Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby dodać do ulubionych Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Zaloguj się, aby udostępnić materiał Zaloguj się, aby dodać całą stronę do teczki

Gleba to powłoka powstająca w wyniku współoddziaływania szeregu czynników, zarówno biotycznych (ożywionych) jak i abiotycznych. Użytkując rolniczo glebę, często nie zdajemy sobie sprawy, że przekształcenie jałowej skały w żyjącą powłokę to proces długotrwały. Szacuje się, że 1 cm gleby może formować się od 300 do nawet 1000 lat. Równocześnie jednak gleba jest niezwykle wrażliwa i wystawiona na szereg zagrożeń, zarówno ze strony czynników przyrodniczych jak i poczynań człowieka. Wszelkie procesy i działania powodujące pogorszenie właściwości chemicznych, fizycznych i biologicznych pedosfery określamy mianem degradacji gleby. Prowadzi ona do obniżenia produktywności gleby, czyli ilości i jakości wytwarzanej biomasy. Całkowite zniszczenie pedosfery i utrata produktywności to z kolei dewastacja.

RfzkeJP4BL5NE

Degradacja biologiczna

W procesie glebotwórczym istotną rolę odgrywają bakterie, mikroorganizmy oraz drobne zwierzęta, określane jako edafonedafonedafon. Materia organiczna stanowi 5% objętości gleby. Ustalono, że 1 gram gleby może zawierać nawet 600 milionów komórek bakterii należących od 15 do 20 tysięcy rodzajów. Dzięki obecności w glebie glonów, grzybów, pierwotniaków, pierścienic i innych stworzeń odbywa się proces rozkładu związków organicznych, w wyniku czego powstaje próchnica.

Żyzne gleby odznaczają się więc wysoką aktywnością biologiczną oraz przewagą organizmów pożytecznych dla roślin uprawnych. Organizmy żywe nie tylko utrzymują żyzność, ale poprawiają także strukturę gleby.  Spadek bioróżnorodności edafonu jest uważany za formę degradacji gleb. Zagrożeniem dla tej „żyjącej” powłoki jest intensyfikacja rolnictwa, między innymi stosowanie sztucznych nawozów i środków ochrony roślin, od których giną nie tylko chwasty czy szkodniki, ale też przydatne organizmy. Również niewłaściwe zabiegi agrotechniczne (odwadnianie czy nawadnianie) mogą zakłócać ten wrażliwy ekosystem.

Na obszarach intensywnego rolnictwa monokulturowegorolnictwo monokulturowerolnictwa monokulturowego oraz tam, gdzie występuje uprawa roślin wieloletnich, np. w sadach czy plantacjach, obserwuje się tzw. zmęczenie gleby. Przyczynami tego zjawiska może być wyczerpywanie się składników pokarmowych z gleby, prowadzące do jej wyjałowienia. Innym powodem jest nagromadzenie w glebie szkodliwych substancji, czynników chorobotwórczych czy szkodników specyficznych dla uprawianego gatunku. Wzrost zawartości szkodliwej mikroflory może powodować spadek urodzajności w kolejnych latach nawet o 20- 30%.

Degradacja chemiczna

O degradacji chemicznej gleby mówimy wówczas, gdy dochodzi do zmiany jej składu chemicznego na skutek:

  • zakwaszenia,

  • alkalizacji,

  • koncentracji metali ciężkich,

  • zasolenia.

Wśród wielu parametrów gleby istotnym jest znany ci z lekcji chemii odczyn pH. Odczyn gleby wpływa na przebieg procesów glebowych, bioróżnorodność organizmów zasiedlających pedosferę oraz na przyswajalność składników pokarmowych przez rośliny. Za optymalny dla większości roślin uważany jest odczyn od 5 do 7 pH. Spadek lub wzrost odczynu obniża żyzność oraz zdrowotność i plonowanie roślin uprawnych.

