Materia organiczna gleb -wszystkie związki organiczne występujące w glebach za wyjątkiem: nie rozłożonych tkanek roślinnych i zwierzęcych, produktów ich częściowego rozkładu oraz biomasy żywych organizmów Najczęściej pod pojęciem materii organicznej rozumiana jest próchnica (humus). Są one wykorzystywane zamiennie. Inna definicja materii organicznej: 1. Żywe organizmy i żywe podziemne części roślin 2. Świeżo obumarłe organizmy (lub ich części ) jeszcze nie objęte rozkładem 3. Związki nieswoiste - obejmujące grupę różnorodnych związków organicznych identycznych występującymi w żywych organizmach lub produktami ich metabolizmu (białka, aminokwasy, węglowodany, lignina, tłuszcze , woski, proste alkohole, kwasy alifatyczne (10 -15 % ogólnej ilości) 4. Szczątki organizmów w początkowych stadiach przetworzenia, wykazujące jeszcze ślady pierwotnych struktur tkankowych 5. Humus glebowy - bezpostaciowe, ciemno zabarwione produkty przetworzenia szczątków roślinnych, zwierzęcych i mikrobiologicznych oraz ich połączenia z mineralnymi komponentami gleby
Źródła materii organicznej w glebie -obumarłe części nadziemne roślin, które opadły w czasie wegetacji (w lasach ściółka szpilkowa lub liściasta, na łąkach i pastwiskach : ściółka trawiasta, zielna itp.) -resztki po zbiorze i korzenie roślin wyższych, -obumarłe ciała makro - i mezofauny, ich ekstrementy oraz obumarłe mikroorganizmy, -Nawozy organiczne i naturalne (obornik, gnojowica, komposty, nawozy zielone i inne -Organiczne środki ochrony roślin
Przeciętny skład suchej masy roślin dojrzałych: cukry i skrobia 1 - 5 %Węglowodany chemicelulozy 20 - 28 % celulozy 20 - 50 %Tłuszcze, woski, garbniki 1 - 8 % Ligniny 10 - 30 % Białka 1 - 15%
Szybkość rozkładu:cukry i skrobia, białka proste,białka złożone,chemicelulozy,Celuloza,Ligniny, łuszcze , woski
Szybkość rozkładu zależy także od: -Grubości i twardości szczątków -Rodzaju roślin: motylkowe trawy zioła krzewy liściaste drzewa liściaste drzewa iglaste rośliny wrzosowiskowe -Zawartości azotu
Proces akumulacji glebowej materii organicznej Równanie Tiurina Z = A [(1-a)/b]
Z - zapas graniczny próchnicy A - coroczny dopływ szczątków z opadem roślinnym a - współczynnik mineralizacji świeżego opadu b - współczynnik mineralizacji próchnicy
W zespołach naturalnych coroczny dopływ materii organicznej do gleb jest zbliżony do corocznegon rozkładu. Ilość materii organicznej utrzymuje się na mniej więcej stałym poziomie, pierwiastki krążą w obiegu zamkniętym. W zespołach zagospodarowanych bilans materii organicznej jest ujemny. Dopływ nie równoważy ubytków na skutek czego maleje zawartość próchnicy.
Rozkład materiału organicznego w glebach Procesy rozkładu Mineralizacja (75 - 80 % mat. wyjściowego) Humifikacja (20 - 25 % mat. wyjściowego)
Mineralizacja - rozkład połączony z wytworzeniem prostych związków nieorganicznych CO2, H2O, NH3 SO4 2-, HPO4 2-, NO3 -itp.
Humifikacja - rozkład połączony z wytworzeniem substancji próchniczych charakterystycznych dla poszczególnych gleb i biocenoz
Mineralizacja Proces mineralizacji zachodzący w warunkach tlenowych to butwienie. Najczęściej zachodzi w warunkach odczynu obojętnego i w wyższej temperaturze. Przemianom towarzyszy wydzielanie dużych ilości ciepła. (Gleba zawierająca 4 % substancji organicznej posiada na pow 1 ha w poziomie Ap potencjał energetyczną odpowiadający 20 -25 tonom węgla antracytowego)
Gnicie zachodzi najczęściej w warunkach nadmiernej wilgotności, przy odczynie kwaśnym i niskiej temperaturze. Końcowymi produktami przemian oprócz CO2, H2O, NH3 są metan CH4, siarkowodór H2S , skatol CS2 itp
Fazy rozkładu materiału organicznego 1. Faza inicjalna - obejmuje głównie hydrolizę i utlenianie, zachodzące w materiałach organicznych bezpośrednio po obumarciu. Brak widocznych objawów zniszczenia struktury tkankowej. Największe zmiany dotyczą związków aromatycznych i białkowych 2. Faza mechanicznego rozkładu - rozdrabnianie materiału organicznego i włączanie go do masy glebowej przez makro i mezofaunę. Zmiany w tej fazie dotyczą głównie właściwości fizycznych w mniejszym stopniu chemicznych. 3. Faza rozkładu mikrobiologicznego - przemiany realizowane głównie przez organizmy heterotroficzne i saprofityczne. Podstawą tej fazy jest enzymatyczny rozkład substancji organicznych na proste związki, częściowo przyswajalne przez mikroorganizmy.
