Gleba jest układem trójfazowym, składającym się z fazy stałej (minerały glebowe, substancja organiczna), ciekłej (woda glebowa) i gazowej (powietrze glebowe). Dodatkowo występują w niej organizmy żywe.
Skład materiału glebowego i stosunek objętościowy faz definiuje właściwości fizyczne gleby, takie jak:
- skład granulometryczny – zależy od wielkości cząstek materii mineralnej w glebie
- gęstość – stosunek masy fazy stałej gleby do jej objętości
- porowatość – występowanie wolnych przestworów między elementami stałej fazy gleby
- konsystencja – określa stan gruntu spoistego zależnego od ilości zawartej w nim wody
- struktura – stan zagregowania, tzn. przestrzennego powiązania cząstek elementarnych fazy stałej gleby
- lepkość – zdolność przylegania cząstek do innych przedmiotów
- zwięzłość – opór, który gleba stawia narzędziom podczas jej uprawy
Porowatość gleby
Gleba ma strukturę porowatą, występują w niej wolne przestrzenie nazywane porami, które mogą być wypełnione wodą lub powietrzem.
Porowatość wyraża się w procentach objętościowych (V/V) jako stosunek objętości wolnych przestrzeni do całkowitej objętości.
Główny wpływ na tę cechę ma struktura gleby, a w mniejszym stopniu jej uziarnienie, czyli skład granulometryczny.
Pory glebowe pod względem średnicy dzielimy na:
- makropory – śr. > 8,5 µm
- mezopory – śr. 0,2–8,5 µm
- mikropory – śr. < 0,2 µm
Jeden µm (mikrometr) to 0,001 mm.
Przeciętnie spotykane wartości porowatości dla poszczególnych typów gleb są następujące:
- gleby piaszczyste 35–45%
- gleby gliniaste i lessy 40–50%
- gleby ilaste i wysoko próchniczne 50–60%
- gleby torfowe i podłoża ogrodnicze 80–90%
Generalnie im większa porowatość gleby tym lepsze są warunki do rozwoju korzeni pod warunkiem, że jest wystarczająco dużo mezoporów, które mogą być wypełnione wodą lub powietrzem.
Przykładowo, w glebach gliniastych i ilastych o zniszczonej strukturze będą dominowały mikropory i pomimo wysokiej porowatości ogólnej takie gleby mogą być trudne do uprawy, a z powodu deficytu powietrza nie zapewniają dobrych warunków dla rozwoju korzeni.
Z tego powodu bardzo ważne jest, aby dbać nie tylko o porowatość ogólną, ale również o optymalną strukturę, która odpowiada za właściwe napowietrzenie gleby. Zazwyczaj największa porowatość gleby jest bezpośrednio po orce lub innym zabiegu uprawowym. Z czasem gleba zaczyna osiadać pod wpływem grawitacji, opadów deszczu lub nawad- niania, pracy maszyn i ludzi, a także po zalaniu.
Pojemność powietrzna i wodna gleby
Pojemność powietrzna gleby jest kluczowa dla prawidłowego oddychania korzeni. Po obfitych opadach przy pełnej pojemności wodnej gleby, powietrze występuje w porach o średnicy powyżej 30 µm. Mniejsze pory są wypełnione wodą. Jeżeli pole nie jest zdrenowane lub występuje podeszwa płużna albo inna warstwa nieprzepuszczalna to dochodzi do zalania gleby. W trakcie zalania gleby następuje rozpad agregatów glebowych, ponieważ zamierają mikroorganizmy glebowe.
Pojemność wodna i powietrzna gleby są w stanie dynamicznej równowagi. Po obfitych opadach, z powodu nadmiaru wody zmniejsza się pojemność powietrzna. Gdy woda przesiąknie / odparuje / zostanie pobrana przez rośliny to jej miejsce zajmie powietrze.
Dużym problemem na glebach zwięzłych jest zaskorupianie się tworzenie skorupy glebowej. Problem ten jest bardzo istotny, zwłaszcza dla roślin o długim okresie kiełkowania.
Struktura gleby
Jednym z najważniejszych czynników decydujących o produktywności gleb jest ich struktura. Określa ona rodzaj i sposób wzajemnego powiązania składowych cząstek fazy stałej gleby oraz ich układ przestrzenny. Decyduje między innymi o zatrzymywaniu wody przez glebę i zapewnia dostęp powietrza (tlen) dla korzeni.
Wzajemny układ stałych cząstek gleby tworzący jej przestrzenny układ nazywamy strukturą. Poszczególne cząstki gleby mogą być od siebie niezależne lub być połączone różnymi, mniej lub bardziej trwałymi elementami zlepiającymi je ze sobą, tworząc w ten sposób agregaty glebowe.
Agregaty glebowe mogą być różnej wielkości i kształtów.
Głównymi czynnikami odpowiedzialnymi za strukturę gleby jest jej uziarnienie (skład granulometryczny), substancja organiczna – tj. próchnica i materia organiczna oraz mikroflora.
Biorąc pod uwagę tę cechę możemy wyróżnić gleby bezstrukturalne (rozdzielno-ziarniste) i gleby o strukturze agregatowej.
