Date Log
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Increase of Organic Carbon Pool in Reclaimed Soils under Forest Stand
Corresponding Author(s) : Stanisław Gruszczyński
Geomatics and Environmental Engineering,
Vol. 13 No. 3 (2019): Geomatics and Environmental Engineering
Abstract
This paper contains the results of the studies on the content of organic carbon in the initial soils formed from soilless formations reclaimed for forest management. The obtained data allowed for the assessment of the carbon resources in the organic layer and in the mineral layers close to the surface. It also allowed us to make models that enabled us to determine the main factors influencing the rate of the increase. The strongest influence on the carbon sequestration during the forest reclamation of soilless formations has their lithology (granulation) and species composition of the planted trees. The time and situation (on a slope or a horizontal surface) are less important. The calculated annual increase of carbon indicates that the period necessary to store carbon in reclaimed soils in the quantities similar to the ones occurring in the soils of a natural forest is more than 100 years.
Keywords
Download Citation
Endnote/Zotero/Mendeley (RIS)BibTeX
- Carbon sequestration in agricultural soils. Economic and Sector Work. Report No. 67395.GLB. The World Bank, 2012.
- Lal R.: Carbon management in agricultural soils. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change, vol. 12, 2007, pp. 303–322.
- Sundquist E.T., Ackerman K.V., Bliss N.B., Kellndorfer J.M., Reeves M.C., Rollins M.G.: Rapid assessment of U.S. forest and soil organic carbon storage and forest biomass carbon sequestration capacity. U.S. Geological Survey Open- File Report 2009–1283, p. 15, [on-line:] http://pubs.usgs.gov/ofr/2009/1283 [access: 10.05.2017].
- Directive 2009/28/EC of the European Parliament and of the Council on the promotion of the use of energy from renewable sources and amending and subsequently repealing Directives 2001/77/EC and 2003/30/EC., 23 April 2009. Official Journal of the European Union L 140, 5 June 2009.
- Garcia-Oliva F., Masera O.R.: Assessment and Measurement Issues related to soil carbon sequestration in land-use, land-use change, and forestry (luluce) projects under the Kyoto protocol. Climatic Change, vol. 65, 2004, pp. 347–364.
- Falloon P.D., Smith P., Smith J.U., Szabó J., Coleman K., Marshall S.: Regional estimates of carbon sequestration potential: linking the Rothamsted Carbon Model to GIS databases. Biology and Fertility of Soils, vol. 27, 1998, pp. 236–241.
- Gillis J.D., Price G.W.: Comparison of a novel model to three conventional models describing carbon mineralization from soil amended with organic residues. Geoderma, vol. 160, 2011, pp. 304–310.
- Heikkkinen J., Kurganova I., de Gerenyu V.L., Palosuo T., Regina K.: Changes in soil carbon stock after cropland conversion to grassland in Russian temperate zone: measurement versus model simulation. Nutrient Cycling in Agroecosystems, vol. 98, 2014, pp. 97–106.
- Akala V.A., Lal R.: Potential of mine land reclamation for soil organic carbon sequestration in Ohio. Land Degradation & Development, vol. 11, issue 3, 2000, pp. 289–297.
- Gołda T.: Inicjalne procesy glebotwórcze zachodzące w szlamach poflotacyjnych w wyniku upraw rekultywacyjnych i wieloletniego użytkowania rolnego. Rozprawy i Monografie, 164, Uczelniane Wydwanictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków 2007.
- Kowalik S.: Właściwości chemiczne gleb industrioziemnych użytkowanych rolniczo i leśnie na zrekultywowanym zwałowisku kopalni siarki „Machów”. Roczniki Gleboznawcze, t. 55, nr 2, 2004, pp. 239–249.
- Pietrzykowski M., Krzaklewski W.: Soil organic matter, C and N accumulation during natural succession and reclamation in an opencast sand quarry (southern Poland). Archives of Agronomy and Soil Science, vol. 53, 2007, pp. 473–483.
