pojęciem gleby, pojęciem powierzchni ziemi wg. POŚ
Gleba - oznacza górną warstwę litosfery, złożona z części mineralnych, materii organicznej, wody, powietrza
i organizmów, obejmującą wierzchnią warstwę i podglebie.
Powierzchnia ziemi - naturalne ukształtowanie terenu, gleba oraz znajdująca się pod nią ziemia do głębokości oddziaływania człowieka.
ochrona gleby i powierzchni Ziemi
Ochrona powierzchni ziemi polega na zapewnieniu jej najlepszej jakości w szczególności poprzez:
- racjonalne gospodarowanie
- zachowanie wartości przyrodniczych
- zachowanie możliwości produkcyjnych
- ograniczenie zmian naturalnego ukształtowania
- utrzymanie jakości gleby i ziemi, co najmniej na poziomie wymaganych standardów
- zachowanie wartości kulturowych z uwzględnieniem archeologicznych dóbr kultury
Ochrona gleby polega na:
- minimalizacji erozji wodnej i wiatrowej;
- przeciwdziałaniu chemicznej degradacji gleb pod wpływem zanieczyszczeń przemysłowych, motoryzacyjnych, nawożenia mineralnego;
- przeciwdziałaniu przesuszeniu i zawodnieniu gleb;
- ograniczeniu do niezbędnego minimum technicznych deformacji gruntu i mechanicznego zanieczyszczenia gleby;
- zachowaniu gruntów o walorach ekologiczno-produkcyjnych;
- ograniczeniu przejmowania gruntów pod zabudowę techniczną i eksploatację kopalin.
gleba
Utwór powierzchniowej zwietrzeliny skalnej powstałej pod wpływem czynników glebotwórczych: klimat, woda, biosfera, rzeźba terenu, czas, działalność człowieka . Zachodzą w niej ciągłe przemiany związków organicznych na mineralne w wyniku działania roślin i drobnoustrojów. Jest ożywionym tworem przyrody rozwijającym się w czasie i ulegającym ciągłym przemianom.
utworu glebowego
Pojęcie utwór glebowy określa masę glebową stanowiącą tworzywo gleby czyli substrat. Utwory glebowe o identycznych właściwościach mogą pochodzić z różnych gleb, natomiast określona gleba może zawierać na różnych głębokościach różniące się nawet znacznie utwory glebowe
kategorie użytkowania gleb
NATURALNE - pod roślinnością leśną lub trawiastą, o zrównoważonym obiegu składników pokarmowych są bliskie glebom rezerwatów ścisłych i parków.
LEŚNE- ingerencja człowieka nie następuje tu co roku, jak w glebach ornych, jednak stosuje się głęboką orkę, sztuczne drzewostany oraz nawożenie mineralne i pestycydy.
ORNE- zazwyczaj poleśne , zmieniona jest budowa oraz właściwości fizyczne i chemiczne poprzez coroczne nawożenie.
TRWAŁYCH UŻYTKÓW ZIELONYCH - pod łąkami i pastwiskami, częściowo zmienione uprawą, nawożeniem mineralnym i melioracją.
SZTUCZNE- na usypywanych zwałach po górniczych, budowlanych,- najwyższy stopień ingerencji człowieka, brak zgodności z układem czynników ekologicznych
gleby naturalnych i leśnych z względu na działalność człowieka.
NATURALNE - pod roślinnością leśną lub trawiastą, o zrównoważonym obiegu składników pokarmowych, są bliskie glebom rezerwatów ścisłych i parków.
LEŚNE- ingerencja człowieka nie następuje tu co roku, jak w glebach ornych, jednak ze względu na stosowanie: głębokiej orki, sztucznych drzewostanów oraz nawożenia mineralnego i pestycydów - właściwości gleb leśnych są coraz rzadziej zgodne z układem czynników ekologicznych
funkcje gleby
A) Gleba jest jednym z najcenniejszych zasobów Ziemi, gdyż od niej zależy życie roślin, które z kolei warunkują istnienie życia zwierząt i człowieka
B) Dzięki glebie możliwy jest przepływ energii i obieg materii w ekosystemie
C) Gleba filtruje, buforuje i transformuje szkodliwe substancje chemiczne - oddziałuje zwłaszcza na zanieczyszczenia wody do picia oraz na jakość produkowanej żywności.
D) Wpływa na obieg węgla w przyrodzie, a w związku z tym na globalne zmiany klimatyczne
E) Zawiera niezmierzone zasoby genów, ponieważ żyje w niej około 4 razy więcej organizmów niż na powierzchni.
F) Jest ważnym elementem środowiska przyrodniczego, tworzy swoisty pomost pomiędzy przyroda ożywioną a nieożywioną
G) Funkcja infrastrukturalna - gleba jest źródłem licznych surowców budowlanych
H) Gleba stanowi istotny element naszej kultury i cywilizacji, ponieważ w niej znajdują się znaleziska paleontologiczne i archeologiczne o wielkiej wartości dla poznania historii ziemi i ludzi
gleby ze względu na proporcje składników mineralnych do organicznych w stałej fazie
-gleby mineralne- zawartość substancji organicznych jest mniejsza niż 5%
-gleby organiczno-mineralne- zawartość substancji organicznych wynosi 5-20%
-gleby organiczne- zawartość substancji organicznych jest większa niż 20% (np. gleby torfowe)
punkty widzenia rozpatrywania składu mineralnego gleb
- skład chemiczny
- podatność na wietrzenie
- wpływ na właściwości gleby
minerały ze względu na podatność na wietrzenie?
- bardzo nieodporne - gips, kalcyt
- nieodporne - plagioklazy bogate w wapń
- średnio odporne - pozostałe plagioklazy, augit, herublenda, biotyt
- bardzo odporne - muskowit
- wyjątkowo odporne - kwarc, minerały ilaste
gleba jako układ trójfazowy
Faza stała - cząstki mineralne, organiczne i organiczno - mineralne w różnym stopniu rozdrobnienia
Faza ciekła - woda, w której są rozpuszczone związki mineralne i organiczne, tzw. roztwór glebowy
Faza gazowa - mieszanina gazów i pary wodnej czyli tzw. powietrze glebowe
faza stała
Faza stała gleby składa się z cząstek różniących się między sobą nie tylko składem petrograficznym i właściwościami chemicznymi, ale także wielkością.
Cząstki glebowe są przeważnie pod postacią agregatów lub grudek zlepionych koloidami. Do substancji zlepiających należą najczęściej: próchnica, kalcyt, wodorotlenki glinu i żelaza, minerały ilaste i połączenia ilasto-próchniczne.
Cząstki o różnych wymiarach można grupować i segregować na tzw. frakcje mechaniczne o określonych wymiarach granicznych.
skład granulometryczny, frakcja
Skład granulometryczny (uziarnienie) gleby - stan rozdrobnienia mineralnej części fazy stałej gleby.
Jest wyrażany procentowym udziałem poszczególnych cząstek mineralnych zwanych frakcjami granulometrycznymi.
Frakcja - poszczególne cząstki mineralne występujące w glebie.
frakcje piasku i pyłu oraz iłu pyłowego.
Piasek, pył i ił pyłowy - złożone głównie z kwarcu i krzemionki (SiO2), mało aktywne chemicznie. Mogą występować (szczególnie w piasku) w postaci powłok, minerały, jak: gibbsyt, hematyt i limonit, nadające im różne zabarwienie - od czerwonego do żółtego.
frakcje kamieni i żwiru oraz iłu koloidalnego.
Kamienie i żwiry - w stosunkowo niewielkim stopniu zmienione okruchy skalne, skład mineralogiczny i chemiczny zbliżony do skał, z których powstały.
Ił koloidalny - składa się głównie z zespołu wtórnych glinokrzemianów, tzw. Minerałów ilastych.
utwory piaszczyste.
Utwory piaszczyste - zawierają do 20% części spławialnych i do 40% frakcji pyłu. Przy zawartości pyłu w granicach 25 - 40% do podstawowej nazwy grupy dodaje się przymiotnik pylasty.
Dzielą się na:
- piasek luźny (0 - 5% części spławianych)
- piasek słabo gliniasty (5 - 10% części spławianych)
- piasek gliniasty lekki (10 - 15% części spławianych)
- piasek gliniasty mocny (15 - 20% części spławianych)
utwory gliniaste.
Utwory gliniaste - zawierają ponad 20% części spławialnych i do 40% frakcji pyłu. Przy zawartości pyłu w granicach 25 - 40% -> pylasta.
