Powietrze glebowe

Fazy gazowa - składa się z gazów i pary wodnej - powietrza glebowego.

Do najważniejszych właściwości powietrznych gleby zalicza się:

• przewiewność,

• wymiana gazów pomiędzy glebą a powietrzem atmosferycznym

• pojemność powietrzna gleby

Organizmy glebowe

Do organizmów glebowych, czyli edafonu zaliczamy:

• Mikroflorę: wirusy, bakterie, promieniowce, grzyby, glony

• Mikrofaunę: drobne organizmy, które występują w przestworach glebowych: pierwotniaki, nicienie, roztocze i skoczogonki

• Mezofanę: wazonkowce, dżdżownice i stawonogi

• Makrofaunę: małe ssaki: kret, suseł, królik, itp.

Wirusy - Virales Są to organizmy o wymiarach rzędu 10-700 nm Wirusy pasożytujące na: bakteriach - bakteriofagi, atakujące promieniowce - aktinofagi, atakujące grzyby - mikrofagi.

Promieniowce - Actinomycetales Organizmy tworzące długie rozgałęzione nitki lub pałeczkowate komórki. W glebie dominują gatunki z rodzaju Strptomyces; biorą udział w rozkładzie materii organicznej gleby, rozkładają aminokwasy, polisacharydy, tłuszcze, połączenia humusowe. Promieniowce wytwarzają liczne antybiotyki, barwniki i witaminy.

Grzyby - Mycomycetes Zbudowane są z jedno- lub wielokomórkowych nitek - strzępek.

Sorpcyjne właściwości gleb Gleba odznacza się zdolnością zatrzymywania i pochłaniania różnych składników, a w tym jonów i cząstek.

Zdolność tę nazywa się sorpcją, a zjawiska z nią związane - zjawiskami sorpcyjnymi.

O zjawiskach sorpcyjnych decyduje silnie zdyspergowana koloidalna faza stała, sorpcyjnym kompleksem glebowym:

• minerały ilaste

• krystaliczne uwodnione tlenki żelaza i glinu

• próchnica oraz kompleksy ilasto-próchniczne

Źródła ładunków ujemnych w glebie

1. Ładunki zależne od odczynu:

Niewysycone wartościowości występujące na:

• krawędziach warstw krzemowo-glinowych,

• na zewnętrznych powierzchniach płaszczyzn

• na cząsteczkach próchnicy

2. Ładunki trwałe - niezależne od odczynu.

Podwójna warstwa elektryczna

Na powierzchni cząstek koloidalnych powstaje ładunek elektryczny jednego znaku, który na skutek elektrostatycznego oddziaływania tworzy od strony cieczy warstewkę o znaku przeciwnym, złożoną z jonów wymiennych.

Elektryczna warstwa podwójna składa się z:

• Jonów o określonym znaku (część struktury ciała stałego),

• Zdehydratyzowanych jonów znaku przeciwnego,

• Zdehydratyzowane jony j.w. Stanowiace warstwę Gouya,

• Jonow znaku mieszanego - warstwa dyfuzyjna

Sorpcja wymienna Polega na wymianie jonów pomiędzy roztworem glebowym a koloidalnym kompleksem sorpcyjnym.

Czynniki wpływające na sorpcję wymienną

• Budowa sorbenta

• Odczyn gleby

• Rodzaj kationu

• Rodzaj towarzyszącego anionu

• Stężenie kationu w roztworze i stężenie roztworu

• Temperatura

Sorpcja chemiczna - powstawanie w glebie nierozpuszczalnych związków wskutek reakcji chemicznych. Ma duże znaczenie w przypadku anionów kwasu fosforowego, bowiem powstają nierozpuszczalne fosforany żelaza, glinu i wapnia.

Al3+ + H2PO-4 2H+ + Al(OH)2H2PO4

Sorpcja biologiczna - spełnia w glebach podobną rolę wobec jonów: NO-3, SO2-4 i Cl- jak sorpcja chemiczna, ale sorbentami są żywe organizmy: roślinne i drobnoustroje

Sorpcja fizyczna - zagęszczanie na powierzchni silnie zdyspergowanych ciał stałych molekuł innych ciał, znajdujących się w ośrodku płynnym. Powoduje ona zatrzymywanie przez gleby całych molekuł pary wodnej, dwutlenku węgla, amoniaku i in.

Sorpcja mechaniczna - mechaniczne zatrzymywanie stałych cząstek znajdujących się w zawiesinie wodnej.

