Próchnica leśna

Próchnica leśna jest to naturalna mieszanina różnych substancji organicznych i mineralno-organicznych, które gromadzą się w glebie oraz na jej powierzchni i są różnymi stadiami humifikacji szczątków roślin i zwierząt, głównie pod wpływem organizmów glebowych (Prusinkiewicz 1990). W skład próchnicy leśnej wchodzą szczątki roślinne i zwierzęce w różnym stopniu rozdrobnione i naturalnie przetworzone. Próchnica nagromadzona w glebie nosi nazwę endopróchnicy, a zalegająca na powierzchni gleby leśnej - ektopróchnicy. Budowę i właściwości próchnic leśnych kształtują głównie drzewostan z runem leśnym, właściwości gleby (szczególnie wodne) oraz warunki mikroklimatyczne. Szczególnie rodzaj szczątków organicznych wpływa na zróżnicowanie budowy ektopróchnicy. W siedliskoznawstwie leśnym próchnica jest bardzo ważnym wskaźnikiem procesów zachodzących w ekosystemach leśnych.

W zależności od warunków tworzenia się i rozkładu materii organicznej poziom organiczny O może wykazywać różną budowę. Wyróżnia się cztery podpoziomy: Ol surowinowy, Ofh detrytusowy, Of butwinowy i Oh epihumusowy. Podpoziomy te występują w poziomie organicznym w pewnej naturalnej kolejności właściwej dla poszczególnych typów próchnic leśnych. W poziomie organicznym można wyróżnić jeden, dwa lub trzy podpoziomy różniące się wyraźnie budową i stopniem przetworzenia (humifikacji).

Charakterystyka podpoziomów w próchnicy leśnej

Ol - podpoziom surowinowy, który tworzy niezbyt grubą warstwę (do kilku centymetrów) składającą się z mało zmienionego i luźno ułożonego opadu roślinnego związanego z podłożem głównie strzępkami grzybni. Barwy wyraźnie brunatne lub szarobrunatne. Można bez trudu rozpoznać z jakich gatunków pochodzą szczątki roślinne.

Ofh - podpoziom detrytusowy, w postaci kilkucentymetrowej warstwy rozdrobnionych i częściowo pokruszonych, zwykle ciemnobrunatnych resztek roślinnych, luźno ułożonych o wyglądzie tytoniu fajkowego. Materia organiczna ma w nim struktury tkankowe dobrze rozpoznawalne. Może zawierać znaczną domieszkę ziaren mineralnych. Detrytus jest charakterystyczny dla próchnic typu moder i występuje w glebach najczęściej mezotroficznych, niekiedy eutroficznych;

Of - podpoziom butwinowy, o grubości kilku do kilkunastu cm, składający się z resztek roślinnych i zwierzęcych w znacznym stopniu przetworzonych, jednak z rozpoznawalną jeszcze pod mikroskopem strukturą tkankową. Butwina jest z reguły silnie kwaśna, poprzerastana grzybniami, tworzy swego rodzaju wojłok dający się odrywać od gleby mineralnej płatami. Występuje w glebach o wolnym obiegu materii i jest charakterystyczna dla próchnicy typu mor. W zależności od składu materiału roślinnego i stosunków wilgotnościowych może to być butwina mazista, rozdrobniona, włóknista.

Oh - podpoziom epihumusowy, zbudowany jest z silnie zhumifikowanych, bezpostaciowych, ciemnobrunatnych lub czarnych substancji organicznych. Jest zwykle bardzo silnie kwaśny Tworzy warstewkę o miąższości najwyżej do kilku cm. Zalega bezpośrednio na powierzchni mineralnej części gleby, zawiera często dość znaczne domieszki ziaren kwarcu pochodzących z podłoża. Jest zwykle silnie przerośnięty korzeniami. W stanie wilgotnym posiada konsystencję mazistą. Po przeschnięciu przybiera strukturę drobnokaszkowatą. W stanie wyschniętym ujawniają się też białawe i jasnoszare ziarna kwarcu.

Typy próchnic leśnych

W morfogenetycznej systematyce próchnic leśnych stosuje się trzy podstawowe jednostki taksonomiczne: typ, podtyp i odmiana próchnicy leśnej.

