Wykład 4

Udział pioerwiastków
chemicznych
wchodzących
Udział pierwiastków
chemicznych
wchodzących w w
skład gleb
skład gleb
Ca
Mg K H
Na
tlen
krzem
Fe
glin
zelazo
Al
O
wapń
sód
magnez
Si
potas
wodór
inne
Wiązanie azotu
Symbiontyczne
Nawozy mineralne
Niesymbiontyczne
Resztki roślinne i
obornik
Przyswajalny azot glebowy
Atmosfera
Substancja organiczna
gleby
Pobieranie
przez rośliny
Straty przez
wymywanie
Straty przez erozję
Rysunek Przychody i straty przyswajalnego azotu glebowego (wg. Buckmana i Bradego)
Transformacja NO3- i NH4+ w glebie
Nawozy
mineralne
Resztki roślinne i obornik
Substancja
organiczna gleby
Pobieranie przez
rośliny
Fosfor związany przez minerały
glebowe
Przyswajalny fosfor glebowy
Straty przez
wymywanie
Straty przez erozję
Wiązanie
Rysunek Przychody i straty przyswajalnego fosforu glebowego (wg. Buckmana i Bradego)
Rośliny lądowe,
Zwierzęta roślinożerne
glony wodne
Fotosynteza
Rozkładające się resztki, substancja
organiczna gleby, osady morskie, komórki
mikroorganizmów
asymilacja przez
bakterie autotroficzne
Mineralizacja
mikroorganizmy
CO2
Obieg węgla w przyrodzie
Oddychanie
zwierząt
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:
CO2, H2O, NH3, SO4-2, HPO4-2, NO3-mineralizacja
-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
fragmentacja
Teoria ligninowa schemat
(Waksman 1932)
kwas fulwowy
Cukry + związki azotowe
N – glukozoamina
N - aminodezoksykeloza
dehydratacja
fragmentacja
Produkty fragmentacji (acetol, duacetyl)
furfurale
związki azotowe
związki azotowe
Brązowe polimery azotowe
Teoria cukrowo – białkowej kondensacji (Stevenson 1982)
Lignina
Celuloza
rozkład przez
mikroorganizmy
Rozkład przez
Fenolowe aldehydy i kwasy
mikroorganizmy
Polifenole
enzymy oksydazy
fenolowej
Dalszy rozkład
Przez mikroorganizmy
i utlenianie do CO2
Chinony
związki
azotowe
kwasy huminowe
Teoria polifenoli – schemat (Stevenson 1982)
kwasy fulwowe
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(HCO3)2 + CaH4(PO4)2 = Ca2H2(PO4) + 2H2SO3
Podobnie powstają nierozpuszczalne siarczany i węglany:
Ca(HCO3)2 + MgSO4 = Mg(HCO3)2 + CaSO4
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
płowe i glejowe
gleby brunatne kwaśne
gleby brunatne właściwe
czarnoziemy
mady
redziny
5-20%
20-50%
30-50%
>50%
>50%
>50%
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
-bielice
-bielicowe
-torfowe
torfowisk
wysokich
-glejowomurszowe
<4,5
kwaśne
5,5
-bielicowe
-rdzawe
-brunatne kwaśne
-płowe
-torfowe torfowisk
niskich
-glejowe
słabo kwaśne
-czarnoziemy
-brunatne właściwe i
wyługowane
-płowe
-torfowe torfowisk
niskich
-gleby deluwialne
6,6
obojętne
7,27 zasadowe >7,2
,
2
-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.