Substancja organiczna

Gleba zawiera oprócz części mineralnych, jak piasek i glina, także substancję organiczną.

Organiczna substancja jest wspólną nazwą dla całego materiału, który znajduje się w glebie i który pochodzi z mikroorganizmów, roślin i zwierząt. Ściśle mówiąc należą do niej także organizmy żyjące, ale ogólnie chodzi o obumarły materiał, na przykład świeże pozostałości roślinne, dopiero położony obornik, żyjące bakterie i grzyby lub obumarły humus (próchnica).

Rośliny i pozostałości roślinne składają się w bardzo dużej części z lignocelulozy. To jest wspólna nazwa dla celulozy i różnych form hemicelulozy i ligniny.

Wszystkie te organiczne substancje składają się z połączonych ze sobą setek a nawet tysiecy pierścieniowych molekuł węgla, tlenu i wodoru.

Oprócz tego rośliny zawierają stosunkowo mniejszą ilość innych substancji organicznych, jak białka, aminokwasy, peptydy, fenole i cukry.

Organiczne substancje mają pozytywny wpływ na wszystkie ważne aspekty żyzności gleby.

Nie bez powodu niektóre substancje organiczne nazywane są czarnym złotem gleby.

Molekuły organiczne zawierają zawsze atomy węgla (C) i prawie zawsze także wodór (H) i tlen (O). W mniejszym stopniu mogą także występować azot (N), fosfor (P) i siarka (S). Mineralne części gleby, z wyjątkiem wapna, nie zawierają węgla.

Organiczne substancje wchodzą w glebę bezpośrednio przez nawożenie pozostałościami roślinnymi (liście, łodygi, korzenie) i nawozem zwierzęcym. Bakterie i grzyby oraz inne organizmy gleby rozkładają się aż pozostają nieprzetworzone resztki.

To jest humus (próchnica) lub stałe organiczne substancje.

Proces rozkładu zachodzi najpierw szybko, a potem coraz wolniej. Może to trwać przez kilkadziesiąt lat zanim świeży nawieziony materiał zostanie całkowicie przerobiony na stałą organiczną substancję.

Jaką rolę odgrywa substancja organiczna w glebie?

Substancja organiczna spełnia różne ważne funkcje w glebie. Jest jednym z najważniejszych czynników dla żyzności.

Substancja organiczna tworzy źrodło pożywienia dla wszystkich organizmów w glebie. Dlatego, że przez glebę nie przechodzi światło, organizmy w glebie nie mogą wykorzystać światła słonecznego jako źródła energii.

Przez to wszystkie organizmy w glebie są zależne od materiałów organicznych , aby zaopatrywać się w energię i pokarm.

Substancja organiczna odgrywa bardzo ważną rolę w żyzności.Dotyczy todostarczania składników odżywczych, wilgotności i napowietrzenia oraz struktury gleby.

Zagadnienia te zostaną szeroko omówione w dalszych częściach.

Substancja organiczna odgrywa rolę w temperaturze gleby. Substancja organiczna w glebie ma ciemny kolor i przez to łatwo wchłania ciepło. Na wiosnę gleba ciemnego koloru staje się szybciej ciepła niż gleba jasnego koloru.

Rola OS (organicznej substancji) w glebie jest przedstawiona w Tabeli 1. Część z tych właściwości zostanie dalej szeroko omówiona.

1. Dostarczanie składników odżywczych

Substancja organiczna jest ważna w dostarczaniu azotu, fosforu i innych składników odżywczych dla roślin. Dostarczanie może odbyć się na dwa sposoby. W pierwszym rzędzie, ponieważ uwalnia składniki odżywcze w wyniku rozkładu substancji organicznej. W drugim rzędzie, ponieważ substancja organiczna jest w stanie utrzymać luźno składniki odżywcze i wprowadzać je do wilgotnej gleby.

Jest to spowodowane tym, że molekuły organiczne są naładowane elektrycznie ujemnie słabo, przez co naładowane dodatnio jony, jak na przykład amon (NH4+) lub potas (K+) mogą być zatrzymane i też znowu uwolnione (CEC). Wymiana mocy przez substancję organiczną jest przede wszystkim ważna w glebie piaszczystej. Cząstki gliny i iłu są same w sobie ujemnie naładowane i CEC gleby gliniastej i iłowej jest więc często dużo wyższe niż w glebie piaszczystej.

