Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego
w Warszawie

Wydział Rolnictwa i Biologii

Agnieszka Romanowska

Monika Tenderowicz

Ilona Wijata

Anna Zdulska

Beata Zielińska

Michał Piotrowski

Emil Tołścik

Wojtek Zagdański

Wpływ różnych systemów uprawy roli na skład agregatowy gleby

Agrofizyka

Sprawozdanie nr 2

Rolnictwo gr.2

Warszawa 2010

Cel ćwiczeń

• Poznanie metod oznaczania składu agregatowego i struktury gleby

• Ocena struktury gleby spod traw i spod ziemniaków

Celem wykonanego ćwiczenia było zapoznanie się z pojęciem struktury gleby i poznanie jej znaczenia, a także czynników, jakie działają dodatnio, a jakie ujemnie na jej tworzenie. Dodatkowym celem było oznaczenie składu agregatowego gleby spod dwóch roślin uprawnych - spod ziemniaka i spod traw - a także oznaczenie wodoodporności tychże agregatów poprzez obliczenie średniej ważonej średnicy agregatu MWDa, średniej ważonej średnicy gruzełka MWDg, wskaźnika wodoodporności oraz współczynnika wodoodporności.

Wstęp

Struktura gleby tworzy się przez połączenie elementarnych cząsteczek gleby (frakcje granulometryczne) przy udziale substancji organicznej, koloidów glebowych, wodorotlenków żelaza i glinu oraz aktywności biologicznej gleby w agregaty glebowe o różnych wymiarach i różnych formach. Nie jest ona wielkością stałą i zmienia się w czasie zależnie od różnych czynników naturalnych (korzenie roślin, fauna glebowa i wilgotność) i odporności na działanie człowieka (np. uprawa gleby). Mówiąc o strukturze gleby uprawnej, mamy na myśli strukturę agregatową. Stanowią ją agregaty różnej wielkości i o różnych kształtach. Możemy je podzielić:

1. ze względu na wielkość:

• 0 - 0,25mm - mikroagregaty,

• 0,25 - 5mm - mezoagregaty,

• 5 - 10mm - makroagregaty.

2. ze względu na budowę:

• I - rzędu, zbudowane z cząsteczek gleby,

• II - rzędu to zespolone ze sobą mikroagregaty lub mezoagregaty mniejszych

rozmiarów. Czynnikiem wiążącym części elementarne i mikroagregaty są koloidy pochodzenia organicznego, mineralnego i organo-mineralnego, a także wydzieliny drobnoustrojów znajdujące się w glebie.

3. ze względu na trwałość:

• mechanicznie trwale (nie rozpadają się przy przesiewaniu na sucho),

• wodoodporne (gruzełki),

• rozmywane w wodzie,

• mechanicznie nietrwałe (rozpadają się przy przesiewaniu na sucho).

Struktura agregatowa zabezpiecza glebę przed działaniem erozji wodnej i eolicznej, umożliwia dobrą cyrkulację wody i powietrza, faworyzuje aktywność biologiczną oraz łatwą penetrację korzeni i roślin.

Agregaty glebowe mogą wykazywać odporność na rozmywanie - może to być odporność na dynamiczne lub statyczne działanie wody, w zależności (odpowiednio) od tego czy działającą siłą są posiadające energię uderzeniową krople deszczu, czy może jest to wymywanie substancji cementujących powodujące zmniejszenie kohezji cząsteczek glebowych oraz nierównomierne pęcznienie (jako rezultat heterogeniczności materiału glebowego).

Odporność ta jest uzależniona od czynników zewnętrznych, które dostarczają energii, oraz od właściwości chemicznych i fizycznych samej gleby, na którą działają siły zewnętrzne.

W związku z tym, że gruzełkami nazywamy agregaty nierozpadające się pod wpływem rozmywającego działania wody, to stosowane powszechnie metody oznaczania struktury gruzełkowatej gleby polegają przede wszystkim na oznaczeniu wodoodporności agregatów.

Jako system uprawy roli określamy sposób postępowania z nią, oparty na odpowiednim doborze narzędzi i maszyn oraz kolejności ich stosowania w cyklu rocznym lub dłuższym, uwarunkowany czynnikami przyrodniczymi (gleba, klimat, urzeźbienie, stosunki wodne) i agrotechnicznymi. Wyróżnia się trzy podstawowe systemy uprawy roli:

• tradycyjny (płużny),

• bezorkowy (bezpłużny),

• uprawa zerowa (siew bezpośredni).

System uprawy roli ma duży wpływ na stan i strukturę gleby.

Wodoodporność jest to trwałość na niszczące działanie wody i jest to bardzo ważny oznaczalny czynnik dla trwałości struktury glebowej.

