Pedologie. Půda je přírodní bohatství. Zákony na ochranu půdního fondu

Transkript

1 Pedologie Půda je přírodní bohatství. Zákony na ochranu půdního fondu

2 Půda nově vzniklý přírodní útvar na styku geologických útvarů s atmosférou a povrchovou vodou zvětralá povrchová část zemské kůry, promísená se zbytky odumřelých rostlinných a živočišných organismů základní složka životního prostředí biologicky oživená oxidy, hydroxidy, organické látky křemen, silikáty, jílové minerály hydroxidy, jíly

3 Minerály mají původ v mateční hornině liší se chemickým složením obsahují částice různých velikostí tvoří přes 50 % objemu půdy Půdní voda nezbytná pro růst rostlin základní médium pro transport látek nezbytná při čištění půdního prostředí chemicky vázaná hygroskopická kapilární gravitační Půdní vzduch prostorově a časově velmi variabilní má vysokou vlhkost vysoký obsah CO 2 (0,2 % x 0,03 % v atmosféře půdní dýchání nízký obsah O 2 provzdušněnost půdy - % zbývající pórovitosti nezaplněné vodou (optimum je 30 %) Organická hmota malý podíl velký význam z rozpadlých rostlin a těl živočichů, nebo syntézou činností půdních mikroorganismů stabilizuje strukturu půdy zvyšuje objem vody, které je půdy schopna vázat ve formě dostupné pro rostliny hlavní zdroj živin pro rostliny zdroj potravy a energie pro půdní organismy

4 Vznik půdy Působení 1. Pedogenetické (půdotvorné) faktory 2. Pedogenetické (půdotvorné) procesy Půda se vyvíjí další postupná změna již zformované půdy Půda podléhá metamorfóze mění charakter působením půdotvorných faktorů (změna HPV, odvodnění činnost člověka,..) Pedogenetické faktory 1. Půdotvorný substrát 2. Klimatické podmínky 3. Biologické faktory 4. Reliéf terénu 5. Činnost člověka 6. Čas

5 Pedogenetické faktory 1. Půdotvorný matečný substrát 2. Klimatické podmínky 3. Biologické faktory 4. Reliéf terénu 5. Činnost člověka 6. Čas ovlivňuje vlastnosti vznikající půdy zvětratelné a hůře zvětratelné horniny a zeminy organické a organominerální látky zvětratelnost horniny má vliv na konečnou hloubku půdy minerální složení má vliv na na živinný režim propustnost půdy většina našich půd vznikla ve čtvrtohorách během střídání ledových a meziledových období

6 mateční substrát organický organogenní půdy (rašeliny) anorganický anorganogenní půdy nesnadno zvětratelný staré jíly a kyselé vyvřeliny snadno zvětratelný sypké sedimenty spraše, sprašové hlíny, hlinité holocenní náplavy zpevněné sedimenty jílové břidlice, pískovce, slepence (zpevněné jílovým tmelem) krystalické břidlice a vyvřeliny ruly, svory, amfibolické břidlice, hadce, diabasy, gabra, čediče, trachyty atd.

7 1. Půdotvorný substrát 2. Klimatické podmínky 3. Biologické faktory 4. Reliéf terénu 5. Činnost člověka 6. Čas Pedogenetické faktory Pedogenetické procesy jsou silně ovlivňovány vlhkostí srážky, př. podzemní voda teplotou větrem Vlhkostní poměry prostředí charakterizují se srovnáním průměrných hodnot ročního srážkového úhrnu a ročního výparu (není měřen v dostatečném rozsahu) charakteristiky vlhkostních poměrů oblasti údaje o srážkách a teplotách : empiricky stanovené faktory

8 dešťový faktor Langův S průměrný roční srážkový úhrn (mm) T průměrná roční teplota ( C) D S / pouště hodnota 0 extrémně vlhké oblasti hodnota nad 160 Mayerův kvocient d sytostní doplněk 200 (černozemní proces) 600 (podzolový proces) Končekův index zavlažení I z S úhrn srážek (mm) za celé vegetační období duben až září S kladná odchylka množství srážek 3 zimních měsíců (prosinec až únor) od množství 105 mm (záporné hodnoty se neberou v úvahu) T průměrná hodnota celého vegetačního období duben až září ( C) v průměrná rychlost větru o 14. hodině (m/s) v celém vegetačním období duben až září S 2 T NS S / d S 10T 30 2 Měření je dost náročné nejrozšířenější je Langův dešťový faktor