Humifikacja związków organicznych
Proces humifikacji rozpoczyna się równocześnie z mineralizacją. W późniejszym okresie rozpoczynają się skomplikowane procesy biochemiczne które przebiegają w dwóch etapach: -rozkład substratu organicznego do pewnych prostszych elementów -mniej lub bardziej skomplikowana synteza i resynteza tych elementów powodująca powstawanie substancji próchniczych
Nieswoiste substancje próchniczne -należątu związki o dobrze rozpoznanej budowie, zaklasyfikowane do różnych w chemii organicznej grup strukturalnych. Stanowiąone 10-15 % substancji próchnicznych. Należątu między innymi: •węglowodany •tłuszczowce •aminokwasy •lignina •garbniki
Swoiste substancje próchniczne -są to wysokocząsteczkowe związki o mało rozpoznanej budowie, które można wyekstrahować 0,1 M roztworem NaOH. Substancje te stanowią 25-90 % substancji próchnicznych. Są one dzielone na: kwasy huminowe kwasy fulwowe huminy Substancje nieswoiste: Węglowodany Formy węglowodanów w glebie 1. cukry proste w roztworze glebowym, 2. polisacharydy, 3. cukry silnie związane przez koloidy glebowe, Tłuszczowce Grupa substancji organicznych nazywanych ogólnie tłuszczowcami jest grupą związków o różnych właściwościach, pochodzących z różnych grup chemicznych.Są one reprezentowane przez różnorodne związki, począwszy od prostszych: np. kwasów tłuszczowych do bardzo złożonych jak: sterole, terpeny, tłuszcze, woski i żywice. Największe znaczenie mają te ostatnie: tłuszcze, woski i żywice. Woski i smoły znane są pod nazwą substancji bitumicznych lub bitumin, które ekstrahuje się z gleby najczęściej mieszaniną alkoholu i benzenu. W glebie tłuszczowce występują prawdopodobnie głównie w resztkach roślinnych. Małe ilości tłuszczowców są związane w żywych i martwych, nierozłożonych ciałach mikrofauny glebowej. Tłuszcze,woski i żywice stanowią 2-6% substancji organicznej. Tłuszczowce mają wpływ na procesy fizjologiczne roślin. Niektóre z tych związków posiadają stymulujące działanie na wzrost roślin, a inne wręcz przeciwne -hamują go. Ponadto woski i ich pochodne mogą przyczyniać się do zwiększania retencji wodnej gleb, zwłaszcza piaszczystych.
Aminokwasy są związkami organicznymi, których cząsteczki zawierają dwie grupy funkcyjne. Grupę aminową, która ma właściwości zasadowe i grupę karboksylową o charakterze kwasowym. Aminokwasy występują w glebie w kilku różnych formach, takich jak: -Wolne aminokwasy w roztworze glebowym w mikroporach glebowych -Aminokwasy, peptydy, białka związane z minerałami ilastymi: na zewnętrznych powierzchniach na wewnętrznych powierzchniach -Aminokwasy, peptydy,białka związane z próchnicą: siłami van der Waalsa wiązaniami kowalencyjnymi jako kompleks chinon-aminokwas -Mukoproteiny -Kwas muraminowy Aminokwasy są łatwo rozkładane i przyswajane przez mikroorganizmy i z tego powodu ich występowanie w glebie jest krótkotrwałe. Na zawartość wolnych aminokwasów w glebie silny wpływ mają: warunki pogodowe,wilgotność gleby, rodzaj roślin i faza ich wzrostu, dopływ materii organicznej.
Aminocukry występują w glebie jako strukturalne składniki takich złożonych związków jak: mukopolisacharydy, mukopeptydy, chityna. Z tego względu można stwierdzić, że aminocukry są pochodzenia mikrobiologicznego. W wierzchniej warstwie większości gleb 5-10% azotu przypada właśnie na aminocukry.
Kwasy nukleinowe są związkami wysokocząsteczkowymi o charakterze polimerów, składającymi się z niskocząsteczkowych elementów strukturalnych, zwanych nukleotydami. W skład nukleotydu wchodzi zasada azotowa, cukier pentoza oraz reszta kwasu fosforowego. Zasady azotowe są pochodnymi puryny i pirymidyny. Do zasad purynowych należy: guanina i adenina, a do pirymidynowych; uracyl, cytozyna, tymina. Cukrowym składnikiem kwasów nukleinowych jest ryboza i dezoksyryboza. Kwasy reprezentowane są przez: kwas rybonukleinowy (RNA) i kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA). Azot zawarty w kwasach nukleinowych stanowi poniżej 1% całkowitego azotu w glebie.