Dzielą się na:
- gliny lekkie silnie spiaszczone (20 - 25% części spławianych)
- gliny lekkie słabo spiaszczone (25 - 35% części spławianych)
- gliny średnie (35 - 50% części spławianych)
- gliny ciężkie (ponad 50% części spławianych)
utwory ilaste i pyłowe.
Utwory ilaste - zawierają ponad 50% części spławialnych oraz części pyłowe i nieznaczną domieszkę piasku (<10%). Iły zawierające ponad 25% części pyłowych -> iły pylaste.
Utwory pyłowe - zawierają ponad 40% części pyłowych i do 50% części spławianych.
Wyróżnia się:
- utwory pyłowe zwykłe (0 - 35% części spławianych)
- utwory pyłowe ilaste (35 - 50% części spławianych)
gleby wg. kategorii agronomiczne (skład granulometryczny)
I kategoria - gleby bardzo lekkie (do 10% części spławialnych)
II kategoria - gleby lekkie (10-20% części spławialnych)
III kategoria - gleby średnie (20-35% części spławialnych)
IV kategoria - gleby ciężkie (35-50% części spławialnych)
V kategoria - gleby bardzo ciężkie (>50% części spławialnych)
właściwości fizyczne gleb.
- Uziarnienie
- Gęstość właściwa, gęstość objętościowa
- Porowatość, struktura, zwięzłość, plastyczność, lepkość, pęcznienie, kurczliwość.
- Barwa, układ
gęstości właściwej
Ciężar właściwy - gęstość właściwa - (ciężar cząstek gleby, gęstość cząstek glebowych) - masa jednostki objętościowej stałej fazy gleby po jej wysuszeniu.
czynniki decydujące o gęstości właściwej gleb. granicach poziomów próchnicznych gleb mineralnych.
Gęstość właściwa zależy od:
- składu mineralnego gleby i zawartości próchnicy
Średnia gęstość właściwa większości gleb mineralnych wynosi 2,65 g/cm3 i rośnie wraz ze wzrostem ilości minerałów ciężkich zawartych w glebie. Zawartość próchnicy obniża gęstość właściwą.
dlaczego gęstość właściwa gleb wzrasta wraz z głębokością
Gęstość właściwa gleb wzrasta wraz z głębokością, ponieważ próchnica obniża gęstość właściwą, a zawartość próchnicy zmniejsza się wraz ze wzrostem głębokości. Zawartość minerałów ciężkich zwiększa gęstość właściwą.
gęstości objętościowej gleb
Gęstość objętościowa - gęstość jednostki objętościowej gleby o nienaruszonej strukturze.
gęstość objętościowa chwilowa i rzekoma gleb
Gęstość objętościowa chwilowa - dotyczy fazy stałej i roztworu glebowego, zależy od aktualnej wilgotności gleby.
Gęstość objętościowa rzekoma - ciężar jednostki objętości gleby o nienaruszonej strukturze, wysuszonej w 105 stopniach - służy od do porównań gleb miedzy sobą. Zależy on od struktury, składu granulometrycznego i układu.
O czym wnioskujemy na podstawie gęstości objętościowej gleb? Granice gęstości objętościowej gleb mineralnych
Gęstość objętościowa określa stosunki powietrzne w glebie: im jest niższa tym gleba jest bardziej przewiewna.
Średnio w glebach mineralnych waha się od 1,1 do 1,8 g/cm3
pory kapilarne wg. średnicę?
- makropory > 8,5µm. wypełnione powietrzem , okresowo zajęte wodą
- mezopory 0,2 - 8,5µm. wypełnione powietrzem i wodą dostępną dla roślin
- mikropory < 0,2µm. wypełnione wodą niedostępną dla roślin
porowatości
Porowatość - suma objętości wolnych przestrzeni (niewypełnionych fazą stałą gleby) w jednostce objętości gleby.
Wyróżnia się porowatość ogólną, kapilarną i niekapilarną.
porowatość gleby. granicach dla gleb mineralnych?
Porowatość zależy od:
- składu granulometrycznego, struktury, układu gleby, zawartości próchnicy.
Dla gleb mineralnych waha się między 30 - 50%
stosunek porów kapilarnych do niekapilarnych w glebach wytworzonych z piasków, glin ciężkich i iłów.
Gleby wytworzone z piasków - przewaga porów niekapilarnych
- przepuszczalne dla wody, przewiewne, zbyt suche, intensywna mineralizacja substancji organicznej
Gleby wytworzone z glin i iłów - przewaga porów kapilarnych
- zasobne w wodę, mało przepuszczalne i mało przewiewne. Niedostatek tlenu - procesy oglejenia.
zwięzłości gleby
Zwięzłość gleby - siła, z jaką są ze sobą zlepiona cząsteczki gleby.
Zwięzłość zależy od:
- zawartości próchnicy
- struktury
- układu
- wilgotności
- składu granulometrycznego
gleby wg. zwięzłości.
- gliny zwięzłe (glina, ił)
- gliny średnio zwięzłe (piaski gliniaste, gleby słabo gliniaste)
- gliny luźne (żwir, piasek)
lepkość i plastyczność gleby
Lepkość gleby - siła, z jaką przylegają cząstki i agregaty gleby do różnych przedmiotów.
Zależy ona od wilgotności i zawartości cząstek koloidalnych oraz od powierzchni, do której gleba przywiera.
Plastyczność gleby - zdolność do tworzenia form przestrzennych i zdolność zachowania kształtu po ustaniu działania sił zewnętrznych tworzących te formy.
Plastyczność ujawnia się tylko w glebach wilgotnych i zależy od:
- jakości i zawartości iłu koloidalnego oraz próchnicy.
pęcznienie i kurczenie gleby
Pęcznienie gleb - zwiększanie się objętości gleby pod wypływem pochłaniania wody. Spowodowane jest tworzeniem się otoczek wody wokół koloidów.
Zależy od:
- składu granulometrycznego,
- ilości i jakości kationów wymiennych.
Koloidy wysycone Na+ wpływają na wzrost pęcznienia, natomiast koloidy wysycone Ca2+ na obniżanie się pęcznienia. Najsilniej pęcznieją gleby organogeniczne, wytworzone z ciężkich glin i iłów.
Kurczenie gleb - zjawisko odwrotne do pęcznienia. Zjawisko niekorzystne, uszkadza korzenie roślin, tworzy szczeliny, którymi odpływa woda. Szczególnie podatne na kurczenie są gleby organogeniczne. Gleby wytworzone z piasków nie wykazują pęcznienia i kurczenia.
barwę gleby
Barwa gleby jest ważną cechą morfologiczną, pomocną w rozróżnianiu miąższości poszczególnych poziomów i warstw w profilach glebowych. Zabarwienie poziomów glebowych jest dość silnie związane ze składem oraz fizycznymi i chemicznymi właściwościami utworów glebowych.
Barwę nadają określone związki chemiczne występujące w glebie:
1) próchnica (barwy czarne, szare, brunatno-szare itp.),
2) związki żelaza (barwy czarne, czerwone, pomarańczowe, żółte, rdzawe, brunatne, zielonkawe itp.),
3) związki manganu (barwy czarne, brunatne itp.),
4) ziarna kwarcu i konkrecje kalcytu (barwy białe).
Zabarwienie gleby może mieć charakter jednolity lub niejednolity. Przewaga barw brunatnych związana jest często z zasobnością i dużą biologiczną aktywnością gleby. Biaława barwa pod poziomem próchnicy nadkładowej świadczy o wymyciu związków żelaza oraz o silnym zakwaszeniu gleby, niskiej zawartości składników mineralnych, małej aktywności biologicznej. Barwy niebieskawo-zielone wskazują na nadmierne uwilgotnienie kwaśną wodą zastojową i złą aerację gleby.
Barwa gleby wpływa w sposób bardzo istotny na jej bilans cieplny. Gleby o ciemnym zabarwieniu adsorbują więcej ciepła niż jasne, tym samym szybciej na wiosnę aktywizują się pod względem biologicznym, ale też szybciej wysychają niż gleby o jaśniejszej powierzchni. Zależnie od barwy, gleby pochłaniają 66-92% energii promienistej docierającej do ich powierzchni.
barwy niejednolite
Plamiste - na tle barwy przeważającej występują plamy o odmiennej barwie
Językowate - odmienne zabarwienie występuje w kształcie pionowych zacieków
Smugowate - na tle zasadniczej barwy występują mniej lub bardziej równoległe do powierzchni terenu smugi o innym zabarwieniu
Marmurkowe - na tle mniej więcej jednolitej barwy występują jasne smugi wzdłuż szczelin i obumarłych korzeni roślin.
czynniki decydujące o barwie gleby.