9 Na vlhkosti je silně závislá biologická aktivita půdy intenzita chemických procesů Rozhoduje nejen množství vody v půdě, ale i vertikální směr pohybu vody v půdě (přibližně určen poměrem výparu ke srážkám) H s >H v promyvný režim ochuzování půdy H s <H v výparný režim zasolené půdy Velký vliv na pohyb vody má i rostlinný kryt v lesních půdách jarní prosakování intenzivnější pozvolné tání půda mělce promrzlá

10 Teplota nepřímo prostřednictvím vlhkosti přímo ovlivňuje biologické a chemické procesy (rychlost roste s teplotou) Vliv teploty a vlhkosti na vegetaci změna původních porostů vlivem klimatických podmínek zóny tundry, alpinskou, jehličnatých lesů, vřesovou, listnatých lesů, stepí suchých stepí, pouští, savan, tropických lesů apod.) Prostřednictvím charakteristických porostů zprostředkované působení klimatu na vývoj půdy V porostech jednotlivých zón je rozličné mikroklima vztah mezi půdním klimatem a mikroklimatem je mnohem užší než vztah půdy k makroklimatu Konfigurace terénu ovlivňuje hydroklima a místní klima Vítr ovlivňuje hlavně erozi a srážky Intenzita záření ovlivňuje teplotu

11 Pedogenetické faktory 1. Půdotvorný substrát 2. Klimatické podmínky 3. Biologické faktory 4. Reliéf terénu 5. Činnost člověka 6. čas Oživení půdy je jednou z podmínek vzniku a existence půdy mikroorganismy baktérie, aktinomycety, plísně, řasy, prvoci makroorganismy vyšší flora a fauna Sterilní horniny bakterie řasy lišejníky. vegetace Vliv organismů rozrušují svou činností celistvé horniny přispívají ke vzniku nových minerálů přeměňují organické zbytky na humus, zvětraliny se mísí s produkty činnosti všech organismů malý koloběh minerálních látek biologická sorpce Vegetace - vytváří mikroklimatické poměry

12 Půdní edafon fytoedafon aktinomycety, plísně, sinice a řasy rozhodující vliv na mineralizaci a humifikaci zčásti na zvětrávání substrátu sinice a řasy schopné fotosyntetické asimilace v povrchových vrstvách zooedafon Mikrofauna - baktérie, prvoci bičíkovci, kořenonožci, nálevníci Mezofauna - členovci roztoči, chvostoskoci, hlístice Makrofauna - žížaly obohacují půdy slizy zkypřují ji zlepšují strukturu (fyzikální vlastnosti) půd larvy hmyzu nebo hmyz žijící pod zemí plži a hlodavci Význam při zvětrávání minerálů prostřednictvím organických kyselin a CO 2 Speciální baktérie uvolňují např. K z těžko rozpustných silikátů kyselinu fosforečnou z fosfátů oxidují železnaté sloučeniny na železité koloběh síry sirné baktérie S - S S VI- (SO 4 2- ) SRB (org.l.) S VI- (SO 4 2- ) S - bahenní plyn (CH 4 + H 2 S)

13 Koloběh dusíku nitrifikační baktérie rozpustné amonné soli na dusičnany NH 4+ NO 2- NO 3 - denitrifikační baktérie dusičnany redukovány až na molekulární dusík (v ulehlých půdách, při zamokření půdy, při nadbytku organických látek a zvláště při neúměrně vysokém množství dusičnanů) NO 3- N 2 fixace molekulárního dusíku rhizosférní mikroflóra (Azobacter) mikrobi žijící v kořenovém systému rostlin volně a v symbióze s určitým druhem rostlin (bobovité n. motýlokvěté rostliny - jetel N 2 NH + 4 Sinice a řasy schopnost fotosyntetické asimilace v povrchových vrstvách

14 Pedogenetické faktory 1. Půdotvorný substrát 2. Klimatické podmínky 3. Biologické faktory 4. Reliéf terénu a podzemní voda 5. Činnost člověka 6. Čas sklonem a tvarem svahů expozicí jižní x severní svah nadmořskou výškou vlivem a hloubkou hladiny podzemních vod geologická stavba krajiny vlhkost, tepelný režim mocnost půdy a možnost translokace látek v půdě

