FIZYCZNE WŁA
Ś
CIWO
Ś
CI GLEB
FIZYCZNE WŁA
Ś
CIWO
Ś
CI GLEB
substancja
mineralna
45%
powietrze
25%
substancja
organiczna
5%
woda
25%
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)
0,1-0,02
0,1-0,05
0,05-0,02
gruby
drobny
pył
1,0-0,1
1,0-0,5
0,5-0,25
0,25-0,1
gruby
ś
redni
drobny
piasek
> 20
> 200
200-100
100-20
grube
ś
rednie
drobne
kamienie
< 0,02
0,02-0,006
0,006-0,002
< 0,002
ił pyłowy gruby
ił pyłowy drobny
ił koloidalny
cz
ęś
ci iłowe
Cz
ęś
ci
ziemiste
20-1
20-10
10-1
gruby
drobny
Ŝ
wir
Cz
ęś
ci
szkieletowe
Ś
rednica [mm]
Podfrakcja
Frakcja
Grupa frakcji
Krzywa uziarnienia
Podział utworów glebowych na grupy i podgrupy granulometryczne
0-20
0-20
21-35
36-50
41-75
56-100
41-79
41-64
25-59
0-24
0-38
0-23
Pyły
-pył piaszczysty (płp)
-pył zwykły (płz)
-pył gliniasty (płg)
-pył ilasty (płi)
51-75
67-100
25-49
0-24
0-9
0-9
Iły
-ił pylasty (ip)
-ił (i)
21-25
21-25
26-35
26-35
36-50
36-50
51-75
51-65
76-90
0-25
26-40
0-25
26-40
0-25
26-40
0-24
25-39
0-14
50-79
35-53
40-74
25-48
25-64
10-38
10-49
10-24
10-24
Gliny
-glina piaszczysta (gp)
-glina piaszczysta pylasta (gpp)
-glina lekka (gl)
-glina lekka pylasta (glp)
-glina
ś
rednia (gs)
-glina
ś
rednia pylasta (gsp)
-glina ci
ęŜ
ka (gc)
-glina ci
ęŜ
ka pylasta (gcp)
-glina bardzo ci
ęŜ
ka (gbc)
0-5
0-5
6-10
6-10
11-15
11-15
16-20
16-20
0-25
26-40
0-25
26-40
0-25
26-40
0-25
26-40
70-100
55-74
65-94
50-68
60-89
45-63
55-84
40-58
Piaski
-piasek lu
ź
ny (pl)
-piasek lu
ź
ny 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)
Cz
ęś
ci iłowe
< 0,02 mm
Pył
0,1 - 0,02 mm
Piasek
1 - 0,1 mm
Zawarto
ść
frakcji [%]
Grupy – podgrupy granulometryczne (symbol)
Podział utworów glebowych na grupy i podgrupy granulometryczne
wg. BN-78/9180-11
GĘSTOŚĆ GLEBY
Gęstość właściwa (fazy stałej)
γ
= Ms / Vs
[g/cm
3
]
Ms – masa próbki suchej
Vs – objętość próbki suchej
Wartość
γ
zaleŜy 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
Gęstość objętościowa w układzie naturalnym
γ
o
= M / V
[g/cm
3
]
M – masa próbki o nienaruszonej strukturze (Ms, Ms+Mw)
V – objętość próbki (Vs + Vw + Vg)
Gęstość
γ
o
rzeczywista – gleby wysuszonej w temp. 100°C
Gęstość
γ
o
chwilowa – gleby z zawartą w niej wodą
γ
o
gleb gliniastych i ilastych – 1,00 – 1,60 g/cm
3
γ
o
gleb piaszczystych – 1,20 – 1,80 g/cm3
G
ę
sto
ść
obj
ę
to
ś
ciowa
1.1 - 1.9 g/cm
3
G
ę
sto
ść
wła
ś
ciwa
2.6 g/cm
3
Gęstość objętościowa =
Masa / Objętość całości
Gęstość właściwa =
Masa / Objętość fazy stałej
Gęstość gleby - wyznaczanie
G
ę
sto
ść
obj
ę
to
ś
ciowa - przykład
• Masa próbki naturalnej (wilgotnej) = 50 gramów