Barwa gleby jest wypadkową trzech różnych komponentów materiału glebowego.
O barwie decydują:
-otoczki koloidalne różnych związków tworzących powłoki wokół ziaren
-próchnica (im więcej tym barwa ciemniejsza)
-stosunek kwasów huminowych do fulwowych(kw. huminowe - barwa ciemna , kw. fulwowe - barwa jasna)
-związki żelazowe (barwa żółta, niebieska lub zielonkawa zależnie do odczynu)
-uwilgotnienie i oświetlenie
-rodzaj substancji organicznej i stopień jej rozkładu
struktury gleby. czynniki strukturotwórcze gleb.
Struktura gleby - stan, w którym poszczególne ziarna glebowe są zlepione w agregaty o określonych kształtach i wymiarach.
W glebach strukturalnych wyróżnia się:
- Strukturę naturalną, powstała w wyniku działania procesu glebotwórczego
- Strukturę nabytą, wytworzoną w wyniku uprawy, nawożenia, płodozmianu
Czynnikami decydującymi o tworzeniu się struktury gleby są:
- obecność koloidów organicznych i mineralnych,
- działalność życiowa mikroorganizmów glebowych, roślin i fauny glebowej,
- działanie mrozu,
- uwilgotnienie,
- przesuszenie,
- zabiegi agrotechniczne np. wapnowanie, magnezowanie.
Jakie struktury gleb?
Wyróżnia się trzy zasadnicze typy struktury:
- bezagregatową,
- agregatową,
Wyróżnia się agregaty:
- Płytkowe (warstwowe)
- Pryzmatyczne (słupkowe, kolumnowe)
- Bryłkowate i orzechowate
- Sferyczne (ziarniste i gruzełkowate)
- włóknistą.
znaczenie struktury gruzełkowatej w glebach.
- zapewnia wysokie plony
- reguluje właściwości wodne i powietrzne gleb, a więc wpływa na procesy biologiczne i uruchamianie trudno przyswajalnych składników pokarmowych w glebach.
czynniki powodujące niszczenie struktury gleb.
Czynniki powodujące niszczenie struktury gleb:
Erozja.
Erozja polega na mechanicznym niszczeniu powierzchni Ziemi przez różne czynniki zewnętrzne, połączonym z przenoszeniem produktów niszczenia. Rozróżnia się erozję wodną i wietrzną.
Zmiany stosunków wodnych na danym terenie.
Zmiany te są w większości spowodowane gospodarką człowieka i mogą polegać zarówno na nadmiernym osuszeniu gleb, jak i na nadmiernym ich nawadnianiu. Przyczyną osuszania gleb są kopalnie głębinowe i odkrywkowe.
Niewłaściwie prowadzone melioracje.
Melioracje polegają na zabiegach technicznych wykonywanych w celu odprowadzenia nadmiaru wód lub nawodnienia terenów o deficycie wodnym.
Wydeptywanie gleb przez ludzi lub przez zwierzęta.
Poważny problem stwarza wypas owiec na górskich halach. Nadmierny wypas grozi niszczeniem hal, a ostre i twarde racice owiec mogą zupełnie zniszczyć strukturę podłoża. Sytuacja taka groźna jest dla wszystkich terenów, gdzie wypas zwierząt odbywa się na zboczach wzniesień.
Skażenia przemysłowe i komunikacyjne.
Dostają się do gleby przez powietrze lub za pośrednictwem wody, względnie też przy udziale obu tych czynników łącznie. Przykładem są kwaśne deszcze, zawierające związki siarki i prowadzące do zmiany kwasowości gleby i spadku jej żyzności.
Chemizacja rolnictwa.
Chemiczne metody walki ze szkodnikami pól i lasów.
Niewłaściwe metody uprawy.
Zajmowanie nowych terenów pod budownictwo przemysłowe i mieszkaniowe, a także rekreacyjne. Również budowa dróg i innych tras komunikacyjnych zabiera coraz więcej gruntów ornych i leśnych.
układu gleby
Układ gleby - cechy zewnętrzne charakteryzujące stopień porowatości i zwięzłości gleb oraz ułożenie cząstek i agregatów gleby.
Zależy od:
- scementowania ziaren glebowych
- zwięzłości gleby
- porowatości gleby
najczęściej wyróżniane układy gleb.
Ze względu na stopień zwięzłości w stanie suchym rozróżniamy następujące rodzaje układów:
- luźny (cechuje piaski i żwiry, w których poszczególne ziarna glebowe nie SA ze sobą scementowane),
- pulchny (cechuje poziomy próchniczne gleb wytworzonych z piasków gliniastych mocnych),
- pulchno-zwięzły,
- zwięzły,
- zbity,
- silnie zbity.
gleby i poziomy charakteryzują się układem luźnym i pulchnym?
Układ luźny: piaski i żwiry
Układ pulchny: poziom próchniczy o strukturze gruzełkowatej
gleby i poziomy charakteryzują się układem zbitym i silnie zbitym?
Układ zbity: iły, gliny ciężkie,
Układ silnie zbity: środkowa część profilu słabo lub nieprzepuszczalna dla wody.
postacie wody występujące w glebach.
- stała (lód),
- chemiczna (krystalizacyjna) - część składowa związków zawartych w glebie,
- para wodna - wchodzi w skład powietrza glebowego, zajmującego pory glebowa niewypełnione wodą,
- związana z cząstkami glebowymi siłami molekularnymi (woda higroskopowa i błonkowata),
- kapilarna,
- grawitacyjna,
- gruntowa
Jaki jest udział głównych form wody w glebach w zależności od składu granulometrycznego.
W żwirach i piaskach dominuje woda wolna, w piaskach gliniastych, pyłach i glinach dominuje woda kapilarna, a w glinach ciężkich i iłach dominuje woda molekularna.
wody higroskopowej
Woda higroskopowa otacza najdrobniejsze cząstki glebowe cienką, silnie przywierającą powłoką.
Pochodzi ona z pochłoniętej i skroplonej pary wodnej.
Czynniki:
-stan rozdrobnienia masy glebowej,
-ilość próchnicy,
-rodzaj wymiennych kationów występujących na powierzchni żeli glebowych
wody higroskopowej zwyczajnej i maksymalnej?
W.h. zwyczajna - woda znajdująca się w glebie wysuszonej na powietrzu
W.h. maksymalna - max. ilość wody jaką może pochłonąć gleba z powietrza, jeżeli między powietrzem nasyconym parą wodną 98% a glebą nastąpi stan równowagi
wody błonkowatej? Dostępność dla roślin
Woda błonkowata powstaje w strefie aeracji wokół pojedynczych ziaren skalnych, które już osiągnęły maksymalną higroskopijność. Nie wypełnia porów i szczelin całkowicie, a otula cieniutką błoną ziarna skały. Woda błonkowata nie bierze udziału w podziemnym krążeniu wód. Na jej granicy siły przyciągania równają się 0 atmosfer. Woda ta jest trudno dostępna dla roślin, gdyż jest przyciągana z siłą do 50 atmosfer.
Która woda kapilarna jest niedostępna dla roślin i dlaczego?
Woda kapilarna jest niedostępna dla roślin, gdy kapilary są mniejsze niż 0,2mm. W przestworach mniejszych, siły wiążące wodę są większe niż siła ssąca korzenia, więc w glebach nawet wilgotnych, ale zawierających dużo takich przestworów rośliny mogą cierpieć na niedostatek wody.
Wysokości woda w zależności od składu granulometrycznego?
-w grubych żwirach woda nie podnosi się
-w grubych piaskach - do kilku cm
-w średnich piaskach - do 25cm
-w drobnych piaskach - do 60cmw glinach 200-300cm
wody grawitacyjnej dostępność dla roślin
Woda grawitacyjna to woda wypełniająca w glebie pory większe od kapilarnych oraz przemieszczająca się pod wpływem sił ciężkości. Dla roślin jest całkowicie dostępna, a jej dostępność zależy od rodzaju gleby. Źródłem tej wody są opady atmosferyczne. Woda grawitacyjna przesiąka aż do poziomu wód gruntowych lub też zatrzymuje się na warstwach nieprzepuszczalnych, tworząc tam warstwy wodonośne.
wody gruntowej, przydatności dla roślin.
