PŘEDNÁŠKY O PŮDĚ Zdeněk Máčka Lekce 2 Stavební složky půdy 1. Zastoupení půdních složek n Půda = disperzní systém pevné, kapalné a plynné fáze. 2. Minerální podíl půdy n Minerální podíl půdy – tvoří se zvětráváním. n Příroda: 92 chemických prvků, cca 3000 minerálů, desítky druhů hornin. n Chemizmus zemské kůry (váhová %) Prvky nezbytné pro růst rostlin Jak si zapamatovat oněch 18 prvků? C.B. HOPKiNS CaFe, Co. Closed Monday Morning and Night See You Zoon, the Mg. Zastoupení horninových typů na zemském povrchu n Plocha souše = 149 mil. km^2; 75% - sedimenty, 25% - vyvřeliny a metamorfity. n 5 skupin hornin = 90% povrchu souše. Zastoupení minerálů v horninách zemského povrchu n Minerály v horninách vystavených zvětrávání na zemském povrchu. Zastoupení minerálů v horninách - pokračování n Zastoupení nerostů v horninách (váhová %). Minerální síla různých matečných hornin n 15 prvků přijímáno z půdy → pouze 4 prvky v zemské kůře obsah > 1% (K, Ca, Mg, Fe). Zvětrávání n Způsoby rozpadu hornin: q fyzikální (mechanické) zvětrávání q biogeochemické zvětrávání 2.1 Fyzikální zvětrávání n Exfoliace n Působení teplotních změn n Růst krystalů solí n Působení rostlin a živočichů n Abraze vodou, ledem a větrem Biogeochemické zvětrávání n Rozpouštění n Hydratace n Hydrolýza n Působení kyselin n Komplexní zvětrávací pochody Faktory podmiňující zvětrávání n Zvětrávání → zvětralinový plášť (regolith) n Mocnost regolithu: q střední Evropa – dm, max. několik m q tropy – běžně 20 m, max. 100 m n Faktory ovlivňující charakter zvětrávání a mocnost regolithu: q organická aktivita v půdách q podnebí q nasycení půdního roztoku q minerální složení hornin q reliéf q čas n Dvě skupiny zvětrávání: q sialitické (Si – Al; SiO[2]/Al[2]O[3]≥2) q alitické (Al; SiO[2]/Al[2]O[3]≤2) Produkty biogeochemického zvětrávání n Produkty chemického zvětrávání q Hydroxidy s obsahem bází (báze: Na, K, Ca, Mg) [q ] Hydroxidy železa a hliníku (Fe/OH/[3], Al/OH/[3]) q Soli: karbonáty, sulfáty, chloridy, nitráty, … q Kyselina křemičitá (SiO[2]) [n ] soli – např. NaSiO[3], K[2]SiO[3 ]n gel – SiO[2].nH[2]O n Biogeochemické zvětrávání = rozklad + následná syntéza. Sekundární minerály běžné v půdách Jílové minerály n Různá pojetí jílu: q mineralogický jíl = jílové minerály q fyzikální jíl = částice < 0,002 mm n Minerální složení fyzikálního jílu v půdách: q 70 – 80% jílové minerály, 10- 15% oxidy a hydroxidy Fe, Al, Si, 7 – 10% primární minerály (živce, křemen, …), 3 – 5% organické látky. n Jílové minerály = hydratované, vrstevnaté silikáty; převážně krystalické. Vnitřní stavba jílových minerálů n Základní stavební jednotky jílových minerálů: q Tetraedry (čtyřstěny – SiO[4]) q Oktaedry (osmistěny – Al[2]/OH/[6], Mg[3]/OH/[6]) Vnitřní stavba jílových minerálů - pokračování n 2 VRSTVY (1:1) – 1x vrstva tetraedrů, 1x vrstva oktaedrů n 3 VRSTVY (2:1) – 2x vrstva tetraedrů, 1x vrstva oktaedrů n 4 VRSTVY (2:1:1) – 2x vrstva tetraedrů, 1x vrstva oktaedrů, 1x brucitová vrstva: např. chlorit n ŘETĚZOVÁ MŘÍŽKA: např. palygorskit, sepiolit Izomorfní záměna v micelle jílového minerálu Přehled významných skupin jílových minerálů n Krystalické jílové minerály q Dvojvrstevnaté (1:1) q Trojvrstevnaté bobtnavé (2:1) q Trojvrstevnaté nebobtnavé (2:1) n Amorfní jílové minerály n Smíšené skupiny Krystalické jílové minerály n Dvojvrstevnaté jílové minerály (1:1) q Kaolinitová skupina n kaolinit (Si[4]Al[4]O[10]/OH/[8]) n halloyzit (Si[4]Al[4]O[10]/OH/[8].4H[2]O) n Trojvrstevnaté bobtnavé jílové minerály (2:1) q Smektitová skupina n montmorillonit n beidelit n nontronit n saponit q Vermikulitová skupina n Trojvrstevnaté nebobtnavé jílové