The content and stock of organic carbon in the soils of grasslands in Poland and the possibility of increasing its sequestration

• Autorzy: Pietrzak Stefan , Hołaj-Krzak Jakub T.

Identyfikatory

DOI

10.24425/jwld.2022.141556

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the study was to recognise the accumulation of organic carbon (SOC) in the soils of Polish grasslands (GL) and to consider the possibility of increasing its sequestration in these soils. The Tiurin method (mineral soils) and the mass loss method (soil of organic origin) were used. It was found that: (i) the average SOC content of mineral soils is 2.44% and of organic soils - 10.42%; (ii) according to the Polish criteria, approximately 84% of GL mineral soils are classified as classes with high and very high SOC content, and over 15% and 1% - in classes with medium and low SOC content, respectively; more than 99% of organic soils belong to two classes with the highest SOC content and less than 1% to the class with an average content; (iii) according to the European Soil Bureau, the share of GL mineral soils with a high SOC content is slightly over 4%, medium - slightly over 47%, and low and very low - around 50%; for organic soils they are 67, 29, and 4%, respectively; (iv) the reserves of organic carbon in the 0-30 cm layer on the entire surface of GL soils amount to 412.7 Tg of SOC. There is considerable scope for increasing the SOC stock in meadow-pasture soils.

Słowa kluczowe

EN

grassland; management practice; organic carbon content; organic carbon stock; organic carbon sequestration; soil

• Wydawca: Wydawnictwo ITP
• Czasopismo: Journal of Water and Land Development
• Rocznik: 2022
• Tom: no. 54
• Strony: 68--76
• Opis fizyczny: Bibliogr. 62 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Pietrzak Stefan

• Institute of Technology and Life Sciences - National Research Institute, Falenty, 3 Hrabska Avenue, 05-090 Raszyn, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-2838-7038

autor

Hołaj-Krzak Jakub T.

• Institute of Technology and Life Sciences - National Research Institute, Falenty, 3 Hrabska Avenue, 05-090 Raszyn, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-1288-4443

