WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE GLEBY

Właściwości fizyczne wiążą się z cechami fazy stałej, ciekłej i gazowej. Można je podzielić na:

1. właściwości fizyczne pierwotne (podstawowe) - związane głównie z fazą stałą:

• gęstość właściwa gleby ( ciężar właściwy gleby)

• gęstość objętości gleby ( ciężar objętościowy)

• porpwatość

• plastyczność

• lepkość

• zwięzłość

• pęcznienie (zdolność gleby do zwiększania swojej objętości pod wpływem wody)

• kurczliwość

2. właściwości fizyczne wtórne (fnkcjonalne) - związane głównie z fazą ciekła i stałą

• właściwości wodne

• właściwości powietrzne

• właściwości cieplne

OBJĘTOŚĆ

-faza stała Vs

-wolne przestrzenie Vp

V=Vs+Vp

Vp=Vw+Va

-objętość wody Vw

-objętość powietrza glebowego Va

Wzajemny układ 3 faz może ulegać dużym zmianom pod wpływem procesów glebotwórczych i działalności ludzkiej.

Stosunki ilościowe 3 faz w glebie najczęściej charakteryzuje się przez określenie gęstości objętościowej gleby, porowatości, wskaźnika porowatości i stopnia zagęszczenia, wilgotności i stopnia wilgotności.

WILGOTNOŚĆ- stosunek masy wody zawartej w glebie Gw do masy fazy stałej gleby po wysuszeniu w 105°C. Wyrażana w % wagowych i nazywana wilgotnością wagową.

STOPIEŃ WILGOTNOŚCI- określa stosunek objętości wody w glebie do całkowitej objętości przestrzeni wolnych w tej glebie

GĘSTOŚĆ

gęstość właściwa gleby - wyraża stosunek masy fazy stałej gleby Gs do objętości zajmowanej przez tę fazę. W systemie metrycznym wyrażona jest w g/cm³

gęstość gleby zależy od:

• składu mineralnego

• substancji organicznej

Rośnie wraz ze zwiększeniem się ilości minerałów ciężkich, a spada wraz ze wzrostem zawartości substancji organicznej.

Gęstość gleb Polski 2,5 - 2,8 g/cm³ (dla gleb organicznych 1,55 - 2,42 g/cm³ )

Gęstość objętościowa gleby - to stosunek masy próbki glebowej G do jej całkowitej objętości V i wyrażona jest w g/cm³

γ=G/V V- oznacza objętość zajmowaną przez 3 fazy, w skrajnych przypadkach przez co najmniej 2 fazy

G - masa próbki suchej (G=Gs) lub masę próbki wilgotnej (G=Gs+Gw)

Gęstość objętościową dzieli się na:

• chwilową- informuje o porowatości i przewiewności gleb

- wskazuje stopień zbitości gleby i jej pulchności: g. pulchne <1,1

g. zwięzłe 1,1-1,3

• rzeczywistą (rzekomą)

Stąd wyróżnia się:

• gęstość objętościową gleby suchej γgs

• gęstość objętościową gleby wilgotnej γoc (jej szczególnym przypadkiem jest stan gleby w pełni nasyconej wodą)

Gęstość charakteryzuje tylko fazę stałą i jest niezmienna dla danej gleby, natomiast gęstość objętościowa charakteryzuje się 2- lub 3-fazowy, układem składników gleby i jest wielkością zmienna. Wielkość ta zwiększa się w miarę zagęszczania fazy stałej.

Gęstość ulega zmianom na skutek:

-porowatości

-składu granulometrycznemu

-struktury

-układu gleby (stopień litości)

-wilgotności (ciężar objętościowy chwilowy)

-ciśnienia

Gęstość objętościowa poziomów próchniczych jest zazwyczaj mniejsza niż poziomów leżących poniżej

Gw>Go

Im mniejsza różnica między nimi tym mniejsza porowatość

POROWATOŚĆ

Porowatość gleby n to stosunek objętości przestrzeni wolnych Vp do całkowitej objętości gleby V (objętość przestrzeni wolnych w określonej jednostki objętości gleby - 100 cm³ )

U=Vp/V porowatość wyraża się w % lub jako ułamek dziesiętny

Porowatość ogólna - ogólna objetość porów, wśród których wyróżnia się:

