Smėlžemiai – nederlingi dirvožemiai, kur smėlis sudaro ne plonesnį kaip 1 m sluoksnį. Lietuvoje tokie smėlio dirvožemiai užima apie 13 proc. žemės ūkio naudmenų ir 25–30 proc. mišku, dažniausiai pušynais, apaugusio ploto. Iki šiol nėra vieningos nuomonės, ar verta plėtoti tokiuose dirvožemiuose žemės ūkio gamybą, ar geriau apsodinti mišku? Perlojoje, Varėnos rajone, beveik prieš pusšimtį metų pradėtais ir dabar tęsiamais tyrimais siekiama nustatyti, kaip keičiasi smėlžemių cheminės ir biologinės savybės, auginant juose žemės ūkio augalus ir kaip apželdinus mišku.

Kasmet mūsų planetoje dėl dykumų plėtros, erozijos, kirtimų, aplinkos taršos, urbanizacijos ir kitų veiksnių miškų plotai sumažėja 0,2 procento. Europoje, tiesa, yra šiek tiek kitaip: dėl žemės ūkio produkcijos pertekliaus skatinama miškų plėtra ir per metus miškų padaugėja 0,4 mln. ha, arba 0,3 procento. Lietuvoje yra daugiau kaip 500–700 tūkst. ha nederlingų žemių, kuriose neracionalu verstis žemės ūkiu. Mūsų kraštas priklauso miškų zonai. Tad jei nederlingos žemės ūkio naudmenos bus apleistos, neariamos ir nešienaujamos, net ir neįveisus miško želdinių, jos savaime, metams bėgant, apaugs mišku.

Vieni iš nederlingiausių dirvožemių yra smėlžemiai. Šiuose dirvožemiuose viršutinį, ne plonesnį kaip 100 cm storio, sluoksnį sudaro smėlis. Daugiausia tokių dirvožemių yra pietrytinėje Lietuvos dalyje: Varėnos, Šalčininkų, Trakų rajonuose.

Smėlio dirvose vyksta stipri aeracija, ir lietaus vanduo greitai susigeria į gilesnius sluoksnius, o dirvos paviršius greitai išdžiūsta. Tokiuose dirvožemiuose iš apačios į viršų kapiliarinis vanduo mažai tepakyla. Smėlio dirvose, kur mažai augalijos, gegužės antroje pusėje ir vasarą pasireiškia smėlio erozija. Nustatyta, kad 6 m/s stiprumo vėjas jau sukelia dirvos paviršiuje eroziją. Dalis giliųjų smėlių Lietuvoje apsodinama miškais. Iki šiol nėra vieningos nuomonės, kas geriau dera šiuose dirvožemiuose – laukas ar miškas?

Lauko ir miško žemės produktyvumo palyginimas

LŽI Perlojos bandymų stotyje 1960 m. prof. Petro Vasinausko sumanymu pagal prof. Antano Tindžiulio metodiką buvo pradėtas vykdyti tyrimas „Lauko ir miško kultūrų palyginimas gilaus smėlio dirvoje“. Tyrimo tikslas – įvertinti, kokią įtaką derliui, jo kokybei, dirvožemio agrocheminėms savybėms turėjo tręšimas mėšlu ir mineralinėmis trąšomis. Kaip prisimena LŽŪU prof. Algirdas Motuzas, P. Vasinauskas jau tada tarsi abejojo šių dirvožemių tinkamumu intensyvaus žemės ūkio reikmėms, bet, iš kitos pusės, sakydavo, kad ir dzūkai turi sočiai valgyti, nes niekur jie nuo savo „pieskos“ nepasitrauks.

Kompleksiniams tyrimams, kuriuos vykdė LŽI Perlojos bandymų stoties (J. Aleksonis, O. Lukšienė, R. Gudaitienė ir kt.) ir Lietuvos miškų instituto (R. Šleinys, A. Raguotis) mokslininkai, giliame smėlžemyje buvo įrengtas unikalus, net ir žiūrint iš dabartinių gamtos mokslų tyrimų taško, Perlojos bandymas. Prieš įrengiant bandymą smėlžemio ariamojo horizonto rūgštumas buvo pHKCl 5,2–5,25, humuso rasta tik 0,83–1,21 proc., judriojo P2O5 18,7–40,6 mg/kg.

