Gleby (praca i prezentacja multimedialna)

Glebą nazywamy warstwę powierzchniową, pokrywającą skorupę ziemską. Powstała ona w wyniku długotrwałych procesów, które przebiegały na powierzchni Ziemi. O długości tego procesu świadczy fakt, iż warstwa ziemi o grubości 2-3cm kształtuje się od 200 do 1000 lat. Proces ten polega na oddziaływaniu czynników klimatycznych, które powodują wietrzenie skał, jak i na oddziaływaniu organizmów. Rozdrobniona skała zatrzymuje cząstki wody i powietrze. Z czasem pojawiają się rośliny utrwalające glebę. Bardzo ważną funkcję pełnią drobnoustroje, których zadaniem jest rozkładanie szczątków roślinnych i zwierzęcych, wzbogacając w ten sposób glebę w próchnicę i minerały. Gleba ma następujący skład:
- materia organiczna (5%);
- minerały (45%);
- woda (25%);
- powietrze (25%).
Na powierzchni Ziemi znajduje się naturalna powłoka glebowa, czyli pedosfera. Gleba stanowi podstawowe środowisko życia różnych organizmów żywych. Powstaje w wyniku długotrwałego i skomplikowanego procesu, zależnego od różnorodnych czynników glebotwórczych. Składniki gleby występują w trzech fazach (równych stanom skupienia): stałej, płynnej i gazowej. Fazę stałą stanowią związki mineralne - zwane szkieletem mineralnym, płynnym składnikiem gleby są wodne roztwory glebowe, a w stanie gazowym występuje powietrze glebowe.

W powierzchniowej warstwie zwietrzałego materiału skalnego następuje rozwój życia organicznego. Na przeobrażenia zachodzące w tej warstwie, zwane procesem glebotwórczym, mają wpływ klimat i roślinność. Szczątki roślinne ulegając rozkładowi, zamieniają się w
próchnicę, ponadto takie środowisko stwarza warunki do obfitego i szybkiego rozmnażania się różnych drobnoustrojów - bakterii i grzybów, które wpływają na dalszy rozkład substancji organicznej i przemiany chemiczne składu mineralnego. Końcowym produktem wietrzenia skał przy współudziale żywych organizmów jest gleba, zawierająca w swoim składzie substancje mineralne i organiczne, których wzajemny stosunek jest zmienny i uzależniony od warunków tworzenia się gleby i czasu trwania procesu glebotwórczego. Skład gleb młodych jest zbliżony do skały macierzystej, z której pochodzi zwietrzelina, w glebach starszych związek ze skałą macierzystą stopniowo zanika.
Większość gleb składa się z kilku poziomów:

poziom próchniczy - tworzony jest przez rozłożone szczątki organiczne obumarłych roślin i zwierząt.

Poziom wymywania - powstaje w wyniku wymywania z niego łatwo rozpuszczalnych związków organicznych do niższej warstwy.

Poziom wmywania - tworzy się na skutek osadzania się związków organicznych przenoszonych przez przesiąkającą wodę w wyższego poziomu.
Czynniki wpływające na proces glebotwórczy prowadzą do powstania i rozwoju określonych typów gleb. Czynniki te występują jednocześnie, a typ gleb zależy od charakteru ich oddziaływania. Zdarza się, że jeden z czynników dominuje. Czynniki glebotwórcze to:

Podłoże skalne, jako podstawa, na której rozwija się gleba, jest istotnym czynnikiem glebotwórczym. Tworzy ono szkielet mineralny, umożliwiający dalsze zmiany. Skała macierzysta dostarcza glebie składników mineralnych.

Rzeźba terenu wpływa na przebieg denudacji, czyli usuwania zwietrzeliny z powierzchni skały. Równiny umożliwiają dłuższy rozwój gleby. Na obszarach bardziej urozmaiconych duże znaczenie ma wielkość nachylenia stoku: przy sporym nachyleniu gleba często pozostaje w stanie inicjalnym.

Woda jest czynnikiem glebotwórczym o bardzo dużym znaczeniu, choć może zarówno tworzyć, jak i niszczyć. Silne opady wypłukują z gleby wartościowe składniki. Woda wspomaga też proces wietrzenia, wzbogacający glebę.

