Fizyka i Chemia Gleb

Dr inż. Przemysław Woźniczka PODRĘCZNIKI 1. Gleboznawstwo melioracyjne pod red. Marcinka i Święcickiego.

2. Gleboznawstwo – praca zbiorowa pod red. B. Dobrzańskiego i S. Zawadzkiego.

3. Gleboznawstwo Rolnicze – Uggla H..

4.Podstawy gleboznawstwa z elementami kartografii i ochrony gleb – Kuźnicki F., Białousz S., Skłodowski P.

5. Nauka o glebie – Tomaszewski J.

6. Gleboznawstwo ogólne – Musierowicz A.

GLEBA- to powierzchniowa, biologicznie aktywna warstwa skorupy ziemskiej, powstała z różnych skał macierzystych pod wpływem czynników glebotwórczych i podlegająca stałym przemianom w procesie glebotwórczym.

CEL I ZAKRES PRZEDMIOTU GLEBOZNAWSTWO Celem gleboznawstwa jest

: - nauczanie rozpoznawania pokrywy glebowej, - określenie fizycznych i chemicznych właściwości gleb, - zapoznawanie się z prawami przyrody, które pozwolą zaplanować optymalną produkcję roślinną, - opracowanie metod podniesienia urodzajności gleb lekkich, których w Polsce jest ponad 40% powierzchni, - ochrona gleb przed degradacją (zmeliorowane gleby torfowe), - podniesienie urodzajności gleb terenów górskich, - ochrona gleb przed erozją

Gleboznawstwo

występowania.

jest nauką mającą na celu wszechstronne zbadanie gleb jako tworów przyrody – a więc ich genezę, morfologię, właściwości, poznanie typów, rodzajów i gatunków, określenie zasięgów ich

ATMOSFERA HYDROSFERA BIOSFERA GLEBA LITOSFERA

Rys. 1 Gleba jako element środowiska przyrodniczego

KSZTAŁTOWANIE SIĘ GLEB O powstawaniu i kształtowaniu się gleb decydują następujące czynniki glebotwórcze: - klimat - świat roślinny - świat zwierzęcy BIOSFERA - woda - rzeźba terenu HYDROSFERA - skała macierzysta - działalność człowieka - czas tworzenia się gleb

KLIMAT

najważniejsze elementy: insolacja (nasłonecznienie) temperatura wilgotność powietrza zachmurzenie i opady ciśnienie atmosferyczne i związane z nim wiatry Klimat wpływa na: - procesy glebotwórcze proces wietrzenia - procesy glebowe (bielicowanie, brunatnienie itp.) Bezpośredni wpływ klimatu na glebę: - zmywanie powierzchni gleby wodami opadowymi - wywiewanie materiału glebowego Pośredni wpływ klimatu na glebę: - roślinność - typ gospodarki rolnej i leśnej - wilgotność gleby i kierunek ruchu wody w glebie

klimat wilgotny – ruch wody zstępujący. Przesiąkająca woda rozpuszcza i przemieszcza składniki proces przemywania gleb klimat suchy – ruch wody wstępujący. Woda wyparowująca z gleby wzbogaca wierzchnie warstwy w sole rozpuszczalne proces zasolenia gleb

RZEŹBA TERENU

- wpływa pośrednio na kształtowanie się gleb poprzez oddziaływanie na: - erozję - klimat i roślinność - obieg wody w glebie MORFOLOGICZNE TYPY KRAJOBRAZOWE wydzielane są na podstawie rozpiętości i częstotliwości wahań wysokości w przestrzeni: typ równinowy: wahania różnic wysokości względnych na długości 2km od 0 do 300 m a. niziny 0-200 m n.p.m.

b. wyżyny wzniesione ponad 200-300 m n.p.m.

typ górski- wahania różnic wysokości względnych na długości 2km ponad 300m.

a). góry niskie 300-500m, b). średnio wysokie 500-1000m, c). wysokie >1000m

Na podstawie wymiarów przestrzennych wyróżnia się: makrorelief: - większe i złożone składniki krajobrazu mezorelief: - powierzchnie o przekroju dziesiątek i setek metrów i pionowym zróżnicowaniu wysokości względnej 1-10m mikrorelief: - drobne zmiany w urzeźbieniu powierzchni od kilku do kilkudziesięciu metrów i zróżnicowaniu pionowym do 1m FORMY RZEŹBY TERENU - płaskie - wypukłe - wklęsłe