Odczyn gleb i kwasowość gleb Jest to stosunek jonów wodorowych do jonów wodorotlenowych, na które dysocjuje woda

Podział gleb ze względu na odczyn

pH w 1 mol KCl

<= 4,5 - gleby bardzo silenie kwaśne

4,6-5,5 - gleby kwaśne

5,6-6,5 - gleby lekko kwaśne,

6,6-7,2 - gleby obojętne

>7,2 - gleby zasadowe

Czynniki wpływające na pH gleby

1. Brak składników zasadowych w skałach macierzystych,

2. Przewaga opadów nad ewapotranspiracją,

3. Wynoszenie składników zasadowych wraz z plonami,

4. Dopływ do gleby substancji zakwaszających: kwaśne deszcze, nawozy azotowe

Kwasowość gleb Stan odczynu, przy którym stężenie jonów wodorowych jest > 10-7 (pH <7) nazywamy kwasowością gleby.

Wyróżniamy dwa rodzaje kwasowości:
Kwasowość czynną - spowodowaną przez jony roztworu glebowego,

Kwasowość potencjalna - spowodowana przez jony wymienne glinu i wodoru.

Torf Jest to młoda (holoceńska) skała osadowa pochodzenia organicznego (głównie roślinnego), powstająca w wyniku odkładania i niezupełnego rozkładu szczątków obumarłej roślinności torfotwórczej w warunkach nadmiernego uwilgotnienia i słabego dostępu powietrza.

Masa torfowa stanowi silnie uwodniony (zawiera 86-98 % wody w stanie naturalnym) konglomerat złożony z bituminów, kwasów huminowych i ich soli, hemicelulozy i celulozy, ligniny i innych produktów rozkładu masy roślinnej oraz nie rozłożonych tkanek roślinnych.

Złoże torfowe Jest to organiczna skała osadowa mająca miąższość większą niż 0,5 m i zawierająca w swej suchej masie ponad 20 % (zwykle ponad 50 %) materii organicznej, a powstałą z materiału roślinnego w wyniku procesu paludyzacji, przebiegającego w określonych warunkach nadmiernego uwilgotnienia; złoża torfowe powstają w warunkach, gdzie przyrost masy roślinnej przeważa nad jej mineralizacją hamowaną przez podmokłość, niską temperaturę, nadmierne zakwaszenie lub kombinację tych czynników.

Złoże torfowe można rozpatrywać w różnych aspektach:

1. Jako skałę organiczną o określonej fito-geogenezie,

2. Jako materiał macierzysty gleb murszowych,

3. Jako organiczną kopalinę,

4. Jako określone środowisko geograficzne (epigeosfera) wraz całym splotem powiązań fito- hydro- bliologicznych

Podział złóż torfowych na typy

Torfowiska wysokie - zasilane są w znacznej mierze wodami opadowymi,ubogimi w składniki odżywcze, a rozwijająca się roślinność torfowtórcza charakteryzuje się małymi wymaganiami pokarmowymi. Torfowiska te nazywane są OLIGOTROFICZNYMI.

Torfowiska niskie - zasilane są wodami gruntowymi i rzecznymi, bogatymi w składniki odżywcze. Roślinność torfotwórcza torfowisk niskich wymaga wód żyznych. Torfowiska te nazywane są EUTROFICZNYMI.

Torfowisko przejściowe - stanowi typ pośredni pomiędzy torfowiskiem wysokim i niskim. Nazywane jest MEZOTROFICZNYM

Powstawanie złóż torfowych Akumulacja torfu i przyrost złoża torfowego zależy głównie od produktywności środowiska torfotwórczego i przyrostu masy organicznej oraz od szybkości dekompozycji (rozkładu) materiału roślinnego.

Tworzenie torfowiska może zachodzić na skutek:

1. Zarastania zbiorników wodnych (jezior, stawów, itp..),

2. Inwazji roślinności błotnej na tereny mineralne i zabagnianie gleb mineralnych

Typy torfowisk wysokich

• typ bałtycki - są właściwe klimatowi wilgotnemu, bogatemu w opady. Charakterystyczną cechą jest regeneracja soczewkowa

• typ kontynentalny - występują w suchszym klimacie. Ich powierzchnia w okresach suchych jest bardziej płaska.

Czynniki różnicujące złoża torfowe Czynniki różnicujące złoża torfowe

1. Stopień humifikacji torfu, tj. stosunek produktów humifikacji - humusu do całkowitej masy torfu, lub zawartości nierozłożonych lub tylko częściowo rozłożonych rozłożonych szczątków roślinnych (tzw. włókna),

2. Skład botaniczny szczątków roślinnych nierozłożonych lub częściowo rozłożonych (zwłaszcza gatunków przewodnich, określających rodzaj i gatunek torfu),

3. Zawartość części popielnych.

W wyniku działalności drobnoustrojów złożone związki organiczne, np.. białka, tłuszcze, węglowodany ulegają mineralizacji: Na rozkład roślin torfotwórczych wpływają następujące czynniki:

1. Skład chemiczny roślin, np. cukry, białka i niektóre kwasy organiczne ulegają rozkładowi stosunkowo łatwo, trudno natomiast rozkładają się lignina a zwłaszcza woski, bituminy i garbniki,

2. Warunki środowiska, a przede wszystkim temperatura i stopień wilgotności

Popielność torfów A=(b/a)*100%

a - masa próbki torfu (g), b - masa popiołu (g)

Torfy zawierają popiół pierwotny, pochodzący z roślin torfotwórczych i popiół wtórny, nanoszony na torfowiska przez wody lub wiatry.

