Fizyczne właściwości gleb Strona 1 z 14
FIZYCZNE WŁAŚCIWOŚCI GLEB
FAZA STAŁA GLEBY
Na całkowitą objętość gleby składa się:
V = V
s
+ V
p
gdzie:
V
s
– objętość stałej fazy gleby (części mineralnych,
organicznych i mineralno-organicznych)
V
p
– objętość wolnych przestrzeni zajętych przez wodę lub
powietrze
czyli V = V
s
+ V
w
+ V
a
Pomiędzy powietrzem glebowym i wodą glebową istnieje układ antagonistyczny – im
więcej wolnych przestrzeni (porów) zajmuje woda, tym gleba jest słabiej
napowietrzona i odwrotnie.
Wzajemny układ trzech faz może ulegać znacznym zmianom pod wpływem procesów
glebotwórczych i ingerencji człowieka (np. melioracje, uprawa gleby).
Stosunki ilościowe tych 3 faz najczęściej charakteryzuje się przez określenie gęstości
gleby, gęstości objętościowej gleby, porowatości gleby i jej wilgotności.
Gęstość gleby (rzeczywista) to stosunek masy fazy stałej G
s
(w stanie suchym!) do
objętości zajmowanej przez tę fazę V
s
G
s
γ = ----- w g/cm
3
V
s
Gęstość charakteryzuje tylko stałą fazę gleby i jej wartość jest stała dla danego
utworu glebowego. Zależy od (1) składu mineralnego i (2) zawartości substancji
organicznej. Rośnie wraz ze wzrostem ilości minerałów „ciężkich” i maleje wraz ze
wzrostem zawartości substancji organicznej.
Gęstość gleb mineralnych w Polsce waha się w granicach 2,40 – 2,80 g/cm
3
(średnio
2,65 g/cm
3
), zaś gleb organicznych – 1,55 – 2,42 g/cm
3
.
Gęstość objętościowa gleby to stosunek suchej masy próbki gleby G do objętości
próbki gleby V
G
γ
o
= ----- w g/cm
3
V
Wartość gęstości objętościowej γ
o
wynosi:
w glebach mineralnych 0,75 – 1,90 g/cm
3
w glebach organicznych 0,1 – 0,75 g/cm
3
γ
o
próchnicy wynosi 0,15 – 0,26 g/cm
3
©2008 Bożenna Gruszczyńska / Uniwersytet Warszawski
Materiały do wykorzystania jedynie w ramach fakultetu Gleboznawstwo na Wydziale Biologii UW
Fizyczne właściwości gleb Strona 2 z 14
Gęstość objętościowa gleby w dużym stopniu zależy od:
- zawartości próchnicy
- struktury gleby
- stopnia rozdrobnienia fazy stałej
gleby.
Im niższa jest gęstość objętościowa gleby
tym:
- luźniej są ułożone cząstki glebowe
- gleba jest bardziej pulchna
tzn. gleba ma większą porowatość.
Porowatością gleby nazywamy stosunek objętości przestrzeni wolnych w glebie V
p
do
całkowitej objętości gleby.
V
p
n = ----- wyrażamy ją w % lub jako ułamek dziesiętny
V
γ – γ
o
n = --------- · 100%
γ
Jest to tzw. porowatość ogólna (ogólna objętość porów w glebie), która
w glebach mineralnych wynosi 28 – 60%
w torfach 78 – 94%.
W glebach mineralnych porowatość ogólna
zależy od:
- zawartości próchnicy
- składu granulometrycznego
Oprócz porowatości ogólnej wyróżnia się
także:
- porowatość kapilarną – objętość
porów najczęściej zajętych przez wodę
- porowatość niekapilarną – objętość
porów najczęściej zajętych przez
powietrze
Porowatość warunkuje stosunki powietrzno-wodne w glebie. Charakteryzuje się ją
nie tylko ogólną objętością przestrzeni wolnych, ale bierze się pod uwagę także
wielkość porów.
