KOŁO2
Gleba jako układ trójfazowy:
Gleba zawiera fazę: stała, ciekłą oraz gazową. W skład fazy stałej wchodzą: składniki mineralne, organiczne oraz połączenia organiczno-mineralne. Woda glebowa - roztwór glebowy - składa się z powietrza glebowego. Faza gazowa - powietrze glebowe- zawiera więcej pary wodnej, CO2,ale istnieje stała dążność do wymiany i wyrównania składu między powietrzem glebowym i atmosferycznym - oddychanie gleby.
Wzajemny stosunek objętości 3 faz: gleby mineralne - faza stała 50% objętości gleby; pozostałe zajmują po 25%.
Gleba nie może być tworem litym - są w niej przestrzenie wolne pory glebowe. Tworzą się m/ cząsteczkami gleby. Cząstki te mogą być albo pojedynczymi okruchami skalnymi lub organicznymi, albo tworami pozlepianymi z wielu pojedynczymi. Twory takie nazywa się agregatami glebowymi. Istnieje ich zwiększa porowatość gleby. Pory tworzą się między agregatami, agregaty są też porowate.
Porowatość gleby - występ. porów w glebie mają duże znaczenia dla stosunku między fazą ciekła i gazową. Mało porowate gleby są ubogie w wodę i powietrze. Gleby o przewadze porów małych silnie gromadzą i zatrzymują wodę, są słabo napowietrzone. Gleby o przewadze porów dużych są dobrze napowietrzone, ale nie mają warunków do retencji odpowiedniej ilości wody. W glebach nie uprawianych porowatość jest stała. Utrzymuje się w sposób naturalny przez działanie korzeni roślin, faunę glebową i na skutek naprzemiennego zamarzania i rozmarzania wilgotnej gleby. W glebach uprawianych porowatość stale się zmienia w trakcie trwania sezonu wegetatywnego na skutek zabiegów uprawnych.
Pory mają 3 klasy: makrospory (>30µm); mezospory (30-0,2µm); mikrospory (<0,2µm). w makrosporach ruch powietrza i wody jest swobodny; w mezosporach i mikrosporach ruch powietrza jest utrudniony, a przemieszczanie się wody następuje pod wpływem sił kapilarnych. Porowatość ogólna gleby suma wolnych przestrzeni w fazie stałej gleby. Dla gleb mineralnych (wytworzonych z tworzywa mineralnego) 28-75%; dla gleb organicznych (wytworzonych z torfów) 55-94%; Optymalna porowatość gleb 50% (równomierny udział z mała przewagą mezosporów).
Gęstość gleby:
a)Gęstość fazy stałej (gęstość właściwa)- wyraża masę 1cm³ gleby (1m³) pozbawionej powietrza i wody. Porowatość jest stała i zależy od gęstości substratu mineralnego i zawartości substancji organicznej w glebie. Gleby mineralne 2,5-2,8g/cm³; organicznych 1,55-2,45g/cm³.
b)Gęstość gleby ( gęstość objętościowa)- masa 1cm gleby w stanie, w jakim się ona znajduje. Zależy od porowatości. W celach porowatości określa się gęstość gleby o nienaruszonej strukturze i nie naruszonej porowatości w stanie suchym - gęstość objętościowa gleby w stanie suchym. Gęstość objętościowa gleby mineralnej w stanie suchym 0,71-1,90g/cm³; d la gleb organicznych 0,08-1,55g/cm³.
Przyczyny wpływu na porowatość gleb:
a)skład granulometryczny (wielkość ziaren gleby)
b)ilość i jakość substratu organicznego i próchnicy
c)ilość i jakość koloidów mineralnych
d)zdolność do tworzenia: twardość struktury
e)zabiegi uprawne
f)zmiany wilgotności i temperatury.
Faza stała gleby:
Skład granulometryczny gleb: faza stała gleb mineralnych składa się z okruchów skalnych z domieszką części organicznych. Frakcja granulometryczna gleb - grupy cząstek o wymiarach średnic zastępczych zawartych w określonych granicach. Skład granulometryczny agregatów gleby i skład mechaniczny elementarny dotyczący informacji o średnicach zastępczych i frakcjach granulometrycznych. Skład granulometryczny elementarny - można zbadać po całkowitym rozbiciu agregatów na cząstki elementarne.
