Ocena wybranych właściwości utworów pod kątem ich przydatności dla rekultywacji.

Skład granulometryczny

•

Skład

granulometryczny

gleby

charakteryzuje stan rozdrobnienia mineralnej

części fazy stałej gleby. Jest wyrażany

procentowym udziałem poszczególnych cząstek

mineralnych

zwanych

frakcjami

granulometrycznymi.

•Frakcją nazywamy zbiór cząstek o określonych

średnicach mieszczących się w przedziale liczb

granicznych które wyznaczają największa i

najmniejszą średnicę zastępczą danej frakcji.

Skład granulometryczny

Skład

granulometryczny

jest

podstawowym

elementem

rozpoznawczym

klasyfikacjach

utworów dla potrzeb rekultywacji ze
względu na swoją stabilność oraz ze
względu

istotny

wpływ

kształtowanie pozostałych właściwości
gleb.

Skład granulometryczny

•Kamienie  i  żwir  są  to  w  stosunkowo  niewielkim
stopniu  zmienione  okruchy  skalne  o  składzie
mineralogicznym  i  chemicznym  zbliżonym  do  skał  z
których powstały.

•Piasek, pył i ił pyłowy składają się głównie z
kwarcu i krzemionki w związku z czym są
chemicznie mało aktywne.

•Ił koloidalny składa się głównie z zespołu wtórnych
glinokrzemianów tzw. minerałów ilastych.

Skład granulometryczny

Frakcja kamieni i żwiru to tzw. frakcje
szkieletowe.
Ze

względu

zawartość

części

szkieletowych wyróżniamy gleby:
-

szkieletowe

frakcji

szkieletowych w całej masie gleby)
- szkieletowate (< 50 % frakcji
szkieletowych)

Skład granulometryczny

Istnieją

różne

klasyfikacje

składu

granulometrycznego

–

klasyfikacja

gruntoznawcza (geologiczno-inżynierska)
wg. PN-74/b-02480 oraz klasyfikacja
gleboznawcza opracowana przez Polskie
Towarzystwo Gleboznawcze BN-78/9189-
11 oraz nowa klasyfikacja PN-R-04033.

Klasyfikacja

gruntoznawcza

Klasyfikacja

gleboznawcza

PN-74/B-02480

BN-78/9189-11

frakcja kamienista

d > 40

d>20

frakcja żwirowa

40 d >2

20d>1

frakcja piaskowa

2d>0,05

1>d>0,1

frakcja pyłowa

0,05d>0,002

0,1>d>0,02

frakcja iłowa

d 0,002

części spławialne d<0,02

Klasyfikacje frakcji granulometrycznych
(d – średnica cząstek w mm)

Metody sedymentacyjne

Wykorzystują zasadę, że większe cząstki w wodzie
opadają  szybciej  niż  drobne.  W  metodach  tych
zakłada  się,  że  poszczególne  cząstki  nie  zderzają
się  ze  sobą  ani  ze  ściankami  naczynia  i  że
temperatura  zawiesiny  jest  jednakowa  w  całej
objętości.
Do metod sedymentacyjnych należą:
Metoda Attenberga – wykorzystująca tzw. cylindry
Attenberga
Metoda pipetowa – wykorzystująca pipetę Köhna
Metoda areometryczna według Prószyńskiego

Metody sitowe

Metody

sitowe

służą

głównie

oddzielania części szkieletowych oraz do
oznaczania

poszczególnych

frakcji

piasku.

Metody przedstawiania wyników

analizy granulometrycznej

Trójkąt Fereta (wykres trójkątny) -
graficzna metoda odwzorowywania składu
osadu/gruntu.

Jednym

punktem

układzie

współrzędnych

trójkątnych

przedstawia

się

udział

trzech

podstawowych

frakcji

granulometrycznych.

Metody przedstawiania wyników

analizy granulometrycznej

Krzywa kumulacyjna (dystrybuanta) -
Krzywa

skumulowanej

wartości

procentowej

przedstawiona

kartezjańskim układzie prostokątnych osi
współrzędnych x, y. Na osi odciętych
zaznacza się średnice, na osi rzędnych -
procentową

zawartość

materiału

osadzie.

