Czym jest gleba?

Czynniki i procesy glebotwórcze

Czynniki glebotwórcze to elementy środowiska geograficznego, które stanowią albo źródło energii niezbędnej do przebiegu późniejszych procesów glebotwórczych lub są dla gleby substratem – materiałem budulcowym, który będzie samą glebę tworzył. Zaliczamy do nich skałę macierzystą, klimat, czas, rzeźbę terenu, organizmy żywe, wodę oraz działalność człowieka.
Procesy glebotwórcze z kolei, to zespół fizycznych, chemicznych i biologicznych zjawisk zachodzących we wszystkich warstwach skorupy ziemskiej, powodując przekształcanie skały macierzystej we właściwą glebę. Procesy te zachodzą pod wpływem czynników glebotwórczych. Istotą tych zjawisk jest przekształcanie martwej skały w glebę, która wykazuje aktywność biologiczną, staje się środowiskiem życia i umożliwia rozwój roślin. 

Ponieważ gleba jest strukturą wielofazową, procesy w niej zachodzące oparte są na nieustannym obiegu materii pomiędzy glebą, atmosferą, wodą glebową, materiałem macierzystym oraz żywymi organizmami. Polega to na nieprzerwanym krążeniu związków i pierwiastków chemicznych, w tym biogenów pomiędzy poszczególnymi elementami środowiska glebowego. Niezbędny jest również przepływ energii między tymi elementami, opierający się na łańcuchach pokarmowych, gdzie następuje przechodzenie energii z jednego poziomu troficznego na drugi. 

Humus

Procesy glebotwórcze przebiegają bardzo powoli, a wiele etapów odbywa się równolegle w czasie, tworząc tzw. zespół procesów cząstkowych, które prowadzą do ukształtowania się konkretnego typu gleby. Wyodrębniamy cztery podstawowe typy procesów glebotwórczych, są to:

1. Przemiany mineralne (wietrzenie i tworzenie minerałów).
2. Przemiany materii organicznej (humifikacja i mineralizacja).
3. Przemieszczanie się składników w profilu glebowym.
4. Wytrącanie się nowych składników. 

Co wpływa na życie w glebie?

Jeśli chodzi o rozwój życia w glebie i bioróżnorodność organizmów ją zamieszkujących, to kluczową sprawą są właściwości fizyko-chemiczne gleby. Wyróżniamy właściwości fizyczne gleby, takie jak: tekstura, struktura czy porowatość. Wśród najważniejszych właściwości chemicznych wymienimy z kolei, skład mineralny, zawartość materii organicznej, zdolność do wymiany kationów, sorpcyjność, zasolenie i pH (kwasowość lub zasadowość). 

Właściwości te determinują z kolei kierunek przebiegu konkretnych procesów fizycznych i chemicznych zachodzących w glebie. Tym sposobem kształtuje się cykl hydrologiczny gleby oraz charakter przemian składników organicznych i mineralnych zawartych w glebie. Właściwości gleby decydują o tym, czy będą to procesy tlenowe czy beztlenowe, syntezy czy rozkładu, sorpcji (wiązania) czy desorpcji (oddawania).
Faza stała w glebie

Składa się ona z części mineralnej i organicznej oraz form pośrednich (mineralno-organicznych) na różnym poziomie rozdrobnienia. Cząstki te tworzą gruzełkowatą strukturę gleby, która wpływa na jej żyzność, właściwości fizyko-chemiczne oraz sorpcyjność. Struktura ta decyduje również o możliwościach retencyjnych gleby, czyli o tym jaką ilość wody jest w stanie zatrzymywać i gromadzić w swojej objętości gleba. Gruzełkowatość gleby decyduje o dostępności wody dla roślin i organizmów zasiedlających jej środowisko, zapewnia lepszy drenaż dla wody, usprawnia kiełkowanie nasion i umożliwia prawidłowy rozwój korzeni roślin. 

