|
5.
|
Zmiany stanu odżywienia drzewostanów w latach 1997-2013 na podstawie wyników monitoringu organów asymilacyjnych drzew
JOzef Wójcik, Paulina Dróżdż
Główną przyczyną masowego zamierania drzewostanów w latach osiemdziesiątych XX wieku, przybierającego często charakter klęski ekologicznej, były zakłócenia mineralnego odżywiania drzew. Organy asymilacyjne zamierających drzew wykazywały zbyt niską zawartość magnezu i niekiedy potasu, połączoną zwykle z wysoką koncentracją azotu różnego pochodzenia (Hanschel i in., 1988; Huttl, Wisniewski, 1987; Zech, Popp, 1983).
W celu śledzenia stanu odżywienia drzewostanów system monitoringu lasów funkcjonujący w programie ICP-Forests został poszerzony o analizy chemiczne organów asymilacyjnych drzew. W Polsce tego typu badania rozpoczęto już w 1997 roku. Objęto nimi 148 stałych powierzchni obserwacyjnych (SPO) II rzędu.
W wielu krajach, dla poszczególnych gatunków drzew leśnych, opracowano graniczne zawartości tych składników, przy których poziom odżywienia drzew jest niedostateczny, optymalny, lub nadmierny (Burg, 1990; Burg, Schaap, 1994; Taylor, 1991). W niektórych landach niemieckich wprowadzono bardziej szczegółową skalę sześciostopniową. Z kolei w Austrii dla świerka, będącego głównym gatunkiem lasotwórczym opracowano podział czteroklasowy, a dla innych podstawowych gatunków drzew leśnych na podstawie badań Burga (1985 i 1990) oraz Bergmana (1993) – trójklasowy.
W raporcie dotyczącym stanu odżywienia drzew w skali Europy sporządzonym w ramach programu ICP-Forests podano trzy klasy zawartości makroelementów dla podstawowych gatunków drzew leśnych (Forest Foliar..., 1997).
W niniejszym opracowaniu ocenę stanu odżywienia drzewostanów sosnowych oparto na klasyfikacji obowiązującej w Dolnej Saksonii, natomiast drzewostanów bukowych, dębowych i świerkowych – na klasyfikacji austriackiej. Liczby zaproponowane przez ICP-Forests dla całej Europy, ze względu na ich małą dokładność pominięto.
Przy ocenie stanu odżywienia drzew duże znaczenie mają wzajemne proporcje między zawartością poszczególnych składników pokarmowych w organach asymilacyjnych. Odchylenia od optymalnych proporcji świadczą o nieprawidłowościach w odżywianiu roślin i prowadzą do ograniczenia ich wzrostu i rozwoju (Hanschel et al., 1988, Hüttl, Wisniewski, 1987). W literaturze brak jest jednak ściśle zdefiniowanych optymalnych proporcji między składnikami pokarmowymi. Dokładne proporcje dla świerka wyznaczył Hüttl w 1985 roku. Obowiązują one w Austrii i zostały wykorzystane w niniejszym opracowaniu.
Drzewostany bukowe
Zawartość azotu, fosforu, potasu, wapnia i magnezu w liściach buka była najniższa w 1997 roku (Rys. 12). W następnych cyklach pomiarowych stwierdzano stopniowy wzrost zawartości P, K, Ca oraz Mg. W 2013 roku zawartość fosforu, potasu i magnezu w liściach była odpowiednio o 40, 13 oraz 43% wyższa niż w roku 1997. W analizowanym okresie zawartość azotu i wapnia w zasadzie nie zmieniła się (wzrost odpowiednio o 4 i 8%), doszło natomiast do wyraźnego, wynoszącego 13%, spadku ilości siarki w igłach.
 |
|
Rys. 12
.
