PŘEDNÁŠKY O PŮDĚ Zdeněk Máčka Lekce 3 Půdní vlastnosti 1. Přehled půdních vlastností nFyzikální vlastnosti qZrnitost (textura) qMěrná a objemová hmotnost qPórovitost qStavba (struktura) qTepelné vlastnosti qKonzistence qBarva nFyzikálně-chemické vlastnosti qSorpce a výměna iontů qReakce qPufrovitost qOxidačně-redukční vlastnosti 2. Zrnitostní složení půd (textura) nZrnitost = procentuální (váhová %) zastoupení velikostních frakcí zrn v půdě. n Základní zrnitostní frakce: qJemnozem (< 2 mm) nPísek (2,0 – 0,02 mm) nPrach (0,02 – 0,002 mm) nJíl (< 0,002 mm) qSkelet (> 2 mm) bild1177 40 nm – 2,5 mm Fritsch, Cilas Zrnitostní frakce podle NOVÁKA <0,0001 0,0001 – 0,002 0,002 – 0,01 koloidní jíl velmi jemný jíl velmi jemný prach 0,01 – 0,05 hrubý prach 0,05 – 0,1 práškový písek 0,1 – 2 písek 2 – 5 krupkovitý písek 5 – 10 drobný štěrk 10 – 50 hrubý štěrk 50 – 500 kameny >500 balvany - -fyzikální jíl (<0,002) - -hrubý jíl (<0,01) -prach (0,002 - 0,05) -jemnozem -skelet jednotlivé skupinové hromadné Průměr zrn (mm) Označení Novákova klasifikace půdních druhů Označení půd – půdní druhy Obsah hrubého jílu % částice <0,01 mm Lehké (lehko obdělávatelné) Písčité Hlinitopísčité 0 – 10 10 – 20 Střední (středně obdělávatelné) Písčitohlinité Hlinité 20 – 30 30 – 45 Těžké (těžko obdělávatelné) Jílovitohlinité Jílovité Jíly 45 – 60 60 – 75 >75 skupinové jednotlivé Kopeckého klasifikace půdních druhů Číslo Obsah částic <0,01 mm (%) Obsah částic 0,01-0,05 (%) Označení jednotlivé skupinové 1 2 3 4 5 6 7 >75 60-75 60-75 50-60 50-60 40-50 40-50 - <20 >20 <20 >20 <10 10-20 jíl jílovitá zemina jílovitá zemina jílovitá zemina s pískem jílovitohlinitá zemina jílovitopísčitá zemina jílovitohlinitopísčitá zemina jílovité zeminy 8 9 10 11 45-50 10-45 10-45 10-45 >20 >20 >20 >20 jílovitá hlína hlína písčitá hlína jemně písčitá hlína hlinité zeminy 12 13 14 15 16 17 18 25-40 25-40 10-25 10-25 10-25 <10 <10 <10 10-20 <5 5-10 10-35 <10 >10 písčitojílovitá zemina písčitijílovitohlinitá zemina jílovitý písek jílovitohlinitý písek hlinitý písek jílovitý zakalený písek slabě hlinitý písek písčité zeminy Třídění půd podle zrnitosti nTrojúhelníkový diagram (NRCS USDA) nZrnitostní frakce: qpísková zrna (>0,05 mm) qprachové částice (0,002-0,05) qjílovité částice (<0,002) Scan0010 Vložit obrázek z průsvitek – trojúhelníkový diagram Označení půd podle obsahu skeletu Obsah skeletu Označení <20% slabě štěrkovité, kamenité, balvanité 20 – 50% středně štěrkovité, kamenité, balvanité >50% silně štěrkovité, kamenité, balvanité slabě, středně, silně skeletnaté půdy Vztah mezi zrnitostí půdy a půdními vlastnostmi textura infiltrace schopnost vázat vodu schopnost vázat živiny provzdušnění obrobitelnost PÍSEK dobrá špatná špatná dobré dobrá PRACH střední střední střední střední střední JÍL špatná dobrá dobrá špatné špatná HLÍNA střední střední střední střední střední 3. Pórovitost nPórovitost = celkový objem pórů, jejich tvar, velikost a rozmístění. nP=Hs – Ho/Hs . 