Koloidy glebowe:1) Koloidy mineralne: a)min. ilaste b) uwodnione tlenki żelaza i glinu
2. Koloidy org.: a) próchnica b) nieswoiste subst. próchnicze. 3. Koloidy org-min.
1)Minerały ilaste- mają budowę płytkową , która jest rezultatem budowy krystalicznej.
W skład struktur krystalicznych wchodzą warstewki :a) oktaedryczne- forma krystaliczna o zewn. zarysach regularnego ośmiościanu z centralnie zlokalizowanym metalem b) tetraedryczne- forma krystaliczna o zew. zarysach regularnego czworościanu z centralnie zlokalizowanym krzemem. Warstewki te mogą łączyć się w pakiety. Pakiet może zawierać 1 warstewkę oktaedryczną i 1 tetraedryczną - struktura 1:1 , warstewki tu łączą się przez wspólny O2, a pakiety m/ sobą przez mostki tlenowo- hydroksylowe. Wiązanie mostkowe jest trwałe i usztywnia strukturę krystaliczną. Pakiet może też zawierać 1 warstewkę oktaedryczną „zamkniętą” z obu stron warstwami tetraedrycznymi - struktura 2:1, m/ warstewkami tetraedrycznymi i warstewką oktaedryczną wyst. wiązanie przez w2spólny O2. Natomiast m/ pakietami wyst. mostek O2-O2. Wiązanie słabe. Koloidy glebowe o char. minerałów ilastych są o ładunku ujemnym. W związku z budową krystaliczną minerały dzieli się na 2 grupy: a) z gr. kaolinitu ( stos. 1:1, struktura sztywna , ich sieć krystaliczna nie rozszerza się pod wpływem wody , kationy i woda nie przenikają do przestrzeni m/ pakietowych, zdolność sorpcji jest mała , nie wykazuje skłonności do pęcznienia na mokro i kurczenia się na sucho ) b) Z gr. montmorylonitu ( stos. 2:1, sieć rozszerza się pod wpływem wody , min. te na mokro pęcznieją i kurczą się w czasie wysychania , w przestrzenie m/ pakietowe wchodzą kationy i są tam sorbowane ) c)Minerały z gr. ilitu są większe od montmorylomitu. Pakiety ilitu są mniej rozciągliwe od pakietów montmorylonitu, wykazują mniejszy stopień uwodnienia, mniejszą zdolność sorpcji kationów, mniejszą zdolność pęcznienia i kurczliwości,oraz dyspersji.
Minerały ilaste wyst. w glebach , gdy ich powstawaniu towarzyszy chłód i wilgoć.W klimatach cieplejszych, podzwrotnikowych i zwrotnikowych, w glebach gromadzą się koloidy min. o char. uwodnionych tl. Al i Fe , są nośnikami ładunków ujemnych ,zmniejszają lepkość gleb, plastyczność.
2)Org. koloidy glebowe - źródłem ich są obumarłe części roślin , martwe ciała fauny, martwe mikroorg. , nawozy org.. W glebach zachodzą przemiany tych subst.a) szereg prostych przemian chem - utlenianie , hydroliza. b) substrat org. jest rozdrabniany i mieszany z masą gleby ( zmiany w stanie fiz. ) c) rozkład mikroobiol. -przy udziale mikroorg. hetrotroficznych i saprofitycznych. Rezultatem jest całkowita przemiana substratu org. na skutek rozkładu.Zespół tych procesów to mineralizacja. Może mieć dwojaki przebieg :1) w warunkach areobowych - przy dobrym napowietrzeniu , zachodzi proces butwienia prowadzący do utlenienia skł. subst. org. Powst. CO2, H2O, siarczany , fosforany, azotany.
2) przy braku tlenu- zachodzą procesy gnicia. Brak O2 jest spowodowany brakiem przewiewności , nadmiernym uwilgotnieniem gleby, na skutek wyczerpania się go przez gwałtowny rozwój mikroorg. areobowych . W rezultacie gnicia powstają : produkty utlenienia, metan, amoniak, siarkowodór , indol, skatol.Na bazie tych reakcji pojawiają się w glebie 2 gr. subst.
