawartoœci azotu ogó³em w poziomach Ol wiêkszoœæ badanych gleb nie wykazywa³a znacz¹cego zró nicowania (49-10,6 g kg -1 ). Jedynie w profilu WS10 odnotowano stosunkowo niewielk¹, w porównaniu z pozosta³ymi glebami i wynikami innych autorów [Paj¹k, Krzaklewski 2006], zawartoœæ tego pierwiastka (6,34 g kg -1 ). Drugim typem poziomów genetycznych zawieraj¹cych znaczne iloœci materii organicznej by³y antropogeniczne próchniczne poziomy mineralne (). Znajdowa³y siê one bezpoœrednio na powierzchni gleb lub pod organicznymi poziomami surowinowymi. Poziomy próchniczne odznacza³y siê wyraÿnym zró nicowaniem mi¹ szoœci (od 7 do 17 cm), zawartoœci wêgla organicznego (3,2-7 g kg -1 ) i azotu ogó³em (0,14-0,55 g kg -1 ). W porównaniu z glebami zwa³owiska, badanymi przez Paj¹ka i Krzaklewskiego [2006], s¹ to wartoœci ponad dwukrotnie ni sze. G³ównym Ÿród³em wêgla organicznego w glebach leœnych jest opad roœlinny oraz obumieraj¹ce korzenie i inne czêœci podziemne roœlin. W pocz¹tkowej fazie rozwoju gleb dochodzi do stopniowego zwiêkszania zasobów próchnicy a do osi¹gniêcia stanu równowagi (zapasu granicznego próchnicy) miêdzy dop³ywem szcz¹tków organicznych a tempem mineralizacji. Stan, w którym zasoby próchnicy w glebie oscyluj¹ wokó³ ich maksymalnej zawartoœci, mo liwy jest dopiero po kilkudziesiêciu latach rozwoju procesów glebotwórczych i zespo³ów roœlinnych [Jenny 1980, Plichta 1981]. Ze wzglêdu na m³ody wiek drzewostanów porastaj¹cych badane gleby, zasoby wêgla organicznego nie osi¹gnê³y jeszcze swej maksymalnej zawartoœci. W glebach o charakterze naturalnym, w okresie przed osi¹gniêciem zapasu granicznego próchnicy, tempo akumulacji tego pierwiastka mo e byæ okreœlone na podstawie zró nicowania jego zasobów pomiêdzy ró nowiekowymi stanowiskami. Wydaje siê, e w przypadku analizowanych gleb, zasoby wêgla organicznego w poziomach próchnicznych nie by³y zwi¹zane jedynie z rozk³adem szcz¹tków porastaj¹cych je drzewostanów sosnowych. Œwiadczy o tym stwierdzony statystycznie brak powi¹zañ pomiêdzy wiekiem monokultur sosnowych porastaj¹cych badane gleby a wielkoœci¹ zasobów wêgla organicznego w poziomach (r = 0,24; nieistotny statycznie) (rys. 4). Najmniejsze zasoby stwierdzono na stanowisku WS16 (0,60 kg m -2 ), a najwiêksze na WS19 (2,10 kg m -2 ). Wynika to ze znacznego zró nicowania zarówno mi¹ szoœci poziomów, jak i zawartoœci wêgla organicznego. Zasobnoœæ omawianych poziomów w próchnicê glebow¹ by³a zbli ona do wartoœci charakterystycznych dla dojrza³ych gleb p³owych zbrunatnia³ych, bielicowo-rdzawych [Pokojska 1992] czy glejobielicowych murszastych [Dziadowiec 1979], powstaj¹cych w wyniku zdecydowanie d³u szej pedogenezy. W niektórych miejscach (profile WS WS10, WS16 i WS19) morfologia poziomów próchnicznych (), a szczególnie ich mi¹ szoœæ, barwa, homogenicznoœæ, ostra granica dolna (rys. 2a) oraz zawartoœæ Corg mog¹ wskazywaæ na fakt, e zosta³y one wzbogacone antropogenicznie w materia³ organiczny. Z drugiej strony nale y jednak zwróciæ uwagê, e w obrêbie zwa³owiska wystêpowa³y tak e gleby, w których poziomy próchniczne w niewielkim stopniu ró ni³y siê morfologicznie od ska³y macierzystej (profile WS5 i WS14, rys. 2b). Uzyskane wyniki pozwalaj¹ przypuszczaæ, e na zawartoœæ wêgla organicznego w poziomach powierzchniowych nie mog³a w znacz¹cym stopniu wp³yn¹æ substancja lignitowa. W badanym materiale glebowym nie by³a ona widoczna makroskopowo. Tego typu wzbogacenie w Corg rekultywowanych terenów pogórniczych na zwa³owisku KWB Turów w Bogatyni zosta³o natomiast stwierdzone przez Wójcika i Krzaklewskiego [2009]. Substancja lignitowa wystêpuj¹ca w utworach zwa³owiskowych
