PODSTAWOWE WŁAŚCIWOŚCI GLEB

Transkrypt

1 PODSTAWOWE WŁAŚCIWOŚCI GLEB

2 Grupy właściwości gleb: fizyczne fizyczno-chemiczne chemiczne (skład) biologiczne

3 WIELKOŚCI OKREŚLAJĄCE STOSUNKI MIĘDZY 3 FAZAMI Gęstość objętościowa Porowatość Wskaźnik porowatości: Stopień zagęszczenia: Wilgotność WIELKOŚCI OKREŚLAJĄCE FAZĘ STAŁĄ Gęstość właściwa (rzeczywista) Wskaźnik plastyczności Lepkość Zwięzłość Pęcznienie i kurczenie się gleby

4 WIELKOŚCI OKREŚLAJĄCE STOSUNKI MIĘDZY 3 FAZAMI Gęstość objętościowa Ilościowy wskaźnik stosunku do siebie trzech faz w glebie. Zależy od składu mineralnego, porowatości i wilgotności. Służy do obliczenia osiadania, naprężeń, stateczności gruntów, porowatości. Jest to stosunek masy próby glebowej o nienaruszonej strukturze (G) do całkowitej jej objętości (V). o = G / V piaski gliniaste 2,05-2,20 g/cm 3 pyły 1,95-2,10 g/cm 3 gliny 1,95-2,20 g/cm 3 iły 1,75-2,15 g/cm 3 piaski próchniczne 1,50-1,90 g/cm 3 Gęstość objętościowa poziomów ornych wykazuje wartości niższe niż warstw głębszych. W wyniku ubicia może wystąpić tzw. podeszwa płużna o wyższej gęstości objętościowej.

5 WIELKOŚCI OKREŚLAJĄCE STOSUNKI MIĘDZY 3 FAZAMI Porowatość Jest to stosunek objętości przestrzeni wolnych (V p ) do całkowitej objętości gleby (V). n = V p / V Wzrasta ze zmniejszaniem się wymiarów ziaren ze wzrostem porowatości maleje wymiar porów. Zależy od: - jednorodności uziarnienia - kształtu ziaren - wilgotności - temperatury - szaty roślinnej - uprawy roli - sposobu ułożenia ziaren Od porowatości zależy wodochłonność i przepuszczalność gruntów. Porowatość całkowita wszystkie pory: otwarte i zamknięte. Porowatość efektywna pory stykające się ze sobą.

6 WIELKOŚCI OKREŚLAJĄCE STOSUNKI MIĘDZY 3 FAZAMI Makropory > 30 mm Mezopory 0,2-30 mm Mikropory < 0,2 mm Z wyliczeń geometrycznych wynika, że grunt równoziarnisty składający się z kulistych ziaren charakteryzuje się porowatością między 26, a 48%. Grunt różnoziarniste porowatość może być mniejsza od teoretycznego minimum. Gleby gliniaste, ilaste - porowatość może być większa od teoretycznego maximum. Torf 76-90%. Struktury gruzełkowate: uprawa mechaniczna, nawożenie, płodozmian, agro-, fito-, hydromelioracje.

7 WIELKOŚCI OKREŚLAJĄCE STOSUNKI MIĘDZY 3 FAZAMI Wskaźnik porowatości: Jest to stosunek objętości wolnych przestrzeni w glebie (V p ) do objętości zajmowanej przez fazę stałą gleby części stałe (V s ). = V p / V s glina piaszczysta 0,30 glina pylasta 0,80-1,30 iły 0,70 less 0,90 Można go także wyznaczyć z gęstości i gęstości objętościowej gleby suchej: = - os / os

8 WIELKOŚCI OKREŚLAJĄCE STOSUNKI MIĘDZY 3 FAZAMI Stopień zagęszczenia: Charakteryzuje stosunek faz do siebie w glebie, łącząc się bezpośrednio z problematyką porowatości gleb. Jako taki znajduje zastosowanie w rolnictwie, melioracji, budownictwie i innych działach nauki. gleba pulchna objętość naturalna gleba zagęszczona

