R O C Z N IK! G L E B O Z N A W C Z E T O M LX N R 2 W ARSZAW A 2009: 7 9-8 8 BARBARA SAPEK. IRENA BURZYŃSKA WSPÓŁZALEŻNOŚĆ MIĘDZY ZAWARTOŚCIĄ ROZPUSZCZALNYCH FORM WĘGLA I SKŁADNIKÓW MINERALNYCH W GLEBIE UŻYTKU ZIELONEGO W ASPEKCIE ICH ROZPROSZENIA W ŚRODOWISKU RELATION BETWEEN DISSOLVED FORMS OF CARBON AND MINERALS IN THE GRASSLAND SOIL IN THE CONTEXT OF THEIR DISPERSION IN THE ENVIRONMENT Instytut Melioracji i Użytków Zielonych w Falentach Abstract: The aim o f this paper was the investigation o f relation between the content o f dissolved organic carbon (DOC) and mobile forms o f nitrogen, phosphorus and potassium as well as o f magnesium and calcium in the context of possibilities o f their leaching from soil and penetration into the environment. It was shown, among the others, that there is a significant, positive correlation between DOC content and N-NOr N-NH and P-P04 extracted with 0.01 moldm 3 CaCl,. Positive correlation between DOC and the content o f phosphorus, potassium, magnesium and calcium extracted with 0.5 mol-dm" 3 HC1 was confirmed. The found out negative, significant correlation between the DOC concentration in CaCU soil extract vs the N -N 0 3 and P concentration in K^S04 soil extract suggests differentiated conditions in releasing these substances from soil. The losses o f both last substances and their leaking into groundwater could be expected due to the enrichment o f meadow soil in DOC. Słowa kluczowe: rozpuszczalny węgiel organiczny (RWO), rozpuszczalne składniki mineralne, gleby łąkowe. Key words: dissolved organie carbon (DOC), dissolved minerals, meadow soils. WSTĘP Rozpuszczalny węgiel organiczny (RWO), obok rozpuszczalnych organicznych związków' azotu i fosforu, wchodzi w skład złożonej mieszaniny wielu związków, jaką jest rozpuszczalna materia organiczna (RMO). RWO jest jednym z najbardziej aktywnych fragmentów cyklu glebowego węgla organicznego i odgrywa ważną rolę w transporcie składników pokarmowych, takich jak: N, C, P i S w glebie z ekosystemów lądowych do wodnych [Barbero 2006; Neff, Asner 2001; Kondratowicz-Maciejewska 2007]. Jak wykazano, między innymi Zsolnay [2001 ], rozpuszczalna forma materii organicznej, mimo że stanowi względnie małą część (około<l %) całkowitej jej ilości, jest nadzwyczaj mobilna i jest czułym wskaźnikiem zmian w środowisku, zwłaszcza w' glebie. Zawartość RWO w wierzchniej 20 cm warstwie gleby łąkowej stanowi około 1% całkowitego węgla organicznego, co stwierdzili Drag i in. [ 2007]. Burzyńska i in. [2002] oraz Burzyńska [2004] wykazały istotne zależności między zawartością RWO oznaczonego w wyciągu
80 B. Sapek L Burzyńska 0.01 mol-drrr CaCl7z gleby a stężeniem P, K, Mg. Mn i Zn w wodach gruntowych. Ta korelacja wskazała na możliwość wymywania z gleby połączeń tych składników z RWO, uwalnianych po jej ekstrakcji roztworem chlorku wapnia Wykazane istotne dodatnie korelacje między zawartością P, K, Mn i Zn oznaczoną w wyciągach: 0,01 mol-dnv CaCl0 i 0,5 mol-dm"3 HC1 z gleby łąkowej wskazują na pewne jakościowe podobieństwo labitnych form tych składników, uwalnianych w warunkach ekstrakcji gleby tymi roztworami [Burzyńska i in. 2002]. Dlatego, statystycznie udowodniona współzależność między zawartością składnika ekstrahowanego z gleby i zawartością w niej RWO wskazywałaby na wpływ tej formy węgla na rozpuszczalność i uwalnianie składników z gleby, na ich formę w wyciągu glebowym lub na wpływ mineralizacji materii organicznej gleby na tę rozpuszczalność. Celem pracy było zbadanie i ocena współzależności między zawartością rozpuszczalnego węgla organicznego (RWO) a zawartością labilnych form azotu, fosforu potasu oraz wapnia i magnezu w trzech różnych wyciągach z gleby łąkowej w aspekcie