FIZYCZNE WŁAŚCIWOŚCI GLEB

Główne składniki gleb

Trójfazowy układ gleby Faza stała – składniki mineralne, składniki organiczne, związki mineralno-organiczne Faza ciekła – roztwór glebowy, czyli woda z rozpuszczonymi w niej związkami mineralnymi i organicznymi Faza gazowa – powietrze glebowe, czyli mieszanina gazów i pary wodnej

Faza stała gleby Składniki mineralne – okruchy skał, minerały, substancje mineralne Składniki organiczne – próchnica, resztki roślinne, zwierzęce, organizmy glebowe Związki mineralno-organiczne

WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE GLEB Skład mechaniczny (granulometryczny) Gęstość: właściwa, objętościowa Porowatość Zwięzłość Plastyczność Lepkość Pęcznienie i kurczenie się gleb

Skład granulometryczny gleb (tekstura gleb) Frakcja – zbiór ziaren (cząstek) o określonych średnicach, mieszczących się w przedziale liczb granicznych, które wyznaczają największą i najmniejszą średnicę zastępczą określonej frakcji, np. 1,0-0,1 mm. Części szkieletowe – ziarna o średnicy > 1,0 mm Części ziemiste – ziarna o średnicy < 1,0 mm

Podział fazy stałe na frakcje granulometryczne (wg. BN-78/9180-11) Grupa frakcji Frakcja Podfrakcja Średnica [mm] Części szkieletowe kamienie grube średnie drobne > 20 > 200 200-100 100-20 żwir gruby drobny 20-1 20-10 10-1 Części ziemiste piasek średni 1,0-0,1 1,0-0,5 0,5-0,25 0,25-0,1 pył 0,1-0,02 0,1-0,05 0,05-0,02 części iłowe ił pyłowy gruby ił pyłowy drobny ił koloidalny < 0,02 0,02-0,006 0,006-0,002 < 0,002

Krzywa uziarnienia

Podział utworów glebowych na grupy i podgrupy granulometryczne

Grupy – podgrupy granulometryczne (symbol) Podział utworów glebowych na grupy i podgrupy granulometryczne wg. BN-78/9180-11 Grupy – podgrupy granulometryczne (symbol) Zawartość frakcji [%] Piasek 1 - 0,1 mm Pył 0,1 - 0,02 mm Części iłowe < 0,02 mm Piaski -piasek luźny (pl) -piasek luźny pylasty (plp) piasek słabo gliniasty (ps) piasek słabo gliniasty pylasty (psp) piasek gliniasty lekki (pgl) -piasek gliniasty lekki pylasty (pglp) -piasek gliniasty mocny (pgm) -piasek gliniasty mocny pylasty (pgmp) 70-100 55-74 65-94 50-68 60-89 45-63 55-84 40-58 0-25 26-40 0-5 6-10 11-15 16-20 Gliny -glina piaszczysta (gp) -glina piaszczysta pylasta (gpp) -glina lekka (gl) -glina lekka pylasta (glp) -glina średnia (gs) -glina średnia pylasta (gsp) -glina ciężka (gc) -glina ciężka pylasta (gcp) -glina bardzo ciężka (gbc) 50-79 35-53 40-74 25-48 25-64 10-38 10-49 10-24 0-24 25-39 0-14 21-25 26-35 36-50 51-75 51-65 76-90 Iły -ił pylasty (ip) -ił (i) 0-9 25-49 67-100 Pyły -pył piaszczysty (płp) -pył zwykły (płz) -pył gliniasty (płg) -pył ilasty (płi) 25-59 0-38 0-23 41-75 56-100 41-79 41-64 0-20 21-35

Gęstość właściwa (fazy stałej) Vs – objętość próbki suchej GĘSTOŚĆ GLEBY Gęstość właściwa (fazy stałej) γ = Ms / Vs [g/cm3] Ms – masa próbki suchej Vs – objętość próbki suchej Wartość γ zależy od składu mineralnego i zawartości próchnicy: gleby mineralne: 2,65 – 2,80 gleby organiczne: 1,40 – 2,00 Gęstość właściwą wyznacza się za pomocą piknometru

γo = M / V [g/cm3] Gęstość objętościowa w układzie naturalnym M – masa próbki o nienaruszonej strukturze (Ms, Ms+Mw) V – objętość próbki (Vs + Vw + Vg) Gęstość γo rzeczywista – gleby wysuszonej w temp. 100°C Gęstość γo chwilowa – gleby z zawartą w niej wodą γo gleb gliniastych i ilastych – 1,00 – 1,60 g/cm3 γo gleb piaszczystych – 1,20 – 1,80 g/cm3

