Kierownik: prof. dr hab. Zofia Sokołowska

Zespół: dr hab. Alicja Szatanik-Kloc, dr Patrycja Boguta, mgr Marta Cybulak, prof. dr hab. Bogusław Usowicz

Zjawiska i procesy zachodzące na granicy faz układu glebowego ciało stałe – gaz, ciało stałe – ciecz różnią się od zjawisk zachodzących w fazach objętościowych tym, że podlegają działaniu sił powierzchniowych. Bez rozpatrzenia istoty zjawisk i sił powierzchniowych nie jest praktycznie możliwe zrozumienie i kontrolowanie w skali makro procesów fizykochemicznych zachodzących w glebie np. obserwowane w skali polowej procesy transportu wody glebowej są odbiciem zwilżalności cząstek fazy stałej gleby, adsorpcji pary wodnej, mikroporowatości, pęcznienia minerałów ilastych i substancji organicznej, hydratacji kationów powierzchniowych, wielkości swobodnej energii powierzchniowej, ładunku i dysocjacji powierzchniowych grup funkcyjnych itp. Należy podkreślić, że adsorbenty „rolnicze”, takie jak gleba, minerały ilaste czy substancja organiczna (próchnica) mają złożony charakter, zarówno pod względem składu chemicznego, budowy (np. połączenia organo-mineralne) jak i porowatej struktury. Powoduje to, że powierzchnia fazy stałej gleby i korzeni roślin jest wysoce niejednorodna. Jedną z metod badania takich powierzchni jest analiza izoterm adsorpcji/desorpcji gazów lub par. Na podstawie danych sorpcji/desorpcji możliwe jest obliczenie powierzchni właściwej fazy stałej, jej niejednorodności energetycznej i geometrycznej oraz mikroporowatości. Metodą miareczkowania potencjometrycznego możliwe jest określenie wielkości CEC (pojemności kationowymiennej), a także stopnia niejednorodności zmiennego ładunku powierzchniowego. Ładunek powierzchniowy opisywany jest w kategoriach reakcji dysocjacji powierzchniowych grup funkcyjnych. Względna ilość powierzchniowych grup funkcyjnych o zróżnicowanej kwasowości może ulegać zmianom pod wpływem czynników stresowych (m.in. niskie pH środowiska, stężenie metali ciężkich).

Uruchamianie i migracja związków organicznych, w tym związków próchnicznych, wpływa na przemieszczanie się składników pokarmowych, metali ciężkich i zanieczyszczeń organicznych. Oddziaływania metal-kwas huminowy jest skomplikowane. Mechanizm tego procesu zależy od wielu czynników, przede wszystkim od właściwości kwasów huminowych, w drugiej kolejności od rodzaju metalu, jego stężenia oraz od pH środowiska. Badania będą prowadzone z wykorzystaniem następujących metod i aparatury: absorpcyjna spektrometria atomowa; UV-VIS; turbidymetria; miareczkowanie potencjometryczne; analiza elementarna; spektroskopia fluorescencyjna; FTIR, TOC oraz alkacymetria. Warunki stresowe dla rośliny są sygnałem indukującym w jej komórkach szereg różnych procesów biochemicznych (np. zmiany pH cytoplazmy, potencjału elektrostatycznego błon komórkowych, przepływu jonów) w wyniku czego ulegają zmianom, procesy metaboliczne

i transportowe, co prowadzi do utraty homeostazy komórkowej, a nawet do obumierania rośliny. Od strony fizykochemicznej za procesy pobierania przez korzeń i dalej transportu jonów odpowiada przede wszystkim zmienny ładunek powierzchniowy korzenia. Zmiany anatomiczne i biochemiczne wywołane czynnikami stresowymi prowadzą do zmian charakterystyk fizykochemicznych korzenia, które mogą przejawiać się również, zmianami charakterystyk ładunku powierzchniowego. Złożone reakcje roślin w stresie, wymagają kompleksowej analizy właściwości fizykochemicznych, chemicznych i biochemicznych korzeni i ścian komórkowych. Zmiany zawartości pektyn, stopnia ich metylacji i aktywności PME a także parametry charakteryzujące zdolność wymiany kationów determinowane są rodzajem i natężeniem czynnika stresowego oraz gatunkiem rośliny.
Celem prac jest badanie i ocena stanu środowiska przyrodniczego w oparciu o analizę gleby i jej składników oraz roślin, a także wykorzystanie metod adsorpcyjnych do badania ciał stałych.

• Wpływu wprowadzanych do gleby materiałów organicznych (np. odpady organiczne, biowęgiel) na chemiczne, fizyczne i fizykochemiczne właściwości gleby
• Oddziaływania pomiędzy kwasami huminowymi i jonami metali
• Charakterystyki fizyko-chemiczne i powierzchniowe fazy stałej gleb i roślin
• Określenie wpływu stresów abiotycznych (suszy, zakwaszenia oraz metali ciężkich) na metrometrię, wybrane właściwości powierzchniowe i biochemiczne korzeni roślin oraz ścianę komórkową.

Szczegółowa charakterystyka chemiczna, fizykochemiczna, stabilność odpadów i biowęgla w glebie oraz wyniki doświadczeń modelowych z glebą pozwolą na wyjaśnienie wpływu tych materiałów na właściwości granic faz układu glebowego i ocenę gleby jako sorbenta par, gazów i jonów oraz na ocenę przydatności tych materiałów w rolnictwie. Jest to korzystne zarówno z przyrodniczego jak i przemysłowego punktu widzenia.  
Badania i analiza procesu kompleksowania w układzie kwasy huminowe–jony metali pozwolą na wyjaśnienie i interpretację chemizmu interakcji zachodzących pomiędzy kwasami huminowymi a jonami wybranych metali ciężkich (np. Cu, Fe, Zn, Mn) w różnych warunkach pH i stężenia analizowanego metalu ciężkiego oraz zbadanie wzajemnego wpływu wybranych metali ciężkich i kwasów huminowych na ich mobilność w środowisku glebowym.
Wykorzystanie metod adsorpcyjnych oraz miareczkowania potencjometrycznego pozwoli na ocenę wpływu stresów abiotycznych na rośliny poprzez analizę właściwości powierzchniowych korzeni roślin i ściany komórkowej.