Agrofizyka obejmuje:1.badania fizycznych procesów zachodzących w ukł gl i poznanie podst. praw rządzących trzema fazami wchodzącymi w skład gleby (stałej, ciekłej, gazowej):#badania wody glebowej #pomiary wilgotności gleby #ozn.struktury gleby i zwięzłości #ozn. pojemności wodnej, powietrznej i cieplnej gleby 2.badanie parametrów fizycznych surowców roślinnych:#pomiar wilgotności ziarna #ozn.masy obj surowców #ozn strat płodów rolnych przy suszeniu 3.wykorzystanie w agronomii osiągnięc fizyki w celu wyjaśnienia zachodzących przemian w glebie oraz wykorzystanie osiągnięć elektroniki w urządzeniach służących do pomiarów właściwości fizycznych w laboratorium i w warunkach polowych 4.oddziaływanie zmian czynników fizycznych na procesy życiowe roślin, podstawy metodyczne uprawy roślin w świetle sztucznym i naturalnym 5.badanie wzajemnych oddziaływań gleba-roslina-maszyna-pogoda i wykorzystanie ogólnych praw fizycznych opisujących zależności pomiędzy wielkościami zmieniającymi się podczas przebiegu określonego zjawiska
Błąd pomiaru-wynik pomiaru dowolnej wielkości fizycznej różni się na ogół od jej rzeczywistej wartości.
Rzeczywisty błąd mierzonej wielkości-różnica między wartością zmierzoną a wartością rzeczywista
Wyróżnia się:*błedy grube-powstają w wyniku fałszywego odczytania wskazań przyrządów pomiarowych lub nieprawidłowego zapisania wyniku *błędy systematyczne-spowodowane czynnikiem działającym w jednakowy sposób w czasie wielokrotnego powtarzania pomiarów danej wielkości fizycznej;błędy tego rodzaju zmieniają wynik pomiaru w sposób jednostronny, systematycznie go zmniejszając lub zwiększając w stosunku do wielkości rzeczywistej *błędy przypadkowe-popełniane są przy każdym pomiarze; ich wpływ na wynik jest przypadkowy
Błędem bezwzględnym wyznaczonej wielkości jest różnica między jej wartością przyjętą za rzeczywistą a wartością zmierzoną;jest wyrażany w takich samych jednostkach jak wartość mierzona;największa wartość tego błędu nazywa się błędem bezwzględnym maksymalnym
Za wartość rzeczywistą przyjmujemy wartość średniej arytmetycznej wyników z kolejnych powtórzeń
Błędem względnym maksymalnym [Bw max]-nazywamy iloraz błędu bezwzględnego maksymalnego(Xmax) i wartość przyjętej za rzeczywistą (Bw max=Xmax/x-Xmax/śr; jest on wielkością niemianowaną ale może być wyrażony w procentach (Bpm=Bwmax*100%)
Maksymalny błąd miernika[Bw max]-iloraz wartości (Xmax) i wartości końcowej zakresu(Smax) na skali miernika (Bwmax=Xmax/Smax)
Klasy mierników elektrycznych pod względem dokładności wskazań:*0,1 i 0,2-przyrządy wzorcowe *0,5-laboratoryjne *1 i 1,5-do pomiarów przemysłowych *2,5i 5 przyrządy orientacyjne
Podział porów glebowych:*niekapilarne >1000 μm wypełnione powietrzem *kapilarne:#1000-30 μm pory duże szybko drenujące #30-12 μm pory duże wodno-drenujące #12-0,2 pory średnie (woda dostępna) #<0,2 pory drobne(woda niedostępna)
Struktura gruzełkowata-jest to zdolność do rozpadania się na cząstki różnej wielkości i kształtu, zwane agregatami; 0-10mm-agregaty; >10mm-bryłki i bryły
Podział agregatów:*ze względu na wielkość:#0-0,25mm-mikroagregaty #0,25-5mm-mezoagregaty #5-10mm-makroagregaty *na budowę:#I-rzędu #II-rzędu *na trwałość:#mechanicznie trwałe:-wodoodporne -rozmywalne w wodzie #mechanicznie nietrwałe
Do koloidów glebowych należą:*minerały ilaste *krystaliczne uwodnione tlenki żelaza i glinu *minerały bezpostaciowe *próchnica *kompleks ilasto-próchniczny. Najważniejszą właściwością tych koloidów jest ładunek elektryczny na ich powierzchni, wynikający z budowy ich jądra
Pojedyncza cząstka koloidu glebowego zwana micela składa się z:*jadra o budowie krystalicznej lub amorficznej oraz strukturze zbitej lub porowatej*wewnetrznrj powłoki jonów + lub - naładowanych,które uważa się za część składową jądra*zewnętrznej warstwy kompensujących jonów o znaku przeciwnym niż jony wewnętrznej powłoki
Źródłem ładunku ujemnego koloidów glebowych są:*nienasycone wartościowości występujące na krawędziach warstw krzemowo-glinowych, na zewnętrznych powierzchniach płaszczyzn minerałów oraz na cząsteczkach próchnicy *wewnątrzwarstwowa wymiana w kryształach minerałów.
