OCHRONA I REKULTYWACJA GLEB PROCESY GLEBOWE INŻYNIERIA ŚRODOWISKA WBAIS, UZ

Transkrypt

1 PROCESY GLEBOWE

2 WPROWADZENIE proces akumulacji biologicznej i przekształcenia materii organicznej butwienie, gnicie mineralizacja, humifikacja proces murszenia proces brunatnienia proces wymywania składników proces przemywania proces bielicowania proces glejowy

3 PROCES AKUMULACJI BIOLOGICZNEJ The global carbon cycle for the 1990s, showing the main annual fluxes in GtC yr 1 : pre-industrial natural fluxes in black and anthropogenic fluxes in red (modified from Sarmiento and Gruber, 2006, with changes in pool sizes from Sabine et al., 2004).

4 PROCES AKUMULACJI BIOLOGICZNEJ Krążenie i podstawowe funkcje materii organicznej w glebie (Microbial Management Systems 2014)

5 PROCES AKUMULACJI BIOLOGICZNEJ I PRZEKSZTAŁCENIA MATERII ORGANICZNEJ I FAZA II FAZA

6 PROCES AKUMULACJI BIOLOGICZNEJ Zachodzi pod wpływem makro i mikroorganizmów. Polega na akumulacji i przemianach materii organicznej, a także związków mineralnych, wchodzących w jej skład. W zależności od rodzaju roślinności oraz warunków oksydacyjno-redukcyjnych następuje w glebie nagromadzenie się większej lub mniejszej ilości substancji organicznej o różnych właściwościach. Pod roślinnością bagienną (trzciny, pałka wodna, tatarak, turzyce) powstaje swoista, mało zmieniona fizycznie i chemicznie substancja organiczna, tworząca pokłady torfu. Gdy proces bagienny przerywany jest dłuższymi okresami suszy, tworzy się bardziej zmieniony utwór organiczny, zwany murszem. Pierwotny rozkład materii organicznej zachodzi w drodze butwienia (proces tlenowy) lub gnicia (proces beztlenowy). W glebach mineralnych przeważają procesy tlenowe, dlatego nie ma w nich warunków do akumulacji większej ilości substancji organicznej przy udziale mikroorganizmów ulega ona spalaniu biologicznemu, czyli mineralizacji. Pozostająca w glebie część substancji organicznej podlega znacznym przemianom mikrobiologicznym, określanym jako proces humifikacji. Efektem tego procesu jest powstanie próchnicy (humusu). Jej właściwości nie są jednolite. Zależą one od rodzaju roślinności, z której powstała i innych warunków środowiska. Pod lasami tworzy się próchnica kwaśna, o przewadze tzw. fulwokwasów, tworzących z wieloma składnikami gleby związki rozpuszczalne, a więc łatwo wymywalne. Ponieważ fulwokwasy są kwasami dość silnymi, pod ich wpływem następuje rozkład większości minerałów glebowych, w tym również trudno rozpuszczalnych krzemianów i glinokrzemianów. W efekcie większość składników gleby zostaje rozłożona, rozpuszczona i wymyta w głębsze poziomy, co jest istotą procesu bielicowania. Odwrotnie działa roślinność zielna. Pod jej wpływem tworzy się w glebie próchnica wysycona jonami Ca i Mg, określana jako wysycona lub słodka, akumulująca dobrze składniki mineralne i zabezpieczająca je przez wymywaniem. Taką próchnicą cechują się niektóre typy gleb, jak: czarnoziemy, czarne ziemie, rędziny i gleby brunatne.

7 PROCES AKUMULACJI BIOLOGICZNEJ Akumulacja mat. org. zaczyna się już na litych powierzchniach skalnych lub antropogenicznych

8 Czarnoziem Rędzina PROCES AKUMULACJI BIOLOGICZNEJ Torfowisko wysokie Czarnoziem (Ukraina)

9 PROCES AKUMULACJI BIOLOGICZNEJ Proces zarastania zbiorników wodnych to z punktu widzenia gleboznawstwa akumulacja materii organicznej na dużą skalę, doprowadzający do tworzenia gleb torfowych.

10 PROCESY MURSZOWE Torfy (wysokie, niskie i przejściowe), muły i gytie pod wpływem wahania się wilgotności podlegają przemianom, określanym ogólną nazwą murszenia. Procesy murszowe polegają na przemianach fizycznych, wywołanych głównie przez znaczne osuszenie osadów organicznych i przemianach chemicznych, spowodowanych częściowym ich utlenianiem. W wyniku tego powstaje gleba organiczna o niższej pojemności wodnej i niższej przepuszczalności wodnej. Ponadto w glebach zachodzą także inne procesy, jak powstawanie mułów i namułów oraz procesy zasolenia.

11 PROCES WYMYWANIA W strefach klimatycznych o charakterze humidowym (wilgotnym) jest procesem powszechnym, występującym we wszystkich glebach. Wynika to z istnienia wód nadmiarowych, w dużej mierze opuszczających określony teren na zasadzie spływu powierzchniowego i podziemnego. Polega on na tym, że odpływająca ze zlewni lub wsiąkająca w głąb profilu glebowego woda zabiera z sobą część rozpuszczonych związków i w mniejszym stopniu unoszonych w postaci zawiesiny. Szczególnie łatwo wymywane są z gleby jony wapnia i sodu. Wskutek tego gleby stale się zakwaszają, co dla gleb rejonów humidowych jest zjawiskiem naturalnym. Jednocześnie, wskutek stałego wypłukiwania z gleb soli łatwo rozpuszczalnych w wodzie, nie grozi w tych rejonach na większą skalę zasolenie gleb tak charakterystyczne dla klimatu suchego.