9 WIELKOŚCI OKREŚLAJĄCE STOSUNKI MIĘDZY 3 FAZAMI Wilgotność Określa się tym wskaźnikiem stosunek masy wody zawartej w glebie (G w ) do masy fazy stałej gleby (G s ), po jej wysuszeniu do 105 O C (wilgotność wagowa), bądź stosunek objętości wody zawartej w glebie (V w ) do objętości całej próbki gleby (V) wilgotność objętościowa. W = G w / G s [%] W o = V w /V [%] Laboratoryjnie wyznacza się poza wilgotnością, również zawartość wody we wszystkich formach: wolnej, kapilarnej, molekularnej higroskopowej, na zasadzie kontrolowanego wypełniania przestrzeni wolnych i odniesienia do suchej masy gleby (105 O C).

10 WIELKOŚCI OKREŚLAJĄCE STOSUNKI MIĘDZY 3 FAZAMI Stosunki wodne w glebach o różnym składzie granulometrycznym [Brady 1984]. Zawartość wody (cm/m gleby) Woda glebowa (%) piasek piasek gliniasty glina glina pylasta glina ciężka ił

11 WIELKOŚCI OKREŚLAJĄCE FAZĘ STAŁĄ Gęstość właściwa (rzeczywista) Określa ją stosunek masy fazy stałej suchej próby gleby (G s ) do objętości zajmowanej przez tą fazę (V s ). = G s / V s piaski 2,65-2,67 g/cm 3 gliny 2,67-2,70 (2,72) g/cm 3 iły 2,71-2,78 g/cm 3 torfy 1,40-1,70 g/cm 3 piaski i pyły próchniczne 2,30-2,64 g/cm 3 Zależy od gęstości właściwej minerałów wchodzących w skład gleby: kwarc 2,65 g/cm 3 kalcyt 2,72 g/cm 3 dolomit 2,86 g/cm 3 kaolinit 2,63 g/cm 3 getyt 4,00-4,40 g/cm 3 hematyt ok. 5,20 g/cm 3 montmorylonit 2,00-3,00 g/cm 3 gips 2,30-2,37 g/cm 3

12 WIELKOŚCI OKREŚLAJĄCE FAZĘ STAŁĄ Wskaźnik plastyczności Wyraża różnicę pomiędzy wilgotnościami gleby odpowiadającymi jej granicy płynności (L y wilgotność, przy której gleba zaczyna tracić zdolność zachowania kształtu nadanego jej przy urabianiu i rozpływa się) i granicy plastyczności (L p wilgotność, przy której gleba nabiera zdolności plastycznego odkształcania się przy urabianiu). W p = L y - L p Wskaźnik ten podaje o ile procent musi wzrosnąć wilgotność gleby, aby zmieniła się jej konsystencja ze zwartej w płynną. Zależy od ilości i właściwości wody gruntowej oraz składu i właściwości cząstek stałych. Jedna gleba ma jednakowe wartości granic konsystencji. więcej cząstek spławialnych wyższa plastyczność montmorylonit >> kaolinit więcej substancji organicznej wyższa plastyczność więcej kationów jednowartościowych wyższa plastyczność Gleba sucha kruszy się pod naciskiem, zachowując się jak ciało sztywne. Wilgotna odznacza się zdolnością plastycznego odkształcania.

13 WIELKOŚCI OKREŚLAJĄCE FAZĘ STAŁĄ Lepkość Nazywamy ją zdolność przylegania cząstek gleb do różnych przedmiotów [N/cm 2 ]. Na skutek lepkości wzrastają bardzo silnie opory przy uprawie gleby. Błonki wodne na powierzchni cząstek glebowych zwiększają powierzchnię styku, np. gleba-metal. Silnie zależy od składu granulometrycznego, przy czym rozdrobnienie gleby powyżej 60% części iłowych nie powoduje już dalszego wzrostu lepkości. Gleby zagregowane mają niższą lepkość poprzez zmniejszenie powierzchni styku. Próchnica zwiększa lepkość gleb piaskowych, zmniejsza lepkość gleb ciężkich. Gleby gliniaste silniej przylegają do drewna niż metalu, gleby piaszczyste i torf odwrotnie.