Zawartość popiołu pierwotnego w torfach wysokich wynosi 1-5 %, natomiast w torfach niskich ilość popiołu pierwotnego zależy od od stopnia rozkładu i waha się w granicach od 8-18 %.

Zawartość popiołu wtórnego może dochodzić do 50 %

Osady podtorfowe

• Gytia,

• Kreda jeziorna,

• Wapno łąkowe,

• Wiwianit

Gytia lub Gitia Jest osadem dennym organiczno-mineralnym, który odkłada się na dnie zbiorników wodnych ze szczątków obumarłych organizmów głównie niższych, fito- i zoo-planktonu, z równoczesną domieszką osadów mineralnych piasku, iłu, itp.

Dy Osady „Dy” składają się głównie z bezpostaciowego humusu, który został albo wymyty z jakiegoś pobliskiego złoża i przemieszczony wodami na dno zbiornika sedymentującego (pochodzenie osadu allochtoniczne) albo też wytrąconego z wód samego zbiornika mającego charakter dystroficzny (pochadzenie osadu autochtoniczne).

Przeobrażenie gleb organicznych po odwodnieniu

Dojrzewanie fizyczne:

• oddawanie wody błotnistej,

• częściowe kurczenie się masy organicznej

• pękanie i początki tworzenia się struktury gleby

Dojrzewanie chemiczne:

• utlenianie substancji zredukowanych,

• szybka humifikacja i mineralizacja,

• przebudowa lignin

Dojrzewanie biologiczne:

• homogenizacja masy glebowej

• tworzenie się struktury koprolitowej

Gleba jest naturalnym tworem wierzchniej warstwy skorupy ziemskiej powstałym ze zwietrzeliny skalnej na skutek oddziaływania na tę zwietrzelinę czynników i procesów glebotwórczych. Gleba jest złożonym, ożywionym, dynamicznym tworem przyrody, w którym zachodzą ciągle procesy rozkładu, przebudowy, syntezy , przemieszczania związków organicznych i mineralnych. Proces powstawania gleby nazywany jest procesem glebotwórczym.

Gleba jest ośrodkiem porowatym, trójfazowym składającym się:

Fazy stałej - stanowią ją cząstki mineralne, organiczne i organiczno-mineralne,

Fazy ciekłej - jest to woda w której rozpuszczone są związki mineralne, tworząc roztwór,

Fazy gazowej - składającej się z gazów i pary wodnej - powietrza glebowego.

CZĘŚCI SZKIELETOWE - ၦ > 2 mm

I. Frakcja kamienista - > 75 mm

II. Frakcja żwirowa - 75-2 mm

CZĘŚCI ZIEMISTE - ၦ < 2 mm

III. Frakcja piaskowa - 2,0-0,05 mm

1. Piasek bardzo gruby - 2,0-1,0

2. Piasek gruby - 1,0-0,5

3. Piasek średni - 0,5-0,25

4. Piasek drobny - 0,25-0,1

5. Piasek bardzo drobny - 0,1-0,05

IV. Frakcja pyłowa - 0,05-0,002

V. Frakcja iłowa - <0,002

MINERAŁY ILASTE nazywane również minerałami wtórnymi, są to przeważnie krystaliczne uwodnione krzemiany glinu, niekiedy magnezu o strukturze warstwowej lub warstwowo-wstęgowej.

Warstwy tworzą:

• czworościany - tetraedry - O-Si

• ośmiościany - oktaedry - Me-O-OH

Warstwy tetraedryczne i oktaedryczne tworzą większe jednostki nazywane pakietami.

Wyróżniamy pakiety typu: 1:1, 2:1, 2:1:1

Żywe organizmy (edafon) - na ogół nie są zaliczane do substancji organicznej gleby, chociaż w warstwach ornych edafon (głównie mikroorganizmy i części podziemne roślin) stanowi 10-15 % ogólnej masy martwej i żywej materii organicznej gleby.

Szczątki organiczne - resztki roślinne i zwierzęce zarówno świeże, jak też wykazujące różny stopień rozkładu.

Substancje próchniczne - ciemno zabarwione, bezpostaciowe substancje będące produktami rozkładu resztek organicznych oraz związki będące wynikiem resyntezy powodowanej przez mikroorganizmy w glebie. Dzielone są na swoiste i nieswoiste substancje próchniczne.