• Obj
ę
to
ść
próbki = 40 cm
3
• G
ę
sto
ść
obj
ę
to
ś
ciowa = 50 g / 40 cm
3
=
1.25 g/cm
3
POROWATOŚĆ GLEBY
Po
= (Vp / V)*100% [%]
Vp – obj
ę
to
ść
przestrzeni wolnych w glebie zaj
ę
tych
przez powietrze i wod
ę
V – całkowita obj
ę
to
ść
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%
Porowatość gleby zaleŜy od:
czynników wewnętrznych: skład ziarnowy, zawartość próch-
nicy, tekstura i struktura gleby, fauna glebowa, ilość korzeni
czynników zewnętrznych: klimat (wilgotność, temperatura),
zabiegi agrotechniczne
Porowato
ść
ogóln
ą
oblicza si
ę
według wzoru:
Po = (
γ
-
γ
o
)/γ * 100%
γ
– gęstość właściwa gleby
γ
o
– gęstość objętościowa gleby
Lub przy uŜyciu aparatury (porometr Loebella, piknometr
powietrzny Nietscha w modyfikacji Święcickiego)
Porowatość gleby - obliczanie
• G
ę
sto
ść
wła
ś
ciwa gleby = 2.5 g/cm
3
• G
ę
sto
ść
obj
ę
to
ś
ciowa gleby = 1.2 g/cm
3
• Porowato
ść
gleby
(2.5 – 1,2) / 2.5 = .52 albo inaczej 52 %
powietrza i/lub wody
Czyli,
Ŝ
e 52% obj
ę
to
ś
ci naturalnej próbki
gleby zajmuje powietrze i/lub woda,
a 48% cz
ą
stki stałe.
KONSYSTENCJA GLEBY
W zale
Ŝ
no
ś
ci od stopnia uwilgotnienia gleb w odniesieniu do
gleb spoistych (np. gliny, iły) wyró
Ŝ
nia si
ę
trzy konsystencje:
-
zwarta -
ma j
ą
gleba sucha, która podczas działania na ni
ą
nacisku nie zmienia swego kształtu, a po przekroczeniu pewnej
granicy ulega rozkruszeniu,
- plastyczna -
ma j
ą
gleba wilgotna, która pod działaniem
siły zewn
ę
trznej odkształca si
ę
, a po ust
ą
pieniu jej działania
zachowuje nadany kształt,
- płynna -
ma j
ą
gleba mokra, której pod wpływem siły
zewn
ę
trznej nie mo
Ŝ
na nada
ć
kształtu, poniewa
Ŝ
rozpływa si
ę
Gleby niespoiste (np. piaski) na skutek wzrostu wilgotno
ś
ci staj
ą
si
ę
płynne bez przechodzenia w stan plastyczny.
Wilgotno
ść
na granicach konsystencji okre
ś
la si
ę
mianem
granicy płynno
ś
ci, plastyczno
ś
ci i skurczu:
-
granica plastyczno
ś
ci (Lp
) jest to wilgotno
ść
, przy
której gleba przechodzi z konsystencji zwartej w plastyczn
ą
.
- granica płynno
ś
ci (Ly)
jest to wilgotno
ść
, przy której
gleba z konsystencji plastycznej przechodzi w płynn
ą
,
- granica skurczu (Ls)
oznacza tak
ą
wilgotno
ść
, przy
której próbka gleby w miar
ę
dalszego suszenia przestaje
zmienia
ć
swoj
ą
obj
ę
to
ść
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 ci
ęŜ
kie, iły)
Gleby
ś
rednio plastyczne (gliny
ś
rednie i lekkie)
Gleby mało plastyczne (piaski gliniaste i słabo gliniaste)
Gleby nie plastyczne (piaski lu
ź
ne i
Ŝ
wiry)
PLASTYCZNOŚĆ GLEBY – cd.
