Η ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ ΤΟΥ ΕΔΑΦΟΥΣ. Κεφάλαιο 1ο. Το έδαφος της Γης, σαν βασικό συστατικό του γήινου οικοσυστήματος

Η ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ ΤΟΥ ΕΔΑΦΟΥΣ. Κεφάλαιο 1ο. Το έδαφος της Γης, σαν βασικό συστατικό του γήινου οικοσυστήματος

της Δήμητρας Σπανού καθηγήτριας χημικού του 1ου Γυμνασίου Δάφνης

αφιερώνεται στον Παναγιώτη Σπ. και Αντρέα Σπ.

 

Το έδαφος μέσα στο γήϊνο οικοσύστημα

Το έδαφος της Γης κατέχει σημαντική θέση ανάμεσα σε άλλα συστήματα , την ατμόσφαιρα, την λιθόσφαιρα, την υδρόσφαιρα και την βιόσφαιρα. Είναι λοιπόν φυσικό να δέχεται διαρκείς επιδράσεις από αυτά και να βρίσκεται διαρκώς σε μια δυναμική ισορροπία. Ταυτόχρονα ασκεί έντονες επιδράσεις στην βιόσφαιρα, παρέχει άμεσα ή έμμεσα την δυνατότητα να ζουν τα φυτά και τα ζώα, ενώ ταυτόχρονα στεγάζει μέσα του δισεκατομύρια μικροοργανισμούς.

Αλληλεπιδρά με την  ατμόσφαιρα κυρίως όσον αφορά την ροή και το ισοζύγιο ενέργειας εφόσον επιρεάζει την θερμοκρασία αέρα και απορροφά ακτινοβολούμενη ενέργεια μέσω της ατμόσφαιρας...

Η προσπάθεια μελέτης της βλάστησης, του κλίματος και άλλων αντίστοιχων κοινού ενδιαφέροντος θεμάτων  ή και η διάθεση για οικολoγική ευαισθητοποίηση και προστασία του περιβάλλοντος , πρέπει οπωσδήποτε να πάρουν υπόψην τους τον παράγοντα έδαφος

 

Τι είναι έδαφος 

Ορισμός και ταξινόμηση του εδάφους βάσει της Υφής, 

Συνήθως την ποιότητα του εδάφους καθορίζει το μέγεθος των σωματιδίων από τα οποία αποτελείται.

Μεγαλύτερα σωματίδια  πέτρες, λίθοι και βράχοι με διάμετρο από 2 mm έως και πολλά μέτρα χαρακτηρίζονται σαν σκελετικά υλικά, που συγκρατουν την λεπτή ύλη που συνήθως ονομάζουμε χώμα και που τα σωματίδιά της είναι πολύ μικρότερα

Τα σωματίδια της λεπτής ύλης διακρίνονται σε τρεις κατηγορίες ανάλογα με την διάμετρό τους. α. Άργιλος με διάμετρο κόκκων μικρότερη από 0,002 mm , η ιλύς με διάμετρο 0,002 -0,05 και η άμμος από 0,05 - 2mm. 

H διάμετρος των κόκκων, παίζει καθοριστικό ρόλο στην συμπεριφορά των εδαφών.

 

Από που έρχεται το έδαφος 

Το έδαφος σχηματίζεται με τον θρυματισμό και κονιορτιοποίηση πετρωμάτων σε μεγάλη επφάνεια, λόγω διαφόρων φυσικών  χημικών παραγόντων και βιολογικών παραγόντων. (Φυσική  χημική και βιολογική αποσάρθρωση αποσάρθρωση) .

