Get 20M+ Full-Text Papers For Less Than $1.50/day. Start a 14-Day Trial for You or Your Team.

Learn More →

Príspevok k problematike určovania špecifickej hmotnosti subhorizontov opadu lesných pôd

Príspevok k problematike určovania špecifickej hmotnosti subhorizontov opadu lesných pôd DOI: 10.2478/forj-2014-0021 PRÍSPEVOK K PROBLEMATIKE URCOVANIA SPECIFICKEJ HMOTNOSTI SUBHORIZONTOV OPADU LESNÝCH PÔD JANA BÚTOROVÁ Katedra pedológie Prírodovedeckej fakulty Univerzity Komenského Bratislava, Mlynská dolina B 2, SK ­ 842 15 Bratislava, e-mail: butorova@fns.uniba.sk BÚTOROVÁ, J., 2013: Contribution to particle density determination issues of forest soils litter subhorizons. Lesnícky casopis - Forestry Journal, 59(1): 38­43, 2013, tab. 3, ref. 16, ISSN 0323 ­ 1046. Original paper. According to national and international laboratory methods, the density of soil samples is determined by pycnometer in heated samples crushed by ultrasound. In mineral soils, the elementary unit of density is represented by a mineral grain of quartz, granite, andesite, etc. On the other hand, in organic soils, the elementary unit is represented by a leaf (or just a part of it), needles, stems and roots. Heating of the mineral grain causes its release from the soil aggregate. Organic parts of the soil are losing air vacuoles by heat treatment while in the same time, carbohydrates, proteins, oils and resins create new chemicals which are heavier than water. That is a reason why density determination of litter subhorizons in forest soils needs to have different rules in comparison with mineral soil samples. Samples with more than 50 volume per cent of organic matter are not treated by heat and do not decompose. In case of high mineral soil content, mineral parts are removed from the sample and their density is determined. The final density is based on mathematically processed data. Key words: forest soils, litter subhorizons, particle density Poda metodík pouzívaných na Slovensku aj v zahranicí, sa specifická (merná) hmotnos pôdy stanovuje pyknometricky, v drvených, ultrazvukom rozbitých a varených vzorkách. Kým v minerálnych pôdach je elementárnou jednotkou specifickej hmotnosti minerálne zrno kremea, zuly, andezitu a pod., v organických pôdach je to list, ihlicie, steblo a kore (celý alebo cas). Varením sa minerálne zrno z pôdneho agregátu uvoní. V organických zlozkách pôdy sa varením strácajú vakuoly plné vzduchu, pricom uhohydráty, bielkoviny, tuky a smoly sa zrázajú na chemické zlúceniny azsie ako voda. Preto by sa stanovenia specifickej hmotnosti subhorizontov opadu lesných pôd mali riadi inými pravidlami a postupom pri príprave vzoriek, ako je to pri vzorkách s prevahou minerálnych elementárnych castíc. Pripravené a nálezite nastrihané, prípadne aj podrvené vzorky s prevahou organických látok (>50 % objemových) sa nevaria a chemicky nerozkladajú. V prípade zreteného podielu minerálnej zlozky pôdy, túto cas zo vzorky odstránime, a jeho specifickú hmotnos stanovíme u nás zauzívaným spôsobom. Výsledná specifická hmotnos spocíva v matematickom spracovaní získaných údajov. Kúcové slová: lesné pôdy, subhorizonty opadu, specifická hmotnos 1. Úvod a problematika Specifická hmotnos pôdy vyjadruje hmotnos objemovej jednotky (m3) pevnej fázy pôdy bez pórov a bez vody. Je to v podstate hustota pevnej fázy pôdnej hmoty (ZAUJEC a kol., 2009). Predstavuje pomer hmotnosti pevného podielu k jeho objemu, ktorý sa zisuje z objemu vody vytesnenej pevným pôdnym podielom. Specifická hmotnos pôdy sa na Slovensku stanovuje v drvených, alebo ultrazvukom rozbitých a vare38 ním upravených vzorkách (HRASKO a kol., 1962; SÁLY, CIESARIK, 1991; FIALA a kol., 1999). Ich príprava spocíva v preosiatí podrvenej zeminy cez sito s 2 mm otvormi. Zo zeminy sa majú mechanicky odstráni listy, korienky, ihlicie, stonky a ich úlomky. Následne sa vzorka 3 ­ 4 minúty varí, aby sa z nej odstránil vzduch. V minerálnych pôdach je to postup, ktorý uvouje elementárne zrná z pôdnych agregátov. Pre organické (textúrne histické) pôdne horizonty s podielom viac ako 50 % objemových (20 % hmotnostných) a subhorizonty opadu, to nie je vhodná metóda. Dochádza totizto k chemickým zmenám organických látok, ktoré sa prejavujú aj na ich hustote. Preto zahranicné metodiky stanovenia specifickej hmotnosti (HEISKANEN, 1992; WOOD et al., 2002; KEITH, SMETTEN, 2005; BANCO-CANQUI et al., 2006) varenie pôdnych vzoriek s prevahou organických látok nepovazujú za celkom vhodnú metódu. Nevarením sa totizto priblizujeme viac k skutocnému stavu pôdnej hmoty, nakoko extrémne zahrievanie nie je prirodzeným prírodným procesom. Specifická hmotnos organických látok poda údajov literatúry (SMOLÍK, 1957; FOSBERG, 1977; SÁLY, 1988; BEDRNA, 1989; LIDE, 2002; SÁKA, MATERNA, 2004; REDDING et al., 2005; ZAUJEC a kol., 2009 at.) je v zriedkavejsích prípadoch v rozpätí 0,1 ­ 0,6 g.cm-3, raseliny 0,2 ­ 0,8 g.cm-3, castejsie vsak 1,2 ­ 1,6 g.cm-3, humusu 1,0 ­ 1,6, zatia co minerálnych látok najcastejsie 2,5 ­ 2,7 g.cm-3. Cieom príspevku je poukáza na vplyv prípravy vzoriek na stanovenie specifickej hmotnosti opadankových horizontov, predovsetkým subhorizontov opadu lesných pôd a navrhnú metódu na vhodnejsí postup jej urcenia. 2. Metodika a materiál Na stanovenie niektorých fyzikálnych vlastností opadankových horizontov, a to najmä subhorizontov opadu lesných pôd sme pouzili suché opadané lístie duba letného (Quercus robur), buka lesného (Fagus sylvatica) a lipy malolistej (Tilia cordata), ako aj ihlicie smrekovca opadavého (Larix decidua), borovice lesnej (Pinus sylvestris) a jedle bielej (Abies alba). Lístie a ihlicie sme nazbierali v listnatých a zmiesaných lesoch Malých Karpát pri Bratislave. Pre tieto najmensie celistvé organické elementy pôdnej hmoty opadankových horizontov, nastrihané do rôznej vekosti, sme stanovili specifickú hmotnos a následne sme z nich vytvorili miesanky v rôznych pomeroch s pieskom alebo sprasou. Niektoré fyzikálne a chemické údaje o pouzitom piesku a sprasi sú v práci BÚTOROVÁ, BEDRNA (2012). Navyse sme stanovili ich specifickú hmotnos nielen po varení vzoriek, ale aj bez ich varenia. Udávame priemerné hodnoty viacerých meraní. Vo vzorkách lístia, ihlicia a miesaniek sme po ich príprave, a teda po ich podrvení, preosiatí a povarení poda metodík HRASKO a kol. (1962) a FIALA a kol. (1999) stanovili specifickú hmotnos pomocou pyknometra. Tak sme stanovili specifickú hmotnos nastrihaných listov duba letného (Quercus robur), buka lesného (Fagus sylvatica) a lipy malolistej (Tilia cordata), ako aj ihlicia smrekovca opadavého (Larix decidua), borovice lesnej (Pinus sylvestris) a jedle bielej (Abies alba), ako aj miesaniek listov lipy a ihlicia borovice s pieskom a sprasou aj bez varenia a lipy a smrekovca aj bez drvenia. V práci udávame priemerné hodnoty viacerých stanovení a pri miesankách stanovené hodnoty specifickej hmotnosti v laboratóriu, ako aj vypocítané hodnoty. Okrem stanovenia specifickej hmotnosti organických zloziek pôdy v podobe opadankového lístia a ihlicia rôznych drevín sme sa zamerali okrajovo aj na zistenie specifickej hmotnosti koreov, konárikov a stiepok dreva, ktoré sa casto vyskytujú v opadankovom detritickom horizonte lesných pôd. Pri príprave a výpoctoch hodnôt specifickej hmotnosti miesaniek listov buka a ihlicia borovice s pieskom a sprasou sme vychádzali z hodnôt pre nevarené vzorky rozmerov < 2 mm 0,254 g.cm-3 (pri buku) a 0,622 g.cm-3 (pri borovici), ako aj < 2 mm piesku (2,660 g.cm-3) a sprase (2,668 g.cm-3), zatia co pri varených vzorkách adekvátne 0,921, 1,098, 2,505 a 2,664 g.cm-3. Konecná fáza metodického postupu stanovenia specifickej (mernej) hmotnosti vzoriek opadankových horizontov (Oo) lesných pôd, osobitne subhorizontov opadu (Ool) bola zameraná na návrh rozdielneho prístupu prípravy vzoriek s jemnozrnnou minerálnou textúrou (>30 % hmotnostných jemnozrnných minerálnych castíc mensích ako 2 mm a <50 % skeletu), z humolitových pôd (30 ­ 50 % objemových organických castíc), ako aj z histických pôd (>50 % objemových organických castíc). 