Ochrona Gleby wykład 3 20.10.10r

[Rozporządzenie Ministra Środowiska z 9 września 2002 (w/s standardów jakości gleby oraz standardów jakości ziemi) - aneks - potrzebne na ćwiczenia ]

Buforowe właściwości gleby

Zdolność do utrzymania względnie stałego pH mimo działania czynników zakwaszających lub alkalizujących.

Ilość CaO potrzebna do zmiany pH gleby o 2 jednostki (wg Lityńskiego).

Jony wodorowe oddziałują jako bufor w stosunku do zmiany odczyny.

Usuwanie z roztworu glebowego jony wodorowe są uzupełniane z kompleksu sorpcyjnego, a wprowadzone do roztworu są sorbowane.

Właściwości buforowe zależą od:

- pojemności sorpcyjnej

-ilości zabsorbowanych kationów o charakterze zasadowym

- składu roztworu glebowego

Najważniejsze bufory glebowe:

- bufor węglanowy (węglan wapnia): zakres buforowania 8,3-6,2

-bufor krzemianowy (wietrzenie krzemianów) : 6,2-5,0

- bufor glinowy : 4,2-3,8

-bufor żelazowy: 3,2-2,8

- glin/żelazo : 3,2-2,8

Materia organiczna gleby

Decyduje o układzie całego kompleksu właściwości gleby, do których z kolei zależy jej żyzność i produkcyjność.

Jest niejednorodna: to mieszanina składająca się z wielu substancji bardziej lub mniej złożonych, zależnie od substratu wyjściowego i warunków bioekologicznych, w jakich się one wyostrzyły.

Źródłem materii organicznej w glebach są:

-obumarłe części nadziemne roślin, które opadły w czasie wegetacji

-resztki po zbiorze i korzenie roślin wyższych

- obumarłe ciała makro- i mezofauny, ich ekskrementy oraz obumarłe mikroorganizmy

- nawozy organiczne (obornik, gnojowica, komposty, nawozy zielone i inne)

- organiczne środki ochrony roślin

Skład gleby:

• Nieswoiste substancje próchnicze (substancje niehumusowe) 10-15% ogólnej ilości materii organicznej

• Swoiste substancje próchnicze (substancje humusowe, próchnicze) 85-90% ogólnej ilości materii organicznej

Substancje niehumusowe

Węglowodory – monosacharydy i ich pochodne (aminocukry, kwasy uronowe i aldonowe), oligosacharydy (sacharoza, laktoza, rafinoza), polisacharydy (celuloza, skrobia) oraz produkty ich rozkładu.

Białka – aminokwasy

Tłuszczowce- kwasy tłuszczowe, tłuszcze i ich pochodne np. kwas szczawiowy, octowy

Węglowodany – i ich pochodne (np. woski i smoły czyli substancje bitumiczne)

Próchnica – to związki organiczne występujące w glebach z wyjątkiem: nie rozłożonych tkanek roślinnych i zwierzęcych, produktów ich częściowego rozkładu oraz biomasy żywych org. (edafon)

Humus to kompleks bezpostaciowych substancji organicznych barwy żółtej, brunatnej i ciemnobrązowej do czarnej. Związki te tworzy się w procesie rozkładu organicznego, w procesie resyntezy produktów rozkładu oraz w procesach syntezy w wyniku działalności życiowej mikroorganizmów w glebie.

Kwasy fulwowe – łatwo rozpuszczalne substancje próchnicze, jasna barwa, bardziej heterogenne, składające się z prostych związków, bardziej ruchliwe w glebie niż kwasy humusowe, struktura alifatyczna.

Kwasy huminowe- ekstrahowane z gleby za pomocą NaOH i wytracone kwasami mineralnymi, barwa ciemna, substancje koloidalne zbudowane z polimerów, posiadają struktury pierścieniowe, mostki łańcuchowe i grupy funkcyjne, posiadają budowę porowatą.