• pory duże - ponad 30 mikrometrów - MAKROPORY

• pory średniej wielkości - 0,2 - 30 mikrometrów - MEZOPORY

• pory najdrobniejsze - poniżej 0,2 mikrometra - MIKROPORY

W makroporach woda i powietrze mogą się przemieszczać (swobodny ruch pionowy)

Porowatość można charakteryzować również przy pomocy WSKAŹNIKA POROWATOŚCI

e=Vp/Vs

gdzie Vp - objętośc porów

Vs - objętość fazy stałej gleby

Wskaźnik porowatości jest bardzo przydatny do oceny dynamiki zmian porowatości w glebach zachodzących pod wpływem np. różnych sposobów uprawy mechanicznej, zabiegów melioracyjnych, czynników meteorologicznych. Stosowany również dla potrzeb inżynieryjno - budowlanych.

Na ogół porowatość wzrasta wraz ze zmniejszeniem się wymiarów ziarna. Równoziarniste piaski drobne mają większą porowatość niż równoziarniste piaski grube. Porowatość gruntów spoistych wzrasta wraz ze wzrostem zawartości frakcji ilastej. Ze wzrostem porowatości maleje wymiar porów

V_pmax V_p V_pmin

V_max V V_min

V_s V_s V_s

Zależność pomiędzy porowatością n a wskaźnikiem porowatości e:

e= n/n-1 ; n=e/1+e

Porowatość gleby zależy od dwu grup czynników:

1. wewnętrzne - skład granulometryczny,

• struktura gleby (zdolność do tworzenia agregatów; im większe agregaty tym większe pory, z czym wiąże się stopień obtoczenia ziaren, rodzaj minerałów ilastych, ilość i rodzaj próchnicy, stopień wysycenia kompleksu sorpcyjnego zasadami, skład kationów wymiennych tego kompleksu, rodzaj i trwałość struktury)

2. zewnętrzne

- warunki meteorologiczne (zmiany temp. I wilgotności)

• sposób użytkowania (las, pole orne, łąka)

• szata roślinna (korzenie roślin)

• fauna glebowa ( dżdżownice)

• rodzaj zastosowanych zabiegów agrotechnicznych

• działalność melioracyjna

Im gleba jest bardziej zgruźlona, tym większa jest jej porowatość. Im trwalsze są jej agregaty strukturalne, tym mniejszym zmianom ulega porowatość, co uważa się za pozytywną cechę agrotechniczną.

• Gleby zgruźlone charakteryzują się równomiernym udziałem makro, mezo i mikroporów z niewielką przewagą mezoporów

• Gleby gruboziarniste z przewagą makroporów charakteryzują się dużą przewiewnościa i przepuszczalnością, lecz są za suche, gdyż nie mogą utrzymać dostatecznej ilości wody

• Gleby drobnoziarniste o przewadze mikroporów zatrzymują stosunkowo duże ilości wody, lecz charakteryzują się niedostateczną przewiewnością i przepuszczalnością

Rodzaje porowatości

• kapilarne - pory o przekroju poniżej 0,6 mm

• niekapilarne - pory o przekroju większym od 0,6 mm

Porowatość kapilarna decyduje o zdolności magazynowania wody - tu znajduje się woda

Porowatość niekapilarna decyduje o dostępnym powietrzu. W większych porach woda przebywa krótko. Najkorzystniejsze warunki przy występowaniu obydwu rodzajów porów (1:1)

Wielkość porowatości ogólnej:

• gleby brunatne i bielicowe wytwarzane z piasków - ok. 40%

• czarnoziemie z lessów - 50 - 60%

• gleby torfowe - 80 - 85% (100 cm³ można pomieścić do 85%)

Optymalna wartość porowatości dla roślin:

- ziemniaki 58-62%

- pszenica ozima 41-44%

znaczenie:

• porowatość decyduje o warunkach występowania wody i powietrza w glebie

• wpływa na układ stosunków powietrznych i wodnych

• porowatość niekapilarna decyduje o szybkości wymiany powietrza i wody

• porowatość kapilarna - magazyn wody

przestrzenne rozmieszczenie fazy stałej

sześcienny układ cząstek glebowych 30μm 0,2μm

makropory mezopory mikropory

czworościenny układ cząstek glebowych

W zależności od układu pory będą miały bardzo dużą lub bardzo małą objętość.