Wyróżnia się:
- makropory o średnicy > 30 µm (8,5 µm – wg niektórych badaczy)
- mezopory o średnicy 30 – 0,2 µm (8,5 - 0,2 µm)
- mikropory o średnicy < 0,2 µm
©2008 Bożenna Gruszczyńska / Uniwersytet Warszawski
Materiały do wykorzystania jedynie w ramach fakultetu Gleboznawstwo na Wydziale Biologii UW
Fizyczne właściwości gleb Strona 3 z 14
W makroporach woda i powietrze poruszają się swobodnie. W mezo- i mikroporach
ruch powietrza jest utrudniony, a ruch wody polega na powolnym przemieszczaniu
pod wpływem sił kapilarnych.
Agregatowa (gruzełkowata) struktura
gleby jest bardzo korzystna dla
stosunków powietrzno-wodnych w
glebie. Dla gleby zgruźlonej
charakterystyczny jest równomierny
udział makro-, mezo- i mikroporów
(stosunek 1 : 1 : 1 z lekką przewagą
mezoporów).
Gleby o przewadze makroporów
(gruboziarniste) są przewiewne i
przepuszczalne, ale za to suche – nie
mogą utrzymać dostatecznej ilości
wody.
Gleby o przewadze mikroporów (drobnoziarniste) zatrzymują stosunkowo duże ilości
wody, ale są źle przewietrzane i słabo przepuszczalne.
FAZA CIEKŁA GLEBY
Woda występuje w glebie w formie roztworu glebowego o różnym stężeniu i składzie
chemicznym.
W roztworze tym najczęściej spotyka się:
H
+
, Na
+
, K
+
, NH
4
+
, Ca
2+
, Mg
2+
, Fe
2+
, Fe
3+
, HCO
3
−
, Cl
−
, NO
3
−
, CO
3
2−
, SO
4
2−
, a także
dość często jony niektórych pierwiastków śladowych, różne rozpuszczalne substancje
organiczne oraz gazy , głównie O
2
, CO
2
, CH
4
, N
2
, H
2
S i inne.
©2008 Bożenna Gruszczyńska / Uniwersytet Warszawski
Materiały do wykorzystania jedynie w ramach fakultetu Gleboznawstwo na Wydziale Biologii UW
Fizyczne właściwości gleb Strona 4 z 14
Główne źródła wody w glebie to:
- opady atmosferyczne (przy czym część wody
opadowej wyparowuje, a część spływa po
powierzchni)
- podsiąk wody gruntowej
- podpowierzchniowe spływy boczne
Postacie wody w glebie:
Zależnie od rodzaju i wielkości sił działających na wodę w glebie wyróżnia się wiele
postaci wody.
Do głównych należą:
1. woda w postaci lodu – występuje w glebie okresowo
2. woda chemicznie związana w związkach uwodnionych – niedostępna dla roślin
3. woda w postaci pary wodnej
4. woda molekularna
a. woda higroskopowa
b. woda błonkowata
5. woda kapilarna
a. woda kapilarna właściwa
b. woda kapilarna przywierająca (zawieszona)
6. woda wolna
a. woda infiltracyjna
b. woda gruntowo-glebowa
Woda w postaci pary wodnej wchodzi w skład powietrza glebowego i znajduje się w
porach niekapilarnych. Woda ta podlega kondensacji termicznej – np. spadek
temperatury powoduje skraplanie pary wodnej, która zasila wodę kapilarną oraz
kondensacji molekularnej – czyli jest adsorbowana przez najbardziej zdyspergowaną
część fazy stałej i zasila wodę molekularną.
Posiada zdolność do przemieszczania się:
- w obrębie gleby – zdolność ruchu związana jest z różnicą prężności pary
wodnej w różnych częściach gleby.
- między powietrzem glebowym i powietrzem atmosferycznym – ruch odbywa
się od środowiska o wyższej prężności pary wodnej do środowiska o niższej
prężności pary wodnej.