Bibliografia

• BAGIŃSKI L., BALCEROWICZ M., BARYŁA A., BUS A., HERBICH P., KACA E., ..., ŻELAZO J. 2020. Analiza kształtowania i wykorzystania zasobów wodnych dla celów rolnictwa i obszarów wiejskich [Analysis of the formation and use of water resources for agriculture and rural areas]. Warszawa. Forum Inicjatyw Rozwojowych. ISBN 978-83-955139-1-6 pp. 142.
• BARSZCZEWSKI J., JANKOWSKA-HUFLEJT H., MENDRA M. 2015. Renowacja trwałych użytków zielonych [Renovation of permanent grassland]. Falenty. Wydawnictwo ITP. Materiały Informacyjne. Nr 42. ISSN 08060-1410 pp. 20.
• BARYŁA R., KULIK M. 2011. Podsiew zdegradowanych zbiorowisk trawiastych metodą ich regeneracji przyjazną środowisku [Sowing of degraded grasslands with an environmentally friendly method of regeneration]. Zeszyty Naukowe WSA w Łomży. Z. 47 p. 7–17.
• BATJES N.H. 1999. Management options for reducing CO 2-concentrations in the atmosphere by increasing carbon sequestration in the soil. Report 410-200-031. Dutch National Research Programme on Global Air Pollution and Climate Change & Technical Paper 30. Wageningen. International Soil Reference and Information Centre pp. 126.
• Communication from the Commission to the European Parliament, the Council, the European Economic and Social Committee and the Committee of the Regions. A Farm to Fork Strategy for a fair, healthy and environmentally-friendly food system. COM(2020) 381 final [online]. [Access 15.08.2021]. Available at: https://eur-lex.europa.eu/resource.html?uri=cellar:ea0f9f73-9ab2-11ea-9d2d-01aa75ed71a1.0001.02/DOC_1&format=PDF
• CONANT R.T. 2010. Challenges and opportunities for carbon sequestration in grassland systems. A technical report on grassland management and climate mitigation. Ed. R.T. Conant. Integrated Crop Management 9-2010. Rome. FAO. ISBN 978-92-5-106494-8 pp. 67.
• CONANT R., PAUSTIAN K., ELLIOTT E. 2001. Grassland management and conversion into grassland: Effects on soil carbon. Ecological Applications. Vol. 11(2) p. 343–355. DOI 10.2307/3060893.
• CONANT R.T., CERRI C.E.P., OSBORNE B.B., PAUSTIAN K. 2017. Grassland management impacts on soil carbon stocks: a new synthesis. Ecological Applications. Vol. 27(2) p. 662–668. DOI 10.1002/eap.1473.
• CRÈME A., RUMPEL C., MALONE S.L., SABY N.P.A., VAUDOUR E., DECAU M. L., CHABBI A. 2012. Monitoring grassland management effects on soil organic carbon – A matter of scale. Agronomy. Vol. 10(12), 2016. DOI 10.3390/agronomy10122016.
• CZAPLAK I., DEMBEK W. 2000. Torfowiska Polski jako źródło emisji dwutlenku węgla [Polish peatlands as a source of carbon dioxide emissions]. Zeszyty Edukacyjne. Rolnictwo Polskie i Ochrona Jakości Wody. Z. 6 p. 61–71.
• DIGNAC M.F., DERRIEN D., BARRÉ P., BAROT S., CÉCILLON L., CHENU C., ..., BASILE-DOELSCH I. 2017. Increasing soil carbon storage: mechanisms, effects of agricultural practices and proxies. A review. Agronomy for Sustainable Development. Vol. 37, 14. DOI 10.1007/s13593-017-0421-2.
• DING F., HUANG Y., SUN W., JIANG G., CHEN Y. 2014. Decomposition of organic carbon in fine soil particles is likely more sensitive to warming than in coarse particles: An incubation study with temperate grassland and forest soils in Northern China. PLOS One. Vol. 9(4), e95348. DOI 10.1371/journal.pone.0095348.
• EPPLE C., GARCÍA RANGEL S., JENKINS M., GUTH M. 2016. Managing ecosystems in the context of climate change mitigation: A review of current knowledge and recommendations to support ecosystem-based mitigation actions that look beyond terrestrial forests. Technical Series. No. 86. Montreal. Secretariat of the Convention on Biological Diversity. ISBN 978929225646 pp. 55.
• FAJER M. 2014. Przewodnik do ćwiczeń z gleboznawstwa dla studentów I roku geografii [A guide to soil science exercises for first-year geography students]. Katowice. Wydawnictwo UŚ. ISBN 978-83-226-2260-5 pp. 134.
