wpływ rodzajów substancji organicznej na właściwości

ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE TOM
LIX NR
I WARSZAWA 2008: 128-133
JOLANTA KWIATKOWSKA, ALINA MACIEJEWSKA
W P Ł Y W RO D ZA JÓ W SUBSTANCJI O RG ANICZNEJ
N A W ŁAŚCIW O ŚCI FIZYKOCHEM ICZNE G LEBY
I ZAW ARTOŚĆ W ĘG LA O RG ANICZNEG O
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 b str a c t: T he so u rce o f co m p letin g the o rg an ic su b stan ces in the soil m ay be b ro w n coal,
organic-m ineral fertilizers obtain ed from brow n coal, peat. T hese su b stan ces take part in all
p ro cesses in soils and in flu en ce on th e ir p h y sical, ch em ical and b io lo g ic a l p ro p ertie s. The
purpose o f the w ork was to investigate the influence o f different kinds o f organic m atter intro­
duced 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 experim ents it w as stated that organic m atter
from different sources influenced on im provem ent o f physicochem ical properties o f soil. Re­
m arkable 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 brow n coal and organic-m ineral fertilizer. The
obtained results o f the experim ents are in conform ity with the a u th o r’s earlier results.
Słowa kluczow e: substancja organiczna, węgiel organiczny, w łaściw ości fizykochem iczne gleby.
K ey words: organie m atter, 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, stosow anych system ów upraw ow ych i
technologii uprawy, ale rów nież z punktu w idzenia ochrony całego środow iska
przyrodniczego. N aw ożenie organiczne może m odyfikow ać zarów no 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 przezna­
czonymi na przyoranie. Można również wprowadzać do gleby substancję organiczną
pochodzącą z innych źródeł, w tym z uwzględnieniem odpadów organicznych [Macie­
jewska 1993]. W prowadzone 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 1C-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 1 mol 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 • d m -3 - metodą ASA, obliczono stopień wysycenia
kompleksu sorpcyjnego kationami zasadowymi (V), azot ogólny - metodąKjeldahla, węgiel
organiczny i próchnicę - m etodą Tiurina. Przeprow adzono analizę w ariancji 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
J. Kwiatkowska, A. Maciejewska
130
pozostał on w zakresie pozwą- TABELA 1. Niektóre właściwości fizyko-chemiczne gleby
łającym na określenie gleb jako TABLE 1. Selected physical and chemical properties o f soil
lekko kwaśne. Zastosow ane
Rodzaj substancji organicznej pH
Kw
Hh
dawki nawożenia organicznego
Kind o f organic matter
H20
KC1
cmol(+) • kg 1
w postaci róż-nych substancji
były zbyt małe, aby w znaczący
Kontrola 0; Control 0
5.66
0,918
0,003
5.15
sposób oddziaływać na odczyn
Węgiel brunatny; Brown coal 5.83
0,872
0,002
5.20
badanej gleby. Cecha ta jest
Rekulter; Rekulter
0,813
5.84
0,001
5,40
0,930
wielkością względnie stabilną i Torf, Peat
5.21
0,002
5,76
Obomik; Farmyard manure
0,925
5.66
0,003
5.16
zależy miedzy innymi od składu
granulometrycznego gleby i za­
0,210 0,140 0,0009 0,110
n i r o.o5; l s d o,5
wartości próchnicy [Bednarek
Hh - kwasowość hydrolityczna; hydrolytic acidity;
i in. 2004]. W yniki te p o t­
w ierd zają w cześn iejsze re ­ Kw - kwasowość wymienna; exchangeable acidity; NIR najmniejsza istotna różnica; LSD - least significant difference
zultaty badań prowadzonych
przez M aciejew sk ą [1995].
