Główne źródła materii organicznej w glebie:

- obumarłe szczątki 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 ekskrementy oraz obumarłe mikroorganizmy,

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

Rola i znaczenie związków próchnicznych w glebie

Substancje próchniczne stanowią jeden z podstawowych czynników decydujących o żyzności gleby. Próchnica, jako swoista forma substancji organicznej, przyczynia się do wzrostu i rozwoju roślin poprzez wpływ na fizyczne, chemiczne i biologiczne właściwości gleby.

Z tego względu wyróżnić można trzy zasadnicze funkcje próchnicy w glebie:

-funkcję chemiczną i fizykochemiczną - próchnica jest źródłem azotu (N) i fosforu (P) dla roślin oraz wpływa na właściwości fizykochemiczne gleby,

-funkcję biologiczną - próchnica wpływa na aktywność mikroflory i mikrofauny glebowej oraz na wzrost i rozwój roślin,

-funkcję fizyczną - próchnica poprawia strukturę gleby, tym samym wpływa na: aerację, retencję wodną i ułatwia uprawę gleby

Ponadto, próchnica ma pośredni wpływ na przyswajanie mikroelementów przez rośliny a także na wiązanie herbicydów i innych środków ochrony roślin. (Stevenson 1982)

Wpływ związków próchnicznych na właściwości fizyczne gleby

Substancje próchniczne wpływają dodatnio na tworzenie się struktury agregatowej gleb, poprawiając stosunki wodno - powietrzne. Próchnica działa jako lepiszcze strukturotwórcze, powodując sklejanie elementarnych cząstek masy glebowej w agregaty. W glebach piaszczystych powoduje to zwiększenie ich zwięzłości, a w glebach o cięższym składzie granulometrycznym, wpływa na zmniejszenie związłości. Duży wpływ na tworzenie agregatów mają również polisacharydy i białka. Woski, smoły i tłuszcze, choć nie zwiększają zgruźlenia, nasycając agregaty czynią je bardziej odpornymi na działanie wody.

Związki próchniczne posiadają wysoką pojemność wodną. W stosunku do swej wagi

mogą one zatrzymać 3 - 5 krotnie więcej wody w formie dostępnej dla roślin. Ta właściwość ma szczególne znaczenie w glebach piaszczystych, ponieważ ich pojemność wodna zależy głównie od zawartości substancji próchnicznych.

Istotny jest wpływ próchnicy na barwę gleby. Dzięki ciemnemu zabarwieniu próchnica

silnie pochłania promienie słoneczne, poprawiając właściwości termiczne gleby.

Wpływ związków próchnicznych na właściwości fizykochemiczne i chemiczne gleb

Związki próchniczne wpływają na zdolności sorpcyjne i na kształtowanie się zasobności gleb. Swoiste związki próchniczne stanowią organiczną część składową kompleksu sorpcyjnego, a ich pojemność sorpcyjna przewyższa 4 - 12 razy pojemność części mineralnej. Z tego względu, próchnica odpowiada za 20 - 70% całkowitej pojemności sorpcyjnej gleby.

Związki próchniczne zwiększają też zdolności buforowe gleb, regulując i stabilizując odczyn gleby.

Próchnica reguluje stężenie kationów Ca2+, Mg2+, NH4+, Na+,K+ i H+ w roztworze glebowym poprzez ich uwalnianie bądź sorbowanie. Próchnica ma znaczny wpływ na gospodarkę azotem i fosforem. Jest podstawowym źródłem tych pierwiastków, które w tej postaci są magazynowane w glebie. Formy te po mineralizacji są dostępne dla roślin wyższych.

Wpływ związków próchnicznych na rozwój i wzrost roślin i mikroorganizmów

Związki próchniczne mogą odziaływać na mikroorganizmy glebowe i rośliny wyższe w różny sposób.

Przede wszystkim są one poważnym źródłem C, N i P, które po zmineralizowaniu są dostępne dla roślin. Makro- i mikroorganizmy glebowe czerpią z substancji organicznej niezbędną dla ich życia energię i mineralne składniki pokarmowe. Z tego względu gleby zasobne w próchnicę odznaczają się wyższą aktywnością biologiczną. Związki próchniczne mają także istotny wpływ na procesy fizjologiczne roślin. Stwierdzono w nich wiele tzw. substancji wzrostowych, takich jak witaminy, auksyny, niektóre inne kwasy organiczne oraz substancje o charakterze antybiotyków. Działanie tych substancji nie jest jednoznacznie ukierunkowana, a zależy między innymi od ich stężenia. Substancje te w małych ilościach wykazują dodatni wpływ na rośliny, natomiast w dużych hamują ich wzrost i rozwój. Substancje wzrostowe intensyfikują szereg ważnych procesów fizjologicznych roślin, takich jak gospodarka wodna, oddychanie i fotosynteza.

