Wybrane zagadnienia GLEBOZNAWSTWA LEŚNEGO gleba w kontekście: klimatu, siedliska, biocenozy, ekosystemu
Nie można mówić o siedlisku bez nawiązania do gleby Podobnie jest z klimatem - gleba i klimat stanowią nierozerwalną całość: - gleba jest powierzchnią czynną - powietrze i woda są dla nich wspólne - łączą je też rośliny Z jednej strony jest gleba elementem siedliska, z drugiej zaś biocenozy leśnej (poprzez edafon). Jest też bardzo ważnym ogniwem krążenia materii w ekosystemie leśnym (podekosystem glebowy)
Definicja Glebą nazywamy zwietrzałą, powierzchniową warstwę lądów kuli ziemskiej, żyzną i zdolną do produkcji roślin (wg Bohdana Dobrzańskiego). A zatem skała macierzysta (zwietrzelina) staje się glebą w momencie gdy potrafi zaspokoić wymagania najbardziej choćby prymitywnych roślin pod względem: wody, składników pokarmowych, powietrza, ciepła oraz dogodnych warunków dla rozwoju korzeni.
Geneza i ewolucja gleb Gleba powstaje w wyniku wzajemnego oddziaływania: skały macierzystej, klimatu, rzeźby terenu, wody i organizmów żywych. Powstaje ona na drodze długotrwałych, połączonych procesów wietrzenia i właściwych procesów glebowych.
wietrzenie: kruszenie skały i zmiana składu chemicznego zwietrzałej masy w procesach: fizycznych: zmiany temperatury, mechaniczne działanie wody, lodu, wiatru chemicznych: rozpuszczanie, hydroliza, utlenianie, redukcja, uwodnienie, karbonizacja, dekarbonizacja, desilikacja, sorpcja biologicznych: mechaniczne i chemiczne oddziaływanie organizmów.
właściwe procesy glebowe: na zwietrzałej skale rozpoczynają życie bakterie, grzyby, porosty i mchy, a następnie rośliny wyższe; towarzyszą im zwierzęta. Organizmy żywe wywierają dominujący wpływ na kształtowanie gleb. Próchnica powstająca z materii organicznej stanowi lepiszcze, dzięki któremu z ziaren zwietrzeliny powstają agregaty (struktura gleby) Próchnica w zmieszaniu ze zwietrzeliną tworzy warstwę próchniczną i wraz z edafonem wpływa na procesy glebowe (wykształcanie profilu - typu gleby).
Proces kształtowania się gleb ma charakter ewolucyjny Na podstawie profilu można wyróżnić następujące stadia rozwojowe gleb: - gleby młode (pierwotne, inicjalne) - gleby dojrzałe (w pełni wykształcone) - gleby stare (zdegradowane, zmęczone) Drzewa oddziałują na glebę z różną siłą w zależności od gatunku. Szereg edyfikacji (oddziaływania) (wg Wiliamsa): Św, So; Md, Jd; liściaste Gatunkom iglastym towarzyszą zazwyczaj procesy bielicowania, natomiast liściastym - brunatnienia.
Właściwości gleby biologiczne chemiczne fizyczne
właściwości biologiczne - jakość, ilość i aktywność organizmów glebowych (edafonu)
drobnoustroje: bakterie, promieniowce, grzyby, glony, porosty, pierwotniaki: - ich masa na 1 ha: 1-15 ton - w 1 g żyznej gleby: 2 mld przetrwalników bakterii, 5 mln żywych bakterii, 2 mln promieniowców, 1 mln grzybów - przez swoją liczebność, masę i dużą aktywność mają bardzo duży wpływ na żyzność gleb (którą niekiedy określa się na podstawie aktywności tej grupy organizmów).