Związek pomiędzy zawartością OS (czyli organicznej substancji) i CEC w glebach piaszczystych widać na rysunku 1. Dane pochodzą z praktykujących przedsiębiorstw z Agrobiokon z projektu końca lat 90 ubiegłego wieku.

Dalej substancja organiczna podwyższa dostępność mikroelementów (jak miedź, mangan, cynk itp.) w uprawach, przez co tworzą razem kompleksy (chelaty), które są rozpuszczalne w wodzie.

Jedank najbardziej ważna rola OS w gospodarce minerałów to fakt, że przy rozpadzie OS, minerały takie jak N ,P, S i K dostają się do upraw.

Ilość i szybkość zależą od szybkości rozpadu OS i zawartości minerałów oraz zawartości węgla (C). Szczątki roślin z wysokim współczynnikiem C-N dostarczają szybko dużo azotu, resztki z niskim współczynnikiem dostarczają powoli, przez co część N najpierw jeszcze zostaje wprowadzona do mikroorganizmów i dopiero później znowu uwolniona przy rozkładzie tych mikroorganizmów.

2. Struktura gleby

Substancja organiczna wspomaga utworzenie dobrej struktury gleby. Substancja organiczna powoduje, że mineralne cząstki gleby ugruntowują się razem, przez to powstają stabilne agregaty glebowe. Im wyższa jest zawartość substancji organicznych, im wyższy jest udział stabilnych agregatów gleby, tym lepsza jest struktura gleby. Ponadto gleba staje się mniej podatna na dryfowania i jest mniejsza szansa na korozję wietrzną. W ciężkich gliniastych glebach, gdzie cząstki gliny same z sobą kleją się bardzo dobrze, substancja organiczna poprawia kruchliwość gleby. W lekkich glebach mulistych, substancja organiczna może ograniczyć wewnętrzne dryfowanie, wynikające z istnienia bardzo małych cząstek gleby.

Ponadto substancja organiczna podwyższa porowatość gleby, co równocześnie ma pozytywny efekt na strukturę i daje w następstwie lepsze ukorzenienie w glebie piaszczystej oraz lepsze przemieszczanie wody w glebach gliniastych. Substancja organiczna ma dużo mniejszy konkretny ciężar niż piasek lub glina. Dzięki temu substancja organiczna obniża gęstość gleby, co ułatwia obrabianie gleby.

Związek między gęstością gleby i zawartością OS (czyli organicznej substancji) w byłym osiedlu torfowym,( gdzie po wydobyciu torfu pozostaje piaszczysta gleba), widać na rysunku 2. Dane pochodzą tzw. badań 100 ton skrobi ziemniaczanej, przeprowadzonych w latach 1978 -1981.

3. Utrzymanie wilgotności

Substancja organiczna może wchłonąć nawet 20-krotnie więcej wody niż wynosi jej własny ciężar. Dlatego substancja organiczna odgrywa ważną rolę w utrzymywaniu wilgotności. Ta funkcja jest ważna w glebach, które same mogą utrzymać mało wody tak jak gleby piaszczyste, inaczej niż gleby zawierające ił i glinę.

Jaką rolę odgrywa organiczna substancja w zapobieganiu chorobom?

Zakłada się często, że organiczna substancja może zwiększyć zapobieganie chorobom. W glebie o zwiekszonej możliwości zapobiegania chorobom mikroorganizmy pasożytujące na roślinach i nicienie mają mniej szans, żeby uszkodzić roślinę, nawet jeżeli znajdują się one w glebie. Jednak znane są też przykłady, gdzie pozytywny efekt substancji organicznej  lub zapobieganie chorobom ma miejsce, ale często tylko przy nierealnie wysokim dostarczaniu substancji organicznej. Nie ma więc żadnego naukowego dowodu, aby uogólnić hipotezę, że gleby zaopatrzone w substancje organiczne mają wyższy współczynnik zapobiegania chorobom niż gleby mniej w te substancje zaopatrzone. W badaniach nad tym zagadnieniem najlepiej wziąć pod uwagę to, że substancja organiczna nie powoduje żadnego efektu: nie polesza i nie pogarsza sytuacji w zapobieganiu chorobom. Ponadto patogenne organizmy mogą być dostarczone z organicznymi materiałami, które są niedbale stosowane, np. złe kompostowanie lub fermentowanie.

Co to jest równowaga substancji w glebie?