• FOTYMA M., KĘSIK K., PIETRUCH C. 2010. Azot mineralny w glebach jako wskaźnik potrzeb nawozowych roślin i stanu czystości wód glebowo-gruntowych [Mineral nitrogen in soils as an indicator of the fertilization needs of plants and the cleanliness of soil and groundwater]. Nawozy i Nawożenie. Nr 38 p. 5–80.
• GILMULLINA A., RUMPEL C., BLAGODATSKAYA E., CHABBI A. 2020. Management of grasslands by mowing versus grazing – Impacts on soil organic matter quality and microbial functioning. Applied Soil Ecology. Vol. 156, 103701. DOI 10.1016/j.apsoil.2020.103701.
• GODDE C.M., DE BOER I.J.M., ERMGASSEN E., HERRERO M., VAN MIDDELAAR C.E., MULLER A., ..., GARNETT T. 2020. Soil carbon sequestration in grazing systems: Managing expectations. Climatic Change. Vol. 161(3) p. 385–391. DOI 10.1007/s10584-020-02673-x.
• GUS 2009. Użytkowanie gruntów, powierzchnia zasiewów i pogłowie zwierząt gospodarskich w 2009 r. [Land use, sown area and livestock population in 2009]. Warszawa. Główny Urząd Statystyczny. ISSN 1507-9600 pp. 183.
• GUS 2017. Rocznik statystyczny rolnictwa 2017 [Statistical yearbook of agriculture 2017]. Warszawa. Główny Urząd Statystyczny. ISSN 2080-8798 pp. 495.
• GUS 2020. Użytkowanie gruntów i powierzchnia zasiewów w 2019 roku [Land use and sown area in 2019] [online]. Warszawa. Główny Urząd Statystyczny. ISSN 2353-5180. [Access 15.08.2021]. Available at: https://stat.gov.pl/obszary-tematyczne/rolnictwo-lesnictwo/rolnictwo/uzytkowanie-gruntow-i-powierzchnia-zasiewow-w-2019-roku,8,15.html
• HEWINS D.B., LYSENG M.P., SCHODERBEK D.F., ALEXANDER M., WILLMS W. D., CARLYLE C.N., CHANG S.X., BORK E.W. 2018. Grazing and climate effects on soil organic carbon concentration and particlesize association in northern grasslands. Scientific Reports. Vol. 8, 1336. DOI 10.1038/s41598-018-19785-1.
• IUNG 1983. Metody badań laboratoryjnych w stacjach chemiczno-rolniczych. Cz. IV. Badania gleb, ziem i podłoży spod warzyw i kwiatów oraz części wskaźnikowych roślin w celach diagnostycznych [Laboratory test methods in chemical and agricultural stations. Part IV. Research of soils, ground and substrates under vegetables and flowers as well as indicator parts of plants for diagnostic purposes]. Puławy. Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa pp. 87.
• JIANG Y., ZHANG D., OSTLE N., LUO C., WANG Y., DING P., CHENG Z., SHEN C., ZHANG, G. 2021. Flexible soil microbial carbon metabolizm across an Asian elevation gradient. Radiocarbon. Vol. 63(5) p. 1397–1413. DOI 10.1017/RDC.2021.57.
• JONES M.B. 2010. Potential for carbon sequestration in tempera te grassland soils. In: Grassland carbon sequestration: Management, policy and economics. Eds. M. Abberton, R. Conant, C. Batello. Proceedings of the Workshop on the role of grassland carbon sequestration in the mitigation of climate change. Integrated Crop Management 11-2010. Rome. FAO p. 1–18.
• JOŃCZYK K., JADCZYSZYN J., FILIPIAK K., STUCZYŃSKI T. 2008. Przestrzenne zróżnicowanie zawartości materii organicznej w glebach Polski w kontekście ochrony gleb i ich rolniczego wykorzystania [Spatial differentiation of organic matter content in Polish soils in the context of soil protection and their agricultural use]. Studia i Raporty IUNG – PIB. Vol. 12 p. 133–142.
• JURCZUK S. 2004. Warunki wodne ograniczające straty masy organicznej na łąkach o glebach torfowo-murszowych [Water conditions limiting the loss of organic matter in meadows with peat-muck soils]. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie. T. 4. Z. 2a(11) p. 379–394.
• JURCZUK S. 2009. Możliwości rolniczego gospodarowania na użytkach zielonych w warunkach ograniczenia degradacji gleb torfowo-murszowych [Possibilities of agricultural farming on grasslands in conditions of limiting the degradation of peat-muck soils]. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie. T. 9. Z. 3(27) p. 57–75.
• KARABCOVÁ H., POSPÍŠILOVÁ L., FIALA K., ŠKARPA P., BJELKOVÁ M. 2015. Effect of organic fertilizers on soil organic carbon and risk trace elements content in soil under permanent grassland. Soil and Water Research. Vol. 10 p. 228–235. DOI 10.17221/5/2015-SWR.