Typ próchnicy określa specyfikę warunków troficznych danego siedliska leśnego. Wyróżniamy go na podstawie sekwencji poziomów i podpoziomów organicznych i organiczno-mineralnych w wierzchniej części profilu glebowego zawierających specyficznie rozmieszczoną, ilościowo i jakościowo zróżnicowaną materię organiczną w profilu glebowym.

Mull - typ próchnicy leśnej głównie siedlisk eutroficznych. Charakteryzuje się dużą aktywnością rozkładu materii organicznej, co uniemożliwia powstanie trwałego poziomu organicznego na powierzchni gleby. Opadłe szczątki roślinne zalegają na powierzchni gleby jedynie okresowo tworząc podpoziom surowinowy Ol. Natomiast w mineralnej części gleby powstaje dobrze rozwinięty poziomem próchniczny A z dużą ilością zhumifikowanej materii organicznej.

Moder - typ próchnicy leśnej, głównie siedlisk mezotroficznych, charakteryzuje się średnią aktywnością rozkładu materii organicznej, w wyniku czego powstają podpoziomy surowinowy i detrytusowy.

Mor - typ próchnicy leśnej, głównie siedlisk oligotroficznych; charakteryzuje się małą intensywnością rozkładu materii organicznej, w wyniku czego powstaje poziom organiczny, składający się z podpoziomów: surowinowego, butwinowego i epihumusowego.

Podtyp próchnicy określa specyfikę warunków wilgotnościowych, decydujących o jakości przejściowych i końcowych produktów humifikacji. Nazwę podtypu tworzy się przez umieszczenie przed nazwą danego typu przedrostka określającego wilgotność siedliska: ksero - suchy, droso - świeży, higro - wilgotny, hydro - mokry.

Tabela 2

Morfogenetyczna systematyka próchnic leśnych

Typ próchnicy	Podtyp próchnicy
Mor	1. Mor suchy (kseromor) 2. Mor świeży (drosomor) 3. Mor wilgotny (higromor) 4. Mor mokry (hydromor)
Moder	1. Moder suchy (kseromoder) 2. Moder świeży (drosomoder) 3. Moder wilgotny (higromoder) 4. Moder mokry (hydromoder)
Mull	1. Mull suchy (kseromull) 2. Mull świeży (drosomull) 3. Mull wilgotny (higromull) 4. Mull mokry (hydromull)

Niezależnie od wyżej wymienionych typów próchnicy leśnej, często spotyka się typy przejściowe, np. mor-moder i moder-mull, w których wyróżnia się podtypy według ogólnie obowiązujących zasad.

• Na powierzchni gleb leśnych lub ich wierzchniej warstwie, gromadzi się obumarła substancja organiczna mająca duże znaczenie dla żywych organizmów glebowych, dla których jest dużym źródłem energii.

• W wyniku złożonych procesów biochemicznych i chemicznych powstaje próchnica.

• W substancji tej zawarte są znaczne ilości składników mineralnych (makro-

• i mikroelementy), które w wyniku mineralizacji są udostępniane roślinom.

• Próchnica wpływa na właściwości biologiczne, chemiczne, fizyczne gleb kształtujące „ klimat glebowy”.

• Źródłem glebowych związków organicznych są:

• żywe organizmy glebowe i żywe podziemne części roślin,

• świeżo obumarłe organizmy nie objęte rozkładem,

• tzw. nieswoiste substancje próchniczne obejmujące różne związki takie jak węglowodany, białka, tłuszczowce, węglowodory i ich pochodne,

• szczątki organiczne znajdujące się w różnych stadiach przetworzenia, wykazujące ślady pierwotnych struktur tkankowych i komórkowych,

• ekskrementy zwierząt glebowych (roztoczy, wazonkowców),

• humus (tzw. próchnica właściwa) czyli względnie trwałe, bezpostaciowe, ciemno zabarwione produkty przetworzenia w glebie wyjściowych substancji roślinnych i zwierzęcych oraz ich różne połączenia z mineralnymi komponentami masy glebowej

• W resztkach roślinnych występują związki o różnej odporności

na rozkład.

wgMusierowicza

• Cukry, kwasy organiczne - łatwo rozkładające się i rozpuszczające

się w wodzie → (5 - 15 %)

