| Abstract | Soils are complex systems developed by soil-forming factors from mineral and organic particles, liquids, gasses, and organisms. Soils are under a great threat from degradation processes which makes soil longevity and longevity of the services they provide questionable. Today, the number of research on the subject of soil degradation is ever-growing as the soils are still being degraded by the inappropriate types of soil management. Soil degradation can be classified into four main types of degradation: water erosion, wind erosion, chemical deterioration, and physical deterioration. The main cause of soil degradation (covers more than 56 %) is soil water erosion which causes both on-site (loss of nutrient-rich topsoil, reduction of agricultural productivity, ecosystem collapse, desertification) and off-site problems (blockage and alteration of waterways, eutrophication of waters, translocations of organisms to the new habitats). Soil management was proven to affect the soil properties. Changes in soil properties and soil cover were linked with the change in the soil hydrological response, as well as to soil erosion.
This research aimed to investigate the impacts of soil management on soil properties, soil hydrological response, and erosion-degradation processes in permanent plantations of Croatia (six locations) for which well-established methods for determining soil physical and chemical properties, as well as rainfall simulations experiments, were used. The results were published in six international peer-reviewed journals from which this thesis was formed.
This research has provided new insights into soil management impacts on soil properties, soil hydrological reaction, and erosion-degradation processes in permanent plantations and their intrinsic relationships. The soil management that enhances surface cover (grass-covering and mulching) generally has positive impacts on soil properties (increased soil organic matter, soil aggregates mean weight diameter, water-stable aggregates), which relates to more favourable soil hydrological reaction (increased ponding time, runoff time, and infiltration rate), and result in lower soil and nutrient losses. Especially high soil losses were observed in tilled vineyards (~7 t ha-1 and ~4.5 t ha-1 respectively) and herbicide treated hazelnut orchard (~2.2 t ha-1) of continental Croatia, as well as in fig orchard (three months after the tillage) (~3 t ha-1) of Mediterranean Croatia during single rainstorm event, highlighting tillage and herbicide use as inappropriate soil management practices for sustainability of agroecosystem on slopes. The continuous monitoring of soil management types is necessary to enhance ecosystem stability and soil longevity, maintain high production, and reduce economic losses through erosion-degradation processes of the soil.
The novelty in this conducted research has highlighted the issue of erosion-degradation processes in Croatia and their relation to improper soil management practices.
In addition to the vineyards, hazelnut and fig orchards were recognized as land uses with high potential erodibility as they exhibited high soil loss rates related to the high intensity of soil management in hazelnut and fig plantations as well as them being raised on sloped terrain. This indicates that both hazelnut and fig orchards should be included with vineyards as recognized land uses that exhibit high soil loss and assessed worldwide to reduce losses and protect the environment. Drawing from this, most land uses with wide row planting on arable land should be investigated as they share similarities with the already recognized highly erodible land uses through intensive agro-technical soil management practices. |
| Abstract (english) | Tla su kompleksni sustavi nastali djelovanjem pedogenetskih čimbenika iz mineralnih i organskih čestica, tekućina, plinova i organizama. Tla su ugrožena degradacijskim procesima što dovodi u pitanje njihovu dugovječnost tla i usluge koje nam pružaju. Zbog toga su tla jedan od fokusa unutar Ciljeva Održivog Razvoja Ujedinjenih Naroda (Keesstra i sur., 2016b). Danas, broj radova koji se bavi tematikom degradacije tla je u konstantnom porastu jer se tla i dalje degradiraju neodgovarajućim agrotehničkim praksama. Degradacija tla se može klasificirati u četiri glavna tipa: erozija tla vodom, erozija tla vjetrom, degradacija kemijskih parametara te degradacija fizikalnih parametara. Glavni uzrok degradacije tla (pokriva preko 56 %) je erozija tla vodom (Kisić, 2016) koja uzrokuje gubitak površinskog sloja bogatog hranivima, smanjenje poljoprivredne produktivnosti, narušavanje ekosistema i dezertifikaciju na samim mjestima nastanka kao i na udaljenijim lokacijama u vidu blokiranja i promjena vodenih tokova, eutrofikacije voda ili premještanja organizama u nova staništa (Blanco i Lal, 2008).