14 WIELKOŚCI OKREŚLAJĄCE FAZĘ STAŁĄ Zwięzłość Rozumie się przez nią opór, jaki stawia gleba podczas prób jej rozcinania lub rozklinowania. Opór ten wynika z działania sił tarcia narzędzia o glebę oraz istniejących podczas wprowadzania do niej narzędzi [N/cm 2 ]. Opory jednostkowe gleb w hpa, przy orce do głębokości cm: gleby bardzo lekkie < 300 gleby lekkie gleby średnie gleby ciężkie gleby bardzo ciężkie > 750 Na kontakt gleba-narzędzie wpływa zarówno gleba (głównie jej skład granulometryczny) jak rodzaj i kształt narzędzia, charakter powierzchni narzędzia, kąt pod jakim jest wprowadzane narzędzie do gleby, szybkość przesuwania narzędzia w glebie.

15 WIELKOŚCI OKREŚLAJĄCE FAZĘ STAŁĄ Pęcznienie i kurczenie się gleby Zmiany objętości gleb pod wpływem zmian wilgotności. P = P max V / V K = V V min / V P max obj. gleby max. spęczniałej V min obj. gleby skurczonej do min. Jest związane z obecnością minerałów ilastych i materii organicznej. W pęczniejącej glebie maleją siły przyciągania między cząstkami stałymi, co w efekcie może doprowadzić do rozmakania gleby. montmorylonit > hydromiki > kaolinit Jony 1-dodatnie również wzmagają pęcznienie. Bardzo duże znaczenie dla budownictwa, przy wykonywaniu wkopów. Pęcznienie i kurczenie się gleb powodują spękanie gleby i pogłębienie działania procesów glebotwórczych ale mogą również powodować uszkadzanie korzeni roślin.

16 WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNO-CHEMICZNE GLEB Wiele czynników glebowych w zasadniczy sposób modyfikuje jej chemizm, poprzez oddziaływanie na stopień rozpuszczalności składników oraz ich przyswajalności dla roślin, jednocześnie kształtując strukturę gleby a przez to jej warunki powietrzno-wodne. Wśród nich najważniejszymi są : odczyn (ph) gleby, skład granulometryczny, ilość i rodzaj minerałów ilastych, ilość i jakość substancji organicznej, wilgotność gleby, potencjał oxydo-redukcyjny gleby, wzajemne oddziaływanie pierwiastków na siebie.

17 WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNO-CHEMICZNE GLEB Wiele czynników glebowych w zasadniczy sposób modyfikuje jej chemizm, poprzez oddziaływanie na stopień rozpuszczalności składników oraz ich przyswajalności dla roślin, jednocześnie kształtując strukturę gleby a przez to jej warunki powietrzno-wodne. Wśród nich najważniejszymi są : odczyn (ph) gleby, skład granulometryczny, ilość i rodzaj minerałów ilastych, ilość i jakość substancji organicznej, wilgotność gleby, potencjał oxydo-redukcyjny gleby, wzajemne oddziaływanie pierwiastków na siebie.

