W PŁYW RODZAJÓW SUBSTANCJI ORGANICZNEJ N A W ŁAŚCIW OŚCI FIZYKOCHEMICZNE GLEBY I ZAWARTOŚĆ W ĘGLA ORGANICZNEGO

ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE TOM LIX NR I WARSZAWA 2008: 128-133 JOLANTA KWIATKOWSKA, ALINA MACIEJEWSKA W PŁYW RODZAJÓW SUBSTANCJI ORGANICZNEJ N A W ŁAŚCIW OŚCI FIZYKOCHEMICZNE GLEBY I ZAWARTOŚĆ W ĘGLA ORGANICZNEGO INFLUENCE OF ORGANIC MATTER FORMS ON PHYSICO-CHEMICAL PROPERTIES OF SOIL AN D CONTENT OF ORGANIC CARBON Zakład Gleboznawstwa i Ochrony Gruntów, Politechnika Warszawska A bstra ct: The source o f com pleting the organic substances in the soil m ay be brow n coal, organic-m ineral fertilizers obtained from brown coal, peat. These substances take part in all processes in soils and influence on their physical, chem ical and biological properties. The purpose o f the work was to investigate the influence o f different kinds o f organic m atter introduced into soil on physico-chem ical properties o f soil as well as on contents o f organic carbon in the soil. On the base o f obtained results o f the experiments it was stated that organic m atter from different sources influenced on im provem ent o f physicochem ical properties o f soil. Remarkable influence on soil reaction and sorption properties o f soil as well as increase o f content o f organic carbon in soil was found in case o f brown coal and organic-m ineral fertilizer. The obtained results o f the experim ents are in conformity with the author s earlier results. Słowa kluczow e: substancja organiczna, węgiel organiczny, właściwości fizykochemiczne gleby. Key words: organie matter, organie carbon, physicochem ical properties o f soil. WSTĘP Na akumulację materii organicznej i jej przemiany w glebach wpływają nie tylko czynniki glebowo-klimatyczne, ale równieżjej pochodzenie, czyli źródło substancji organicznej. Zubożenie gleb w substancję organiczną grozi zmniejszeniem ich żyzności [Kusińska 1999]. Eswaran i in. [1993] podkreślają, że ubytek próchnicy należy rozpatrywać nie tylko w kontekście oceny żyzności gleby, stosowanych systemów uprawowych i technologii uprawy, ale również z punktu w idzenia ochrony całego środowiska przyrodniczego. Nawożenie organiczne może modyfikować zarówno ilość, jak i właściwości związków próchnicznych [Pondel i in. 1985; Pranagal 2004; Skłodowski 1994]. W nawożeniu organicznym powszechnie stosowany jest obornik uważany za uniwersalny - wszechstronny organiczny nawóz naturalny. Wprowadzenie monokultur zbożowych i ograniczenie produkcji zwierzęcej spowodowało niedobór tego nawozu. W

Wpływ rodzajów substancji organicznej na wybrane właściwości gleby 129 przypadku niedoboru obornika można go zastąpić substancją organiczną będącą produktem ubocznym w gospodarstwie, np. słomą, liśćmi buraczanymi, międzyplonami przeznaczonymi na przyoranie. Można również wprowadzać do gleby substancję organiczną pochodzącą z innych źródeł, w tym z uwzględnieniem odpadów organicznych [Maciejewska 1993]. Wprowadzone do gleb nawozy organiczne wywołują szereg zmian w siedlisku pola uprawnego. Większość autorów uważa, że nawozy organiczne powodują wzrost zawartości humusu w glebie, inni natomiast, iż ułatwiają one jedynie utrzymanie zawartości próchnicy na określonym poziomie. Źródłem uzupełniającym substancję organiczną w glebach mogą być między innymi: węgiel brunatny, nawozy organiczno-mineralne z węgla brunatnego, torf [Kwiatkowska i in. 2005]. W agrochemicznej definicji węgiel brunatny jest nawozem stanowiącym źródło związków organicznych z dużym udziałem kwasów humusowych. Przydatność węgla brunatnego jako źródła materii organicznej określają takie jego właściwości, jak: silnie porowata struktura, alkaliczny charakter popiołu węglowego, zdolność pochłaniania i wymiany jonów oraz powolna mineralizacja substancji organicznej w nim zawartej. Celem pracy było zbadanie wpływu wprowadzonej do gleby substancji organicznej na jej wybrane właściwości fizykochemiczne oraz na zawartość węgla organicznego. MATERIAŁ I METODY Wieloletnie, statyczne doświadczenie mikropoletkowe w wazonach gruntowych, o średnicy 40 cm i wysokości 120 cm, założono jesienią 1999 roku, metodą losowanych bloków w czterech powtórzeniach. Doświadczenie prowadzono na glebie płowej typowej według klasyfikacji FAO Haplic Luvisols, wytworzonej z piasku gliniastego mocnego na glinie lekkiej, klasy bonitacyjnej IVa, kompleksu przydatności rolniczej żytniego, bardzo dobrego. W 1999 roku wprowadzono jednorazowo do wazonu i wymieszano z glebą węgiel brunatny (Wbr), nawóz organiczno-mineralny z węgla brunatnego Rekulter (R), torf (T), obornik (Ob) w dawkach odpowiednio 140, 180, 390, 630, g na wazon, co odpowiadało 5 1 C-org na ha. Materiał glebowy do analiz pobrano w czterech powtórzeniach, po zbiorze roślin. W próbkach oznaczono: ph w H70 i 1 mol KC1 dm-3 - metodą potencjometryczną, kwasowość wymienną (Kw) w 1mol KC1 dm-3 - metodą Sokołowa, kwasowość hydrolityczną (Hh) w roztworze 1 mol (CH COO)9Ca dm-3 - metodą Kappena, zawartość wymiennych kationów zasadowych (K, Na, Ca, Mg) i pojemność sorpcyjną(t) w 1 mol CH3COONH4 dm -3 - metodą ASA, obliczono stopień wysycenia kompleksu sorpcyjnego kationami zasadowymi (V), azot ogólny - metodąkjeldahla, węgiel organiczny i próchnicę - m etodą Tiurina. Przeprowadzono analizę wariancji dla doświadczenia jednoczynnikowego, przyjmując poziom istotności a = 0,05 wykorzystując program Statgraphics 4.1. WYNIKI I DYSKUSJA Substancja organiczna zastosowana w postaci węgla brunatnego, nawozu organicznomineralnego z węgla brunatnego - Rekultera, torfu lub obornika, poprawia właściwości fizykochemiczne gleby. Najbardziej korzystnie na poprawę odczynu gleby i właściwości sorpcyjne, jak również istotny wzrost zawartości węgla organicznego wpłynęły węgiel brunatny i Rekulter. Po zastosowaniu Rekultera wartość phkc1 wzrosła z 5,15 na 5,40 (tab. 1) co świadczy o właściwościach buforowych substancji organicznej z węgla brunatnego wprowadzonego do gleby z tym nawozem. Pomimo wzrostu odczynu po zastosowaniu substancji organicznej

130 J. Kwiatkowska, A. Maciejewska pozostał on w zakresie pozwąłającym na określenie gleb jako lekko kwaśne. Zastosowane dawki nawożenia organicznego w postaci róż-nych substancji były zbyt małe, aby w znaczący sposób oddziaływać na odczyn badanej gleby. Cecha ta jest wielkością względnie stabilną i zależy miedzy innymi od składu granulometrycznego gleby i zawartości próchnicy [Bednarek i in. 2004]. W yniki te potw ierdzają w cześniejsze re zultaty badań prowadzonych przez M aciejew ską [1995]. TABELA 1. Niektóre właściwości fizyko-chemiczne gleby TABLE 1. Selected physical and chemical properties o f soil Krężel i Gandecki [1991] stwierdzili, że węgiel brunatny nawet niewzbogacony popiołem, również istotnie zwiększał wartość