Woda gruntowa to woda gromadząca się na nieprzepuszczalnych warstwach gleby, pochodząca z opadów atmosferycznych, przesiąków bocznych rzek, jezior, stawów, wodonośnych warstw, strumieni i potoków podziemnych.
Czynniki:
-głębokość zalegania
-skład granulometryczny w wierzchniej warstwie
pojemności wodnej, rodzaje.
Pojemność wodna gleb - zdolność do zatrzymywania określonych ilości wody.
1. p.w. maksymalna (pełna) - stan całkowitego nasycenia gleby wodą, stan, w którym przestwory glebowa, kapilarne i niekapilarne wypełnione są wodą
2. p.w. (wilgotność) aktualna - jest to zawartość różnych postaci wody (stan uwilgotnienia) w danej chwili
3. p.w. kapilarna - stan, w którym przestwory kapilarne wypełnione są wody
4. p.w. polowa - taka ilość wody, jaką gleba jest w stanie utrzymać siłami kapilarnymi, poza zasięgiem wznoszenie kapilarnego.
5.p.w. higroskopowa
wody niedostępnej dla roślin
Woda niedostępna dla roślin jest to woda fizjologicznie nieużyteczna, ponieważ związana jest w glebie siłami większymi od iły ssącej korzeni roślin, jest to ilość wody odpowiadająca trwałemu punktowi więdnięcia.
Zależy od:
- składu mechanicznego gleby,
- ilości drobnych porów mniejszych niż 0,2mm.
rodzaje wód dostępnych dla roślin.
- woda kapilarna,
- woda grawitacyjna,
- woda gruntowa,
- częściowo woda błonkowa
podział gleb wg kategorii stosunków wodnych
1 - gleby o właściwym uwilgotnieniu (optymalnym)
1a - gleby okresowo nadmiernie uwilgotnione - okresowe nadmierne uwilgotnienie w warstwach ornych powodowane stagnowaniem wody opadowej na leżącej głębiej warstwie o zwięźlejszym składzie granulometrycznym
2 - gleby okresowo podmokłe - występuje wysoki poziom wody gruntowej
3 - gleby trwale podmokłe
4 - gleby okresowo nadmiernie suche - brak wody wynika ze zbyt małej pojemności wodnej gleby, przy jednoczesnym głębokim zaleganiu wody gruntowej lub nadmiernego spływu powierzchniowego (np. na stokach)
5 - gleby trwale zbyt suche
czynniki, zapewnieniające wody roślinom wyższym i pozostałym organizmom glebowym
a) warunki klimatyczne (wielkość i rozkład opadów, temperatura, wilgotność powietrza, prędkość wiatru)
b) zdolności retencyjne gleby (ilość średnica porów, skład granulometryczny, zawartość i jakość próchnicy, struktura gleby)
c) występowanie wody gruntowej (głębokość zalegania)
d) spływy, nawadnianie
e) działalność człowieka (melioracje, zabiegi agrotechniczne, działalność przemysłowa - lej depresji wokół kopalń)
koloidy ze wzgl. na znak
a) ujemnie naładowane - próchnica, SiO2, związki Mn
b) dodatnio naładowane - Fe(OH)3, Al(OH)3, Ca(PO4)2, białka glebowe
koloidy ze wzgl. na skład chemiczny
a) nieorganiczne - silnie rozdrobnione glinokrzemiany, minerały ilaste, SiO2, Fe(OH)3, Al(OH)3, CaCO3, Ca(PO4)2, związki Mn
b) organiczne - próchnica, białka, celuloza
koloidy ze wzgl. na stopień uwodnienia
a) hydrofilowe -SiO2, próchnica, minerały ilaste
b) hydrofobowe - (OH)3, Al(OH)3, CaCO3
koloidy ze wzgl. na właściwości kwasowe i zasadowe
a) acidoidy: SiO2, próchnica, minerały ilaste - słabe kwasy
b) bazoidy: Fe(H) 3, Al(OH)3 - słabe zasady
c) soloidy - obojętne
grupy koloidów glinokrzemianowych
a) grupa kaolinitu (kandyty): kaolinit, hydrohalozizyt i dickit
b) grupa hydromik - illit i hydromuskowit
c) grupa montmorylonitu (smektyty): montmorillonit i beidellit
d) grupa wermikulitu: wermikulit
e) allofany - formy bezpostaciowe
koloidy gleb klimatu umiarkowanego
Koloidy glinokrzemianowe, a także uwodnione tlenki Fe i Al.
budowę i właściwości grupy kaolinitu
Grupa kaolinitu (kandyty): kaolinit, hydrohalozizyt i dickit
Pakiet 1:1
Trwałe wiązania między pakietami
Powierzchnia właściwa = powierzchnia zewnętrzna = 5 - 20 m2/g
Pojemność sorpcyjna = 3 -15 m*e/100g
Cz. 0,1 - 5,9 µm
Poszczególne pakiety związane są trwale wiązaniami wodorowymi ( wodór grup OH oktaedrów). Wiązania te są na tyle silne, że nie dopuszczają do zwiększenia przestrzeni międzypakietowych i uniemożliwiają wchodzenie wody i dodatkowych kationów. Zdolności sorpcyjne tych minerałów są ograniczone tylko do powierzchni zewnętrznych.
budowę i właściwości grupy montmorylonitu
Grupa montmorylonitu (smektyty): montmorillonit i beidellit, nontronit, saponit
Pakiet 2:1
Luźne wiązania mostkami tlenowymi
Powierzchnia właściwa = pow. zewnętrzna + pow. zewnętrzna = 700 - 800 m2/g
Pojemność sorpcyjna = 70 -120 m*e/100g
Cz. 0,01 - 0,1 µm
Duża lepkość, plastyczność, kurczliwość
cechy charakteryzujące grupę minerałów ilastych
- są to uwodnione glinokrzemiany Al i Fe
- należą do krzemianów warstwowych - zbudowane z kolejno zmieniających się warstw tetraedrów i oktaedrów tworzących pakiety
- budowa płytkowa
- duże rozdrobnienie - wpływa na olbrzymią powierzchnię właściwą
kaolinit i illit
Kaolinit - najczęściej jest produktem wietrzenia glinokrzemianów w środowisku wilgotnym w obecności CO2 (odczyn kwaśny). Kaolinit jest głównym składnikiem glin i iłów, występuje powszechnie w zwietrzelinach i glebach, w których wchodzi w skład frakcji ilastej.
Illit - najczęściej jest produktem wietrzenia glinokrzemianów. Może również powstawać w procesach przemian innych minerałów ilastych. Jest pospolitym składnikiem iłów, występuje powszechnie w zwietrzelinach i glebach, w których wchodzi w skład frakcji ilastej.
montmorillonit i wermikulit
Montmorillonit - powstaje w strefie wietrzenia ciemnych skał magmowych: diabazów, bazaltów i gabra w warunkach alkalicznych. Jest głównym składnikiem iłów bentonitowych. W glebach występuje jedynie tam, gdzie zaistniały warunki alkaliczne, niezbędne przy jego tworzeniu.
Wermikulit - jest produktem wietrzenia lub hydrotermalnego rozkładu biotytu. Występuje powszechnie w zwietrzelinach i glebach, w których wchodzi w skład frakcji ilastej.
źródła substancji organicznych
a) resztki pożniwne
b) nawozy organiczne
c) nawozy zielone, słoma
zasadnicze kierunki przemian subst. org.
a) proces mineralizacji - całkowity rozkład subst. organicznej do prostych związków mineralnych
b)proces humifikacji - częściowy rozkład subst. organicznej, a następnie synteza (resynteza) do jakościowo nowych specyficznych subst. organicznych, zwanych swoistymi związkami próchniczymi (próchnicą właściwą, humusem)
humifikacja
Humifikacja - proces biochemiczny, szereg skomplikowanych procesów - rozkładu, przebudowy i syntezy zw. Organicznych - głównie przy udziale drobnoustrojów.
fazy mineralizacji subst. Org.
