Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego
w Warszawie

Wydział Rolnictwa i Biologii

Metody oznaczania polowej pojemności wodnej.

Oznaczenie zwięzłości gleby za pomocą sondy hydraulicznej.

Agrofizyka

Sprawozdanie nr 4

Rolnictwo gr.2

Agnieszka Romanowska

Monika Tenderowicz

Michał Piotrowski

Łukasz Wieczorek

Warszawa 2010

1. Wstęp

GLEBA to powierzchniowa warstwa ziemi, która uległa przekształceniu pod wpływem biosfery, hydrosfery, klimatu, rzeźby terenu, oddziaływania człowieka. Wstępnym procesem jest tworzenie zwietrzeliny skalnej pod wpływem słońca, wody, organizmów żywych: wietrzenie chemiczne, fizyczne i biologiczne. Gleba to podstawowy składnik środowiska naturalnego i jeden z podstawowych elementów życia na ziemi. Jest siedliskiem życia organizmów, utworem dynamicznym, w którym zachodzą ciągłe przemiany związków organicznych w związki nieorganiczne i odwrotnie. Dzięki organizmom w glebie, spełnia ona ważne funkcje sanitarne. Gleba składa się z 3 faz:

stałej 50%, - obejmującej cząstki mineralne, organiczne i organiczno-mineralne o różnym stopniu rozdrobnienia,

płynnej 25%,- wody, w której są rozpuszczone związki mineralne i organiczne tworzące roztwór glebowy

gazowej 25%- mieszaniny gazów i pary wodnej- powietrze glebowe.

Stosunek tych faz może się zmieniać pod wpływem procesów glebotwórczych oraz integracji człowieka.

Porowatość ogólna (Po) - jest to suma wszystkich przestworów kapilarnych i niekapilarnych występujących w glebie. Po określa procentowy udział wolnych przestrzeni do całkowitej objętości gleby. Jej wartość może, w zależności od gleby, wahać się od 33 do 90%. Na to wpływa: skład granulometryczny, struktura i układ gleby, zawartość substancji organicznej, występowanie mikroflory i mikrofauny glebowej oraz wykonywanie zabiegów agrotechnicznych.

Rodzaje porów:

1. pory niekapilarne - o średnicy > 1000μm

2. pory kapilarne:

- duże - o Ø 1000 - 12μm;

- duże szybko drenujące - Ø 1000 - 50μm;

-duże wolno drenujące - o Ø50 - 12μm;

- średnie - Ø 12 - 0,2μm;

- małe - o Ø < 0,2μm.

Wilgotność gleby - jest to stosunek wody zawartej w glebie do s.m. gleby lub jej objętości.

Retencyjność gleby - jest to ilość wody, jaką gleba jest w stanie zgromadzić. Tworzy ona następujące pojemności wodne:

Kapilarna pojemność wodna (KPW) - jest to ilość wody zmagazynowanej w kapilarach glebowych w stosunku do suchej masy gleby wyrażonej w %.

Polowa pojemność wodna (PPW) - stan uwilgotnienia, gdy woda zatrzymywana jest w glebie siłami większymi od 0,25 atm.; woda w porach o średnicy mniejszej niż 12μm.

WPHWR - oznacza wilgotność punktu hamowania wzrostu roślin, czyli wilgotność, w której wzrost roślin jest zahamowany, ale nie giną one jeszcze, oznaczana przy nacisku 1atm.

PTW - oznacza punkt trwałego więdnięcia -wilgotność, przy której rośliny nie są w stanie pobrać wody i giną, jest ona w porach o średnicy mniejszej niż 0,2 μm.

2. Cel ćwiczenia

Celem przeprowadzonych ćwiczeń było zapoznanie się z metodami oznaczania PPW- polowej pojemności wodnej w warunkach laboratoryjnych. Dodatkowym celem było oznaczenie zwięzłości gleby i zapoznanie się z zasadą działania sondy hydraulicznej wykorzystywanej podczas wykonywania pomiarów.

3. Opis metody i wykonanie ćwiczenia

Na ćwiczeniach wykonywaliśmy analizę laboratoryjną próbek gleby pobranych z gleby kampusu SGGW. Próbki pobrano z gleb o różnej wilgotności. Oznaczano dla nich: Wa, PPW, KPW, WPHWR, Po, ilość porów o określonej Ø.

Zastosowane metody

1- metoda grawimetryczno - suszarkową - służąca do oznaczenia KPW;

Metoda ta polega na suszeniu pobranych próbek gleby w temperaturze 105^oC aż do momentu uzyskania stałej masy naczynka z glebą. Po wysuszeniu i zważeniu próbek można wyznaczyć procentową zawartość wody w stosunku do suchej masy gleby. Oblicza się ją na podstawie różnicy mas gleby przed i po suszeniu.

2- oznaczenie przy użyciu aparatu Richarda (rys 1) - metoda służącą do oznaczenia ilości wody zatrzymanej w glebie.

Rys.1. Schemtat aparatu Richardsa

Działanie tego aparatu ma na celu wyparcie wody z próbki glebowej, która została umieszczona w komorze ciśnieniowej. Przy zastosowaniu odpowiedniego ciśnienia, woda znajdująca się w próbce, a związana ciśnieniem mniejszym, niż zastosowane, zostaje wyparta.

4. Wyniki i obliczenia

1. Oznaczanie wilgotności aktualnej gleby W_akt

Tab.1 Oznaczanie wilgotności aktualnej gleby metodą suszarkową w naczynkach szklanych

Nr naczynka	Tara naczynka (g) (A)	Masa naczynka z glebą (g)		Ubytek Wody (g) (B- C)	Masa gleby suchej (g) (C- A)	Wwag B-C C-A ^*100
							Po pobraniu (B)	Po wysuszeniu (C)
13	65,0	86,0	85,6	0,9	20,6	4,4
8	71,6	105,5	103,9	1,6	32,3	5,0
					suma	9,3
										średnio	4,7

Obliczenie wilgotności wyrażanej w % objętościowych:

W_obj = W_wag * G_g = 5,6 % obj.

Tab. 2 Oznaczanie wilgotności i gęstości gleby w pierścieniach metalowych

Nr naczynka	Tara naczynka [g] (A)	Masa naczynka z glebą [g]		Ubytek Wody [g] (B- C)	Masa gleby suchej [g] (C- A)	Wakt (%)		Gęstość gleby [g/cm^3] Gg
					Po pobraniu (B)	Po wysuszeniu (C)				W. wag. (B-C/ C-A· 100)	w % obj. (W wag. ·Gg)
197	19,0	91,5	84,5	7,0	63,5	11,0	13,9	1,3
551	23,0	88,5	82,5	6,0	59,5	10,1	11,5	1,1
16	19,0	88,5	81,8	6,7	62,8	10,7	12,9	1,2
655	22,5	90,5	84,2	6,3	61,7	10,2	12,1	11,2
				suma		42,0	50,4	4,8
				średnia		10,5	12,6	1,2

Tab.3 Ustalenie aktualnej wilgotności gleby (Wakt)

Metoda oznaczenia	Wwag	Wobj
Suszarkowa (naczynka szklane)	4,7	5,6
Suszarkowa (pierścienie metalowe)	10,5	12,6
suma	15,16	18,2
średnio	7,58	9,1

2. Oznaczanie objętości fazy stałej (Fs) i porowatości ogólnej (Po)

G_g wynosi 1,2 g/cm³

G_fs wynosi 2,62 g/cm³

Objętość fazy stałej Fs= G_g/G_fs * 100 = 46%

Porowatość ogólna Po= 100-Fs= 54%

3. Oznaczanie kapilarnej, polowej pojemności wodnej i WPHW

Tabela A

Nr pierścienia	Masa pierścienia z glebą [g]				zawartość wody po podsiąku (KPW) [g]	Zawartość wody po ciśnieniu [g]
		po podsiąku	po ciśnieniu					po wysuszeniu
		(A)	0,25 atm. (B)	1 atm. (D)	(C)	(A-C-0,8)	(PPW) (B-C-0,2)	(WPHW (D-C-0,1)
655	107,2	95,5	94,6	84,2	22,2	11,1	10,3
16	106,4	93,3	92,3	81,8	23,8	11,5	10,4
551	105,9	93,6	92,5	82,5	22,6	10,9	9,9
197	109,4	95,7	95,1	84,5	24,1	11,2	10,6
			suma	333,0	92,7	44,7	41,2
						średnio	83,3	23,2	11,2	10,3

Tabela B. Obliczanie KPW, PPW, WPHW

Nr pierścienia	KPW		PPW		WPHW
		% wag	% obj	% wag	% obj	% wag	% obj
655	22,2	26,4	11,1	13,2	10,3	12,3
16	23,8	28,8	11.5	13,9	10,4	12,6
551	22,6	25,8	10,9	12,4	9,9	11.3
197	24,1	30,4	11,2	14,1	10,6	13,4
suma	92,7	111,4	44,7	53,6	41,2	49,6
średnia	23,2	27,9	11,2	13,4	10,3	12,4

4. Ilość wody niedostępnej dla roślin (WTWR) wynosi (%):

wagowych 5%

objętościowych 6%

5. Obliczanie porowatości dyferencyjnej:

Po 54% obj.

Pory niekapilarne = Po - KPW= 26,1 % obj.

Pory kapilarne:

dyże = KPW - PPW = 14,5% obj.

średnie 12-3μm = PPW - WPHW = 1,0% obj.

średnie 3-0,2 μm = WPFW - WTWR = 6,4% obj.

małe = WTWR= 6,0% obj.