odczynu gleby. Działanie nawożenia organicznego dało wysoce pozytywne efekty. Pod wpływem Rekultera kwasowość hydrolityczna zmniejszyła się z 0,918 do 0,813 cmol(+) kg 1 gleby (tab. 1). Podobne zależności otrzymano we wcześniej przeprowadzonych badaniach [Maciejewska, Kwiatkowska 2002]. Zmniejszenie kwasowości potencjalnej sugeruje, że kompleks sorpcyjny gleby płowej, po zastosowaniu Rekultera i węgla brunatnego został istotnie wysycony jonami zasadowymi. Otrzymane wyniki potwierdzają rezultaty badań przeprowadzonych wcześniej przez innych autorów, dotyczących właściwości sorpcyjnych węgli brunatnych oraz zawartości zasadowych kationów wymiennych [Kalembasa, Tengler 1992]. Dodatek substancji organicznej spowodował wzrost zawartości składników biogennych i procentowego udziału próchnicy w glebie (tab. 2). Zakres wahań zawartości węgla organicznego po zastosowaniu materii organicznej z różnych źródeł, mieścił się w przedziale od 6,208 do 8,305 g-kg"1, odpowiednio dla kombinacji z obornikiem i z Rekulterem. Zawartość Corg., a zatem i próchnicy w największym zakresie wzrosła po zastosowaniu węgla brunatnego lub Rekultera. Wzrost ten wynosił TABELA 2. Zawartość próchnicy, С org., N ogolnego oraz stosunek С : N w glebie TABLE 2. Content of humus, organie carbon (Corg), total N (Ntot) and С : N ratio in soil Rodzaj substancji organicznej Kind of organic matter Kontrola 0; Control 0 Węgiel brunatny; Brown coal Rekulter; Rekulter Torf, Peat Obornik; Farmyard manure n i r, 5; l s d o, 5 Próchnica Humus Corg % g *kg"' 1,052 1,414 1,432 1,294 1,070 Rodzaj substancji organicznej Kind of organic matter Kontrola 0; Control 0 Węgiel brunatny; Brown coal Rekulter; Rekulter Torf, Peat Obomik; Farmyard manure n i r o.o5; l s d o,5 6,103 8,204 8,305 7,507 6,208 Nog. Ntot 0,465 0,532 0,534 0,511 0,518 С : N 11,09 15,42 15,55 14,69 11,98 0,21 0,340 0,110 0,230 ph Kw Hh H20 KC1 cmol(+) kg 1 5.66 5.83 5.84 5,76 5.66 5.15 5.20 5,40 5.21 5.16 0,003 0,002 0,001 0,002 0,003 0,918 0,872 0,813 0,930 0,925 0,210 0,140 0,0009 0,110 Hh - kwasowość hydrolityczna; hydrolytic acidity; Kw - kwasowość wymienna; exchangeable acidity; NIR - najmniejsza istotna różnica; LSD - least significant difference ok. 50% w porównaniu z kontrolą. Pomimo tak istotnego wzrostu zawartości węgla organicznego w glebie po zastosowaniu węgla brunatnego lub Rekultera, pozostał on na poziom ie charakterystycznym dla gleb płowych [Pranagal 2004]. Z wieloletnich badań prowadzonych przez M yśkowa i in. [1986] ze stosowaniem corocznie dużych dawek obornika - przez 54 lata, tj. 6 0 1 na ha, uzyskano

Wpływ rodzajów substancji organicznej na wybrane właściwości gleby 131 TABELA 3. Zawartość kationów wymiennych, suma zasad - S, pojemność kompleksu sorpcyjnego - T, stopień wysycenia kompleksu sorpcyjnego kationami zasadowymi - V TABLE 3. Content o f exchangeable cations, total exchange basic cations TEB, cations exchange capacity - CEC, base saturation - BS Rodzaj substancji organicznej Kind of organie matter C a ; Na+ M g / K + S; TEB T; CEC V; BS cmol(+) kg"1 % Kontrola 0; Control 0 Węgiel brunatny; Brown coal Rekulter; Rekulter Torf; Peat Obornik; Farmyard manure 9,75 14,33 15,03 10,76 10,98 0,64 0,63 0,66 0,67 0,66 0,249 0,473 0,476 0,368 0,306 0,169 0,298 0,309 0,287 0,281 10,81 15,73 16,26 12,08 12,23 11,63 16,60 17,07 13,01 13,23 92,97 94,75 91,86 92,85 92.44 N I R 0,05; L S D 0.05 