Metodyka

• Metoda oznaczania struktury gleby, oznaczanie składu agregatowego i obliczanie MWDa dla gleb różnie użytkowanych

W pierwszej części ćwiczenia oznaczyliśmy skład agregatowy gleby i MWDa (średnią ważoną średnicę agregatu) dla gleby spod ziemniaków i spod traw.

Skład agregatowy gleby należy oznaczyć przesiewając na sucho 2 próbki gleby - spod obu upraw - po 500g każda. Frakcję o średnicy < 0,25mm obliczamy odejmując od 500g zsumowane masy frakcji > 0,25mm. Ważymy z dokładnością do 1g.

1. Odważamy 0,5 kg próbki gleby (pobranej wcześniej spod ziemniaków i wstępnie oczyszczonej na sicie o wymiarach oczek 10 mm) i rozdzielamy na sitach o średnicy oczek 7 ;5; 3; 2; 1; 0,5; 0,25mm.

2. Przesiewamy przez 2 minuty.

3. pozostałość na każdym sicie ważymy i wyliczamy procentowy udział każdej frakcji ( 100 % to masa wyjściowej próby) oraz średnią ważoną średnicę agregatu korzystając z wzorów:

▲ MWD= MWDa - MWDg

Podczas wykonywania ćwiczenia na tym etapie odkładamy na bok frakcję 3 - 5mm (frakcja najbardziej cenna rolniczo) gdyż jest nam ona potrzebna do oznaczenia wodoodporności metodą szalkową.

• Metody oznaczania wodoodporności agregatów glebowych metodą szalkową i metodą przesiewania na mokro w aparacie Bakszejewa

Druga część ćwiczenia polegała na oznaczeniu wodoodporności agregatów. Podczas ćwiczeń oznaczaliśmy wodoodporność agregatów metodą szalkową i metodą Bakszejewa.

Metoda szalkowa polega na określeniu stopnia rozmycia agregatów umieszczonych w wodzie stagnującej - oddziaływanie statyczne. Oddziaływanie wody na agregat jest mało dynamiczne, nieagresywne i odpowiada w dużym stopniu warunkom naturalnym. Polega na oznaczeniu wodoodporności agregatów frakcji 3-5mm pochodzącej z gleby spod ziemniaków i spod traw.

1. Odważamy po 10 g agregatów z danego obiektu w czterech powtórzeniach.

2. Umieszczamy je na zwilżonej bibule filtracyjnej w szalce Petriego i nawilżamy przez 15 minut.

3. Po nawilżeniu zalewamy agregaty wodą (50 ml).

4. Pozostawiamy na kilka godz.

5. Odciągamy wodę i suszymy.

6. Przesiewamy przez sito o średnicy oczek 3mm.

7. Ważymy ilość pozostałych gruzełków.

8. Obliczamy wodoodporność agregatów przy pomocy wskaźnika liczonego ze wzoru:

Wsk. wodoodporności = [pozostałość na sicie (gruzełki) w g / naważka (agregaty) w g] x 100%

Metoda Bakszejewa - to metoda przesiewania na mokro polegająca na zanurzeniu agregatów umieszczonych na sitach w wodzie i poddawaniu sit ruchom wahadłowym. Służy ona do pomiaru odporności na oddziaływania dynamiczne. Agregaty w zależności od stopnia wodoodporności ulegają rozmyciu i w trakcie przesiewania przemieszczają się, zależnie od wielkości, na odpowiednie sita. Działanie wody na agregaty, połączone z ruchem sit, jest w tych metodach najbardziej agresywne.

Aparat używany w tej metodzie to separator agregatów glebowych. Urządzenie to składa się z podstawy, części napędowej oraz pojemnika przystosowanego do wstawienia trzech cylindrów o pojemności 750 ml. Część napędowa wprawia w ruch wahadłowy pojemnik z cylindrami, odchylając go od położenia pionowego o 45 °, w jedną i w drugą stronę. Najczęściej stosuje się szybkość 1 wahnięcia na 1 minutę. W cylindrach umieszczone są komplety sit o oczkach 7; 5; 3; 1; 0,5; 0,25mm i są one wstawione jedno w drugie. W dolnej części cylindra znajduje się mała rurka zamykana gumowym korkiem. W czasie analizy gromadzą się w niej cząstki gleby o średnicy poniżej 0,25mm. Od góry cylinder jest szczelnie zamykany dokręcaną pokrywą. Na górnej części znajduje się otwór służący do uzupełniania wody w cylindrze w czasie przygotowywania go do analizy.