Frakcja glebowe dzieli się na części szkieletowe i ziemiste. Granicą jest 1mm.
a)Frakcja kamieni - składa się z odłamków zwietrzałych i obtoczonych skał. Utrudnia uprawę gleb, czasami może ją uniemożliwiać.
b)Frakcja żwiru- składa się z odłamków skał. Im drobniejsza frakcja tym więcej występuje w niej okruchów kwarcu. Stopień obtoczenia ziaren żwiry zależy o d rodzaju transportu, drogi, jaką przebyły ziarna. Gleby zwięzłe, zawierające większą domieszkę żwiru są trudniejsze do uprawy, w glebach lżejszych frakcja powoduje wzrost przewiewności i przepuszczalności wodnej.
c)Frakcja piasku- składa się z okruchów kwarcu. Najbardziej urozmaicony k ład minerlogiczny wykazują piaski lodowcowe, najbardziej uboższe są piaski wydmowe. Obecność frakcji w glebie zwiększa jej przewiewność i przepuszczalność wodną.
d)Frakcja pyłu- składa się z drobnych odłamków kwarcu z domieszką mik. Ma wpływ na zwiększenia pojemności wodnej w glebach piaszczystych, w glebach gliniastych zmniejsza ich skłonność do pęcznienia oraz obniża lepkość. Wadą tych gleb jest mała spoistość i podatność na erozję wodną. Cząstki pyłowe łatwo przemieszczają się w głąb profili glebowych. Utrudnia to przesiąkania wody i rozwój korzenia roślin.
e)Frakcja spławialna - o średnicy cząstek poniżej 0,02mm. Dzieli się na 3 podfrakcje:
*ił pyłowy gruby - składa się z krzemionek z pewną domieszką kwarcu. Wypływa na właściwości fizyczne gleb: mała lub średnia ilość poprawia je; duża pogarsza.
*Ił pyłowy drobny - składa się z krzemionki z domieszką minerałów ilastych. Wzrost ich obecności zbliża właściwości jej do iły koloidowego.
*Ił koloidowy- składa się z minerałów ilastych, cząstek organicznych i cząstek połączeń organiczno-mineralnych. Silne rozdrobnienie osiągające stan koloidalny. Ił ten zwiększa spoistość, plastyczność i lepkość gleb, zmni8ejsza przepuszczalność i przesiąkliwość. Frakcja ta powoduje pojawienie się w glebie bardzo drobnych porów. Pogarsza to przewietrzenia gleby i spowalnia ruch wody glebowej. Woda jest wiązana siłami molekularnymi, co czyni ją niedostępna dla roślin. Frakcja ta wpływa na właściwości sorpcyjne gleb.
Rzadko spotyka się gleby, które składają się z jednej tylko frakcji granulometrycznej. Najczęściej jest o mieszanina wszystkich frakcji. Gleby o podobnym stosunku poszczególnych frakcji łączy się w grupy i podgrupy utworów granulometrycznych. Wyróżnia się piaski, iły, gliny. O zaliczaniu gleb do grup granulometrycznych decyduje przewaga jednej z frakcji (piasku, pyłu, części spławialnych) lub brak takiej przewagi (glin). Dalszym kryterium jest zawartość części spławailnych, a potem pyłowych.
Organoleptyczne określenie składu granulometrycznego gleby polega na opisie prób w stanie naturalnym oraz na określaniu charakterystycznych cech zewnętrznych i zachowanie się jej przy rozcieńczaniu w palcach w stanie suchym, jak i po zwilżaniu wodą. Metoda ta jest metodą orientacyjną.
Przepuszczalność wodna gleb - przepuszczalność zdolność do pochłaniania wody (infiltracji), następnie przesiąkania (perkalacji) jej w głąb profilu glebowego oraz ruchu w strefie nasyconej (filtracja). Szybkość przesiąkania wody e glebie zależy od jej składu granulometrycznego, porowatości, struktury, zawartości koloidów hydrofilnych, temperatury gleby, sposobu użytkowania gleby i stosowanej uprawy mechanicznej. Największa przepuszczalność - gleby piaszczyste; mniejsza - pyłowe; najmniejsza - gliny, iły.
Miarą przepuszczalności wodnej gleby- współczynnik przepuszczalności jest ilość wody, która przesiąka przez jednostkę powierzchni gleby w jednostce czasu lub czas, jaki jest potrzebny do wchłonięcia przez glebę określonej wysokości słupa wody.
Metody oznaczania przepuszczalności wodnej gleby:
a)Metoda polowa- polegająca na oznaczaniu wsiąkania określonej ilości wody w cm³ w ciągu 1 minuty przez 1cm³ powierzchni. Służą do tego odpowiednie cylindry metalowe lub ramki z desek lub blach, które wbija się w głąb gleby na określoną głębokość. Potem wlewa się określoną ilość wody i notuje czas jej wsiąkania. Wzór na przepuszczalność:
P=V/ S·T [cm·s¯¹].
