Oznaczanie niektórych właściwości fizycznych gleb

1. Wiadomości ogólne

Gleba stanowi mieszaninę fizyczną trzech faz skupienia. Wśród fazy stałej, dadającej się z cząstek mechanicznych o różnej średnicy i o różnym składzie mineralnym oraz niewielkiej domieszki próchnicy, rozproszone są, dwie pozostałe fazy. tj. faza płynna - woda i gazowa - powietrze. Wzajemny stosunek tych trzech faz o różnej gęstości ma olbrzymie znaczenie, jeżeli chodzi o wszelkiego rodzaju procesy biologiczne, jak również chemiczne i fizyczne. Penetracja korzeni roślin w glebie zależy od ułożenia (upakowania) cząstek fazy stałej. Stwierdzono doświad-czalnie, że gdy w l cm znajduje się tyle cząstek fazy stałej gleby, że jego masa wynosi 2 g, wówczas korzenie roślin nie mogą pokonać oporu mechanicznego, jaki stawia tak ubita gleba. Im luźniej ułożone są cząstki gleby, tym więcej wolnych przestrzeni znajduje się w glebie, w których mogą gromadzić się zarówno woda, jak powietrze. Faza stała dostarcza roślinom niezbędnych pod względem biologicznym pierwiastków. Faza płynna (woda) przyczynia się do rozpuszczenia fazy stałej (pośredniczy w transporcie do korzeni roślin niezbędnych im do życia substancji, faza gazowa (powietrze) dostarcza żywym organizmom głównie tlenu. Procesy zyciowe roślin mogą się odbywać jedynie przy udziale wody oraz tlenu z powietrza, {brak wody lub tlenu w glebie uniemożliwia roślinom pobieranie pierwiastków z fazy stałej gleby, nawet najbardziej zasobnej pod względem chemicznym. Należy więc pamiętać, że nie tylko chemiczna zasobność fazy stałej gleby decyduje o jej żyzności i produkcyjności, ale również wzajemny stosunek wymienionych trzech faz.

Gleby najbardziej żyzne, najbardziej produkcyjne mają stosunek objętościowy fazy stałej do płynnej i do gazowej jak 2: l: l, tzn., że w 100 cm gleby 50 cm stanowi fąza stała, 25 cm" woda i 25 cm - powietrze. Stan taki byłby idealny, ale nie jest możliwy do osiągnięcia w większości gleb.

Fazy te stanowią jednorodną mieszaninę. Najbardziej dynamiczne są: faza płynna i gazowa. W miarę wysychania wody przestwory uprzednio przez nią zajmowane wypełniają się powietrzem i odwrotnie; po opadach deszczu powietrze wypierane jest z gleby przez wodę.

Wzajemny stosunek trzech faz składowych gleby zależy od stopnia uziarnienia gleby, składu mechanicznego oraz sposobu ułożenia i przestrzennego cząstek glebowych.

Schemat idealnego układu trzech pod­stawowych faz w glebie

Pozornie wydaje się, że cząstki mechaniczne gleby są ułożone bezładnie. Jednak przy do- kładniejszej obserwacji okazuje się, iż w większości gleb tworzą one mniej lub bardziej regularne skupienia - agregaty strukturalne. Stwierdzono, że im większe jest rozdrobnienie czasu fazy stałej gleb, tym większa występuje porowatość ogólna i tym więcej jest przestrzeni miedzycząsteczkowych, które mogą być zajmowane przez wodę lub powietrze. Stąd też gleby u tworzone ze żwirów lub piasków mają znacznie

mniejszą porowatość ogólną niż np. gleby wytworzone z iłów, lessów i ciężkich glin.W glebach wytworzonych z utworów drobnoziarnistych przestrzenie międzycząsteczkowe są bardzo drobne - kapilarne. W związku z tym są one wypełnione głównie wodą utrzymywaną siłami kapilarnymi; powietrze natomiast przedostaje się dopiero wówczas, gdy woda z kapilarów odparuje lub zostanie pobrana przez rośliy. W glebach piaskowych przestrzenie między cząsteczkowe są stosunkowo duże i zapełnione głównie powietrzem. Stąd też ilość wody utrzymywanej w gleba piaskowych jest niewielka, gdyż mają one niewiele drobnych — kapilarnych przestrzeni.