PLASTYCZNOŚĆ

Zdolność gleby do utrzymywania kształtu nadanego jej w stanie wilgotnym. Zależy od napięcia cząsteczek fazy stałej i ciekłej

LEPKOŚĆ

Zdolność przylegania do powierzchni. Miarą jest siła potrzebna do oderwania metalowego krążka od gleby

ZWIĘZŁOŚĆ

Siła, z jaką cząstki gleby są ze sobą spójne. Zależy od zawartości frakcji iłu koloidalnego, próchnicy i związków wapnia, struktury i wilgotności

PULCHNOŚĆ

Przeciwieństwo zwięzłości. Zależy od porowatości, składu granulometrycznego

PĘCZNIENIE

Zdolność do zwiększania objętości pod wpływem wilgotności. Zależy od zawartości koloidów, struktury, porowatości.

KURCZLIWOŚĆ

Odwrotność pęcznienia. Ujawniia się przy wysychaniu gleby- gleby pękają i tworzą się szczeliny

Właściwości fizyczne wtórne

WŁAŚCIWOŚCI POWIETRZNE

Faza gazowa (powietrze glebowe) wypełnia pory nie zajęte przez fazę ciekłą (makropory). Ilość i skład powietrza glebowego zmienia się w ciągu czasu wegetacyjnego,.

Skład chemiczny powietrza glebowego zmienia się w sposób dynamiczny w czasie w wyniku zróżnicowanej aktywności biologicznej gleby lub intensywnej wymiany gazowej z atmosferą, okresu wegetacyjnego.

W glebach uprawnych na ogół zawartość CO₂ nie przekracza 10%, tlenu zaś mieści się w granicach 15 - 21%. Większe zróżnicowanie składu chemicznego powietrza glebowego jest efektem bądź to podwyższonej działalności respiracyjnej gleby, bądź też czynników utrudniających wymianę gazów między powietrzem glebowym a powietrzem atmosferycznym. Obecność w powietrzu glebowym niewielkiej ilości zredukowanych form połączeń gazowych świadczy o obecności w glebie obszarów beztlenowych.

Główne składniki powietrza glebowego:

• tlen

• dwutlenek węgla

• tlenek azotu

• metan

• etylen

Formy występowania składników glebowych powietrza glebowego w zależności od natlenienia gleby

Pierwiastek	Forma występowania w glebie
	Utleniona	Zredukowana
C	CO2	CH4,C2H6
N	NO3-	N2,NH3,N2O,NO2-
S	SO42-	H2S,SO3

Aktywność respiracyjna gleb - składają się na nią procesy oddychania mikroorganizmów glebowych i korzeni, roślin wyższych (całkowite zapotrzebowanie na tlen lub intensywność wydzielania CO2.

Iloraz oddychania - stosunek objętości wydzielonego CO2 do objętości zużytego tlenu.

Aktywność respiracyjna zależy od:

• wilgotności (ilość fazy gazowej)

• temperatury

• nawożenia organicznego i mineralnego (zapotrzebowanie glebowe)

• roślinności

Wpływ wybranych czynników:

• w glebach Polski aktywność respiracyjna wzrasta trzykrotnie wraz ze wzrostem temp. 10^oC

• wzrost wilgotności początkowo zwiększa pobór tlenu do wartości maksymalnej, następnie powoduje obniżenie (utrudnianie wymiany gazowej)

• intensywność oddychania organizmów tlenowych i korzeni roślin zależy od zawartości tlenu ( nie mniej niż 1%)

• roślinność zwiększa nawet kilkakrotnie aktywność respiracyjną gleb ( szczególnie w okresie wegetacji) w porównaniu z glebą bez roślinności

• substancja organiczna łatwo ulegająca rozkładowi może kilkakrotnie zwiększyć zapotrzebowanie gleby w tlen.

• Nawożenie mineralne może 2-3 krotnie zwiększyć zużycie tlenu

Nasilenie procesu oddychania jest największe w poziomie próchniczym i maleje w głąb profilu

Zapotrzebowanie na tlen w przeliczeniu na masę powierzchni suchej gleby na godzinę: 0,2 - 10 mg/kg/h.

Całkowite pobranie tlenu w lecie 30 - 300 kg/ha/dobę

Wymiana gazowa

Obejmuje dopływ do gleby tlenu z powietrza atmosferycznego oraz odprowadzenie wytworzonego w niej CO2.