Stałe elementy glebowe, w praktyce stanowią tzw. kompleks sorpcyjny, czyli tę część gleby, która pozwala na czynną wymianę biogenów pomiędzy glebą a roślinami i innymi organizmami żywymi w glebie. Cząsteczki kompleksu sorpcyjnego mają zdolność do zatrzymywania na swojej powierzchni jonów, molekuł, zawiesin, gazów czy drobnoustrojów (sorpcja). W efekcie, cząstki te utrzymują wszelkie składniki pokarmowe w obrębie gruzełków gleby, na drodze wymiany oddają je do roztworu glebowego (w uproszczeniu jest to woda glebowa wraz z rozpuszczonymi w niej związkami mineralnymi i organicznymi), a stąd składniki te pobierane są przez reducentów/destruentów – głównie są to bakterie i grzyby oraz producentów I rzędu – rośliny czy glony. 

Warunkiem do prawidłowego funkcjonowania wymiany pierwiastków między glebą a roślinami jest zawartość w kompleksie sorpcyjnym pierwiastków zasadotwórczych, tzw. kationów dodatnich, takich jak: potas, sód, wapń czy magnez. 
Najlepsze właściwości sorpcyjne posiada próchnica glebowa, czyli organiczne szczątki będące w różnym stadium rozkładu. Dzielimy ją na prehumus i humus. Proces powstawania właściwej próchnicy nazywamy humifikacją, jest to szereg reakcji rozkładu martwej materii organicznej (roślinnej i zwierzęcej) i przekształcanie jej w nowy produkt zwany humusem. To on nadaje ciemne zabarwienie górnym poziomom gleby i to jego zawartość w największej mierze decyduje o zdolnościach sorpcyjnych i retencyjnych gleby. Próchnica bierze udział w tworzeniu gruzełkowatej struktury gleby, stanowiąc lepiszcze dla jej cząstek,  a także warunkuje korzystne stosunki wodno-powietrzne i termiczne gleby.
Przyjmuje się, że próchnica zatrzymuje 3–5-krotnie więcej wody w stosunku do swojej masy, w przeliczeniu daje to 160 t wody/ha z 1% próchnicy, a to w prosty sposób obrazuje jej potencjał retencyjny. Dzięki próchnicy woda pochodząca z opadów, pozostaje dostępna dla roślin dłuższy czas, a bilans wilgotności terenu poprawia się. Woda zawarta w glebie zapobiega jej erozji i wietrzeniu. Tym sposobem, próchnica ogranicza wymywanie biogenów w głąb profilu glebowego, jak i do wód powierzchniowych. To z kolei zapobiega wzrostowi żyzności, czyli eutrofizacji wód w zbiornikach i ciekach wodnych. 

Ponadto, próchnica ma ogromną zdolność wiązania składników pokarmowych, nawet 4–12 razy większą niż minerały występujące w glebie. W konsekwencji, związki próchniczne stanowią doskonałe źródło azotu, siarki, węgla i innych pierwiastków niezbędnych do rozwoju mikroorganizmów glebowych i roślin. Dodatkowo, gleba próchniczna poprawia samą przyswajalność składników pokarmowych przez rośliny, co wynika z procesów wymiany pierwiastków w obrębie strefy korzeniowej – ryzosfery. Warunkiem jest tu jednak odpowiednie pH gleby, w graniach 5,5–7,5, od lekko kwaśnego do obojętnego.

Próchnica stanowi nawet do 80––90% materii organicznej gleby, a co najważniejsze, zawiera w sobie ogromne ilości węgla organicznego. Jest to istotne chociażby z punku widzenia efektu cieplarnianego. W procesie mineralizacji próchnicy uwalniany jest do atmosfery gaz cieplarniany, jakim jest dwutlenku węgla – CO2, powstający na bazie węgla zawartego w rozkładającej się materii organicznej. Próchnica wpływa tym samym korzystnie na bilans tego pierwiastka w atmosferze, wiążąc go w sobie i wyłączając z obiegu na pewien czas. 

Pomiar pH w profilu glebowym

Co ważne, szacuje się, że w wyniku przekształcenia łąki lub lasu w grunty orne tracimy ok. 30–50% węgla organicznego zakumulowanego w powierzchniowej warstwie gleby (0–30 cm). Czas potrzebny na osiągnięcie takiej starty, w warunkach klimatu umiarkowanego wynosi 40–60 lat. Odbudowa tych zasobów jest jednak przewidywana na setki lat.

