GLEBOZNAWSTWO- EGZAMIN

GLEBA

To powierzchniowa, biologicznie aktywna warstwa skorupy ziemskiej powstała z różnych skał macierzystych pod wpływem czynników glebotwórczych i podlegająca stałym przemianom w procesie glebotwórczym. Gleby zawarte są w pedosferze.

POWSTAWANIE GLEB

W procesie tworzenia się gleby począwszy od skały macierzystej w dalszym rozwoju biorą udział czynniki glebotwórcze, do których zalicza się: klimat, wodę, organizmy żywe (biosferę), działalność człowieka, czas i rzeźbę terenu (relief).

 

Wszystkie te czynniki współdziałają ze sobą i powoduję następujące zmiany:

• Rozkład minerałów pierwotnych oraz syntezę minerałów wtórnych z produktów tego rozkładu

• Przetwarzanie substancji organicznej (humifikacja, mineralizacja)

• Przemieszczanie składników w profilu glebowym w postaci roztworów rzeczywistych, koloidalnych, zawiesin przez wodę znajdującą się w glebie i przy udziale organizmów żywych bytujących w glebie

• Wymianę materii i przepływ energii między żywymi organizmami a glebą

CZYNNIKI GLEBOTWÓRCZE

I. Skała macierzysta

Skały macierzyste charakteryzują się różną wartością glebotwórczą, zależną od:

- odporności na wietrzenie

- charakteru zwietrzeliny

- zawartości składników uwalnianych w procesie wietrzenia.

W zależności od czynnika działającego w procesie wietrzenia skały powstają różne gleby:

lodowiec: zwałowe i fluwioglacjalne

woda: aluwialne i deluwialne

wiatr: eoliczne

II. Biosfera

Proces tworzenia się gleby ze skały rozpoczynają żywe organizmy. Biosfera wpływa na procesy wietrzenia, budowę i morfologię profilu glebowego, właściwości fizyczne, chemiczne i fizykochemiczne gleb oraz ich kategorię użytkową. Biosfera ożywia glebę, a ponadto jest prekursorem związków próchnicznych, które tworzą jakościowo nowe właściwości substratu glebowego (urodzajność).

W zależności od tego, jaką roślinnością pokryty jest teren, tworzą się różne gleby:

typ roślinności	kategoria użytkowa	typ gleby	formowanie poziomu
leśna	gleby leśne
bory		bielicowe	Ees
lasy mieszane		płowe	Eet
lasy liściaste		brunatne	Bbr
łąkowa	gleby darniowe
stepowa		czarnoziemy	A > 50 cm
torfowa		gleby torfowe	T1, T2

Zwierzęta wpływają na:

• spulchnienie gleby

• drążenie kanałów zwiększających porowatość i przepuszczalność

• rozdrabnianie szczątków organicznych i mieszanie ich z częścią mineralną gleb

Mikroorganizmy wpływają na:

• procesy transformacji materii organicznej (mineralizacja, humifikacja)

• wiązanie wolnego azotu w symbiozie z roślinami motylkowymi

• procesy przemiany azotu (amonifikacja, nitryfikacja, denitryfikacja)

• uruchamianie trudno rozpuszczalnych związków fosforu

• gromadzenie niektórych składników (np. siarki, żelaza)

• mikroorganizmy to wskaźnik aktywności biologicznej gleb

III. Klimat

Zespół zjawisk i procesów atmosferycznych charakterystyczny dla danego obszaru. Klimat wpływa na procesy wietrzenia i procesy glebotwórcze.

Elementy klimatu:

• insolacja (nasłonecznienie, oddziałuje na temperaturę)

• wilgotność powietrza

• opady

• ciśnienie (oddziałuje na wiatr)

Bezpośredni wpływ klimatu:

• zmywanie powierzchni gleb wodami opadowymi- naturalne niszczenie gleby

• wywiewanie materiału przez wiatr

Pośredni wpływ klimatu:

• roślinność

• typ gospodarki wodnej i leśnej

• wilgotność gleby i kierunek ruchu wody w glebie

• poziome strefy glebowo- roślinne (zależne od szerokości geograficznej)

• pionowe strefy glebowo- roślinne (w górach)

Strefy klimatyczno- glebowe poziome:

1. Strefa tundry- klimat chłodny, woda gruntowa płytko, gleby poligonalne, bagienne

2. Strefa tajgi: woda gruntowa niżej, więcej opadów, gleby bielicoziemne, bagienne

3. Strefa lasów mieszanych i liściastych: poziom wody gruntowej obniżony, gleby brunatne

4. Strefa laso- stepu: klimat kontynentalny, opady 400-500 mm/rok, czarnoziemy

5. Strefa łąkowo- stepowa- klimat kontynentalny, woda gruntowa głęboko, czarnoziemy

6. Strefa suchego stepu- opady 300-350 mm/rok, gleby słone i kasztanowe

7. Strefa półpustyń i pustyń- klimat gorący, gleby zasadowe

8. Strefa subtropikalna i tropikalna- klimat gorący, czarnoziemy, żółtoziemy, gleby laterytowe

IV. Woda

Woda jest bezpośrednio i pośrednio związana z klimatem. W procesie glebotwórczym biorą udział wszystkie rodzaje wody: powierzchniowe i opady.

Woda tworzy utwory:

• deluwialne- transportowane po stoku przez opady

• aluwialne- związane z materiałem rzecznym

Wody powierzchniowe powodują także zjawiska erozyjne (przy ruchach masowych poduszka wodna zjeżdża po stoku, „szorując” go). Woda posiada rolę glebotwórczą m.in. w glebach zabagnianych, bagiennych i pobagiennych. Dotyczy to głównie torfów. Posiada także dużą zdolność rozpuszczania składników mineralnych i organicznych.

Ruchy zstępujące powodują zmiany morfologii i właściwości gleb, np. bielic, płowych, brunatnych czy wyługowanych.

Ruchy wstępujące są przyczyną tworzenia gleb słonych.

Stagnacja wody sprzyja procesom redukcji, tzw. zjawiskom glejowym. Związane jest to z obecnością Fe.

V. Rzeźba terenu (relief)

kontynent= makrorelief

państwo= mezorelief

np. pole= mikrorelief

Formy rzeźby terenu:

• niziny- obszary wyniesione do 200 m n.p.m.

• wyżyny- obszary wyniesione 200-300 m n.p.m., słabo rozczłonkowane

• góry- obszary powstałe wskutek ruchów górotwórczych lub wulkanów, silnie rozczłonkowane, o wzniesieniach powyżej 300 m n.p.m.

  • góry niskie- do 500 m

  • góry średnie- do 1500 m

  • góry wysokie- ponad 1500 m

Nachylenie stoków:

• stoki  połogie < 5°

• stoki spadziste 5° - 20°

• stoki strome 20° - 45°

• stoki urwiste > 45°

Na stokach spadzistych i stromych tworzą się gleby płytkie o profilu słabo lub w ogóle niewykształconym. Na wysokich stokach o wystawie północnej intensywność wietrzenia skał jest mniejsza, ponieważ amplituda temperatury jest mniejsza. U podnóża stoków i w obniżeniach terenu powstają gleby głębsze, o większej miąższości poziomu próchnicznego. Z rzeźbą terenu związane są procesy erozyjne.

Wzniesienia wpływają na:

• klimat

• długość okresu wegetacyjnego

• szatę roślinną

Ekspozycja stoku wpływa na:

• bilans wodny

• bilans cieplny

VI. Działalność człowieka

Jako czynnik glebotwórczy należy rozpatrywać od czasu, kiedy człowiek zajął się rolnictwem, ogrodnictwem, leśnictwem. Człowiek wpływa w następujący sposób:

• przyczynia się do powstawania kategorii ornych

• kształtuje zasobność i urodzajność gleb użytkowanych rolniczo

• przyczynia się do powstawania gleb kulturoziemnych ( wzbogacanych przez użytkownika) i urbanoziemnych.