Przestrzenie występujące między cząstkami fazy stałej tworzą tzw. porowato śc ogólną gleb; dzieli sieją na:

• porowatość kapilarną (pory mogą być zajęte przez wodę);

• porowatość niekapilarną (pory mogą być wypełnione tylko powietrzem).
  Celem ćwiczeń będzie oznaczenie tylko niektórych właściwości fizycznych

niezbędnych do obliczenia w glebie:

a) objętości fazy stałej,

b) ogólnej porowatości gleb z podziałem na porowatość kapilarną i niekapilarną

3. masy gleby na obszarze l ha,

4. maksymalnej ilości wody, jaką gleba może utrzymać siłami kapilarnymi,

2.Pobieranie próbek glebowych o nienaruszonym układzie naturalnym

Pobieranie próbek gleby w polu o nie naruszonym układzie naturalnym wyko­nujemy za pomocą metalowych cylinderków w postaci walca z nakrywkami o ściśle określonej pojemności. Najczęściej stosowane są cylinderki o pojemności 100 lub 200 cm dla gleb mineralnych; 250-500 cm dla gleb organicznych (torfowych). cylinderki przed pobieraniem próbek gleby powinny być oczyszczone, wysuszone i zważone. Następnie wybieramy reprezentatywne miejsce na polu, zdejmujemy szpadlem wierzchnią warstwę gleby lub darń, ale nie głębiej jak do 2-5 cm. .cylinderki bez nakrywek ustawiamy pionowo zaostrzonymi końcami na wyrównanej powierzchni gleby i specjalnym wciskaczem bardzo ostrożnie wyciskamy je cłkowicie do gleby. W pewnej odległości (około 3-4 cm) od cylinderków wykonujemy pionowy wykop, nieco poniżej zagłębienia cylinderków i ostrym, dużym nożem podcinamy bardzo ostrożnie od dołu kolejno poszczególne cylinderki, wyjmując je z gleby. Nadmiar gleby wystającej z cylinderka wyrównujemy, odcinając nożem z jednej strony i przykrywamy wieczkiem - nakrywką, a następnie z drugiej strony. W ten sposób możemy, zagłębiając się stopniowo, pobierać próbki gleby i nie naruszonym układzie w całym profilu (przekroju) glebowym do głębokości 150cm. W tym celu musimy uprzednio wykonać odpowiedni wykop do żądanej głębokości. W pobranych próbkach oznaczamy wszystkie interesujące nas właściwości fizyczne, mianowicie: gęstość polową, porowatość kapilarną, gęstość gleby :hej, gęstość fazy stałej gleby, porowatość ogólną i powietrzną oraz zawartość rody w chwili pobierania próbek. Obliczymy także masę gleby na l ha, ilość utrzymywanej wody siłami kapilarnymi itp.

3.Oznaczanie gęstości objętościowej polowej gleby

Gęstość objętościowa polowa C₀ je
st to masa l cm gleby świeżo pobranej z pola o nie naruszonym układzie naturalnym i aktualnej wilgotności.

Oznaczenie. Należy zważyć cylinderek ze świeżą glebą, pobraną w polu według podanej wyżej metody. Gęstość objętościową polową obliczamy ze wzoru:

gdzie:

a - masa cylinderka z glebą świeżą pobraną z pola,

b - masa cylinderka pustego zważonego przed pobraniem gleby w polu,

v - objętość cylinderka w cm (100 cm)

4.Oznaczanie gęstości gleby suchej

Gęstość objętościowa gleby suchej jest to masa l cm gleby wysuszonej w temp. 05°C o nie naruszonym układzie naturalnym.

