DIGITALNA ARHIVA ŠUMARSKOG LISTA
prilagođeno pretraživanje po punom tekstu




ŠUMARSKI LIST 1-2/2015 str. 9     <-- 9 -->        PDF

RASPODJELA ZEMNOALKALIJSKIH I ALKALIJSKIH KOVINA (Ca, Mg, K, Na) U ŠUMSKOM TLU PARKA PRIRODE MEDVEDNICA
Distribution of alkali earth metals and alkali metals (Ca, Mg, K, Na) in the forest soil of Medvednica Nature Park
Darko Bakšić, Nikola Pernar, Ivan Perković, Boris Vrbek, Vibor Roje
Sažetak
Odabrane zemnoalkalijske i alkalijske kovine Ca, Mg, K i Na sastavni su dio stijena litosfere i spadaju u 8 najzastupljenijih elemenata Zemljine kore. Trošenjem stijena na površini Zemljine kore u procesima pedogeneze postaju sastavnim djelom tla. S gledišta biljne ishrane, ovi se elementi ubrajaju u biljna hraniva i to K, Ca i Mg u makroelemente, odnosno potrebne (esencijalne) elemente, a Na u korisne (beneficijalne) elemente.
Cilj ovog istraživanja je utvrditi kako litološka podloga, odnosno matični supstrat na području PP Medvednica utječe na udjel Ca, Mg, K i Na u tlu, te je li njihova prostorna raspodjela osim litološkom podlogom uvjetovana i reljefom.
U šumi na području PP Medvednica uzet je 181 kompozitni uzorak po pravilnoj mreži 1 × 1 km u površinskom sloju tla do 5 cm dubine. Otvoreno je 28 pedoloških profila ravnomjerno raspoređenih, tako da obuhvate sve litološke cjeline. Na uzorcima površinskog sloja tla izmjereni su pH vrijednost tla (HRN ISO 10390:2005) i udjel elemenata Ca, Mg, K, Na nakon ekstrakcije zlatotopkom (HRN ISO 11466:2004). Na uzorcima uzetim iz genetskih horizonata u pedološkim profilima određeni su granulometrijski sastav tla (HRN ISO 11277:2004), pH vrijednost tla (HRN ISO 10390:2005), udjel organskog ugljika i ukupnog dušika suhim spaljivanjem (HRN ISO 10694:2004; HRN ISO 13878:2004), mineralni sastav tla (XRD) metodom rendgenske difrakcije i udjel elemenata Ca, Mg, K, Na nakon ekstrakcije zlatotopkom (HRN ISO 11466:2004).
Za potrebe statističke analize matični supstrat podijeljen je u sedam karakterističnih litoloških cjelina, koje u svom radu prilikom geokemijskih istraživanja potočnih sedimenata Medvednice koriste geolozi Halamić et al. (2001). Litološku cjelinu LIT1 čine parametamorfitne stijene, litološku cjelinu LIT2 ortometamorfitne stijene, litološku cjelinu LIT3 magmatske stijene, litološku cjelinu LIT 4 mezozojske klastične stijene, litološku cjelinu LIT5 tercijarne klastične stijene, litološku cjelinu LIT6 mezozojske karbonatne stijene i litološku cjelinu LIT7 tercijarne karbonatne stijene.

ŠUMARSKI LIST 1-2/2015 str. 10     <-- 10 -->        PDF

Statistička analiza napravljena je u programskom paketu Statistica 7. Za sve analizirane varijable napravljena je deskriptivna statistika: broj uzoraka, minimum, donji kvartil, medijan, gornji kvartil, maksimum, aritmetička sredina, standardna devijacija, koeficijent varijance, standardna pogreška aritmetičke sredine i asimetričnost.
Kako bi se isključio utjecaj outlier-a i ekstremnih vrijednosti kao srednja vrijednost uzet je medijan, a međusobne razlike između analiziranih varijabli po litološkim podlogama testirane su Kruskal-Wallisov-im neparametrijskim testom. Greška tipa I (a) od 5% smatrana je statistički značajnom.
Najviša pH vrijednost zabilježena je za površinski sloj tla na litološkim podlogama LIT6 i LIT7. LIT6 ima statistički značajno višu pH vrijednost od LIT1, LIT2, LIT3, LIT4 i LIT5, a LIT7 od LIT2, LIT4 i LIT5. Za sve litološke podloge utvrđena je statistički značajna pozitivna korelacija između pH vrijednosti i koncentracije Ca. Utvrđena je i statistički značajna pozitivna korelacija između pH vrijednosti i Mg za LIT1 i LIT5, te pH vrijednosti i K za LIT2 i LIT4. S obzirom na koncentraciju Mg jasno su se izdvojile dvije grupe koje čine LIT4, LIT5 i LIT7 s nižom koncentracijom i LIT2, LIT3 i LIT6 s višom koncentracijom dok je LIT1 između navedenih grupa. S obzirom na koncentraciju K jasno su se izdvojile dvije grupe koje se statistički značajno razlikuju i to LIT2, LIT3 i LIT5 s nižom koncentracijom te LIT4, LIT6 i LIT7 s višom koncentracijom, dok je LIT1 između navedenih grupa.
Na otvorenim pedološkim profilima utvrđeni su sljedeći tipovi tala: distrični kambisol, eutrični kambisol, kalkokambisol, pseudoglej obronačni, koluvij i luvisol (udjel po zastupljenosti iznosi 50% – 18% – 14% – 11% – 4% –4%). Općenito se može reći da je humusnoakumulativni horizont na Medvednici plitak – medijan iznosi 3,3 cm, a aritmetička sredina 3,9 cm. Sljedeći, najčešće kambični, horizont je debljine 31 cm, odnosno 33 cm. Raspon udjela org. C u humusnoakumulativnom horizontu kreće se od osrednje humoznog do vrlo jako humoznog tla. Po udjelu ukupnog dušika tlo je dobro do vrlo bogato opskrbljeno, a C/N odnos je povoljan. Prema granulometrijskom sastavu tlo je najčešće praškasto-ilovaste teksture, a na karbonatnoj podlozi nešto teže praškasto-glinovitoilovaste teksture. Udjel pojedinih minerala, te Ca, Mg, K i Na u humusnoakumulativnom i mineralnom horizontu je podjednak, a korelacije između horizonata su statistički značajne (p<0,01). Za kvarc r = 0,81, muskovit/ilit r =0,68, klorit r = 0,76, feldspate r = 0,69, Ca r = 0,85, Mg r = 0,88, K r = 0,82 i Na r = 0,52. U bukovo-jelovim sastojinama najviša pH vrijednost i koncentracija Ca, Mg, K i Na zabilježeni su u površinskom sloju tla do 5 cm dubine na LIT3. Utvrđena je statistički značajna razlika u koncentraciji Ca između LIT3 te LIT1 i LIT2 i u koncentraciji Na između LIT3 i LIT1.
Dobivene koncentracije Ca i Mg u površinskom sloju tla PP Medvednica u skladu su s vrijednostima koje su za središnju Hrvatsku prilikom izrade Geokemijskog atlasa RH dobili Halamić i Miko (2009). Podaci za sve dobivene elemente u skladu su s rezultatima dobivenim istraživanjem stanja šumskih tala Europe (Vanmechelen et al., 1997). Reljef (nadmorska visina, inklinacija, ekspozicija, zakrivljenost) ne utječe na prostornu raspodjelu Ca, Mg i Na u površinskom sloju tla do 5 cm dubine. Iako postoji statistički značajna veza između nadmorske visine i koncentracije Mg, odnosno nagiba i koncentracije Mg, ova veza zapravo je uvjetovana litološkom podlogom. Bukovojelove sastojine razvijene na tlima povrh bazičnih magmatskih stijena izdvajaju se po većem udjelu Ca, Mg, K i Na, a time i višom pH vrijednošću, pa se u njima može očekivati veći broj neutrofilnih vrsta.
Ključne riječi: odabrane zemnoalkalijske i alkalijske kovine, Medvednica, šumsko tlo
UVOD
Introduction
Odabrane zemnoalkalijske i alkalijske kovine3 Ca, Mg, K i Na sastavni su dio stijena litosfere i spadaju u 8 najzastupljenijih elemenata Zemljine kore. Po redoslijedu zastupljenosti u tlu uopće najviše ima Ca, pa K, Na i Mg (Helmke, 2000). Trošenjem stijena na površini Zemljine kore u procesima pedogeneze postaju sastavnim djelom tla. S gledišta biljne ishrane ovi se elementi ubrajaju u biljna hraniva i to K, Ca i Mg u makroelemente, odnosno potrebne (esencijalne) elemente, a Na u korisne (beneficijalne) elemente.
Kalcij tla porijeklom je iz primarnih silikatnih minerala feldspata, piroksena i amfibola te sekundarnih minerala kalcija kao što su kalcit (CaCO3), magnezijev kalcit [CaxMg1-x(CO3)], dolomit [CaMg(CO3)2], gips (CaSO4 × 2H2O), različiti kalcijevi fosfati i dr. (Doner & Lynn, 1989). Njihovom razgradnjom oslobađa se kalcij koji je u tlu pretežno izmjenjivo sorbiran ili iznova gradi sekundarne minerale.