Kationy znajdujące się blisko jądra cząstki koloidalnej są silnie przez nie przyciągane i tworzą dość nieruchomą warstwę. W polu elektrycznym poruszają się razem z cząstką. Dlatego te warstwę kationów nazywamy nieruchomą.
Kationy znajdujące się w większej odległości od cząstki koloidalnej odznaczają się znacznie większą ruchliwością i tworzą warstwę dyfuzyjna. Elektryczny ładunek powierzchni cząstek glebowych warunkuje tworzenie się podwójnej warstwy jonów.
1.jony o określonym znaku, które mogą być uważane za części struktury ciała stałego;2.zdehydratyzowane jony znaku przeciwnego, stanowiące tzw. wewnętrzną warstwę Helmholtza (lub warstwę Sterna) o określonym potencjale ψw 3.jony tego samego znaku co w warstwie poprzedniej, ale hydratyzowane, stanowiące tzw. warstwę zewnętrzną Helmholtza (lub warstwę Gouya) o potencjale ψz 4.jony mieszanego znaku, występującego w tzw. warstwie dyfuzyjnej o potencjale ψd
Jony zewnętrznej i wewnętrznej warstwy Helmholtza są przytrzymywane na powierzchni koloidów, podczas gdy jony warstwy dyfuzyjnej poruszają się swobodnie wraz z ruchem roztworu względem ciała stałego. Na granicy tych dwóch warstw jonów(ruchomych i nieruchomych),zwanej płaszczyzna poślizgu, wytwarza się podczas ich wzajemnego przemieszczania potencjał elektryczny zwany potencjałem elektrokinetycznym lub potencjałem dzeta.
W bardzo słabych roztworach następuje stopniowy spadek potencjału. Wzrost stężenia roztworu prowadzi do zagęszczenia warstwy dyfuzyjnej, przy czym potencjał dzeta wyraźnie spada.
O trwałości układu koloidalnego decyduje wielkość potencjału dzeta. Układ taki odznacza się dużą stabilizacja przy dużej wartości potencjału dzetą
Wzrost stężenia określonych kationów w roztworze, jak też ich zamiana na kationy o większej wartościowości powoduje spadek potencjału dzeta i prowadzi do zmniejszenia trwałości układu koloidalnego.
Po osiągnięciu określonego stężenia elektrolitu rozpoczyna się proces koagulacji koloidów. Stężenia takie nazywamy progiem koagulacji koloidów. Im większa jest wartościowość kationu elektrolitu, tym mniejsza wartość progu koagulacji.
Agregacja-zjawiska powierzchniowe zachodzące na granicy fazy stałej i ciekłej wywierają wpływ na procesy agregacji i peptyzacji koloidów glebowych; polega na łączeniu się pojedynczych cząstek koloidów w większe skupienia zwane agregatami.Przebieg tego procesu może być dwojaki:*koagulacja koloidów-obniżenie ich potencjału elektrokinetycznego *flokulacja-łączenia się koloidów poprzez warstewki hydracyjne, bez uprzedniego obniżenia potencjału elektrokinetycznego
Do koagulacji można doprowadzić różnymi sposobami:1 przez dodanie elektrolitów 2 przez dodanie substancji odwadniających, jeśli decydującą rolę w utrzymaniu trwałości koloidów odgrywa otoczka wodna wokół warstwy jonów 3 przez zmieszanie koloidów o ładunkach różnoimiennych.
