Woda w glebie. Jak duże ma znaczenie dla rozwoju roślin?

Warunkiem niezbędnym do wzrostu roślin jest woda, stanowiąca w tej chwili jeden z najważniejszych czynników limitujących wzrost i rozwój roślin. Ilość zawartej w glebie wody, którą mogą wykorzystać rośliny, zależy od wielu czynników wpływających na średnicę znajdujących się w niej porów glebowych. Te wolne przestrzenie mogą być wypełnione wodą lub powietrzem. Jak wygląda woda w glebie?

Woda w glebie i jej źródła

Źródłem wody w glebie są przede wszystkim różnego rodzaju opady atmosferyczne, podsiąkanie wody z warstw wodonośnych, nawadnianie i skondensowana para wodna.

Ilość opadów

W warunkach Polski podstawowe znaczenie ma ilość opadów oraz ich jakość, tzn. termin występowania oraz intensywność. Najbardziej pożądane są opady w okresie wegetacyjnym, czyli od kwietnia do października. Niestety średnio większość opadów przypada w terminie spoczynku roślin. Natomiast w najbardziej krytycznym okresie letnim często mamy wprost do czynienia z niedoborami opadów, powodującymi katastrofalne susze. W żadnym razie nie mamy wpływu na częstotliwość opadów.

Intensywność opadów

Drugi czynnik to intensywność opadu. Z punktu wymagania roślin optymalne są opady o małej intensywności, około 4 mm·h^-1. o ile opad jest zbyt intensywny, to część wody gwałtownie przenika poza zasięg systemu korzeniowego lub jest tracona na zwięźlejszych glebach jako spływ powierzchniowy. Umiejętne zabiegi agrotechniczne mogą częściowo sprawić, iż woda w glebie lekkiej będzie mniej przesiąkać i zwiększy się na ciężkich.

Woda w glebie a prawa fizyki

Woda w glebie i jej zachowanie podlega prawom fizycznym. Jest to zjawisko adhezji, tj. przyciągania cząsteczek wody przez fazę stałą gleby oraz kohezji, czyli wzajemnego przyciągania się cząsteczek wody. Te siły regulują zatrzymywanie wody przez glebę oraz jej ruch w środowisku glebowym. Stąd gleby ciężkie zawierające więcej drobnych cząstek mają większą pojemność wodną, a gleby lekkie są bardziej przepuszczalne.

Biorąc pod uwagę rodzaj i wielkość sił oddziaływających na wodę w glebie można wyróżnić następujące rodzaje wody w glebie:

1. para wodna w powietrzu glebowym,
2. woda molekularna — higroskopowa i błonkowa,
3. woda kapilarna w kapilarach glebowych,
4. woda wolna — infiltracyjna (ruchoma) i gruntowa (stagnująca),
5. znajdująca się w związkach chemicznych,
6. stała w postaci lodu.

Wszystkie siły wiążące wodę w glebie nazywamy siłą ssącą gleby lub potencjałem wodnym gleby. Im mniej jest wody w glebie, tym silniej jest ona przez nią zatrzymywana i siła ssąca może osiągać wartości choćby kilkuset megapskali (MPa0). Z kolei w miarę wzrostu wilgotności siły zatrzymujące maleją, a potencjał może spaść do zera przy pełnej wilgotności.

Pomiar siły ssącej gleby

Ogólnie przyjętą metodą wyrażania uwilgotnienia gleby jest pomiar siły ssącej gleby, którą wyrażamy w hektopaskalach (haP) lub jednostkach pF. Jednostka pF i metoda jego pomiaru została wprowadzona 1935 przez Schofielda i jest definiowana jako logarytm dziesiętny z wysokości słupa wody równoważącego siłę wiązania wody przez glebę (siłę ssącą gleby). Stąd pF=log₁₀h gdzie h oznacza wysokość słupa wody.

Tabela. Poziomy uwilgotnienie gleby wyrażone w różnych jednostkach

Rodzaje pojemności wodnej

Biorąc pod uwagę stan uwilgotnienia gleby, możemy wyróżnić różne rodzaje pojemności wodnej.

• Maksymalna pojemność wodna (MPW) – stan uwilgotnienie gleby, w którym wszystkie wolne przestrzenie wypełnia woda. Zjawisko to występuje po długotrwałych deszczach lub intensywnych opadach, zimą i wczesną wiosną oraz poniżej poziomu wód gruntowych. Jest szczególnie niepożądane w okresie wegetacji, gdy wystąpi stagnacja wody po intensywnych lub długotrwałych opadach, ponieważ powoduje niedotlenienie korzeni.
• Polowa pojemność wodna (PPW) – poziom uwilgotnienia gleby, w którym nadmiar wody grawitacyjnej przemieścił się do głębokości drenowania lub lustra wody gruntowej. Z tego powodu stan PPW często nazywa się stanem równowagi drenowania. Po odprowadzeniu nadmiaru wody, woda znajdująca się w drenach lub rowach drenarskich przestaje płynąć. Przy pojemności polowej wyżej położone w profilu glebowym duże pory wypełnione są powietrzem, drobne natomiast wodą.
• Punkt trwałego więdnięcia (PTW) – opis stanu uwilgotnienie gleby, w którym woda zawarta w glebie jest utrzymywana siłą przekraczającą ciśnienie równe ciśnieniu wywieranemu przez słup wody o wysokości 150 m (1500 kPa). Przy takich wartościach przyciągania wody przez cząsteczki gleby korzenie nie mogą pobierać wody z otoczenia. Punkt graniczny stanowi moment, w którym woda znajduje się w porach o średnicy mniejszej od 0,002 mm.