15 1. Půdotvorný substrát 2. Klimatické podmínky 3. Biologické faktory 4. Reliéf terénu a podzemní voda 5. Činnost člověka Pedogenetické faktory 6. Čas Nepřímý vliv změna vegetace zemědělská činnost narušuje malý koloběh minerálních látek nadzemní části rostlin se jen v malé míře vracejí do půdy snižování obsahu humusu nutnost hnojení pěstování vláhově náročných plodin vysušování půdy závlahy technická činnost změny v mikroklimatu» nádrže s velkou plochou» chladící věže exhaláty v ovzduší z průmyslu Přímý vliv na určité půdní vlastnosti meliorace půdy pískování půd vápnění odvodnění a obecně regulace vodního režimu různé druhy orby a nakypřování podloží a zhutnělých horizontů

16 Pedogenetické faktory - vliv času 1. Půdotvorný substrát 2. Klimatické podmínky 3. Biologické faktory 4. Reliéf terénu a podzemní voda 5. Činnost člověka 6. Čas Relativní stáří půdy a stupeň zralosti posuzovány podle vývoje a diferenciace půdy na horizonty mladé půdy stěží rozeznáme jednotlivé horizonty 1 cm = let 20 cm = 7000 let

17 Pedogenetické procesy = výslednice působení půdotvorných faktorů 1. zvětrávání 2. humifikace 3. tvorba půdních horizontů Zvětrávání snížení chemické a mechanické stability hornin mění se celistvost hornin i jejich chemické složené vznikají druhotné (sekundární) minerály některé prvky se mohou uvolňovat v rozpustných formách podléhat přemístění mohou unikat ve formě plynů do atmosféry

18 Zvětrávání fyzikální teplo, voda, vítr a vegetace různé koeficienty roztažnosti led trhliny krystalizační síly bobtnání a vysychání jílové frakce narušování substrátu chemické mění se původní složení horniny působí kyseliny, kyslík, CO 2, voda a organismy krystalické mřížky minerálů jsou narušovány úplně ze zbytků se tvoří sekundární minerály hydrolýza, hydratace, oxidace (Fe, Mn), redukce (zamokření), karbonatizace, rozpouštění biologické vznik organických a anorganických kyselin mikrobiální činnost

19 Půdotvorné procesy 1. zvětrávání 2. humifikace 3. tvorba půdních horizontů Střídání anaerobních a aerobních podmínek, při kterých dochází k biodegradaci, kondenzaci a polymeraci. Humus = zdrojem jsou odumřelé organické látky obsažené v půdě bez ohledu na jejich živočišný, rostlinný nebo mikrobiální původ složky původní organické hmoty - primární produkty životní činnosti mikroorganismů - primární organická hmota přeměněná humifikačním pochodem - sekundární Celkové množství humusu v půdě ztráta žíháním stanovení obsahu organického uhlíku

20 Humus obsahuje nespecifické humusové látky (nehuminové nebo též primární) pochází přímo z odumřelých těl organismů energetická a živinná zásoba půdy podmínka biologické aktivity lehce rozložitelné sacharidy, pektiny, bílkoviny, aminokyseliny, ligniny, třísloviny, tuky, vosky, pryskyřice specifické humusové látky (humusové nebo též sekundární) vznikají činností MO z primárních pomalu rozložitelné vliv na fyzikálně chemické vlastnosti půdy (tmavé zabarvení) přírodní tmely vzdušný a vodní režim sorpce

21 Základní složky humusových látek třídění podle čím starší molekulární hmotnosti tím vyšší rozpustnosti tím menší elementárního složení tím více C reakční skupiny, koloidní vlastnosti ztrácí koloid. vlast. 1. Humusové kyseliny 1. fulvokyseliny 2. huminové kyseliny 3. hymetamelanové kyseliny 2. Soli humusových kyselin 3. Huminy 4. Humusové uhlí 5. Ligniny 6. Bituminy

22 Humusové kyseliny Fulvokyseliny žluté schéma složení podobné jako u huminových kyselin těžko stanovit hranici menší stupeň polymerace nižší obsah C, vyšší podíl O 2 a COOH lepší rozpustnost ve vodě ve vodním výluhu převažují Huminové kyseliny hnědé makromolekulární látky, které se v roztoku chovají jako koloidy, jednotlivá jádra jsou navzájem spojena buď C aromatických jader nebo vodíkovými můstky Hymetamelanové kyseliny jádro nejstarší vysoká molekulová hmotnost chovají se jako koloidy jsou schopny transportu rozpustné v OH - můstek reakční skupina