Do zakwaszenia gleby dochodzi wówczas, gdy odczyn pH spada poniżej 5. W takich glebach występują zwykle niedobory magnezu, zmniejsza się też przyswajalność przez rośliny fosforu, ale równocześnie zwiększa się pobierana przez rośliny ilość metali ciężkich, które później kumulacją się w ich tkankach. Kwaśny odczyn gleby utrudnia lub wyklucza uprawy niektórych roślin.  Do szczególnie wrażliwych na zakwaszenie należą między innymi: pszenica, jęczmień, kukurydza, rzepak, a z drzew owocowych: wiśnia, czereśnia i śliwa.

Kwaśny odczyn gleby może wynikać z przyczyn naturalnych takich jak: rodzaj skały macierzystej, rodzaj roślinności czy uwarunkowania klimatyczne. Proces zakwaszenia gleby ulega współcześnie nasileniu na skutek działalności człowieka. Główną przyczyną są emitowane przez zakłady przemysłowe oraz transport związki siarki (SOIndeks dolny 2) i azotu (NOIndeks dolny x). Przenoszone przez wiatr mogą opadać na powierzchnię w postaci pyłu (sucha depozycja) lub kwaśnych opadów (depozycja mokra). Zakwaszenie gleb może następować również na skutek stosowania nadmiernej ilości nawozów sztucznych, głównie azotowego oraz potasowego.

Podniesienie odczynu pH powyżej 7 powoduje natomiast alkalizację gleby. Dochodzi wówczas do opóźnienia dojrzewania, osłabienia i zmniejszenia odporności roślin na czynniki chorobotwórcze. Podwyższone pH może mieć przyczyny naturalne, obserwowane jest między innymi na rędzinach wapiennych i wynika ze składu chemicznego skał, na których powstały te gleby. Podobne zjawisko może być jednak skutkiem nadmiernego wapnowaniawapnowanie glebwapnowania pól. Alkalizacja gleb występuje również w sąsiedztwie zakładów cementowo‑wapienniczych, które emitują związki zawierające wapń w formie tlenkowej (CaO) i węglanowej (CaCOIndeks dolny 3).

Szczególnym rodzajem zanieczyszczenia chemicznego są tzw. metale ciężkie, do których należą między innymi kadm, ołów, rtęć, arsen czy tal.  Do substancji takich zaliczane są również związki cynku, miedzi czy manganu - w małych ilościach są one co prawda traktowane jako niezbędne dla roślin i człowieka mikroelementy, w nadmiarze jednak charakteryzują się wysoką toksycznością.

Źródłem metali ciężkich są zakłady przemysłowe, transport oraz niewłaściwie składowane odpady komunalne i poprzemysłowe. Z tego względu największe zanieczyszczenie gleb wymienionymi związkami występuje w otoczeniu hut, elektrowni oraz w sąsiedztwie tras komunikacyjnych. Skoncentrowane w glebie metale ciężkie są przyswajane systemem korzeniowym oraz absorbowane z powietrza przez rośliny a następnie kumulowane w ich tkankach. Największa koncentracja metali ciężkich występuje w warzywach liściastych (sałata, szpinak, kapusta) oraz warzywach korzennych. Spożywanie takich produktów może prowadzić do problemów zdrowotnych - głównie układu pokarmowego, ale w dłuższej perspektywie czasowej może wywoływać zatrucie organizmu oraz uszkodzenie organów wewnętrznych. Metale ciężkie uszkadzają układ nerwowy, mają również właściwości rakotwórcze, szczególnie groźne są dla kobiet w ciąży.