Zmienność zawartości makroelementów w liściach buka w latach 1997-2013
|
Zaopatrzenie drzewostanów bukowych w azot w ciągu całego okresu pomiarów (1997-2013) mieściło się w klasie odżywienia wystarczającego lub optymalnego. Znacznie gorzej przedstawiało się zaopatrzenie tych drzewostanów w fosfor, potas i zwłaszcza magnez. W najbardziej niekorzystnym 1997 roku na niedobór P i K cierpiało 75%, a na niedobór Mg aż 100% badanych drzewostanów. W kolejnych latach następowała stopniowa poprawa zaopatrzenia drzew w fosfor i częściowo w magnez, podczas gdy zaopatrzenie w potas przez cały okres badań, aż w 75% drzewostanów było zbyt niskie, co nie odbiło się na kondycji zdrowotnej tych drzewostanów. Najlepiej zaopatrzone w składniki pokarmowe były drzewostany bukowe z nadleśnictw Bogdaniec i Dobrocin w Krainie Bałtyckiej, Opole w Krainie Śląskiej, Wałbrzych w Krainie Sudeckiej oraz Lesko i Limanowa w Krainie Karpackiej.
Drzewostany dębowe
 |
|
Rys. 13
.
Zmienność zawartości makroelementów w liściach dębu w latach 1997-2013
|
Podobnie jak to miało miejsce w przypadku drzewostanów bukowych, zawartość azotu, fosforu, potasu i magnezu w liściach dębu była najniższa w 1997 roku (Rys. 13). W następnych cyklach pomiarowych stwierdzano znaczący wzrost zawartości N, P, K oraz Mg. W 2013 roku zawartość azotu, fosforu, potasu i magnezu w liściach była odpowiednio o 8, 35, 11 oraz 42% wyższa niż w roku 1997.
Poziom odżywienia drzewostanów dębowych makroelementami w okresie 16 lat badań (1997-2013) był wystarczający lub optymalny. Jedynie drzewostany w Nadl. Strzebielino oraz Olsztyn cierpiały na okresowy niedobór magnezu (1997 rok), a drzewostan w Nadl. Złotoryja na niedobór fosforu i/lub magnezu w latach 1997-2005. Począwszy od 2009 roku wszystkie drzewostany dębowe miały co najmniej wystarczającą zawartość wszystkich makroelementów (N, P, K, Ca, Mg i S).
Drzewostany sosnowe
Sosna jest gatunkiem panującym na 100 stałych powierzchniach obserwacyj-nych II rzędu. W kolejnych pięciu czteroletnich cyklach badań obserwowano zróżnico-wany poziom składników pokarmowych (Rys. 14). Zawartość azotu wyraźnie zwiększała się w pierwszych trzech cyklach badań, osiągając w 2005 roku 116% wartości z roku 1997, po czym stopniowo zmniejszała się, aby w 2013 stanowić 110% wartości początkowej. W ciągu 16 lat badań stwierdzono również niewielki (o 10%) przyrost zawartości fosforu i znaczny (o 29%) przyrost zawartości potasu w igłach. W tym samym czasie nastąpił spadek zawartości wapnia i siarki (o 12 i 13%), co może być spowodowane ograniczeniem ich emisji do atmosfery. Ponieważ związki siarki powodują zakwaszenie środowiska, a związki wapnia jego odkwaszenie, równomierne zmniejszenie ich dopływu nie powinno wpływać na istniejącą równowagę kwasowo-zasadową tego środowiska.
 |
|
Rys. 14
.
Zmienność zawartości makroelementów w igliwiu sosny w latach 1997-2013
|
Dopływ do ekosystemów leśnych azotu różnego pochodzenia (głównie na skutek zanieczyszczeń atmosfery, wiązania azotu cząsteczkowego przez symbiotyczne i wolnożyjące organizmy glebowe oraz w wyniku wyładowań atmosferycznych) spowodował, że zawartość tego pierwiastka w igłach sosny w wielu przypadkach przekraczała wartość określoną we wszystkich opracowaniach naukowych jako nadmierna (17,0 g N na kg suchej masy igieł). W 1997 roku nadmierną zawartość azotu stwierdzono w 6%, a w latach 2001, 2005, 2009 oraz 2013 odpowiednio w 38, 45, 46 oraz 31% drzewostanów sosnowych. Liczba drzewostanów znajdujących się w górnej strefie optymalnego zaopatrzenia w azot (na granicy nadmiaru) była również duża (w latach 1997, 2001, 2005, 2009 oraz 2013 wynosiła ona odpowiednio 38, 40, 49, 43 oraz 42 procent wszystkich drzewostanów). W 1997 roku 13% drzewostanów sosnowych cierpiało na niedobór azotu (< 13,0 g N na kg suchej masy igieł). Omówiony wyżej dopływ azotu do ekosystemów leśnych spowodował, że w 2013 roku objawy jego niedoboru wykazywał już tylko jeden drzewostan sosnowy w Nadl. Płaska, w Puszczy Augustowskiej.
