Pedologie - tahák

ifunduje do okolní půdy)
- obsah anorganicky vázaného fosforu (zvětrávání)
- na povrchu nejmenší, stoupá s hloubkou profilu maxima dosahuje v podkořenové vrstvě
- z organických sloučenin
Dusík
- využíván rostlinami - anorganická i organická forma
- malý podíl dusíku v půdě - minerální forma
- mikroorganismy uvolňují dusík z organických sloučenin pomalu - chrání dusík před vyluhováním
- obsah dusíku závisí na klimatických poměrech
Mineralizace a vazba dusíku do organických látek
- dva protichůdné procesy - směřují k rovnováze minerálního dusíku v půdním roztoku
- rostoucí vegetace
- spotřebou snižuje obsah minerálního dusíku
- zamezuje nitrifikace látek vylučovaných
akumulace pesticidů zvláštní případ znečištění půd
- herbicidy a insekticidy
- chlorované uhlovodíky
- organofosfáty
- karbonáty
- jsou toxické, při metabolické přeměně se udržuje toxicita
- optimální využití pesticidů - v první fázi přeměny snižují toxicitu, jsou rychle odbourávány (krátký poločas rozpadu)
- pesticidy v biologickém cyklu a ve vodních zdrojích
- ohrožují zdraví člověka
3.1 Základní pojmy
Množství vody v půdě - půdní vlhkost.
Rozlišuje se:
- vlhkost půdy hmotnostní
- vlhkost půdy objemovou
Vlhkost půdy hmotnostní poměr hmotnosti vody mw k hmotnosti tuhé fáze půdy mz

Vlhkost půdy objemová poměr objemu vody k objemu neporušeného vzorku půdy
číslo vlhkosti (objemově nestabilní půdy - bobtnaté) poměr objemu vody k objemu pevné fáze
stanovení velikosti tzv. referenčního objemu půdy
- ovlivňuje stav a pohyb vody v půdě
- nerovnoměrné rozložení pórů => nerovnoměrné rozložení částic vody, nepravidelnost proudnic vody v pórech
Zvětšováním velikosti vzorku se hodnoty P přiblíží bez ohledu na centrování vzorku. Hodnota REV platí pro definici vlhkosti a další charakteristiky transportních procesů.
3.2.1. Metody měření půdní vlhkosti
- laboratorní x terénní
- destruktivní x nedestruktivní
- přímé x nepřímé
Gravimetrická metoda
- přímá, destruktivní
- vhodná pro laboratorní a terénní měření
- princip - vážení vlhkého a vysušeného půdního vzorku
- nevýhoda - destruktivní charakter
- při odběru půdních vzorků dochází k porušení půdního profilu - odběry časově náročné a obtížné
Nepřímé metody měření půdní vlhkosti
- měření fyzikálních nebo fyzikálně chemických veličin v závislosti na vlhkosti
- celá řada metod - žádná není univerzální, při výběru je třeba posoudit technické předpoklady a ekonomické podmínky
3.2.2.1. Elektrické metody
Metoda odporová (vodivostní)
- nepřímá, nedestruktivní
- vlhká půda - polovodivý nehomogenní materiál, vodivost vzrůstá se zvyšováním vlhkosti
- čidla - kovové elektrody - zalévány do sádrových nebo nylonových bločků
- sádrové bločky působí pufrovitě na vliv chemického složení půdního roztoku, ovlivňují výsledky měření
- dlouhodobě uložení v půdním profilu postupné rozrušování(výměna 1-2 roky)
- měřící zařízení - přístroje se slabými stejnosměrnými proudy nebo můstky na střídavý proud, doplněny termistory - vliv změny teploty je elektronicky kompenzován
Dielektrické metody
- základní princip - funkční závislost relativní dielektrické konstanty "epsilon r" na vlhkosti
Vlhká půdy - heterogenní směs ze tří složek:
- pevná fáze
- půdní vzduch epsilon r = 1
- půdní voda epsilon r = 81
Výsledná relativní dielektrická konstanta heterogenního systému závisí na vlhkosti
V praxi používány dvě odlišné metody:
- dielektrický měřič vlhkosti zemin
- metoda TDR
Dielektrický měřič vlhkosti zemin
- princip převodník frekvence - kapacita
- skládá se ze dvou částí:
- měrné válcové sondy
- vyhodnocovací jednotky
- terénní měření - použití pažnice
Metoda TDR
- měření postupové rychlosti elektromagnetické vlny o vysoké frekvenci podél dvou až tří transmisních tyčí vtlačených rovnoběžně o půdy
- dielektrikum tvoří půda v okolí tyče - dielektrická konstanta "epsilon" závisí na vlhkosti půdy
- spolehlivé a nepřímé měření vlhkosti
3.2.2.1. Radiometrické metody
Využívají pro měření vlhkosti radioaktivní zářiče
Gamaskopická metoda
- princip metody - absorpce a rozptyl gama záření při průchodu hmotou - důsledek Comptonova jevu.
