Wywiad – Gleba: żywy skarb pod naszymi stopami

Czym jest gleba?

Gleba jest złożonym, dynamicznym i żywym organizmem, który można postrzegać jako żywą skórę Ziemi. Składa się ona ze składników mineralnych i organicznych, a także z powietrza i wody. W ogólnym zarysie, składniki mineralne zawierają cząstki, takie jak piasek, muł i glina, złożone z różnych składników chemicznych, natomiast składniki organiczne pochodzą od żywych organizmów, w tym od roślin, bakterii, grzybów, fauny i ich pozostałości.

Gleby są ważną ostoją różnorodności biologicznej. Około jednej czwartej do jednej trzeciej wszystkich organizmów występuje w glebie. Różnorodność biologiczna gleby może obejmować organizmy, począwszy od mikroskopijnie małych bakterii i nicieni, aż po skoczogonki, roztocza, krocionogi, dżdżownice, krety i myszy. Każda z tych grup jest bogata gatunkowo. Na przykład w samych Niemczech istnieje 50 różnych znanych gatunków dżdżownic. W rzeczywistości różnorodność życia w glebie jest często znacznie większa niż w tym samym miejscu na jej powierzchni. Zgodnie z powszechnie przywoływanymi danymi liczbowymi jeden metr sześcienny gleby leśnej może zawierać do 2000 gatunków bezkręgowców.

Jakie procesy zachodzą w ekosystemie glebowym?

Ekosystemy glebowe różnią się w znaczącym stopniu, w szczególności na poziomie mikrosiedlisk. Jeden blok gleby zawiera bardzo zróżnicowane siedliska – powierzchnię gleby, główną część gleby znajdującą się poniżej gruntu oraz przestrzeń porową – z których każde jest mieszkaniem dla różnych organizmów. Na przykład większość organizmów żyjących w glebie żyje w porach gleby i jest od nich bardzo zależna. W zależności od tego czym wypełnione są pory, powietrzem lub wodą, zamieszkują je różne grupy organizmów.

Na siedliska glebowe można patrzeć również w odmienny sposób. Przykładowo istnieją mikroskopijne warstwy graniczne między cząstkami gleby, a także biologiczne hotspoty, w tym ryzosfera, gdzie znajdują się korzenie roślin, lub drylosfera wokół nor dżdżownic. Bardzo ważna jest również skala przestrzenna.

Wszystkie te gatunki we wszystkich mikrosiedliskach żyją razem i wzajemnie na siebie oddziałują tworząc tak zwany biom gleby. Na przykład mogą żywić się sobą nawzajem lub odchody jednych organizmów mogą dostarczać składniki odżywcze innym. Te interakcje zachodzące w biomie gleby mają kluczowe znaczenie dla funkcji gleby, która z kolei zapewnia usługi ekosystemowe.

Jakie funkcje pełni gleba?

Struktura gleby i materia organiczna w glebie są dwoma najlepiej znanymi przykładami mającymi znaczenie dla usług ekosystemowych. Struktura gleby jest określana przez sposób, w jaki różne cząstki łączą się w matrycy gleby. Gleba obejmuje połączenie dużych i małych agregatów cząstek gleby, porów wypełnionych powietrzem i wodą itp. Gatunki żyjące w glebie mogą bezpośrednio wpływać na strukturę gleby. Na przykład dżdżownice kopiąc przemieszczają elementy gleby i tym samym zmieniają jej strukturę. Niektóre z tych zmian mogą polegać na tworzeniu nowych porów i zamykaniu innych, zagęszczaniu niektórych części gleby lub dostarczaniu organizmom żyjącym w glebie nowych źródeł żywności. Dżdżownice są uważane za inżynierów ekosystemu, ponieważ potrafią praktycznie zryć glebę.

Struktura gleby jest również kluczowym czynnikiem w cyklu hydrologicznym. Decyduje o ilości wody, jaką gleba jest w stanie pobrać i zatrzymać, sposobie jej oczyszczania oraz sposobie, w jaki woda ta może odżywiać rośliny itd. Wyobraź sobie, że gleba przestaje magazynować i oczyszczać wodę. Co by to oznaczało dla rolnictwa i dla naszego zdrowia? Jak wpłynęłoby to na występowanie powodzi?

