Kodėl svarbus miško dirvožemio pH?

I. Varnagirytė-Kabašinskienė


 Jaunojo tyrėjo nuotrauka

Terminas „pH“ dažnai girdimas reklamuojant įvairias buities ar kosmetikos priemones ir siejamas su sąvokomis „odos pH...“, „muilo pH...“. O kaip pH susijęs su miško ekosistema? Ar tikrai kiekvienos rūšies medžiai geriausiai auga tam tikro pH dirvožemyje? Kaip jis tiriamas?

Dirvožemio pH arba dirvožemio reakcija – tai viena iš dirvožemio savybių, nuo kurios priklauso daugelis dirvožemyje vykstančių cheminių procesų (Motuzas 2005). Mokslininkai teigia, kad dirvožemio cheminės savybės lemia jo derlingumą ir medžių augimą.

Dirvožemio reakcija (pH) priklauso nuo dirvožemio tirpale esančių vandenilio jonų (H+) bei absorbuotų jonų koncentracijos. Jei vandenilio jonų koncentracija tirpale yra didesnė už hidroksido (OH) jonų koncentraciją, reakcija bus rūgšti, jei mažesnė – šarminė. Rodiklis pH išreiškiamas neigiamu vandenilio jonų logaritmu, t. y. pH –log(H+). Dirvožemio pH apibūdinamas pagal skalę nuo 1 iki 14: kai pH yra 1–6, dirvožemis yra rūgštus, kai pH 7 – dirvožemis neutralus, o pH 8–14 – dirvožemis šarminis. Dirvožemiai pagal pH gali būti skirstomi ir detaliau: ypač rūgštūs, kai pH < 4,5, labai rūgštūs – pH 4,5–5,0, rūgštūs – pH 5,1–5,5, vidutinio rūgštumo – pH 5,6–6,0, neutralūs – pH 6,1–7,3 ir silpnai šarminiai – pH 7,4–7,8.

Skirtinguose dirvožemių tipuose net natūraliai yra susiformavusi skirtinga reakcija. Rūgščiausi yra aukštapelkių durpiniai dirvožemiai, o beveik neutralūs ar neutralūs juodžemiai. Įdomu tai, kad daugiausia rūgščių dirvožemių yra vakarų ir rytų Lietuvoje.

Dauguma žemės ūkio augalų normaliai auga nerūgščiose dirvožemiuose, o rūgštesni negu pH 5,0 dirvožemiai dažnai yra kalkinami. Daugelis medžių rūšių, kaip ir žemės ūkio augalai, geriausia auga ir dera silpnai rūgščiuose dirvožemiuose.

Rodiklis pH svyruoja ne tik įvairiuose dirvožemiuose, bet ir to paties dirvožemio profilyje (vertikalus dirvožemio sluoksnio pjūvis nuo paviršiaus iki gimtosios uolienos). Pavyzdžiui, miškų dirvožemių viršutiniai sluoksniai yra rūgštūs (pH 2,4–6,5), gilesni būna neutralūs arba silpnai šarminiai.

Dirvožemio reakcija priklauso nuo kalkių slūgsojimo gylio. Dirvožemiai rūgštėja, kai kalkės išsiplauna. Dirvožemio pH gali pakeisti patys medžiai. Jie šaknimis paima mineralinius elementus iš giliau esančių sluoksnių, o vėliau su nuokritomis (lapais, spygliais, šakomis) grąžina į paviršinius dirvožemio sluoksnius. Dirvožemio pH taip pat keičia atmosferos krituliai ar dulkės ir jame gyvenantys organizmai – augalai, gyvūnai ar mikroorganizmai. Pavyzdžiui, irstant labai rūgštiems pušies spygliams, dirvožemio pH mažėja.