VII. Czas

Wpływa na proces powstawania i rozwoju gleby. Powstanie użytecznej gleby trwa 10-15 tys. lat.

- gleby kopalne- powstałe w minionych epokach, przykryte glebami nowszymi

- gleby reliktowe- powstałe w minionych epokach, występujące na powierzchni Ziemi (np. czerwonoziemy) z niezmienionym profilem

- gleby współczesne- powstałe w holocenie, zajmują większą część powierzchni Ziemi. Najmłodszymi glebami są mady.

- gleby antropogeniczne- powstałe i przebudowywane przez człowieka.

Wietrzenie- jego czynnikami są: czas, nasłonecznienie, działanie mrozu, mechaniczne działanie organizmów roślinnych i zwierzęcych. Wyróżnia się wietrzenie:

• fizyczne- prowadzi do rozpadu skały

• biochemiczne- powoduje rozkład skały i minerałów i zmiany ich składu chemicznego.

WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE GLEB

a. gęstość właściwa i objętościowa

gęstość właściwa	gęstość objętościowa
określa masę jednostki objętości fazy stałej gleby $$\gamma = \frac{m}{V}$$ m- masa fazy stałej w gramach V- objętość w cm^3 gleby mineralne- 2,60-2,65 $\frac{g}{\text{cm}^{3}}$ gleby organiczne- 2,5 $\frac{g}{\text{cm}^{3}}$	określa masę jednostki objętości gleby z zachowaniem jej naturalnego układu 1. g. o. chwilowa 2. g. o. rzeczywista- bez wody gleby mineralne- 0,75-1,90 $\frac{g}{\text{cm}^{3}}$ gleby organiczne: np. torf niski 0,26 $\frac{g}{\text{cm}^{3}}$

Czynniki wpływające na zagęszczenie gleb:

• konsolidacje fazy stałej w procesie glebotwórczym

• ugniatanie przez ludzi i zwierzęta

• naturalne kurczenie podczas wysychania

• ugniatanie i niszczenie struktury przez maszyny, narzędzia uprawowe i pojazdy trakcyjne

• naturalne osiadanie pod wpływem wody opadowej

• rozklinowujące działanie niektórych roślin okopowych (burak cukrowy)

• aktualnie najsilniejszy wpływ zagęszczający ma agrotechnika- ciężki sprzęt stosowany często w warunkach nadmiernej wilgotności

Znaczenie gęstości:

• orientuje o porowatości i przewiewności gleby

• jest wyznacznikiem stopnia zbitości (zagęszczenia i spulchnienia fazy stałej):

<1,1 pulchne

1,1-1,3 zwięzłe

1,3-1,5 słabo zbite

1,5-1,7 silnie zbite

>1,7 silnie zbite

b. porowatość

Stosunek objętości przestrzeni wolnych do całkowitej objętości gleby, czyli zawartość wolnych przestrzeni w jednostce objętości.

$$P_{o} = \frac{V_{p}}{V}*100\%$$

P_o- porowatość ogólna, V_p- suma objętości przestworów, V- objętość gleby

$$P_{o} = \frac{\gamma - \gamma_{o}}{\gamma}*100\%$$

γ- gęstość właściwa gleby

γ_o- gęstość objętościowa rzeczywista

Porowatość to bardzo ważna cecha, zależna od składu granulometrycznego, zawartości próchnicy, struktury, tekstury gleby, działalności fauny gleby, ilości korzeni oraz zabiegów agrotechnicznych. Waha się ona w przedziale 35 do nawet 90%, a dla konkretnych gleb wynosi:

bielice, brunatne- ok. 40%

czarnoziemy- 50-60%

torfy- 80-85%

Optymalne wartości porowatości ogólnej:

ziemniaki- 58-62%

buraki cukrowe- 45-58%

pszenica ozima- 41-44%

Pory w glebie mogą być kapilarne lub niekapilarne (o średnicy >1200 µm). Średnice porów odgrywają ważną rolę w kształtowaniu stosunków wodno- powietrznych gleby.

Podział porów w glebie:

• kapilarne (o średnicy <1200µm)

  • makropory- woda bardzo łatwo dostępna dla roślin

  • mezopory- woda dostępna dla roślin

  • mikropory- woda niedostępna dla roślin

• niekapilarne (o średnicy >1200 µm)

Znaczenie porowatości:

• warunkuje występowanie wody i powietrza w glebie

• wpływa na stosunki wodno- powietrzne

c. plastyczność

Zdolność gleby do utrzymywania kształtu nadanego jej w stanie wilgotnym. Jest warunkowana energią napięcia powierzchniowego cząstek fazy stałej i fazy płynnej. Zależy od zawartości iłu koloidalnego oraz próchnicy. Wyróżniamy utwory silnie plastyczne, plastyczne, słabo plastyczne i nieplastyczne.

I_p = W_l − W_p

Ip- wskaźnik plastyczności, Wl- granica płynności, W_p- granica plastyczności

Znaczenie plastyczności:

• przy ustalaniu metod uprawy

• przy konstrukcji elementów roboczych narzędzi rolniczych

d. lepkość

Zdolność przylegania gleby do różnych przedmiotów. Warunkowana jest istnieniem sił molekularnych i elektrostatycznych działających między cząstkami różnych ciał.

Lepkość zależy od:

• składu granulometrycznego, zwłaszcza frakcji ilastej

• wilgotności gleby

• struktury gleby

• rodzaju materiału przylegającego

Znaczenie lepkości:

• ogranicza czas uprawy

• pogarsza jakość zabiegów agrotechnicznych

• zwiększa siły oporu

e. zwięzłość

Siły, z jaką cząstki gleby są ze sobą spojone

Zależy od:

• składu granulometrycznego (głównie frakcji ilastej)

• zawartości próchnicy i związków Ca

• struktury gleby

• wilgotności gleby

f. właściwości wodne

Wpływają na wilgotność, stan energetyczny wody, jej transport, parowanie, kondensację, dostępność wody dla roślin i inne właściwości wodne. Szerzej omówione w osobnym pkcie. Prowadzą do zaopatrzenia roślin w wodę.

g. właściwości powietrzne

Powietrze glebowe wypełnia wszystkie przestwory nie zajęte przez wodę. Aktualny skład powietrza glebowego jest wypadkową dwóch grup procesów zachodzących w glebie: procesów biochemicznych i biologicznych powodujących pobór tlenu oraz fizycznych procesów transportu umożliwiających stałe odświeżanie powietrza glebowego. Tu należy porowatość, omówiona wcześniej.

h. właściwości cieplne

Wpływają na pojemność cieplną, przewodnictwo i transport ciepła, ciepło związane z przemianami fazowymi wody i inne właściwości cieplne gleb; prowadzą do ustalenia temperatury gleb.

SKŁAD GRANULOMETRYCZNY

Frakcja granulometryczna – zbiór cząstek glebowych o średnicach zawartych w określonym przedziale.

Skład granulometryczny- % rozkład poszczególnych frakcji

 

Podział materiału glebowego na frakcje gran:

• Części szkieletowe (o d> 1mm)

• Części ziemiste (o d<1mm)

 

SZCZEGÓŁOWY PODZIAŁ NA FRAKCJE: 

Części szkieletowe

1. Frakcja kamieni >20 mm

1. Frakcja żwirowa 20-1

   1. Żwir gruby 20-10

   1. Żwir drobny 10-1

Części ziemiste

1. Frakcja piaskowa 1-0,1 mm

   1. Piasek gruby 1-0,5

   1. Piasek średni 0,5- 0,25

   1. Piasek drobny 0,25-0,1

1. Frakcja pyłowa 0,1-0,02 mm

   1. Pył gruby 0,1-0,05

   1. Pył drobny 0,05-0,02

1. Frakcja spławialne (ilaste) <0,02

   1. Ił pyłowy gruby 0,02-0,006

   1. Ił pyłowy drobny 0,006- 0,002

   1. Ił koloidalny <0,002

 

Frakcje wpływają na właściwości gleby:

 

Frakcja piasku- kwarc, miki, skalenie

Wpływa rozluźniająco na glebę. Kiedy przeważa w glebie, sprawia, że jest ona uboga w składniki pokarmowe i ma małą pojemność wodną

 Frakcja pyłu- kwarc, bezpostaciowa krzemionka

Wpływa na tworzenie się gruzełków glebowych. Kiedy przeważa, są one dobrze przepuszczalne i mają dużą retencję wodną

 

Ił pyłowy gruby- amorficzna krzemionka, drobne ziarna kwarcu

Wpływa korzystnie na strukturę gleby, zwiększa retencję wodną. W zbyt dużych ilościach pogarsza właściwości fizyczne.

