Nadaní žáci Pracovní sešit. Půda a krajina Půdní vlastnosti I.

Transkript

1 Poznámky: Nadaní žáci 2017 Pracovní sešit Půda a krajina Půdní vlastnosti I. Tento pracovní sešit vznikl jako součást vzdělávacího programu, který je realizován díky podpoře dotačního programu MŠMT Podpora nadaných žáků 2017 ev. č. projektu 00561/7/NAD/2017

2 I. STANOVENÍ MNOŽSTVÍ OPADU Opadové horizonty tvoří základní charakteristiku lesních půd. Podílejí se na koloběhu látek a energie, přispívají k půdní vododržnosti a jsou také vystaveny vnějším vlivům, jako je porostní klima; obecně teplota a vlhkost. Množství opadu se stanovuje pomocí opadových plošek, které mohu být kruhového (nejčastěji) nebo čtvercového tvaru. Tyto plošky se v terénu vymezí a zastabilizují. Veškerý organický materiál, který se nachází uvnitř vymezené plošky, se sesbírá, umístí do sáčku a v laboratoři vysuší. Poté se zváží a provede se výpočet bilance humusu. Přepočet na kg/1 m 2 : Přepočet na t/ha ( 1000; ): 2

3 II. STANOVENÍ ZRNITOSTNÍCH FRAKCÍ Zrnitostní frakce jsou velikostní třídy půdních částic. Při tom rozlišujeme tzv. jemnozem I. (částice < 2 mm); jemnozem II. (částice < 0,25 mm) a skelet (> 2 mm). My se budeme zabývat stanovením obsahu skeletu různých zrnitostních frakcí prosíváním na sítech a budeme jej stanovovat gravimetricky. Zrnitostní frakce (název) Zrnitostní frakce: velikost částic [mm] Hmotnost dané frakce [g] Procentuální podíl frakce [%] jemnozem I. (<2 mm) hrubý písek (2-5 mm) drobný štěrk (5-10 mm) střední štěrk (10-30 mm) celková hmotnost vzorku % Jak spočítáme procentuální zastoupení dané frakce? z.fr. = hmotnost zrnitostní frakce / celková hmotnost vzorku 100 [%] 3

4 III. FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI III.1. Konstantní hmotnost a hmotnostní vlhkost půdního vzorku stanovená vysoušením Cílem vysoušení do konstantní hmotnosti je odstranění nekrystalické půdní vody z daného vzorku a to bez změn v organické hmotě, kterou tento vzorek obsahuje. Půdní vzorek je vysušen do konstantní hmotnosti tehdy, pokud již neztrácí nic ze své hmotnosti. Vysušení do konstantní hmotnosti je dosaženo při minimálně čtyřhodinovém vystavení půdního vzorku teplotě 105 C. Vysušení vzorků do konstantní hmotnosti se provádí v elektrické horkovzdušné sušárně a to většinou pomocí hliníkových vysoušeček, fyziálních válečků (event. smaltovaných misek). My budeme půdní vlhkost zjišťovat analýzou fyzikálního válečku: Fyzikální váleček zvážíme s čerstvým půdním vzorkem Fyzikální váleček zvážíme po vysušení do konstantní hmotnosti (při 105 C) Zvážíme prázdný ocelový kroužek, abychom zjistili hmotnost samotného půdního vzorku Provedeme výpočet hmotnostní vlhkosti pomocí následujícího vzorce (pozor, hmotnosti do vzorce je třeba udávat jen pro vzorek, po odečtení hmotnosti prázdného kroužku. w H2OCR = m1 m2 100 [% m1 hm] kde m1 hmotnost vzorku před vysušením, tj. hmotnost čerstvého vzorku po odečtení hmotnosti kroužku; m2 hmotnost vzorku po vysušení do konstantní hmotnosti po odečtení hmotnosti kroužku. Jednotlivé hodnoty vážení vzorku lze napsat do následující tabulky: hmotnost válečku + čerstvého vzorku [g] hmotnost válečku + vysušeného vzorku [g] hmotnost prázdného válečku [g] Obsah sušiny pak vypočítáme jako w dm = 100 w [% hm] III.1.1. Tab. 1: Hodnocení hmotnostní vlhkosti lesních půd Lehké půdy Střední půdy Těžké půdy Hmotnostní vlhkost w (%) Půdní horizont Suchý Mírně vlhký Čerstvě vlhký Vlhký Mokrý Více než 30 Více než 45 Více než 55 Zbahnělý 4

