RESEARCH PAPER
Spatial variability of physical and chemical soil properties in a field and commune scale
1
Instytut Agrofizyki im. Bohdana Dobrzańskiego PAN, ul. Doświadczalna 4, 29-290 Lublin, Poland
Publication date: 2022-01-18
Acta Agroph. 2004, 3(103 -), 1-90
ABSTRACT
The paper contains results of statistic and geostatistic analysis as well as an estimation of spatial distribution of selected soil physical and chemical properties on an area of three individual fields and on a whole commune. Trzebieszów commune was selected as an investigation object. It has an area of 140 km2 and is located in Łukowska Plain, being one of mesoregions of Poludniowopodlaska Lowland. The commune is of typical agricultural character with 62.3% of arable land, 18.2% of meadows and pastures, and only 13.5% of forestations. The whole commune area is flat, mostly built from outwash material, with loose sands to low clayey sandy soils. Soil samples were collected from two soil layers (0-10 and 30-40 cm) in 464 points. On the commune area 214 sampling points in random network were located and remaining points in regular networks within three fields. One of these fields (1.8 ha; 150 points) was a mixed cropland (wheat, barley and oats), the second (1 ha; 50 points) was a rye crop and the third (0.25 ha; 50 points) was an idle land. For each point granulometric composition (sedimentation), organic matter content (dichromate wet combustion), pH in KCl and H2O (potentiometry), cation exchange capacity (titration of soil homoionic hydrogen forms) were determined in both soil layers. Moreover, for the cultivated fields soil bulk density in 0-10 cm layer was measured in early spring and late summer, and grain yield of rye and mixed corn (in a set of 1 m2 squares) was determined. Separately for all objects examined basic statistical parameters of the studied soil physical and chemical properties were calculated and analysis of spatial dependence and distribution within the objects was performed using geostatistical methods. Mathematical functions were fitted to the experimentally derived semivariograms that were used further for mapping of soil properties and plant yield applying kriging method. Soil granulometric composition, low organic matter content and soil chemical properties were characteristic for sandy soils. The average content of the soil granulometric fractions was 55% sand, 32% silt and 13% clay, and 0.7% of organic matter. The soil reaction was acidic to neutral (average pH was around 4.4) and the average CEC was 10 cmol kg-1 . However, despite similar proportions and ranges of the values, the above parameters markedly varied within the studied areas. The largest differentiation of values were observed in the sand content, and the smallest in clay content, and higher dispersion was noted in the commune than in particular fields. As a rule, the sand content was greater in top than in lower depth layer and the opposite were found for clay. The organic matter content in all studied object was over 2 times higher in the top layer, the pH was slightly higher in lower layer and the CEC was higher in top layer. The spatial dependence was observed for all soil parameters studied, for both soil layers, and for each of the studied areas. The exponential character of the spatial dependences prevailed for the data description for the commune area and the spherical one for the field areas. Ranges of the spatial dependences were connected mainly with the scale of the object, and with the studied parameters, as well. The studies performed may have not only theoretical but also practical importance. The general state of the basic soil chemical and physical properties in the commune area was recognized, the parameters describing their spatial variability were determined and the spatial distribution of soil features was mapped. The knowledge on spatial variability of soil properties and plant yield in agricultural fields allowed for determination of the realistic conditions of plant development that may constitute a base for selection of the areas requesting changes in agricultural measures as liming or fertilization, as well as may serve for elaboration of detailed agrotechnical instructions for optimization of the cropping system.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Przestrzenna zmienność fizycznych i chemicznych właściwości gleby w skali pola i gminy