 

Ił koloidalny- minerały ilaste, koloidalna próchnica, połączenia organiczno- mineralne, wodorotlenki żelaza i glinu.

Wpływa na pęcznienie, lepkość, zwięzłość i plastyczność. Posiada duże zdolności sorpcji wymiennej oraz dużą pojemność wodną. Kiedy przeważa, sprawia, że gleba jest trudna do uprawy w stanie suchym i zbyt wilgotnym- wpływa niekorzystnie na właściwości fizyczne gleby.

 

Grupa granulometryczna- utwór glebowy o podobnym uziarnieniu, charakteryzujący się ściśle określoną zawartością poszczególnych frakcji

 

Podział na grupy granulometryczne:

 

Utwory kamieniste- >25% frakcji kamieni

• Silnie kamieniste >75%

• Średnio kamieniste 75-50%

• Słabo kamieniste 50-25%

Żwiry- >50% frakcji żwirowej

• Żwiry piaszczyste- w częściach ziemistych przeważa piasek

• Żwiry gliniaste- w częściach ziemistych przeważają gliny

Piaski- dominuje frakcja piaszczysta, spławialne 0-20%

• Piasek luźny- spławialne 0-5%

• Piasek słabogliniasty- 6-10%

• Piasek gliniasty lekki- 11-15%

• Piasek gliniasty mocny- 16-20%

Pyły- frakcja pylasta >40%, spławialne do 50%

• Pył zwykły- 0-35% spławialnych

• Pył ilasty 36-50% spławialnych

Iły- dominuje frakcja ilasta, frakcja piaszczysta do 9%

• Ił właściwy: pył <25%, ił 50%

• Ił pylasty: pył >25%, ił >50%

Gliny- różnoziarniste, spławialne >20%

• Glina lekka- 21-35% spławialnych

• Glina średnia 36-50% spławialnych

• Glina ciężka >50% spławialnych

 

Utwory zawierające 26-40% frakcji pyłowych określane są jako pylaste.

 

Kategorie agronomiczne gleb:

• Gleby bardzo lekkie- do 10% części spławialnych

• Gleby lekkie- 11-20%

• Gleby średnie- 21-35%

• Gleby ciężkie >35%

TRÓJFAZOWY UKŁAD GLEBY:

• Minerały 47%

• Powietrze 20%

• Woda 30%

• Próchnica 3 %

STRUKTURA GLEBY

Struktura gleby- rodzaj i sposób wzajemnego powiązania elementarnych cząstek fazy stałej gleby

 

Struktura naturalna- związana ze skałą macierzystą i działaniem czynników i procesów glebotwórczych

Struktura sztuczna- w powierzchniowych warstwach gleby w wyniku zabiegów agrotechnicznych

 

Podział struktury gleby:

1. Struktury proste (nieagregatowe)

   1. Rozdzielnoziarnista- ziarna nie są zlepione, np. piaski luźne

1. Struktury agregatowe

   1. Gruzełkowata- agregaty kuliste, porowate, zlepione przez koloidy mineralno0 organiczne i śluzy bakteryjne, np. poziomy A gleb uprawnych

   1. Bryłowa- nieregularne, duże agregaty sztucznie wytworzone w wyniku orki zbyt suchych lub zbyt mokrych gleb ciężkich

   1. Pryzmatyczna- agregaty ostrokrawędziste o kształcie sześcianów tworzą się w glinach ciężkich/ iłach podczas wysychania i namakania

   1. Angularna- foremnowielościenna ostrokrawędzista- agregaty o powierzchniach gładkich oraz ostrych narożach i krawędziach, np. w iłach i glinach średnich

   1. Subangularna- foremnowielościenna zaokrąglona- agregaty o powierzchniach gładkich oraz zaokrąglonych narożach i krawędziach, np. w glinach lekkich i średnich

WŁAŚCIWOŚCI WODNE

Znaczenie wody w glebie:

• to składowa część gleby

• rozpuszcza składniki mineralne i organiczne

• warunkuje życie biologiczne gleby

• wpływa na przebieg procesów glebowych

• warunkuje wzrost i rozwój roślin

• to środowisko obiegu skł. pokarmowych między fazą stałą, roztworem a roślinnością

Źródła wody:

• opady atmosferyczne

• woda z podsiąku kapilarnego

• woda z nawodnień

• woda kondensacyjna

• wody powierzchniowe

Postacie wody w glebie:

• woda w postaci lodu

Mało aktywna, o dużej roli w procesach wietrzenia.

• woda chemicznie wiązana, np. limonit

Mocno związana, nie bierze udziału w zjawiskach wilgotnościowych. Niedostępna dla roślin. Występuje w niektórych minerałach, jej ilość dochodzi do 7%.

• woda w postaci pary wodnej (w makroporach)

Zdolna do przemieszczania się z miejsc o wysokim ciśnieniu/ niższej temperaturze/ większej wilgotności do miejsc analogicznych. Po skropleniu pobierają ją kserofity.

• woda związana siłami molekularnymi

Higroskopowa	Błonkowata
otacza cząstki gleby niedostępna ilość zmienna, zależy od temperatury i wilgotności powietrza max higroskopijność: piaski <0,2% pyły 0,2-3,0% iły >16% gliny 2,2-7,0%	przylega do wody higroskopowej może być częściowo pobierana przez rośliny 2-4 x większa od max higroskopijności może częściowo przemieszczać się z miejsc bardziej nasyconych do suchych

• woda kapilarna

Woda kapilarna porusza się we wszystkich kierunkach (kapilary drobne zabierają dużym H₂O).

• kapilarna właściwa (zamknięta/ otwarta)

• kapilarna przywierająca (zawieszona)

Schemat występowania wody:

Wysokość podnoszenia się wody w kapilarach określa wzór Richardsa: $h = \frac{0,3 - wspolczynnik\ Richardsa}{d - srednica\ kapilary}$

• woda grawitacyjna

Woda wolna, szybko przemieszczająca się wgłąb profilu glebowego pod wpływem sił grawitacji, w większych ilościach występuje po opadach. Znacznie przyczynia się do przemieszczania się składników mineralnych i do przewietrzania gleby. Dostępna dla roślin w bardzo krótkim czasie.

• woda gruntowa

Woda wgłębna, występująca w zasięgu pełnego nasycenia gleby na różnych głębokościach.

Pochodzenie:

• woda infiltracyjna

• kondensacyjna

Podział:

• woda zaskórna

  • zwykła (słaby ruch boczny)

  • zastojowa (brak ruchu)

• woda gruntowo-glebowa

SIŁY WIĄŻĄCE WODĘ W GLEBIE

• elektryczne

• osmotyczne

• grawitacyjne

• kapilarne

Całkowita siła wiążąca wodę w glebie zwana jest siłą ssącą lub potencjałem kapilarnym. Na powierzchni swobodnej wody destylowanej wartość wolnej energii wynosi 0.

Siła, z jaką woda jest utrzymywana w glebie, zależy od ilości wody- im mniejsza jej ilość w glebie, tym samym wypełnia ona kapilary o mniejszej średnicy, w których wiązana jest większymi siłami.

Potencjał wody glebowej wyraża się w atmosferach, hektopaskalach, cm słupa wody lub jednostkach pF.