3. Výsledky Stanovenia specifickej hmotnosti suchého opadaného lístia a ihlicia rôznych drevín (tab. 1 a 2) ukázali, ze varením vzoriek sa v porovnaní s nevarenými zvýsili hodnoty specifickej hmotnosti 2 az 4-krát, pricom v listoch nepatrne výraznejsie v porovnaní s ihlicím. Zatia co hodnoty specifickej hmotnosti nevarených listov sa pohybovali v rozpätí 0,077 ­ 0,696 g.cm-3 a najcastejsie 0,205 ­ 0,429 g.cm-3, varených vzoriek to bolo adekvátne 0,875 ­ 1,718 g.cm-3, prípadne najcastejsie 0,922 ­ 1,408 g.cm-3. Pri ihlicí sme namerali v nevarených vzorkách hodnoty v rozsahu 0,218 ­ 0,683 g.cm-3 a najcastejsie 0,389 ­ 0,551 g.cm-3 zatia co vo varených vzorkách 0,825 ­ 1,823 g.cm-3 a najcastejsie 1,098 ­ 1,460 g.cm-3. Priemerné hodnoty specifickej hmotnosti nevarených listov boli 0,341 g.cm-3 a varených 1,141 g.cm-3, zatia co nevareného ihlicia 0,458 g.cm-3 a vareného 1,242 g.cm-3. Zatia co nevarené lístie a ihlicie plávalo na vode, varené vzorky klesali vo vode ku dnu pyknometra. Vekos nastrihaných listov ani ihlicia nevykazovala výraznejsie trendy ani znízenia, ani zvýsenia hodnôt specifickej hmotnosti. Zmensovaním rozmerov nastrihaných listov a ihlicia sa spravidla nepatrne hodnota specifickej hmotnosti zvysovala. Drvenie varených aj nevarených vzoriek o rozmeroch < 2 mm sa castejsie prejavilo znízením jej hodnoty. Pri nevarených vzorkách najcastejsie o 0,1 g.cm-3, zatia co pri varených o 0,2 ­ 0,4 g.cm-3. Tabuka 1. Specifická hmotnos suchého lístia lipy malolistej (Tilia cordata) (L) a ihlicia smrekovca opadavého (Larix decidua) (S) v subhorizonte opadu lesných pôd Table 1. The particle density of dry leaves of Small-leaved Lime (Tilia cordata) (L) and needles of European larch (Larix decidua) (S) in soil litter subhorizons Císlo1) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1) 5) Vzorka2) L L L L L L L L S S S S S S S S L L L L S S S S Rozmery v mm3) > 20 10 ­ 20 5 ­ 10 2­5 > 20 10 ­ 20 5 ­ 10 2­5 25 10 ­ 20 5 ­ 10 2­5 25 10 ­ 20 5 ­ 10 2­5 <2 <2 <2 <2 <2 <2 <2 <2 Varené = V Nevarené = N Drvené = D4) N N N N V V V V N N N N V V V V N N+D V V+D N N+D V V+D Hmotnos suchej vzorky v g5) 0,081 0,079 0,078 0,093 0,129 0,121 0,113 0,108 0,292 1,056 0,948 0,052 0,381 0,708 0,765 0,657 0,228 0,205 0,196 0,235 0,367 0,034 0,163 0,337 Hmotnos pyknometra s vodou v g6) 132,513 132,513 132,513 132,513 132,513 132,513 132,513 132,513 132,513 132,513 132,513 132,513 132,513 132,513 132,513 132,513 132,513 138,923 132,513 132,513 132,513 132,513 132,513 132,513 Hmotnos pyknometra so vzorkou v g7) 132,054 131,485 132,418 132,154 132,550 132,554 132,556 132,504 132,224 131,408 131,443 130,682 132,432 132,451 132,609 132,629 132,886 138,801 132,594 132,596 132,233 132,390 132,586 132,619 Specifická hmotnos v g.cm-3 8) 0,149 0,071 0,427 0,205 1,408 1,521 1,623 0,921 0,503 0,489 0,470 0,235 0,825 0,919 1,144 1,214 0,267 0,625 1,718 1,550 0,361 0,218 1,823 1,460 N0, 2)Sample: L ­ Leaves of Small-leaved lime, S ­ Needles of European larch, 3)Levels in mm, 4)V ­ Cook, N ­ No cook, D ­ crushed, Weight of dry sample g, 6)Weight of pycnometer with water in g, 7)Weight of pycnometer with sample in g, 8)Particle density in g.cm-3 Specifická hmotnos vyseparovaných korienkov machu, vresu, cucoriedok, brusníc a iných bylín, polokrov a krov zo subhorizontov opadu listnatých, ihlicnatých a zmiesaných lesov Malých Karpát, Liptovských a Vysokých Tatier vykazovala hodnoty v nevarených vzorkách o vekosti castíc < 2 mm v rozsahu 0,558 ­ 0,953 g.cm-3, a teda v priemere 0,755 g.cm-3 a varených vzorkách 1,828 g.cm-3. Podobne tomu bolo s úlomkami stebiel, bylín, drevných stiepok a úlomkov konárikov rôznych vekostí, ktorých specifická hmotnos nevarených vzoriek sa pohybovala v rozpätí 0,526 ­ 0,928 g.cm-3, a teda priemerne 0,727 g.cm-3 a varených 1,153 g.cm-3. Pouzitý piesok a spras na prípravu miesaniek s listami a ihlicím (tab. 3) mali specifickú hmotnos vo varených vzorkách v rozpätí 2,507 ­ 2,821 g.cm-3, priemerne 2,664 g.cm-3 (piesok) a 2,423 ­ 2,632 g.cm-3, priemerne 2,505 g.cm-3 (spras). Nevarené vzorky mali adekvátne priemerné hodnoty pri piesku 2,660 g.cm-3 a sprasi 2,668 g.cm-3. Varením sa teda znízila a zvýsila ich specifická hmotnos len v malej miere v rozsahu jednotlivých nameraných hodnôt. Namerané a vypocítané hodnoty specifickej hmotnosti miesaniek organických a minerálnych komponentov opadankových horizontov a subhorizontov opadu lesných pôd (tab. 3) vykazovali rozdielne údaje nielen v závislosti na kvalite a podielu jednotlivých komponentov, ale aj na spôsobe prípravy vzoriek (drvenie, varenie). Ak v miesankách prevládali minerálne komponenty (jemnozrnná a humolitová textúra), tak rozdiely medzi varenými a nevarenými vzorkami predstavovali 100 ­ 200 kg.m-3 (0,1 ­ 0,2 g.cm-3). Prevaha organických komponentov vo vzorkách s histickou textúrou zvýsila tieto rozdiely v hodnotách specifickej hmotnosti az na 300 ­ 600 kg.m-3 (0,3 ­ 0,6 g.cm-3). Podobné údaje sme namerali aj pri rozdielnej príprave vzoriek odobraných z opadankových horizontov a subhorizontov opadu lesných pôd. 4. Diskusia O príprave a vyhodnotení specifickej hmotnosti textúrne organických a organicko-minerálnych opadankových horizontov a subhorizontov opadu lesných pôd Tabuka 2. Specifická hmotnos suchého lístia duba letného (Quercus robur) (D), buka lesného (Fagus sylvatica) (B) a ihlicia borovice lesnej (Pinus sylvestris) (O) a jedle bielej (Abies alba) (J) nevarená (N), varená (V) v subhorizonte opadu lesných pôd Table 2. Particle density of dry leaves of English oak (Quercus robur) (D) and European beech (Fagus sylvatica) (B) and needles of Scots pine (Pinus sylvestris) (O) and European silver fir (Abies alba) (J), no cook (N) and cook (V) in soil litter subhorizons Císlo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 1) 1) Tabuka 3. Specifická hmotnos nevarených (N) a varených (V) miesaniek listov buka lesného (Fagus sylvatica) (B) a ihlicia borovice lesnej (Pinus sylvestris) (P) o rozmeroch < 2 mm s pieskom (M) a sprasou (A) v rôznych pomeroch Table 3. Particle density of no cook (N) and cook (V) mixed samples of leaves of European beech (Fagus sylvatica) (B) and needles of Scots pine (Pinus sylvestris) (P) with levels < 2 mm with sand (M) and loess (A) Císlo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 1) Vzorka NBM NBM NBM NBM NBM VBM VBM VBM VBM VBM NBA NBA NBA NBA NBA VBA VBA VBA VBA VBA NPM NPM NPM NPM NPM VPM VPM VPM VPM VPM NPA