AGROECOLOGICAL ASPECTS OF OXYGEN STATE OF MINERAL ARABLE SOILS IN CONDITIONS OF ATMOSPHERIC HUMIDIFICATION

Results of study of oxidation-reduction stability parameters of arable soils in Poland and sensitivity of various kinds of these soils to hydro-oxygen degradation are presented in the article. It is shown that oxidation-reduction stability, expressed by two temporal values t ₄₀₀ and t ₃₀₀ is an important property, measured by retention time Eh at the level of +400 mV (nitrate reduction) and +300 mV (ferric oxide reduction). These redox reactions perform as a buffer that slows the transition of waterlogged soils into anoxic state, and the oxides involved are natural accumulators of oxygen in soil environment. A model of parametrization of hydro-oxygen conditions of these soils has been created for conditions of washing water regime, taking into account correlation between these indicators and hydrophysical properties of arable soils. Some results of surveys of mineral arable soils in Poland are presented, characterizing the hydro-oxygenic conditions of soil. Thus, the average values of t ₄₀₀ for soils with a temperature of +20 °C in the arable layer range from<1 to 1.5 days, in the sub-arable layer – from<1 to 3 days, in the subsoil – from<1 to 5 days; for t ₃₀₀ – 0.5–4.5, 1.0–9.0, 1.0–12.0 days, respectively. For Tppw in the arable layer they reach 2.5–4.5 days, in the sub-arable layer – 3.0–8.0 days, and in the subsoil – 4.0–19.5 days [4]. The presented values are used to improve the calibration of drainage systems, taking into account the arable soils oxygen state adjustment with washing water regime. In conclusions the attention is paid to advisability of deepening knowledge of the oxygen regime of mineral arable soils, its agroecological significance and land reclamation. This adjustment should correspond to the modified paradigm of drainage reclamation, which means that the direct cause of the restriction of the vital activity of plants and soil biota is a lack of oxygen, but not the water excess in soil. Agroecological composite element of meliorative adjustment of oxygen regime of arable soils is the possibility of the soils protection from loss of fertility potential, which are nitrates, and also iron oxides – the natural accumulators of oxygen in soil environment, protecting it from anoxia in conditions of waterlogging. 

1. Stępniewski W., Stępniewska Z., Bennicelli R.P., Gliński J. Oxygenology in outline. Lublin, Institute of Agrophysics of the Polish Academy of Sciences, 2005. – 121 p.

2. Gliński J., Stępniewski W., Łabuda S. Pobieranie tlenu i wydzielanie dwutlenku wegla w środowisku glebowym. Wroclaw, Zakład Narodowy im. Ossolińskich, 1983. 72 p.

3. Gliński J., Stępniewska Z., Stęniewski W., Ostrowski J. Znaczenie warunków tlenowych w programach melioracyjnych. Problemy Agrofizyki. Wroclaw, 1992, N 67, pp. 65–84.

4. Ostrowski J., Sławiński C., Walczak R. Ocena i kartograficzna prezentacja wrażliwości gleb ornych na hydrooksygeniczną degradację. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie. Falenty, 2004, vol. 4, N 2a, pp. 185–200.

5. Ostrowski J. Glebowo-wodne uwarunkowania i bilansowanie przestrzennych potrzeb melioracji gruntów ornych z zastosowaniem techniki komputerowej. Falenty, Wydawnictwo ITP, 2016. 173 p.

6. Kaurichev I.S. Tipy okislitel’no-vosstanovitel’nogo rezhima pochv [Types of redox regime of soils]. Pochvovedenie [Soil Science], 1979, no. 3, pp. 35–45. (In Russian).

7. Stępniewska, Z. Właściwości oksydoredukcyjne gleb ornych Polski / Z. Stępniewska // Problemy Agrofizyki. – 1988. – N 56. – 124 с.

8. Savich V.I., Kaurichev I.S., Shishov L.L., Nikol’skiy Yu.N., Romanchik E.A. Agronomicheskaya otsenka oki slitel’no-vosstanovitel’nogo sostoyaniya pochv [Agronomical assessment of the oxidation-reduction state of soils]. Pochvovedenie [Soil Science], 2004, no. 6, pp. 702–712. (In Russian).

9. Gliński J., Stępniewska Z., Stępniewski W., Banach A. Oxydation-reduction (redox) properties of soils. Lublin, Polish Academy of Sciences Press, Branch in Lublin, 2012. 127 p.

10. Ostrowski J., Łabędzki L. Nadmiary wody opadowej i niedotlenienie gleb ornych Polski. Falenty, Wydawnictwo ITP, 2016. 121 p.

11. Stępniewska Z., Bennicelli R.P., Weiss U., Włodarczyk T., Stahr K. Denitrification rate in soils as affected by their redox potential. Journal of Water and Land Development, 2000, no. 4, pp. 163–173.

12. Ostrovski Ya. Povedenie nitratov v usloviyakh vremennogo pereuvlazhneniya, narushayushchego kislorodnyy re-zhim mineral’nykh pakhotnykh pochv Pol’shi [The behavior of nitrates in conditions of temporary waterlogging, which disturbs the oxygen regime of Poland’s mineral soils]. Sistemy intensifikatsii zemledeliya i biotekhnologii kak osnova innovatsionnoy modernizatsii agrarnogo proizvodstva [Systems of intensification of agriculture and biotechnology as a basis for innovative modernization of agricultural production]. Suzdal, 2016, pp. 143–155. (In Russian).

13. Revut I.B. Fizika pochv [Physics of soils]. Leningrad, Kolos Publ., 1964. 319 p. (In Russian).

14. Stępniewska Z., Stępniewski W., Gliński J., Ostrowski J. Atlas oksydoredukcyjnych właściwości gleb ornych Polski. Lublin, Falenty, IA PAN, IMUZ, 1997. 11 p.

15. Gliński J., Stępniewska Z. Wskaźnik odporności gleb na redukcję. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych. Warszawa, 1986, no. 315, pp. 81–94.

16. Ostrowski J. Badania i ocena warunków glebowo-przyrodniczych dla potrzeb melioracji gruntów ornych. Biblioteczka “Wiadomości IMUZ”. Falenty, 1976, no. 52, pp. 55–124.

17. Gliński J., Ostrowski J., Stępniewska Z., Stęniewski W. Bank próbek glebowych reprezentujących gleby mineralne Polski. Wroclaw, Zakład Narodowy im. Ossolińskich, 1991. 61 p.

18. Walczak R., Ostrowski J., Witkowska-Walczak B., Sławiński C. Hydrofizyczne charakterystyki mineralnych gleb ornych Polski. Acta Agrophysica, 2002, no. 79, pp. 1–64.