Garbniki Pochodnymi wysokocząsteczkowych fenoli są substancje garbnikowe, stanowiące w roślinach 5 -25% ich masy. Szczególnie dużo występuje ich w korze drzew. Garbniki tworzą z białkami i aminokwasami trwałe połączenia. Substancjom tym przypisuje się dość istotną rolę w powstawaniu swoistych związków próchnicznych.
Lignina Podobieństwo powstawania minerałów ilastych i substancji próchniczych z pierwotnych materiałów mineralnych i organicznych gleby Lignina jako substrat próchnicy glebowej Największy udział ilościowy w tworzeniu próchnicy jest przypisywany węglowodanom. Natomiast głównym pod względem ważności substratem jest lignina, zawierająca w stanie gotowym podstawowe elementy humusu Rozpoczęciem przemian ligniny jest usunięcie związanych z nią węglowodanów (celulozy, hemicelulozy) . Prowadzi to do czasowego nagromadzenia lignin w glebie Wolna lignina podlega przemianom chemicznym i biologicznym. W miarę postępującej humifikacji zachodzi: 1. spadek zawartości węgla 2. wzrost zawartości tlenu 3. spadek ilości grup metoksylowych 4. wzrost zawartości azotu. Spadek zawartości węgla i wzrost tlenu świadczy o utlenianiu. Proces ten zachodzi najłatwiej w środowisku zasadowym (obecność węglanu wapnia). Podobnie oddziaływują składniki zasadowe zawarte w samej biomasie (ściółka drzew liściastych) w przeciwieństwie do kwaśnej ściółki drzew szpilkowych)
Wraz z następującymi przemianami pojawiają się właściwości kwasowe. Jest to możliwe dzięki: -gr fenolowym -gr karboksylowym
Cechą charakterystyczną procesu humifikacji jest zjawisko przyłączania azotu w formie amoniaku lub aminokwasu. Odbywa się ono w trakcie utleniania ligniny. Oprócz azotu stanowiącego integralną część substancji próchniczych istnieją formy tego pierwiastka połączone w sposób mniej trwały, możliwe do usunięcia w procesie hydrolizy. Są to m.in. białka i glukozaminy
Wg niektórych powstawanie substancji próchniczych z ligniny odbywa się na zasadzie jej całkowitego rozkładu i późniejszej syntezy lignina fenole chinony substancje próchnicze rozpad utlenianie przyłączanie N i polimeryzacja
Teorie polifenolowe Według Flaiga (1966) : 1. Lignina w wyniku działania mikroorganizmów rozkładana jest do podstawowych jednostek strukturalnych -jednostek fenylopropanowych. 2. Jednostki fenylopropanowe ulegają demetylacji i utlenieniu bocznych łańcuchów węglowych pod wpływem enzymów -oksydaz fenolowych, w rezultacie czego z fenoli powstają chinony. 3. Chinony reagują ze związkami azotowymi i powstają związki próchniczne (kwasy humusowe) Kononowa (1966) natomiast podkreśla rolę mikroorganizmów przy tworzeniu polifenoli, które nie są syntezowane z ligniny lecz z celulozy i innych substratów. Wyróżnia ona następujące etapy powstawania związków próchnicznych : 1. Mikroorganizmy rozkładają cukry proste, część białka i celulozy w resztkach roślinnych. 2. Celuloza jest rozkładana przez miksobakterie, które syntezują polifenole. 3. Polifenole w wyniku działania enzymów fenolowych (oksydaz) są utleniane do chinonów, które reagują ze związkami azotowymi i tworzą związki próchniczne. 4. Następuje rozkład ligniny, w wyniku którego uwalniane są fenole, które również służą jako materiał do syntezy związków próchnicznych.
Teoria cukrowo-białkowej kondensacji Cukry i aminokwasy, powstałe jako produkty metabolizmu mikroorganizmów glebowych, przechodzą nieenzymatyczną polimeryzację do form azotowych polimerów o barwie brązowej. W wyniku reakcji cukru ze związkiem azotowym (np. aminokwasem) powstaje N -glukozoamina. Przechodzi ona następnie w N -aminodezoksyketozę. Związek ten może ulec fragmentacji (powstają łańcuchy 3-węglowe aldehydów i ketonów jak acetol, diacetyl) oraz dehydratacji (powstają furfurale). Powstałe w ten sposób związki są silnie reaktywne i w obecności związków azotowych szybko polimeryzują w złożone formy azotowe barwy brązowej. Podobne przemiany zachodzą podczas dehydratacji produktów spożywczych. Słabą stroną tej teorii jest fakt, że w temperaturach jakie panują w glebie wymienione reakcje zachodzą raczej powoli. Nagłe i częste zmiany zachodzące w środowisku glebowym (zamarzanie, tajanie, wysychanie, zalewanie itp.) mogą jednak ułatwiać polimeryzację cukrów i składników azotowych. Ponadto, aminokwasy i cukry są produkowane w dużych ilościach przez mikroorganizmy.
