OCHRONA GLEBY

Wykład 1

06.10.2010

Książki:

• Gleboznawstwo – red. Satumin Zawadzki – Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, Warszawa 1999

• Badania ekologiczno – gleboznawcze – Bednarek R., Dziadowiec H., Pokojowska U.,

• Ochrona środowiska glebowego – P. Kowalik, Politechnika Gdańska, Gdańsk 1999

• Rekultywacje gruntów – Jan Siuta, Instytut Ochrony Środowiska, Warszawa 1998

Gleba (pedosfera) wierzchnia warstwa skorupy ziemskiej objęta procesami glebotwórczymi

Funkcje gleby – naturalną funkcją gleby jest tworzenie przestrzeni życiowej dla organizmów, w tym przestrzeni korzenienia się roślin.

Obecnie poza funkcjami przyrodniczymi postrzegane są funkcje związane z procesem urbanizacji, industrializacji, poszukiwania surowców naturalnych i pozostałości po czasach minionych.

Blum wyróżnia 6 funkcji gleby, w tym funkcje ekologiczne i związane z działalnością człowieka:

• Funkcje ekologiczne

• Produkcja biomasy, stanowiące podstawowe pożywienie zwierząt i człowieka oraz źródła energii i surowców odnawialnych

• Procesy filtracji, buforowania i transformacji działające dzięki porowatości jak filtr usuwający zanieczyszczenia: chemiczne, składniki gleby, reagując ze składnikami wody, wytrącają je, koloidy glebowe sorbują wymienne jony – właściwości buforowe gleby: mikroflora glebowa odpowiada za procesy mineralizacji i przemian biochemicznych

• Utrzymanie naturalnego środowiska biologicznego i rezerwuaru genów

Funkcje ekologiczne wg Bluma

Funkcja bezpośrednio związana z działalnością człowieka:

• Fizyczne środowisko życia organizmów żywych i podłoże pod budownictwo mieszkaniowe, przemysłowe, trasy komunikacyjne, place sportowe, tereny rekreacyjne czy składowiska i wysypiska itd.

• Źródło wody, gliny, piasku

• Miejsce zachowania spuścizny kulturowej człowieka i historii ziemi

Rola gleby:

Wg Europejskiej Karty Gleby przyjęta przez Radę Europy w 1972 w 12 punktach

1. Gleba stanowi jedną z najcenniejszych wartości dla człowieka umożliwia życie na ziemi roślinom, zwierzętom i człowiekowi

2. Gleba jest źródłem materii organicznej, która łatwo ulega zniszczeniu

3. Gleby są wykorzystywane do celów rolniczych, przemysłowych i innych. Polityka planowania regionalnego musi uwzględniać właściwości przyrodnicze gleb oraz aktualne i przyszłe potrzeby społeczności

4. Rolnicy i leśnicy muszą stosować metody, które chronią wartość gleby

5. Gleby muszą być chronione przed erozją

6. Gleby muszą być chronione przed zanieczyszczeniami

7. Rozwój urbanizacji musi być planowany tak, aby minimalizować niszczenie gleby

8. Przy budowie sieci infrastruktury musi się chronić gleby już na etapie jej projektowania

9. Zasoby gleby są nie do zastąpienia

10. Dla zapewnienia racjonalnego użytkowania i ochrony gleby muszą być prowadzone interdyscyplinarne badania naukowe

11. Ochronie gleby należy poświęcić wiele uwagi i troski na wszystkich istniejących poziomach edukacji

12. Władze i organy urzędowe muszą właściwie planować, użytkować i ochraniać zasoby gleby

Za powstanie i rozwój gleby odpowiadają procesy glebotwórcze, czyli całość zmian przebiegających w powierzchniowych warstwach litosfery pod wpływem biosfery, atmosfery i hydrosfery.

Na charakter gleby wpływa:

• Skała macierzysta i jej rodzaj

• Organizmy

• Czas

• Klimat

• Ukształtowanie terenu

Czynniki glebotwórcze:

• Skała macierzysta

• Klimat – określa charakter wietrzenia i wpływa na kierunek procesów glebotwórczych, wyznacza reżim cieplny i wodny, od których zależy intensywność wszystkich reakcji i procesów w glebie, a także rozkład i tworzenie związków mineralnych i organicznych

• Opady atmosferyczne

• Wilgotność powietrza

• Temperatura powietrza

• Promieniowanie słoneczne

• Organizmy żywe

• Fauna – miesza materiał glebowy, wzbogaca gleby w substancje organiczne, zapewnia obieg składników pokarmowych, mineralizuje substancje organiczne, stabilizuje strukturę gleby

• Flora – odpowiada za uformowanie cech profili glebowych, chroni przed deszczem i gradem uniemożliwiając rozbijanie agregatów glebowych, wypłukiwanie i unoszenie cząstek glebowych przez wodę (erozja wodna) oraz przez wiatr (erozja wietrzna)

• Mikroorganizmy – rozkład substancji organicznych, mineralizacja związków próchniczych, zbiałczanie, uruchamianie fosforu i potasu, przemiany związków Sierki i żelaza

• Woda – głównie erozja, a jednocześnie odpowiada za powstawanie torfowisk

• Działalność człowieka – zarówno wzmacnia (regulacja stosunków wodnych, zalesianie, zadrzewianie) jak i osłabia procesy glebotwórcze