Wyrażając siły centymetrami zakres wynosi 0-10.000 cm, gdzie 0 to pełne nasycenie gleby wodą, a 10.000 to gleba wysuszona w 105^oC. Aby uniknąć stosowania dużych liczb wprowadzono symbol pF = h.

Pełnym odzwierciedleniem właściwości wodnych jest wykres przedstawiający zależność między siłą ssącą wody a jej wilgotnością, tzw. krzywa pF. -> skrypt s.126

POJEMNOŚĆ WODNA GLEB

Zdolność do zatrzymywania pewnych ilości wody w określonych warunkach.

Zależy od:

• składu granulometrycznego

• zawartości substancji organicznej

• ilości koloidów

• struktury gleby

• zróżnicowania porowatości

Wyróżniamy następujące rodzaje pojemności wodnej gleb:

• maksymalną- maksymalna ilość wody, jaką gleba może pomieścić

• kapilarną- określa stan nasycenia gleby wodą w warunkach jej ciągłego kontaktu z lustrem wody gruntowej

• polową- odpowiada ilości wody, którą gleba może zatrzymać po swobodnym odcieku wody grawitacyjnej z próbki całkowicie nasyconej wodą w warunkach braku kontaktu z wodą gruntową i wyeliminowania parowania powierzchniowego

• higroskopową maksymalną- określa ilość wody, jaką gleba może zasorbować z powietrza maksymalnie wysyconego wodą

• higroskopową zwykłą- określa zawartość wody w glebie powietrznie suchej, zależy od wilgotności powietrza

• aktualną- określa ilość wody aktualnie zawartej w glebie

CHEMICZNE WŁAŚCIWOŚCI GLEB

 

Chemiczne właściwości gleb określa:

1. Skład chemiczny gleby

2. Formy i związki pierwiastków występujących w glebie

3. Przemiany związków chemicznych

 

Skład chemiczny gleby zależy od:

1. Składu mineralogicznego

2. Składu i zawartości materii organicznej

3. Składu roztworu glebowego

4. Kierunku procesów mikrobiologicznych

 

Forma występowania pierwiastków zależy od:

1. Ilość i jakości koloidów glebowych

2. Odczynu

3. Właściwości sorpcyjnych

4. Właściwości oksydoredukcyjnych gleby

 

Skład chemiczny skorupy ziemskiej (litosfery):

Tlen- 49,13 %

Krzem- 26%

Glin- 7,45%

Żelazo- 4,20%

Wapń- 3,25%

Sód- 2,40%

Magnez- 2,35%

Potas- 2,35%

Wodór- 1%

Węgiel, chlor, fosfor, siarka, mangan i inne- 2%

 

Podział pierwiastków wg ilości niezbędnych roślinom:

- makroelementy

- mikroelementy

 

MAKROELEMENTY (MAKROSKŁADNIKI)

Występują w glebach w dużych ilościach, są też w dużych ilościach pobierana przez rośliny. Ich nadmiar nie jest szkodliwy, ich brak może prowadzić zahamowanie wzrostu i rozwoju roślin.

 

C, O- pobierane z powietrza

H- z wody glebowej

N - częściowo z powietrza

P, K, Ca, Mg, S, Fe- z roztworu glebowego

Si, Al, Na- w glebie w dużych ilościach, przez rośliny pobierane w małych

 

Zawartość i rozmieszczenie pierwiastków zależy od:

1. Skały macierzystej

2. Składu granulometrycznego

3. Przebiegu procesów glebotwórczych

Np. gleba mineralna zawiera więcej składników jak potas, ale mniej substancji organicznej, azotu, fosforu, wapnia i siarki

Mineralna i torfowa zawierają tyle samo fosforu

 

AZOT

1. Materiał budulcowy białek, w składzie kwasów nukleinowych i ATP, ADP, witamin, chlorofilu i alkaloidów

2. Pobudza wzrost części nadziemnych roślin, nadaje im intensywną zieloną barwę, reguluje pobieranie składników pokarmowych (potas, fosfor i inne) przez rośliny.

 

Całkowita zawartość azotu w warstwie ornej gleby:

W glebach mineralnych: 0,02%- 0,35% = 600- 10500 kg/ ha

W torfach niskich: 1-4%

 

Formy azotu

1. Azot organiczny- w składzie substancji organicznej gleby i próchnicy

N organiczny --> N nieorganiczny

Org: 98-99%, niedostępny dla roślin

Nieorg: dostępny

1. NH₄ (azot amonowy)- związany trwale przez minerały ilaste- illit, wermikulit, niedostępny dla roślin

1. W związkach mineralnych, rozpuszczalny, dostępny

1. NO₃- forma azotanowa, w roztworze glebowym łatwiej dostępna przy odczynie kwaśnym

 

Źródła azotu w glebie:

• Substancja organiczna

• Opady i wyładowania atmosferyczne

• Nawożenie mineralne i organiczne

• Wiązanie azotu z powietrza przez mikroorganizmy wolno żyjące i symbiontyczne (Azotobacter, Rhizobium, Arthrobacter, Clostridium)

 Przeciętna ilość azotu dostarczana do gleby:

• opady- 10 kg N/ha/rok

• wiązanie przez bakterie- 10-25

• resztki roślinne- 30

• nawozy mineralne- 70

• nawozy organiczne- 30

  Emisja tlenków azotu do atmosfery przez spalanie węgla, ropy naftowej i gazu:

 

Łącznie: 3 miliony ton

W tym:

• Elektrownie 27,7%

• Przemysł 14%

• Domowe źródła 3,7%

• Transport samochodowy 54,6%

Łącznie w PL: 340 tys. ton

 

Mineralizacja azotu

 

1. Amonifikacja- przemiany organiczne związków azotu do amoniaku, przebiega w warunkach tlenowych lub beztlenowych

Związek amonowy --> (hydroliza enzymatyczna) --> amoniak + E

 

1. Nitryfikacja- utlenienie amoniaku do kwasu azotowego, przebiega w warunkach dobrego natlenienia, odpowiedniej wilgotności, temperatury i odczynu gleby.

Nitrozomonas, Nitrobakter

 

1. Denitryfikacja- redukcja azotanów do azotynów i wydzielanie wolnego azotu; zachodzi w warunkach braku dostępu tlenu w głębszych warstwach gleby, to proces niepożądany, powoduje straty

 

Procesy amonifikacji i nitryfikacji są korzystne, gdyż powstające jony NH₄^- i NO₃^- są:

• Łatwo dostępne dla roślin i mikroorganizmów glebowych

• Mogą być sorbowane przez kompleks sorpcyjny gleby

• Ulegają wymywaniu w głąb profilu gleby przez wody opadowe przesiąkające

 

Na ilość wymywanego azotu duży wpływ ma sposób użytkowania gleby .

 

FOSFOR

• Wchodzi w skład związków budujących komórki: kwasy nukleinowe, fosfolipidy

• Bierze udział w procesie oddychania organizmów

• Wpływa na rozwój części generatywnych roślin

• Oddziałuje na rozwój systemu korzeniowego

• Nadaje sztywność słomie

Ogólna zawartość fosforu w glebie: 0,01- 0,3%

 

Formy fosforu w glebie:

• Związki organiczne

P organiczny --> (mineralizacja) --> P nieorganiczny

25-65 %, niedostępny Dostępny jako anion H2PO4

• Związki mineralne fosforu- połączenia z wapniem, żelazem, glinem, magnezem, manganem

Występują w minerałach: fluoroapatytach, fosforytach

Bardzo trudno rozpuszczalne w wodzie.

 

Źródła fosforu:

• Uwalniany w procesach wietrzenia minerałów

• Mineralizacja substancji organicznej

• Nawożenie mineralne i organiczne

 

Przemiany fosforu w glebie:

• Uwstecznienie (fiksacja, retrogradacja) fosforu

H₂PO₄ + Al³⁺ + H₂O --> Al(OH)₂H₂PO₄ + 2H⁺

Rozp. Anion w glebach kwaśnych

• Sorpcja wymienna przez koloidalne wodorotlenki żelaza i glinu

• Sorpcja wymienna przez minerały ilaste

 

Najlepsza przyswajalność P dla roślin jest przy odczynie lekko kwaśnym i obojętnym, pH 5,5-7

Na przyswajalność P mogą wpływać niektóre jon y NH4+ i inne.

