Glebą

Wybrane zagadnienia
GLEBOZNAWSTWA
LEŚNEGO
gleba
w kontekście:
klimatu, siedliska,
biocenozy, ekosystemu
• Nie można mówić o siedlisku bez nawiązania do
gleby
• Podobnie jest z klimatem - gleba i klimat stanowią
nierozerwalną całość:
- gleba jest powierzchnią czynną
- powietrze i woda są dla nich wspólne
- łączą je też rośliny …
• Z jednej strony jest gleba elementem siedliska, z
drugiej zaś biocenozy leśnej (poprzez edafon).
• Jest też bardzo ważnym ogniwem krążenia materii w
ekosystemie leśnym (podekosystem glebowy)
Definicja
• Glebą nazywamy zwietrzałą, powierzchniową
warstwę lądów kuli ziemskiej, żyzną i zdolną do
produkcji roślin (wg Bohdana Dobrzańskiego).
• A zatem skała macierzysta (zwietrzelina) staje
się glebą w momencie gdy potrafi zaspokoić
wymagania najbardziej choćby prymitywnych
roślin pod względem:
wody, składników pokarmowych, powietrza,
ciepła oraz dogodnych warunków dla
rozwoju korzeni.
Geneza i ewolucja gleb
• Gleba powstaje w wyniku wzajemnego
oddziaływania:
skały macierzystej, klimatu, rzeźby terenu,
wody i organizmów żywych.
• Powstaje ona na drodze długotrwałych,
połączonych procesów wietrzenia i właściwych
procesów glebowych.
• wietrzenie:
kruszenie skały i zmiana składu chemicznego zwietrzałej
masy w procesach:
fizycznych: zmiany temperatury, mechaniczne
działanie wody, lodu, wiatru
chemicznych: rozpuszczanie, hydroliza, utlenianie,
redukcja, uwodnienie, karbonizacja,
dekarbonizacja, desilikacja, sorpcja
biologicznych: mechaniczne i chemiczne
oddziaływanie organizmów.
• właściwe procesy glebowe:
na zwietrzałej skale rozpoczynają życie bakterie, grzyby,
porosty i mchy, a następnie rośliny wyższe; towarzyszą
im zwierzęta.
Organizmy żywe wywierają dominujący wpływ na
kształtowanie gleb.
Próchnica powstająca z materii organicznej stanowi
lepiszcze, dzięki któremu z ziaren zwietrzeliny powstają
agregaty (struktura gleby)
Próchnica w zmieszaniu ze zwietrzeliną tworzy warstwę
próchniczną i wraz z edafonem wpływa na procesy
glebowe (wykształcanie profilu - typu gleby).
• Proces kształtowania się gleb ma charakter ewolucyjny
• Na podstawie profilu można wyróżnić następujące stadia
rozwojowe gleb:
- gleby młode (pierwotne, inicjalne)
- gleby dojrzałe (w pełni wykształcone)
- gleby stare (zdegradowane, zmęczone)
• Drzewa oddziałują na glebę z różną siłą w zależności od
gatunku. Szereg edyfikacji (oddziaływania) (wg Wiliamsa):
Św, So; Md, Jd; liściaste
• Gatunkom iglastym towarzyszą zazwyczaj procesy
bielicowania, natomiast liściastym - brunatnienia.
Właściwości gleby
biologiczne
chemiczne
fizyczne
właściwości biologiczne
- jakość, ilość i aktywność
organizmów glebowych
(edafonu)
• drobnoustroje:
bakterie, promieniowce, grzyby, glony, porosty,
pierwotniaki:
- ich masa na 1 ha: 1-15 ton
- w 1 g żyznej gleby:
2 mld przetrwalników bakterii,
5 mln żywych bakterii,
2 mln promieniowców,
1 mln grzybów
- przez swoją liczebność, masę i dużą
aktywność mają bardzo duży wpływ na
żyzność gleb
(którą niekiedy określa się na podstawie aktywności tej grupy
organizmów).