1) nieswoiste subst. próchnicze- stanowią 10-15% martwej subst. organ. obejmują one produkty procesu rozkładu resztek organicznych , a także rozkładu przez mikroorg. glebowe. Chemicznie -to mieszanina węglowodanów ,białek , tł. węglowodorów, zw. pochodnych . Wśród nich są zw. łatwo rozkładane przez mikroorg.(cukry proste)oraz odporne na rozkład (ligniny)2) Swoiste subst. próchnicze- produkt procesu humifikacji.I etapem jest mineralizacja , potem jest właściwy proces huminifikacji .W I etapie dużą rolę odgrywają reakcje rozpadu , w II - reakcje syntezy zw. prostszych do skomplikowanych wielocząsteczkowych zw. tworzących swoiste subst. próchnicze. Proces humifikacji ( II etap) to proces biochemiczny .Biorą w nim udział enzymy wydzielane przez org. glebowe . Zachodzą reakcje chem. Proces syntezy związków humusowych przebiega równolegle z etapami rozkładu ligniny, węglowodany, produkty metabolizmu mikroorg. i ich martwych komórek. Jednym z produktów jest lignina Związki humusowe powst. na bazie lignin , węglowodanów. Swoiste subst. próchnicze- stanowią 85-90 % martwej subst. organicznej gleby. Tylko 20-25% wyjściowej subst. org. przekształca się w glebie w swoiste subst. próchnicze. Stanowią one kompleks koloidalnych zw. organ. o dużych cząsteczkach i skomplikowanej budowie.1. kwasy fulwowe- grupa swoistych związków próchniczych. Składają się z kw. krenowych , apokrenowych, hymatomelanowych .Żółte kw. krenowe pod wpływem utleniania zmieniają barwę na brunatną ( pozostałe kw.).Rozpuszcz. w bromku acetylu, w r-rach NaOH w wodzie(wyj. kw. hymatomelanowy) i alkoholach. Nie wytrącają się pod wpł kwasów (wyj.hymatomelanowe).2,0-4,O%N,5%C-kw krenowe i kw apokrenowe;3,5-4,5%N,58-62%C-kw hymatomelanowe. Fulwokwasy zbudowane są ze słabo wykształconego jądra aromatycznego i rozbudowanych łańcuchów bocznych. Działają ochronnie(zapobiegają koagulacji)w stosunku do koloidalnych soli Fe i Al.
2.kwasy huminowe-można wyekstrahować z gleby przy pomocy rozcieńczonych r-rów alkalicznych, a potem wytrącić kwasami mineralnymi w postaci ciemnego żelu. Zbudowane są z jądra aromatycznego, mostków łańcuchowych grup funkcyjnych, Jądro składa się z pierścieni aromatycznych typu fenoli połączonych przez mostki łańcuchowe(-O-,-N=,=NH)ze zw. zaw. azot. Do jadra przyłączone są grupy funkcyjne, karboksylowe, hydroksylowe, fenolowe. Właściwości hydrofilowo-hydrofobowe kwasów huminowych są sterowane przez stosunek aromatycznego jądra o właściwościach hydrofobowych do łańcuchów bocznych o właściw. hydrofilowych. W skład wchodzą kwasy huminowe brunatne i szare. Są nierozpuszczalne w bromku acetylu, rozp. w NaOH i roztworach alkalicznych. Wytrącają się pod wpływem kwasów ;3,5-5,0%N,50-60%C(brunatne),58-62%C(szare).
3.huminy-sole kw huminowych. Są one nieaktywną formą w grupie kwasów huminowych na skutek powiązania z mineralną częścią gleby, są nierozp. w r-rach NaOH i r-rach alkalicznych.
Ilość i jakość próchnicy w glebie określa jej wartość. Próchnica zawiera wszystkie skł odżywcze, które w procesie wolnej mineralizacji udostępnia roślinom. Wykazuje zdolność do zlepiania ziaren glebowych w agregaty oraz utrwalania agregatów powstających w inny sposób.
Próchnica wykazuje duże właściwości sorpcyjne. Stały poziom zawartości próchnicy utrzymuje się równoważąc procesy mineralizacji i humifikacji w glebie. W warunkach gleb uprawnych wzrost zawartości próchnicy w glebie może być realizowany przez odpowiednie nawożenie organ., uprawę odpowiednich roślin, utrzymywanie odpow wilgotności gleby. W glebach lekkich czynnikiem sprzyjającym gromadzeniu się próchnicy jest poprawa stosunków powietrzno-wodnych w kierunku wzrostu wilgotności tzn iłowanie, glinowanie.Właściwości sorpcyjne gleb:Reakcje powierzchniowe (fizykochemiczne) - zachodzą na granicy fazy stałej, ciekłej i gazowej. Przebieg ich zależy od składu chemicznego faz, od stanu i wielkości powierzchni fazy stałej. Do grupy tej należy zjawisko sorpcji, desorpcji, wymiany m/ roztworem glebowym i fazą stałą gleby.Sorpcja - zdolność zatrzymywania przez glebę cząstek stałych, par cieczy, a przede wszystkim jonów. Desorpcja - odwrotnie do sorpcji.