Flokulacja w glebach może przebiegać samorzutnie lub pod wpływem flokulantów;często występuje podczas wysychania gleb lub podczas kolejnych okresów ich zamarzania i rozmarzania, kiedy występuje dehydratacja koloidów; można ją spowodować poprzez dodanie do gleb syntetycznych substancji organicznych,które łączą ze sobą koloidy za pomocą wiązań wodorowych.
Peptyzacja jest zjawiskiem odwrotnym do koagulacji; pod wpływem uwodnienia albo wzrostu potencjału elektrokinetycznego agregatów następuje zwiększenie stanu rozdrobnienia gleby.
Gleby,które zawierają duże ilości wymiennego Na+ w kompleksie sorpcyjnym wykazują w stanie silnego nawilgotnienia wysoki stan dyspersji. W tym przypadku stabilizujące działanie jonów OH- występujących w roztworze glebowym jest wyższe od koagulującego działanie jonów Na+. Kiedy w glebie występuję Ca2+ wymienny, wówczas jego koagulujące działanie jest silniejsze niż stabilizujące działanie jonów OH-. W obecności jonów Ca2+, gleby nawet w stanie wilgotnym nie peptyzują i zachowują swa naturalną strukturę gruzełkowatą.
Jeżeli koagulacja czasteczek glebowych przebiega pod wpływem jonów jednowartościowych, to kationy te przy koagulacji cząstek zatrzymują część swoich najsilniej utrzymywanych uwodnionych powłok.taka koagulacja ma charakter odwracalny. Gdy koagulację koloidów przeprowadzamy za pomocą jonów dwuwartościowych, to taka koagulacja ma charakter nieodwracalny.
Teoria koagulacji: cząstki o ładunkach różnoimiennych zawsze się zlepiają
Struktura gleby jest wynikiem z jednej strony procesów zlepiania, a z drugiej procesów rozpadania (rozdrabniania) gleby.
Przyczyny i sposoby tworzenia się struktury gleby:*zlepianie się cząstek glebowych w gruzełki przy koagulacji *cementowanie-tworzenie się między cząsteczkami gleby warstwy,która przechodzi z roztworu w stan nie rozpuszczalny pod wpływem zmian składu chemicznego *zlepianie się cząstek glebowych pod wpływem sił kapilarnych *zlepianie lub sklejanie się cząstek przy wysychaniu:#zlepianie następuje,gdy siły przyciągania powstają bezpośrednio między zbliżającymi się cząstkami#sklejanie cząstek nastepuje za pomocą bardziej rozproszonej substancji, noszącej nazwę kleju
Czynniki rozdrabniające glebę można podzielić: a)czynniki biogeniczne:działanie systemu korzeniowego, fauny glebowej b)czynniki klimatyczne, jak nawilżanie i wysychanie, zamarzanie i rozmarzanie c)czynniki antropogeniczne jak,działalność człowieka związana z mechaniczna uprawą i innymi sposobami działania na glebę.
Znaczenie struktury gleby:*wpływa na układ gleby *reguluje właściwości wodno-powietrzne gleby *wpływa na aktywność mikrobiologiczną gleby *zmniejsza zwięzłość gleby *ułatwia uprawę mechaniczną i rozwój korzeni roślin *ułatwia pobieranie składników pokarmowych i wody przez rośliny *ogranicza zaskorupianie się gleby *poprawia warunki cieplne gleby *stwarza dobre warunki do kiełkowania i rozwoju roślin
Wodoodporność agregatów glebowych-zdolność agregatów strukturalnych do opierania się działaniu wody bieżącej lub stojącej 1.mechaniczne niszczenie agregatów przez wodę opadową- rozbijanie mechaniczne agregatów przez krople deszczu 2.fizykochemiczne działanie wody na agregaty glebowe 3. działanie wody na suche makroagregaty:#jeżeli woda dopływa do gleby powoli to stopniowo wypiera powietrze i zajmuję objętość porów #jeżeli woda zaleje nagle agregaty, to przenika ona ze wszystkich stron i powietrze zostaje w agregatach zamknięte pod zwiększonym cisnieniem, następnie to ciśnienie rozrywa agregaty na mikroagregaty i pierwotne cząstki gleby
Trzy główne działania wody na makroagregaty:*działanie rozklinowujące *siły rozrywające sprężonego przez wodę powietrza *działanie kropel deszczu i wody płynącej
Czynniki poprawiające wodoodporność
1) Próchnica (subst. Huminowe)
2) Kationy Fe, Al., Ca, Mg.
