Materia organiczna gleby: opis i wpływ na żyzność

W obrębie profilu glebowego występuje różnorodna materia mineralna i organiczna. Gleba zawiera zarówno żywą biomasę, jak i wszelkiego rodzaju związki chemiczne. Bez znajomości ich właściwości agronom nie może skutecznie zarządzać żyznością i zwiększać plonów. Tak więc badanie materii organicznej i mineralnej w glebie zawsze było w centrum zainteresowania specjalistów z dziedziny rolnictwa. W ostatnich latach rośnie zainteresowanie badaniem szczątków roślinnych i zwierzęcych w wierzchniej warstwie gleby. Nasz artykuł będzie dotyczył również tego.

Definicja i źródła

Tak więc materia organiczna gleby to cała biomasa materii żywej w postaci próchnicy oraz pozostałości po roślinach i zwierzętach. Odgrywa kluczową rolę w kształtowaniu właściwości warstwy glebowej, z którą związane są funkcje fitosanitarne i rozwój żyzności.

Głównym źródłem materii organicznej w glebie jest martwy materiał roślinny w postaci masy korzeniowej i nadziemnej. W mniejszej ilości pochodzi z resztek fauny. Ich udział zależy od warunków lokalnych i składu roślinności strefowej. Tak więc niewielki udział resztek organicznych w glebach tundry jest charakterystyczny. Następnie w kierunku tajgi, lasu i lasu-stepu wzrasta. W miarę przechodzenia do strefy stepowej, ze względu na suchy klimat, zmniejsza się udział resztek organicznych w profilu glebowym, ale zwiększa się udział resztek korzeniowych. Na obszarach pustynnych udział szczątków organicznych jest minimalny, ale w lasach tropikalnych i subtropikalnych znów gwałtownie wzrasta.

Charakter wprowadzania ściółki do gleby

Resztki organiczne dostają się do profilu glebowego nierównomiernie: w lasach większość z nich wychodzi na powierzchnię warstwy, natomiast na terenach trawiastych jest wnoszona bezpośrednio do środka w postaci martwych korzeni. Od charakteru wnikania w glebę zależą dalsze procesy jej przemiany. Skład chemiczny suchych pozostałości obejmuje białka, węglowodany, woski, żywice, ligninę i inne substancje. Uwzględniono również pierwiastki popiołowe takie jak krzem, potas, magnez, wapń, siarka, fosfor, żelazo i wiele innych.

Najszybciej opadająca materia, bogata w zasady (magnez, wapń) i substancje łatwo dostępne dla mikroorganizmów (aminokwasy, białka, rozpuszczalne węglowodany), ulega humifikacji i mineralizacji. Resztki roślinne zawierające dużo żywic, lignin i garbników rozkładają się powoli. W odniesieniu do pozostałości roślinnych najszybciej przekształcają się trawy strączkowe, a najwolniej słoma zbożowa.

Nawilżanie

Po przedostaniu się do gleby resztki organiczne ulegają różnym przemianom, w tym biochemicznym pod wpływem mikroorganizmów i rozdrobnieniu przez faunę glebową. Głównym kierunkiem tej przemiany jest humifikacja. Obecnie istnieją trzy warianty tego procesu.

1. W koncepcji kondensacji (polimeryzacji) wyróżnia się trzy etapy humifikacji. Najpierw z martwych mikroorganizmów i produktów rozkładu roślin powstają jednostki strukturalne tworzące substancje humusowe. Po utlenieniu fenoli do chinonów następuje kondensacja jednostek strukturalnych. Humifikacja kończy się na etapie polikondensacji.
2. Koncepcja utleniania biochemicznego uwzględnia przekształcanie resztek organicznych jako powolną reakcję utleniania enzymatycznego, w wyniku czego powstają próchniczne kwasy wysokocząsteczkowe, które następnie ulegają aromatyzacji.
3. Koncepcja biologiczna opisuje substancje humusowe jako produkt syntezy różnych mikroorganizmów i sugeruje, że proces humifikacji obejmuje zarówno reakcje polimeryzacji i kondensacji, jak i biochemiczne reakcje utleniania. Skład już powstałej próchnicy jest stale odnawiany poprzez włączanie do jej cząsteczek poszczególnych fragmentów związków organicznych.