- Wójcik J., Krzaklewski W.: Akumulacja materii organicznej w inicjalnych glebach na zwałowisku zewnętrznym Kopalni Węgla Brunatnego „Adamów”. Roczniki Gleboznawcze, t. 58, nr 3/4, 2007, pp. 151–158.
- Jekabsons, G.: ARESLab: Adaptive Regression Splines toolbox for Matlab/ Octave. [on-line:] http://www.cs.rtu.lv/jekabsons [access: 10.05.2017].
- Grabowska-Olszewska B.: 1968: Bentonit i grunty ilaste z Machowa. Biuletyn Geologiczny – Uniwersytet Warszawski. Wydział Geologii, r. 10, 1968, pp. 5–104.
- Rybicki S., Kaczmarczyk R., Borecka A.: Właściwości gruntu zwałowego z KWB Turów. Górnictwo Odkrywkowe, nr 4–5, 1999, pp. 132–148.
- Stoch L., Helios-Rybicka E.: Charakterystyka mineralogiczna iłów nadkładowych złoża siarki w Jeziórku. Kwartalnik Geologiczny, t. 17, nr 1, 1973, pp. 106–117.
- Wojtanowicz P.: Ocena potencjalnego zakwaszenia utworów nadkładu i zwałowisk KWB Bełchatów dla potrzeb rekultywacji. Archiwum IKOŚ AGH, Kraków 2000 [Ph.D. Thesis, manuscript].
- Bykov R.: Litologiczne i morfologiczne uwarunkowania procesów glebowych na terenie zrekultywowanego zwałowiska zewnętrznego kopalni siarki „Piaseczno”. Archiwum WGGiIŚ AGH, Kraków 2003 [Ph.D. Thesis, manuscript].
- Bykov R., Eckes T., Trafas M.: Quality Assessment of Reclaimed Areas of Strip Mines by Example of Piaseczno Mine Dump. Geomatics and Environmental Engineering, vol. 4, no. 2, 2010, pp. 33–53.
- Carter M.R., Gregorich E.G., Angers D.A., Donald R.G., Bolinder M.A.: Organic C and N storage, and organic C fractions, in adjacent cultivated and forested soils of eastern Canada. Soil & Tillage Research, vol. 47, 1998, pp. 253–261.
- Gołda T., Gruszczyński S.: Zmiany niektórych właściwości szlamów poflotacyjnych pod wpływem upraw rekultywacyjnych. Zeszyty Naukowe AGH, nr 1452, Sozologia i Sozotechnika, 36, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa – Kraków 1991.
- Węgorek T.: Zmiany niektórych właściwości materiału ziemnego i rozwój fitocenoz na zwałowisku zewnętrznym kopalni siarki w wyniku leśnej rekultywacji docelowej. Rozprawy Naukowe Akademii Rolniczej w Lublinie. Wydział Rolniczy, z. 275, Wydawnictwo Akademii Rolniczej, Lublin 2003.
- Wójcik J., Krzaklewski W.: Kształtowanie się cech inicjalnej gleby w toku leśnej rekultywacji zwałowiska zewnętrznego KWB „Adamów”. [in:] Górnictwo odkrywkowe – środowisko – rekultywacja, ze szczególnym uwzględnieniem KWB “Bełchatów”: międzynarodowa konferencja naukowa. Roślinność spontaniczna jako wskaźnik warunków siedliskowych oraz podstawa do zalesiania skarp zwałowisk na przykładzie Kopalni Węgla Brunatnego “Adamów”, Kraków 1999, p. 95–109.
- Charles T., Garten Jr.: A disconnect between O horizon and mineral soil carbon – Implications for soil C sequestration. Acta Oecologica, vol. 35, 2009, pp. 218–226.
- Lal R.: Agricultural activities and the global carbon cycle. Nutrient Cycling in Agroecosystems, vol. 70, 2004, pp. 103–116.
