Czynniki życia każdego organizmu, wpływające na produkcję:

Czynniki kosmiczne:

-światło

-ciepło

Czynniki glebowe:

-składniki pokarmowe

-powietrze

-woda

Funkcje wody w glebie:

Woda glebowa bierze udział we wszystkich procesach fizycznych,chemicznych i biologicznych, jest:

-rozpuszczalnikiem i środowiskiem transportowym składników pokarmowych ze środowiska glebowego do roślin

-niezbędna w procesach fizjologicznych roślin i fauny glebowej

-regulatorem ciepła i wilgoci w otoczeniu rośliny

-woda kształtuje zawartość powietrza w glebie

-niezbędna w procesach glebotwórczych

-formuje mikroklimat i klimat większych obszarów

Rola wody w glebie:

-udział w procesie glebotwórczym(ma wpływ na wietrzenie minerałów i skał glebotwórczych oraz na mineralizację związków organicznych). W procesie glebotwórczym biorą udział wszystkie rodzaje wód pod postacią: deszczu, gradu, śniegu i lodu

Wody powierzchniowe i gruntowe powodują:

-zmywanie gleb(erozja,unoszenie,transport)

-akumulację(namulanie, sedymentację)

-zabagnienie

-zasolenie(z podsiąku wód gruntowych)

-wymywanie i przenoszenie substancji organicznych, związków mineralnych, drobnych cząstek koloidalnych

Duży i mały obieg w przyrodzie

duży obieg(procesy zachodzące w skali globalnej):

-parowanie z oceanów

-kondensacja w atmosferze

-przemieszczanie się pary wodnej nad kontynenty

-opad na lądy

-wsiąkanie

-spływ podziemny i powierzchniowy zasilający oceany

mały obieg(procesy zachodzące w małej skali-lokalnie):

-parowanie

-kondensacja

-opad

-wsiąkanie

-odpływ

Czynniki powodujące obieg wody w przyrodzie:

-energia promienista słońca

-siła grawitacji

-obrót kuli ziemskiej wokół osi

-ciśnienie atmosferyczne

-siły międzycząsteczkowe(kapilarne)

-procesy biologiczne

-czynniki antropogeniczne

W jaki sposób można kształtować stosunki cieplne w glebie:

1.Nadmiar wody w glebie-stosujemy odwodnienie, czyli zwiększając odpływ H tym samym zwiększamy współczynnik odpływu α=H/P.

Zmniejsza się parowanie i większa ilość energii cieplnej idzie na ogrzanie gleby.

2.Brak wody w glebie lub niedobór(czyli mały współczynnik α=H/P

i niewielkie parowanie)-można zastosować nawodnienie, zwiększymy wtedy procesy parowania(E) i zużycie na ten cel energii cieplej(L E), tym samym zmniejszamy ilość ciepła zużywanego na ogrzanie atmosfery(T).

Woda w glebie, charakterystyka, pojęcia podstawowe:

-woda charakteryzuje się wysoką lepkością i znacznym napięciem powierzchniowym

-cząsteczki wody charakteryzują się biegunowością elektryczną i są dipolami elektrycznymi, co wynika z niesymetrycznego rozmieszczenia w nich atomów wodoru i tlenu.

-biegunowość cząsteczki wpływa na wzajemne elektryczne przyciąganie się dipoli wodnych, powodując, że woda jest dobrym rozpuszczalnikiem

-biegunowość powoduje ponadto, że woda dobrze i szybko adsorbuje się na powierzchni fazy stałej w glebie

-woda higroskopowa-warstwa bezpośrednio przylegająca do cząsteczki gleby,utworzona z pary wodnej powietrza glebowego. Jest wodą silnie związaną niedostępną dla roślin-siła wiązania znacznie przekracza siłę ssącą korzeni.

Woda higroskopowa zwykła i maksymalna:

-woda higroskopowa zwykła-adsorbowana w postaci cząstek pary na powierzchni fazy stałej

gleby z otaczającej atmosfery aż do osiągnięcia stanu równowagi. Zawartość tej wody jest zmienna i zależy od względnej wilgotności powietrza.