©2008 Bożenna Gruszczyńska / Uniwersytet Warszawski
Materiały do wykorzystania jedynie w ramach fakultetu Gleboznawstwo na Wydziale Biologii UW
Fizyczne właściwości gleb Strona 5 z 14
Woda molekularna – woda związana z cząsteczkami gleby siłami adhezji oraz siłami
van der Waalsa.
Bezpośrednio przylegająca do cząsteczek gleby i związana z nimi dużą siłą woda to
woda higroskopowa. Adsorpcja pary wodnej z powietrza glebowego zaczyna się przy
stosunku P/P
o
= 0,1 (P – prężność pary wodnej w powietrzu glebowym; P
o
– prężność
pary nasyconej) i trwa aż do uzyskania stanu równowagi pomiędzy wysyceniem parą
wodną gleby i otaczającego powietrza glebowego – mówimy wtedy o maksymalnej
higroskopowości W
hmax
(P / P
o
= 0,94).
Maksymalna higroskopowość jest wielkością stałą dla danego utworu glebowego o
określonym składzie granulometrycznym i określonej zawartości substancji
organicznej i wynosi od 0,1 do 39%wag.. Woda higroskopowa jest niedostępna dla
roślin, nie porusza się w glebie i nie rozpuszcza soli – całkowitemu wyparowaniu
ulega dopiero w 105
o
C, a jej temperatura zamarzania < 0
o
C (według niektórych
badaczy nie zamarza nawet przy -78
o
C).
Warstewka wody przywierająca do wody higroskopowej związana siłami
molekularnymi nazywana jest wodą błonkowatą. Powstaje głównie z pary wodnej
powietrza glebowego, jak też z wody kapilarnej. Wykazuje nieznaczną zdolność do
przemieszczania się z miejsc wilgotniejszych do suchszych i z cieplejszych do
chłodniejszych. Część wody błonkowatej może być, aczkolwiek z trudem, pobierana
przez rośliny.
Woda kapilarna (=włoskowata) – utrzymywana w porach kapilarnych o średnicy
dziesiątych i setnych części milimetra w wyniku działania sił kapilarnych.
Wielkość powstałego w wyniku działania tych sił ciśnienia kapilarnego zależy od
- napięcia powierzchniowego
- średnicy kapilary
2a
P = ----- gdzie a – napięcie powierzchniowe; R – promień krzywizny menisku
R
Jednym z efektów ciśnienia kapilarnego i sił kapilarnych jest zdolność podnoszenia
się czyli podsiąku kapilarnego wody ponad poziom wody gruntowej.
Wysokość podsiąku:
0,3
H = ----- gdzie d – średnica kapilary
d
©2008 Bożenna Gruszczyńska / Uniwersytet Warszawski
Materiały do wykorzystania jedynie w ramach fakultetu Gleboznawstwo na Wydziale Biologii UW
Fizyczne właściwości gleb Strona 6 z 14
Szybkość wznoszenia się wody w kapilarach jest odwrotnie proporcjonalna do
wysokości jej wznoszenia i zależy od składu granulometrycznego i struktury gleby.
Np.
Frakcja
Maksymalna wysokość
podsiąku w cm
Liczba dni do uzyskania
maksymalnego podsiaku
Piasek gruby
13
4
Piasek średni 25 8
Piasek drobny
30 – 43
8
Pył gruby
106
72
Pył drobny
200
-
Większość wody kapilarnej może być pobierana przez rośliny. Tylko bardzo wąskie
kapilary wiążą wodę z siłą większą od siły ssącej korzeni roślin. Stąd np. w glebach
ilastych pomimo dużej wilgotności gleby może wystąpić niedostatek wody dla roślin.
Woda kapilarna powstająca w wyniku podsiąku kapilarnego wody gruntowej to
woda kapilarna właściwa.
Woda kapilarna powstająca w wyniku utrzymywania się w kapilarach glebowych
wody opadowej to woda kapilarna przywierająca lub zawieszona.
Woda wolna – wypełnia w glebie pory większe od kapilarnych. Nie jest
zatrzymywana ani siłami molekularnymi, ani kapilarnymi. Przemieszcza się w glebie
pod wpływem sił ciężkości (sił grawitacji).