Swoiste substancje próchniczne -są to wysokocząsteczkowe związki o mało rozpoznanej budowie, które można wyekstrahować 0,1 M roztworem NaOH. Substancje te stanowią 25-90 % substancji próchnicznych. Są one dzielone na: kwasy huminowe, kwasy fulwowe, huminy

Nieswoiste substancje próchniczne - należą tu związki o dobrze rozpoznanej budowie, zaklasyfikowane do różnych w chemii organicznej grup strukturalnych. Stanowią one 10-15 % substancji próchnicznych. Należą tu między innymi: węglowodany, tłuszczowce, aminokwasy, lignina, garbniki.

Kwasy huminowe - grupa kwasów obejmujących substancje próchniczne ekstrahowane z gleb za pomocą różnych rozpuszczalników, a przede wszystkim rozcieńczonym roztworem NaOH. Barwa brunatna do ciemnoszarej.

Kwasy fulwowe - łatwo rozpuszczalna grupa substancji próchnicznych. Stanowią związki łatwo rozpuszczalne w wodzie i innych mediach. Od kwasów huminowych różnią się jaśniejszą barwą, mniejszą zawartością węgla, prostszą budową.

Huminy - najmniej poznane, barwy czarnej, na ogół nie są aktywne i nie biorą bezpośredniego udziału w procesach glebowych.

ROLA I ZNACZENIE ZWIĄZKÓW PRÓCHNICZNYCH W GLEBIE

Substancje próchniczne stanowią jeden z podstawowych czynników decydujących o żyzności gleby. Próchnica, jako swoista forma substancji organicznej, przyczynia się do wzrostu i rozwoju roślin poprzez wpływ na fizyczne, chemiczne i biologiczne właściwości gleby.

Z tego względu wyróżnić można trzy zasadnicze funkcje próchnicy w glebie:

• - próchnica jest źródłem azotu (N) i fosforu (P) dla roślin oraz wpływa na właściwości fizykochemiczne gleby,

• - próchnica wpływa na aktywność mikroflory i mikrofauny glebowej oraz na wzrost i rozwój roślin, - próchnica poprawia strukturę gleby, tym samym wpływa na: aerację, retencję wodną i ułatwia uprawę gleby

Wpływ związków próchnicznych na właściwości fizyczne gleby

Substancje próchniczne wpływają dodatnio na tworzenie się struktury agregatowej gleb, poprawiając stosunki wodno - powietrzne. Próchnica działa jako lepiszcze strukturotwórcze, powodując sklejanie elementarnych cząstek masy glebowej w agregaty. W glebach piaszczystych powoduje to zwiększenie ich zwięzłości, a w glebach o cięższym składzie granulometrycznym, wpływa na zmniejszenie zwięzłości.

Duży wpływ na tworzenie agregatów mają również polisacharydy i białka. Woski, smoły i tłuszcze, choć nie zwiększają zgruźlenia, nasycając agregaty czynią je bardziej odpornymi na działanie wody. Związki próchniczne posiadają wysoką pojemność wodną. W stosunku do swej wagi mogą one zatrzymać 3 - 5 krotnie więcej wody w formie dostępnej dla roślin. Ta właściwość ma szczególne znaczenie w glebach piaszczystych, ponieważ ich pojemność wodna zależy głównie od zawartości substancji próchnicznych. Istotny jest wpływ próchnicy na barwę gleby. Dzięki ciemnemu zabarwieniu próchnica silnie pochłania promienie słoneczne, poprawiając właściwości termiczne gleby.

Wpływ związków próchnicznych na właściwości fizykochemiczne i chemiczne gleb

Związki próchniczne wpływają na zdolności sorpcyjne i na kształtowanie się zasobności gleb.Swoiste związki próchniczne stanowią organiczną część składową kompleksu sorpcyjnego, a ich pojemność sorpcyjna (300 - 1400 meq/100g) przewyższa 4 - 12 razy pojemność części mineralnej. Z tego względu, próchnica odpowiadaza 20 - 70% całkowitej pojemności sorpcyjnej gleby. Związki próchniczne zwiększają też zdolności buforowe gleb, regulując i stabilizując odczyn gleby. Próchnica reguluje stężenie kationów Ca2+, Mg2+, NH4+, Na+,K+ i H+ w roztworze glebowym poprzez ich uwalnianie bądź sorbowanie.

Wpływ związków próchnicznych na rozwój i wzrost roślin i mikroorganizmów

Związki próchniczne mogą odziaływać na ikroorganizmy glebowe i rośliny wyższe w różny sposób. Przede wszystkim są one poważnym źródłem C, N i P, które po zmineralizowaniu są dostępne dla roślin. Makro- i mikroorganizmy glebowe czerpią z substancji organicznej niezbędną dla ich życia energię i mineralne składniki pokarmowe. Z tego względu gleby zasobne w próchnicę odznaczają się wyższą aktywnością biologiczną. Związki próchniczne mają także istotny wpływ na procesy fizjologiczne roślin.

Powstawanie substancji próchnicznych

Substancje organiczne stanowią w glebie układ dynamiczny, ulegający ciągłym przemianom:

W procesach przemian substancji organicznej wyróżnia się dwa zasadnicze kierunki:

1. Rozkład połączony z wytworzeniem prostych związków mineralnych, takich jak: CO2, H2O, NH3 oraz jonów (Ca2+, K+, SO42-, HPO42- itp.). Proces ten określany jest jako mineralizacja.

2. Rozkład połączony z resyntezą związków próchnicznych charakterystycznych dla poszczególnych gleb. Proces ten nosi nazwę .

Przyjmuje się, że od 3/4 do 4/5 substancji organicznej ulega procesom mineralizacji.

Mineralizacja związków organicznych

W czasie rozkładu obumarłej materii organicznej w glebie można wyróżnić trzy zasadnicze fazy, które mogą współwystępować, lecz na ogół przechodzą jedna w drugą:

1. Inicjalna faza - obejmuje procesy hydrolizy i utleniania substancji organicznej bezpośrednio po obumarciu żywych organizmów. Największym zmianom ulegają w komórkach związki aromatyczne i składniki białkowe.

2. Faza mechanicznego rozkładu - rozdrobnienie substancji organicznej pod wpływem makro- i mezofauny, jej przemieszczenie i wymieszanie z innymi składnikami gleby.

Faza mikrobiologicznego rozkładu - żywe organizmy (mikroflora i mikrofauna) powodują przemianę substancji organicznej w związki nieorganiczne. Wydziela się CO2, H2O, NH3, P (jako fosforany), S (jako siarczany i siarczyny), a także Ca, K, Mg i inne pierwiastki (jako wolne lub związane jony).

Proces mineralizacji zachodzący w warunkach tlenowych daje produkty pełnego utlenienia (CO2, H2O, jony Ca2+, K+, SO42-, PO43-, NO3- i inne). Jest on procesem egzotermicznym. Proces mineralizacji przebiegający w warunkach beztlenowych daje produkty: CO2, H2O, H2S, CH4, skatol itp.

Humifikacja związków próchnicznych

Proces humifikacji jest znacznie bardziej złożony niż proces mineralizacji. Humifikacja substancji organicznej łączy się z rozkładem zawartych w nich związków, z syntezą połączeń przez mikroorganizmy, autolizą obumarłych komórek tych organizmów oraz ze zmianami fizykochemicznymi i chemicznymi związków bardziej odpornych na rozkład. Towarzyszą temu procesy polimeryzacji i kondensacji powstających produktów. Proces humifikacji ma charakter przede wszystkim biochemiczny.

WODA W GLEBIE

Spełnia trzy istotne funkcje w przyrodzie:

• jest materiałem budulcowym żywych komórek,

• jest medium transportującym materię (substancje chemiczne w roślinach, substancje zawieszone w ciekach),

• jest nośnikiem energii (prądy oceaniczne i cyrkulacja atmosfery)

Specyficzne właściwości

• jest uniwersalnym rozpuszczalnikiem

• występuje we wszystkich stanach skupienia: lód, woda i para wodna,

Źródła wody w glebie

Opady atmosferyczne:

• Deszcz

• Śnieg

• Grad

• Szron

• Rosa

Siły utrzymujące wodę w glebie

Siły wynikające z wzajemnego oddziaływania pomiędzy fazami: stałą i ciekłą gleby:

• Siły adhezji (przylegania cząstek wody do cząstek gleby),

• Siły London-van der Waalsa (oddziaływanie pomiędzy atomami i cząsteczkami materii - małego zasięgu,

• Siły wiązań wodorowych

2) Siły wynikające ze wzajemnego oddziaływania cząsteczek wody - siły kohezji - dają zjawisko napięcia powierzchniowego.

3) Siły niezależne od oddziaływania faz stałej i ciekłej:

• Siła grawitacji,

• Siła osmotyczna,

• Siła wynikająca z nadciśnienia (w stosunku do ciśnienia atmosferycznego) w fazie gazowej

Rodzaje wody glebowej

1) Woda chemicznie związana (krystalizacyjna, hydratacyjna kompleksu sorpcyjnego, osmotyczna w komórkach),

2) Para wodna.

3) Woda związana z cząstkami glebowymi siłami molekularnymi:

• Higroskopijna - 31-10.000 atm.,

• Błonkowata - przytrzymywana przez zewnętrzne siły molekularne,

4) Woda kapilarna,

5) Woda grawitacyjna

6) Woda gruntowa

7) Woda w postaci lodu

Potencjał wody glebowej O dostępności wody dla systemu korzeniowego roślin decydują siły wiązania wody w glebie, czyli stan energetyczny wody. Ilość pracy, którą trzeba wykonać, ażeby przenieść jednostkową ilość wody glebowej, znajdującej się w równowadze systemu woda-gleba do zbiornika wody wolnej, znajdującego się na poziomie odniesienia w tej samej temperaturze i pod ciśnieniem atmosferycznym nazywamy całkowitym potencjałem wody glebowej. Yc=Ym + Yg + Yo+Yp Wymiarem potencjału wody glebowej jest (J/kg) lub: (J/m3), (N/m2), (J/mol), (erg/g).