-woda higroskopowa maksymalna-odpowiada maksymalnej ilości wody którą gleba jest w stanie pochłonąć z powietrza nasyconego parą wodną(gdy między wilgotnością gleby a powietrzem nasyconym nastąpi stan równowagi)

-Siły adhezyjne i elektrostatyczne (sorpcyjne) małego zasięgu przyczyniają się do silnego wiązania cienkiej błonki wodnej na powierzchni fazy stałej. Woda ta nazywa się higroskopijną(tuż przy powierzchni fazy stałej_ i wodą błonkową(nieco dalej od tej powierzchni).Obie te Formy wiązane są bardzo silnie przez macierz glebową, a ilość zretencjowanej wody jest bardzo mała)

Siła osmotyczna:

-występowanie siły osmotycznej jest warunkowane podwójną warstewką. W warstwie bliżej powierzchni fazy stałej zaadsorbowana jest znaczna ilość jonów (znaczne stężenie). W błonce wodnej zachodzi dyfuzja stężeniowa.

-taka podwójna warstwa w glebie działa jako osmometr. Rolę półprzepuszczalnej błony pełni tu pole elektrostatyczne. Utrzymuje ono wysokie stężenie jonów przy powierzchni ziaren i cząstek-wyższe niż w roztworze.

Siły kohezji:

-woda jest utrzymywana przez siły kohezji,czyli wewnętrznej lepkości wody występującymi pomiędzy molekułami wodnymi

-efektem tych sił jest m.in. napięcie powierzchniowego

Ogólne właściwości wody molekularnej:

-woda molekularna może wypłukać na niektóre właściwości fizyczne i fizykochemiczne gleby np. kohezję(spójność)

czy kąt tarcia wewnętrznego.

-ilość wody molekularnej można regulować poprzez zmianę składu jonowego kompleksu sorpcyjnego przez wprowadzenie jonów jednowartościowych Na+ lub dwuwartościowych Ca²⁺,Mg²⁺

-gdy wprowadzamy Na+, powiększa się ilość wody molekularnej i obniża spójność gleby,w następstwie pogarsza się struktura oraz zmniejsza przepuszczalność oraz natlenianie gleby

-gdy wprowadzamy Ca²⁺,Mg²⁺ zmniejszamy ilość wody molekularnej, powiększamy tym samym spójność zmieniamy korzystanie właściwościowi fizyczne i agrotechniczne.

Woda błonkowata:

-Woda tworząca zewnętrzną warstwę wody molekularnej- higroskopowej silnie zaadsorbowanych prze fazę stałą jest związana siłami molekularnymi.

-Drobiny wody błonkowatej znajdują się w zasięgu oddziaływania mniejszych sił molekularnych gdyż są bardziej oddalone od powierzchni

fazy stałej

-Utworzona z zasobów pary wodnej wolnej i kapilarnej(niektóre rośliny posiadające większą siłę ssącą korzeni, jedynie w niewielkim stopniu korzystają z tej wody,wyłącznie z warstewek najbardziej oddalonych od powierzchni fazy stałej- jako najsłabiej związane)

-Woda ta może przemieszczać się wskutek wyrównania potencjałów(od cząsteczek z grubszą warstwą do tych z cieńszą).

-Ilość tej wody jest około 2-3 razy większa od maksymalnej higroskopijności.

Woda w postaci pary wodnej:

-Woda ta wchodzi w skład powietrza glebowego zajmującego przestwory. Powietrze glebowe i zawarta w nich woda ciągle wymieniają się z powietrzem atmosferycznym.

-Przemieszczanie się wody glebowej w postaci pary wodnej charakteryzuje się tym, że nie towarzyszy mu przemieszczanie się substancji chemicznych.

-Jeżeli prężność pary wodnej P_o jest większa w powietrzu glebowym niż w warstwie powietrza nad glebą to gleba traci wodę i wysycha. Przy zjawisku odwrotnym-gdy P_o jest większa w powietrzy nad glebą to gleba pochłania parę wodną z powietrza atmosferycznego.

-Warunkiem ruchu pary wodnej w glebie jest równanie różnica prężności pary wodnej w stykających ze sobą przestworach glebowych. Ruch ten odbywa się od obszarów wilgotnych do suchych.

-Para wodna może przemieszczać się również wskutek gradientu temperatury. Obniżanie temperatury pewnym obszarze gleby spowoduje spadek prężności pary wodnej P_o w powietrzy glebowym oraz jego dyfuzji w kierunku od temperatury wyższej do niższej.

