serwis inżynierii i ochrony środowiska
GreenWorld

Gleba

Gleba jest integralnym składnikiem ekosystemów lądowych i niektórych płytkowodnych i jako samodzielny twór, powstaje pod wpływem czynników środowiska nazywanych czynnikami glebotwórczymi. W ten sposób właściwości gleby zależą od zmiennych takich jak: organizmy żywe, klimat, rzeźba terenu, materiał macierzysty, warunki wodne, działalność człowieka, czy czas. Czynniki glebotwórcze działające łącznie na jakimś obszarze tworzą lokalne środowisko glebotwórcze □
Gleba odpowiada za kluczowe funkcje ekosystemu, takie jak produkcja żywności i biomasy, recykling składników odżywczych oraz zrównoważony rozwój i różnorodność biologiczna ekosystemów lądowych. Gleba przyczynia się również do regulacji klimatu poprzez sekwestrację węgla w postaci materii organicznej i redukuje emisję gazów cieplarnianych, takich jak CO₂ i N2O. Ponadto gleba odgrywa zasadniczą rolę w regulacji cyklu wodnego poprzez magazynowanie wody oraz degradację i unieruchomienie zanieczyszczeń, zapewniając czyste powietrze, glebę i wodę. Gleba zapewnia również fizyczne wsparcie dla działalności człowieka i struktur. Z tych powodów rola gleby w produkcji żywności i leśnictwie oraz regulacja klimatu są kluczowymi obszarami badawczymi w kontekście wzrostu populacji ludzkiej, zmieniających się wzorców pogodowych i zmian w użytkowaniu gruntów. Degradacja gleby, będąca wynikiem działalności człowieka, wpływa na duże obszary świata i ma bezpośredni wpływ na jej funkcje, podkreślając potrzebę zapobiegania degradacji poprzez przyjęcie zrównoważonych praktyk zarządzania i udoskonalenie technologii rekultywacji gleby.

Gleby pełnią pięć kluczowych funkcji w globalnym ekosystemie i służą jako:

a) środowisko wzrostu roślin

Jako kotwica dla korzeni roślin i zbiornik na potrzebną wilgoć, gleba zapewnia gościnne miejsce do zakorzenienia się rośliny. Niektóre z właściwości gleby wpływające na wzrost roślin obejmują: teksturę gleby (grubą lub drobną), wielkość agregatów, porowatość, napowietrzenie (przepuszczalność) i pojemność wodną. Ważną funkcją gleby jest magazynowanie i dostarczanie składników odżywczych roślinom. Zdolność do wykonywania tej funkcji jest określana jako żyzność gleby. Zawartość gliny i materii organicznej (OM) w glebie bezpośrednio wpływa na jej żyzność. Większa zawartość gliny i OM generalnie prowadzi do większej żyzności gleby.

b) regulator dostaw wody 

Gdy deszcz lub śnieg spada na ziemię, gleba wchłania i magazynuje wilgoć do późniejszego wykorzystania. Tworzy to zbiornik dostępnej wody dla roślin i organizmów glebowych, w którym mogą żyć między opadami deszczu lub nawadnianiem. Gdy gleby są bardzo wilgotne, bliskie nasycenia, woda przemieszcza się w dół przez profil glebowy, chyba że zostanie wciągnięta z powrotem w kierunku powierzchni przez parowanie i transpirację roślin. Ilość wody, jaką gleba może zatrzymać wbrew sile grawitacji, nazywa się jej pojemnością wodną (WHC). Ta właściwość jest ściśle związana z liczbą bardzo małych mikroporów obecnych w glebie ze względu na wpływ kapilarności. Szybkość przemieszczania się wody do gleby (infiltracja) zależy od jej tekstury, stanu fizycznego (struktury gleby i jej uprawy) oraz ilości pokrywy roślinnej na powierzchni gleby. Grube (piaszczyste) gleby umożliwiają szybką infiltrację, ale mają mniejszą zdolność magazynowania wody ze względu na ich ogólnie duże rozmiary porów. Gleby o drobnej teksturze mają mnóstwo mikroporów, co pozwala im zatrzymywać dużo wody, ale powoduje również powolną infiltrację wody. Materia organiczna ma tendencję do zwiększania zdolności wszystkich gleb do zatrzymywania wody, a także zwiększa szybkość infiltracji gleb o drobnej teksturze.