• zwierzęta:
nicienie, wazonkowce, dżdżownice, mięczaki, stawonogi,
gryzonie:
- penetrują, spulchniają, przetwarzają glebę
- wnikanie zwierząt w głąb gleby:
żuki i pająki - 1,9 m,
mrówki - 3,2 m,
krety - 5,3 m,
dżdżownice - 8,5 m
(średni poziom orki - 0,3 m).
- dżdżownice produkują 1- 7 000 kg koprolitów/ha/rok
właściwości chemiczne
• Zależą głównie od skały macierzystej i typu gleby
• Udział poszczególnych pierwiastków i związków waha
się w bardzo szerokich granicach.
• Podobnie zróżnicowany jest udział substancji
organicznej i mineralnej:
Gleba
Substancja
organiczna (%)
Substancja
mineralna (%)
bielicowa z piasków
2
98
brunatna z glin
3
97
rędzina czarnoziemna
12
88
z torfu niskiego
84
16
z torfu wysokiego
93
7
• Nasze drzewa leśne według ich wymagań w stosunku
do zasobności gleb w składniki odżywcze można
uszeregować w trzech grupach:
megatrofy: Js, Jw, Wz g, Db sz,
mezotrofy: Db bsz, Bk, Lp, Ol cz, Gb, Kl, Jb, Oś, Tb i Tcz
oligotrofy: Db cz, Brz, Ol sz, Rb, So, So cz
właściwości fizyczne
• należy rozpatrywać pod kątem faz:
gazowej
ciekłej
stałej
faza gazowa
(powietrze glebowe)
powietrze glebowe
powietrze atmosferyczne
N2
81, 5 %,
78,1 %
O2
16 - 18,5 %
21 %
CO2
śr. 0,3 % (do 4 %) *
0,03 %
f
ok. 100 % **
ok. 75 %
* Stężenie CO2 powyżej 1 % uważane jest za szkodliwe dla roślin
** Duża wilgotność powietrza glebowego jest ważna ze względu na
wrażliwość korzeni na przesuszenie
faza ciekła
(woda glebowa)
• Przypomnienie rodzajów wody glebowej:
– higroskopowa, błonkowata, kapilarna, grawitacyjna (wolna).
– dostępna dla roślin jest woda wolna oraz kapilarna (jeśli przekrój
kapilar pionowych, ukośnych i poziomych >120 µ).
– dostępna woda: biologicznie użyteczna lub biologicznie czynna
– maksymalne podsiąkanie: na glebach piaszczysto-gliniastych
(ok. 0,7 m)
• Woda występuje w glebie zawsze w postaci roztworów
(perkolatów), które w zależności od klimatu i składu
mechanicznego gleby przemieszczają się z różną
prędkością (w różnych kierunkach)
• Odczyn roztworów glebowych (utożsamiany z odczynem gleb):
– Dla gleb leśnych pH 4,5 – 7 (przeważnie 5-6)
– W glebach bardzo kwaśnych jest przewaga grzybów,
zaś w mniej kwaśnych i obojętnych - bakterii, co
warunkuje rodzaj procesów glebowych
– Korzystny dla tych procesów byłby raczej większy
udział bakterii (procesy brunatnienia), ale z drugiej
strony mała kwasowość gleby sprzyja chorobom kiełków
i siewek.
– Optimum - pH ok. 6, ale wymagania gatunkowe są
zróżnicowane
faza stała
(substancje organiczne i mineralne,
tak w zmieszaniu jak i osobno)
• Najważniejszy dla tej fazy i bardzo ważny dla
całej gleby jest skład granulometryczny
– udział poszczególnych frakcji w mineralnej części
gleby
• Determinuje on wiele fizycznych cech gleby:
– przewiewność, pojemność wodną, właściwości
termiczne, ciężar, plastyczność.
• Struktura gleby
- sposób połączenia ziaren mineralnych.