NPA NPA NPA NPA VPA VPA VPA VPA VPA 2) Vzorka DN DN DN DN DN DV DV DV DV DV BN BN BN BN BN BV BV BV BV BV JN JN JN JN JN JV JV JV JV JV ON ON ON ON ON OV OV OV OV OV 2) Rozmery v mm3) > 20 10 ­ 20 5 ­ 10 2­5 <2 > 20 10 ­ 20 5 ­ 10 2­5 <2 > 20 10 ­ 20 5 ­ 10 2­5 <2 > 20 10 ­ 20 5 ­ 10 2­5 <2 > 20 10 ­ 20 5 ­ 10 2­5 <2 > 20 10 ­ 20 5 ­ 10 2­5 <2 > 20 10 ­ 20 5 ­ 10 2­5 <2 > 20 10 ­ 20 5 ­ 10 2­5 <2 Specifická hmotnos v g.cm-3 4) 0,347 0,253 0,360 0,429 0,696 0,992 0,875 0,922 0,926 0,908 0,339 0,260 0,408 0,371 0,254 1,169 0,957 0,687 1,164 0,921 0.435 0,683 0,389 0,221 0,575 1,183 1,308 1,163 1,355 1,477 0,580 0,559 0,529 0,551 0,622 1,050 1,253 1,201 1,395 1,098 Pomer miesaniek3) 1:1 1:2 2:1 1:4 4:1 1:1 1:2 2:1 1:4 4:1 1:1 1:2 2:1 1:4 4:1 1:1 1:2 2:1 1:4 4:1 1:1 1:2 2:1 1:4 4:1 1:1 1:2 2:1 1:4 4:1 1:1 1:2 2:1 1:4 4:1 1:1 1:2 2:1 1:4 4:1 Specifická hmotnos v g.cm-3 nameraná4) vypocítaná5) 1,679 1,784 0,729 1,949 0,448 2,107 2,314 1,738 2,476 1,532 0,944 1,415 0,583 1,795 0,401 2,051 2,348 2,027 2,516 1,656 1,667 1,961 1,160 2,286 0,965 2,078 2,159 1,863 2,381 1,581 1,464 1,800 1,113 2,284 0,877 1,989 2,262 1,728 2,558 1,583 1,457 1,858 1,056 2,179 0,735 1,754 2,031 1,476 2,253 1,254 1,461 1,863 1,058 2,185 0,737 1,745 2,020 1,470 2,239 1,251 1,641 1,981 1,301 2,252 1,030 1,842 2,090 1,594 2,288 1,396 1,645 1,986 1,304 2,259 1,031 1,836 2,079 1,588 2,275 1,392 N 0, 2)Characteristic of the samples: B ­ Leaves of European beech, P ­ Needles of Scots pine, M ­ Sand A ­ Loess, V ­ Cook, N ­ No cook, 3)Different pars in weight, 4)Particle density in g cm-3 measured, 5)Particle density in g cm-3 calculated 1)N 0, 2)Characteristic of the samples: B ­ Leaves of European beech, P ­ Needles of Scots pine, M ­ Sand A ­ Loess, V ­ Cook, N ­ No cook, 3)Different pars in weight, 4)Particle density in g cm-3 measured, 5)Particle density in g cm-3 calculated a ich jednotlivých komponentov je v domácej aj zahranicnej literatúre dostatok údajov. Menej sa vsak poukazuje na rozdielne hodnoty získané po drvení a varení vzoriek v porovnaní so strihanými a nevarenými vzorkami. V príspevku REDDING et al. (2005) sa autori okrem stanovenia specifickej hmotnosti subhorizontov opadu pod osikou, smrekom a borovicou v lesoch Kanady, pomocou pyknometra a varených vzoriek (1,53 ­ 1,60 g.cm-3), zamerali aj na mnohé publikované údaje uvedené inými autormi. Zia, vo viac ako polovici prameov sa neuvádzajú metódy stanovenia. Napriek tomu výsledky poukazujú na rozdielne hodnoty najmä surového humusu (detritu), humusu a dreva v rozpätí 0,35 ­ 0,85 g.cm-3 v porovnaní s organickou hmotou celého nadlozného horizontu jednotlivých pôd (1,30 ­ 1,61 g.cm-3). V pôdoznaleckej encyklopédii (KEITH a SMETTEM, 2005) sa odporúca pre vzorky pôdy s prevládaním organických látok postupova pri stanovení specifickej hmotnosti s pomocou pyknometra pri konstantnej teplote a teda bez varenia. Podobne ako pri pôdnej vzorke s prevahou minerálnych castíc sa navrhuje preosiatie cez sito s 2 mm otvormi. Nakoko organické zlozky pôdy sú na rozdiel od minerálnych zloziek prevazne lístkových, steblových alebo niovitých tvarov, treba pred preosiatím vzoriek tieto nedrvi ale nastriha do príslusnej vekosti. Jednoznacne odporúcame stanovova specifickú hmotnos opadankových horizontov lesných pôd, a to predovsetkým subhorizontov opadu (Ool) z ihlicia, lístia, razdia, kôry, koreov a alsích odumretých zvyskov rastlín a zivocíchov bez ich intenzívnejsieho rozkladu (menej ako 10 % objemových amorfnej organickej hmoty), ako aj subhorizontu drviny (Oof), s nízkym az stredným obsahom amorfnej organickej hmoty (30 ­ 50 % objemových) bez varenia a drvenia vzoriek, ale len s dokonalým nastrihaním detritu do vekosti 2 mm. Subhorizont meliny (Ooh) s vyssím obsahom uhlíka, ale minerálnych castíc v mnozstve do 50 % objemových (30 % hmotnostných) z hmoty pôdnej vzorky, podobne ako povrchový horizont humolitovej textúry si vyzaduje stanovenie specifickej hmotnosti osobitne pre organickú a minerálnu zlozku, prípadne jej zistenie s varením aj bez varenia. Organický podiel zistíme spálením a výslednú specifickú hmotnos prepocítame matematicky. Pri príprave pôdnych vzoriek na stanovenie specifickej hmotnosti s viac ako 30 % hmotnostných minerálnych castíc (minerálna jemnozrnná textúra) treba naalej tieto podrvi, preosia a povari. 5. Záver V príspevku sa poukazuje na vplyv prípravy vzoriek, a to najmä varenia na stanovenie specifickej hmotnosti organických opadankových horizontov a subhorizontov opadu lesných pôd. Za týmto úcelom sa stanovili specifické hmotnosti s pouzitím pyknometra nevarených a varených vzoriek suchých opadaných listov lipy malolistej (Tilia cordata), duba letného (Quercus robur) a buka lesného (Fagus sylvatica), ako aj ihlicia jedle bielej (Abies alba), borovice lesnej (Pinus sylvestris) a smrekovca opadavého (Larix decidua) rôznych rozmerov. Stanovenia (tab. 1 a 2) ukázali, ze varením vzoriek sa v porovnaní s nevarenými zvýsili hodnoty specifickej hmotnosti 2 az 4-krát, pricom v listoch nepatrne výraznejsie v porovnaní s ihlicím. Priemerné hodnoty specifickej hmotnosti nevarených listov boli 0,341 g.cm-3 a varených 1,144 g.cm-3, pricom nevareného ihlicia 0,458 g.cm-3 a vareného 1,242 g.cm-3. Zatia co nevarené lístie a ihlicie plávalo na vode, varené vzorky klesali vo vode ku dnu pyknometra. Vekos nastrihaných listov ani ihlicia nevykazovala výraznejsie trendy ani znízenia, ani zvýsenia hodnôt specifickej hmotnosti. Zmensovaním rozmerov nastrihaných listov a ihlicia sa spravidla nepatrne hodnota specifickej hmotnosti zvysovala. Drvenie varených aj nevarených vzoriek o rozmeroch < 2 mm sa castejsie prejavilo znízením hodnoty specifickej hmotnosti. Pri nevarených vzorkách najcastejsie o 0,1 g.cm-3, zatia co pri varených o 0,2 ­ 0,4 g.cm-3. Specifické hmotnosti nevareného piesku (2,660 g.cm-3) a sprase (2,668 g.cm-3) sa varením zmenili iba nepatrne (2,664 a 2,505 g.cm-3). Namerané a vyrátané hodnoty specifickej hmotnosti miesaniek organických a minerálnych komponentov opadankových horizontov subhorizontov opadu lesných pôd (tab. 3) vykazovali rozdielne údaje nielen v závislosti na kvalite a podielu jednotlivých komponentov, ale aj na spôsobe prípravy vzoriek (drvenie, varenie). Ak v miesankách prevládali minerálne komponenty (jemnozrnná a humolitová textúra), tak rozdiely medzi varenými a nevarenými vzorkami predstavovali 100 ­ 200 kg.m-3 (0,1 ­ 0,2 g.cm-3). Prevaha organických komponentov vo vzorkách s histickou textúrou zvýsila tieto rozdiely v hodnotách specifickej hmotnosti az na 300 ­ 600 kg.m-3 (0,3 ­ 0,6 g.cm-3). V zahranicnej literatúre (HEISKANEN, 1992; KEITH a SMETTEM, 2005; BANCO-CANQUI et al., 2006) sa varenie pôdnych vzoriek s prevahou organických látok nepovazuje za celkom vhodnú metódu a odporúca sa vzorky nevari. Na základe výsledkov výskumu odporúcame stanovova specifickú hmotnos opadankových horizontov lesných pôd, a to predovsetkým subhorizontov opadu (Ool) z ihlicia, lístia, razdia, kôry, koreov a alsích odumretých zvyskov rastlín a zivocíchov bez ich intenzívnejsieho rozkladu (menej ako 10 % objemových amorfnej organickej hmoty), ako aj subhorizontu drviny (Oof), s nízkym az stredným obsahom amorfnej organickej hmoty (30 ­ 50 % objemových) bez varenia