Mokslininkai H. Fidleris (H. J. Fiedler) ir H. Reisingas (H. Reissig) ištyrė miškų dirvožemius ir juos suskirstė į tokias grupes: pH 2,0–2,9 – labai stipriai rūgštūs; pH 3,0–3,9 – stipriai rūgštūs; pH 4,0–4,9 – vidutiniškai rūgštūs; pH 5,0–5,9 – silpnai rūgštūs; pH 6,0–6,9 – labai silpnai rūgštūs; pH 7,0 – neutralūs; pH 7,1–8,0 – silpnai šarminiai; pH 8,1–9,0 – vidutiniškai šarminiai.

Dirvožemio pH poveikis dirvožemio formavimosi procesams, dirvožemio savybėms ir augalijai yra labai didelis (Karazija ir kt. 2008). Dirvožemio pH turi didelę reikšmę maisto medžiagų pasisavinimui ir mikroorganizmų gausumui. Augalams augti palankiausia, kai pH siekia 5,8–6,8. Neutralios ir silpnai rūgščios reakcijos dirvožemiuose organines liekanas skaido daugiausia bakterijos. Labai rūgščiuose dirvožemiuose bakterijų mažiau, dėl to mažėja augalams tinkamų maisto medžiagų kiekis. Įdomu tai, kad nuo dirvožemio pH priklauso net sliekų skaičius viršutiniuose dirvožemio sluoksniuose. Kuo rūgščiau, tuo sliekų mažiau.

Dėl mažo pH padidėja sunkiųjų metalų (Cd, Zn, Pb ir kt.) ir aliuminio toksinis poveikis. Rūgščiuose dirvožemiuose labai nukenčia augalų šaknys. Miškininkai nustatė, kad medžių sėklų daigumas irgi tiesiogiai priklauso nuo dirvožemio pH. Pušies sėklos geriausia dygsta, kai dirvožemio pH 6,0, o eglės – kai pH 5,0. Rūgščiame ir neutraliame dirvožemyje medžių sėklos blogiau dygsta.

Atrodytų, kad visi medžiai auga miške, kuriame yra vienodas miško dirvožemis, tačiau jau 1972 m. buvo ištirta, kad skirtingoms rūšims tinkamiausios skirtingos pH reikšmės (Nesterovič, Deriugina 1972). Pavyzdžiui, paprastoji pušis „mėgsta“ pH 4,5–5,6, karpotasis beržas – pH 4,8–5,0, paprastoji eglė – pH 5,0–6,0, mažalapė liepa – pH 4,7–5,7, paprastasis klevas – pH 5,0–6,5, paprastasis ąžuolas – pH 5,5–6,1 ir paprastasis uosis – pH 5,7–7,1.

„Rūgštieji lietūs“ ir miškai. Šiuo metu vis dar aktuali problema yra dirvožemio rūgštėjimas ir jo poveikis miškams. Nors dirvožemio rūgštėjimas yra natūralus dirvožemio formavimosi procesas, dėl žmogaus veiklos, „rūgščiųjų lietų“ poveikio, dirvožemiai rūgštėja intensyviau. Natūraliai „švarus lietus irgi nėra neutralus, jo H yra 5,6. Rūgštaus lietaus“ pH yra mažesnis negu pH 5,0.

„Rūgštieji lietūs“ daugiau žalos padaro tose vietovėse, kur į atmosferą patenka daugiau „rūgštinančių teršalų“ (pagrindiniai – sieros ir azoto oksidai). Nors tyrimų negausu, tačiau žinoma, kad veikiami rūgščiųjų lietų“  miškai gali žūti, nes sutrinka maisto medžiagų pasisavinimas, palaipsniui silpnėja kai kurių medžių atsparumas įvairiems kenkėjams, ligoms. Tikėtina, kad kai kuriose vietovėse dirvožemio pH pokyčiai gali lemti naujų medžių ar žolinių augalų rūšių paplitimą.

Moksliniai eksperimentai su pelenais ir dirvožemio pH. Ar tai gali būti rimta?



1 pav. Kairėje – miškuose pelenai barstomi naudojant specialią techniką (Danija; nuotraukos autorius nežinomas), dešinėje – pelenai barstomi pušyne, Kačerginės girininkija, Kauno r. 2002 m. (Lietuvos miškų instituto tyrimai, nuotraukos autorė  I. Varnagirytė‑Kabašinskienė).