5 III.2. Měrná hmotnost stanovená pyknometricky III.2.1. Problematika stanovení Měrná hmotnost (specifická hmotnost, hustota pevné půdní fáze) je dána hmotností 1 3 půdy zcela zbavené plynné i kapalné fáze. Tato hodnota sama o sobě nemá zásadní lesnický význam; využívá se pro výpočet půdní pórovitosti! Navrhovaná metoda je metodou pyknometrickou. Pyknometr je přesně kalibrovaná skleněná nádobka s úzkým hrdlem a zabroušenou skleněnou zátkou s kapilárním otvorem. III.2.2. Pracovní postup Pozn.: všechna vážení jsou se zátkou, zahřívání obsahu bez zátky. Doplňování destilovanou vodou je nutné provádět tak, aby v pyknometru nezbyly žádné vzduchové bubliny. Vážení provádíme po celou dobu stanovení na stejných laboratorních vahách. vzorek jemnozemě I vysušíme do konstantní hmotnosti; vyčištěný, očíslovaný Gay-Lussacův [gélisakův] pyknometr naplníme až po okraj destilovanou vodou, krouživým pohybem zasuneme zátku tak, aby voda prostříkla kapilárou, pyknometr osušíme a zvážíme; pyknometr vyprázdníme, umístíme na analytickou váhu a na vynulované váze do něj vsypeme půdní vzorek, přibližně do ¼ výšky pyknometru; přesnou hmotnost navážky vzorku zaznamenáme; pyknometr naplníme asi do poloviny destilovanou vodou a bez vážení jej zahříváme na pískové lázni nebo na plotně až do varu. Při zahřívání je nutno dbát na nevykypění jeho obsahu. Zároveň občasným mícháním krouživým pohybem oplachujeme ze stěn pyknometru nánosy vzorku, které se tvoří během varu; souběžně zahříváme čistou destilovanou vodu. Po jejím zahřátí přikryjeme kádinku s touto vodou hodinovým sklíčkem a necháváme ji zchladnout na pokojovou teplotu; při vysušení do konstantní hmotnosti byla ze vzorku odstraněna tekutá půdní fáze, při provaření veškerá plynná půdní fáze obsah pyknometru je nyní tvořen pouze pevnou půdní fází. Nyní pyknometr necháme vychladnout na pokojovou teplotu; pyknometr opět doplníme upravenou destilovanou vodou. Pyknometr zazátkujeme tak, aby kapilára byla plná vody. Pyknometr se vzorkem a vodou odvážíme. III.2.3. Výpočet ρ s = kde m1 (m1+m2) m3 [g -3 ] m 1 hmotnost vzorku vysušeného do konstantní hmotnosti (navážka vzatá ke stanovení), m 2 hmotnost uzavřeného pyknometru s destilovanou vodou, m 3 hmotnost uzavřeného pyknometru s rozvařeným vzorkem a s destilovanou vodou. III.2.4. Měrná hmotnost minerálních horizontů kolísá mezi 2,5 3,0 g. -3. Vzhledem k tomu, že měrná hmotnost se zvyšujícím se podílem organických látek zákonitě klesá, v případě povrchových humusových A-horizontů tak většinou nepřesahuje 2,0 g. -3. V případě nadložních horizontů měrná hmotnost zpravidla nepřesahuje 1,5 g