Podsumowanie teorii powstawania swoistych substancji humusowych
Powstawanie według kierunku ligninowego zachodzi w glebach wilgotnych, mokrych i słabo napowietrzonych. Kierunek polifenolowy dominuje w glebach leśnych, natomiast kierunek cukrowo-białkowej kondensacji przeważa w glebach surowego klimatu kontynentalnego, w których występują częste i ostre zmiany temperatury, wilgotności i naświetlenia
Kwasy fulwowe -frakcja związków próchnicznych o barwie żółtej (kwas krenowy) do żółtobrązowej (kwas apokrenowy), rozpuszczalnych w wodzie w całym zakresie pH. Pozostają one w roztworze po strąceniu kwasów huminowych w wyniku zakwaszenia roztworu. Są one prawdopodobnie pierwszymi produktami humifikacji. Dzięki wysokiej rozpuszczalności są w glebie bardzo ruchliwe, łatwo przenikają w głąb profilu co ma wpływ na proces bielicowania. Wypłukiwanie odbywa się łącznie z przemieszczaniem żelaza, z którym tworzą połączenia chelatowe. Występują w glebach o odczynie kwaśnym, ubogich w składniki pokarmowe. Ich wysoka zawartość, przy niskim udziale kwasów huminowych świadczy o niekorzystnych warunkach dla roślin.
Kwasy huminowe -frakcja związków próchnicznych o barwie ciemnobrązowej do czarnej, które mogą być ekstrahowane z gleby za pomocą alkalicznych rozpuszczalników (NaOH). Są nierozpuszczalne w wodzie w warunkach kwaśnych (pH < 2) i dlatego ulegają strąceniu po zakwaszeniu roztworu. Cząsteczki k. huminowych łączą się w łańcuchy i agregaty (polimeryzacja) co wraz ze sferokoloidalną strukturą powoduje ich wysoką porowatość. Ma to duże znaczenie dla wiązania wody i właściwości sorpcyjnych. Właściwości hydrofilowe wynikają ze stosunku ilości struktur aromatycznych (hydrofobowych) do bocznych łańcuchów (hydrofilowych).
Kwasy huminowe gleb bielicowych odznaczają się większymi właściwościami hydrofilowymi niż kwasy huminowe gleb czarnoziemnych. Wśród k. huminowych wyróżnia się: -kwasy hymatomelanowe - uproszczona frakcja kwasów huminowych rozpuszczalna w alkoholu i bromku acetylu , co upodabnia je do kwasów fulwowych. Odróżnia je słabszy charakter kwasowy, barwa i silniejszy stopień polimeryzacji. Prawdopodobnie są mieszaniną produktów wstępnych w biosyntezie kwasów huminowych. Podobnie jak fulwokwasy, stanowią początkowe stadia humifikacji. Obecność ich w większej ilości nie sprzyja rozwojowi roślin -kwasy huminowe właściwe: brunatne i szare Kwasy brunatne (kwasy ulminowe) - są uboższe w azot, silniejszy charakter kwaśny, mniejszy ciężar cząsteczkowy i mniejszą wrażliwość na koagulację elektrolitami. Spotyka się je w glebach kwaśnych, ubogich w azot. Kwasy szare - są bogate w azot i bardzo wrażliwe na elektrolity, mają słaby charakter kwaśny i cięższą cząsteczkę. Przeważają w glebach zasobnych w azot i wapno
Huminy -frakcja związków próchnicznych o barwie czarnej nierozpuszczalnych w wodzie w całym zakresie pH (nierozpuszczalne w zasadach i kwasach). Huminy należą do najmniej zbadanych substancji próchnicznych. Niektórzy odróżniają od humin rozpuszczalnych w gorącym ługu frakcję nierozpuszczalną - węgiel humusowy. Powstają one prawdopodobnie w procesie starzenia k.humusowych, co jest wywoływane zazwyczaj częstym i silnym wysychaniem w podwyższonej temperaturze. Huminy są mało aktywne, a trudności z ich ekstrakcją z gleby wynikają prawdopodobnie ze skłonności do tworzenia bardzo trwałych połączeń z mineralną częścią gleb
Występowanie związków humusowych w glebie: -sole kwasów humusowych (humiany i fulwiany) powstają przez wymianę wodoru grup funkcyjnych na kation alkaliczny, bardzo powszechne pomiędzy rodnikiem humusowym a kationem występuje wiązanie jonowe, -humusowe związki kompleksowe i wewnątrzkompleksowe (chelaty) powstające w połączeniu cząstek humusowych z wielowartościowymi jonami (żelaza, glinu, manganu i miedzi) wiązaniami koordynacyjnymi połączenia związków humusowych z minerałami ilastymi - przypuszcza się, że mogą one się tworzyć z udziałem jonów metali pełniących rolę mostków pomiędzy cząsteczką humusu i minerałem ilastym, a także w wyniku sorpcji na powierzchni zewnętrznej lub wewnętrznej minerału
Formy próchnicy w glebie Próchnica lądowa: -Mor powstaje w środowisku kwaśnym z resztek organicznych ubogich w składniki mineralne (szpilki, wrzosy, borówki) Rozkład materii organicznej następuje bardzo wolno, gdyż w odczynie silnie kwaśnym pH = 3,5 - 4,5 jedynymi organizmami prowadzącymi rozkład są grzyby. W składzie próchnicy dominują fulwokwasy, których ciągły dopływ do gleby powoduje procesy bielicowania W takich warunkach tworzy się charakterystyczny układ warstw ektohumusu (próchnicy nadkładowej) o znacznej miąższości: * Ol -warstwa surowinowa * Of-warstwa fermentacyjna * Oh -warstwa humifikacyjna Stosunek C:N w próchnicy typu mor jest zawsze większy od 20, a często osiąga wartość 30-40.