-W glebach wilgotnych ruch w postaci pary wodnej jest mały, a podczas susz atmosferycznych ma większy zasięg, dochodzi on niekiedy do kilkudziesięciu cm.

-Przemieszanie się pary wodnej w glebach charakteryzuje się tym, że nie towarzyszy mu przemieszczanie się substancji chemicznych.

-W warunkach klimatycznych Polski woda pochodząca z kondensacji pary wodnej nie pływa w sposób istotny na kształtowanie się bilansu wodnego gleb użytkowanych rolniczo.

Woda wolna-Wypełnia pory większe od kapilarnych. Granica występowania pod ta

postacią to górna granica mezoporów czyli porów o średnicy > 8,5

mm (Richard’s 1956) obecnie uważa się pory o średnicy > 30 mm

(Turski 1984).

przemieszcza się pod wpływem sił ciekłosci w głąb profilu glebowego

przenosząc produkty wietrzenia, przemian biochemicznych oraz

składniki odżywcze (nawozy mineralne).

Wsiąkając w głąb gleby dociera do z.w.g. lub zatrzymuje się na

poziomach trudno przepuszczalnych.

Nie jest związana z cząsteczkami gleby ani siłami molekularnymi i

kapilarnymi.

Woda kapilarna:

-Ruch wody w glebie w strefie aeracji skierowany ku górze nazywany

bywa podsiąkiem kapilarnym

Na granicy fazy stałej i ciekłej oraz ciekłej i gazowej w kapilarach o

średnicy dziesiętnych części milimetra , występują siły kapilarne –

mogą one wciągać i wypychać wodę z kanalików glebowych

Możemy wyróżnic:

- wodę kapilarna zawieszona (np. z opadów)

- wodę kapilarna z podsiąku (właściwa)

Zalety kapilarności:

1. Gleby o dużej kapilarności zapewniają roślinom sporo wody

dostępnej na transpiracje i umożliwiają korzystanie z

zapasu wody gruntowej

2. Gleby o małej kapilarności narażone są na przesuszanie

(powinno się w nich utrzymywać wyższy poziom wody

gruntowej).

Wady kapilarności:

1. Kapilarność sprzyja parowaniu z powierzchni gruntu co

traktujemy jako stratę wody, która ponadto obniża temperaturę

2. Gleby o dużej kapilarności skłonne są do zabagnień

(wymagają one wiec obniżenia poziomu wody gruntowej)

3. W okresie zimowym gdy parowanie jest niskie, woda

podnosząc się kapilarami powodować może pogorszenie

stanu dróg.

Potencjał wody glebowej, jako wynik oddziaływania sił:

Stan energetyczny wody w glebie jest wynikiem oddziaływania różnych sił:

1. Siły wynikające z wzajemnego oddziaływania pomiędzy faza stała

i ciekła:

- siły adhezji (przylegania cząstek wody do cząstek gleby)

- siły Londona- van der Waalsa

- siły wiązań wodorowych

2. Siły wynikające ze wzajemnego oddziaływania cząstek wody, czyli

siły kohezji

3. Siły niezależnie od oddziaływania fazy stałej i ciekłej

- siła grawitacji

- siła osmotyczna

- siła wynikająca z nadciśnienia w fazie gazowej.

Wyrażanie potencjału wody glebowej:

Wedo glebowa można opisać w czasoprzestrzeni q(x, t) a także przez stan energetyczny -- ciśnieniowy równoważnik potencjału wody glebowej:

Ψ=-∫F/m dx

Potencjał wody glebowej określa pracę, potrzebna do usunięcia

jednostkowej masy wody poza zasięg pola sił utrzymujących tę wodę w glebie. Jednostki J g^-1 , J cm^-3

Potencjał wody glebowej-O dostępności wody do systemu

korzeniowego roślin decydują siły wiązania wody w roztworze glebowym czyli stan energetyczny wody wyrażony

przez potencjał termodynamiczny.