zwierzęta: nicienie, wazonkowce, dżdżownice, mięczaki, stawonogi, gryzonie: - penetrują, spulchniają, przetwarzają glebę - wnikanie zwierząt w głąb gleby: żuki i pająki - 1,9 m, mrówki - 3,2 m, krety - 5,3 m, dżdżownice - 8,5 m (średni poziom orki - 0,3 m). - dżdżownice produkują 1-7 000 kg koprolitów/ha/rok
właściwości chemiczne Zależą głównie od skały macierzystej i typu gleby Udział poszczególnych pierwiastków i związków waha się w bardzo szerokich granicach. Podobnie zróżnicowany jest udział substancji organicznej i mineralnej: Gleba Substancja organiczna (%) Substancja mineralna (%) bielicowa z piasków 2 98 brunatna z glin 3 97 rędzina czarnoziemna 12 88 z torfu niskiego 84 16 z torfu wysokiego 93 7
Nasze drzewa leśne według ich wymagań w stosunku do zasobności gleb w składniki odżywcze można uszeregować w trzech grupach: megatrofy: Js, Jw, Wz g, Db sz, mezotrofy: Db bsz, Bk, Lp, Ol cz, Gb, Kl, Jb, Oś, Tb i Tcz oligotrofy: Db cz, Brz, Ol sz, Rb, So, So cz
właściwości fizyczne należy rozpatrywać pod kątem faz: gazowej ciekłej stałej
faza gazowa (powietrze glebowe) powietrze glebowe powietrze atmosferyczne N2 81, 5 %, 78,1 % O2 16-18,5 % 21 % CO2 śr. 0,3 % (do 4 %) * 0,03 % f ok. 100 % ** ok. 75 % * Stężenie CO2 powyżej 1 % uważane jest za szkodliwe dla roślin ** Duża wilgotność powietrza glebowego jest ważna ze względu na wrażliwość korzeni na przesuszenie
faza ciekła (woda glebowa) Przypomnienie rodzajów wody glebowej: higroskopowa, błonkowata, kapilarna, grawitacyjna (wolna). dostępna dla roślin jest woda wolna oraz kapilarna (jeśli przekrój kapilar pionowych, ukośnych i poziomych >120 µ). dostępna woda: biologicznie użyteczna lub biologicznie czynna maksymalne podsiąkanie: na glebach piaszczysto-gliniastych (ok. 0,7 m)
Woda występuje w glebie zawsze w postaci roztworów (perkolatów), które w zależności od klimatu i składu mechanicznego gleby przemieszczają się z różną prędkością (w różnych kierunkach) Odczyn roztworów glebowych (utożsamiany z odczynem gleb): Dla gleb leśnych ph 4,5 7 (przeważnie 5-6) W glebach bardzo kwaśnych jest przewaga grzybów, zaś w mniej kwaśnych i obojętnych - bakterii, co warunkuje rodzaj procesów glebowych Korzystny dla tych procesów byłby raczej większy udział bakterii (procesy brunatnienia), ale z drugiej strony mała kwasowość gleby sprzyja chorobom kiełków i siewek. Optimum - ph ok. 6, ale wymagania gatunkowe są zróżnicowane
faza stała (substancje organiczne i mineralne, tak w zmieszaniu jak i osobno) Najważniejszy dla tej fazy i bardzo ważny dla całej gleby jest skład granulometryczny udział poszczególnych frakcji w mineralnej części gleby Determinuje on wiele fizycznych cech gleby: przewiewność, pojemność wodną, właściwości termiczne, ciężar, plastyczność.
Struktura gleby - sposób połączenia ziaren mineralnych. Może być ona: rozdzielnoziarnista, spójna lub agregatowa Najczęściej występuje struktura agregatowa, w różnych odmianach. Najlepsze właściwości termiczne, powietrzne i wodne posiada gleba o gruzełkowatej odmianie tej struktury (gruzełki o kilku mm średnicy). O tworzeniu się agregatów z cząstek mineralnych decyduje zawartość związków próchnicznych w glebie
Próchnica Jest to organiczny składnik gleby. Ale od jakiego momentu rozkładu substancję organiczną (organizmy) można nazwać próchnicą (humusem)? Właściwie brak określonej granicy, bowiem istnieje ciągłość procesu humifikacji. Terlikowski (prof. WL w Poznaniu) wprowadził pojęcie prehumusu w odróżnieniu od humusu właściwego, który jest substancją rozłożoną, bezpostaciową, najczęściej połączoną już w agregaty z substancją mineralną.
Definicja próchnicy: Kompleks substancji organicznych i mineralnoorganicznych, które gromadzą się w glebie lub na jej powierzchni i stanowią przejściowe oraz końcowe produkty chemicznych i biologicznych procesów rozkładu i syntetycznego przetwarzania resztek roślinnych i zwierzęcych.
Humus składa się z następujących frakcji (o coraz większym stopniu polimeryzacji i coraz mniejszym stopniu rozpuszczalności): fulwokwasy, kwasy hymatomelanowe, brunatne kwasy huminowe, szare kwasy huminowe, humina. Ze względu na swój skład chemiczny (C24 H21O11N)n próchnica jest bezpośrednim źródłem węgla i azotu dla przetwarzających ją organizmów cudzożywnych oraz źródłem wolnego azotu dla roślin zielonych.