możliwości ich wymywania i przenikania do środowiska Badane korelacje dyskutowano na tle zróżnicowanych właściwości wilgotnościowych badanych gleb oraz formy stosowanego nawozu azotowego. MATERIAŁ I METODY Do badań wykorzystano dwa długoletnie, dotąd kontynuowane doświadczenia łąkowe, usytuowane na czarnej ziemi zdegradowanej w województwie mazowieckim w miejscowościach Janki (J) i Laszczki (L), założonych w latach 1981-1982 metodą bloków losowanych w czterech powtórzeniach. Gleby doświadczeń różniły się składem granulometrycznym (J - piasek gliniasty mocny, L - glina lekka pylasta), odczynem (ph w KC1-4,5 - J i 4.3 - L ). zawartością części <0,02 mm (J - 18,4%, L - 22,4%), a zwłaszcza zawartością węgla organicznego (C-org) i poziomem wody gruntowej (tab. 1). Na doświadczeniach wydzielono 6 obiektów nawozowych: obiekty niewapnowane (Ca ) i wapnowane pojedynczą i podwójną dawką wapna, obliczoną wg kryterium kwasowości hydrolitycznej 1 Hh i 2 Hh (Car Ca2). nawożone azotem w dwóch dawkach (N - 120 i N?- 240 kg ha ]) w formie saletry amonowej (AN), a począwszy od 1992 r. równolegle,"na połowie poletka - w formie saletry wapniowej (CN) (razem AN i CN - 12 obiektów nawozowych). Szczegółowy opis doświadczeń zawiera praca Sapek [1993]. Na obu doświadczeniach stosowano nawożenie fosforem w ilości 34,9 kg-ha1(od 2000 r. zaniechano nawożenia tym składnikiem) i potasem w ilości 125 kg-ha" 1, a od 1991 r. - TABELA 1. Średnie zawartości całkowitego węgla organicznego (C-org) w warstwie gleby 0-1 0 cm oraz średni poziom wody gruntowej (pwg) na doświadczeniach łąkowych w Jankach i Laszczkach TABLE 1 Mean content o f total organic carbon (C-org) in 0-10 cm so ił layer and mean groundwater level (gwt) on Janki and Laszczki meadow experiments Wartość - Value C-org; TOC [g kg-1] pwg: gwt [cm] Janki Laszczki Janki Laszczki Przed założeniem doświadczenia. Before the start o f experiment 19,0 38.0 Średnia, mean* 16,2 28,3 118,7 95.2 * średnia z lat 1982 i 2007 (Janki), z lat 1983 i 2007 (Laszczki): mean value from the the years 1982 and 2007 (Janki), from the the years 1983 and 2007 (Laszczki)
Zawartość rozpuszczalnych form węgla a składniki mineralne w glebie.. 81 150 kg*ha"1. Począwszy od 2004 r., na doświadczeniu L, okresowo zaniechano nawożenia i zbioru plonu, a koszonąprzy wysokości 15 cm ruń pozostawiano rozłożonąna powierzchni łąki. Próbki gleby do prezentowanych w pracy badań pobrano wiosną w 2004 r. i 2007 r. z wymienionych powyżej obiektów nawozowych w czterech powtórzeniach. W badaniach współzależności między zawartościąrozpuszczalnego węgla organicznego (RWO) a zawartością labilnych form składników w glebie wykorzystano wyniki oznaczeń ich zawartości w trzech roztworach ekstrakcyjnych: a) 0,01 mol CaCl7-dm~3 (N-NO N-NH P oraz ph), b) 1% K?S 04 (N-NOv N-ŃH4, P), c) 0,5 mol HCl-anT3 (R K. Ca, Mg). Zawartość rozpuszczalnego węgla organicznego (RWO) oznaczono w pierwszym z wymienionych roztworów, tj. w chlorku wapnia. W przypadku wyciągów CaCl7 i HC1, zawartości składników oznaczano w suchej masie próbek gleby z warstwy 0-2~5 cm. z podziałem na 5-centymetrowe warstwy. Korelacje między wynikami oznaczeń składników badano w dw-óch grupach gleb nawożonych AN oraz CN, z których każda obejmowała wszystkie analizowane warstwy gleby, obiekty nawozowe i powtórzenia. Dodatkowo, w; prz\;padku oznaczeń w wyciągu CaCl^, takie korelacje badano w- odniesieniu do warstwy gleby 0-10 cm. Zawartość mineralne~go azotu i fosforu w wyciągu K0S 04 oznaczono w próbkach świeżej masy gleby pobranych objętościowo z warstwy 0-10 cm z 4 obiektów nawozowych. Pochodziły one z próbników' (rurek plastykowych) zainstalowanych na tej głębokości w glebie, w' ramach prowadzonych badań mineralizacji