Udział pioerwiastków chemicznych wchodzących w skład gleb Udział pierwiastków chemicznych wchodzących w skład gleb Fe Ca Na Mg K H tlen krzem glin zelazo Al O wapń sód Si magnez potas wodór inne
Wiązanie azotu Nawozy mineralne Symbiontyczne Niesymbiontyczne Resztki roślinne i obornik Substancja organiczna gleby Przyswajalny azot glebowy Atmosfera Pobieranie przez rośliny Straty przez wymywanie Straty przez erozję Rysunek Przychody i straty przyswajalnego azotu glebowego (wg. Buckmana i Bradego)
Transformacja NO 3 - i NH 4 + w glebie
Resztki roślinne i obornik Nawozy mineralne Fosfor związany przez minerały glebowe Substancja organiczna gleby Przyswajalny fosfor glebowy Pobieranie przez rośliny Straty przez wymywanie Straty przez erozję Wiązanie Rysunek Przychody i straty przyswajalnego fosforu glebowego (wg. Buckmana i Bradego)
Rośliny lądowe, glony wodne Zwierzęta roślinożerne Fotosynteza Rozkładające się resztki, substancja organiczna gleby, osady morskie, komórki mikroorganizmów Oddychanie zwierząt asymilacja przez bakterie autotroficzne Mineralizacja mikroorganizmy CO 2 Obieg węgla w przyrodzie
Charakterystyka związków próchnicznych gleb
Formy próchnicy glebowej mor moder mull
Substancje nieswoiste: węglowodany, białka, tłuszczowce, węglowodory i ich pochodne, substancje garbnikowe, woski i smoły Substancje swoiste: kwasy humusowe, kwasy fulwowe, huminy i ulminy W procesach rozkładu materii organicznej wyróżnia się dwa zasadnicze kierunki: -2-2 - -mineralizacja CO 2, H 2 O, NH 3, SO 4, HPO 4, NO 3 -humifikacja tworzenie się związków próchnicznych -Proces humifikacji zachodzi w 3 fazach: -Faza inicjalna (procesy hydrolizy i utleniania) -Faza mechanicznego rozkładu (rozdrabnianie materiału organicznego) -Faza mikrobiologicznego rozkładu (enzymatyczny rozkład związków organicznych
Typy próchnicy wg. Kononowej KH/KF<1 gleby płowe, bielicowe, laterytowe pod lasami KH/KF>1 czarnoziemy, rędziny, czarne ziemie, gleby brunatne KH/KF<1- gleby terenów półpustynnych
Lignina Jednostki strukturalne ligniny (jednostki fenylopropanowe) Pozostałość po rozkładzie ligniny Modyfikacje: -demetylacja - utlenianie Dalsza utylizacja Przez mikroorganizmy - kondensacja ze związkami azotowymi kwas huminowy Teoria ligninowa schemat (Waksman 1932) kwas fulwowy fragmentacja
Cukry + związki azotowe N glukozoamina N - aminodezoksykeloza dehydratacja fragmentacja furfurale Produkty fragmentacji (acetol, duacetyl) związki azotowe związki azotowe Brązowe polimery azotowe Teoria cukrowo białkowej kondensacji (Stevenson 1982)
Lignina rozkład przez mikroorganizmy Fenolowe aldehydy i kwasy Celuloza Rozkład przez mikroorganizmy Dalszy rozkład Przez mikroorganizmy i utlenianie do CO 2 związki azotowe Polifenole Chinony enzymy oksydazy fenolowej kwasy huminowe kwasy fulwowe Teoria polifenoli schemat (Stevenson 1982)
Powstawaniu próchnicy glebowej sprzyjają: - odczyn środowiska zbliżony do obojętnego - umiarkowane uwilgotnienie i temperatura - obecność Ca, Fe i substancji ilastej - duża zawartość białka w materiale humifikowanym - bogata fauna glebowa
Znaczenie próchnicy glebowej tworzenie się korzystnej struktury zwiększa pojemność wodną gleb nadaje glebie ciemnoszare lub czarne zabarwienie zwiększa pojemność sorpcyjną gleb reguluje stężenie roztworu glebowego zwiększa zdolności buforowe gleb są poważnym źródłem związków węgla i azotu ułatwiają uruchamianie związków mineralnych ze skał ułatwia pobieranie składników pokarmowych przez rośliny szczególnie przy niskim odczynie gleby zapobiega rozprzestrzenianiu się w glebie substancji toksycznych i przyspiesza ich rozkład poprawia aktywność biologiczną gleb stymulujące działanie na procesy fotosyntezy, oddychania i aktywność enzymatyczną
