Odczyn gleby (pH) jest jednym z najważniejszych wskaźników określających jakość gleby. Tylko odpowiedni zakres pH zapewnia roślinom prawidłowy wzrost i rozwój, a tym samym realizację potencjału plonotwórczego. 

Zakwaszenie gleby – jak mierzy się odczyn gleby?

Pojęcie odczynu gleby jest ściśle związane z kwasowością gleby. Zakwaszenie gleby jest to zjawisko nadmiernej akumulacji glebie jonów wodoru (H+). Miarą ilości jonów H+ w glebie jest kwasowość czynna i potencjalna (ukryta).

Pierwsza z nich jest miarą aktywności (stężenia) w roztworze glebowym, a druga – miarą potencjalnie uwolnionych do roztworu glebowego jonów wodorowych i glinowych.

Odczyn gleby definiowany jest jako stężenie jonów (aktywność) H+ w roztworze glebowym lub w określonym roztworze pomiarowym (np. 1-molowy chlorek potasu). Tym samym jest miarą kwasowości czynnej. Dla ułatwienia posługiwania się stężeniami jonów wodorowych wprowadzono skalę pH (od 1 do 14).

Jaki jest odczyn gleb w Polsce?

Odczyn większości gleb mineralnych w Polsce mierzony w roztworze 1-molowego KCl mieści się w przedziale 4,5–7,0. Wyższy poziom pH obserwuje się w glebach węglanowych (7,0–8,0). Gleby zdegradowane w wyniku zanieczyszczeń przemysłowych lub wadliwej agrotechniki mogą mieć pH poniżej 4,0. W doradztwie rolniczym i ogrodniczym wyróżnia się 5 klas gleby w zależności od odczynu i roztworu pomiarowego (tab. 1).

Jak wynika z badań IUNG-PIB w Puławach, ok. 60% gleb ornych w Polsce klasyfikuje się jako gleby kwaśne i bardzo kwaśne, a średnie pH mierzone w 1-molowym KCl wynosi ok. 5,1.

Zjawiska i procesy zależne od odczynu gleby

Jony wodoru są powszechne w przyrodzie i biorą udział we wszystkich reakcjach chemicznych, fizykochemicznych i biochemicznych zachodzących w glebie. Stąd odczyn gleby może wpływać na rośliny poprzez szereg powiązanych ze sobą procesów i zjawisk decydujących o żyzności i funkcjonowaniu gleby.

Z punktu widzenia produkcji roślinnej do najważniejszych procesów zależnych od odczynu gleby można zaliczyć:

• kształtowanie przyswajalności i kierunek przemian składników pokarmowych w glebie,
• skład chemiczny glebowego kompleksu sorpcyjnego – obniżanie wartości pH powoduje wzrost udziału jonów
  kwaśnych (H+, Al3+) i wymycie wapnia oraz magnezu z gleby,
• zawartość i mobilność w glebie składników toksycznych, w tym glinu wymiennego (Al3+) i metali ciężkich (Cd, Pb),
• efektywność wykorzystania azotu z nawozów i potencjalne straty tego składnika z gleby (wymywanie azotanów,
  emisja amoniaku),
• aktywność mikroorganizmów wpływających na procesy mineralizacji i humifikację materii organicznej, a także wiązanie biologiczne azotu,
• aktywność patogenów glebowych i podatność roślin na choroby,
• struktura gleby i warunki wodno-powietrzne (cechy związane z obecnością wapnia w glebie).

Jaki powinien być optymalny odczyn gleby?

Z punktu widzenia żywienia mineralnego roślin za optymalny odczyn gleby uważa się taki, przy którym składniki pokarmowe są najłatwiej dostępne dla roślin, a gleba wykazuje pożądane właściwości fizykochemiczne zapewniające ich pobieranie.

Niektóre składniki są najbardziej przyswajalne w odczynie kwaśnym (takie mikroelementy, jak: cynk, miedź, mangan i żelazo), a inne w odczynie zasadowym (molibden).