• Tłuszcze, woski, smoły, garbniki

- bardziej odporne na działanie drobnoustrojów,

- rozpuszczalne w eterze, alkoholu, benzenie → (5 - 20%)

• Celuloza (błonnik), chemiceluloza, ciała pektynowe rozkładane

przy udziale enzymów → (30 - 35%)

• Lignina - bardzo odporna na działanie mikroorganizmów → (30%)

• Proteiny - rozkładające się dość łatwo → (5 - 8%)

• W odpowiednich warunkach ekologicznych środowiska, w glebie zachodzą jednocześnie procesy mikrobiologiczne

• - mineralizacja → rozkład części organicznych i próchnicznych

• - humifikacja → powstawanie próchnicy

Rola próchnicy gleb leśnych

• Nierozerwalmy składnik każdej gleby leśnej

• Ważne ogniwo w biologicznym krążeniu pierwiastków i energii w ekosystemie leśnym

• Źródło i magazyn pierwiastków odżywczych dla roślin leśnych

• Regulator potencjału oksydoredukcyjnego ułatwiającgo roślinom pobieranie składników pokarmowych

• Źródło energii i węgla dla mikroflory glebowej

• Źródło wielu substancji fizjologicznie czynnych (regulatory wzrostu)

• Substancja jonowymienna o dużej pojemności sorpcyjnej ( znaczenie na glebach lekkich, pozbawionych mineralnej części w glebowym kompleksie sorpcyjnym)

• Regulator odczynu i buforowych właściwości

• Wpływa na rozpuszczalność i migrację składników w profilu glebowym

• Kształtuje fizyczne właściwości gleb (struktura) oraz właściwości wodne, powietrzne i termiczne (klimat glebowy)

• Środowisko życia drobnoustrojów i zwierząt pożytecznych lub szkodliwych dla lasu

• Ochrona przed erozją

• Zwiększa zdolność retencyjną gleb leśnych

• Jest dynamiczną (zmienną) częścią gleby zależną od aktualnych warunków siedliskowych

• Jest ważną cechą rozpoznawczą w diagnostyce gleb i siedlisk leśnych

• Kryterium oceny stopnia zniekształcenia

i degradacji siedlisk leśnych

Analiza jakościowa próchnicy

• W skład humusu wchodzą:

- kwasy fulwowe

- kwasy hymatomelanowe

- kwasy huminowe brunatne i szare

- humina

• Niektórzy specjaliści wliczają do substancji humusowych także:

- bituminy

Związki humusowe

• Frakcje te są mieszaniną substancji organicznych

o słabo poznanej budowie chemicznej.

- Wykazują cechy koloidów cząsteczkowych , różnią się

między sobą:

-ciężarem drobinowym

-rozpuszczalnością

-podatnością na koagulację

-aktywnością chemiczną

• co decyduje o ich roli w procesach glebowych.

• - Umożliwia to również laboratoryjne wyodrębnianie poszczególnych grup tych substancji.

• Bituminy

- Związki organiczne, które przechodzą do roztworu przy

traktowaniu gleb mieszaniną alkoholu i benzenu

-Są mieszaniną węglowodorów, ich tlenowych pochodnych oraz

smół i wosków

- Są bogate w wodór (H), a ubogie w tlen (O₂)

- Mają dużą wartość energetyczną

- Ich zawartość w glebie zależy od jej aktywności biologicznej

najwięcej (do 20%) w próchnicy gleb kwaśnych

o małej aktywności biologicznej.

Kwasy fulwowe

barwy jasnożółtej

barwy żółto-brązowej

• - Są to wielocząsteczkowe oksydokarboksylowe kwasy,

które w czasie hydrolizy tworzą substancje redukujące,

zawierające azot.

