5. Właściwości fizyko-chemiczne gleb leśnych i ich zmiany w okresie badań 1995 - 2004

Gleba odgrywa podstawową rolę w kształtowaniu warunków egzystencji ekosystemów leśnych. Wpływa ona w istotny sposób na tempo krążenia materii i obiegu wody w układach przyrodniczych, decydując o ich stabilności. Fizyczne, chemiczne i biologiczne właściwości gleby są silnie ze sobą powiązane i niekorzystna zmiana jednej z nich powoduje w konsekwencji zmiany w całym środowisku glebowym, przenoszące się z czasem na funkcjonowanie ekosystemu leśnego. Niezwykle cenną właściwością środowiska glebowego jest zdolność do kompensacji i przeciwdziałania krótkotrwałym niekorzystnym oddziaływaniom antropogenicznym, np. w procesach buforowania i wiązania depozytu metali ciężkich. Stanowi to istotny mechanizm wspomagania stabilności całego ekosystemu. Dlatego też, uszkodzenie gleb lub zakłócenie ich funkcji prowadzi zawsze w krótszej lub dłuższej perspektywie do destrukcji całego ekosystemu.

Fot. 4. Drzewostan dębowo - bukowy. Drawieński P.N. - fot. E. Dmyterko

Gleby stałych powierzchni obserwacyjnych reprezentują 11 typów, przy czym gleby rdzawe występują aż na 45,3 % SPO, gleby brunatne i brunatne kwaśne na 31,7 %, a bielice i gleby bielicowe na 12,2 %. Pozostałe typy gleb (słabo wykształcone ze skał luźnych, płowe, glejobielicowe, opadowo-glejowe, murszowate i mady rzeczne reprezentują łącznie tylko 4,2 % powierzchni . Badane gleby zostały wytworzone z utworów o zróżnicowanym uziarnieniu: od utworów żwirowych, poprzez piaski, pyły i gliny, aż do utworów iłowych, dominują jednak gleby wytworzone z piasków różnego pochodzenia. Poziomy akumulacyjne 58,8 % gleb występujących na stałych powierzchniach obserwacyjnych wykazują uziarnienie piasku luźnego lub słabogliniastego (według klasyfikacji PTG), a zawartość iłu koloidalnego w 70,3 % przypadków nie przekracza 5 %, przy czym aż 29,1 % poziomów akumulacyjnych zawiera niewykrywalne ilości tych cząstek. Dokładną charakterystykę badanych gleb można znaleźć u Wawrzoniak i Małachowska 1996 oraz Wawrzoniaka et al., 2000.

Skład chemiczny gleby oraz jej właściwości fizyko-chemiczne zależą od tego, jaką frakcję (średnicę ziarn) poddano analizie. Od 1896 roku (Uchwała Sekcji Rolniczej Komisji Fizjograficznej Akademii Umiejętności) aż do chwili obecnej, badania właściwości chemicznych gleb Polski były prowadzone w tzw. frakcji części ziemistych wg klasyfikacji PTG, tzn. w próbkach przesianych przez sito o średnicy oczek mniejszej od 1,0 mm. Tymczasem w zdecydowanej większości krajów świata, w tym we wszystkich państwach Unii Europejskiej, badania chemii gleb prowadzi się we frakcji części ziemistych wg klasyfikacji USDA-FAO, zgodnie z którą do frakcji tej należą cząstki mniejsze nie od 1,0 mm, jak to ma miejsce w Polsce, a od 2,0 mm.

W trzecim cyklu monitoringu gleb leśnych Polski (2003-2004) właściwości gleb badano w próbkach o średnicy 2 mm. Przejście na system obowiązujący w programie ICP-Forests spowodowało, że porównanie aktualnych cech monitorowanych gleb z ich stanem, jaki zarejestrowano cztery lub osiem lat wcześniej byłoby obarczone niemożliwym do oszacowania błędem. Aby nie dopuścić do zaprzepaszczenia danych pierwszego i drugiego cyklu monitoringu gleb dokonano porównania wyników analiz tych samych gleb we frakcji o średnicy ziarn mniejszej od 2,0 mm i we frakcji o średnicy ziarn mniejszej od 1,0 mm.

Fot. 5. Mada rzeczna. Nadleśnictwo Miękinia - fot. J. Wójcik

Zmienność w czasie właściwości (parametrów) charakteryzujących glebę jest bardzo zróżnicowana. Część parametrów nie ulega zmianie w ciągu setek lat (np. typ gleby, uziarnienie), inne pozostają niezmienne przez dziesiątki lat (np. całkowita zawartość składników pokarmowych), jeszcze inne wreszcie mogą ulec znaczącym zmianom w ciągu okresu mierzonego jednym lub kilkoma sezonami wegetacyjnymi (np. odczyn, właściwości sorpcyjne). Ta ostatnia grupa właściwości gleb nazywana jest cechami labilnymi lub łatwo zmiennymi. Ponieważ fizyczne, chemiczne i biologiczne właściwości gleby są silnie ze sobą powiązane to zmiana jednego z parametrów labilnych pociąga za sobą zmiany innych. Powszechnie znany jest, na przykład, wpływ odczynu na tzw. ładunki nietrwałe na koloidach glebowych - w wyniku wzrostu zakwaszenia gleby następuje spadek ilości ładunków ujemnych (zależnych od pH) na koloidach glebowych, a tym samym dochodzi do zmniejszenia się pojemności sorpcyjnej (aktualnej) gleby.