Następuje w wyniku kilku czynników:

• Dyfuzja stężeniowa (najważniejsza) - 90% wymiany gazowej - zależy od porowatości, długości, kształtu i ciągłości kanalików glebowych, wilgotności

• Wsiąkanie wody opadowej

• Zmiany ciśnienia atmosferycznego maksymalnie do 4% (znaczenie tylko w dobrze przepuszczalnych warstwach powierzchniowych, w glebach najlżejszych)

• Wahania zwierciadła wód gruntowych - do 10%

WŁAŚCIWOŚCI CIEPLNE

Bilans cieplny powierzchni czynnej:

R = G + A + E

R - bilans promieniowania, ciepło dostarczone do powierzchni czynnej przez promieniowanie

G - energia cieplna przekazywana do gleby

A - energia cieplna oddawana do atmosfery przez konwekcję

E - energia Cieplna zużyta do parowania wody

Podstawowe właściwości cieplne gleb:

• Współczynnik przewodnictwa cieplnego - strumień ciepła przepływającego w czasie 1s między przeciwległymi powierzchniami o powierzchni 1 cm²

• Objętościowa pojemność cieplna gleby - ilość ciepła potrzebna do ogrzania 1 cm gleby o nienaruszonej strukturze w temp. 1^oC

• Współczynnik przewodnictwa temperaturowego k

Właściwości cieplne gleby zależą od zawartości poszczególnych składników gleby (części mineralnych, substancji organicznej, wody, powietrza) w 1 cm³ gleby o nienaruszonej strukturze

Na właściwości cieplne gleb duży wpływ ma porowatość i wilgotność

Przenoszenie ciepła w glebie odbywa się głównie w kierunku pionowym poprzez:

• Przewodzenie

• Promieniowanie

• Ruch wody lub powietrza w przestrzeni między cząsteczkami gleby

• Ruch wody i powietrza pod wpływem gradientu temperatury (konwekcja)

• Zmiana stanu skupienia wody (parowanie, kondensacja, zamarzanie)

Rozkład temperatury w profilu pionowym:

• Dobowy i roczny przebieg temperatury i jego następstwa

• Gleby suche, porowate, o małej pojemności cieplnej - „gleby ciepłe” (lessy, piaski) - szybko przyjmują i oddają ciepło; „gleby zimne” (iły, gliny)

• Wpływ ekspozycji na przebieg temperatury gleb

WŁAŚCIWOŚCI WODNE

To woda glebowa z rozpuszczonymi związkami mineralnymi i organicznymi tworząca roztwór glebowy. Bierze udział we wszystkich procesach zachodzących w glebie, wywiera wpływ na życie roślin.

Woda w glebie podlega działaniu sił:

• elektrostatycznych - od niezobojętniałych ładunków elektrycznych występujących na powierzchni cząstek glebowych (woda molekularna)

- kapilarnych - występuje na granicy trzech faz i decyduje o istnieniu wody kapilarnej

jako efekt działania napięcia powierzchniowego cieczy osmotycznych zjawisk towarzyszących zwilżaniu

• osmotycznych - wynik różnic koncentracji roztworów w otoczeniu cząstek glebowych

Postacie wody w glebie:

1. PARA WODNA - wchodzi w skład powietrza glebowego i pozostaje w stanie równowagi z wodą glebową. Istnieje ciągła wymiana pomiędzy powietrzem glebowym a atmosferycznym, w której para wodna bierze udział

2. WODA MOLEKULARNA - utrzymywana dzięki oddziaływaniom molekularnym pomiędzy cząsteczkami glebowymi a cząsteczkami wody. Jej ilość jest zależna od składu granulometrycznego gleby, substancji organicznych, ilości i rodzaju koloidów glebowych oraz składu KS. Woda molekularna wpływa na wiele właściwości fizycznych i fizycznochemicznych gleb.

W obrębie wód molekularnych w zależności od siły wiązania wydziela się 2 strefy:

1. wody higroskopowej (tworzy się bezpośrednio na powierzchni cząstek glebowych). Woda niedostępna dla roślin (siły wiążące je w glebie są znacznie większe niż siła ssąca korzeni) nie podlega przemieszczaniu w glebie, nie rozpuszcza soli

2. wody błonkowate (związane z siłami molekularnymi przez zewnętrzne warstwy wody higroskopowej). Część wody błonkowatej dostępna jest dla roślin (w przedziale wody bardzo trudno dostępnej) podlega nieznacznym przemieszczeniom

3. woda kapilarna (woda włoskowata) - woda w kapilarach o średnicy dziesiątych i setnych części mm. Ciśnienie w kapilarach jest odwrotnie proporcjonalne do średnicy kapilary (im węższa kapilara, tym wyższe ciśnienie). Woda podlegająca zjawisku podsiąku kapilarnego - wznoszeniu ponad zwierciadło wód gruntowych. Wysokość podsiąku oraz ilość wody jaka w określonej jednostce czasu podlega temu zjawisku, zależy od składu granulometrycznego gleby i jej struktury. Jest to woda dostępna dla roślin. Podsiąk kapilarny ma ogromne znaczenie dla wegetacji roślinnej.

