16. Charakterystyka gleb leśnych

Odczyn badanych gleb wahał się od pH 2,55 w ektopróchnicy gleby rdzawej bielicowanej z powierzchni w Nadl. Rokita w Krainie Bałtyckiej do pH 7,71 w warstwie 40-80 cm gleby brunatnej wyługowanej z Nadl. Tomaszów w Krainie Małopolskiej i zmieniał się wraz z głębokością. Z reguły najbardziej kwaśna była próchnica nadkładowa, natomiast wartość pH warstw mineralnych rosła wraz ze wzrostem głębokości. Największą rozpiętość w pionowym zróżnicowaniu odczynu stwierdzono w glebie słabo wykształconej ze skał luźnych z Nadl. Elbląg w Krainie Bałtyckiej, gdzie wartość pH próchnicy nadkładowej wynosiła 2,67 a wartość pH warstwy 40-80 cm była równa 5,36.

Odczyn gleb ze stałych powierzchniach obserwacyjnych w 2003 roku (mierzony we frakcji < 2,0 mm) tylko nieznacznie różnił się od odczynu zmierzonego w 1999 roku (we frakcji < 1,0 mm).

Odczyn próchnicy nadkładowej oraz warstw mineralnych zależał od gatunku panującego w drzewostanie (Rys. 26). Najbardziej kwaśne okazały się ektopróchnice gleb spod drzewostanów sosnowych (śr. pH 3,03), podczas gdy średnia dla gatunku wartość pH ektopróchnic spod drzewostanów świerkowych, bukowych i dębowych wynosiła odpowiednio: 3,12, 3,38 i 3,42. Należy jednak podkreślić, że gleby spod drzewostanów liściastych zawierały znikome ilości próchnicy nadkładowej, lub nie zawierały jej wcale. Inny obraz zanotowano obserwując wpływ gatunku panującego na odczyn warstw mineralnych gleb. Dla warstwy 0-5 cm badane gatunki drzew można uszeregować od najbardziej do najmniej zakwaszającego w sposób następujący: świerk (pH 3,20) > sosna (pH 3,27) > buk (pH 3,52) > dąb (pH 3,58). W warstwach 10-20, 20-40 oraz 40-80 cm najniższe średnie pH zanotowano również w glebach spod drzewostanów świerkowych, zadziwiająco wysokie było jednak pH gleb spod drzewostanów sosnowych. Analizie poddano aż 100 gleb spod drzewostanów sosnowych i nie może tu być mowy o przypadku. Dane literaturowe oraz wyniki monitoringu gleb leśnych z 1995 i 1999 roku wskazują, że przyczyną pozornie małego wpływu zakwaszającego sosny jest zmiana metodyki pomiarów. Drzewostany sosnowe w Polsce występują z reguły na glebach wytworzonych z utworów gruboziarnistych. W naważce o masie 10 g, w której mierzy się pH znajduje się więc stosunkowo mało frakcji ilastych, decydujących o odczynie i stosunkowo dużo chemicznie obojętnej frakcji 2,0-1,0 mm.

Średni odczyn ektopróchnic świeżych siedlisk nizinnych był zróżnicowany i zmieniał się wraz ze stopniem żyzności siedlisk (Rys. 27). Najbardziej kwaśne próchnice nadkładowe występowały w glebach borów świeżych (pH 2,74), znacznie mniej kwaśne były ektopróchnice borów mieszanych świeżych i lasów mieszanych świeżych (pH odpowiednio: 3,09 i 3,13), a najmniej kwaśne okazały się ektopróchnice lasów świeżych (pH 3,43). Odczyn górnej warstwy mineralnej (0-5 cm) w glebach siedlisk Bśw, BMśw i LMśw był podobny (pH 3,30), natomiast w glebach siedlisk Lśw był nieco mniej kwaśny (pH 3,42). Odczyn warstw głębszych (5-80 cm) był tym bardziej kwaśny im bardziej żyzne było siedlisko. Na przykład w warstwie 20-40 cm średnia wartość pH wynosiła 4,38 dla Bśw, 4,22 dla BMśw, 4,12 dla LMśw i 4,00 dla Lśw. Gleby siedlisk borowych zawierają z reguły dużą ilość frakcji grubszych, które powodują „rozcieńczenie” próbki.