0,98 0,030 0,013 0,012 0,098 0,89 1,76 trzykrotne zwiększenie w glebie materii organicznej, natomiast po 26 latach przy dawce 25 t na ha odnotowano około dwukrotny wzrost zawartości tego składnika. Tylko stosowanie dużych dawek substancji organicznej przez wiele lat lub zastosowanie dawki agromelioracyjnej substancji organicznej, stosunkowo trudno ulegającej mineralizacji, np. węgla brunatnego daje możliwość istotnego wzbogacenia gleby w węgiel organiczny. Również zawartość N ogólnego w największym stopniu wzrosła po zastosowaniu węgla brunatnego lub Rekultera (z 0,465 do 0,532 g kg-1). Potwierdza to tezę o stosunkowo powolnej mineralizacji substancji organicznej z węgla brunatnego [Maciejewska, Kwiatkowska 1998]. Na obiektach, gdzie wprowadzono substancję organiczną z węgla brunatnego lub Rekultera, stosunek С : N zwiększył się z 11,09 do około 15,5. Suma zasadowych kationów wymiennych w największym zakresie (6 cmol (+) kg"1 gleby) wzrosła po zastosowaniu Rekultera i węgla brunatnego (tab. 3), co koresponduje z wynikami badań dotyczących właściwości sorpcyjnych węgla brunatnego oraz zawartości zasadowych kationów wym iennych węgla brunatnego [Augustyn, U rbaniak 1975]. W pojemności sorpcyjnej wyraźnie przeważały kationy zasadowe. Po zastosowaniu węgla brunatnego lub Rekultera wzrost pojemności sorpcyjnej zwiększył się i wynosił ok. 6 cmol (+) kg-1 gleby (tab. 3). Korzystny wpływ obornika na sumę zasad i pojemność kompleksu sorpcyjnego stwierdziło wielu badaczy [Bednarek i in. 2004; Krzywy i in. 1996; Mercik i in. 2000; Panak i in. 1990]. Poprawa właściwości sorpcyjnych gleby była największa na obiektach z węglem brunatnym lub Rekulterem, co wynika z właściwości węgla brunatnego, który zawiera znaczne ilości kwasów huminowych i fulwowych wykazujących bardzo dużą pojemność sorpcyjną w stosunku do kationów, tj. w zakresie 300-1400 cmol (+) kg-1, podczas gdy w przypadku próchnicy pojemność ta wynosi ok. 200 cmol (+) k g '1[Stevenson 1985]. Na obiekcie z węglem brunatnym kompleks sorpcyjny był w 95% wysycony kationami zasadowymi (tab. 3). Otrzymane wyniki badań potwierdzają rezultaty innych autorów dotyczące wpływu węgla brunatnego lub nawozów na podstawie węgla brunatnego na właściwości sorpcyjne gleby [Lekan 1989; Mazur i in. 1998].

132 J. Kwiatkowska, A. Maciejewska WNIOSKI 1. Spośród zastosowanych rodzajów substancji organicznej, węgiel brunatny i Rekulter w największym zakresie poprawiają właściwości fizykochemiczne gleby płowej wytworzonej z piasku gliniastego na glinie lekkiej, a w szczególności: - podwyższają ph gleby; - zmniejszają kwasowość wymienną i hydrolityczną, - zwiększają pojemność sorpcyjną gleby, zawartość kationów zasadowych oraz sto pień wysycenia kompleksu sorpcyjnego kationami zasadowymi, - zwiększają zawartość azotu ogólnego i węgla organicznego w glebie. 2. Węgiel brunatny w formie pospółki otrzymywany przy wydobyciu tego surowca (traktowany jako odpad) oraz nawozy i preparaty produkowane z udziałem węgla brunatnego mogą być stosowane do użyźniania gleb mało zasobnych w próchnicę glebową. 3. Węgiel brunatny i produkty produkowane z udziałem węgla brunatnego są lepszym od torfu i obornika źródłem substancji organicznej w glebie. LITERATURA AUGUSTYN D., URBANIAK H. 1975: Wpływ ph roztworów wodnych na sorpcję kationów przez kwasy huminowe wydzielone z węgla brunatnego. Pr. Politechn. Wrocł. 