Próchnica w przyrodzie
Formy lądowe (terystryczne) Formy wodne i półwodne (semiterystryczne) surowa moderowa mullowa torfowa gytiowa murszowa
Moder jest przejściową formą próchnicy od mor do mull, charakterystyczną dla gleb darniowo-bielicowych oraz górskich gleb łąkowych. Poziomy próchniczne typu moder składają się z nieznacznej miąższości (2-3 cm) poziomu ściółki, który stopniowo, bez wyraźnej granicy, przechodzi w poziom akumulacyjny. Jest to typ próchnicy średnio zhumifikowanej. W przemianach resztek roślinnych udział biorą stawonogi i grzyby acidofilne. Stosunek C:N wynosi 15-25. Wytworzone kompleksy organiczno-mineralne są nietrwałe i słabo związane z mineralną częścią gleby.
Mull jest formą próchnicy charakterystyczną dla gleb kasztanowych, czarnoziemów, rędzin i innych gleb wykazujących wysoką aktywność biologiczną. Powstaje ona przy udziale roślinności trawiastej. Jest to dobrze zhumifikowana substancja organiczna, wytworzona przy udziale bezkręgowców i bakterii przerabiających resztki roślinne.Ten typ próchnicy charakteryzuje się odczynem obojętnym, stosunkiem C:N zbliżonym do 10 oraz zdolnością do tworzenia trwałych kompleksów organiczno-mineralnych. Występuje przede wszystkim w glebach uprawnych.
Kononowa (1968) wyróżnia natomiast trzy typy próchnicy.
Pierwszy typ próchnicy jest charakterystyczny dla gleb bielicowych, płowych i laterytowych pod zbiorowiskami leśnymi. W próchnicy tej występuje przewaga kwasów fulwowych więc stosunek kwasów huminowych do fulwowych jest mniejszy od 1. Kwasy huminowe wykazują niewielki stopień kondensacji jądra aromatycznego i zbliżone są do kwasów fulwowych. Znaczna hydrofilowość kwasów huminowych sprzyja tworzeniu z metalami związków wewnątrzkompleksowych (chelatowych) o zdolności do przemieszczania się w głąb profilu. Znaczna ruchliwość próchnicy tego typu sprzyja procesom wymywania i bielicowania.
Drugi typ próchnicy jest charakterystyczny dla czarnoziemów, rędzin, czarnych ziem i gleb brunatnych. Stosunek kwasów huminowych do fulwowych jest większy od 1. Kwasy huminowe są silnie powiązane z mineralną częścią gleby. Stopień kondensacji pierścieni aromatycznych w kwasach huminowych jest wysoki, a stosunek E4:E6 wynosi 3,5 -4,0.
Trzeci typ próchnicy jest charakterystyczny dla gleb półpustynnych. Przeważa tu frakcja kwasów fulwowych, natomiast tworzenie się kwasów huminowych, które są na ogół silnie związane z częściami mineralnymi, jest ograniczone.