V- ilość cm³ wody wchłoniętej przesiąkniętej
S- powierzchnia wsiąkania (cm²)
T- czas wsiąkania wody (s).
Współczynnik przepuszczalności dla wody jest zależny od temperatury, wysokości słupa wody w cylindrze, od grubości warstwy gleby w cylindrze. Parametry te są związane między sobą i wyrażają się wzorem:
Kt=V/ T·i·S [cm·s¯¹]
K- współczynnik przepuszczalności w danej temperaturze
i=h/t - spadek ciśnienia hydraulicznego
h - wysokość słupa wody w cylindrze liczona od sposobu gleby
l - grubość warstwy gleby (cm)
b)Metoda laboratoryjna- możemy tu obliczyć przepuszczalność, współczynnik przepuszczalności, pojemność kapilarna gleby, tj:
Pwk=V-V1 /a · 100.
Pwk- pojemność wodna kapilarna gleby (% wagowe)
V - objętość wolnej wody (cm³)
V1- objętość wody wyciekającej (cm³).
a- masa gleby (g).
Faza ciekła w glebie: zwana wodą glebową lub r-rem glebowym. Podst. jej skł jest woda wraz z rozpuszcz skł fazy stałej zawierające też subst. koloidalne, zawiesiny, rozpuszczone gazy. Źródłem wody glebowej są odpady, podsiąkanie wody gruntowej, para wodna skroplona z powietrza glebowego. Ilość wody w glebie zależy od klimatu, właściwości gleby, zabiegów nawadniających lub odwadnia. Skład chem r-ru glebowego-jego stężenie związane jest z procesami wzbogacania przez rozpuszczanie bądź przechodzenia ze stanu zasorbowanego do r-ru, zubożania na skutek pobierania skł pok. przez rośliny. Procesy rozpuszczania są wspomagane przez kwasy zawarte w r-rze glebowym(kw węglowy-powst na skutek rozpuszcz CO2 w wodzie oraz kw organiczne-tworzą się w procesach rozkładu subst org.)Wśród skł r-ru glebowego wyróżnia się 2 grupy: a)związki mineralne-sole kwasuHCL,HNO3,sole amonowe, fosforany, siarczany, węglany, borany. Kationami tych soli są: Ca, Mg, K, Na, Fe, Al., Cu, Zn, H, jon amonowy; b)związki organiczne- kw huminowe, ich sole z kationami 1-wartościowymi,kwasy krenowe, kw apokrenowe i ich sole, białka, aminokwasy, cukry, kwas octowy, mrówkowy, winowy.
Ogólna ilość subst organ w r-rze glebowym zależy od biochemicznych procesów zachodzących w glebie. M/r-rem glebowym, fazą stałą gleby i organizmami bytującymi w glebie zachodzi stała wymiana zw i pierwiastków. Skład r-ru glebowego zależy od typu gleby.
Faza gazowa gleby -Inaczej powietrze glebowe. Jest nośnikiem O2,którym zaopatruje korzenie roślin i mikroorg. glebowe oraz odbiornikiem CO2, wytwarzanego w procesach oddychania roślin. Aby w glebie istniała właściwa równowaga miedzy gazami, powietrze glebowe musi być wymieniane z powietrzem atmosf. zawierającym 20,94% O2 i 0,034% CO2.
Wymiana gazowa (oddychanie gleby) - wymiana pow. glebowego z pow. atmosf. wymianę gazową napędza dyfuzja gazów spowodowana różnicą stężeń. Im różnica stężeń gazów m/ pow. atm. i glebowym > tym dyfuzja intensywniejsza. Wymiana gazowa jest zależna od struktury gleby, od długości i kształtu kanalików glebowych. Napędza ja tez: zmiana temp., ciśnienia atm. wiatr, wsiąkanie wody, wahania pozi. wody gruntowej - funkcjonują one na zasadzie ruchu powietrza i zachodzą w warstwach wierzchnich gleby.
Zmiany temp. zew. powodują zmiany obj. powietrza. Nagrzewanie powietrza powoduje zwiększenie jego obj. i wypychanie z gleby, oziębianie jest powodem zmniejszania się obj. i nasycenia powietrza atm. Wody opadowe wsiąkając w glebę wypychają w czasie wsiąkania równoważną obj,. powietrza. Równoważnie wody te wzbogacają glebę w O2 w nich rozpuszczone.