402 M. Œwitoniak, P. Hulisz, I. Ka³ucka, S. Ró añski poziomy o poziomy poziomy o poziomy RYSUNEK 4. Wykres zale noœci pomiêdzy wiekiem drzewostanu oraz zasobami wêgla organicznego. Wspó³czynniki korelacji Pearsona (r) dla poziomów O, i zasobów ca³kowitych wynosi³y odpowiednio: 0,98 przy p<0,01; 0,24 przy p<0,05 (nieistotny statystycznie) oraz 0,62 z p<0,05 (nieistotny statystycznie) FIGURE 4. The relationship between the age of pine forest stands and the organic carbon stocks. Pearson correlation coefficients (r) for O, horizons and total stocks: 0.98 at p <0.01 and 0.24 at p <0.05 (statistically insignificant) and 0.62 p <0.05 (statistically insignificant) KWB Turów wp³ynê³a na znaczne podwy szenie zawartoœci Corg w poziomach ska³y macierzystej (od 4,6 do 13,2%) i co siê z tym wi¹ e na bardzo wysokie wartoœci stosunku C:N, nawet do 86. W badanych glebach wartoœci C:N w poziomach mineralnych by³y znacznie ni sze (13-28). W wiêkszoœci przypadków poziomy Can charakteryzowa³y siê tak e niewielk¹ zawartoœci¹ Corg (tab. 1). W przypadku omawianych gleb, akumulacja próchnicy pochodz¹cej z mineralizacji i humifikacji powierzchniowego materia³u organicznego, mog³a byæ dodatkowo stymulowana kwaœnym odczynem poziomów Ol. Jej przemieszczanie w g³¹b profilu by³o natomiast zahamowane przez przewa aj¹cy zasadowy odczyn poziomów mineralnych gleb. Brak danych na temat zawartoœci wêgla organicznego w poziomach mineralnych przed nasadzeniami sosny, uniemo liwia oszacowanie wp³ywu drzewostanów na wielkoœæ zasobów tego pierwiastka w poziomach próchnicznych. Na podstawie badañ przeprowadzonych przez innych autorów [Stachowski, Szafrañski 2006] mo na jedynie stwierdziæ, e wzrost iloœci materii organicznej na obszarach pogórniczych w pierwszych latach rekultywacji jest niewielki. Monokultury sosnowe mia³y niew¹tpliwie determinuj¹cy wp³yw na zasoby wêgla organicznego w poziomach ektopróchnicznych Ol (tab. 1). Œwiadczy o tym wyj¹tkowo wysoki wspó³czynnik korelacji miêdzy wielkoœci¹ tych zasobów a wiekiem drzewostanów (r = 0,98 z p<0,01). Najwiêkszymi zasobami (0,70 kg m -2 ) odznacza³ siê poziom Ol pod drzewostanami 19-letnimi. Najmniejsze zasoby (0,14 kg m -2 ) odnotowano natomiast na stanowisku WS10. Nale y zaznaczyæ, e w przypadku najm³odszych drzewostanów (WS5, WS8) wielkoœæ tych zasobów nie zosta³a okreœlona ze wzglêdu na nieci¹-
Rola monokultur sosnowych w kszta³towaniu zasobów wêgla organicznego... 403 g³y charakter poziomów organicznych. Przybli one tempo akumulacji wêgla organicznego w poziomach Ol pod drzewostanami w wieku 10-19 lat wynios³o ok. 0,06 kg m -2 rok -1. Wartoœæ ta jest nawet dwukrotnie wy sza w porównaniu z tempem akumulacji materii organicznej pod drzewostanami sosnowymi w glebach brunatnych i p³owych na terenie po³udniowych Niemiec [Prietzel i in. 2006]. Stosunkowo szybka akumulacja materii organicznej na powierzchni analizowanych gleb, mog³a mieæ zwi¹zek z wolniejszym tempem mineralizacji œwie ego opadu w glebach zwa³owiska, wynikaj¹cym z ich m³odego