Sposoby poprawy wodoodporności makroaregatów glebowych 1-stosowanie obornika, nawozów zielonych, kompostów i innych 2-uprawa roślin o dobrze rozrośniętym systemie korzeniowym 3-właściwa uprawa roli 4-wprowadzanie do gleby substancji klejących
Fizyczne właściwości gleby w zależności od jej struktury: Gęstość gleby suchej (g/cm3) - gl. Mineralne, strukturalne, mają z reguły gęstość warstwy ornej 1,1 - 1,4 g/cm3
- gl. Pozbawione struktury mają z reguły gęstość mniejszą od 1,1 lub większą od 1,4 zależnie od ich składu granulometrycznego
Porowatość ogólna dyferencyjna -w gl. Luźnych piaszczystych niestrukturalnych porowatość jest b.duża i przeważają pory niekapilarne w których znajduje się powietrze -w gl. Ciężkich o dużym udziale części spławianych niestrukturalnych porowatość jest stosunkowo niska i wyst. Głównie przy pory drobne w których znajduje się woda trudno dostępna i niedostępna dla roślin
Pory w glebie >1000 μm pory niekapilarne (powietrze) 1000 - 30 μm pory kapilarne 30 - 12 μm średnie woda łatwo dostępna 3 - 0,6 μm średnie woda trudno dost.
0,6 - 0,2 μm średnie woda b.trudno dost. <0,2 drobne woda nie dostępna
Gęstość gleby suchej i warunki życia roślin 1)wpływa na procesy życiowe roślin 2) stosunki wodne powietrzne i cieplne 3)zwiększenie gęstości zwiększa jej zmniejsza jej przepuszczalność, porowatość kapilarną i niekapilarną 4) decyduje o magazynowaniu wody 5) gęstość decyduje o dostępności wody 6)gęstość wpływa na rozwój i przenikanie w głąb gleby oraz rozw. Mikroorganizmów 7)zagęszczenie zmniejsza plony roślin
Woda glebowa jest jednym z składników trójfazy gleby i bierze udział we wszystkich procesach w glebie. Woda w glebie podlega działaniu sił: elektrostatycznych, kapilarnych, osmotycznych.
Siły elektrostatyczne pochodzą od niezobojętnionych ładunków na cząstek glebowych. Decydują one o istnieniu wody kapilarnej.
Siły osmotyczne ujawniają się w wyniku różnic koncentracji roztworów w otoczeni cząstek gl. Mogą wpływać na kierunek ruchu wody. Warunkuje plastyczność.
Całkowita siła wiążąca wodę z glebą zwana jest siłą ssącą/potencjałem ujemnym. Zależy od ilości wody w glebie przy pełnym nasyceniu. W miarę ubywanie wody wzrasta a jej siła max dochodzi do 109HPa.
