Aktywność enzymatyczna gleb pożarzysk wielkoobszarowych w zróżnicowanych warunkach siedliskowych i po zastosowaniu różnych sposobów odnowienia lasu.pdf

Leœne Prace Badawcze ( Forest Research Papers ) , 2009, Vol. 70 (2): 183-188.

DONIESIENIE

Gra¿yna Olszowska 1

Aktywnoœæ enzymatyczna gleb po¿arzysk wielkoobszarowych w zró¿nicowanych

warunkach siedliskowych i po zastosowaniu ró¿nych sposobów odnowienia lasu

Enzyme activity of soils after large-scale fires under varying habitat conditions

using different methods of forest regeneration

Abstract. The studies were conducted in plantations and thickets of Scots pine established in fresh coniferous (Bœw),

fresh mixed coniferous (BMœw) and wet mixed coniferous (BMw) forest habitats on the burnt area after the 1992 fire

in the territory of the Rudy Raciborskie (Raciborskie Forests) and Potrzebowice (Notecka Primeval Forest) Forest

Districts.

The measurements of soil enzyme activity were made twice in Potrzebowice and three times in Rudy Raciborskie.

Soil samples from a depth of 0-25 cm were collected for biochemical analyses and the activity of urease, asparaginase,

acid phosphatase and dehydrogenases was determined. The organic carbon content and soil pH were established.

The restocked areas in the Rudy Raciborskie Forest District showed considerably lower activity of all examined

enzymes regardless of the habitat type – urease ca 60%, asparaginase – 70%, acid phosphatase – 80% and

dehydrogenases over 70% compared with the control.

In the territory of the Potrzebowice Forest District, soil enzyme activity in all restocked areas was lower in

comparison with the control only in the case of dehydrogenases (by 40% in Bœw and 25% in BMœw). Acid phosphatase

activity was lower in Bœw (by 44%). Soil asparaginase activity was 2-3 times higher in both Bœw and BMœw habitats,

while urease activity in Bœw was similar to the control and markedly higher than in BMœw (by 39%). The rate of soil

regeneration after the fire expressed in soil enzyme activity depended on the restocking method. The activity of the

examined enzymes was found to be considerably higher in plantations established by planting and higher in BMœw

compared with Bœw.

A decrease in enzyme activity of soils in the burnt areas persisting for nearly ten years after the fire indicates

that the recovery of microbiocoenosis in the soils degraded by fire has not been completed. It also points to the

usefulness of the studies on enzymatic activity as a sensitive indicator of soil response to stress factors.

Key words: enzymatic activity, burnt area, regeneration by planting, natural regeneration, forest habitat.

Po¿ary wielkoobszarowe s¹ zjawiskiem prowadz¹-

cym do spalenia materia³u roœlinnego i zniszczenia sub-

stancji organicznej nagromadzonej na dnie lasu oraz w

górnych poziomach gleby. Powstaj¹ce w czasie po¿aru

zwi¹zki mineralne nie mog¹ byæ natychmiast pobrane i

s¹ wymywane w g³¹b profilu glebowego, co powoduje

spadek zasobnoœci gleb w sk³adniki pokarmowe

(DeBano et Conrad 1978; Mc Lean et al. 1983). Wysoka

temperatura, a tak¿e ograniczenie dop³ywu do gleby

substratów od¿ywczych (z opadem roœlinnym i z ob-

umieraj¹cych korzeni) prowadz¹ do zniszczenia i re-

dukcji drobnoustrojów glebowych, a tym samym do

spadku intensywnoœci mikrobiologicznych procesów

rozk³adu substancji organicznej, w tym równie¿ zmniej-

szenia aktywnoœci enzymów glebowych (B

åå

Instytut Badawczy Leœnictwa, Zak³ad Siedliskoznawstwa, Sêkocin Stary, ul. Braci Leœnej 3, 05-090 Raszyn.

Fax +48 22 7150512, e-mail G.Olszowska@ibles.waw.pl

th et al.