18 WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNO-CHEMICZNE GLEB Struktura minerału ilastego 2:1 kaolinit muskowit Struktura minerału ilastego 1:1

19 WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNO-CHEMICZNE GLEB Humus kwas fulwowy kwas huminowy

20 SKŁAD CHEMICZNY Skład chemiczny gleby jest cechą bardzo zróżnicowaną i zmienną w czasie. Wpływają na nią wszystkie czynniki zarówno zewnętrzne, jak związane z genezą gleby i jej składem mineralogicznym. Bardzo istotnym jest aspekt wpływu człowieka na skład chemiczny gleb, zarówno bezpośredni (nawożenie, stosowanie środków ochrony roślin, zrzuty ścieków, deponowanie odpadów itd.), jak pośredni (poprzez emisje do atmosfery substancji, po pewnym czasie osiadających na glebę). [Pradeep Gaur/Mint] [Pradeep Gaur/Mint] [Houston's Rice University]

21 makroelementy SKŁAD CHEMICZNY Zawartość Przeciętna zawartość Składnik (zakres) gleby regionów wilgotnych gleby regionów suchych % % kg/ha % kg/ha N 0,02-0,50 0, , P 0,01-0,20 0, , K 0,17-3,30 1, , Ca 0,07-3,60 0, , Mg 0,12-1,50 0, , S 0,01-0,20 0, , mikroelementy Składnik Zawartość (zakres) Przeciętna zawartość w typowej glebie % ppm ppm Fe 0,5-5, Mn 0,02-1, Zn 0,001-0, B 0,0005-0, Cu 0,0005-0, Mo 0, ,0005 0,2-5,0 2 Cl 0,001-0, Co 0, ,0005 0,2-5,0 2 Przeciętna zawartość makroelementów i mikroelementów w różnych glebach

22 SKŁAD CHEMICZNY Materiał glebotwórczy As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Sb Zn piasek 3,0 < 0,3 b.d. 13,0 0,35 < 3,0 40,0 < 0,3 51,0 less 9,6 < 0,3 149,0 25,0 0,16 44,0 51,0 1,1 89,0 glina lodowcowa 5,4 < 0,3 b.d. 14,0 0,08 19,0 32,0 0,9 76,0 ił 10,0 1,1 b.d. 27,0 0,14 74,0 61,0 0,6 121,0 piaskowiec 7,0 0,9 b.d. 15,0 0,11 30,0 75,0 0,6 63,0 bazalt 5,0 0,8 b.d. 71,0 0,10 339,0 49,0 b.d. b.d. brak danych 168,0 Zawartość zanieczyszczeń nieorganicznych w glebach, stwierdzana w terenach nie objętych bezpośrednią imisją przemysłową (Dinkelberg, Bachmann 1995).

23 PRAWO MINIMUM ŚWIATŁO TEMPERATURA SKŁAD GRANULOMETRYCZNY MATERIA ORGANICZNA AZOT POTAS FOSFOR INNE SKŁADNIKI POKARMOWE WODA POWIETRZE ŚWIATŁO TEMPERATURA SKŁAD GRANULOMETRYCZNY MATERIA ORGANICZNA AZOT POTAS FOSFOR INNE SKŁADNIKI POKARMOWE WODA POWIETRZE

24 Krzywa oddziaływania składników mineralnych na wzrost roślin [Brady 1984]

25 CECHY MORFOLOGICZNE GLEB BUDOWA PROFILU GLEBOWEGO MIĄŻSZOŚĆ BARWA STRUKTURA UKŁAD NOWOTWORY GLEBOWE DOMIESZKI STOPIEŃ ROZKŁADU TORFU W GLEBACH ORGANICZNYCH