- Lal R.: Forest soils and carbon sequestration. Forest Ecology and Management, vol. 220, 2005, pp. 242–258.
- Brożek S., Zwydak M., Lasota J.: Gleby borów sosnowych świeżych Leucobryo-Pinetum i Peucedano-Pinetum na obszarze niżu Polski. Roczniki Gleboznawcze, t. 58, nr 3/4, 2007, pp. 43–51.
- Wójcik J.: Możliwości zwiększania sekwestracji węgla w ekosystemach leśnych w warunkach zmian klimatycznych. Gromadzenie węgla w glebie, ochrona materii organicznej. [in:] Rykowski K. (red.), Klimat: lasy i drewno a zmiany klimatyczne: zagrożenia i szanse: materiały pierwszego panelu ekspertów w ramach prac nad Narodowym Programem Leśnym, Sękocin Stary, 18 czerwca 2013 roku, Instytut Badawczy Leśnictwa, Sękocin Stary 2014, pp. 156–173.
- Gottschalk P., Smith J.U., Wattenbach M., Bellarby J., Stehfest E., Arnell N., Osborn T.J., Jones C., Smith P.: How will organic carbon stocks in mineral soils evolve under future climate? Global projections using RothC for a range of climate change scenarios. Biogeosciences, vol. 9, 2012, pp. 3151–3171.
- Małachowska et al.: Monitoring lasów: ocena stanu zdrowotnego lasów w latach 1991 – 2005. Biblioteka Monitoringu Środowiska, GIOŚ, Warszawa 2007.
- Wiesmeier M., Prietzel J., Barthold F., Spörlein P., Geuß U., Hangen E., Reischl A., Schilling B., von Lützow M., Kögel-Knabner I.: Storage and drivers of organic carbon in forest soils of southeast Germany – Implications for carbon sequestration. Forest Ecology and Management, vol. 295, 2013, pp. 162–172.
- Delschen T.: Impacts of long-term application of organic fertilisers on soil quality parameters in reclaimed loess soil of the Rhineland lignite mining area. Plant and Soil, vol. 213, 1999, pp. 43–54.
- Ingram J.S.I., Fernandes E.C.M.: Managing carbon sequestration in soils: concepts and terminology. Agriculture, Ecosystems and Environment, vol. 87, 2001, pp. 111–117.
- Coleman K., Jenkinson D.S.: RothC-26.3. A model for turnover of carbon in soil. Model description and windows users guide. Rothamsted Research Harpenden Herts AL5 2JQ, November 1999 issue (modified August 2008).
References
Carbon sequestration in agricultural soils. Economic and Sector Work. Report No. 67395.GLB. The World Bank, 2012.
Lal R.: Carbon management in agricultural soils. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change, vol. 12, 2007, pp. 303–322.
Sundquist E.T., Ackerman K.V., Bliss N.B., Kellndorfer J.M., Reeves M.C., Rollins M.G.: Rapid assessment of U.S. forest and soil organic carbon storage and forest biomass carbon sequestration capacity. U.S. Geological Survey Open- File Report 2009–1283, p. 15, [on-line:] http://pubs.usgs.gov/ofr/2009/1283 [access: 10.05.2017].
Directive 2009/28/EC of the European Parliament and of the Council on the promotion of the use of energy from renewable sources and amending and subsequently repealing Directives 2001/77/EC and 2003/30/EC., 23 April 2009. Official Journal of the European Union L 140, 5 June 2009.
Garcia-Oliva F., Masera O.R.: Assessment and Measurement Issues related to soil carbon sequestration in land-use, land-use change, and forestry (luluce) projects under the Kyoto protocol. Climatic Change, vol. 65, 2004, pp. 347–364.
Falloon P.D., Smith P., Smith J.U., Szabó J., Coleman K., Marshall S.: Regional estimates of carbon sequestration potential: linking the Rothamsted Carbon Model to GIS databases. Biology and Fertility of Soils, vol. 27, 1998, pp. 236–241.