Granice konsystencji

Granice konsystencji określa się w utworach zwięzłych

(np. gliny, iły). Wyróżnia się trzy konsystencje:

- zwartą – ma ja gleba sucha, która podczas działania

na nią nacisku nie zmienia swego kształtu, a po
przekroczeniu pewnej granicy ulega rozkruszeniu

- plastyczną – ma ją gleba wilgotna, która pod

działaniem siły zewnętrznej odkształca się a po
ustąpieniu działania zachowuje nadany kształt

- płynną – ma ją gleba mokra, której pod wpływem siły

zewnętrznej nie można nadać kształtu, ponieważ
rozpływa się

Wilgotność odpowiadająca granicy przedziałów, w

których utwór znajduje się w określonych stanach
nazywa się granicami konsystencji.

Granica płynności oznacza wilgotność, przy której utwór

zaczyna tracić zdolność zachowania nadanego kształtu i

rozpływa się.
Granica plastyczności oznacza wilgotność, przy której utwór

nabiera zdolności plastycznych (najniższa wilgotność utworu

plastycznego).

Różnica

pomiędzy

granica

płynności

plastyczności nazywana wskaźnikiem plastyczności określa o ile

procent musi wzrosnąć wilgotność utworu, by utwór ten zmienił

stan konsystencji od zwartej do płynnej.

Określenie granicy płynności wykonuje się przy użyciu aparatu

(łyżki) Casagrande’a.
Określenie granicy plastyczności polega na oznaczeniu

wilgotności gleby przy której pęka wałeczek o grubości 3 mm

formowany z gleby.

Gęstość właściwa i objętościowa

Gęstość właściwa (ciężar właściwy) gleby czy gruntu określana

jest jako stosunek masy szkieletu gruntowego (fazy stałej) do

objętości zajmowanej przez tę fazę. Uzależniona jest ona od

składu mineralnego oraz w przypadku gleb od zawartości

substancji organicznej. Ta cecha dla badanej próby jest wielkością

stałą.

Gęstość objętościową (ciężar objętościowy, pozorny ciężar

właściwy) gleby czy gruntu określa się jako stosunek ciężaru

próbki do jej objętości. Zależy ona od składu ziarnowego, jej

struktury tj. od przestrzennego ułożenia ziaren czy ich agregatów

i waha się najczęściej w przedziale od 1 do 2 g/cm

. Wzajemne

ułożenie ziaren, a zatem i wielkość wolnych przestrzeni, może

uleć zmianie zarówno w wyniku np. mechanicznego zagęszczenia

(podwyższenie wartości gęstości objętościowej), ale także

rozluźnienia w wyniku tworzenia się nowych struktur (spadek

wartości).

Praktycznym odbiciem gęstości jest tzw.
zwięzłości gleby czy gruntu oceniana wg
następującej skali:
gęstość w G/cm

: zwięzłość:

< 0,99

bardzo pulchna

0,99 – 1,11pulchna
1,12 – 1,33 normalnie zwięzła
1,34 – 1,55 słabo zbita
1,56 – 1,77 zbite
1,78 – 1,99 silnie zbita
2,00 – 2,11 bardzo silnie zbita

Oba wskaźniki (gęstość właściwa i objętościowa)
wykorzystywane są do obliczenia porowatości.
Porowatość gleby to suma wszystkich wolnych
przestworów w jednostce objętości gleby, które
są zajęte przez wodę albo powietrze. Oblicza się
ją na pdt. następującego wzoru:

n = (–

100

Gdzie: n – porowatość całkowita (%)
– gęstość fazy stałej (g/cm

)



– gęstość objętościowa (g/cm

)

Sorpcja

Właściwości gleby polegające na zatrzymaniu w
niej cząstek stałych, niektórych gazów i par oraz

przede

wszystkim

różnych

związków

chemicznych

jonów

nazywane

są

właściwościami sorpcyjnymi.

Właściwości sorpcyjne gleb odgrywają istotną
rolę w:
- odżywianiu roślin
- nawożeniu (wpływają na jego efektywność)
- kształtowaniu zdolności buforowych gleby

Sorpcja biologiczna

Polega

przetwarzaniu

składników

pokarmowych  na  własna  materię  organiczną
przez  organizmy  żywe.  Uwalnianie  składników
pobranych  przez  organizmy  następuje  po  ich
obumarciu w wyniku procesów mineralizacji.

Sorpcja biologiczna ma szczególne znaczenie w
zapobieganiu wymywaniu jonów azotanowych
(NO

) które jako aniony soli doskonale

rozpuszczalnych nie są zatrzymywane żadna
inną sorpcją.

Sorpcja mechaniczna

Polega na zatrzymywaniu cząstek stałych,
mineralnych

organicznych

porach

glebowych.