Gęstość gleby - wyznaczanie Gęstość objętościowa = Masa / Objętość całości Gęstość właściwa = Masa / Objętość fazy stałej Gęstość objętościowa 1.1 - 1.9 g/cm 3 Gęstość właściwa 2.6 g/cm 3

Gęstość objętościowa - przykład Masa próbki naturalnej (wilgotnej) = 50 gramów Objętość próbki = 40 cm3 Gęstość objętościowa = 50 g / 40 cm3 = 1.25 g/cm3

Po = (Vp / V)*100% [%] POROWATOŚĆ GLEBY Vp – objętość przestrzeni wolnych w glebie zajętych przez powietrze i wodę V – całkowita objętość gleby Porowatość ogólna gleby – ogólna objętość porów: - makropory – φ > 8,5 μm - mezopory – φ 0,2-8,5 μm - mikropory – φ < 0,2 μm - gleby piaszczyste – 35-45% - gleby gliniaste i lessy – 40-50% iły i gleby wysoko próchnicze – 50-60% gleby organiczne (torfy) – 80-90%

Po = (γ - γo)/γ * 100% Porowatość gleby zależy od: czynników wewnętrznych: skład ziarnowy, zawartość próch- nicy, tekstura i struktura gleby, fauna glebowa, ilość korzeni czynników zewnętrznych: klimat (wilgotność, temperatura), zabiegi agrotechniczne Porowatość ogólną oblicza się według wzoru: Po = (γ - γo)/γ * 100% γ – gęstość właściwa gleby γo – gęstość objętościowa gleby Lub przy użyciu aparatury (porometr Loebella, piknometr powietrzny Nietscha w modyfikacji Święcickiego)

Porowatość gleby - obliczanie Gęstość właściwa gleby = 2.5 g/cm3 Gęstość objętościowa gleby = 1.2 g/cm3 Porowatość gleby (2.5 – 1,2) / 2.5 = .52 albo inaczej 52 % powietrza i/lub wody Czyli, że 52% objętości naturalnej próbki gleby zajmuje powietrze i/lub woda, a 48% cząstki stałe.

KONSYSTENCJA GLEBY W zależności od stopnia uwilgotnienia gleb w odniesieniu do gleb spoistych (np. gliny, iły) wyróżnia się trzy konsystencje: zwarta - ma ją gleba sucha, która podczas działania na nią nacisku nie zmienia swego kształtu, a po przekroczeniu pewnej granicy ulega rozkruszeniu, plastyczna - ma ją gleba wilgotna, która pod działaniem siły zewnętrznej odkształca się, a po ustąpieniu jej działania zachowuje nadany kształt, - płynna - ma ją gleba mokra, której pod wpływem siły zewnętrznej nie można nadać kształtu, ponieważ rozpływa się Gleby niespoiste (np. piaski) na skutek wzrostu wilgotności stają się płynne bez przechodzenia w stan plastyczny.

Wilgotność na granicach konsystencji określa się mianem granicy płynności, plastyczności i skurczu: granica plastyczności (Lp) jest to wilgotność, przy której gleba przechodzi z konsystencji zwartej w plastyczną. granica płynności (Ly) jest to wilgotność, przy której gleba z konsystencji plastycznej przechodzi w płynną, - granica skurczu (Ls) oznacza taką wilgotność, przy której próbka gleby w miarę dalszego suszenia przestaje zmieniać swoją objętość

PLASTYCZNOŚĆ GLEBY Jest to właściwość zmiany swego kształtu pod wpływem sił zewnętrznych i zachowania nadanych kształtów po ustaniu działania tych sił. Gleby bardzo plastyczne (gliny ciężkie, iły) Gleby średnio plastyczne (gliny średnie i lekkie) Gleby mało plastyczne (piaski gliniaste i słabo gliniaste) Gleby nie plastyczne (piaski luźne i żwiry)

PLASTYCZNOŚĆ GLEBY – cd. Wskaźnik plastyczności Wp = Ly - Lp Spoistość gleb Wskaźnik plastyczności spoiste Wp < l mało spoiste l < Wp < 10 średnio spoiste 10 < Wp < 20 spoiste ciężkie 20 < Wp < 30 bardzo spoiste Wp > 30

ZWIĘZŁOŚĆ GLEBY Jest to siła z jaką gleba przeciwstawia się naciskowi mecha- nicznemu. Miarą zwięzłości jest spójność. Zwięzłość gleby zależy od: składu granulometrycznego, struktury, wilgotności, zawartości koloidów i próchnicy Gleby zwięzłe (wytworzone z iłów i glin ciężkich) Gleby średnio zwięzłe (wytworzone z glin lekkich, piasków gliniastych mocnych, utworów pyłowych) Gleby słabo zwięzłe (wytworzone z piasków gliniastych lekkich, słabo gliniastych piasków pylastych) Gleby luźne (wytworzone ze żwirów i piasków)