Zawartość azotu ogólnego była zawsze zdecydowanie najwyższa w próchnicach nadkładowych, zmniejszając się stopniowo w miarę wzrostu głębokości. Zawartość tego pierwiastka w ektopróchnicach wahała się od 3,51 g^.kg^-1 w glebie płowej brunatnej z powierzchni w Nadl. Strzałowo w Krainie Mazursko-Podlaskiej do 20,94 g^.kg^-1 w glebie opadowo-glejowej właściwej z powierzchni w Nadl. Krotoszyn w Krainie Wielkoposko-Pomorskiej.

Niezależnie od analizowanej warstwy najwięcej azotu zawierały gleby spod drzewostanów świerkowych, nieco mniej gleby spod drzewostanów bukowych i dębowych, a zdecydowanie najmniej - gleby spod drzewostanów sosnowych (Rys. 28). Średnia ilość azotu, najbardziej biomasotwórczego składnika pokarmowego, w glebach świeżych siedlisk nizinnych była ściśle związana z ich żyznością. Zarówno w ektopróchnicach, jak i we wszystkich warstwach mineralnych rosła w następujący sposób: Bśw < BMśw < LMśw < Lśw.

Zawartość węgla organicznego w badanych warstwach gleb zmniejszała się wraz z głębokością i w ektopróchnicy wahała się od 73 g^.kg^-1 w glebie płowej zbrunatniałej z powierzchni w Nadl. Olsztyn w Krainie Mazursko-Podlaskiej do 461 g^.kg^-1 w glebie bielicowej z powierzchni w Nadl. Bielsko w Krainie Karpackiej, a w warstwie 20-40 cm: od 0,585 g^.kg^-1 w glebie brunatno-rdzawej z powierzchni w Nadl. Olkusz w Krainie Małopolskiej do 51,0 g^.kg^-1 w glebie brunatnej kwaśnej typowej z powierzchni w Nadl. Międzylesie w Krainie Sudeckiej.

Zawartość węgla organicznego w glebach zależała od gatunku panującego w drzewostanie (Rys. 29). Najwyższą średnią zawartością C charakteryzowały się próchnice nadkładowe gleb spod drzewostanów świerkowych (350 g^.kg^-1). W ektopróchnicach gleb spod drzewostanów sosnowych, bukowych i dębowych średnia zawartość tego pierwiastka była wyraźnie niższa (odpowiednio: 280, 274 i 267 g^.kg^-1). Należy podkreślić, że w przypadku drzewostanów liściastych ta forma próchnicy występowała tylko w nielicznych przypadkach, a jej miąższość, w porównaniu z drzewostanami iglastymi, była niewielka i w drzewostanach bukowych nie przekraczała 0,5 cm.

Średnia dla gatunku panującego zawartość węgla organicznego w mineralnych warstwach gleb była zdecydowanie najwyższa w glebach spod drzewostanów świerko-wych. W warstwach 0-5, 5-10, 10-20, 20-40 oraz 40-80 cm wynosiła ona odpowiednio: 88, 44, 27, 18 i 13 g^.kg^-1 i w każdym przypadku była ponad dwukrotnie wyższa niż odpowiednie wartości dla gleb, na których dominowały pozostałe gatunki drzew. Najniższą zawartością C organicznego charakteryzowały warstwy mineralne gleb spod drzewostanów sosnowych (27, 15, 10, 5 i 3 g^.kg^-1 odpowiednio dla warstw: 0-5, 5-10, 10-20, 20-40 oraz 40-80 cm).

