Udział pioerwiastków

chemicznych wchodzących w

skład gleb

tlen
krzem
glin
zelazo
wapń
sód
magnez
potas
wodór
inne

Udział pierwiastków chemicznych wchodzących w skład gleb

O

S
i

Al

Fe

Ca Na

Mg K

H

Fotosyntez
a

CO

2

Mineralizacja

mikroorganizm
y

asymilacja przez
bakterie autotroficzne

Rozkładające się resztki, substancja
organiczna gleby, osady morskie,
komórki mikroorganizmów

Oddychani
e zwierząt

Rośliny lądowe,

glony wodne

Zwierzęta roślinożerne

Obieg węgla w
przyrodzie

Zawartość węgla w glebach Polski

Gleby bielicowe

0,3-0,9%

Gleby płowe

0,5-1,3%

Gleby brunatne

0,8-1,4%

Czarnoziemy

1,4-2,0%

Czarne ziemie

1,0-2,6%

Rędziny

1,1-3,2%

Mady rzeczne

0,6-2,2%

Sposoby regulowania zawartości węgla w glebach

• stosowanie odpowiednich płodozmianów z udziałem traw i
roślin motylkowych

• stosowanie oborników i kompostów
• glinowanie i iłowanie gleb, głębokie orki melioracyjne

Zawartość węgla w glebach Polski

Gleby bielicowe

0,3-0,9%

Gleby płowe

0,5-1,3%

Gleby brunatne

0,8-1,4%

Czarnoziemy

1,4-2,0%

Czarne ziemie

1,0-2,6%

Rędziny

1,1-3,2%

Mady rzeczne

0,6-2,2%

Sposoby regulowania zawartości węgla w glebach

• stosowanie odpowiednich płodozmianów z udziałem traw i
roślin motylkowych

• stosowanie oborników i kompostów
• glinowanie i iłowanie gleb, głębokie orki melioracyjne

Azot w glebie

Azot występuje w glebie zarówno w formie organicznej, jak i

mineralnej, przy czym zdecydowanie dominują połączenia

organiczne, które mogą stanowić do 99% całkowitej zawartości

azotu. Całkowita ilość N w warstwie ornej większości gleb na ogół

waha się w granicach od 0.02 do 0.4%. W glebach organicznych

(torfowych) zawartość N jest wielokrotnie wyższa i wynosi do

3.5%.

– Głównym źródłem azotu w glebie są resztki roślinne. Azot

występuje w formach

organicznych reprezentowanych przez:

- swoiste związki próchniczne

- aminokwasy
- aminocukry
- kwasy nukleinowe

– Ponadto niewielkie ilości azotu występują w glebie w postaci

– glicerofosforanów, amin,

– witamin i pestycydów oraz produktów ich rozkładu.

Przyswajalny azot glebowy

Nawozy mineralne

Wiązanie azotu

Symbiontyczne

Niesymbiontyczne

Resztki roślinne i

obornik

Substancja organiczna

gleby

Straty przez

wymywanie

Straty przez erozję

Atmosfera

Pobieranie
przez
rośliny

Rysunek Przychody i straty przyswajalnego azotu glebowego (wg.
Buckmana i Bradego)

Fosfor w glebie

– Fosfor w glebie może występować w związkach organicznych

jak i mineralnych.

– Związki organiczne fosforu to przede wszystkim:

• fityna 2 - 50% P-org.,

• fosfolipidy 1 - 5% P-org.,

• kwasy nukleinowe 0,2 - 2,5% P-org.

– Związki mineralne występują w formie fosforanów wapnia,

żelaza i glinu.

– Formy organiczne fosforu stanowią od 15% do 80% całkowitej

zawartości tego

pierwiastka w glebie.

– Zawartość P organicznego zależy od rodzaju gleby i jej składu. Większe

jego ilości występują w torfach i glebach leśnych.

– Ogólna zawartość fosforu (P całk.) w warstwie ornej większości

wynosi 0,03 - 0,15%.

• Rośliny pobierają fosfor prawie wyłącznie w formie jonów H

2

PO

4-

i

HPO

42-

, z wyraźną preferencją tych pierwszych.

Resztki roślinne i obornik

Nawozy

mineralne

Wiązanie

Przyswajalny fosfor glebowy

Substancja
organiczna

gleby

Fosfor związany przez

minerały glebowe

Pobieranie przez

rośliny

Straty przez

wymywanie

Straty przez

erozję

Rysunek Przychody i straty przyswajalnego fosforu glebowego (wg.
Buckmana i Bradego)

Żelazo w glebie

•

Żelazo - występuje w glebach w dużych ilościach, w

różnych związkach nieorganicznych i organicznych.