23 Soli humusových kyselin je-li vodík nahrazen kationtem Ca Mg, Na, K, NH 4, Al, Fe Huminy vyšší stupeň polymerace snížená koloidní aktivita nehydrolyzovatelné, nerozpustné pevně spojené s minerální složkou opakované provlhčení-prosychání, dehydratace a dekarboxylace vznik humusového uhlí Humusové uhlí kompaktní, karbonizovaná hmota nerozpustná, bez koloidní aktivity bohatá na C Ligniny způsobují dřevnatění buněčných stěn M.h špatně rozložitelné Bituminy vlastnosti půd ovlivňují jen nepatrně uhlovodíky, vosky, tuky a pryskyřice (podzoly) Souhrně aromatické sloučeniny jádro, můstek reakční skupina karboxyl, karbonyl, hydroxyl sloučeniny fenolického a chinoidního charakteru proton karboxylu výměna za kation iontoměnniče stupeň kondenzace a polymerace závisí na teplotních poměrech v půdě

24 Půdotvorné procesy 1. zvětrávání 2. humifikace 3. tvorba půdních horizontů Půdní profil vertikální profil obsahující všechny půdní horizonty Půdní horizonty vrstvy, v nichž se půdní vlastnosti odlišují od sousedních vrstev Automorfní půdy (terrestrické) vznikají bez přítomnosti podzemní vody translokace pouze vertikálním směrem, půdní horizonty Hydromorfní půdy (hydrické) půdy vznikající pod vodou omezená migrace látek, probíhá všemi směry, bez horizontů Autohydromorfní půdy (semiterrestrické) vlivem kolísání hladiny pozemních vod je střídavě pod vodou a mimo dosah podzemní vody

25 Eluviace - vymývání, ochuzování eluviální horizont vyluhování rozpustných solí Na a K degradace posun CaCO 3 Ca 2+ nahrazován H + okyselování horizontu posun nízkomolekulární humusových látek (fulvokyselin) řádově vyšší hydraulická vodivost Translokace přemísťování půdních koloidů vertikálním směrem laterálním směrem pokud je podzemní voda, tak ve směru proudění dochází k horší hydraulické vodivosti nižší pórovitost vlivem cementace pórů sesquioxidy minerální tmely až 2x více obsahu jílovité frakce neutrální až slabě kyselé prostředí Luvizace hromadění iluviální horizont hromadění eluviovaných a translokovaných částic

26 Vliv průsaku srážkových vod promyvný režim H s > H v mírný průsak posun karbonátů karbonátový horizont poprašky, výplně dutin, žilky intenzivnější průsak odvápnění horního horizontu translokace půdních koloidů (anorganických částic a jílové frakce) hromadění v iluviálním horizontu = illimerizace Podzolizace nejintenzivnější translokace v kyselém prostředí destrukce minerálů (včetně Al a Fe) při špatné kvalitě humusu často posun humusu až do iluviálního horizontu Pseudoglejový a glejový proces hydromorfní pochody nadměrný obsah vody v půdě glejový trvale vysoká hladina podzemních vod pseudoglejový důsledek nízké hydraulické vodivosti a vydatných srážek redukční procesy mají za následek rozpad a resyntézu jílovitých materiálů rozpad mikrostruktury půdy snížení pórovitosti vysoká ulehlost Zasolení solončaky, slance výparný režim H s < H v výparný vodní režim, minerální látky v podzemní vodě vzlínají transport solí k povrchu více jak 0,2 % solí v půdě mohou vznikat i nadměrnou závlahou nevhodnou vodou odstranění promývání půdního profilu hlouběji nebo odvod meliorací do recipientu

27 Textura půdy = charakterizovaná zrnitostním složením (procentuálním zastoupením půdních částic různé velikosti) Pro základní určení této veličiny se používají pojmy: štěrk písek hlína prach STRAHLER & STRAHLER (2003) jíl koloidy tak malé, že nemají význam Na základě textury půd rozlišuje tzv. půdní druhy. V běžné zemědělské praxi se rozlišují tři základní půdní druhy (skupiny půd, které mají zhruba stejné zastoupení zrnitostních frakcí): o Půdy lehké (písčité) dobře propouští vodu o Půdy středně těžké (hlinité) o Půdy těžké (jílovité) vodu zadržuje

28 Půdní zrnitost = kvantitativní zastoupení zrn různých velikostí v půdě čára zrnitosti Význam pro rostlinnou skladbu písčité ostřice, metlice, brambory, žito hlinité cukrová řepa, ječmen jílovité rákos pro kultivační úpravy - pískování jílovitých půd pro odhad hydraulických charakteristik půd sítová analýza