Występuje jako:
1. woda infiltracyjna (przesiąkająca) – pojawia się po obfitych opadach
atmosferycznych lub pochodzi z bocznego napływu podpowierzchniowego.
Przy małej wilgotności gleby może zasilać:
- wodę błonkowatą
- wodę kapilarną zawieszoną
- wodę gruntową jeśli przesiąka dalej w głąb i zostanie zatrzymana przez
warstwy nieprzepuszczalne.
Woda infiltracyjna jest dostępna dla roślin tylko w trakcie przesiąkania jako
woda wolno przesiąkająca np. w glebach piaszczystych przez okres kilkunastu
do kilkudziesięciu godzin.
2. woda gruntowa – pochodzi z opadów, jak również podpowierzchniowego
przesiąku bocznego jezior i rzek.
Jeżeli zalega płytko tzn.:
- podlega dobowym zmianom
temperatury
- a zasięg podsiąku kapilarnego
dochodzi do strefy parowania
to jest to tzw. woda zaskórna
©2008 Bożenna Gruszczyńska / Uniwersytet Warszawski
Materiały do wykorzystania jedynie w ramach fakultetu Gleboznawstwo na Wydziale Biologii UW
Fizyczne właściwości gleb Strona 7 z 14
Głębokość zalegania zwierciadła wody gruntowej może ulegać zmianom w ciągu
roku. Optymalny poziom zalegania wody gruntowej jest różny dla różnych upraw
i na różnych glebach, np. w glebach lekkich i bardzo lekkich wynosi około 70 cm;
w glebach ciężkich 120 – 200 cm.
Zdolność gleby do zatrzymywania wody nazywamy retencją glebową lub
pojemnością wodną gleby. Wyróżniamy:
- retencję całkowitą – odpowiada maksymalnej pojemności = porowatości
- retencję polową – odpowiada ilości wody, jaką gleba może utrzymać 2 – 4 dni
po odpływie wody wolnej = grawitacyjnej
- retencję kapilarną – odpowiada ilości wody zatrzymywanej siłami kapilarnymi
- retencję higroskopową – odpowiada maksymalnej higroskopowości
- retencję użyteczną – odpowiada ilości wody dostępnej dla roślin.
Całkowita siła wiążąca wodę z glebą nazywana jest potencjałem wody glebowej lub
siłą ssącą. Zależy ona m.in. od ilości wody w glebie.
Przy pełnym nasyceniu gleby wodą ma wartość
najwyższą równą 0.
W miarę ubywania wody przyjmuje wartości
ujemne. Wprowadzono (Schoffield) miarę siły
ssącej gleby oznaczoną symbolem pF będącą
logarytmem wysokości słupa wody mierzone
odpowiadającej ciś
j w cm
nieniu z jakim woda jest
iązana w glebie.
odną – jako stosunek masy wody zawartej w glebie
w
do masy stałej fazy gleby G
s
• 100%
G
s
iu i
,
w
Ilość wody zatrzymanej przez glebę można oznaczyć metodą wagową jako wilgotność
gleby czyli aktualną pojemność w
G
G
w
W = ------
Jeżeli, natomiast, próbkę gleby nasyconej wodą poddamy wzrastającemu ciśnien
przy każdym wzroście ciśnienia zmierzymy ilość wody odsączającej się z gleby
możemy wykreślić tzw. krzywą sorpcji wody. Krzywa ta wskazuje z jaką siłą
związana jest woda w glebie w przedziale od stanu pełnego nasycenia wodą do
suchego. Z krzywej można, dla danej gleby, odczytać zawartość wody w różnym
opniu dostępnej dla roślin.