6 III.3. Objemová hmotnost redukovaná stanovená gravimetricky III.3.1. Problematika stanovení Objemová hmotnost w, tj. hmotnost 1 3 půdy v přirozeném stavu, je na daném lesním stanovišti hodnotou mimořádně významnou. Objemová hmotnost redukovaná d je hmotnost 1 3 půdy vysušené do konstantní hmotnosti a je vstupní veličinou pro výpočet procenta půdní pórovitosti. Vlastní číselné hodnoty objemové hmotnosti a objemové hmotnosti redukované jsou podmíněny hl. čtyřmi parametry: Tvarem a způsobem uložení primárních (částic jednotlivých zrnitostních frakcí) i sekundárních (půdních agregátů) strukturních prvků, Podílem kapilárních pórů na dané půdní pórovitosti, Obsahem humusu Měrnou hmotností jednotlivých horninotvorných minerálů, tvořících minerální podíl daného půdního horizontu. Stanovení objemových hmotností se standardně provádí ve fyzikálních válečcích. My budeme stanovovat objemovou hmotnost redukovanou, kterou dále využijeme pro výpočet pórovitosti. III.3.2. Pracovní postup v rámci terénního šetření do fyzikálního válečku odebereme půdní vzorek daného horizontu; váleček s neporušeným půdním vzorkem o objemu se uzavře víčky z obou stran a převeze do laboratoře.; v laboratoři se váleček se vzorkem pečlivě očistí a s víčky zváží; váleček se umístí víček na filtrační papír a vysouší do konstantní hmotnosti při 105 C; po vychladnutí se váleček zváží. III.3.3. ρ d = c a V [g -3 ] Výpočet objemové hmotnosti redukované d kde c hmotnost válečku se vzorkem vysušeným do konstantní hmotnosti, a hmotnost válečku, V objem vzorku (100 3 ). III.3.4. Hodnota objemové hmotnosti půdy u minerálních horizontů lesních půd kolísá v rozmezí od 1,1 1,6 g. -3 ; u vzorků některých písčitých půd dosahuje až 1,8 g. -3. S přibývajícím obsahem humusových látek objemová hmotnost klesá: u vzorků z humusových A-horizontů se pohybuje okolo hodnoty 1 g. -3 ; u vzorků z čistě organogenních horizontů dosahuje méně než 0,5 g

7 III.4. Maximální kapilární kapacita III.4.1. Problematika stanovení: Maximální kapilární vodní kapacita představuje procenticky vyjádření množství vody, které je neporušený půdní vzorek (odebraný ve formě fyzikálního válečku) schopen pojmout kapilárními silami v procesu vzlínání a toto množství vody udržet během odsávání. Cílem odsáváním je zaručit, že vázaná voda není vodou nekapilární. Stanovujeme pomocí analýzy fyzikálního válečku. III.4.2. Pracovní postup vzorek ve formě otevřeného fyzikálního válečku se s jedním filtračním papírem opatrně postaví na nasávací zařízení a zakryje hodinovým sklíčkem (zabránění výparu vody); vzorek se nechá takto sytit vodou po 24 hodin (nasycení celého fyzikálního válečku poznáme podle lesklého povrchu vzorku půdy ve válečku); po nasycení se vzorek zváží a hodnota se zaznamená; vezmeme tři filtrační papíry, umístíme na ně fyzikální váleček s hodinovým sklem a takto ponecháme 2 hod. odsávat vodu; vzorek obsahující teoreticky pouze kapilárně vázanou vodu nyní zvážíme. Vycházíme zde z úvahy, že v kapilárních pórech již nejsou žádné půdní plyny; váleček vysušíme do konstantní hmotnosti při 105 C; Zvážíme vysušený fyzikální váleček vzorek s miskou. III.4.3. Výpočet [% hm] kde m MKK - hmotnost uměle vodou nasyceného vzorku po 2 hodinovém odsávání, md - hmotnost vzorku vysušeného do konstantní hmotnosti, V - objem vzorku v daném Kopeckého fyzikálním válečku. III.4.4. Tab. 2: Hodnocení půdní vododržnosti pomocí hodnoty maximální kapilární vodní kapacity MKK (%) Půdní horizont Méně než 5 Velmi slabě vododržný* 5-10 Slabě vododržný Vododržný Silně vododržný Více než 50 Velmi silně vododržný * Extrémní hodnoty maximální kapilární vodní kapacity jsou jednou z charakteristik lesních půd nejnižší úrodnosti. 7