Substancje próchniczne wprowadzone do gleby mogą przeciwdziałać występowaniu chorób niektórych roślin uprawnych, przy czym to fitosanitarne działanie jest spowodowane silnym mnożeniem się mikroorganizmów saprofitycznych, które są antagonistami fitopatogenów.

Wiązanie środków ochrony roślin przez substancje próchniczne

Ostatnio zwraca się uwagę na istotną rolę substancji próchnicznych w chronieniu środowiska glebowego przed skutkami skażenia odpadami przemysłowymi oraz przed skutkami nadmiernej chemizacji rolnictwa. Jest to niewątpliwie związane z właściwościami sorpcyjnymi substancji próchnicznych.

Nie mniej ważna jest też ich zdolność do tworzenia odpowiednich połączeń z pestycydami, a zwłaszcza herbicydami. Dezaktywacja herbicydów łączy się z ich adsorbowaniem, ale także z przyspieszaniem ich rozkładu poprzez dostarczenie mikroorganizmom związków energetycznych.

Powstająca w wyniku przemian substancji organicznej próchnica wpływa korzystnie na właściwości fizyczne gleb poprzez tworzenie wodoodpornej struktury i optymalnych dla korzeni roślin stosunków powietrzno-wodnych i termicznych, ale też ze względu na ciemne zabarwienie i szybsze nagrzewanie warstwy ornej. Próchnica wiąże 3-5 razy więcej wody niż wynosi jej masa. Zastosowanie obornika wzbogaca znacznie glebę w substancję organiczną i zwiększa o 0,5% jej pojemność wodną.

W lekkich piaszczystych glebach próchnica jest podstawowym lepiszczem, koniecznym dla powstania agregatów z cząstkami mineralnymi, zapobiegających wymywaniu cząstek spławialnych w głąb profilu gleby. W glebach ciężkich trwałe agregaty są konieczne dla ich rozluźnienia i ograniczenia zlewności, szczególnie groźnej dla żyzności gleb pyłowych i ilastych. Odpowiednia zawartość substancji organicznej i próchnicy ułatwia wzrost i sprawne funkcjonowanie systemu korzeniowego, zabezpieczającego optymalne zaopatrzenie roślin w wodę i składniki pokarmowe.

Dodatni bilans substancji organicznej i wysoka zawartość próchnicy w glebie sprzyjają wzrostowi biologicznej aktywności gleby wyrażonej ilością i aktywnością życiową mikroorganizmów. W jednym gramie gleby w zależności od stopnia jej żyzności żyje od pół do pięciu miliardów bakterii, co w warstwie ornej daje biomasę rzędu od 5 do 15 ton. Mikroorganizmy glebowe są bardzo ważnym czynnikiem współtworzącym żyzność gleby poprzez udział w cyklu przemian składników pokarmowych. Istnieje ścisła współzależność pomiędzy ilością mikroorganizmów w glebie i sprawnością funkcjonowania korzeni roślin. Najbardziej poznana i praktycznie wykorzystywana jest symbioza bakterii Rhizobium z korzeniami roślin motylkowatych poprzez tworzenie brodawek korzeniowych i wiązanie znacznych ilości azotu z atmosfery. Odpowiedni udział roślin motylkowatych w zmianowaniu poprawia zatem nie tylko bilans substancji organicznej, lecz także pozwala na oszczędności w stosowaniu drogich azotowych nawozów mineralnych. Również wolno żyjące w glebie bakterie Azotobacter i Clostridium wiążą znaczące ilości azotu przyswajalnego, po ich obumarciu, dla roślin.

Mikroorganizmami rozkładającymi glebową substancję organiczną są oprócz bakterii również promieniowce i grzyby. Duży udział w przetwarzaniu substancji organicznej w glebie mają też dżdżownice. Procesy życiowe mikroorganizmów polegają na syntezie wielu biologicznie czynnych produktów, takich jak aminokwasy, witaminy, antybiotyki i toksyczne dla roślin mikotoksyny. Związki te nie są trwałe i ulegają w glebie szybkiemu rozpadowi. Enzymy wytwarzane przez organizmy glebowe biorą udział w cyklu przemian związków organicznych i mineralnych, co ma duże znaczenie geochemiczne i glebotwórcze. Procesy mineralizacji związków organicznych zwiększają zawartość azotu, fosforu i siarki w glebie i ułatwiają ich pobieranie przez korzenie roślin. Z drugiej strony w glebie zachodzą procesy immobilizacji uwalnianych związków mineralnych poprzez tworzenie złożonych połączeń organicznych. Im bogatsza w mikroorganizmy gleba, tym intensywniej zachodzą procesy immobilizacji, ale też równolegle nasilają się procesy mobilizacji. Immobilizacja okresowo zubaża glebę w składniki pokarmowe, ale zmniejsza przez to ich straty na drodze wymywania, co jest korzystne dla ochrony środowiska. Po obumarciu dużej masy mikroorganizmów składniki pokarmowe z powrotem stają się dostępne dla roślin w wyniku procesów mineralizacji.