Gillis J.D., Price G.W.: Comparison of a novel model to three conventional models describing carbon mineralization from soil amended with organic residues. Geoderma, vol. 160, 2011, pp. 304–310.
Heikkkinen J., Kurganova I., de Gerenyu V.L., Palosuo T., Regina K.: Changes in soil carbon stock after cropland conversion to grassland in Russian temperate zone: measurement versus model simulation. Nutrient Cycling in Agroecosystems, vol. 98, 2014, pp. 97–106.
Akala V.A., Lal R.: Potential of mine land reclamation for soil organic carbon sequestration in Ohio. Land Degradation & Development, vol. 11, issue 3, 2000, pp. 289–297.
Gołda T.: Inicjalne procesy glebotwórcze zachodzące w szlamach poflotacyjnych w wyniku upraw rekultywacyjnych i wieloletniego użytkowania rolnego. Rozprawy i Monografie, 164, Uczelniane Wydwanictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków 2007.
Kowalik S.: Właściwości chemiczne gleb industrioziemnych użytkowanych rolniczo i leśnie na zrekultywowanym zwałowisku kopalni siarki „Machów”. Roczniki Gleboznawcze, t. 55, nr 2, 2004, pp. 239–249.
Pietrzykowski M., Krzaklewski W.: Soil organic matter, C and N accumulation during natural succession and reclamation in an opencast sand quarry (southern Poland). Archives of Agronomy and Soil Science, vol. 53, 2007, pp. 473–483.
Wójcik J., Krzaklewski W.: Akumulacja materii organicznej w inicjalnych glebach na zwałowisku zewnętrznym Kopalni Węgla Brunatnego „Adamów”. Roczniki Gleboznawcze, t. 58, nr 3/4, 2007, pp. 151–158.
Jekabsons, G.: ARESLab: Adaptive Regression Splines toolbox for Matlab/ Octave. [on-line:] http://www.cs.rtu.lv/jekabsons [access: 10.05.2017].
Grabowska-Olszewska B.: 1968: Bentonit i grunty ilaste z Machowa. Biuletyn Geologiczny – Uniwersytet Warszawski. Wydział Geologii, r. 10, 1968, pp. 5–104.
Rybicki S., Kaczmarczyk R., Borecka A.: Właściwości gruntu zwałowego z KWB Turów. Górnictwo Odkrywkowe, nr 4–5, 1999, pp. 132–148.
Stoch L., Helios-Rybicka E.: Charakterystyka mineralogiczna iłów nadkładowych złoża siarki w Jeziórku. Kwartalnik Geologiczny, t. 17, nr 1, 1973, pp. 106–117.
Wojtanowicz P.: Ocena potencjalnego zakwaszenia utworów nadkładu i zwałowisk KWB Bełchatów dla potrzeb rekultywacji. Archiwum IKOŚ AGH, Kraków 2000 [Ph.D. Thesis, manuscript].
Bykov R.: Litologiczne i morfologiczne uwarunkowania procesów glebowych na terenie zrekultywowanego zwałowiska zewnętrznego kopalni siarki „Piaseczno”. Archiwum WGGiIŚ AGH, Kraków 2003 [Ph.D. Thesis, manuscript].
Bykov R., Eckes T., Trafas M.: Quality Assessment of Reclaimed Areas of Strip Mines by Example of Piaseczno Mine Dump. Geomatics and Environmental Engineering, vol. 4, no. 2, 2010, pp. 33–53.
Carter M.R., Gregorich E.G., Angers D.A., Donald R.G., Bolinder M.A.: Organic C and N storage, and organic C fractions, in adjacent cultivated and forested soils of eastern Canada. Soil & Tillage Research, vol. 47, 1998, pp. 253–261.
Gołda T., Gruszczyński S.: Zmiany niektórych właściwości szlamów poflotacyjnych pod wpływem upraw rekultywacyjnych. Zeszyty Naukowe AGH, nr 1452, Sozologia i Sozotechnika, 36, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa – Kraków 1991.
