GlebaglebaGleba jest powierzchniową warstwą skorupy ziemskiej o podstawowym znaczeniu w rozwoju i ciągłości życia biologicznego. Zawiera sole mineralne i wodę niezbędną dla roślin. Sole mineralne są pobierane z gleby przez rośliny, dostając się do łańcuchów pokarmowych, na których końcu może się znaleźć również człowiek.
Gleba jest heterogeniczną mieszaniną związków organicznych i nieorganicznych o zróżnicowanych rozmiarach cząstek, wody i gazów. Gleba stanowi siedlisko życia ogromnej liczby organizmów roślinnych i zwierzęcych.

1. Skład gleby

Skład gleby zależy od rodzaju skały stanowiącej podłoże i ulegającej procesom glebotwórczym (fizycznym i chemicznym), ilości próchnicy oraz różnorodności żyjących w niej organizmów.

Ok. 45% objętości gleby stanowią substancje mineralne, ok. 25% gazy (powietrze, tlenek węgla(IV) ${\text{CO}}_{\text{2}}$, metan ${\text{CH}}_{\text{4}}$, siarkowodór ${\text{H}}_{\text{2}}\text{S}$, amoniak ${\text{NH}}_{\text{3}}$), 25% – woda i 5% – substancje organiczne. Skład gazów zależy od zachodzących w glebie (z udziałem mikroorganizmów) procesów, w wyniku których w warunkach beztlenowych powstają metan i siarkowodór. Istotną cechą różniącą powietrze w glebie od powietrza atmosferycznego jest znacznie wyższe (5–50 razy) stężenie ${\text{CO}}_{\text{2}}$.
W próchnicy przeważają składniki organiczne, którymi są wszystkie żyjące w niej mikroorganizmy oraz obumarłe części roślin i zwierząt.

Skład pierwiastkowy gleby

• Makroelementy – 14 pierwiastków: potas, sód, wapń, magnez, glin, żelazo, węgiel, krzem, azot, fosfor, tlen, siarka, wodór, chlor.
  Szczególnie dużo jest krzemu i glinu, a także tlenu, ponieważ te pierwiastki wchodzą w skład minerałów ilastych, czyli kwarcu ${\text{SiO}}_{\text{2}}$, oraz glinokrzemianów i krzemianów glinu i magnezu

• Mikroelementy, jak bor, miedź, cynk, mangan, żelazo, molibden niezbędne do rozwoju roślin. Mikroelementy występują w postaci minerałów o różnorakim składzie chemicznym jak np.: borokrzemiany, $\text{CuFe}{\text{S}}_{\text{2}}$ (chalkopiryt), ${\text{ZnCO}}_{\text{3}}\text{, Zn}{\text{Cl}}_{\text{2}}{\text{, MnO}}_{\text{2}}\left({\text{H}}_{\text{2}}\text{O}\right)\text{, }\text{FeO}\left(\text{OH}\right)\text{, Fe(O}{\text{H)}}_{\text{2}}\text{, Fe(O}{\text{H)}}_{\text{3}}\text{, }{\text{MoS}}_{\text{2}}$ (molibdenit), ${\text{CaMoO}}_{\text{4}}$ oraz próchnicy.

W typowym profilu gleby rozróżnia się warstwy o różnym składzie. Na tej podstawie dokonuje się klasyfikacji gleby. Nie każda gleba składa się z takich samych warstw, gdyż o jej składzie decyduje wiele czynników, takich jak: rodzaj podłoża (skały macierzystej), klimat, zawartość wody, obecność organizmów żywych, zaawansowania procesów glebotwórczych

R1KsNO1LHc7KX1

Zdjęcie 1: Warstwy profilu gleby; Zdjęcie 2: Profil gleby rdzwo-brunatnej; Zdjęcie 3: Profil gleby płowej właściwej.

R15eIlG0P6Pny1

Zdjęcie 1: Warstwy profilu gleby; Zdjęcie 2: Profil gleby rdzwo-brunatnej; Zdjęcie 3: Profil gleby płowej właściwej.

R117ZN81DHMgW1

Zdjęcie 1: Warstwy profilu gleby; Zdjęcie 2: Profil gleby rdzwo-brunatnej; Zdjęcie 3: Profil gleby płowej właściwej.

Powstawanie gleby (formowanie gleby) jest procesem ciągłym obejmującym:

• wietrzenie minerałów stanowiących macierzyste podłoże gleby:

  • wietrzenie fizyczne – kruszenie skał na skutek działania wody i wiatru oraz zmian temperatury,

  • wietrzenie chemiczne – reakcje minerałów budujących skały z wodą i tlenkiem węgla(IV), w wyniku których powstają prostsze, rozpuszczalne w wodzie związki;

• wietrzenie biologiczne – przemiany materii biologicznej, głównie roślinnej, reakcje z udziałem mikroorganizmów prowadzące do utworzenia próchnicy (substancji organicznej powstałej w wyniku niecałkowitego rozkładu roślin i zwierząt).

2. Właściwości gleby

Jakie właściwości ma gleba?

Doświadczenie 1

Problem badawczy

Czy gleba ma jakieś szczególne właściwości?