st
©2008 Bożenna Gruszczyńska / Uniwersytet Warszawski
Materiały do wykorzystania jedynie w ramach fakultetu Gleboznawstwo na Wydziale Biologii UW
Fizyczne właściwości gleb Strona 8 z 14
Graniczne wartości pF odpowiadające różnym formom wody i stopniom jej
dostępności dla roślin są następujące:
- 0 – 2,2 – woda grawitacyjna
szybko przesiąkająca tylko
w stopniu minimalnym
pobierana przez rośliny
- 2,2 – 2,5 – woda
grawitacyjna wolno
przesiąkająca pobierana
przez rośliny w ciągu 3-4
dni po obfitych opadach –
wilgotność odpowiadająca
polowej pojemności wodnej
- 2,5 – 3,7 – woda kapilarna
zawieszona łatwo dostępna
dla roślin
- 3,7 – 4,2 – woda kapilarna
zawieszona trudno d
dla roślin
ostępna
- 4,2 – punkt trwałego
więdnięcia
- 4,2 – 4,7 – woda kapilarna zawieszona niedostępna dla roślin
- 4,7 – maksymalna higroskopowość
- 4,7 – 7,0 – woda higroskopowa niedostępna dla roślin
Przemieszczanie się wody w glebie zależy od:
- składu granulometrycznego
- zawartości próchnicy
- porowatości – wielkości porów i ich ilości
- struktury gleby
Przepuszczalność gleby to
szybkość ruchu wody w
glebie całkowicie nasyconej
wodą. Określa się ją za
pomocą współczynnika
filtracji k (szybkość
przepływu wody w cm/s lub
m/dobę).
Najwyższe wartości
współczynnika filtracji mają
żwiry i piaski, a najniższe gliny ciężkie i iły (gleby mineralne) oraz silnie rozłożony
torf (gleby organiczne).
©2008 Bożenna Gruszczyńska / Uniwersytet Warszawski
Materiały do wykorzystania jedynie w ramach fakultetu Gleboznawstwo na Wydziale Biologii UW
Fizyczne właściwości gleb Strona 9 z 14
Im gleby są mniej przepuszczalne, tym więcej wody opadowej spływa po powierzchni
lub dłużej na niej stagnuje. Zwiększony spływ powierzchniowy oznacza gorsze
wykorzystanie wody opadowej przez gleby i wzmaga erozję.
Gospodarka wodna gleb
Ilość wody zmagazynowanej w glebie zależy głównie od:
- warunków klimatycznych – wielkość i rozkład opadów, temperatura,
wilgotność powietrza, prędkość wiatru
- ukształtowania terenu
- zdolności retencyjnej gleby
- hydrogeologicznych warunków tworzenia się poziomu wody gruntowej
- działalności człowieka (rolniczej, inżynierskiej, przemysłowej)
Czynniki te warunkują kształtowanie się bilansu wodnego gleby.
W = W
o
+ (S
o
+ K + W
g
+ W
n
) - (T + P + S
p
+ S
gr
)
W – zapas wody w glebie (określonej warstwie gleby) na końcu badanego okresu
W
o
– zapas wody w glebie na początku badanego okresu
S
o
– suma opadów w badanym okresie
K – woda pochodząca z kondensacji pary wodnej
W
g
– woda pochodząca z podsiąku kapilarnego
W
n
– woda pochodząca z napływu (wgłębnego i powierzchniowego)
T –
wielkość transpiracji i parowania z powierzchni roślin
P – wielkość parowania z powierzchni gleby
S
p
– wielkość spływu powierzchniowego
S
gr
– wielkość odpływu podziemnego
Stosunki wodne gleb
cechuje duża zmienność w
czasie, co utrudnia
przyjęcie jednolitych
kryteriów dla ich
charakterystyki.
Opracowano wiele
klasyfikacji stosunków
wodnych gleb. Jedną z nich
jest opracowany w 1969 r.
(Skawina i in.) podział, w
którym za jednostkę nadrzędną przyjęto typ gospodarki wodnej. Jako kryterium
podziału na typy przyjęto położenie zwierciadła wody gruntowej w stosunku do
strefy korzenienia się roślin z uwzględnieniem podsiąku kapilarnego.