Role w intensywności procesów sorpcji i desorpcji odgrywa wielkość powierzchni, na jaka stykają się fazy: stała ciekła i gazowa. Powierzchnia ta rośnie wraz z rozdrobnieniem fazy stałej gleby. Taka sama masa może mieć małą lub dużą pow. , zależnie od rozdrobnieniaPowierzchnia właściwa - miara rozdrobnienia fazy stałej gleby.Łączna powierzchnia jąka Ma 1 g fazy stałej gleby.
Kompleks sorpcyjny- najbardziej rozdrobniona i o największej pow. właściwej część fazy stałej gleby, wykazująca zdolność sorpcji. To część fazy stałej gleby, złożona z cząstek koloidalnych. Składa się z substancji organicznych (głównie próchnica) Nie organicznych gł. minerałów ilastych oraz połączeni organiczno mineralnych.*Próchnica ma zróżnicowane zdolności sorpcyjne w zależności od budowy jej cząstek, a głównie od ilości i jakości dróg funkcyjnych,*zdolności chłonne minerałów ilastych są zróżnicowane zależą od budowy minerału i wielkości ładunku na jego powierzchni
Największą powierzchnię właściwa i zdolności sorpcyjne wśród glebowych minerałów ilastych są w grupie montmorylonitu , najmniejsze w gr. kaolinitu. Wielkość pow. właściwych waha się 800 m2/g do 5 m2/g, a pojemność sorpcyjna od 100 - 300 mmoli (+/100 g minerału).
Rodzaje sorpcji: Sorpcja mechaniczna - polega na zatrzymaniu dużych cząstek typu zawiesin, które, ze względu na swoją wielkość, Nie są w stanie przeniknąć przez drobne pory glebowe.
Sorpcja fizyczna - związana ze zjawiskami zatrzymania i zagęszczania cząstek (molekuł) gł. na granicy fazy stałej i ciekłej, oraz ciekłej i gazowej. Zdolność ta wynika z istnienia Nie wysycanych wiązań m/cząstkowych u cząstek które ograniczają ciała stałe lub znajdują się na jego krawędziach, a także na pow. cieczy. podlegają jej tylko cząstki związków nie zdysocjowanych, obejmuje też zjawiska zatrzymywania i zagęszczania molekuł wody, pary i gazów w porach glebowych.
Sorpcja chemiczna - polega na wytrącaniu z roztworów glebowych związków w postaci soli nie rozpuszczalnych i zatrzymywaniu ich w glebie. z roztworu glebowego ubywa w takim przypadku, określonego rodzaju jonów, sorpcja chemiczna jonów fosforanowych, wchodząc w reakcje z kationami CA, Fe, Al., tworzą nierozp. fosforany z jednej str. jest to nie korzystne, zmniejsza rozpuszczalność fosforu, a z 2 korzystnie, chroni fosforany przed wymywaniem z gleby (roztwór + roztwór super fosfat> osad plus roztwór/ roztwór + roztwór> roztwór + osad)
Sorpcja biologiczna -polega na pobieraniu przez mikroorg. glebowe pierwiastków odżywczych. Po obumarciu mikroorg. i ich mineralizacji zasorbowane biologicznie składniki wracają do gleby i mogą być pobierane przez rośliny. Sorpcja ważna w glebach lżejszych o słabych kompleksie sorb. oraz w przypadku sorpcji azotów postaci azotanowej, który nie jest zatrzymywany w innych procesach sorpcyjnych. Zaopatrzenie rośliny w skł. odżywcze i zabezpieczenie skł. pok. przed wymyciem kropka
Sorpcja wymienna -polega na wymianie jonów między kompleksem sorpcyjnym i roztworem glebowym. Stan równowagi sorpcyjnej jest labilny (debilny). Gdy rośnie stężenie jonu w roztworze glebowym zaczynają być one sorbowane przez kompleks sorb. do momentu ustalenia się stanu równowagi kropka. W przyp ubytku jonu glebowego, kompleks sorb. dążąc do osiągnięcia nowego stanu równowagi oddaje jony do roztworu (przesunięcia takie stanu równowagi, wyst w okresach nawożenia jak i intensywnego wykorzystania subst . odżywczych z roztworu glebowego przez rośliny w okresie ich wzrostu.