LEPKOŚĆ GLEBY Jest to właściwość gleby w stanie wilgotnym polegająca na przyleganiu do różnych przedmiotów. Zależy od składu granulometrycznego, wilgotności, struktury gleby i jej rodzaju. Gleba uzyskuje lepkość dopiero po osią- gnięciu pewnego stanu uwilgotnienia. Gleby pozbawione lepkości – gleby suche Gleby o maksymalnej lepkości – zawierające max. 60% frakcji ilastej Gleby zwięzłe bezstrukturalne wykazują większą lepkość, niż gleby o dobrej strukturze

PĘCZNIENIE I KURCZLIWOŚĆ GLEBY Pęcznienie to zwiększanie objętości gleby pod wpływem pochłaniania wody. Kurczliwość to proces odwrotny. Procesy te obserwuje się tylko w glebach zwięzłych, plastycznych. Pęcznienie gleb P = (Pmax – V) / V jest to stosunek przyrostu objętości gleby maksymalnie spęczniałej Pmax do jej początkowej objętości Kurczenie się gleb K = (V – Vmin) / V Vmin oznacza minimalna objętość gleby uzyskiwaną wówczas, gdy osiąga ona wilgotność odpowiadającą granicy skurczu

PĘCZNIENIE I KURCZLIWOŚĆ GLEBY przykładowe wartości Rodzaj utworu Pęcznienie P [%] Pył ilasty Glina lekka Glina ciężka Ił Bentonit 16 5 25 32 190

POWIERZCHNIA WŁAŚCIWA GLEBY Powierzchnia właściwa gleby jest to powierzchnia przypadająca na jednostkę jej masy, wyrażana w metrach kwadratowych na gram

Faza ciekła gleby Woda w postaci pary wodnej Woda molekularna - woda higroskopowa - woda błonkowata Woda kapilarna - woda kapilarna właściwa - woda kapilarna przywierająca (zawieszona) Woda wolna - woda infiltracyjna (przesiąkająca) - woda gruntowo-glebowa

Udział głównych form wody w glebach w zależności od składu granulometrycznego Forma wody Utwory glebowe Gruboziarniste (żwiry, piaski) Średnioziarniste (piaski gliniaste, pyły, gliny) Drobnoziarniste (gliny ciężkie, iły) Wolna Kapilarna Molekularna

RUCH WODY W GLEBIE Przemieszczanie się wody w glebie charakteryzuje przepuszczalność wodna gleb. Określa ona ruch wody podczas: wchłaniania wody opadowej przez glebę przesiąkania, czyli filtracji wody gruntowej Wchłanianie następuje w dwóch etapach: nasiąkanie gleby wodą pionowe przesiąkanie wody wolnej (infiltracyjnej) Podczas przesiąkania (filtracji) ruch wody odbywa się głównie w kierunku poziomym i przebiega w porach w pełni nasyconych wodą.

Współczynnik filtracji k [cm/s] Piasek drobnoziarnisty Wartości współczynnika filtracji różnych utworów glebowych Rodzaj utworu Współczynnik filtracji k [cm/s] Żwir drobny Piasek drobnoziarnisty Pył Glina Ił 10 – 10-1 10-2 – 10-3 10-4 – 10-6 10-6 – 10-8 10-9 – 10-10

CHEMIZM ROZTWORU GLEBOWEGO W roztworze glebowym występują przede wszystkim jony: H+, Na+, K+, NH4+, Ca2+, Mg2+, Fe2+, Fe3+, HCO3-, Cl-, NO3-, CO32-, SO42- i niektóre metale przejściowe oraz różne rozpuszczalne substancje organiczne i gazy: O2, CO2, CH4, N2, H2S Mineralizacja polskich wód glebowych kapilarnych = 100-3000 mg/L. Mineralizacja wody gruntowej-glebowej jest zazwyczaj znacznie niższa.

POWIETRZE GLEBOWE

POWIETRZE GLEBOWE Pierwiastek Forma występowania w glebach Węgiel (C) O dobrych stosunkach powietrznych (formy utlenione) O złych stosunkach powietrznych (formy zredukowane) Węgiel (C) CO2 CH4, C2H4 Azot (N) NO3- N2, NH3, N2O, NO2- Siarka (S) SO42- H2S, SO3