I) faza inicjalna - obejmuje głównie procesy hydrolizy i utleniania, zachodzące bezpośrednio po obumarciu organizmu żywego. Początkowym przemianom ulegają białka i związki aromatyczne, wzajemne połączenia komórek nie zostają zniszczone
II) faza mechanicznego rozkładu - następuje rozdrobnienie, częściowe przetworzenie i przemieszanie substancji organicznej z mineralnymi frakcjami gleby, głównie przez mezo- i makrofaunę glebową
III) faza mikrobiologicznego rozkładu - zachodzą rozliczne przemiany substancji organicznej przez organizmy glebowe, w tym głównie bakterie i grzyby. Część składników przechodzi do roztworu i kompleksu sorpcyjnego gleby, a część jest przyswajana przez mikroorganizmy, które po pewnym czasie obumierają i podlegają podobnemu rozkładowi (sorpcja biologiczna)
butwienie
Butwienie - proces mineralizacji zachodzący w warunkach aerobowych o charakterze egzotermicznym, warunki tlenowe, pełny rozkład. Jest procesem korzystnym, ponieważ większość jego produktów stanowi łatwo przyswajalne składniki pokarmowe roślin.
Produkty: CO2, H2O, jony - SO42-, NO3- itd.
warunkach gnicia.
Gnicie - proces anaerobowy, brak tlenu może być spowodowany nie tylko dużą zwięzłością lub nadmiernym uwilgotnieniem gleby, ale również intensywnym rozwojem mikroorganizmów aerobowych.
Produkty: proste związki mineralne: NH4+, CH4, H2S, indol, skatol oraz produkty pełnego utlenienia (CO2, H2O).
subst. Org. Wg. szybkości rozkładu, grupy substancji próchniczych gleby.
Łatwo rozkładają się: cukry, skrobia, białka proste i złożone
Trudno rozkładają się: celuloza, lignina, tłuszcze, woski
niespecyficznych subst. org.
Niespecyficzne substancje organiczne - związki chemiczne o znanej budowie i właściwościach.
Niespecyficzne substancje organiczne - węglowodany (cukry), węglowodory, tłuszcze, kwasy organiczne (szczawiowy, mrówkowy), alkohole, aminokwasy, fenole
grupy i podgrupy swoistych związków próchniczych.
Wyróżnia się następujące grupy i podgrupy swoistych związków próchnicznych:
Kwasy fulwowe
Kwasy krenowe
Kwasy apokrenowe
Kwasy huminowe
Kwasy hymatomelanowe
Kwasy huminowe brunatne
Kwasy huminowe szare
Huminy
Jak dzielimy związki próchnicze ze względu na ich rozpuszczalność w kwasach, alkoholach i zasadach.
Fulwokwasy- rozp. W H2O, alkoholach, ługu (NaOH), nie strąc. się w kw. Nieorg. (HCl), barwy żółtawej, 55% Corg.
Kw. huminowe- nie rozp. W H2O, alkoholach, rozp. W ługu, strąc. się w kw. Nieorg., barwy czarnej lub brunatnej, 58% Corg.
Kw. hymatometanowe- nie rozp. W H2O, rozp. walkoholach, ługu, strąc. się w kw. Nieorg. (HCl), barwy brunatnej, 62% Corg.
huminy- nie rozp. W H2O, alkoholach, ługu, barwy czarnej, 50- 60% Corg.
kwasów huminowych.
Skład chemiczny:
C - 54%
O - 37%
H - 5%
N - 4%
zmienny, zależy od warunków ekologicznych
barwa - szaroczarna - brunatna
pojemność sorpcyjna - 350-700 m.e./100g, duży ciężar cząsteczkowy
Wykazują dużą różnorodność, posiadają bardziej złożoną budowę niż kwasy fulwowe, są to substancje koloidalne, składające się z polimerów, które z kolei są zbudowane z monomerów w skład których wchodzą:
Jądro aromatyczne
Mostek łańcuchowy
Grupy funkcyjne: karboksylowa, hydroksylowa, metoksylowa, aminowa i in.
Wykazują duże zdolności sorpcyjne, charakteryzują się wysoką chłonnością w stosunku do wody. Kwasy huminowe wyodrębnia się z gleby poprzez ekstrakcję roztworem NaOH, a następnie wytrąceniem kwasami.
Kwasy huminowe mogą tworzyć z wielowartościowymi kationami związki wewnątrzkompleksowe, tzw. chelaty.
kwasy fulwowe.
Skład chemiczny:
C - 46%
O - 48%
H - 4%
N - 2%
Barwa żółta, łatwo rozpuszczalne w wodzie
Prosta budowa, mały ciężar cząsteczkowy, bardziej utlenione
Biorą czynny udział w procesie zakwaszania i bielicowania gleb
Połączenia próchniczno-mineralne
Jasnożółte kwasy krenowe i żółtobrunatne kwasy apokrenowe, które są uważane za utlenialną formę pierwszych
Substancje łatwo rozpuszczalne we wszystkich stosowanych do ekstrakcji związków humusowych rozpuszczalnikach
Wykazują dużą heterogoniczność, mają prostszą od pozostałych związków humusowych monomeryczną budowę (niekiedy są polimerami)
Posiadają silnie kwaśny charakter (są w glebie bardzo ruchliwe i wywierają duży wpływ na proces jej tworzenia się i rozwoju)
Wchodzą w połączenia z Fe i Al, co ma duże znaczenie w procesie bielicowania
Kwasy fulwowe mają słabiej niż huminowe wykształcone jądro, dlatego określa się je niekiedy mianem niedojrzałych.
właściwości kwasów huminowych i fulwowych.
- kw. huminowe mają barwę od szaroczarnej do brunatnej, kw. fulwowe mają barwę żółtą.
- kw. huminowe mają większy ciężar cząsteczkowy
- kw. fulwowe są bardziej utlenione
- kw. fulwowe rozpuszczają się w kwasach, alkoholach, zasadach, kwasy huminowe tylko w zasadach.
- kw. fulwowe mają prostszą budowę, łatwo rozpuszczają się w wodzie.
- różnice w procentowym udziale składników (C,O,H,N)
właściwości humin.
składają się ze stosunkowo mało zmienionej oraz częściowej tylko zhumifikowanej, trudno rozkładalnej, pierwotnej substancji organicznej
należą do najmniej zbadanych swoistych związków próchnicznych
są nieaktywne i nie biorą bezpośredniego udziału w procesach glebowych
nie rozpuszczają się w roztworach alkalicznych i alkoholu
mogę tworzyć kompleksy organiczno-mineralne (huminowo-iłowe) odgrywające dużą rolę strukturotwórczą
typy gleb, w których przeważają kwasy huminowe, a których kwasy fulwowe.
Kwasy huminowe - czarnoziemy, czarne ziemie, rędziny, mady, gleby brunatne właściwe
Kwasy fulwowe - biorą udział w procesie zakwaszania i bielicowania gleb.
próchnicy.
Próchnica - złożona, dość twarda mieszanina brunatnych lub ciemnobrunatnych amorficznych kompleksów koloidów mineralno-organicznych powstałych w procesie humifikacji.
czynniki zawartości próchnicy
Zawartość próchnicy w glebie zależy od: Składu granulometrycznego, mineralnego, chemicznego, odczynu gleby, właściwości fizycznych, biologicznych, przede wszystkim stosunków powietrzno-wodnych.
Które gleby zawierają najmniej próchnicy i dlaczego.
Gleby bielicowe, płowe, rdzawe wytworzone z piasków 0,6-1,8% - gleby nadmiernie przepuszczalne i przewiewne-następuje szybka mineralizacja(botwienie) i zwolnienie humifikacji.
właściwości próchnicy
substancja koloidalna - budowa amorficzna
większa powierzchnia właściwa i pojemność sorpcyjna niż minerały ilaste - 150-300 m.e./100g
większa higroskopowość w atmosferze nasyconej parą wodną 80-90%, minerały ilaste 15-20% w stosunku wagi
mała plastyczność, przyczepność
nadaje glebie ciemne zabarwienie, brak ścisłej zależności między zabarwieniem a ilością próchnicy
cząsteczki próchnicy zbudowane z: C, H, O, N, S, P mają ładunek ujemny.
rola próchnicy struktura gruzełkowej.
Powstałe związki próchnicy z min ilastymi i wodoro-roztworami Fe, Al sklejają grubsze części gleb i tworzą trwałe agregaty, które regulują stosunki wodno-powietrzne w glebie.
zawartość próchnicy w glebach.
Mineralne gleby Polski zależą do gleb mało próchnicznych, zawartość w nich substancji organicznej kształtuje się w przedziale 0,6-6%.
Poziom zawartości próchnicy w glebie należy od jej cech dość stabilnych i zależy przede wszystkim od rodzaju skały macierzystej, z której gleba powstała, głębokości zalegania wody gruntowej, klimatu, rodzaju użytkowania oraz ukształtowania terenu.
