Gleba wykazuje duży potencjał do zatrzymywania oraz magazynowania składników mineralnych i organicznych. Zjawisko to nazywamy sorpcją glebową. Procesy sorpcyjne umożliwiają spełnianie zasadniczych funkcji gleby, np.:

• obiegu pierwiastków;

• magazynowania wody;

• magazynowania składników pokarmowych dla organizmów glebowych i roślin,

• sekwestracji dwutlenku węgla;

• częsciowe zobojętnianie szkodliwych substancji, które dostają się do gleby (np. jonów metali ciężkich).

Właściwości te wynikają z obecności w glebie złożonych koloidówkoloidkoloidów glebowych, stanowiących sorpcyjny kompleks glebowy.

Procesy sorpcyjne możemy podzielić, w zależności od ich mechanizmów działania, na adsorpcję oraz absorpcję. Absorpcja oznacza pochłanianie całą objętością przez sorbent (występujący w formie cieczy lub ciała stałego) gazów lub jonów z roztworów poprzez wprowadzenie ich do substancji sorbującej, np. w ten sposób do gleby dostają się gazy atmosferyczne, a do minerałów ilastych jony metali ciężkich. Adsorpcja polega na utworzeniu powłoczki z akumulowanych substancji wyłącznie na powierzchni sorbentu. Kumulowane mogą być zarówno gazy, jak i rozpuszczone w roztworze substancje.

Najważniejszą właściwością koloidów jest ładunek elektryczny na ich powierzchni, wynikający z budowy ich jądra. Dominują także ładunki „ujemne”, które umożliwiają sorpcję kationów. W polskich glebach sorpcja anionów przez koloidy „dodatnie” jest niewielka. Im cząstki koloidalne mają mniejszą średnicę, tym kompleks sorpcyjny ma silniejsze właściwości wchłaniania.

Pojedyncza cząstka koloidalna (tzw. micela) składa się z:

• jądra o budowie krystalicznej lub amorficznej;

• powłoki wewnętrznej – z ujemnie lub dodatnio naładowanymi jonami;

• zewnętrznej powłoki jonów – o znaku przeciwnym niż jony powłoki wewnętrznej, podlegającej zjawisku sorpcji wymiennejsorpcja wymiennasorpcji wymiennej; słabiej związane jony mogą przenikać do roztworu glebowego, jak również jony z roztworu mogą przenikać do tej warstwy.

RtUHBR8G3J7ud

Schemat budowy miceli. Jest okrągła. W jej centrum znajduje się jądro. Otacza je wewnętrzna powłoka jonowa. Następnie jest warstwa nieruchoma kompensująca jony. Ostatnia jest warstwa dyfuzyjna. Od jądra miceli do końca wewnętrznej powłoki jonowej zaznaczono granulę. Od jądra do końca warstwy nieruchomej - cząstkę koloidalną. Od jądra do Końca warstwy dyfuzyjnej zaznaczono micelę oraz podwójną warstwę elektryczną. Od warstwy nieruchomej do końca warstwy dyfuzyjnej zaznaczono zewnętrzną powłokę jonów.

Do pobierania składników mineralnych nie wystarczy ich obecność w glebie. Bezpośrednio dostępne dla roślin są te składniki, które występują w roztworze glebowym.

Dostępność składników mineralnych dla roślin regulowana jest przez odczyn gleby (wyrażony w skali pH). Na glebach kwaśnych wzrasta dostępność mikroelementów (związków żelaza, manganu, cynku, miedzi, boru) oraz azotanowej formy azotu. W glebach zasadowych rośnie dostępność wapnia i magnezu oraz amonowej formy azotu (${\text{NH}}_4^{+}$). Optymalnym odczynem gleby jest lekko kwaśny – to w takiej glebie możliwe jest optymalne wchłanianie większości składników mineralnych, niezbędnych dla prawidłowego funkcjonowania roślin.

R1xGaUEP9ElCD

Na ilustracji przedstawiono dostępność pierwiastków dla roślin wyrażoną w procentach jako funkcję odczynu gleby. Przy pH równym dziewięć największą aktywnością odznaczają się wapń, magnez i molibden. Przy pH równe jeden są to żelazo i mangan. Przy pH równym w zakresie sześć siedem są to potas, fosfor, bor, azot, siarka, miedź oraz cynk. Przy pH wynoszącym trzy najmniejszą biodostępność ma potas. Przy pH równym dziewięć najmniejsza dostępność charakteryzuje żelazo i mangan.

W warunkach glebowych, gdy pH spada poniżej $5,5$, może pojawić się nadmierna aktywność glinu, czego skutkiem jest obniżenie żyzności gleby. Skuteczną metodą podniesienia żyzności jest zastosowanie nawozów alkalizujących oraz stosowanie metod podnoszących zawartość próchnicy (nawożenie obornikiem).

Niektóre rośliny są bardzo wrażliwe na zmiany odczynu gleby i wymagają wąskiego zakresu pH. Inne są dużo bardziej tolerancyjne i potrafią się dobrze rozwijać na bardzo różnych glebach.

Dla większości roślin uprawnych optymalny jest odczyn od lekko kwaśnego po obojętny (pH $5$–$7$).

Nawozy stosuje się zazwyczaj w celu użyźnienia ziemi, poprawy jej parametrów i dostarczenia roślinom niezbędnych składników mineralnych. Jednak niektóre nawozy mogą znacząco zmienić odczyn pH gleby. W zależności od wymagań roślin, można stosować nawozy zakwaszające, które obniżają pH ziemi, jak i nawozy odkwaszające/alkalizujące, podnoszące jej pH.