100 [%] qP … pórovitost qHs … měrná hmotnost (váha objemové jednotky pevné části půdy bez pórů) qHo … objemová hmotnost (váha objemové jednotky nevysušené/vysušené půdy v přirozeném uložení = včetně pórů) nKlasifikace pórů podle průměru qKapilární póry (<0,2 mm) qNekapilární póry (>0,2 mm) 4. Stavba (struktura) půdy nPůdní agregáty = strukturní elementy vytvořené seskupením jednotlivých půdních částic. nRozdělení agregátů podle velikosti: qmikroagregáty (<0,25 mm) qmakroagregáty (>0,25 mm) nTmelící látky agregátů: jílové minerály, sesquioxidy, humusové látky, organominerální sloučeniny, vápník, … nProcesy tvorby agregátů: qfyzikálně-chemické qbiologické qfyzikální Typy půdních struktur nElementární (sypká) nKoherentní nAgregátová (agregáty) nSegregátová (segregáty) n n Typy agregátových struktur nkulovitá (práškovitá, jemně drobtovitá, drobtovitá [5-10 mm], hrudkovitá, hrudovitá) nhoubovitá Typy segregátových struktur nstřípkovitá (-- prizmatická) npolyedrická nhranolovitá (-- prizmatická) nválcovitá (-- sloupkovitá) ndestičkovitá Příklady půdních struktur sejmout0008 Vložit obrázek půdních struktur z průsvitek (převzato ze Smolíkové) 5. Tepelné vlastnosti půd nTepelný režim = souhrn jevů, které souvisí s přijímáním, pohybem a odevzdáváním tepla v půdě. nZdroje tepla: qsluneční záření qteplo z atmosférického vzduchu qteplo uvolněné při rozkladu organických látek a činnosti organizmů qvnitřní teplo Země Fyzikální veličiny ovlivňující tepelný režim půdy nMěrné (specifické) teplo qMnožství tepla potřebného na zahřátí váhové nebo objemové jednotky půdy o 1°C. nTepelná vodivost qMnožství tepla které projde za 1 s průřezem půdy o ploše 1 cm2 o délce 1 cm, když tepelný rozdíl mezi oběma konci je 1°C. Faktory ovlivňující tepelný režim půdy nGeografická poloha (zeměpisná šířka, nadmořská výška, expozice, sklonitost) nZrnitost půdy qPísčité půdy – rychlý ohřev i vychládání; špatně vedou teplo qJílovité půdy – pomalý ohřev i vychládání; dobře vedou teplo, akumulují teplo ve spodině nBarva nTvar povrchu terénu nPokrývka (vegetační kryt) Denní chod teploty půdy nZpožďování maxima a minima teploty směrem do hloubky. nZmenšování teplotní amplitudy směrem do hloubky. Scan0049 Vložit obrázek denního chodu teploty Roční chod teploty půdy nZpožďování maxima a minima teploty a zmenšování teplotní amplitudy s hloubkou. nDuben – rychlé zahřívání po roztátí sněhu; červenec – teplotní maximum; srpen-leden – postupné ochlazování. nRoční výkyvy teploty zasahují do hloubky 15 m. Scan0050 6. Konzistence půdy nKonzistence = stav soudržnosti půd vyvolaný silami koheze a adheze. nKoheze – vzájemné poutání půdních částic působením vnitřních sil. nAdheze – výsledek působení přitažlivých sil mezi půdními částicemi a povrchem tělesa vnikajícího do půdy. nKonzistenční kategorie půdy: qvelmi tuhé qtuhé půdy qkypré (drobivé) qsypké 7. Barva půdy nBarva = diagnostický znak půdních typů – např. černozem, hnědozem, kaštanová půda, červenozem, … nLátky ovlivňující barevnost půdy: qhumus (černá, hnědočerná, šedá) qsloučeniny Fe (Fe3+: žlutá, hnědá, rezivá – goethit a amorfní Fe3+ oxidy, červená – hematit; Fe2+: zelenavé, modravé zbarvení) qsloučeniny Mn (hnědočerné, nafialovělé zbarvení – amorfní a krystalický MnO2) qCaCO3, kaolinit (bělavé, šedavé, žlutavé zabarvení) qkřemen, jíl (světlé zabarvení) nFaktory ovlivňující zabarvení půdy: qzrnitost qvlhkost qrozdělení barviv (skvrny, šmouhy, mramorování, …) n mramor 8. Sorpce a výměna iontů nPůdní koloidy = nepravé roztoky; disperzní