1. Typ gruntowo-wodny (GW) – zwierciadło wody gruntowej znajduje się stale w
zasięgu strefy korzenienia się roślin. Wahania sezonowe zwierciadła wody są
©2008 Bożenna Gruszczyńska / Uniwersytet Warszawski
Materiały do wykorzystania jedynie w ramach fakultetu Gleboznawstwo na Wydziale Biologii UW
Fizyczne właściwości gleb Strona 10 z 14
zazwyczaj niezbyt duże. Rośliny są zasadniczo uniezależnione od zapasu wody
gromadzonej po opadach atmosferycznych.
2. Typ opadowo-gruntowo-wodny (OGW) – wahania sezonowe zwierciadła wody
są duże, występuje okresowa zmienność pochodzenia wody będącej do
dyspozycji roślin. Na wiosnę jest to głównie woda gruntowa, latem i wczesną
jesienią może wystąpić jej deficyt, a o wilgotności gleb decyduje wtedy tylko ich
zdolność retencyjna.
3. Typ opadowo-retencyjny (OR) – zwierciadło wody gruntowej zalega na tyle
głęboko, że jedynym źródłem zaopatrzenia w wodę są opady atmosferyczne
magazynowane w porach glebowych.
FAZA GAZOWA GLEBY
Faza gazowa gleby tj. powietrze glebowe wypełnia w glebie pory nie zajęte przez
wodę.
Skład powietrza glebowego zmienia się dynamicznie w czasie.
Podstawowymi składnikami powietrza glebowego są:
O
2
, N
2
, CO
2
, oraz para wodna
w mniejszych ilościach występują:
CH
4
, C
2
H
4
, N
2
O
a jeszcze mniej jest:
H
2
S, NH
3
, H
2
, CO – więcej tych składników pojawia się w przypadku niedotlenienia.
Powietrze glebowe zawiera:
zdecydowanie mniej O
2
~ 21%
zdecydowanie więcej CO
2
niż powietrze atmosferyczne.
Skład powietrza glebowego zależy od:
1. aktywności biologicznej gleby – natężenia procesów biochemicznych
powodujących ciągłe zużywanie tlenu przy równoczesnym wydzielaniu CO
2
2. intensywności wymiany gazowej z atmosferą – procesów fizycznych, które tę
wymianę umożliwiają.
Ad 1. Procesy oddychania mikroorganizmów glebowych i korzeni roślin składają się
na tzw. aktywność respiracyjną gleby utożsamianą z całkowitym zapotrzebowaniem
gleby na tlen lub z intensywnością wydzielania CO
2
.
Sumarycznie oddychanie tlenowe można przedstawić tak:
C + O
2
→ CO
2
+ energia
©2008 Bożenna Gruszczyńska / Uniwersytet Warszawski
Materiały do wykorzystania jedynie w ramach fakultetu Gleboznawstwo na Wydziale Biologii UW
Fizyczne właściwości gleb Strona 11 z 14
Stosunek objętości wydzielonego CO
2
do objętości zużywanego O
2
nazywamy
ilorazem oddychania:
2
2
O
CO
V
V
I
=
Iloraz oddychania zależy od typu metabolizmu – w warunkach tlenowych I ≤ 1, zaś w
beztlenowych I > 1.
Aktywność respiracyjna gleby zależy od:
- wilgotności gleby – wzrost wilgotności gleby powoduje początkowo wzrost
pobierania tlenu, a potem spadek przy nadmiernym uwilgotnieniu
- temperatury – wzrost temperatury o 10
o
C powoduje trzykrotny wzrost
aktywności respiracyjnej
- roślinności – aktywność respiracyjna jest największa w okresie intensywnego
wzrostu roślin . Jest także największa w poziomie akumulacyjno-próchnicznym
– zapotrzebowanie na tlen w tym poziomie wynosi 0,2 – 10 mg/kg/h, a całkowite
pobieranie tlenu w okresie letnim wynosi 30 – 300 kg/ha/dobę.
