Zastosowanie biochemicznych charakterystyk gleb w diagnostyce typologicznej siedlisk leśnych, !Nauka! Studia i ...
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
L
EŒNE
P
RACE
B
ADAWCZE
, 2007, 4: 83–105.
Gra¿yna O
LSZOWSKA
, Józef Z
WOLIÑSKI
, Irena M
ATUSZCZYK
, Danuta S
YREK
1
ZASTOSOWANIE BIOCHEMICZNYCH
CHARAKTERYSTYK GLEB W DIAGNOSTYCE
TYPOLOGICZNEJ SIEDLISK LEŒNYCH
APPLICATION OF BIOCHEMICAL SOILS PARAMETERS IN TYPOLOGICAL
DIAGNOSTICS OF FOREST SITES
Abstract.
The aim of the conducted studies was to describe the intensity of
biochemical changes and microbiological status of soils in mixed stands with
various site index on fresh broadleaved forest and mixed fresh broadleaved
forest and to set the possibilities of utilization of the research on biochemical
activity in calculation the soil fertility indicator and in the detailed diagnostics
of forest sites condition.
Chemical and biological parameters those defining the fertility of soils were
discordant with sites quality; their higher values were affirmed in mixed fresh
broadleaved forest than in fresh broadleaved forest.
The marked relationship had the place between stands site index and the
chemical and biological parameters of soils independently from the forest site
type. Soils under the stands of the index site I both in fresh and in mixed fresh
broadleaved forest were characterized with better chemical proprieties and
higher biological activity than soils under stands of the index site II.
Simultaneously, higher values of the biological soil fertility indicator (F) in
stands of the I than the II site index were affirmed, showing the reliability of this
coefficient in the typological diagnostics of more fertile forest sites.
Key words:
soil chemistry, soil biological activity, mixed fresh broadleaved
forest, fresh broadleaved forest, site index, soil fertility indicator.
1
Instytut Badawczy Leœnictwa, Zak³ad Gospodarki Leœnej Rejonów Przemys³owych,
ul. Œw. Huberta 35, 40-952 Katowice e-mail: olszowsg@ibles.waw.pl
 84
G. Olszowska, J. Zwoliñski, I. Matuszczyk, D. Syrek
1. WSTÊP
Obieg materii i energii w przyrodzie jest jednym z najwa¿niejszych procesów,
umo¿liwiaj¹c sta³y dop³yw substratów od¿ywczych niezbêdnych dla rozwoju ro-
œlin. Istotnym czynnikiem warunkuj¹cym przebieg tego procesu jest rozk³ad do-
staj¹cej siê do gleby obumar³ej materii organicznej, który odbywa siê g³ównie na
skutek dzia³alnoœci drobnoustrojów, dziêki wytwarzanym przez nie enzymom
bêd¹cym biokatalizatorami reakcji mineralizacji i syntezy zwi¹zków organicznych
(Marszewska-Ziemiêcka 1974). Mikrobiologiczne procesy mineralizacji materii
organicznej gwarantuj¹ utrzymanie niezbêdnego dla rozwoju roœlin zapasu do-
stêpnych form sk³adników pokarmowych, st¹d aktywnoœæ drobnoustrojów œciœle
wi¹¿e siê z ¿yznoœci¹ i produktywnoœci¹ ekosystemu (Parkinson 1979, Zak i in.
1990). Ponadto, biomasa drobnoustrojów, z uwagi na ich dominuj¹cy udzia³ w
procesach metabolicznych gleb, bêd¹ca jednoczeœnie magazynem i Ÿród³em po-
karmu dla roœlin, uwa¿ana jest za jeden z g³ównych czynników determinuj¹cych
¿yznoœæ gleb (Jenkinson i Ladd 1981, McGill i in. 1986).
W³aœciwe okreœlenie typu siedliskowego lasu, jego zasobnoœci i potencjalnej
zdolnoœci produkcyjnej, pozwala na optymalny dobór sk³adu gatunkowego drzew,
co wp³ywa na prawid³owy przebieg procesów glebowych, a tym samym zapobiega
degradacji siedlisk. W wielu publikacjach naukowych (Galstjan 1963, Gliñski i in.