Neutronová metoda
- princip interakce rychlých neutronů emitovaných zdrojem s jádry elementů, ze kterých je složena vlhká zemina
- Neutronový týřič - americium
- sonda - uložena v tělese přístroje, vysunuje se
- skládá se z: detektor, radioaktivní zářiče, předzesilovače
Metody dálkového průzkumu země
- založeny na detekci z větší vzdálenosti, nevyužívají kontakt se sledovaným objektem. Nejedná se o družicové a letecké snímkování, ale o měření z pevných nebo mobilních platforem (stožáry, letecké modely, letadla)
4 Půdní hydrostatika
- systémem půdy-voda v rovnovážném stavu
- charakterizován nulovými toky vody v půdě
- vlhkost půdy se v čase nemění
- voda = v rovnováze s interními a externími silami působícími na systém
- ve dvou bodech existuje rozdílná vlhkost, aniž by způsobovala tok
- rozdílná vlhkost v propojeném systému => vlivem působení silových polí
4.1 Adsorbce
- suchá půdy + vzduch (s vodními parami) zvětšuje hmotnost
- zvyšování - v důsledku pohlcování vodních par půdou
- proces probíhá do ustálení = rovnováha mezi tlakem par v ovzduší a vlhkostí půdy
- zvyšuje se koncentrace molekul H2O na povrchu tuhé fáze půdy ve srovnání s plynnou fází (adsorpce vodních par)
- Hygroskopičnost = pohlcování vodních par ze vzduchu
- => půdní voda - voda hygroskopická
- opakem adsorpce - desorpce
- mechanismus adsorpce vody - složitý proces
- podílejí se na něm:
- polární vlastnosti vody
- polarizace pevné fáze
- vodíkové můstky
- výměnné kationty
- množství adsorbovaných vodních par závisí na:
- parciálním tlaku vodních par ve vzduchu
- teplotě
- charakteru půdních částic (specifický povrch půdy)
- adsorpční izoterma závislost hmotnostní vlhkosti w na parciálním relativním tlaku vodních par p/p0 při konstantní teplotě
- adsorpce probíhá do p/p0 = 0,4, pak kapilární kondenzace - p/p0 > 0,8
- adsorpční izoterma - exsikátorová metoda
- tvar izotermy - sigmoidální
- stanovení adsorpční izotermy ve směru zvlhčování zeminy (vysušená zemina, nízká tenze vodních par)
- po plném nasycení - vrací se postupným vysušováním do výchozího stavu (vysušená zemina)
- stanoví se větev adsorpční a desorpční (nejsou identické)
- aktuální tlak vodních par "p" je parametrizován tlakem nasycení p0
- jestliže p/p0 násobíme 100 - relativní vlhkost v %
- hystereze adsorpce
- adsropční větev je nižší, desorpční vyšší
- na hysterezi se podílí:
- rozdílná vlastnost suchého a zvlhčeného povrchu
- uzavření submikroskopických pórů adsorpčními filmy (spojují se v zaškrcených hrdlech pórů)
- změna velikosti pórů vlivem bobtnání
- adsorpční izoterma - charakteristické hodnoty:
- monomolekulární vrstva v tloušťce 1 molekuly pokrývá povrch pevné fáze
- vzniká při p/p0 = 0,2 => lze stanovit měrný povrch
- plocha zaujímá 1 molekulu H2O = 0,108 nm2, měrný povrch SA = 3610 Wm (hmotnostní vlhkost při dosažení monomolekulární vrstvy)