• powstają w warunkach małej aktywności biologicznej

• są rozpuszczalne w wodzie, bromku acetylu, kwasach i roztworach alkalicznych

• kolor roztworów żółty lub czerwony

• są łatwo rozpuszczalne, ruchliwe w profilu, przemieszczają się w głąb profilu

• odgrywają ważną rolę w procesie bielicowania

• mają zdolność tworzenia chelatów (bielicowanie gleb)

• w glebach bielicowych jest ich ok. 70 %

• w czarnoziemach jest ich ok. 15-20 %

Kwasy hymatomelanowe

• mają charakter kwasowy słabszy od fulwowych

• są złożona mieszaniną pochodnych kwasów huminowych w różnym stopniu utlenionych lub zredukowanych

• mają barwę brunatną

• są rozpuszczalne w alkoholu

• w budowie chemicznej:

grupy - metaksylowe

- karboksylowe

- wodorotlenowe

- zawierają ponad 60% węgla

• duża ich koncentracja w glebach

nie sprzyja rozwojowi roślin

• tworza się w procesie syntezy produktów rozkładu resztek organicznych i destrukcji substancji próchnicznych pod wpływem tlenu i wody (wstępna humifikacja)

Kwasy huminowe

• mają słaby charakter kwaśny

• powstają w wyniku procesów humifikacji w sprzyjających warunkach bioekologicznych

• zawierają - związki aromatyczne

(typ fenoli)

- związki zawierające azot

- grupy funkcyjne: karboksylowe,

hydroksylowe, metaksylowe,

fenolowe

• w glebach bielicowych →forma kwasu huminowego uboga w azot

• w glebach żyźniejszych → kwasy huminowe zasobne w azot

• zawartość azotu w próchnicy waha się w granicach 2,5 - 5,0 %

skład: C 52 - 62 % H 3,0 - 4,8 %

N 3,5 - 4,5 % O 32 - 39 %

• skład jest zmienny w różnych typach gleb

• rozpuszczają się w roztworach amoniaku, wodorotlenków i alkaliach

• w reakcji z metalami dają humiany

• są trudno rozpuszczalne w wodzie

• posiadają duże zdolności sorpcyjne

• są silnie sorbowane przez minerały ilaste

- Kwasy huminowe brunatne

• charakteryzują się jasnobrunatną barwą

• wykazują silniejsze właściwości kwasowe od huminowych szarych

• łatwiej rozpuszczają się w wodzie

• występują w glebach bielicowych ubogich w azot /brunatne wyługowane, brunatne kwaśne, płowe, niektóre bagienne/

• rozpuszczają się w ługach zimnych stężonych

- Kwasy huminowe szare

• posiadają ciemnobrunatną barwę

- bardzo złożoną budowę chemiczną

- dużą zdolność sorpcyjną

- działają strukturotwórczo (agregaty ziarniste

i gruzełkowate)

- występują w glebach o wysokiej ilości próchnicy mullowej, zasobnych w Ca i Mg

/czarnoziemy, rędziny, brunatne, mady, torfowiska niskie/

• rozpuszczają się w gorących, rozcieńczonych ługach

Huminy i ulminy

• są związkami organicznymi mało aktywnymi

• mają barwę czarną

• powstają w wyniku denaturacji kwasu huminowego i ulminowego /zamarzanie gleb/

lub podczas ogrzewania kwasów humusowych do temperatury powyżej 60ºC

• rozpuszczają się jedynie w gorących, stężonych alkaliach

• są silnie związane z minerałami ilastymi grupy montmorylonitowej

• posiadają właściwości strukturotwórcze

• w glebie są tą częścią próchnicy, która ulega powolnemu rozkładowi przez bakterie aerobowe, grzyby i promieniowce

Związki kompleksowe

• są to związki organiczno - mineralne

1. Próchniczno - mineralne

2. Związki chelatowe

Związki próchniczno - mineralne

1.a - kwasy humusowe pokrywają cienką

powłoką minerały ilaste

1.b - minerały sorbują kwasy humusowe

w siatkę mineralną

1.c - kompleksy/próchniczno - mineralne/

powstają w przewodach pokarmowych

dżdżownic

- związki kompleksowe trudno ulegają

dyspersji, wymywaniu oraz mikrobiologicznemu

rozkładowi

Związki kompleksowe

• Chelaty

- są kompleksowymi związkami substancji organicznej z Fe, Al, Mn, Cu i innymi

- w kompleksach uczestniczą między innymi kwasy fulwowe

- chelaty pozwalają uruchomić, a nawet wymyć mało ruchliwe składniki glebowe

w głąb profilu glebowego

- procesy te zachodzą w czasie bielicowania gleb

5

---