W tym przypadku gleba działa jak filtr
przepuszczający

wodę

zatrzymujący

zawieszone w niej cząstki stałe o średnicy
większej niż średnica porów glebowych.

Sorpcja chemiczna

Jest  to  zatrzymywanie  nierozpuszczalnych    w
wodzie  soli  powstających  w  wyniku  reakcji
chemicznych zachodzących w glebie.
Największe  znaczenie  ma  chemiczna  sorpcja
fosforanów  jednowapniowych  Ca(H

)

które

mogą podlegać uwstecznieniu. W glebach
zasadowych

powstają

trudnorozpuszczalne

fosforany trójwapniowe (Ca

(PO

)

) niedostępne

dla  roślin.  Natomiast  w  glebach  kwaśnych
powstają  nierozpuszczalne  w  wodzie  fosforany
glinu  - AlPO

lub Al(OH

Kompleksem sorpcyjnym nazywa się koloidalną część fazy
stałej gleby wraz z zaadsorbowanymi wymiennie jonami. W
skład kompleksu sorpcyjnego wchodzą:

-Koloidy mineralne: glinokrzemiany, głównie materiały
ilaste; krystaliczne wodorotlenki i tlenki żelaza; minerały
amorficzne

-Koloidy organiczne – głównie próchnica glebowa

-Koloidy organiczno-mineralne – kompleksowe połączenia
próchnicy z minerałami ilastymi

Ponieważ większość koloidów glebowych ma ładunki ujemne
adsorbują i desorbują one jony naładowane dodatnio.
Sorpcja wymienna jest więc głównie sorpcją kationów.

Sorpcje wymienną kationów można
schematycznie przedstawić według schematu:

Micela

+2 H

+Ca

Czynniki wpływające na sorpcję

wymienną:

- rodzaj i budowa sorbenta (wielkość

powierzchni sorpcyjnej i wielkość
ładunku decydują o energii wiązania i
ilości wiązanych jonów)

- odczyn gleby (część ładunków

występujących na powierzchni
sorbentów ma charakter nietrwały i jest
uzależniona od pH)

Czynniki wpływające na sorpcję

wymienną:

- rodzaj kationu (na zdolność jonu do bycia

zasorbowanym wpływa jego

wartościowość, wielkość oraz stopień

uwodnienia. Wraz ze wzrostem

wartościowości wzrasta zdolność

wymienna czyli tzw. energia wejścia)

- rodzaj towarzyszącego anionu
- stężenia kationu w roztworze
- stężenie roztworu
- temperatura

Całkowita kationowa pojemność sorpcyjna T
(CEC) – jest to suma wszystkich kationów
zasadowych (Na

, K

, Ca

, Mg

) i kwasowych

, Al

) zasorbowanych przez glebę

Oznacza się ją następującymi metodami:
-pośrednimi, w których kationowa pojemność
wymienna jest określana przez sumowanie
poszczególnych

kationów

oznaczanych

oddzielnie różnymi metodami
-bezpośrednimi, w których kationy wymienne
w glebie są wypierane z kompleksu sorpcyjnego
przez sole, głównie octany i chlorki amonu,
wapnia, sodu lub baru.

Oznaczenie sorpcji przy pomocy BM jest
kompromisem

wynikającym

rozróżniania

różnych sorpcji jak i stosowanych metod
pozwalających

poznanie

ich

wartości

liczbowych.
Błękit metylenowy jest łatwo zatrzymywany
zarówno

powierzchniach

zewnętrznych

minerałów

jak

przestrzeniach

międzypakietowych, a zatrzymana ilość jest
zbliżona

ogólnej

pojemności

wymiany

kationowej.  Metoda  ta  jest  znacznie  prostsza  do
wykonania  od  innych,  a  ponadto  niewiele
czynników  utrudnia  jej  przebieg.  Uzyskana
wartość

dobrze

opisuje

ogólne

zdolności

sorpcyjne badanego utworu.

Zawartość CaCO

Oznaczenie węglanu wapnia w glebie można wykonać w
oparciu o następującą reakcję:

CaCO

+ 2HCl CaCl

+ CO

Wydzielający się CO

można oznaczyć wagowo lub

objętościowo. Najczęściej stosowana metodą jest metoda
Scheiblera w której wydzielający się CO

oznacza się

objętościowo w wyskalowanej U-rurce.
Inną  możliwością  jest  metoda  gazometryczna  przy  użyciu
aparatu  Jacksona.  Oznaczenie  ta  metodą  polega  na
określeniu  gazometrycznym  wydzielonego  CO

w próbie

czystego CaCO

i w próbie gleby po potraktowaniu jej HCl.

