Producenci rolni doskonale wiedzą, że rośliny uprawne, aby mogły zrealizować swój potencjał plonotwórczy, muszą być uprawiane w żyznej glebie. Oznacza to, że poza efektywnym gospodarowaniem wodą, która stanowi podstawowy czynnik plonotwórczy, prowadząc produkcję roślinną, w pierwszej kolejności należy zadbać o właściwy odczyn gleby i racjonalnie gospodarować materią organiczną. Następnie zaś opracować taki system nawożenia, który zapewni odpowiedni poziom zasobności gleby w przyswajalne i dostępne składniki pokarmowe, co umożliwi pokrycie uprawianym roślinom ich potrzeb pokarmowych. Przy czym znaczenie dwóch pierwszych czynników jest nadrzędne, gdyż nawet najlepsze nawożenie (zasobność gleby) nie przyniesie pożądanego efektu, gdy rośliny będziemy uprawiać na glebie kwaśnej lub o niskiej zawartości próchnicy. Wynika to z funkcji, które pełnią te czynniki w kształtowaniu żyzności gleby.

Wpływ odczynu na żyzność gleby

Odczyn gleby, którego miernikiem jest wartość pH, ma tak podstawowe znaczenie dla prawidłowego wzrostu i rozwoju roślin, że gdy jest niekorzystny (zwykle zbyt niski), rośliny reagują znacznym spadkiem plonu. Jednakże reakcji tej nie da się porównać z niedoborem żadnego ze składników pokarmowych, przykładowo azotu, fosforu czy potasu, gdyż w przeciwieństwie do ich niedoborów, które bezpośrednio ograniczają wzrost roślin, wartość pH ma kolosalny wpływ na środowisko ich życia, tj. glebę. Decyduje o tym, co żyje w danej glebie – od najmniejszego mikroorganizmu poprzez bakterie, grzyby, po rośliny uprawne (optymalne pH dla rozwoju pożytecznych mikroorganizmów poza grzybami, zwykle kształtuje się w zakresie odczynu obojętnego do zasadowego). Wpływa na toksyczność niektórych pierwiastków, przykładowo glinu, który może przy niskim pH (już poniżej 5,5) stanowić zagrożenie dla rozwoju roślin (glin ogranicza przede wszystkim rozwój systemu korzeniowego). Wpływa również na procesy wietrzenia minerałów i magazynowania składników pokarmowych w glebie (sorpcja), co decyduje o ilości składników pokarmowych dostępnych dla roślin.

Wartość pH ma także wpływ na jakość i tempo powstawania w glebie próchnicy (przyjmuje się, że największą wartość ma tzw. próchnica słodka, tj. wysycona jonami wapnia), jak również na procesy uwalniania z niej oraz z przyoranych nawozów organicznych i naturalnych składników pokarmowych. A przede wszystkim decyduje o dostępności składników pokarmowych z gleby dla roślin i to zarówno makro-, jak i mikroelementów. Poza tym odczyn ma bardzo istotny wpływ na strukturę gleby (wapń wraz z kwasami próchnicznymi, śluzami bakteryjnymi i minerałami ilastymi stanowi lepiszcze agregatów glebowych – gruzełków).

Korzystne oddziaływanie próchnicy na żyzność gleby

Próchnica nie tylko bierze udział w kształtowaniu struktury gleby (o czym wspomniano powyżej), lecz także jest m.in. odpowiedzialna za wiązanie oraz uwalnianie wody i składników pokarmowych roślinom. Gdy gleby są zasobne w próchnicę, mogą magazynować więcej wody i składników pokarmowych przez dłuższy okres niż wówczas, gdy są ubogie – przy mniejszych ich stratach (próchnica w stosunku do swojej masy może wchłonąć nawet 3-5-krotnie więcej wody). Jest to szczególnie ważne w warunkach suszy, gdyż rośliny uprawiane na glebach zasobnych w próchnicę w późniejszym okresie odczuwają niedobór wody.