• Może być ona:
rozdzielnoziarnista, spójna lub agregatowa
• Najczęściej występuje struktura agregatowa, w różnych
odmianach. Najlepsze właściwości termiczne,
powietrzne i wodne posiada gleba o gruzełkowatej
odmianie tej struktury (gruzełki o kilku mm średnicy).
• O tworzeniu się agregatów z cząstek mineralnych
decyduje zawartość związków próchnicznych w glebie
Próchnica
• Jest to organiczny składnik gleby.
• Ale od jakiego momentu rozkładu substancję organiczną
(organizmy) można nazwać próchnicą (humusem)?
• Właściwie brak określonej granicy, bowiem istnieje
ciągłość procesu humifikacji.
• Terlikowski (prof. WL w Poznaniu) wprowadził pojęcie
prehumusu w odróżnieniu od humusu właściwego, który
jest substancją rozłożoną, bezpostaciową, najczęściej
połączoną już w agregaty z substancją mineralną.
Definicja próchnicy:
• Kompleks substancji organicznych i mineralnoorganicznych, które gromadzą się w glebie lub na
jej powierzchni i stanowią przejściowe oraz
końcowe produkty chemicznych i biologicznych
procesów rozkładu i syntetycznego przetwarzania
resztek roślinnych i zwierzęcych.
• Humus składa się z następujących frakcji (o coraz
większym stopniu polimeryzacji i coraz mniejszym stopniu
rozpuszczalności):
fulwokwasy, kwasy hymatomelanowe, brunatne
kwasy huminowe, szare kwasy huminowe, humina.
• Ze względu na swój skład chemiczny (C24 H21O11N)n
próchnica jest bezpośrednim źródłem węgla i azotu dla
przetwarzających ją organizmów cudzożywnych oraz
źródłem wolnego azotu dla roślin zielonych.
• Typ próchnicy leśnej
charakterystyczny dla danych warunków
siedliskowych układ form próchnicy w profilu
glebowym
• Każdemu z głównych typów gleb odpowiada w
warunkach naturalnych określony typ próchnicy.
• Odpowiednikami wyróżnionych w typologii trzech grup
siedlisk: lasów, laso-borów i borów
są trzy podstawowe typy próchnicy: mull, moder i mor
Mull
– Tworzy się z reguły w korzystnych warunkach
siedliskowych, w glebach biologicznie czynnych:
szybki rozkład resztek organicznych
– Posiada tylko jedną formę: ziemistą; brak
ektopróchnicy.
– Posiada odmiany, w zależności od wilgotności:
kseromull, mull typowy, higromull, hydromull . . .
Mor
– Powstaje w niekorzystnych warunkach humifikacji mało substancji odżywczych i odporność resztek roślin
na rozkład (niedostatek ciepła, złe warunki
uwilgocenia). Gromadzi się wtedy kwaśna
ektopróchnica, zwłaszcza w formie butwiny.
– Proces humifikacji prowadzą głównie grzyby, co
powoduje wypłukiwanie kwaśnych zoli humusowych w
głąb – orsztyny humusowe.
– Brak dżdżownic itp. powoduje brak wymieszania
ektopróchnicy z glebą mineralną, stąd brak zasadniczo
poziomów darniowo-humusowych, natomiast tworzą się
tu wkładki (soczewki) bezpostaciowego humusu.
– Odmiany wilgotnościowe: promotor, kseromor, mor
typowy, higromor, hydromor.
Moder
– Posiada cechy pośrednie. Nie tworzy on zbyt
grubych i sfilcowanych warstw, czym zdecydowanie
różni się od moru. Pod poziomem surowinowym
występuje parocentymetrowa warstwa detrytusowa.
– Przejście między dość grubym poziomem darniowohumusowym i glebą mineralną jest mniej ostre niż u
moru, co jest dowodem działalności bezkregowców
glebowych.
– Odmiany wilgotnościowe: kseromoder, moder typowy,
higromoder, hydromoder oraz kalcimoder na suchych
glebach węglanowych i prymitywnych glebach
piaszczystych.