 

POTAS

• Bierze udział w procesach oddychania, fotosyntezy

• Reguluje uwodnienie tkanek

Ogólna zawartość K w glebie 0,01 (0,1) - 3,3%

Gleby torfowe > rędziny > piaszczyste > gliny ciężkie > iły

 

Formy K:

Występuje głównie w mineralnej frakcji gleby: 90-98% K

• Nieprzyswajalny- minerały: skalenie, łyszczyki

• Trudno przyswajalny- niewymienny (w przestrzeniach międzypakietowych minerałów ilastych: illit)

• Łatwo przyswajalny- w roztworze glebowym lub sorbowany na powierzchni koloidów glebowych

 

Pobierany przez rośliny w postaci jony K+ ulega wymywaniu przez wody opadowe (~20 kg/ha/rok)

 

Źródła potasu:

• Uwalniany w procesie wietrzenia minerałów, np.. Kaolinizacja

• Mineralizacja substancji organicznej

• Nawożenie mineralne i organiczne

 

Przemiany potasu w glebie

• Uwstecznienie (fiksacja, retrogradacja)

Trwale związana w przestrzeniach międzypakietowych minerałów ilastych: illitu, wermikulitu

• Podlega sorpcji wymiennej:

Roztwór glebowy --> kompleks sorpcyjny gleby

 

WAPŃ

• Reguluje nawadnianie tkanek

• Bierze udział w wielu procesach metabolicznych

• Wyściela błony komórkowe

• Poprawia właściwości fizyczne, chemiczne i biologiczne gleby

Zawartość wapnia w glebie: 0,07- 3,6%

W glebach wytworzonych ze skał węglanowych jest go więcej

 

Źródła wapnia:

• Uwalniany w procesach wietrzenia minerałów (kalcyt, dolomit, plagioklazy, amfibole, pirokseny)

• Mineralizacja substancji organicznej

• Wapnowanie gleb

 

Formy wapnia:

• W postaci minerałów: kalcyt, dolomit, plagioklazy zasadowe

• Rozpuszczalne węglany wapnia

• W kompleksie sorpcyjnym gleby

• W roztworze glebowym

 

Łatwo ulega wymywaniu w głąb profilu gleby, do 400 kg/ha/rok

 

Rola wapnia w glebie:

• Sprzyja tworzeniu się struktury gruzełkowatej

• Poprawia stosunki powietrzno- wodne gleby

• Zmniejsza kwasowość gleby

• Wpływa na przyswajalność składników pokarmowych

 

Zasada oznaczania węglanu wapnia w glebie:

Reakcja rozkładu kalcytu za pomocą HCL:

CaCO₃ + 2HCL --> CaCl₂ + H₂O + CO₂ ^

 

MAGNEZ

• Wchodzi w skład chlorofilu

• Bierze udział w procesach fotosyntezy i wielu reakcjach enzymatycznych

Ogólna zawartość 0,06-1,2%

 

Źródła magnezu

• Uwalniany w procesach wietrzenia minerałów (dolomit, biotyt, oliwiny, pirokseny, amfibole)

• Mineralizacja substancji organicznej

• Wapnowanie gleb (wapno magnezowe)

 

Magnez w glebie

• Występuje w roztworze glebowym w postaci soli o różnym stopniu rozpuszczalności

• Podlega sorpcji wymiennej

• Łatwo ulega wymywaniu

• W glebach piaszczystych występuje niedobór magnezu

 

ŻELAZO

• Bierze udział w procesach oksydoredukcyjnych zachodzących w glebie i komórkach przede wszystkim w procesie oddychania

• Jest niezbędne przy tworzeniu chlorofilu i w procesie fotosyntezy

 

Zawartość Fe w glebie: ok. 2,5%, może ona ulegać dużym wahaniom

 Źródła żelaza

• Uwalniany w procesach wietrzenia minerałów (limonit, hematyt, piryt, pirokseny, oliwiny, biotyt...)

• Mineralizacja substancji organicznej

 

Formy żelaza

• Trwałe tlenki i wodorotlenki, fosforany, węglany w postaci krystalicznej lub amorficznej

• W roztworach glebowych jako proste kationy i kompleksowe jony

• Tworzy kompleksowe chelatowe połączenia z substancją organiczną

 

Związki Fe trójwartościowego nadają glebom barwę żółtą, brunatną, rdzawą. Związki żelazawe Fe2+ barwią glebę na sino lub zielonkawo.

Uwodnione tlenki żelaza zwiększają zwięzłość gleb.

MIKROELEMENTY

W glebach w bardzo małych ilościach i w małych ilościach są pobierane przez rośliny. Są niezbędne dla roślin. Nadmiar lub niedobór jest szkodliwy dla nich i dla zwierząt. W glebach biorą udział w procesach oksydoredukcyjnych.

 

Spełniają rolę katalizatorów w wielu procesach fizjologicznych:

1. Fotosyntezie

2. Oddychaniu

3. Powstawaniu chlorofilu

  

Źródła mikroelementów:

1. Skały macierzyste

2. Substancja organiczna

3. Chemiczne środki ochrony roślin

4. Zanieczyszczenia przemysłowe

5. Spaliny samochodowe

 

Żelazo 5000-50 000 mg/kg

Mangan 10- 4 000

Cynk 25-1000

Miedź 5-70

Bor 5-100

Molibden 0,5-5

Kobalt 0,1-30

 

1 mg/kg = 0,0001% ; 1% = 1% 10 000 mg/kg

 

Najmniejsze ilości mikroelementów występują w glebach wytworzonych z piasków i skał magmowych kwaśnych. Najwięcej - w glebach z iłów i magmowych zasadowych.

Wraz ze wzrostem części spławialnych wzrasta zaw.

 

Przyswajalność zależy od:

1. Odczynu gleby: większość mikroelementów jest najbardziej dostępna dla roślin przy odczynie obojętnym, odczyn bardzo kwaśny i zasadowy obniżają przyswajalność

2. Zawartości substancji organicznych: w różnym stopniu wpływa na zaw. mikroelementów, zwiększa dostępność żelaza, zmniejsza miedzi, manganu i cynku

3. Stosunków wodno-powietrznych gleby: w warunkach dużego uwilgotnienia Fe i Mn jest łatwiej przyswajalny

4. Obecności w glebie innych pierwiastków: antagonizm między jonami:

   • Ca i Mn

   • Cu i Fe

   • Cu i Zn

5. Nadmiar jednego pierwiastka ogranicza występowanie drugiego.

 

Formy występowania w glebie:

1. W postaci anionów w roztworach glebowych

2. Jako kationy w kompleksie sorpcyjnym gleby

3. Tworzą połączenia chelatowe ze związkami organicznymi Fe-EDTA

 

ODCZYN GLEBY

Odczyn jest określany jako stosunek jonów wodorowych do wodorotlenowych w roztworze.

 

Woda w nieznacznym stopniu ulega dysocjacji, tzn. rozpada się na jony H+ i OH-, a z każdej cząsteczki w temperaturze 22 tworzy się 1 jon H i 1 jon OH

Odczyn wyraża się symbolem pH. To ujemny logarytm ze stężenia jonów H+.

Określany jest na podstawie pH w wodzie destylowanej lub w roztworze KCl.

Decyduje o przebiegu wielu procesów glebowych i wpływa na kształtowanie żyzności gleby.