Ze względu na to, że poszczególne gleby charakteryzowały się różną miąższością próchnicy nadkładowej (od 0 do 7 cm) oraz różną gęstością warstw mineralnych, zawar-tość węgla organicznego wyrażona w gramach C na kilogram gleby nie daje poglądu o masie tego pierwiastka zgromadzonego w badanych glebach. Dlatego dla każdej gleby obliczono zapas węgla organicznego zgromadzony w ektopróchnicy (jeżeli występowała) oraz w warstwie mineralnej do głębokości 80 cm. Zapas ten, wyrażony w Mg C na hektar, obliczano uwzględniając gęstość objętościową wyznaczoną dla każdej powierzchni, a w przypadku warstw położonych głębiej wartości gęstości objętościowej opracowano na podstawie literatury [16, 19].

Średni dla gatunku zapas węgla organicznego (Rys. 30) był najmniejszy pod drzewostanami sosnowymi (96 Mg^.ha^-1), znacznie większy pod drzewostanami dębowymi i bukowymi (odpowiednio 99 i 115 Mg^.ha^-1) i zdecydowanie największy pod drzewostanami świerkowymi (259 Mg^.ha^-1). Ektopróchnice drzewostanów świerkowych i sosnowych magazynowały średnio po 20 Mg C na hektar, podczas gdy ektopróchnice drzewostanów dębowych i bukowych odpowiednio tylko 6,0 oraz 0,6 Mg C na hektar. W drzewostanach sosnowych węgiel próchnicy nadkładowej stanowił średnio aż 20% jego zawartości w całej masie gleby, podczas gdy udział węgla ektopróchnic w puli tego pierwiastka w glebach pod drzewostanami świerkowymi i dębowymi stanowił odpowiednio 8% i 6%, a w glebach pod drzewostanami bukowymi - poniżej 1%.

Stosunek C:N czyli ilościowy stosunek węgla organicznego do azotu w próchnicy glebowej lub materii organicznej gleby jest jednym z ważniejszych wskaźników jakości siedliska leśnego. Im jest on mniejszy, tym gleba leśna jest bardziej żyzna.

Stosunek zawartości węgla organicznego do całkowitej zawartości azotu był zawsze najszerszy w nierozłożonej ektopróch-nicy, gdzie wahał się od 18 w glebie brunatnej oglejonej z powierzchni w Nadl. Suwałki w Krainie Mazursko-Podlaskiej i w glebie opadowo-glejowej właściwej z Nadl. Krotoszyn w Krainie Wielkopolsko-Pomorskiej do 37 w glebie słabo wykształconej ze skał luźnych właściwej z powierzchni w Nadl. Elbląg w Krainie Bałtyckiej i zwężał się stopniowo w warstwach głębszych osiągając wartość 7 w warstwie 40 - 80 cm gleb brunatnych kwaśnych typowych z Nadl. Stuposiany i Wisła w Krainie Karpackiej.

Średni dla gatunku panującego w drzewostanie stosunek C:N w ekto- i endopróchnicach gleb był bardzo zróżnicowany (Rys. 31). W glebach spod drzewostanów sosnowych był najszerszy we wszystkich analizowanych warstwach i w ektopróchnicach wynosił 26:1, a w warstwach mineralnych zawężał się do 21:1. Gleby spod drzewostanów bukowych, dębowych i świerkowych charakteryzowały się we wszystkich warstwach bardzo zbliżonymi relacjami między węglem i azotem. Średni dla gatunku stosunek C:N w próchnicach nadkładowych tych gleb wynosił 20-21:1, a w warstwie 40-80 cm - 15:1. Przyczyn tak małego zróżnicowania gleb spod poszczególnych gatunków drzew pod względem stosunku węgla do azotu należy upatrywać w tym, że zarówno drzewostany sosnowe, jak i świerkowe oraz bukowe i dębowe występowały w siedliskach o bardzo zróżnicowanej żyzności i wilgotności. Na przykład stałe powierzchnie obserwacyjne II rzędu z np. drzewostanami sosnowymi są zlokalizowane w siedliskach Bśw, Bw, BMśw, BMw, BMG, LMśw, LMwyż, LMG, a nawet w siedliskach Lśw, Lwyż, LG, czy Lł. Ponieważ wartość C:N jest wskaźnikiem żyzności siedliska, zatem jej uśrednienie dla gleb spod wszystkich drzewostanów sosnowych, rosnących zarówno w siedliskach bardzo ubogich jak i bardzo żyznych powoduje, że różnice między glebami spod różnych gatunków zacierają się.