systémy s velikostí rozptýlených částic 10-7 až 10-9 m. nPůdní sorpční komplex = soubor látek, které jsou zdrojem půdní sorpce. qaktivní část – sorbuje (jílové minerály, amorfní gely, humus, mikroorganizmy) qpasivní část – sorbovaná; výměnné ionty (kationty a anionty) Formy půdní sorpce nFormy sorpční schopnosti půdy: qmechanická qchemická qbiologická qfyzikálně-chemická (výměnná) nVýměnná sorpční kapacita (VSK) = celkové množství iontů, které jsou v půdě sorbované ve výměnné formě. qJednotka: mekv . 100 g-1; molc . kg-1 (molů náboje na 1 kg půdy) n Povrchové vlastnosti vybraných půdních látek (včetně VSK) při pH 7 Povrchová plocha (m2kg-1) VSK (molckg-1) Intenzita povrchového náboje (μmolcm-2) Převážně negativní náboj Kaolinit (1-2)x104 0,02-0,06 1-6 závislý na pH Ilit 1x105 0,3 3 permanentní Smektit 8x105 1,0 1 permanentní Vermikulit 8x105 1,4 2 permanentní Oxidy Fe a Al 3x104 0,005 0,2 závislý na pH Alofan (5-7)x105 0,8 1,5 závislý na pH Huminová kyselina 9x105 3,0 3 závislý na pH Složky půdního sorpčního komplexu nLátky s hlavním podílem na půdní sorpci: qjílové minerály qorganické koloidní sloučeniny qkoloidní sloučeniny Al, Fe a kyseliny křemičité nSorbované ionty: qKationtová sorpce nbáze: Ca2+, Mg2+, K+, Na+, NH4+ nH+, Al3+ ndalší prvky: Pb, Cu, Co, Zn, Mn, Ba, Ni, … qAniontová sorpce n Schéma výměny kationtů v nasycené a nenasycené půdě Scan0051 Vložit obrázek z průsvitek (obrázek ze Šályho) Stupeň sorpčního nasycení nV = S/T . 100 [%] qV … stupeň sorpčního nasycení půdy qS … momentální obsah výměnných bazických kationtů qT … maximální sorpční kapacita nV > 50% = půda sorpčně nasycená 9. Půdní reakce nVyjádření reakce roztoku pomocí koncentrace H+ qH2O ↔ H+ + OH- q[H] > [OH] – kyselý roztok q[OH] > [H] – zásaditý roztok nKoncentrace H+ v 1 l vody při t = 22°C je 10-7 g → vodíkové číslo qpH = - log[H+] qpH = 7 Třídění půd podle reakce Výměnné pH (KCl) Reakce < 4 velmi silně kyselá 4,1 – 4,5 silně kyselá 4,6 – 5,2 kyselá 5,3 – 6,4 slabě kyselá 6,5 – 7,4 neutrální 7,5 – 8,3 zásaditá > 8,4 silně zásaditá Látky ovlivňující půdní reakci nAlkalická reakce qpřítomnost CaCO3 (do pH 8,5) qvysoký obsah Na → pH > 8,5 qV = 100% nNeutrální reakce qpřítomnost CaCO3 qV = 80% nKyselá reakce qchybí karbonáty, sorpční komplex obsahuje H+ a Al3+ qV < 50 – 60% Procesy okyselování půdy nKyselina uhličitá qCO2 + H2O ® H2CO3 « HCO3- + H+ nKyseliny z metabolizmu organizmů nAkumulace humusu nOxidace dusíku (nitrifikace) qNH4+ + 2O2 « H2O + H+ + H+ + NO3- nOdebírání kationtů rostlinami nKyseliny v atmosférických srážkách – kyselý déšť qH2SO4 « SO42- + 2H+ qHNO3 « NO3- + H+ Dopady kyselých dešťů na ekosystémy Scan0052 Vložit obrázek z průsvitek (Brady/Weil) 10. Pufrovací schopnost půd nPufrovitost roztoku = schopnost odolávat změně reakce (pH) při přidávání kyseliny nebo zásady. nVětší obsah půdních koloidů → větší pufrovitost. 11. Redukční a oxidační vlastnosti půdy nFe2+ = Fe3+ + e- nMn2+ = Mn4+ + 2 e- n nFe3+ = Fe2+ - e- nMn4+ = Mn2+ - 2 e- n nRedox potenciál qE ~ od – 300 mV do + 750 mV qnaše půdy: 100 – 400 mV; spodní, trvale zamokřené horizonty i záporné hodnoty nVýznam změn v redox potenciálu: qčinnost mikroorganizmů qzásobování rostlin N a P qpedogeneze (pohyblivost sloučenin)