 

Najodpowiedniejszy odczyn dla większości roślin uprawnych jest w granicach 6,0-7,0 (7,5)

1. Bardzo wrażliwe na odczyn kwaśny: lucerna, jęczmień, groch, buraki

2. Średnio wrażliwe: pszenica, kukurydza, rzepak

3. Mało wrażliwe: łubin żółty, owies, żyto, ziemniaki

 

Rośliny wskaźnikowe

1. Dla gleb o odczynie bardzo kwaśnym: wrzos, paproć, mech

2. Dla gleb o odczynie zasadowym: marchew zwyczajna, mak polny, kąkol, pięciornik gęsi, motylkowate

 

Stan odczynu gleb w PL:

Kwaśny i bardzo kwaśny: 50% powierzchni

Lekko kwaśny: 30%

Obojętny i zasadowy: 20%

 

Przyczyny zakwaszenia gleb w PL:

1. Mały udział skał macierzystych zasobnych w wapń

2. Duże zalesienie gleb w przeszłości

3. Klimat z przewagą opadów nad parowaniem

 

Zstępujący ruch wody powoduje wymywanie łatwo rozpuszczalnych składników o charakterze alkalicznym.

 

Czynniki powodujące wzrost jonów wodorowych w glebie:

1. Działalność fizjologiczna organizmów glebowych wydzielających duże ilości CO2 oraz wytwarzających kwasy organiczne

2. Emitowanie przez zakłady przemysłowe tlenków siarki i azotu

3. Stosowanie nawozów mineralnych

4. Pobieranie przez rośliny składników zasadowych przy niedostatecznym nawożeniu

Czynniki powodujące wzrost jonów OH w glebie:

1. Stosowanie nawozów wapniowych: CaCO₃ itp..

2. Emitowanie przez zakłady przemysłowe np.. Cementownie dużych ilości pyłów zawierających CaO

Formy występowania jonów wodorowych w glebie:

1. Forma wolna w roztworze glebowych

2. Forma związana w kompleksie sorpcyjnym

KWASOWOŚĆ GLEBY

 

Określa stężenie jonów H+ w roztworze glebowym i kompleksie sorpcyjnym, wyraża się ja w milimolach na 100 g gleby

Rodzaje kwasowości:

1. Czynna: wywołana obecnością wolnych jonów H+ w roztworze

2. Potencjalna: wywołana obecnością jonów H⁺i Al³⁺ związanych z kompleksem sorpcyjnym. Obecność tych jonów ujawnia się dopiero w środowisku roztworów soli obojętnych (kwasowość wymienna) lub hydrolizujących zasadowo (kwasowość hydrolityczna).

 

Kwasowość wymienna: powodowana obecnością jonów H⁺ i Al³⁺ słabiej związanych z kompleksem sorpcyjnym. Można ją oznaczać w roztworze soli obojętnej 1 M KCl, ujawnia się w glebach kwaśnych i bardzo kwaśnych.

 

Kwasowość hydrolityczna (całkowita kwasowość gleby) jest powodowana obecnością jonów wodorowych słabo związanych z kompleksem sorpcyjnym gleby. Oznacza się ją w roztworze soli hydrolizujących zasadowo, np. octanu sodu czy octanu wapnia.

 

Optymalny odczyn dla Azotobacter: pH 7,0-7,8; przy pH <6 nie występuje

 

Rhizobium:

1. Bakterie współżyjące z lucerną są najbardziej wrażliwe na odczyn kwaśny

2. Bakterie współżyjące z łubinem żółtym są najmniej wrażliwe

SORPCJA GLEBY

Absorpcja- przenikanie masy absorbenta polegający na pochłanianiu danego składnika przez ciało stałe lub ciekłe. Podlegają jej pary, cząstki niezdysocjowane oraz jony z roztworów

Adsorpcja- sorpcja powierzchniowa- wiązanie cząstek cieczy lub gazu na powierzchni ciała stałego (adsorbenta), zachodzi na granicy faz

 

Sorpcja gleby- zdolność pochłaniania i zatrzymywania przez glebę różnych składników, w tym cząstek stałych i drobnoustrojów z zawiesin, drobin i jonów z roztworów oraz par i gazów z powietrza

 

Znaczenie sorpcji:

1. Regulacja odczynu gleby

2. Magazynowanie składników pokarmowych uwalniających się w procesach wietrzenia i z nawozów

3. Zatrzymywanie i neutralizowanie szkodliwych substancji

4. Udział w odżywianiu gleby

 

W skład kompleksu sorpcyjnego wchodzą:

1. Koloidy mineralne

   • Glinokrzemiany- gł. minerały ilaste, krzemionka

   • Krystaliczne tlenki i wodorotlenki żelaza i glinu

   • Minerały amorficzne

2. Koloidy organiczne

   • Próchnica

   • Żywe bakterie

3. Koloidy mineralno- organiczne, tj. kompleksowe połączenia próchnicy z minerałami ilastymi

 

Koloidy glebowe- to takie układy, które w ośrodku dyspersyjnym zawierają cząstki o średnicy <1 lub <2 mikrometra

 

Układ dyspersyjny- dwufazowy- w którym cząstki jakiegoś ciała ...

 

W zależności od stopnia rozdrobnienia cząstek zawieszonych wyróżnia się:

1. Zawiesiny- <0,1 mikrometra, pozostają na sączkach z bibuły

2. Dyspersoidy 0,1-0,001 nie przechodzą przez ultrafiltry

3. Roztwory rzeczywiste <0,001 przechodzą przez ultrafiltry

 

Dyfuzja- przenikanie cząstek jednej substancji do drugiej przy bezpośrednim kontakcie

Dializa- proces rozdzielania substancji polegający na różnej zdolności przenikania przez przegrody półprzepuszczalne

 

Większość koloidów gleb mają ładunek ujemny. Wyróżnia się koloidy:

1. Trwałe (niezależne od pH)- występują głównie na wewnętrznej powierzchni minerałów ilastych o sieci krystalicznej typu 2:1

2. Nietrwałe (zależne od pH)- występują głównie w koloidach próchnicznych oraz minerałach ilastych o sieci krystalicznej typu 1:1. Źródłem tych ładunków są grupy hydroksylowe karboksylowe i fenolowe

 

Pojedyncza cząstka koloidalna składa się z:

1. Jądra krystalicznego lub amorficznego

2. Wewn. powłoki jonów naładowanych dodatnio lub ujemnie

3. Zewn. powłoki kompensujących jonów o ładunku przeciwnym do poprzedniej warstwy

 

Rodzaje sorpcji:

1. Mechaniczna

2. Fizyczna

3. Chemiczna

4. Wymienna

5. Biologiczna

 

1. MECHANICZNA- mechaniczne zatrzymywanie w porach glebowych drobnoustrojów i różnego rodzaju zawiesin na zasadzie filtru

Zależy od:

1. Składu granulometrycznego

2. Zróżnicowanie porowatości

3. Struktury gleby

 

Im gleba ma więcej frakcji drobniejszych tym silniej sorbuje mechanicznie.

 

1. FIZYCZNA- zdolność fazy stałej do zagęszczania i zatrzymywania na swej powierzchni gazów, molekuł pary wodnej oraz niektórych mikroorganizmów. Procesy te spowodowane są działaniem sił Van der Waalsa, które występują na powierzchni granicznej fazy stałej i ośrodka dyspersyjnego. O wielkości tej sorpcji decyduje wielkość powierzchni właściwej gleby, koloidy glebowe, zwłaszcza minerały ilaste.

 

Energia powierzchniowa to iloczyn całkowitej powierzchni fazy stałej i napięcia powierzchniowego ośrodka dyspersyjnego. Ep= p * alfa

Sf jest wynikiem dążności układów dwufazowych do zmniejszenia energii powierzchniowej . Może to nastąpić poprzez zmniejszenie napięcia powierzchniowego .

 

Wyróżnia się sorpcje fizyczne:

• Dodatnią- gdy na powierzchni cząstek glebowych zagęszczane są kwasy organiczne, alkaloidy, barwniki, które zmniejszają napięcie powierzchniowe

• Ujemną- gdy na powierzchni koloidów glebowych odpychane są kwasy nieorganiczne, sole, cukry, które zmniejszają napięcie powierzchniowe

 

W efekcie tych zjawisk powstają niejednorodności koncentracji roztworów glebowych.