Sorpcji wymiennej podlegają kationy, aniony, a w naszych warunkach nie są sorbowane wymiennie lub tylko w niewielkiej ilości. Wynika to z ujemnego ładunku przeważającej ilości cząstek koloidalnych występujących w naszych glebach.Jedne kationy są sorbowane łatwiej, a uwalniane trudniej, a inne odwrotnie. W związku z tym uszeregowano je w zależności od „energii wejścia” do kompleksu sorpcyjnego:Li < Na < NH4 = K+ < Mg < Ca < Al. < Fe < H
„Energia wyjścia” jest odwrotnością szeregu wejścia. Np. kation H łatwo wchodzi do kompleksu s. ale trudno jest z niego usuwany.
Większą energię wejścia maja jony o ujemnej wartości i mniejszym promieniowaniu jonowym (wyj. H). O wejściu lub wyjściu decyduje stężenie jonów.Kationy wyst. w kompleksie sorpcyjnym- Ca, H, Al., Mg, K, Na.
Pojemność sorpcyjna gleb:P.s.q. - max. ilość jonów, jaką może zabsorbować określona ilość gleby. Zależy od: ilości i jakości komponentów z których jest zbudowany komplet sorp. gleby.
Pojęcie poj. sorp. wiąże się z sorp. ujemną. Jest to pojemność w odniesieniu do kationów.
Jednostka poj. sorp. -1 cmol(+)/1 kg gleby.
a) większą poj. sorp. wykazują gleby które zawierają w swoim składzie ›cząstek koloidalnych
b) gleby o > poj. sorp. mogą być nawożone większymi dawkami nawozów, z których pobierane są kationy.
c)Gleby o > poj. sorp. powinny być nawożone częściej mniejszymi dawkami nawozów.
Wskaźnik degradacji gleb: % udział H w poj. sorp. : 25 - 40 - b. słaba, 40-45-słaba, 55-70- średnia, 70-85- silna, powyżej 75- b. silna.
Całkowita pojemność sorp.(T) - suma zawartości kat. zasadowych i kwasowości hydrolitycznej: T=H+S [cmol (+) /kg]. Wartość całkowitej sorp. w glebach PL w T w cmol (+)/kg : gleby orne: warstwa orna 4,2-25,3 , podglebie2,5-20,8
Odczyn gleby - stosunek zawartych w niej jonów wodorowych do wodorotlenowych
O kwasowości gleb mówi się wtedy, gdy występuje w niej przewaga jonów wodorowych zawartych w r-rze glebowym jak i zasadowych w kompleksie sorpcyjnym. Uwzględnia się także jony wodoru powstałe w reakcji hydrolizy soli glinu.
Mamy 3 rodzaje kwasowości gleb zależne od siły wiązania jonów wodorowych przez komp.sopcyjny:
* kwasowość czynna - odczyn zawiesiny wodnej gleby wyrażony w jednostkach pH. Kwasowość r-ru glebowego nie jest stabilna, zmienia się wraz porami roku (najwyższa jest latem a najniższa zimą).
* kwasowość potencjalna - obejmuje jony wodorowe, które nie znajdują się w r-rze glebowym. Dzielimy ja na:- kw.wymienna - kwasowość, jaka wykazuje zawiesina glebowa w r-rze 1molowego chlorku potasu wyrażona w jednostkach pH. Obejmuje jony r-ru glebowego oraz jony wodorowe wyparte z komp.sorpcyjnego przez jony potasowe. Jeżeli w kop.sorpcyjnym jest Al może być on częściowo wypierany przez K tworząc hydrolizujące sole. AlCl podlega hydrolizie.W ten sposób na skutek dysocjacji HCl pojawia się w glebie dodatkowa porcja jonów wodorowych zwiększając kwasowość wymienną.
- kw.hydrolityczna - działając na glebę 1 molowym r-rem KCl nie wypiera się z komp.sorpcyjnego wszystkich jonów H i Al. Część z nich związana jest tak mocno że do ich usunięcia konieczne jest zastosowanie r-ów działających intensywniej i wykazujących zdolności buforowe. Są to r-ry, które maja zdolność utrzymywania w pewnym zakresie stałego pH. Do takich r-rów należy np. hydrolizujący zasadowo octan Ca lub Na. W powstałych zawiesinach oznacza się metoda miareczkowania zawartość jonów wodorowych.
Kwasowość pochodzi od jonów wodorowych r-ru glebowego, wszystkich zabsorbowanych przez komp.sorpcyjny jonów H i Al., a także od jonów H łatwo dysocjujących grup karboksylowych kwasów próchnicznych.
ODPORNOŚĆ GLEB NA DEGRADACJ
II - g.słabo odporne 17,3%
III - średnio odp. 20%
IV - odporne 10,3%
V - b.odporne 10%
VI - b.silnie odporne 8,4%( to są gleby o stopniach odporności od 6-10 )
Czynniki uodparniające glebę na degradację o charakterze wewnątrz glebowym :
-skład chemiczny gleb
-zawartość koloidów glebowych oraz właściwości buforowe
-zawartość węglanu Ca
szata roślinna pełni rolę przy zwiększaniu odporności gleb na degradację, ma ona zdolności do pochłaniania i neutralizowania zanieczyszczeń.
Biogeochemiczna odporność gleb na degradację jest to suma odporności wewnątrzglebowej i odporności nadawanej przez roślinność.
Zasolenie gleby -oznaczanie przewodnictwa elektrolitycznego r-ru glebowego.
Zasolenie-pojawienie się w górnych warstwach gleby dużej ilości kationów: Na+,K+, Ca2+, Mg2+ .Pochodzenie kationów: mogą się gromadzić jako pozostałość nawozów mineralnych, które zawierają subst balastowe; pyły pochodzenia przemysłowego ;nagromadzenie się soli min może nastąpić na skutek odparowania z gleby wód służących do nawodnień ;źródłem soli dla gleb przydrożnych i gleb zieleńców miejskich są środki służące do zwalczania śliskości pośniegowej ciągów komunikacyjnych. Połacie naturalnych gleb słonych-nie są użytkowane do celów rolniczych, pokrywa je uboga roślinność halofilna. Na ich przykładzie można zorientować się o nieprzydatności gleb zasolonych dla rolnictwa. Sztuczne zasolenie gleb jest szkodliwe dla środ, bo ogranicza lub uniemożliwia produkcje roślinną. Stężenia: 3000mg soli w 1l wody glebowej-ogranicza prod roślinna,5000mg soli w 1l wody glebowej-utrata aktywności biologicznej przez glebę. Największe obszary gleb wtórnie zasolonych leża w strefach klimatów pół suchego i suchego. Przyczyny zasolenia: nawadnianie pól uprawnych prowadzone w cel zwiększenia plonów, w wyniku zwiększonej transpiracji wody przez rośliny i parowania z gleby doszło do wzrostu koncentracji soli w wierzchnich poziomach glebowych. Naturalne ekosystemy półpustynne i pustynne wykazują sumaryczną transpiracje i parowanie w granicach100-200mm na rok. sztuczne nawodnienia powodują wielokrotne przekraczanie tych wartości osiągając 6000mm/rok. szkodliwość zasolenia gleb polega na ujemnym wpływie na: właściwości gleby , wzrost i plonowanie roślin. W glebie zasolonej wyst niekorzystna wymiana jonowa m/kompleksem sorpcyjnym a r-rem glebowym; kationy dwuwartościowe zostają wypierane z komp. sorpc, Sorpcja ich miejsce zajmują kationy jednowartościowe(gł Na)Niszczy on strukturę gleby; powoduje to brak przepuszczalności wodnej wierzchnich poziomów gleb i ich zabagnienie. Nadmierna ilość soli w r-rze glebowym może powodować niekorzystne procesy: obniżenie potencjału wody glebowej i utrudnienie jej pobierania, aż do suszy fizjologicznej lub plazmolizy, wzrost ciśnienia osmotycznego roztworu: utrudnione pobieranie skł pok, akumulacja niektórych jonów do poziomu toksycznego dla roślin. Zasolenie gleby powoduje :uszkodzenia kiełków roślin, karłowatość pędów, zahamowanie wzrostu, żółknięcie liści, słaby rozwój systemu korzeniowego, spadek plonów. *Fasola-najbardziej wrażliwa na zasolenie, przy przewodnictwie r-ru glebowego równym 1,5mS cm-1 wykazuje spadek plonu o 10% a przy 3,6mS cm-1 o 50% *jęczmień-najbardziej odporna roślina, dobrze znosi zasolenie, przy przewodnictwie r-ru 8,0mS cm nie reaguje spadkiem plonu *pszenica-odporna na zasolenie; jęczmień i pszenica -wrażliwe w okresie kiełkowania, przewodnictwo nie powinno przekraczać 4-5mS cm