PODSTAWOWE WŁAŚCIWOŚCI GLEB

PODSTAWOWE

WŁAŚCIWOŚCI GLEB

Grupy właściwości gleb:

• fizyczne

• fizyczno-chemiczne

• chemiczne (skład)

• biologiczne

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

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/cm³

pyły 1,95-2,10 g/cm³

gliny 1,95-2,20 g/cm³

iły 1,75-2,15 g/cm³

piaski próchniczne 1,50-1,90 g/cm³

Gęstość objętościowa poziomów ornych wykazuje wartości niższe niż warstw głębszych. W wyniku ubicia może wystąpić tzw. „podeszwa płużna” o wyższej gęstości objętościowej.

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.

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.

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

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

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 ^OC (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^OC).

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 24

18

12

6

0

30

20

10

WIELKOŚCI OKREŚLAJĄCE STOSUNKI MIĘDZY 3 FAZAMI

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/cm³

gliny 2,67-2,70 (2,72) g/cm³

iły 2,71-2,78 g/cm³

torfy 1,40-1,70 g/cm³

piaski i pyły próchniczne 2,30-2,64 g/cm³

Zależy od gęstości właściwej minerałów wchodzących w skład gleby:

kwarc 2,65 g/cm³

kalcyt 2,72 g/cm³

dolomit 2,86 g/cm³

kaolinit 2,63 g/cm³

getyt 4,00-4,40 g/cm³

hematyt ok. 5,20 g/cm³

montmorylonit 2,00-3,00 g/cm³

gips 2,30-2,37 g/cm³

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.

WIELKOŚCI OKREŚLAJĄCE FAZĘ STAŁĄ

Lepkość

Nazywamy ją zdolność przylegania cząstek gleb do różnych przedmiotów [N/cm²]. 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.

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/cm²].

Opory jednostkowe gleb w hPa, przy orce do głębokości 18-20 cm:

gleby bardzo lekkie < 300

gleby lekkie 300 - 450

gleby średnie 450 - 600

gleby ciężkie 600 - 750

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.

WIELKOŚCI OKREŚLAJĄCE FAZĘ STAŁĄ

Pęcznienie i kurczenie się gleby

Zmiany objętości gleb pod wpływem zmian wilgotności.

P = P_max– V / V P_max – obj. gleby max. spęczniałej K = V – V_min/ V 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.

Pęcznienie gliny lekkiej – 5%, gliny ciężkiej – 25%, iłu – 32%, bentonitu – 190%

WIELKOŚCI OKREŚLAJĄCE FAZĘ STAŁĄ

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.

WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNO-CHEMICZNE GLEB

Struktura minerału ilastego 2:1

Struktura minerału ilastego 1:1

kaolinit

muskowit

WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNO-CHEMICZNE GLEB

Humus kwas fulwowy

kwas huminowy

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]

SKŁAD CHEMICZNY

makroelementy

Zawartość Przeciętna zawartość Składnik (zakres) gleby regionów

wilgotnych

gleby regionów suchych

% % kg/ha % kg/ha

N 0,02-0,50 0,15 3300 0,12 2600

P 0,01-0,20 0,04 880 0,07 1600

K 0,17-3,30 1,70 38000 2,00 44000

Ca 0,07-3,60 0,40 8800 1,00 22000

Mg 0,12-1,50 0,30 6600 0,60 14000

S 0,01-0,20 0,04 880 0,08 1800

mikroelementy

Składnik Zawartość (zakres) Przeciętna zawartość w typowej glebie

% ppm ppm

Fe 0,5-5,0 5000-50000 25000

Mn 0,02-1,0 200-10000 2500

Zn 0,001-0,025 10-250 100

B 0,0005-0,015 5-150 50

Cu 0,0005-0,015 5-150 50

Mo 0,00002-0,0005 0,2-5,0 2

Cl 0,001-0,1 10-1000 50

Co 0,00002-0,0005 0,2-5,0 2

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. 168,0

b.d. – brak danych

Zawartość zanieczyszczeń nieorganicznych w glebach, stwierdzana w terenach nie objętych

bezpośrednią imisją przemysłową (Dinkelberg, Bachmann 1995).

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

Krzywa oddziaływania składników mineralnych na wzrost roślin [Brady 1984]

• BUDOWA PROFILU GLEBOWEGO

• MIĄŻSZOŚĆ

• BARWA

• STRUKTURA

• UKŁAD

• NOWOTWORY GLEBOWE

• DOMIESZKI

• STOPIEŃ ROZKŁADU TORFU W GLEBACH ORGANICZNYCH

CECHY MORFOLOGICZNE GLEB

Profil glebowy – pionowy przekrój gleby, ukazujący jej budowę ze zróżnicowaniem poziomów glebowych.

Poziomy glebowe, zwane również poziomami genetycznymi lub poziomami diagnostycznymi służą typologii gleb, będąc jej podstawowym kryterium.

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 m².

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.

BUDOWA PROFILU GLEBOWEGO

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 50-100 cm,

• głębokie – miąższość profilu glebowego jednolitego genetycznie o takim samym składzie granulometrycznym wynosi ponad 100 cm ale nie sięga 150 cm.

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 25-50 cm,

• głębokie – o miąższości profilu gleby łącznie ze zwietrzeliną utworu macierzystego 50-100 cm,

• bardzo głębokie – o miąższości ponad 100 cm.

Gleby organiczne:

• płytkie – o miąższości 30-80 cm,

• średnio głębokie – o miąższości 80-130 cm,

• głębokie – o miąższości ponad 130 cm.

MIĄŻSZOŚĆ 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).

BARWA GLEB

Humus

CaCO₃ SiO₂ Fe O_{2 3}

Fe O * nH O2 3 2

Czarna

Ciemnoszara Ciemnokasztanowa

Kasztanowa

Brązowa

Czerwona

Brunatna

Jasnobrunatna

Żółta

Żółtoczerwona Płowa Biała

Jasnoszara Szara

MnO₂

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.

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.

BARWA 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 gruzełkówzachodzi 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.

STRUKTURA 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.

DEGRADACJA STRUKTURY 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 !!!

UKŁAD GLEB

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.

Domieszkisą 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.

NOWOTWORY I DOMIESZKI GLEBOWE

Jest określony ilością zawartej w nim masy amorficznej (bezpostaciowej), wyrażoną w procentach lub w skali umownej.

Skala von Posta

H₁ - torf nierozłożony, przy wyciskaniu woda czysta, bezbarwna;

H₁₀ - zupełnie rozłożony torf, bez struktury roślinnej, między palcami przeciska się cała masa torfowa.

STOPIEŃ ROZKŁADU TORFU

Wydobycie torfu w Dolnej Saksonii [SGDD 2012] Rozłożony torf jako podłoże [Lexpol 2012]