Gleby bielicowe, płowe, rdzawe wytworzone z piasków - 0,6-1,8%
Gleby płowe, brunatne wytworzone z glin zwałowych, utworów pyłowych, lessów - 1,0-2,5%
Czarnoziemy ~ 4,0%
Rędziny próchnicze i mady ~ 6,0%
regulowanie zawartości próchnicy
stosowanie nawozów organicznych, jak obornik, kompost, nawozy zielone itp.
stosowanie odpowiednich płodozmianów, ze znaczącym udziałem roślin motylkowych
zabiegi optymalizujące stosunki wodno-powietrzne w glebie
racjonalne nawożenie mineralne i wapnowanie gleb kwaśnych
znaczenie próchnicy
Należy do głównych wskaźników żyzności gleby, oddziałuje korzystnie na wszystkie właściwości fizyczne, chemiczne i biologiczne
Wpływa korzystnie na tworzenie się wodoodpornej struktury gleby, dzięki czemu ulegają poprawie stosunki wodno-powietrzne (kwasy huminowe, także huminy, tworzą się humiany wapnia i żelaza sklejające cząstki glebowe)
Zwiększa retencję wodną gleby, może zatrzymać od 3 do 5 razy więcej wody w stosunku do swojej wagi, ma to szczególne znaczenie dla gleb piaszczystych
Ciemne zabarwienie próchnicy sprzyja pochłanianiu promieni słonecznych i ogrzewaniu gleby
Próchnica wydatnie zwiększa zdolności sorpcyjne i zasobność gleb organiczna część kompleksu sorpcyjnego może zatrzymać, w sposób wymienny, 4-12 razy więcej kationów niż taka sama ilość koloidów mineralnych
Próchnica wysycona kationami H+ przyczynia się do zwiększenia przyswajalności: Ca, Mg, K
Zwiększa zdolności buforowe gleby, reguluje odczyn i stężenie składników pokarmowych w roztworze glebowym
Substancja organiczna stanowi źródło energii i składników pokarmowych dla mikroorganizmów odpowiedzialnych za zdecydowaną większość procesów glebowych, magazynowanie: N, P, S Ca, Mg, K, mikroelementów.
Wpływ aktywnych związków próchnicznych na procesy zachodzące w roślinach wyższych, np.: na proces oddychania, fotosyntezy, i in., witaminy, hormony
Sprzyja silnemu namnażaniu się organizmów saprofitycznych, będących często antagonistami dla fitopatogenów
Próchnica, w tym szczególne związki humusowe, osłabia negatywne dla roślin skutki zanieczyszczenia przemysłowego oraz nadmiernej chemizacji w rolnictwie - duża odporność na chemiczną degradację.
twierdzenie o próchnicy
Związki próchnicze zwiększają zdolności buforowe gleb, regulując odczyn ich roztworów oraz stężenie składników pokarmowych. Dzięki zdolności sorpcyjnej substancje próchniczne regulują stężenie roztworów glebowych. Substancje próchnicze tworzą odpowiednie połączenia z pestycydami a zwłaszcza z herbicydami. Próchnica przyśpiesza rozkład środków chwastobójczych przez dostarczanie mikroorganizmom łatwo przyswajalnych związków energetycznych.
pierwiastki, z których gleba się składa w 98%.
Skorupa ziemska - składa się z 29 pierwiastków. 89% skorupy ziemskiej składa się z 8 pierwiastków: O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg (75% - O, Si)
czynniki naturalne decydujące o zawartości poszczególnych pierwiastków w glebie.
Składu mineralnego,
Składu granulometrycznego,
Zawartości próchnicy.
Ponadto zależy od:
Typ, rodzaj, gatunek gleby,
Przebieg reakcji mikrobiologicznych i wymiennych
Rodzaju roślin, fauny
Jednostronne nawożenie mineralne
Zanieczyszczenie mineralne
istotne warunki dla pierwiastków niezbędnych dla roślin
Pierwiastki niezbędne do życia roślin:
Forma dostępna
Optymalne stężenie
Określony stan równowagi
mikropierwiastki pokarmowe pobierane przez rośliny z wody, powietrza oraz stałej fazy gleby.
makropierwiastki pokarmowe pokarmowe pobierana z powietrza i wody - O2, C, H2
makropierwiastki pokarmowe pobierane z gleby - N, P, K, Mg, S
mikropierwiastki pokarmowe (mikroelementy, metale ciężkie) pobierane z gleby - Fe, Mn, B, Mo, Zn, Cu, Cl, Co
„mikroelementy.
Mikroelementy występują w glebach w znikomych ilościach. Rośliny potrzebują ich bardzo mało, ale są one niezbędne jako katalizatory procesów fizjologicznych, takich jak: fotosynteza, oddychanie, powstawanie chlorofilu itd. Do mikroelementów należą: mangan, cynk, miedź, bór, molibden, chlor, kobalt, jod, fluor, ołów.
metale ciężkie
metale ciężkie, których niezbędności dla roślin nie stwierdzono, a które przy podwyższonych zawartościach mogą być trujące - Cd, Hg, Pb, Se, Sr, Ni, Cr, F i inne
pierwiastki występujące w dużych ilościach, a których niezbędności dla większości gatunków roślin nie została dowiedziona - Si, Al i Na
„biodostępność”
Każdy pierwiastek występuje w glebie w bardzo wielu formach (postaciach) - formy te charakteryzują się różną biodostępnością (termin ten obejmuje zarówno przyswajalność danego pierwiastka przez rośliny, jak i drobnoustroje oraz inne organizmy bytujące w glebie).
formy składników pokarmowych
formy jonowe obecne w roztworze glebowym
formy łatwo rozpuszczalne lub zaadsorbowane wymiennie, które stosunkowo szybko uzupełniają ubytki stężenia jonów w roztworze
trudno dostępne formy, które są silnie związane formy bardzo silnie związane
ilościowe
Ilościowe proporcje między formami pierwiastków o różnych dostępności dla roślin.
Jako ogólną regułę (niepozbawioną wyjątków) można przyjąć, że:
najmniejsza część pierwiastka przypada na formy aktywne w roztworze glebowym
większą pulę stanowią formy określane jako ruchome największa część występuje w formach zapasowych, których uwalnianie zachodzi bardzo powoli
źródła azotu
Resztki pożniwne, nawozy zielone, nawozy organiczne
Nawozy mineralne, sole amonowe, azotany
Pochodzący z opadów
Azot wiązany przez drobnoustroje
zawartość azotu.
Zawartość azotu w glebach zależy od zawartości próchnicy.
Najbogatsze w azot są:
Czarnoziemy
Czarne ziemie
Mady próchniczne
Rędziny próchnicze
gleby najmniej azotu.
Najmniejsze ilości: gleby wytworzone z piasków luźnych, piasków słabo gliniastych, gleby trwale suche, o niskiej zawartości próchnicy - gleby bielicowe i rdzawe - zwartość ~ 0,05% - 0,09%
funkcje fosforu komórki
- Składnik każdej żywej komórki.
- Wchodzi w skład: nukleoproteidów, fosfatydów, fityn, enzymów.
- Odgrywa ważną rolę w przemianie energii.
- Korzystnie wpływa na: kwitnienie, owocowanie, powstawanie nasion, dojrzewanie roślin.
zawartości fosforu
Najbogatsze w fosfor są czarnoziemy - występowanie w związkach organicznych, nieorganicznych.
Zawartość fosforu w glebach zależy od:
Skały macierzystej
Zawartości próchnicy
związki nieorganiczne fosforu
Minerały: apatyt, fosforyty, wiwianit, związki H3PO4 o różnym stopniu rozpuszczalności, Ca3(PO4)2, FePO4, AlPO4, Mg3(PO4)2, K3PO4
Aniony PO4 -3 sorb. kompl. sorb.
Jony PO4 -3 w roztworze glebowym
czynniki przyswajalności związków fosforu
Przyswajalność zależy od:
pH gleby
obecności rozpuszczalnych związków Al, Fe, Mn, Ca
ilości i stopnia rozkładu materii organicznej
rola fizyczna potasu
Niezbędny dla wytwarzania chlorofilu i skrobi, przemian cukrów.
typy i gatunki gleb najbardziej ubogich w potas
Najbardziej ubogie: wytworzone z piasków luźnych, piasków gliniastych, gleby bielicowe i rdzawe
Ogólna zawartość k - 0.2~4%
gleby najbardziej zasobne w potas oraz minerały glinokrzemianowe
Najbardziej zasobne: czarnoziemy, mady próchnicze, rędziny próchnicze, różne typy wytworzone z glin ciężkich, iłów
90-98% w minerałach glinokrzemianowych, skalenie miki, illit - odporne na wietrzenie
związki z wapniem
Najczęściej występuje w glebach CaCO3, CA2+ wym.