12 PROCES BRUNATNIENIA Nazwa pochodzi od brunatnej barwy związków Fe 3+, powstających przy stosunkowo intensywnym wietrzeniu materiału glebowego i pokrywających stosunkowo równomiernie ziarna gleby. Dzieje się to w warunkach powolnego ustępowania warunków beztlenowych, w wyniku czego nie dochodzi do radykalnego wymycia składników, a do ich lokalnej sedymentacji, głównie w postaci kompleksów żelazisto-próchniczno-ilastych. Powstaje poziom cambic, pomiędzy próchnicznym ochric a względnie mało przekształconym materiałem macierzystym, w strefie korzenienia się roślin. Przy wietrzeniu, poza wytrącaniem się związków żelaza, tworzą się minerały ilaste, głównie grupy illitowej, poprawiające właściwości sorpcyjne i wodne gleby. Dzięki temu składniki chemiczne są dość równomiernie rozmieszczone. Gleby brunatne, tworzone w efekcie działania procesu brunatnienia są aktywne biologicznie intensywnie zachodzą w nich przemiany fizyczne, chemiczne i biologiczne. Fe 3+

13 PROCES PŁOWIENIA (PRZEMYWANIA, LESSIVÉ) Zachodzi w warunkach przesiąkania przez profil glebowy wód opadowych o neutralnym lub alkalicznym odczynie stosunkowo łagodnie oddziałujących na materię glebową. Jest charakterystyczny dla siedlisk lasu liściastego i mieszanego, doprowadzając do utworzenia gleb płowych. Polega na mechanicznym przemieszczaniu w głąb profilu glebowego substancji ilastej, bez chemicznych przemian materiału glebowego. W rezultacie powstaje specyficzny układ profilu glebowego, w którym na występują poziomy uboższe w materię iłową (wymywania, luvic Et) oraz bogatsze (wzbogacania, argic Bt), przy czym w poziomie iluwialnego wzbogacania w ił jest go więcej niż w skale macierzystej.

14 PROCES BIELICOWY Jest charakterystyczny dla gleb piaskowych, znajdujących się pod roślinnością leśną, iglastą (sosna, świerk). Ze ściółki leśnej pod wpływem flory grzybowej powstają dość silne kwasy fenolowe i polifenolowe. Pod wpływem tych kwasów rozkładowi ulegają minerały pierwotne i wtórne, a produkty ich reakcji tworzą rozpuszczalne w wodzie sole glinu, żelaza, fosforu, kompleksowe związki organiczno-mineralne. Na miejscu pozostaje SiO 2, która nadaje poziomowi wymywania Es (albic, bielicowania) białawą jasno-popielatą barwę. Trudniej rozpuszczalne związki Al, Fe i P oraz substancja organiczna akumulują się w poziomie wmywania (spodic, iluwialnym Bhs, Bs), występującym poniżej poziomu Es. W wyniku procesu bielicowania powstają gleby silnie kwaśne i ubogie w składniki pokarmowe roślin.

15 Gleba rdzawa na polu uprawnym Gleba rdzawa na stanowisku leśnym Gleby ochrowe PROCES RDZAWIENIA Jest charakterystyczny dla gleb piaskowych, znajdujących się pod roślinnością leśną borów mieszanych i lasów mieszanych. rezultacie przemieszczania się żelaza w profilu glebowym i jego wytrącania w postaci wodorotlenków i tlenków pojawia się poziom wzbogacenia Bv sideric (rdzawy). Zachodzenie tego procesu w przypadku dodatkowego allochtonicznego zasilania w związki Fe (kapilarny podsiąk wód gruntowych) oraz (albo) ich podpowierzchniowego spływu może doprowadzić do powstania poziomu rubic (ochrowego). Przebieg procesu jest zbliżony do procesu brunatnienia, różni się jednak zachodzeniem w luźniejszym (słabszym) materiale piaszczystym, ponadto przy mniej intensywnych przemianach fizycznych, zwłaszcza o charakterze wietrzeniowym. Do tego roku gleby rdzawe powstające w wyniku działania tego procesu traktowane były jako te na początkowych stadiach bielicowania. Obecnie wydziela się je niezależnie wobec gleb bielicoziemnych, a samo bielicowanie uznaje się za objaw degradacji gleb rdzawoziemnych.

16 PROCESY GLEJOWE Przy niedoborze tlenu w glebach oraz w obecności mikroorganizmów anaerobowych zachodzą w nich procesy redukcyjne (warunki redoksymorficzne). Poznajemy je zazwyczaj po charakterystycznym szarozielonkawym zabarwieniu zredukowanych poziomów, pochodzącym od związków żelaza dwuwartościowego Fe 2+. W zredukowanych częściach profilu glebowego pojawiają się także barwy białe (w materiale węglanowym) oraz czarne (w materiale organicznym). Proces ten może zachodzić od dołu profilu glebowego, pod wpływem wysoko zalegającej wody gruntowej i wtedy tworzą się gleby gruntowo-glejowe lub od góry, kiedy woda opadowa gromadzi się na powierzchni gleby i wskutek jej małej przepuszczalności przez dłuższy czas nie wsiąka. W tym drugim przypadku tworzą się gleby opadowo-glejowe, nazywane dawniej niesłusznie (bo proces jest prawdziwy) pseudoglejowymi. Na granicy występowania procesów utleniania i redukcji tworzy się w profilu glebowym poziom przejściowy o charakterystycznej morfologii, marmurkowości, cechującej się tym, że na sinozielonym tle występują brunatne plamy o barwie pochodzącej od utlenionych związków Fe 3+.