Innym przykładem jest obieg składników pokarmowych, regulujący ilość zawierającej węgiel, azot i fosfor materii organicznej gleby, która trafia do gleby i jest w niej magazynowana. Węgiel w glebie to węgiel organiczny i stanowi podstawę sieci pokarmowej w glebie. Zanim części organiczne, takie jak liście i fragmenty korzeni, będą mogły zostać wykorzystane przez rośliny, organizmy żyjące w glebie muszą je rozłożyć na prostsze związki. W ramach dość złożonego wieloetapowego procesu różne organizmy, jeden po drugim, degradują to, co było martwymi liśćmi lub gałęziami, i przekształcają w związki nieorganiczne, które są odpowiednie do przyswojenia/wykorzystania przez rośliny. Około 90% ściółki leśnej jest przetwarzane przez krocionogi, dżdżownice i stonogi. Bez tych organizmów zadławilibyśmy się ściółką.

Istnieją bakterie glebowe, które przekształcają azot atmosferyczny i azot mineralny, który jest niezbędny do wzrostu roślin. Grzyby przenoszą składniki odżywcze poprzez glebę z jednego miejsca na drugie. Wszystkie te procesy mikrobiologiczne są regulowane przez wypas większych zwierząt żywiących się tymi mikroorganizmami. Musimy postrzegać te bogate i złożone interakcje jako istotę prawidłowo funkcjonującego systemu, który w rezultacie zapewnia nam wspomniane wyżej usługi ekosystemowe.

W rzeczywistości zdrowa gleba zapewnia nam wiele korzyści. Na przykład obieg składników pokarmowych jest podstawą produkcji żywności i włókien. Istnieją również wyraźne powiązania z cyklem hydrologicznym. Gdy struktura gleby jest zmieniona lub zniszczona, wpływa to na zdolność gleby do oczyszczania, pobierania i zatrzymywania wody. Zagęszczenie lub zasklepienie gleby może prowadzić np. do częstszych powodzi.

Glebowe enzymy bakteryjne są wyodrębniane w laboratoriach, aby zbadać, w jaki sposób mogą być wykorzystywane do celów przemysłowych. Enzymy te mogą zastępować chemikalia np. w przemyśle papierniczym. Podobnie, bakterie glebowe wykorzystuje się w przemyśle farmaceutycznym do opracowywania leków, w tym penicyliny i streptomycyny.

Czy nasza wiedza na temat różnorodności biologicznej gleb jest wystarczająca?

Biologia gleby jest dość młodą dziedziną badań. Ponadto gleba jest zagadkowym środowiskiem trudnym do obserwacji. Pomimo tego zazwyczaj bagatelizujemy to, co już wiemy. W Europie dobrze wiemy, które grupy organizmów występują na jej terytorium i jakie są główne gatunki składowe gleby. Dokładnie rozumiemy, jakie są czynniki decydujące o różnorodności biologicznej, a także mamy podstawową wiedzę dotyczącą sposobu, w jaki użytkowanie gleb przez człowieka wpływa na ich różnorodność biologiczną. Istnieje wiele źródeł informacji na temat gleb, w tym Europejski atlas różnorodności biologicznej gleby opracowany przez Wspólne Centrum Badawcze oraz Francuski atlas bakterii glebowych.

Aby móc określić zmiany zachodzące w czasie, potrzebujemy jednak serii danych opisujących różnorodność biologiczną gleby. Serie danych, jakimi dysponujemy, często odnoszą się do naturalnych obszarów chronionych, w przypadku których możemy zaobserwować, że różnorodność biologiczna gleby jest zazwyczaj utrzymywana i chroniona. Ponadto większość realizowanych obecnie działań związanych z monitorowaniem gleb dotyczy jedynie związków chemicznych. Natomiast, oprócz zanieczyszczeń, konieczne jest monitorowanie innych parametrów i zrozumienie sposobu, w jaki zmiany klimatu lub różne praktyki rolnicze wpływają na różnorodność biologiczną gleby i różne funkcje pełnione przez glebę. W Europie przeprowadzono wiele badań, jednak nie zdobyto wiedzy umożliwiającej określenie wspólnego punktu odniesienia.