wieku. Tempo to stymulowane jest iloœci¹ materia³u organicznego dop³ywaj¹cego na powierzchniê gleby. Drzewostany sosnowe porastaj¹ce analizowane stanowiska nie osi¹gnê³y jeszcze dojrza³oœci, przez co masa opadu roœlinnego dochodz¹cego na powierzchniê gleb by³a stosunkowo niewielka. Jak wykaza³y badania Dziadowiec i Kaczmarek [1997] dojrza³e monokultury sosnowe z terenów pojeziernych Ni u Polskiego produkuj¹ ok. 0,35 kg m -2 rok -1 opadu roœlinnego. Po przeliczeniu na zawarty w nich wêgiel organiczny jest to oko³o trzykrotnie wiêcej, ani eli wynosi roczne tempo akumulacji tego pierwiastka w badanych glebach zwa³owiska, co wi¹ e siê z ró nicami w iloœci produkowanego opadu roœlinnego w obu porównywanych przypadkach. Potwierdza to równie niewielkie tempo akumulacji wêgla organicznego w pierwszych latach wzrostu sosny. Poniewa pod 10-letnim drzewostanem zasoby wêgla w poziomach surowinowych wynosi³y jedynie 0,14 kg m -2, tempo akumulacji musia³o wynosiæ œrednio 0,014 kg m -2 rok -1, czyli oko³o 4-krotnie mniej ni w okresie 10-19 lat. Jak podaje Nietrzeba-Marcinonis [2008], dynamika procesów akumulacji poziomów organicznych na zrekultywowanych terenach zwa³owiska KWB Turów jest zdecydowanie wiêksza. Wystêpuj¹ tam gleby, w których ju po 16 latach od nasadzeñ ró nych gatunków drzew, mi¹ szoœæ poziomów organicznych osi¹gnê³a nawet 20 cm. W œwietle uzyskanych wyników trudno siê z tym faktem zgodziæ. Ca³kowite zasoby wêgla organicznego (Ol+) w badanych pedonach mieszcz¹ siê w przedziale od 1,09 na stanowisku WS10 do 2,80 kg m -2 na stanowisku WS19 (rys. 4). W porównaniu z zasobami wêgla w glebach w pe³ni rozwiniêtych, znajduj¹cych siê pod drzewostanami sosnowymi, s¹ to niewielkie wartoœci [Plichta 1981; Dziadowiec, Kaczmarek 1997; Prietzel i in. 2006]. Nale y jednak zaznaczyæ, e ca³kowite zasoby wêgla w glebach poroœniêtych drzewostanami w wieku od 5-16 lat wynosi³y ok. 1,1-1,2 kg m -2, a jedynie w glebie pod 19-letni¹ sosn¹ by³y ponad dwukrotnie wiêksze (2,80 kg m -2 ). Brak statystycznie istotnej korelacji miêdzy wiekiem sosny a ogólnymi zasobami materii organicznej w analizowanych glebach, wynika³ zapewne z dominuj¹cej roli antropogenicznych poziomów powierzchniowych w kszta³towaniu ca³kowitych zasobów wêgla w omawianych glebach. Próchnica nagromadzona w tych poziomach ma bowiem w wiêkszoœci charakter allochtoniczny, b¹dÿ zosta³a zakumulowana we wstêpnej fazie rekultywacji biologicznej, przed nasadzeniami sosny. Udzia³ zasobów wêgla, pochodz¹cego z opadu sosnowego i nagromadzonego w formie poziomów organicznych w stosunku do jego ca³kowitej zawartoœci, roœnie wraz z wiekiem analizowanych gleb. Na stanowisku WS10 wartoœæ ta wynosi³a zaledwie 128 g kg -1, podczas gdy na stanowisku WS16 wêgiel w poziomie organicznym stanowi³ blisko 50% ca³kowitych zasobów. Ze wzglêdu na kwaœny charakter opadu sosnowego mo na przypuszczaæ, e w badanych glebach rozwinie siê próchnica typu mor, z kilkakrotnie wiêkszymi od obecnych zasobami wêgla organicznego [Plichta 1981; Dziadowiec, Kaczmarek 1997] zgromadzonymi g³ównie w poziomach ektopróchnicznych. Obecnie typ próchnicy wystêpuj¹cy w opisywanych glebach, mo na okreœliæ zgodnie z Klasyfikacj¹ gleb leœnych Polski [2000] jako mor inicjalny, tzw. protomor. Bior¹c pod uwagê w³aœciwoœci badanych gleb, mo na uœciœliæ ich pozycjê systematyczn¹ wed³ug klasyfikacji WRB [IUSS Working Group WRB 2007], stosuj¹c nastêpuj¹-