Obok humifikacji w glebie przebiega równocześnie proces mineralizacji materii organicznej. W jego toku powstają łatwo dostępne związki i uwalniane są pierwiastki, które mogą być bezpośrednio pobierane przez organizmy żyjące w glebie, a przede wszystkim przez korzenie roślin. W formie organicznej związki te nie są bowiem przyswajalne przez rośliny. 

Co ciekawe, najczęściej gdy w glebie brakuje dostępnych biogenów, głównie azotu i fosforu, w pierwszej kolejności dostarczamy ich w nawozach mineralnych, aby rośliny uprawne mogły od razu je pobrać. W glebie brakuje jednak materii organicznej, a bakterie glebowe nie mają czym się pożywiać, spada ich różnorodność gatunkowa, a próchnica nie przyrasta. W przypadku, gdy w glebie zaczyna brakować substancji organicznych, reducenci zaczynają je pozyskiwać z próchnicy – humusu, który jest poddawany procesowi mineralizacji. W efekcie notuje się straty próchnicy, a w konsekwencji gleba traci naturalną żyzność, a jej produktywność z czasem spada. Dlatego tak ważne jest, by zachować równowagę między procesami humifikacji i mineralizacji w glebie oraz dostarczać glebie materii organicznej.

Co to znaczy biologicznie czynna gleba?

Z punktu widzenia rolnictwa i użytkowania gleby w celach produkcyjnych, taką glebę powinien charakteryzować szereg cech:

• gruzełkowata struktura,
• zawartość próchnicy min. 2%, optymalnie 8–10%,
• pH zbliżone do obojętnego,
• duża różnorodność gatunkowa, szczególnie wśród grzybów, glonów, porostów, bakterii, pierwotniaków (stanowią łącznie 80% puli gatunków w biomie gleby, 0,5 do 5 miliardów w 1 g suchej gleby), to te organizmy odpowiadają za mineralizację i humifikację,
• obecność wyższych organizmów regulujących liczebność powyższych mikroorganizmów (śluzowce, nicienie, płazińce, pierścienice, roztocze),
• stosunek najważniejszych składników C : N : P : S wynosi odpowiednio 10 : 1 : 0,2 : 0,15,
• dobra przepuszczalność i przewiewność,
• intensywna i sprawna humifikacja – przyrastanie próchnicy.

Koniczyna czerwona – roślina bobowata

Jak pomóc glebie?

• zapewniamy dla mikroorganizmów stały dostęp do świeżej materii organicznej, w celu zapobiegania ubytkom tej zawartej w próchnicy glebowej, pozostawiamy chociażby resztki pożniwne na polach,
• stosujemy odpowiednie zmianowanie upraw i międzyplony (uwzględniając rośliny wzbogacające glebę w substancje pokarmowe, głównie bobowate czy mieszanki traw z bobowatymi drobnonasiennymi, ich korzenie współpracują z bakteriami brodawkowymi wiążącymi wolny azot z powietrza,
• płytka orka i głębokie spulchnianie, 
• wapnowanie według potrzeb gleby, 
• stosujemy dywersyfikację (różnorodność) gatunków na polach oraz ich odpowiednie sąsiedztwo – uprawę współrzędną,
• wykorzystujemy nawozy organiczne i naturalne w miejsce tych mineralnych,
• unikamy stosowania pestycydów i herbicydów,
• nie meliorujemy nadmiernie terenu, zapobiegając ubytkom wody z terenu,
• kształtujemy strefy buforowe wokół gruntów ornych, ich celem jest oddzielenie od siebie różnych zbiorowisk oraz ochrona zasobów środowiska naturalnego, 
• zachowujemy i aranżujemy tzw. ekotony, strefy przejściowe powstające między dwoma lub kilkoma odrębnymi ekosystemami, będące ostoją różnorodności biologicznej na terenie gospodarstw,
• budujemy wielowarstwowe miedze,
• stosujemy tzw. biostymulatory, szczepionki mikrobiologiczne, kwasy humusowe.