Gleba w ujęciu ogólnym i różnorodność biologiczna gleby w ujęciu szczegółowym są bardzo charakterystyczne dla danego miejsca. Skuteczne działania często wymagają bardziej szczegółowych i specyficznych dla danego obszaru informacji dotyczących nie tylko różnorodności biologicznej i rozmieszczenia gatunków oraz interakcji zachodzących na danym obszarze, ale również np. wpływu działalności ludzkiej i zmian klimatu na dany obszar.

Jakie są obecnie główne zagrożenia dla różnorodności biologicznej gleby?

Istnieje wiele zagrożeń, w tym zanieczyszczenia wynikające ze sposobu użytkowania gruntów. Na przykład pestycydy, herbicydy i inne chemikalia związane z intensyfikacją rolnictwa wpływają na rozmieszczenie gatunków i szkodzą różnorodności biologicznej gleby. Inne zagrożenia obejmują zmiany fizyczne, takie jak zagęszczenie i zasklepienie gleby – pokrywanie gleby powierzchniami sztucznymi, takimi jak beton lub asfalt. Zagęszczenie ogranicza przestrzeń porową i wpływa na gatunki żyjące w porach, natomiast zasklepienie gleby uniemożliwia nasycenie gleby węglem i wodą, a także ogranicza rozprzestrzenianie się gatunków.

Z uwagi na niewielką skalę oraz na fakt, że jest to stosunkowo powolny proces, rozprzestrzenianie się gatunków żyjących w glebie jest często ignorowane. Biorąc pod uwagę dłuższy przedział czasu, w rzeczywistości w krajobrazie gatunki bardzo aktywnie rozprzestrzeniają się, co warunkuje wysoki poziom różnorodności biologicznej gleby. Ograniczając różnorodność biologiczną w krajobrazie przez tworzenie monokultur i jego homogenizację, ryzykujemy utratą różnorodności biologicznej w glebie.

Skutki zmian klimatu, takie jak znaczące zmiany w rozkładzie opadów (susze lub powodzie), mogą również wpływać na różnorodność biologiczną gleby. Rok 2018 był tak ciepły i suchy, że na niektórych naszych terenach odnotowano 90–95% spadek w populacji bezkręgowców żyjących w glebie. Jeżeli w dalszym ciągu będziemy ograniczać różnorodność gatunków, może to wpłynąć na wszystkie procesy zachodzące w glebie.

Jakie działania są podejmowane w celu ochrony gleb w Europie?

Na szczeblu globalnym i europejskim podejmowane są starania i realizowane są inicjatywy ukierunkowane na ochronę gleb, obejmujące globalne partnerstwo na rzecz gleb, a także wdrażane są strategie i dyrektywy UE – według moich własnych szacunków jest to co najmniej 18 dyrektyw, w tym wspólna polityka rolna. Dotyczą one szerokiej gamy tematów, od ograniczenia emisji zanieczyszczeń i zrównoważonego użytkowania gruntów, po zwiększanie świadomości. Sprawniejsze wdrażanie tych strategii i dyrektyw z pewnością również byłoby odpowiednim krokiem w kierunku zapewnienia różnorodności biologicznej gleby. Istnieje wiele działań, które można podjąć na powierzchni, takich jak ograniczenie stosowania nawozów i pestycydów oraz wdrożenie rolnictwa precyzyjnego na glebach rolnych.

Niemal połowa Celów Zrównoważonego Rozwoju ONZ jest związana z glebą — począwszy od czystej wody i ograniczenia zmian klimatu do inicjatywy „zero głodu”. Bez zdrowej gleby cele te nie zostaną osiągnięte.

David Russell

Dział zoologii gleb, sekcja mezofauna

Muzeum Historii Naturalnej Senckenberg, Görlitz, Niemcy