a drvenia vzoriek, ale len s dokonalým nastrihaním detritu do vekosti 2 mm. Subhorizont meliny (Ooh) s vyssím obsahom uhlíka, ale minerálnych castíc v mnozstve do 50 % objemových (30 % hmotnostných) z hmoty pôdnej vzorky, podobne ako povrchový horizont humolitovej textúry si vyzaduje stanovenie specifickej hmotnosti osobitne pre organickú a minerálnu zlozku, prípadne jej zistenie s varením aj bez varenia. Organický podiel zistíme spálením a výslednú specifickú hmotnos prepocítame matematicky. Pri príprave pôdnych vzoriek na stanovenie specifickej hmotnosti s viac ako 30 % hmotnostných minerálnych castíc (minerálna jemnozrnná textúra) treba naalej tieto podrvi, preosia a povari. Poakovanie Táto práca bola podporovaná riesením GP VEGA2/0157 Vplyv nadlozných organických horizontov pôdy na hydrologické procesy a GUK/642/2012. Osobitne som povacná za cenné rady a pomoc doc. Ing. Zoltánovi Bedrnovi, DrSc. a za laboratórne práce Emílii Bednárovej z Katedry pedológie Prírodovedeckej fakulty Univerzity Komenského v Bratislave. Literatúra BANCO-CANQUI, H., LAL, R., POST, W., IZAURRALDE, R., SHIPITALO, M. J., 2006: Organic Carbon Influences on Particle Density and Rheological Properties. Soil Sci. Soc. Amer. Journal, 70: 1407 ­ 1414. BEDRNA, Z., 1989: Substráty na pestovanie rastlín, základy pestovania. Bratislava: Príroda, 266 s. BÚTOROVÁ, J., BEDRNA, Z., 2012: Príspevok k urcovaniu textúry pokrývkových organických horizontov pôdy. Phytopedon (v tlaci). FIALA, K., KOBZA, J., MATÚSKOVÁ, L., BRECKOVÁ, V., MAKOVNÍKOVÁ, J., BARANCÍKOVÁ, G., PECHOVÁ, B., BÚRIK, V., CHROMANICOVÁ, A., HOUSKOVÁ, B., VÁRADIOVÁ, D., 1999: Záväzné metódy rozborov pôd. Ciastkový monitorovací systém ­ Pôda. Bratislava: VÚPOP, 142 s. FOSBERG, M., 1977: Heat and water transport properties in conifer duff and humus. USDA Forest servis Res. Pap. RM-195, Fort Collins CO. 25 p. HRASKO, J., CERVENKA, L., FACEK, ZB., KOMÁR, J., NMECEK, J., POSPÍSIL, F., SIROVÝ, V., 1962: Rozbory pôd. Bratislava: Slovenské vydavatestvo pôdohospodárskej literatúry, 342 s. HEISKANEN, J., 1992: Comparison of three methods for determining the particle density of soil with liquid pycnometers. Commun. Soil Sci. Plant Anal., 23, p. 151-165. KEITH, R., SMETTEN, J., 2005: Particle Density. Chapter 258, Encyclopedia of Soil Science. Second Edition. Rattan Lal LRC Press, 385 p. LIDE, D. R. (ed.), 2002: CRC handbook of chemistry and physics. 83rd, ed. CRC Oress, Boca Raton, FL. 425 p. REDDING, T. E., HANNAM, K. D., QUIDEAU, S. A., DEVITO, K. J., 2005: Particle Density of Aspen, Spruce and Pine Forest in Alberta, Canada. Soil Sci. Soc. Amer. Journal, 69: 1503-1506. SÁKA, M., MATERNA, J., 2004: Indikátory kvality zemdlských a lesných pd CR. Praha: Planeta 2004. Ministerstvo zivotního prostedí CR, 84 s. SMOLÍK, L. 1957: Pedologie. Praha: SNTL, 400 s. SÁLY, R., 1988: Pedológia a mikrobiológia. Zvolen: VSLD, 378 s. SÁLY, R., CIESARIK, M., 1991: Návody na cvicenia. Zvolen: VSLD, 123 s. WOOD, M. J., DOUGLAS, R. A., SANDS, R., 2002: a Comparison of Three Methods for Measuring the Density of Forest Soils in New Zealand. New Zealand: Universitet of Cartesbury. International Journal of Forest Engineering, 15: 125-141. ZAUJEC, A., CHLPÍK, J., NÁDASSKÝ, J., SZOMBATHOVÁ, N., TOBIASOVÁ, E., 2009: Pedológia a základy geológie. Nitra: SPU v Nitre, 400 s. Summary The article highlights influence of sample preparation methods, mainly heat treatment of samples for density determination in litter subhorizons of forest soils. The density was determined by pycnometer in both, heat-treated samples as well as in samples without heat treatment. Dry lime, oak and beech leaves as well as fir, pine and larch needles of different sizes were used as samples. The results of density determination (Table 1 & 2) show increased values (twice up to four times) in heat-treated samples in comparison with samples without heat treatment, leaves slightly more than needles. The average density value of heat-treated leaves is 1.144 g.cm-3, of leaves without heat treatment 0.341 g.cm-3, of heat-treated needles 1.242 g.cm-3, and of needles without heat treatment 0.458 g.cm-3. While leaves and needles without heat treatment swam when they were put into the water, on the other hand, heat-treated samples fell to the bottom of pycnometer. The size of cut leaves and needles seems not to have any impact on increasing or decreasing of density values. When size of cut leaves and needles decreased, density value slightly increased. When parts of the samples less than 2 mm long were crushed, density values often slightly decreased in both types of samples, heat-treated and those without heat treatment. In case of samples without heat-treatment, value of 0.1 g.cm-3 decrease was observed, while in case of heat-treated samples, value of 0.2 to 0.4 g.cm-3 decrease was observed. Density of sand (2.660 g.cm-3) and loess (2.668 g.cm-3) was only slightly changed by heat treatment to 2.664 g.cm-3 in case of sand and 2.505 g.cm-3 in case of loess. Detected density values of organic and mineral component mixtures in overlaying horizons of forest soils showed different data (Table 3), not only depended on quality and amount of components, but also on the sample preparation method (crushing, heat treatment). If there was prevalence of mineral components (fine-grained texture), differences between heat treated samples and those without heat treatment represented 100 ­ 200 kg.m-3 (0.1 ­ 0.2 g.m-3). The prevalence of organic components increased the difference in density values up to 300 ­ 600 kg.m-3 (0.3 to 0.6 g.m-3). Similar data were measured also when different preparation methods were used in testing samples from overlaying horizons of forest soils. Heat treatment of soil samples with the vast majority of organic matter is not considered as a suitable laboratory method in foreign literature sources (HEISKANNEN, 1992; KEITH & SMETTEM, 2005; BANCO-CANQUI et al., 2006), those do not recommend to use heat treatment in processing soil samples. It is recommended to determine density without heat treatment of samples, without crushing samples, only to cut the detritus to 2 mm long fragments as needed in case of overlaying horizons of forest soils, especially for litter subhorizon (Ool) consisting of needles, leaves, sticks, bark, roots, and other remains of dead plants and animals without intensive decomposition (less than 10 volume per cent of organic matter) and for wood pulp subhorizon (Oof) with lower content of organic matter (30 to 50 volume per cent). For melina subhorizon (Ooh), with higher carbon content containing 50 volume per cent (30 weight per cent) of mineral parts in soil sample, it is needed to determine density for organic and for mineral part separately as well as in case of surface horizon with organicmineral texture. The organic content is possible to determine by burning the sample and consequently counting the final value of the density. Soil samples with more than 30 weight per cent of mineral parts (fine-grained) have to be crushed, sieved and heat-treated to determine the density. Translated by author Revised by J. Lásková http://www.deepdyve.com/assets/images/DeepDyve-Logo-lg.png Forestry Journal de Gruyter