Uwodnione tlenki żelaza zwiększają zwięzłość gleby.

Związki żelaza (III) nadają glebie barwę żółtą,

brunatną lub czerwoną, żelaza (II) - barwy

szarozielonkawe.

•

Pełni różne funkcje w procesach fizjologicznych

roślin. Wpływa na rozwój chloroplastów, procesy

oddychania i podział komórek. Metale ciężkie mogą

blokować metabolizm żelaza, natomiast żelazo może

blokować pobieranie i transport innych składników

(np. fosforu). Niedobór żelaza powoduje chlorozę.

Nadmiar żelaza działa toksycznie na rośliny poprzez

interakcje z innymi składnikami.

Stary kanał
korzeniowy

Strefa
koncentracji Fe

++

Strefa koncentracji Fe

+++

Tworzenie się wytrąceń przykorzeniowych

Fig. Vepraskas 1995

Powstawanie wytrąceń żelazistych na
powierzchni agregatów glebowych oraz w
strefie przykorzeniowej

wytrącenie żelaza w postaci
orsztynu

Nagromadzenia twarde związków żelaza
w postaci sferoidalnej

Nodule i ich koncentracja

• Nagromadzenia

twarde

– często o

charakterze
reliktowym

Wytrącenia żelaziste w poziomie torfowym

Formy wytrąceń Fe, Mn

wskaźnik - Dipyridyl

• Terenowy test na

obecność
zredukowanej
formy

• żelaza

Oglejenie plamiste i
zaciekowe

Oglejenie marmurkowate

• widoczne szare i

zielonkawo szare
plamy w materiale
ilastym

Wytrącenia żelaziste w glebie piaszczystej

• Barwa gleby

zmienia się po jej
natlenieniu

– Fe

+2

– Fe

+3

Oglejenie całkowite gleby

Oglejenie całkowite w glebie

zabagnianej

Oglejenie marmurkowate (formy redukcyjne i
oksydacyjne

)

Miedź w glebie

• Miedź jej zawartość ogółem w glebach wynosi od 1 do 100 mg

w 1 kg gleby. Najuboższe w miedź są gleby lekkie.

• Największy niedobór miedzi stwierdza się w glebach

bielicowych i torfowych.

• Na przyswajalność miedzi wpływa:

• zawartość materii organicznej w glebie; im więcej materii

organicznej, tym gorsza jest przyswajalność miedzi,

• odczyn gleby; im większe jest zakwaszenie gleby, tym

przyswajalność miedzi jest lepsza, ale wzrasta także tempo jej

wymywania.

• Zubożenie gleb w Polsce w miedź, pomimo że jest to

mikroelement mało ruchliwy, przebiega szybko.

• W wielu rejonach kraju, szczególnie w Wielkopolsce, na

Kujawach i w województwach wschodnich, występują niedobory

miedzi, ograniczające coraz bardziej plonowanie roślin, w tym

głównie zbóż.

Cynk w glebie

• Cynk w glebach występuje w postaci jonów związanych przez

minerały glebowe i substancję organiczną. Rozpuszczalność cynku

wzrasta w miarę wzrostu kwasowości gleby. Deficyt cynku może

powstać w glebach bogatych w fosforany, na glebach alkalicznych

i silnie wapnowanych.

• Zawartość cynku ogółem w glebach wynosi od 10 do ponad 200

mg w 1 kg gleby. Znaczna część tego pierwiastka występuje w

warstwie ornej. Cynk, podobnie jak miedź, jest pierwiastkiem mało

ruchliwym w glebie. Nie stwierdza się zależności pomiędzy

składem mechanicznym gleby a zawartością w niej cynku.

Na przyswajalność cynku wpływa:

• odczyn gleby; im gleba jest bardziej kwaśna, tym lepsza

przyswajalność, ale również zwiększa się możliwość wymywania

cynku,

• zawartość materii organicznej w glebie - w glebach organicznych i

cięższych mineralnych przyswajalność cynku jest niższa,

• zawartość fosforu; pobieranie cynku przez rośliny ograniczone jest

w przypadku bardzo dużych zawartości fosforu w glebie.

Mangan w glebie

• Mangan występuje w glebie w dużych ilościach. Tylko niewielka część

manganu dostępna jest dla roślin. Mangan występuje w roztworach

glebowych, oraz jest zasorbowany w kompleksie sorpcyjnym. Nadmiar

manganu w glebie może powodować blokowanie pobierania potasu.

Zawartość manganu w glebach wynosi od 20 do 5 000 mg w 1 kg gleby.

• Zawartość przyswajalnych form manganu i jego dostępność dla roślin

uzależniona jest od takich czynników jak:

• odczyn gleby; im gleba jest bardziej kwaśna, tym związki manganu są

bardziej rozpuszczalne i łatwiej dostępne. W glebach bardzo kwaśnych

koncentracja przyswajalnego manganu może być nawet toksyczna dla

roślin. Wapnowanie ogranicza przyswajalność manganu oraz wymywanie

go w głębsze warstwy gleby;

• uwilgotnienie gleby; w glebach dobrze uwilgotnionych zawartość

manganu przyswajalnego jest wysoka, a w glebach suchych występują

częściej objawy niedoboru. nawożenie organiczne oraz materia

organiczna gleby ograniczają dostępność manganu dla roślin.

• Mimo że zasobność gleb Polski w przyswajalny mangan nie jest zła w

porównaniu z innymi mikroelementami, to proces zubożenia gleb,

głównie na skutek ich zakwaszenia przebiega szybko.

Molibden w glebie

• Molibden występuje w glebach w znacznie mniejszych

ilościach niż wcześniej omawiane mikroelementy, bo od

0,1 do 5 mg w 1 kg gleby. Z reguły im gleba jest

cięższa, tym zasobniejsza w ten pierwiastek. Większe

ilości molibdenu zawierają gleby wapienne i bagienne.

Na przyswajalność molibdenu wpływają:

• odczyn gleby; im gleba jest bardziej kwaśna, tym

gorsza przyswajalność molibdenu,

• wapnowanie gleb i nawożenie fosforem zwiększają

przyswajalność tego mikroelementu,

• wysokie temperatury i susze letnie ograniczają

przyswajalność molibdenu.

• Wykonane analizy wskazują, że zasobność gleb w

molibden nie ulega w Polsce obniżeniu.

Bor w glebie

• Bor - występuje w minerałach zawierających borokrzemiany.

Szczególnie duże ilości boru zawierają młode gleby wytworzone z

osadów morskich. Bor może występować zarówno w roztworach

glebowych, jak i w kompleksie sorpcyjnym, tworząc związki

niedostępne dla roślin.

Zawartość boru ogółem w glebach waha się od 4 do 100 mg w 1

kg gleby. Gleby cięższe i organiczne lepiej sorbują (zatrzymują)

bor i dlatego z reguły są zasobniejsze w ten składnik.

Bor jest mikroelementem, którego przyswajalność dla roślin

warunkują następujące czynniki:

• odczyn gleby; bor jest lepiej pobierany w glebach kwaśnych i

lekko kwaśnych,

• wapnowanie gleb zmniejsza przyswajalność boru,

• zawartość materii organicznej w glebie (próchnicy), która może

być bezpieczną rezerwą boru w glebie,

• wilgotność gleby; w miarę wzrostu uwilgotnienia gleby wzrasta

przyswajalność boru.

• Zawartość boru w glebach Polski jest bardzo niska.

Charakterystyka związków próchnicznych
gleb

mor

moder

mull

Formy próchnicy glebowej

Substancje nieswoiste: węglowodany, białka,
tłuszczowce, węglowodory i ich pochodne, substancje
garbnikowe, woski i smoły

Substancje swoiste: kwasy humusowe, kwasy fulwowe,
huminy i ulminy

W procesach rozkładu materii organicznej wyróżnia się
dwa zasadnicze kierunki:
-mineralizacja CO

2

, H

2

O, NH

3

, SO

4

-2

, HPO

4

-

2

, NO

3

-

-humifikacja tworzenie się związków
próchnicznych

-Proces humifikacji zachodzi w 3 fazach:

-Faza inicjalna (procesy hydrolizy i utleniania)

-Faza mechanicznego rozkładu (rozdrabnianie materiału
organicznego)

-Faza mikrobiologicznego rozkładu (enzymatyczny
rozkład związków organicznych

Typy próchnicy wg. Kononowej

KH/KF<1 – gleby płowe, bielicowe,
laterytowe pod lasami

KH/KF>1 – czarnoziemy, rędziny,
czarne ziemie, gleby brunatne

KH/KF

<1

- gleby terenów

półpustynnych

Powstawaniu próchnicy glebowej sprzyjają:

- odczyn środowiska zbliżony do obojętnego
- umiarkowane uwilgotnienie i temperatura
- obecność Ca, Fe i substancji ilastej
- duża zawartość białka w materiale humifikowanym
- bogata fauna glebowa

Znaczenie próchnicy glebowej

• tworzenie się korzystnej struktury
• zwiększa pojemność wodną gleb
• nadaje glebie ciemnoszare lub czarne zabarwienie
• zwiększa pojemność sorpcyjną gleb
• reguluje stężenie roztworu glebowego
• zwiększa zdolności buforowe gleb
• są poważnym źródłem związków węgla i azotu
• ułatwiają uruchamianie związków mineralnych ze skał
• ułatwia pobieranie składników pokarmowych przez rośliny
szczególnie przy niskim odczynie gleby

• zapobiega rozprzestrzenianiu się w glebie substancji
toksycznych i przyspiesza ich rozkład

• poprawia aktywność biologiczną gleb
• stymulujące działanie na procesy fotosyntezy, oddychania i
aktywność enzymatyczną

Sorpcja chemiczna - polega na unieruchamianiu
związków rozpuszczalnych i zabezpieczania ich przed
wymywaniwem z gleby. Podlegają jej głównie
rozpuszczalne formy węglanów, siarczanów, fosforanów:

Ca(HCO

3

)

2

+ CaH

4

(PO

4

)

2

= Ca

2

H

2

(PO

4

) + 2H

2

SO

3

Podobnie powstają nierozpuszczalne siarczany i węglany:

Ca(HCO

3

)

2

+ MgSO

4

= Mg(HCO

3

)

2

+ CaSO

4

Sorpcja biologiczna - polega na gromadzeniu różnych
związków mineralnych poprzez wbudowywanie ich w
materię organiczną

Szczególnie sorbowane są w ten sposób azot, fosfor,
potas, siarka

Sorpcja mechaniczna - polega na zatrzymywaniu w
drobnych porach glebowych cząstek organicznych i
mineralnych których średnica jest większa od średnicy
tych por. Dzięki tego rodzaji sorpcji w glebie mogą
powstawać warstwy nieprzepuszczalne.

Sorpcja fizyczna

-

jest to zdolność fazy stałej gleby do

zatrzymywania na swojej powierzchni gazów, par, molekół i
mikroorganizmów. Zależy ona od napięcia powierzchniowego i
całkowitej powierzchni sorbentów. Jest ona wywołana
dążeniem do zmniejszenia stanu energii powierzchniowej
przez ciała wykazujące wysoki stopień dyspersji.

Może być dodatnia lub ujemna.

Sorpcja dodatnia polega na przyciąganiu na przyciąganiu
przez cząstki glebowe substancji powodujących zmniejszenie
napięcia powierzchnioowego (np. kwasy organiczne, alkaloidy,
barwniki).

Sorpcja ujemna - polega na odpychaniu przez cząstki
glebowe substancji powodujących zwiększenie napięcia
powierzchniowego (np. kwasy nieorganiczne, sole, cukry)

sorpcja fizyczna prowadzi do powstawania różnych stężeń
roztworów co ułatwia pobieranie składników przez rośliny, a
także powoduje wymianę gazów pomiędzy glebą a
powietrzem atmosferycznym.

Pojemność sorpcyjna gleby

Pojemność sorbcyjna oznacza sumaryczną ilość
wszystkich kationów lub anionów, które mogą być
zasorbowane przez określoną masę gleby.

T = S + Hh [cmol(+)/kg]

gdzie: T- pojemność sorpcyjna gleby, S - suma kationów
zasadowych, Hh - suma kationów o charakterze kwaśnym

Vh = S/T * 100 [%]

gdzie: Vh - stopień wysycenia gleb kationami zasadowymi

gleby bielicowe i bielice

5-20%

płowe i glejowe

20-50%

gleby brunatne kwaśne

30-50%

gleby brunatne właściwe

>50%

czarnoziemy

>50%

mady

>50%

redziny

90-100%

Kształtowanie się odczynu gleb Polski (wg Uggli)