1995; Eivazi et Bayan 1996; Frankenburger et Dick

1983; Fritze et al. 1993). Odtworzenie mikrobiocenozy

po po¿arze, tj. doprowadzenie do stanu wyjœciowego

184

G. Olszowska / Leœne Prace Badawcze, 2009, Vol. 70 (2): 183–188.

sprzed po¿aru, jest procesem trwaj¹cym od kilku do

kilkunastu lat i zale¿y w du¿ej mierze od intensywnoœci

po¿aru, typu siedliska i sposobu przeprowadzonego od-

nowienia (Hawryœ et al. 1998, Kazakeviè et al. 1998;

Lynch et Painting 1982). Parametry charakteryzuj¹ce

aktywnoœæ biologiczn¹ gleb uwa¿a siê za dobry wska-

Ÿnik jakoœci gleb, umo¿liwiaj¹cy jednoczeœnie okreœle-

nie tempa regeneracji gleb zniszczonych przez po¿ar

(Dick 1992; Dick et Tabatabai 1992; Olszowska 2002).

Degradacja gleb po po¿arze lasu ma zwykle d³ugotrwa³y

wp³yw na produktywnoœæ ekosystemu (De Bano et al.

1998), przy czym pogorszenie w³aœciwoœci gleb spo-

wodowane przez po¿ar jest adekwatne do jego inten-

sywnoœci (Johnston et Elliott 1998; Lynhamm et

al.1998).

Celem prowadzonych badañ 1 by³o okreœlenie inten-

sywnoœci przemian biochemicznych na po¿arzyskach

wielkoobszarowych w zró¿nicowanych warunkach sie-

dliskowych i po zastosowaniu ró¿nych sposobów od-

nowienia lasu.

Do oznaczeñ aktywnoœci enzymatycznej gleb wy-

brano enzymy katalizuj¹ce najwa¿niejsze procesy prze-

miany substancji organicznej, takie jak: przemiany

zwi¹zków azotowych (ureaza, asparaginaza), uwalnia-

nie fosforanów nieorganicznych (fosfataza kwaœna) oraz

uczestnicz¹cych w procesach oddechowych (dehydro-

genazy).

typu bielicowo-rdzawego, wytworzone z piasków luŸ-

nych i s³abo gliniastych o odczynie silnie kwaœnym (pH

w KCl 3,5-4,3).

3. Metodyka badañ

Pomiary aktywnoœci enzymatycznej gleb przepro-

wadzono w latach 2000–2002, dwukrotnie w Nadleœ-

nictwie Potrzebowice i trzykrotnie w Nadleœnictwie Ru-

dy Raciborskie. Do analiz pobrano z g³êbokoœci 0–25 cm

próby glebowe, które wysuszono w temperaturze po-

kojowej i przesiano przez sito o œrednicy oczek 1 mm.

W tak przygotowanych próbach glebowych oznaczono

aktywnoœæ nastêpuj¹cych enzymów:

– ureazy i asparaginazy – metod¹ kolorymetryczn¹,

wmgNH 3 na 10 g gleby (Galstjan 1978),

– fosfatazy kwaœnej – metod¹ kolorymetryczn¹, w

mg 4-nitrofenylofosforanu sodu (PNP) na 10 g gleby

(Russel 1972),

– dehydrogenaz – metod¹ kolorymetryczn¹, w mg

trifenyloformazanu (TPF) na 10 g gleby (Galstjan 1978,

Russel 1972).

Zawartoœæ wêgla organicznego oznaczono na ana-

lizatorze wêgla i siarki SC132 firmy Leco, a odczyn

gleby metod¹ potencjometryczn¹ w 1-molowym KCl;

stosunek gleby do roztworu (w/v) wynosi³ 1:2,5 (Os-

trowska et al. 1991).

2. Obiekt badañ

Badania prowadzono na powierzchniach obserwa-

cyjnych w odnowieniach sosny zwyczajnej, na terenie

najwiêkszych po¿arzysk z 1992 roku w nadleœnictwach

Rudy Raciborskie i Potrzebowice (Puszcza Notecka).