Retencja wody glebowej Zdolność gleby do zatrzymywania wody opadowej nazywa się retencją glebową:

• Potencjalna rezerwa retencji,

၄Rp=Rၑppw- Rၑwtw

• Użyteczna rezerwa retencji

၄Ru= ၄Rp*2/3

Ruch wody w glebie

Infiltracja - wsiąkanie wody w poziomą jednostkę powierzchni gleby,

Perkolacja - przesiąkanie wody przez profil glebowy w strefie nienasyconej,

Filtracja - ruch wody w strefie nasyconej.

Szybkość ruchu wody zależy od współczynnika filtracji oraz spadku hydraulicznego:

Q=k*A*I*t

Q - wydatek wody, k - współczynnik filtracji, powierzchnia przekroju przepływu, I - spadek hydrauliczny zwierciadła wody gruntowej, t - czas przepływu

Właściwości termiczne gleb

Gleba jest ciałem heterogenicznym, złożonym z wielu składników. Każdy ze składników gleby ma właściwą dla siebie zdolność do ogrzewania się i przewodzenia ciepła, charakteryzowaną przez:

• ciepło właściwe

• przewodnictwo cieplne

Ciepło właściwe danej substancji (c) jest to ilość ciepła potrzebna do ogrzania jednostki masy tej substancji o 1 o K

Zdolność do ogrzewania się gleby w stanie naturalnym określa za pomocą pojęcia objętościowej pojemności cieplnej:

Jest to ilość ciepła potrzebna do ogrzania 1m3 gleby o strukturze nienaruszonej o 1 oK

Współczynnik przewodnictwa cieplnego Jest to zdolność do przewodzenia ciepła.

Jego wartość jest równa ilości ciepła przepływającego w czasie 1 sekundy między dwoma przeciwległymi bokami sześcianu mającymi wymiar jednostko powierzchni przy występowaniu różnicy temperatury na tych bokach wynoszącej 1 K.

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

• Przewodzenie

• Promieniowanie

• Ruch wody i powietrza w wolnych

przestrzeniach

• Ruch wody i powietrza spowodowany

różnicami temperatur (konwekcja)

• Zmiany stanu skupienia wody w glebie

Temperatura gleby Wypadkowym efektem zmian w dopływie do powierzchni czynnej energii , przebiegu procesów wymiany energii i masy zachodzącej na tej powierzchni oraz przepływu i akumulacji ciepła w profilu glebowym, są zmiany w czasie z wraz z głębokością temperatury gleby.

FUNKCJE GLEBY W EKOSYSTEMIE

• udział w produkcji biomasy,

• uczestnictwo w mineralizacji i humifikacji martwej materii organicznej oraz magazynowaniu próchnicy,

• udział w przepływie energii i obiegu materii,

• stwarzanie warunków życia,

• udział w procesach samoregulacyjnych, zapewniających ekosystemowi względną trwałość i określoną odporność na działanie zewnętrznych czynników destrukcyjnych,

• rejestrowanie zmian środowiska glebotwórczego.

Definicja gleby:

• Dla inżyniera górnika - gleba jest nadkładem przykrywającym skały i minerały, które są wydobywane,

• Rolnik i działkowiec - glebę traktuje jako środowisko wzrostu roślin,

• Inżynier kształtowania środowiska musi glebę postrzegać jako naturalną powłokę skorupy ziemskiej, której odrębność od innych ciał przyrody wynika z jej genezy i właściwości. Gleba powstaje w wyniku integralnego oddziaływania klimatu i żywych organizmów na zwietrzelinę skalną (macierzysty materiał glebowy) w warunkach określonego reliefu, w ciągu pewnego przedziału czasu i przy wpływie pośrednim lub bezpośrednim gospodarczej działalności człowieka.

Gleba jest naturalnym ciałem przyrody składającym się z fazy stałej, ciekłej i gazowej, występuje w wierzchniej warstwie skorupy Ziemskiej, zajmuje określoną przestrzeń i jest opisywana na podstawie obecności poziomów lub warstw, które różnią się od materiałów macierzystych, a które powstały na skutek dopływu, odpływu, przepływu oraz transformacji energii i materii, i jest w stanie utrzymywać rośliny w środowisku naturalnym (Soil Taxonomy , 1999).

Procesy glebotwórcze Przez procesy glebotwórcze rozumie się całokształt zjawisk fizycznych, chemicznych, biochemicznych i biologicznych zachodzących w powierzchniowych warstwach skorupy ziemskiej pod wpływem kontaktu z biosferą, atmosferą i hydrosferą, w wyniku których powstają gleby.