W latach 1997-2013 nastąpił wzrost zawartości fosforu w jednorocznych igłach sosny. O ile w 1997 r. objawy niedoboru wykazywało 15% drzewostanów, to w latach następnych stan odżywienia drzew tym składnikiem był optymalny lub nawet nadmierny, z tym że, w przeciwieństwie do azotu, nadmiar fosforu w roślinach nie wywołuje negatywnych następstw, a jest niekorzystny jedynie ze względu na „rozrzutność” w gospodarowaniu ograniczonymi zasobami tego pierwiastka. W odróżnieniu od agroekosystemów, fosfor pobrany w nadmiarze przez drzewa leśne wraca do obiegu, dostając się z powrotem do gleby wraz z opadem organów asymilacyjnych.
W trakcie szesnastoletniego okresu badań znacznie poprawił się poziom zaopatrzenia drzewostanów w potas. W 1997 roku 5% drzewostanów plasowało się w klasie niedoboru pod względem zawartości K, a 82% drzewostanów – na granicy niedoboru. Podobnie było w roku 2001, kiedy to 16% drzewostanów wykazywało niedobór, a 68% dolne optimum zawartości potasu. W dwóch następnych cyklach pomiarowych (2005, 2009) liczba drzewostanów wykazujących niedobory potasu, lub znajdujących się w dolnym optimum wynosiła odpowiednio 20% i 19%, by w 2013 roku zmniejszyć się do 11%.
Najgorzej zaopatrzone w potas drzewostany sosnowe zlokalizowano na powierzchniach: nr 805 – Nadl. Bircza, nr 411 – Nadl. Rudka, nr 324 – Nadl. Przedborów, nr 214 – Nadl. Nowogród, nr 802 – Nadl. Dukla.
Zawartość wapnia w jednorocznych igłach sosny była w badanym szesnastoleciu bardzo zróżnicowana. Optymalny poziom zaopatrzenia w Ca występował na 85-96% SPO, a nadmiarem tego składnika charakteryzowało się 0-5% powierzchni. Omówiony wcześniej spadek zawartości wapnia w igłach (Rys. 14) został potwierdzony stopniowym zwiększaniem się liczby drzewostanów wykazujących w kolejnych latach niedobór tego pierwiastka. O ile roku 1997 nie znaleziono powierzchni, na której występowałby niedostatek Ca, to w latach 2001, 2005 oraz 2009 takich powierzchni było odpowiednio 1, 4 i 6% a w roku 2013 już 14%.
Z wyjątkiem drzewostanów w Nadl. Złotów i Karczma Borowa zawartość magnezu w igłach w całym okresie badań mieściła się w trzech dolnych klasach zasobności (krytyczny niedobór, niedobór i optimum dolne). W latach 1997, 2001, 2005, 2009 oraz 2013 zawartością magnezu w klasach krytyczny niedobór i niedobór charakteryzowało się odpowiednio 60, 19, 41 30 oraz 51% drzewostanów.
Drzewostany sosnowe w Polsce, rosnące z reguły na glebach bielicoziemnych, wytworzonych z utworów piaszczystych, charakteryzują się nagminnym brakiem potasu i magnezu. Drzewostany te są jednocześnie dobrze zaopatrzone w azot różnego pochodzenia, co może powodować zakłócenia proporcji między makroelementami i – zgodnie z prawem minimum – być przyczyną złego stanu drzewostanów.