związków azotu i fosforu w glebach łąkowych [Sapek 2006]. Korelacje badano w grupach AN, CN oraz łącznie AN+CN, w skład których wchodził}- tylko wyniki oznaczeń gleby z obiektów-' nawożonych dawką azotu N0, niewapnowanyc-h - CaQi wapnowanych dawką Ca.,, co było podyktowane takim schematem badań prowadzonych nad mineralizacją [Sapek 2006]. Zawartość rozpuszczalnego węgla organicznego, azotu i fosforu w' wyciągach z gleby oznaczono metodą kolorymetryczną, z zastosowaniem autoanalizatora przepły wowego firmy Skalar SAN Segmental Flow Analyser zgodnie z metodyką producenta. Zasada metody oznaczania RWO polega na utlenieniu rozpuszczonych w próbce związków organicznych tlenem z nadsiarczanu potasu, uaktywnionym promieniowaniem ultrafioletowym. Produkt utlenienia - dwutlenek węgla zmienia, proporcjonalnie do jego zawartości. ph roztworu mierzonego za pomocą intensywności zabarwienia fenoloftaleiny. Gazy rozpuszczone w próbce wypiera się azotem i oddziela w' dializerze gazowym. Wzorcem węgla jest wodoroftalan potasu [Skalar methods 2000-2001]. Zawartość wapnia i magnezu onaczano metodą atomowej spektrometrii płomieniowej absorpcyjnej, a potasu - emisyjnej [Sapek, Sapek 2007]. W ramach wydzielonych grup wyników, obliczono współczynniki korelacji Pearsona oraz średnie zawartości badanych składników w trzech wyciągach z gleby i średnie wartości ph w CaCl2 wraz z odchyleniem standardowym (SD) wyników-. WYNIKI BADAŃ 1. Współzależność między zawartością RWO i składników mineralnych oznaczonych w wyciągu 0,01 mol CaCl0-dm_3 Statystycznie udowodniona, ujemna współzależność między zawartością RWO w glebie i ph wskazuje, iż zwiększenie zawartości RWO w glebie powoduje zwiększenie jej kwasowości zarówno w warunkach nawożenia AN, jak i CN, zwłaszcza w' doświadczeniu L. co potwierdzają średnie zawartości tego składnika w glebie i ph (tab. 3). Bez względu na
82 B. Sapek l. Burzymska T A B E L A 2. W s p ó łc z y n n ik i k o r e la c ji P e a r s o n a m ię d z y z a w a r to ś c ią ro z p u s z c z a ln e g o w ę g la (R W O ) a z a w a r to ś c ią a z o tu a z o ta n o w e g o ( N - N O ^ ). a z o tu a m o n o w e g o ( N - N H ). fo s fo ru ( P ) i p H w w y c ią g u c h lo rk u w a p n ia ( 0.0 1 m o l C a C l, d m "3) w w a r s t w a c h g le b y 0-2 5 i 0-1 0 c m z d o ś w ia d c z e n ia w J a n k a c h ( J ) i L a s z c z k a c h (L ) w d w u le tn ic h b a d a n ia c h ( 2 0 0 4 r. i 2 0 0 7 r.) T A B L E 2. P e a r s o n s c o r r e la tio n c o e f fic ie n t b e tw e e n d is s o lv e d o rg a n ic c a r b o n c o n te n t ( D O C ) a n d n itr a te n itr o g e n ( N - N O, ). a m m o n iu m n itr o g e n ( N - N H 4), p h o s p h o r u s ( P ) a n d p H in th e c a lc iu m c h lo rid e e x tr a c t (0,0 1 m o l C ac L, d m - ') fro m 0-2 5 a n d 0-1 0 c m s o il la y e rs fro m J a n k i (J ) a n d L a s z c z k i (L ) m e a d o w e x p e r im e n ts in th e tw o y e a r s o f in v e s tig a tio n ( 2 0 0 4 a n d 2 0 0 7 ) W arstw a Layer [cm] Rodzaj nawozu Kind o f fertilizer n W spółczynnik korelacji Pearsona P earson's correlation coefficient ph w C ac l, N -N O, N-NI-I 4 P J 0-2 5 AN 240 0.2 9 4 * * 0,8 4 6 * * * 0.5 6 4 * * * 0,3 2 6 * * * CN 240 ni 0.4 3 6 * * * 0.6 4 4 * * * 0.4 8 1 * * * 0-1 0 AN 96-0,3 1 1 * * 0,8 7 9 * * * 0 <; 0 ] * * * 0.3 0 2 * * CN 96 _0 5 0 4 *** 0.4 2 8 * * * 0,5 8 9 * * * 0.5 4 4 * * * L 0-2 5 AN 240-0,2 8 4 * * 0,3 4 3 * * * ni 0.256** CN 240-0.2 2 0 * 0.3 1 2 * * ni ni 0-1 0 AN 96-0.3 4 5 * * 0.2 2 0 * I ni ni CN 96-0.2 9 1 * * ni ni 111 A N - o b ie k ty n a w o ż o n e s a le tr ą a m o n o w ą ; C N - o b ie k ty n a w o ż o n e s a le tr ą w a p n io w ą ; A N o b je c ts fe rtiliz e d w ith a m m o n iu m n itr a te. C N - o b je c ts fe rtiliz e d writh c a lc iu m n itr a te, ni - w s p ó łc z y n n ik k o r e la c ji s ta ty s ty c z n ie n ie is to tn y, c o r r e la tio n c o e f fic ie n t n o t sig n ific a n t: is to tn o ś ć : * - p r z y a = 0.0 5. * * - p rz y a - 0. 