- p/p0 > 0,4 s adsorpcí probíhá kapilární kondenzace, je dominantní při p/p0 > 0,8
- číslo hygroskopicity p/p0 = 0,95, charakteristika hygroskopických vlastností půdy
- bod vadnutí p/p0 = 0,98, hranice pro vodu využitelnou kulturními rostlinami
- voda využitelná pro rostliny a většina vody v hydrologickém cyklu: p/p0 = 0,98 - 1,0
- vzduch v půdách všech klimatických zón = téměř nasycen vodními parami (mimo polopouště, pouště)
4.2 Kapilarita
- se zvýšením vlhkosti půdy klesají adsorpční síly - uplatňují se kapilární síly
- mají původ v zakřivení vodní hladiny - v menisku (meniskové síly)
- na styku vody s tuhým povrchem se objevuje smáčecí úhel "gama"
rozlišují se:
- kapalina úplně smáčí povrch tuhé fáze: gama = 0 stup.
- kapalina částečně smáčí povrch tuhé fáze: 0 < gama 90 stup.
Zobrazení smáčecího úhlu gama:
a) úplné smáčení povrchu tuhé fáze
b) neúplné smáčení povrchu tuhé fáze
c) nesmáčení povrchu tuhé fáze
- smáčecí úhel gama1 => při postupu kapky nebo výstupu kapaliny v kapiláře - smáčen "suchý" povrch
- smáčecí úhel gama2 => při ústupu kapky nebo při poklesu kapaliny v kapiláře - smáčen "mokrý" povrch
- platí: gama1 > gama2 - hystereze smáčecího úhlu
- ponoříme-li do H2O slabou vlásečnicovou trubici (stěny z materiálu, jehož gama < 90 stup) => trubici zakřivená hladina tvaru kulového vrchlíku kapilární meniskus
- zakřivený povrch má vliv na změnu povrchového napětí (vzniká jednostranným přitahováním povrchových molekul vnitřními molekulami kapaliny)
- výsledné síly působící na povrchové molekuly směřují dovnitř kapaliny
- povrchové napětí vody sigma = 7,28*10-2 Nm-1, teplota 20° celsia
- hodnota povrchového napětí závisí na:
- teplotě
- křivosti menisku
- Jílové, některé hlinité půdy zvětšují svůj objem při zvyšování vlhkosti - bobtnají
- při ztrátě vody - zmenšují objem - smršťují se a => pravidelné sítě puklin
- při bobtnání půdy - pukliny se uzavírají
- změna pórovitosti se změnou vlhkosti - definuje se podle poměru čísel pórovitosti a vlhkosti de/dv => referenční objem Vz je konstantní
4.3 Bobtnání
Rozlišují se 4 oblasti změn objemu:
Strukturální oblast:
- voda je při odvodňování uvolňována ze stabilních makropórů bez makroskopické změny objemu půdy
- nevznikají pukliny
- de/dv = 0
Normální oblast:
- změna objemu vody Vs = objemu drénované vody Vw
- ztráta vody pochází z poklesu pórovitosti
- de/dv = 1, e = v
- ztracená voda není nahrazena vzruchem, provzdušenost uvnitř matrixu = 0
- vznikají pukliny
- při zvlhčení půdy vzrůstá objem a pórovitost, pukliny se uzavírají
Reziduální oblast:
- změna objemu půdy Vs < než objem drénované vody Vw
0 < de/dv < 1, e=v
- do původního matrixu vniká vzduch - nahrazuje část drénované vody
- hranice mezi normální a reziduální oblastí tvoří vstupní hodnota vzduchu
- pokračuje vznik a rozšiřování puklin
Nulová oblast:
- nemění se objem půdy při odvodnění (při změně vlhkosti)
- objem drénované vody = objemu vniklého vzduchu
- de/dv v
4.4 Potenciál půdní vody
- voda v půdě v klidu bez pohybu - bez významu pro živou složku půdy
- proudění vody v půdě, z půdy do organismů = nejdůležitější vlastnost vody - podmínka pro zachování života
- proudění vody v půdě - lze fyzikálně přirovnat k transportním procesům ( např. proudění tepla, elektřiny, difúze)
- transport - podmíněn přítomností hnací síly
- hnací silou prouděná vody mezi dvěma body v půdě = rozdíl potenciálů v těchto bodech
- samotný potenciál půdní vody = skalární hodnota, nemá směr, studium celého systému v rovnováze
- rovnovážný stav -podmíněn nulovou hodnotu hnací síly (potenciály ve všech bodech systému jsou si rovny, gradient potenciálu = 0)
- voda v půdě neproudí, vlhkost se čase nemění
- potenciál - závisí na výšce nad hladinou volné vody
- energie, jakou půda poutá vodu = vztažena na jednotku vody
Na základě volby jednotky vody vychází rozměr potenciálu:
Energie na jednotkovou hmotu
- základní způsob definice potenciálu [J*kg-1]
Energie na jednotkový objem
- voda - praktický nestlačitelná kapalina
- hustota nezávisí na potenciálu
- hmotnost se nahradí objemem (vyschlá půda - převod z první definice nepřesný)
- tlak [Pa], (Pa = Nm-2, dříve bar)
Energie na jednotkovou tíhu
- převodem tlakových jednotek p na hydraulickou výšku (tlakovou výšku) h při použití měrné tíhy, p = ρw * g* h za předpokladu měrní tíhy vody [cm]
-praktické výpočty
- součtem potenciálu vlhkostního fí w a gravitačního fí obdržíme celkový potenciál H (fí)
- další složky celkového potenciálu (mimo gravitační a vlhkostní):
- tlak vzduchu v půdě - odlišný od tlaku vody na volné referenční hladině - zavedení přetlaku vzduchu do půdy, vzestup vody v manometrické trubici => potenciál pneumatický (a
Pokud obsahuje půdní voda rozpuštěné látky => osmotický tlak - může narušit rovnováhu - osmotický potenciál (o
- zatížení a deformace vody (hlinité a těžší půdy) - stoupne voda v manometrické trubici => zátěžový potenciál - (e
Celkový potenciál se skládá z několika složek a platí:
4.5 Metody měření vlhkostního potenciálu
- Laboratorní , polní - údaje v tlakových, délkových jednotkách jako tlaková výška
- hodnoty potenciálů - široké rozmezí, pro grafické zpracování - logaritmické měřítko
- pro semilogaritmické vyjádření RČ - zaveden symbol pF = log |h|
- laboratorní měření: podtlakový a přetklaový přístroj, pískový tank, tenzometry
4.6 Retenční čára půdní vlhkosti
- graficky vztah - vlhkost půdy a vlhkostní potenciál retenční čára vlhkosti
- graf - semilogaritmické měřítko - hodnoty pF, čára se nazývá pF čára
- svislá osa - ekvivalentní poloměr pórů
- hysterezi způsobuje:
- vliv uzavřeného vzduchu, H2O v slepených pórech
- proměnlivost průřezu pórů
- rozdílná hodnota smáčecího úhlu při postupu kapaliny na suchém povrchu a při ústupu kapaliny ze zvlhčovaného povrchu