Postacie wody w glebie Zależnie od rodzaju i wielkości sił działających na wodę w glebie:1woda w postaci pary wodnej 2woda molekularna: higroskopijna, błonkowata, 3woda kapilarna: kapilarna właściwa, kap.pływająca, 4woda wolna: infiltracyjna, gruntowo-glebowa
Woda w glebie: 1woda chemicznie związana nie wpływa na wilgotność gleb, jest niedostępna dla roślin 2para wodna, część pow. glebowego, pozostaje w równowadze z wodą ciekłą, wymiana jej między glebą a atmosferą.3woda molekularna: związana siłami molekularnymi cząstek gleby, dipole cząsteczek wody ulegają ukierunkowaniu ułatwiającemu adhezję drobin wody przez cząstki glebowe Siły molekularne wiążą dwie postaci wody 1)higroskopowej (całkowicie niedostępna) 2)błonkowatej.(część niedostępna reszta trudno dostępna) Ilość wody kapilarnej zależy od: *składu granulometrycznego *zaw. subst. org. *ilości i rodzaju koloidów glebowych *składu kompleksu sorpcyjnego *wprowadzenie jonów jednowartościowych Na+ (niestety obniża spójność gleby)
4woda kapilarna: wypełnia kapilary różnej wielkości, w kapilarach mniejszych od 1000 μm
Wielkość powstającego pod tym wpływem ciśnienia jest uzależniona od średnicy kapilarów i napięcia powierzchniowego cieczy. Ps=2*V/R Ps-ciśnienie kap. V-napięcie powierzchniowe R-promień krzywej nacisku
Dla obliczenia zdolności podsiąkania kapilarnego w glebach przyjmuje się uproszczony wzór: h= 0,296/d h-wysokość słupa wody w cm d-średnica kapilary w cm
Potencjał wody glebowej -ilość pracy potrzebnej do przeprowadzenia jednostkowej ilości wody do stanu swobodnego -potencjał glebowy obliczam by określić ilość pracy rośliny pobierającej wodę -wyrażamy go potencjałem kapilarnym a ilość wody funkcją tego potencjału.
Potencjał kapilarny przeważa w glebach o średnicy porów do 1000 μm
Potencjał grawitacyjny w glebach o średnicy porów powyżej 1000 μm (pory niekapilarne)
Rodzaje wody kapilarnej : 1pozostała w glebie po odcieknięciu wody grawitacyjnej 2z podsiąku z wody gruntowej 3z kondensacji pary wodnej
Woda kapilarna może poruszać się we wszystkich kierunkach, ruch uwarunkowany jest potencjałów kapilarnych.
W praktyce rozróżnia się 1wodę kapilarną właściwą, 2wodę przywierającą
Podsiąkanie odgrywa rolę w zaopatrywaniu roślin w wodę
Wysokość kapilarnego wznoszenia się H2O zależnie od składu granulometrycznego osiąga następujące wielkości: piasek luźny 30cm, piasek gliniasty 100cm, gleba gliniasta 150cm, gleba ilasta 200cm, gleba torfowa 120cm.
Im mniejsza średnica kapilar tym większa wysokość kapilarnego wznoszenia się wody w glebie.
5. woda wolna.Woda wypełniająca w glebie pory wieksze od kapilarnych oraz przemieszczająca się pod wpływem sił ciężkości. Woda ta nie jest związana z cząsteczkami gleby ani siłami kapilarnymi ani molekularnymi.
Wystepuje ona w dwóch postaciach:1.jako woda infiltracyjna zwana także grawitacyjną pojawia się w glebie po obfitych opadach atm. woda grawitacyjna w porach dużych przesiąka szybko, a w drobniejszych wolno.
Rośliny w ograniczonym stopniu mogą korzystać z wody szybko przesiąkającej, a przez jakiś czas w większym stopniu korzystają z wody wolno przesiąkającej. Gleby łatwo przepuszczalne to piaski luźne i piaski słabo gliniaste, przez które woda grawitacyjna szybko przesiąka. Gleby zwięzłe to gliny, lessy i w nich dużo wody szybko przesiąkającej, ale znajdują się znaczne ilości wody grawitacyjnej wolno przesiąkającej.
2.Woda gruntowo-glebowa zalegająca w glebie lub pod nią, ale na tyle płytko, że podsiąkanie kapilarne wywiera istotny wpływ na procesy zachodzące w glebie.
Ruchy wody w glebie:
Woda opadowa może przemieszczać się w glebie, ruchy w glebie zachodzą podczas:-wchłaniania wody opadowej przez glebę -przesiąkania, czyli filtracji wody gruntowej
Właściwości mechaniczne gleb-plastyczność -lepkość -zwięzłość -pęcznienie
Mechaniczne wł gleb-są one funkcją wilgotności gleb-odgrywają decydującą rolę przy uprawie gleb-mają decydujące znaczenie przy doborze materiałów do wykonywania roboczych części maszyn-mają duże znaczenie dla życia roślin(sposób rozmieszczenia syst korzeniowego)
Zwięzłość- to siła zespalająca ze sobą poszczególne cząst gleby. W wyniku powiązania tych cząstek gleby stawia ona opór siłom które dążą do jej rozgniatania, rozcinania lub rozklinowywania. Wyraża się ją w kgf/cm2 lub kPa
Lepkość- to zdolność przylegania cząst gleby do różnych przedmiotów np maszyn i narzędzi. Wyraża się ją w N/cm2
Ze względu na opór stawiany narzędziom gleby dzielimy na-zwięzłe (iły, gliny) -średniozwięzłe (piaski gliniaste, utwory pyłowe)-słabo zwięzłe (piaski słb gliniaste)-luźne (piaski i żwiry)
Zwięzłość zależy od-składu granulometrycznego-zaw koloidów org i min-wilgotności gleby-stanu strukturalnego gleby-układu gleby
Skorupa glebowa- tworzy się w skutek specyf przebiegu pogody; wówczas zwięzłość wierzchniej warstwy jest większa niż leżących głębiej. Niszczy się ją zabiegami płytko działającymi.
Ogólne zagęszczenie warstwy podornej polega na dużej zwięzłości i zagęszczeniu części stałych na małej porowatości ogólnejPrzyczyną jest -zbyt wysoki poziom wód gruntowych-zagęszczenie cząstek elementarnych -zmniejszenie średnicy porów glebowychZapobieganie -melioracje-silne wapnowanie gleb-głębokie orki i uprawa roślin głęboko korzeniących się
Adhezja- jest to przywieranie cząstek gleby do różnych przedmiotów będących z nią w kontakcie
Kohezja- jest to łączenie cząstek stałych gleby między sobą
Plastyczność gleb
Gleba zależnie od ilości wody może przyjmować konsystencję zwartą, plastyczną i płynną
Gleba sucha zachowuje się jako ciało sztywne, kruszące się dopiero przy odp nacisku , gleba wilgotna zaś może wykazywać zdolność plastycznego odkształcania się
Plastyczność- jest to zdolność gleby do przybierania dowolnych form pod wpływem działania sił zew oraz zachow tych form po ustaniu działania wzmiankowanych sił
Wilgotność odpowiadająca granicom przedziałów w których gleba znajduje się w okr stanach noszą nazwe granic konsystencji.
Granica płynności Ly- oznacza taką wilg przy której gleba zaczyna trcić zdolność zachowania kształtu nadanego jej przy urabianiu i rozpływa się
Granica plastyczności Lp- oznacza taką wilg przy której gleba nabiera zdolności plastycznego odkształcania się przy urabianiu
Granica skurczu- oznacza taką wilg przy której próbka gleby w miarę dalszego suszenia przestaje zmniejszać swą objętość a równocześnie zmienia barwę na jaśniejszy, wypłowiały odcień.
Stan konsystencji Sp= Wa-Lp/Ly-Lp
Gleba zwarta Sp≤0 Plastyczna 0≤Sp≤1 Płynna Sp>1
Wskaźnik plastyczności- wyraża różnice między wilg gleby odpowiadająca jej granicy Ly i Lp Wp= Ly-Lp Wskaźnik ten podaje o ile % musi wzrosnąć wilg gleby aby zmieniła się jej konsystencja ze zwartej na płynną. Informuje o spoistości gleby - im wyższa wartość wsk plastyczności tym gleby są bardziej spoiste, ciężkie do uprawy a jednocześnie odporne na erozję wodną i eoliczną
Sypkie wp≤1 Mało sypkie 1<wp≤10 Śr sypkie 10<wp≤20 Spoiste ciężkie 20<wp≤30
B spoiste wp>30
Klasy plastyczności>17 wysoce plastyczne, 17-7 plastyczne, 7-1 sł plastyczne <1 nieplastyczna
Kurczliwość-nast w wyniku jej wysychania. Polega to na zmniejszeniu się grubości błonek wody otaczaj cząsteczki gleby i jednoczesnym zbliżaniu się cząstek gleby do siebie. Powoduje to powst szczelin w wysuszonej glebie, których obj jest zwykle wieksza od obj wyparowanej gleby. Kurczliwość gleby zależy od ilości i rozwoju koloidów glebowych. Wys stopień kurczenia wykazują gleby wytworzone z iłów i glin ciężkich oraz rędziny. Najbardziej jednak kurczą się gleby torfowe.
Pęcznienie- polega na zwiększaniu obj gl suchej po nasyceniu jej wodą. Pęcznienie gleb ciężkich może dochodzić do 20%. Jest to zjawisko niekorzystne ponieważ ujemnie wpływa na stos wodno powietrzne i przepuszczalność wodną gleb. Niekiedy może powodować przerywanie ciągów drenarskich.
Pęcznienie glebP= Pmax-V/V oznacza stosunek przyrostu objętości gleby maxspęczniałej
Kurczenie się gleb K=V-Vmin/V Vmin oznacza min obj gleby uzyskiwaną wówczas gdy osiąga ona wilg odp granicy skurczu.
Istotny zw istnieje również pomiędzy skł roztworów glebowych. Obecność jonów jednowartościowych zwiększa a dwuwartościowe oraz trójwartościowych zmniejsza pęcznienie i kurczenie się gleb. Uzależnione jest również od wilg początkowej gleby a ponadto od struktury gleby.
Powietrze glebowe Pory glebowe mogą wypełniać powietrze i woda. Objętość wszystkich porów w glebie nazywa się porowatością ogólną. Pory nie kapilarne >1000 µm są z reguły wypełnione powietrzem.
Gleba może się znajdować w trzech stanach:- suchy (brak wody)- wilgotny (woda oraz powietrze)- pełne nasycenie wodą (brak powietrza)
Jeśli gleba jest sucha, również część porów kapilarnych jest wypełniona powietrzem. Ważny jest stosunek między objętością porów zajętych przez wodę i powietrze. Zawartość powietrza wpływa na prawidłowe zaopatrzenie korzeni roślin w wodę na aktywność biologiczną gleby. Natlenienie gleby i korzeni roślin jest efektem wypadkowych procesów biologicznych i chemicznych powodujących ciągłe zużycie tlenu przy równoczesnym wydzielaniu CO2 orqaz procesów fizycznych umożliwiających wymianę gazów w układzie atm-gl-roś.
Układ powietrza w glebowego to efekt: 1.procesów oddychania 2. przewietrzenie gleby
Skład powietrza atm. oraz glebowego:
Pow. atmosferyczne: N - 78,08; O2 - 20,95; CO2 - 0,93.
Pow. Glebowe: N - 80,24-78,8; O2 - 20,03-10,35; CO2 - 0,74-9,74.
W wierzchnich warstwach gleby uprawnych w skutek intensywnej wymiany gazowej zawierają się różnice w składzie powietrza glebowego i atmosferycznego. Na ogół w glebie uprawnej zawartość CO2, nie przekracza kilku %, natomiast stężenie O2 mieści się w granicach 15-20%. W głąb gleby jest coraz więcej CO2 a mniej O2. Różnice w składzie gazów powietrza glebowego i atmosferycznego wynikają z podstawowych zmian zachodzących w powietrzu gle. w wyniku stałego zużycia O2 o powstawania CO2.
W glebie zachodzą duże grupy procesów:- procesy w wyniku, których zmienia się wyjściowy skład powietrza zbliżony początkowo do składu powietrza atmosferycznego - procesy prowadzące do wyrównania składu powietrza glebowego i atmosferycznego #Ilość CO2 zawartego w danym momencie stanowi różnicę między ilością wytworzoną w gl. W jednostce czasu, a ilością uchodzącą do atmosfery w tym czasie w wyniku wymiany gazowej z atm #Stężenie O2 to różnica między jego ilością wnikającą do gleby z atm. a zużytą przez mikroorganizmy i korzenie roślin w tym czaasie.
Czynniki warunkujące skład powietrza glebowego:- zabiegi przewietrzające glebę.- obfite deszczowanie lub drenowanie.- wprowadzanie nawozów organicznych i mineralnych.- działalność mikroorganizmów gl.- roślinność.- zmiany tem.