• KAYSER M., MÜLLER J., ISSELSTEIN J. 2018. Grassland renovation has important consequences for C and N cycling and losses. Food and Energy Security. Vol. 7(4), e00146. DOI 10.1002/fes3.146.
• KERR D.D., OCHSNER T.E. 2020. Soil organic carbon more strongly related to soil moisture than soil temperature in temperate grasslands. Soil Science Society of America Journal. Vol. 84 p. 587–596. DOI 10.1002/saj2.20018.
• KŁOS L. 2013. Stan i funkcjonowanie urządzeń melioracji wodnych na obszarach wiejskich [Condition and functioning of water drainage facilities in rural areas]. Ekonomia i Środowisko. Vol. 3 (46) p. 196–206.
• KUŚ J. 2015. Glebowa materia organiczna – znaczenie, zawartość i bilansowanie [Soil organic matter – importance, content and balancing]. Studia i Raporty IUNG – PIB. Vol. 45(19) p. 27–53.
• LIPIŃSKI J. 2006. Zarys rozwoju oraz produkcyjne i środowiskowe znaczenie melioracji w świetle badań [Outline of development as well as production and environmental importance of melioration in the light of research]. Acta Scientiarum Polonorum Formatio Circumiectus. Vol. 5(1) p. 3–15.
• LORENZ K., LAL R. 2018. Carbon sequestration in grassland soils. In: Carbon sequestration in agricultural ecosystems. Eds. K. Lorenz, R. Lal. Cham. Springer p. 175–209.
• LOUIS B.P., MARON P.A., VIAUD V., LETERME P., MENASSERI-A BRY S. 2016. Soil C and N models that integrate microbial diversity. Environmental Chemistry Letters. Vol. 14 p. 331–344. DOI 10.1007/s10311-016-0571-5.
• LOVELAND P., WEBB J. 2003. Is there a critical level of organic matter in the agricultural soils of temperate regions: A review. Soil & Tillage Research. Vol. 70(1) p. 1–18. DOI 10.1016/S0167-1987(02)00139-3.
• ŁĄDKIEWICZ K., WSZĘDYRÓWNY-NAST M., JAŚKIEWICZ K. 2017. Porównanie różnych metod oznaczania zawartości substancji organicznej [Comparison of different methods for determining the content of organic matter]. Przegląd Naukowy – Inżynieria i Kształtowanie Środowiska. T. 26. Z. 1 p. 99–107. DOI 10.22630/PNIKS.2017.26.1.09.
• MATSUURA S., SASAKI H., KOHYAMA K. 2012. Organic carbon stocks in grassland soils and their spatial distribution in Japan. Grassland Science. Vol. 58(2) p. 79–93. DOI 10.1111/j.1744-697X.2012.00245.x.
• MCGONIGLE T.P., TURNER W.G. 2017. Grasslands and croplands have different microbial biomass carbon levels per unit of soil organic carbon. Agriculture. Vol. 7(7), 57. DOI 10.3390/agriculture7070057.
• MESTDAGH I., SLEUTEL S., LOOTENS P., VAN CLEEMPUT O., BEHEYDT D., BOECKX P. , ..., CARLIER L. 2009. Soil organic carbon-stock chan ges in Flemish grassland soils from 1990 to 2000. Journal of Plant Nutrition and Soil Science. Vol. 172 p. 24–31. DOI 10.1002/jpln.200700132.
• MONTANARELLA L., PANAGOS P. 2015. Policy relevance of critical zone science. Land Use Policy. Vol. 49 p. 86–91. DOI 10.1016/j.landusepol.2015.07.019.
• MUSINGUZI P., TENYWA J.S., EBANYAT P., TENYWA M.M., MUBIRU D.N., BASAMBA T.A., LEIP A. 2013. Soil organic carbon thresholds and nitrogen management in tropical agroecosystems: concepts and prospects. Journal of Sustainable Development. Vol. 6(12) p. 31–43. DOI 10.5539/jsd.v6n12p31.
• NAWALANY P. 2021. Unpublished material. Personal communicaton.
• NYC K., POKŁADEK R. 2008. Aktualne problemy melioracji użytków zielonych [Current problems of grassland melioration]. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie. T. 8. Z. 2b(24) p. 97–103.
• OKRUSZKO H. 1988. Zasady podziału gleb hydrogenicznych na rodzaje oraz łączenia rodzajów w kompleksy [Principles of dividing hydrogenic soils into types and combining types into complexes]. Roczniki Gleboznawcze. T. 39. Z. 1 p. 127–152.
• O’MARA F.P. 2012. The role of grasslands in food security and cli mate change. Annals of Botany. Vol. 110(6) p. 1263–1270. DOI 10.1093/aob/mcs209.