• Krótko podsumowując znaczenie próchnicy dla gleb
leśnych można powiedzieć, że jej ilość i jakość decyduje
w znacznej mierze o chemicznych, fizycznych i
biologicznych właściwościach tych gleb.
• Próchnica jako taka jest siedliskiem bardzo licznych
organizmów glebowych, dla których stanowi także
źródło pokarmu. Również rośliny zielone znajdują w
próchnicy bezpośrednie źródło wolnego azotu.
• Próchnica jest bardzo ważnym ogniwem krążenia
materii w ekosystemie leśnym – od tempa procesów
humifikacji zależy tempo obiegu pierwiastków w
środowisku leśnym.
• Dla hodowcy lasu ma próchnica jeszcze i to znaczenie,
że pozwala na podstawie jej form i typów wnioskować (w
terenie) o typach gleb oraz ich ekologicznych
właściwościach, bez uciekania się do skomplikowanych
analiz glebowych
• W związku z dużą dynamiką próchnicy (już słaba trzebież
modyfikuje jej równowagę biotyczną), hodowca lasu może
kierować się obserwacją próchnicy oraz edafonu, w
dążeniu do tworzenia optimum siedliskowego pod
koronami drzew.
Ekologiczne podstawy
pielęgnacji, uprawy i nawożenia
gleb leśnych
Pielęgnacja gleb leśnych
• Polega na zachowaniu i podwyższaniu żyzności.
• Żyzność - to zdolność gleby do zaspokajania potrzeb
roślin określonego gatunku i odmiany
- pod względem wody, składników odżywczych, odczynu itp.
• Łączy się ona ściśle z ogółem cech glebowych i jest ich
biologiczną wypadkową.
• Wielu gleboznawców uważa, że żyzność jest cechą
niewymierną - może być oceniana tylko na podstawie
swych przejawów . . .
• Między innymi o żyzności ma świadczyć aktywność
edafonu oraz liczebność gatunków roślin naczyniowych,
występujących na danej glebie (powierzchnia około 10 arów,
miniareał)
Nie należy mylić żyzności z:
- produkcyjnością (ilość suchej masy wyprodukowana na
jednostce powierzchni w jednostce czasu)
- urodzajnością
(plon użytkowych części roślin)
Żyzność gleby pod lasem, którego skład
gatunkowy dostosowany jest do siedliska,
utrzymuje się z reguły na stałym poziomie
Opad
powyżej i poniżej koron buka
(mm/miesiąc
)
Miesięczny depozyt K, Ca i Na
wraz z opadami atmosferycznymi
(mg/m2/miesiąc)
Do utrzymania żyzności
oraz jej zwiększenia
przyczynia się właściwa pielęgnacja
gleb leśnych
Niewłaściwe poczynania gospodarcze
powodują natomiast pogorszenie stanu
gleby
W pielęgnowaniu gleby leśnej jesteśmy zdani przeważnie
na zapobieganie jej degradacji, której przyczyną są
najczęściej niekorzystne formy rozkładu próchnicy. Oto
najważniejsze środki pielęgnacji:
1. Odpowiednie regulowanie zwarcia w ciągu całego
życia lasu (fitoklimat, gleba).
2. Popieranie drzewostanów mieszanych, wielopiętrowych,
różnowiekowych (przestrzeń, ścioła)
3. Gatunek drzewa będzie pielęgnował glebę tym lepiej im
bardziej spełnia następujące warunki:
cienisty, łatwo rozkładająca się ścioła, silnie drenujący
system korzeniowy, zdolność tworzenia odrośli.
4. Zapobieganie wywiewaniu ścioły (wyłączaniu
pierwiastków z obiegu).
5. Zapobieganie ugniataniu gleby przez ciężki sprzęt …
Kwaśna próchnica (butwina):
1. Pogarsza bilans wodny gleby. Sama wchłania opady,
nasyca swoje kapilary i powoduje spływ powierzchniowy.