minerály (2:1) q Illitová skupina (slídy) n illit n glaukonit q Chlority Krystalické jílové minerály - pokračování Amorfní jílové minerály n Skupina allofanu q allofan q hisingerit Pedologické významné vlastnosti jílových minerálů n Sorpce, výměna iontů n Vododržnost n Bobtnání a smršťování Tvorba jílových minerálů v půdách n Přestavba krystalové mřížky vrstevnatých silikátů n Syntéza z iontů a koloidů vzniklých rozkladem silikátů n Zdědění jílových minerálů z matečné horniny n Přeměna jednoho jílového minerálu ve druhý n Půdní jíl obvykle obsahuje asociaci 2 – 6 jílových minerálů. 3. Organický podíl půdy n Organický podíl půdy zahrnuje: q živé organizmy – půdní flóra a fauna (EDAFON) + kořenový systém vegetace (RHIZOSFÉRA) q neživou organickou hmotu (HUMUS) Ekologické faktory půdní bioty n Póry n Teplota n Vlhkost n Složení půdního vzduchu (obsah O[2] a CO[2]) n Světlo n Chemické prostředí (obsah živin, reakce, obsah solí) n Vegetační kryt Funkční skupiny edafonu n Funkční skupiny půdních organizmů: q producenti q konzumenti q rozkladači (dekompozitoři) Rostlinné organizmy - fytoedafon n Baktérie n Aktinomycety n Houby n Sinice, řasy n Lišejníky Formy nejdůležitějších půdních mikroorganizmů Živočišné organizmy - zooedafon n Mikrofauna (< 0,1 mm) q Prvoci (Protozoa) n Bičíkovci (Flagellata) n Kořenonožci (Rhizopoda) n Nálevníci (Ciliata) n Mezofauna (0,1 mm – 1 cm) q Členovci (Arthropoda) n Roztoči (Acari) n Chvostoskoci (Collembola) q Hlístice („háďátka“; Nematoda) n Makrofauna (> 1 cm) q Žížaly (Lumbricidae) q Roupice (Enchytraeidae) q Členovci (Arthropoda) q Plži (Gastropoda) Někteří zástupci půdní fauny Členění půdních mikroorganizmů podle účasti v koloběhu prvků n Mikroorganizmy koloběhu dusíku q nitrogenní q amonizační a hnilobné q nitrifikační q denitrifikační n Mikroorganizmy koloběhu uhlíku n Mikroorganizmy koloběhu minerálních sloučenin Neživá organická složka půdy (humus) n Procesy přeměny organických látek v půdě q mineralizace q humifikace – vznik humusu q rašelinění Názvosloví humusu n Celkový humus: q Povrchový humus q Vlastní (půdní) humus n Povrchový humus: q Opad (förna, litter), L-vrstva q Drť (fermentační vrstva), F-vrstva q Měl (humifikační vrstva), H-vrstva n Prsť (mydát) = měl promíchaný s minerálními částicemi. Třídění humusu podle látkového složení n Nespecifické sloučeniny q Např.: uhlovodíky, sacharidy, mastné kyseliny, alkoholy, aldehydy, étery, živice, bílkoviny, aminokyseliny n Specifické sloučeniny (huminové látky) q Fulvové kyseliny (fulvokyseliny; + soli: fulváty) q Huminové kyseliny (+ soli: humáty) q Huminy Příklad stavby molekuly huminové kyseliny Význam humusu pro půdu n Význam pro půdní fyziku n Chemicko-biologický význam n Fyziologický význam 4. Půdní voda n Síly působící na vodu v půdě: q Sorpční síly – hygroskopická, obalová voda q Kohezní síly – kapilární voda q Gravitace – gravitační voda Hydrologické konstanty půdní vody n Plná vodní kapacita n Kapilární kapacita n Maximální hygroskopičnost n Kapilární voda – výpočet výšky kapilárního zdvihu n H = 15/r H … výška kapilárního zdvihu 15 … kapilární vodní konstanta (závislá na teplotě) r … poloměr kapiláry Vztah mezi hygroskopickou vodou – texturou – vlhkostí vzduchu Zdroje a ztráty půdní vody Ztráta půdní vody transpirací 5. Půdní vzduch n Složení půdní atmosféry: q Kyslík n obsah: 18 – 20% n obsah 10% = počátek redukčních pochodů, obsah 5% = ustává růst kořenů n Spotřeba O[2] v půdě: q chemické a biochemické reakce q oxidace minerálních a organických sloučenin q dýchání kořenů q aerobní organizmy q Oxid uhličitý n Obsah: 0,3% q Dusík q Vodní pára n 100% vlhkost vzduchu