Czynnikiem różniącym gleby jest również klimat. Pod wpływem klimatu na obszarach o podobnej budowie podłoża mogą wykształcić się różne typy gleb. O powstawaniu ich decydują takie elementy klimatu, jak: temperatura i wilgotność powietrza oraz opady atmosferyczne, a w klimatach suchych dodatkowo wiatr.

Za najważniejszy czynnik glebotwórczy uważana jest biosfera, czyli roślinność i zwierzęta. Zespół organizmów glebowych, zwany edafonem, przyspiesza proces glebotwórczy i decyduje o jego charakterze.

Czynnikiem glebotwórczym jest również działalność człowieka. Jej przejawem są zdegradowane i zanieczyszczone gleby w wielu rejonach świata. ale warto zwrócić uwagę na fakt, że niektóre gleby są uprawiane od kilku tysięcy lat, a ich produktywność wcale nie spadła, a w wielu wypadkach wręcz wzrosła.

Na Ziemi wyróżnia się gleby strefowe oraz astrefowe. Jako strefowe określa się następujące rodzaje gleb:

- gleby tundrowe - występują w klimacie subpolarnym (arktycznym). Są płytkie, słabo wykształcone i mało żyzne, gdyż tylko wierzchnia ich warstwa rozmarza w czasie krótkiego lata.

- gleby bielicowe - spotykane są w klimatach wilgotnych i chłodnych strefy umiarkowanej, są glebami kwaśnymi, mało i średnio żyznymi.

- gleby bagienne - powstają w strefie występowania gleb bielicowych, lecz na terenach podmokłych w obszarach zanikających jezior i na torfowiskach. Mają ciemną, często czarną barwę od zawartości gnijących szczątków roślin bagiennych.

- gleby brunatne i szare - są glebami bardziej zasobnymi w próchnicę i składniki mineralne, mają obojętny odczyn, dobrą przepuszczalność i przewiewność. Rozwijają się na podłożu skał zasobnych w wapń, często na glinach morenowych.

- czarnoziemy - występują głównie na obszarach suchych stref umiarkowanej ciepłej i podzwrotnikowej o cechach kontynentalnych. W miejscach tych nie tworzą się kwasy próchnicowe, w próchnicę zmieniają się butwiejące szczątki roślin. Największą zawartość próchnicy - do 20%, mają czarnoziemy powstałe na lessach w klimacie stepowym i należące do najżyźniejszych gleb.

- czarne ziemie tropikalne - występują na obszarach sawann, stepów (prerii) wysokotrawiastych, są glebami żyznymi, ale występujące, nieraz długotrwałe pory bezdeszczowe, nadmiernie je wysuszają.

- inne gleby strefowe - kasztanowe, buroziemy, szaroziemy, brązowe, cynamonowe, zółtoziemy, czerwonoziemy oraz lateryty.
Oprócz gleb strefowych istnieją gleby, które powstają niezależnie od strefy klimatycznej. O ich wytworzeniu decydują warunki lokalne, rodzaj skały - podłoże, stosunki wodne.

- Mady są to gleby aluwialne powstałe na skutek osadzania substancji ilastych i organicznych podczas wylewania się rzek. Tworzą się wzdłuż dolin rzecznych, a szczególnie w ujściach. Są to gleby z reguły bardzo żyzne, nadające się pod różnego rodzaju uprawy ale często wymagają melioracji.

- Gleby bagienne powstają na bagnach. Charakteryzują się dużą ilością substancji organicznej, najczęściej słabo rozłożonej ze względu na duże uwodnienie terenu. Są to gleby mało urodzajne nawet po osuszeniu.

- Czarne ziemie to gleby powstałe w procesie bagiennym na podłożu bogatym w węglan wapnia na terenie, na którym poziom wody gruntownie obniżył się. Posiadają poziom próchniczny o dużej miąższości oraz poziom glejowy. Są to gleby bardzo żyzne, ale trudne do uprawy wymagają odpowiednich zabiegów agrotechnicznych.