Poważeniu zdejmujemy górną nakrywkę, podkładamy pod spód cylinderka i stawiamy o suszarki o temp. 105°C. Suszenie ma na celu odparowanie całości wody z gleby, frwa ono 2-3 dni. Na następnych ćwiczeniach wyjmujemy cylinderki z suszarki, amykamy wieczkiem, ochładzamy i ważymy.

gdzie:

- masa cylinderka z glebą po podsiąknięciu wodą,

- masa cylinderka z glebą po wysuszeniu w temp. 105°C,

v - objętość cylinderka w

5.Oznaczanie gęstości fazy stałej gleby

Metoda piknometryczna (wagowa)

Gęstość fazy stałej gleby jest to stosunek suchej fazy stałej gleby do jej objętości.

Oznaczenie. Glebę po oznaczeniu porowatości kapilarnej i obliczeniu gęstości objętościowej gleby suchej wyjmujemy z cylinderka, rozcieramy w moździerzu i

odważamy 20 g . Odważoną glebę umieszczamy w piknometrze, a w wypadku braku piknometru w dobrze wyskalowanej kolbie miarowej na 100
. Dolewamy około 50 c
wody destylowanej i umieszczamy piknometr albo kolbę w naczyniu z wodą której poziom jest równy poziomowi wody w kolbce z glebą. Całość stawiamy na na płytce elektrycznej i gotujemy 30 min od chwili zawrzenia. Po zagotowaniu kolbkę z glebą wyjmujemy z naczynia z wodą, chłodzimy w zimnej wodzie do temperatury pokojowej, tj. 18-20°C , i uzupełniamy całość do kreski wodą destylowaną,. Kolbkę zamykamy korkiem, wycieramy do sucha i ważymy. Następnie zawartość kolbki wylewamy, kolbkę myjemy, przepłukujemy wodą destylowaną.Pustą kolbkę napełniamy wodą destylowaną Kolbkę z wodą ważymy.

Obliczenie:

gdzie:

m - naważka wysuszonej w temp. 105°C gleby,

v-(q + m)-p - poszukiwana objętość gleby w
,

q - masa piknometru lub korbki miarowej napełnionej przegotowaną wód. destylowaną,

p - masa piknometru lub kolbki miarowej z glebą i wodą.

.

6. Obliczanie ogólnej porowatości gleby

Na porowatość ogólną składa się suma wszystkich przestworów kapilarnych i niekapilarnych występujących w glebie.

Aby obliczyć porowatość ogólną gleb P0, należy oznaczyć ich gęstość fazy stałej Q i gęstość objętościową gleby suchej C. Obliczenie porowatości ogólnej gleby wykonujemy za pomocą wzoru:

7.Oznaczanie porowatości kapilarnej gleby (pojemności wodnej kapilarnej)

Porowatość kapilarna P_k jest to suma wszystkich przestworów kapilarnych zdolnych do utrzymywania wody w glebach wbrew sile grawitacji. Woda w kapila- rach glebowych ma możliwość ruchu we wszystkich kierunkach; stanowi on główne źródło zaopatrywania roślin w wodę, chociaż niecała woda kapilarna jest dostępna dla roślin.

Glebę z cylinderkiem po oznaczeniu gęstości objętościowej polo wej stawiamy do wanienki z wodą na podsiąkanie kapilarne. W tym celu odwracamy dolną stronę cylinderka (dolna strona - kierunek zagłębienia cylinderka w glebie podczas pobierania próbki) do góry, zdejmujemy wieczko, przykrywamy glebę krążkiem bibuły o średnicy o kilka milimetrów większej od średnicy cylinderka. Cylinderek nakryty bibułą odwracamy do pozycji normalnej i zdejmujemy górne wieczko. Następnie stawiamy cylinderek z glebą, zanurzając dolną część w wannie napełnionej wodą do wysokości 0,5 cm. Woda, podsiąkając, zapełnia wszyskie przestwory kapilarne gleby i z chwilą całkowitego zwilżenia górnej powierzchni gleby (dla pewności lepiej położyć na glebie skrawek bibuły i z chwilą zwilżenia całego skrawka uznać, że kapilary w glebie zostały całkowicie nasycone wodą wtedy skrawek bibuły odrzucamy) przykrywarny delikatnie górną część cylinderka z powrotem wieczkiem, a cylinderek z glebą wyjmujemy z wanienki ta tak aby gleba nie wypadła z cylinderka. Chwilę odczekujemy, aż w wolna, nie związana siłami kapilarnymi, odcieknie, następnie odwracamy cylinde do góry dnem, zdejmujemy krążek z bibuły, a glebę, jaka pozostanie na krążku, zbieramy nożem i przenosimy do cylinderka. Wtedy przykrywamy go drugim wieczkiem, wycieramy cały cylinderek do sucha i ważymy.