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
w ęgla
brunatnego
lub
Rekultera. Wzrost ten wynosił
ok. 50% w porów naniu z
TABELA 2. Zawartość próchnicy, С org., N ogolnego oraz
kontrolą. Pomimo tak istotnego
stosunek С : N w glebie
TABLE 2. Content o f humus, organie carbon (Corg), total N
w zrostu zaw artości w ęgla
(Ntot) and С : N ratio in soil
organicznego w glebie po
zastosowaniu węgla brunat­
Corg
Próchnica
Nog.
С
:
N
Rodzaj substancji
Ntot
nego lub Rekultera, pozostał on
Humus
organicznej
Kind o f organic matter
na poziom ie charakterys­
%
g * kg"'
tycznym dla gleb płowych
1,052
6,103 0,465
11,09
Kontrola 0; Control 0
[Pranagal 2004]. Z wieloletnich
15,42
8,204 0,532
Węgiel brunatny; Brown coal 1,414
badań prowadzonych przez
15,55
1,432
8,305 0,534
Rekulter; Rekulter
M yśkow a i in. [1986] ze
1,294
14,69
7,507 0,511
Torf, Peat
stosowaniem corocznie du­
6,208 0,518
1,070
11,98
Obornik; Farmyard manure
żych dawek obornika - przez
0,230
0,21
0,340 0,110
n i r „ , 5;
, 5
54 lata, tj. 6 0 1na ha, uzyskano
l s d o
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 o f organie matter
C a;
N a+
M g/
K+
S; TEB T; CEC
cmol(+) •k g "1
Kontrola 0; Control 0
Węgiel brunatny; Brown coal
Rekulter; Rekulter
Torf; Peat
Obornik; Farmyard manure
N I R 0,05; L S D 0.05
9,75
14,33
15,03
10,76
10,98
0,98
V; BS
%
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
0,030
0,013
0,012
10,81
15,73
16,26
12,08
12,23
0,098
11,63
16,60
17,07
13,01
13,23
92,97
94,75
91,86
92,85
92.44
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). Potw ierdza to tezę o
stosunkowo powolnej mineralizacji substancji organicznej z węgla brunatnego [Macie­
jewska, 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 zasadow ych
kationów wym iennych
w
najw iększym
zakresie
(6 cmol (+) • kg"1 gleby) w zrosła po zastosow aniu R ekultera i w ęgla brunatnego
(tab. 3), co koresponduje z w ynikam i badań dotyczących w łaściw ości sorpcyjnych
węgla brunatnego oraz zaw artości zasadowych kationów w ym iennych w ęgla brunat­
nego [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 wy­
tworzonej 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 (trak­
towany jako odpad) oraz nawozy i preparaty produkowane z udziałem węgla brunat­
nego 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: W pływ 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 o f the world. Soil Sei. Soc.
A m .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., W OŁOSZYK C. 1996: Wpływ wieloletniego nawożenia organicznego i mine­
ralnego na niektóre wskaźniki żyzności gleby. Zesz. Nauk. AR w Szczecinie, R o i 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., MACIEJEW SKA A., GONET S. 2005: Brown coal as the factor
modifying the properties o f soil organic matter. Rocz. Glebozn. 56,1: 31-41.
LEKAN S. 1989: W pływ 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 właści­
wości gleb piaszczystych użytkowanych rolniczo. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 422: 64-74.
MACIEJEW SKA A., KWIATKOWSKA J. 1998: Wpływ nawozu organiczno-mineralnego na właści­
wości fizykochemiczne gleby. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 455: 9-16.
MACIEJEW SKA A., KWIATKOW SKA 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.
M AZUR T., WOJTAS A., M AZUR Z. 1998: Rolnicza wartość nawozów organiczno-m ineralnych
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: mineral­
nym, 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., JASZCZEW SKA B., STACHYRA A., NAGLIK E. 1986: Substancje organiczne gleby ich rolnicze i ekologiczne znaczenie. Rocz. Glebozn. 37, 2/3: 15-36.
PANAK H., W OJNOW SKA T., SIENKIEW ICZ 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: W pływ 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 o f 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.Kwiatkó[email protected]