Erozja eoliczna jest istotnym procesem wpływającym na ewolucję gleb na użytkowanych rolniczo obszarach Niżu Środkowoeuropejskiego. Znajomość wielu jednak aspektów funkcjonowania tego zjawiska i jego skutków jest w dalszym ciągu bardzo niewielka.
Do tej pory względnie dobrze rozpoznano dynamikę czasową zjawiska erozji eolicznej o silnie zaznaczonej sezonowości i dużej roli epizodycznie występujących okresów maksymalnego jego natężenia. Wyraźnie rysują się również uwarunkowania zmienności czasowej związane z reżimem wiatrów, stanem pokrycia terenu, właściwościami fizycznymi gruntu, a zwłaszcza z zabiegami uprawowymi. Istnieje również sporo danych na temat wpływu erozji eolicznej na teksturę gleb, ilość zawartej w nich substancji organicznej i składników biogenicznych oraz na szereg innych, ważnych z rolniczego punktu widzenia, właściwości fizycznych i chemicznych pokrywy glebowej. Znacznie mniej można powiedzieć o bezwzględnej wielkości natężenia procesu, i zmienności przestrzennej jego skutków sedymentologicznych i geomorfologicznych. Istnieje co prawda szereg kilku-, czy nawet kilkunastoletnich ciągów pomiarowych transportu i depozycji eolicznej, lecz nie ma opracowanej wiarygodnej metodyki umożliwiającej oszacowanie rzeczywistego obszarowego natężenia deflacji i akumulacji potrzebnych do bilansu mas w procesie erozji eolicznej gleb. Pojedyncze, najczęściej, stanowiska pomiarowe nie dają też możliwości oceny zmienności przestrzennej natężenia i efektów procesu. Z niewielu dostępnych danych pomiarowych oraz z obserwacji jakościowych wynika, że zmienność ta jest bardzo duża w skali nawet 101-102 m, a więc najczęściej mniejszej niż obszar pojedynczego pola. Konsekwencje erozji eolicznej - zmienność składu granulometrycznego i zawartości próchnicy oraz pochodnych właściwości fizycznych i chemicznych gleb - utrudniają postęp w rolnictwie: optymalne dawkowanie nawozów, siewów, oprysków itp.
Można przypuszczać, że na płaskim użytkowanym rolniczo obszarze Niziny Wielkopolskiej, w danym momencie czasu, zmienność przestrzenna tekstury powierzchniowych warstw gleby jest wypadkową trzech składowych:
- pierwotnej zmienności litologicznej związanej z charakterem depozycji glacjalnej, czy też fluwioglacjalnej,
- eolicznej selekcji materiału zachodzącej w obrębie względnie stałego (trwającego od kilku do ponad 100 lat) układu stref deflacji i akumulacji związanego z kierunkiem dominujących, silnych wiatrów w okresie jesieni i wczesnej wiosny, układem przeszkód terenowych takich jak zadrzewienia przydrożne i śródpolne, zabudowania, mikrotopografia terenu itp. i pierwotną litologią,
- eolicznej selekcji materiału w trakcie ostatniego silnego epizodu eolicznego; układ ukształtowanych w jego efekcie stref deflacji i akumulacji może znacznie odbiegać od przeciętnej z wielolecia.
Autorzy opracowania podjęli pierwszą na obszarze Niżu Polskiego próbę oceny wpływu erozji eolicznej na zmienność przestrzenną tekstury typowych, uprawianych rolniczo gleb lekkich, próbę delimitacji stref deflacji i akumulacji oraz określenia bezwzględnego bilansu eolicznego w obrębie podstawowej jednostki - pola uprawnego, które poprzez analogię do zlewni rzecznej można nazwać "zwiewnią".
Badania przeprowadzono na polu zlokalizowanym 14 km na północny-wschód od centrum miasta Poznań w pobliżu wsi Milno. Jest to obszar płaskiej moreny dennej zlodowacenia Wisły. Na piaskach gliniastych i piaszczystych glinach wykształciły się gleby płowe, pospolite na Niżu Polskim. Od 1986 na polu prowadzone są, przy użyciu deflametru, pomiary transportu eolicznego. Średnie natężenie zjawiska w latach 1986-1997 wynosiło 8,9 kg m-1 rok-1. Zmienność przestrzenną gleb na polu w Milnie badano analizując wybrane właściwości próbek pobranych w siatce regularnej z powierzchni gleby i z wierceń do głębokości 50 cm, na powierzchni około 64 ha. W obu zbiorach próbek oznaczono skład mechaniczny i straty prażenia; w wybranych próbkach z wierceń ponadto - aktywność cezu-137.
Analiza przestrzennego zróżnicowania tekstury gleb będącego efektem erozji eolicznej jest w przypadku obszarów pokrytych osadami bezpośredniej akumulacji lodowca na Niżu Polskim bardzo utrudniona. Wynika to z dużej zmienności losowej litologii gleb wynikającej z nierównomiernej zawartości detrytusu skalnego w lodzie lodowcowym często w bardzo małej skali. Niezbędne jest w takiej sytuacji stosowanie metod geostatystycznych.
Klasyczne testy statystyczne nie wykazały różnicy między składem mechanicznym próbek pobranych z powierzchni gleby i próbek z wierceń. Nie stwierdzono zatem w obrębie całej opróbowanej powierzchni wielokrotnie obserwowanego na polach erodowanych przez wiatr zubożenia powierzchni w frakcje pylaste i wzbogacenia w piaszczyste i grubsze.