masa cylinderka z glebą po podsiąku

b
= masa cylinderka z glebą po wysuszeniu w temp. 105
C,

v - objętośc cylinderka w cm

8.Oznaczanie porowatości niekapilarnej gleby.

Porowatość niekapilarną gleby
obliczamy w ten sposób, że od porowatości ogólnej P₀ odejmujemy porowatość kapilarną P_k:

Obliczenia P_n i
podano w procentach objętościowych.

9. Oznaczanie masy gleby na 1 ha na podstawie gęstości gleby suchej

Jeżeli wiemy, że l cm gleby suchej C waży np. l ,5 g, to łatwo obliczyć masę gleby na l m do określonej głębokości, a następnie na obszarze l ha, mnożąc uzyskany wynik przez 10 000 m .

Obliczamy dla przykładu masę gleby na obszarze l ha do głębokości 20 cm (tj. warstwy ornej). Gęstość gleby suchej C przyjmijmy 1,5 g/cm". Objętość gleby na obszarze l m2 do głębokości 20 cm wyniesie w cm :

100 • 100 • 20= 200 000 cm³- l ,5 g/cm³ = 300 000 g

Uzyskane wyniki przeliczamy na kilogramy (300 kg), a więc masa gleby z
i głębokości 20 cm wynosi 300 kg. Wartość tę mnożymy przez wielkość powierzchni l ha, tj. przez 10 000 m².

Obliczenie tego rodzaju jest bardzo istotne, gdyż pozwala na ilościowe uchwycenie wielu zjawisk w glebie. Na przykład zapotrzebowanie wapna nawozowego na kwaszenie gleby, zapotrzebowanie na nawozy mineralne.

10. Oznaczanie wilgotności aktualnej w glebie

Wilgotność polowa gleby jest to ta ilość wody, która w danej chwili znajduje się w glebie. Aktualną wilgotność gleby oznaczamy następująco: Pobieramy 5 gleby w dowolnej chwili z pola do naczyńka wagowego, suszymy w suszarc w temp. 105°C, a następnie po wysuszeniu glebę ważymy. Z ubytku na wadź obliczamy procent wody. Wyniki podajemy w stosunku do gleby wilgotnej lub dc gleby wysuszonej w temp. 105°C.

W naszym wypadku możemy to oznaczenie pominąć, a zawartość wody w gle­bie w chwili pobierania próbki obliczamy z różnicy gęstości polowej C₀ i gęstości fazy stałej gleby C.

b- masa gleby z cylinderkiem po pobraniu

d- masa cylinderka z glebą po wysuszeniu

.

11. Obliczanie ilości wody utrzymywanej w glebie siłami kapilarnymi .

Woda jest podstawowym czynnikiem, który decyduje o wszelkich biologiicz-ch. chemicznych i fizycznych procesach w glebie.