 

2002–2005 m. ir 2008 m. Lietuvoje buvo atlikti medienos pelenų ir azoto trąšų poveikio miško ekosistemai tyrimai pušynuose (ES projektas „Mediena energijai  indėlis i subalansuotą miškų tvarkymo plėtrą, angl. WOOD FOR ENERGY  a contribution to the development of sustainable forest management) (Ozolinčius ir kt. 2005, 2007, Varnagirytė 2006). Vienas iš tirtų rodiklių buvo miško paklotės pH ir mineralinio dirvožemio pH. Kadangi tyrimui naudoti pelenai buvo labai šarminiai (pH 11,0–12,5), tikėjomės, kad dirvožemyje jie veiks panašiai kaip kalkės, t.y. jį šarmins. Norėdami nustatyti tręšimo poveikį, palyginome miško paklotės ir dirvožemio pH tręštuose ir netręštuose ploteliuose. Didžiausius cheminius pokyčius nustatėme tik miško paklotėje, o mineralinio dirvožemio sluoksniuose pelenų poveikis nebuvo ryškus. Praėjus vos 5 mėnesiams po 5 t ha-1pelenų išbarstymo, miško paklotės pH padidėjo nuo pH 3,4 (kontrolė, netręšta) iki pH 6,0 (tręšta pelenais). Pakartoję tyrimus po 6 metų nustatėme, kad miško paklotės pH vis dar buvo 1,5 pH vieneto didesnis negu kontrolėje. Lietuvos miškų instituto gauti rezultatai nieko nenustebino ir atitiko ankstesnių, užsienyje atliktų, tyrimų rezultatus (Saarsalmi ir kt. 2001, Arvidsson, Lundkvist 2003). Kaip ir buvo tikėtasi, dulkiški medienos pelenai labai greitai pašarmino miško paklotę, bet nepakeitė mineralinio dirvožemio pH.


Jauniesiems tyrėjams


Perskaitę straipsnį ir išsiaiškinę, kas yra dirvožemio pH ir kodėl šis rodiklis tiriamas miškų moksle, galėtume pasvarstyti, ką visgi jaunasis tyrėjas galėtų nuveikti šia kryptimi? Galima būtų šiek tiek paeksperimentuoti patiems. Siūlyčiau keletą galimų tyrimų. 

(1)      Pasirinkti skirtingas medžių rūšis, pavyzdžiui, lapuočių (ąžuolynas) ir spygliuočių (pušynas) medžių grupes, ir palygink jų dirvožemio pH. Surinkti po 3–5 jungtinius dirvožemio mėginius iš kiekvieno plotelio (iš keleto vietų surinktą dirvožemį supilti į vieną, gerai sumaišyti, – gausite vadinamąjį jungtinį mėginį). Galite sugalvoti, kaip mėginius rinksite: atsitiktinai plotelyje, plotelio įstrižainėse ir kt. 

(2)       Galima palyginti dirvožemio pH dviejuose  lapuočių medynuose, pavyzdžiui, beržyne ir ąžuolyne. 

(3)      Galima nustatyti, kaip skiriasi pH per dirvožemio profilį (vertikalus dirvožemio sluoksnio pjūvis nuo paviršiaus iki gimtosios uolienos): miško paklotėje, mineraliniame dirvožemyje 0–10 cm ir 10–20 cm gylyje.

(4)      Kelis žiupsnelius (galima tiksliai pasverti) medienos pelenų (gaunami sudegus malkoms) išbarstykite 1 m2 plotelyje. Už keleto metrų, pasirinkite kitą 1 m2 plotelį ir jo netręškite (kontrolinis plotelis reikalingas duomenims palyginti). Praėjus mėnesiui, dviem ar trims (galima ir vėliau), iš šių plotelių paimkite dirvožemio mėginius (po 3–5 mėginius iš kiekvieno plotelio) ir nustatykite jų pH. Išbarstyti pelenai dirvožemį šarmina – padidina jo pH.