404 M. Œwitoniak, P. Hulisz, I. Ka³ucka, S. Ró añski ce kwalifikatory sufiksowe wyró nione w obrêbie jednostki Technosols: Arenic (WS5, WS WS10, WS14, WS16) i Calcaric (WS14, WS16, WS19). Zgodnie z Systematyk¹ gleb Polski [1989] gleby te powinny byæ zaklasyfikowane jako gleby antropogeniczne o niewykszta³conym profilu. Jednostka ta nie oddaje jednak e w pe³ni w³aœciwoœci omawianych gleb. Obecnoœæ dobrze wykszta³conych antropogenicznych poziomów próchnicznych, stwarza potrzebê wydzielenia nowej, nie uwzglêdnionej do tej pory w systematyce jednostki glebowej. Pedony o takiej budowie powinny byæ okreœlane jako gleby antropogeniczne o s³abo wykszta³conym profilu [Znamirowska- Karaœ 2001, Orzechowski i in. 2008]. WNIOSKI 1. W glebach objêtych badaniami wyró niono dwa ró ne typy poziomów zawieraj¹cych glebow¹ materiê organiczn¹ poziomy ektopróchniczne Ol i endopróchniczne. Zwarte i ci¹g³e poziomy surowinowe wytworzy³y siê pod 10-letnim oraz starszymi drzewostanami. Poziomy próchniczne badanych gleb charakteryzowa³y siê natomiast znacznie wiêksz¹ mi¹ szoœci¹ i zasobnoœci¹ w wêgiel organiczny w porównaniu z innymi piaszczystymi glebami inicjalnymi o charakterze naturalnym. 2. W przypadku analizowanych gleb ca³kowite zasoby wêgla organicznego wynika³y nie tylko z rozk³adu szcz¹tków porastaj¹cych je drzewostanów sosnowych. Niektóre gleby zosta³y wzbogacone antropogenicznie w materia³ organiczny, co potwierdzaj¹: s³aba korelacja wieku monokultur sosnowych, rosn¹cych na badanych glebach, z wielkoœci¹ zasobów wêgla organicznego w poziomach, a tak e ich znaczna mi¹ szoœæ, homogeniczny charakter i ostra granica dolna. 3. Ze wzglêdu na obecnoœæ dobrze wykszta³conych poziomów próchnicznych pozycja systematyczna badanych gleb wed³ug Systematyki gleb Polski PTG [1989] jest trudna do okreœlenia. Pedony o takiej budowie powinny byæ zaliczane do nowej jednostki, np. gleb antropogenicznych o s³abo wykszta³conym profilu. Zgodnie z klasyfikacj¹ WRB [IUSS Working Group WRB 2007] s¹ to Technosols (Arenic i Calcaric). LITERATURA BEDNAREK R., DZIADOWIEC H., POKOJSKA U., PRUSINKIEWICZ Z. 2004: Badania ekologicznogleboznawcze. Wydawnictwo Naukowe PWN. Warszawa. DZIADOWIEC H. 1979: Zmiany sk³adu chemicznego œció³ek leœnych w procesie rozk³adu. [W:] Próchnica gleb leœnych akumulacja, rozk³ad, w³aœciwoœci, klasyfikacja. Prace Komisji Naukowych PTG V/37. Warszawa-Toruñ: 21-36. DZIADOWIEC H., KACZMAREK J. 1997: Wp³yw sk³adu gatunkowego drzewostanu na opad roœlinny i zasoby glebowej materii organicznej w Górznieñsko-Lidzbarskim Parku Krajobrazowym na Pojezierzu Che³miñsko-Dobrzyñskim. [W:] Krzysztofiak L., Romañski M. (red.) Zintegrowany Monitoring Œrodowiska Przyrodniczego. Materia³y z VIII Sympozjum ZMŒP Funkcjonowanie geoekosystemów na terenach pojeziernych. Suwa³ki-Krzywe: 73-76. GILEWSKA M., OTREMBA K. 2005: Wp³yw zabiegów rekultywacyjnych na tempo procesów glebotwórczych. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 506: 157-164. IUSS WORKING GROUP WRB. 2007: World Reference Base for Soil Resources 2006, first update 2007. World Soil Resources Reports No. 103. FAO, Rome. JAGODZIÑSKI M., KA UCKA I. 2008: Age-related changes in leaf area index of young Scots pine stands. Dendrobiology 59: 57-65.
