Gleby ciężkie, o dużej zawartości minerałów ilastych, cechują się dużą pojemnością kompleksu sorpcyjnego (fot. M. Tabak)

Sorpcja

Sorpcja to zdolność do zatrzymywania substancji. W glebie substancje zatrzymywane mogą być na drodze sorpcji mechanicznej, biologicznej, fizycznej, wymiennej (fizykochemicznej) i chemicznej.
Za sorpcję wymienną, bardzo ważną dla zapewnienia roślinom dostępu do składników pokarmowych, odpowiada kompleks sorpcyjny.

Glebowy kompleks sorpcyjny

Kompleks sorpcyjny tworzą mineralne i organiczne składniki stałej fazy gleby, zwłaszcza minerały ilaste (np.: wermikulit, montmorylonit) i próchnica glebowa (np.: kwasy huminowe, kwasy fulwowe). Wymienione składniki to substancje w formie koloidalnej, w większości o ładunku ujemnym. To właśnie dzięki temu ładunkowi kompleks sorpcyjny jest w stanie zatrzymywać naładowane dodatnio jony (np.: kationy wapnia, magnezu).

Kompleks sorpcyjny zdolny jest także do niewymiennej sorpcji niektórych jonów. Nie jest to sorpcja zależna od ładunku substancji tworzących kompleks i w niewielkim stopniu decyduje o dostępności składników dla roślin.

Kompleks sorpcyjny wykazuje również zdolność do sorbowania anionów (np.: chlorkowego, azotanowego(V), siarczanowego(VI)). Ta sorpcja jest jednak znacznie mniejsza niż sorpcja kationów, ponieważ ładunków dodatnich (zdolnych do sorbowania anionów) jest w kompleksie mniej niż ładunków ujemnych.

Magazynowanie składników pokarmowych

Podstawową funkcją kompleksu sorpcyjnego jest magazynowanie jonów na drodze sorpcji wymiennej – jest to wymiana jonów pomiędzy roztworem glebowym a kompleksem sorpcyjnym (w ilościach równoważnych chemicznie). Jony związane wymiennie mogą być pobrane przez rośliny po przejściu z kompleksu sorpcyjnego z powrotem do roztworu glebowego, ale mogą być też pobrane przez włośniki korzeniowe bezpośrednio z kompleksu sorpcyjnego.

Ładunek koloidów tworzących kompleks sorpcyjny jest w większości ujemny, a więc sorbowane są głównie kationy, w tym Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, Na⁺, NH₄⁺ (jony o charakterze zasadowym), ale także H⁺ i Al³⁺ (jony o charakterze kwaśnym).To, ile kationów może być zatrzymanych w kompleksie sorpcyjnym, zależy od składu kompleksu. Im więcej minerałów ilastych i próchnicy w glebie, tym większa jest jej pojemność sorpcyjna.

To, jakie kationy zatrzymywane są w kompleksie, zależy m.in. od ich właściwości. Najłatwiej do kompleksu sorpcyjnego wchodzi kation H⁺, który jednocześnie najtrudniej jest z kompleksu usunąć. Odwrotna zależność dotyczy kationu sodu Na⁺, łatwego do zastąpienia przez magnez czy wapń [Gorlach i Mazur 2002]:

Podany powyżej szereg (kolejność kationów względem ich energii wejścia do kompleksu sorpcyjnego) może przyjmować nieco inny układ, w zależności od typu koloidów tworzących kompleks sorpcyjny.

Dzięki możliwości magazynowania jonów w kompleksie, nawożenie może być skuteczne i bezpieczne dla środowiska. Składniki wprowadzone do gleby z nawozami, a niepobrane od razu przez rośliny, mogą „poczekać” w kompleksie sorpcyjnym. Nawozy amonowe są dobrymi nawozami przedsiewnymi, ponieważ kation NH₄⁺ po wprowadzeniu do gleby nie ulega wymyciu (co prowadziłoby do strat składnika), a jest wiązany w kompleksie sorpcyjnym. Azotany, sorbowane w znacznie mniejszym stopniu, są dużo bardziej narażone na wymywanie.

Buforowość

Gleby o dużej pojemności sorpcyjnej to gleby dobrze zbuforowane, czyli zdolne do przeciwstawiania się gwałtownym zmianom wartości pH. Stabilny odczyn to stabilne warunki wzrostu roślin (aktywność biologiczna gleby, dostępność składników pokarmowych). Z drugiej strony, gleby o dużej buforowości to gleby wymagające większych dawek wapna w celu zmiany ich wartości pH (dlatego gleby ciężkie należy nawozić większymi dawkami wapna niż gleby lekkie).

Struktura gleby

Kationy zmagazynowane wymiennie w kompleksie sorpcyjnym decydują nie tylko o odżywianiu roślin i odczynie gleby, ale wpływają także na jej strukturę i stosunki wodno-powietrzne. Duża zawartość kationów jednowartościowych w kompleksie (głównie sodu) prowadzi do pogorszenia struktury gleby.

Jak „zmierzyć” kompleks sorpcyjny?

Parametr mówiący o ilości jonów sorbowanych wymiennie w glebie to pojemność kompleksu sorpcyjnego. Wyrażana jest ona z reguły w milimolach ładunków dodatnich przypadających na określoną masę gleby, na przykład 1 kg: mmol(+)/kg. Podawanie liczby moli ładunków dodatnich pozwala na uwzględnienie zróżnicowanej wartościowości jonów. Pojemność kompleksu sorpcyjnego gleb piaszczystych może wynosić tylko około 30 mmoli, a gleb gliniasto-ilastych nawet powyżej 400 mmoli(+)/kg [Mercik 2002].

Ważnym wskaźnikiem jest także stopień wysycenia gleby kationami zasadowymi (Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, Na⁺), przedstawiany w wartościach procentowych. Kompleks sorpcyjny sorbuje najwięcej jonów wapnia. Przyjmuje się, że kompleks sorpcyjny gleby powinien być w 65% wysycony kationami Ca²⁺, a kolejne 10% powinny stanowić jony Mg²⁺ [Grzebisz 2009].

Wraz z obniżaniem stopnia wysycenia kationami zasadowymi (co dzieje się, kiedy kationy zasadowe zastępowane są przez kwaśne jony H⁺ i Al³⁺) zwiększają się potrzeby wapnowania gleby. Zabieg wapnowania ma przywrócić wysoki udział kationów wapnia w kompleksie sorpcyjnym. Utrata kationów zasadowych z kompleksu jest zjawiskiem naturalnym – kationy te są pobierane przez rośliny (a w rezultacie odprowadzane z plonem), ulęgają też wymyciu do głębszych warstw gleby.

Jak zadbać o kompleks sorpcyjny?

Do poprawy pojemności sorpcyjnej gleby, a także do zwiększenia stopnia wysycenia gleby kationami zasadowymi, prowadzi nawożenie materią organiczną (pod postacią obornika, kompostu czy resztek pożniwnych).

Literatura:

1.Gorlach E., Mazur T. 2002. Chemia Rolna. Wyd. Nauk. PWN, Warszawa.
2.Grzebisz W. 2009. Nawożenie roślin uprawnych. Tom 2. Nawożenie i systemy nawożenia. PWRiL, Poznań.
3.Mercik S. (red.). 2004. Chemia rolna. Podstawy teoretyczne i praktyczne. Wyd. SGGW, Warszawa.
4.Zawadzki S. (red.) 1999. Gleboznawstwo. PWRiL, Warszawa.