ŠUMARSKI LIST 1-2/2015 str. 11     <-- 11 -->        PDF

Anorganske rezerve kalcija u tlu prosječno su od 2 do 20 g kg−1, a u karbonatnom tlu često prelaze i 100 g kg−1. Organska rezerva kalcija u tlu uglavnom je bez značaja za ishranu bilja. Najveći dio pristupačnog kalcija je u izmjenjivom obliku, pa Ca2+ zauzima nerijetko i preko 80% adsorpcijskog kompleksa. Kalcij značajno utječe na puferni potencijal tla protiv acidifikacije. Neizravno, kroz ulogu održavanja pH reakcije tla Ca utječe i na raspoloživost svih drugih elemenata, najviše B, Fe, Mn, Zn i Cu. Ca je vrlo važan za održavanje strukture tla, jer omogućuje povezivanje njegovih čestica u strukturne agregate zajedno s humusnim tvarima, pa tako snažno utječe na vodozračni režim tla i oksido-redukcijske procese, odnosno izrazito povećava njegovu biogenost (povoljan utjecaj na proces amonifikacije, nitrifikacije, biološku fiksaciju dušika, oksidaciju sumpora itd.) (Vukadinović & Lončarić, 1998).
Magnezij u tlu najvećim je dijelom porijeklom iz primarnih silikata kao što su olivini, pirokseni, amfiboli i tinjci (Huang, 1989, Tišljar, 1999) te iz sekundarnih minerala magnezita i dolomita.
Organske rezerve Mg beznačajne su za ishranu bilja (Vukadinović & Lončarić, 1998). Magnezij je sastavni dio klorofila u biljkama,stoga je ključan za odvijanje procesa fotosinteze.
Kalij u tlu potječe uglavnom iz primarnih minerala kao što su feldspati, tinjci i dr. Mala količina K prisutna je u obliku zamjenjivih kationa u adsorpcijskom kompleksu tla, te u obliku topivih soli (Pratt, 1965). Kalij je značajan za brojne fiziološke procese u biljkama vezane uz aktivaciju enzima i propusnost živih membrana. Najznačajniji je elektrolit živih tkiva koji neposredno utječe na održavanje turgora i regulaciju mehanizma rada stoma.
Natrij se pojavljuje u vrlo različitim koncentracijama i oblicima u tlu. Veće količine natrija u tlu pogoršavaju strukturnost tla jer djeluju peptizatorski, odnosno utječu na disperziju mikroagregata uz pojavnost pokorice (Vukadinović & Lončarić, 1998). Prema Murray & Grant (2007) već i relativno niski udjel Na u adsorpcijskom kompleksu tla od 10% može negativno utjecati na strukturu tla. Kod nekih biljnih vrsta kalij u funkciji elektrolita može biti zamijenjen natrijem (Vukadinović & Lončarić, 1998).
S obzirom da su Ca, Mg, K i Na značajnije zastupljeni u litosferi, za očekivati je da će matični supstrat utjecati na njihov udjel i raspodjelu u tlu. Stoga je cilj ovog istraživanja utvrditi kako litološka podloga, odnosno matični supstrat na području PP Medvednica utječe na udjel zemnoalkalijskih i alkalijskih elemenata Ca, Mg, K i Na u tlu, te je li njihova prostorna raspodjela osim litološkom podlogom uvjetovana i reljefom. Osim toga, cilj je da rezultati ovog istraživanja budu uporabivi glede boljeg razumijevanja utjecaja edafskih čimbenika na raspodjelu šumskih biljnih zajednica.
Područje istraživanja
Research area
Istraživanja predstavljena u ovome radu obuhvatila su područje Zagrebačke gore, odnosno Parka prirode Medvednica.
Središnji dio Medvednice (Zagrebačke gore) izgrađen je od paleozojskih i mezozojskih stijena različitog postanka koje su uklopljene u paleogenske, a poglavito u neogenske sedimentne stijene (Šikić, 1995, Halamić et. al., 2001). Paleozojske stijene predstavljene ortometamorfitima i parametamorfitima obuhvaćaju najveći dio Parka prirode Medvednica i pružaju se od njegovog središnjeg dijela u smjeru juga, jugoistoka i istoka sve do granica Parka. Pretežiti dio ortometamorfita predstavljaju tipični zeleni škriljavci, dok su podređenije zastupljeni amfibolitski škriljavci, metagabri i metadijabazi (Pamić, 1986).
Parametamorfiti su porijeklom sedimentne stijene nejednako zahvaćene regionalnom metamorfozom, tako da unutar njih nalazimo izmijenjene stijene od uškriljenih sedimenata, preko slejtova i filita do škriljavaca zone gornjih mikašista. Kompleks niskometamorfoziranih stijena pretpostavljene donjopermske starosti nalazi se na sjeveroistočnom dijelu Medvednice. Najčešći litološki član su različiti varijeteti rekristaliziranih vapnenaca i mramora s prijelazima u mramorne škriljavce. S mramornim škriljavcima izmjenjuju se kvarc-sericitni i kvarc-kloritni škriljavci.
Stijene mezozoika na Zagrebačkoj gori obuhvaćaju donjotrijaske klastite, srednje- i gornjotrijaske karbonate u kojima prevladavaju dolomiti i vapnoviti dolomiti, zatim kredne vulkanogeno-sedimentne stijene predstavljene dijabazima i spilitima, pješčenjacima, šejlovima, vapnencima, rožnjacima, brečama, konglomeratima, laporima i karbonatnim klastitima. Trijaske stijene zastupljene su u jugozapadnom dijelu PP Medvednice, a kredne u sjevernom, sjeverozapadnom i zapadnom. Neogenske, najvećim dijelom miocenske stijene protežu se rubnim dijelovima PP Medvednica, a predstavljene su konglomeratima, šljuncima, pijescima, organogenim i bioklastičnim vapnencima (litavcima), vapnovitim i glinovitim laporima i dr. (Šikić, 1995).
Prema podacima ranijih istraživanja (Vranković, 1973, Bakšić, 2002, Pernar et al., 2009, Vrbek, 2009) najzastupljenija tla na Medvednici su kiselo smeđe tlo ili distrični kambisol, zatim eutrično smeđe tlo ili eutrični kambisol, kalkokambisol, lesivirano tlo i rendzina. Pedosfera ovog područja je usko povezana s litološkom podlogom, tako da se povrh kiselih stijena (škriljci, filiti, brusilovci i pješčenjaci) uglavnom pojavljuje distrični kambisol i luvisol, dok se na bazičnim stijenama najčešće pojavljuje eutrični kambisol. Na vapnencima i dolomitima pridolaze kalkokambisol, kalkomelanosol i rendzine, dok su na laporima i mekim vapnenacima rasprostranjene rendzine i eutrični kambisoli. Na nižim dijelovima sjeverne