Kolejną przyczyną degradacji gleb jest ich zasolenie, czyli zawartość soli - chlorków, siarczanów, azotanów czy węglanów. Zasolenie jest typową właściwością gleb w strefach klimatów suchych i półsuchych. W regionach, gdzie występuje wysokie parowanie, woda wynosi sole z głębszych warstw gleby ku powierzchni.  Podobny efekt ma miejsce podczas nieumiejętnego nawadniania pól, np. w nieodpowiedniej porze dnia. W klimatach chłodniejszych wzrost zasolenia wywołuje najczęściej stosowanie nadmiernych dawek nawozów mineralnych. Na zawartość soli w pedosferze wpływa także działalność człowieka. Większą koncentrację związków soli notuje się na terenach górniczych i przemysłowych oraz w pobliżu tras komunikacyjnych. Zwiększone zasolenie w sąsiedztwie dróg to efekt stosowania soli do utrzymania ich przejezdności zimą. Zmyta z powierzchni asfaltu sól trafia na okoliczne pola. Konsekwencją zasolenia gleby jest zakłócenie gospodarki wodnej roślin, co powoduje ich więdnięcie, przedwczesne zrzucanie liści, a nawet obumieranie.

Degradacja fizyczna

Fizyczna degradacja gleb obejmuje zmiany jej struktury. Strukturę gleby określa się na podstawie zlepiania ziaren mineralnych w agregaty o różnej wielkości i różnym kształcie. Do czynników kształtujących strukturę zalicza się: uziarnienie, zawartość i właściwości próchniczne, procesy nawilżania i osuszania. Struktura gleby wpływa w bezpośredni sposób na jej żyzność i urodzajność. Za najkorzystniejszą uważana jest struktura gruzełkowata, ponieważ zapewnia najlepszy bilans między częściami mineralnymi oraz wodą i powietrzem. W takiej glebie łatwiej kiełkują nasiona oraz wykształca się system korzeniowy. Rośliny mogą tu swobodnie pobierać wodę oraz składniki odżywcze, dostęp do tlenu zapewnia z kolei rozkład substancji przez organizmy żyjące w glebie.

Proces degradacji fizycznej może zachodzić na skutek:

  • zagęszczenia gleby,

  • zasklepienia gleby,

  • zmiany stosunków wodnych,

  • erozji wietrznej lub wodnej.

Przyczyną zagęszczenie gleby jest udeptywanie jej przez ludzi, wypasane zwierzęta gospodarcze lub stosowanie ciężkiego sprzętu rolniczego.  Dochodzi wówczas do zjawiska kompakcjikompakcjakompakcji. W odróżnieniu od wpływu zwierząt, ugniatających tylko wierzchnią warstwę, oddziaływanie ciężaru urządzeń rolniczych może sięgać nawet do metra w głąb ziemi. Ubita gleba nie tylko ogranicza wsiąkania wody, ale utrudnia również wzrost systemu korzeniowego. Najbardziej podatne na zagęszczanie są gleby gliniaste i ilaste. Szczególnie łatwo proces ten zachodzi kiedy gleba jest wilgotna.

Zmiana właściwości fizycznych gleby następuje również poprzez zasklepienie (uszczelnienie) gleby, występujące na obszarach zurbanizowanych.  Powstaje ono w wyniku pokrycia powierzchni gleby „okładziną” w postaci asfaltu, betonu czy kostki brukowej. Taka powierzchnia uniemożliwia wsiąkanie wody oraz odcina dopływ powietrza. Pozbawione dostępu do światła, wody i tlenu organizmy żywe obumierają. Proces glebotwórczy ustaje, a gleba ulega degradacji.

Odmianą degradacji fizycznej jest także zmiana stosunków wodnych gleby. Przekształcenia hydrologiczne mogą być wywołane suszą, nadmiernym odwodnieniem gruntów rolnych - na przykład w wyniku niewłaściwej melioracji lub występowaniem lejów depresyjnychlej depresyjnylejów depresyjnych. Niekorzystnie oddziałuje również nadmiar wody. Zmiana stosunków wodnych terenu ułatwia rozpoczęcie procesów erozji, czyli mechanicznego usuwania pedosfery i całkowitego zniszczenie profilu glebowego. W skrajnym przypadku prowadzi to do odsłonięcia skał podłoża. Zjawisko to szczegółowo omówiono w temacie „Erozja wietrzna i wodna gleb” .

