The impact of forest succession on the properties of organic matter in the soils of the Gorce Mountains, Southern Poland

Stabilizacja glebowej materii organicznej w ekosystemach górskich odgrywa kluczową rolę w obiegu węgla, szczególnie w kontekście rosnącej presji zmian klimatu i zmian użytkowania terenu. Regiony górskie, poprzez uwarunkowania klimatyczne i ograniczoną aktywność mikrobiologiczną, sprzyjają akumulacji materii organicznej. Jednocześnie są wyjątkowo wrażliwe na zmiany w pokrywie roślinnej i dynamice sukcesji. Gorce, będące przykładem regionu reprezentującego intensywne zmiany użytkowania terenu, stanowią modelowy obszar do analizy wzajemnych relacji między sukcesją wtórną, właściwościami materiału macierzystego i procesami glebotwórczymi. Celem niniejszej pracy jest ocena wpływu sukcesji wtórnej oraz materiału macierzystego na zasoby i stabilność materii organicznej w glebach dwóch polan: Gorc Młynieński i Za Turnią. Analizowano gleby pod kolejnymi stadiami sukcesji leśnej: murawami, borówczyskami, zaroślami, młodymi i starymi lasami sukcesyjnymi i lasami trwałymi. Oznaczono podstawowe właściwości fizyczno-chemiczne gleb, skład frakcji materii organicznej oraz właściwości spektroskopowe FTIR-ATR. Największe zasoby materii organicznej stwierdzono pod zaroślami i trwałymi lasami, najniższe natomiast pod zbiorowiskami starych lasów sukcesyjnych oraz pod murawami. Stabilność materii organicznej w większym stopniu zależała od rodzaju procesu glebotwórczego niż od stadium sukcesji. Gleby brunatne wykazywały większy udział stabilnych form organiczno-mineralnych, natomiast gleby bielicowe dominację labilnych frakcji cząstek organicznych. Wyniki FTIR potwierdziły te różnice: w glebach polany Za Turnią przeważały sygnały związane ze świeżą materią organiczną, podczas gdy na polanie Gorc Młynieński dominowały pasma aromatyczne, świadczące o bardziej przetworzonych formach glebowej materii organicznej. Uzyskane wyniki wskazują, że stabilność glebowej materii organicznej w Gorcach jest determinowana przede wszystkim przez właściwości materiału macierzystego i typ procesu glebotwórczego, podczas gdy sukcesja roślinna pełni rolę modyfikującą. W kontekście prognozowanych zmian klimatycznych i dalszych przekształceń pokrycia terenu zrozumienie mechanizmów stabilizacji SOM w ekosystemach górskich pozostaje kluczowe dla oceny ich roli jako długotrwałych magazynów węgla.

The stabilization of soil organic matter (SOM) in mountain ecosystems plays a crucial role in the carbon cycle, particularly in the context of accelerating climate change and land-use transformations. Mountain regions, due to their specific climatic constraints and limited microbial activity, tend to accumulate substantial amounts of SOM, while remaining highly sensitive to shifts in vegetation cover and successional dynamics. The Gorce Mountains in southern Poland, undergoing marked land-use change over recent decades, represent a suitable natural laboratory for examining interactions between secondary succession, parent material properties, and soil-forming processes. This study aimed to assess the influence of secondary succession and parent material on SOM stocks and their stability in soils of two mountain clearings: Gorc Młynieński and Za Turnią. Soils representing consecutive stages of forest succession: grasslands, blueberry shrublands, shrub thickets, young and old successional forests, and mature forests were analysed. Basic physico-chemical soil properties, SOM fractions, and FTIR-ATR spectra were determined. The highest SOM stocks were found under shrub thickets and permanent forests, whereas the lowest occurred under old successional forests and grasslands. However, SOM stability was primarily controlled by the dominant soil-forming process rather than the successional stage. Cambisols were characterised by a greater proportion of stable mineral-associated organic matter, while Podzols contained mainly labile particulate organic matter. FTIR spectra supported these differences: soils at Za Turnią exhibited stronger signals associated with fresh, weakly transformed SOM, whereas soils at Gorc Młynieński were dominated by aromatic bands indicative of more advanced SOM transformation. Overall, the results show that SOM stability in the Gorce Mountains is governed chiefly by parent material properties and soil-forming pathways, with vegetation succession acting as a modifying factor. In the face of projected climate change and continued shifts in land cover, understanding SOM stabilization mechanisms in mountain ecosystems is essential for assessing their function as long-term carbon reservoirs.