Rodzaje struktur gleby:
- agregatowa – występuje w warstwach próchnicznych np. gruzełkowa, ziarnista, płytkowa, słupkowa, orzechowa
- bez-agregatowa – rozdzielno-ziarnista, gdzie poszczególne cząstki nie są ze sobą połączone, co jest typowe dla gleb piaszczystych i żwirowych
- spójna (spoista, zwarta, masywna) – typowa dla gleb bardzo ciężkich, gdzie cząstki tworzą jednolitą masę
- włóknista – typowa dla gleb torfowych.
Struktura agregatowa
W glebach użytkowanych rolniczo najbardziej pożądana jest struktura agregatowa zapewniająca z jednej strony właściwą równowagę pomiędzy powietrzem a wodą, a z drugiej umożliwiająca w miarę szybkie odprowadzenie nadmiaru wody po intensywnych opadach.
Agregaty umownie dzielimy na mikrocząstki o średnicy <0,25 mm i makrocząstki o średnicy 0,25–10 mm.
Najdrobniejsze agregaty są najbardziej odporne na uszkodzenia, ale ich nadmiar zbytnio zwiększa pojemność wodną.
Większe agregaty są bardziej podatne na rozpad, ale zapewniają dobre właściwości powietrzno-wodne.
Biorąc pod uwagę użytkowanie rolnicze, najbardziej pożądane są agregaty o wielkości 2–4 mm.
Warstwa orna o dobrych właściwościach fizycznych charakteryzuje się zróżnicowanym składem agregatów i zachowuje określone proporcje gruzełków różnej wielkości.
Tylko taka budowa zapewnia właściwe stosunki powietrzno-wodne.
Dzięki odpowiedniej wielkości agregatów glebowych powstają kapilary wypełnione wodą wewnątrz gruzełków i powietrzem między nimi.
Struktura gruzełkowata gwarantuje zmniejszenie zwięzłości gleby, co z kolei stwarza korzystne warunki dla rozwoju flory i fauny glebowej oraz ułatwia uprawę.
Niezmiernie istotne jest, aby taka struktura była trwała tzn. odporna na czynniki mechaniczne związane z zabiegami agrotechnicznymi i odporna na niszczące działanie wody podczas intensywnych opadów lub okresowego zalania.
W dużym stopniu jest to zależne od próchnicy i mikroflory.
Czynniki i zabiegi strukturotwórcze
Lepiszczem odpowiedzialnym za swoiste sklejanie agregatów glebowych jest próchnica, uwodnione cząsteczki ilaste i niektóre jony (głównie wapnia) oraz wydzieliny fauny i flory glebowej.
Wśród czynników odpowiedzialnych za strukturę gruzełkowatą możemy wymienić:
- skład granulometryczny (zwłaszcza najmniejsze cząstki ilaste)
- rodzaj i ilość lepiszcza
- zawartość i rodzaj próchnicy
- materię organiczną
- mikroflorę glebową (liczebność i rodzaj mikroorganizmów)
- faunę glebową (zwłaszcza dżdżownice)
- korzenie roślin i ich wydzieliny
- odczyn gleby i zawartość wapnia
- uprawę roślin strukturotwórczych
- zabiegi uprawowe.
Do powstawania struktury gruzełkowatej gleby przyczyniają się procesy fizyczne, chemiczne i biologiczne. Naprzemienne występowanie hydratacji i wysychania koloidów, ich pęcznienie i kurczenie, zamarzanie i rozmarzanie gleby, obecność fauny glebowej (zwłaszcza dżdżownic), a także fizyczne oddziaływanie rozwijających się korzeni roślin i uprawki działają strukturotwórczo.
To właśnie zmiany wywołane wpływem przebiegu pogody, agrotechnika i uprawa roślin wpływają na zmiany struktury gleby w okresie wegetacji.
Prowadząc umiejętnie agrotechnikę oraz stosując specjalistyczne preparaty, wspomagające budowanie zasobności gleb w próchnicę, można poprawić jej strukturę.
Również poprzez uprawę odpowiednich roślin można poprawić lub pogorszyć właściwości gleby.
Generalnie rośliny zbożowe dominujące w naszych płodozmianach działają destrukcyjnie na strukturę gleby, zwłaszcza kukurydza.
Z kolei duży udział w zmianowaniu gatunków bobowatych, takich jak groch, łubin, fasola, soja, koniczyny, seradela, lucerna – działa pozytywnie. Korzenie tych roślin są liczne, grube i głębokie z bogatą mikroflorą. Dzięki temu w glebie powstają głębokie kanały, przez które może przemieszczać się woda i powietrze. Duża masa resztek pożniwnych jest pokarmem dla mikroorganizmów i substratem do powstania próchnicy, jeśli zostanie prawidłowo rozłożona.
Za wspomaganie tego procesu są odpowiedzialne wyspecjalizowane mikroorganizmy glebowe, które wytwarzają enzymy celulolityczne i ligninolityczne.
Dodatkowo wiązanie azotu przez symbiotyczne brodawkowe i azotowe bakterie wolnożyjące przyczynia się do wzbogacenia gleby w azot. Z tego powodu warto przynajmniej stosować poplony z udziałem roślin bobowatych.
Podobne efekty można uzyskać po trwałych użytkach zielonych. Dobre stanowisko pozostawia również rzepak i ziemniak.
Reasumując – należy podkreślić, że stosunkowo łatwo i szybko jest zniszczyć strukturę gleby, a obudować ją jest dość trudno i jest to proces powolny.