Próchnica w glebach uprawnych: a) „słodka”, adsorpcyjnie nasycona, czyli Ca2+ -próchnica b) „kwaśna”, adsorpcyjnie nienasycona, czyli H+ i Al3+ -próchnica c) „słona” , adsorpcyjnie nasycona jonami Na+, czyli Na+ -próchnica
Podział próchnicy ze względu na przydatność rolniczą: -próchnica pokarmowa (biologicznie czynna) -dominują składniki łatwo przyswajalne dla roślin Ta część próchnicy glebowej może być rozkładana przez mikroorganizmy z uwolnieniem związków azotowych. Proces zachodzi tym szybciej im mniejszy jest stosunek C:N. Oprócz azotu mineralizacja tej próchnicy wzbogaca glebę w związki fosforu, siarki a w wyniku przemian biochemicznych powstają antybiotyki, hormony, witaminy i inne substancje organiczne -próchnica trwała - trudno rozkładająca się , nierozpuszczalne w bromku acetylowym. Próchnica trwała jest ciemniejsza , zazwyczaj umiejscowiona niżej w profilu glebowym
Zawartość próchnicy w glebach
Na obszarze Polski mamy głównie gleby mineralne z niewielką zawartością próchnicy oraz gleby organiczne, z dużymi zapasami materii organicznej, której prawie połowa jest prawdopodobnie zhumifikowana. Musierowicz podaje, że zawartość próchnicy w wierzchnich (0—20 cm) warstwach naszych gleb mineral¬nych terenów równinnych waha się w szerokich granicach od 0,6—6,0% lub 18— 180 t/ha Najmniejszą zawartością próchnicy charakteryzują się gleby bielicowe wytworzone z piasków, największą rędziny, a następnie czarne ziemie, mady i czarnoziemy. Gleby bielicowe, płowe i brunatne wytworzone z gliny zwałowej i z utworów pyłowych zajmują wśród gleb polskich miejsce pośrednie pod względem zawartości próchnicy.
Sposoby regulowania zapasów próchnicy w glebach
W glebach mineralnych do .najważniejszych czynników regulujących zapasy substancji organicznej należą takie zabiegi, jak: -racjonalny system uprawy roli -odpowiednie zmianowanie , -stosowanie nawozów organicznych (obornik. komposty , nawozy zielone, torf) oraz humusowych preparatów z torfu lub węgla brunatnego itp. -utrzymanie w glebie odpowiednich warunków wodno-powietrznych
Najkorzystniejszym zabiegiem sprzyjającym gromadzeniu się próchnicy, zwłaszcza na glebach zwięźlej szych, jest uprawa wieloletnich roślin motylkowych i traw. Dużo związków próchnicznych gromadzi się w glebach bielicowych zwapnowanych. W czarnoziemach i glebach brunatnych taką samą rolę spełnia lucerna. Pod koniczyną gromadzenie nowych zapasów próchnicy może przewyższać jej rozkład. Zawartość próchnicy w glebach uprawnych zależy również od stosowanego zmianowania, co jest związane z ilością resztek roślinnych pozostawianych w glebie po zbiorze. Uprawa wcześniej omawianych roślin motylkowych oraz wieloletnich traw dodatnio wpływa na bilans próchnicy w glebach. Uprawa roślin okopowych, ze względu na niewielką ilość resztek pozbiorowych, powoduje zmniejszenie zapasów próchnicy w glebach. Obornik i komposty działają słabiej na powstawanie próchnicy niż rośliny motylkowe. W pierwszym roku obornik jest głównie źródłem składników pokarmowych pochodzących z łatwo rozkładających się związków. Nawożenie torfem, zwłaszcza niskim, wpływa dodatnio na gleby piaszczyste i ubogie w próchnicę. Zwiększa ono nie tylko ilość próchnicy, ale także poprawia właściwości fizyczne i chemiczne gleby. Szczególną rolę spełniają tutaj komposty torfowe, zwłaszcza torf z obornikiem.
Zwiększenie zawartości próchnicy w glebach lekkich może nastąpić nie tylko poprzez odpowiedni dobór roślin, dostarczających dużo resztek pożniwnych, odpowiednią uprawę roli i nawożenia obornikiem, ale także przez glinowanie i iłowanie Pod wpływem tego zabiegu nastąpiło wyraźne zwiększenie zawartości próchnicy, polepszenie stosunków wodno-powietrznych w glebie i ogólny wzrost plonu roślin. Wtórne minerały ilaste zawarte w glinach i iłach tworzą z substancjami próchnicznymi trwalsze kompleksy lub związki organiczno-mineralne, co obniża tempo rozkładu próchnicy, a pośrednio wpływa na wzrost jej zawartości w glebach Właściwe nawożenie organiczne, racjonalne zmianowanie oraz lessowanie i glinowanie dadzą tylko wtedy dodatni efekt, jeżeli stworzymy w glebach lekkich takie warunki wodno-powietrzne i taki odczyn, które sprzyjać będą kumulacji próchnicy. Dodatni wpływ na gromadzenie się próchnicy w glebach lekkich może mieć zastosowanie tak zwanej głębokiej orki melioracyjnej, zaproponowanej przez Egerszegiego. Polega ona na zaorywaniu do głębokości 40—60 cm samych nawozów organicznych lub uprzednio zmieszanych z gliną.