Wydziela się:

1. wody kapilarne właściwe - pozostające w kontakcie z wodą gruntowo - glebową

2. wody kapilarne zawieszone - jej źródłem jest woda opadowa. Jej występowanie jest możliwe wówczas, gdy siły utrzymujące wodę w kapilarze są nie mniejsze niż siły przyciągania ziemskiego

4. woda wolna - woda przemieszczająca się pod wpływem siły ciężkości i wypełniająca w glebie pory większe niż kapilary. Nie jest związana z cząsteczkami gleby ani siłami kapilar

wydziela się:

1. wody wolne infiltracyjne - związane z obfitymi opadami deszczu

3. wody wolne gruntowo - glebowe - płytko zalegająca woda podziemna

Siły kapilarne (włoskowate) objawiają się wciąganiem lub wypychaniem cieczy z kanalików glebowych. Wielkość ciśnienia , które powstaje pod wpływem tych sił zależy od średnicy kapilar i napięcia powierzchniowego cieczy.

Ciśnienie kapilarne Ps jest odwrotnie proporcjonalne do promienia krzywizny menisku.

Ps = 2σ/R

gdzie Ps - ciśnienie kapilarne

σ - napięcie powierzchniowe cieczy

R - promień krzywizny menisku

Kąt zwilżania α - kąt pomiędzy ścianką kapilary a styczną do powierzchni menisku. Dla menisku wklęsłego jest to kąt ostry, dla wypukłego - rozwarty

d/2=R*cosα

gdzie d jest średnicą kapilary

Z tego:

Ps = 4αcosα / d

Wznios kapilarny (podsiąk kapilarny) - wysokość słupa cieczy równoważącego ciśnienie kapilarne

H = 4αcosα / d*g*γ

gdzie H - wysokość słupa wody

γ - gęstość wody

g - przyspieszenie ziemskie

Wynika stąd, że podsiąk kapilarny zależy przede wszystkim od średniej kapilar. Dla obliczenia podsiąku kapilarnego w glebach stosuje się uproszczony wzór:

H = 0,3 / d

przy założeniach że: g = 9,81 cm/s²

α = 0^o

γ = 1 g/cm³

σ = 74 dyn/cm

Występowanie podsiąku kapilarnego oraz ilość wody jaka w jednostce czasu może zostać przemieszczona z poziomów głębszych do płytszych uzależniona jest od składu granulometrycznego i struktury gleby.

Przepuszczalność wodna gleby - określa warunki ruchu wody podczas wchłaniania wody opadowej przez glebę

• przesiąkanie (filtracja) wody gruntowej

SIŁY UTRZYMUJĄCE WODE W GLEBIE (POJĘCIE pF, KRZYWA SORPCJI WODY I INTERPRETACJA)

Siły ssące w glebie pochodzą z kilku źródeł:

• fazy stałej

• soli rozpuszczonych

• działania wewnętrznego (ciśnienie gazów, pole grawitacyjne)

Można podzielić je na:

• siły grawitacji - powodujące odpływ wody w głąb profilu glebowego

• siły ssące - wiążące wodę w glebie

siła ssąca gleby = siły elektrostatyczne + hydratacyjne + osmotyczne + kapilarne

Największą rolę odgrywa siła kapilarna, stąd:

siła ssąca gleby = kapilarna siła przyciągania

Siły kapilarne powstają na granicy trzech faz jako wynik napięcia powierzchniowego cieczy i zjawisk towarzyszących zwilżaniu.

Siła ssąca może być też określana jako potencjał kapilarny , który zależy od przekroju kapilary

d = 0,294 /h

gdzie:

d - przekrój okrągłej kapilary

h - zastosowana siła wyrażona w cm słupa wody dla odwodnienia kapilary

Miarą siły ssącej gleby są jednostki ciśnienia wyrażone w cm słupa wody, w atmosferach lub jednostkach pF.