Sorpcja ta ma duże znaczeni w zatrzymywaniu par i gazów: stopień zatrzymywania:

Woda> co2> o2> n2

 

Co jest zależne od:

• Temperatury

• Ciśnienia

• Wilgotności

• Uziarnienia gleby

 

Znaczenie sorpcji fizycznej:

 

• Decyduje o składzie powietrza glebowego

• Decyduje o max higroskopijności gleby

• Decyduje o czymś tam z wodą

 

• CHEMICZNA- powstawanie w glebie nierozpuszczalnych soli w wyniku reakcji pomiędzy jonami znajdującymi się w roztworach glebowych lub na powierzchni kompleksu glebowego. Sorpcji tej podlegają w dużym stopniu: aniony kwasu fosforowego PO₄^3-, kwasu węglowego CO₃^2-, kwasu siarkowego SO₄^2-

Na podmokłych obszarach w wyniku procesów biochemicznych i oksydacyjnych tworzą się różnej wielkości konkrecje żelaziste.

 

• BIOLOGICZNA- selektywne zatrzymywanie w glebie różnych składników za pośrednictwem roślin i mikroorganizmów. Biologicznie sorbowane są kationy i aniony pobierane z głębszych warstw gleby przez korzenie roślin które po obumarciu i rozkładzie tych roślin wracają do gleby.

Wiązanie azotu z powietrza atmosferycznego i glebowego przez bakterie symbiontyczne i wolno żyjące, który po przetworzeniu w złożone związki organiczne może być wykorzystywany przez rośliny.

Sorpcji biologicznej podlegają jony kwasu azotowego NO3-, które nie podlegają innym rodzajom sorpcji, co zapobiega wymywaniu tej formy azotu z gleby.

Zbyt intensywna sorpcja biologiczna może spowodować czasowy niedobór pewnych składników pokarmowych dla roślin, trzeba więc w tym wypadku nawozić glebę.

Sorpcja biologiczna odgrywa ważną rolę w glebach lekkich ze względu na małą ilość koloidów organicznych i mineralnych.

 

• WYMIENNA- polega na wymianie jonów pomiędzy kompleksem sorpcyjnym (najbardziej rozdrobniona koloidalna część fazy stałej gleby) a roztworem glebowym

 

Skład kompleksu sorpcyjnego:

• Minerały ilaste

• Minerały amorficzne- alofany

• Wodorotlenki Fe i Al.

• Koloidalna krzemionka

• Próchnica

• Połączenia organiczno- mineralne

 

Zdolność wymiany koloidów mineralnych zależy od:

• Typu sieci krystalicznej minerałów ilastych

• Wielkości ładunku

• Powierzchni właściwej

 

Zdolność wymiany koloidów organicznych i organiczno- mineralnych zależy od:

• Budowy struktur ich drobin

• Ilości i jakości grup funkcyjnych karboksylowych i fenolowych

 

Wymiana kationów zachodzi do momentu ustalenia się stanu dynamicznej równowagi pomiędzy stężeniem jonów w kompleksie sorpcyjnym i roztworze glebowym.

 

Stężenie jonów w roztworze glebowym wzrasta wskutek :

• Uwalniania w procesie wietrzenia

 

MATERIA ORGANICZNA:

1. Żywa

2. Martwa (resztki organiczne)- zależy od materiału wyjściowego -> produkty przejściowe ->:

Mineralizacja (rozkład) -ulega jej 3/4 do 4/5 materii organicznej, a powstaje ok. 1/4 materii organicznej

 

Wiąże się z powstawaniem prostych związków mineralnych.

 

1. Butwienie-- dwutlenek, węgla, SO₄^2-, PO₄^3-, NO₃^-

1. Gnicie- dwutlenek, woda, H₂S, CH₄, NH₃

Humifikacja (powtórne połączenie związków, połączenia swoiste)

 

Tworzą się swoiste substancje organiczne.

Nie jest to proces dynamiczny.

 

Skały macierzyste ->właściwości fizyczne ->wietrzenie chemiczne -> tlenki i wodorotlenki + substancje rozpadu(?) -> minerały ilaste + składniki rozpuszczalne w wodzie

 

Pierwotne m.o. -> działalność zwierząt-> działalność mikroorganizmów-> mineralizacja i humifikacja -> składniki rozpuszczalne w wodzie + swoiste substancje próchniczne

 

składniki rozpuszczalne w wodzie + swoiste substancje próchniczne + minerały ilaste wtórne -> kompleks ilasto-próchniczny

 

Jej obecność wiąże się z:

• Obumarłymi roślinami (ściółka iglasta i liściasta w lasach; ściółka trawiasta)

• Resztki pożniwne

• Obumarłe ciała jakiejśtamfauny i ich ekskrementy

• Nawozy: obornik, komposty, nawozy zielone, torf

  

Torfowiska wysokie w Karkonoszach, Kotlinie Kłodzkiej, na Pojezierzu Pomorskim

 

PRÓCHNICA

Próchnica jest to bezpostaciowy amorficzny produkt powstający na drodze humifikacji czyli oddziaływania makro- i mikroorganizmów oraz procesów fizykochemicznych na resztki organiczne roślin.

 

Skład próchnicy: N, O, C, H

 

Szacunkowe zasoby głównych źródeł węgla (wg różnych autorów, C x 1015 g):

 

Atmosfera- 638-720

 

Lądy

Flora i fauna 827

Humus gleb 700-3.000

Wody słodkie i słone 700-1.000

 

Oceany

Flora i fauna 2

Zw nieorg 38.600

Zw org 1.700

 

Paliwa kopalne 10.000

 

Brak węgla prowadzi do pustynnienia terenów

 

 

Średnie wartości roczne suchej masy organicznej w t/ha:

 

Części roślinne	Las	Łąka	Rola
Korzenie	30-100	30-80	5-30
Części nadziemne	20-45	10-30	3-20

 

Najważniejsze funkcje próchnicy w środowisku przyrodniczym:

• Udział w tworzeniu gleb i kształtowaniu ich właściwości

• Udział w obiegu biologicznym pierwiastków (azot w 90% pobierany jest z materii organicznej)

• Dostarczanie pierwiastków biogenicznych dla roślin wyższych (biogeniczne- te, które są niezbędne do życia mikroorganizmów, wchodzą w skład auksyn, enzymów i koenzymów; przyczyniają się do uszlachetnienia gleby)

• Dostarczenie energii i węgla dla drobnoustrojów glebowych

• Udział w procesach wymiany jonowej

• Oddziaływanie na wzrost i rozwój roślin 

 

Fazy powstawania próchnicy:

• Faza inicjalna -> hydroliza i utlenianie

• Faza mechaniczna -> rozdrobnienie

• Faza mikrobiologiczna-> organizmy odżywiają się resztkami; korzystna jest obecność celulozy i ligniny

 

DIAGNOSTYCZNE POZIOMY POWIERZCHNIOWE (EPIPEDONY)

 

Symbol A, ciemno zabarwione, o różnych odcieniach szarości w zależności od zawartości próchnicy.