Jeżeli stężenie tlenu na powierzchni korzeni i mikroorganizmów glebowych (tzn. w
ich najbliższym otoczeniu) spada poniżej wartości 4 • 10
-6
mola (~ 1% tlenu) to spada
ich intensywność oddychania. Aby w/w stężenie występowało na powierzchni korzeni
i mikroorganizmów to w powietrzu glebowym musi go być wielokrotnie więcej.
Dlaczego? Dlatego, że korzenie roślin i mikroorganizmy otoczone są błonkami wody,
przez które dyfuzja tlenu jest bardzo spowolniona np. współczynnik dyfuzji O
2
w
powietrzu w temperaturze 20
o
C wynosi 1,8 · 10
-5
cm
2
/s, a CO
2
1,5 · 10
-5
cm
2
/s, zaś w
czystej wodzie współczynnik dyfuzji O
2
wynosi 2,4 · 10
-9
cm
2
/s.
Dyfuzja gazów w fazie ciekłej przebiega około 10 000 razy wolniej niż w fazie
gazowej, tzn. że dyfuzyjny opór błonki wody o grubości 0,1 mm jest taki, jak opór
100 cm suchej gleby.
Ad 2. Na skład powietrza glebowego ma ponadto wpływ intensywność wymiany
gazowej z atmosferą. W wymianie gazowej w glebie najważniejszą rolę odgrywa
dyfuzja stężeniowa. Powstające w wyniku aktywności respiracyjnej różnice stężenia
powodują przemieszczanie się gazów w porach wypełnionych powietrzem.
Dyfuzyjny przepływ gazów w glebie jest proporcjonalny do wytworzonego gradientu
stężenia oraz współczynnika dyfuzji. Współczynnik dyfuzji gazów w glebie zależy od
objętości porów wypełnionych powietrzem i od długości, kształtu i ciągłości
kanalików glebowych – czyli inaczej mówiąc od struktury gleby i stopnia jej
zagęszczenia.
Przepływ powietrza występuje przede wszystkim w warstwie powierzchniowej gleby;
w warstwach głębszych przepływ jest niewielki lub może w ogóle nie zachodzić.
©2008 Bożenna Gruszczyńska / Uniwersytet Warszawski
Materiały do wykorzystania jedynie w ramach fakultetu Gleboznawstwo na Wydziale Biologii UW
Fizyczne właściwości gleb Strona 12 z 14
Bezpośrednia ocena zdolności gleby do zaopatrywania korzeni roślin w tlen to ocena
prędkości redukcji tlenu na platynowej elektrodzie umieszczonej w glebie (metoda
Lemona i Ericksona). Wyznaczony w ten sposób uniwersalny wskaźnik stopnia
natlenienia korzeni roślin to wskaźnik natężenia dyfuzji tlenu ODR (ang. oxygen
diffusion rate).
ODR > 70 µg/m
2
/s – całkowite zaspokojenie zapotrzebowania korzeni na tlen
ODR 35 – 70 µg/m
2
/s – częściowe niedotlenienie korzeni – zahamowanie wzrostu
korzeni i części nadziemnych
ODR < 35 µg/m
2
/s – niedotlenienie korzeni (obumieranie).
Niewłaściwe warunki tlenowe w glebie mają wpływ na:
1. niedotlenienie korzeni roślin i mikroorganizmów i zahamowanie ich
oddychania
2. nagromadzenie CO
2
w stężeniach szkodliwych (>10%)
3. deficyt azotu spowodowany osłabieniem nitryfikacji i wzmożeniem procesu
denitryfikacji (ulatnianie się azotu w postaci gazowej)
4. powstawanie szkodliwych produktów procesów beztlenowych np. Mn
2+
, NO
2
,
S
2
, CH
4
i innych.
WŁAŚCIWOŚCI TERMICZNE GLEBY
Stosunki termiczne gleb kształtują się w wyniku dopływu i rozchodzenia się ciepła w
środowisku glebowym.
Głównym źródłem ciepła dostarczanego do gleby jest energia promieniowania
słonecznego, a także ogrzane powietrze, ciepłe opady deszczu, promieniujące ciepło
wnętrza ziemi i ciepło powstałe w wyniku procesów biologicznych zachodzących w
glebie.
