ljubljansko barje kot modelni talni ekosistem

LJUBLJANSKO BARJE KOT MODELNI TALNI EKOSISTEM

HIDROLOŠKE IN TALNE KARAKTERISTIKE LJ. BARJA

Zemljevid Ljubljanskega barja (160 km2) z označenimi ostanki visokega barja, zapornicami na Ljubljanici in Gruberjevem prekopu in poskusnim poljem v Tomišlju. (po Martinčiču 1985)

Pedološka karta Ljubljanskega barja (Stepančič, Briški, Štefula, 1961)

24 talnih tipov; 3 talni tipi z ohranjeno šoto – 1. Visoko barje, 2. Nizko barje

2a – organska tla na šoti - HC, 2b organsko mineralna tla na šoti - LC

HIDROGEOLOŠKI PROFIL LJ. BARJA V SMERI JUG-SEVER

črpališče

Zg. pleistocenski vodonosnik

Sp. pleistocenski vodonosnik

Arteški izvir - oknoHolocenski vodonosnik

N

Plečnikove zapornice na Ljubljanici, ki določajo nivo podtalnice na Ljubljanskem barju.

Vsi glavni odvodni jarki na Ljubljanskem barju se stekajo v Ljubljanico

2 skupini jarkov:

1. Jarki za odvajanje meteorne vode – hudourniške struge,

- velika sezonska nihanja v nivoju/pretoku vode

2. Jarki za odvajanje arteške vode – umetno vzdrževani

- neznatna sezonska nihanja v nivoju/pretoku vode

Hudourniška struga IŠKA –ob običajnem in ekstremnih vodostajih

Reka IŠČICA – ob ekstremnih vodostajih

Arteški izvir

– strahomersko okno

Jarek za odvajanje

arteške vode – v sušnem obdobju ko hudourniške struge presahnejo

Jarek za odvajanje meteorne vode – šalček 1

- ob ekstremnih vodostajih – poleti/pozimi

Sezonsko nihanje vodne gladine v arteškem izviru (strahomersko okno) in v odvodnem jarku za odvod meteorne vode (Šalček 1)

Strahomersko okno

01020

30405060

708090

vodo

staj

-cm

nad

287

m.n

.m.

jan feb mar apr maj jun jul avg sep okt nov dec jan feb mar apr maj jun jul avg sep okt nov dec jan feb mar apr maj jun jul

2002 2003 2004

Šalček 1

0102030405060708090

100110120

vodo

staj

-cm

nad

287

m.n

.m.

jan feb mar apr maj jun jul avg sep okt nov dec jan feb mar apr maj jun jul avg sep okt nov dec jan feb mar apr maj jun jul

2002 2003 2004

Kmetijska izraba Lj. barjaPeterlin S.1970, Martinčič A. 1985, 2003,. Natek M. 1985, Geister I. 1995.

1782 – Gruberjev prekop

1825 – mreža osuševalnih jarkov -Društvo za obdelavanje Lj. barja,

Rezanje šote za kurjavo

1912 – zapornica na G. prekopu

1953 – zapornica na Ljubljanici

1995 - “stalna” kota – 285,6 m.n.m. –površina Lj.barja – 287,6-291,1 m.n.m.

1998 – Sporazum o sodelovanju pri razglasitvi krajinskega parka Lj. barje –Poskusi ohranjanja/renaturacije

Osuševanje – 200 let

Zdravstveni razlogi – malarija, metljavost

Kmetijska izraba – po rodovitnosti šotna tla daleč presegajo običajna kmetijska tla

Ohranjanje – zadnjih 20 let

Razlogi: Okoljske funkcije in naravne vrednote

Barje v funkciji zadrževalnika odvečne meteorne vode – spomladi, jjeseni - in zaloge talne vode ob poletni suši.