ŠUMARSKI LIST 1-2/2015 str. 12     <-- 12 -->        PDF

strane Medvednice, uz pojavu pleistocenih ilovina i glina, zastupljena su pseudoglejna tla i luvisoli. Na cijelom području Medvednice gdje su nagibi iznad 30 stupnjeva pojavljuju se i rankeri. Antropogena tla nalazimo uz naselja i ona su uglavnom vezana za vinograde, voćnjake, vrtove i obradive površine. Prema Vrbeku (2009) ukupno je na području parka prirode utvrđeno 10 tipova tala, koji se pojavljuju u 25 podtipova, 19 varijeteta i 19 formi.
Materijal i metode
Material and methods
U šumi na području PP Medvednica uzet je 181 kompozitni uzorak po pravilnoj mreži 1 × 1 km u površinskom sloju tla do 5 cm dubine. Otvoreno je 28 pedoloških profila ravnomjerno raspoređenih tako da obuhvate sve litološke cjeline. Profili su služili za detaljniji opis pedofiziografskih značajki i kao kontrola (slika 1).
Kompozitni uzorci uzeti su plastičnom sondom unutarnjeg promjera 80 mm. Sastojali su se od po 9 poduzoraka uzetih u razmaku od 1 m u križnom rasporedu (Pernar et. al., 2013).
Uzorci su pripremljeni i analizirani u laboratorijima Šumarskog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu i Hrvatskog geološkog instituta u Zagrebu.
Na uzorcima površinskog sloja tla određeni su sljedeći parametri:
– pH vrijednost tla (HRN ISO 10390:2005),
– udjel elemenata Ca, Mg, K, Na nakon ekstrakcije zlatotopkom određen je atomskom emisijskom spektrometrijom uz induktivno spregnutu plazmu ICP-AES (HRN ISO 11466:2004).
Na uzorcima uzetim iz genetskih horizonata u pedološkim profilima određeni su:
– granulometrijski sastav tla (HRN ISO 11277:2004),
– pH vrijednost tla (HRN ISO 10390:2005),
– udjel organskog ugljika i ukupnog dušika suhim spaljivanjem (HRN ISO 10694:2004; HRN ISO 13878:2004),
– mineralni sastav tla (XRD) metodom rendgenske difrakcije na praškastim uzorcima na rendgenskom difraktometru X´Pert PRO MPD (nizozemske tvrtke PANAlytical),
– udjel elemenata Ca, Mg, K, Na – nakon ekstrakcije zlatotopkom određen je atomskom emisijskom spektrometrijom uz induktivno spregnutu plazmu ICP-AES (HRN ISO 11466:2004).
Za potrebe statističke analize matični supstrat podijeljen je u sedam karakterističnih litoloških cjelina, koje u svom radu prilikom geokemijskih istraživanja potočnih sedimenata Medvednice koriste geolozi Halamić et al. (2001).
Litološka cjelina LIT1 su parametamorfiti predstavljeni škriljavim grauvakama, siltitima, vapnencima, dolomitima, filitima, muskovit-kloritskim i kvarc-muskovitskim škriljcima. Litološka cjelina LIT2 su ortometamorfiti koje predstavljaju zeleni škriljci, metamorfozirani gabri, dijabazi i doleriti. Litološka cjelina LIT3 su magmatske stijene dijabazi i spiliti. Litološka cjelina LIT 4 su mezozojske klastične stijene donjetrijaske, te donjokredne i gornjokredne starosti, a obuhvaćaju pješčenjake, siltite, šejlove, vapnenačke lapore, vapnence, dolomitizirane vapnence, grauvake, rožnjake i kalkarenite. Litološka cjelina LIT5 su tercijarne klastične stijene, a sastoje se od sivih i tamnosivih šejlova, siltnih šejlova, siltno-glinovitih lapora, pješčenjaka, konglomerata, kalkarenita, kalcirudita, glinovitih biomikrita, šljunaka,