Ciśnienie atm. i wiatry występujące na pow. gleby pełnią role w wymianie gazowej. Wymiana gazowa zachodząca w skutek dyfuzji obejmuje 90% tego zjawiska, a wymiana na skutek ruchu powierza 10%.
Rośliny pobierają O2 potrzebne do oddychania korzeni tylko z powietrza glebowego, Tylko rośliny bagienne i ryż przystosowały się do dyfuzji powietrza atm. do korzeni przez łodygę. Korzenie roślin Są otoczone błonka wodną. Stężenie O2 wynosi 4x10-6mol po przekształceniu tej wartości następuje zahamowanie wzrostu i zaburzenia w pobieraniu składników pok. W procesach fizjologicznych obumieranie korzeni.
Ubocznym skutkiem pogorszenia natlenienia gleby jest pojawienie się w powietrzu glebowym zredukowanych form C,N,S. W war. słabego natlenienia pojawiają się: metan, etan, amoniak siarkowodór siarkowodór w pow. glebowym.
Właściwości wodne gleby - krzywa PF
Zatrzymanie wody w glebie odbywa się dzięki siłom:
a)Adhezji- przyciąganie cząstek wody przez fazę stałą gleby, które z nap. pow. tworzą siły kapilarne. Woda jest silnie zatrzymywana przez pow. cząstek glebowych.
b)Kohezji - wzajemne przyciąganie się cząstek wody. Woda związana tymi siłami przyciąga inne drobiny wody z pow. fazy stałej.
Dzięki tym siłom woda jest zatrzymywana w glebie, regulowany jest jej ruch i pobieranie przez rośliny.
W zależności od rodz. i wielkości sił działających na wody w glebie,można wyróżnić Postaci wody
a) woda w postaci pary wodnej
b)woda molekularna - higroskopowa, błonkowata
c)woda kapilarna - właściwa, przybierająca
d)woda wolna - infiltracyjna, gruntowo wylewowa
Siła ssąca gleby(potencjał wody glebowej) to suma wszystkich sił wiążących wodę w glebie. Zależy od ilości wody w glebie. Przy wzroście wilgotności siły wilgotności utrzymujące wodę maleją, i odwrotnie przy spadku siły te wzrastają i mogą dochodzić kilkuset MPa. Do oznaczenia siły ssącej gleby przyjęto symbol pF oznaczający log z wysokości słupa wody mierzonego w cm, którego ciśnienie odpowiada sile wiązania wody w glebie. Krzywa pF (krzywa wiązania wody) - związek między potencjami wody w glebie wyrażony w jednostkach pF, a jej zawartością, określoną w % suchej masy gleby lub obj. Wyznaczenie krzywej pF pozwala na określenie właściwości wodnych i charakterystykę porów (porowatości).
Istnieje ścisła zależność między potencjałem wody, a średnica porów utrzymujących wodę. Na podstawie przebiegu krzywej pF można mówić o spadku degradacji właściwości fizycznych gleb.
Objętość grup porów w glebie oblicza się z krzywej sorpcji wody w sposób:
a) obj. makrosporów ( › 30 µm) jest równa różnicy m/ wilgotnością w % obj. gleby ( poj. wodna objętościowa) przy pF 0 i przy pF 2,0
b) obj. mezosporów ( od 30 µm do 0,2 µm ) równa jest różnicy m/ wilgotnością w % obj. przy pF 2,0 i pF 4,2
c) obj. mikrosporów ( ‹ 0,2 µm ) równa jest wilgotności w % obj. przy pF 4,2
Na podst. krzywej pF można też obliczyć retencję wody w glebie - jej zdolność do magazynowania określonego rodzaju wody:
a) retencja wody użytecznej ( dostępnej ) dla roślin oblicza się z różnicy m/ wilgotnością w stanie polowej poj. wodnej (pF 2,0) i wilgotności w stanie punktu więdnięcia (pF 4,2)
b) retencja wody produkcyjnej oblicza się z różnicy m/ wilgotnością w stanie polowej poj. wodnej ( pF 2,0) i wilgotnością w stanie całkowitego zahamowania wzrostu roślin ( pF 3,7)
Poziom potencjału - stan energetyczny wody
a) 0-2,0 pF( woda grawitacyjna) b)2,0-2,9 pF ( w. b. łatwo dostępna) c) 2,9-3,2 pF ( w. łatwo dostępna) d) 3,2- 3,7 pf ( w. trudno dostępna) e) 3,7-4,2 pF ( w. b. trudno dostępna) f)4,2pF ( woda niedostępna)