Perlojos bandyme 40 ha plotas buvo padalytas į keturias dalis, iš kurių kiekviena turėjo po 3 skirtingus biotopus:

• paprastosios pušies želdinius;
• paprastosios pušies savaiminius žėlinius;
• žemės ūkio naudmenas.

Atskirose žemės ūkio naudmenų dalyse taikyti keturių tipų tręšimai:

• pirmoje organinės trąšos nebuvo naudotos (kontrolė);
• antroje kas 6 metai buvo užariama 60 t/ha mėšlo 20 cm gylyje;
• trečioje kas 6 metai buvo užariama 60 t/ha mėšlo 50 cm gylyje;
• ketvirtoje kas 3 metai buvo užariama 30 t/ ha mėšlo 20 cm gylyje.

Žemės ūkio naudmenose sėjomaina iki 1974 m. buvo išdėstyta taip: bulvės, kukurūzai žaliajai masei, lubinai grūdams, avižos, lubinai žaliajai trąšai, žieminiai rugiai. Paaiškėjus, kad auginti lubinus žaliajai trąšai giliuose smėliuose neekonomiška, sėjomaina buvo pakeista: kukurūzai žaliajai masei, žieminiai rugiai, avižos, kukurūzai žaliajai masei, žieminiai rugiai, avižos.

Lauko tyrimai buvo vykdomi trimis variantais:

• mineralinės trąšos nebuvo naudotos (kontrolė);
• P60K90 N30+60;
• P60K90 N60+120.

Pušų želdiniuose ir žėliniuose taip pat buvo įrengtos nuolatinės 20x20 m dydžio tręšimo aikštelės. Iš pradžių šios aikštelės buvo tręšiamos N30P60K90, o nuo 1974 m. azoto norma padidinta iki N90.

Tyrimai miške, nors patręštų pušų želdinių tūris apie du kartus padidėjo, buvo nutraukti 1980 metais. Lauko bandymai buvo tęsiami dar 14 metų, tačiau gauti augalų derliai buvo nedideli. Todėl 1994 m. LŽI metodinės komisijos nutarimu šie tyrimai buvo baigti konstatavus, kad giliuose smėliuose ūkininkauti yra nuostolinga.

Perlojos bandyme tyrimai (LŽI Perlojos bandymų stoties direktorės Rūtos Česnulevičienės iniciatyva ir tarpininkaujant buvusiam LŽI Agrocheminių tyrimų centro direktoriui Kristinui Matusevičiui) buvo atnaujinti 2004 metais jau kitokioje, ekologinėje, plotmėje. Tuo metu pušų želdinių amžius buvo 44 m., o ariamoji žemė dirvonavo 10 metų (paskutinį kartą organinėmis trąšomis buvo patręšta 1994 m., apariant 60 t/ha kukurūzų). Šiuo metu žemės ūkio veikla nebevykdoma, todėl galima palyginti dirvožemio renatūralizaciją (grįžimą į pirminę natūralią būseną) ir ekologinę šio proceso reikšmę miško plotuose ir anksčiau buvusiame dirbamame žemės ūkio plote. Užsienyje analogiški tyrimai vykdomi Didžiojoje Britanijoje, Danijoje, Kanadoje, o Vakarų Europoje, kur ūkininkavimas nederlinguose dirvožemiuose tapo nekonkurencingas, tokie tyrimai laikomi prioritetiniais.

Perlojos bandyme, 2005 m. gavus Lietuvos valstybinio mokslo ir studijų fondo finansavimą projektui „Smėlžemių renatūralizacija nederlingose žemės ūkio naud­menose“, buvo suburta Lietuvos miškų instituto ir LŽI Perlojos bandymų stoties bei Agrocheminių tyrimų stoties tyrėjų grupė. Įvertintas pušų želdinių ir savaime atžėlusių pušynų augimas ir jų būklė, pušų želdiniuose ir dirvonuojančioje žemėje pradėti augalijos įvairovės, smėlžemių fizikinių, cheminių (pH, maisto medžiagos, organinės anglies) ir biologinių (mikroorganizmų gausa ir taksonomija) palyginamieji tyrimai.