Poljoprivredne aktivnosti su prepoznate kao glavni uzrok erozije tla vodom jer antropogeni utjecaji mijenjaju krajobraz, pritom modificirajući utjecaj pojedinih pedogenetskih čimbenika što dovodi do promjena svojstava tala. Promjena načina korištenja zemljišta u poljoprivredna i redovita obrada tla su prepoznati kao čimbenici koji imaju najveći utjecaj na povećane razine erozije tla (Blavet i sur., 2009; Heshmati i sur., 2012; Navas i sur., 2012; Zhang i sur., 2013; Niu i sur., 2015). Obrada tla je nezaobilazna prilikom prenamjene zemljišta u poljoprivredna te se uobičajeno provodi radi popravljanja vodo-zračnih odnosa u tlu, pripreme tla za sjetvu/sadnju, ali i kao mehanička mjera suzbijanja korova (Bogunovic i sur., 2019a; Bordoni i sur., 2019). Iako obrada tla ima svoju svrhu i pozitivne strane, obrada također značajno mijenja svojstva tla na negativan način (smanjuje biljni pokrov tla, organsku tvar tla, srednju veličinu strukturnih agregata, udio vodo-stabilnih agregata) što tla čini sklonijima konsolidaciji, zbijanju i stvaranju pokorice (Bronick i Lal, 2005; Blair i sur., 2006; La Scala i sur., 2006; Bogunovic i sur., 2019b). Spomenute promjene daleko su izraženije u trajnim nasadima nego na oranicama zbog intenzivnijih agrotehničkih praksi u trajnim nasadima koje često zahtjevaju veći broj prohoda mehanizacijom radi košnje, zaštite, aplikacije herbicida, prihrane i berbe. Nasuprot obradi, zatravljivanje kao praksa u trajnim nasadima povećava udio organske tvari tla, srednju veličinu strukturnih agregata i udio vodo-stabilnih agregata (Belmonte i sur., 2018; Miller i sur., 2019).
Dodatno, travni pokrov mijenja površinska svojstva tla: povećava površinsku neravnost tla (Biddoccu i sur., 2016) i štiti agregate tla od udara kišnih kapi (Prosdocimi i sur., 2016). Promjene u svojstvima tla i pokrovu tla povezane su sa potencijalnom erodibilnošću tla (npr. Biddoccu i sur., 2017; Rodrigo-Comino i sur., 2018; Ouyang i sur., 2018; Bogunovic i sur., 2020) što utječe na eroziju tla vodom i gubitak sedimenata. Radi navedenog, nužno je procjeniti utjecaje načina gospodarenja tlom na razinu erozije tla, kao i na potrebu za dubljom procjenom temeljnih odnosa između agrotehničkih praksi, svojstava tla, hidrološke reakcije i erozije tla.
Cilj ove disertacije bio je istražiti utjecaje načina gospodarenja tlom na svojstva tla, hidrološku reakciju tla i erozijsko-degradacijske procese u trajnim nasadima Hrvatske, za što su se koristile dobro poznate metode određivanja kemijskih i fizikalnih svojstava tla kao i kišne simulacije. Rezultati istraživanja objavljeni su u 6 međunarodnih recenziranih časopisa iz kojih je ova disertacija kreirana te svaki publicirani rad čini zasebni prilog.
Prvo poglavlje čini uvodni dio disertacije u kojem je naglašema problematika koja će se obraditi u ovoj disertaciji te su navedene hipoteze i ciljevi, koji su pomnije razvedeni na pet specifičnih ciljeva na koje će se referirati u zaključcima disertacije.
Leon Josip Telak Doctoral Thesis
Drugo poglavlje čini iscrpan pregled literature u kojem se objašnjava problematika erozijsko-degradacijskih procesa tala. U ovom poglavlju kategorički se definira tlo, degradacija tala kao globalni problem (ekološki i ekonomski), erozija tla vodom kao glavni uzročnik degradacije te poljoprivredna praksa kao glavni uzročnik erozije tla. Utjecaji poljoprivredne prakse se opisuju kroz načine gospodarenja tlom na svojstva tla, hidrološku reakciju tla te u konačnici eroziju tla iz mnogobrojnih izvora literature.
Treće poglavlje se bavi rezultatima i raspravom, gdje su najbitnije informacije, rezultati i zaključci za svaki od šest radova uključenih u disertaciju opisani kroz proširene sažetke.