Príspevok k problematike určovania špecifickej hmotnosti subhorizontov opadu lesných pôd

Forestry Journal , Volume 59 (1) – Mar 1, 2013

Loading next page...
 
/lp/de-gruyter/pr-spevok-k-problematike-ur-ovania-pecifickej-hmotnosti-subhorizontov-0DSaWWqvpr

References

References for this paper are not available at this time. We will be adding them shortly, thank you for your patience.

Publisher
de Gruyter
Copyright
Copyright © 2013 by the
ISSN
0323-1046
eISSN
0323-1046
DOI
10.2478/forj-2014-0021
Publisher site
See Article on Publisher Site

Abstract

DOI: 10.2478/forj-2014-0021 PRÍSPEVOK K PROBLEMATIKE URCOVANIA SPECIFICKEJ HMOTNOSTI SUBHORIZONTOV OPADU LESNÝCH PÔD JANA BÚTOROVÁ Katedra pedológie Prírodovedeckej fakulty Univerzity Komenského Bratislava, Mlynská dolina B 2, SK ­ 842 15 Bratislava, e-mail: butorova@fns.uniba.sk BÚTOROVÁ, J., 2013: Contribution to particle density determination issues of forest soils litter subhorizons. Lesnícky casopis - Forestry Journal, 59(1): 38­43, 2013, tab. 3, ref. 16, ISSN 0323 ­ 1046. Original paper. According to national and international laboratory methods, the density of soil samples is determined by pycnometer in heated samples crushed by ultrasound. In mineral soils, the elementary unit of density is represented by a mineral grain of quartz, granite, andesite, etc. On the other hand, in organic soils, the elementary unit is represented by a leaf (or just a part of it), needles, stems and roots. Heating of the mineral grain causes its release from the soil aggregate. Organic parts of the soil are losing air vacuoles by heat treatment while in the same time, carbohydrates, proteins, oils and resins create new chemicals which are heavier than water. That is a reason why density determination of litter subhorizons in forest soils needs to have different rules in comparison with mineral soil samples. Samples with more than 50 volume per cent of organic matter are not treated by heat and do not decompose. In case of high mineral soil content, mineral parts are removed from the sample and their density is determined. The final density is based on mathematically processed data. Key words: forest soils, litter subhorizons, particle density Poda metodík pouzívaných na Slovensku aj v zahranicí, sa specifická (merná) hmotnos pôdy stanovuje pyknometricky, v drvených, ultrazvukom rozbitých a varených vzorkách. Kým v minerálnych pôdach je elementárnou jednotkou specifickej hmotnosti minerálne zrno kremea, zuly, andezitu a pod., v organických pôdach je to list, ihlicie, steblo a kore (celý alebo cas). Varením sa minerálne zrno z pôdneho agregátu uvoní. V organických zlozkách pôdy sa varením strácajú vakuoly plné vzduchu, pricom uhohydráty, bielkoviny, tuky a smoly sa zrázajú na chemické zlúceniny azsie ako voda. Preto by sa stanovenia specifickej hmotnosti subhorizontov opadu lesných pôd mali riadi inými pravidlami a postupom pri príprave vzoriek, ako je to pri vzorkách s prevahou minerálnych elementárnych castíc. Pripravené a nálezite nastrihané, prípadne aj podrvené vzorky s prevahou organických látok (>50 % objemových) sa nevaria a chemicky nerozkladajú. V prípade zreteného podielu minerálnej zlozky pôdy, túto cas zo vzorky odstránime, a jeho specifickú hmotnos stanovíme u nás zauzívaným spôsobom. Výsledná specifická hmotnos spocíva v matematickom spracovaní získaných údajov. Kúcové slová: lesné pôdy, subhorizonty opadu, specifická hmotnos 1. Úvod a problematika Specifická hmotnos pôdy vyjadruje hmotnos objemovej jednotky (m3) pevnej fázy pôdy bez pórov a bez vody. Je to v podstate hustota pevnej fázy pôdnej hmoty (ZAUJEC a kol., 2009). Predstavuje pomer hmotnosti pevného podielu k jeho objemu, ktorý sa zisuje z objemu vody vytesnenej pevným pôdnym podielom. Specifická hmotnos pôdy sa na Slovensku stanovuje v drvených, alebo ultrazvukom rozbitých a vare38 ním upravených vzorkách (HRASKO a kol., 1962; SÁLY, CIESARIK, 1991; FIALA a kol., 1999). Ich príprava spocíva v preosiatí podrvenej zeminy cez sito s 2 mm otvormi. Zo zeminy sa majú mechanicky odstráni listy, korienky, ihlicie, stonky a ich úlomky. Následne sa vzorka 3 ­ 4 minúty varí, aby sa z nej odstránil vzduch. V minerálnych pôdach je to postup, ktorý uvouje elementárne zrná z pôdnych agregátov. Pre organické (textúrne histické) pôdne horizonty s podielom viac ako 50 % objemových (20 % hmotnostných) a subhorizonty opadu, to nie je vhodná metóda. Dochádza totizto k chemickým zmenám organických látok, ktoré sa prejavujú aj na ich hustote. Preto zahranicné metodiky stanovenia specifickej hmotnosti (HEISKANEN, 1992; WOOD et al., 2002; KEITH, SMETTEN, 2005; BANCO-CANQUI et al., 2006) varenie pôdnych vzoriek s prevahou organických látok nepovazujú za celkom vhodnú metódu. Nevarením sa totizto priblizujeme viac k skutocnému stavu pôdnej hmoty, nakoko extrémne zahrievanie nie je prirodzeným prírodným procesom. Specifická hmotnos organických látok poda údajov literatúry (SMOLÍK, 1957; FOSBERG, 1977; SÁLY, 1988; BEDRNA, 1989; LIDE, 2002; SÁKA, MATERNA, 2004; REDDING et al., 2005; ZAUJEC a kol., 2009 at.) je v zriedkavejsích prípadoch v rozpätí 0,1 ­ 0,6 g.cm-3, raseliny 0,2 ­ 0,8 g.cm-3, castejsie vsak 1,2 ­ 1,6 g.cm-3, humusu 1,0 ­ 1,6, zatia co minerálnych látok najcastejsie 2,5 ­ 2,7 g.cm-3. Cieom príspevku je poukáza na vplyv prípravy vzoriek na stanovenie specifickej hmotnosti opadankových horizontov, predovsetkým subhorizontov opadu lesných pôd a navrhnú metódu na vhodnejsí postup jej urcenia. 2. Metodika a materiál Na stanovenie niektorých fyzikálnych vlastností opadankových horizontov, a to najmä subhorizontov opadu lesných pôd sme pouzili suché opadané lístie duba letného (Quercus robur), buka lesného (Fagus sylvatica) a lipy malolistej (Tilia cordata), ako aj ihlicie smrekovca opadavého (Larix decidua), borovice lesnej (Pinus sylvestris) a jedle bielej (Abies alba). Lístie a ihlicie sme nazbierali v listnatých a zmiesaných lesoch Malých Karpát pri Bratislave. Pre tieto najmensie celistvé organické elementy pôdnej hmoty opadankových horizontov, nastrihané do rôznej vekosti, sme stanovili specifickú hmotnos a následne sme z nich vytvorili miesanky v rôznych pomeroch s pieskom alebo sprasou. Niektoré fyzikálne a chemické údaje o pouzitom piesku a sprasi sú v práci BÚTOROVÁ, BEDRNA (2012). Navyse sme stanovili ich specifickú hmotnos nielen po varení vzoriek, ale aj bez ich varenia. Udávame priemerné hodnoty viacerých meraní. Vo vzorkách lístia, ihlicia a miesaniek sme po ich príprave, a teda po ich podrvení, preosiatí a povarení poda metodík HRASKO a kol. (1962) a FIALA a kol. (1999) stanovili specifickú hmotnos pomocou pyknometra. Tak sme stanovili specifickú hmotnos nastrihaných listov duba letného (Quercus robur), buka lesného (Fagus sylvatica) a lipy malolistej (Tilia cordata), ako aj ihlicia smrekovca opadavého (Larix decidua), borovice lesnej (Pinus sylvestris) a jedle bielej (Abies alba), ako aj miesaniek listov lipy a ihlicia borovice s pieskom a sprasou aj bez varenia a lipy a smrekovca aj bez drvenia. V práci udávame priemerné hodnoty viacerých stanovení a pri miesankách stanovené hodnoty specifickej hmotnosti v laboratóriu, ako aj vypocítané hodnoty. Okrem stanovenia specifickej hmotnosti organických zloziek pôdy v podobe opadankového lístia a ihlicia rôznych drevín sme sa zamerali okrajovo aj na zistenie specifickej hmotnosti koreov, konárikov a stiepok dreva, ktoré sa casto vyskytujú v opadankovom detritickom horizonte lesných pôd. Pri príprave a výpoctoch hodnôt specifickej hmotnosti miesaniek listov buka a ihlicia borovice s pieskom a sprasou sme vychádzali z hodnôt pre nevarené vzorky rozmerov < 2 mm 0,254 g.cm-3 (pri buku) a 0,622 g.cm-3 (pri borovici), ako aj < 2 mm piesku (2,660 g.cm-3) a sprase (2,668 g.cm-3), zatia co pri varených vzorkách adekvátne 0,921, 1,098, 2,505 a 2,664 g.cm-3. Konecná fáza metodického postupu stanovenia specifickej (mernej) hmotnosti vzoriek opadankových horizontov (Oo) lesných pôd, osobitne subhorizontov opadu (Ool) bola zameraná na návrh rozdielneho prístupu prípravy vzoriek s jemnozrnnou minerálnou textúrou (>30 % hmotnostných jemnozrnných minerálnych castíc mensích ako 2 mm a <50 % skeletu), z humolitových pôd (30 ­ 50 % objemových organických castíc), ako aj z histických pôd (>50 % objemových organických castíc). 