1at=wys.słupa wody 1000cm= 1000 g/cm²

Woda glebowa może być wiązana siłą ssącą odpowiadającą od 0 do 10 mln cm słupa wody.

Wartość 0 osiąga gleba w pełni wysycona wodą.

Wartość 10 mln cm (10tys. Atmosfer) osiągnie gleba sucha (wysuszona w 105^o).

Jednostka oznaczająca siłę ssącą - pF (Schoffield - 1934). Jest to logarytm z wysokości słupa wody h [cm], którego ciśnienie odpowiada sile ssącej gleby czyli ciśnieniu z jakim woda jest wiązana w glebie.

pF = log₁₀h

GATUNEK ROSLIN	SIŁA SSĄCA KORZENI
pszenica	6,7 -11,1
buraki cukrowe	8,4
żyto	9,6 - 14,3
kukurydza	16 - 27

Graniczne wartości pF odpowiadają różnym poziomom wody i stopniem jej dostępności.

MH- max higroskopijność

PTWR (WTWR)- punkt wilgotności

CHWR- całkowite hamowanie wzrostu roślin- 3,7 pF

PHWR- początek hamowania wzrostu roślin- 2,8 pF

PPW- połowa poj. Wodnej- woda pozostająca w glebie po odcieku wody grawitacyjnej- 2,5 pF

WGAP- woda grawitacyjna wolno przesiąkająca-2,2 pF

CPW (MPW)-całkowita pojemność wodna

SKŁAD CHEMICZNY GLEBY

Skład chemiczny gleby, formy i związki występujących w niej pierwiastków oraz ich przemiany przyjęto określać jako WŁAŚCIWOŚCI CHEMICZNE GLEB

Odczyn, zdolności sorpcyjne i oksydoredukcyjne gleb, podlegające prawom zarówno fizyki jaki i chemii określa się mianem FIZYKOCHEMICZNYCH WŁAŚCIWOŚCI GLEB

Pierwiastki chemiczne wchodzące w skład gleb:

ponad 98% litosfery składa się z 9 pierwiastków

Zawartość i rozmieszczenie poszczególnych pierwiastków w profilach gleb zależy od rodzaju skały macierzystej (pochodzenie geologiczne) oraz przebiegu procesów glebotwórczych.

W zależności od ilości niezbędnych roślinom, pierwiastki dzieli się na grupy:

• makroelementy - występują w glebach w dużym stężeniu. Są pobierane przez rośliny w dużych ilościach, ich niedobór może powodować zahamowanie wzrostu roślin. Poza azotem, ich nadmiar nie jest szkodliwy dla roślin. Należą do nich: C, H, O, N, P, K, Ca, Mg, Na, S, Fe. Poza węglem, tlenem, wodorem i częściowo azotem pozostałe są pobierane z roztworu glebowego przez system korzeniowy roślin. Tlen, węgiel i częściowo azot rośliny wyższe pobierają z powietrza, a wodór z wody glebowej.

• mikroelementy - występują w glebach w znikomych ilościach. Zapotrzebowanie na nie jest niewielkie, lecz są niezbędne jako katalizatory procesów fizjologicznych dla roślin, jako:

• fotosynteza

• oddychanie

• powstawanie chlorofilu

Zarówno niedobór jak i nadmiar bywa szkodliwy dla roślin i dla zwierząt. Należą do nich Mn, Zn, Cu, Br, Mo, Cl, Co, I, F, Pb. Dla roślin ważne są jednak te formy danego pierwiastka, które mogą być przez nie pobrane.

WŁAŚCIWOŚCI SORPCYJNE GLEBY

Sorpcja - zdolność gleby do zatrzymywania i pochłaniania różnych składników, w tym jonów i cząstek

Zjawiska z nią związane to ZJAWISKA SORPCYJNE

Gleba jest tworem zatrzymującym w porach wodę, parę, gazy, drobnoustroje, jony, molekuły.

Bacon - sorpcja gleby to zdolność do odsalania i filtrowania

Giedrojc - badał zjawiska sorpcji. Stwierdził, że sorpcja zależy od najbardziej rozdrobnionej części fazy stałej. Jest to KOMPLEKS SORPCYJNY. W jego składzie wyróżnił:

• części mineralne - odpowiadają frakcji iłu koloidalnego - minerały ilaste

• części organiczne - próchnica

• części organiczno - mineralne

KS = h + i (KS = humus + ił)

warstwa dyfuzyjna- jony mogą z niej swobodnie wychodzić do roztworu glebowego, z roztworu przechodzi tyle samo kationów

Jądro miceli

Giedroje wyróżnił następujące rodzaje sorpcji:

1. mechaniczną

Polega na zatrzymywaniu w przestworach glebowych cząstek stałych z zawiesiny (drobnoustrojów). Wielkość tej sorpcji zależy od składu granulometrycznego, porowatości gleb, budowy i miąższości gleby.