- Rędziny to gleby powstałe na podłożu skał węglanowych lub siarczanowych. Poziom próchniczny zalega bezpośrednio na skale macierzystej i posiada odczyn zasadowy. Są to gleby nadające się pod uprawę roślin okopowych w przypadku, gdy posiadają odpowiednia miąższość.

- Gleby górskie występują na terenach górzystych. Są to gleby płytkie o niewykształconym profilu glebowym, niszczone przez silne wietrzenie. Mało urodzajne, wykorzystywane pod hodowlę, głównie owiec, w dolinach uprawia się owies i ziemniaki.

Do określenia rodzaju gleby służą nam:
- profil glebowy;
- struktura miąższości, nowotworów glebowych i samej gleby;
- barwa.

Miąższość to suma głębokości każdego jednorodnego genetycznie poziomu w profilu glebowym począwszy od powierzchni, aż po skałę macierzystą. Odmiany gleb skał niemasywnych posiadają najmniejsze profile, wynika z tego następujący podział gleb:
- całkowicie głębokie, powyżej 150cm;
- niecałkowicie głębokie, poniżej 150cm;
- średniopłytkie oraz płytkie, poniżej 50cm.

Barwa jest cechą zmieniającą się zależnie od nasłonecznienia, stopnia rozdrobnienia i wilgotności. Barwa gleby jest zależna od barwy swoich części składowych. Czerń nadaje próchnica; żelazo II wartościowe szarozielonkawą i niebieską, a III wartościowe żółtą, szarą i rdzawoczerwoną. Chłonność ciepła, a także jego przewodnictwo po części zależą od barwy.
Struktura gleby jest stanem połączenia odmiennych elementarnych cząstek stałych. Wyróżniamy znaczne różnice w strukturze gleby mineralnej oraz organicznej. W glebach mineralnych wyróżniamy strukturę: słupkową, pryzmatowi i warstwową. W glebach organicznych: gruzełkowatą, proszkową i ziarnistą.

Układ glebowy to sposób ułożenia agregatów oraz ziaren w glebie. Wyróżniamy 4 rodzaje takich układów:
- luźny – ziarna, agregaty, żwiry i nie sklejone piaski są ułożone luźno;
- pulchny – makropory są tak ułożone, że tworzą się porowatości. Występuje to w glebach powstałych z lessów, a także w murszowo-torfowych. Daje to korzystne warunki cieplne, powietrzne i wilgotnościowe dla rośli;
- zwięzły – szczelnie przylegające agregaty minimalizują przestrzenie mikroporowate. c madach i utworach pylastych;
- zbity – różne pod względem wielkości ziarna przylegają ściśle tworząc tzw. bezstrukturalną masę glebową. Wyróżniamy w glebach gliniastych.

Nowotwory glebowe, czyli konkrecje są dziełem procesów glebotwórczych. Do ich najważniejszych cech zaliczamy odmienność morfologiczną. Od reszty gleby różnią się kształtem, składem i masą. Mają chemiczne pochodzenie i zależnie od niego mogą tworzyć skupienia soli chlorków, sodu, magnezu, wapnia, siarczanów, węglanu wapnia, tlenków żelaza, glinu oraz manganu.