Hipoteza

Gleba, ze względu na swoją budowę, może wykazywać właściwości podobne do właściwości węgla aktywnego.

Co będzie potrzebne

• 2 zlewki,

• 2 lejki,

• 2 bagietki,

• sączki karbowane,

• gleba,

• węgiel aktywny,

• woda zabarwiona atramentem.

Instrukcja

1. Przygotuj dwa zestawy do sączenia z sączkami karbowanymi.

2. Na jeden sączek nasyp dwie łyżki gleby, na drugi – dwie łyżki węgla aktywnego.

3. Przefiltruj kilka mililitrów wody z atramentem przez warstwę gleby i warstwę węgla aktywnego. Obserwuj zachodzące zmiany.

Podsumowanie

Porównaj wygląd obu przesączów. Gleba, podobnie jak węgiel aktywny, wchłonęła barwiący wodę atrament. Gleba wykazuje właściwości sorpcyjnewłaściwości sorpcyjne glebywłaściwości sorpcyjne.

R1P62B9YPGG4q1

brak

Właściwości sorpcyjne

Doświadczenie 2

Porównanie właściwości sorpcyjnych gleby i piasku.

Co będzie potrzebne

• 3 probówki,

• woda z atramentem,

• piasek,

• gleba lessowa.

Instrukcja

1. Do trzech probówek wlej po około 3 cmIndeks górny 3³wody zabarwionej atramentem.

2. Do pierwszej probówki nasyp ok. 2 cmIndeks górny 3³ gleby, do drugiej – ok. 2 cmIndeks górny 3³ piasku kwarcowego, a trzecią pozostaw jako porównawczą.

3. Zawartość probówek dokładnie zamieszaj i po opadnięciu (sedymentacji) piasku i lessu porównaj barwę cieczy nad osadem z roztworem porównawczym w trzeciej probówce.

Podsumowanie

Tylko w probówce z glebą lessową nastąpiło odbarwienie cieczy, co świadczy o jej właściwościach sorpcyjnych.

R1c4pwULfHVi01

brak

Gleba pochłania nawet bardzo drobne cząstki tworzące zawiesiny. Mówimy, że ma właściwości sorpcyjne. Dzięki temu ma zdolność do pochłaniania gazów z powietrza, cząsteczek lub jonów z roztworów oraz mikroorganizmów i drobnych cząstek z zawiesin.

Wyróżnia się następujące rodzaje sorpcji:

• sorpcję mechaniczną, która polega na zatrzymywaniu w wolnych przestrzeniach gleby drobin oraz mikroorganizmów zawartych w roztworach glebowych i zawiesinach;

• sorpcję fizyczną – proces zatrzymywania wody i gazów (tlenku węgla(IV) i tlenków azotu) przez rozdrobnione stałe składniki gleby;

• sorpcję chemiczną – proces zatrzymywania jonów zawartych w roztworze glebowym, na drodze reakcji roztwarzania oraz wytrącania soli trudno rozpuszczalnych.

Sorpcja chemiczna gleby wpływa na zmniejszenie stężenia niektórych jonów w roztworze glebowym, np.: siarczanów(VI), fosforanów(V), jonów wodorotlenowych oraz kationów metali.
Przykładem może być reakcja kationów wapnia z anionami siarczanowymi(VI):

Gleba pochłania także wiele związków toksycznych, dlatego przyczynia się do oczyszczania wód opadowych i gruntowych. Substancje toksyczne gromadzą się jednak w glebie, a przywrócenie skażonej gleby do stanu pierwotnego jest procesem skomplikowanym i długotrwałym.

Odczyn gleb można określić, mierząc stężenie jonów wodorowych różnymi metodami.

Badanie pH gleby polega na tym, że próbkę gleby miesza i wytrząsa się w probówce z odrobiną wody z dodatkiem wskaźnika. Następnie barwę cieczy w probówkach porównuje się ze skalą. Wynik badania wskazuje na słabo zasadowy odczyn badanej gleby (a). Można też przeprowadzić takie badanie z wykorzystaniem specjalnej płytki – kwasomierza z płynem Helliga, który kupuje się w sklepach ogrodniczych. Małą próbkę gleby nakładamy na płytkę ze skalą pomiarową, a następnie mieszamy z płynem Helliga. Zmiana barwy odczynnika wskaże odczyn próbki (b)

RXZQuJBtrkblm1

Dwa zdjęcia. Pierwsze to fotografia przedstawiająca wyniki badania dwóch różnych próbek (gleba kwaśna - pH 6 i gleba zasadowa - pH 8 ).Druga fotografia przedstawia badanie odczynu gleby z użyciem zestawu kwasowmierza z płynem Helliga.

RTCiazwkteDKt1

Dwa zdjęcia. Pierwsze to fotografia przedstawiająca wyniki badania dwóch różnych próbek (gleba kwaśna - pH 6 i gleba zasadowa - pH 8 ).Druga fotografia przedstawia badanie odczynu gleby z użyciem zestawu kwasowmierza z płynem Helliga.

