PŘEDNÁŠKY O PŮDĚ Zdeněk Máčka Lekce 3 Půdní vlastnosti 1. Přehled půdních vlastností ! Fyzikální vlastnosti " Zrnitost (textura) " Měrná a objemová hmotnost " Pórovitost " Stavba (struktura) " Tepelné vlastnosti " Konzistence " Barva ! Fyzikálně-chemické vlastnosti " Sorpce a výměna iontů " Reakce " Pufrovitost " Oxidačně-redukční vlastnosti 2. Zrnitostní složení půd (textura) ! Zrnitost = procentuální (váhová %) zastoupení velikostních frakcí zrn v půdě. ! Základní zrnitostní frakce: " Jemnozem (< 2 mm) ! Písek (2,0 ­ 0,02 mm) ! Prach (0,02 ­ 0,002 mm) ! Jíl (< 0,002 mm) " Skelet (> 2 mm) Zrnitostní frakce podle NOVÁKA balvany>500 kameny50 ­ 500 hrubý štěrk10 ­ 50 drobný štěrk5 ­ 10 krupkovitý písek2 ­ 5 písek0,1 ­ 2 práškový písek0,05 ­ 0,1 hrubý prach0,01 ­ 0,05 koloidní jíl velmi jemný jíl velmi jemný prach <0,0001 0,0001 ­ 0,002 0,002 ­ 0,01 -skelet -jemnozem -fyzikální jíl (<0,002) -hrubý jíl (<0,01) -prach (0,002 - 0,05) hromadnéskupinovéjednotlivé Průměr zrn (mm) Označení Novákova klasifikace půdních druhů Označení půd ­ půdní druhy Obsah hrubého jílu % částice <0,01 mm Těžké (těžko obdělávatelné) Střední (středně obdělávatelné) Lehké (lehko obdělávatelné) 45 ­ 60 60 ­ 75 >75 Jílovitohlinité Jílovité Jíly 20 ­ 30 30 ­ 45 Písčitohlinité Hlinité 0 ­ 10 10 ­ 20 Písčité Hlinitopísčité jednotlivéskupinové Kopeckého klasifikace půdních druhů písčité zeminypísčitojílovitá zemina písčitijílovitohlinitá zemina jílovitý písek jílovitohlinitý písek hlinitý písek jílovitý zakalený písek slabě hlinitý písek <10 10-20 <5 5-10 10-35 <10 >10 25-40 25-40 10-25 10-25 10-25 <10 <10 12 13 14 15 16 17 18 hlinité zeminyjílovitá hlína hlína písčitá hlína jemně písčitá hlína >20 >20 >20 >20 45-50 10-45 10-45 10-45 8 9 10 11 jílovité zeminyjíl jílovitá zemina jílovitá zemina jílovitá zemina s pískem jílovitohlinitá zemina jílovitopísčitá zemina jílovitohlinitopísčitá zemina - <20 >20 <20 >20 <10 10-20 >75 60-75 60-75 50-60 50-60 40-50 40-50 1 2 3 4 5 6 7 Označení jednotlivé skupinové Obsah částic 0,01-0,05 (%) Obsah částic <0,01 mm (%) Číslo Třídění půd podle zrnitosti ! Trojúhelníkový diagram (NRSC USDA) ! Zrnitostní frakce: " písková zrna (>0,05 mm) " prachové částice (0,002- 0,05) " jílovité částice (<0,002) Označení půd podle obsahu skeletu silně štěrkovité, kamenité, balvanité >50% středně štěrkovité, kamenité, balvanité 20 ­ 50% slabě štěrkovité, kamenité, balvanité <20% OznačeníObsah skeletu Vztah mezi zrnitostí půdy a půdními vlastnostmi střednístřednístřednístřednístředníHLÍNA špatnášpatnédobrádobrášpatnáJÍL střednístřednístřednístřednístředníPRACH dobrádobréšpatnášpatnádobráPÍSEK obrobitelnostprovzdušněníschopnost vázat živiny schopnost vázat vodu infiltracetextura 3. Pórovitost ! Pórovitost = celkový objem pórů, jejich tvar, velikost a rozmístění. ! P=Hs ­ Ho/Hs . 