Prvi rad objavljen je u Journal of Central European Agriculture i prezentira usporedbu obrade tla i zatravljivanja na svojstva tla, hidrološku reakciju tla i eroziju u vinogradu u središnjem dijelu Hrvatske. U ovom radu obrada tla je definirana kao negativna agrotehnička praksa jer je u usporedbi sa zatravljivanjem značajno reducirala udio organske tvari tla, srednju veličinu strukturnih agregata, udio vodo-stabilnih agregata, infiltraciju, vrijeme do površinskog stagniranja vode, vrijeme do površinskog otjecanja te udio ukupnog dušika u tlu. Osim navedenog obrada je rezultirala značajno većim vrijednostima otjecanja vode, koncentracije sedimenata te gubitaka sedimenata, ugljika, fosfora i dušika. Gubitci sedimenata na obrađenom tretmanu iznosili su oko 7 t ha-1 tokom jedne simulirane kišne oluje, što je 745 puta veća brojka nego na zatravljenom tretmanu. Sjetva i održavanje travnog pokrova je istaknuto kao pravilna praksa za gospodarenje tlom u mjestu istraživanja.
Drugi rad objavljen je u Cateni te opisuje utjecaje načina gospodarenja tlom i godišnjeg doba na svojstva tla i hidrološku reakciju tla u vinogradu istočne Hrvatske. Kao ispravan način upravljanja tlom za vinograde istočne Hrvatske navodi se zatravljivanje tla jer je usprkos negativnom utjecaju na volumnu gustoću tla, zatravljivanje povećalo sadržaj vlage tla, srednju veličinu strukturnih agregata, udio vodo-stabilnih agregata, udio organske tvari, lakopristupačan fosfor te smanjilo koncentraciju sedimenata u otjecanju, gubitak sedimenata i hraniva u sedimentu. Utjecaj godišnjeg doba je također definiran, gdje su tijekom jeseni (vlažni period) bili naglašeni znatno veći gubitci sedimenata i hraniva, posebice na obrađenom tlu (~4.5 t ha-1).
Treći rad opisuje utjecaj načina gospodarenja zemljištem na svojstva tla i početni proces erozije tla u obrađenim i zatravljenim maslinicima, te oranici s povrtnim kulturama mediteranske Hrvatske. Rad je objavljen u Journal of Hydrology and Hydromechanics. Način gospodarenja tlom koji je uključivao redovitu obradu značajno je smanjio srednju veličinu strukturnih agregata te udjele vodo-stabilnih agregata, organske tvari, dostupnog fosfora i ukupnog dušika. Stoga je obrada rezultirala manjim vremenom do površinskog stagniranja vode, nižom infiltracijom te većim gubitcima vode, tla i hraniva (C, N i P). Iako gubitci sedimenata u oba tretmana maslinika nisu bili visoki zbog pozitivnih prirodnih karakteristika tla, u ovome radu, zatravljivanje je definirano kao pravilna agrotehnička mjera u upravljanju tlom maslinika, gdje je pospješila karakteristike tla te umanjila gubitke tla i hraniva.
Četvrti rad objavljen u Agronomy-u opisuje utjecaje tradicionalnih poljoprivrednih načina gospodarenja tlom na svojstva tla i hidrološku reakciju tla u Istri. Tradicionalni način upravljanja tlom vinograda koji uključuje redovitu obradu tla utjecao je na smanjenje vegetacijskog pokrova, srednju veličinu strukturnih agregata, udjele organske tvari, vodo-stabilnih agregata i ukupnog dušika u usporedbi sa tradicionalnim načinom gospodarenja tlom maslinika. Iako je maslinik tretiran herbicidom, pozitivne karakteristike tala unutar maslinika pripisane su redovitom godišnjem dodavanju organske tvari (komina grožđa i masline) koje je osim pospješivanja kvalitete tla negiralo potencijalne negativne utjecaje primjene herbicida. Usprkos boljim svojstvima tla u masliniku, u radu nisu zabilježene značajne razlike između vinograda i maslinika u hidrološkoj reakciji i eroziji tla.