1. Potencjał wodny:

-osmotyczny

-macierzysty

-ciśnieniowy

2. Potencjał hydrauliczny

-macierzysty

-grawitacyjny

Całkowity potencjał wody glebowej:

ϕt = ϕg+ ϕo+ ϕm+ ϕp [J kg-1] [J m-3 = N m-2] [J mol-1]

ϕt – potencjał ogólny wody w glebie

ϕg – potencjał grawitacyjny wody w glebie

ϕo – potencjał osmotyczny, składowa związana z koncentracja soli w

roztworze glebowym

ϕm – potencjał macierzysty

ϕp – potencjał ciśnieniowy

Retencja, mała retencja, pojęcie:

-szeroki zakres działań technicznych i nietechnicznych

powodujących poprawę jakościowa i ilościowa

zasobów wodnych na skutek spowolnienia obiegu wody i związków chemicznych w małych zlewniach rzecznych.

Sposoby magazynowania wody:

-Można retencjonować, magazynować wodę w:

- zbiornikach o pojemności do 5 mln m3,

- stawach i oczkach wodnych,

- dolinach rzecznych,

- korytach rzek i rowów melioracyjnych wyposażonych w

urządzenia piętrzące,

- glebie i gruncie.

Kształtowanie zasobów-metody:

Retencja glebowa i krajobrazowa:

• poprawa struktury gleby, zabiegi agromelioracyjne, wapnowanie,

prawidłowa

agrotechnika, odpowiedni płodozmian, zwiększenie zawartości próchnicy

w glebie,

• układ pól ornych, użytków zielonych, lasów, użytków ekologicznych,

• zalesienia, tworzenie pasów ochronnych, zadrzewień, zakrzaczeń,

• zwiększenie powierzchni mokradeł, torfowisk, bagien.

Wody gruntowe i podziemne:

• ograniczenie spływu powierzchniowego,

• zwiększenie przepuszczalności gleb,

• zabiegi przeciwerozyjne, fitomelioracyjne i agromelioracyjne, regulowanie

odpływu z sieci drenarskiej,

• stawy i studnie infiltracyjne

Charakterystyka stany uwilgotenienia- stany nasycenia wodą gleby:

-Pełna pojemność wodna – to

stan nasycenia woda gleby

przy którym wszystkie przestwory (lub prawie) są

wypełnione woda

-Maksymalna dopuszczalna pojemność wodna –

dopuszczalne maksimum uwilgotnienia gleby (max

zapas wody), przy którym w glebie znajduje się

niezbędna ilość powietrza (z punktu widzenia roślin)

-Optymalna pojemność wodna – optymalne

uwilgotnienie, przy której zapewniona jest

najkorzystniejsza ilość wody i powietrza

-Polowa pojemność wodna – max ilość wody, jaka może utrzymać gleba przez dłuższy czas (przy całkowitym

wyeliminowaniu parowania gleby)

-Pojemność okresu suszy – minimalny dopuszczalny

stan uwilgotnienia gleb zapewniający roślinie pobór

wody trudno dostępnej

-Pojemność trwałego więdnięcia roślin – (współczynnik

więdnięcia) jest zapasem wody niedostępnej dla roślin (fizjologicznie nieczynnej, chemicznie

związanej, tj. wody higroskopowej)

Retencja gleby,użyteczna efektywna i maksymalna:

Retencja uużyteczna R jest ilością

wody , która mogą być

wykorzystywane na procesy

ewapotranspiracji (parowania

terenowego).

Mona wyróżnić retencje użyteczną

maksymalna:

Rmax – jest różnica pomiędzy

stanem PPW i wilgotnością

współczynnika więdnięcia

oraz retencje uużyteczną efektywna:

Re – jest różnica pomiędzy PPW i

POS

ΔRe=ZPPW( ) – ZPOS( )

ΔRm=ZPPW( ) – ZABS.NP( )

ΔRe=ZPPW(0,4) – ZPOS(0,4)

ΔRe=ZPPW(0,7) – ZPOS(0,7)

ΔRe=ZPPW(1,0) – ZPOS(1,0)

Maksymalne dopuszczalne stany uwilgotenia gleb:

• Dopuszczalne maksimum uwilgotnienia jest zależne:

• rodzaju rośliny

• fazy wegetacji roślin

• rodzaju gleby

• właściwości wody i jej ruchliwości

• O dopuszczalnym maksymalnym uwilgotnieniu decyduje

nie absolutna ilość wody, lecz ilość powietrza w glebie

• wg Kopeckiego minimalne zapasy powietrza wynoszą:

• trawy 6-10% (objętości gleby)

• pszenica i owies 10-15%

• jęczmień i buraki 15-20%

Powietrze glebowe,skład:

W wyniku zróżnicowania aktywności biologicznej

gleby skład jest dynamicznie zmienny

Podstawowe składniki:

-tlen, azot dwutlenek węgla, para wodna

- metan, etylen, podtlenek azotu

-siarkowodór, amoniak, tlenek węgla (niewielkie

ilosci)

W porównaniu do powietrza glebowego, O2 jest

zawsze mniej a CO2 zawsze więcej ni w powietrzu

atmosferycznym.

• Gdy brakuje powietrza (intensywność oddychania korzeni jest wysoka wynosi 0,2-3,0 mg m-3 s-1) – może dojść do

niepożądanych procesów anaerobowych,

• następuje zanik mikroorganizmów tlenowych i zmniejszenie

przyswajalności zapasów pokarmowych, a pośrednio

nagromadzenie w stężeniach szkodliwych CO2 (>10%),

deficyt azotu (na skutek denitryfikacji), powstawanie Mn2+,Fe2+, NO2-, S2-, CH4, C2H4

Pomiary uwilgotnienia- metoda suszarkowa:

-Ze względu na swoja precyzyjność metodę suszarkowa generalnie stosuje

się jako wzorcowa w stosunku do innych metod. Metoda ta opiera się na

oznaczeniu zawartości wody w próbkach gleby przez wysuszenie ich w

temperaturze 105 st C, w czasie nie krótszym ni( piec godzin, w praktyce

– w ciągu jednego dnia.

Metoda suszarkowa nie jest przydatna do pomiarów ciągłych czy masowych ze względu na dużą pracochłonność czynności polowych,

jak i laboratoryjnych. Potrzeba wydobywania próbek glebowych z coraz

to innego miejsca może doprowadzić nawet do zróżnicowania

wilgotności gleby w wyniku nierównomiernego krążenia wody poprzez niszczenie naturalnego układu profilu glebowego.

Odmiany metody suszarkowej tj.: ekspresowa i termostatowa,

różnią się miedzy sobą sposobem oraz czasem suszenia próbki.

Pomiar uwilgotnienia- wykorzystanie właściwości dielektrycznych gleby:

-Najczęściej wykorzystywana jest metoda TDR ( Time Domain

Reflektometry)- oparta na dielektrycznym pomiarze wilgotności zzastosowaniem reflektometrii domenowo- czasowej.

Metoda ta polega na pomiarze prędkości rozchodzenia się fali

elektromagnetycznej o częstotliwości wyższej ni 50 Mhz (w

zależności od różnych rozwiązań aparatury) w badanym ośrodku.

Prędkość rozchodzenia się fali elektromagnetycznej zależy od stałej dielektrycznej danego ośrodka. Natomiast wartość stałej

dielektrycznej zależy od struktury molekularnej rozpatrywanego

ośrodka.

Woda a stała dialektyczna:

-Przenikalność dielektryczna wody ma największe wartości spośród innych składników gleby. Przyczyna tak wysokiej przenikalności jest

dipolowa budowa cząsteczek wody.

-Przenikalność dielektryczna jest miara zachowania się cząstek materii po przyłożeniu zewnętrznego, zmiennego pola elektrycznego. W

cząsteczkach wody ładunki rozmieszczają się niesymetrycznie

dlatego pole elektryczne ma na nie duży wpływ .

-Niesymetryczność jest przyczyna przesuwania dipolu elektrycznego.

Dipol elektryczny tworzą dodatnie i ujemne centra ładunków.

Wartość trwałego dipolu równa się 6,216 ·10 -30 C· m .

-Dipole cząsteczek wody poruszają się w przypadkowych kierunkach.

Kiedy przemienne pole elektryczne przyłożymy do cząsteczek dokonują one obrotu w taki sposób aby ich dipole elektryczne miały

zgodny kierunek. Proces ten przyczynia się do gromadzenia energii.

Kiedy przyłożone pole elektryczne zniknie ,zgromadzona energia ulega wyzwoleniu.