Gleba tętni życiem szeregu podziemnych organizmów, począwszy od bakterii i grzybów po owady, dżdżownice i krety. Cała ta bogata różnorodność biologiczna jest źródłem niezmierzonych korzyści. Warunki bytowania wszystkich roślin oraz zwierząt lądowych zależą od złożonych procesów, jakie zachodzą w glebie. Utrata różnorodności biologicznej oraz zmiany klimatyczne są jednymi z najbardziej palących wyzwań naszych czasów. Bioróżnorodność gleby może częściowo rozwiązać oba te problemy, jednak i ona jest stale zagrożona, w znacznym stopniu przez działalność człowieka. Na naszych barkach spoczywa zatem odpowiedzialność za zachowanie jakości gleby, zanim będzie zbyt późno i zanim żyjące w niej gatunki oraz ich delikatne środowisko zostaną utracone.

Jakie funkcje pełni gleba?

Według Organizacji Narodów Zjednoczonych ds. Wyżywienia i Rolnictwa gleby pełnią liczne i bardzo ważne dla przyrody i działalności człowieka funkcje, a mianowicie:

  1. stanowią siedlisko (środowisko) życia organizmów żywych, które są m.in. źródłem substancji leczniczych i stanowią ogromny zasób genetyczny,
  2. dostarczają żywności, włókna i paliwa,
  3. oczyszczają wodę i redukują poziom zanieczyszczeń,
  4. umożliwiają gromadzenie (sekwestrację) węgla organicznego,
  5. wpływają na klimat i obieg pierwiastków,
  6. zmniejszają zagrożenie powodzią,
  7. stanowią podstawę pod infrastrukturę,
  8. dostarczają materiałów dla przemysłu,
  9. stanowią dziedzictwo kulturowe.

Większość z wymienionych funkcji gleb, zwłaszcza sześć pierwszych, jest ze sobą ściśle powiązana, a w przebiegu i realizacji tych funkcji kluczową rolę odgrywają żywe elementy gleb, czyli zasiedlające je mikro- i makroorganizmy, w tym również korzenie roślin. Na przykład obieg pierwiastków w przyrodzie, zwłaszcza tak ważnych jak azot (N), węgiel (C) czy fosfor (P), jest ściśle powiązany z rozkładem i mineralizacją materii organicznej (nawozy naturalne i organiczne, resztki pożniwne, odpady organiczne), a procesy te przeprowadzane są głównie przez mikroorganizmy glebowe, przy współudziale mezo- i mikrofauny glebowej (roztocza, dżdżownice).

A ile jest mikroorganizmów w glebach? Szacunkowa liczebność różnych grup mikroorganizmów w 1 g gleby jest następująca: bakterie – od 10 mln aż do 10 mld, grzyby – od 100 tys. do 10 mln (lub 200 mb grzybni), glony – od 1 tys. do 1 mln, pierwotniaki – od 1 tys. do 100 tys. oraz dżdżownice – od 30 do 300 szt./m2. A jak zróżnicowane są mikroorganizmy glebowe? Najnowsze badania przeprowadzone za pomocą metod molekularnych wskazują, że w 1 g gleby może znajdować się, w zależności od rodzaju i żyzności gleby, od 10 tys. do 50 tys. gatunków mikroorganizmów!

Jeszcze bardziej wymowne niż liczebności są wartości biomasy organizmów glebowych. Wyliczono, że biomasa wszystkich wymienionych powyżej grup organizmów wynosić może kilkanaście ton na jednym hektarze – jest to istotnie bardzo duża wartość, która wskazuje, że biomasa ta i efekty jej aktywności są bardzo ważne dla gleb i ich funkcji!