Zmiany zawartości węgla organicznego, jakie zanotowano w trzech okresach pomiarowych, były wielokierunkowe i dotyczyły zarówno typu gleby jak i warstwy, z której pobrano próbkę. W górnych (0-20 cm) warstwach bielic zawartość C w latach 1999 i 2003 była podobna i nieco wyższa niż w 1995 roku, podczas gdy te same warstwy gleb bielicowych w latach 1995 i 1999 zawierały nieco mniej tego pierwiastka niż w roku 2003 (Rys.7). Inny kierunek zmian zanotowano w górnych warstwach gleb rdzawych, które najmniej C zawierały w 1999 roku, a w latach 1995 i 2003 zawartości tego pierwiastka były podobne. Zawartość węgla organicznego w warstwach 20-80 cm gleb należących do typów BL, B i RD nie zmieniała się w czasie. W górnych warstwach gleb płowych zanotowano zwiększanie się zawartości C w czasie, w warstwach głębszych natomiast - przyrost ilości C w roku 1999 w stosunku do pozostałych lat. Gleby typów BR i BRK charakteryzowały się spadkiem zawartości C w kolejnych cyklach monitoringu.

Zawartość azotu ogólnego w górnych warstwach gleb w roku 2003 była wyższa niż w roku 1999 w przypadku gleb bielicowych, brunatnych kwaśnych i brunatnych - niższa w przypadku bielic i gleb rdzawych, natomiast w glebach płowych nie uległa zmianie. Zmiany zawartości tego pierwiastka w czasie w głębszych warstwach gleb były mało znaczące .

W 1999 roku w stosunku do roku 1995 zanotowano zmniejszenie zakwaszenia w glebach bielicowych i bielicach, brak zmian w stopniu zakwaszenia w glebach rdzawych i płowych oraz wzrost zakwaszenia w glebach brunatnych i brunatnych kwaśnych (Rys.8). Po czterech latach, w roku 2003, nastąpił wzrost zakwaszenia wszystkich gleb, niezależnie od ich typu. Przyczyną spadku pH gleb w okresie 1999 - 2003 był najprawdopodobniej wzrost zawartości gazowych związków azotu w powietrzu.

Spadkowi wartości pH gleb, niezależnie od typu i warstwy, w latach 1999 - 2003 towarzyszył wzrost kwasowości wymiennej oraz zawartości łącznej kationów (Sk) Al, Fe, Mn i H w kompleksie sorpcyjnym. Przyczyną wzrostu wartości Sk w omawianym okresie było, obok dopływu jonów H+, najprawdopodobniej zwiększenie się rozpuszczalności związków Al, Fe i Mn w bardziej kwaśnym roztworze glebowym.

Zmiany zawartości wymiennych form wapnia w kompleksie sorpcyjnym w bielicach i glebach rdzawych i płowych polegały na zmniejszaniu się ilości tego pierwiastka w czasie. Brak zmian zawartości wymiennego Ca stwierdzono w glebach brunatnych kwaśnych, a wzrost zawartości - w glebach brunatnych i w wierzchnich warstwach gleb bielicowych.

Zawartość wymiennego magnezu nie zmieniała się w czasie jedynie w glebach brunatnych kwaśnych. W glebach płowych zaobserwowano stały spadek zawartości wymiennego magnezu, a w pozostałych typach - po początkowym wzroście ilości tej formy Mg - jej wyraźne zmniejszenie.

W 2003 roku stwierdzono spadek ilości wymiennego potasu w glebach płowych, podczas gdy pozostałe typy gleb charakteryzowały się wyraźnym wzrostem zawartości tego pierwiastka w 2003 roku. Taki kierunek zmian jest wysoce pożądany, gdyż drzewostany bardzo często wykazują objawy niedoboru tego składnika pokarmowego (Wójcik, 1999).

Zmiany sumy zasad (Sz) w glebach były wypadkową zmian zawartości wymiennych form Ca, Mg i K. W bielicach w ostatnich czterech latach nastąpiło zmniejszenie wartości Sz w całym profilu, natomiast w glebach bielicowych i rdzawych - tylko w warstwach górnych. W glebach płowych i brunatnych wielkość sumy zasad w omawianym okresie nie uległa zmianie, a w glebach brunatnych kwaśnych nieznacznie się zwiększyła .

Fot. 6. Bielica. Nadleśnictwo Chojnów - fot. J. Wójcik

Pojemność sorpcyjna (T) bielic i gleb rdzawych wzrosła w 2003 roku w stosunku do wcześniejszych cykli monitoringu tylko w warstwach górnych, a gleb bielicowych - w całym profilu. Warstwy 0-20 cm gleb brunatnych i brunatnych kwaśnych charakteryzują się stałym, poczynając od 1995 roku, zwiększaniem się pojemności sorpcyjnej.

Stopień wysycenia kompleksu sorpcyjnego zasadami (V), będąc stosunkiem zawartości kationów zasadowych w tym kompleksie do całkowitej pojemności sorpcyjnej, w 2003 roku zmniejszył się drastycznie w stosunku do lat poprzednich w bielicach oraz w glebach bielicowych i rdzawych. Zmniejszenie wartości V, chociaż mniej gwałtowne zanotowano także w glebach brunatnych i brunatnych kwaśnych. Jedynie głębsze warstwy gleb płowych nie wykazywały zmian stopnia wysycenia kompleksu sorpcyjnego zasadami.