1983, Hoffmann 1955, Koper i Piotrowska 1999a) wykazano, ¿e badania ak-
tywnoœci biologicznej gleb mog¹ byæ wykorzystane do oceny ¿yznoœci gleb rol-
nych, natomiast w praktyce leœnej nie znalaz³y one szerszego zastosowania. Wiê-
kszoœæ z proponowanych dotychczas wskaŸników biologicznych ma ograniczone
zastosowanie, np. do oceny wp³ywu nawo¿enia, zanieczyszczeñ przemys³owych
lub sposobu uprawy gleby (Balicka 1986, Koper i Piotrowska 1999b, Olszowska
1998,1999). Nie odzwierciedlaj¹ one natomiast stanu siedliska, tj. jego ¿yznoœci i
produktywnoœci. Puchalski i Prusinkiewicz (1990) uwa¿aj¹, ¿e w praktyce leœnej
wskaŸnikiem jakoœci siedliska jest œrednia wysokoœæ drzewostanu, natomiast Si-
korska (1999) podaje, ¿e wskaŸnikiem produkcyjnoœci siedlisk mo¿e byæ bo-
nitacja, bowiem wraz z korzystniejszymi warunkami siedliskowymi, wzrasta prze-
ciêtna wysokoœæ drzewostanów. Na ¿yznoœæ siedlisk mog¹ tak¿e wskazywaæ inne
cechy taksacyjne drzewostanów, takie jak: przeciêtna pierœnica, przeciêtny prze-
krój, pierœnicowe pole przekroju, mi¹¿szoœæ drzewostanu w korze, mi¹¿szoœæ
grubizny drzewostanu, wskaŸnik zadrzewienia.
Celem prowadzonych badañ
*
by³o:
1) okreœlenie intensywnoœci przemian biochemicznych i stanu mikrobiolo-
gicznego gleb w drzewostanach mieszanych z przewag¹ dêbu szypu³kowego
(
Quercus robur
) ró¿nej bonitacji, na siedliskach Lœw i LMœw,
*
Pracê wykonano w ramach tematu 240512, finansowanego przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa
Wy¿szego.
 Zastosowanie biochemicznych charakterystyk gleb w diagnostyce typologicznej...
85
2) ustalenie mo¿liwoœci wykorzystania aktywnoœci biochemicznej jako
wskaŸnika ¿yznoœci gleb oraz w szczegó³owej diagnostyce stanu siedlisk leœnych.
2. OPIS TERENU BADAÑ
Do badañ wybrano powierzchnie w nadleœnictwach Namys³ów i Kluczbork.
Lasy obu nadleœnictw po³o¿one s¹ w Krainie Œl¹skiej (V), w Dzielnicy Rów-
niny Opolskiej (V.5) i w Dzielnicy Wroc³awskiej (V.2). Wschodnia czêœæ Nad-
leœnictwa Kluczbork po³o¿ona jest natomiast w Krainie Ma³opolskiej (VI), w
Dzielnicy Wy¿yny WoŸnicko-Wieluñskiej (VI.6) (Trampler i in. 1990 a,b, Operat
glebowo-siedliskowy RDLP Katowice Nadl. Kluczbork 2003, Operat siedliskowy
RDLP Katowice Nadl. Namys³ów 2000).
Prace badawcze prowadzono na 20 powierzchniach reprezentuj¹cych sied-
liska leœne nizinne z drzewostanami I i II klasy bonitacyjnej, po 10 na siedlisku lasu
œwie¿ego (Lœw) i lasu mieszanego œwie¿ego (LMœw). Gatunkiem dominuj¹cym w
badanych drzewostanach by³ d¹b szypu³kowy w wieku 53–82 lat, z udzia³em sosny
zwyczajnej (
Pinus sylvestris
), buka zwyczajnego (
Fagus sylvatica
) oraz spo-
radycznie jod³y pospolitej (
Abies alba
) i brzozy brodawkowatej (
Betula pendula
).
Gleby badanych powierzchni zosta³y zaklasyfikowane do typu gleb rdzawych
(RD), podtypu rdzawych w³aœciwych (RDw), brunatno-rdzawych (RDbr), bie-
licowo-rdzawych (RDb), wytworzonych z utworów piaszczystych oraz do typu
gleb brunatnych kwaœnych (BRK), podtypu brunatnych kwaœnych oglejonych
(BRKg), wytworzonych z glin, i³ów a tak¿e z piasków gliniastych, utworów
py³owych oraz ¿wirowych wodnolodowcowych, z próchnic¹ typu moder mullowy
oraz mull typowy (Operat siedliskowy RDLP Katowice nadleœnictw Namys³ów i
Kluczbork 2000 i 2003).