0 1. * * * - p rz y a - 0.0 0 1 : s ig n ific a n c e s : * - a t a - 0.0 5, * * - a t a = 0. 0 1. * * * - a t a = 0.0 0 1 TABELA 3. Średnie dla warstwy 0-25 cm zawartości rozpuszczalnego węgla organicznego (RWO), azotu azotanowego (N -N O,). azotu amonowego (N -N H 4). fosforu (P) oraz ph wrwyciągu chlorku wapnia (0.01 mol CaCl, dni 3 ) w glebie z doświadczenia łąkowego w Jankach (J) i Laszczkach (L) w dwuletnich badaniach (2004 r. i 2007 r.) TABLE 3. Mean content o f dissolved organic carbon (DOC), nitrate nitrogen (N -N O,). ammonium nitrogen (N-NH ), phosphorus (P) and ph in the calcium chloride extract (0,01 mol CaCl, dm--') for 0-25 cm soil layers from Janki (J) and Laszczki (L) meadow experiments in the two years o f investigation (2004 and 2007) D ośw iadczenie Experiment Doświadczenie Experiment Rodzaj nawozu Kind o f fertilizer Zawartość składnika [mg kg 1 s.m. gleby] Content o f element [mg kg 1 DM o f soil] ph w t CaCl, RWO±SD N -N O, ±SD N -N H 4±SD P±SD ph±sd J AN 149±75 36.2±46.9 9,6±11,2 0.6 6 ± 0. 6 6 4.6±0,9 CN 143+57 25.8±34.0 5.1±4,4 0,67±0.99 6. 1± 0. 6 L AN 17H 73 28.7+26.2 ir/m: 10.9 0.69± 1,01 5.6±0.9 CN 130*37 29,0=29.8 6,8±6.7 1.04±1.54 6,3±0,6 Liczba próbek, number o f samples n = 240; AN i CN - opis jak w tabeli 2: AN and CN description as in Table 2: : SD - odchylenie standardowe; standard deviation
Zawartość rozpuszczalnych form węgla a składniki mineralne w glebie... 83 formę stosowanego azotu, im więcej RWO było w glebie, tym więcej N-NO^ uwalniało się do stosowanego wyciągu (0,01 mol CaCl9*dm"3), na co wskazują istotne, z jednym wyjątkiem, dodatnie współczynniki korelacji Pearsona dla dwóch rozpatrywanych warstw gleby (tab. 2). Naj większąśredniązawartość N-NO, w warstwie 0-25 cm stwierdzono w glebie doświadczenia J w wariancie nawożenia AN (tab. 3). Większe wartości bezwzględne współczynnika korelacji obliczonego dla dwóch warstw' gleby potwierdzają intensywniejsze uwalnianie N-NO, w tych warunkach (tab. 2). Ponadto, w obu warstwach gleby doświadczenia J wykazano istotne dodatnie korelacje między RWO an-nh4 i P. Natomiast w glebie doświadczenia L stwierdzono istotny, dodatni wpływ RWO na uwalnianie fosforu do wyciągu chlorku wapnia tylko w odniesieniu do warstwy 0-25 cm gleby nawożonej wg wariantu AN (tab. 2). 2. Współzależność między zawartością RWO i składników mineralnych oznaczonych w wyciągu 1% K2S 04 Stwierdzona współzależność między RWO a wymienionymi wyżej składnikami, ale ekstrahowanymi z gleby roztworem siarczanu potasu 1% lc,so (tab. 4), różniła się od wykazanej dla chlorku wapnia również w odniesieniu do warstwy gleby 0-10 cm. Im więcej było w7glebie RWO, tym zawartość N-NO^w wyciągu siarczanu potasu była TABELA 4. Współczynniki korelacji Pearsona między zawartością rozpuszczalnego węgla (RWO) a zawartością azotu azotanowego (N -N O,). azotu amonowego (N-NH ), fosforu (P) w wyciągu siarczanu potasu ( 1 % K^SO^) ) w 0-1 0 cm warstwie gleby z doświadczenia w Jankach (J) i Laszczkach (L) w dwuletnich badaniach (2004 r. i 2007 r.); n = 16 TABLE 4. Pearson's correlation coefficient between dissolved organic carbon content (DOC) and nitrate nitrogen (N -N O,), ammonium nitrogen (N -N H 4), phosphorus (P) in potassium sulphite extract (1% KnSO ) from 0-1 0 cm soil layers from Janki (J) and Laszczki (L) meadow experiments in the two years o f investigation (2004 and 2007): n = 16 Doświadczenie Experiment Rodzaj nawozu (obiekt nawozowy)* Kind o f