Typ próchnicy leśnej charakterystyczny dla danych warunków siedliskowych układ form próchnicy w profilu glebowym Każdemu z głównych typów gleb odpowiada w warunkach naturalnych określony typ próchnicy. Odpowiednikami wyróżnionych w typologii trzech grup siedlisk: lasów, laso-borów i borów są trzy podstawowe typy próchnicy: mull, moder i mor
Mull Tworzy się z reguły w korzystnych warunkach siedliskowych, w glebach biologicznie czynnych: szybki rozkład resztek organicznych Posiada tylko jedną formę: ziemistą; brak ektopróchnicy. Posiada odmiany, w zależności od wilgotności: kseromull, mull typowy, higromull, hydromull...
Mor Powstaje w niekorzystnych warunkach humifikacji mało substancji odżywczych i odporność resztek roślin na rozkład (niedostatek ciepła, złe warunki uwilgocenia). Gromadzi się wtedy kwaśna ektopróchnica, zwłaszcza w formie butwiny. Proces humifikacji prowadzą głównie grzyby, co powoduje wypłukiwanie kwaśnych zoli humusowych w głąb orsztyny humusowe. Brak dżdżownic itp. powoduje brak wymieszania ektopróchnicy z glebą mineralną, stąd brak zasadniczo poziomów darniowo-humusowych, natomiast tworzą się tu wkładki (soczewki) bezpostaciowego humusu. Odmiany wilgotnościowe: promotor, kseromor, mor typowy, higromor, hydromor.
Moder Posiada cechy pośrednie. Nie tworzy on zbyt grubych i sfilcowanych warstw, czym zdecydowanie różni się od moru. Pod poziomem surowinowym występuje parocentymetrowa warstwa detrytusowa. Przejście między dość grubym poziomem darniowohumusowym i glebą mineralną jest mniej ostre niż u moru, co jest dowodem działalności bezkregowców glebowych. Odmiany wilgotnościowe: kseromoder, moder typowy, higromoder, hydromoder oraz kalcimoder na suchych glebach węglanowych i prymitywnych glebach piaszczystych.
Krótko podsumowując znaczenie próchnicy dla gleb leśnych można powiedzieć, że jej ilość i jakość decyduje w znacznej mierze o chemicznych, fizycznych i biologicznych właściwościach tych gleb. Próchnica jako taka jest siedliskiem bardzo licznych organizmów glebowych, dla których stanowi także źródło pokarmu. Również rośliny zielone znajdują w próchnicy bezpośrednie źródło wolnego azotu. Próchnica jest bardzo ważnym ogniwem krążenia materii w ekosystemie leśnym od tempa procesów humifikacji zależy tempo obiegu pierwiastków w środowisku leśnym.
Dla hodowcy lasu ma próchnica jeszcze i to znaczenie, że pozwala na podstawie jej form i typów wnioskować (w terenie) o typach gleb oraz ich ekologicznych właściwościach, bez uciekania się do skomplikowanych analiz glebowych W związku z dużą dynamiką próchnicy (już słaba trzebież modyfikuje jej równowagę biotyczną), hodowca lasu może kierować się obserwacją próchnicy oraz edafonu, w dążeniu do tworzenia optimum siedliskowego pod koronami drzew.
Ekologiczne podstawy pielęgnacji, uprawy i nawożenia gleb leśnych
Pielęgnacja gleb leśnych Polega na zachowaniu i podwyższaniu żyzności. Żyzność - to zdolność gleby do zaspokajania potrzeb roślin określonego gatunku i odmiany - pod względem wody, składników odżywczych, odczynu itp. Łączy się ona ściśle z ogółem cech glebowych i jest ich biologiczną wypadkową.
