Za podstawową jednostkę w obliczeniach bilansu próchnicy przyjęto 1 kg węgla C_org. w shumifikowanej masie organicznej. Oznacza to, że w 1 kg próchnicy znajduje się 0,58 kg węgla, a więc 1 kg C odpowiada 1,72 kg próchnicy. Wartości współczynników reprodukcji i degradacji dla różnych roślin i różnych rodzajów gleb odpowiadają zatem ilości s. m. materii organicznej w t/ha, o jaką gleba zostanie wzbogacona (+) lub zubożona (-) w wyniku jednorocznej uprawy.

Wskaźniki jakości materii organicznej zamiast współczynników

Obecnie bezsporne jest, że obliczanie bilansu próchnicy w gospodarstwie czy też lokalnie w oparciu o wartości współczynników reprodukcji i degradacji materii organicznej nie odzwierciedla faktycznej zawartości węgla organicznego w glebie oznaczonej w laboratorium. Ponadto występuje znaczny brak spójności pomiędzy wynikami analiz dokonywanymi różnymi metodami analitycznymi (badania porównawcze w profilach wzorcowych, modele zmian zawartości węgla w glebie), a bilansem węgla na podstawie współczynników reprodukcji/degradacji. Jedną z przyczyn wspomnianego zróżnicowania wyników ocen może być brak zaktualizowanych i zaadaptowanych do krajowych warunków współczynników bilansowania materii organicznej w glebie dla poszczególnych upraw, systemów produkcji i uprawy czy typów zmianowań.

W Polsce prowadzono i prowadzi się szereg badań nad dynamiką przemian i jakością materii organicznej, ale w większości mają one charakter analityczny (opisowy). Dlatego nie zalazły podsumowania w postaci normatywów, ponieważ jest to trudne i pracochłonne. Wadą ich jest również to, że koncepcja współczynników odnosi się do 1 ha uprawy danej rośliny bez względu na wielkość plonu i ilość wprowadzanych do gleby resztek pożniwnych i nie uwzględnia puli węgla organicznego wnoszonego do gleby z masą korzeniową roślin uprawnych. W dodatku z badań naukowych, które prowadzę wynika, że zwiększenie zawartości materii organicznej w glebie nie wystarcza, ponieważ o trwałości węgla w glebie, decydują substancje humusowe, które są głównym stabilnym składnikiem materii organicznej.

Z tego powodu obecnie zamiast wykonywania bilansu materii organicznej w glebie kładzie się nacisk na zwiększanie zawartości materii organicznej oraz na badanie jakości i stabilności materii organicznej pod wpływem różnych praktyk rolniczych. Aktualnie zatem badania naukowe koncentrują się na zawartości w glebach bardziej stabilnych frakcji materii organicznej, a więc na kwasach huminowych oraz huminami. Naukowcy potwierdzają, że stabilne frakcje próchnicy poprawiają nie tylko właściwości chemiczne gleb, ale również właściwości fizyczne i biologiczne, co ma podstawowe znaczenie dla rolnictwa i ochrony środowiska. Bardzo cenną właściwością materii organicznej dzięki zawartym w niej kwasom humusowym jest jej zdolność do magazynowania dużych ilości wody, ponieważ substancje humusowe po wprowadzeniu do gleby oddziałują m.in. na możliwości pochłaniania wody oraz immobilizacji zanieczyszczeń w środowisku glebowym.

Substancje humusowe w glebie

Substancje humusowe powstają w wyniku procesu humifikacji (przemian świeżej materii), na który składają się chemiczne i mikrobiologiczne procesy rozkładu resztek roślinnych i zwierzęcych w glebie oraz przebudowa i synteza związków organicznych prowadząca do powstania nowych substancji humusowych – próchnicy (humusu). Proces humifikacji prowadzi do odtwarzania (zwiększania) ilości substancji humusowych w glebie. Jest on jednak ograniczany przez proces mineralizacji, czyli proces rozkładu połączony z wytworzeniem prostych związków mineralnych.