fertilizer (fertilization object) Współczynnik korelacji Pearsona Pearson s correlation coefficient N -N O, j N -NH, P J AN 0.889** ni 0,631** CN ni 0,613** ni AN i CN (Ca()N :) 0.716** ni 0,6 8 6 ** AN i CN (C a,n,) 0.693** 0,648** 0,548* L AN ni ni ni CN ni ni 0.572* AN ic N (C a 0N,) -0,501* ni ni AN i CN (C a,n 2) ni ni -0,552* *AN i CN i istotność jak w tabeli 2, Ca0N? obiekty uprzednio nie wapno wane nawożone 240 kg N-ha"1; C a,n 2 - obiekty jednorazowo wapnowane dawką wg 2 Hh, nawożone 240 kg N-ha"1; ni - współczynnik korelacji statystycznie nieistotny; *AN and CN and significance - description as in Table 2: C a ()N, - fertilization objects previous not limed, fertilized with 240 kg N-ha"1, C a,n? -- fertilization objects single limed with dose according to 2 Hh. fertilized with 240 kg N-ha"1; ni - correlation coefficient not significant
84 B. Sapek, I. Burzyńska TABELA 5. Średnie, dla warstwy 0-10 cm, zawartości azotu azotanowego (N -N O,)f azotu amonowego (N-NH4) i fosforu (P) w wyciągu siarczanu potasu ( 1% K^SO^) oraz ph w glebie z doświadczenia łąkowego w Jankach (J) i Laszczkach (L) w dwuletnich badaniach (2004 r. i 2000 r. TABLE 5. Mean content o f nitrate nitrogen (N -N O,). ammonium nitrogen (N -N H,)S phosphorus (P) in potassium sulphite (1% K,0 4) and ph for 0-1 0 cm soil layers from Janki (J) and Laszczki (L) meadow experiments in the two years o f investigation (2004 and 2007) Doświadczenie Eksperiment Rodzaj nawozu (obiekt nawozowy) Kind o f fertilizer (fertilization object) Zawartość składnika - Content o f element [mg dm 3 ś.m. gleby - fresh matter o f soil] N-NO ±SD N -N H + S D 4 P+SD ph w CaCL, ph±sd J AN 26,2±7.8 4.8±2.0 1.03=1.2 3.8±0,6 CN 29.5± 13.7 2.3±1,8 0.41±0.26 6,0 ± 0. 6 Ca()N, (AN i CN) 28,9± 15.4 3.9±2.0 0,99± 1.2 4.6± 1.1 C a,n, (AN i CN) 27.4±10.8 3.2±2,5 0.46±0,35 5.3±1.4 L AN 21.8±6.7 3.3±2,9 0.73±0.99 4.8±0,9 CN 23.3±8.4 2.7±2.6 0.53±0.58 6.3±0.6 Ca(N 0 (AN i CN) 22,3±7.8 4.2±3.3 0.66±0.85 4.9±0.9 Ca,N, (AN i CN) 22,7±7.4 1.7±1,3 0,60±0.76 6. 1± 0. 8 Liczba próbek, number of samples - n =16: SD - odchylenie standardowe, standard deviation; AN i CN - opis jak w tabeli 2. Ca - obiekty uprzednio niewapnowane nawożone 240 kgn-ha"1. Ca,N., - obiekty jednorazowo wapnowane dawką wg 2 Hli nawożone 240 kg N-ha"1: AN and CN -description as in Table 2.Ca N., - fertilization objects previous not limed, fertilized wili 240 kg N -ha1. C ann, fertilization objects single limed with dose according to 2 Hli fertilized with 240 kg N-ha"1 mniejsza, co dokumentują istotne, ujemne współczynniki korelacji, zwłaszcza w glebie z wariantu AN z doświadczenia J. Ta zależność była statystycznie nieistotna w glebie z doświadczenia L, mimo tylko nieznacznie mniejszych zawartości N-NO^ w wyciągu z gleby tego doświadczenia. Można sądzić, że odczyn gleby nie odgrywa tutaj istotnej roli. na co wskazywałyby udowodnione i ujemne współczynniki korelacji wyników oznaczeń tego składnika w grupie gleb obiektów nawozowych niewapnowanych (Ca Nn) oraz wapnowanych (Ca?N J (tab. 4 i 5). W glebie doświadczenia L nie stwierdzono istotnego wpływu zawartości RWO na zawartość N-NH4 uwalnianego do wyciągu siarczanu potasu. Natomiast dodatni istotny wpływ' na tę zawartość stwierdzono w glebie doświadczenia L w warunkach zwiększonej podaży wapnia w glebie i mniejszej kwasowości (nawożenie CN i obiekty Ca^N0) (tab. 4). Zwrócenia uwagi wymaga przeciwny kierunek zmian zawartości fosforu w tym wyciągu w funkcji zawartości RWO w glebie dwóch doświadczeń, co wykazały statystycznie istotne, różniące się znakiem współczynniki korelacji. Ujemną korelację w doświadczeniu L stwierdzono w glebach nawożonych CN i wapnowanych, a więc o mniej kwaśnym odczy nie (tab. 4 i 5).
