Gleba to złożony twór, który od strony geologicznej jest po prostu wierzchnią warstwą skorupy ziemskiej. Warstwa ta, podlega ciągłym przemianom ze strony naturalnej erozji skał, wpływu klimatu i oddziaływania organizmów, a od kilku tysięcy lat również zauważalny jest wpływ człowieka na zmiany gleby. Od strony fizykochemicznej natomiast, gleba to układ trójfazowy, składający się z fazy stałej, płynnej i gazowej. Układ zawiesin i roztworów wypełniających objętości pomiędzy porami skał i drobin mineralnych. Wszystko to w dynamicznym układzie wymiany energii, modyfikowanym przez mikroorganizmy i zmieniające się warunki środowiskowe.
Dla rolnika jednymi z najbardziej znaczących parametrów opisujących glebę jest jej żyzność i urodzajność. Te dwa terminy, chociaż zbliżone dotyczą zdolności gleby do zaspokajania potrzeb fizjologicznych roślin. Żyzność jest terminem dotyczącym samej gleby – struktura, skład, zakwaszenie, zawartość materii organicznej. Urodzajność jest pojęciem nieco szerszym – uwzględnia nie tylko samą żyzność gleby, ale także wpływ procesów agrotechnicznych. O ile żyzność nie jest do końca mierzalną wartością, o tyle urodzajność daje się opisać konkretnymi wskaźnikami określającymi wartość produkcyjną gleby (np. wielkość plonu czy waga wyprodukowanej biomasy).
Podstawowym wskaźnikiem charakteryzującym żyzność gleby jest próchnica glebowa (nazywana także humusem). Jest to wieloskładnikowa warstwa mineralno-organiczna zgromadzona w glebie i na jej powierzchni, która powstaje dzięki przekształcaniu materii organicznej i szczątków roślin przy udziale mikroorganizmów glebowych (bakterie, grzyby, ale także drobne bezkręgowce jak np. dżdżownice). Do funkcji próchnicy glebowej można zaliczyć:
- zatrzymywanie i gromadzenie składników pokarmowych, a także poprawa ich dostępności,
- zwiększenie retencji wodnej, co także pozwala na minimalizacje skutków suszy,
- poprawa struktury gleby, zapobieganie utraty składników odżywczych i wody,
- utrzymanie aktywności biologicznej organizmów żyjących w glebie,
- wymianę ciepła i przepływ energii w glebie poprzez odpowiednią absorpcję promieniowania słonecznego
- stabilność chemiczna gleby – zapobieganie zaskorupianiu i gwałtownym zmianom pH
Procentowy skład pierwiastkowy próchnicy to w przybliżeniu 60% węgla, 30% tlenu, 6% azot, 1,2% fosforu, 0,9% siarki oraz mikroelementy. Warto też dążyć do tego, aby stosunek wymienionych pierwiastków wynosił odpowiednio C:N:P:S – 10:1:0,2:0,15. Umożliwia to optymalne wykorzystanie składników pokarmowych przez rośliny.
Szacuje się, że próchnica stanowi około 75% całej materii organicznej znajdującej się w glebie. Najwięcej próchnicy glebowej znajdziemy w czarnoziemach, rędzinach i madach. Niestety, większość gleb w Polsce nie jest bogata w próchnicę, szacuje się że na terenie naszego kraju zawartość próchnicy w glebie to ok. 0,6 do 6%.
Rysunek 1. Trójkąt tekstury gleby (źródło: USDA)
Kolejnym elementem charakteryzującym glebę jest jej skład granulometryczny, nazywany także teksturą. Do opisu tego parametru stosuje się względne proporcje trzech frakcji: piasku (sand), pyłu (silt) oraz iłu (clay), które różnią się rozmiarem cząstek. Najmniejszą frakcją jest ił, który stanowi frakcję cząstek mniejszych niż 2 μm. Frakcję pyłu stanowią cząstki w zakresie od 2 μm do 50 μm. Największymi cząsteczkami w glebie są drobiny piasku – frakcja ta obejmuje wszelkie cząstki większe niż 50 μm. Tekstura obejmuje takie właściwości gleby jak: przesiąkliwość, napowietrzanie, podatność na erozję, zawartość materii organicznej, możliwości wymiany kationów oraz buforowania pH. Dla lepszej identyfikacji gleb pod kątem rozkładu granulometrycznego używa się tzw. trójkąta tekstury. Powszechnie przyjęty jest trójkąt opracowany przez Departament Rolnictwa Stanów Zjednoczonych – USDA (rysunek 1). Na podstawie tego wykresu można szybko stwierdzić, czy dana gleba jest lepsza do celów budowlanych czy rolniczych, a także jakie ma właściwości odprowadzania nadmiaru wody (co jest np. przydatne przy planowaniu rozmieszczenia dróg).
Istotnym czynnikiem wpływającym na żyzność gleby jest odczyn pH. Wartość tego określa, jaka jest dostępność wszystkich składników odżywczych dla roślin oraz jakie rośliny na danym terenie warto uprawiać ze względu na ich cechy fizjologiczne. Optymalne pH dla większości roślin oscyluje w przedziale od 5,5-7,5, czyli od lekko kwaśnego do obojętnego. Na glebach o większym stopniu zakwaszenia zaczynają pojawiać się problemy z rozwojem sieci korzeniowej za co odpowiada aktywny glin i mangan. Pogorszenie stanu korzeni przez działanie tych pierwiastków powoduje utrudnione pobieranie wody i substancji odżywczych do powoduje zahamowanie wzrostu i widoczne plamy oraz defekty na liściach i łodygach. Aby poprawić parametry fizykochemiczne i biologiczne, poprzez zmniejszenie zakwaszenia, stosuje się często zabieg wapnowania gleby dodając tzw. wapno palone (CaO). W zależności od rodzaju gleby (w czym pomaga ustalenie tekstury) oraz aktualnego zakwaszenia dawki CaO powinny wahać się w przedziale od 1 do 6 ton na hektar. Jeżeli jednak istnieje potrzeba obniżenia pH gleby (np. dla uprawy żyta lub ziemniaków), to w tym celu stosuje najczęściej fosforan amonu, saletrę amonową, mocznik, a także gnojowicę
Bardzo ważnym elementem decydującym o żyzności i urodzajności gleby są także nawozy naturalne i organiczne. Regularne zasilanie substancjami organicznymi gleby powoduje korzystny stosunek węgla do azotu oraz lepszą dystrybucje mikro i makroelementów potrzebnych roślinom. Do najczęściej stosowanych nawozów naturalnych są obornik i słoma dodawane podczas orania pola. Innym zabiegiem zwiększającym żyzność gleby jest dodanie preparatów wzbogacających mikroflorę glebową, które dostarczają do środowiska glebowego substancji wykorzystywanych przez rośliny, jak hormony, enzymy, witaminy czy antybiotyki chroniące przed grzybami. Popularne jest także zastosowanie kwasów humusowych, stanowiących naturalny składnik próchnicy glebowej – największego zasobu substancji organicznych w glebie. Kwasy humusowe wpływają na poprawę struktury gleby oraz jej właściwości chemicznych i biologicznych.