3. Výsledky Stanovenia specifickej hmotnosti suchého opadaného lístia a ihlicia rôznych drevín (tab. 1 a 2) ukázali, ze varením vzoriek sa v porovnaní s nevarenými zvýsili hodnoty specifickej hmotnosti 2 az 4-krát, pricom v listoch nepatrne výraznejsie v porovnaní s ihlicím. Zatia co hodnoty specifickej hmotnosti nevarených listov sa pohybovali v rozpätí 0,077 ­ 0,696 g.cm-3 a najcastejsie 0,205 ­ 0,429 g.cm-3, varených vzoriek to bolo adekvátne 0,875 ­ 1,718 g.cm-3, prípadne najcastejsie 0,922 ­ 1,408 g.cm-3. Pri ihlicí sme namerali v nevarených vzorkách hodnoty v rozsahu 0,218 ­ 0,683 g.cm-3 a najcastejsie 0,389 ­ 0,551 g.cm-3 zatia co vo varených vzorkách 0,825 ­ 1,823 g.cm-3 a najcastejsie 1,098 ­ 1,460 g.cm-3. Priemerné hodnoty specifickej hmotnosti nevarených listov boli 0,341 g.cm-3 a varených 1,141 g.cm-3, zatia co nevareného ihlicia 0,458 g.cm-3 a vareného 1,242 g.cm-3. Zatia co nevarené lístie a ihlicie plávalo na vode, varené vzorky klesali vo vode ku dnu pyknometra. Vekos nastrihaných listov ani ihlicia nevykazovala výraznejsie trendy ani znízenia, ani zvýsenia hodnôt specifickej hmotnosti. Zmensovaním rozmerov nastrihaných listov a ihlicia sa spravidla nepatrne hodnota specifickej hmotnosti zvysovala. Drvenie varených aj nevarených vzoriek o rozmeroch < 2 mm sa castejsie prejavilo znízením jej hodnoty. Pri nevarených vzorkách najcastejsie o 0,1 g.cm-3, zatia co pri varených o 0,2 ­ 0,4 g.cm-3. Tabuka 1. Specifická hmotnos suchého lístia lipy malolistej (Tilia cordata) (L) a ihlicia smrekovca opadavého (Larix decidua) (S) v subhorizonte opadu lesných pôd Table 1. The particle density of dry leaves of Small-leaved Lime (Tilia cordata) (L) and needles of European larch (Larix decidua) (S) in soil litter subhorizons Císlo1) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1) 5) Vzorka2) L L L L L L L L S S S S S S S S L L L L S S S S Rozmery v mm3) > 20 10 ­ 20 5 ­ 10 2­5 > 20 10 ­ 20 5 ­ 10 2­5 25 10 ­ 20 5 ­ 10 2­5 25 10 ­ 20 5 ­ 10 2­5 <2 <2 <2 <2 <2 <2 <2 <2 Varené = V Nevarené = N Drvené = D4) N N N N V V V V N N N N V V V V N N+D V V+D N N+D V V+D Hmotnos suchej vzorky v g5) 0,081 0,079 0,078 0,093 0,129 0,121 0,113 0,108 0,292 1,056 0,948 0,052 0,381 0,708 0,765 0,657 0,228 0,205 0,196 0,235 0,367 0,034 0,163 0,337 Hmotnos pyknometra s vodou v g6) 132,513 132,513 132,513 132,513 132,513 132,513 132,513 132,513 132,513 132,513 132,513 132,513 132,513 132,513 132,513 132,513 132,513 138,923 132,513 132,513 132,513 132,513 132,513 132,513 Hmotnos pyknometra so vzorkou v g7) 132,054 131,485 132,418 132,154 132,550 132,554 132,556 132,504 132,224 131,408 131,443 130,682 132,432 132,451 132,609 132,629 132,886 138,801 132,594 132,596 132,233 132,390 132,586 132,619 Specifická hmotnos v g.cm-3 8) 0,149 0,071 0,427 0,205 1,408 1,521 1,623 0,921 0,503 0,489 0,470 0,235 0,825 0,919 1,144 1,214 0,267 0,625 1,718 1,550 0,361 0,218 1,823 1,460 N0, 2)Sample: L ­ Leaves of Small-leaved lime, S ­ Needles of European larch, 3)Levels in mm, 4)V ­ Cook, N ­ No cook, D ­ crushed, Weight of dry sample g, 6)Weight of pycnometer with water in g, 7)Weight of pycnometer with sample in g, 8)Particle density in g.cm-3 Specifická hmotnos vyseparovaných korienkov machu, vresu, cucoriedok, brusníc a iných bylín, polokrov a krov zo subhorizontov opadu listnatých, ihlicnatých a zmiesaných lesov Malých Karpát, Liptovských a Vysokých Tatier vykazovala hodnoty v nevarených vzorkách o vekosti castíc < 2 mm v rozsahu 0,558 ­ 0,953 g.cm-3, a teda v priemere 0,755 g.cm-3 a varených vzorkách 1,828 g.cm-3. Podobne tomu bolo s úlomkami stebiel, bylín, drevných stiepok a úlomkov konárikov rôznych vekostí, ktorých specifická hmotnos nevarených vzoriek sa pohybovala v rozpätí 0,526 ­ 0,928 g.cm-3, a teda priemerne 0,727 g.cm-3 a varených 1,153 g.cm-3. Pouzitý piesok a spras na prípravu miesaniek s listami a ihlicím (tab. 3) mali specifickú hmotnos vo varených vzorkách v rozpätí 2,507 ­ 2,821 g.cm-3, priemerne 2,664 g.cm-3 (piesok) a 2,423 ­ 2,632 g.cm-3, priemerne 2,505 g.cm-3 (spras). Nevarené vzorky mali adekvátne priemerné hodnoty pri piesku 2,660 g.cm-3 a sprasi 2,668 g.cm-3. Varením sa teda znízila a zvýsila ich specifická hmotnos len v malej miere v rozsahu jednotlivých nameraných hodnôt. Namerané a vypocítané hodnoty specifickej hmotnosti miesaniek organických a minerálnych komponentov opadankových horizontov a subhorizontov opadu lesných pôd (tab. 3) vykazovali rozdielne údaje nielen v závislosti na kvalite a podielu jednotlivých komponentov, ale aj na spôsobe prípravy vzoriek (drvenie, varenie). Ak v miesankách prevládali minerálne komponenty (jemnozrnná a humolitová textúra), tak rozdiely medzi varenými a nevarenými vzorkami predstavovali 100 ­ 200 kg.m-3 (0,1 ­ 0,2 g.cm-3). Prevaha organických komponentov vo vzorkách s histickou textúrou zvýsila tieto rozdiely v hodnotách specifickej hmotnosti az na 300 ­ 600 kg.m-3 (0,3 ­ 0,6 g.cm-3). Podobné údaje sme namerali aj pri rozdielnej príprave vzoriek odobraných z opadankových horizontov a subhorizontov opadu lesných pôd. 4. Diskusia O príprave a vyhodnotení specifickej hmotnosti textúrne organických a organicko-minerálnych opadankových horizontov a subhorizontov opadu lesných pôd Tabuka 2. Specifická hmotnos suchého lístia duba letného (Quercus robur) (D), buka lesného (Fagus sylvatica) (B) a ihlicia borovice lesnej (Pinus sylvestris) (O) a jedle bielej (Abies alba) (J) nevarená (N), varená (V) v subhorizonte opadu lesných pôd Table 2. Particle density of dry leaves of English oak (Quercus robur) (D) and European beech (Fagus sylvatica) (B) and needles of Scots pine (Pinus sylvestris) (O) and European silver fir (Abies alba) (J), no cook (N) and cook (V) in soil litter subhorizons Císlo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 1) 1) Tabuka 3. Specifická hmotnos nevarených (N) a varených (V) miesaniek listov buka lesného (Fagus sylvatica) (B) a ihlicia borovice lesnej (Pinus sylvestris) (P) o rozmeroch < 2 mm s pieskom (M) a sprasou (A) v rôznych pomeroch Table 3. Particle density of no cook (N) and cook (V) mixed samples of leaves of European beech (Fagus sylvatica) (B) and needles of Scots pine (Pinus sylvestris) (P) with levels < 2 mm with sand (M) and loess (A) Císlo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 