Ostatni z sześciu składników pokarmowych zaliczanych do makroelementów – siarka – wymaga szczególnego omówienia. Ze względu na wysoką depozycję związków S, jaka miała miejsce do początku lat 90. XX wieku, nie poświęcano jej uwagi w badaniach związanych z odżywianiem drzew. Tymczasem ograniczenie emisji związków siarki spowodowało – obok wielu pozytywnych efektów – również zmniejszenie ilości tego składnika w ekosystemach. Nieorganiczne związki siarki są łatwo wymywane z gleby, co powoduje, że w ostatnich latach nawet w agroekosystemach – gdzie siarkę wprowadza się niejako dodatkowo, przy okazji stosowania nawozów mineralnych, zawierających jej związki jako balast – zaobserwowano niedobory S w roślinach (Szulc, 2008). W przypadku ekosystemów leśnych jedynym źródłem zewnętrznym tego pierwiastka jest atmosfera. Jeżeli przyjąć, że liczby graniczne zawartości siarki w organach asymilacyjnych sosny są wiarygodne, to 83-99% drzewostanów sosnowych cierpiało na niedobór S we wszystkich cyklach pomiarowych. Zjawisko to pogłębiało się wraz z upływem czasu (od 83% w roku 1997 do 99% drzewostanów w roku 2013). Zagadnienie niedoborów siarki w drzewostanach sosnowych w aspekcie weryfikacji liczb granicznych wymaga dalszych badań.
Drzewostany świerkowe
Podobnie jak to miało miejsce w drzewostanach sosnowych, badane drzewostany świerkowe charakteryzowały się stałym stopniowym wzrostem średniej zawartości azotu, fosforu, potasu oraz magnezu w igłach bieżącego rocznika (Rys. 15). W tym samym czasie – również podobnie jak w drzewostanach sosnowych – następował spadek zawartości wapnia i siarki w organach asymilacyjnych. Porównując zawartość makroelementów w igłach świerka w roku 2013 ze stanem w roku 1997 stwierdzono wzrost zawartości N, P, K oraz Mg średnio odpowiednio o 13, 32, 23 oraz 18% i spadek zawartości Ca i S odpowiednio o 18 i 13%.
O ile jednak w drzewostanach sosnowych zawartość azotu, fosforu, potasu i wapnia stwierdzona na początku badań plasowała te drzewostany w optymalnych lub nawet nadmiernych klasach zasobności, to drzewostany świerkowe w 1997 roku z reguły cierpiały na niedobór tych składników.
 |
|
Rys. 15
.
Zmienność zawartości makroelementów w igliwiu świerka w latach 1997-2013
|
Zawartość azotu w jednorocznych igłach świerka w całym szesnastoletnim okresie badań w żadnym przypadku nie przekraczała wartości określonej jako nadmierna (22,0 g N na kg suchej masy igieł). Większość drzewostanów cierpiała w omawianym okresie na niedobór azotu (do 13,0 g N na kg suchej masy igieł). W 1997 roku było to 59%, a w kolejnych cyklach monitoringu odpowiednio 14, 32, 9 oraz 14% drzewostanów. Łączna ilość drzewostanów świerkowych wykazujących słaby stan odżywienia azotem (klasa niedoboru i zawartości niewystarczającej) w latach 1997, 2001, 2005, 2009 oraz 2013 wynosiła odpowiednio 100, 86, 55, 68 oraz 41%. Odnotowany w 2013 roku spadek ilości drzewostanów świerkowych słabo zaopatrzonych w azot był spowodowany nie tylko zwiększającym się dopływem ilości tego składnika ze źródeł zewnętrznych, lecz również faktem, że w latach 2009-2013 cztery najgorzej odżywione drzewostany zamarły. Były to drzewostany nr 801 w Nadl. Bielsko, nr 809 i 810 w Nadl. Węgierska Górka oraz nr 814 w Nadl. Limanowa (wszystkie w Krainie Karpackiej). O fakcie wypadnięcia tych drzewostanów należy pamiętać przy dalszych rozważaniach.
