Zdolność sorpcyjna gleby odgrywa istotną rolę w zakresie zaopatrzenia roślin w składniki pokarmowe. Dzięki tej właściwości pierwiastki dostarczone wraz z nawozami są zatrzymywane w kompleksie sorpcyjnym, przez co – chronione przed wymyciem w głąb profilu glebowego, bądź do wód gruntowych i mogą być sukcesywnie wykorzystywane przez rośliny w okresie ich wegetacji. Tymczasowe magazynowanie składników pokarmowych w kompleksie sorpcyjnym, a następnie ich przejście do roztworu glebowego, skąd mogą zostać pobrane przez rośliny, zachodzi wskutek sorpcji fizykochemicznej, czyli wymiennej. 

Na czym polegają właściwości sorpcyjne gleby?

Gleba wykazuje zdolność do pochłaniania i zatrzymywania cząstek gazów, cieczy i ciał stałych. Zatrzymywanie składników, czyli sorpcja może zachodzić w różnorodny sposób. Wobec tego mówi się o sorpcji mechanicznej, fizycznej, chemicznej, fizykochemicznej oraz biologicznej. Sorpcja mechaniczna polega na zatrzymywaniu cząstek zawiesin przez mniejsze od nich przestwory glebowe. Natomiast sorpcja fizyczna zachodzi dzięki działaniu sił napięcia powierzchniowego na granicy faz cząstek stałych gleby. Łączenie się składników i ich wytrącanie w formie trwalszych połączeń to sorpcja chemiczna – szczególnie istotna podczas uwsteczniania jonów fosforowych do formy trudno rozpuszczalnych połączeń z wapniem, żelazem czy glinem. Natomiast pobieranie rozpuszczonych w roztworze glebowym jonów przez mikroorganizmy glebowe i rośliny nosi nazwę sorpcji biologicznej. Sorpcja fizykochemiczna, czyli wymienna, jak sama nazwa wskazuje, polega na wymianie jonów między kompleksem sorpcyjnym a roztworem glebowym – dla przykładu jon amonowy wchodząc do kompleksu sorpcyjnego wypiera z niego równoważne ilości jonów wodorowych. Stąd, stosowanie niektórych nawozów mineralnych może powodować zwiększenie zakwaszenia gleby.

Rola koloidów glebowych w zatrzymywaniu składników

Koloidy mineralne, organiczno-mineralne oraz organiczne wykazujące zdolność do zatrzymywania jonów (dodatnich i ujemnych) lub cząstek to elementy składowe kompleksu sorpcyjnego. Przykładowo mogą to być minerały ilaste (montmorylonit, kaolinit, illit, wermikulit), wodorotlenki i tlenki żelaza i glinu czy związki próchniczne (kwasy huminowe, kwasy fulwowe, huminy). Zjawisko sorpcji zachodzi dzięki obecności ładunku elektrycznego na powierzchni koloidów glebowych. Ze względu na poziom stabilności ich ładunków w zależności od zmiany odczynu gleby, koloidy glebowe można dzielić na te o ładunkach trwałych (minerały ilaste) i zależnych od wartości pH (tlenki żelaza i glinu, związki próchniczne). W Polsce na koloidach glebowych z reguły powstają ładunki o charakterze ujemnym, wobec czego gleby naszego kraju cechują się większą pojemnością sorpcyjną wobec ładunków dodatnich niż ujemnych. Ma to szczególne znaczenie w kontekście stosowania nawozów azotowych i utraty jonów NO₃^- na drodze wymywania. Pojemność sorpcyjna to maksymalna ilość jonów – suma kationów o charakterze zasadowym (Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, Na⁺, NH⁴⁺) oraz kwasowym (H⁺, Al³⁺), jakie gleba może zatrzymać (a potem uwolnić – sorpcja wymienna). 

Utrzymanie odpowiedniego poziomu wysycenia kompleksu sorpcyjnego jonami o charakterze zasadowym jest kluczowe dla zachowania żyzności gleb, m.in. ich zdolności buforowych, właściwej struktury czy zawartości materii organicznej.

Wyniki ostatniej edycji badań monitoringowych prowadzonych w Polsce przez Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa – Państwowy Instytut Badawczy w Puławach, na zlecenie Głównego Inspektoratu Ochrony Środowiska wskazują, że stopień wysycenia gleb ornych naszego kraju kationami zasadowymi wynosi średnio blisko 60% (wartość tego parametru na przestrzeni lat wykazuje tendencję spadkową). Gleby naszego kraju (z reguły) cechują się małą pojemnością sorpcyjną i dużą podatnością na ubytek kationów zasadowych, a jest to wynikiem specyfiki podłoża, na którym się wykształciły oraz panujących warunków klimatycznych.

Właściwości sorpcyjne może poprawić odpowiednia agrotechnika

Składniki tworzące kompleks sorpcyjny, zwłaszcza związki próchniczne mają istotne znaczenie także podczas magazynowania wody oraz wiązania substancji szkodliwych i zapobiegania ich przenikania do wód czy pobierania przez rośliny. Z agrotechnicznego punktu widzenia im większa pojemność sorpcyjna gleby tym stanowisko uprawy żyźniejsze i mniej podatne na straty składników wprowadzonych w nawozach. Z reguły, im gleba lżejsza tym posiada mniejsze zdolności sorpcyjne. Generalnie, wraz ze zwiększaniem udziału koloidów zwiększa się naturalna zdolność gleby do zatrzymywania składników, czyli zwiększa się pojemność kompleksu sorpcyjnego. Właściwości chłonne gleby można zwiększyć poprawną agrotechniką, np. wykorzystując nawozy wapniowe, naturalne czy organiczne. Stosowanie takich materiałów, poza wprowadzeniem do gleby pierwiastków o charakterze zasadowym, przyczyni się także do zwiększenia zasobów materii organicznej – czyli składnika mającego bezpośredni korzystny wpływ na zdolności sorpcyjne gleby. Koloidalny charakter połączeń próchnicznych sprawia, że w ich strukturze może zostać zatrzymana znacznie większa ilość wody niż wynosi ich masa. A same związki próchniczne cechują się większą zdolnością sorpcyjną wobec składników pokarmowych niż koloidy mineralne. Zwiększenie zdolności gleby do zatrzymywania składników pokarmowych i wody w praktyce oznacza większe plony oraz mniejsze nakłady finansowe związane z nawożeniem czy nawadnianiem upraw, a także mniejsze zagrożenie dla środowiska związane z migracją biogenów z pól uprawnych.