• PAULSEN H.M. 2020. Introduction: Carbon sequestration in agricultural soils. In: Inventory of techniques for carbon sequestration in agricultural soils. Ed. H.M. Paulsen. ’s-Hertogenbosch. Interreg North Sea Region p. 3–5.
• PIAŚCIK H., GOTKIEWICZ J. 2004. Przeobrażenia odwodnionych gleb torfowych jako przyczyna ich degradacji [Transformations of drained peat soils as the cause of their degradation]. Roczniki Gleboznawcze. T. 55. Z. 2 p. 331–338.
• PIEŚCIŃSKI J., GOTKIEWICZ J. 1993. Gleby organiczne i mineralno-organiczne sandru mazursko-kurpiowskiego [Organic and mineral-organic soils of Masurian-Kurpie outwash plain]. Zeszyty Naukowe Ostrołęckiego Towarzystwa Naukowego. Z. 7 p. 254–262.
• PIETRZAK S. 2012a. Azotany w wodach gruntowych na terenach zajmowanych przez użytki zielone w Polsce [Nitrates in groundwater in areas occupied by grasslands in Poland]. Polish Journal of Agronomy. Vol. 11 p. 34–40.
• PIETRZAK S. 2012b. Odczyn i zasobność gleb łąkowych w Polsce [Reaction and abundance of meadow soils in Poland]. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie. T. 12. Z. 1(37) p. 105–117.
• PIETRZAK S. 2015. Kształtowanie się stanu ilościowego azotu mineralnego w glebach organicznych pod użytkami zielonymi w Polsce [Formation of the quantitative state of mineral nitrogen in organic soils under grasslands in Poland]. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie. T. 15. Z. 2(50) p. 87–96.
• PIETRZAK S., JUSZKOWSKA D., NAWALANY P. 2019. Zmiany odczynu i zasobności gleb użytków zielonych w Polsce między 2008 a 2016 rokiem [Changes in the reaction and fertility of soils in grasslands in Poland between 2008 and 2016]. Zagadnienia Doradztwa Rolniczego. Nr 1 p. 50–71.
• PIKUŁA D. 2015. Aspekty środowiskowe gospodarowania materią organiczną w rolnictwie [Environmental aspects of managing organic matter in agriculture]. Economic and Regional Studies. Vol. 8(2) p. 98–112.
• RUMPEL C. 2011. Carbon storage and organic matter dynamics in grassland soils. In: Grassland productivity and ekosystem services. Eds. G. Lemaire, J. Hodgson, A. Chabbi. Wallingford, Cambridge. CAB International p. 65–72.
• RUMPEL C., AMIRASLANI F., CHENU C., GARCIA CARDENAS M., KAONGA M., KOUTIKA L.S., ..., WOLLENBERG E. 2019. The 4p1000 initiative: Opportunities, limitations and challenges for implementing soil organic carbon sequestration as a sustainable development strategy. Ambio. Vol. 49. Iss. 1 p. 350–360. DOI 10.1007/s13280-019-01165-2.
• SAPEK B. 2009. Zapobieganie stratom i sekwestracja węgla organicznego w glebach łąkowych [Loss prevention and organic carbon sequestration in meadow soils]. Inżynieria Ekologiczna. Nr 21 p. 48–61.
• TESSEMA B., SOMMER R., PIIKKI K., SODERSTROM M., NAMIREMBE S., NOTENBAERT A., TAMENE L., NYAWIRA S., PAUL B. 2020. Potential for soil organic carbon sequestration in grasslands in East African countries: A review. Grassland Science. Vol. 66 p. 135–144. DOI 10.1111/grs.12267.
• TIAN F.P., ZHANG Z.N., CHANG X.F., SUN L., WEI X.H., WU G.L. 2016. Effects of biotic and abiotic factors on soil organic carbon in semi-arid grassland. Journal of Soil Science and Plant Nutrition. Vol. 16(4) p. 1087–1096. DOI 10.4067/S0718-95162016005000080.
• VARGOVÁ V., KANIANSKA R., KIZEKOVÁ M., ŠIŠKA B., KOVÁČIKOVÁ Z., MICHALEC M. 2020. Changes and interactions between grassland ecosystem soil and plant properties under long-term mineral fertilization. Agronomy. Vol. 10(3), 375. DOI 10.3390/agronomy10030375.
• WHITEHEAD D. 2020. Management of grazed landscapes to increase soil carbon stocks in temperate, dryland grasslands. Frontiers in Sustainable Food Systems. Vol. 4, 585913. DOI 10.3389/fsufs.2020.585913.
• YU P., LIU S., DING Z., ZHANG A., TANG X. 2020. Changes in storage and the stratification ratio of soil organic carbon under different vegetation types in Northeastern China. Agronomy. Vol. 10(2), 290. DOI 10.3390/agronomy10020290.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).