Zagadnienie regulacji zapasów próchnicy w glebach organicznych przedstawi się odmiennie i jest bardziej złożone ze względu na swoisty skład masy glebowe;, w której dominują części organiczne niezhumifikowane. Dlatego też stosowanie obornika na gleby torfowe działa jedynie jako szczepionka mikroorganizmów rozkładających substancje organiczne, ożywiając jednocześnie te słabo czynne gleby. W glebach torfowych należy dążyć przede wszystkim do polepszenia jakości zawartej w nich próchnicy i niedopuszczenia do szybkiego rozpylenia masy torfowej. Zawarte w niej związki próchniczne różnią się od próchnicy gleb mineralnych. Mają one przeważnie charakter organicznych koloidów hydrofilowych, bardziej wrażliwych na przesuszenie niż koloidy próchniczne spotykane w glebach mineralnych. Przyczyną łatwej podatności próchnicy torfowej na przesuszanie koloidów i przechodzenie ich w stan nieodwracalny jest to, że nie są one zespolone z częściami mineralnymi w związki kompleksowe, jak w glebach mineralnych
Rola i znaczenie próchnicy w glebie
Substancje próchniczne stanowią jeden z podstawowych czynników decydujących o wartości gleby. Materia organiczna, ulegając stopniowo rozkładowi w toku procesów mineralizacji, dostarcza wiele składników pokarmowych niezbędnych do wzrostu i rozwoju roślin. W związku z tym zawartość próchnicy w glebach mineralnych jest ogólnie przyjętym wskaźnikiem ich potencjalnej żyzności. Stosowanie optymalnych nawozów mineralnych nie obniża wszechstronnej roli materii organicznej, a nawet przeciwnie, znacznie ją podnosi ze względu na różnorodne pośrednie i bezpośrednie funkcje, jakie substancje próchniczne spełniają w kształtowaniu fizycznych, chemicznych i biologicznych właściwości gleb.
Wpływ na właściwości fizyczne: -tworzenie struktury gruzełkowej Czarnoziemy i czarne ziemie humiany wapnia i żelaza sklejających cząstki gleby, sprzyja tworzeniu wodoodpornej struktury gruzełkowatej o dużej porowatości, nadającej tym glebom szczególnie korzystne właściwości agrotechniczne. W glebach kwaśnych połączenia kwasów fulwowych nie mają tych korzystnych właściwości i nie wpływają tak silnie na tworzenie się struktur wodoodpornych. Badania wykazały, że dużą aktywność w tworzeniu struktury wykazują poli-sacharydy, białka i ligninopodobne połączenia koloidalne. Woski, smoły i tłuszczowce nie zwiększają zgruźlenia masy glebowej, lecz nasycając agregaty czynią je bardziej hydrofobowymi i przez to trwalszymi.
-warunki powietrzno-wodne Substancje próchniczne te pogarszają stopień zwilżania, a zatem i kapilarnego podnoszenia wody. Dzięki temu w glebach zasobnych w próchnicę powstają korzystniejsze właściwości wodne na skutek obniżenia ilości wyparowanej wody glebowej. Substancje próchniczne gleby mają wysoką pojemność wodną. W stosunku do swojej masy mogą zatrzymać 3—5-krotnie więcej wody, która znajduje się w glebie przeważnie w formie dostępnej. Ta właściwość ma szczególne znaczenie w glebach piaszczystych, ponieważ ich pojemność wodna zależy głównie od zawartości materii organicznej. Możemy ją regulować poprzez odpowiednie nawożenie organiczne. Scheffer i Schachtschabel podają, że 20 t/ha obornika powoduje zwiększenie pojemności wodnej o 0,5%, co na glebach lekkich ma także znaczenie produkcyjne
-inne właściwości Wpływ na barwę gleby Dzięki ciemnemu zabarwieniu humus pochłania silnie promienie słoneczne. podwyższając temperaturę gleby. Humiany wapnia gleb czarnoziemnych pochłaniają więcej promieniowania niż jaśniej zabarwione humiany żelaza i glinu zawarte w glebach brunatnych lub bielicowych. Ciemna barwa poziomu wywołana związkami próchnicznymi przyspiesza nagrzewanie się gleb wiosną, przedłużając okres wegetacji roślin.
Wpływ na właściwości chemiczne
Substancje humusowe wpływają na zdolności sorpcyjne i kształtowanie się zasobności gleb. Stanowią one istotną część składową kompleksu sorpcyjnego, którego zdolność chłonna przewyższa znacznie pojemność sorpcyjną części mineralnej. Niektórzy autorzy podają, że organiczna część kompleksu sorpcyjnego może sorbować 4—12 razy więcej kationów wymiennych niż część mineralna. W glebach lekkich pozbawionych iłu koloidalnego jedynie substancje humusowe mają zdolność sorpcji wymiennej. Buckman i Brady podają, że zawartość 1% próchnicy w glebie klimatu umiarkowanego odpowiada mniej więcej 2 cmol(+) pojemności sorpcyjnej na 1 kg gleby. Pojemność sorpcyjna minerałów ilastych waha się w zakresie od 0,1 do 1,0 cmol(+)/kg gleby. Dzięki zdolności sorpcyjnej substancje próchniczne regulują stężenie roztworów glebowych. Sorbują one znaczne ilości kationów Ca2+ , Mg2+ , NH4 +, Na+, K+ i H+ .