Ilość substancji organicznej w glebie nie jest stabilna. Znika ona przez rozkład spowodowany przez organizmy w glebie i pojawia się na nowo przy dostarczeniu nawozu, kompostu, pozostałości roślinnych i zwierzęcych. Różnica między dostawą a rozkładem określa, czy zawartość jest zrównoważona. Jeżeli rozkład jest większy niż dostawa, obniża się zawartość substancji i odwrotnie. W praktyce, dla dostaw często stosuje się pojęcie ‘efektywna substancja organiczna’. Zawartość substancji organicznej w glebie jest zrównoważona, kiedy dostawa efektywnej substancji organicznej jest taka sama jak rozkład substancji organicznej w glebie.

Co to jest efektywna substancja organiczna?

Efektywna substancja organiczna jest częścią substancji organicznej, która po roku stosowania pozostałości roślinnych, nawozu lub kompostu, jeszcze znajduje się w glebie. W pierwszym roku po stosowaniu, znika duża część substancji organicznej z tych produktów, ponieważ łatwo się rozkłada. Udział tej części w zawartości gleby jest więc dość skąpy. Udział bardziej stabilnej części jest   większy. Nie można przez to powiedzieć, że rola łatwo rozkładającej się części jest nieważna, ponieważ jest to ważne źrodło pożywienia i energii dla organizmów w glebie i przy tym rozkładzie uwalnia się wiele mineralnego azotu. Wkład nietrwałej frakcji w biologiczne i chemiczne użyźnianie gleby jest więc duży, wkład fizyczny w użynianie jest mniejszy.

Część efektywnej substancji organicznej w różnych produktach zostaje określana przez współczynnik humifikacji (humificatie -coëfficiënt), hc. Przy hc 0,7 ulega rozkładowi 70% substancji organicznej w ciągu jednego roku, więc pozostaje tylko 30% jako efektywna substancja organiczna.

Efektywna, co nie znaczy stabilna. Inaczej mówiąc, efektywna substancja organiczna zostaje dalej rozłożona. To było dobrze widoczne w pojemnikach doświadczalnych w dawnym Instytucie Do Badań Nad Użyźnianiem Gleby, badania przeprowadzał ówczesny badacz ir. De La Lande Cremer. Do gleby gliniastej dodano jednorazowo pewną ilość starego obornika, dodano sieczki lub trawy i podczas kontroli nie dodawano niczego. Ziemia leżała odłogiem i każdego roku przez ponad 30 lat były pobierane próbki. Wtedy zawartość substancji organicznej przy kontroli obniżyła się z 1,5% na 0,9 %. Zawartość podczas dalszych kontroli nie obniżała się więcej; najprawdopodobniej 70% z początkowej ilości materii nie rozłożyło się dalej. To co zostało z trawy, słomy i obornika po 1 roku i po 30 latach pokazuje Tabela 2. Z trawy i słomy pozostało po 30 latach około 10 do 20%, ze strarego obornika jeszcze 40%. Różnica między obornikiem a trawą/ słomą jest taka, że w oborniku znajduje się stosunkowo bardziej stabilna organiczna substancja, łatwiej rozkładająca się część  szybciej zniknęła w układzie żołądkowo-jelitowym zwierząt i przedłużyła proces dojrzewania  nawozu.

Czy zmniejsza się zawartość substancji organicznej?

W różnych doniesieniach prasy krajowej i fachowej podaje się, że zmniejsza się zawartość substancji organicznej w gruntach rolniczych. Także w Europie wyraża  się zaniepokojenie tym problemem. W Europie problem następstw zmniejszającego  się użyźniania gleby powiazany zostaje z ryzykiem erozji, która może z tego wynikać.

Jaka jest idealna zawartość substancji organicznej?

Nie ma idealnej zawartości substancji organicznej. Czasami zakłada się, że idealna zawartość substancji organicznej istnieje i w związku z tym można spotkać się z liczbą 1,5%. W uprawie cebulek kwiatowych przez lata przyjmowano, że zawartość ta powinna wynosić 1,5% i wszystko to kosztowało wiele trudu. Nikt do tej pory nie wie, na czym bazuje ta cyfra.Dla dobrej uprawy substancja organiczna nie jest niezbędna. (Trzeba pomyśleć o uprawie na wełnie szklanej, kulturach wodnych, uprawie poza glebą).