Najlepsza przyswajalność fosforu w glebach mineralnych jest w zakresie pH 6,0–7,0, a w glebach próchniczno-piaszczystych – 5,5–6,5.

Dla boru optymalne pH mieści się w przedziale 5,0–7,0.

Azot, potas, magnez, siarka i wapń są najbardziej dostępne w dość szerokim zakresie pH, jednak za optymalny należy przyjąć odczyn obojętny i lekko kwaśny. Wraz z obniżeniem się pH w glebie zwiększa się w niej ilość glinu w formie wymiennej (Al3+).

Dlaczego glin jest toksyczny dla roślin?

W polskich warunkach glebowych wzrost ilości glinu w formie wymiennej to jeden z najważniejszych czynników wywołujących stres u roślin. Glin wymienny związany jest bezpośrednio z tzw. kwasowością wymienną. Kwasowość ta ujawnia się w glebach o pH poniżej 5,5, a wraz z nią pojawiają się w glebie toksyczne dla roślin i innych organizmów jony Al3+.

Mechanizm toksycznego działania glinu na rośliny wynika z oddziaływania na następujące procesy metaboliczne:

• powstawanie wolnych rodników tlenowych,
• niszczenie kwasów nukleinowych,
• zakłócenia w podziale komórek i funkcjonowaniu enzymów,
• blokowanie pobierania jonów magnezu (Mg2+) i wapnia (Ca2+).

Jednym z najważniejszych konsekwencji obecności glinu wymiennego w glebie w nadmiarze jest zaburzenie wzrostu i rozwoju czapeczki korzeniowej, a w konsekwencji skrócenie długości korzeni.

W glebach silnie zakwaszonych, obok glinu wymiennego, mogą pojawić się także nadmierne ilości jonu manganu (Mn2+), które również mogą zakłócić prawidłowy wzrost i rozwój roślin. Rośliny uprawne różnią się wrażliwością na zawartość obu składników w glebie.

Wzrost zakwaszenia gleby i pojawienie się glinu wymiennego w glebie ma szereg negatywnych skutków ubocznych, których rezultatem jest obniżenie pobierania wody, składników pokarmowych i szybkości wzrostu roślin. Wpływa ono także negatywnie na wykorzystanie azotu z nawozów i zwiększa ryzyko wymycia azotanów z gleby (ryc. 2). Rośliny rosnące w warunkach nadmiernej koncentracji jonów Al3+ w glebie są skarlałe, o strzelistym pokroju, często na liściach i łodygach mają czerwono-fioletowe (antocyjanowe) przebarwienia, głównie jako następstwo braku fosforu i boru.

Odczyn gleby a reakcja roślin

Reakcja roślin na odczyn gleby (pH) jest zróżnicowana. Wynika to z różnej ich tolerancji na jony H+, Al3+, a także mechanizmów pobierania składników pokarmowych i preferencji względem określonego jonu lub formy składnika. Rośliny najlepiej rosną i plonują tylko w warunkach optymalnego dla nich odczynu.

Większość roślin uprawnych preferuje odczyn od lekko kwaśnego do obojętnego. Niektóre rośliny preferują i/lub są bardziej tolerancyjne względem kwaśnego odczynu: łubin żółty, seradela, ziemniak, owies, żyto. Do roślin preferujących natomiast bardziej zasadowe środowisko należą lucerna, konopie i nostrzyk.

Odczyn gleby ma także bardzo duży wpływ na skład gatunkowy, wielkość populacji i aktywność mikroorganizmów glebowych. Liczba bakterii w glebie kwaśnej może być 10-krotnie mniejsza niż w odczynie obojętnym. W odróżnieniu od bakterii grzyby lepiej rozwijają się w odczynie kwaśnym.