26 BUDOWA PROFILU GLEBOWEGO Profil glebowy pionowy przekrój gleby, ukazujący jej budowę ze zróżnicowaniem poziomów glebowych. Poziomy glebowe, zwane również poziomami genetycznymi typologii gleb, będąc jej podstawowym kryterium. lub poziomami diagnostycznymi służą Pedon trójwymiarowe ujęcie przekroju gleby jako bryły. Jest to najmniejsza, jednorodna objętość gleby, pozwalająca na jej zbadanie w danym momencie i zdefiniowanie. W praktyce jest to graniastosłup o wysokości równej miąższości gleby i powierzchni płaszczyzny wierzchniej od 1 do kilku m 2. Poziomem glebowym nazywamy mineralną, organiczną lub organiczno - mineralną część profilu glebowego, w przybliżeniu równoległą do powierzchni gleby, odróżniającą się od poziomów sąsiednich stosunkowo jednorodną barwą, konsystencją, uziarnieniem, składem chemicznym, ilością i jakością materii organicznej i innymi właściwościami. Właściwości te mogą być rozpoznawane i oceniane bezpośrednio w profilu glebowym w terenie. Poziomy genetyczne, będące podstawą wyróżniania typów i podtypów gleb, tworzą system poziomów diagnostycznych. W systemie identyfikacyjnym poziomów i warstw glebowych wyróżnia się poziomy główne, poziomy przejściowe, poziomy mieszane, podpoziomy, nieciągłości litologiczne i litologiczno - pedogeniczne oraz cechy towarzyszące.

27 MIĄŻSZOŚĆ GLEB Miąższością gleby nazywa się całkowitą głębokość jej wszystkich poziomów profilu glebowego, od powierzchni do skały macierzystej, która nie wykazuje śladów procesu glebotwórczego. Gleby wytworzone ze skał niemasywnych: całkowite jednolity genetycznie profil o tym samym składzie sięga co najmniej do 150 cm; niecałkowite profile są płytsze niż 150 cm: płytkie profil jednolity genetycznie o niezmienionym składzie granulometrycznym jest płytszy od 50 cm, średnio głębokie miąższość jednolitego profilu wynosi cm, głębokie miąższość profilu glebowego jednolitego genetycznie o takim samym składzie granulometrycznym wynosi ponad 100 cm ale nie sięga 150 cm.

28 MIĄŻSZOŚĆ GLEB Gleby wytworzone ze skał masywnych: płytkie profil glebowy łącznie ze zwietrzeliną utworu macierzystego ma miąższość nie przekraczającą 25 cm, średnio głębokie o miąższości profilu cm, głębokie o miąższości profilu gleby łącznie ze zwietrzeliną utworu macierzystego cm, bardzo głębokie o miąższości ponad 100 cm. Gleby organiczne: płytkie o miąższości cm, średnio głębokie o miąższości cm, głębokie o miąższości ponad 130 cm.

29 BARWA GLEB Zabarwienie gleby i jej poziomów jest jedną z podstawowych cech diagnostycznych. Wynika ona z fizycznych, chemicznych właściwości utworów, a także zawartości swoistych substancji chemicznych. Barwa gleb jest pochodną trzech barw podstawowych: białej, czarnej i czerwonej (żółtawej). Czarna MnO 2 Humus Ciemnokasztanowa Ciemnoszara Kasztanowa Szara Brunatna Brązowa Jasnoszara Jasnobrunatna Czerwona Fe 2 O 3 SiO 2 Fe2O 3 * nh2o CaCO 3 Żółtoczerwona Żółta Płowa Biała

30 BARWA GLEB Zabarwienie: jednolite, niejednolite. Barwa jako wskaźnik dotlenienia profilu glebowego: brunatnoszare zabarwienie dostateczne dotlenienie, zabarwienie smoliście czarne niedostatek tlenu. Barwa a właściwości gleby: nagrzewanie się powierzchni procesy mikrobiologiczne szybsze wysychanie gruntów ciemnych szybkość aktywizacji wiosennej.

31 BARWA GLEB Określenie barw jest subiektywne. Dla minimalizacji rozrzutu stosowane są tabele Munsella. - odcień hue określenie fali świetlnej, dominującej w barwie: 10 barw podzielonych umownie na 10 stopni każda, - czystość value określenie barwy w porównaniu z idealną bielą 10 stopni umownych, - nasycenie chroma ocena czystości barwy dominującej przez określenie stopnia domieszania barw innych 10 stopni czystości. Kod barwny: odcień czystość nasycenie: np. 10YR 3/4 10YR odcień, 3 czystość, 4 nasycenie.