2. fizyczną

powoduje zatrzymanie przez glebę całych molekuł pary wodnej, CO₂, O₂, amoniaku (...). uwarunkowane jest siłami napięcia powierzchniowego między poszczególnymi fazami gleby. Z nią związane jest powstanie wody higroskopowej w glebie, zagęszczanie się roztworów wokół fazy stałej gleby oraz koagulacja koloidów. Sorpcja fizyczna jest zjawiskiem powierzchniowym

3. wymienną (fizykochemiczną)

Wymiana między jonami z roztworu glebowego, o jonami z KS i powstawanie łatwo rozpuszczalnych soli

Sorpcja wymienna kationów (Ca²⁺, Mg²⁺,K⁺,Na⁺,NH₄⁺ - o charakterze zasadowym; H⁺, Al³⁺ - nadają kwaśny charakter glebom)

Przykład

Nawozy sztuczne: saletra amonowa dysocjuje na kation i anion NH₄NO₃

Dzięki KS kationy mogą być zabezpieczone przed wymywaniem

NH₄

Ca²⁺ + NH₄ + Ca(NO₃)₂

Powstaje saletra wapniowa, która jest solą rozpuszczalną. Rośliny pobierają Ca²⁺ jak i 2NO₃ jako składnik pokarmowy.

4. chemiczną

to powstawanie w glebie nierozpuszczalnych związków wskutek reakcji chemicznych zachodzących w roztworze glebowym lub pomiędzy KS a roztworem glebowym.

Ca²⁺ Na

Ne

Ca²⁺+Na₂CO₃ + CaCO₃

2Na⁺CO₃

korzyści - zabezpieczenie przed wymywaniem wapnia

minusy - skład w takiej formie (soli nierozpuszczalnej) są niedostępne dla roślin

5. biologiczną

Sorbentami są żywe organizmy. Pobieranie składników pokarmowych przez rośliny i drobnoustroje. Wraz z sorpcją chemiczną chroni niektóre jony przed wymywaniem z gleb lekkich, magazynuje i stopniowo udostępnia roślinom. Powoduje też przemieszczanie pewnych jonów przez korzenie z warstw głębszych i ich akumulacji w warstwach powierzchniowych. Wielkość sorpcji można wyrazić ilościowo (ilość jonów zasorbowanych na 100 g gleby)

Pojemność sorpcyjna gleby - sumaryczna ilość wszystkich kationów jakie jest w stanie pochłonąć 100g gleby - wyrażone w miligramorównoważnikach, np.

montmorylonit - 150

kaolinit - 3-15

T= S+H

S- suma kationów metali o charakterze zasadowym

H- jony wodorowe obecne w KS

ODCZYN GLEBY

Odczyn gleby kształtowany jest na podstawie wzajemnego stosunku jonów H+ do OH-

Wyrażony w jednostkach pH (ujemny logarytm dziesiętny ze stężenia jonów wodorowych)

Na odczyn gleby wpływają:

• działalność fizjologiczna organizmów glebowych (kwasy organiczne w wyniku rozkładu substancji organicznej, wydzielanie CO2.

• Warunki klimatyczne (zstępujący ruch wody, wymywanie składników alkalicznych, klimat arydalny- suchy-gromadzenie składników alkalicznych)

• Stosowanie kwaśnych nawozów mineralnych lub nawozów wapniowych- kwaśne opady, emisja pyłów, zawierających CaO.

W Polsce przewaga gleb kwaśnych (80%) w tym 50% kwaśnych i silnie kwaśnych:

• Mały udział gleb wykorzystywanych ze skał wapiennych oraz utworów macierzystych zawierających CaCo3 (lessy, gliny margliste)

• Klimat Polski

• W przeszłości cała powierzchnia zajęta była przez lasy i bory (zakwaszenie)

sól rozpuszczalna

KS

KS

do roztworu

KS

KS

sól nierozpuszczalna

faza stała

faza ciekła

---