 

Poziom powierzchniowy mollic (miękki)

 

1. Trwała struktura gruzełkowata lub ziarnista

2. Nasycenie kompleksu sorpcyjnego kationami o charakterze zasadowym wyższe lub równe 50%

3. C organiczny co najmniej 0,5%

4. Miąższość minimum 10 cm, gdy zalega na skale litej i 25 cm w glebach mineralnych o uziarnieniu piasków słabogliniastych i drobniejszym

5. Zawartość fosforu rozpuszczalnego w 1% kwasie cytrynowym poniżej 109 mg P/kg gleby

 

Poziom powierzchniowy umbric

 

Cechy wyróżniające takie same jak w poziomie mollic, ale nasycenie kompleksu sorpcyjnego kationami zasadowymi poniżej 50%

 

DIAGNOSTYCZNE POZIOMY PODPOWIERZCHNIOWE

 

Symbol B lub E

 

Poziom cambic- Bbr

 

Charakterystyczny dla gleb brunatnych, czarnych ziemi, czarnoziemów

 

1. Uziarnienie piasków gliniastych, glin, pyłów, iłów

2. Struktura agregatowa różnego kształtu i wielkości

3. Minerały ilaste o sieci krystalicznej 2:1

4. Intensywne przemiany morfologiczne wyrażone określoną barwą

5. Nie wykazuje scementowania, ani stwardnień konsystencji

 

Poziom albic- Ees

 

Eluwialny poziom, z którego przy udziale rozpuszczalnych frakcji próchnicy zostały wymyte niektóre produkty rozkładu minerałów (glin, żelazo)

 

1. Wzbogacenie w SiO2- krzemionkę

2. Charakterystyczne zabarwienie poziomu- wybielenie masy glebowej, na tle jasnej barwy obserwuje się szare plamy świadczące o zachodzącym procesie eluwialnym

3. Uziarnienie piasku luźnego lub słabogliniastego

4. Występuje w glebach bielicowych

5. W składzie mineralogicznym dominuje kwarc

 

Poziom spodic- Bhfe

 

Iluwialna akumulacja półtoratlenków żelaza, glinu oraz próchnicy

 

1. Uziarnienie piasku luźnego

2. Struktura od rozdzielnoziarnistej do spoistych agregatów scementowanych wmytymi związkami żelaza i glinu

3. W agregatach brak minerałów pęczniejących o strukturze 2:1

4. Zwiększona zawartość półtoratlenków i próchnicy w stosunku do sąsiadujących poziomów

5. Dodatnie wskaźniki iluwiacji

6. Akumulacja kompleksów żelazisto- glinowo- próchniczych ulegających ekstrakcji w 0,1M pirosforanie sodu

 

5,8 ≤ C org / Al+Fe ≥ 25

 

1. Nie zawiera węglanów ze względu na skład granulometryczny

2. Odczyn bardzo kwaśny (pH 3-5)

3. Wysycenie kompleksu sorpcyjnego kationami zasadowymi 20%

4. Charakterystyczny dla gleb bielicowych

 

Poziom argillic- Bt [ardżillik]

 

Charakterystyczny dla gleb płowych.

 

1. Tworzy się poniżej poziomu E

2. Nagromadzenie frakcji ilastej na przestrzeni pionowej 15-30 cm

3. Gdy poziom E zawiera mniej niż 15% frakcji ilastej to poziom Bt musi zawierać jej o 3% więcej (E= 10%, Bt= 13%)

4. Gdy poziom E zawiera >40% frakcji ilastej to poziom Bt musi zawierać jej 8% więcej

5. Powierzchnie agregatów pokryte otoczkami ilastymi

6. Uziarnienie od piasków gliniastych do iłów

 

Poziom luvic- Eet (luvic- wypłukuję)

 

1. Przemywanie i wymywanie frakcji ilastej

2. Barwa słomkowożółta

3. Brak węglanów

4. Występuje w glebach płowych

5. Uziarnienie glin zwałowych i utworów pyłowych

 

Poziom sideric- Bv (gr. sideros- żelazo)

 

Charakterystyczny dla gleb rdzawych.

 

1. Uziarnienie piasków luźnych i słabogliniastych

2. Odczyn kwaśny, bardzo kwaśny

3. Barwa rdzawa, pochodzi od tlenków żelaza

4. Wysycenie kationami poniżej 30%

5. Słaba struktura lub jej brak

6. Występuje

7. Brak węglanów ze względu

ZASOBNOŚĆ GLEBY

Zasobność- sumaryczna zawartość w glebie makro i mikroelementów, próchnicy oraz substancji

 

Zawartość fosforu w glebach mineralnych: do 8,9 mg/100 g gleby

Zawartość potasu w glebach mineralnych: do ponad 25 mg/100 g gleby

Zawartość potasu zwiększa się wraz ze wzrostem ciężkości gleby

Zawartość magnezu w glebach mineralnych: do ponad 14,1 mg/100 g gleby

Zawartość magnezu także wzrasta wraz z ciężkością gleby

 

ŻYZNOŚĆ GLEBY 

Żyzność gleby- współudział gleby we wzroście, rozwoju i plonowaniu roślin

Przejawia się ona w zdolności gleby do przekazywania roślinom odpowiedniej ilości składników pokarmowych, wody, powietrza i ciepła oraz w wymianie gazowej

Dzieje się to na skutek posiadanych przez glebę właściwości fizycznych chemicznych fizykochemicznych i biologicznych

 

Sz= f(Z, Bp, Mk, Wf, Wch, Wb)

Sz- stan żyzności gleby

f- funkcja

Z- zasobność

Bp- budowa profilu

Mk- mikroklimat

Wf- właściwości fizyczne

 

Kryterium oceny Sz jest reakcja roślin na warunki wytworzone przez glebę.

 

Wyróżnia się:

• Żyzność naturalną właściwą- kształtowana przez naturalne czynniki przyrodnicze, jest ściśle związana z gatunkiem gleby

• Żyzność naturalną podlegającą działalności człowieka- charakterystyczna dla gleb uprawnych, ma charakter zmienny, może oddziaływać pozytywnie (przeciwdziałanie degradacji gleb, drenowanie gleb podmokłych) lub negatywnie (wylesianie gleb, osuszanie torfowisk)

• Żyzność agrotechniczną- występuje tam, gdzie człowiek poprzez zabiegi uprawowe od początku wpływa na wytwarzanie się gleb (rekultywowanie terenów)

 

Miernikiem żyzności gleby jest urodzajność- określana jest jako zdolność gleby do wydawania plonów.

U= f(Ż, K, R, D)

U- urodzajność

Ż- żyzność

K- klimat

R- roślina

D- działalność człowieka

 

Urodzajność ma charakter dynamiczny i uwarunkowana jest działaniem wszystkich czynników wpływających na roślinę

 

Wyróżnia się:

• Urodzajność potencjalną- możliwość maksymalnego plonowania wartościowych roślin uprawnych w określonych warunkach ekologicznych

• Urodzajność aktualną- plonowanie w określonych warunkach siedliska i w danym czasie przy zastosowaniu niezbędnych zabiegów agrotechnicznych

 

DEGRADACJA GLEB

Degradacja- niekorzystne zmiany środowiska glebowego, które pogarszają właściwości gleb i wyrażają się obniżeniem jej urodzajności.

Wskaźnikiem degradacji jest zmniejszenie produkcji biomasy i obniżenie jej jakości. 

Czynniki niszczące pokrywę glebową:

• Deformacje stosunków wodnych- przeobrażenia spowodowane przez górnictwo, niewłaściwe zabiegi melioracyjne, obniżenie poziomu wód gruntowych

• Zjawiska erozji gleb- niszczenie pokrywy glebowej wskutek działania wody i wiatrów- prowadzi to do zmniejszenia miąższości poziomów powierzchniowych, obniżenie zasobności i żyzności gleby

• Niewłaściwa mechanizacja uprawy- stosowanie ciężkich ciągników i innych maszyn rolniczych powoduje silne ugniatanie gleby, zwiększa zagęszczenie masy glebowej, co niekorzystnie

• Zanieczyszczenia przemysłowe gleb- emisje szkodliwych substancji do atmosfery, które wraz z opadem przenikają do gleby, co prowadzi do jej silnego zakwaszenia, wymywania wapnia i magnezu z kompleksu sorpcyjnego itp..

 

Ujemne skutki czynników degradujących ujawniają się w różnym czasie i natężeniu, co jest uzależnione od odporności gleb na degradację .

 

Odporność gleb na degradację jest to zdolność gleby do samoobrony przeciwko ujemnym skutkom działania czynników niszczących zasobność, żyzność i urodzajność środowiska glebowego.

 

Kategorie degradacji gleb	Wysycenie jonami H+ w %
B słabo zdegradowana	25-40
Słabo zdegradowana	45-55
Średnio zdegradowana	55-70
Silnie zdegradowana	70-85
Bardzo silnie zdegradowana	>75