Kompleks sorpcyjny - czym jest i jak go regulować?

Szereg właściwości gleb, składających się na ich żyzność, zależy od kompleksu sorpcyjnego gleby, czyli najbardziej aktywnej, rozdrobnionej część stałej fazy gleby. Gleba, ze względu na swą budowę odznacza się zdolnością zatrzymywania i pochłaniania różnych składników, w tym jonów i cząsteczek. Właściwości te zależą od kompleksu sorpcyjnego gleby.

Kompleks sorpcyjny gleby tworzą mineralne i organiczne składniki stałej fazy gleby, przeważnie minerały ilaste (np. illit) i glebowa materia organiczna wraz z humusem (kwasy huminowe, kwasy fulwowe, huminy). Wymienione powyżej składniki to substancje występujące w formie koloidalnej, które w większości posiadają ładunek ujemny, ale kompleks sorpcyjny może wiązać zarówno kationy, jak i aniony. Dzięki temu kompleks sorpcyjny jest w stanie zatrzymywać naładowane dodatnio jony (np.: Ca2+, Mg2+), które następnie pobierają rośliny uprawne. W naszych warunkach klimatyczno-glebowych kompleks sorpcyjny jest naładowany ujemnie, więc dominuje sorpcja kationów, (np. K+). Aniony (np. NO3-) są natomiast sorbowane w stosunkowo niewielkich ilościach i ulegają wypłukaniu w głąb profilu glebowego. W ten sposób tracony jest wraz z wymywaniem, np. azot z naszych gleb. Dzięki temu, że kompleks sorpcyjny gleby tworzą mineralne i organiczne składniki stałej fazy gleby, może ona gromadzić wodę.

Na obszarze Polski, w zależności od różnych stadiów zlodowaceń, wykształciły się z poszczególnych skał macierzystych gleby o różnym stopniu rozwoju, które charakteryzują się odmiennym kompleksem sorpcyjnym. Z rolniczego punktu widzenia im gleba ma większą pojemność sorpcyjną, tym jest żyźniejsza, ponieważ jest zdolna gromadzić więcej składników pokarmowych, niż wypłukiwać. Właściwości kompleksu sorpcyjnego gleby zależą bowiem od zawartości w niej minerałów ilastych, ale również od odczynu gleby i stopnia rozdrobnienia gleby. Dlatego gleby lekkie mają mniejszy kompleks sorpcyjny, a więc łatwiej się zakwaszają, bo wysycenie kompleksu sorpcyjnego poszczególnymi zasadami wpływa m.in. na odczyn gleby. Im gleba jest cięższa i bardziej wysycona jonami zasadowymi, tym jest lepsza i odporniejsza na zmiany pH.

Właściwości fizykochemiczne gleby w zróżnicowanym systemie nawożenia NPK obornikiem i wapnowaniem po 90 latach
Właściwości gleby	Zmianowanie
	bez obornika			z obornikiem
	Ca	CaNPK	NPK	Ca	CaNPK	NPK
pH w KCl	6,2	5,9	4,0	6,2	6,1	4,5
Pojemność sorpcyjna, cmol (+) /kg	5,20	5,35	5,18	7,38	7,81	6,85
Suma zasad cmol (+) /kg	4,33	4,42	2,82	6,41	6,68	3,51
Stopień wysycenia zasadami (%)	83	83	54	87	86	51
Kapilarna pojemność wodna % (v/v)	31,8	31,7	31,5	32,7	32,2	32,0
(Źródło: Stępień i in., 2018)

Wymienna adsorpcja kationów ma szczególne znaczenie. Jeśli z roztworu glebowego ubywa jonów, to kompleks sorpcyjny dąży do stanu równowagi oddając jony do roztworu. W praktyce takie zjawisko występuje po nawożeniu gleb lub w okresie intensywnego pobierania składników pokarmowych przez rośliny i przyrostu plonu. Jony biorące udział w sorpcji wymiennej, to jony wapnia, magnezu, potasu, sodu, żelaza, glinu. Natomiast znaczenie sorpcji wymiennej anionów w porównaniu do kationów jest niewielkie.

Bardzo ważnym wskaźnikiem stosowanym w ocenie jakości gleby, jest określenie pojemności sorpcyjnej gleby i interpretacja wysycenia kompleksu zasadami. Ma to ogromne praktyczne znaczenie, bo pozwala zakwalifikować glebę jako poprawnie użytkowaną lub wymagającą zastosowania naprawczych metod agrotechnicznych. Od kationów zmagazynowanych wymiennie w kompleksie sorpcyjnym zależy nie odżywianie roślin, odczyn gleby, jej struktura i stosunki powietrzno-wodne. Duża zawartość kationów jednowartościowych, np. Na+ w kompleksie powoduje pogorszenie struktury gleby. Jeśli kompleks sorpcyjny wysycony jest większą ilością jonów wodorowych H+, to gleba będzie miała odczyn kwaśny, mogą się wówczas pojawić toksyczne jony glinu.

Pojemność kompleksu sorpcyjnego gleb wyraża się w jedostkach elektrochemicznych: 1 cmol(+)/ kg gleby = 1 mmol(+)/100 g gleby = 1 me/100 g gleby.  Pojemność kompleksu sorpcyjnego piaszczystych może wynosić jedynie około 30 mmoli, a gleb gliniasto-ilastych nawet powyżej 400 mmoli (+)/kg (Źródło: Mercik 2002).

W zależności od % udziału kationów zasadowych w pojemności sorpcyjnej wyróżnia się trzy grupy gleb: słabo wysycone zasadami (gleby, w których udział kationów zasadowych w kompleksie sorpcyjnym jest mniejszy niż 35%), średnio wysycone (35–65%), wysoce wysyconych (powyżej 65%). Z punktu widzenia agrotechnicznego stopień wysycenia zasadami na poziomie 50–75% wskazuje na niewłaściwą agrotechnikę, a dopiero wartości powyżej 85% świadczą o dobrym stanie fizykochemicznym gleb i poprawnej agrotechnice gleb.

Im wyższe pH gleby tym bardziej wzrasta pojemność sorpcyjna koloidów organicznych (gleb organicznych). Natomiast w przypadku gleb mineralnych, wzrost pH nie wpływa na poprawę właściwości sorpcyjnych. Po zwapnowaniu i podwyższeniu odczynu gleby mineralnej z 5 do 6,5 skutkuje zwiększeniem pojemności sorpcyjnej gleby w niewielkim stopniu, bo z 20 me do 25 me. Natomiast podwyższenie odczynu gleby organicznej spowoduje wzrost pojemności z 20 me do 60 me. Zatem rolnik ma wpływ na zwiększenie kompleksu sorpcyjnego, ponieważ poprzez odpowiednią agrotechnikę może poprawiać kompleks sorpcyjny gleby, podwyższając odczyn gleby, jak i zwiększając ilość i jakość próchnicy w glebie.