Zawartość rozpuszczalnych form wągla a składniki mineralne w glebie... 85 3. Współzależność między zawartością RWO i składników mineralnych oznaczonych wrwyciągu 0,5 mol HCl-dnf3 W przypadku trzeciego z wyciągów z gleby za pomocą kwasu chlorowodorowego (0,5 mol HCl-dnf3), istotna, dodatnia współzależność zawartości RWO i rozpuszczalnych form fosforu wystąpiła w glebach obu doświadczeń, ale z wariantu nawożenia CN. W glebie doświadczenia L zawartość P w tym wyciągu była dwukrotnie (CN) i trzykrotnie (AN) większa (tab. 6 i 7). Podobną, statystycznie istotną współzależność stwierdzono w przypadku zawartości w'apnia, którego zawartość była również większa w omawianym wyciągu z gleby doświadczenia L. Statystycznie istotną korelację między zawartością RWO i magnezu w; wyciągu HC1 TABELA 6. Współczynniki korelacji Pearsona między zawartością rozpuszczalnego węgla (RWO) oraz zawartością składników mineralnych w wyciągu kwasu chlorowodorowego (0.5 mol HCl-dnf5) w 0-25 cm warstwie gleby z doświadczenia w Jankach (J) i Laszczkach (L) w 2007 r. n = 120 TABLE 6. Pearson's correlation coefficient between dissolved organic carbon content (DOC) and nitrate nitrogen (N -N O.). ammonium nitrogen (N -N H ), phosphorus (P) in hydrochloric acid extract (0,5 mol HCl-dnf3) from 0-25 cm soil layers from Janki (J) and Laszczki (L) meadow experiments in 2007, n = 120 Doświadczenie Experiment Rodzaj nawozu Kind o f fertilizer Współczynnik korelacji Pearsona Pearson's correlation coefficient K Mg Ca P J AN 0,283** ni. ni. ni. CN ni. ni. 0,233** 0,242** L Ia n 0.241* ni. ni. ni. CN 0,213* 10,463*** 0,341*** 0,245* AN i CN, istotność - opis jak w tabeli 2. AN and CN and significance description as in Table 2; ni. - współczynnik korelacji statystycznie nieistotny, correlation coefficient not significant TABELA 7. Średnie, dla warstwy 0-25 cm zawartości fosforu (P), potasu (K). wapnia (Ca) i magnezu (Mg) w wyciągu kwasu cliloro wodorowe go (0,5 mol HC1 * d n f3) w glebie z doświadczenia łąkowego w Jankach (J) i Laszczkach (L) w roku 2007 TABLE 7. Mean content o f phosphorus (P), potassium (K). calcium (Ca) and magnesium (Mg) in chloride acid extract (0.5 mol HCl-dnf3) for 0-25 cm soil layers from Janki (J) and Laszczki (L) meadow experiments in 2007 Doświadczenie Experiment Rodzaj nawozu Kind o f fertilizer Zawartość składnika - Content o f element [mg kg 1 śni gleby - DM o f soil] P*SD K*SD Ca±SD Mg*SD J AN 0.11*0.04 0.10* 0,07 0.57±0.29 0,07*0.01 CN 0.11*0.04 0.13* 0,08 1.22*0.47 0,09* 0.03 L AN 0.33*0,15 0,15* 0,08 1.87*1,88 0.15* 0.04 CN 0.29* 0,15 009* 0,07 1.64*0,78 0,15* 0,05 Liczba próbek, number o f samples n = 120. AN i CN - opis jak w tabeli 2; AN and NC - description as in 'Fable 2; SD - odchylenie standardowe; standard deviation
86 B. Sapek, /. Burzyńska wykazano tylko w glebie wariantu CN doświadczenia L (tab. 6 i 7). Dodatni, istotny współczynnik korelacji miedzy zawartością RWO i potasu oznaczonego w tym wyciągu wskazuje, iż zwiększenie zawartości rozpuszczalnego węgla organicznego w glebie sprzyja uwalnianiu z niej potasu do wyciągu HC1, zwłaszcza W' warunkach doświadczenia L (tab. 6 i 7). Nie jest to zgodne z przyjętym poglądem o braku powinowactwa potasu do związków w'ęgla, lecz zachowanie się tego składnika w glebie i środowisku przyrodniczym wskazuje obecnie na potrzebę dalszych badań w tym zakresie [Sapek 2001]. DYSKUSJA Wykazane w' badaniach korelacji podobieństwa, a także różnice wymagają rozważenia, jak na nie wpływają: a) właściwości składników uwalnianych zgleby do wyciągu i siły jonowej roztworów' ekstrakcyjnych. b) warunki glebowo-wilgotnościowe w dwóch doświadczeniach, c) formy nawozu azotowego - stosowanej saletry i związanego z tym ph gleby, d) badana warstwa gleby. Na tej podstawie można podjąć próbę oceny możliwości wymywania badanych składników z gleby łąkowej i ich przenikania do środowiska. Chow i in. [2006], wykazali, iż główna ilość RWO powstaje tylko w- wierzchniej warstwie gleby; czego potwierdzeniem była istotna, dodatnia korelacja między wydajnością CO,, powstającego w' procesie mineralizacji i zawartością RWO w tej warstwie. Ujemna współzależność RWO i P w wyciągu KoS 04, w warunkach mniej kwaśnego odczynu gleby w- doświadczeniu L może wynikać ~z większej siły wiązania fosforu w wierzchniej warstwie (10 cm) wraz ze zwiększeniem zawartości w niej RWO. Gleba w tym doświadczeniu jest bardziej zasobna w' C-org i części ilaste (tab. 1 i 4) oraz panują w- niej korzystniejsze warunki uwilgotnienia ze względu na wyższy poziom wody gruntownej. Jednak nie wykazano istotnej współzależności między zawartością RWO i P w wyciągu CaCl? z gleby z tej samej warstwy 0-10 cm (tab. 2). Wskazywałoby to na swoisty wpływ na tę "współzależność roztworu zastosowanego do ekstrakcji fosforu. Jak podaje Barbero [2006]. w mechanizmie sorpcji RWO przez glebę bardzo ważną rolę spełnia reakcja wymiany anionów', a w obecności jonu SÓ4, silniej wiązanego