(5)      Galima paanalizuoti, kaip keičiasi žolinė augalija tręštame ir kontroliniame plotelyje (ten, kur pH didesnis, turėtų sunykti įvairių rūšių samanos ir kt.).

Dirvožemio mėginių surinkimas ir jų analizė. Mėginiams surinkti tokiuose dirvožemių tyrimuose naudojami specialūs zondai, liniuotės, kastuvas ir vienkartiniai maišeliai ar plastikinės dėžutės. Norint gauti kuo tikslesnius duomenis, iš kiekvieno medyno geriausia surinkti bent po 3 jungtinius mėginius (vienas jungtinis mėginys sudaromas iš keleto (3–5 ar daugiau) vietų surinkto dirvožemio). Turėdami bent 3 išmatuotas dirvožemio pH vertes galime apskaičiuoti vidutinį dirvožemio pH tame plotelyje ar medyne.

Dirvožemio pH galima nustatyti naudojant keletą metodų. Vienas tiksliausių  potenciometrinis dirvožemio pH nustatymo metodas. Dirvožemio pH vertė nustatoma su specialiu prietaisu pH-metru. Dirvožemio pH nustatyti naudojamas orasausis ar išdžiovintas ≤40ºC temperatūroje dirvožemis. Norint nustatyti dirvožemio pH vertę pasirinktame dirvožemio mėginyje, reikia turėti: 2 mm tankumo sietelį, laboratorines svarstykles, 100 ml talpos stiklinę, specialią maišyklę, distiliuoto vandens, pH-metrą; taip pat reikalingi specialūs pH 7 ir pH 4 buferiniai tirpalai.

 Prieš atliekant tyrimą, metodiką reikėtų detalizuoti!


Literatūra

Arvidsson H., Lundkvist H. 2003, Effects of crushed wood ash on soil chemistry in young Norway spruce stands. Forest Ecology and Management, 176, 121–132.

Fiedler H. J., Reissig H. 1964, Lehrbuch der Bodenknude. VEB Gustav Fischer Verlag, Jena. 544 S.

Karazija S. (sud.). 2008, Miško ekologija. Vilnius: Enciklopedija. 269.

Kučinskas J., Pekarskas J., Pranckietienė I., Vaišvila Z., Žemaitis A. 1999, Agrochemija. Kaunas: Lututė. 338 p.

Motuzas A. 2005, Dirvotyros pagrindinių sąvokų terminijos šaltiniai ir aktualijos. Botanica Lithuanica, 8, 29–34.

Nesterovič N. D., Deriugina T. F. 1972, Drevesnyje rastenija i vlažnostj počvy. Minsk: Nauka i technika. 

Ozolincius R., Varnagiryte I., Armolaitis K., Karltun E. 2005, Initial effects of wood ash fertilization on soil, needle and litterfall chemistry in Scots pine stands. Baltic Forestry, 11 (2), 5967.

Ozolinčius R. ir kt. 2007, Initial influence of compensatory wood ash fertilization on soil, ground vegetation and tree foliage in Scots pine stands. Baltic Forestry, 13 (2), 158168.

Saarsalmi A., Mälkönen E., Piirainen S. 2001, Effects of wood ash fertilization on forest soil chemical properties. Silva Fennica, 35, 355–368.

Varnagirytė I. 2006, Kompensuojamojo tręšimo medienos pelenais pirminis poveikis: azotas, fosforas, kalis ir sunkieji metalai brukninių pušynų (Pinetum vacciniosom) dirvožemyje ir augaluose. Daktaro disertacija. 99.

 Papildoma literatūra

Pelenai miške -http://gamta.vdu.lt/bakalaurai/pop_straipsniai/pelenai_miske/pelenai_miske.html;

- www.mi.lt/info/Pranesimai/Varnagiryte.pdf

Pelenai daržui ar sodui          - http://lt.lt.allconstructions.com/portal/categories/309/1/0/1/article/9175


 Straipsnis iš Jaunojo tyrėjo lobyno