Wzrost zawartości fosforu w jednorocznych igłach świerka spowodował, że poziom zaopatrzenia drzew w ten składnik poprawił się. W 1997 roku na niedobór fosforu cierpiało 59% drzewostanów, w latach 2005 i 2009 9%, a w roku 2013 drzewostanów wykazujących niedobór P nie stwierdzono.
Poziom zaopatrzenia drzewostanów świerkowych w potas nie budził większych obaw w całym okresie badań. W 1997 r. optymalnie zaopatrzonych w ten składnik było 86% drzewostanów. W kolejnych czterech cyklach monitoringu udział takich drzewostanów wahał się od 82 do 83%. Najgorzej zaopatrzone w potas drzewostany świerkowe zlokalizowano na powierzchniach: nr 707 w Nadl. Lądek Zdrój, nr 110 w Nadl. Resko oraz nr 814 w Nadl. Limanowa (wypadła w 2009 roku).
W całym szesnastoletnim okresie badań w drzewostanach świerkowych nie stwierdzono niedoboru wapnia, ale rosła ilość drzewostanów z niewystarczającą zawartością tego składnika. W 1997 r. znaleziono 36% takich drzewostanów, w 2001 r. było ich już 55%, a w latach 2005 i 2013 odpowiednio 68 i 61%. Wyjątkiem był rok 2009, w którym niewystarczającą ilość wapnia wykazywało tylko 23% badanych drzewostanów.
Zawartość magnezu w igłach w całym okresie badań mieściła się w większości przypadków w dwóch dolnych klasach zasobności (niedobór i zawartość niewystarczająca). Zawartością magnezu w klasie niedoboru charakteryzowało się od 14 do 32%, a w klasach niedobór i zawartość niewystarczająca łącznie od 86 do 91% drzewostanów. W 2013 r. nie było drzewostanów w klasie niedoboru (wypadły w 2009 r.), natomiast w klasie zawartości niewystarczającej plasowało się aż 72% pozostałych przy życiu drzewostanów.
Niezależnie od roku badań omawiane wcześniej drzewostany bukowe, dębowe oraz sosnowe były dobrze, a czasami nawet nadmiernie zaopatrzone w azot różnego pochodzenia. Tymczasem w większości drzewostanów świerkowych, niezależnie od roku badań, stwierdzano niedobór lub niewystarczający stan zaopatrzenia w ten składnik. Niekorzystny stan odżywienia świerka azotem nie był powodowany brakiem tego składnika w ekosystemie. Występujące w niedalekim sąsiedztwie drzewostany bukowe, dębowe i sosnowe zawierały optymalną, a często nawet nadmierną ilość azotu w organach asymilacyjnych. Przykładem mogą być dwa drzewostany świerkowe z Nadl. Stuposiany (SPO nr 806 i 807), zawierające średnio w całym szesnastoleciu 11,53 g N na kg suchej masy igieł i leżący w tej samej Dzielnicy Bieszczadów drzewostan bukowy z Nadl. Lesko (SPO nr 808), który w tym samym okresie zawierał średnio 24,46 g N na kg suchej masy liści. Porównywane drzewostany rosną w podobnych warunkach, na glebie brunatnej. Powodem złego stanu odżywienia drzewostanów świerkowych azotem nie jest więc niedobór tego pierwiastka, lecz raczej zakłócenia w jego pobieraniu, spowodowane nieznanymi czynnikami. Na niedobór azotu cierpiały przede wszystkim drzewostany w nadleśnictwach Krainy Karpackiej: Piwniczna (2 powierzchnie), Węgierska Górka (2 powierzchnie), Stuposiany (2 powierzchnie) oraz Limanowa. Optymalną zawartością N charakteryzowały się drzewostany w nadleśnictwach Choczewo w Krainie Bałtyckiej, Henryków i Prudnik w Krainie Śląskiej oraz Lądek Zdrój i Zdroje w Krainie Sudeckiej. Drzewostany te charakteryzowały się również niedoborem innych składników pokarmowych: fosforu, potasu, wapnia i zwłaszcza magnezu.