Zmienność losowa litologii badanych gleb jest widoczna szczególnie w odniesieniu do zawartości grubych (>1000 um) frakcji. W badanej skali przestrzennej (odstęp = 50 m i skala = 900 m) nie wykazują one żadnej istotnej autokorelacji przestrzennej. Semiwariancja ma charakter wyłącznie nuggetowy. Zmienność systematyczna mieści się prawdopodobnie w skali mniejszej niż podstawowy odstęp opróbowania pola (<50 m), i ma być może charakter periodyczny.
Autokorelację przestrzenną wykazują frakcje 100-1000, 50-100, 20-50, 6-20, 2-6 um w próbkach z wierceń, oraz 20-50, 6-20, 2-6 um w próbkach z warstwy ornej. Zasięg regresji autokorelacji waha się od 374 do 494 m, a udział wariancji nuggetowej od 25,9% do 68,4% całkowitej wariancji. We frakcjach 50-100 um w próbkach z warstwy ornej i <2 um w próbkach z wierceń podobnie jak we frakcjach grubych stwierdzono jedynie "czystą" wariancję nuggetową. Ił koloidalny w warstwie ornej wykazuje istotny trend przestrzenny, który najlepiej oddaje wielomian drugiego stopnia. Autokorelację przestrzenną w obrębie opróbowanego obszaru opisano funkcją liniową. Mimo, że dopasowanie liniowe modelu semiwariancji w większości przypadków okazało się zadowalająco dobre (r2>0,60), trzeba zwrócić uwagę, że w danych empirycznych dla wszystkich frakcji zaznacza się słabiej lub mocniej periodyczna oscylacja o skali 200-300 m. Wydaje się, że w tym odstępie występują pasy większego i mniejszego zróżnicowania składu granulometrycznego gleb, wywołanego właśnie erozją eoliczną, nakładające się na wyjściową zmienność litologiczną gleb. Zmienność oscylacyjna wynosi od 0 do ponad 40% całkowitej zmienności przestrzennej poszczególnych frakcji i można postawić hipotezę, że taka jest skala wpływu erozji na teksturę.
We wszystkich frakcjach,oprócz 2-6 um, w próbkach z warstwy ornej zarówno wariancja nuggetowa jak i sill są niższe niż w próbkach z wierceń. Mimo, że klasyczne testy statystyczne nie wykazały istotnych różnic między zawartością większości frakcji w próbkach z wierceń i warstwy ornej, analiza geostatystyczna pokazuje, że w ujęciu przestrzennym taka różnica istnieje. Zaznacza się tutaj wyraźnie homogenizacja teksturalna warstwy ornej - mniejsza wariancja nuggetowa i niższe wartości semiwariancji dla tych samych odległości opróbowania. Najistotniejsza jednak z punktu widzenia badań wpływu erozji eolicznej na gleby jest zmienność przestrzenna frakcji 50-100 um. Jest to w przypadku gleb o składzie granulometrycznym piasków gliniastych i glin piaszczystych frakcja najbardziej podatna na wywiewanie. Można przypuszczać, że brak autokorelacji przestrzennej jest efektem ostatniego epizodu erozyjnego wywołanego albo silnymi zmiennymi wiatrami, albo pracami polowymi. Podobnie jest być może z iłem koloidalnym, stanowiącym lepiszcze łatwo wywiewanych mikroagregatów.
Syntetyczny obraz zagadnienia wpływu erozji eolicznej na zmienność tekstury gleb na badanym polu uzyskano analizując standaryzowane udziały w warstwie ornej frakcji najbardziej podatnych na wywiewanie i stanowiących residuum deflacyjne. Do pierwszej klasy zaliczono frakcje od 20 do 100 um, do drugiej - większe od 100 um.
Układ uzyskanych tym sposobem powierzchni deflacyjnych i akumulacyjnych jest jasny, biorąc pod uwagę reżim wiatrów, układ zadrzewień przydrożnych i śródpolnych, oraz rzeźbę i użytkowanie obszaru otaczającego badane pole. Podobny układ został stwierdzony przez Podsiadłowskiego w 1988 roku na podstawie analizy zawartości próchnicy w warstwie ornej.
Średnia powierzchnia obszaru sklasyfikowanego jako silnie erodowany wynosiła 11,3%, zaś obszaru akumulacyjnego wynosiła średnio 12,2%. W ciągu 8 lat od poprzednich badań status erozyjny pola nie uległ znaczącym zmianom.
Średnia aktywność 137Cs w próbkach z pola w Milnie wynosiła 1030 Bq m-2 i stanowiła około 80% szacowanej skumulowanej depozycji w województwie poznańskim i 69% aktywności próbek z profili wzorcowych. Zmienność aktywności poszczególnych próbek wahała się od 34% do 270% wartości średniej, a rozkład statystyczny był silnie lewoskośny świadcząc o redepozycji cezu poza obręb pola. Świadczy to jednoznacznie o ujemnym bilansie procesów eolicznych. Zakładając liniową zależność między ubytkiem cezu a erozją gleby i jednolite jego wymieszanie w warstwie ornej, można szacować, że od 1954 roku średnia roczna erozja eoliczna pola w Milnie wynosiła około 27,7 Mg ha-1. Jest to szacunek zawyżony, ponieważ selektywna sorpcja 137Cs powoduje, że relacja ubytek cezu - erozja jest liniowa jedynie w przypadku względnie jednorodnych gleb pyłowych lub ilastych. Dane uzyskane z analiz 137Cs będą szczegółowo omówione w osobnym opracowaniu.
|