3. METODYKA BADAÑ
Analizy chemiczne i pomiary aktywnoœci biologicznej gleb oraz pomiary
dendrometryczne drzewostanów dêbowych na wybranych powierzchniach ba-
dawczych, na siedliskach Lœw i LMœw wykonano w latach 2004–2006. Wyniki
tych badañ wykorzystano do wyznaczenia wartoœci biologicznego wskaŸnika ¿yz-
noœci siedlisk (
F
), okreœlaj¹cego jakoœæ siedlisk.
Do analiz chemicznych oraz pomiarów mikrobiologicznych i biochemicznych
gleb pobierano z ka¿dej powierzchni objêtoœciowe próby ogólne (z 10 punktów
równomiernie rozmieszczonych na powierzchni) z warstw 0–5 cm i 5–10 cm,
wiosn¹ w latach 2004–2006.
86
G. Olszowska, J. Zwoliñski, I. Matuszczyk, D. Syrek
Oznaczenia w³aœciwoœci chemicznych oraz aktywnoœci enzymatycznej gleb
wykonano po przesianiu powietrznie suchych prób glebowych przez sito o œred-
nicy oczek 2 mm.
Analizy chemiczne, wykonane wg ogólnie przyjêtych metod (Instrukcja labo-
ratoryjna.... 1973, Ostrowska i in. 1991) obejmowa³y oznaczenia:
– odczynu gleby w 1M KCl i w H
2
O, metod¹ potencjometryczn¹,
– zawartoœci azotu, metod¹ destylacyjn¹ Kjeldahla,
– zawartoœci fosforu przyswajalnego, metod¹ Egnera-Riehma,
– zawartoœci wêgla, na analizatorze Leco SC-132,
– zawartoœci wymiennych kationów zasadowych (Na
+
,K
+
,Ca
2+
iMg
2+
), po
ekstrakcji gleby 1M octanem amonu, metod¹ absorpcji atomowej,
– kwasowoœci hydrolitycznej, metod¹ Kappena.
Z sumy kationów zasadowych (S) i kwasowoœci hydrolitycznej (H
h
) obliczono
pojemnoœæ sorpcyjn¹ gleb (T). Obliczono równie¿ udzia³ kationów zasadowych w
kompleksie sorpcyjnym gleby (V).
Badania enzymatyczne obejmowa³y pomiar aktywnoœci enzymów katali-
zuj¹cych rozk³ad wêglowodanów, przemianê zwi¹zków azotowych, uwalnianie
fosforanów nieorganicznych oraz dehydrogenacjê substancji organicznej, a mia-
nowicie:
– ureazy i asparaginazy, metod¹ kolorymetryczn¹, w mg NH
3
na 10g gleby
(Galstjan 1978);
– fosfatazy kwaœnej, metod¹ kolorymetryczn¹, w mg PNP na 10g gleby
(Russel 1972);
– dehydrogenaz, metod¹ kolorymetryczn¹, w mg trójfenyloformazanu (TF) na
10g gleby (Galstjan 1978, Russel 1972).
Stan mikrobiologiczny gleb badanych powierzchni oceniono na podstawie
pomiarów biomasy drobnoustrojów (C
biom
), intensywnoœci mineralizacji substancji
organicznej oraz oznaczeñ wartoœci ilorazu metabolicznego drobnoustrojów
(qCO
2
). Do analiz wykorzystano œwie¿o pobrane próby glebowe pobrane z war-
stwy 0–5 cm i 5–10 cm, przesiane przez sito o œrednicy oczek 2 mm.
Biomasê drobnoustrojów oznaczano metod¹ indukowanej substratem respi-
racji (Anderson i Domsch 1978), a intensywnoϾ mineralizacji substancji or-
ganicznej – mierz¹c, w warunkach laboratoryjnych (temp. 22
o
C), iloϾ uwal-
nianego przez gleby CO
2
(w przeliczeniu na g C
org
) w ci¹gu godziny. Pomiary
uwalnianego CO
2
, niezbêdne do oznaczeñ biomasy drobnoustrojów i intensyw-
noœci mineralizacji, wykonano na chromatografie gazowym Perkin Elmer – Clarus
500 (Zwoliñski 2005).