Porowatość ogólna glebyDla gleb mineralnych (wytworzonych z tworzywa mineralnego) 28-75%; dla gleb organicznych (wytworzonych z torfów) 55-94%; Optymalna porowatość gleb 50% (równomierny udział z mała przewagą mezosporów). Gęstość gleby: Gęstość fazy stałej mineralne 2,5-2,8g/cm³; organicznych 1,55-2,45g/cm³. Gęstość gleby mineralnej w stanie suchym 0,71-1,90g/cm³; d la gleb organicznych 0,08-1,55g/cm³.+Frakcja glebowe dzieli się na części szkieletowe i ziemiste. Granicą jest 1mm. Frakcja kamieni - składa się z odłamków zwietrzałych i obtoczonych skał. Utrudnia uprawę gleb, czasami może ją uniemożliwiać. Frakcja żwiru- składa się z odłamków skał. Im drobniejsza frakcja tym więcej występuje w niej okruchów kwarcu. Stopień obtoczenia ziaren żwiry zależy o d rodzaju transportu, drogi jaką przebyły ziarna. Gleby zwięzłe, zawierające większą domieszkę żwiru są trudniejsze do uprawy, w glebach lżejszych frakcja powoduje wzrost przewiewności i przepuszczalności wodnej. Frakcja piasku- składa się z okruchów kwarcu. Najbardziej urozmaicony k ład minerlogiczny wykazują piaski lodowcowe, najbardziej uboższe są piaski wydmowe. Obecność frakcji w glebie zwiększa jej przewiewność i przepuszczalność wodną. Frakcja pyłu- składa się z drobnych odłamków kwarcu z domieszką mik. Ma wpływ na zwiększenia pojemności wodnej w glebach piaszczystych, w glebach gliniastych zmniejsza ich skłonność do pęcznienia oraz obniża lepkość. Wadą tych gleb jest mała spoistość i podatność na erozję wodną. Cząstki pyłowe łatwo przemieszczają się w głąb profili glebowych. Utrudnia to przesiąkania wody i rozwój korzenia roślin. Frakcja spławialna - o średnicy cząstek poniżej 0,02mm. Dzieli się na 3 podfrakcje: *ił pyłowy gruby - składa się z krzemionek z pewną domieszką kwarcu. Wypływa na właściwości fizyczne gleb: mała lub średnia ilość poprawia je; duża pogarsza. *Ił pyłowy drobny - składa się z krzemionki z domieszką minerałów ilastych. Wzrost ich obecności zbliża właściwości jej do iły koloidowego. *Ił koloidowy- składa się z minerałów ilastych, cząstek organicznych i cząstek połączeń organiczno-mineralnych. Silne rozdrobnienie osiągające stan koloidalny. Ił ten zwiększa spoistość, plastyczność i lepkość gleb, zmni8ejsza przepuszczalność i przesiąkliwość. Frakcja ta powoduje pojawienie się w glebie bardzo drobnych porów. Pogarsza to przewietrzenia gleby i spowalnia ruch wody glebowej. Woda jest wiązana siłami molekularnymi, co czyni ją niedostępna dla roślin. Frakcja ta wpływa na właściwości sorpcyjne gleb.
Metody oznaczania przepuszczalności wodnej gleby: Metoda polowa- polegająca na oznaczaniu wsiąkania określonej ilości wody w cm³ w ciągu 1 minuty przez 1cm³ powierzchni. Służą do tego odpowiednie cylindry metalowe lub ramki z desek lub blach, które wbija się w głąb gleby na określoną głębokość. Potem wlewa się określoną ilość wody i notuje czas jej wsiąkania. Wzór na przepuszczalność: P=V/ S·T [cm·s¯¹]. V- ilość cm³ wody wchłoniętej przesiąkniętej; S- powierzchnia wsiąkania (cm²); T- czas wsiąkania wody (s). Współczynnik przepuszczalności dla wody jest zależny od temperatury, wysokości słupa wody w cylindrze, od grubości warstwy gleby w cylindrze. Parametry te są związane między sobą i wyrażają się wzorem: Kt=V/ T·i·S [cm·s¯¹] K- współczynnik przepuszczalności w danej temperaturze; i=h/t - spadek ciśnienia; hydraulicznego; h - wysokość słupa wody w cylindrze liczona od sposobu gleby; l - grubość warstwy gleby (cm). Metoda laboratoryjna- możemy tu obliczyć przepuszczalność, współczynnik przepuszczalności, pojemność kapilarna gleby, tj: Pwk=V-V1 /a · 100. Pwk- pojemność wodna kapilarna gleby (% wagowe); V - objętość wolnej wody (cm³), V1- objętość wody wyciekającej (cm³); a- masa gleby (g).