Kationy wymienne zasorbowane przez próchnicę są wypierane łatwiej z razy stałej gleby, a więc są one ruchliwsze niż kationy wymienne adsorbowane przez mineralną część kompleksu sorpcyjnego. Substancje próchniczne zwiększają też zdolności buforowe gleb, regulując odczyn ich roztworów oraz stężenie składników pokarmowych
Wpływ substancji humusowych na mikroorganizmy i rozwój roślin. -są poważnym źródłem węgla i azotu, które to składniki w toku rozkładu próchnicy zostają uwalniane, przechodząc w dwutlenek węgla, amoniak i inne składniki proste. -substancje humusowe jako kompleksy jonowymienne mogą regulować stężenie składników pokarmowych w podłożu i zmniejszać ujemny wpływ niskiego pH na ich pobieranie przez mikroflorę i rośliny wyższe. Niektóre składniki mineralne, np. żelazo i miedź, wprowadzane do podłoża w postaci związków kompleksowych z frakcjami humusowymi, są łatwiej pobierane przez rośliny niż podawane w postaci połączeń nieorganicznych.
-Gleby uprawne zasobne w substancje humusowe odznaczają się wyższą ak-tywnością biologiczną. W środowisku glebowym o większej zawartości próchnicy populacje mikroorganizmów są liczniejsze, bardziej czynne i ustabilizowane w swoim składzie gatunkowym. Substancje humusowe gleby wzmagają nie tylko czynności mikroflory, ale również oddziałują na procesy przez nie wywoływane. Połączenia humusowe wpływają korzystnie na nitryfikację wprowadzonego do gleby azotu amonowego i związków azotowych samej gleby oraz zmniejszają znacznie straty tego składnika. Połączenia humusowe wpływają również bezpośrednio na rozwój mikroorganizmów i roślin wyższych. Niektóre frakcje humusowe wyodrębnione z torfów wzmagają szybkość podziału komórek mikroorganizmów.
-fizjologicznie aktywne związki próchniczne zawarte w niskomolekularnych połączeniach organicznych mają duży wpływ stymulacyjny w procesach oddychania, aktywności enzymatycznej oraz fotosyntezie roślin wyższych. Sprawdzone w wyniku wieloletniej praktyki rolniczej działanie kompostów i nawozów organiczno-mineralnych opiera się nie tylko na działaniu substancji organicznych jako swoistych form nawozów kompleksowych, lecz i na stymulującym wpływie świeżych substancji próchnicznych powstających podczas przemiany nawozów organicznych w glebie
-Materiał organiczny wprowadzony do gleby w postaci obornika lub resztek roślinnych może przeciwdziałać występowaniu chorób niektórych roślin uprawnych, przy czym to fitosanitarne działanie jest spowodowane silnym mnożeniem się w tych warunkach mikroorganizmów saprofitycznych, które są antagonistami fitopatogenów
-gleby zasobniejsze w próchnicę są odporniejsze na ujemny wpływ zanieczyszczeń niż gleby słabo próchniczne. Jest to niewątpliwie związane ze zdolnościami sorpcyjnymi substancji próchnicznych. Szczególnie ważna jest zdolność substancji próchnicznych do tworzenia połączeń z pestycydami, zwłaszcza z herbicydami.
Znaczenie ochronne substancji humusowych polega nie tylko na adsorbowaniu, ale także na przyspieszaniu ich rozkładu przez dostarczanie mikroorganizmom łatwo przyswajalnych związków energetycznych. • materia organiczna jest swoistym buforem. Ma ona zdolności buforowania w szerokim zakresie pH, co jest szczególnie ważne w wiązaniu jonów wodorowych i częściowym niwelowaniu ujemnych skutków zakwaszenia gleb (np. kwaśnych deszczów). Gleby kwaśne, o dużej rezerwowej pojemności wymiennej kationów charakteryzują się dużą zdolnością buforowania w zakresie alkalicznym i małą w zakresie kwaśnym. • Powstające w glebach połączenia metaloorganiczne decydują o rozpuszczalności, migracji i dostępności dla roślin kationów, w tym metali ciężkich. Ma to duże znaczenie w unieruchamianiu w środowisku glebowym takich metali, jak: Al, Cd, Cu, Zn, Pb i innych, co przyczynia się do częściowej detoksykacji środowiska glebowego