• Hymatomelanowe – uproszczone kwasy huminowe

• Kwasy huminowe brunatne – uboższe w azot o barwie ciemnej brunatnej

• Kwasy huminowe szare – bogate w azot i wrażliwe na elektrolity o barwie ciemnoszare lub szarobrunatnej

• Huminy – nie dają się wydzielić za pomocą roztworów alkalicznych nawet po kilkakrotnej ekstrakcji. Nieaktywne, nierozpuszczalne o strukturze podobnej do kwasów huminowych.

Kw. fulwowe - KF kw. huminowe -KH huminy - H

Kolor jasny ciemny

Masa cząsteczkowa

Związki węgla

Zawartość tlenu

Kwasowość wymienna

azot

Rola i znaczenie próchnicy w glebie:

-wywiera dodatni wpływ na tworzenie się wodoodpornej struktury gleb, korzystnych warunków powietrzno-wodnych oraz temperaturowych. Substancje próchnicze mają wysoką pojemność wodną (3-5 krotnie więcej masy wody potrafią zatrzymać niż ich masa)

- dzięki ciemnemu zabarwieniu humus pochłania silne promienie słoneczne, podwyższając temperaturę gleby (przedłużając okres wegetacji)

-stanowią istotną część kompleksu sorpcyjnego, którego zdolność chłonna przewyzsza znacznie pojemność sorpcyjną części mineralnej. Substancje próchnicze jako kompleksy jonowymienne mogą regulować stężenie kationów, składników pokarmowych w podłożu i zmniejszać ujemny wpływ niskiego pH na ich pobieranie przez mikroflorę i rośliny wyższe. Sorpcja zwiększa też odporność gleb na zanieczyszczenie środowiska.

-zwiększa zdolności buforowe gleb, regulując odczyn ich roztworów oraz stężenie składników pokarmowych.

- jest źródłem energii, węgla, azotu, fosforu, potasu, wapnia i mikroelementów dla mikroorganizmów.

ORGANIZMY GLEBOWE
Mikroorganizmy glebowe

To niezbędny czynnik zapewniający ciągłość materii przyrodzie. Ich działalność określa kierunek przemian i właściwości biochemiczne gleby. Wraz z roślinami wyższymi decyduje o aktywności i produktywności ekosystemów polnych, leśnych i trawiastych.

Za wszelkie przemiany w środowisku glebowym odpowiedzialne są mikroorganizmy oraz wydzielane przez nie enzymy.

Procesy biochemiczne wywołane przez mikroorganizmy:

-mineralizacja – organicznych związków, azotu, fosforu i siarki

- immobilizacja – pobieranie i wbudowywanie pierwiastków w protoplazmie komórek.

- utlenianie – utlenianie związków organicznych przez organizmy heterotroficzne i zw. mineralnych azotu, żelaza, siarki itd. Przez bakterie autotroficzne

-redukcja

-tworzenie osadów geologicznych (redukcja i utlenianie, abiotyczne procesy z udziałem produktów metabolizmu mikroorganizmów, akumulacja biomasy)

W glebie znajdują się enzymy należące do wszystkich klas enzymatycznych, a zatem: oksydoreduktazy, transferazy, hydrolazy, liazy, izomerazy należące do oksyreduktazy (dehydrogenazy, reduktazy azotanowe, katalaza, peroksydaza) i hydrolaz (esterazy, fosforazy, amylazy, celulazy, proteazy, amidazy)

Źródłem enzymów glebowych są:

- rośliny

-organizmy glebowe

- obumarłe komórki roślinne lub drobnoustrojów (także te związane w kompleksach z mineralnymi bądź organicznymi koloidami.

W glebie enzymy występują w stanie:

-wodnym

- związanym (z koloidami mineralnymi i organicznymi – głównie kwasami huminowymi i fulwowymi).

Związane z koloidami enzymy są mniej aktywne jednak równocześnie są one ochronione przed zmianami warunków w ekosystemie.