Prace badawcze w latach 2000–2002 przeprowadzono w

uprawach i m³odnikach sosny zwyczajnej w dominu-

j¹cych na terenie nadleœnictw typach siedliskowych la-

su, powsta³ych w wyniku odnowienia ró¿nego typu: z

samosiewu, siewu nasion i z sadzenia. W Nadleœnictwie

Rudy Raciborskie za³o¿ono po trzy powierzchnie w wa-

riantach odnowienia sadzeniem i samosiewem w borze

mieszanym œwie¿ym (BMœw) i borze wilgotnym (BMw)

oraz powierzchniê kontroln¹ (poza po¿arzyskiem) z od-

nowieniem sadzeniem w BMœw. W Nadleœnictwie Po-

trzebowice za³o¿ono po trzy powierzchnie na siedlisku

boru œwie¿ego (Bœw) z wariantem odnowienia siewem i

sadzeniem oraz trzy powierzchnie w BMœw z wariantem

odnowienia z sadzenia i powierzchniê kontroln¹ (poza

po¿arzyskiem) z odnowienia sadzeniem w Bœw. W obu

nadleœnictwach wystêpuj¹ gleby typu rdzawego, pod-

4. Wyniki badañ

Uprawy na po¿arzysku w Nadleœnictwie Rudy Ra-

ciborskie, niezale¿nie od typu siedliska charakteryzo-

wa³y siê zdecydowanie ni¿sz¹ aktywnoœci¹ wszystkich

badanych enzymów w porównaniu z upraw¹ kontroln¹;

ureazy o oko³o 60%, asparaginazy – 70%, fosfatazy

kwaœnej – 80% i dehydrogenaz o ponad 70% (ryc. 1).

Przeprowadzone badania wykaza³y ponadto wyraŸny

wp³yw sposobu odnowienia na aktywnoœæ enzymaty-

czn¹. Zdecydowanie wy¿sz¹ aktywnoœæ notowano po

odnowieniu sadzeniem ni¿ samosiewem, zw³aszcza na

siedlisku BMœw, gdzie aktywnoœæ ureazy by³a wy¿sza o

56%, asparaginazy o 27%, fosfatazy kwaœnej o 57% a

dehydrogenaz o 44%. Na siedlisku BMw aktywnoœæ

powy¿szych enzymów po odnowieniu sadzeniem by³a

wy¿sza odpowiednio: o 31% (ureaza), 15% (aspara-

ginaza), 28% (fosfataza kwaœna) i 13% (dehydrogenazy)

w stosunku do odnowienia naturalnego.

Na terenie Nadleœnictwa Potrzebowice ni¿sz¹ ak-

tywnoœæ, w stosunku do kontroli, notowano jedynie w

Pracê wykonano w ramach tematu BLP-986 finansowanego przez Dyrekcjê Generaln¹ Lasów Pañstwowych

G. Olszowska / Leœne Prace Badawcze, 2009, Vol. 70 (2): 183–188.

185

Rycina 1. Aktywnoœæ enzymatyczna gleb na po¿arzysku w stosunku do kontroli (kontrola = 100%)

Figure 1. Soil enzyme activity on the burnt area in comparison with the control (control = 100%)

przypadku dehydrogenaz – we wszystkich uprawach na

po¿arzysku (o 40% w Bœw i 25% w BMœw), oraz fo-

sfatazy kwaœnej na siedlisku Bœw (o 44%). Aktywnoœæ

asparaginazy by³a natomiast 2–3 krotnie wy¿sza, za-

równo na siedlisku Bœw i BMœw, a ureazy zbli¿ona na

siedlisku Bœw i znacznie wy¿sza (o 39%) na siedlisku

BMœw ni¿ w uprawie kontrolnej. Nie stwierdzono wy-

raŸnego wp³ywu sposobu odnowienia na aktywnoœæ ba-

danych enzymów.

