Fyzikální vlastnosti půdy 1. Barva
Důležitý diagnostický znak
příčiny různého zabarvení: • obsah organické hmoty • obsah vody • přítomnost a oxidační stupeň železa a manganu Munsellova barevná škála
2. Textura - půdní druhy
• Skeletovitost - ve frakci nad 2 mm
• Zrnitost
2-4 mm hrubý písek 4-30 mm štěrk > 30 mm kamení > 300 mm balvany
- ve frakci < 2 mm (jemnozem)
Velikostní rozdělení podle: 1. ISSS International Society of Soil Science
> 2 mm štěrk (gravel) 2,0 - 0,2 hrubý písek (coarse s.) 0,2 - 0,02 jemný písek (fine sand) 0,02 - 0,002 prach (silt) < 0,002 jíl (clay)
2. USDA
United State Department of Agriculture
(3. v závorce Novákova stupnice použivaná v minulosti v ČR)
> 2 mm 2 - 0,05 0,05 - 0,002 (0,001) < 0,002 (0, 001)
štěrk písek prach jíl
Texturní trojúhelník
Novákova klasifikace půdního druhu procento jílnatých částic označení půdního druhu 0-10 10-20 20-30 30-45 45-60 60-75
písčitá hlinitopísčitá písčitohlinitá hlinitá jílovitohlinitá jílovitá
p hp ph hp jh jv
Složení texturních částic
vlastnosti texturních částic
Velikost povrchu adsorpce vody botnání plasticita pevnost vazby vody
Koloidní
jíl
prach
písek
Měrná hmotnost půdy (particle density): hmotnost 1 m3 (cm3) pevné neporézní zeminy (= pevná fáze půdy) v tunách (gramech). Průměrná měrná hmotnost minerálních půd = 2,6 - 2, 7 g cm-3 organických půd < 1,5 g cm-3 (0,9-1,3) Objemová hmotnost (bulk density): hmotnost 1 m3 (cm3) půdy v jejím přirozeném uložení. objemová hmotnost minerálních půd = 0,8 - 1, 8 g cm-3 organických půd = 0,2 - 0,3 g cm-1 Pórovitost = měrná hmotnost - objemová hmotnost, množství volného prostoru,který není vyplněný pevnými částicemi
Rozdělení pórů:
• makropóry > 0.08 mm, gravitační voda, provzdušňování půdy snadné prorůstání kořenů, životní prostor pro živočichy
• mezopóry 0,08 - 0,03 mm, voda držena kapilárními silami, houby, kořenové vlášení
• mikropóry 0,03- 0,005 mm, často uvnitř agregátů,
pomalý pohyb vzduchu hlavně bakterie, ale i houby, udržují vodu využitelnou pro rostliny
• ultramikropóry 0,005-0,0001mm, uvnitř jílových částic (shluků), voda není využitelná pro rostliny, bakterie • kryptopóry < 0,0001mm, neosídlené, příliš malé i pro makromolekuly
3. Struktura půdy
• Uskupení půdních částic do hrudekagregátů
• agregát
= minerální částice + jíl + organická hmota mikroorganismy; obsahuje póry
• mikroagregát < 250 μm makroagregát >250 μm
• stabilita agregátu
- mechanické propojení kořínky a hyfami - cementace bakteriálními produkty -komlexace org.hmoty s kationty a oxidy Fe
Zkouška stability agregátů
Vliv utužení na růst kořenů Utužené podorničí
Vlastnosti vody ovlivňiující její chování vodík
-
+
Jádro kyslíku
adheze 1. Polarita molekuly vody 2. Koheze a adheze O
koheze
vodík
H H H
H
H H O
O
H
H
H O
H
O
H
O O
H H H
Povrch půdní částice
4. Půdní voda
3. Povrchové napětí rozhraní voda-vzduch
voda
kapilarita h= 0,15 (cm2) /r(cm) (hydrofilní povrchy)
Vodní potenciál 3 hlavní síly ovlivňující pevnost vazby vody v půdě: 1. Adheze (vazba vody na pevné povrchy - matriční potenciál, Ψm) 2. Vazba vody s ionty a dalšími kapalinami (osmotický potenciál, ΨS) 3. Gravitační síly (gravitační potenciál Ψg )
Ψ= Ψm+ ΨS+ Ψg + (ΨP) ΨP = potenciál tlakový
Voda v pórech
-1 MPa = -1000 kPa Gravitační voda
Na suchu vyschlá půda Hygroskopická voda Bod vadnutí
-1500 kPa
Polní vodní kapacita
-33 kPa
Vodní potenciál
-3100 kPa -100 MPa -1000 MPa
Zvyšující se obsah vody
Saturace
0
Vlhkost půdy, v hmot. %
Vyjadřovat obsah vody v hmotnostních (objemových) procentech je nedostatečné 40
Gravitační voda
-33 kPa
30 -1500 kPa
Voda dostupná pro rostliny
20 10
Nedostupná voda 10
20
30
% jílových částic
40
50
Měření vodního potenciálu
1. V terénu
tenziometricky
2. V laboratoři
tlakový membránový přístroj
Vztah mezi množstvím vody v půdě a vodním potenciálem
2. smáčivost
Proudění vody v půdě 1.Tok v půdě saturované vodou Darcyho zákon
Ksat = Q/A * L/(Ψ1- Ψ2) Ksat hydraulická vodivost půdy, cm/s Q/t množství vytékající vody za časovou jednotku, cm3/s Ψ1- Ψ2 gradient vodního potenciálu, cm L výška sloupce, cm
Hybnou silou Ψg
Hydraulická vodivost - ovlivněna pórovitostí
Preferenční tok = tok makropóry
2. Tok vody v půdě nenasycené vodou
hybnou silou Ψm vodní potenciál Infiltrační kapacita půdy - závislost na struktuře a textuře
Hydrické režimy půd: kombinací záklákladních toků vody v půdě Závisí na:
• umístění půdy v reliéfu • klimatických podmínkách (roční srážkový úhrn (S) průměrná hodnota výparu resp. evapotranspirace (E); S/E = koefcient ovlhčení • hydrologickými vlastnostmi půdy • hloubkou podzemních vod • vegetací • člověkem
Základní typy hydrického režimu: • • • • • • • •
půdy v oblasti permafrostu promyvný (perkolační) režim S/E > 1 periodicky promyvný S/E ≈ 1 nepromyvný (imperkolační) S/E < 1 výparný (respirační) S/E < 1 nivní bažinný závlahový
(Němeček J., Smolíková L. a Kutílek M. Pedologie a paleopedologie, Academia Praha 1990)
Vliv vlhkosti na organismy Rostliny
•
voda do kořenů - kapilární pohyb do kořenů a růst kořenů směrem k vlhkým místům, pohyb vodní páry (xerofytní r.)
• • •
růst kořenového systému, velká plocha distribuce kořenů kontakt kořenů s půdní čáticí
Půdní živočichové se chrání před vysušením migrací do spodních vrstev půdního profilu a mnoho z nich je před vysycháním chráněno schránkou. Mikroorganismy Vzrůstající tolerance k nízké vlhkosti
minimální vodní potenciál ψ (MPa) rostliny bakterie kvasinky houby aktinomycety
- 1,5 - 10 - 20 - 60 - 70