Leon Josip Telak Doctoral Thesis
U Soil Systems časopisu objavljen je peti rad koji prezentira prve rezultate u međunarodnoj literaturi o utjecaju načina gospodarenja tlom i nagiba na svojstva tla, hidrološku reakciju tla i eroziju u nasadu lijeske. Rezultati su ukazali na pozitivne utjecaje malčiranja: povećanje srednje veličine strukturnih agregata, udjela vodo-stabilnih agregata i organske tvari, vremena do površinskog stagniranja vode, infiltracije te smanjenje volumne gustoće tla, površinskog otjecanja, koncentracije sedimenata, gubitaka tla i organske tvari naspram načinu gospodarenja koji uključuje aplikaciju herbicida i golo tlo. Veći nagib tla imao je negativan utjecaj na svojstva tla i hidrološku reakciju te u krajnosti na eroziju tla, gdje su visoke vrijednosti erozije (~2.2 t ha.1) izmjerene na herbicidnom tretmanu. Malčiranje kao dio gospodarenja tlom se definirao kao pozitivna agrotehnička mjera koja poboljšava svojstva tla i hidrološku reakciju tla te umanjuje eroziju, čak i na tlima s velikim nagibom.
Šesti rad objavljen u Water časopisu i predstavlja prvi rad u međunarodnoj literaturi koji navodi kratkotrajne utjecaje obrade tla na svojstva tla i hidrološku reakciju tla u nasadu smokve. Rezultati su ukazali na kratkotrajnost povoljnih promjena vezanih uz obradu tla te negativan utjecaj same obrade na strukturu tla, udio organske tvari i dostupnog fosfora. Inicijalno pozitivne promjene smanjenja volumne gustoće i većeg kapaciteta tla za vodu već nakon jednog mjeseca značajno su se smanjile, dok se hidrološka reakcija tla pogoršavala i rezultirala sve većim gubitcima tla i hraniva. Srednje izmjerene vrijednosti gubitaka tla 3 mjeseca nakon obrade iznosile su ~3 t ha-1, a krajnje vrijednosti dosezale su preko 8 t ha-1. Ovo istraživanje ukazalo je na visoku potencijalnu erozivnost nasada smokve, kao i na kratkoročnost pozitivnog utjecaja obrade tla na volumnu gustoću tla.
Nakon prezentacije rezultata kroz produžene sažetke u disertaciji slijedi proširena objedinjena rasprava i zaključci koji ukazuju na to da su provedena istraživanja prezentirana u ovoj disertaciji pružila nove spoznaje o utjecaju načina gospodarenja tlom na svojstva tla, hidrološku reakciju tla i erozijsko-degradacijske procese u trajnim nasadima te njihove međusobne suštinske odnose. Načini gospodarenja tlom koji su povećavali zaštitni pokrov tla (zatravljivanje i malčiranje) i reducirali broj poljoprivrednih zahvata na tlu generalno su imali pozitivan utjecaj na svojstva tla (povećanje udjela organske tvari i vodo-stabilnih agregata, povećanje srednje veličine strukturnih agregata) što se moglo ogledati u povoljnijoj hidrološkoj reakciji tla (duže vrijeme do površinskog stagniranja vode i otjecanja i infiltracija) te konačno u smanjenju gubitaka tla i hraniva. Posebno visoki gubitci tla izmjereni su u obrađenim vinogradima (~7 t ha-1 i ~4.5 t ha-1) i herbicidom tretiranim nasadima lijeske (~2.2. t ha-1) kontinentalne Hrvatske, kao i u obrađenim nasadima smokve (~3 t ha-1) tijekom jedne simulirane kišne oluje, što je istaknulo obradu tla i aplikaciju herbicida kao negativne agrotehničke prakse gospodarenja tlom na nagnutim terenima u trajnim nasadima. Monitoring načina gospodarenja tlom je od ključne važnosti kako bi se poboljšala stabilnost ekosistema, produžila dugovječnost tala, održali visoki prirodi i reducirali ekonomski gubitci kroz erozijsko-degradacijske procese tala.
Novitet u ovom provedenom istraživanju istaknuo je problematiku erozijsko-degradacijskih procesa u Hrvatskoj i njihovu povezanost sa nepravilnim načinima gospodarenja tlom. Dodatno, uz vinograde, nasadi lijeske i smokve prepoznati su kao načini korištenja zemljišta sa visokom potencijalnom erozivnosti te bi se trebali procijeniti širom Svijeta kako bi se reducirali gubitci i sačuvao okoliš. |