Degradacja geotechniczna

Jedynym rodzajem degradacji, całkowicie związanym z działalnością człowieka jest degradacja geotechniczna, która następuje, kiedy profil glebowy ulega częściowemu lub całkowitym zniszczeniu. Tego rodzaju degradacja obserwowana jest w regionach odkrywkowej eksploatacji surowców mineralnych. Aby uzyskać dostęp do złóż surowcowych usuwana jest wierzchnia warstwa ziemi wraz z pedosferą. Równocześnie nieprzydatne skały nadkładu są gromadzone na ogromnych zwałowiskach, zakrywając kolejne połacie gleb. Podobne skutki obserwowane są w miejscach inwestycji komunikacyjnych (np. nasypy kolejowe).

RXDR58Jn7RkH9
Wydobycie surowców mineralnych trwale niszczy profil glebowy.

Zagrożenie degradacją gleb na świecie

Degradacja gleb jest zjawiskiem występującym na całym świecie. Według FAOFAOFAO, silna degradacja gleb obejmuje ponad 1,2 mld hektarów powierzchni, co stanowi około 8% obszaru lądów. Co każde 5 sekund degradacji ulega gleba wielkości boiska do piłki nożnej.  Największy odsetek terenów zagrożonych degradacją lub już zniszczonych występuje w Europie (15,2%), Afryce (10,7%) oraz w Azji (10,4%).

Najczęstszą przyczyną są naturalne zjawiska: erozja wodna i wietrzna.  Coraz większe zanieczyszczenie powietrza i wody pogłębia degradację chemiczną. Poszczególne kontynenty różnią się ze względu na rodzaj degradacji w zależności od uwarunkowań przyrodniczych oraz ekonomicznych. W klimatach wilgotnych przeważa erozja wodna, w gorących i suchych - erozja wietrzna oraz zasolenie gleb. W krajach o intensywnym rolnictwie postępuje degradacja chemiczna: zakwaszenie lub alkalizacja oraz kumulacja metali ciężkich. Silnie eksploatowana pedosfera ulega zmęczeniu, a na obszarach zurbanizowanych występuje zagęszczenie lub zasklepienie.

Regradacja gleb

Zarówno degradacja, jak i dewastacja to procesy zachodzące szybko. Niestety mogą one mieć charakter nieodwracalny albo wymagać wielkich nakładów środków i pracy na odtworzenie właściwości pedosfery. Przywracanie prawidłowych cech glebom, czyli regradacja, zależne jest od rodzaju przeobrażeń, obserwowanych skutków oraz wielkości obszaru, gdzie zarejestrowano niekorzystne zmiany.

Zapobieganie degradacji biologicznej jest jednym z prostszych działań. Bioróżnorodności organicznej gleby sprzyja stosowanie nawozów organicznych (np. obornika) oraz nawozów zielonych.  Zalecane jest także unikanie wieloletniej uprawy tej samej rośliny w danym miejscu.  Zmęczeniu i wyjałowieniu gleby zapobiega stosowanie płodozmianu, tj. sadzenie lub obsiewanie w kolejnych latach różnych roślin. Ten prosty sposób ograniczania spadku urodzajności znano już w średniowieczu - stosowano wtedy dwupolówkę lub trójpolówkę. Współcześnie popularne jest zmianowanie, czyli ustalona kolejność upraw, np. po uprawie roślin wymagających sadzi się te o mniejszych wymaganiach, rośliny motylkowe poprzedzają zaś uprawę roślin okopowych.