Η φυσική αποσάρθρωση που προκαλούν φυσικά φαινόμενα όπως απότομος  παγετός, αλλαγή θερμοκρασίας, μεγάλη πίεση ή αλατότητα διασπά πετρώματα ορυκτών σε μικρότερα σωματίδια

Η χημική αποσάρθρωση μετατρέπει τα λιγότερο ανθεκτικά από τα αρχικά ορυκτά, σε καποια άλλα και προκαλείται με διάβρωση, υδρόλυση, οξείδωση ή επίδραση οξέων σε πετρώματα

παραδείγματα χημικής αποσάρθρωσης: 

διάβρωση ασβεστίτη: CaCO3(s) + H2CO3 --> Ca++  + 2HCO3-

διάβρωση ταγιαλίτη: Fe2SiO4(s)  +H2CO3 --> Fe++    + 4HCO3-   + H2SiO4

υδρόλυση μαγνητίτη: MgCO3(s)  + 2H2O --> HCO3-  + Mg(OH)2 (s)  

Οξείδωση αιματίτη : 3Fe2O3(s)  +H2O    + 2e --> 2Fe3O4(s)  + 2OH-

ΜΥΚΗΤΟΛΟΓΙΑ Γιάννης Πούρης Βιολόγος Msc Διδακτική της Βιολογίας Υποψήφιος  Διδάκτορας τομέα Βοτανικής, ΕΚΠΑ Εισαγωγή στους μύκητες. - ppt κατέβασμα

Η ανθεκτικότητα των υλικών στην διάβροση εξαρτάται από την αναλογία πυριτίου πρός οξυγόνο. Όσο περισσότερα άτομα πυριτίου υπάρχουν στο κρυσταλλικό  πλέγμα, τόσο μειώνονται οι πιθανότητες να διεισδύσουν άλλα άτομα στο πλέγμα ώστε να προκαλέσουν χημικές αλλοιώσεις.
 

Η βιολογική αποσάρθρωση  μικροοργανισμοί και ρίζες φυτών διεισδύουν στα ορυκτά και τα αποσταθεροποιούν αναπτύσσοντας εσωτερικές δυνάμεις

 

Πως το έδαφος γίνεται κατάλληλο για συμμετάσχει σε βιοχημικούς και 'αλλους κύκλους

Στην αρχή το χώμα αυτό είναι πολύ φτωχό σε αζωτο και ανθρακα, στοιχείων που είναι συνδεδεμένα αναπόσπαστα με την ζωή. Μικροοργανισμοί όπως κυανοβακτήρια και λειχήνες έρχονται να συμπληρώσουν τις ελλείψεις αυτές παράγοντας άνθρακα με την φωτοσύνθεση και άζωτο με την δέσμευση ατμοσφαιρικού αζώτου επιτρέποντας σε αυτό να συμμετάσχει στην συνέχεια σε βιοχημικούς και άλλους κύκλους της φύσης

 

Οι κόκκοι μκρής διαμέτρου όπως στην άργιλο με μεγάλη επιφάνεια σε σχέση με τον συνολικό όγκο, εμφανίζουν αρνητικό φορτίο και επομένως κολλώδεις ιδιότητες,  βασικές για σχηματισμό συμπλεγμάτων με την σύνδεση των μονάδων αρνητικού φορτίου με δεσμούς με πολυσθενή κατιόνται και οργανικές ουσίες. Αυτά είναι γνωστά σαν Οργανο-ορυκτά συμπλέγματα, στην επιφάνεια των οποίων ζουν μικροοργανισμοί με ενζυμική δράση. Τα προσκολλημένα  εξωένζυμα προστατεύονται από την υδρόλυση λόγω της προσκόλησης στην άργιλο αλλά και  περιορίζει την ενζυμική τους δράση σε μικρά μόρια που αποικοδομούνται γρήγορα

 

Ταξινόμηση του εδάφους βάσει της μηχανικής σύστασης 

Η μηχανική σύσταση του εδάφους είναι η περιεκτικότητα των κλασμάτων αυτών (αργίλου, υλύς και άμμου) στη λεπτή γη.  Διακρίνουμε ελαφριά, μέσα και βαρειά εδάφη με υποκατηγορίες όπως ελαφριά αμμώδη, ελαφριά πηλώδη, ελαφριά αργιλώδη, μέσα αμμώδη κ.λ.π.

Συνήθως τα αργιλώδη εδάφη κλίνουν προς τα βαριά ενώ τα μμώδη προς τα ελαφριά.