Analizy chemiczne gleb (tab. 1) wykaza³y, ¿e badane

powierzchnie na obu po¿arzyskach charakteryzowa³y

siê znacznym zró¿nicowaniem pod wzglêdem zawar-

toœci wêgla organicznego (C org ) w 0–25 cm warstwie

gleby. W porównanych warunkach siedliskowych, tj. w

BMœw w Nadleœnictwie Rudy Raciborskie i w BMœw w

Nadleœnictwie Potrzebowice œrednia zawartoœæ C org w

glebie po po¿arze, niezale¿nie od sposobu odnowienia,

by³a ni¿sza ni¿ na powierzchniach kontrolnych odpo-

wiednio 45 i 21%. Stwierdzono wyraŸn¹ zale¿noœæ za-

wartoœci wêgla na po¿arzyskach od typu siedliskowego

lasu. Œrednia zawartoœæ tego sk³adnika w Nadleœnictwie

Rudy Raciborskie by³a wy¿sza w BMw ni¿ w BMœw, a

w Nadleœnictwie Potrzebowice wy¿sza w BMœw ni¿ w

Bœw.

Odczyn badanych gleb by³ na obu po¿arzyskach sil-

nie kwaœny (pH w KCl, od 3,52 do 4,30). Powierzchnie

186

G. Olszowska / Leœne Prace Badawcze, 2009, Vol. 70 (2): 183–188.

Tabela 1. Zawartoœæ wêgla organicznego i pH gleb w nadleœnictwach: Rudy Raciborskie i Potrzebowice

Table 1. Organic carbon content and soil pH at regenerated sites in the Rudy Raciborskie and Potrzebowice Forest Districts

Typ siedliskowy

Habitat forest type

Sposób odnowienia

Regeneration method

Oddzia³

Compartment

pH KCl

Nadleœnictwo Rudy Raciborskie / Rudy Raciborskie Forest District

BMœw

sadzenie

planting

52 c

116 m

51 d

1,71

1,05

1,51

4,13

4,23

4,30

œrednia /average

1,42

4,22

samosiew

natural regeneration

54 a

76 f

52 a

1,59

1,38

1,29

4,01

3,91

3,94

œrednia / average

1,42

3,95

BMw

sadzenie

planting

69 a

70 b

132 g

2,59

1,88

2,34

4,10

4,14

3,62

œrednia / average

2,27

3,95

samosiew

natural regeneration

70 a

79 a

78 i

2,79

1,77

1,22

3,94

3,90

3,69

œrednia / average

1,93

3,84

BMœw

sadzenie

planting

254c kontrola / control

2,69

3,52

Nadleœnictwo Potrzebowice / Potrzebowice Forest District

BMœw

sadzenie

planting

26d

50d

53d

1,50

1,08

0,99

4,16

3,86

œrednia / average

1,19

4,06

Bœw

siew

sowing

57c

60a

145c

0,81

0,96

1,35

4,23

4,18

4,11

œrednia / average

1,04

4,17

sadzenie

planting

85a

191a

237a

1,12

0,98

4,18

4,31

4,17

œrednia / average

1,03

4,22

Bœw

sadzenie

planting

149a kontrola / control

1,50

4,02

Designations: BMœw – fresh mixed coniferous forest, BMw – wet mixed coniferous forest, Bœw – fresh coniferous forest

na po¿arzyskach, zw³aszcza w Nadleœnictwie Rudy Ra-

ciborskie, charakteryzowa³y siê pH gleb nieznacznie

wy¿szym ni¿ na powierzchniach kontrolnych. Nie

stwierdzono wyraŸnego wp³ywu sposobu odnowienia na

pH gleb.

noœæ wszystkich testowanych enzymów, w porównaniu

z powierzchniami kontrolnymi.

WyraŸnie ni¿szy udzia³ biomasy drobnoustrojów

(C biom ) w ogólnej zawartoœci wêgla organicznego (C org )