ŠUMARSKI LIST 1-2/2015 str. 13     <-- 13 -->        PDF

krupnozrnih pijesaka, lapora i glina. Litološku cjelinu LIT6 čine mezozojske karbonatne stijene koje obuhvaćaju dolomite i dolomitizirane vapnence trijaske starosti zajedno s vapnencima i karbonatnim brečama. Litološku cjelinu LIT7 čine tercijarne karbonatne stijene predstavljene litotamnijskim vapnencima zajedno s glinovitim vapenencima. U radu će se nadalje navoditi samo skraćenice LIT1 – LIT7.
Mjera povezanosti varijabli pH, udjela Ca, Mg, K i Na za površinski sloj tla do 5 cm dubine, te između humusnoakumulativnog i mineralnog horizonta izražena je Pearsonovom korelacijom. Regresijskom analizom testirana je ovisnost Ca prema pH vrijednosti.
Kako bi se isključio utjecaj outlier-a i ekstremnih vrijednosti kao srednja vrijednost uzet je medijan, a međusobne razlike između analiziranih varijabli po litološkim podlogama testirane su Kruskal-Wallisov-im neparametrijskim testom. Greška tipa I (a) od 5% smatrana je statistički značajnom (Sokkal & Rohlf, 1995).
S obzirom da su se outlier-i i ekstremne vrijednosti uglavnom grupirali u određenom području, npr. visoke koncentracije Ca i Mg na karbonatnim litološkim podlogama na jugozapadnom dijelu PP Medvednica, smatrali smo da nije opravdano isključiti „ekstremne vrijednosti“. Zbog kontrole je napravljena statistička analiza podataka sa i bez outliera i ekstremnih vrijednosti (Reimann et. al., 2005), a relativni međusobni odnos analiziranih varijabli s obzirom na zadane litološke podloge nije se promijenio.
Prostorna raspodjela pH vrijednosti izrađena je metodom „Ordinarnog Kriginga“ na setu od 127 podataka (70% točaka), a testirana je na setu od 52 podatka (30% točaka).
Rezultati istraživanja
Research results
Analiza uzoraka površinskog sloja tla u šumskim sastojinama
Srednje vrijednosti analiziranih varijabli za površinski sloj tla do 5 cm dubine za područje PP Medvednica prikazane su u tablici 1.
Reakcija površinskog sloja tla do 5 cm dubine na području PP Medvednica kreće se u vrlo širokom rasponu - pHH2O je od 3,71 do 7,67, odnosno pHCaCl2 je od 3,40 do 7,36. Prema Schefferu i Schachtschabelu (Blume et al., 2010) reakcija površinskog sloja tla ima raspon od vrlo jako kiselog pa do slabo alkalnog. Najviša pH vrijednost zabilježena je za površinski sloj tla na litološkim podlogama LIT6 i LIT7 (slika 2). LIT6 ima statistički značajno višu pH vrijednost od LIT1, LIT2, LIT3, LIT4 i LIT5, a LIT7 od LIT2, LIT4 i LIT5 (H (6, N = 181) = 40,664, p < 0,0001).
Najviša pH vrijednost izmjerena je za LIT6 i to pHH2O je 6,77, odnosno pHCaCl2 je 6,40, dok je najniža pH vrijednost izmjerena na LIT5 gdje je pHH2O 4,89, odnosno pHCaCl2 4,35.
Za sve litološke podloge utvrđena je statistički značajna pozitivna korelacija između pH vrijednosti i koncentracije Ca (slika 3). Utvrđena je i statistički značajna pozitivna korelacija između pH vrijednosti i Mg za LIT1 i LIT5, te pH vrijednosti i K za LIT2 i LIT4.
Izmjerena koncentracija Ca (N=181) u površinskom sloju tla kreće se u rasponu od 0,2 do 39,8 g kg−1 s tim da je 90 % izmjerenih vrijednosti u rasponu od 0,2 do 11,2 g kg−1. Medijan za Ca iznosi 2,70 g kg−1, a aritmetička sredina 4,84 g kg−1. S obzirom da koncentracija Ca pozitivno korelira s pH vrijednošću, zabilježen je sličan trend s najvišim udjelom Ca na litološkim podlogama LIT6 i LIT7. LIT6 statistički se značajno razlikuje od LIT1, LIT4 i LIT5, dok se LIT7 statistički značajno razlikuje samo od LIT5 (H (6, N = 181) = 38,565, p < 0,0001). Najveći medijan koncentracije Ca izmjeren

ŠUMARSKI LIST 1-2/2015 str. 14     <-- 14 -->        PDF


ŠUMARSKI LIST 1-2/2015 str. 15     <-- 15 -->        PDF

je na LIT6, a iznosi 12,1 g kg−1. Najmanji medijan od 0,8 g kg−1 ima LIT5 (slika 4 lijevo).
Izmjerena koncentracija Mg (N=181) za površinski sloj tla u rasponu je od 0,4 do 21,4 g kg−1, s tim da je 90 % izmjerenih vrijednosti u rasponu od 0,4 do 9,9 g kg−1. Medijan za Mg iznosi 4,3 g kg−1, a aritmetička sredina 5,23 g kg−1. S obzirom na koncentraciju Mg jasno su se izdvojile dvije grupe koje čine LIT4, LIT5 i LIT7 s nižom koncentracijom i LIT2, LIT3 i LIT6 s višom koncentracijom, dok je LIT1 između navedenih grupa. Statistički značajna razlika utvrđena je između LIT4 i LIT7 te LIT2, LIT3 i LIT6, dok se LIT5 statistički značajno razlikuje od LIT2 i LIT6 (H (6, N = 181) = 48,320, p < 0,0001). Najveći medijan koncentracije Mg od 7,5 g kg−1 izmjeren je na LIT2, a najniži od 3,05 g kg−1 na LIT4 (slika 4 desno).
Izmjerena koncentracija K (N=181) za površinski sloj tla u rasponu je od 0,2 do 2,8 g kg−1, s tim da je 90 % izmjerenih vrijednosti u rasponu od 0,2 do 1,5 g kg−1. Medijan za K iznosi 0,8 g kg−1, a aritmetička sredina 0,91 g kg−1. S obzirom na koncentraciju K jasno su se izdvojile dvije grupe koje se statistički značajno razlikuju i to LIT2, LIT3 i LIT5 s nižom koncentracijom te LIT4, LIT6 i LIT7 s višom koncentracijom, dok je LIT1 između navedenih grupa (H (6, N = 181) = 63,165, p < 0,0001). Najveći medijan koncentracije K od 1,25 g kg−1 izmjeren je na LIT6, a najmanji od 0,60 g kg−1 na LIT 5 (slika 5 lijevo).
Izmjerena koncentracija Na (N=181) za površinski sloj tla je u rasponu od 0,005 do 0,33 g kg−1, s tim da je 90 % izmjerenih vrijednosti u rasponu od 0,005 do 0,06 g kg−1. Medijan i arit­metička sredina za Na iznose 0,04 g kg−1. LIT1 i LIT7 s nižom koncentracijom Na statistički se značajno ­razlikuju od LIT3 i LIT6 s višom koncentracijom Na (H (6, N = 181) = 38,990, p < 0,0001). Najveći medijan koncentracija Na od 0,05 g kg−1 izmjeren je na LIT3 i LIT6, a najmanji od 0,03 g kg−1 na LIT1, LIT5 i LIT7 (slika 5 desno).

ŠUMARSKI LIST 1-2/2015 str. 16     <-- 16 -->        PDF

Analiza uzoraka s pedoloških profila
Na otvorenim pedološkim profilima utvrđeni su sljedeći tipovi tala: distrični kambisol, eutrični kambisol, kalkokambisol, pseudoglej obronačni, koluvij i luvisol (udjel po zastupljenosti iznosi 50% – 18% – 14% – 11% – 4% – 4%).
Općenito se može reći da je humusnoakumulativni horizont na Medvednici plitak – medijan iznosi 3,3 cm, a aritmetička sredina 3,9 cm. Sljedeći, najčešće kambični, horizont je debljine 31 cm, odnosno 33 cm. Raspon udjela org. C u humusnoakumulativnom horizontu kreće se od 18,9 g kg−1 do 218,5 g kg−1 s medijanom 86,6 g kg−1 i aritmetičkom sredinom 98,6 g kg−1, dakle u rasponu od osrednje humoznog do vrlo jako humoznog tla (Pernar et al., 2013). Po udjelu ukupnog dušika prema Woltmannu tlo je dobro do vrlo bogato opskrbljeno (Pernar et al., 2013), a C/N odnos je povoljan. Prema granulometrijskom sastavu tlo je najčešće praškasto-ilovaste teksture, a na karbonatnoj podlozi nešto teže praškasto-glinovito-ilovaste teksture. Udjel pojedinih minerala, te Ca, Mg, K i Na u humusnoakumulativnom i mineralnom horizontu je podjednak, a korelacije između horizonata su statistički značajne (p<0,01). Za kvarc r = 0,81, muskovit/ilit r = 0,68, klorit r = 0,76, feldspate r = 0,69, Ca r = 0,85, Mg r = 0,88, K r = 0,82 i Na r = 0,52.
Prostorna raspodjela pH vrijednosti
Izrađena karta prostorne raspodjele pHH2O služi za jasniji generalni prikaz reakcije tla u površinskom sloju do 5 cm dubine na području PP Medvednica. RMSE za validacijski set podataka iznosi 0,797, a koeficijent determinacije R2 = 0,22. Više pH vrijednosti izmjerene su u jugozapadnom dijelu Medvednice – Z i JZ od linije strelište Vrapče – Ponikve – Kameni svatovi, zatim u predjelu od planinarskog

ŠUMARSKI LIST 1-2/2015 str. 17     <-- 17 -->        PDF

doma Risnjak, preko Grafičara do kapelice sv. Jakova, oko Markovčaka, preko Horvatovih stuba do Fakultetskog dobra, te u predjelu od Gorščice, Lipa-rog do Tepčine špice. Najniže pH vrijednosti izmjerene su oko planinarskog doma Runolist, ispod planinarskog doma Puntijarka, preko Kaptolske šume do Ornjaka. Niže vrijednosti izmjerene su i u području SZ od Vrapčeve gore i Osrenke prema Poljanici Bistranskoj, te u predjelu Donje Pile.

ŠUMARSKI LIST 1-2/2015 str. 18     <-- 18 -->        PDF

Značajke površinskog sloja tla u bukovo-jelovim sastojinama
Najviša pH vrijednost i koncentracija Ca, Mg, K i Na zabilježeni su u površinskom sloju tla do 5 cm dubine na LIT3 (tablica 3). Utvrđena je statistički značajna razlika u koncentraciji Ca između LIT3 te LIT1 i LIT2 i u koncentraciji Na između LIT3 i LIT1 (Tablica 3).
Rasprava
Discussion
Kompleksna i heterogena geološko-litološka građa Medvednice koja se uz ostale pedogenetske čimbenike reflektira u još većoj heterogenosti tla, predstavlja svojevrstan problem prilikom planiranja te kasnije obrade i interpretacije rezultata istraživanja.

ŠUMARSKI LIST 1-2/2015 str. 19     <-- 19 -->        PDF

U ovom smo radu zbog jednostavnije interpretacije i statističke analize (dovoljan broj uzoraka) prihvatili podjelu na stratigrafsko-litološki logične cjeline prema Halamić et al. (2001). Treba, međutim istaknuti da unutar samih litoloških cjelina postoji određena heterogenost, čime se povećava varijabilnost. Na primjer, LIT1 – parametamorfiti su zastupljeni škriljavim grauvakama, siltitima, vapnencima, dolomitima, filitima, muskovit-kloritskim i kvarc-muskovitskim škriljcima. Ilustrativan je nalaz Vrankovića (1973) koji navodi da se unutar zone metamorfnog facijesa zelenog škriljca sporadično pojavljuju silikatno-karbonatni metamorfiti. Na takvoj podlozi tla imaju višu pH vrijednost „od očekivane“ u odnosu na izvorni facijes zelenog škriljca.
Smatramo da je dobivene rezultate najkorektnije usporediti s rezultatima dobivenim prilikom izrade geokemijskog atlasa RH (Halamić i Miko, 2009), te stanjem šumskih tala Europe (u okviru programa ICP Forests4 – Vanmechelen et al., 1997). Pri tomu treba voditi računa da su za potrebe izrade geokemijskog atlasa RH kompozitni uzorci tla uzimani s dubine od 0–25 cm, na šumskim i ne šumskim površinama, a elementi su ekstrahirani smjesom četiri kiseline (HCl-HF-HNO3-HClO4). Uzorci šumskih tala u okviru programa ICP Forests uzeti su s dubine 0–10 i 10–20 cm, a elementi su ekstrahirani zlatotopkom (kao i u ovom radu).
Srednja vrijednost (medijan) koncentracije Ca svih uzoraka iz površinskog sloja tla PP Medvednica iznosi 2,7 g kg−1, dok medijan za središnju Hrvatsku iznosi 5,2 g kg−1. Medijan koncentracije Mg za PP Medvednicu iznosi 4,3 g kg−1, a za središnju Hrvatsku 6,7 g kg−1 (Halamić i Miko, 2009). Ako se u obzir uzme da je učinkovitost ekstrakcije zlatotopkom niža u odnosu na smjesu četiri kiseline (HCl-HF-HNO3-HClO4), te da prema istraživanju Halamić i Miko (2009) za Ca iznosi 70–80 % (raspon ekstrakcije 20–100 %), a Mg 50–60 % (raspon ekstrakcije 40–90 %), može se reći da je medijan za PP Medvednicu u skladu s medijanom za središnju Hrvatsku.
S obzirom na litološke cjeline, najveći medijan koncentracije Ca imaju karbonatne podloge LIT6 (12,1 g kg−1) i LIT7 (6,0 g kg−1), te magmatske stijene LIT3 (4,4 g kg−1), dok je najveći medijan koncentracije Mg zabilježen na ortometamorfitima LIT2 (7,5 g kg−1), magmatskim stijenama LIT3 (6,7 g kg−1) i karbonatima, odnosno dolomitima LIT6 (5,8 g kg−1).
Vanmechelen et al. (1997) navode da je medijan koncentracije Ca u površinskom mineralnom sloju (0–10 cm) šumskih tala Europe za kambisole 7 g kg−1 , što odgovara vrijednostima površinskog sloja kalkokambisola i eutričnog kambisola na karbonatnim podlogama PP Medvednica. Isti autori navode da se ¾ vrijednosti koncentracije Mg za površinski sloj tla nalaze u rasponu od 0,5 do 4 g kg−1, što je također u skladu s dobivenim rezultatima ovog istraživanja.
Medijan koncentracije K u površinskom dijelu tla PP Medvednica iznosi 0,8 g kg−1, a medijan za središnju Hrvatsku iznosi 16 g kg−1. Ovakvo se odstupanje može objasniti niskom učinkovitošću ekstrakcije zlatotopkom u odnosu na smjesu četiri kiseline (HCl-HF-HNO3-HClO4) od oko 20 %, ali i činjenicom da su prilikom izrade geokemijskog atlasa uzorkovane i poljoprivredne površine koje se gnojidbom obogaćuju kalijem. Halamić i Miko (2009) navode da su povećane koncentracije K, između ostalih, utvrđene i na južnom dijelu Medvednice. Naša istraživanja pokazuju da su najveće vrijednosti K na jugozapadnom dijelu Medvednice, ali ne prelaze 2,8 g kg−1. Vanmechelen et al. (1997) navode da polovica uzoraka iz površinskog mineralnog sloja tla (0–10 cm) sadrži od 1 do 3 g kg−1 K, dok su vrijednosti za mineralni sloj tla između 10 i 20 cm varijabilnije i kreću se u rasponu od 0,4 g kg do preko 6,5 g kg−1.
Najveće odstupanje zabilježeno je za koncentraciju Na, gdje medijan za Medvednicu iznosi 0,04 g kg−1, a za središnju Hrvatsku 7,9 g kg−1. Razlog leži u tome što je učinkovitost ekstrakcije zlatotopkom u odnosu na smjesu četiri kiseline (HCl-HF-HNO3-HClO4) izrazito niska i iznosi svega 3 %. Raspon za Na u površinskom mineralnom sloju (0–10 cm) šumskih tala Europe kreće se od 0,05 do 0,3 g kg−1, a u dubljem mineralnom (10–20 cm) ide do 5 g kg−1, što je u skladu s našim istraživanjima.
Litološka podloga očekivano je pokazala najveći utjecaj na prostornu raspodjelu Ca, Mg, K i Na, dok kod reljefa (nadmorska visina, inklinacija, ekspozicija, zakrivljenost) postoji statistički značajna veza između nadmorske visine i koncentracije Mg (r=0,31, p=0,01), odnosno nagiba i koncentracije Mg (r=0,19, p = 0,01). Ova veza zapravo je uvjetovana litološkom podlogom, jer najveću koncentraciju Mg ima tlo upravo na ortometamorfitima koji su u vršnoj zoni Medvednice.
Analizirani uzorci s otvorenih pedoloških profila za humusnoakumulativni horizont u odnosu na površinski sloj tla do 5 cm dubine pokazali su vrlo slične vrijednosti za Ca, Mg, K i Na, a sukladno litološkoj podlozi. To upućuje na to da ekstremne vrijednosti nisu posljedica pogreške u uzorkovanju i laboratorijskim analizama.
Analizom mineralnog sastava i koncentracije pojedinih elemenata, očekivano se pokazala visoka pozitivna korelacija između humusnoakumulativnog i mineralnog horizonta. Medijan koncentracije Ca (2,8 g kg−1) i K (0,9 g kg−1) u humusnoakumulativnom horizontu veći je od medijana Ca (1,1 g kg−1) i K (0,7 g kg−1) u mineralnom horizontu, dok je medijan koncentracije Mg (3,95 g kg−1) manji od medijana Mg (5,4 g kg−1) u mineralnom horizontu. Čest je slučaj da

ŠUMARSKI LIST 1-2/2015 str. 20     <-- 20 -->        PDF

koncentracije Ca, ali i K u površinskom sloju (humusnoakumulativnom) šumskih tala budu povećane u odnosu na mineralni dio (u zoni rizosfere) zbog akumualcije nastale uslijed razgradnje šumske prostirke, dok je za Mg to rjeđi slučaj (Vanmechelen et al., 1997). Visoke pozitivne korelacije između koncentracija Ca (r = 0,65), Mg (r = 0,65) i K (r = 0,59) površinskog i mineralnog sloja tla (Vanmechelen et. al., 1997) slične su kao dobivene u ovom radu, a iznose za Ca (r = 0,85), Mg (r = 0,88) i K (r = 0,82). U dubljim mineralnim horizontima (B2 i C) koncentracije na pojedinim profilima na karbonatnoj podlozi bile su i do 156 g kg−1.
Izrađena karta prostorne raspodjele pH vrijednosti Medvednice za površinski sloj tla do 5 cm dubine, kao i statistički značajna korelacija s Ca za sve litološke podloge, te s Mg za LIT1 i LIT5, odnosno s K za LIT2 i LIT4 upućuje na vrlo visok utjecaj matičnog supstrata, dok je utjecaj organske tvari gotovo zanemariv.
Rezultati ovih istraživanja moći će se iskoristiti i za bolje razumijevanje sinekoloških, poglavito edafskih čimbenika koji utječu na raspodjelu šumskih biljnih zajednica na Medvednici. Pritom treba uvažavati i ostale abiotske i biotske čimbenike i njihovu interakciju. Postojeća fitocenološka karta Medvednice iz 1979. godine i karta staništa PP Medvednica izrađena u M 1:25000 (2007) nisu prikladne za ovu raspravu, jer u njima nedostaju neke biljne zajednice, a najveći je problem što šumske zajednice bukve, kitnjaka i kestena nisu u potpunosti sinsistematski definirane, te nije određeno njihovo rasprostiranje. S obzirom da je područje rasprostranjenosti bukovo-jelovih sastojina (Festuco drymeiae-Abietetum) na Medvednici jasno definirano (Dobrović et al, 2006, Vukelić & Baričević, 2007, Pernar et. al, 2009) za nju su opisani dobiveni rezultati.
Ova se zajednica pojavljuje na različitim tipovima tala, što upućuje da nije edafski uvjetovana. Najzastupljniji tipovi tala su distrični i eutrični kambisol, na strmim nagibima ranker, a u pridancima padina i jarcima luvisol, odnosno koluvij. Litološku podlogu čine para- i ortometamorfiti (LIT1 i LIT2), bazične magmatske stijene (dijabazi i spiliti – LIT3), te mezozojski klastični sedimenti (LIT4). Tlo (najčešće eutrični kambisol) povrh bazičnih magmatskih stijena izdvaja se po većem udjelu Ca, Mg, K i Na, a time i višom pH vrijednošću. Bilo bi zanimljivo provjeriti kako se to manifestira na vrste u sloju prizemnog rašća.
Osim toga ova bi se istraživanja mogla povezati s istraživanjima vaskularne flore Medvednice (Nikolić et al., 2003) kako bi se definirali fitoindikatori pH vrijednosti, povećanog udjela Ca, Mg i sl. U svom radu Dobrović et al. (2006) ističu na Medvednici vrste Luzulu luzuloides, koja se unutar bukovo-jelovih sastojina pojavljivala samo na plohama s pH vrijednošću nižom od 5,1, te Calamagrostis arundinacea na tlima s pH vrijednošću nižom od 4,66.
Zaključci
Conclusions
Dobivene koncentracije Ca i Mg u površinskom sloju tla PP Medvednica u skladu su s vrijednostima koje su za središnju Hrvatsku prilikom izrade Geokemijskog atlasa RH dobili Halamić i Miko (2009). Odstupanja u vrijednostima za K mogu se pojasniti niskom učinkovitošću ekstrakcije zlatotopkom u odnosu na smjesu četiri kiseline (HCl-HF-HNO3-HClO4), ali i činjenicom da su prilikom izrade geokemijskog atlasa uzorkovane i poljoprivredne površine koje se gnojidbom obogaćuju kalijem. Odstupanja u vrijednostima za Na mogu se pojasniti izrazito niskom učinkovitošću ekstrakcije zlatotopkom u odnosu na smjesu četiri kiseline (HCl-HF-HNO3-HClO4). Podaci za sve dobivene elemente u skladu su s rezultatima dobivenim istraživanjem stanja šumskih tala Europe (Vanmechelen et al., 1997).
Reljef (nadmorska visina, inklinacija, ekspozicija, zakrivljenost) ne utječe na prostornu raspodjelu Ca, Mg i Na u površinskom sloju tla do 5 cm dubine. Iako postoji statistički značajna veza između nadmorske visine i koncentracije Mg (r=0,31, p=0,01), odnosno nagiba i koncentracije Mg (r=0,19, p = 0,01), ova veza zapravo je uvjetovana litološkom podlogom, jer najveću koncentraciju Mg imaju upravo ortometamorfiti koji su u vršnoj zoni Medvednice.
Bukovo-jelove sastojine razvijene na tlima povrh bazičnih magmatskih stijena izdvajaju se po većem udjelu Ca, Mg, K i Na, a time i višom pH vrijednošću, pa se u njima može očekivati veći broj neutrofilnih vrsta.
Prostorna raspodjela pH vrijednosti površinskog sloja tla do 5 cm dubine na Medvednici uvjetovana je matičnim supstratom. Na svim litološkim podlogama utvrđena je statistički značajna pozitivna korelacija između pH vrijednosti i Ca.
Jednadžbe regresijskog pravca su: Ca=e1,1152 · pHH2O-5,0965 (R2 = 0,66) i Ca = e1,0697 · pHCaCl2–4,3456 (R2 = 0,69). S obzirom da je pH vrijednost lako mjerljiva, navedim jednadžbama može se procjeniti koncentracija Ca (ekstrakt zlatotopkom).
Literatura
References
Bakšić, D., 2002: Adsorpcijski kompleks tla na nekarbonatnim supstratima u jelovim i bukovo-jelovim sastojinama Hrvatske, magistarski rad, Šumarski fakultet Sveučilišta u Zagrebu, pp. 133
Blume H.-P., G. W. Brümmer, R. Horn, E. Kandeler, I. Kögel-Knabner, R. Kretzchmar, K. Stahr, B.-M. Wilke, 2010: Scheffer / Schachtschabel, Lehrbuch der Bodenkunde, 16. Aufl. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg
Dobrović, I., T. Safner, S. D. Jelaska, T. Nikolić, 2006: Ecological and phytosociological characteristics of the association Abieti-Fagetum „pannonicum“ Rauš 1969 prov. on Mt. Medvednica (NW Croatia), Acta Bot. Croat. 65 (1), pp. 41–55

ŠUMARSKI LIST 1-2/2015 str. 21     <-- 21 -->        PDF

Doner, H. E., W. C. Lynn, 1989: Carbonate, Halide, Sulfate and Sulfide Minerals, Chapter 6, In: Minerals in soil environments, Second Edition (Co-Ed: J. B. Dixon & S. B. Weed), Soil Science Society of America Madison, Wisconsin, USA, pp. 279–330
Halamić, J., S. Miko, 2009: Geokemijski atlas Hrvatske, Hrvatski geološki institut Zagreb, pp. 87
Halamić, J., Z. Peh, D. Bukovec, S. Miko, L. Galović, 2001: A Factor Model of the Relationship between Stream Sediment Geochemistry and Adjacent Drainage Basin Lithology, Medvednica Mt., Croatia, Geologia Croatica, 54/1, Croatian Geological Survey Zagreb, pp. 37–51
Helmke, P. A., 2000: The Chemical Composition of Soils, In: Handbook of Soil Science (Ed. M. E. Sumner), CRC Press, pp. B1-B24
HRN ISO 10390, 2005: Kakvoća tla – Određivanje pH-vrijednost (u skladu s ISO 10390: 2005). HRN ISO 13878:2004. Hrvatski zavod za normizaciju, Zagreb.
HRN ISO 10694, 2004: Kakvoća tla – Određivanje organskoga i ukupnog ugljika suhim spaljivanjem (elementarna analiza) (u skladu s ISO 10694:1995). Hrvatski zavod za normizaciju, Zagreb.
HRN ISO 11277, 2011: Kvaliteta tla – Određivanje raspodjele veličine čestica (mehaničkog sastava) u mineralnom dijelu tla – Metoda prosijavanja i sedimentacije (u skladu s ISO 11277:2009). Hrvatski zavod za normizaciju, Zagreb.
HRN ISO 13878, 2004: Kakvoća tla – Određivanje sadržaja ukupnog dušika suhim spaljivanjem („elementarna analiza“) (u skladu s ISO 13878:1998). Hrvatski zavod za normizaciju, Zagreb.
HRN ISO 11466, 2004: Kakvoća tla – Ekstrakcija elemenata topljivih u zlatotopci (u skladu s ISO 11466:1995). Hrvatski zavod za normizaciju, Zagreb.
Huang, P. M., 1989: Feldspars, Olivines, Pyroxenes and Amphiboles, Chapter 20, In: Minerals in soil environments, Second Edition (Co-Ed: J. B. Dixon & S. B. Weed), Soil Science Society of America Madison, Wisconsin, USA, pp. 975–1050
Murray, R. S., C. D. Grant, 2007: The impact of Irrigation on Soil Structure, The National Program for Sustainable Irrigation (Land & Water Australia), pp.14
Mückenhausen, E., 1975: Die Bodenkunde, DLG – Verlag, Frankfurt am Main
Nikolić, T., M. Plazibat, V. Hršak, S. V. Jelaska, 2003: Vaskularna flora Parka prirode Medvednica, CROFlora Database 2.2 (http://hirc.botanic.hr/croflora/tax_default.asp), Zagreb
Pamić, J., J. Injuk, 1986: Petrološko-geokemijske karakteristike ortogrinšista Zagrebačke gore u Hrvatskoj, Geologija 28, 29, Ljubljana, pp. 239–254
Pernar, N., J. Vukelić, D. Bakšić, D. Baričević, I. Perković, S. Miko, B. Vrbek, 2009: Soil properties in beech-fir forests on Mt. Medvednica (NW Croatia), Periodicum Biologorum, vol. 111., No 4, pp. 427–434
Pernar, N., D. Bakšić, I. Perković, 2013: Terenska i laboratorijska istraživanja tla, priručnik za uzorkovanje i analizu, Udžbenici Sveučilišta u Zagrebu, Šumarski fakultet Sveučilišta u Zagrebu, pp 150–159
Pratt, P. F., 1965: Potassium, Sodium. In: Methods of Soil Analysis, Part 2 (Ed. C. A. Black), Amer. Soc. Agron., Madison, Agronomy 9, pp. 1022–1034
Reimann, C., P. Filzmoser, R. G. Garrett, 2005: Beckground and threshold: critical comparison of methods of determination, Science of the Total Environment 346, Elsevier, pp. 1–15
Sokal RR, Rohlf FJ.( 1995) Biometry. Freeman and Company. New York.
Šikić, K., 1995: Geološki vodič Medvednice, Institut za geološka istraživanja, Zagreb, INA-Industrija nafte d.d. Naftaplin Zagreb, pp. 199
Tišljar, J., 1999: Petrologija s osnovama minerologije, Udžbenici Sveučilišta u Zagrebu, Rudarsko-geološko naftni fakultet, pp. 212
Vranković, A., 1973: Tla na kalcitnim i nekim silikatnim metamorfitima metamorfnog faciesa zelenog škriljca u Zagrebačkoj gori i Papuku, magistarski rad, Šumarski Fakultet Sveučilišta u Zagrebu, pp. 64
Vrbek, B., 2009: Istraživanje tipova tala područja J. U. „Park prirode Medvednica“ s izradbom karte tala mjerila 1:25000, elaborate, Hrvatski šumarski institut, pp. 58
 Vukadinović, V., Z. Lončarić, 1998: Ishrana bilja, Poljoprivredni fakultet Osijek, pp. 292
Vukelić, J., D. Baričević, 2007: Nomenklaturno-sintaksonomsko određenje Panonskih bukovo-jelovih šuma (Abieti-Fagetum Pannonicum“) u Hrvatskoj, Nomenclatural-Syntaxonomic determination of Pannonian beech-fir forests (Abieti-Fagetum Pannonicum“) in Croatia, Šumarski list br. 9–10, CXXXI, pp. 407–429.
Summary
Alkali earth metals and alkali metals Ca, Mg, K and Na are a constituent part of the lithosphere rocks and belong among the 8 most abudant elements in the Earth´s crust. They are the results of the weathering of rocks on the surface of the Earth´s crust in the process of pedogenesis. From the aspect of plant nutrition, these elements belong to plant nutrients: K, Ca and Mg belong to macro-elements or essential elements, while Na belongs to beneficial elements.
The goal of this research is to establish how the lithological bedrock, or parent material in the area of Medvednica Nature Park affects the Ca, Mg, K and Na content in the soil, and whether their spatial distribution is conditioned by the relief as well as by the lithological bedrock.
A total of 181 composite samples were taken in the Medvednica NP forests. Topsoil samples to a 5 cm depth were taken in a regular 1 x 1 km grid. Twenty-eight pedological profiles were opened and evenly distributed to encompass all lithological units. Soil pH values (HRN ISO 10390:2005) were measured in topsoil samples and so was the content of the elements Ca, Mg, K, and Na after extraction with aqua regia (HRN ISO 11466:2004). Determination of particle size distribution in mineral soil material (HRN ISO 11277:2004),

ŠUMARSKI LIST 1-2/2015 str. 22     <-- 22 -->        PDF

determination of soil pH ( HRN ISO 10390:2005), determination of organic carbon and total nitrogen after dry combustion (HRN ISO 10694:2004; HRN ISO 13878:2004), mineral content of the soil (XRD) by X-ray diffraction method and content of the elements Ca, Mg, K and Na after extraction with aqua regia (HRN ISO 11466:2004) were determined in the samples taken from genetic horizons in the pedological profiles.
For statistical purposes, the lithological bedrock was divided into seven characteristic lithological units, which were used by geologists Halamić et al. (2001) in their study of stream sediments on Medvednica. Lithological unit LIT1 is made up of parametamorphic rocks, Lithological unit LIT2 is composed of orthometamorphic rocks, Lithological unit LIT3 consists of igneous rocks, Lithological unit LIT4 is formed of Mesozoic clastic rocks, Lithological unit LIT5 is comprised of Tertiary clastic rocks, Lithological unit LIT6 consists of Mesozoic carbonate rocks and Lithological unit LIT7 is made up of Tertiary carbonate rocks.
Statistical analysis was performed in Statistica 7 software package. Descriptive statistics was made for all the analyzed variables: number of samples, minimum, lower quartile, median, upper quartile, maximum, mean, standard deviation, coefficient of variation, standard error of mean and skewness. In order to eliminate the effect of outliers and extreme values, the median was taken as the mean value. Mutual differences between the analyzed values per lithological bedrock were tested using the Kruskal-Wallis non-parametric test. Type 1 (a) error of 5% was considered statistically significant.
The highest pH value was recorded for the topsoil layer in LIT6 and LIT7. LIT6 has statistically significantly higher pH value than LIT1, LIT2, LIT3, LIT4 and LIT5, while LIT7 has statistically significantly higher pH value than LIT2, LIT4 and LIT5. Statistically significant positive correlation between pH values and Ca concentrations were found in all lithological units. Statistically significant positive correlation between pH values and Mg was also established for LIT1 and LIT5, and between pH values and K for LIT2 and LIT4. In terms of Mg concentration, two groups were clearly identified: one consisting of LIT4, LIT5 and LIT7 with lower concentration, and the other comprising LIT2, LIT3 and LIT6 with higher concentration, while LIT1 is between the two groups.
The following soil types were determined in the opened pedological profiles: dystric cambisol, eutric cambisol, calcocambisol, pseudogley on slope, colluvium and luvisol (50% – 18% – 14% – 11% – 4% – 4%). In general, the humus-accumulative horizon on Mt Medvednica is shallow – the median is 3.3 cm, and the mean is 3.9 cm. The next horizon, which is usually cambic, is 31 cm and 33 dm thick. The range of organic C content in the humus accumulative horizon ranges from medium humic to very humic soil. The soil is rich to very rich in total nitrogen, and the C/N ratio is favourable. The soil texture is most frequently silty loam, while on the carbonate bedrock it is of somewhat heavier – silty clay loam. The content of individual minerals, and of Ca, Mg, K and Na in the humus-accumulative and mineral horizon is more or less equal, while the correlation between the horizons is statistically significant (p<0,01). For quartz it is r = 0.81, muscovite/illite r = 0,68, chlorite r = 0,76, feldspate r = 0,69, Ca r = 0,85, Mg r = 0,88, K r = 0,82 and Na r = 0,52. The highest pH values and Ca, Mg, K and Na concentrations in beech-fir forests were recorded in the surface soil layer at a depth of 5 cm in LIT3. A statistically significant difference in Ca concentration was found between LIT3 and LIT2 and in Na concentration between LIT3 and LIT1.
The obtained Ca and Mg concentrations in the topsoil of Medvednica Nature Park are in accordance with the values recorded in Central Croatia by Halamić and Milko during their work on the Geochemical Atlas of the Republic of Croatia (2009). The data for all the obtained elements concord with the results obtained from a study of the condition of forest soils in Europe (Vanmechelen et al., 1997). The relief (elevation, inclination, exposition, curvature) do not affect the spatial distribution of Ca, Mg and Na in the topsoil to a depth of 5 cm. Although there is a statistically significant correlation between elevation and Mg concentration, and slope and Mg concentration, this correlation is actually conditioned by the lithological bedrock. Beech-fir stands developed on the soils above basic igneous rocks are characterized by a higher Ca, Mg, K and Na content, and consequently higher pH values. As a result, a higher number of neutrophilic species can be expected in these forests.
Key words: alkali earth and alkali metals, Medvednica Mount, forest soil