Odczyn utworów

Wskaźnik  ten,  oznaczany  bardzo  prostymi  metodami,
dostarcza  szybkiej  informacji  o  aktualnej  czy  wymiennej
kwasowości  utworu.  Na  podstawie  stężenia  jonów
wodorowych  w  wodzie  destylowanej  (pH

H2O

) czy w 1M

KCl (pH

KCl

) ocenia się stopień zakwaszenia utworów

stosując jedną z wielu, nieco różniących się klasyfikacji:

pH w KCl pH w H

Ocena odczynu

> 7,2

6,6 – 7,2

5,6 – 6,5

4,6 – 5,5

< 4,5

>7,4

6,8-7,4

6,1-6,7

5,1- 6,0

<5,0

Zasadowy

Obojętny

Lekko kwaśny

Kwaśny

Bardzo kwaśny

Odczyn utworów

Dla potrzeb rekultywacji Krzaklewski rozszerzył
klasyfikację dla utworów bardzo kwaśnych wg
pH

H2O

3,0 – 3,5 grunty toksycznie kwaśne
2,5 – 3,0 grunty silnie toksycznie kwaśne
< 2,5

grunty ekstremalnie toksycznie

kwaśne

Kwasowość hydrolityczna

Kwasowość

hydrolityczna

kwasowość

oznaczana w roztworach soli hydrolizujących
zasadowo – np. octanie wapnia lub sodu.

Potraktowanie  gleby  roztworem  hydrolizującej
zasadowo  soli  powoduje  wybicie  z  kompleksu
sorpcyjnego  większej  ilości  jonów  H

niż w

przypadku użycia soli obojętnej (np. KCl).

Kwasowość hydrolityczna wyraża się w cm

0,1

M NaOH zużytego do miareczkowania wyciągu
ze 100 g gleby albo w centymolach jonów
wodorowych na 1 kg gleby.

Przedziały pH sprzyjające wzrostowi najważniejszych
drzew i krzewów leśnych (wg Iwanowa i współ.1966)

J o d ł a s y b e r y j s k a

4 , 5

4 , 0

3 , 5

5 , 5

5 , 0

6 , 0

5 , 5

6 , 5

6 , 0

7 , 0

6 , 5

7 , 5

7 , 0

8 , 0

7 , 5

8 , 5

8 , 0

5 , 0

4 , 5

B u k   z w y c z a j n y
S o s n a   w e j m u t k a
Ś w i e r k   p o s p o l i t y
M o d r z e w   s y b e r y j s k i
S o s n a   z w y c z a j n a
R o b i n i a   b i a ł a
J a b ł o ń   d z i k a
L i p a   d r o b n o l i s t n a
B r z o z a   b r o d a w k o w a t a
J e s i o n   p e n s y l w a ń s k i
K l o n   z w y c z a j n y
D ą b   s z y p u ł k o w y
L i p a   s z e r o k o l i s t n a
D ą b   c z e r w o n y
G r a b   z w y c z a j n y
B r z o z a   o m s z o n a
T o p o l a   c z a r n a   a m e r y k a ń s k a
W i ą z   s z y p u ł k o w y
J e s i o n   w y n i o s ł y
L i g u s t r   p o s p o l i t y
P i g w a   p o s p o l i t a
I r g a
D a g l e z j a   s i n a
T r z m i e l i n a   z w y c z a j n a
C z e r e m c h a   z w y c z a j n a
K a s z t a n o w i e c   z w y c z a j n y
J a w o r
J o d ł a   p o s p o l i t a

p H w H O

p H w K C l

G a t u n e k

- p r z e d z i a ł y o d p o w i e d n i e

- p r z e d z i a ł y o p t y m a l n e

Zasolenie

W Polsce zasolenie związane jest z oddziaływaniem
antropogenicznym wszędzie tam gdzie istnieje kontakt gleb czy
utworów z wodami zasolonymi lub solą. Podwyższone zawartości
soli

występują

niektórych

utworach

geologicznych

towarzyszącym zasolonym horyzontom wodonośnym, w glebach
(utworach przypowierzchniowych) kopalń soli, na trawnikach,
parkach czy zieleńcach przylegających do jezdni, gdzie do walki z
gołoledzią stosuje się sól czy solankę.