Wpływa na neutralizację kwaśnego odczynu, powstawania struktury gruzełkowatej.
gleby zawierają najmniej, a które najwięcej wapnia.
Najmniej Ca zawierają gleby bielicowe i rdzawe
Najwięcej Ca - rędziny
związki z magnezem
Związki, w których występuje magnez:
- minerały: dolomity, oliwiny, minerały ilaste,
- kationy Mg2+, związki organiczne
Najmniej magnezu zawierają: gleby silnie zbielicowane i piaszczyste.
odczynu, pH.
Odczyn gleby - stosunek jonów wodorowych H+ do jonów wodorotlenowych OH-.
[H+]/[OH-]
> 1 - odczyn kwaśny
< 1 - odczyn zasadowy
= 1 - odczyn obojętny
H2O = H+ + OH-
W wodzie destylowanej
Na podstawie przewodnictwa elektrycznego ustalono, że
[H+]*[OH-] = 10-14
Stąd wynika, że [H+] = [OH-] = 10-7
- log [H+] = - log [OH-] = 7
pH = - log [H+] - ujemny logarytm jonów wodorowych
Przy oznaczaniu odczynu środowiska używamy symbolu pH
W środowisku obojętnym pH wynosi 7.0
W środowisku kwaśnym pH < 7.0
W środowisku zasadowym pH > 7.0
dlaczego pH mierzone w 1M KCl ma niższą wartość niż pH mierzone w wodzie.
Ponieważ ilość jonów dodatnich w obu przypadkach się różni - w H2O jest 2 razy więcej jonów dodatnich niż w KCl.
kwasowości. jony kwasowości czynnej
Kwasowość - taki stan roztworów glebowych, w którym stężenie [H+] > stężenie [OH-]
Czynna (aktywna) - wolne jony H+ występujące w roztworze glebowym - H2O dest.
pH gleby w 1M KCl.
Na podstawie pH w 1M KCl określa się stopień zakwaszenia gleb:
Gleby silnie kwaśne < 4.5
Gleby kwaśne 4.6 - 5.5
Gleby lekko kwaśne 5.6 - 6.5
Gleby obojętne 6.6 - 7.2
Gleby zasadowe > 7.2
gleby silnie kwaśne i kwaśne, słabo kwaśne oraz obojętne i zasadowe
W Polsce przeważają gleby o odczynie kwaśnym.
Gleby kwaśne i bardzo kwaśne - 50% powierzchni kraju, gleby słabo kwaśne - 30%
Gleby obojętne i zasadowe - 20%
Gleby silnie kwaśne:
Bielice
Bielicowe leśne i uprawne
Torfowe torfowisk wysokich
Glejowo-murszowe
Gleby kwaśne:
Bielicowe
Rdzawe
Brunatne kwaśne
Płowe
Torfowe torfowisk niskich
Glejowe
Pseudoglejowe
Gleby słabo kwaśne:
Czarnoziemy leśno-stepowe
Czarnoziemy leśno-łąkowe
Brunatne właściwe i wyługowane
Płowe
Torfowe torfowisk dolinowych
Deluwialne
Gleby obojętne:
Czarnoziemy leśno-stepowe
Czarnoziemy leśno-łąkowe
Szaro-brunatne
Mady
Brunatne właściwe
Mułowo-gytiowe
Deluwialne
Gleby zasadowe:
Rędziny
Słone
kwasowości potencjalnej, rodzaje.
Kwasowość - taki stan roztworów glebowych, w którym stężenie [H+] > stężenie [OH-]
Ogólna kwasowość gleby - na całkowitą kwasowość gleby składają się jony H+ występujące w roztworze glebowym oraz jony H+ i Al3+ w kompleksie sorpcyjnym.
Potencjalna - jony H+ i Al3+ zaabsorbowane w kompleksie sorpcyjnym
Wymienna - jony H+ i Al3+ luźno związane z kompleksem sorpcyjnym
Hydrolityczna - jony H+ i Al3+ silnie związane z kompleksem sorpcyjnym
kwasowości wymiennej
Kwasowość wymienna - jony H+ i Al3+ przechodzą do roztworu pod wpływem soli, uwzględniona zostaje tylko część zatrzymanych w kompleksie sorpcyjnym H+ i Al3+
Odzwierciedleniem kwasowości czynnej i wymiennej łącznie jest pH w KCl.
jony kwasowości hydrolitycznej
Kwasowość hydrolityczna ogólna jest sumą kwasowości czynnej i potencjalnej. Obejmuje ona wszystkie jony wodorowe oraz glinowe występujące w glebie, przechodzące do roztworu soli hydrolizujących zasadowo.
Kwasowość hydrolityczna (Hh) - ekstrakcja - sole ulegające hydrolizie, dające odczyn zasadowy.
Ilość wydzielonego kwasu jest miarą Hh [cmol(+)/kg gleby lub mmol(+)/100g gleby]
cel oznaczania kwasowości gleby
Pozwala ocenić potrzeby wapnowania gleby
Na podstawie kwasowości czynnej i wymiennej można określić tylko orientacyjne potrzeby wapnowania gleby, oznaczenie kwasowości hydrolitycznej ogólnej pozwala a obliczenie dawki CaO lub CaCO3
Pozwala doprowadzić glebę do odczynu obojętnego lub alkalicznego, co ma podstawowe znaczenie w działaniach mających na celu ochronę i rekultywa
zasolenie gleb
Zasolenie gleb to zawartość w glebach soli rozpuszczalnych w glebie. Zasolenie gleb określa stopień wysycenia roztworu glebowego składnikami mineralnymi, z których najważniejszą rolę odgrywają kationy sodu, potasu, wapnia, magnezu oraz aniony chlorkowe, amonowe, siarczanowe fosforanowe, dwuwęglanowe i azotanowe.
Wyznaczenie stopnia zasolenia - pomiar przewodności elektrolitycznej właściwej roztworu wodnego gruntu w stosunku gleba:woda (1:5)
χ - przewodność elektrolityczna właściwa [µS/cm]
Przewodność elektrolityczna właściwa czystej wody, wynikająca z jej dysocjacji na jony H+ i jony OH- wynosi około 0.05 µS/cm.
Świeża woda destylowana ma x= 0.5~2.0 µS/cm
Po przechowywaniu jej w ciągu kilku dni przewodność wzrasta do 2~4 µS/cm wskutek pochłaniania CO2 i NH3 z powietrza.
Przewodność wód naturalnych wynosi 50~500 µS/cm, a wód mineralizowanych 500~1000 µS/cm.
sorpcja
Sorpcja to zdolność do zatrzymywania (sorbowania) i pochłaniania różnych składników:
Woda
Pary
Gazy
Drobne cząstki stałe
Molekuły
Jony
Mikroorganizmy
kompleksu sorpcyjnego
Większość cząstek koloidalnych gleby charakteryzuje się zdolnością zatrzymywania (adsorbowania) na swojej powierzchni kationów dzięki posiadanym ujemny ładunkom elektrycznym.
Wszystkie cząstki fazy stałej gleby posiadające taką zdolność tworzą tzw. kompleks sorpcyjny.
O właściwościach sorpcyjnych (chłonnych) decyduje silnie rozdrobniona frakcja koloidowa, nazywana glebowym kompleksem sorpcyjnym.
koloidy glebowe kompleksu sorpcyjnego
Na kompleks sorpcji kationów składają się koloidy glebowe:
Minerały ilaste, zwłaszcza z grupy smektytu (dawniej montmorylonitu), illitu i kaolinitu
Swoiste związki próchniczne
Związki kompleksowe ilasto-próchniczne
Krystaliczne, uwodnione tlenki żelaza i glinu (w odczynie zasadowym)
powstawanie ujemnych ładunków elektrycznych na powierzchni koloidów glebowych.
Ujemne ładunki elektryczne na powierzchni koloidów glebowych powstają w 2 procesach:
1. Izomorficzne podstawianie jonów w warstwach strukturalnych minerałów ilastych - Si4+ przez Al3+ w warstwach czworościanów krzemowych i jonów Al3+ przez Mg2+ lub Fe2+ w warstwach ośmiościanów glinowych - na powierzchni koloidu powstaje nadmiar ładunków ujemnych - ładunki stałe (trwałe) - ich ilość nie zależy od pH.