c) recykler surowców

Jako recykler surowców gleba pełni jedną ze swoich najważniejszych funkcji w globalnym ekosystemie. Rozkład martwych roślin, zwierząt i organizmów przez florę i faunę glebową (np. bakterie, grzyby i owady) przekształca ich szczątki w prostsze formy mineralne, które są następnie wykorzystywane przez inne żywe rośliny, zwierzęta i mikroorganizmy w tworzeniu nowych żywych tkanek i próchnicy glebowej. Na szybkość rozkładu materiałów organicznych w glebie wpływa wiele czynników. Głównymi czynnikami determinującymi szybkość rozkładu są środowisko fizyczne gleby i skład chemiczny rozkładających się materiałów. Poziomy aktywności rozkładających się organizmów są w dużym stopniu uzależnione od ilości obecnej wody i tlenu oraz temperatury gleby. Skład chemiczny materiału, zwłaszcza ilość obecnego w nim pierwiastka azotu, ma duży wpływ na „strawność” dowolnego materiału przez organizmy glebowe. Więcej azotu w materiale zwykle skutkuje szybszym rozkładem. Poprzez procesy rozkładu i tworzenia próchnicy gleby mają zdolność magazynowania dużych ilości węgla atmosferycznego i niezbędnych składników odżywczych dla roślin. Ten biologicznie aktywny węgiel może pozostawać w materii organicznej gleby przez dziesięciolecia, a nawet stulecia. To tymczasowe magazynowanie węgla w materii organicznej gleb i biomasy nazywa się sekwestracją węgla. Glebowy węgiel organiczny został zidentyfikowany jako jeden z głównych czynników utrzymujących równowagę globalnego cyklu węglowego. Praktyki zarządzania gruntami, które wpływają na poziom materii organicznej gleby, zostały szeroko zbadane i często są cytowane jako mające potencjał wpływania na występowanie globalnej zmiany klimatu.

d) siedlisko dla organizmów glebowych

Gleba roi się od żywych organizmów o różnych rozmiarach. Od dużych, łatwo widocznych korzeni roślin i zwierząt, po bardzo małe roztocza i owady, aż po mikroskopijnie małe mikroorganizmy (np. bakterie i grzyby). Mikroorganizmy są głównymi rozkładaczami gleby i wykonują większość pracy polegającej na przekształcaniu i recyklingu starych, martwych materiałów w surowce potrzebne do wzrostu nowych roślin i organizmów. Większość organizmów żyjących na Ziemi potrzebuje kilku podstawowych elementów: powietrza, pożywienia, wody i miejsca do życia. Rozkładacze w glebie potrzebują odpowiedniego środowiska fizycznego lub „siedliska”, aby wykonywać swoją pracę. Woda jest niezbędna do działania wszystkich organizmów glebowych, ale mogą one istnieć w stanie uśpienia przez długie okresy, gdy wody nie ma. Większość organizmów żywych jest „tlenowa” (wymaga tlenu), w tym korzenie roślin i mikroorganizmy, jednak niektóre ewoluowały, aby rozwijać się, gdy brakuje tlenu (beztlenowce). Większa porowatość gleby i szeroki zakres rozmiarów porów (średnicy) w glebie umożliwiają tym organizmom łatwiejsze „oddychanie”. Typ tekstury gleby ma duży wpływ na dostępne siedlisko dla organizmów glebowych. Drobniejsze gleby mają większą liczbę małych „mikroporów”, które zapewniają siedlisko dla mikroorganizmów, takich jak bakterie i grzyby. Oprócz potrzeby odpowiedniego siedliska, wszystkie organizmy glebowe wymagają pewnego rodzaju materiału organicznego, aby wykorzystać go jako źródło energii i węgla, innymi słowy, wymagają pożywienia. Duża ilość świeżej materii organicznej zapewni silną populację organizmów glebowych.

e) środowisko do kształtowania krajobrazu i inżynierii

Gleby są materiałem bazowym dla dróg, domów, budynków i innych konstrukcji na nich wznoszonych, ale właściwości fizyczne różnych typów gleb są bardzo zmienne. Właściwości, które są przedmiotem zainteresowania w zastosowaniach inżynieryjnych i budowlanych, obejmują: wytrzymałość nośną, ściśliwość, konsystencję, wytrzymałość na ścinanie i potencjał kurczenia się i pęcznienia. Na te zmienne inżynieryjne wpływają najbardziej podstawowe właściwości fizyczne gleby, takie jak tekstura, struktura, rodzaj minerału ilastego i zawartość wody. Zastosowania krajobrazowe obejmują skalę od budowy mostów i dróg wokół węzłów autostradowych po dziedzińce i tereny zielone wokół obiektów komercyjnych, a także niwelacje i trawniki osiedli mieszkaniowych. We wszystkich tych przypadkach należy wziąć pod uwagę zarówno funkcje fizyczne, jak i ekologiczne gleb. □