Renaturacija I

gojeni – močvirski travnik

Hitra (v enem letu) sprememba vegetacije zaradi umetno narejenega arteškega izvira

Renaturacija II

njiva – travnik

– naravno zatravljenje v 2 letih,

ob redni košnji – 2x letno

Eksperimentalni pristopi za določanje optimalne globine podtalnice za različne rastline na polju

- drenažni jarki

- nasute parcelice

- betonske pregradne stene

-Lizimetri

Eksperimentalni pristopi za določanje optimalne globine podtalnice za ohranjanje šote

- Zapora drenažnih jarkov

Poskusno polje (Tomišelj)s pregrado in mrežo piezometrov (P3-P10)

HC-LW

LC-HW

HC-HW

LC-LW

LC-HW LC-LW

S SK

K

P9

P8

P7

P4

P5

P6

P10 P3

Pregrada ob običajnem, minimalnem in maksimalnem vodostaju v jarku

nivo podtalnice (povpr.,min,max) v piezometrih vzdolž potoka

-200-180-160-140-120-100-80-60-40-20

0

razdalja med piezometri - 25 m

nivo

pod

taln

ice

-cm

p9 p4 p3p10

nivo podtalnice (povpr.,min,max) v piezometrih prečno na potok

-180-160-140-120-100

-80-60-40-20

0

razdalja o d po to ka - m

niv

o p

od

taln

ice

- cm

5 30 55

P9 P8 P7

Sezonsko nihanje nivoja podtalnice v piezometrih

-200

-180

-160

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

datum - April 1999 - Avg us t 2003

nivo

pod

taln

ice-

cm

p

adav

ine-

mm

vs ota padavin P7 P9 P4 P6

A M J J A S O N D J F M A M J J A S O N D J F M A M J J A S O N D J F M A M J J A S O N D J F M A M J J A

2000 2001 2002 2003

letni pridelek mrve in nivo podtalnice na organskih in organsko-mineralnih tleh

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

podt

alni

ca -

cm

p

ridel

ek -

dt/h

a

2k-0 3k-NPK po dtalnic a

1999 2000 2001 2002 o rg o rg -m in o rg o rg -m in o rg o rg -m in o rg o rg -m in

pride lek koruze (dt/ha) in nivo podtalnice (cm)

-150

-100

-50

0

50

100

150

podt

alni

ca p

ride

lek

z rnje s lama podtalnica

1999 2000 2001 2002

pride lek s o je (dt/ha) in nivo po dtalnice (cm)

-150

-100

-50

0

50

100

150

pod

taln

ica

pr

idel

ek

z rnje s lama po dtalnica

1999 - c v . BS-31 2001 - c v . s abina

Letno nihanje nivoja podtalnice v piezometrih na poskusnem polju in v odvodnem jarku Šalček 1 pod pregrado

-300-250

-200-150

-100-50

050

100150

200250

27. 8. 0

33. 9

. 03

10. 9. 0

317. 9

. 03

24. 9. 0

31. 1

0. 03

8. 10. 0

315. 1

0. 03

22. 10. 0

329. 1

0. 03

5. 11. 0

312. 1

1. 03

19. 11. 0

326. 1

1. 03

3. 12. 0

310. 1

2. 03

17. 12. 0

324. 1

2. 03

31. 12. 0

37. 1

. 04

14. 1. 0

421. 1

. 04

28. 1. 0

44. 2

. 04

11. 2. 0

418. 2

. 04

25. 2. 0

43. 3

. 04

10. 3. 0

417. 3

. 04

24. 3. 0

431. 3

. 04

7. 4. 0

414. 4

. 04

21. 4. 0

428. 4

. 04

5. 5. 0

412. 5

. 04

19. 5. 0

426. 5

. 04

2. 6. 0

49. 6

. 04

16. 6. 0

4

datum

nivo

vod

e - c

m

pada

vine

- m

m

vs o ta padavin P6 š alček 1 P7 P9 P4

nizko barje

Kozlerjeva gošča – največji (20 ha) gozdnati ostanek visokega barja

Letno nihanje nivoja podtalnice v piezometrih na visokem barju (Kozler, Bevke) in v odvodnem jarku Farjevec 1

Šotna barja so največji zadrževalniki vode – in najboljša obramba pred poplavami in erozijo