1) Vzorka NBM NBM NBM NBM NBM VBM VBM VBM VBM VBM NBA NBA NBA NBA NBA VBA VBA VBA VBA VBA NPM NPM NPM NPM NPM VPM VPM VPM VPM VPM NPA NPA NPA NPA NPA VPA VPA VPA VPA VPA 2) Vzorka DN DN DN DN DN DV DV DV DV DV BN BN BN BN BN BV BV BV BV BV JN JN JN JN JN JV JV JV JV JV ON ON ON ON ON OV OV OV OV OV 2) Rozmery v mm3) > 20 10 ­ 20 5 ­ 10 2­5 <2 > 20 10 ­ 20 5 ­ 10 2­5 <2 > 20 10 ­ 20 5 ­ 10 2­5 <2 > 20 10 ­ 20 5 ­ 10 2­5 <2 > 20 10 ­ 20 5 ­ 10 2­5 <2 > 20 10 ­ 20 5 ­ 10 2­5 <2 > 20 10 ­ 20 5 ­ 10 2­5 <2 > 20 10 ­ 20 5 ­ 10 2­5 <2 Specifická hmotnos v g.cm-3 4) 0,347 0,253 0,360 0,429 0,696 0,992 0,875 0,922 0,926 0,908 0,339 0,260 0,408 0,371 0,254 1,169 0,957 0,687 1,164 0,921 0.435 0,683 0,389 0,221 0,575 1,183 1,308 1,163 1,355 1,477 0,580 0,559 0,529 0,551 0,622 1,050 1,253 1,201 1,395 1,098 Pomer miesaniek3) 1:1 1:2 2:1 1:4 4:1 1:1 1:2 2:1 1:4 4:1 1:1 1:2 2:1 1:4 4:1 1:1 1:2 2:1 1:4 4:1 1:1 1:2 2:1 1:4 4:1 1:1 1:2 2:1 1:4 4:1 1:1 1:2 2:1 1:4 4:1 1:1 1:2 2:1 1:4 4:1 Specifická hmotnos v g.cm-3 nameraná4) vypocítaná5) 1,679 1,784 0,729 1,949 0,448 2,107 2,314 1,738 2,476 1,532 0,944 1,415 0,583 1,795 0,401 2,051 2,348 2,027 2,516 1,656 1,667 1,961 1,160 2,286 0,965 2,078 2,159 1,863 2,381 1,581 1,464 1,800 1,113 2,284 0,877 1,989 2,262 1,728 2,558 1,583 1,457 1,858 1,056 2,179 0,735 1,754 2,031 1,476 2,253 1,254 1,461 1,863 1,058 2,185 0,737 1,745 2,020 1,470 2,239 1,251 1,641 1,981 1,301 2,252 1,030 1,842 2,090 1,594 2,288 1,396 1,645 1,986 1,304 2,259 1,031 1,836 2,079 1,588 2,275 1,392 N 0, 2)Characteristic of the samples: B ­ Leaves of European beech, P ­ Needles of Scots pine, M ­ Sand A ­ Loess, V ­ Cook, N ­ No cook, 3)Different pars in weight, 4)Particle density in g cm-3 measured, 5)Particle density in g cm-3 calculated 1)N 0, 2)Characteristic of the samples: B ­ Leaves of European beech, P ­ Needles of Scots pine, M ­ Sand A ­ Loess, V ­ Cook, N ­ No cook, 3)Different pars in weight, 4)Particle density in g cm-3 measured, 5)Particle density in g cm-3 calculated a ich jednotlivých komponentov je v domácej aj zahranicnej literatúre dostatok údajov. Menej sa vsak poukazuje na rozdielne hodnoty získané po drvení a varení vzoriek v porovnaní so strihanými a nevarenými vzorkami. V príspevku REDDING et al. (2005) sa autori okrem stanovenia specifickej hmotnosti subhorizontov opadu pod osikou, smrekom a borovicou v lesoch Kanady, pomocou pyknometra a varených vzoriek (1,53 ­ 1,60 g.cm-3), zamerali aj na mnohé publikované údaje uvedené inými autormi. Zia, vo viac ako polovici prameov sa neuvádzajú metódy stanovenia. Napriek tomu výsledky poukazujú na rozdielne hodnoty najmä surového humusu (detritu), humusu a dreva v rozpätí 0,35 ­ 0,85 g.cm-3 v porovnaní s organickou hmotou celého nadlozného horizontu jednotlivých pôd (1,30 ­ 1,61 g.cm-3). V pôdoznaleckej encyklopédii (KEITH a SMETTEM, 2005) sa odporúca pre vzorky pôdy s prevládaním organických látok postupova pri stanovení specifickej hmotnosti s pomocou pyknometra pri konstantnej teplote a teda bez varenia. Podobne ako pri pôdnej vzorke s prevahou minerálnych castíc sa navrhuje preosiatie cez sito s 2 mm otvormi. Nakoko organické zlozky pôdy sú na rozdiel od minerálnych zloziek prevazne lístkových, steblových alebo niovitých tvarov, treba pred preosiatím vzoriek tieto nedrvi ale nastriha do príslusnej vekosti. Jednoznacne odporúcame stanovova specifickú hmotnos opadankových horizontov lesných pôd, a to predovsetkým subhorizontov opadu (Ool) z ihlicia, lístia, razdia, kôry, koreov a alsích odumretých zvyskov rastlín a zivocíchov bez ich intenzívnejsieho rozkladu (menej ako 10 % objemových amorfnej organickej hmoty), ako aj subhorizontu drviny (Oof), s nízkym az stredným obsahom amorfnej organickej hmoty (30 ­ 50 % objemových) bez varenia a drvenia vzoriek, ale len s dokonalým nastrihaním detritu do vekosti 2 mm. Subhorizont meliny (Ooh) s vyssím obsahom uhlíka, ale minerálnych castíc v mnozstve do 50 % objemových (30 % hmotnostných) z hmoty pôdnej vzorky, podobne ako povrchový horizont humolitovej textúry si vyzaduje stanovenie specifickej hmotnosti osobitne pre organickú a minerálnu zlozku, prípadne jej zistenie s varením aj bez varenia. Organický podiel zistíme spálením a výslednú specifickú hmotnos prepocítame matematicky. Pri príprave pôdnych vzoriek na stanovenie specifickej hmotnosti s viac ako 30 % hmotnostných minerálnych castíc (minerálna jemnozrnná textúra) treba naalej tieto podrvi, preosia a povari. 5. Záver V príspevku sa poukazuje na vplyv prípravy vzoriek, a to najmä varenia na stanovenie specifickej hmotnosti organických opadankových horizontov a subhorizontov opadu lesných pôd. Za týmto úcelom sa stanovili specifické hmotnosti s pouzitím pyknometra nevarených a varených vzoriek suchých opadaných listov lipy malolistej (Tilia cordata), duba letného (Quercus robur) a buka lesného (Fagus sylvatica), ako aj ihlicia jedle bielej (Abies alba), borovice lesnej (Pinus sylvestris) a smrekovca opadavého (Larix decidua) rôznych rozmerov. Stanovenia (tab. 1 a 2) ukázali, ze varením vzoriek sa v porovnaní s nevarenými zvýsili hodnoty specifickej hmotnosti 2 az 4-krát, pricom v listoch nepatrne výraznejsie v porovnaní s ihlicím. Priemerné hodnoty specifickej hmotnosti nevarených listov boli 0,341 g.cm-3 a varených 1,144 g.cm-3, pricom nevareného ihlicia 0,458 g.cm-3 a vareného 1,242 g.cm-3. Zatia co nevarené lístie a ihlicie plávalo na vode, varené vzorky klesali vo vode ku dnu pyknometra. Vekos nastrihaných listov ani ihlicia nevykazovala výraznejsie trendy ani znízenia, ani zvýsenia hodnôt specifickej hmotnosti. Zmensovaním rozmerov nastrihaných listov a ihlicia sa spravidla nepatrne hodnota specifickej hmotnosti zvysovala. Drvenie varených aj nevarených vzoriek o rozmeroch < 2 mm sa castejsie prejavilo znízením hodnoty specifickej hmotnosti. Pri nevarených vzorkách najcastejsie o 0,1 g.cm-3, zatia co pri varených o 0,2 ­ 0,4 g.cm-3. Specifické hmotnosti nevareného piesku (2,660 g.cm-3) a sprase (2,668 g.cm-3) sa varením zmenili iba nepatrne (2,664 a 2,505 g.cm-3). Namerané a vyrátané hodnoty specifickej hmotnosti miesaniek organických a minerálnych komponentov opadankových horizontov subhorizontov opadu lesných pôd (tab. 3) vykazovali rozdielne údaje nielen v závislosti na kvalite a podielu jednotlivých komponentov, ale aj na spôsobe prípravy vzoriek (drvenie, varenie). Ak v miesankách prevládali minerálne komponenty (jemnozrnná a humolitová textúra), tak rozdiely medzi varenými a nevarenými vzorkami predstavovali 100 ­ 200 kg.m-3 (0,1 ­ 0,2 g.cm-3). Prevaha organických komponentov vo vzorkách s histickou textúrou zvýsila tieto rozdiely v hodnotách specifickej hmotnosti az na 300 ­ 600 kg.m-3 (0,3 ­ 0,6 g.cm-3). V zahranicnej literatúre (HEISKANEN, 1992; KEITH a SMETTEM, 2005; BANCO-CANQUI et al., 2006) sa varenie pôdnych vzoriek s prevahou organických látok nepovazuje za celkom vhodnú metódu a odporúca sa vzorky nevari. Na základe výsledkov výskumu odporúcame stanovova specifickú hmotnos opadankových horizontov lesných pôd, a to predovsetkým subhorizontov opadu (Ool) z ihlicia, lístia, razdia, kôry, koreov a alsích odumretých zvyskov rastlín a zivocíchov bez ich intenzívnejsieho rozkladu (menej ako 10 % objemových amorfnej organickej hmoty), ako aj subhorizontu drviny (Oof), s nízkym