Temporal dynamics of chemical characteristics of mountainous forest soils affected by acidification

Sabina Chovancová

Master's thesis

Vývoj chemických charakteristik horských lesních půd ovlivněných acidifikací

Abstract:

V minulém století byly Jizerské hory silně postiženy kyselou depozicí. Acidifikace je přirozený půdní proces, který byl zrychlen prostřednictvím kyselých vstupů. Bazické kationty byly vyplaveny z půd při neutralizačních procesech, snížilo se půdní pH, toxický hliník byl uvolněn do půdního roztoku a zvýšila se saturace sírou a dusíkem. V průběhu devadesátých let minulého století došlo k významným poklesům kyselých emisí, nicméně lesní půdy nadále vykazují následky antropogenní acidifikace. Cílem této práce je popsat časové změny chemických parametrů horských lesních půd s různým vegetačním pokryvem mezi lety 2008 a 2013. Půdy byly hodnoceny jako silně kyselé. Organické horizonty vykazovali kyselejší půdní reakci než minerální horizonty, což odráží jejich náchylnost k vnějším vlivům (vegetační pokryv, atmosférická depozice). pH atmosférické depozice se po čas pozorování výrazně nezměnilo, nicméně podkorunové srážky v bukovém lese byly vyšší ve srovnání se smrkovým lesem a holinou. Sorpční komplex byl tvořen organickou hmotou a její zastoupení v hlubších horizontech klesalo. Minerální horizonty byly chudé na bazické kationty a hliník byl převažujícím výměnným kationtem. Chemické vlastnosti půd byly obecně lepší v bukovém porostu a holině, kde byl zjištěn signifikantní nárůst půdního pH. Smrkový les vykazoval nižší hodnoty pH, bazickou saturaci, poměr Ca:Al a naopak nejvyšší výměnnou aciditu a poměr C:N. Změny mezi lety v organických horizontech byly spojeny s poklesem výměnné acidity a nárůstem bazické saturace. Rozdílná situace byla zaznamenána v minerálních horizontech zejména smrkového lesa, kde bazická saturace poklesla. Tento trend by mohl indikovat přetrvávající acidifikaci a vymývání bazických kationtů z půd v důsledku neutralizačních procesů. Změny ve složení lesního podrostu byly vysvětleny změnami v osvětlení jednotlivých stanovišť.

Abstract:

The Jizera Mountains region was strongly affected by acid deposition in the last century. Natural soil acidification was accelerated and base cations were leached during the neutralization processes, soil pH decreased and toxic aluminum was released to the soil solution, sulfates and nitrates were accumulated in the soil. During the 1990s, emissions of acidifying compounds were reduced significantly but forest soils underlain by granite exhibit ongoing acidification. The aim of this thesis is to describe temporal changes in the forest mountainous soils under three different vegetation covers between 2008 and 2013. Overall, soils were assessed as strongly acid. Organic horizons exhibited the lower pH than mineral horizons indicating that they are more sensitive to external factors such as vegetation cover, litter decomposition and atmospheric deposition. In the period 2008--2013, pH of atmospheric deposition did not change significantly. Nevertheless, throughfall pH in the beech forest exhibited higher values than the spruce forest and clear-cut area. Soil sorption complex was primarily formed by soil organic matter that decreased with increasing depth. Mineral horizons were unsaturated by bases and aluminum was prevailing exchangeable cation in the sorption complex as a consequence of slowly weatherable granite bedrock with low content of base cations. In general, beech forest and clear-cut are exhibited better soil chemical characteristic compared to spruce forest. Significant increase in pH was observed in the clear-cut area. Spruce forest showed the lowest soil pH, base saturation, the Ca:Al ratio and the highest exchangeable acidity and the C:N ratio. With respect to changes between years of sampling, upward temporal trend in base saturation and decreasing exchangeable acidity occurred at each stand in organic horizons. The most significant changes in base saturation were determined in the clear-cut area and beech forest. On the contrary, mineral horizons showed declining trend indicating ongoing soil acidification and leaching of base cations. This was significantly pronounced in the spruce forest. Exchangeable acidity decreased in both organic horizons under the spruce forest whereas only in the upper organic horizon under the beech forest and clear-cut area. Changes in understory vegetation were attributed rather to changes in light conditions than changes of soil chemical parameters.

Keywords

půdní acidifikace, časové změny, pH, kationtová výměnná kapacita, bazická saturace, výměnná acidita, smrkový les, bukový les, holina

Keywords

temporal changes, pH, cation exchange capacity, base saturation, exchangeable acidity, soil acidification, spruce forest, beech forest, clear-cut area

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 10. 4. 2015

Thesis defence

• Supervisor: RNDr. Václav Tejnecký, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / field:
Natural Resources and Environment / Natural Resources and Environment