25: 225-231. BEDNAREK W., BUJAK K., TKACZYK R, FRANT M. 2004: Wpływ nawożenia, uprawy roli i roślin na fizykochemiczne właściwości gleby. Annales UMCS, Sec. E 59, 1: 225-232. ESWARAN H., VAN DEN BERG E., REICH R 1992: Organie carbon in soils of the world. Soil Sei. Soc. Am.J. 57: 192-194. KALEMBASA S., TENGLER A. 1992: Wykorzystanie węgla brunatnego w nawożeniu. WSR-P Siedlce nr 21 Monografia. KRĘŻEL R., GANDECKI R. 1991 : Wpływ dodatku węgla brunatnego do gleby lekkiej na jej właściwości i rośliny uprawne. Gosp. Surowe. Mineral. 7,2: 491-497. KRZYWY E., KRUPA J., WOŁOSZYK C. 1996: Wpływ wieloletniego nawożenia organicznego i mineralnego na niektóre wskaźniki żyzności gleby. Zesz. Nauk. AR w Szczecinie, R oi 172: 259-264. KUSIŃSKA A. 1999: Zasoby i skład humusu glebowego pod niektórymi gatunkami roślin w dwóch systemach uprawy. Zesz. Probl. Post. Nauk Roi. 465: 319-330. KWIATKOWSKA J., DĘBSKA B., MACIEJEWSKA A., GONET S. 2005: Brown coal as the factor modifying the properties of soil organic matter. Rocz. Glebozn. 56,1: 31-41. LEKAN S. 1989: Wpływ dużych dawek torfu i miału węgla brunatnego na właściwości gleb piaskowych i plonowanie roślin. R(259), IUNG Puławy. MACIEJEWSKA A. 1993: Zawartość próchnicy a właściwości sorpcyjne gleb bardzo lekkich. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 411: 319-324. MACIEJEWSKA A. 1995: Ekologiczne aspekty wykorzystania węgla brunatnego do poprawy właściwości gleb piaszczystych użytkowanych rolniczo. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 422: 64-74. MACIEJEWSKA A., KWIATKOWSKA J. 1998: Wpływ nawozu organiczno-mineralnego na właściwości fizykochemiczne gleby. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 455: 9-16. MACIEJEWSKA A., KWIATKOWSKA J. 2002: Niektóre właściwości chemiczne gleby oraz jej zdolności buforowe po zastosowaniu nawozu organiczno-mineralnego z węgla brunatnego. Zesz. Probl. Post. Nauk Roi. 482: 351-357. MAZUR T., WOJTAS A., MAZUR Z. 1998: Rolnicza wartość nawozów organiczno-mineralnych produkowanych na bazie węgla brunatnego. Zesz. Probl. Post. Nauk. Roln. 455: 141-147. MERCIK S., STĘPIEŃ W., LENART S. 2000: Żyzność gleb w trzech systemach nawożenia: mineralnym, organicznym i organiczno-mineralnym - w doświadczeniach wieloletnich. Cz. I. Właściwości fizyczne i fizykochemiczne gleb. Folia Univ. Agric. Stetin 211, Agric. 84: 311-316.

Wpływ rodzajów substancji organicznej na wybrane właściwości gleby 133 MYŚKOW W., JASZCZEWSKA B., STACHYRA A., NAGLIK E. 1986: Substancje organiczne gleby - ich rolnicze i ekologiczne znaczenie. Rocz. Glebozn. 37, 2/3: 15-36. PANAK H., WOJNOWSKA T., SIENKIEWICZ S. 1990: Działanie obornika i nawozów mineralnych na żyzność i produktywność gleby. Zesz. Nauk. AR we Wrocławiu, Roi. 53, 196: 149-160. PONDEL H., SADURSKI W., WILKOS S. 1985: Zawartość próchnicy w glebach Polski. Pam. Pał. 85: 5-28. PRANAGAL J. 2004: Wpływ systemu uprawy na zawartość węgla organicznego w glebie. Annales UMCS Sectio E 59, 1: 1-10. SKŁODOWSKI P. 1994: Wpływ użytkowania gleb na akumulację i jakość związków próchnicznych. Rocz. Glebozn. 45, 3/4: 77-84. STEVENSON F.J., 1985: Geochemistry of soil humic substances. John Willey&Sons, New York, Chrischester, Brisbane, Toronto, Singapore: 13-52. Dr Jolanta Kwiatkowska Zakład Gleboznawstwa i Ochrony Gruntów, Politechnika Warszawska PI. Politechniki 1, 00-661 Warszawa, e-mail: J.Kwiatkówska@gik.pw.edu.pl