elektrostatycznie, zmniejsza się sorpcja RWO. W przypadku wyciągu 1% K2S 04 z gleby, podobny mechanizm sorpcji może sprzyjać zwiększeniu wiązania fosforu. Dodatnia korelacja między zawartością RWO a fosforem oznaczonym w wyciągu K2S 04 i CaCl2 z gleby doświadczenia J. znacznie mniej zasobnej w C-org, mniej zwięzłej, nawożonej zarówno AN, jak i CN wskazywałaby na brak w tych warunkach większego wpływu ph gleby na tę w spółzależność. Podobne korelacje wykazane w glebach obiektów nawozowych CaQN^ i Ca^N^ mogłyby potwierdzać brak tego wpływu (tab. 2, 4 i 5). Jednakże, rozpuszczalność RWO zależy, między innymi, od zdolności sorpcyjnej gleby i związanej z tym wielkościajej powierzchni sorpcy jnej oraz od średniej masy cząsteczkowej RWO i silnie zmniejsza się wraz z obniżeniem ph [Barbero 2006]. Gleba z doświadczenia J jest z natuiy bardziej kwaśna i ma mniejszą pojemność sorpcyjną niż gleba z doświadczenia L. co sprzyjało uwalnianiu z niej zarówno RWO, jak i fosforu. Zaniechanie zbioru runi i nawożenia, zwłaszcza fosforem, według Barbero [2006] silnie wzmagającego labilność RWO, może być przyczyną braku istotnej współzależności między zawartością tego składnika i N-NH4 oznaczonego w obu powyżej omawianych wyciągach z gleby doświadczenia L (tab. 2. 4). Na wpływ czynników- fizyko-chemicznych, zwłaszcza sorpcji i jej
Zawartość rozpuszczalnych form węgla a składniki mineralne w glebie... 87 dynamiki na przemieszczanie się RWO w glebie zwracają uwagę Neff i Asner [2001 ]. Gleby obu doświadczeń znacznie różniąsię właściwościami sorpcyjnymi, co mazpewnościąznaczący wpływ na uwalnianie z gleby RWO oraz kationu NH4+ [Sapek 1993]. Barbero [2006] w badaniach nad mineralizacją rozpuszczalnego węgla (RWO) i azotu (RAO) organicznego w roztworach glebowych z siedlisk leśnych wykazała, iż szybkość tego procesu zależy od badanej warstwy gleby. Przenosząc te spostrzeżenie na warunki gleby łąkowej, można przypuszczać, że ujemna korelacja między RWO i N-NO. oznaczonego w wyciągu K^S04 wynika z różnicy intensywności mineralizacji RWO w 0-10 cm warstwie gleby w porównaniu z mineralizacją RMO. Jednakże, obliczone współczynniki korelacji między zawartością RWO i N-NO^ w wyciągu CaCl? z gleby z warstw 0-25 cm i 0-10 cm doświadczenia J nie potwierdzają tego zróżnicowania (tab. 2). Można sądzić, iż większa wydajność ekstrakcji N-NO^ z gleby roztworem KnS 04 w porównaniu z ekstrakcją CaCln i większa siła jonowa pierwszego z nich oraz zdolność wymienna anionu (S 0 42-) oddziaływały na taką współzależność w większym stopniu. Powyżej omówione porównanie wskazuje, iż roztwór ekstrakcyjny siarczanu potasu, zastosowany do oznaczenia labilnych form azotu i fosforu, różnicuje współzależność i wpływ zawartości rozpuszczalnego węgla organicznego na uwalnianie tych składników w glebie łąkowej w większym stopniu niż roztwór chlorku wapnia. Może więc być bardziej przydatny w ocenie przenikania tych składników do wody gruntowej i ich rozpraszania w środowisku. Należy- tutaj zaznaczyć, że w przypadku wyciągu KoS04 był on przygotowywany ze świeżej masy gleby, w której zawartość związków azotu Tfosforu pochodzących z mineralizacji materii organicznej w warunkach in situ nie była zmniejszona o ilość tych składników pobraną przez rośliny oraz wymytą z gleby [Sapek 2006]. Istotne i dodatnie współczynniki korelacji między zawartością RWO a składnikami uwolnionymi do wyciągu HC1 z gleby wskazująna ścisły związek ich rozpuszczalności z mineralizacją materii organicznej. Szczególną uwagę zwraca ta zależność w przypadku potasu. Połączenia materii organicznej gleby z tym pierwiastkiem są mało poznane i przyjmuje się, iż jest on związany w glebie głównie w mineralnym kompleksie sorpcyjnym. Dodatnią współzależność między RWO. P i Ca oraz Mg w glebie doświadczenia L stwierdzono w tym silnie kwaśnym i mocnym wyciągu z gleby tylko z wariantu nawożenia CN, a więc przy wyższym ph i znacznej podaży wapnia w glebie. Można przypuszczać, że w tych warunkach składniki, uwalniane z gleby do wyciągu, występują w formie rozpuszczalnych połączeń organiczno-mineralnych. Złożony mechanizm współzależności między RWO i rozpuszczalnymi formami składników w glebie, również łąkowej oraz jego rola w migracji tych składników w środowisku jest jeszcze mało poznany, zwłaszcza w glebach użytkowanych rolniczo i wymaga dalszych, pogłębionych badań. Analiza dotychczas uzyskanych wyników badań oraz ich dyskusja pozwala na przedstawienie poniżej podanych wniosków. WNIOSKI 1. Współzależności między zawartością rozpuszczalnego węgla organicznego w glebie a zawartością labilnych form azotu, fosforu potasu oraz wapnia i magnezu zależała od rodzaju wyciągu i zastosowanej metody ich oznaczenia. 2. Jakość i siła jonowa stosowanego roztworu ekstrakcyjnego oraz właściwości sorpcyjne i zasobność gleby, zwłaszcza w węgiel organiczny, a także głębokość analizowanej warstwy różnicowały współzależność między RWO a rozpuszczalnością badanych składników mineralnych.