Wydaje się, że w naszych warunkach na glebach, w których głównym źródłem • są opady, maksimum produkcji suchej masy z l ha nie przekracza na ogół 10-12t, l: całóśc plonu łącznie z resztkami pożniwnymi. W związku z tym powinno się rywać ewentualność nawadniania naszych pól uprawnych, a także przeprowadzać zranią potencjalnych możliwości utrzymywania wody siłami kapilarnymi, które

- 101 - przeciwdziałają bezprodukcyjnemu odpływowi wody w głąb profilu glebowej Gleba może utrzymywać jednorazowo tyle wody siłami kapilarnymi, ile wynosi porowatość kapilarna. Porowatość ogólna gleby lekkiej wynosi 36,29% obj., w tym porowatość kapilarna stanowi tylko 27,81% obj., pozostała część poró składa się na porowatość niekapilarną. Załóżmy, że interesuje nas tylko warstwa or do głębokości 20 cm; wtedy objętość tej warstwy na l ha wynosi:

_{2 3}

l 0 000 m² • 0,2 m = 2000

Objętość całej warstwy ornej na obszarze l ha wynosi więc 2000
. W objętości znajduje się 27,81 przestrzeni (porów) kapilarnych, zdolnych do wiązań i utrzymywania wody wbrew siłom grawitacji. Stanowi to 556 ton wody na l ha.

Warstwa 20-centymetrowa na l ha może więc utrzymać jednorazowo 556 ton wody. .

Wnioski:

1.Gęstość fazy stałej- mały rozrzut, przeciętnie 2,5 (do 2,6 g),w naszym przypadku było to 2,59 czyli typowa wartość dla gleb mineralnych

2.Gęstość polowa gleby-wysoka, duża wilgotność aktualna gleby, nasycona H₂O, ok.1,89, u nas aż 2,05. Jest to spowodowane tym, ze nasza próbka była pobierana zaraz po wiosennych roztopach i ziemia jeszcze nie obeschła.

3.Gęstość gleby suchej- ok.1,5 dla gleb mineralnych, nasza wartość wyniosła 1,71. Wskazuje to na to, że gleba jest zbita.

4.Porowatość ogólna (P_o)- wartość optymalna wynosi ok.50% dla gleb mineralnych, tutaj wyniosła 33,72%

5.Porowatość kapilarna (P_k)- optymalnie powinna wynosić 25%,znacznie wyższa jest dużym plusem

6. Porowatość niekapilarna (P_n)- ok.25%, optymalnie. W naszym wypadku znacznie niższa.

Analizowana gleba wykazuje średnie właściwości fizyczne. Za wadliwe należy uznać stosunkowo niską wartość porowatości ogólnej (P_o= 33,72) oraz bardzo niską porowatości niekapilarnej (P_n= 0,2%), która świadczy o słabym napowietrzeniu i przewiewności badanej gleby.

Natomiast wysoka wartość porowatości kapilarnej świadczy o dużych możliwościach retencji, czyli zatrzymywania wody.

Wartości porowatości ogólnej, kapilarnej i niekapilarnej odbiegają od normy, ponieważ nasza gleba została pobrana w warunkach dużego nawodnienia spowodowanego roztopami. Porowatość ogólna w naszym przypadku wynosi 33,72%, a w warunkach optymalnych powinna wynosić 50% jest to spowodowane tym, że gęstość gleby suchej wynosi 1,71, wiec jest zawyżona. Przez to wzrasta zawartość fazy stałej w glebie a maleje porowatość ogólna. Porowatość ogólna jest sumą porowatości kapilarnej i niekapilarnej. P_k wynosi w naszym wypadku 33,52% co jest wartością zawyżoną, spowodowane jest to nadmiarem wody w glebie, która zajmuje także miejsce powietrza w przestworach. Porowatość niekapilarna wynosi 0,2% i jest znacznie zaniżona, co świadczy o małej zawartości powietrza w glebie. Zatem, można stwierdzić, że nasza gleba ma zdecydowanie zachwiane stosunki wodno-powietrzne, ale jak już wspomniałam wcześniej jest to spowodowane tym, że próbka gleby była pobierana w warunkach dużej wilgotności tuż po roztopach.

Do prawidłowego rozwoju większości roślin uprawnych porowatość niakapilarna powinna wynosić nie mniej niż 10%, a dla TUZ nie mniej niż 5%.

Gleba nie wymaga nawadniania.

---