oraz wy¿sze wartoœci ilorazu metabolicznego drobno-

ustrojów (qCO 2 ) ni¿ w glebie poza po¿arzyskiem uzy-

ska³ Zwoliñski et al. (2004) w badaniach na terenach

omawianych nadleœnictw. Wynikaæ to mo¿e ze zró¿-

nicowania intensywnoœci po¿aru w tych nadleœnictwach

i w konsekwencji z ró¿nicy stopnia degradacji gleb. Jak

podaje Szabla (1998), w Nadleœnictwie Rudy Racibor-

skie w wyniku po¿aru w 1992 roku ca³kowitemu spa-

leniu uleg³ poziom próchniczny gleby na ca³ej powierz-

chni po¿arzyska a¿ do poziomu mineralnego. W przed-

stawionych badaniach stwierdzono na po¿arzysku ni¿-

5. Dyskusja

Porównanie aktywnoœci enzymatycznej gleb bada-

nych po¿arzysk wskazuje, ¿e odtworzenie mikrobio-

cenoz w Nadleœnictwie Rudy Raciborskie jest znacznie

mniej zaawansowane ni¿ w Nadleœnictwie Potrzebo-

wice, o czym œwiadczy zdecydowanie s³absza aktyw-

G. Olszowska / Leœne Prace Badawcze, 2009, Vol. 70 (2): 183–188.

187

sz¹, w stosunku do kontroli, zawartoœæ wêgla orga-

nicznego, który stanowi oko³o 50% substancji orga-

nicznej – g³ównego sk³adnika próchnicy glebowej. Po-

dobne wyniki uzyska³ w swym eksperymencie labo-

ratoryjnym Tiwari et al. (1988), który stwierdzi³, ¿e

pra¿enie gleby w 450°C zmniejszy³o aktywnoœæ dehy-

drogenaz, ureazy i fosfatazy kwaœnej do bardzo niskiego

poziomu, jako wynik spalenia wszystkich substancji or-

ganicznych, w tym enzymów.

Brak badañ aktywnoœci enzymatycznej zaraz po po-

¿arze nie daje pe³nego obrazu zmian w³aœciwoœci bio-

chemicznych gleb. Przedstawione badania wskazuj¹ na-

tomiast, ¿e po dziewiêciu latach proces regeneracji gleb

zniszczonych przez po¿ar nie zosta³ zakoñczony. Znaj-

duje to potwierdzenie w badaniach Eivazi et Bayan

(1996), którzy stwierdzili istotny spadek aktywnoœci

ureazy, fosfatazy kwaœnej,αiβ-glukozydazy w glebach

po czterech latach po po¿arze, a tak¿e wysok¹ dodatni¹

korelacjê pomiêdzy badanymi enzymami a biomas¹ dro-

bnoustrojów. Spadek biomasy drobnoustrojów stwier-

dzili tak¿e Fritze et al.(1993) w 9 lat po po¿arze, a

zmniejszenie biomasy drobnoustrojów wskutek po¿aru

– Pietikäinen et Fritze (1993). Saa et al.(1993) wskazuj¹

równie¿ na redukcjê aktywnoœci fosfatazy kwaœnej na

terenach po po¿arze.

Uzyskane wyniki badañ wskazuj¹ jednoczeœnie, ¿e

tempo regeneracji gleb po po¿arze, wyra¿one ich aktyw-

noœci¹ enzymatyczn¹, zale¿ne jest od sposobu odnowie-

nia lasu. W Nadleœnictwie Rudy Raciborskie aktywnoœæ

badanych enzymów pod m³odnikami z sadzenia by³a

wyraŸnie wy¿sza ni¿ pod m³odnikami z samosiewu, w

Nadleœnictwie Potrzebowice pod m³odnikami z sadzenia

ni¿ pod m³odnikami z siewu. Przygotowanie gleby przed

sadzeniem (orka w bruzdy) stworzy³o korzystniejsze wa-

runki do mineralizacji materii organicznej zawartej w

glebie, a tym samym dla aktywnoœci biochemicznej. Po-

twierdzaj¹ to badania Olejarskiego (2003), który stwier-

dzi³ ponadto, ¿e zabiegiem korzystnym dla rozwoju

upraw jest rozdrobnienie i wymieszanie pozosta³ej na

po¿arzysku materii organicznej z gleb¹.