Oddziaływania między organizmami w glebie:

- antagonistyczne (wytwarzanie substancji toksycznych, a także modyfikacja warunków środowiska np. poprzez zmianę pH czy pochłanianie tlenu)

- symbiotyczne

W glebie najwięcej organizmów znajduje się w powierzchniowej warstwie gleby 5-20cm oraz wokół korzeni roślin. Strefa wokół korzeni roślin nazywana jest RYZOSFERĄ.

Gleba przylegająca bezpośrednio do korzeni roślin to RIZOSFERA, organizmy występujące na powierzchni korzeni roślin to RIZOPLAN a organizmy zasiedlające przestrzenie międzykomórkowe roślin to HISTOPLAN.

Wirusy (Virales)

- bakteriofagi – pasożyty bakterii

- Aktinofagi – pasożyty promieniowców

- Mikrofagi – pasożyty u grzybów

Mogą też występować u glonów

W glebie mogą występować wszystkie formy wirusów.

Mogą doprowadzić do niektórych zmian w populacjach mikroorganizmów glebowych (np. bakteriofagi atakujące rhizobium.)

Bakterie

Podstawowe organizmy glebowe. Mogą oprócz form wegetatywnych przechodzić w formy przetrwalnikowe (np. Clostridium).

Autotrofy: (Fotoortotrofy i Chemoortotrofy)

Do podstawowych chemoortotrofów należą:

-bakterie nitryfikacyjne (npNitrosomonas i Nitrobacter)

- bakterie siarkowe, utleniające siarkowodór, siarkę i triosiarczany (np. Thiobacillus – rozwijające się w warunkach beztlenowych)

-bakterie wodorowe, utleniające wodór na wodę (np. Hydrogeomonas, Micrococcus denitrificans)

-bakterie żelazowe, utleniające związki żelaza (np. Thiobacillus ferrooxidans)

-bakterie tlenkowęglowe, utleniające tlenek węgla do CO₂

Heterotrofy: zarówno bukso- jak i prototrofy

Inny podział: bakterie wiążące wolny azot (Azobacter, Derxia, Rhizobium) i nie wiążące wolnego azotu.

Promieniowce: powszechne w środowisku glebowym. Nieodporne na wysokie temperatury.

W glebie dominują Streptomyces, Micromonospora, Nocardia. Wytwarzają liczne antybiotyki, barwniki i witaminy.

Grzyby – mogą współdziałac z roślinami (mikoryza). Przerastają korzenie roślin stymulując ich wzrost poprzez wytwarzanie auksyn. Grzyby zyskują w tej symbiozie roślinne produkty asymilacji, a rośliny efektywniej pobierają sole mineralne.

Glonowce (Phycomycetes)

Workowce (Ascomycetes) np. Chaetomium, Athroderma.

Podstawczaki (Basidomycetes) np. Pleurotus

Grzyby niedoskonałe (Deuteromyces – Fungi imperfecti) np. Microsporum gypseum.

Śluzowce (Myxomycetes – śluzowce właściwe i Arcasiales – śluzowce komórkowe)

Glony (Algae)

Żyją w glebach o pH 5,5-8,5, najczęściej w pobliżu glinokrzemianów i minerałów ilastych. Wzbogacają one glebę w bezo azotową substancję organiczną, w azot atmosferyczny, przyczyniają się do okresowej akumulacji azotanów, wytwarzając kwasy organiczne przyczyniają się do rozpuszczania różnych połączeń wapnia w glebie i wspólnie z bakteriami dają początek wyjściowym połączeniom próchniczym. Niektóre jak Nostoc wiążą azot atmosferyczny.

-sinice (Cyanophyceae) np. Anabaena, Nostoc, Phormidium

- okrzemki (piatomoe) Navicula, Pinnularia

- zielenice (chlorophyceae) Chlorella, scenedesmus