Ciekawostka

Niektóre z roślin wydzielają do podłoża substancje chemiczne, które mogą hamować lub - przeciwnie - stymulować kiełkowanie i wzrost nasion. Nie zaleca się np. uprawy lnu po grochu czy odwrotnie, podobnie jak źle oddziałują na siebie buraki i kapusta. Natomiast dobrze plonują: groch po ziemniakach lub burakach cukrowych i odwrotnie. Wiedzę o wzajemnej zależności roślin uprawnych można wykorzystać podczas uprawy na działce czy w przydomowym ogródku.

RD9B9divaM9bo

Na obszarach zagrożonych degradacją chemiczną, np. zakwaszeniem gleb, zabiegiem neutralizującym kwasowość jest wapnowanie gleby. W przypadku alkalizacji gleby stosuje się natomiast kwaśny torf, trociny, siarkę pylistą lub granulowaną, gips albo nawozy kwaśne, jak siarczan amonu.

Do usuwania metali ciężkich wykorzystuje się metodę fitoremediacjifitoremediacjafitoremediacji, polegającą na zastosowaniu roślin, które nie tylko są zdolne do wzrostu w takim środowisku, ale potrafią również absorbować toksyczne substancje z gleby. Właściwości takie posiada między innymi pokrzywa, koniczyna biała, topinambur czy gorczyca sarepska.

Przeciwdziałanie zasoleniu polega na racjonalnym nawadnianiu i stosowaniu nawozów mineralnych. Zaleca się także zwiększanie zawartość materii organicznej, szczególnie w przypadku gleb zwięzłych i podatnych na zatrzymywanie soli mineralnych.

Zagęszczenie gleby można ograniczyć, dostosowując pracę z ciężkim sprzętem rolniczym do warunków pogodowych. Rekomenduje się unikanie prowadzenia takich czynności w czasie dużego uwilgocenia gleby. Możliwe jest również stosowanie rozwiązań technicznych zmniejszających nacisk kół na powierzchnię. Glebę, która uległa już zagęszczeniu można poprawić stosując zabiegi spulchniające, np. głęboką orkę.

Najlepszą ochroną gleb przed zasklepieniem lub degradacja geotechniczną jest wcześniejsze planowanie inwestycji przemysłowych i komunikacyjnych. Wytyczanie nowych dróg czy osiedli powinno uwzględniać rodzaj i właściwości gleb zgodnie z ideą zrównoważonego rozwoju. Marnotrawstwem jest zabudowywanie lub niszczenie dobrej jakości gleb. Tam, gdzie inwestycje już powstały można rekultywować teren usuwając część betonowych lub asfaltowych powierzchni i zastępując je przepuszczalnymi materiałami.

Stosowanie wymienionych wyżej zabiegów może poprawić następstwa czynników przyrodniczych lub niewłaściwych działań człowieka. Jednak, zamiast naprawiać już powstałe szkody, lepiej jest zapobiegać ich powstawaniu poprzez umiejętne korzystanie z bogactwa, jakim jest pedosfera.

Słownik

edafon
edafon

nazwa organizmów żywych żyjących w przypowierzchniowej części gleby

FAO
FAO

Food and Agriculture Organization of the United Nations,  Organizacja Narodów Zjednoczonych do spraw Wyżywienia i Rolnictwa

fitoremediacja
fitoremediacja

metoda oczyszczania środowiska wykorzystująca właściwości niektórych gatunków roślin do pobierania z gleby i akumulowania zanieczyszczeń w tkankach

kompakcja
kompakcja

zmiany fizyczne gruntu polegające na zbliżaniu się do siebie cząstek lub ziaren mineralnych na skutek nacisku

lej depresyjny
lej depresyjny

strefa obniżonego zwierciadła wód gruntowych w stosunku do jego naturalnego poziomu

rolnictwo monokulturowe
rolnictwo monokulturowe

rodzaj prowadzonej gospodarki rolnej polegający na uprawie jednego gatunku rośliny, na tym samym obszarze przez dłuższy czas

wapnowanie gleb
wapnowanie gleb

zabieg agrotechniczny polegający na stosowaniu nawozów wapniowych w celu odkwaszenia gleby