Oba te procesy zachodzą równocześnie i są ze sobą ściśle powiązane. Produkty procesu humifikacji są włączane do procesu mineralizacji i odwrotnie. Przyjmuje się, że około 3/4 do 4/5 materii organicznej corocznie wprowadzanej do gleby w postaci nawozów naturalnych oraz resztek roślinnych i zwierzęcych ulega mineralizacji, a tylko 1/4 do 1/5 przekształca się w swoiste substancje próchniczne. Na ilość i jakość substancji humusowych mają wpływ: typ gleby, odczyn, temperatura i wilgotność gleby, rodzaj nawozów, ilość mikroorganizmów w glebie oraz masa i jakość materiału organicznego wprowadzanych do gleby. Substancje humusowe dzieli się przeważnie na trzy grupy: kwasy huminowe (C_KH), kwasy fulwowe (C_KF) oraz huminy (C_H). Powyższego podziału dokonano na podstawie analitycznych procedur frakcjonowania tych związków w oparciu o różnice ich rozpuszczalności w selektywnie działających rozpuszczalnikach.

Kwasy huminowe (C_KH)

to słabe alifatyczne i aromatyczne kwasy organiczne, rozpuszczają się tylko w roztworach zasadowych, są nierozpuszczalne w wodzie, środowisku kwaśnym ulegają jedynie wytrąceniu. Zawierają około 58% węgla i charakteryzują się barwą od ciemnobrązowej do czarnej. Odgrywają szczególną rolę w kształtowaniu żyzności gleby, gdyż wpływają na tworzenie się agregatów glebowych, poprawiają wchłanianie składników pokarmowych przez mikroorganizmy, a także oddziałują na dynamikę N i P w glebie.

Kwasy fulwowe (C_KF)

są grupą związków zawierających mniej pierścieni aromatycznych, ale więcej tlenu niż kwasy huminowe, charakteryzują się najlepszą rozpuszczalnością przez co są rozpuszczalne w wodzie w całym zakresie pH, w kwasach i zasadach. Zawierają ok. 55% węgla i mają barwę od żółtej do żółtobrązowej. Ta frakcja kwasów humusowych odpowiedzialna jest za wymywanie zasadowych składników z gleby, w związku z tym nie jest korzystna dla jakości próchnicy.

Huminy (C_H)

to grupa związków o barwie czarnej, nierozpuszczalnych w wodzie w całym zakresie pH oraz rozcieńczonych roztworach mineralnych kwasów i zasad. Huminy stanowią najważniejszą frakcję substancji humusowych, są wskaźnikami stabilności próchnicy, poprawiają strukturę gleby i pojemność wodną gleby oraz stanowią rezerwuar składników odżywczych dla roślin.

Wskaźniki jakości materii organicznej

Jednym z ważniejszych wskaźników oceny jakościowej materii organicznej jest np. wartość stosunku C_KH:C_KF (stosunek węgla kwasów huminowych do węgla kwasów fulowych), czyli indeks humifikacji. Wartości C_KH/C_KF przekraczające wartość 1, są uznawane za charakterystyczne dla gleb żyznych, z przewagą stabilnych frakcji materii organicznej, humin i kwasów huminowych. Stąd też w zaleceniach nawozowych powinno się rekomendować oznaczenia chemiczne w glebie nie tylko zawartości węgla organicznego (C_org.), ale całego składu frakcyjnego materii organicznej z wydzielaniem poszczególnych jej frakcji (węgla kwasów huminowych, węgla kwasów fulowych i węgla humin).

Indeksy humifikacji i przemiany materii organicznej określające stosunek procentowej zawartości wyekstrahowanych związków humusowych do węgla ogółem, dostarczają bowiem precyzyjnych informacji o ilość trwałej, odporniej na mineralizację frakcji materii organicznej. Z punktu rolniczego i środowiskowego ważne jest także wydzielanie frakcji labilnych węgla organicznego.

Obecnie najważniejszym i aktualnym zagadnieniem w badaniach nad glebową materią organiczną jest zwrócenie szczególnej uwagi na poszerzenie zakresu badań materii organicznej mających na celu opracowanie normatywów, które będą mogły znaleźć zastosowanie przy opracowywaniu programów zapobiegających zmniejszaniu się lub ochronie zawartości materii organicznej w glebach, z podkreśleniem trwałych form próchnicy w glebie. Z powodu zdewaluowania się wykorzystania do oceny skuteczności praktyk rolniczych współczynników reprodukcji i degradacji materii organicznej, konieczne jest wprowadzenie do praktyki rolniczej nowych wskaźników pozwalających na ocenę nie tylko aktualnej zawartości węgla organicznego w glebie, ale i jakości materii organicznej mierzonej procentowym udziałem poszczególnych jej frakcji w całkowitej puli węgla organicznego.

Dr hab. Dorota Pikuła

IUNG – PIB Puławy