Możliwość magazynowania i uwalniania składników pokarmowych wynika z tego, że w budowie chemicznej związków próchnicy wyróżnić można szereg grup funkcyjnych. Najważniejsze z nich to grupy karboksylowe, hydroksylowe, fenolowe i aminowe. Obecność trzech pierwszych powoduje, że próchnica ma ładunek wypadkowy ujemny. Oznacza to, że może się łączyć z kationami (np. Ca, Mg, K, Na, NH4, Fe, Zn), tworząc związki o budowie zbliżonej do soli.

Warto wiedzieć, że zdolność próchnicy do zatrzymywania i uwalniania kationów w określonych warunkach nazywa się sorpcją wymienną kationów (PWK), a proces ten w głównym stopniu decyduje o zaopatrzeniu roślin w te składniki pokarmowe. Poza tym należy mieć na uwadze, że materia organiczna wykazuje od 2 do 30 razy większą pojemność sorpcyjną niż koloidy mineralne. Zatem nawet na glebach cięższych, które są naturalnie bogatsze w koloidy mineralne, chcąc zachować żyzność gleby, należy systematycznie prowadzić działania na rzecz odtwarzania glebowej materii organicznej, która:

poprawia właściwości fizyczne gleby, np. zwiększa zwięzłość i lepkość gleb piaszczystych, a zmniejsza gliniastych (mniejsze koszty i więcej czasu na wykonanie zabiegów uprawowych);

bierze udział w kształtowaniu właściwości buforowych gleby;

nadaje glebie ciemne zabarwienie, przez co gleba szybciej się ogrzewa. Ma to szczególne znaczenie w okresie wiosennym, gdyż z jednej strony zwiększa dynamikę uwalniania składników pokarmowych z zasobów glebowych, a z drugiej korzystnie wpływa na wzrost roślin;

ogranicza erozję wodną i powietrzną gleb;

bierze udział w kształtowaniu właściwości biologicznych gleb (zawartość próchnicy jest dodatnio skorelowana z ilością mikroorganizmów glebowych), wykazując między innymi działanie fitosanitarne;

ogranicza uwstecznianie fosforu, a także wiąże składniki toksyczne;

stanowi również bezpośrednie źródło składników pokarmowych dla roślin, które się uwalniają do gleby w wyniku jej rozkładu. Przykładowo mineralizacja glebowego azotu organicznego w zależności od warunków kształtuje się w przybliżeniu na poziomie 1-2 proc. Zatem na glebach zasobnych w próchnicę dopływ azotu dostępnego z tego źródła może przekraczać nawet 100 kg N/ha rocznie (przeciętnie w Polsce jest to ok. 60 kg azotu). Przy czym wykorzystanie tego azotu przez rośliny uprawne zależy od bardzo wielu czynników, między innymi od gatunku uprawianej rośliny, gdyż w zdecydowanie większym stopniu korzystają z tego składnika rośliny przebywające na polu w okresie kalendarzowego lata (w tym czasie, jeśli gleba jest umiarkowanie wilgotna, występuje największa dynamika uwalniania azotu glebowego), przykładowo kukurydza czy buraki cukrowe, niż rośliny, które są zbierane w czasie żniw, takie jak rzepak czy zboża.

Zależności pomiędzy odczynem gleby a jej zasobnością w próchnicę

Są to tylko niektóre najważniejsze procesy, na które wpływ ma odczyn oraz zawartość próchnicy w glebie. Niemniej jednak podane przykłady w zupełności wystarczają, by stwierdzić, że utrzymywanie odpowiedniej wartości pH i zawartości materii organicznej w glebie jest kwestią podstawową, która w głównym stopniu decyduje o jej żyzności. Jednocześnie w świetle przedstawionych informacji rodzi się pytanie, czy i jakie występują związki oraz zależności pomiędzy tymi czynnikami. O ile przyjmuje się, że proces humifikacji (powstawania próchnicy glebowej) efektywnie może zachodzić tylko w warunkach uregulowanego odczynu, o czym wspomniano już powyżej, to znaczenie próchnicy w kształtowaniu odczynu gleby jest zdecydowanie bardziej złożone i dlatego należy je rozpatrywać co najmniej na kilku płaszczyznach.