Gleby wykazują zróżnicowany odczyn uzależniony od skały macierzystej, procesów glebotwórczych oraz od działalności człowieka. Gleby bogate w minerały węglanowe są zwykle zasadowe, a zawierające dużo materiału organicznego zwykle kwasowe. Źródłem kwasowości gleby jest rozpuszczanie w niej tlenku węgla(IV), przy czym stężenie ${\text{CO}}_{\text{2}}$ wzrasta wskutek rozkładu pozostałości roślinnych.
Odczyn pH jest bardzo ważną cechą gleby. Decyduje bezpośrednio o możliwości wzrostu roślin, kierunku i szybkości przebiegu procesów biologicznych i fizykochemicznych w glebach.

Rośliny mają różny stopień tolerancji na zakwaszenie gleby. Najlepsze dla upraw są gleby o odczynie bliskim obojętnego (pH od 6,6 do 7,2) lub lekko kwasowym (pH 5,6–6,5). Stwierdzono, że spadek pH gleby w warstwie ornej do wartości poniżej 5 powoduje obniżenie plonów roślin uprawnych. Rośliny leśne rozwijają się prawidłowo na glebach o pH 4,5–5,5.
W Polsce ponad 80% gleb uprawnych to gleby kwaśne, które wymagają wapnowania, czyli nawożenia zasadowymi związkami wapnia (nawozy wapniowe).

Wśród roślin uprawnych odporne na zakwaszenie gleby są: żyto (pH 4,8–7,0), ziemniaki (5,5–6,0) i owies (pH 4,5–7,2) (A), do mało odpornych należą jęczmień (6,8–6,0) i buraki cukrowe (pH 6,0–7,5) (B)

RZBlHFs22O1jB1

Wśród roślin uprawnych odpornymi na zakwaszenie gleby są: żyto (pH 4,8–7,0), ziemniaki (5,5–6,0) i owies (4,5–7,2) (A), do mało odpornych należą jęczmień (pH 6,8–6,0) i buraki cukrowe (6,0–7,5) (B)

R166htJZJ0A791

Wśród roślin uprawnych odpornymi na zakwaszenie gleby są: żyto (pH 4,8–7,0), ziemniaki (5,5–6,0) i owies (4,5–7,2) (A), do mało odpornych należą jęczmień (pH 6,8–6,0) i buraki cukrowe (6,0–7,5) (B)

R1Sp2S60m9CgP1

Ogrody

Węglan wapnia jest solą trudno rozpuszczalną w wodzie, ale w roztworze wodnym w nieznacznym stopniu ulega procesowi dysocjacji, co można zapisać równaniem:

Powstające jony wapnia wchodzą w reakcję z wodą (proces ten nazywany jest hydrolizą soli):

Jednym z produktów są jony ${\text{OH}}^{-}$, dlatego roztwór tej soli wykazuje odczyn zasadowy.
Podobnym reakcjom ulegają także inne sole dobrze rozpuszczalne, z wyjątkiem soli pochodzących od mocnych wodorotlenków i kwasów (np. w roztworze wodnym chlorku sodu reakcje hydrolizy nie zachodzą).

Wskaźnikami jakości gleby mogą być rośliny, które na niej rosną. Biorąc za kryterium odczyn gleby, wyróżnia się trzy grupy roślin wskaźnikowych: indykatory gleb kwaśnych, zasadowych i obojętnych.
Roślinami wskaźnikowymi gleb o niskim pH (o odczynie kwasowym) są między innymi: borówka czernica, skrzyp polny, szczaw polny, wrzos zwyczajny i różne gatunki fiołków.
O wysokim pH (odczynie zasadowym) podłoża świadczy występowanie babki zwyczajnej, cykorii podróżnika, gorczycy polnej, jasnoty białej, maku polnego, dymnicy pospolitej, pokrzywy żegawki.
Na glebach o odczynie zbliżonym do obojętnego rosną między innymi jasnota purpurowa, przetacznik polny, tasznik pospolity.

R1UtCHLHWhLku1

Przykłady roślin wskaźnikowych gleb o różnej kwasowości

R1J57DwyBw40m1

Hortensje

Podsumowanie

• Powstawanie gleby (formowanie gleby) – jest procesem ciągłym obejmującym między innymi wietrzenie minerałów stanowiących macierzyste podłoże gleby, reakcje z udziałem mikroorganizmów, przemiany materii biologicznej, głównie roślinnej.

• Wietrzenie minerałów to zespół procesów fizycznych, chemicznych i biologicznych zachodzących z udziałem organizmów żywych. Istotną rolę w przebiegu tych procesów odgrywa woda przepływająca przez glebę i rozpuszczająca składniki mineralne. Procesy wietrzenia zachodzą w środowisku słabo kwasowym.

• Gleba ma silne właściwości sorpcyjne, czyli zdolność do pochłaniania gazów i par z powietrza, cząsteczek lub jonów z roztworów oraz mikroorganizmów i drobnych cząstek z zawiesin znajdujących się w glebie.

• Większość roślin najlepiej rozwija się na glebie o odczynie obojętnym lub lekko kwasowym.

Słowniczek

Zadania