Optymalne pH dla procesów amonifikacji wynosi 7,0–8,5. Stąd kwaśny odczyn ujemnie wpływa na rozkład resztek organicznych, a w konsekwencji na tempo uwalniania składników mineralnych. Optymalne pH dla procesów nitryfikacji wynosi 6,7–8,0. Poniżej tego przedziału zmniejsza się szybkość przekształcania azotu amonowego w azotany, a co za tym idzie pogarsza się zaopatrzenie roślin nie tylko w tę formę azotu, ale także potasu. Dodatkowo, nadmierne stężenie azotu amonowego jest toksyczne dla roślin. Kwaśny odczyn gleby i glin wymienny negatywnie działają także na wolno żyjące i symbiotyczne mikroorganizmy wiążące azot z powietrza. Obniżają m.in. liczbę brodawek na korzeniach oraz ich aktywność.

Odczyn gleby kształtuje także relacje między patogenami glebowymi a roślinami, jak również efektywność środków ochrony roślin. Na przykład optymalne pH dla rozwoju zgorzeli siewek ziemniaka i roślin warzywnych wynosi 5,0–5,5. Wapnowanie, zwłaszcza nawozami wapniowo-magnezowymi, zmniejsza porażenie patogenami wywołującymi tę chorobę. Z kolei zgorzel podstawy źdźbła pszenicy rozwija się lepiej w odczynie obojętnym i zasadowym (np. po wapnowaniu). Natomiast w kwaśnym środowisku glebowym i jednocześnie bogatym w mangan przyswajalny porażenie roślin tą chorobą jest mniejsze.

Przyczyny zakwaszenia gleb

Wzrost zakwaszenia gleby następuje w wyniku akumulacji w glebie jonów wodorowych (H+), przy czym rola procesów naturalnych w powstawaniu jonów H+ jest znacznie większa niż wynikająca z działalności człowieka. Ponadto, nie ma prostej zależności między ilością dopływających z zewnątrz i/lub uwalnianych w glebie jonów H+ a jej odczynem (pH). Wynika to z obecności w glebie składników neutralizujących (buforujących) nadmiar jonów H+. Należy do nich wiele związków mineralnych i organicznych, ale praktyczne znaczenie mają związki i jony wapnia (Ca) oraz magnezu (Mg).

Do najważniejszych przyczyn zakwaszenia gleb zalicza się:

• mineralizację materii organicznej i utlenianie organicznych związków węgla, azotu i siarki;
• wymywanie wapnia i magnezu z gleby.

W ujęciu ilościowym największemu wymyciu podlega wapń (50–300 kg CaO/ha/rok);

• nawozy mineralne mogą być bezpośrednim i pośrednim źródłem jonów H+ . Pod względem udziału w procesach zakwaszania największe znaczenia mają nawozy azotowe zawierające jon amonowy (NH4+);
• wzrost koncentracji H+ w glebie jest również rezultatem aktywności biochemicznej i fizjologicznej samych roślin uprawnych. Na przykład w trakcie pobierania składników pokarmowych i/lub wydzielania przez korzenie różnych kwasów organicznych dochodzi do wzrostu koncentracji jonów H+ w glebie;
• opad atmosferyczny – zawarte w atmosferze gazy, takie jak dwutlenek węgla, tlenki siarki oraz azotu, rozpuszczają się w wodzie opadowej (zjawisko kwaśnych deszczy) i stają się źródłem jonów H+ w glebie.

Podsumowanie

Nieodpowiednie pH gleby obniża efektywność nawożenia roślin azotem i innymi składnikami, a także stosowania środków ochrony roślin. Nawet na glebach o uregulowanym odczynie zachodzą straty wapnia z gleby na drodze wymywania i/lub wynoszenia z plonem roślin. Dlatego odczyn gleb należy regularnie kontrolować, a w razie potrzeby stosować nawozy wapniowe zgodnie z zaleceniami stacji chemiczno-rolniczych. Najlepszym sposobem zapobiegania negatywnym skutkom obecności jonów Al3+ w glebie jest wapnowanie (ryc. 4). Pomocnymi zabiegami agrotechnicznymi w tym celu mogą być także takie działania, jak stosowanie nawozów organicznych, nawozów fosforowych, siarczanu wapnia, a w szczególności polecane są nawozy zawierające magnez.