Przede wszystkim trzeba mieć na uwadze, że próchnica bierze udział w kształtowaniu właściwości buforowych gleby. Są one związane z jej zdolnością do przeciwstawiania się nagłym zmianom odczynu pod wpływem działania czynników zakwaszających (np. mineralizacja nawozów organicznych i naturalnych czy stosowanie nawozów fizjologicznie kwaśnych) lub alkalizujących (np. stosowanie nawozów wapniowych). Główny mechanizm tego zjawiska jest związany z właściwościami sorpcyjnymi gleby – kompleksem sorpcyjnym i wymianą jonów. Polega on na wypieraniu/sorbowaniu jonów kwasowych (np. H+)/zasadowych (np. Ca2+) na drodze wyrównywania ich stężeń między kompleksem sorpcyjnym a roztworem glebowym.

Przykładowo, gdy w roztworze glebowym zwiększy się stężenie jonów wodorowych w wyniku nasilenia się procesów zakwaszających glebę, następuje ich sorpcja przez koloidy glebowe, ponieważ układ: kompleks sorpcyjny – roztwór glebowy dąży do wyrównania stężeń jonów H+. Zapobiega to zmianom wartości pH roztworu aż do momentu wyparcia wszystkich wymiennych kationów zasadowych do roztworu i nasycenia kompleksu sorpcyjnego jonami wodoru. Stąd też można uogólnić, że buforowość gleby w stosunku do jonów zakwaszających zwiększa się wraz ze wzrostem pojemności wymiany kationów (PWK) i nasycenia kompleksu sorpcyjnego kationami zasadowymi. Dlatego największe zdolności buforowe względem jonów zakwaszających wykazują gleby z wysoką zawartością próchnicy (wynika to z tego, że koloidy organiczne posiadają większą pojemność sorpcyjną niż koloidy mineralne), które są bogate w wapń oraz gleby ilaste zasobne w węglany. Natomiast w sytuacji przeciwnej, gdy w roztworze glebowym zwiększy się stężenie jonów zasadowych (np. w wyniku zastosowania nawozów wapniowych), to przykładowo jony wapnia dążąc do wyrównania stężeń, wchodzą do kompleksu sorpcyjnego, wypierając z niego zakwaszające jony H+ oraz Al3+ do roztworu. Wartość pH roztworu glebowego nie wzrośnie aż do momentu zobojętnienia wszystkich wymiennych jonów kwasowych.

Zatem wynika z tego wniosek, że buforowość gleby w stosunku do jonów zasadowych jest tym większa, im większy jest kompleks sorpcyjny (PWK) i jego nasycenie kationami o charakterze kwasowym. Dlatego przyjmuje się, że gdy właściwości buforowe nie zostaną przełamane (działanie ww. czynników jest stosunkowo nieduże), to odczyn gleby w dłuższym okresie utrzymuje się na względnie stałym poziomie. Stąd też w praktyce regulację odczynu zwykle wykonuje się co kilka lat (nie ma potrzeby corocznego stosowania nawozów wapniowych). Obowiązuje zasada, że im gleba jest lepiej zbuforowana (m.in. zawiera więcej próchnicy), tym wapnujemy rzadziej, stosując większe dawki wapna.

Jednocześnie trzeba mieć na uwadze, że zastosowanie zbyt niskich dawek nawozów wapniowych może nie przyczynić się do podniesienia pH gleby, ponieważ nie dojdzie do przełamania jej właściwości buforowych.

Rozkład materii organicznej

Prowadzi on do uwalniania składników pokarmowych, co oczywiście jest korzystne, ale również do uwalnia zakwaszających jonów H+. Poza tym należy mieć na uwadze, że pierwszym produktem rozkładu azotu organicznego jest jon amonowy (NH4+), który z jednej strony jest pobierany przez rośliny, lecz z drugiej z czasem ulega utlenieniu (nitryfikacji) w glebie do jonu azotanowego (NO3-). Również w tym procesie uwalniane są do gleby zakwaszające jony H+. Zatem wysoka zawartość próchnicy w glebie, która ze względu na jej funkcje jest jak najbardziej pożądana, stanowi również większy potencjał do uwalniania zakwaszających jonów wodoru, co może szczególnie przyczynić się do spadku odczynu gleb, które są ubogie w składniki odkwaszające (zwłaszcza w wapń).