Ró¿nice w zawartoœci wêgla organicznego oraz ak-

tywnoœci enzymatycznej gleb na po¿arzyskach w nad-

leœnictwach Rudy Raciborskie i Potrzebowice mog¹ byæ

tak¿e zwi¹zane z typem siedliska. Potwierdzaj¹ to wy-

niki badañ, zw³aszcza w Nadleœnictwie Potrzebowice,

gdzie aktywnoœæ badanych enzymów by³a wy¿sza w

BMœw ni¿ w Bœw. W badaniach Olszowskiej i in. (2005)

w borach sosnowych stwierdzono równie¿ istotn¹ za-

le¿noœæ aktywnoœci biochemicznej gleb od ¿yznoœci

siedlisk.

Wysoka inaktywacja badanych enzymów glebowych

spowodowana po¿arem mo¿e z czasem doprowadziæ do

powa¿nego deficytu podstawowych sk³adników od¿yw-

czych, w obiegu których bardzo wa¿n¹ rolê odgrywaj¹

enzymy, katalizuj¹ce wiele procesów rozk³adu materii

organicznej (Burns 1985). Znajduje to odzwierciedlenie

w badaniach Hawrysia i innych (2002), którzy stwier-

dzili, ¿e zawartoœæ makrosk³adników w ig³ach sosny, po-

zostaj¹ca w relacji do ich zawartoœci w glebie, wska-

zywa³a na s³absze w porównaniu z kontrol¹ zaopatrzenie

drzew w sk³adniki pokarmowe na po¿arzyskach.

Jednoczeœnie obserwowana reakcja badanych enzy-

mów, wyra¿ona wysokim spadkiem ich aktywnoœci na

po¿arzyskach, wskazuje na przydatnoœæ badañ aktyw-

noœci enzymatycznej jako czu³ego wskaŸnika reakcji

gleby na czynniki stresowe. Ze wzglêdu na szybsz¹, ni¿

w przypadku organizmów wy¿szych, reakcjê drobno-

ustrojów na oddzia³ywanie czynników zewnêtrznych,

poprzedzaj¹c¹ zazwyczaj dostrzegalne zmiany w³aœci-

woœci chemicznych i fizycznych gleb, badania aktyw-

noœci enzymatycznej pozwalaj¹ na wczesn¹ ocenê po-

prawy jakoœci lub degradacji gleb spowodowanych

przez te czynniki. Przemawia to za szerszym wyko-

rzystaniem wskaŸników biochemicznych w badaniach

gleb leœnych, zw³aszcza przy ocenie wp³ywu czynników

stresowych, takich jak np.: zanieczyszczenia przemy-

s³owe, po¿ary, anomalie pogodowe, a tak¿e zmian kli-

matycznych oraz zabiegów agrotechnicznych na lasy,

oraz przy prognozowaniu dalszego rozwoju lasu.

Prezentowane wyniki aktywnoœci enzymatycznej

gleb powinny byæ zweryfikowane w dalszych bada-

niach, ze wzglêdu na krótki okres badañ, brak po-

wierzchni kontrolnych dla wszystkich wariantów od-

nowieñ sosny na po¿arzyskach, a tak¿e up³yw czasu od

po¿aru.

6. Wnioski

W Nadleœnictwie Rudy Raciborskie wartoœci bada-

nych parametrów biochemicznych pozostawa³y w œci-

s³ym zwi¹zku ze sposobem odnowienia lasu. Nieza-

le¿nie od typu siedliska korzystniejszy wp³yw na tempo

regeneracji gleb po po¿arze ma odnowienie sztuczne

(sadzenie) ni¿ odnowienie naturalne (samosiew).

Zawartoœæ wêgla organicznego oraz aktywnoœæ ba-

danych enzymów wskazuj¹ na silniejsz¹ degradacjê gleb

po po¿arze w Nadleœnictwie Rudy Raciborskie ni¿ w

Nadleœnictwie Potrzebowice.

Badania aktywnoœci enzymatycznej gleb po 9 latach

od po¿aru na terenach wielkoobszarowych po¿arzysk

leœnych wskazuj¹ na niepe³ne odtworzenie mikrobio-

cenoz. Na ich podstawie mo¿na przypuszczaæ, ¿e proces

regeneracji gleby po po¿arze bêdzie trwa³ krócej w Nad-

leœnictwie Potrzebowice ni¿ w Nadleœnictwie Rudy Ra-

ciborskie.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: