Effect of spontaneous succession on physical state of post-mine technosol

• Autorzy: Kolodziej B. , Bryk M , Slowinska-Jurkiewicz A. , Otremba K. , Gilewska M.

Warianty tytułu

PL

Wpływ sukcesji spontanicznej na stan fizyczny pogórniczej gleby industrioziemnej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of this study was to examine the impact of spontaneous succession in comparison with black fallow on selected physical properties of soil damaged by mining in the area of internal dumping ground Pątnów near Konin. To evaluate the soil physical status, basic physical and chemical parameters (total organic carbon, bulk and particle density, pH), water characteristic curves, and water and air permeability were measured. The observed water retention data with the saturated hydraulic conductivity value were fitted to obtain soil water characteristic curves, differential porosity plots, and hydraulic conductivity function in the vadose zone. Over 30 years of spontaneous succession treatment of the post-mining grounds enriched the resulting Technosol in organic carbon 4 times more than the black fallow treatment. Vegetation caused a high belowground input of organic material, which was apparent by very low bulk density and very high porosity values. Spontaneous succession changed the typical differential porosity of a sandy soil mostly in the mesopore region. Soils under both treatments were characterised by excessive field air capacity, but the soil under spontaneous vegetation revealed higher volume of water available for plants in comparison to the black fallow soil, despite its coarser texture. The black fallow soil had lower and more variable air and water permeabilities than the soil under spontaneous succession. Vegetation including plants with extensive root systems positively influenced soil physical state, thereby improving soil ecosystem stability.

PL

Celem pracy była ocena wpływu sukcesji spontanicznej w porównaniu z czarnym ugorem, na stan fizyczny gleby zdegradowanej działalnością górniczą na obszarze zwałowiska wewnętrznego Pątnów koło Konina. Zmierzono podstawowe parametry fizyczne i chemiczne (węgiel organiczny, gęstość, pH), pojemności wodne oraz przewodnictwo wodne i powietrzne. Na podstawie pojemności wodnych i współczynnika filtracji wyznaczono krzywe potencjału wody glebowej – wilgotność, porowatości dyferencjalne i funkcję przewodnictwa wodnego w strefie nienasyconej. 30-letnia sukcesja spontaniczna znacznie bardziej niż czarny ugór wzbogaciła glebę industrioziemną w węgiel organiczny. Wierzchnie warstwy gleby przerośnięte korzeniami charakteryzowały się bardzo niskimi wartościami gęstości i bardzo wysokimi – porowatości. Roślinność zmieniła typowy dla gleby piaszczystej rozkład wielkości porów, szczególnie w zakresie mezoporów. Obie gleby charakteryzowały się nadmierną polową pojemnością powietrzną, ale gleba pod spontaniczną sukcesją wykazała większą zawartość wody dostępnej dla roślin, mimo lżejszego składu granulometrycznego. Czarny ugór miał niższe i bardziej zmienne wartości przepuszczalności wodnej i powietrznej niż gleba pod spontaniczną sukcesją. Rośliny o rozwiniętych systemach korzeniowych pozytywnie wpłynęły na stan fizyczny gleby, polepszając tym samym stabilność ekosystemu glebowego.

Słowa kluczowe

EN

Konin town; post-mining ground; dumping ground; dump; degraded soil; industrial soil; spontaneous succession; succession process; physical state; soil status; surface soil; soil parameter; soil water; soil density; soil porosity; water permeability; bare fallow

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Agrophysica
• Rocznik: 2017
• Tom: 24
• Numer: 1
• Opis fizyczny: p.51-62,fig.,ref.

Twórcy

autor

Kolodziej B.

• Institute of Soil Science, Environment Engineering and Management University of Life Sciences in Lublin, Leszczyńskiego 7, 20-069 Lublin, Poland

autor

Bryk M

• Institute of Soil Science, Environment Engineering and Management University of Life Sciences in Lublin, Leszczyńskiego 7, 20-069 Lublin, Poland

autor

Slowinska-Jurkiewicz A.

• Institute of Soil Science, Environment Engineering and Management University of Life Sciences in Lublin, Leszczyńskiego 7, 20-069 Lublin, Poland

autor

Otremba K.

• Department of Soil Science and Reclamation, Poznań University of Life Sciences ul.Piątkowska 94, 60-649 Poznań, Poland

autor

Gilewska M.

• Department of Soil Science and Reclamation, Poznań University of Life Sciences ul.Piątkowska 94, 60-649 Poznań, Poland

Bibliografia

• Bender J., 1995. Evaluation of effectiveness of the rehabilitation of post-mining grounds in Poland (in Polish). Zesz. Probl. Postęp. Nauk Rol., 418, 75-86.
• Brodowski R., Rejman J., 2004. Effect of soil moisture content and surface conditions on runoff and wash on loamy sand. Acta Agroph., 4(3), 619-624.
• Canadell J., Jackson R.B., Ehleringer J.R., Mooney H.A., Sala O.E., Schulze E.-D., 1996. Maximum rooting depth of vegetation types at the global scale. Oecologia, 108, 583-595.
• Chen X.W., Liu Y.X., Liu H.M., Wang H., Yang D.L., Huangfu C.H., 2015. Impacts of four invasive Asteraceae on soil physico-chemical properties and AM fungi community. Am. J. Plant Sci., 6, 2734-2743.
• Durner W., 1994. Hydraulic conductivity estimation for soils with heterogeneous pore structure. Water Resour. Res. 30, 211-233.
• Elmer M., Gerwin W., Schaaf W., Zaplata M.K., Hohberg K., Nenov R., Bens O., Hüttl R.F., 2013. Dynamics of initial ecosystem development at the artificial catchment Chicken Creek, Lusatia, Germany. Environ. Earth Sci., 69, 491-505.
• Fullen M.A., Booth C.A., Brandsma R.T., 2006. Long-term effects of grass ley set-aside on erosion rates and soil organic matter on sandy soils in east Shropshire, UK. Soil Till. Res., 89, 122-128.
• Gilewska M., Otremba K., 2011. Shaping of agricultural landscapes on post mining areas in the Konin Region (in Polish). Soil Sci. Annu. 62(2), 109-114.
• Gyssels G., Poesen J., 2003. The importance of plant root characteristics in controlling concentrated flow erosion rates. Earth Surf. Process. Landforms, 28, 371-384.
• IUSS Working Group WRB, 2015. World Reference Base for Soil Resources 2014, update 2015. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. World Soil Resources Reports No. 106. FAO, Rome
• Kołodziej B., Bryk M., Słowińska-Jurkiewicz A., Otremba K., Gilewska M., 2016. Soil physical properties of agriculturally reclaimed area after lignite mine: A case study from central Poland. Soil Till. Res.,163, 54-63.
• Li Q., Yu P., Li G., Zhou D., 2016. Grass–legume ratio can change soil carbon and nitrogen storage in a temperate steppe grassland. Soil Till. Res.,157, 23-31.
• Mudrák O., Frouz J., Velichová V., 2010. Understory vegetation in reclaimed and unreclaimed postmining forest stands. Ecol. Eng., 36, 783-790. Paluszek J., 2011. Criteria of evaluation of physical quality of Polish arable soils (in Polish). Acta Agroph., 191, 1-139.
• Polish Society of Soil Science, 2009. Particle Size Distribution and textural classes of soils and mineral materials – Classification of Polish Society of Soil Science 2008 (in Polish). Soil Sci. Annu., 60(2), 5-16.
• Quadros P.D.d., Zhalnina K., Davis-Richardson A.G., Drew J.C., Menezes F.B., Camargo F.A.O., Triplett E.W., 2016. Coal mining practices reduce the microbial biomass, richness and diversity of soil. Appl. Soil Ecol., 98, 195-203.
• Raizada A., Juyal G.P., 2012. Tree species diversity, species regeneration and biological productivity of seeded Acacia catechu Willd. in rehabilitated limestone mines in the North West Indian Himalayas. Land Degrad. Dev., 23, 167-174.
• Shrestha R.K., Lal R., 2011. Changes in physical and chemical properties of soil after surface mining and reclamation. Geoderma, 161, 168-176.
• Sochorec M., Jandák J., Raus J., Kvasnovský M., Hejduk S., Knot P., 2015. Influence of different grassland management on water infiltration and soil physical properties. Bulg. J. Agric. Sci., 21, 573-578.
• Tropek R., Kadlec T., Karesova P., Spitzer L., Kocarek P., Malenovsky I., Banar P., Tuf I.H., Hejda M., Konvicka M., 2010. Spontaneous succession in limestone quarries as an effective restoration tool for endangered arthropods and plants. J. Appl. Ecol., 47, 139-147.
• Turski M., Witkowska-Walczak B., 2004. Physical properties of Luvisols derived from silt formations of different origin (in Polish). Acta Agroph., 101, 1-58.
• van Genuchten, M.T., 1980. A closed-form equation for prediction the hydraulic conductivity of unsaturated soils. Soil Sci. Soc. Am. J., 44, 892-898.
• van Genuchten M.T., Leij F.J., Yates S.R., 1991. The RETC Code for Quantifying the Hydraulic Functions of Unsaturated Soils, Version 1.0. EPA Report 600/2-91/065, U.S. Salinity Laboratory, USDA, ARS, Riverside, California.
• Wick A.F., Daniels W.L., Nash W.L., Burger J.A., 2014. Aggregate recovery in reclaimed coal mine soils of SW Virginia. Land Degrad. Dev., DOI: 10.1002/ldr.2309. 62 B. KOŁODZIEJ et al.
• Zhao Z., Shahrour I., Bai Z., Fan W., Feng L., Li H., 2013. Soils development in opencast coal mine spoils for 1–13 years in the West-Northern Loess Plateau of China. Eur. J. Soil Biol., 55, 40-46.
• Zhen Q., Ma W., Li M., He H., Zhang X., Wang Y., 2015. Effects of vegetation and physicochemical properties on solute transport in reclaimed soil at an opencast coal mine site on the Loess Plateau, China. Catena, 133, 403-411.