W pracy przedstawiono wyniki analizy statystycznej i geostatystycznej oraz estymacji przestrzennych rozkładów wybranych fizycznych i chemicznych właściwości gleby na obiektach w skali pojedynczego pola uprawnego i obszaru całej gminy (na przykładzie gminy Trzebieszów). Gmina Trzebieszów (o powierzchni 140 km2 położona jest na Równinie Łukowskiej, stanowiącej jeden z mezoregionów Niziny Południowopodlaskiej. Administracyjnie należy do powiatu łukowskiego i województwa lubelskiego. Gmina ma typowo rolniczy charakter. Grunty orne obejmują 62,3% jej powierzchni, użytki zielone (łąki i pastwiska) 18,2%, a lasy tylko 13,5%. Teren gminy jest płaski, gleby słabe, przeważnie wytworzone z piasków luźnych, słabogliniastych, naglinowych i gliniastych. Próbki glebowe pobierane były z dwóch warstw (0-10 i 30-40 cm) w 464 punktach. Niezależnie od obszaru gminy (214 punktów próbkowań rozmieszczonych w sieci nieregularnej), obiekt badań stanowiły trzy różne pola (z punktami pomiarowymi ulokowanymi w siatce regularnej). Było to pole z uprawą mieszanki zbóż (pszenica, jęczmień, owies) o powierzchni 1,8 ha (150 punktów pomiarowych), pole z uprawą żyta o powierzchni 1 ha (50 punktów) i nieużytek o powierzchni 0,25 ha (50 punktów). Dla każdego punktu (w dwóch warstwach) został określony skład granulometryczny gleby (za pomocą metody aerometrycznej -sedymentacyjnej), zawartość materii organicznej (metodą utleniania), pH (w KCl i H2O) - potencjometrycznie oraz pojemność kationowymienna gleby (przez miareczkowanie monojonowych form wodorowych gleby). Ponadto, w przypadku poszczególnych pól uprawnych mierzona była gęstość gleby w warstwie 0-10 cm (dwukrotnie, na wiosnę i pod koniec okresu letniego), a także określany był plon ziarna na polu żyta i mieszanki zbożowej (z pomiarów w sieci kwadratów o powierzchni 1 m2) Oddzielnie dla każdego z rozpatrywanych obiektów (gmina, pola) wyznaczone zostały statystyczne parametry poszczególnych fizycznych i chemicznych właściwości gleby (także plonu), a przy użyciu metod geostatystycznych - analizowano przestrzenne zależności i zmienność w obrębie danego obiektu. Do eksperymentalnie wyznaczonych semiwariogramów dobrane zostały funkcje matematyczne, które następnie wykorzystano do estymacji rozkładu danej zmiennej w przestrzeni (w postaci map) stosując metodę krigingu. Procentowa zawartość poszczególnych frakcji, niewielka zawartość materii organicznej, a w jakimś stopniu także właściwości chemiczne gleby, były związane z przeważającym na terenie całej gminy typem gleb (gleby piaszczyste). Średnia zawartość frakcji piasku wynosiła 55%, pyłu 32%, iłu 13%, a materii organicznej 0,7%. Odczyn gleb był kwaśny lub obojętny (średnie pH około 4,4), a średnia wartość pojemności kationowymiennej wynosiła 10 cmol·kg-1. Jednakże, przy zachowaniu generalnie podobnych proporcji i rzędu wartości, obserwowano znaczne zróżnicowanie każdej z tych cech tak na obszarze gminy, jak i w obrębie wybranych pól. Spośród frakcji granulometrycznych największym rozrzutem wartości charakteryzowała się zawartość piasku, najmniejszym - iłu, przy czym większy rozrzut każdej z frakcji zanotowano dla obszaru gminy niż pól. Z reguły zawartość piasku w warstwie przypowierzchniowej była większa niż w podornej, a zawartość iłu odwrotnie. Na wszystkich rozpatrywanych obiektach (gmina, pola) zawartość materii organicznej była ponad 2-krotnie wyższa w warstwie powierzchniowej, pH gleby było nieco wyższe w warstwie podornej, a pojemność kationowymienna w warstwie powierzchniowej. Przestrzenną zależność stwierdzono w przypadku wszystkich cech gleby, zarówno gdy rozpatrywano obszar gminy, pojedyncze pola, warstwę przypowierzchniową i podorną. Wykładniczy charakter zależności przestrzennej przeważał przy opisie zmiennych na obszarze gminy, natomiast sferyczny na polach. Zakresy przestrzennej zależności związane były głównie ze skalą obiektu, ale i z daną cechą. Przeprowadzone badania mają znaczenie zarówno poznawcze jak i praktyczne. W skali gminy rozpoznano ogólny stan rozpatrywanych cech gleby, wyznaczono parametry opisujące ich zmienność przestrzenną oraz przedstawiono przestrzenny rozkład tych cech (w zarysie). W przypadku pól uprawnych, poznanie zmienności przestrzennej właściwości fizycznych i chemicznych gleby oraz zmienności przestrzennej plonu pozwoliło na określenie rzeczywistych warunków rozwoju i plonowania roślin na danym obiekcie. Tym samym, może stanowić podstawę wyodrębnienia obszarów wymagających dodatkowego wapnowania lub nawożenia, czy też opracowania zaleceń agrotechnicznych dotyczących optymalizacji zabiegów uprawowych.
| eISSN: | 2300-6730 |
| ISSN: | 1234-4125 |
We process personal data collected when visiting the website. The function of obtaining information about users and their behavior is carried out by voluntarily entered information in forms and saving cookies in end devices. Data, including cookies, are used to provide services, improve the user experience and to analyze the traffic in accordance with the Privacy policy. Data are also collected and processed by Google Analytics tool (more).
You can change cookies settings in your browser. Restricted use of cookies in the browser configuration may affect some functionalities of the website.
You can change cookies settings in your browser. Restricted use of cookies in the browser configuration may affect some functionalities of the website.