Skład chemiczny, formy, związki i przemiany pierwiastków określamy mianem właściwości chemicznych gleby. Badania są prowadzone aby oznaczyć:
- zawartość materii organicznej gleby. Jeśli gleba jest prawidłowo użytkowana powinna występować równowaga pomiędzy substancjami organicznymi i tworzącymi się związkami próchnicowymi. W przypadku przyspieszonej mineralizacji możemy wnioskować, iż doszło do zakwaszenia lub akumulacji toksycznych związków. Aby zbadać ilość substancji organicznej w glebie stosuje się metodę barwową.
- zawartość próchnicy, a także węgla organicznego utlenialnego. Węgiel i próchnica pozwalają oszacować zawartość substancji organicznej w glebie, a także stopień jej humifikacji. Zawartość węgla w glebie świadczy o zawartości próchnicy. Należy zastosować przelicznik 58%. Sposób oznaczenia opiera się na utlenianiu węgla C do dwutlenku węgla CO2. oznaczenie przebiega w środowisku kwaśnym.
- zawartość azotu. Jest zależna od jakości oraz ilości substancji organicznej, a także od stopnia rozkładu (CN). zawartość azotu w glebie to zawartość azotu organicznego + zawartość związków mineralnych azotu. Oznacza się również ilość ołowiu, kobaltu, kadmu, niklu, magnezu i manganu.
Odczyn pH, sorpcyjność i właściwości ohydo-redukcyjne określają właściwości fizyko-chemiczne.
Odczyn gleby – jest zależny od stężenia jonów wodorowych H+ i zasadowych OH-. ph ma związek z aktywnością biologiczną. Jeśli stosunek jonów kwasowych do zasadowych jest równy 1 to pH jest neutralne. W środowisku kwaśnym występuje przewaga jonów H+, a w środowisku zasadowym jonów OH-. do oznaczenia odczynu gleby używa się dwóch metod. Pierwsza to pomiar potencjometryczny (polega na mierzeniu różnicy potencjałów pomiędzy półogniwami. Drugą metodą jest pomiar kolorymetryczny (mierzy się barwę cieczy, która powstaje w wyniku reakcji: płyn Helliga + gleba).
Zdolność sorpcyjna – to zdolność absorbenta do absorpcji par, gazów, cząsteczek niezdysocjonowanych oraz jonów pochodzących z roztworu glebowego. Polega to na pochłanianiu wymienionych substancji, które zachodzi na powierzchni tego absorbenta. W przypadku gleby sorpcja zależy od koloidalnej fazy stałej (są to cząsteczki 2*10-3mm).
Wyróżniamy: koloidy glebowe, Fe(OH)2, Fe(OH)3, Al.(OH)3, minerały ilaste, kompleksy ilasto-próchnicze i próchnicę. Wyróżniamy trzy typy sorpcji: biologiczną, chemiczną i wymienną. W glebie funkcjonuje ta ostatnia. Jej istotą jest wymiana wcześniej zaabsorbowanych jonów na te znajdujące się w roztworze glebowym. Maksymalną ilość kationu H+, którą jest w stanie zaabsorbować 100 g materiału glebowego nazywa się pojemnością sorpcyjną gleby. W czasie zachodzących reakcji redoks dochodzi do przyłączania lub oddawania elektronów. W czasie przemian materii organicznej w glebie dominują procesy utleniania (są nieodwracalne).


Priorytetem przy ustalaniu właściwości fizycznych jest układ trójfazowy tej
gleby. Na fazę stałą przypadają cząstki mineralno-organiczne, mineralne i organiczne. Fazę ciekłą stanowi roztwór glebowy, natomiast gazową powietrze. Powietrze na przemian z roztworem glebowym wypełnia pory. Zasadniczymi właściwościami fizycznymi są:

- skład granulo-metryczny.
- gęstość gleby.
- porowatość.
- zwięzłość.
- plastyczność.
- lepkość.
- pęcznienie, kurczenie.
- Cieplne właściwości:

Mają związek z przewodnictwem i pojemnością cieplną. Intensywność nagrzewania oraz szybkość utraty ciepła gleby mają związek z barwą oraz wilgotnością tej gleby. Ciepło może dostarczać słońce, procesy biologiczne i powietrze.
Degradacją gleby są zmiany jej właściwości fizycznych, chemicznych i biologicznych na skutek obniżenia lub zniszczenia aktywności biologicznej gleby i powodujące zmniejszenie lub całkowity zanik produktywności gleby. Wyróżnia się degradację bezwzględną (rzeczywistą) i względną.

Degradacja bezwzględna - rzeczywista - trwałe obniżenie lub nawet zniszczenie aktywności biologicznej i chemicznej gleby, przy wyraźnym pogorszeniu się ekologicznych i rolniczych walorów. Może być geotechniczna, fizyczna, biologiczna oraz chemiczna.

W rzeczywistości nie można określić konkretnego rodzaju degradacji, można jedynie wskazać dominujący, gdyż wszystkie są ściśle ze sobą powiązane i występują równocześnie z różnym natężeniem.