R = G + A + E
R – ciepło dostarczane do powierzchni
G – ciepło przekazywane do gleby
A – ciepło oddawane do atmosfery przez konwekcję
E – ciepło zużyte do parowania wody
Z właściwości cieplnych gleby do
podstawowych należą:
1. współczynnik przewodnictwa
cieplnego λ
2. objętościowa pojemność
cieplna gleby C
υ
©2008 Bożenna Gruszczyńska / Uniwersytet Warszawski
Materiały do wykorzystania jedynie w ramach fakultetu Gleboznawstwo na Wydziale Biologii UW
Fizyczne właściwości gleb Strona 13 z 14
3. współczynnik przewodnictwa temperaturowego k
Współczynnik przewodnictwa cieplnego λ (dawniej ciepło właściwe) równy jest
strumieniowi ciepła przepływającego w czasie 1 s między przeciwległymi
powierzchniami o wielkości 1 cm
2
oddalonymi od siebie o 1 cm przy różnicy
temperatury na tych powierzchniach wynoszącej 1
o
C.
Objętościowa pojemność cieplna gleby C
υ
to ilość ciepła potrzebna do ogrzania 1 cm
3
gleby o nienaruszonej strukturze o 1
o
C. Jest wypadkową pojemności cieplnej
elementów składowych gleby (minerałów, materii organicznej, wody).
Współczynnik przewodnictwa temperaturowego (dyfuzji ciepła) k = λ/ C
υ
określa,
szybkość wyrównywania się temperatury w glebie. Określa o ile stopni wzrośnie
temperatura danej gleby w jednostce czasu w wyniku dopływu ciepła równego co do
wielkości przewodnictwu cieplnemu.
Przenoszenie się ciepła w glebie odbywa się głównie w kierunku pionowym przez:
1. przewodzenie
2. promieniowanie (od jednej cząstki do drugiej)
3. ruch wody lub powietrza w porach przy przesączaniu się wody opadowej
4. ruch wody i powietrza pod wpływem gradientu temperatury w glebie
(konwekcja)
5. zmianę stanu skupienia wody (parowanie, kondensacja, zamarzanie)
©2008 Bożenna Gruszczyńska / Uniwersytet Warszawski
Materiały do wykorzystania jedynie w ramach fakultetu Gleboznawstwo na Wydziale Biologii UW
Fizyczne właściwości gleb Strona 14 z 14
©2008 Bożenna Gruszczyńska / Uniwersytet Warszawski
Materiały do wykorzystania jedynie w ramach fakultetu Gleboznawstwo na Wydziale Biologii UW
Szybkość nagrzewania się gleb zależy od:
- ukształtowania powierzchni
- ekspozycji (północ, południe)
- barwy gleby (ciemniejsza gleba nagrzewa
się szybciej)
- składu granulometrycznego, struktury i
wilgotności gleby (gleby „ciepłe” – lekkie,
szybko obsychające; gleby „zimne” –
ciężkie, zwięzłe, słabo przepuszczalne,
wolno obsychające)
- roślinności
Literatura czyli źródła wiedzy i ilustracji:
1. Bednarek R., Dziadowiec H., Pokojska U., Prusinkiewicz Z. 2004. Badania
ekologiczno-gleboznawcze. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa.
2. Dobrzański B., Zawadzki S. (Red.)1995. Gleboznawstwo. PWRiL, Warszawa.
3. Lazar J. 1976. Gleboznawstwo z podstawami geologii. PWN, Warszawa-
Poznań.
4. Prusinkiewicz Z. 1994. Leksykon ekologiczno-gleboznawczy. Wydawnictwo
Naukowe PWN, Warszawa.
5. Uggla H., Uggla Z. 1979. Gleboznawstwo leśne. PWRiL, Warszawa.
6. Zawadzki S. 2002. Podstawy gleboznawstwa. PWRiL, Warszawa.