100 [%] " P ... pórovitost " Hs ... měrná hmotnost (váha objemové jednotky pevné části půdy bez pórů) " Ho ... objemová hmotnost (váha objemové jednotky nevysušené/vysušené půdy v přirozeném uložení = včetně pórů) ! Klasifikace pórů podle průměru " Kapilární póry (<0,2 mm) " Nekapilární póry (>0,2 mm) 4. Stavba (struktura) půdy ! Půdní agregáty = strukturní elementy vytvořené seskupením jednotlivých půdních částic. ! Rozdělení agregátů podle velikosti: " mikroagregáty (<0,25 mm) " makroagregáty (>0,25 mm) ! Tmelící látky agregátů: jílové minerály, sesquioxidy, humusové látky, organominerální sloučeniny, vápník, ... ! Procesy tvorby agregátů: " fyzikálně-chemické " biologické " fyzikální Typy půdních struktur ! Elementární (sypká) ! Koherentní ! Agregátová (agregáty) ! Segregátová (segregáty) Typy agregátových struktur ! kulovitá (práškovitá, jemně drobtovitá, drobtovitá [5-10 mm], hrudkovitá, hrudovitá) ! houbovitá Typy segregátových struktur ! střípkovitá (-- prizmatická) ! polyedrická ! hranolovitá (-- prizmatická) ! válcovitá (-- sloupkovitá) ! destičkovitá Příklady půdních struktur 5. Tepelné vlastnosti půd ! Tepelný režim = souhrn jevů, které souvisí s přijímáním, pohybem a odevzdáváním tepla v půdě. ! Zdroje tepla: " sluneční záření " teplo z atmosférického vzduchu " teplo uvolněné při rozkladu organických látek a činnosti organizmů " vnitřní teplo Země Fyzikální veličiny ovlivňující tepelný režim půdy ! Měrné (specifické) teplo " Množství tepla potřebného na zahřátí váhové nebo objemové jednotky půdy o 1°C. ! Tepelná vodivost " Množství 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 ! Geografická poloha (zeměpisná šířka, nadmořská výška, expozice, sklonitost) ! Zrnitost půdy " Písčité půdy ­ rychlý ohřev i vychládání; špatně vedou teplo " Jílovité půdy ­ pomalý ohřev i vychládání; dobře vedou teplo, akumulují teplo ve spodině ! Barva ! Tvar povrchu terénu ! Pokrývka (vegetační kryt) Denní chod teploty půdy ! Zpožďování maxima a minima teploty směrem do hloubky. ! Zmenšování teplotní amplitudy směrem do hloubky. Roční chod teploty půdy ! Zpožďování maxima a minima teploty a zmenšování teplotní amplitudy s hloubkou. ! Duben ­ rychlé zahřívání po roztátí sněhu; červenec ­ teplotní maximum; srpen- leden ­ postupné ochlazování. ! Roční výkyvy teploty zasahují do hloubky 15 m. 6. Konzistence půdy ! Konzistence = stav soudržnosti půd vyvolaný silami koheze a adheze. ! Koheze ­ vzájemné poutání půdních částic působením vnitřních sil. ! Adheze ­ výsledek působení přitažlivých sil mezi půdními částicemi a povrchem tělesa vnikajícího do půdy. ! Konzistenční kategorie půdy: " velmi tuhé " tuhé půdy " kypré (drobivé) " sypké 7. Barva půdy ! Barva = diagnostický znak půdních typů ­ např. černozem, hnědozem, kaštanová půda, červenozem, ... ! Látky ovlivňující barevnost půdy: " humus (černá, hnědočerná, šedá) " sloučeniny Fe (Fe3+: žlutá, hnědá, rezivá ­ goethit a amorfní Fe3+ oxidy, červená - hematit; Fe2+: zelenavé, modravé zbarvení) " sloučeniny Mn (hnědočerné, nafialovělé zbarvení ­ amorfní a krystalický MnO2) " CaCO3, kaolinit (bělavé, šedavé, žlutavé zabarvení) " křemen, jíl (světlé zabarvení) ! Faktory ovlivňující zabarvení půdy: " zrnitost " vlhkost " rozdělení barviv (skvrny, šmouhy, mramorování, ...) 