Węgorek T.: Zmiany niektórych właściwości materiału ziemnego i rozwój fitocenoz na zwałowisku zewnętrznym kopalni siarki w wyniku leśnej rekultywacji docelowej. Rozprawy Naukowe Akademii Rolniczej w Lublinie. Wydział Rolniczy, z. 275, Wydawnictwo Akademii Rolniczej, Lublin 2003.
Wójcik J., Krzaklewski W.: Kształtowanie się cech inicjalnej gleby w toku leśnej rekultywacji zwałowiska zewnętrznego KWB „Adamów”. [in:] Górnictwo odkrywkowe – środowisko – rekultywacja, ze szczególnym uwzględnieniem KWB “Bełchatów”: międzynarodowa konferencja naukowa. Roślinność spontaniczna jako wskaźnik warunków siedliskowych oraz podstawa do zalesiania skarp zwałowisk na przykładzie Kopalni Węgla Brunatnego “Adamów”, Kraków 1999, p. 95–109.
Charles T., Garten Jr.: A disconnect between O horizon and mineral soil carbon – Implications for soil C sequestration. Acta Oecologica, vol. 35, 2009, pp. 218–226.
Lal R.: Agricultural activities and the global carbon cycle. Nutrient Cycling in Agroecosystems, vol. 70, 2004, pp. 103–116.
Lal R.: Forest soils and carbon sequestration. Forest Ecology and Management, vol. 220, 2005, pp. 242–258.
Brożek S., Zwydak M., Lasota J.: Gleby borów sosnowych świeżych Leucobryo-Pinetum i Peucedano-Pinetum na obszarze niżu Polski. Roczniki Gleboznawcze, t. 58, nr 3/4, 2007, pp. 43–51.
Wójcik J.: Możliwości zwiększania sekwestracji węgla w ekosystemach leśnych w warunkach zmian klimatycznych. Gromadzenie węgla w glebie, ochrona materii organicznej. [in:] Rykowski K. (red.), Klimat: lasy i drewno a zmiany klimatyczne: zagrożenia i szanse: materiały pierwszego panelu ekspertów w ramach prac nad Narodowym Programem Leśnym, Sękocin Stary, 18 czerwca 2013 roku, Instytut Badawczy Leśnictwa, Sękocin Stary 2014, pp. 156–173.
Gottschalk P., Smith J.U., Wattenbach M., Bellarby J., Stehfest E., Arnell N., Osborn T.J., Jones C., Smith P.: How will organic carbon stocks in mineral soils evolve under future climate? Global projections using RothC for a range of climate change scenarios. Biogeosciences, vol. 9, 2012, pp. 3151–3171.
Małachowska et al.: Monitoring lasów: ocena stanu zdrowotnego lasów w latach 1991 – 2005. Biblioteka Monitoringu Środowiska, GIOŚ, Warszawa 2007.
Wiesmeier M., Prietzel J., Barthold F., Spörlein P., Geuß U., Hangen E., Reischl A., Schilling B., von Lützow M., Kögel-Knabner I.: Storage and drivers of organic carbon in forest soils of southeast Germany – Implications for carbon sequestration. Forest Ecology and Management, vol. 295, 2013, pp. 162–172.
Delschen T.: Impacts of long-term application of organic fertilisers on soil quality parameters in reclaimed loess soil of the Rhineland lignite mining area. Plant and Soil, vol. 213, 1999, pp. 43–54.
Ingram J.S.I., Fernandes E.C.M.: Managing carbon sequestration in soils: concepts and terminology. Agriculture, Ecosystems and Environment, vol. 87, 2001, pp. 111–117.
Coleman K., Jenkinson D.S.: RothC-26.3. A model for turnover of carbon in soil. Model description and windows users guide. Rothamsted Research Harpenden Herts AL5 2JQ, November 1999 issue (modified August 2008).