Ilość zawartej w glebie wody, którą mogą wykorzystać rośliny, zależy od średnicy znajdujących się w niej porów glebowych. Z tego powodu należy zapobiegać nadmiernemu zagęszczeniu gleby, gdyż powoduje ono zmniejszenie średnicy porów, a w konsekwencji ogranicza dostępność wody dla roślin. Gleba gliniasta w 10-centymetrowej warstwie zawiera około 20 mm wody dostępnej dla roślin, co odpowiada 200 m³ na hektar. Ilość wody, którą mogą wykorzystać rośliny, zależy od tego, jaką objętość gleby przerasta system korzeniowy i jaki ma on zasięg.

Woda w glebie w największych ilościach występuje m.in. wiosną

fot. Canva

Płynna forma wody w glebie

Woda w glebie może występować pod wszystkimi stanami skupienia, ale najistotniejsza jest forma płynna. Woda glebowa z rozpuszczonymi w niej substancjami tworzy w roztwór glebowy. Dla uproszczenia używamy terminu woda glebowa, a o roztworze glebowym mówimy w kontekście dostępności składników glebowych. W naszych warunkach klimatyczno-glebowych podstawowym źródłem wody są opady atmosferyczne.

Wody gruntowe z głębszych warstw wodonośnych mają mniejsze znaczenie, ale bardzo istotny jest poziom zalegania lustra wody gruntowej. o ile jest zbyt płytka, to uniemożliwia rozwój korzeni i dyskwalifikuje dane pole jako przydatne do zakładania plantacji. Poziom wody gruntowej należy badać wczesną wiosną, gdy jest on najwyższy. w tej chwili z powodu zmian klimatu problem wody ma niebagatelne znaczenie. Wszystko przez to, iż coraz częściej występuje deficyt wody i katastrofalne susze. W uprawach sadowniczych jest on odwrotnie proporcjonalny do głębokości zasięgu systemu korzeniowego. Im płycej roślina się korzeni, tym większe ryzyko braku wody i strat plonu.

Przyczyny straty wody w glebie

Podstawową przyczyną strat wody glebowej w warunkach polowych jest ewapotranspiracja, czyli transpiracja wody przez rośliny i jej parowanie z powierzchni gleby. Zależą one głównie od temperatury, wiatru i niedosytu wilgoci w powietrzu. Podczas gorących dni parowanie jest bardzo intensywne, ponieważ różnice pomiędzy ciśnieniem pary wodnej w atmosferze a powietrzem przy powierzchni gleby lub liści są bardzo duże.

W miarę strat wody z gleby siła ssąca gleby utrudnia jej ruch w glebie i dostępność dla roślin. Straty w drodze parowania i transpiracji maleją. Rośliny odbierają to jako sygnał do ograniczenia transpiracji, ale wiąże się to ze spowolnieniem wzrostu i rozwoju. W glebie straty spowodowane parowaniem powierzchniowym uzupełnia się na początku przez podsiąkanie kapilarne. Z czasem, gdy siła ssąca gleby wzrasta, przemieszczanie wody z głębszych warstw gleby odbywa się w postaci pary wodnej.

Glebę w pewnym sensie możemy potraktować jak zbiornik dla wód opadowych, a jej możliwości retencyjne zależą od wielu różnych czynników, wśród których główne znaczenie ma skład granulometryczny. Przykładowo gleby ciężkie wykształcone z glin i iłów mają duże możliwości retencjonowania wody, w przeciwieństwie do gleb lekkich wytworzonych z utworów piaszczystych. Tych możliwości retencyjne są znacznie mniejsze, choćby 2-, 3-krotnie w porównaniu do gleb zwięzłych.

To, czy woda w glebie na danym polu zdoła się zatrzymać, zależy zarówno od czynników naturalnych, jak i antropogenicznych. Najtrudniej zmienić skład granulometryczny, ale można wykonywać inne działania poprawiające retencję. Szacuje się, iż każdy 1% materii organicznej w glebie może magazynować 150 m³ wody/ha. Związki próchnicze mają bardzo wysoką pojemność wodną. Są zdolne zatrzymać choćby 5-krotnie więcej wody, niż same ważą, i jest to woda w formie dostępnej dla roślin. To szczególnie ważne dla gleb piaszczystych.