Indeks dolny Źródło*: Odczyn ph nawozów. Nawozy zakwaszające i odkwaszające,* Poradnik ogrodniczy, dostęp online: https://poradnikogrodniczy.pl/odczyn‑ph‑nawozow‑nawozy‑zakwaszajace‑i-odkwaszajace.php Indeks dolny koniec_{Źródło*: Odczyn ph nawozów. Nawozy zakwaszające i odkwaszające,* Poradnik ogrodniczy, dostęp online: https://poradnikogrodniczy.pl/odczyn‑ph‑nawozow‑nawozy‑zakwaszajace‑i-odkwaszajace.php}

Najpowszechniej stosowanymi nawozami, które prowadzą do zakwaszenia gleby, są nawozy azotowe. Azot jest składnikiem niezbędnym dla prawidłowego wzrostu i rozwoju roślin, jednak przy okazji wpływa również na zakwaszenie gleb. Odwrotne właściwości mają nawozy wapniowe, takie jak dolomit czy naturalna mączka bazaltowa. W przydomowym ogródku zawsze można wspomóc się naturalnymi, ekologicznymi metodami, np. pokruszonymi skorupkami z jajek.

Metale ciężkie mogą występować w prawie każdej glebie, a ich naturalny poziom nie stanowi zagrożenia. Jednak gdy ich poziom jest zbyt wysoki lub gdy występują w formach, które łatwo migrują, mogą być szkodliwe dla roślin, zwierząt i ludzi. Nadmierne stężenie metali jest zazwyczaj wynikiem działalności człowieka, spowodowanych zanieczyszczeniami związanymi z wydobyciem i przetwarzaniem metali, działalnością fabryk i zakładów przemysłowych, transportem drogowym czy błędami w uprawie. Pewne ilości metali ciężkich mogą zawierać nawozy, dlatego ważne jest umiejętne ich stosowanie, co zmniejsza ryzyko kumulacji szkodliwych pierwiastków w roślinach.

Najwięcej szkodliwych pierwiastków kumulują warzywa liściowe (burak liściowy, sałaty, pietruszka, roszponka, szpinak, cykoria, seler). O tym, czy w glebie znajdują się metale ciężkie, możemy dowiedzieć się tylko poprzez wykonanie analizy chemicznej. Najbardziej narażone na ich kumulację są gleby kwaśne. Składnikami gleb, uczestniczącymi w naturalnym procesie sorpcji zanieczyszczeń, są przede wszystkim materia organiczna oraz minerały ilaste. Zaadsorbowane w nich zanieczyszczenia nie migrują i stają się niedostępne dla roślin i mikroorganizmów glebowych. Zanieczyszczenia metalami ciężkimi można też zneutralizować poprzez stosowanie nawozów wapniowych. Większość metali ciężkich podczas wapnowania reaguje z wapniem, przechodząc w nierozpuszczalne związki.

Polecenie 2

Zapoznaj się z doświadczeniem dotyczącym badania kwasowości gleby.

R1bZHY4fjDcPi

Problem badawczy: Badanie pH gleby. Hipoteza: Gleba może mieć różne pH. Schemat doświadczenia: 1. Do probówki należy nasypać niewielką ilość gleby, a następnie zalać ją wodą destylowaną. 2. Probówkę zatkać korkiem i potrząsać przez kilka minut ręcznie lub włożyć na 2 minuty. do wytrząsarki, po czym odstawić na kolejne 2-3 minuty. 3. Ustawić zlewkę, włożyć do niej lejek wyłożony sączkiem. Wodę znad gleby zlać do zlewki przez sączek. 4. Następnie w przefiltrowanym roztworze znad osadu zamoczyć papierek wskaźnikowy (można użyć także kwasomierz glebowy) – porównać otrzymany kolor ze skalą z opakowania. Obserwacje: W zależności od zastosowanych próbek, pH gleby jest różne – np. kwaśne dla mad, a zasadowe dla gleb zanieczyszczonych pyłami przemysłowymi. W roztworze o pH kwaśnym, papierek wskaźnikowy zabarwi się na czerwono, a przy pH zasadowym – na zielono. Wnioski: Hipoteza została potwierdzona. Gleby mogą posiadać różne pH.

RGSXu5KxLjMww

Ilustracja przedstawiająca kwasomierz glebowy. To niewielka płytka ceramiczna z namalowaną skalą $\text{pH}$ od czterech do ośmiu, oznaczona jest kolorami od czerwonego po niebieski. Przy $\text{pH}$ równym cztery mamy kolor czerwony, dalej pomarańczowy dla $\text{pH}$ wynoszącego pięć, żółtawy dla $\text{pH}$ równego sześć, zielony przy $\text{pH}$ siedem oraz niebieski, kiedy to $\text{pH}$ osiąga osiem. Na płytce znajduje się okrągłe wgłębienie, w którym umieszcza się próbkę., a na podstawie barwy odczytuje wartość $\text{pH}$.

Słownik

Bibliografia

Bednarek R., Dziadowiec H., Pokojska U., Prusinkiewicz Z., Badania ekologiczno‑gleboznawcze, Warszawa 2005, s. 344.

Zawadzki S., Gleboznawstwo, Warszawa 2009, wyd. 4.