8 III.5. Výpočty pórovitosti III.5.1. Problematika stanovení Vzdušný půdní režim je v přímé spojitosti s půdním režimem vodním, přičemž oba tyto režimy jako celek výrazně ovlivňují jak režim teplotní, tak i režim tepelný. Půdní pórovitost je dána podílem objemu půdních pórů na celkovém objemu vzorku. III.5.2. Výpočet pórovitosti P P = ρ s ρ d ρ s 100 [% hm] kde s měrná hmotnost vzorku z daného analyzovaného horizontu a d objemová hmotnost redukovaná tohoto horizontu. III.5.3. Pórovitost ve většině minerálních horizontů lesních půd kolísá mezi 40 až 65 %. S narůstajícím podílem jak humusových látek, tak jílnatých částic pórovitost stoupá. U horizontů rašelinových a souboru horizontů nadložního humusu tak může dosahovat až 85%. V půdách písčitých (s převahou nekapilárních pórů) naopak pórovitost klesá až k 30% (zvláště v jemných píscích substrátových horizontů. Obecně tedy mohou mít zrnitostně těžší horizonty (s převahou kapilárních pórů) vyšší pórovitost než horizonty výrazně lehké. Tab. 3: Hodnocení půdní pórovitosti lesních půd P (%) Pórovitost Méně než 35 Velmi nízká Nízká Střední Vysoká Více než 10 Velmi vysoká III.5.4. Tab. 4: Hodnocení půdní reakce lesních půd. PH/KCl PH/H 2O Typ reakce Více než 7,0 Více než 7,2 Mírně alkalická 6,1-7,0 6,6-7,2 Neutrální 5,1-6,0 5,6-6,5 Mírně kyselá 4,1-5,0 4,5-5,5 Středně kyselá 3,0-4,0 3,5-4,4 Silně kyselá Méně než 3,0 Méně než 3,5 Velmi silně kyselá 8

9 Laboratorní zápisník pedologických výsledků Jméno laboranta Datum zpracování Název lokality Hloubka odběru půdního vzorku Bukový kotlík - PŮDNÍ POVRCH Mateř. por. Mateř. por. Půdní vlastnost Značka Jednotky Střed 1 Střed Střed 1 Střed 2 vlhkost w %hmotnostní množství opadu zrnitost - obs. jemnozemě (< 2 mm) - % zrnitost - obs. hrubého písku (2-5 mm ) - % zrnitost - obs. drobného štěrku (5-10 mm ) - % zrnitost - obs. středního štěrku (10-30 mm ) - % kg/m2 objemová hmotnost redukovaná rd g/3 fyz. vál. maximální vodní kapacita MVK g/3 fyz. vál. maximální kapilární kapacita MKK % měrná hmotnost rs g/3 pórovitost P % LECO - obsah organického uhlíku Corg % LECO - celkový obsah dusíku Nt % LECO - poměr C/N C/N - Ztráta žíháním Corg % půdní reakce aktivní půdní reakce potenciální výměnná ph/h2o ph/kcl obsah výměnných bazických kationtů S mmol/kg obsah výměnných kyselých kationtů Ha mmol/kg kationtová výměnná kapacita KVK (T) mmol/kg bazická saturace BS % aktivita půdní katalázy aktivita kyselé fosfomonoesterázy mlo2/5g/15 min Qp-NP Smrkový kotlík - PŮDNÍ POVRCH Mateř. por. 1 Mateř. por. 2 9

10 Laboratorní zápisník pedologických výsledků Jméno laboranta Datum zpracování Název lokality Hloubka odběru půdního vzorku Půdní vlastnost Značka Jednotky vlhkost w %hmotnostní množství opadu kg/m2 zrnitost - obs. jemnozemě (< 2 mm) - % zrnitost - obs. hrubého písku (2-5 mm ) - % zrnitost - obs. drobného štěrku (5-10 mm ) - % zrnitost - obs. středního štěrku (10-30 mm ) - % objemová hmotnost redukovaná rd g/3 fyz. vál. maximální vodní kapacita MVK g/3 fyz. vál. maximální kapilární kapacita MKK % měrná hmotnost rs g/3 pórovitost P % LECO - obsah organického uhlíku Corg % LECO - celkový obsah dusíku Nt % LECO - poměr C/N C/N - Ztráta žíháním Corg % půdní reakce aktivní ph/h2o půdní reakce potenciální výměnná ph/kcl obsah výměnných bazických kationtů S mmol/kg obsah výměnných kyselých kationtů Ha mmol/kg kationtová výměnná kapacita KVK (T) mmol/kg bazická saturace BS % aktivita půdní katalázy mlo2/5g/15 min aktivita kyselé fosfomonoesterázy Qp-NP Bukový kotlík - PŮDNÍ SONDA Smrkový kotlík - PŮDNÍ SONDA Horizont 1 Horizont 2 Horizont 3 Horizont 4 Horizont 1 Horizont 2 Horizont 3 Horizont 4 hl. odběru hl. odběru hl. odběru hl. odběru hl. odběru hl. odběru hl. odběru hl. odběru

11 11