Η μηχανική σύσταση παίζει ρόλο, όχι μόνο στην μηχανικές ιδιότητες  αλλά και στις χημικές ιδιότητες του εδάφους, αφού όσο μικρότερος είναι ο κόκκος, τόσο μεγαλύτερη η επιφάνεια που έρχεται σε επαφή με τον αέρα και το νερό

Ως προς τις μηχανικές ιδιότητες, τα ελαφριά εδάφη, έχουν καλή αποστράγγιση, διακινείται καλλίτερα ο αέρας, αλλά δεν συγκρατούν καλά τα θρεπτικά και το νερό. Αντίθετα τα βαρύτερα εδάφη, δεν έχουν καλή στράγγιση είναι όμως πλούσια  θρεπτικά του εδάφους

 

 

Ταξινόμηση βάσει της χημικής σύστασης

Για να μελετήσουμε την χημεία του εδάφους, εξετάζουε την οξύτητά του PH την περιεκτικότητα σε ανθρακικό ασβέστιο, την ηλεκτρική αγωγιμότητα και την ικανότητα ανταλλαγής κατιόντων.

Το ΡΗ είναι μετρήσιμη ιδιότητα των εδαφών και μετρείται με γυάλινο ηλεκτρόδιο. 

Η οξίνιση των εδαφών, δηλαδή η μεγάλη συγκέντρωση Η+προκαλείται από χημικούς παράγοντες όπως η αλόγιστη χρήση αμμωνιακών λιπασμάτων και η όξινη βροχή αλλά και φυσικούς παράγοντες όπως η έκπλυση των βασικών κατιόντων του εδάφους με το νερό της βροχής.. 

Η αλκαλίωση των εδαφών συμβαίνει συνηθως σε εδάφη ξηρών περιοχών Η άνοδος αλμυρών νερών, η επανηλειμένη κατάκλυση κα εξάτμιση επιφανειακών νερών αλλά και ακατάλληλες αρδεύσεις, προκαλούν συσσώρευση αλάτων και αλκαλίωση. Δέλτα ποταμών ή λεκάνες ημίξερων περιοχών παρουσιάζουν αυξημένους κινδύνους αλκαλίωσης.

Τα οξέα και οι βάσεις διαφοροποιούν  τα δυναμικά οξειδοαναγωγής των  εδαφικών διαλυμάτων.

Οι οξειδωτικές ή αναγωγικές ιδιότητες διαλυμάτων παίζουν μεγάλο ρόλο στα χημικά και βιολογικά φαινόμενα του εδάφους. Σε αναγωγικά διαλύματα όπως είναι διαλύματα βάσεων που είναι δέκτες Η+ το Δυναμικό οξειδοαναγωγής είναι υψηλό και υπάρχει τάση να δίνονται ηλεκτρόνια. Αντίθετα σε όξινα εδάφη.

Παράδειγμα οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων είναι η αναπνοή όπου ο δότης ηλεκτρονίων είναι η αναγωγική γλυκόζη ενώ ο τελικός δέκτης είναι συνήθως το μοριακό οξυγόνο. 

Εναλλακτική ικανότητα σε κατιόντα

Σημαντική είναι η ικανότητα του εδάφους να μπορεί να προσροφήσει κατιόντα σε ένα δεδομένο ΡΗ.

Εδάφη με  βερμικουλίτη και μοντμοριλλονίτη (είδος αργίλου) αλλά και οργανικές ουσίες και ρίζες φυτών εμφανίζουν υψηλή ανταλλακτική ικανότητα.

 Ένα διάλυμα με μεγάλη προσροφητική ικανότητα, έχει ταυτόχρονα αυξημένη ικανότητα κατακράτησης νερού και αυξημένη ρυθμιστική ικανότητα του ΡΗ. Όσον αφορά τους βιολογικούς παράγοντες του εδάφους, τα αναερόβια βακτήρια αυξάνουν την μεταβολική τους ικανότητα σε εδάφη με μεγάλη προσροφητική ικανότητα. Αντίθετα πληθυσμοί  αερόβιων μυκήτων  αναστέλουν τον μεταβολισμό τους γιατί με την υψηλή προσρόφηση αναστέλλεται περιοδικά η διάχυση οξυγόνου

 Βρέθηκε για παράδειγμα  ότι  σε εδάφη με μοντμοριλλονίτη (είδος αργίλου) δεν μπορεί να διαδοθεί ο μυκητας της ιστοπλασμάτωσης Histoplasma capsulatum, όπως ήταν αναμενώμενο λόγω των ανωτέρω.