Wska
ź
nik plastyczno
ś
ci W
p
= L
y
- L
p
Spoisto
ść
gleb Wska
ź
nik plastyczno
ś
ci
spoiste Wp < l
mało spoiste l < Wp < 10
ś
rednio spoiste 10 < Wp < 20
spoiste ci
ęŜ
kie 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 zaleŜy od: składu granulometrycznego,
struktury, wilgotności, zawartości koloidów i próchnicy
Gleby zwi
ę
złe (wytworzone z iłów i glin ci
ęŜ
kich)
Gleby
ś
rednio zwi
ę
złe (wytworzone z glin lekkich,
piasków gliniastych mocnych, utworów pyłowych)
Gleby słabo zwi
ę
złe (wytworzone z piasków gliniastych
lekkich, słabo gliniastych piasków pylastych)
Gleby lu
ź
ne (wytworzone ze
Ŝ
wirów i piasków)
LEPKOŚĆ GLEBY
Jest to właściwość gleby w stanie wilgotnym polegająca na
przyleganiu do róŜnych przedmiotów.
ZaleŜy od składu granulometrycznego, wilgotności, struktury
gleby i jej rodzaju. Gleba uzyskuje lepkość dopiero po osią-
gnięciu pewnego stanu uwilgotnienia.
Gleby pozbawione lepko
ś
ci – gleby suche
Gleby o maksymalnej lepko
ś
ci – zawieraj
ą
ce max. 60%
frakcji ilastej
Gleby zwi
ę
złe bezstrukturalne wykazuj
ą
wi
ę
ksz
ą
lepko
ść
,
ni
Ŝ
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
16
5
25
32
190
Pył ilasty
Glina lekka
Glina ci
ęŜ
ka
Ił
Bentonit
P
ę
cznienie P [%]
Rodzaj utworu
POWIERZCHNIA WŁAŚCIWA GLEBY
Powierzchnia wła
ś
ciwa gleby jest to powierzchnia
przypadaj
ą
ca na jednostk
ę
jej masy, wyra
Ŝ
ana 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 zaleŜności od składu granulometrycznego
Molekularna
Kapilarna
Wolna
Drobnoziarniste
(gliny ci
ęŜ
kie,
iły)
Ś
rednioziarniste
(piaski gliniaste,
pyły, gliny)
Gruboziarniste
(
Ŝ
wiry, piaski)
Utwory glebowe
Forma
wody
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.
10 – 10
-1
10
-2
– 10
-3
10
-4
– 10
-6
10
-6
– 10
-8
10
-9
– 10
-10
ś
wir drobny
Piasek drobnoziarnisty
Pył
Glina
Ił
Współczynnik
filtracji k [cm/s]
Rodzaj utworu
Warto
ś
ci współczynnika filtracji ró
Ŝ
nych utworów glebowych
CHEMIZM ROZTWORU GLEBOWEGO
W roztworze glebowym występują przede wszystkim jony:
H
+
, Na
+
, K
+
, NH
4
+
, Ca
2+
, Mg
2+
, Fe
2+
, Fe
3+
, HCO
3
-
, Cl
-
, NO
3
-
,
CO
3
2-
, SO
4
2-
i niektóre metale przejściowe
oraz róŜne rozpuszczalne substancje organiczne i gazy:
O
2
, CO
2
, CH
4
, N
2
, H
2
S
Mineralizacja polskich wód glebowych kapilarnych =
100-3000 mg/L.
Mineralizacja wody gruntowej-glebowej jest zazwyczaj
znacznie niŜsza.
POWIETRZE GLEBOWE
POWIETRZE GLEBOWE
H
2
S, SO
3
SO
4
2-
Siarka (S)
N
2
, NH
3
, N
2
O, NO
2
-
NO
3
-
Azot (N)
CH
4
, C
2
H
4
CO
2
W
ę
giel (C)
O złych stosunkach
powietrznych
(formy zredukowane)
O dobrych stosunkach
powietrznych
(formy utlenione)
Forma wyst
ę
powania w glebach
Pierwiastek