Zdecydowana większość badanych drzewostanów świerkowych charakteryzowała się optymalnym stosunkiem azotu do potasu. Również stosunek azotu do fosforu w większości przypadków był zadowalający. Znacznie gorzej przedstawiał się stosunek azotu do magnezu, potasu do magnezu, a także wapnia do magnezu. W latach 1997-2013 zbyt szerokim stosunkiem N:Mg (za dużo azotu w stosunku do magnezu) charakteryzowało się od 56 do 86% drzewostanów świerkowych. W tym samym okresie stosunek K:Mg, odzwierciedlający antagonizm między kationami jedno- i dwuwartościowymi, był zbyt szeroki w 36-73% drzewostanów. Wartości stosunku wapnia do magnezu były bardzo zróżnicowane. W 1997 r. był on zbyt szeroki w 55% drzewostanów, w latach 2001 i 2005 jedynie w 18%, ale w 2009 r. znowu aż w 59% drzewostanów. Zupełne rozchwianie stosunku Ca:Mg zanotowano w 2013 r., kiedy to 50% drzewostanów wykazywało optymalny, 17% zbyt szeroki i 33% zbyt wąski stosunek między tymi składnikami pokarmowymi. Należy podkreślić, że szczególnie niekorzystnymi relacjami między poszczególnymi składnikami pokarmowymi charakteryzowały się zwłaszcza drzewostany Krainy Karpackiej i, w znacznie mniejszej części, Krainy Sudeckiej. W drzewostanach Krainy Karpackiej obserwuje się postępujący proces rozchwiania równowagi między makroelementami.
Liczne badania prowadzone w latach 80. i 90. XX wieku, w związku z katastrofalnym zamieraniem lasów w Europie, wykazały istnienie ścisłego związku między faktem braku równowagi między zawartością azotu i zawartością innych makroelementów (a zwłaszcza magnezu) w organach asymilacyjnych drzew, a symptomami tzw. nowego typu uszkodzeń lasu „new type of forest decline” (Cape i in., 1990, Huttl, Wisniewski, 1987, Liu, Huttl, 1991, Zech, Popp, 1983). Zastanawiającym i wymagającym dalszych badań jest fakt ograniczenia pobierania azotu przez świerk, mimo powszechnej jego dostępności w środowisku.
Niezależnie od gatunku, w kolejnych cyklach monitoringu, obserwuje się niewielki, ale stały wzrost zawartości azotu, potasu i magnezu oraz spadek zawartości wapnia i siarki w organach asymilacyjnych.
Stan odżywienia drzewostanów dębowych nie budzi zastrzeżeń.
W drzewostanach bukowych obserwuje się niepokojąco niski poziom zaopatrzenia w magnez, potas i częściowo w fosfor.
Drzewostany sosnowe rosnące z reguły na glebach bielicoziemnych, wytworzonych z utworów piaszczystych, charakteryzują się nagminnym brakiem potasu i zwłaszcza magnezu będąc równocześnie dobrze zaopatrzone w azot różnego pochodzenia, co może powodować zakłócenia proporcji między makroelementami i być przyczyną złego stanu drzewostanów.
Niepokojąco zły jest stan odżywienia drzewostanów sosnowych siarką. Na niedobór tego składnika pokarmowego w całym okresie badań cierpiało 83-96% drzewostanów. Niezbędna jest weryfikacja liczb granicznych dotyczących zaopatrzenia sosny w ten składnik pokarmowy.
Drzewostany świerkowe, w odróżnieniu od pozostałych gatunków cierpią na niedobór azotu, powodowany prawdopodobnie zakłóceniami w pobieraniu tego pierwiastka przez systemy korzeniowe. Dość powszechny jest również niedobór innych składników pokarmowych: fosforu, potasu, wapnia i zwłaszcza magnezu. Zakłócenia te skutkują całkowitym rozchwianiem wzajemnych proporcji między składnikami pokarmowymi, co ma niewątpliwy wpływ na kondycję drzew. Szczególnie niepokojący jest stan odżywienia drzewostanów świerkowych Krainy Karpackiej i częściowo Sudeckiej. Ograniczenie pobierania azotu przez świerk, mimo jego powszechnej dostępności w środowisku wymaga podjęcia dalszych badań.
|