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

250

27. 8. 0

33. 9

. 03

10. 9. 0

317. 9

. 03

24. 9. 0

31. 1

0. 03

8. 10. 0

315. 1

0. 03

22. 10. 0

329. 1

0. 03

5. 11. 0

3

12. 11. 0

319. 1

1. 03

26. 11. 0

33. 1

2. 03

10. 12. 0

317. 1

2. 03

24. 12. 0

3

31. 12. 0

37. 1

. 04

14. 1. 0

421. 1

. 04

28. 1. 0

44. 2

. 04

11. 2. 0

418. 2

. 04

25. 2. 0

43. 3

. 04

10. 3. 0

417. 3

. 04

24. 3. 0

431. 3

. 04

7. 4. 0

414. 4

. 04

21. 4. 0

428. 4

. 04

5. 5. 0

412. 5

. 04

19. 5. 0

426. 5

. 04

2. 6. 0

49. 6

. 04

16. 6. 0

4

datum

nivo

vod

e - c

m

pada

vine

- m

m

vs o ta padavin P Bevke (P2 Ko z ler) farjevec 1 P1 Ko z ler

vis oko barje

Kapaciteta različnih šotnih tal za zadrževanje vode – WHC (water holding capacity) glede na delež organske snovi.

------------------------------------------------------------------------------------------------------- Lokacija vrsta tal globina organska snov kapaciteta za vodo cm % g vode/g tal ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Podkraj organska - HC 0-30 28.5 1.10

šota nizkega barja 30-60 38.0 2.70 gyttja/šota nizkega barja 60-90 27.5 2.00

Podkraj

organsko mineralna - LC 0-30 17.5 0.70 30-60 15.5 0.76

gyttja/šota nizkega barja 60-90 16.5 2.00 Kozlerjeva gošča šota visokega barja 0-30 76.0 8.70 Bevke šota visokega barja 0-30 79.0 5.17 -------------------------------------------------------------------------------------------------------

de s o rptio n curve s - ras tlinam in m ikro bo m lahko do s to pna vo da m e d 0.3 in 100 kPa

y = 2E+20x-10.221

R2 = 0.9971y = 3E+23x-10.985

R2 = 0.9995

0

100

200

300

400

500

600

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

g ravim e tric w ate r co nte nt - % (g w ate r/g s o il x100)

tens

ion

- kPa

HC LC pes ek glina

HC-100%WHCLC-100%WHC HC-80%WHCLC-80%WHC

HC-50%WHCLC-50%WHC

pes ek glina

100%WHC 100%WHC

50%WHC 50%WHC

LC HC kozler. - 100% WHC > 800 % gravimetric w ater content

Zveza med vodnim potencialom (kPa), gravimetrično vsebnostjo vode (g/g) in WHC (gravimetrični % kapacitete za zadrževanje vode) v peščenih, glinastih in šotnih tleh – HC, LC = nizko barje; Kozler = visoko barje

Primerjaj gostoto tal (b.d.) , volumetrično (g/cm3) in gravimetrično (g/g) vsebnost vode pri 100% WHC v spodnji tabeli!

b.d. % WHC 30 50 80 100 100g/cm3 g/cm3 g/cm3 g/cm3 g/cm3 g/g

HC 0.61 0.20 0.34 0.54 0.67 1.10-30LC 0.72 0.15 0.25 0.40 0.50 0.70-30kozler 0.2 0.52 0.87 1.39 1.74 8.70-30bevke 0.2 0.31 0.52 0.83 1.04 5.20-30

vo lumetrična vs ebnos t vode (g /cm3) v raz ličnih š o tnih tleh pri 30,50,80 in 100 % WHC

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

volu

met

ric

wat

er c

onte

nt -

g/cm

3

30 % WHC 50 % WHC 80 % WHC 100 % WHC

HCLC

koz ler bevke

FEN BOG

Bazalna respiracija v odvisnosti od % WHC vzorec HC-LW 0-30cm - fen (nizko barje)

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% 140%

%WHC - g/g

% C

O2

2h

4h

Bazalna respiracija v odvisnosti od %WHC vzorec Kozlerjeva gošča 0-30 cm - bog (visoko barje)

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%%WHC - g/g

% C

O2

0h2h4h

Bazalna respiracija v odvisnosti od volum. vseb. vode vzorec Kozlerjeva gošča 0-30 cm - bog (visoko barje)