1. Pobieramy próbę o wadze 25g.

2. Przesiewamy na mokro przez 12 minut na separatorze o zestawie sit o średnicach oczek 7; 5; 3; 1; 0,5; 0,25mm.

3. Pozostałości z każdego sita przenosimy na sączki z bibuły umieszczane na lejkach.

4. Po odsączeniu wody, sączki z glebą suszymy w suszarce.

5. Ważymy pozostałości z każdego sita.

6. Wynik podajemy w procentach w stosunku do masy wyjściowej próby.

7. Na podstawie uzyskanych wyników możemy obliczamy:

• Średnia ważoną średnicę agregatu MWDa

• Średnią ważoną średnicę gruzełka MWDg

• Wskaźnik wodoodporności ∆MWD= MWDa-MWDg

• Współczynnik wodoodporności (MWDg: MWDa) x 100%

Wskaźnik wodoodporności = MWDg/MWDa * 100%

Wyniki - dołączone poniżej.

• Komentarz do tab. a i b

Porównując skład agregatowy gleby spod różnych upraw zauważyć możemy że korzystniejszy skład agregatowy charakteryzuje glebę spod traw. Mówi nam o tym liczba makroagregatów. Wiemy, że im więcej makroagregatów tym lepsza struktura. Jeżeli chodzi o zawartość mikroagregatów to lepiej jest gdy jest ich mniej. Kolejnym czynnikiem mówiącym o wyższości gleby spod traw jest MWDa ponieważ im bardziej zbliżona do frakcji 3-5 tym lepsza oraz Ws im wyższy tym lepsza struktura.

Analiza wyników

Gleba spod ziemniaków różni się znacząco pod względem struktury agregatowej jak i wodoodporności agregatów od gleby spod traw. Znacznie korzystniejszą strukturę gleby wytwarzają trawy, ponieważ zawierają dużo mezoagregatów (65,1) i makroagregatów (27,8%), czyli tych frakcji gleby, które odznaczają się najlepszymi właściwościami. Gleba spod ziemniaków nie posiada korzystnej struktury, ponieważ zawiera duży udział frakcji mikroagregatów (22,8%), chociaż udział mezoagregatów jest duży i wynosi 60,8%. Takie różnice w strukturze świadczą o występowaniu silniejszych procesów strukturotwórczych w glebie pod trawami. Duży udział mezoagregatów w glebie spod ziemniaków może być spowodowany wysokimi dawkami nawożenia obornikiem przed wysadzeniem tych roślin.

Struktura gleby spod traw okazuje się korzystna dzięki mechanicznemu zgruźlaniu gleby poprzez rozwinięty wiązkowy system korzeniowy tych roślin i poprzez strzępki grzybni grzybów zasiedlających glebę, ale też dzięki zwiększonemu występowaniu koloidów glebowych, wydzielinom korzeniowym, otoczce drobnoustrojów wokół poszczególnych części korzenia w ryzosferze oraz dzięki butwiejącym resztkom korzeni bocznych.

Niewątpliwie, gorsza struktura gleby pod ziemniakami jest wynikiem mniejszej jej próchniczności, co wynika z faktu, iż uprawa ziemniaków powoduje zwiększoną mineralizację próchnicy, w przeciwieństwie do traw, gdzie próchnica mineralizuje się w mniejszym stopniu.

Gleba spod traw odznacza się nie tylko większą ilością korzystnych agregatów, ale także lepszą ich jakością, o czym świadczą wyniki z badania wodoodporności frakcji 5-3 mm. Wyniki świadczą o silnym rozmyciu najwartościowszych agregatów pochodzących z gleby spod ziemniaków. Agregaty gleby spod ziemniaków szybciej się rozmywają w porównaniu z glebą spod trawy. Mała odporność agregatów gleby spod ziemniaków jest przyczyną zaskorupienia tej gleby. Na wodoodporność wpływa rodzaj zespolenia agregatów. Najlepiej zespalają agregaty koloidy trwałe do których zaliczamy nawożenie organiczne, próchnicę, wapń, magnez, śluzy, wydzieliny mikroorganizmów. Gleba spod traw wykazała się wysoką gruzełkowatością struktury, ponieważ duża część frakcji 5-3 mm nie uległa rozmyciu.

Wysoki wskaźnik wodoodporności agregatów (90%) oraz wysoka wartość średniej ważonej średnicy gruzełka (MWDg = 3,08) świadczą o silnej odporności agregatów spod traw na rozmywające działanie wody.

Znacznie mniejszy wskaźnik wodoodporności agregatów pochodzących z gleby spod ziemniaków (39%) oraz nieporównywalnie mniejsza wartość MWDg wynosząca 0,57 mm świadczą o słabej ich jakości, wynikającej z braku silnego lepiszcza.

Dobre wskaźniki wodoodporności agregatów w glebie spod traw świadczą, iż gleba ta posiada silne lepiszcze dzięki czynnikom fizycznym, chemicznym i biologicznym wymienionym w pkt. 4.