6. Porównanie właściwość wodno-powietrznych gleb

Cecha		układ gleby
				luźny		zagęszczony
				wilgotność
				mała	średnia	mała	średnia
Gęstość gleby [g/cm^3]		1,2	1,3	1,5	1,5
Objętość fazy stałe [%obj]		46,0	50,6	56,5	56,0
Porowatość ogólna [%obj]		54,0	50,0	43,5	44,0
Pory [5obj] o średnicy	> 1000 μm	26,1	2,0	8,6	12,6
		1000-12 μm	14,5	9,9	15,1	10,6
		12-3 μm	1,0	1,0	0,9	1,2
		3-0,2 μm	6,4	10,5	11,5	12,2
		< 0,2 μm	6,0	6,6	7,4	7,4
		41,4	27,0	27,0	21,1
		12,6	23,0	16,0	22,9

Wykres właściwości wodno-powietrznych gleby

Legenda:

Pory o średnicy (μm):

Zapas wody w danej warstwie gleby :

Zt = W obj * h= 378 t/ha

Zmm= Wobj*h/10= 37,8 mm

Zapas wody przy polowej pojemności wodnej gleby:

Z_PPW= PPW*h= 402 t/ha

Z_PPW= 40,2 mm

Aktualny zapas wody:

Zakt= Wobj*h= 378 t/ha

Zakt= 37,8 mm

Zapas wody niedostępnej dla roślin WTWR:

Z_WTWR= WTWR*h= 18 t/ha

Z_WTWR= 18,0 mm

Zapas wody aktualnej dostępnej dla roślin:

Z akt- Z_WTWR= 19,8 mm

Zapas wody, którą gleba może jeszcze zakumulować:

Z_PPW - Zakt= 2,4 mm

Obliczenia dawki polowej (Dp) przy nawadnianiu:

Dp= 1,2*h* (PPW - Wakt) = 0,96

5. Dyskusja i wnioski

Gęstość gleby w układzie luźnym oraz większej wilgotności wynosiła 1,3 g/cm³, i była większa od gęstości gleby próbki o mniejszej wilgotności i wynosiła 1,2 g/cm³. Odmienna sytuacja była w przypadku układu zagęszczonego gdzie próbki zarówno o wilgotności mniejszej jak i większej miały taką samą gęstość 1.5 g/cm³. Objętość fazy stałej gleby była mniejsza w układzie luźnym, w przypadku małej wilgotności wynosiła ona 46% natomiast przy większej wilgotności była o 4,6% większa i znajdowała się na poziomie 50,6%. W układzie zwięzłym objętość fazy stałej gleby była zbliżona zarówno w próbce o mniejszej jak i większej wilgotności odpowiednio 56,5% oraz 56%. Różnica pomiędzy poszczególnymi układami o różnej wilgotności wyniosła średnio 8%. Znaczne różnice wystąpiły w poziomie porowatości ogólnej poszczególnych układów. Układ luźny miał większą porowatość ogólną od układu zwięzłego. Największa porowatość ogólna była w układzie luźnym o małej wilgotności i wynosiła 54%, natomiast przy większej wilgotności 50%. W układzie zwięzłym porowatość ogólna była zbliżona zarówno w przypadku większej wilgotności 44% jak i mniejszej wilgotności 43,5%. W układzie luźnym znajduję się znacznie więcej powietrza w glebie niż w układzie zwięzłym. W układzie luźnym o mniejszej wilgotności powietrze zajmuje 40,5% porów natomiast przy większej wilgotności 31,9% porów. W układzie zwięzłym pogarszają się warunki powietrzne, przy mniejszej wilgotności powietrze zajmuje 23,7% porów, z kolei przy większej wilgotności faza gazowa stanowi 23.2% objętości porów. W układzie luźnym aktualna zawartość wody jest mniejsza niż w układzie zwięzłym. W układzie luźnym o małej wilgotności ilość porów, w których mogła znajdować się woda wynosiła 13,4% porów, a przy większej wilgotności 18,1% porów, natomiast w układzie zwięzłym przy mniejszej wilgotności porów tych było 19.8% a przy większej wilgotności 20.8% porów.

Wnioski:

1. stosunki wodne poprawiają się w miarę zagęszczenia gleby, natomiast warunki powietrzne ulegają znacznemu pogorszeniu, jednocześnie wzrasta udział porów o średnicy 0,2 µm, co przyczynia się do zwiększenia wody niedostępnej dla roślin;

2. w miarę zagęszczania gleby zwiększa się udział fazy stałej, natomiast zmniejsza się porowatość ogólna;

3. przypadku fazy luźnej większa wilgotność powoduje zagęszczanie gleby, a w przypadku fazy zagęszczonej wilgotność nie wywiera znacznego wpływu na gęstość gleby;

7

---