0.000.050.100.150.200.250.300.350.40

0.52 0.70 0.87 1.04 1.22 1.39 1.57

g vode/cm3 tal

% C

O2

2h4h

70 % WHC

Bazalna respiracija v odvisnosti od volum. vseb. vodevzorec HC-LW 0-30cm - fen (nizko barje)

0.000.050.100.150.200.250.300.350.40

0.17 0.24 0.33 0.44 0.55 0.66 0.96

g vode/cm3 tal

% C

O2

2h

4h75 % WHC

Mikrobna aktivnost (evolucija CO2) glede na gravimetrično (g/g) in volumetrično (g/cm3) vsebnost vode v nizkem in visokem barju

SIR 0-30 cm

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

maj2003 avgust2003 marec2004

ul C

O2/

g ta

l/h

HC-HW

HC-LW

LC-HW

LC-LW

KG

-180-160-140-120-100

-80-60-40-20

0

maj.03 avg.03 mar.04

nivo

pod

taln

ice

- cm

HC-HW

HC-LW

LC-HW

LC-LW

Mikrobna aktivnost (SIR) v odvisnosti od nivoja podtalnice v času vzorčenja tal

Mikrobna aktivnost (dehidrogenazna) v odvisnosti od nivoja podtalnice v času vzorčenja tal

Mera za mikrobno oksidacijo organskih substratov v anaerobnih razmerah

TTC (triphenyl tetrazollium chloride) –sprejemnik elektronov >>>

se reducira v TPF (triphenyl formazan) -kolorimetrija

-180-160-140-120-100

-80-60-40-20

0

maj.03 avg.03 mar.04

nivo

pod

taln

ice

- cm

HC-HW

HC-LW

LC-HW

LC-LW

dehidrogenazna aktivnost - 0-30 cm

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

maj2003 avgust2003 marec2004

10-5

gTT

F/g

tal/2

4h

HC-HW

HC-LW

LC-HW

LC-LW

Mikrobna aktivnost (bazalna respiracija) v odvisnosti od nivoja podtalnice v času vzorčenja tal

-180-160-140-120-100

-80-60-40-20

0

maj.03 avg.03 mar.04

nivo

pod

taln

ice

- cm

HC-HW

HC-LW

LC-HW

LC-LW

bazalna respiracija - 0-30 cm

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

maj2003 avgust2003 marec2004

ul C

O2/

g ta

l/h

HC-HW

HC-LW

LC-HWLC-LW

KG

Bazalna respiracija ne kaže značilnega odziva na spremembe vodnega režima

– interna splošna lastnost tal

Odvisna od ??? števila dejavnikov

Vpliv konstantnega vodnega režima na mikrobno aktivnost pri konstantni temperaturi – 28 o C

SIR v odvisnosti od casa inkubacije pri razlicnih % WHC

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

1dan 4t 8t 18t

ul C

O2/

g ta

l 105

°C/h

HC 30%

HC 60%

HC 90%

KG 40%

KG 90%

Vpliv konstantnega vodnega režima na mikrobno aktivnost pri konstantni temperaturi – 28 o C

SIR v odvisnosti od casa inkubacije pri razlicnih % WHC

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

1dan 4t 8t 18t

ul C

O2/

g ta

l 105

°C/h

HC 30%

HC 60%

HC 90%

Vpliv konstantnega vodnega režima na mikrobno aktivnost pri konstantni temperaturi – 28 o C

Dehidrogenazna aktivnost v odvisnosti od casa inkubacije pri razlicnih % WHC

-50,00

50,00

150,00

250,00

350,00

450,00

1d 4t 8t 18t

10*-2

mg

TPF/

g ta

l 10

5°C/

24h

5 30% WHC5 60% WHC5 90% WHCKG 40% WHCKG 90% WHC

Dehidrogenazna aktivnost v odvisnosti od casa inkubacije pri razlicnih % WHC

0.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.00

1d 4t 8t 18t

10*-

2 m

g TP

F/g

tal

105°

C/24

h

HC 30%

HC 60%