Kształtowanie się gleb w zależności od reliefu

Gleby dobrze wykształcone Gleby słabiej wykształcone erodowane Gleby terenów podmokłych

WODA

(czynnik hydrologiczny) Znaczenie wody jako czynnika glebotwórczego: - przemieszcza i osadza materiał skalny i glebowy, - wpływa na przebieg procesów glebotwórczych i glebowych, - decyduje o krążeniu składników w profilu glebowym, - warunkuje życie gleby Wpływ wód powierzchniowych na tworzenie się gleb: - wody przepływowe proces aluwialny mady -wody spływające z miejsc wyżej położonych w niższe w terenie urzeźbionym proces deluwialny gleby deluwialne Wpływ nadmiernego uwilgotnienia na tworzenie się gleb: - proces glejowy gleby glejowe - proces torfotwórczy gleby torfowe

ORGANIZMY ŻYWE

MIKROORGANIZMY ROŚLINY WYŻSZE ZWIERZĘTA WYŻSZE

Proces tworzenia się gleby ze skały rozpoczynają żywe organizmy

.

Roślinność oddziałuja na: - proces wietrzenia, - kształtowanie się budowy i morfologii profilu glebowego (poziomy Olfh, Pt, Ot, Mt, Ad, A), - właściwości fizyczne i fizykochemiczne i chemiczne gleby (struktura gleby, pH, sorpcja biologiczna)

MIKROORGANIZMY GLEBOWE

: (bakterie, grzyby, promieniowce) - rozkład substancji organicznej, - udział w procesie humifikacji, - wiązanie azotu atmosferycznego i procesy jego przemian w glebie (amonifikacja, nitryfikacja, denitryfikacja), - nagromadzenie niektórych składników w glebie (siarka, żelazo), - uruchamianie trudno rozpuszczalnych związków fosforowych w glebie, - są wskaźnikiem dla gleb świadczącym o wysokiej ich aktywności

ŚWIAT ZWIERZĘCY

mezofauna glebowa (mięczaki, stawonogi i drobne ssaki) - spulchniają glebę, - drążą w glebie kanały i kanaliki, - zwiększają porowatość, przewiewność i przepuszczalność gleb, - rozdrabniają szczątki organiczne i mieszają je z częściami mineralnymi, wpływając przez to na proces humifikacji, - wykazują szczególną aktywność w poziomach O oraz Ad

SKAŁA MACIERZYSTA

wpływa na: - mineralny - chemiczny - granulometryczny skład gleby - właściwości chemiczne i fizyczne gleby - cechy morfologiczne W różnych typach gleb obserwujemy różny wpływ skały w cyklu rozwojowym gleby.

Skała macierzysta jako dominujący czynnik w rozwoju gleby RĘDZINY

Czas jako czynnik glebotwórczy

A A C Bbr

Stadium młodociane

C

Stadium dojrzałe

A Eet Bt C

Stadium gleby „starej”

Procesy glebotwórcze

• •

Proces inicjalny

, zachodzący z udziałem pionierskich zbiorowisk drobnoustrojów, mchów, porostów itp., powoduje powstawanie gleb prymitywnych (inicjalnych). W jego wyniku kształtuje się słabo zaznaczony poziom akumulacji próchnicy.

Proces darniowy

jest uwarunkowany bytowaniem trawiastej roślinności, która tworzy gęstą sieć korzeni w górnym poziomie gleby oraz przyczynia się do rozluźnienia masy glebowej i uformowania struktury drobnoagregatowej. W jego wyniku w wierzchniej części profilu glebowego powstaje wyraźnie wykształcony poziom próchniczy.

A A/C C

Stadium dojrzałe, Czarnoziem

C

Stadium młodociane, Gleba inicjalna

Proces brunatnienia

żelazistych.

polega na stopniowym rozkładzie pierwotnych glinokrzemianów i uwalnianiu się związków żelaza i glinu, które następnie otaczają ziarna gleby, nadając im brunatną barwę. Występują one w postaci wodorotlenków i trwałych kompleksów próchniczo-ilasto-

Proces oglejenia

polega na redukcji mineralnych części utworu glebowego w warunkach dużej wilgotności w obecności substancji organicznej. Fe 3+ przechodzi w Fe 2+ , który jest bardziej ruchliwy, niż Fe niebieskawą lub popielatą. 3+ i jest wymywany przez wodę a gleba zyskuje barwę zielonkawą,

A A A Bbr G C

Stadium gleby dojrzałej - Gleba glejowa

Cgg

Stadium gleby dojrzałej - Gleba brunatna

•

Proces przemywania

(płowienia) polega na przemieszczaniu w głąb profilu glebowego wymytych z wyżej leżących poziomów cząstek koloidalnych, bez ich uprzedniego rozkładu. Proces ten prowadzi do powstania poziomu przemywania (płowego).