Rola monokultur sosnowych w kszta³towaniu zasobów wêgla organicznego... 405 JAGODZIÑSKI M., KA UCKA I. 2010. Fine root biomass and morphology in a chronosequence of young Pinus sylvestris stands growing on a reclaimed lignite mine spoil heap. Dendrobiology 64: 19-30. JENNY H. 1980: The soil resource: Origin and behaviour. Ecol. Studies 37. Springer-Verlag, New York- Heildelberg-Berlin. KABA A C., BEDNAREK R., DRZYMA A S., DREWNIK M., MARZEC M. (opracowanie) 2009: Klasyfikacja uziarnienia gleb i utworów mineralnych PTG 2008. Rocz. Glebozn. 60, 2: 5-16. KARCZEWSKA A. 2008: Ochrona gleb i rekultywacja terenów zdegradowanych. Wydawnictwo Uniwersytetu Przyrodniczego we Wroc³awiu: 414 ss. KLASYFIKACJA GLEB LEŒNYCH POLSKI. 2000: Wydanie trzecie. Opracowanie zespo³owe (Bia³y K., Bro ek S., Chojnicki J., Czêpiñska-Kamiñska D., Januszek K., Kowalkowski A., Krzy anowski A., Oko³owicz M., Sienkiewicz A., Skiba S., Wójcik J., Zielony R.). Centrum Informacyjne Lasów Pañstwowych. Warszawa. KOWALIK S., KRZAKLEWSKI W., WÓJCIK J. 1999: Skutecznoœæ neutralizacji toksycznie kwaœnych gruntów na zwa³owisku zewnêtrznym KWB Be³chatów. In ynieria Œrodowiska 4, 2: 395-410. NIETRZEBA-MARCINONIS J. 2008: Wp³yw roœlinnoœci na dynamikê procesów glebotwórczych na zwa³owisku turoszowskim. Rocz. Glebozn. 59, 2: 162-169. ORZECHOWSKI M., SMÓLCZYÑSKI S., WYRZYKOWSKI A. 2008: W³aœciwoœci gleb na zrekultywowanych terenach po eksploatacji piasku i wiru w kopalni Sarnowo w województwie mazowieckim. Rocz. Glebozn. 59, 2: 170-176. OCHRONA ŒRODOWISKA, 2010: Informacje i opracowania statystyczne. GUS. Warszawa. PAJ K M., FORGIEL M., KRZAKLEWSKI W. 2004: Growth of trees used in reforestation of a northern slope of the external spoil bank o the Be³chatów Brown Coal Mine. EJPAU 7,2 Forestry [www.ejpau.media.pl/series/volume7/issue2/forestry]. PAJ K M., KRZAKLEWSKI W. 2006: Wybrane w³aœciwoœci chemiczne inicjalnych gleb na zwa³owisku zewnêtrznym kopalni Be³chatów. Rocz. Glebozn. 57, 1/2: 158-163. PLICHTA W. 1981: Zagadnienia genezy, w³aœciwoœci i klasyfikacji próchnicy mor. Wydawnictwo UMK. Toruñ: 144 ss. POKOJSKA U. 1992: Adsorpcja i wymiana kationów w próchnicach leœnych. Rozprawy. UMK. Toruñ: 100 ss. PRIETZEL J., STETTER U., KLEMMT H.J., REHFUESS K.E. 2006: Recent carbon and nitrogen accumulation and acidification in soils of two Scots pine ecosystems in Southern Germany. Plant Soil. 289: 153-170. SKAWINA T. 1968: Klasyfikacja terenów pogórniczych dla potrzeb rekultywacji. Ochr. Ter. Górn. 6: 3-10. STACHOWSKI P., SZAFRAÑSKI C. 2006: Wp³yw rekultywacji rolniczej na w³aœciwoœci gruntów pogórniczych. Rocz. Glebozn. 57, 1/2: 177-182. SYSTEMATYKA GLEB POLSKI. 1989: Rocz. Glebozn. 40, 3/4. UBERMAN R., OSTRÊGA A. 2004: Sposób rekultywacji i zagospodarowania zwa³owisk nadk³adu i sk³adowisk odpadów górniczych. Górnictwo Odkrywkowe 46, 7-8: 80-87. WÓJCIK J., KRZAKLEWSKI W. 2009: Zalesienia jako metoda rekultywacji terenów bezglebowych w PGE KWB Turów. [W:] XIII Warsztaty Górnicze z cyklu,,zagro enia naturalne w górnictwie, 17 19 czerwca 2009, Materia³y Sympozjum, Bogatynia-Œwieradów Zdrój: 324-339. ZNAMIROWSKA-KARAŒ I. 2001: Procesy glebotwórcze i glebowe zachodz¹ce na terenach zdegradowanych geotechnicznie. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 478: 391-397. Dr Marcin Œwitoniak Zak³ad Gleboznawstwa, Instytut Geografii UMK ul. Gagarina 9 87-100 Toruñ e-mail: Marcin.Switoniak@umk.pl