Zawartość próchnicy w glebach Polski Gleby bielicowe 0,6-1,8% Gleby płowe 1,0-2,5% Gleby brunatne 1,5-2,5% Czarnoziemy 2,6-4,0% Czarne ziemie 1,8-5,6% Rędziny 2,0-6,0% Mady rzeczne 1,1-4,2% Sposoby regulowania zawartości próchnicy w glebach stosowanie odpowiednich płodozmianów z udziałem traw i roślin motylkowych stosowanie oborników i kompostów glinowanie i iłowanie gleb, głębokie orki melioracyjne
Rigosole
Sorpcja chemiczna - polega na unieruchamianiu związków rozpuszczalnych i przez to do zabezpieczania ich przed wymywaniwem z gleby. Podlegają jej głównie rozpuszczalne formy węglanów, siarczanów, fosforanów: Ca(HCO 3 ) 2 + CaH 4 (PO 4 ) 2 = Ca 2 H 2 (PO 4 ) + 2H 2 SO 3 Podobnie powstają nierozpuszczalne siarczany i węglany: Ca(HCO 3 ) 2 + MgSO 4 = Mg(HCO 3 ) 2 + CaSO 4 Sorpcja biologiczna - polega na gromadzeniu różnych związków mineralnych poprzez wbudowywanie ich w materię organiczną Szczególnie sorbowane są w ten sposób azot, fosfor, potas, siarka Sorpcja mechaniczna - polega na zatrzymywaniu w drobnych porach glebowych cząstek organicznych i mineralnych których średnica jest większa od średnicy tych por. Dzięki tego rodzaji sorpcji w glebie mogą powstawać warstwy nieprzepuszczalne.
Sorpcja fizyczna - jest to zdolność fazy stałej gleby do zatrzymywania na swojej powierzchni gazów, par, molekół i mikroorganizmów. Zależy ona od napięcia powierzchniowego i całkowitej powierzchni sorbentów. Jest ona wywołana dążeniem do zmniejszenia stanu energii powierzchniowej przez ciała wykazujące wysoki stopień dyspersji. Może być dodatnia lub ujemna. Sorpcja dodatnia polega na przyciąganiu na przyciąganiu przez cząstki glebowe substancji powodujących zmniejszenie napięcia powierzchnioowego (np. kwasy organiczne, alkaloidy, barwniki). Sorpcja ujemna - polega na odpychaniu przez cząstki glebowe substancji powodujących zwiększenie napięcia powierzchniowego (np. kwasy nieorganiczne, sole, cukry) sorpcja fizyczna prowadzi do powstawania różnych stężeń roztworów co ułatwia pobieranie składników przez rośliny, a także powoduje wymianę gazów pomiędzy glebą a powietrzem atmosferycznym.
Pojemność sorpcyjna gleby Pojemność sorbcyjna oznacza sumaryczną ilość wszystkich kationów lub anionów, które mogą być zasorbowane przez określoną masę gleby. T = S + Hh [cmol(+)/kg] gdzie: T- pojemność sorpcyjna gleby, S - suma kationów zasadowych, Hh - suma kationów o charakterze kwaśnym Vh = S/T * 100 [%] gdzie: Vh - stopień wysycenia gleb kationami zasadowymi gleby bielicowe i bielice 5-20% płowe i glejowe 20-50% gleby brunatne kwaśne 30-50% gleby brunatne właściwe >50% czarnoziemy >50% mady >50% redziny 90-100%
Kwasowość gleby - pochodzi od obecności zarówno jonów H+ jak i Al+ ++ w roztworze glebowym jak i zasorbowanych w kompleksie sorpcyjnym. Zakwaszenie gleb jest charakterystyczne dla klimatu wilgotnego i umiarkowanie wilgotnego. Na zakwaszenie wpływa: kwas węglowy, azotowy, fosforowy, siarkowy, a także kwasy organiczne powstajace przy rozkładzie materii organicznej. Miarą kwasowości gleby jest jej odczyn. Odczyn gleb kwaśny - gleby o ph<6,5 obojętny - gleby o ph 6,5-7,2 zasadowy - gleby o ph>7,2
Kształtowanie się odczynu gleb Polski (wg Uggli) silnie kwaśne <4,5 kwaśne 5,5 słabo kwaśne 6,6 obojętne 7,27 zasadowe>7,2, 2 -bielice -bielicowe -torfowe torfowisk wysokich -glejowomurszowe -bielicowe -rdzawe -brunatne kwaśne -płowe -torfowe torfowisk niskich -glejowe -czarnoziemy -brunatne właściwe i wyługowane -płowe -torfowe torfowisk niskich -gleby deluwialne -czarnoziemy -brunatne właściwe -mady -mułowo-gytiowe -deluwialne -rędziny -gleby słone