Efektem długotrwałych procesów glebotwórczych w określonych warunkach klimatycznych i na określonych materiałach macierzystych, pod wpływem określonej szaty roślinnej, jest wykształcenie się trwałych cech w profilach glebowych.

WIETRZENIE SKAŁ jest procesem prowadzącym do rozpadu i rozkładu skał i minerałów. Ogólnie można je określić jako rezultat działania niszczących sił przyrody, obejmujący zarówno fizyczny rozpad (rozdrobnienie) jak i chemiczny rozkład skał i minerałów.

Na wpływy sił niszczących narażone są skały i minerały pozostające w stałym kontakcie z czynnikami atmosferycznymi, tzn. występujące na powierzchni ziemi lub w jej pobliżu. W pierwszej fazie wietrzenia podlegają one rozkruszeniu na mniejsze fragmenty, a nawet na poszczególne ziarna mineralne.

WIETRZENIE FIZYCZNE SKAŁ zachodzi na skutek: zmian temperatury związanej z insolacją, zamarzania wody, mechanicznego działania organizmów zwierzęcych i roślinnych.

Równolegle z procesami dezintegracji następują procesy syntezy nowych minerałów i substancji amorficznych. Wszystkie zachodzące przemiany wzajemnie na siebie wpływają, dlatego końcowy produkt wietrzenia rozpatrywać należy jako rezultat ich synergicznego działania.

Tak rozkruszony materiał, posiada znacznie zwiększoną powierzchnię reakcji i charakteryzuje się mniejszą spoistością oraz obecnością szczelin, pęknięć i mikrootworów. Staje się on obiektem ataku wody, tlenu i dwutlenku węgla, inicjującym szereg reakcji chemicznych prowadzących do zmian w składzie chemicznym wietrzejącego materiału. Powstają nowe minerały, zwane minerałami wtórnymi oraz substancje nie wykazujące budowy uporządkowanej, tzn. substancje amorficzne.

WYRÓŻNIAMY:

• Wietrzenie fizyczne (mechaniczne),

• Wietrzenie biochemiczne

Wietrzeniem chemicznym nazywamy procesy chemicznego rozkładu, w trakcie których dochodzi do rozpuszczania i uwalniania składników oraz syntezy nowych minerałów bądź pozostawiania trwałych produktów końcowych rozpadu. Zachodzące przemiany są skutkiem ekspozycji skał i minerałów na warunki atmosferyczne, często skrajnie różne od warunków ich powstawania. Działanie agresywnych czynników środowiskowych, takich jak woda, tlen i CO2, wyzwala spontaniczne reakcje chemiczne w obrębie wietrzejącego materiału.

Wietrzenie minerałów jest procesem bardzo złożonym, odbywającym poprzez szereg reakcji chemicznych, wzajemnie się uzupełniających, bądź indukujących. Najważniejszymi z nich są:

• hydroliza,

• hydratacja,

• utlenianie,

• redukcja,

• karbonatyzacja (uwęglanowienie),

• desylikacja.

• rozpuszczanie.

Hydroliza Rozpuszczanie, rozkład i przebudowa minerałów z udziałem wody. Powstające w ich wyniku formy wodorotlenkowe są zwykle łatwiej rozpuszczalne od minerału macierzystego.

Hydratacja Polega ona na wiązaniu powstałych w wyniku dysocjacji wody jonów H+ i OH- przez strukturę kryształu. Hydratacja łyszczyków prowadzi do wnikania części jonów H+ i OH- przez strukturę kryształu. Hydratacja łyszczyków prowadzi do wnikania części jonów H+ i OH- w przestrzenie międzypakietowe. Skutkiem tego jest rozszerzenie sieci kryształu i zwiększenie jego porowatości, co z kolei przyspiesza inne procesy rozkładu. Reakcje hydratacji powodują przemianę minerału bezwodnego w uwodniony i słabo uwodnionego w silnie uwodniony. Dobrym przykładem tego procesu jest przekształcanie hematytu w limonit.

Utlenianie w procesach wietrzenia rozumieć należy zarówno jako reakcje minerałów z tlenem jak i zmiany wartościowości występujących w ich sieci krystalicznej metali (tzn. zmiany związane z przyjmowaniem lub oddawaniem przez nie elektronów). Procesy utleniania przebiegają w strefie aeracji. Przykładem może być utlenianie tlenku żelazawego, na skutek hydratacji oliwinu, do hematytu.

Redukcja Odtlenianie zachodzące w zwietrzelinie jest powodowane głównie występowanie substancji organicznej i bakterii - warunkami beztlenowymi. W trakcie redukcji tlenek żelazowy przechodzi w tlenek żelazawy. Odtlenianie skał i gleb prowadzi do zmiany zabarwienia z brunatnego na bladożółte, sine.