32 STRUKTURA GLEB Struktura gleby to stan zagregowania elementarnych cząstek stałej fazy gleby. Gleby naturalne zawdzięczają swoją strukturę przeobrażeniom utworów niestrukturalnych w stanie zbitym lub luźnym. struktura sferyczna agregaty zbliżone kształtem do kuli; średnica do kilkudziesięciu mm; agregaty ułożone luźno łatwo rozpadają się; wolne przestrzeni nie zanikają wskutek uwilgotnienia. gruzełkowata charakterystyczna dla poziomów próchnicznych gleb uprawnych; krawędzie agregatów niewyraźne, duża porowatość. Powstawanie i utrzymanie gruzełków zachodzi pod wpływem: nawilżania i wysychania występujących na przemian, zamarzania i odmarzania, fizycznego oddziaływania korzeni roślin, działalności fauny glebowej, działalności substancji organicznej, elektrochemicznym właściwościom próchnicy i mineralnych koloidów glebowych, koagulacji substancji koloidalnej w obecności jonów wapnia flokulacja kłaczki.

33 DEGRADACJA STRUKTURY GLEB Procesy glebotwórcze doprowadzają na ogół do zróżnicowania struktury gleb. Utwory bezglebowe są z reguły jednorodne strukturalnie. W wyniku procesów glebotwórczych dochodzi do agregacji części elementarnych gleby, poprzez co wzrasta jej porowatość. W wyniku degradacji dochodzi do niszczenia agregatów glebowych. Czynniki powodujące degradację struktury gleb: zagęszczanie gleby przez koła maszyn i narządzi rolniczych, udeptywanie przez zwierzęta i ludzi, składowanie materiałów, uderzenia kropel deszczu, niewłaściwy dobór i następstwo roślin uprawnych.

34 UKŁAD GLEB Odzwierciedla sposób ułożenia względem siebie poszczególnych części elementarnych (ziaren) i agregatów oraz charakter porowatości, która powstaje w takich warunkach. luźny piaski luźne, żwiry; poszczególne ziarna lub agregaty nie sklejone ze sobą; pulchny dobrze uprawione poziomy próchniczne; występuje porowatość międzygruzełkowa i wewnątrzgruzełkowa optymalne warunki powietrzno-wilgotnościowe i termiczne; zwięzły gleby wytworzone z cięższych materiałów, rędzin, mad; agregaty przylegają ściśle do siebie, nie tworząc dużych przestrzeni wolnych; zbity gleby gliniaste ciężkie, masa glebowa bezstrukturalna, ziarna ściśle przylegają do siebie. Układ gleb ciężkich jest w dużym stopniu wypadkową wilgotności!!!

35 NOWOTWORY I DOMIESZKI GLEBOWE Nowotwory są to widoczne gołym okiem skupienia substancji w różnej formie i różnym składzie chemicznym, które kształtują się i wytrącają w wyniku procesu glebotwórczego. nacieki próchniczne, nagromadzenia krzemionki, wytrącenia łatwo rozpuszczalnych soli, wytrącenia węglanu wapnia, wytrącenia gipsu, wytrącenia żelaziste, koprolity. Domieszki są to wprowadzone przez człowieka materiały, powodujące zmiany w składzie i właściwościach materiału glebowego. gruz budowlany, mieszane odpady komunalne, żużle, żwiry i piaski budowlane, odpady przemysłowe.

36 Wydobycie torfu w Dolnej Saksonii [SGDD 2012] OCHRONA I REKULTYWACJA GLEB Rozłożony torf jako podłoże [Lexpol 2012] STOPIEŃ ROZKŁADU TORFU Jest określony ilością zawartej w nim masy amorficznej (bezpostaciowej), wyrażoną w procentach lub w skali umownej. Skala von Posta H 1 - torf nierozłożony, przy wyciskaniu woda czysta, bezbarwna; H 10 - zupełnie rozłożony torf, bez struktury roślinnej, między palcami przeciska się cała masa torfowa.