Udział gleby w przyrodniczym obiegu węgla i azotu

W wyniku mikrobiologicznego rozkładu i transformacji materii organicznej uwalniany jest do atmosfery dwutlenek węgla (CO₂), który z kolei pobierany jest przez rośliny do budowy ich biomasy w procesie fotosyntezy, a znaczna część tej biomasy wraca do gleby. Warto pamiętać, że nie cały C organiczny zawarty w biomasie ulega przemianom do CO₂, lecz znaczna jego część pozostaje w glebie (sekwestracja węgla) w postaci substancji humusowych, czyli próchnicy, a jej zawartość jest jednym z najważniejszych czynników decydujących o fizycznej strukturze (gruzełkowatość, wymiana gazowa) i zdolności gleby do magazynowania wody oraz składników pokarmowych. Próchnica glebowa ma także bardzo duże znaczenie w kształtowaniu tzw. właściwości buforowych gleby, czyli jej odporności na chemiczne czynniki degradujące środowisko glebowe, np. zakwaszenie. Rozkład i humifikacja materii organicznej są procesami bardzo złożonymi, a ich tempo uzależnione jest od wielu czynników środowiskowych, takich jak właściwości fizyczne gleby i jej wilgotność oraz od składu chemicznego nawozów organicznych i resztek roślinnych.

W obiegu i przemianach związków azotu (N) mikroorganizmy odgrywają również bardzo ważną rolę. Na przykład resztki pożniwne zbóż są ubogie w azot, a przy jego niedoborze w glebie może dochodzić do znacznego zahamowania szybkości ich mikrobiologicznego rozkładu i okresowego zmniejszenia dostępności N dla roślin.

W wyniku rozkładu i mineralizacji materii organicznej uwalniany jest azot amonowy (NH₄), który może być pobierany przez korzenie roślin, ale także również znaczna jego część ulega dalszym przemianom, czyli nitryfikacji przez bakterie do formy azotanowej (NO₃), która także pobierana jest przez rośliny. Niestety, azot azotanowy może być także łatwo wymywany do głębszych warstw gleby i do wód powierzchniowych, co z kolei prowadzić może do jego strat i zanieczyszczenia środowiska!

Straty azotu powstawać mogą także w wyniku mikrobiologicznego procesu denitryfikacji, czyli przemiany azotu azotanowego do azotu gazowego N₂ (powrót do atmosfery). Proces ten przebiega jednak w warunkach beztlenowych i w przypadku gleb uprawnych zachodzi on tylko w głębszych warstwach gleb lub np. w wyniku ich ubicia i dłuższego zalania wodą.

Bardzo ważnym elementem w obiegu N w przyrodzie jest proces biologicznego wiązania azotu atmosferycznego, który zachodzi wyłącznie przy udziale bakterii. Z rolniczego punktu widzenia najważniejsze są bakterie brodawkowe (Rhizobium, Bradyrhizobium i inne) wiążące N atmosferyczny w symbiozie z korzeniami roślin bobowatych (motylkowatych). Malutkie bakterie symbiotyczne, zaopatrując rośliny motylkowate w azot, najważniejszy pierwiastek plonotwórczy, zastępują w jakimś stopniu ogromną fabrykę nawozów azotowych, np. w Puławach. Przykładowo, bakterie brodawkowe w symbiozie z grochem mogą związać nawet do 150 kg N/ha. Większość tego azotu wynoszona jest z plonem nasion roślin bobowatych, ale trzeba też pamiętać, że znaczna jego część zawarta w resztkach pozbiorowych pozostaje w glebie. Resztki roślin motylkowatych, bogate w azot i inne składniki, korzystnie wpływają na żyzność i strukturę gleby m.in. dlatego, że stymulują aktywność mikroorganizmów, które rozkładając te resztki, uwalniają azot mineralny dla roślin następczych, a rozkład innych składników, takich jak np. celuloza, przyczynia się do wzbogacenia gleby w próchnicę.

