Influence of black locust (Robinia pseudoacacia L.) shelterbelts on fractional humus composition and biochemical properties of eroded loess soil

Abstract

The purpose of the study was to investigate the impact of field shelterbelts on fractional humus composition and biochemical properties of loess soil in the area highly threatened by water erosion. To this end, soil samples were collected along three transects situated within 20-year-old black locust (Robinia pseudacacia L.) shelterbelts. The plantings were established in a loess micro-basin located on arable land. Shelterbelts 1 and 3 are located on the flat hilltop and run north-south whereas shelterbelt 2 is situated along the north-facing slope of 15% at the study site and runs west-east. Overall, 9 soil pits were dug: (i) 3 pits in the central part of each 5 m wide tree strip, and (ii) 6 pits in the adjacent arable fields, with 2 pits at a distance of 2 m and 20 m made for each of 3 plots, perpendicularly to the shelterbelt edges, west of shelterbelts 1 and 2, and south of shelterbelt 3. The shelterbelts had a significant influence on soil organic carbon sequestration and humification progress. Carbon contents of humic substances and fulvic acids as well as values of humic to fulvic acid ratios were higher in the soil under the locust trees than in the soil from the arable field. The carbon content of humic substances and fulvic acids decreased with increasing distance from the tree-planted sites. The increase in soil organic carbon levels in the soil from the shelterbelts led to positive changes in the activity of the enzymes studied (i.e. dehydrogenases, phosphatases, proteases, and urease) catalyzing the most important processes of soil organic matter transformations. Compared to the arable soil, the soil under Robinia pseudacacia had higher enzyme activities decreasing significantly with distance from the tree strips. This confirms a positive impact of agroforestry system on soil biology.

Zbadano wpływ zadrzewień środpolnych na skład frakcyjny próchnicy i właściwości biochemiczne gleby lessowej na terenie silnie zagrożonym erozją wodną. Prace badawcze prowadzono w trzech monokulturowych odcinkach liniowych zadrzewień środpolnych, złożonych z 20-letnich nasadzeń robinii akacjowej (Robinia pseudacacia L.). Zadrzewienia założono na gruntach ornych zlokalizowanych na terenie lessowej mikrozlewni rolniczej. Zadrzewienia nr 1 i nr 3 leżą na płaskiej wierzchowinie, a nr 2 wzdłuż zbocza o wystawie południowej i nachyleniu (w miejscu badań) około 15%. Zadrzewienia nr 1 i nr 2 biegną w kierunku N-S, a nr 3 rozciąga się w kierunku W-E. W rejonie każdego zadrzewienia wykonano po 3 odkrywki glebowe: w środku pasa zadrzewień oraz w odległości 2 i 20 m od krawędzi zadrzewień na gruntach ornych. Zadrzewienia wpływały istotnie na proces sekwestracji węgla organicznego w badanej glebie, jak również na zaawansowanie procesu humifikacji. Gleby w obrębie zadrzewień cechowały się wyższą zawartością węgla, substancji humusowych oraz kwasów fulwowych, a także większymi wartościami stosunku C kwasów huminowych do C kwasow fulwowych niż gleba orna. Zawartość węgla, substancji humusowych i kwasów fulwowych malała wraz z odległością od zadrzewień. Wzrost zawartości węgla organicznego w glebie w obrębie zadrzewień był stymulatorem korzystnych zmian aktywności badanych enzymów (dehydrogenaz, fosfataz, ureazy i proteaz) katalizujących najważniejsze procesy przemiany glebowej substancji organicznej. W obrębie zadrzewień aktywność analizowanych enzymów była istotnie wyższa, niż w glebie pola uprawnego, i malała istotnie wraz z odległością od pasa zadrzewienia. Potwierdza to pozytywny wpływ systemu agroforestry na stan biologiczny gleby.