az stredným obsahom amorfnej organickej hmoty (30 ­ 50 % objemových) bez varenia a drvenia vzoriek, ale len s dokonalým nastrihaním detritu do vekosti 2 mm. Subhorizont meliny (Ooh) s vyssím obsahom uhlíka, ale minerálnych castíc v mnozstve do 50 % objemových (30 % hmotnostných) z hmoty pôdnej vzorky, podobne ako povrchový horizont humolitovej textúry si vyzaduje stanovenie specifickej hmotnosti osobitne pre organickú a minerálnu zlozku, prípadne jej zistenie s varením aj bez varenia. Organický podiel zistíme spálením a výslednú specifickú hmotnos prepocítame matematicky. Pri príprave pôdnych vzoriek na stanovenie specifickej hmotnosti s viac ako 30 % hmotnostných minerálnych castíc (minerálna jemnozrnná textúra) treba naalej tieto podrvi, preosia a povari. Poakovanie Táto práca bola podporovaná riesením GP VEGA2/0157 Vplyv nadlozných organických horizontov pôdy na hydrologické procesy a GUK/642/2012. Osobitne som povacná za cenné rady a pomoc doc. Ing. Zoltánovi Bedrnovi, DrSc. a za laboratórne práce Emílii Bednárovej z Katedry pedológie Prírodovedeckej fakulty Univerzity Komenského v Bratislave. Literatúra BANCO-CANQUI, H., LAL, R., POST, W., IZAURRALDE, R., SHIPITALO, M. J., 2006: Organic Carbon Influences on Particle Density and Rheological Properties. Soil Sci. Soc. Amer. Journal, 70: 1407 ­ 1414. BEDRNA, Z., 1989: Substráty na pestovanie rastlín, základy pestovania. Bratislava: Príroda, 266 s. BÚTOROVÁ, J., BEDRNA, Z., 2012: Príspevok k urcovaniu textúry pokrývkových organických horizontov pôdy. Phytopedon (v tlaci). FIALA, K., KOBZA, J., MATÚSKOVÁ, L., BRECKOVÁ, V., MAKOVNÍKOVÁ, J., BARANCÍKOVÁ, G., PECHOVÁ, B., BÚRIK, V., CHROMANICOVÁ, A., HOUSKOVÁ, B., VÁRADIOVÁ, D., 1999: Záväzné metódy rozborov pôd. Ciastkový monitorovací systém ­ Pôda. Bratislava: VÚPOP, 142 s. FOSBERG, M., 1977: Heat and water transport properties in conifer duff and humus. USDA Forest servis Res. Pap. RM-195, Fort Collins CO. 25 p. HRASKO, J., CERVENKA, L., FACEK, ZB., KOMÁR, J., NMECEK, J., POSPÍSIL, F., SIROVÝ, V., 1962: Rozbory pôd. Bratislava: Slovenské vydavatestvo pôdohospodárskej literatúry, 342 s. HEISKANEN, J., 1992: Comparison of three methods for determining the particle density of soil with liquid pycnometers. Commun. Soil Sci. Plant Anal., 23, p. 151-165. KEITH, R., SMETTEN, J., 2005: Particle Density. Chapter 258, Encyclopedia of Soil Science. Second Edition. Rattan Lal LRC Press, 385 p. LIDE, D. R. (ed.), 2002: CRC handbook of chemistry and physics. 83rd, ed. CRC Oress, Boca Raton, FL. 425 p. REDDING, T. E., HANNAM, K. D., QUIDEAU, S. A., DEVITO, K. J., 2005: Particle Density of Aspen, Spruce and Pine Forest in Alberta, Canada. Soil Sci. Soc. Amer. Journal, 69: 1503-1506. SÁKA, M., MATERNA, J., 2004: Indikátory kvality zemdlských a lesných pd CR. Praha: Planeta 2004. Ministerstvo zivotního prostedí CR, 84 s. SMOLÍK, L. 1957: Pedologie. Praha: SNTL, 400 s. SÁLY, R., 1988: Pedológia a mikrobiológia. Zvolen: VSLD, 378 s. SÁLY, R., CIESARIK, M., 1991: Návody na cvicenia. Zvolen: VSLD, 123 s. WOOD, M. J., DOUGLAS, R. A., SANDS, R., 2002: a Comparison of Three Methods for Measuring the Density of Forest Soils in New Zealand. New Zealand: Universitet of Cartesbury. International Journal of Forest Engineering, 15: 125-141. ZAUJEC, A., CHLPÍK, J., NÁDASSKÝ, J., SZOMBATHOVÁ, N., TOBIASOVÁ, E., 2009: Pedológia a základy geológie. Nitra: SPU v Nitre, 400 s. Summary The article highlights influence of sample preparation methods, mainly heat treatment of samples for density determination in litter subhorizons of forest soils. The density was determined by pycnometer in both, heat-treated samples as well as in samples without heat treatment. Dry lime, oak and beech leaves as well as fir, pine and larch needles of different sizes were used as samples. The results of density determination (Table 1 & 2) show increased values (twice up to four times) in heat-treated samples in comparison with samples without heat treatment, leaves slightly more than needles. The average density value of heat-treated leaves is 1.144 g.cm-3, of leaves without heat treatment 0.341 g.cm-3, of heat-treated needles 1.242 g.cm-3, and of needles without heat treatment 0.458 g.cm-3. While leaves and needles without heat treatment swam when they were put into the water, on the other hand, heat-treated samples fell to the bottom of pycnometer. The size of cut leaves and needles seems not to have any impact on increasing or decreasing of density values. When size of cut leaves and needles decreased, density value slightly increased. When parts of the samples less than 2 mm long were crushed, density values often slightly decreased in both types of samples, heat-treated and those without heat treatment. In case of samples without heat-treatment, value of 0.1 g.cm-3 decrease was observed, while in case of heat-treated samples, value of 0.2 to 0.4 g.cm-3 decrease was observed. Density of sand (2.660 g.cm-3) and loess (2.668 g.cm-3) was only slightly changed by heat treatment to 2.664 g.cm-3 in case of sand and 2.505 g.cm-3 in case of loess. Detected density values of organic and mineral component mixtures in overlaying horizons of forest soils showed different data (Table 3), not only depended on quality and amount of components, but also on the sample preparation method (crushing, heat treatment). If there was prevalence of mineral components (fine-grained texture), differences between heat treated samples and those without heat treatment represented 100 ­ 200 kg.m-3 (0.1 ­ 0.2 g.m-3). The prevalence of organic components increased the difference in density values up to 300 ­ 600 kg.m-3 (0.3 to 0.6 g.m-3). Similar data were measured also when different preparation methods were used in testing samples from overlaying horizons of forest soils. Heat treatment of soil samples with the vast majority of organic matter is not considered as a suitable laboratory method in foreign literature sources (HEISKANNEN, 1992; KEITH & SMETTEM, 2005; BANCO-CANQUI et al., 2006), those do not recommend to use heat treatment in processing soil samples. It is recommended to determine density without heat treatment of samples, without crushing samples, only to cut the detritus to 2 mm long fragments as needed in case of overlaying horizons of forest soils, especially for litter subhorizon (Ool) consisting of needles, leaves, sticks, bark, roots, and other remains of dead plants and animals without intensive decomposition (less than 10 volume per cent of organic matter) and for wood pulp subhorizon (Oof) with lower content of organic matter (30 to 50 volume per cent). For melina subhorizon (Ooh), with higher carbon content containing 50 volume per cent (30 weight per cent) of mineral parts in soil sample, it is needed to determine density for organic and for mineral part separately as well as in case of surface horizon with organicmineral texture. The organic content is possible to determine by burning the sample and consequently counting the final value of the density. Soil samples with more than 30 weight per cent of mineral parts (fine-grained) have to be crushed, sieved and heat-treated to determine the density. Translated by author Revised by J. Lásková

Journal

Forestry Journalde Gruyter

Published: Mar 1, 2013

References