Charakterystyka składu

Materia organiczna gleby powstaje w wyniku połączenia organicznych pozostałości po martwych organizmach i produktów ich humifikacji. Pierwsza grupa obejmuje części roślinne i zwierzęce widoczne gołym okiem, a także niewielki udział substancji z niektórych klas związków organicznych (węglowodany, aminokwasy, białka, garbniki, cukry, enzymy).

Humus będący mieszaniną wysokocząsteczkowych związków organicznych o różnych cechach i składzie jest główną materią organiczną gleby. Ze względu na zdolność do ekstrakcji i rozpuszczalność substancje humusowe dzieli się na kwasy fulwowe, kwas huminowy i kwas huminowy.

Kwasy fulwowe są najbardziej rozpuszczalną i mniej złożoną grupą. Mają niższą masę cząsteczkową i wysoką zdolność przenoszenia. Jest to najjaśniejsza część próchnicy, dominująca w glebach bielicowych, czerwonych i sierozowych. Próchnica humusowa to substancja, która nie może być wydobyta z warstwy gleby przez zasady i kwasy. Najsilniej związany jest z minerałami ilastymi. Kwasy humusowe to nierozpuszczalna część próchnicy, charakteryzująca się bardziej złożoną strukturą, dużą masą cząsteczkową i zwiększona zawartość węgiel. Przeważają na glebach kasztanowych, bielicowych, czeremchowych i szarych leśnych.

Grupy labilne i stabilne

Oprócz wyżej opisanych cech składu materii organicznej w glebie występuje podział na część labilną i stabilną. Pierwszą grupę stanowią ruchome formy próchnicy (rozpuszczalne w wodzie i słabo związane minerałami), frakcja przedhumusowa oraz resztki roślinne. Grupa labilna pełni rolę podstawowego źródła pożywienia i energii dla fauny i flory glebowej. Stwierdzono, że pozostałości roślinne poprawiają właściwości fizyko-mechaniczne warstwy gleby.

Grupę stabilną stanowi materia próchnicza, która jest trwale związana ze związkami mineralnymi (kompleks gliniasto-humusowy, humiany wapnia i inne).). Jest to wolno mineralizująca, stabilna część materii organicznej gleby. Potrzeba tysięcy lat, aby została ona całkowicie odnowiona. Stabilna próchnica jest potencjalną rezerwą różnych składników odżywczych, ale jej największe znaczenie agronomiczne polega na kształtowaniu korzystnych właściwości fizyczno-mechanicznych i wodno-powietrznych gleby oraz pełnieniu funkcji sanitarnych i ochronnych.

Rola materii organicznej w glebie

Wiele elementarnych procesów glebowych zachodzi z udziałem substancji próchnicznych. Są to eluwialne, biogeniczno-akumulacyjne, metamorficzne i inne PPE. Depozyty, skład i zawartość materii organicznej w glebie są głównymi wskaźnikami żyzności gleby i wpływają na wszystkie jej właściwości i sposoby.

Żywa biomasa jest źródłem pierwiastków popiołu i azotu, potrzebny do odżywianie roślin. Część jest przyswajana przez florę podczas reakcji wymiany jonowej lub znajduje się w stanie wchłoniętym. Kolejna część staje się dostępna dla roślin po uwolnieniu i mineralizacji materii organicznej.

W glebie humus działa jako optymalizator właściwości fizykochemicznych. Warstwy bardziej próchniczne mają dużą zdolność buforową w zakresie utleniania-redukcji, oddziaływania kwasowo-zasadowego i działania substancji toksycznych. Kationy wchłonięte przez koloidy organiczno-mineralne stają się dostępne dla roślin i intensywnie je odżywiają.