8. Sorpce a výměna iontů ! Půdní koloidy = nepravé roztoky; disperzní systémy s velikostí rozptýlených částic 10-7 až 10-9 m. ! Půdní sorpční komplex = soubor látek, které jsou zdrojem půdní sorpce. " aktivní část ­ sorbuje (jílové minerály, amorfní gely, humus, mikroorganizmy) " pasivní část ­ sorbovaná; výměnné ionty (kationty a anionty) Formy půdní sorpce ! Formy sorpční schopnosti půdy: " mechanická " chemická " biologická " fyzikálně-chemická (výměnná) ! Výměnná sorpční kapacita (VSK) = celkové množství iontů, které jsou v půdě sorbované ve výměnné formě. " Jednotka: molc . kg-1 (molů náboje na 1 kg půdy) Povrchové vlastnosti vybraných půdních látek (včetně VSK) při pH 7 závislý na pH33,09x105Huminová kyselina závislý na pH1,50,8(5-7)x105Alofan závislý na pH0,20,0053x104Oxidy Fe a Al permanentní21,48x105Vermikulit permanentní11,08x105Smektit permanentní30,31x105Ilit závislý na pH1-60,02-0,06(1-2)x104Kaolinit Převážně negativní náboj Intenzita povrchového náboje (molcm-2) VSK (molckg-1) Povrchová plocha (m2kg-1) Složky půdního sorpčního komplexu ! Látky s hlavním podílem na půdní sorpci: " jílové minerály " organické koloidní sloučeniny " koloidní sloučeniny Al, Fe a kyseliny křemičité ! Sorbované ionty: " Kationtová sorpce ! báze: Ca2+, Mg2+, K+, Na+, NH4 + ! H+, Al3+ ! další prvky: Pb, Cu, Co, Zn, Mn, Ba, Ni, ... " Aniontová sorpce Schéma výměny kationtů v nasycené a nenasycené půdě Stupeň sorpčního nasycení ! V = S/T . 100 [%] " V ... stupeň sorpčního nasycení půdy " S ... momentální obsah výměnných bazických kationtů " T ... maximální sorpční kapacita ! V > 50% = půda sorpčně nasycená 9. Půdní reakce ! Vyjádření reakce roztoku pomocí koncentrace H+ " H2O H+ + OH- " [H] > [OH] ­ kyselý roztok " [OH] > [H] ­ zásaditý roztok ! Koncentrace H+ v 1 l vody při t = 22°C je 10-7 g vodíkové číslo " pH = - log[H+] " pH = 7 Třídění půd podle reakce silně zásaditá> 8,4 zásaditá7,5 ­ 8,3 neutrální6,5 ­ 7,4 slabě kyselá5,3 ­ 6,4 kyselá4,6 ­ 5,2 silně kyselá4,1 ­ 4,5 velmi silně kyselá< 4 ReakceVýměnné pH (KCl) Látky ovlivňující půdní reakci ! Alkalická reakce " přítomnost CaCO3 (do pH 8,5) " vysoký obsah Na pH > 8,5 " V = 100% ! Neutrální reakce " přítomnost CaCO3 " V = 80% ! Kyselá reakce " chybí karbonáty, sorpční komplex obsahuje H+ a Al3+ " V < 50 ­ 60% Procesy okyselování půdy ! Kyselina uhličitá " CO2 + H2O H2CO3 HCO3 - + H+ ! Kyseliny z metabolizmu organizmů ! Akumulace humusu ! Oxidace dusíku (nitrifikace) " NH4+ + 2O2 H2O + H+ + H+ + NO3 - ! Odebírání kationtů rostlinami ! Kyseliny v atmosférických srážkách ­ kyselý déšť " H2SO4 SO4 2- + 2H+ " HNO3 NO3 - + H+ Dopady kyselých dešťů na ekosystémy 10. Pufrovací schopnost půd ! Pufrovitost roztoku = schopnost odolávat změně reakce (pH) při přidávání kyseliny nebo zásady. ! Větší obsah půdních koloidů větší pufrovitost. 11. Redukční a oxidační vlastnosti půdy ! Fe2+ = Fe3+ + e- ! Mn2+ = Mn4+ + 2 e- ! Fe3+ = Fe2+ - e- ! Mn4+ = Mn2+ - 2 e- ! Redox potenciál " E ~ od ­ 300 mV do + 750 mV " naše půdy: 100 ­ 400 mV; spodní, trvale zamokřené horizonty i záporné hodnoty ! Význam změn v redox potenciálu: " činnost mikroorganizmů " zásobování rostlin N a P " pedogeneze (pohyblivost sloučenin)