-bielice
-
bielicowe
-torfowe
torfowisk
wysokich
-glejowo-
murszow
e

-bielicowe
-rdzawe
-brunatne kwaśne
-płowe
-torfowe torfowisk
niskich
-glejowe

-czarnoziemy
-brunatne właściwe i
wyługowane
-płowe
-torfowe torfowisk
niskich
-gleby deluwialne

silnie
kwaśne

kwaśne

słabo
kwaśne

obojętne

zasado
we

<4,5

5,5

6,
6

7
,
2

7,
2

>7,2

-czarnoziemy
-brunatne właściwe
-mady
-mułowo-gytiowe
-deluwialne

-rędziny
-gleby
słone

Proces brunatnienia

Polega na koagulacji koloidów żelaza i glinu i tworzeniu
wokół ziaren glebowych otoczek żelaza i glinu. Tworz się
brunatnej barwy poziom zwany poziomem bruntnienia

Proces przemywania (lessives)

Polega na przemieszczaniu się w głąb profilu drobnych
cząstek ilastych w wyniku przemywania. Zjawisku temu
towarzyszy słabo kwaśny odczyn środowiska. Podczas
wymywania cząstek iłu koloidalnego możę przemiaszczać
się w postaci helatu substancja organiczna. Obecność
tego procesu można stwierdzić na podstawie otoczek
ilastych na powierzchni agregatów glebowych. Proces
charakterystyczny dla gleby płowej

Proces bielicowania

Proces bielicowania zachodzi w glebach lekkich ubogich w
wapń, pod roślinnością borową, w warunkach silnie
kwaśnego odczynu i okresowej anaerobiozy. Decydującą rolę
odgrywa substancja organiczna. Polega on na
przemieszczaniu się na drodze chemicznej związków
próchnicznych, żelaza oraz produktów wietrzenia minerałów
pierwotnych, a następnie wytrącaniu ich w postaci
poziomów iluwialnych. Proces ten jest charakterystyczny dla
gleb bielicowych i bielic

Proces glejowy

Polega na redukcji zwiazków żelaza Fe

+++

do Fe

++

przy

silnym ograniczeniu dostępu tlenu i udziale bakterii
beztlenowych. Wiąże się to ze zmianą zabarwienia z
zółtobrunatnego na szarozielonkawe lub szaroniebieskawe.
Intensywność zabarwienia zależy od wartości pH
środowiska. Obserwowane w glebie oglejenie może
pochodzić od stagnujących wód opadowych - oglejenie
odgórne, lub od wysokiego poziomu wód gruntowych -
oglejenie oddolne.

Procesy zasolenia gleb

Są charakterystyczne dla krajów o klimacie suchym i
półsuchym, gdzie parowanie wody przewyższa opady.
Stały podsiąk roztworów bogatych w związki wapnia,
magnezu i sodu powoduje ich wytrącanie się w
powierzchniowych poziomach glebowych. Na powierzchni
gleby często obserwuje się wykwity lub skorupy różnych
soli. Powstające gleby nazywane są sołączakami,
sołońcami lub sołodziami.

Proces torfotwórczy

Zachodzi w warunkach prawie beztlenowych, gdzie bilans
wodny jest dodatni, przy udziale rośliności bagiennej
(mchy brunatne, mchy torfowców, turzyce, trawy,
roślinność szuwarowa, roślinność drzewiasta). Polega na
częściowej humifikacji materii organicznej obumarłych
szczątków roślinnych. Z czasem szczątkli te w warunkach
beztlenowych nieulegają dalszym przemianom lub w
warunkach tlenowych podlegają procesowi murszowemu.

Proces murszotwórczy- polega na zmianie natury
fizycznej i chemicznej torfu w wyniku jego przesuszenia.
W procesie tym następuje dehydratacja koloidów
organicznych i przechodzenie ich ze stanu zolu w żel.
Tworzący się mursz nabiera cech hydrofobowych i
przyjmuje strukturę agregatową. Ze zmianami
właściwości fizycznych idą w parze zmiany właściwości
chemicznych. Zmiany te prowadzą z czasem do dużych
strat materii organicznej oraz składników pokarmowych
dla roślin.

Proces mułotwórczy - zachodzi na obszarach płytkich
lub głębokich zbiorników wodnych, otwartych lub
zamkniętych, a także zagłębieniach trwale lub okresowo
zalewanych. Powstające muły tworzą się z opadających,
silnie zhumifikowanych cząstek organicznych. Szczątki te
zawierają mniejsze lub większe domieszki części
mineralnych.

Proces namulania - polega na tworzeniu się w wyniku
osadzania cząstek mineralnych w czasie wylewów rzek
namułów zwanych aluwiami. Namuły osadzane u
podnóża stoków górskich noszą nazwę deluwiów.