Również materia organiczna wpływa na strukturę, właściwości mechaniczne i fizyczne gleby. Im większa zawartość próchnicy, tym mniejsza gęstość, lepsza struktura i zdolność zatrzymywania wody przez kruszywo strukturalne oraz lepsza twardość, plastyczność, kleistość i odporność właściwa. Dzięki próchnicy gleba uzyskuje ciemniejsze zabarwienie, co sprzyja wchłanianiu ciepła.

Wpływ na płodność

Materia organiczna gleby odgrywa wiodącą rolę w jej reżimie biologicznym, przyczynia się do zachowania w niej mikroorganizmów i stwarza dogodne warunki do ich funkcjonowania. Wysoka aktywność biologiczna warstwy glebowej prowadzi do redukcji mikroorganizmów chorobotwórczych i przyspiesza mikrobiologiczną degradację pestycydów.

W budowaniu płodności główna rola odtwarzać materię humusową - końcowe produkty humifikacji. W wyniku rozkładu nadziemnych części rozkładających się roślin powstaje na powierzchni gleby warstwa ściółki. Jego roczna ilość jest różna w różnych strefach i typach roślinności.

Recykling ściółki roślinnej

Składowanie ściółki zależy od tempa rozkładu. Jeśli ściółka jest bogata w garbniki i silnie zdrewniała, rozkłada się znacznie wolniej niż materia liściasta. W rozkładzie ściółki bierze udział wiele organizmów zwierzęcych, które wchłaniają ją jako pokarm. W lasach liściastych władzę przejmują dżdżownice, natomiast w kwaśnych glebach lasów iglastych głównymi sprawcami rozkładu są grzyby.

Równie ważne w tworzeniu humusu są rozkładające się korzenie. Pod względem masy na pierwszym miejscu znajdują się stepy trawiaste i lasy liściaste, następnie lasy podzwrotnikowe i wilgotne tropikalne, a na końcu pustynie. O dużym zapasie obumierających korzeni w roślinności muraw stepowych decyduje przewaga roślin cienkich i łatwo rozkładających się. Humus ten zapewnia wysoką żyzność czarnych gleb stepowych.

Czynniki wpływające na tworzenie się humusu

Zawartość materii organicznej w glebie zależy w dużej mierze od temperatury. Wyjaśnia to brak próchnicy na obszarach tropikalnych, gdzie przy dużej wilgotności i wysokich temperaturach saprotofory silnie przetwarzają pozostałości. W tundrze natomiast aktywność organizmów heterotroficznych jest bardzo niska, a resztki roślinne prawie nie ulegają rozkładowi.

Tam, gdzie mineralizacja materii organicznej jest szybka, składniki mineralne są szybko uwalniane i stają się ponownie dostępne dla roślin zielonych. Skutkuje to wysoką fitomasą, ale także zwiększonym ryzykiem wypłukiwania składników mineralnych z gleby.

Cykl biologiczny

Żyzność gleby zależy w dużej mierze od tego, jak szybko pierwiastki, które usuwa z gleby, mogą być ponownie wykorzystane. Część materii jest tracona poprzez spływanie z wodą z drenażu lub do atmosfery. Jednak procesy takie jak wiązanie azotu, osadzanie pyłu, ciągłe wietrzenie częściowo regenerują utracone pierwiastki.

Ogólnie rzecz biorąc, rośliny zielone dają więcej do gleby niż z niej pobierają. Nie pobierają one stosunkowo dużo rozpuszczonych związków, ale oddają mnóstwo substancji organicznych, takich jak lignina, tłuszcz, celuloza, cukry, skrobia, białka itp. Daje to możliwość rozwoju w glebie wielu zwierzętom i organizmom, które się nimi żywią.

Podsumowując

Tak więc, materia organiczna gleby, w rzeczywistości, jest kompleksem żywej biomasy. Obecność związków organicznych w glebie odróżnia ją od skał macierzystych. Biomasa żywa powstaje w wyniku rozkładu materiału zwierzęcego i roślinnego i stanowi najważniejszą część metabolizmu przyrody nieożywionej i żywej. Materia organiczna gleby w dużym stopniu decyduje o jej właściwościach biologicznych, chemicznych i fizycznych oraz żyzności.