Im większa masa korzeni i części nadziemnych rośliny, tym większa intensywność oddychania korzeni roślin. Im większy przyrost masy rośliny w jednoste czasu, tym większa intensywność oddychania. Wydzieanie gazowego CO2 i pobieranie O2 przez system korzeniowy jest proporcjonalna do intensywności wzrostu i osiąga max. W okresie największej działalności życiowej roślin.
Zaopatrzenie gleby w powietrze decyduje:- pojemność powietrzna gleb - intensywność zużycia O2 - intensywność dopływu O2
Dla normalnej wymiany gazowej gleby powinny mieć odpowiednią liczbę przestworów powietrznych łączących się ze sobą oraz z atmosferą. Wymiana gazowa powietrza glebowego stanowi istotę przewietrzenia (wentylacji) gleby. Spadek tem. Powoduje zagęszczanie gazów, a jego wzrost rozprężanie. Obniżanie się tem. i zagęszczanie gazów umożliwia napływ nowych porcji powietrza z atmosfery do gleby, przy zagęszczaniu się gleby zachodzi proces odwrotny, z porów glebowych powietrze jest wypychane do atmosfery.
Na podstawie prawa Lay-Lussaca zmiana tem. o 0.1 C powoduje rozprężanie lub skurczenie gazu o ……………..
Przy wzroście ciśnienia powietrza atm. powietrze glebowe spręża się i wywiera większe ciśnienie na glebę natomiast przy spadu ciś. Atm. następuje rozprężenie pow. i jego część zostaje wyparta do atm. Przy podnoszeniu się wody gruntowej następuje wypychanie pow. gl., a przy obniżaniu następuje zasysanie pow. atm.do gleby.
Głównym czynnikiem powodującym przewietrzanie gl. Jest dyfuzja gazów czyli przemieszczanie masy gazu lub pary spowodowane, różnicą ich stężeń lub ciśnień porcjonalnych. Powoduje ona na ogół około 80% całkowitej wymiany gazowej. Dyfuzja warunkuje przemieszczanie się cząstek gazu lub pary w kierunku mniejszego stężenia a więc mniejszego ciśnienia. Proces dyfuzji prowadzi do wyrównania stężeń i ciśnienia porcjonalnego gazu lub pary wodnej.
Porcjonalne ciśnienie gazu to takie ciśnienie, jakie by on wywierał, gdyby sam jeden wypełniał objętość całej mieszaniny gazowej.
O2-atm.-gl.
CO2- gl.-atm.
Dyfuzyjny przepływ gazów w glebie jest proporcjonalny do wytworzonego gradientu stężenia oraz współczynnika dyfuzji. Wyraża to I prawo Flika:
„Ilość substancji dyfundującej przez powierzchnię prostopadłą do kierunku dyfuzji jest proporcjonalne do pola jej powierzchni, spadku stężenia tej substancji i czasu trwania dyfuzji”
dm = -DS.*dc/dx0*dt
Współczynnik dyfuzyjny D charakteryzuje wymienne właściwości osirodka glebowego liczbowy wspułczynnik dyfuzji jest równy ilości substancji dyfundującej przez powierzchnię 1 cm2 w ciągu 1s przy gradiencie stężeń równym jedności, znak „-„ w równaniu wskazuje, że dyfuzja przebiega w stronę mniejszego stężenia.
Wszystko to odnosi się do dyfuzji przebiegającej w wolnej przestrzeni w atm. w glebię będzie przebiegać inaczej, w związku z tym ważnym parametrem jest wskaźnik zahamowania dyfuzji w glebie D/Da (D)-współczynnik dyfuzji tego gazu w glebie (Da)-w atmosferze.
Dyfuzja gazów zależy od:1.gradientu stężeń 2. porowatości powietrznej i ogólnej gleby
Wartość tego współczynnika w literaturze zbliżona do 0,33 w większości przypadków niższa.
Niewłaściwe wartości O2 wpływają negatywnie na rośliny:- bezpośrednie niedotlenienie korzeni roślin - pośrednie przez nagromadzenie CO2, w stężeniach szkodliwych >10%
Poprawa warunków powietrznych gleby:- zabiegi agrotechniczne - zabiegi melioracyjne -poprawa struktury gleby