Augalija ir jos įvairovė

Nustatyta, kad Perlojos bandyme pasodinti pušų želdiniai, sulaukę 44 metų, yra daug produktyvesni (vidutinis tūris – 340 m³/ha) negu savaime sužėlę pušynai (jų vidutinis tūris 267 m³/ha). Tačiau apie 20 proc. ariamuose smėlžemiuose įveistų tankių (pradinis tankumas – 10 tūkst. vnt./ha) pušų želdinių žuvo dėl šakninės pinties (Heterobasidion annosum (Fr.) Bref.) pažeidimų, jų vietoje dabar savaime atželia beržynėliai. Savaime atžėlusiuose ir dabar apie penkis kartus retesniuose pušynuose šakninė pintis neišplito, tačiau savaiminiuose retesniuose pušies žėliniuose nustatyta daug blogesnė stiebų kokybė: medžiai lėčiau nusivalo sausas ir žalias šakas, apie 40 proc. medžių yra nevienastiebiai ir kreivi.

Įdomūs duomenys gauti, tiriant žolynus, kurie, kaip pažymi V. Povilaitis ir kt. (žr. “Mano ūkis”, 2006 m., Nr. 11), yra vienas svarbiausių Lietuvos tradicinio kraštovaizdžio elementų. Prieš įrengiant bandymą, 1960 m. visame jo plote buvo rasta apie 100 rūšių žolinių augalų. Visame bandymo plote augo lengviems dirvožemiams būdingi žoliniai augalai: vėjalandės šilagėlės (Pulsatilla patens Mill.), pilkosios miltinaitės (Berteroa incama DC), aitrieji šilokai (Sedum acre L.), pavasarinės veronikos (Veronica verna L.), paprastieji čiobreliai (Thymus serpyllum Fries) ir kitos. Dirbamoje žemėje dažniau buvo randama paprastųjų varpučių (Agropyron repens (L.) Beauv.), rusvųjų šeryčių (Setaria galuca (L.) Beauv.), paprastųjų dalgučių (Erodium cicutarium L. Herit), smulkiųjų rūgštynių (Rumex acetosella L.) ir kitų.

Perlojos bandyme auginant žemės ūkio augalus, dominavo šios piktžolės: paprastieji varpučiai (Agropyron repens (L.) Beauv.), žaliosios šerytės (Setaria viridis (L.) Beauv.), smulkiosios rūgštynės (Rumex acetosella L.), vijoklinės rūgtys (Polygonum canvolvulus L.) ir takažolės (P. aviculare L.).

Apleistame, 10 metų neartame dirvone, anksčiau tręštuose ir netręštuose laukeliuose žolinė dirvožemio danga suvienodėjo. Šiuo metu tiriamame plote rastos 28 žolinių augalų rūšys. Vasaros pradžioje (2006 m.) dažniausiai pasitaikančios žolės buvo: paprastosios kraujažolės (Achillea millefolium L.), kanadinės šiušelės (­Erigeron canadensis L.), paprastieji kiečiai ( Artemisia vulgaris L), smulkiosios rūgštynės (Rumex acetosella L.), paprastieji varpučiai (Agropyron repens (L.) Beauv.), smiltyniniai šlamučiai (Helichrysum arenarium (L.) Moench) ir miškui būdingos vienagraižės vanagės (Hieracium pilosella L.). Dažnai aptinkami ir vaistiniai augalai: paprastieji kiečiai, smiltyniniai šlamučiai, paprastosios jonažolės (Hypericum perforatum L.). Iki rugsėjo mėnesio vienamečiai augalai dėl sausros sunyko, o daugelio daugiamečių pasibaigė vegetacija, įsivyravo paprastosios kraujažolės ir dirviniai dobilai.

Būtina pažymėti, kad žolinių augalų rūšių skaičius dirvonuojančioje žemėje buvo daugiau kaip 10 kartų didesnis negu pušų želdiniuose, kuriuose dirvožemį dengia samanos. Kita vertus, arčiau miško (pavėsyje) augalų ir jų orasausės masės buvo daug daugiau. Taip pat arčiau miško buvo pridygę pušelių – jų suskaičiuota 24 vnt./m2.