•

Proces bielicowania -

przebiega przy: kwaśnym odczynie gleby, piaszczystym uziarnieniu, roślinności lasów iglastych. Polega na rozkładzie glinokrzemianów i koloidów glebowych, na wymywaniu w głąb profilu gleby składników, w pierwszej kolejności zasadowych, a następnie na uruchomieniu kwasów próchnicowych oraz związków Żelaza i glinu, przy równoczesnej ich redukcji. Proces ten prowadzi do powstania poziomu eluwialnego (wymywania) E (jasne, prawie białe zabarwienie) oraz poziomu iluwialnego (wmywania) B (brunatnordzawe zabarwienie).

A

A

Ees Eet Bhfe C Bt C

Stadium gleby „starej” Gleba Bielicowa Gleba płowa

MORFOLOGIA PROFILU GLEBOWEGO A E B C H 2 O

Profil glebowy

jest to pionowy przekrój przez glebę. Aby wykonać profil glebowy trzeba wcześniej wykopać odkrywkę glebową.

100 cm

Schemat odkrywki glebowej

150 cm 150 – 200 cm

•

Cechy morfologiczne profilu glebowego

: - miąższość gleby- (gleby płytkie, średnio głębokie i głębokie), - przejście poziomów, - barwa gleby, - stan uwilgotnienia, - organoleptyczne określenie grupy granulometrycznej, - struktura gleby, - układ gleby, - oglejenie- (plamiste, zaciekowe, marmurkowate, strefowe, całkowite), - wytrącenia żelaziste (plamy, zacieki, smugi, konkrecje), - odczyn gleby – pH, - nagromadzenia CaCO ujęte w spisie cech.

3 w postacie twardej – laleczki węglanowe, lub miękkiej – pseudogrzybnie, naloty, Opis cech morfologicznych uzupełniamy o obserwacje dotyczące zalegania zwierciadła wody glebowo-gruntowej oraz inne cechy nie

MORFOLOGIA PROFILU GLEBOWEGO

W opisie profilu glebowego wydziela się:

Poziomy glebowe

: • O - poziom organiczny • A- poziom próchniczny • E- poziom wymywania (eluwialny) • B- poziom wzbogacania • G- poziom glejowy • P- poziom bagienny • M- poziom murszowy • C- poziom skały macierzystej • D- podłoże mineralne podścielające gleby organiczne • R- podłoże skalne lite lub spękane • Wyróżnia się także poziomy przejściowe AB, EB, BC lub poziomy mieszane A/E, E/B, B/C, a także podpoziomy np.: A1, A2, A3

Barwa gleby – skala Munsella

Schemat poglądowy systemu barw wg. Munsella

Value –jasność barwy Hue - odcień barwy Chroma – nasycenie barwą

Notacja barwy gleby wg. skali Munsella

Schematyczne przedstawienie rodzajów struktur glebowych (utwory mineralne)

masywna gruzełkowa blokowa płytkowa słupowa pryzmatyczna rozdzielnoziarnista

R

gruzełkowa słupowa masywna płytkowa pryzmatyczna rozdzielnoziarnista

Wytrącenia żelazisto manganowe

• Oglejenie marmurkowate

Oglejenie marmurkowate (formy redukcyjne i oksydacyjne

)

Oglejenie całkowite w glebie zabagnianej

Oglejenie całkowite gleby

• Barwa gleby zmienia się po jej natlenieniu – Fe +2 – Fe +3

Wytrącenia żelaziste w glebie piaszczystej

Oglejenie marmurkowate

• widoczne szare i zielonkawo szare plamy w materiale ilastym

Oglejenie plamiste i zaciekowe

Formy wytrąceń Fe, Mn

Nagromadzenia twarde związków żelaza w postaci sferoidalnej

wytrącenie żelaza w postaci orsztynu

Powstawanie wytrąceń żelazistych na powierzchni agregatów glebowych oraz w strefie przykorzeniowej

Fig. Vepraskas 1995

Tworzenie się wytrąceń przykorzeniowych

Strefa koncentracji Fe +++ Stary kanał korzeniowy Strefa koncentracji Fe ++