Degradacja względna - przeobrażenie struktury i cech gleby w sposób stopniowy lub skokowy, bez zmiany jej aktywności biologicznej. Przykładem może być zmiana kwasowości gleby - od kwaśnej do obojętnej - wskutek oddziaływania zanieczyszczeń przemysłowych, będąca przyczyną degradacji dla lasu iglastego, ale wpływająca korzystnie dla roślin uprawnych, produktywność gleby w tym przypadku nie zostaje zmieniona, następuje zmiana możliwości jej użytkowania.

Niekorzystny wpływ czynników środowiskowych (opady, wiatry) i antropogenicznych (zanieczyszczenie środowiska, sposób gospodarowania) może doprowadzić do stanu, w którym gleba przestaje się odnawiać. Następuje proces degradacji, który może się przejawiać w formie zakwaszenia i zasolenia środowiska lub nadmiernego ubytku próchnicy.
Powierzchnia gruntów rolnych na świecie wynosi około 3,2 mld ha i stopniowo się zmniejsza w wyniku procesów degradacji. Na skutek intensyfikacji rolnictwa żyzność gleb spada o około 2,5% rocznie i obecnie następuje prawie tysiąc razy szybciej niż w sposób naturalny. Najwięcej zdegradowanych gleb znajduje się w krajach o dużym zaludnieniu - w Azji i w Afryce. W Europie degradacja gleb objęła 218,9 mln ha - głównie na skutek zakwaszenia, zanieczyszczenia, erozji wietrznej i wodnej i uszkodzeń fizycznych.

Szacuje się, że do 2025 r. W wyniku pogłębiającej się degradacji utraconych zostanie 50 mln ha gleb, dalszych 50 mln ha ulegnie zanieczyszczeniu, 25 mln ha zmieni się w pustynie, a 150 mln ulegnie przekształceniu na skutek urbanizacji. Różnica między pozyskaniem nowych terenów uprawnych a ich utratą wynosi obecnie 5-6 mln ha rocznie. Główne przyczyny degradacji gleb to na przykład intensywność rolniczego wykorzystania gleb w krajach uprzemysłowionych, stale rosnący rozwój transportu i sieci osadniczej, prowadzący do zabudowania gleb, przecinania ekosystemów żywicielskich trasami komunikacyjnymi będącymi źródłem zanieczyszczeń liniowych,w krajach rozwiniętych gospodarczo - niski poziom świadomości ekologicznej, a nawet jej brak, a w krajach trzeciego świata - deforestacja związana z przekształcaniem lasów na pola uprawne i pastwiska, prymitywne formy rolnictwa, niska kultura rolna, oraz brak zabiegów rekultywacyjnych przy jednoczesnym stosowaniu praktyk nastawionych na maksymalizację plonów.
Problematyka ochrony gleb stała się w ostatnich czasach przedmiotem dyskusji i tworzenia różnorodnych koncepcji globalnej ochrony środowiska przez różne organizację międzynarodowe. Ważnym krokiem na drodze stworzenia globalnego systemu ochrony gleb jest Konwencja o pustynnieniu podpisana 17 czerwca 1994r. w Paryżu i wprowadzona w życie 27 grudnia 1996r. Początkowo dotyczyła głównie Afryki, następnie rozszerzono ją na Azję, północne obszary basenu Morza Śródziemnego, Amerykę Łacińską i Karaiby. Głównym celem konwencji stała się walka ze zjawiskami rozszerzania się pustyń i ograniczanie zjawiska suszy w państwach dotkniętych tym problemem, wprowadzanie środków ochrony gleb w zakresie zwalczania zjawisk degradacji, planowania przestrzennego, zahamowania niszczenia różnorodności biologicznej i naturalnych ekosystemów poprzez zachowanie walorów krajobrazowych.

W grudniu 2000r. w czasie konferencji państw stron tej konwencji opracowano załącznik, obejmujący obszar Europy środkowowschodniej, w tym także Polskę.

Światowy system ochrony gleb jest dopiero w trakcie rozwoju, brak jest konwencji o globalnej ochronie gleb traktującej kompleksowo zjawisko ich degradacji.