Szczególnie dużą rolę spełnia substancja organiczna gleby w przemianach azotu, zapewniając dobre zaopatrzenie roślin w ten najbardziej plonotwórczy składnik pokarmowy w ciągu całego okresu wegetacji roślin. Gleby zasobne w substancję organiczną dobrze zabezpieczają też zaopatrzenie roślin w fosfor i siarkę. Największe jednak znaczenie dla żyzności gleby ma substancja organiczna przetworzona w próchnicę. Większa część pojemności sorpcyjnej gleby związana jest ze związkami próchnicznymi, co jest szczególnie cenne dla gleb lekkich, ubogich w części spławiane i ilaste. Pojemność sorpcyjna umożliwia utrzymywanie w glebie znacznych ilości kationów wapnia, potasu, magnezu i NH4 +, potrzebnych roślinom uprawnym w czasie ich wzrostu i rozwoju. W glebach piaszczystych około 60-90% pojemności sorpcyjnej związane jest z próchnicą. Próchnica umożliwia też magazynowanie w glebie znacznych ilości wody, co uodparnia rośliny na suszę i ułatwia pobieranie składników pokarmowych. W badaniach polowych stwierdzono, że próchnica wiąże 3-5 razy więcej wody niż wynosi jej masa. Zastosowanie 20 ton obornika wzbogaca znacznie glebę w substancję organiczną i zwiększa o 0,5% jej pojemność wodną. Próchniczne gleby szybciej się nagrzewają i rozmarzają, co przedłuża okres wegetacji ze względu na możliwość wcześniejszego wykonania uprawek i siewu roślin jarych. Im większa zawartość próchnicy w glebie, tym większa zawartość przyswajalnych dla roślin form składników pokarmowych. Właściwości buforowe próchnicy ułatwiają dłuższe utrzymywanie korzystnego dla roślin odczynu gleby przy regularnym zachowawczym wapnowaniu. Procesom humifikacji podlega tylko 20-25% wprowadzanej do gleby substancji organicznej, reszta jest szybko mineralizowana. Zasobność gleby w próchnicę zależy od strefy klimatycznej i intensywności rolnictwa. Ujemny bilans substancji organicznej i niedobór wody zmniejszają ilość próchnicy.

Gleby mineralne w Polsce zawierają od 0,6 do 2% próchnicy, czyli 18-60 ton na hektar. Najuboższe w próchnicę są piaski, najzasobniejsze rędziny, czarne ziemie i mady. Wzbogacanie gleby w próchnicę jest celowe i możliwe przy utrzymywaniu dodatniego bilansu substancji organicznej i ograniczeniu do minimum czynników sprzyjających degradacji.

Do czynników takich należą częste, głębokie uprawki i duży udział w zmianowaniu roślin okopowych, zbóż, kukurydzy i roślin oleistych. Najsilniej, oprócz regularnego stosowania obornika i przyorywania słomy, wzbogaca glebę w substancję organiczną uprawa lucerny i koniczyny w czystym siewie lub z trawami, a na glebach lżejszych uprawa roślin strączkowych w siewie czystym, w mieszankach i na przyorywane na zielony nawóz poplony. Żyzność gleb lekkich poprawia też okresowe przyoranie obornika lub torfu na głębokość 40-60 cm ze względu na wzbogacenie w substancję organiczną i poprawę zasobów wody.

Niezbędna jest też stała kontrola potrzeb wapnowania i zasobności gleby w magnez, ponieważ na glebach lekkich szybko zachodzą procesy zakwaszania, wywołane dużymi stratami Ca i Mg na drodze wymywania. Utrzymywanie dodatniego bilansu substancji organicznej i optymalnego dla uprawianych gatunków roślin odczynu oraz co najmniej średniej zasobności gleby w przyswajalne dla roślin formy fosforu, potasu i magnezu zapewniają uzyskiwanie wysokich plonów i efektywnego wykorzystania stosowanych zgodnie z zaleceniami mineralnych nawozów.