Smėlžemių cheminių ir biologinių savybių pokyčiai

Perlojos bandyme smėlžemių renatūralizacija vyksta ir apželdinus žemės ūkio naudmenas pušų želdiniais, ir daugiau kaip 10 metų dirvonuojančiuose (anksčiau tręštuose ir netręštuose) arimuose. Tačiau cheminių savybių pokyčiai paminėtuose biotopuose yra skirtingo pobūdžio. Dirvone per 10 metų didesnė dalis su trąšomis įterptų maisto medžiagų (ypač azoto) išsiplovė. Tuo tarpu pušų želdiniuose smėlžemiai rūgštėja, dėl to juose dar intensyviau išsiplauna maisto medžiagos. Tačiau, kaupiantis miško paklotei, didėja organinės anglies sankaupos, nes po paklote formuojasi humusinis (Ah) horizontas. Dėl rūgščios (pHCaCl2 3,6–3,7) miško paklotės įtakos buvusio ariamojo (Ap) horizonto pH rodiklis buvo vidutiniškai net 1,0–1,4 pHCaCl2 mažesnis negu tręštoje dirvonuojančioje žemėje. Iš esmės skyrėsi ir smėlžemių fosforingumas ir kalingumas. Pušų želdinių (Ap) horizonte judriojo P2O5 rasta vidutiniškai 3–4 kartus mažiau. Didesnio judrumo K2O koncentracijos pušų želdiniuose, palyginti su dirvonuojančia anksčiau tręšta žeme, 1,5–2,5 karto buvo mažesnės visame smėlžemio profilyje. Mažiausi skirtumai nustatyti, lyginant lengvai išplaunamo augalų pasisavinamo mineralinio azoto koncentracijas.

Ypač svarbu palyginti organinės ang­lies (C) sankaupas pušų želdiniuose ir dirvonuojančioje žemėje. Asimiliuodami iš atmosferos CO2 dujas, miškai kaupia anglį, kurios medienoje yra apie 50 procentų. Neatsitiktinai Kioto protokole (1997 m.), kurį pasirašė ir Lietuva, akcentuota, kad miškai yra labai reikšmingi, nes mažina atmosferoje CO2 kiekį, kurio didėjimas dėl oro taršos gali turėti įtakos klimato pašiltėjimui globaliniu mastu. Yra žinoma, kad apželdinus mišku žemės ūkio naudmenas, anglies sankaupa biomasėje per metus padidėja 1–2 tonomis. Tačiau miškuose mikroorganizmams skaidant organines medžiagas, nemaži CO2 kiekiai sugrąžinami į atmosferą.

Todėl anglies sankaupų pokyčiai dirvožemiuose mažiau pastebimi, jie gali būti ir teigiami, ir neigiami. Perlojos bandyme vykdyti tyrimai parodė, kad smėlžemių organiniuose (pušų želdiniuose – miško paklotėje, dirvone – žolinės dangos nuokritose) ir mineraliniuose horizontuose iki 1 m gylio pušų želdiniuose anglies sankaupa (65 t C/ha) yra apie 1,7 karto didesnė negu dirvonuojančioje žemėje (38 t C/ha). Tokį skirtumą daugiausia nulemia pušyne besikaupianti miško paklotė, kurios masė (apie 55 t/ha) dabar yra daugiau kaip 10 kartų didesnė už žolinės dangos masę. Be to, irstant miško paklotei ir nykstant gausesnėms šaknims, pušų želdiniuose anglis kaupiasi ir viršutiniuose smėlžemių mineraliniuose horizontuose.

Anglies sankaupoms įvertinti yra svarbūs dirvožemių mikrobocenozių tyrimai. Dėl mažesnio rūgštumo, didesnio pasotinimo maisto medžiagomis ir geresnės aeracijos tirtų smėlžemių mikroorganizmų gausa buvo didesnė dirvonuojančiuose plotuose, ypač dirvos paviršiuje. Pušų želdiniuose nustatyta, kad miško paklotėje dominuoja mikroorganizmai, gebantys skaidyti organinės anglies darinius. Tolesniais tyrimais tikimasi išsiaiškinti, ar miško paklotė dėl didesnės organinių biomasės darinių sankaupos gali turėti įvairesnę mikroflorą. Taip pat, bendradarbiaujant su Biochemijos instituto Molekulinės mikrobiologijos ir technologijos skyriumi, numatoma DNR tyrimo metodais nustatyti smėlžemių mikrobocenozių taksonomiją.

Kompleksiniai tyrimai Perlojoje pagal Lietuvos VMSF projektą „Smėlžemių būklės pušynuose ir dirvonuojančiose žemėse palyginimas“ tęsiami. Juos būtina vystyti ir ateityje, nes miško ir agroekosistemų ekologinės reikšmės tyrimai kaip itin svarbūs yra pažymėti Europos Parlamento dirvožemio apsaugos teminėje strategijoje (European Parliament resolution on the Commission comunication „Towards a Thematic Strategy for Soil Protection“, provisional edition: 19/11/2003) ir Kioto protokole (3.3 straipsnis).