88 B. Sapek /. Burzymska 3. Jon S 042- w roztworze stosowanym do ekstrakcji gleby ograniczał uwalnianie labilnych fomi fosforu z gleby w warunkach wyższego ph i zwiększonej ilości w niej wapnia, co mogło zmniejszać wymywanie fosforu mimo zwiększenia zawartości RWO. 4. W miarę zwiększenia zawartości RWO w glebie, zwłaszcza słabiej uwilgotnionej, jon S 042 zmniejszał uwalnianie z niej N-N03 kosztem zwiększonej rozpuszczalności N-NH4, lecz tylko w warunkach mniejszej kwasowości oraz nawożenia gleby saletrą wapniową. 5. Wraz ze zwiększaniem zawartości RWO w glebie, któremu towarzyszyło obniżenie ph. można z reguły spodziewać się większej zawartości w niej labilnych form składników mineralnych oraz większego prawdopodobieństwa przenikania ich do wody gruntowej i rozproszenia w środowisku. Jednakże ten proces zależy od właściwości gleby i panujących w niej warunków uwilgotnienia, a jego ocena od wyboru metody badawczej. LITERATURA BARBERO M. 2006: Mineralization of dissolved organie carbon (DOC) and nitrogen (DON) in the solution of different forested stands in Flanders. Thesis. Politecnico di Torino, ss. 119. http://www.tesionl ine.com/intl/thesis. jso?idt= 16741. BURZYŃSKA 1.. SAPEK B.. KALIŃSKA D. 2002: Porównanie przydatności roztworów 0. 0 1 mol-dm" 3 CaCLoraz 0.5 mol drn- 1 MCI do oceny zasobności w składniki pokarmowe mineralnych gleb łąkowych. Woda. Środowisko. Obszary- Wiejskie 2. 1(4): 65-75. BURZYŃSKA I. 2004: Współzależność m iędzy RWO w roztworze ekstrakcyjnym 0.01 mol-dm"' CaCI, a wvbranvmi składnikami mineralnymi w wodach aruntowveh. Woda. Środowisko. Obszary Wiejskie 42. 2a (li): 525-535. CMOW A.T.. TANJI K.K. GAO S.. DAHLGREN R.A. 2006: Temperature, water content and wet-dry cycle effect on DOC production and carbon mineralization in agricultural peat soils. Soil Biology'and Biochemistry'38. 3: 477-488. DRAG M.. DĘBSKA B.. DZIAMSKI A. 2007: Properties of humic substances of forest and meadow soil in the area o f the Wierzchlas Reserve. W: Humic substances in ecosystems. Polskie Towarzystwo Substancji Humusowych 7: 141-152. KONDRATÓWICZ-MACTEJEWSKA K. 2007: Effect of crop rotation and different fertilization system on the content of dissolved organic carbon in soil. W: Humic substances in ecosystems. Polskie Towarzystwo Substancji Humusowych 7: 79-82. NEFF J.C., ASNER G.P. 2001: Dissolved organie carbon in terrestrial ecosystems: synthesis and model. Ecosystems 4, 1 : 29-48. SAPEK B. 1993: Studia nad wapnowaniem trwałego użytku zielonego na glebie mineralnej. Rozprawy habilitacyjne. IMUZ, Falenty: 93. SAPEK B. 2001: Zagadnienie potasu w świetle oddziaływania rolnictwa na środowisko. Zesz. Probl. Post. Nauk R oi 476: 281-292. SAPEK B. 2006: Wpływ opadu atmosferycznego i temperatury oraz uwilgotnienia gleby łąkowej na uwalnianie i dynamikę mineralnych form azotu. Woda, Środowisko. Obszary Wiejskie 6(17): 29-38. SAPEK A.. SAPEK B. 2007: Zmiany jakości wody gleby w zagrodzie i jej otoczeniu w zależności od sposobu składowania nawozów naturalnych. Zesz. Ecluk. 11/ 2007. Falenty Wy da w. IMUZ: 114 ss. SKALAR METODS: Ammonia. 1-8, 2001; Nitrate. 1-7 2000; DOC. 1-7. 2000. ZSOLNAY A. 2001: The prediction of the environmental function of the dissolved organic master (DOM) in ecosystems. ESF Exploratory Workshop. Beilngries. Germany. Scientific Report: 1-18. B. Sapek IMUZ, Falenty ul. Hrabska 3, 05-090 Raszyn e-mail: B. Sapekiaj.imuz. edu.pl