Najbardziej niebezpieczne zasolenie związane jest z solami sodu,
który to pierwiastek zawarty w roztworach wodnych oddziałuje
na fazę stałą i łączy się z tzw. kompleksem sorpcyjnym dzięki
większej energii wejścia niż kationy metali dwuwartościowych.

Podwyższona zawartość Na w kompleksie
sorpcyjnym wywołuje ujemne zmiany właściwości
fizycznych utworu takie jak:
•zwiększenie dyspersji,
•zniszczenie

lub

pogorszenie

struktury

odpowiedzialnej za warunki powietrzno-wodne,
• pogorszeniem zdolności filtracyjnych utworów i
ich  łatwym  przechodzeniem  w  stan  miękko
plastyczny czy płynny (utwory zlewne).
  Utwory  zasolone  są  z  tego  powodu  trudniejsze
do  uprawy,  bowiem  przy  wysychaniu  na  ich
powierzchni  tworzy  się  twarda  skorupa,  przy
uwilgotnieniu stają się maziste.

Podwyższone ilości soli w utworach prowadzą do:
•zmiany zdolności zaopatrzenia roślinności w
wodę,
•zmiany składu chemicznego roztwory glebowe
(zakłócenie

pobieraniu

składników

pokarmowych roślinności),
•pogorszenia niektórych właściwości fizycznych
utworów,
•alkalizacji utworów (przy zawartości węglanów).

Dla określenia stopnia zwiększenia sodu w glebach stosuje się

wielkością niemianowaną „Z” uzależnioną od stosunku kationów

sodu do sumy kationów wapnia i magnezu w wyciągu wodnym

wyrażonych w ilościach równoważnych:

Z= Na/Ca+Mg

Z < 1 – brak sołoncowania

1<Z< 4 – występowanie czynnika zasolającego

Z > 4 – nasycenie kompleksu sorpcyjnego przebiega bardzo

energicznie.
Również na podstawie zawartości sodu, wapnia i magnezu w

wyciągu wodnym przeliczonych na wartości równoważne

(np.meq/dcm

) obliczany jest wskaźnik SAR (Sodium Adsorption

Ratio ) wg zależności:

SAR=

gdy SAR < 10 istnieją normalne warunki w gruncie
gdy SAR > 10 ujawnia się szkodliwe oddziaływanie soli na

procesy fizjologiczne i właściwości utworu.



Innym miernikiem wielkości zasolenia jest
stopień

wysycenia

kompleksu

sorpcyjnego

kationem  Na.  Przy  wysyceniu  ponad  5%
pojemności  sorpcyjnej  sodem  tworzą  się  gleby
słone.  Wg  Schachtschabla  najbardziej  korzystne
właściwości

posiada

gleba,

która

przy

pojemności sorpcyjnej 15 – 20 milirówn./100g
zawiera

następujące

ilości

kationów

wymiennych:

Kation

Zawartość w

mval/100g

0 – 3

10 –17

2 –3

0,5 – 1

<0,5

Innym miernikiem stopnia zasolenia może być
procentowa zawartość soli w stosunku do suchej
masy

utworów.

Przyjmuje

się

najczęściej

następujące kryteria:

utwory nie zasolone

do 0,2 % soli

utwory słabo zasolone

od 0,2 % do 0,35%

utwory umiarkowanie zasolone

od 0,35% do

0,55%
utwory silnie zasolone

> 0,55 %

Miernikiem koncentracji soli w roztworach glebowych jest zdolność

przewodzenia

prądu

określona

jako

przewodność

elektrolityczna właściwa (PEW). Na podstawie pomiaru w

wyciągu wodnym lub tzw. paście glebowej można określić

szkodliwość zasolenia posługując się następującą skalą:

do 500 S/cm (=0,5 mS/cm) koncentracja soli tolerowana jest przez

wszystkie rośliny,
do 1 000 S/cm (=1,0 mS/cm) wartość graniczna dla roślin bardzo

wrażliwych,
do 2 000 S/cm (=2,0 mS/cm) wartość, przy której mogą wystąpić

objawy zasolenia dla szeregu gatunków przy dobrym uwilgotnieniu,

dla większości szkodliwe przy przedłużającym się okresie suszy,
> 2 000 S/cm (>2,0 mS/cm) wartość uważana za toksyczną dla

prawie wszystkich gatunków.

Document Outline