Mikro- un makroelementu plūsmas īscirtmeta apšu hibrīdu (Populus tremuloides Michx. x Populus tremula L.) kokaugu stādījumā lauksaimniecības zemē.

Abstract

Darbā pētītas mikro- un makroelementu plūsmas juvenilā apšu hibrīdu kokaugu stādījumā lauksaimniecības zemē, kā arī dažāda veida pamatmēslojuma ietekme uz tām. Pētījuma objekts, kas sastāv no 32 eksperimentāliem apšu hibrīdu parauglaukumiem, ierīkots lauksaimniecības zemē Latvijas centrālajā daļā 2011. gada pavasarī, kopējā pētījuma objekta platība ir 16 ha. Apšu hibrīdu ietvarstādi stādīti gan agromežsaimniecības sistēmā (attālums starp kokiem — 2,5 × 5,0 m), gan kā kokaugu stādījums (attālums starp kokiem — 2,0 × 2,0 m). Augsnes ielabošanai kā barības elementus un augsnes buferkapacitāti kompensējošs augsnes pamatmēslojums izmantotas notekūdeņu attīrīšanas dūņas (deva 10 tsausna ha−1) un zaļās enerģijas ražošanas blakusprodukti – stabilizēti koksnes pelni (deva 6 tsausna ha−1) un digestāts (deva 30 t ha−1). Mikro- un makroelementu plūsmu raksturošanai ekosistēmā sistemātiski analizēti šādi vides paraugi: augsne; augsnes ūdens; nokrišņu ūdens; apšu hibrīdu lapas, zari, stumbru gadskārtas un nobiras; parasto apšubeku (Leccinum aurantiacum (Bull.) Gray) augļķermeņi. Pētījumā noskaidrots, ka ātraudzīgo apšu hibrīdu stādījuma izveidošana lauksaimniecības zemē un pamatmēslojuma ienese būtiski ietekmē gan makroelementu, gan mikroelementu, kā arī to stabilo izotopu plūsmas ekosistēmā visā pētījuma periodā (no 2011. gada līdz 2015. gadam), turklāt vides paraugus kā vides apstākļu maiņas indikatorus atbilstoši to jutīgumam jeb atbildes reakcijai var ierindot šādi: augu un sēņu biomateriāls > augsnes ūdens > augsne. Pirmo piecu gadu laikā pēc apšu hibrīdu stādījuma izveidošanas augsnē netiek uzkrāts papildus C un N, turklāt augsnes dziļākajos slāņos novērots būtisks C un N uzkrājuma samazinājums. Viens no būtiskākajiem ekosistēmas pakalpojumiem, ko nodrošina juvenili apšu hibrīdu stādījumi lauksaimniecības zemē, ir barības elementu izskalošanās samazinājums no augsnes, kas liecina par efektīvu barības elementu apriti attiecīgajā ekosistēmā un lokālu virsējo gruntsūdeņu kvalitātes uzlabošanos. Piecu gadu laikā pēc apšu hibrīdu stādījumu ierīkošanas NO3−-N izskalošanās samazinājās līdz pat 99,6%, PO43−-P izskalošanās samazinājās līdz 97,1%, bet K izskalošanās samazinājās līdz 76,5%. Pamatmēslojuma ienese lauksaimniecības zemē būtiski ietekmē ne tikai δ13C un δ15N vērtības apšu hibrīdu lapās un parasto apšubeku augļķermeņos pat 4 un 5 gadus pēc pamatmēslojuma ieneses, bet arī mikro- un makroelementu stabilo izotopu relatīvo daudzumu apšu hibrīdu gadskārtās. Vienas gadskārtas ietvaros vērojamas būtiskas makroelementu relatīvā daudzuma atšķirības starp agrīno un vēlīno koksni – vēlīnajā koksnē konstatēts būtiski lielāks makroelementu relatīvais daudzums. Kaut arī augsnes un augsnes ūdens pH norāda uz ierobežotu smago metālu mobilitāti pētījuma objektā, vērojama būtiska pamatmēslojuma, īpaši koksnes pelnu, ietekme uz smago metālu vidējo relatīvo daudzumu apšu hibrīdu gadskārtās.

Within the study, micro- and macro element flows and impact of various fertilizer types in juvenile hybrid aspen plantation in agricultural land were studied. Research object with total area of 16 ha consisting of 32 experimental plots of hybrid aspen was established in agricultural land in central part of Latvia in spring 2011. Hybrid aspen container seedlings were planted as agroforestry system (average distance between the trees 2.5 x 5.0 m) and as tree plantation (average distance between the trees 2.0 x 2.0 m). Wastewater sludge (dose 10 tDM ha−1) and renewable energy by-products – stabilized wood ash (dose 6 tDM ha−1) and digestate (dose 30 t ha−1) – were applied as nutrient and soil buffer capacity compensatory fertilizers to improve soil quality. To characterize micro- and macro element flows in the ecosystem, following environmental samples were analyzed: soil; soil solution; bulk deposition; leaves, twigs, tree rings and litterfall of hybrid aspen; Leccinum aurantiacum (Bull.) Gray fruiting bodies. The establishment of fast growing hybrid aspen plantation in agricultural land and the application of fertilizers significantly affected the flows of both macroelements and microelements as well as flows of their stable isotopes in the ecosystem during all study period (from 2011 to 2015). Moreover, environmental samples as environmental change indicators can be ranked according to their sensitivity or response as follows: biomaterial of plants and fungi > soil water > soil. Additional C and N were not accumulated in the soil during the first five years after the establishment of hybrid aspen plantation; on the contrary, significant decrease of C and N stock in the deeper soil layers was observed. One of the most important ecosystem services provided by juvenile hybrid aspen plantations in agricultural land is the reduction of nutrient leaching from soil facilitating efficient nutrient cycling in the ecosystem and improvement of local surface water quality. During the five-year period after establishment of the hybrid aspen plantation, NO3−-N leaching decreased by up to 99.6%, PO43−-P leaching decreased by up to 97.1%, but K leaching decreased by up to 76.5%. Application of fertilizers in agricultural land significantly affected not only δ13C and δ15N values in hybrid aspen leaves and Leccinum aurantiacum (Bull.) Gray fruiting bodies even 4 and 5 years after the application of fertilizers, but also the relative amount of stable isotopes of micro- and macro elements in hybrid aspen tree rings. Significant differences were found between the relative amount of macroelements in earlywood and latewood in annual tree rings – the relative amounts of macroelements in latewood were generally higher. Even if soil and soil solution pH was near neutral, indicating a limited mobility of the heavy metals in the research object, the results of the average relative amount of heavy metals in hybrid aspen tree rings highlighted the significant impact of the fertilizer initially used (especially wood ash).