Wielu gleboznawców uważa, że żyzność jest cechą niewymierną - może być oceniana tylko na podstawie swych przejawów... Między innymi o żyzności ma świadczyć aktywność edafonu oraz liczebność gatunków roślin naczyniowych, występujących na danej glebie (powierzchnia około 10 arów, miniareał)
Nie należy mylić żyzności z: - produkcyjnością (ilość suchej masy wyprodukowana na jednostce powierzchni w jednostce czasu) - urodzajnością (plon użytkowych części roślin) Żyzność gleby pod lasem, którego skład gatunkowy dostosowany jest do siedliska, utrzymuje się z reguły na stałym poziomie
Opad powyżej i poniżej koron buka (mm/miesiąc ) Miesięczny depozyt K, Ca i Na wraz z opadami atmosferycznymi (mg/m2/miesiąc)
Do utrzymania żyzności oraz jej zwiększenia przyczynia się właściwa pielęgnacja gleb leśnych Niewłaściwe poczynania gospodarcze powodują natomiast pogorszenie stanu gleby
W pielęgnowaniu gleby leśnej jesteśmy zdani przeważnie na zapobieganie jej degradacji, której przyczyną są najczęściej niekorzystne formy rozkładu próchnicy. Oto najważniejsze środki pielęgnacji: 1. Odpowiednie regulowanie zwarcia w ciągu całego życia lasu (fitoklimat, gleba). 2. Popieranie drzewostanów mieszanych, wielopiętrowych, różnowiekowych (przestrzeń, ścioła) 3. Gatunek drzewa będzie pielęgnował glebę tym lepiej im bardziej spełnia następujące warunki: cienisty, łatwo rozkładająca się ścioła, silnie drenujący system korzeniowy, zdolność tworzenia odrośli. 4. Zapobieganie wywiewaniu ścioły (wyłączaniu pierwiastków z obiegu). 5. Zapobieganie ugniataniu gleby przez ciężki sprzęt
Kwaśna próchnica (butwina): 1. Pogarsza bilans wodny gleby. Sama wchłania opady, nasyca swoje kapilary i powoduje spływ powierzchniowy. 2. Wzmaga procesy ługowania i powstawanie gleb bielicowych. 3. Utrudnia lub uniemożliwia rozwój bakterii. 4. Niszczy strukturę gleby, co pociąga za sobą cały ciąg szkodliwych następstw. 5. Bywa pierwszą przyczyną tworzenia się orsztynu, który zamyka dostęp powietrza i wody oraz stanowi mechaniczną przeszkodę dla korzeni. 6. Surowa próchnica jest wielką przeszkodą dla odnowienia naturalnego.
przy grubości warstwy próchnicy: 0,3 cm - 11 421 siewek, 5 cm - 132 siewek, 6 cm - brak siewek (na 1 m2) główną przyczyną jest niestabilność stosunków wodnych (przesuszenie korzeni siewek)
Najważniejsze sposoby walki z kwaśnym próchnicowaniem: 1. Rozdrabnianie pokrywy butwinowej i mieszanie jej z glebą mineralną, 2. Przykrywanie surowej próchnicy glebą mineralną, 3. Przykrywanie gleby chrustem, 4. Wypalanie surowej próchnicy nadkładowej, 5. Regulacja stosunków wodnych w glebie, 6. Wapnowanie (2000-4000 kg/ha, przy pokrywie 10 cm)
Ekologiczne podstawy uprawy gleb leśnych Gleba leśna wystawiona na bezpośrednie działanie słońca, opadów i wiatru traci strukturę gruzełkowatą, ubożeje dlatego po odsłonięciu na zrębie zupełnym, wiatrołomie itp. należy dążyć do jak najszybszego ponownego jej osłonięcia drzewami. Uprawa gleby, wykonana we właściwy sposób, umożliwia szybkie odnowienie lasu, zalesienie nieużytków i słabych gruntów ornych oraz hałd.
Celem mechanicznej uprawy gleby jest przede wszystkim poprawa fizycznych właściwości gleb. Głębokość uprawy waha się od 10 do 60 cm, w zależności od warunków. W leśnictwie stosuje się uprawę gleby pełną lub częściową. Podejmując decyzję pełnej uprawy powinno rozważyć się jej dodatnie oraz ujemne strony.
Wybór najbardziej odpowiedniego sposobu uprawy gleby zależy od biologii gatunku głównego i drzew domieszkowych, siedliska, zamierzonego sposobu odnowienia, dotychczasowego traktowania gleby oraz stosunków ekonomicznych. Należy pamiętać, że pewne gleby muszą być uprawiane intensywnie, inne zaś nie znoszą zbyt intensywnej uprawy.
Nawożenie gleb leśnych Drzewa wprawdzie pobierają znaczne ilości soli mineralnych z gleby, jednak zwracają większość tych substancji w postaci liści i chrustu. Przy racjonalnej eksploatacji (użytkowanie tylko grubizny) wyczerpanie gleb leśnych mogłoby nastąpić dopiero po bardzo wielu latach, zwłaszcza, że skała macierzysta, opady atmosferyczne i edafon wzbogacają glebę w pierwiastki biogenne. Nawożenie jest zatem potrzebne tylko tam, gdzie usuwane są całe rośliny lub gleba uległa daleko idącej degradacji.
Nawozi się więc szkółki, uprawy i starsze drzewostany, ale tylko wtedy, jeśli wiadomo, że brak soli mineralnych jest głównym czynnikiem ograniczającym. Nawożenie w każdym przypadku powinno być poprzedzone szczegółową analizą warunków siedliskowych i glebowych oraz optymalnym wyborem nawozów. Jeśli konieczne jest nawożenie sztuczne, wówczas wskazane jest łączenie go z nawożeniem naturalnym (zielony nawóz, kompost, obornik).
. na tyle