Ważniejsze procesy glebowe: - powstawanie i gromadzenie się próchnicy - tworzenie się substancji ilastych - proces brunatnienia - proces przemieszczania mineralnej substasncji koloidalnej (lessives) - proces bielicowania - proces glejowy - proces zasolenia gleb - proces torfotwórczy - proces murszotwórczy - proces mułowy - proces namulania
Proces brunatnienia Polega na koagulacji koloidów żelaza i glinu i tworzeniu wokół ziaren glebowych otoczek żelaza i glinu. Tworz się brunatnej barwy poziom zwany poziomem bruntnienia Proces przemywania (lessives) Polega na przemieszczaniu się w głąb profilu drobnych cząstek ilastych w wyniku przemywania. Zjawisku temu towarzyszy słabo kwaśny odczyn środowiska. Podczas wymywania cząstek iłu koloidalnego możę przemiaszczać się w postaci helatu substancja organiczna. Obecność tego procesu można stwierdzić na podstawie otoczek ilastych na powierzchni agregatów glebowych. Proces charakterystyczny dla gleby płowej
Proces bielicowania Proces bielicowania zachodzi w glebach lekkich ubogich w wapń, pod roślinnością borową, w warunkach silnie kwaśnego odczynu i okresowej anaerobiozy. Decydującą rolę odgrywa substancja organiczna. Polega on na przemieszczaniu się na drodze chemicznej związków próchnicznych, żelaza oraz produktów wietrzenia minerałów pierwotnych, a następnie wytrącaniu ich w postaci poziomów iluwialnych. Proces ten jest charakterystyczny dla gleb bielicowych i bielic Proces glejowy Polega na redukcji zwiazków żelaza Fe +++ do Fe ++ przy silnym ograniczeniu dostępu tlenu i udziale bakterii beztlenowych. Wiąże się to ze zmianą zabarwienia z zółtobrunatnego na szarozielonkawe lub szaroniebieskawe. Intensywność zabarwienia zależy od wartości ph środowiska. Obserwowane w glebie oglejenie może pochodzić od stagnujących wód opadowych - oglejenie odgórne, lub od wysokiego poziomu wód gruntowych - oglejenie oddolne.
Procesy zasolenia gleb Są charakterystyczne dla krajów o klimacie suchym i półsuchym, gdzie parowanie wody przewyższa opady. Stały podsiąk roztworów bogatych w związki wapnia, magnezu i sodu powoduje ich wytrącanie się w powierzchniowych poziomach glebowych. Na powierzchni gleby często obserwuje się wykwity lub skorupy różnych soli. Powstające gleby nazywane są sołączakami, sołońcami lub sołodziami. Proces torfotwórczy Zachodzi w warunkach prawie beztlenowych, gdzie bilans wodny jest dodatni, przy udziale rośliności bagiennej (mchy brunatne, mchy torfowców, turzyce, trawy, roślinność szuwarowa, roślinność drzewiasta). Polega na częściowej humifikacji materii organicznej obumarłych szczątków roślinnych. Z czasem szczątkli te w warunkach beztlenowych nieulegają dalszym przemianom lub w warunkach tlenowych podlegają procesowi murszowemu.
Proces murszotwórczy- polega na zmianie natury fizycznej i chemicznej torfu w wyniku jego przesuszenia. W procesie tym następuje dehydratacja koloidów organicznych i przechodzenie ich ze stanu zolu w żel. Tworzący się mursz nabiera cech hydrofobowych i przyjmuje strukturę agregatową. Ze zmianami właściwości fizycznych idą w parze zmiany właściwości chemicznych. Zmiany te prowadzą z czasem do dużych strat materii organicznej oraz składników pokarmowych dla roślin. Proces mułotwórczy - zachodzi na obszarach płytkich lub głębokich zbiorników wodnych, otwartych lub zamkniętych, a także zagłębieniach trwale lub okresowo zalewanych. Powstające muły tworzą się z opadających, silnie zhumifikowanych cząstek organicznych. Szczątki te zawierają mniejsze lub większe domieszki części mineralnych. Proces namulania - polega na tworzeniu się w wyniku osadzania cząstek mineralnych w czasie wylewów rzek namułów zwanych aluwiami. Namuły osadzane u podnóża stoków górskich noszą nazwę deluwiów.