2. Dysocjacja protonów wodorowych z grup -OH znajdujących się na krawędziach minerałów glebowych lub pochodzących z grup funkcyjnych (karboksylowa, fenolowa, aminowa) związków próchnicznych - w odczynie kwaśnym H nie dysocjuje, a ilość tworzących się ładunków zwiększa się wraz ze wzrostem pH i powierzchni właściwej gleby - ładunki nietrwałe.
ładunki stałe (trwałe) od nietrwałych
Ładunki stałe (trwałe): Izomorficzne podstawianie jonów w warstwach strukturalnych minerałów ilastych - Si4+ przez Al3+ w warstwach czworościanów krzemowych i jonów Al3+ przez Mg2+ lub Fe2+ w warstwach ośmiościanów glinowych - na powierzchni koloidu powstaje nadmiar ładunków ujemnych. Ich ilość nie zależy od pH.
Ładunki nietrwałe: Dysocjacja protonów wodorowych z grup -OH znajdujących się na krawędziach minerałów glebowych lub pochodzących z grup funkcyjnych (karboksylowa, fenolowa, aminowa) związków próchnicznych - w odczynie kwaśnym H nie dysocjuje, a ilość tworzących się ładunków zwiększa się wraz ze wzrostem pH i powierzchni właściwej gleby.
micela
Micela- pojedyncza cząstka koloidalna gleby wraz z zaadsorbowanymi w sposób wymienny jonami. Ujemne ładunki powierzchniowe cząstki koloidalnej są równoważone przez ładunki dodatnie kationów przyciąganych siłami elektrostatycznymi z roztworu glebowego. W procesie wymiany z roztworem glebowym uczestniczy podwarstwa dyfuzyjna.
fizykochemiczna sorpcja glebowa kationów
Fizykochemiczna sorpcja kationów polega na ich zatrzymywaniu przez koloidy glebowe w sposób umożliwiający ich wymianę pomiędzy warstwą dyfuzyjną miceli a roztworem glebowym.
ilości wymiany warstwy dyfuzyjną miceli a roztworem glebowym
Wymiana ta niekiedy może zachodzić także bezpośrednio pomiędzy micelami a włośnikami korzeni roślin (wymiana kontaktowa), jednak w każdym przypadku odbywa się w ilościach chemicznie równoważnych.
Energia wejścia do kompleksu.
Siła i wybiórczość sorpcji kationów, zwana energia wejścia do kompleksu wzrasta wraz z ich wartościowością (wyjątek stanowi H+) i zmniejszeniem się średnicy kationu w stanie uwodnionym.
czynniki energii wejścia kationów do kompleksu sorpcyjnego.
Siła i wybiórczość sorpcji kationów wzrasta wraz z ich wartościowością (wyjątek stanowi H+) i zmniejszeniem się średnicy kationu w stanie uwodnionym.
kationów wg. energii wejścia.
Li+ < Na+ < NH4+ = K+ < Ca2+ < Al3+ < Fe3+ < H+
kationów wg. energii wejścia montmorylonit, illit oraz próchnica.
Montmorylonit Ca2+ > Mg2+ > H+ > K+ > Na+
Kaolinit Ca2+ > Mg2+ > K+ > H+ > Na+
Illit H+ > K+ > Ca2+ > Mg2+ > Na+
Próchnica H+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ > Na+
energia `wyjścia'
Przyjmuje się jako regułę, że energia wyjścia z kompleksu (desorpcji) jest odwrotnością energii wejścia do niego. Kation łatwiej wychwytywany z roztworu glebowego i zatrzymywany na powierzchni koloidu trudniej przeprowadzić do roztworu glebowego.
Pomiędzy ilością kationów zatrzymanych w kompleksie sorpcyjnym a ich ilością w roztworze glebowym ustala się stan dynamicznej równowagi, zatem jeżeli roztwór glebowy zostanie wzbogacony w jakiś kation, np.: Ca, to określona jego ilość wejdzie do kompleksu sorpcyjnego gleby „wybijając” równocześnie do roztworu glebowego równoważną chemicznie ilość innych kationów.
Proces wymiany pomiędzy micelą a roztworem glebowym przebiega szybko i na ogół trwa kilka minut i zależy głównie od rodzaju sorbentu i temperatury.
W wapnowanych glebach kwaśnych ustalenie się równowagi może trwać nawet kilka dni.
pojemności sorpcji wymiennej kationów
Pod pojęciem pojemności sorpcyjnej gleby w stosunku do kationów rozumiemy zdolność określonej ilości gleby do zatrzymywania w stanie zaabsorbowanym określonej ilości kationów.
zależność pojemność sorpcji wymiennej kationów
Czynniki wpływające na jej wielkość:
- zawartość związków próchnicznych
- rodzaju minerałów ilastych występujących we frakcji iłu koloidalnego
- odczynu gleby
mineralne i organiczne koloidy glebowe
Organiczny (T ~ 200 cmol(+)/kg, ładunek zmienny 90%, ładunek stały 10%)
Wermikulit (T ~ 150 cmol(+)/kg, ładunek zmienny 5%, ładunek stały 95%)
Montmorylonit (T ~ 100 cmol(+)/kg, ładunek zmienny 5%, ładunek stały 95%)
Illit (T ~ 30 cmol(+)/kg, ładunek zmienny 20%, ładunek stały 80%)
Kaolinit (T ~ 8 cmol(+)/kg, ładunek zmienny 90%, ładunek stały 5%)
stopnia wysycenia gleby wymiennymi kationami zasadowymi
Procentowy udział zawartości kationów zasadowych (S) w całkowitej pojemności sorpcyjnej (T) określony jako stopień wysycenia gleby kationami o charakterze zasadowym
V = (S/T) * 100%
obliczanie pojemności sorpcyjną gleb oraz stopień wysycenia zasadami?
Th=S+Hh
Th- pojemność sorpcyjna gleby
S- suma kationów zasadowych
Hh- kwasowość hydrolityczna
Vh=S/Th*100%
Vh- stopień wysycenia gleby kationami zasadowymi
gleby sorpcyjnie nasyconych i nienasyconych
Gleby zawierające w swym kompleksie sorpcyjnym 80-100% kationów o charakterze alkalicznym przyjęto nazywać je sorpcyjnie nasyconymi, w odróżnieniu od gleb sorpcyjnie nienasyconych, w których stopień wysycenia kompleksu sorpcyjnego jest mniejszy.
Rodzaje sorpcji:
-mechaniczna,
-fizyczna,
-chemiczna,
-wymienna,
-biologiczna
sorpcja mechaniczna
Polega na mechanicznym zatrzymywaniu drobnych zawiesin i drobnoustrojów w przestworach kapilarnych. Sorpcji tej sprzyja proces koagulacji drobnych zawiesin. Zależy od składu granulometrycznego i struktury.
sorpcja fizycznej
Jest to zdolność fazy stałej do zatrzymywania gazów, par, zawiesin, cząsteczek i drobnoustrojów na swej powierzchni lub wewnątrz na powierzchniach jej porów. Zatrzymywanie to zachodzi dzięki działaniu sił napięcia powierzchniowego na granicy dwóch faz. Wielkość sorpcji fizycznej z roztworów glebowych zależy od wielkości energii powierzchniowej Ep, która równa się iloczynowi całkowitej powierzchni fazy stałej przez napięcie powierzchniowe ośrodka dyspersyjnego graniczącego z fazą stałą.
sorpcja chemiczna
Jest to powstawanie nierozpuszczalnych osadów, wskutek reakcji zachodzących pomiędzy jonami zawartymi w roztworach glebowych i w kompleksie sorpcyjnym.
Przykłady:
Sorpcja chem anionów kwasu fosforowego
Ca(HCO3)2+Ca(H2PO4)2=Ca2H2(PO4)2+2H2CO3
Anionu kwasu siarkowego
Ca(HCO3)2+MgSO3=Mg(HCO3)2+CaSO4
sorpcja biologiczna
to proces pobierania i zatrzymywania składników chemicznych z roztworu glebowego i powietrza przez drobnoustroje glebowe i korzenie roślin; sorbentami są żywe organizmy, które pobierają i zatrzymują jony w swych organizmach na okres ich życia; po obumarciu organizmy te ulegają rozkładowi, uwalniając pobrane składniki, które stają się przyswajalne dla roślin
1