Karbonatyzacja Jest to proces, w wyniku którego powstają węglany. Kwas węglowy jest słabym kwasem powstającym w wyniku reakcji CO2 z wodą. Dwutlenek węgla w środowisku wietrzeniowym pochodzi częściowo z atmosfery, a częściowo z reakcji biologicznego oddychania i rozkładu materii organicznej. Roztwór kwasu węglowego działa na minerały silniej niż czysta woda. Powstające w wyniku karbonatyzacji produkty są znacznie łatwiej rozpuszczalne niż minerał macierzyste. Proces karbonatyzacji szczególnie silnie zaznacza się w przemianach kalcytu w wyniku których dochodzi do powstawania rozpuszczalnego wodorowęglanu.

Desilikacja Jest to proces powodujący ubytek krzemionki z krzemianów i glinokrzemianów. Powstają nowe związki, których skład zależy od warunków klimatycznych w jakich się tworzą.

W wyniku wietrzenia krzemianów powstają: krzemionka SiO2, tlenki i wodorotlenki żelaza i glinu, manganu, węglany wapnia, magnezu, siarczany wapnia, magnezu i inne.

Rozpuszczanie Zdolność minerałów do rozpuszczania się w wodzie i roztworach wodnych zależy od ich składu chemicznego. Sam proces rozpuszczania polega na rozpadzie danej substancji na poszczególne jony, np. NaCl rozpada się, a dokładniej dysocjuje na kation Na+ i anion Cl-. Rozpad substancji inicjuje szereg dalszych reakcji chemicznych, które wobec ułatwionego dostępu do substratu, charakteryzują się dużą dynamiką.

Produkty wietrzenia ogólnie dzieli się na :

minerały ilaste, tlenki i wodorotlenki glinu, żelaza, tytanu i krzemu (tzw. trwałe produkty końcowe rozpadu), uwolnione jony.

Minerały ilaste oraz tlenki żelaza i glinu (najczęściej uwodnione) stanowią najbardziej rozdrobnioną koloidalną fazę gleby. Są one najaktywniejszymi składnikami mineralnej frakcji gleby i posiadają ogromne znaczenie w kształtowaniu szeregu jej właściwości.

Czynniki warunkujące wzrost roślin

Zdolność gleb do zaopatrywania roślin wyższych w niezbędne pierwiastki mineralne jest podstawowym problemem produkcji roślinnej.

• światło,

• oparcie mechaniczne,

• ciepło,

• powietrze,

• woda,

• składniki pokarmowe.

Wzrost roślin zależy od właściwego stosunku wzajemnego tych czynników. Wzrost roślin ogranicza czynnik minimum, tzn. wysokość produkcji nie może być większa, niż na to pozwala czynnik, który występuje w ilości najmniejszej w stosunku do potrzeb roślin - prawo Liebiga.

Gęstość masy glebowej ,r, jest to średnia gęstość ciała niejednorodnego i wyraża stosunek wartości liczbowej masy cząstek glebowych do ich objętości - Mg*m-3

Gęstość gleby w układzie naturalnym, rcw, jest to średnia gęstość gleby świeżej w układzie naturalnym i wyraża stosunek wartości liczbowej masy gleby wilgotnej (Mc) do jej objętości (Vc), zmierzonej w układzie naturalnym - Mg*m-3

Gęstość gleby suchej, rc, jest to średnia gęstość gleby suchej w układzie naturalnym i wyraża stosunek wartości liczbowej masy gleby po jej wysuszeniu w 105oC (Ms) do objętości próbki (Vc), zmierzonej w układzie naturalnym - Mg*m-3

Gęstość fazy stałej, rs, jest to średnia gęstość fazy stałej gleby i wyraża stosunek wartości liczbowej masy gleby po jej wysuszeniu w 105oC (Ms) do objętości jaką ta faza zajmuje (Vs) - Mg*m-3

Współczynnik porowatości ogólnej, n, jest to stosunek objętości wolnych przestrzeni, nie zajętych przez fazę stałą (Vn=Vw+Va) do objętości całkowitej gleby (Vc) - m3*m-3.

Wskaźnik porowatości, e, jest to stosunek objętości wolnych przestrzeni, nie zajętych przez fazę stałą (Vn=Vw+Va) do objętości fazy stałej gleby (Vs).

Wagowa zawartość wody, w, (wilgotność wagowa) jest to stosunek masy zawartej w próbce gleby (Mw) do masy gleby suchej - wysuszonej w temperaturze 1050C (Ms) - g*g-1, kg*kg-3.

Objętościowa zawartość wody, Q, (wilgotność objętościowa) jest to stosunek objętości wody zawartej w próbce gleby (Vw) do jej objętości całkowitej (Vc), pobranej o strukturze nienaruszonej - cm3 *cm3, m3*m-3.

Wilgotność gleby wyrażona w mm warstwy wody, hw, jest to ilość wody w próbce, wyrażona w mm warstwy wody zawartej w próbce miąższości z.

9

---