Jednak powyższe odpowiedzi pozwalają zobaczyć, że substancja organiczna przy uprawie gleby jest bardzo ważna. Jednak niemożliwe jest, aby zdefiniować idealną   jej zawartość. Dużo ważniejsze jest, aby zatroszczyć się o to, żeby zawarość była zrównoważona.

Wiedza na temat dostarczania i rozkładu oraz zachowywania się substancji organicznej w glebie jest dlatego ważna. Zawartość organicznej substancji w glebie może być utrzymana na dobrym poziomie przez miksowanie świeżego materiału, pochodzącego z pozostałości roślinnych, nawozu i kompostu. W tym przypadku dostarczone są zarówno łatwo rozkładające się jak i stabilne komponenty.

Łatwo rozkładające się komponenty dostarczają minerałów dla roślin i tworzą pożywienie dla gleby. Stabilne komponenty wpływają na dobrą fizyczną i chemiczną żyzność gleby.

Jak można podwyższyć zawartość organicznej substancji w glebie?

Nie jest łatwo podwyższyć zawartość substancji organicznej w glebie. Są dwa powody. Po pierwsze, w glebie prawie zawsze jest już duża ilość substancji organicznej. Zawartość 1% w 30 cm obrobionej warstwie gleby odpowiada ilości 37,5 ton. Chcąc więc zawartość podwyższyć o 1%, trzeba dostarczyć 37,5 ton efektywnej substancji organicznej. Wyobraźmy sobie, że przeciętny wkład o wskaźniku  humifikacji 0,7, wymaga dostarczenia przeszło 53,5 ton świeżej substancji organicznej.

Ogólnie mówiąc, im bardziej stabilna substancja organiczna w dostarczonym produkcie, tym większy jej wkład zawartości w glebie. Kompost i stary obornik zawierają na tonę więcej efektywnej substancji organicznej niż świeże pozostałości roślin. Podwyższenie zawartości substancji organicznej (krok po kroku), uzyskuje  się też lepiej przez kompost i stary obornik niż przez pozostałości roślinne

Czy można przewidzieć mineralizację z substancji organicznej?

Jeżeliby można by było dokładnie przewidzieć mineralizację substancji organicznej, to dałoby wspaniałe perspektywy dla optymalnego nawożenia pozostałościami roślin i dla optymalnej równowagi substancji organicznej.   Już od dawna podejmuje się próby, żeby przewidzieć, jak szybko zachodzi rozpad substancji organicznej w glebie i ile uwalnia się stąd azotu mineralnego. Te badania doprowadziły do różnych wzorców obliczenia, wśród których znajdują się bardzo proste i bardzo skopmlikowane. Jeden z bardzo prostych wzorców obliczania  przedstawia stały rozkład 2% przez rok. Przedstawia się też to jako praktyczną zasadę, ale w rzeczywistości spotyka się i wyższe, i niższe obliczenia procentowe.

Aby można korzystać z bardziej kompleksowych wzorców obliczania, potrzeba czasem wiele informacji, jak rodzaj gleby, głębokość obrobionej warstwy gleby, nawożenie itp. Dość niedawno porównano nawzajem siedem z tych wzorców i oceniono ich wyniki. Przy ocenie oparto się na fakcie, że wiek substancji organicznej gleby może być określony i widomo jest, że może być bardzo wysoki. Czas przebywania substancji organicznej w glebie może więc być długi (100- 1000 lat). Wzajemne różnice między wzorcami nie były zbyt duże. Poza tym tylko dwa z siedmiu tych wzorców dały wyniki, które zgadzają się z wysoką średnią wieku.  Przy innych wzorcach cała substancja organiczna rozłożyła się już wcześniej.

Oznacza to, że możemy rozwój zawartości substancji organicznej w dłuższym okresie czasu dość dobrze przewidzieć. Ale czy dotyczy to też krótkiego terminu?Odpowiedź brzmi: na szeroką skalę, tak, ale na poziomie parceli akrowej pozostaje to trudne.

Przykład: wzorzec NDICEA oblicza mineralizację azotu na poziomie parceli. Kiedy ilość obliczonej mineralizacji zostaje porównana ze zmierzoną ilością, obydwa wyniki mają dość dużą zbieżność. Jednak zbieżność nie jest wystarczająco dobra, żeby na podstawie tego dokładnie można przewidzieć, ile mineralnego azotu z dowolnie wybranej parceli uwolni się w procesie mineralizacji. Do tego często potrzebne są uzupełniające informacje.