2. Wzmaga procesy ługowania i powstawanie gleb
bielicowych.
3. Utrudnia lub uniemożliwia rozwój bakterii.
4. Niszczy strukturę gleby, co pociąga za sobą cały ciąg
szkodliwych następstw.
5. Bywa pierwszą przyczyną tworzenia się orsztynu, który
zamyka dostęp powietrza i wody oraz stanowi
mechaniczną przeszkodę dla korzeni.
6. Surowa próchnica jest wielką przeszkodą dla
odnowienia naturalnego.
• przy grubości warstwy próchnicy:
0,3 cm - 11 421 siewek,
5 cm - 132 siewek,
6 cm - brak siewek
(na 1 m2)
• główną przyczyną jest niestabilność stosunków wodnych
(przesuszenie korzeni siewek)
Najważniejsze sposoby walki z kwaśnym
próchnicowaniem:
1. Rozdrabnianie pokrywy butwinowej i mieszanie jej z
glebą mineralną,
2. Przykrywanie surowej próchnicy glebą mineralną,
3. Przykrywanie gleby chrustem,
4. Wypalanie surowej próchnicy nadkładowej,
5. Regulacja stosunków wodnych w glebie,
6. Wapnowanie (2000-4000 kg/ha, przy pokrywie 10 cm)
Ekologiczne podstawy uprawy gleb leśnych
• Gleba leśna wystawiona na bezpośrednie działanie
słońca, opadów i wiatru traci strukturę gruzełkowatą,
ubożeje – dlatego po odsłonięciu na zrębie zupełnym,
wiatrołomie itp. należy dążyć do jak najszybszego
ponownego jej osłonięcia drzewami.
• Uprawa gleby, wykonana we właściwy sposób,
umożliwia szybkie odnowienie lasu, zalesienie
nieużytków i słabych gruntów ornych oraz hałd.
• Celem mechanicznej uprawy gleby jest przede wszystkim
poprawa fizycznych właściwości gleb.
• Głębokość uprawy waha się od 10 do 60 cm, w zależności
od warunków.
• W leśnictwie stosuje się uprawę gleby pełną lub częściową.
• Podejmując decyzję pełnej uprawy powinno rozważyć się
jej dodatnie oraz ujemne strony.
• Wybór najbardziej odpowiedniego sposobu uprawy gleby
zależy od biologii gatunku głównego i drzew
domieszkowych, siedliska, zamierzonego sposobu
odnowienia, dotychczasowego traktowania gleby oraz
stosunków ekonomicznych.
• Należy pamiętać, że pewne gleby muszą być uprawiane
intensywnie, inne zaś nie znoszą zbyt intensywnej
uprawy.
Nawożenie gleb leśnych
Drzewa wprawdzie pobierają znaczne ilości soli mineralnych
z gleby, jednak zwracają większość tych substancji w
postaci liści i chrustu.
Przy racjonalnej eksploatacji (użytkowanie tylko grubizny)
wyczerpanie gleb leśnych mogłoby nastąpić dopiero po
bardzo wielu latach, zwłaszcza, że skała macierzysta,
opady atmosferyczne i edafon wzbogacają glebę w
pierwiastki biogenne.
Nawożenie jest zatem potrzebne tylko tam, gdzie usuwane
są całe rośliny lub gleba uległa daleko idącej degradacji.
Nawozi się więc szkółki, uprawy i starsze drzewostany, ale
tylko wtedy, jeśli wiadomo, że brak soli mineralnych jest
głównym czynnikiem ograniczającym.
Nawożenie w każdym przypadku powinno być
poprzedzone szczegółową analizą warunków
siedliskowych i glebowych oraz optymalnym wyborem
nawozów.
Jeśli konieczne jest nawożenie sztuczne, wówczas
wskazane jest łączenie go z nawożeniem naturalnym
(zielony nawóz, kompost, obornik).
…. na tyle