O wiele bardziej interesującym podejściem jest więc rozpatrywanie zależności między wartościami stosunku C:N uśrednionymi nie dla gatunków panujących, lecz dla siedliskowych typów lasu. Jednak i przy takim podejściu istnieją pewne ograniczenia. wynikające z faktu iż na glebach należących do danego siedliska występują drzewostany różnych gatunków. Najszerszy stosunek węgla do azotu stwierdzono w glebach siedlisk boru świeżego (Rys. 32). Jego średnia wartość wynosząca dla próchnic nadkładowych 28:1 a dla endopróchnic 24-25:1 klasyfikowała te próchnice pod względem stosunku C:N na pograniczu typów moder i mor. Próchnice siedlisk boru mieszanego świeżego zawierały wyraźnie mniej węgla w stosunku do azotu (25:1 w próchnicach nadkładowych i 21-22:1 w warstwach mineralnych), co pozwala zaklasyfikować je pod tym względem do typu moder. Również próchnice gleb siedlisk LMśw wykazywały stosunek C:N charakterystyczny dla próchnic typu moder (średnio 23:1 w ektopróchnicach i 19-21:1 w warstwach mineralnych). Gleby z siedlisk lasu świeżego, poza dwoma wyjątkami dla drzewostanów sosnowych, nie zawierały próchnic nadkładowych, a endopróchnice tych gleb charakteryzowały się stosunkiem C:N zbliżonym do typowego dla próchnic typu mull (14-16:1). Stosunek węgla do azotu w materii organicznej gleb siedlisk górskich był z reguły znacznie węższy niż stwierdzony w odpowiadających im siedliskach nizinnych. I tak ektopróchnice siedlisk BMG i LMG charakteryzowały się stosunkiem C:N wynoszącym odpowiednio 21-22:1, a ektopróchnice odpowiednio 19-21:1 i 17:20:1. Najbardziej wąski stosunek C:N stwierdzono w glebach siedlisk lasów górskich. Gleby te - podobnie jak gleby siedlisk Lśw - nie zawierały próchnic nadkładowych, a stosunek C:N w warstwach mineralnych wynosił od 15:1 w warstwie 0-5 cm do 10:1 w warstwie 40-80 cm.

Zmiany stosunku C:N w latach 1996, 1999 i 2003 analizowano na podstawie wartości średnich dla drzewostanów sosnowych w siedliskach boru miesza-nego świeżego oraz dla drzewostanów świerko-wych, bukowych i dębo-wych rosnących w siedliskach lasu świeżego, gdyż siedliska te były reprezentowane najbardziej licznie (Rys. 33). Warstwy mineralne gleb drzewostanów świerkowych, bukowych i dębowych z siedlisk Lśw charakteryzowały się stosunkowo stałym stosunkiem C:N. Stosunek węgla do azotu  w roku 1999 zmienił się w tych glebach od -11 do +13 procent w porównaniu do wartości zmierzonych w 1996 roku. Zmiany C:N w 2003 roku w porównaniu z rokiem 1996 były również niewielkie i wahały się od -11 do +14 procent. Stosunek węgla do azotu w warstwach mineralnych gleb drzewostanów sosnowych w latach 1996 i 1999 był również zbliżony - różnice mieściły się w przedziale 13 procent, natomiast w glebach analizowanych w 2003 roku, a więc już po zmianie metodyki, stosunek ten, w porównaniu do roku 1996, uległ rozszerzeniu o 25-54 %. Zmiana ta jednak była najprawdopodobniej spowodowana wprowadzeniem nowej metodyki pomiarów - dokładny obraz zmian stosunku C:N w czasie, będzie możliwy do uzyskania po porównaniu wyników analiz węgla i azotu we frakcji <2,0 i <1,0 mm.