Trawy wpływają bardzo korzystnie na strukturę gleby dzięki mocno rozbudowanemu, płytkiemu systemowi korzeniowemu, który silnie penetruje glebę. W glebie spod traw jest także więcej próchnicy, więcej koloidów mineralnych i organicznych, które mogą być lepiszczem. Ponadto na trwałych użytkach zielonych przeprowadzanych jest mniej zabiegów agrotechnicznych, które niszczą agregaty glebowe oraz nie następuje odwracanie gleby, które zaburza układ biologiczny mikroorganizmów. Mikroorganizmy glebowe, występujące w ryzosferze uprawianych traw, wykazują się wyjątkową zdolnością klejenia mineralnych cząstek gleby i znacznie przyczyniają się do tworzenia trwałej struktury. Dodatkowo powierzchnia gleby pod trawami jest przykryta i chroniona darnią przed utratą wody i nadmierną mineralizacją.

W przypadku ziemniaków będących rośliną jednoroczną, , ich uprawa powoduje znaczne pogorszenie struktury, ponieważ liczne mechaniczne zabiegi na polu sprzyjają niszczeniu struktury gruzełkowatej, a uprawa w szerokie rzędy sprawia, że wpływ niekorzystnych warunków środowiska na glebę jest znaczny. Poza tym ziemniaki nie wykazują właściwości biologicznych, które przyczyniałyby się do poprawiania struktury gleby tak jak w przypadku traw. Przy dużej ilości zabiegów uprawowych niszczona jest struktura agregatowa poprzez ugniatanie gleby kołami maszyn bądź ciągnika. Ziemniaki pozostają przez długi czas w nie osłoniętych redlinach, pozostawiają niewielką ilość resztek pożniwnych a przez to w mniejszym stopniu niż trawy są zasiedlane przez glebowe zwierzęta.

Stosowanie nawozów jest w przypadku traw ograniczone, zaś w przypadku ziemniaków intensywne. To wpływa pośrednio na wodoodporność i gruzełkowatość agregatów glebowych. Pod wpływem agresywniejszego działania wody w metodzie Bakszejewa wskaźnik wodoodporności jest wyższy niżeli w przypadku metody szalkowej.

Dyskusja

Rośliny okopowe i traw różnią się znacznie między sobą budową anatomiczną i morfologiczną, w związku z czym mają odmienny sposób uprawy, wymagania siedliskowe i pokarmowe itp. Uprawa roślin okopowych w porównaniu z trawami wymaga więcej zabiegów mechanicznych, które poprzez dodatkowe zabiegi ciężkimi maszynami ugniatają i niszczą agregaty glebowe, zmieniają stosunki powietrzno-wodne w glebie. Rośliny okopowe uprawiane są w szerokich rzędach, w związku z czym nadziemne organy roślinne w niedostateczny sposób zaciemniają glebę, przez co odsłaniają wierzchnią warstwę gleby na bezpośrednie działanie wiatru i wody, powodujące m.in. rozpylanie, zaskorupienie gleb, rozbryzg. Trawy posiadają wiązkowy system korzeniowy, który stopniowo obumierając dostarcza nowych resztek materii organicznych, czyli pokarmu dla wielu drobnoustrojów, a także formę lepiszczu dla agregatów glebowych. Ponadto wiązkowy system korzeniowy w porównaniu do palowego (rośliny okopowe) charakteryzuje się większą powierzchnią fyllosfery, w której najobficiej w całym profilu glebowym rozwijają drobnoustroje.

Jak wiadomo mikroorganizmy i skąposzczety poprzez swój metabolizm i właściwości wpływają strukturotwórczo i rozluźniająco na glebę. Dżdżownice wydalają do środowiska tzw. koprolity, dzięki czemu wzbogacają gleby w wapń, który m.in. korzystnie wpływa na strukturę gleby. W uprawie roślin okopowych nieodzowne jest stosowanie środków ochrony roślin i nawożenie mineralne, które wymagają dodatkowych przejazdów po polu, ciężkimi maszynami ugniatającymi glebę a także ograniczają rozwój mikroorganizmów.

Zawartość związków próchnicy i związków próchnico twórczych w glebie jest wyższa u traw, niż u roślin okopowych, spowodowane jest to m.in. odmienną agrotechniką i nawożeniem organicznym i mineralnym.

Wnioski

1. Gleby spod uprawy traw i ziemniaków różnią się składem agregatowym.

2. Średnia ważona średnica gruzełka oraz współczynnik wodoodporności przeważają na korzyść gleby spod traw.

3) Wykorzystując opisane metody stwierdzamy agresywne działanie wody, tym samy

otrzymujemy wyższy współczynnik wodoodporność przy użyciu metody Bakszejewa.

4. Na podstawie wszystkich wyników wnioskujemy, że gleba spod traw wykazuje

korzystniejszą strukturę niż gleba spod ziemniaków.

---