Wietrzenie – to przemiany skał skorupy ziemskiej i minerałów przed upływem czynników zewnętrznych: atmosfery, wody i organizmów żywych

Typy wietrzenia:

Fizyczne (mechaniczne) – przebieg procesów wietrzenia fizycznego warunkowany jest aktywnością takich sił niszczących jak woda, temperatura, działalność lodowców i wiatrów. Dezintegrująca działalność sił niszczących jest najczęściej synergiczna i przejawia się poprzez:

1. Nagrzewanie i ochładzanie. Nagrzewanie skał prowadzi do ich rozszerzania się, zaś ochładzanie – do kurczenia się. W wyniku nagłych zmian temperatury dochodzi do powstania naprężeń mogących powodować tworzenie się spękań i szczelin przyspieszających dalsze rozkruszanie skał. Zróżnicowanie temperatury na powierzchni i wewnątrz powoduje powstawanie kierunkowych naprężeń które z czasem prowadzą do odpryskiwania powierzchniowych warstw skały = łuszczenie się skał.

2. Zamarzanie i rozmarzanie – zamarzająca w otworach woda wywiera ogromne ciśnienie powodujące powstawanie szerokich szczelin w skałach i rozpadanie się mniejszych odłamków skalnych na coraz drobniejsze frakcje.

3. Pęcznienie i kurczenie – w zwietrzelinie obecnych jest wiele substancji zdolnych do pęcznienia związanego z uwodnieniem i kurczenia się w wyniku odwodnienia. Procesom tym towarzyszy zmiana objętości. Wzajemne ścieranie się cząstek i powstające w ich obrębie naprężenia przyczyniają się do dezintegracji i wietrzejącego materiału.

4. Obtaczanie i ścieranie – nieustanne zderzanie i ocieranie się zarówno o siebie nawzajem, jak i o napotkane przeszkody przyczyniają się do rozpadu materiału macierzystego. W wyniku tych interakcji dochodzi do ścierania się powierzchni. Zjawisko to nazywane jest ABRAZJĄ. Wody płynące toczą materiał skalny po dnie, czego efektem jest zdzieranie i obtaczanie powierzchni odłamków skalnych. Wiatr – grzyby skalne

5. Organizmy żywe – niszczące działanie rozrastających się korzeni drzew i krzewów. Fauna drążąca kanaliki i tunele ułatwiające wnikanie wody. Rozluźniony w ten sposób materiał skalny odznacza się zwiększoną powierzchnią reakcji, co ma znaczenie przy wietrzeniu chemicznym.

Biochemiczne – wietrzenie chemiczne – procesy chemiczne rozkładu w trakcie których dochodzi do rozpuszczenia i uwalniania składników oraz syntezy nowych minerałów bądź pozostawiania trwałych produktów końcowych rozpadu. Wietrzenie chemiczne jest naturalnym następstwem wietrzenia fizycznego. Skały które uległy mechanicznemu rozkruszeniu są łatwo penetrowane przez wodę. W jej obecności składniki najłatwiej rozpuszczalne ulegają rozpuszczeniu i wymyciu. W miarę intensyfikacji tego procesu środowisko wietrzenia ulega wzbogaceniu w składniki słabiej rozpuszczalne, tlen i grupy hydroksylowe.

Wietrzenie z udziałem mikroorganizmów:

• Hydroliza (rozpuszczanie minerałów)

• Hydratacja (uwadnianie)

2Fe₂O₃ + 3H₂O = 2Fe₂O₃ * 3H₂O

Hematyt + woda = limonit

• Utlenianie (oksydacja)

• Odtlenianie (redukcja)

• Karbonatyzacja (uwęglonowienie)

CaCO₃ + H₂CO₃ = Ca(HCO₃)₂

Kalcyt + kwas węglanowy = rozpuszczalny wodorowęglan

Desilikacja (odkrzemionkowanie)

Trójfazowy układ gleby:

• Faza stała – cząstki mineralne, organiczne, organiczno-mineralne w różnym stopniu rozdrobnienia

• Faza ciekła – woda, w której rozpuszczone są związki mineralne i organiczne, tworząc roztwór glebowy

• Faza gazowa – mieszanina gazów i pary wodnej – powietrze glebowe

Roztwór glebowy/ faza wodna:

• Pobieranie i wydzielanie przez mikroorganizmy

• Powstawanie i rozkład materii organicznej

• Wymiana z fazą gazową

• Wymiana i sorpcja przez składniki mineralne

• Wytrącenie i powstawanie minerałów

• Wymiana i sorpcja przez materiał organiczny

• Pobieranie i wydzielanie przez rośliny

Faza stała gleby:

• Ziarna (średnica ˃ 0,1 mm)

• Cząstki (średnica ˂ 0,1 mm)

Powstają w wyniku rozdrobnienia i wietrzenia różnych odłamków skalnych i mineralnych oraz mineralizacji związków organicznych.

Substancje mineralne, kationy i aniony nieorganiczne będące podstawowym źródłem składników pokarmowych dla roślin i mikroorganizmów, substancje organiczne, substancje niepróchnicowe oraz próchnicowe.