Drobnoustroje glebowe a obieg fosforu

Fosfor (P) jest drugim pod względem ważności składnikiem pokarmowym dla roślin. W skomplikowanych przemianach związków fosforowych zachodzących w glebach bardzo ważne są dwa procesy: uruchamianie (rozpuszczanie) nierozpuszczalnych form P nieorganicznego oraz mineralizacja organicznych związków tego pierwiastka. W obydwu wymienionych procesach mikroorganizmy glebowe, a szczególnie te zasiedlające ryzosferę, np. bakterie z rodzajów Bacillus czy Pseudomonas i grzyby z rodzaju Penicillium, odgrywają bardzo istotną rolę. Na przykład kwasy mineralne i organiczne produkowane przez drobnoustroje glebowe mogą istotnie przyczyniać się do rozpuszczania nieprzyswajalnych związków P, a zwłaszcza trójfosforanów wapnia. Natomiast wytwarzane przez mikroorganizmy enzymy takie jak fitazy czy fosfatazy mają duże znaczenie w mineralizacji organicznych form P glebowego. Procesy te są szczególnie ważne w przypadku uprawy roślin wg zasad rolnictwa ekologicznego, w którym wzbogacanie gleb w składniki odżywcze dla roślin odbywa się głównie poprzez stosowanie nawozów naturalnych i kompostów, bogatych w organiczne formy pierwiastków plonotwórczych.

Bioremediacja, czyli naturalny proces odkażania gleby 

Jedną z ważniejszych funkcji gleb wymienionych na początku artykułu jest oczyszczanie i detoksykacja różnych substancji dostających się do środowiska w wyniku działalności człowieka (ksenobiotyków). Kluczowy udział w tych procesach mają przede wszystkim mikroorganizmy glebowe, bowiem ich niezwykła różnorodność, duża aktywność i zdolności przystosowawcze powodują, że nie tylko środki ochrony roślin, powszechnie stosowane w nowoczesnym rolnictwie, ale również inne substancje, np. zanieczyszczenia przemysłowe, ulegają rozkładowi do związków prostszych, na ogół mniej toksycznych lub nieaktywnych biologicznie. Trzeba jednak pamiętać, że nie wszystkie zanieczyszczenia ulegają biodegradacji, takimi są np. pierwiastki śladowe (metale ciężkie), cynk, ołów czy kadm.

Gleba na uwrociach poddawana jest często silnemu ugniataniu, co wywołuje zdecydowane pogorszenie jej żyzności
Gleba na uwrociach poddawana jest często silnemu ugniataniu, co wywołuje zdecydowane pogorszenie jej żyzności

We wcześniejszych numerach miesięcznika „Farmer” pisałem, że mikroorganizmy są wszędobylskie, a każda gleba zawiera ich miliony, a nawet miliardy (w jednym gramie) i że każda gleba zasiedlona jest przez wszystkie najważniejsze rodzaje mikroorganizmów, jakie są niezbędne do przeprowadzania wszystkich ważnych procesów zachodzących w glebach i decydujących o ich żyzności. Przypominam o tym także i tym razem, m.in. dlatego, że bardzo często słyszymy i czytamy o tym, jak to rolnictwo konwencjonalne (intensywne) przyczynia się do degradacji, także mikrobiologicznej, gleb. Te opinie nie są na ogół prawdziwe! Rolnicy wcale nie muszą stosować jakichś specjalnych zabiegów i nadzwyczajnych preparatów, które rzekomo regenerują gleby. Wystarczy, że będą troszczyć się o zachowanie żyzności gleb tradycyjnymi metodami, czyli będą stosować:

  • racjonalne nawożenie NPK i ewentualnie mikroelementami,
  • w miarę możliwości jak najczęstsze nawożenie organiczne,
  • okresowe wapnowanie gleb,
  • w miarę możliwości zróżnicowany płodozmian. W takich glebach świat wszelkich organizmów będzie jeszcze bardziej bogaty i aktywny.

I na koniec „złota myśl” znanego polskiego gleboznawcy prof. S. Miklaszewskiego:

Z glebą łączy nas wszystko. Żyjemy dla niej i z niej.