 

Η ενέργεια και οι θρεπτικές ουσίες

Η έλλειψη οργανικών ουσιών στο έδαφος (όπως στις ερήμους) μειώνει τους οργανισμούς του εδάφους και οι πληθυσμοί αυξάνονται μόνο σε εποχή βροχοπτώσεων με γρήγορη αποσύνθεση.

Η έλλειψη ανόργανων ουσιών Ρ, Ν, Ca k.a. επιρρεάζει τους οργανικούς πλθυσμούς. Σε όξινα τυρφικά εδάφη με έλλειψη αζώτου και φωσφόρου οι μικροοργανισμοί μειώνονται και σε εδάφη με μειωμένο το ασβέστιο εξαφανίζονται οι γαιοσκώληκες.

Πως επιρεάζει το φως

Στα κυανοβακτήρια Rhizobium σε συνθήκες πλεονάζοντος φωτός αυξάνεται η φωτοσύνθεση και η παραγωγή υδατανθράκων. Ταυτόχρονα όμως παρατηρούνται συμπτώματα μείωσης του αζώτου που δεσμεύεται από την ατμόσφαιρα από τα κυανοβακτήρια Rhizobium.

Δήμητρα Σπανού

 

 

ΠΗΓΕΣ

ΕΠΙΛΕΓΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΔΙΑΧΕΙΡΗΣΗΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ: 

ΟΙΚΟΛΟΓΙΑ ΤΟΥ ΕΔΑΦΟΥΣ ΣΤΑΜΑΤΗΣ ΣΤΑΜΑΤΙΑΔΗΣ

https://eclass.teiwm.gr/modules/document/file.php/TEG324/4a_%CE%98%CE%95%CE%A9%CE%A1%CE%99%CE%91.pdf

https://www.moa.gov.cy/moa/da/da.nsf/All/C671EB1BE83C1E28C225804800349C68/$file/%CE%A3%CE%A5%CE%A3%CE%A4%CE%91%CE%A3%CE%97,%CE%A6%CE%A5%CE%A3%CE%99%CE%9A%CE%95%CE%A3%20&%20%CE%A7%CE%97%CE%9C%CE%99%CE%9A%CE%95%CE%A3%20%CE%99%CE%94%CE%99%CE%9F%CE%A4%CE%97%CE%A4%CE%95%CE%A3%20%CE%A4%CE%9F%CE%A5%20%CE%95%CE%94%CE%91%CE%A6%CE%9F%CE%A5%CE%A3.pdf

https://slideplayer.gr/slide/11427183/

https://www.teidasoponias.gr/site/news/xtra/morfologia/chimikes_idiotites_edafous.pdf

 

 

Σύντομη εισαγωγή στο κεφάλαιο: Πλήθος χημικών διεργασιών πραγματοποιείται στο έδαφος, στο οποίο τα μεμονωμένα συστατικά του εδάφους αντιδρούν το ένα με το άλλο. Σημαντικές διεργασίες είναι η ανταλλαγή ιόντων (εκρόφηση και προσρόφηση) και ο σχηματισμός, διάσπαση και μετεγκατάσταση χημικών ενώσεων. Αυτές οι διεργασίες σχετίζονται στενά με τις χημικές ιδιότητες του εδάφους, όπως η τιμή του pH ή οι συνθήκες οξειδοαναγωγής. https://www.bodenkunde-projekte.hu-berlin.de/boku_online/pcboku10.agrar.hu-berlin.de/cocoon/boku/sco_7_chemie_0d58b.html?section=caN100CH