Do obliczeñ ilorazu metabolicznego drobnoustrojów (qCO
2
=μg C-CO
2
×mg
C
biom
-1
×h
-1
) wykorzystano wyniki oznaczeñ biomasy drobnoustrojów i intensy-
wnoœci mineralizacji substancji organicznej (Anderson i Domsch 1992).
Do oceny jakoœci siedlisk badanych powierzchni zastosowano biologiczny
wskaŸnik ¿yznoœci gleb (
F
), obliczany z wykorzystaniem parametrów chemicz-
nych odzwierciedlaj¹cych zasobnoœæ gleb w sk³adniki pokarmowe oraz para-
Zastosowanie biochemicznych charakterystyk gleb w diagnostyce typologicznej...
87
metrów biologicznych okreœlaj¹cych aktywnoœæ biologiczn¹ gleb. Do obliczenia
jego wartoœci, zmodyfikowano metodê Myœkowa i in. (1996), korzystaj¹c z
równania:
FMSV
2
2
gdzie:
M
РaktywnoϾ biologiczna gleb,
S
– suma kationów zasadowych,
V
– stopieñ wysycenia kompleksu sorpcyjnego zasadami.
Do powy¿szego równania wstawiano standaryzowane wyniki analiz che-
micznych i pomiarów aktywnoœci biologicznej (w jednostkach odchylenia stan-
dardowego), przyjmuj¹c jako
M
jeden z testowanych parametrów (wymiennie), a
mianowicie aktywnoœæ enzymów: dehydrogenaz (D), ureazy (U), asparaginazy (A)
i fosfatazy kwaœnej (P-kw), biomasê drobnoustrojów (kg C
biom
×ha
-1
,%C
biom
w
C
org
), tempo mineralizacji wêgla (μlCO
2
×g C
org
-1
×h
-1
) oraz iloraz metaboliczny
drobnoustrojów (qCO
2
).
Do badañ dendrometrycznych za³o¿ono w ka¿dym drzewostanie 4 arowe
ko³owe powierzchnie próbne, zawieraj¹ce w sumie co najmniej 100 drzew pod-
legaj¹cych pomiarowi (Bruchwald 1995), na których zmierzono pierœnicê wszyst-
kich drzew œrednicomierzem precyzyjnym z dok³adnoœci¹ do 1 mm oraz wysokoœæ
25 drzew. Dodatkowo zmierzono pierœnicê i wysokoœæ 25 drzew znajduj¹cych siê
na powierzchni jak i poza ni¹ (jednak nale¿¹cych do tego samego wydzielenia
drzewostanu) w celu wyznaczenia krzywej wysokoœci.
Na podstawie przeprowadzonych w terenie pomiarów obliczono wa¿niejsze
cechy taksacyjne ka¿dego drzewostanu: przeciêtn¹ pierœnicê
(D)
, przeciêtn¹ wy-
sokoϾ
(H),
liczbê drzew na ha
(L/ha),
przeciêtny przekrój drzewostanu
(g),
pierœnicowe pole przekroju na ha
(G/ha),
mi¹¿szoœæ drzewostanu w korze na ha
(V
k
/ha)
i mi¹¿szoœæ grubizny drzewostanu na ha
(V
g
/ha),
zagêszczenie
(Zag)
i
zadrzewienie
(Zad).
Obliczenia statystyczne przeprowadzono za pomoc¹ programu statystycz-
nego Statistica 5.0. Do statystycznej oceny wp³ywu siedliska i bonitacji drzew na
badane parametry chemiczne, biologiczne oraz dendrometryczne zastosowano
analizê wariancji wieloczynnikowej i test Tukeya. Dla scharakteryzowania zwi¹z-
ku pomiêdzy badanymi parametrami chemicznymi i biochemicznymi gleb a ce-
chami dendrometrycznymi zastosowano analizê korelacyjn¹. Przy testowaniu sta-
tystycznym badanych parametrów przyjêto poziom istotnoœci
p
=0,05.
2
= + +
[ Pobierz całość w formacie PDF ]