29 Struktura půd - fyzikální vlastnost půdy vyjadřující způsob uspořádání tuhých pevných částic, tzv. agregátů v půdě. - Je charakterizována velikostí částic (agregátů) a pórů - Jedná se o polydisperzní systém soustava mikro- a magroagregátů Ped (pedony) půdní element mikro < 0,25 mm mezo 0,25 10 mm makro > 10 mm Spojující činitelé - kořeny rostlin a jejich výměšky - humus nejdůležitější faktor dobré půdní struktury - jilovité částice - hydroxidy Al nebo Fe Půdní stabilizátory aby se pedy nerozpadávaly - přirozené tmely - umělé jen ve stádiu pokusů Strukturu ovlivňují cykly vysoušení a zvlhčování - mírný průběh příznivý vliv na strukturu - nadměrné vysoušení a zvlhčování působí nepříznivě

30 - ovlivňuje pórovitost a tím - retenční schopnost půdy - infiltraci vody do půdy - hydraulické charakteristiky - tepelné charakteristiky Struktura půdy 1. dobrá struktura - v pórech je více CO 2 a méně O 2 difúze plynů - po oddělení gravitační vody umožňuje výměnu plynů 2. drobtovitá nejlepší vhodný poměr mezi makro a mikropóry - dostatečně zvlhčená retenční vodou - dostatečně provzdušněná - příznivá pro vegetaci 3. nestrukturní spojité jemné póry - jíly - hlavně kapilární voda malý pohyb a vysoká vlhkost - nízká hydraulická vodivost, vysychavost, tvorba škraloupů a rozpukání

31 Sorpční schopnost půdy Druhy sorpce 1. mechanická hrubě dispergované částice se zachycují v malých pórech 2. fyzikální povrchové jevy na fázovém rozhraní 3. fyzikálně chemická výměna kationtů v pevné fázi za kationty z roztoku (reversibilní) 4. chemická vazby, nerozpustné sloučeniny (irreversibilní) 5. biologická zadržování a přeměna rozpuštěných látek na nerozpustné stavba těl organismů Výměnná sorpční kapacita půdy - T mekv/100 g schopnost hmotnostní jednotky půdy sorbovat určité množství kationtů Obsah skutečně vyměněných adsorbovaných kationtů S stupeň sorpčního nasycení V obsah výměnných bází V = 100 S/T

32 Vlastnosti minerálního půdního podílu Primární minerály zbytky magmatických hornin, chemicky nedotčené různý stupeň zvětrávání hlavní složka křemen typický reziduální materiál odolný vůči kyselinám měrná hmotnost 2,65 g/cm 3 další složky - živce, slídy, augit, amfibolit, hematit, magnetit, apatit sekundární jílové minerály hlavní součást jílové frakce půd vznik procesy zvětrávání vrstevnatých mřížek syntéza z produktů zvětrávání Hlavní stavební prvky křemíkové tetraedry hliníkové oktaedry

33 Křemíkové tetraedry 4 vrcholy O 2-, křemíkové jádro Si 4+ spojují se ve vrcholech vrcholový O 2- je společný dvěma tetraedrům základnou je šestiúhelníková síť

34 Hliníkové oktaedry 6 vrcholů O 2- nebo OH - hliníkové jádro Al 3+ vrcholy jsou společné 3 oktaedrům

35 Vzájemné uspořádání základních vrstev kaoliny, montmorilonity a illity Skupina kaolinů základní dvouvrství vrstva křemíkových tetraedrů s vrcholy do vrstvy hliníkových oktaedrů vrstvy těsně vázány společnými vrcholovými ionty vzdálenost jednotlivých dvojvrství je cca 0,29 nm - nebobtnají nízká sorpční kapacita (3 15 mekv/100 g) nízký měrný povrch m 2 /g

36 Vzájemné uspořádání základních vrstev Skupina montmorilonitů 2 vrstvy křemíkových tetraedrů a mezilehlá vrstva hliníkových oktaedrů vrcholy tetraedrů směřují do střední vrstvy vzdálenost trojvrství je proměnlivá (0,35 1,4 nm) náhrada Si 4+ ionty Al 3+, náhrada Al 3+ ionty Mg 2+, Fe 2+, Fe 3+ vznikají nenasycené valence velká výměnná schopnost půdy mekv/100 g velké množství vnitřní vody bobtnání vlivem proměnlivé vzdálenosti vrstev specifický povrch m 2 /g

37 Vzájemné uspořádání základních vrstev Skupina illitů jílové slídy 2 vrstvy křemíkových tetraedrů a mezilehlá vrstva hliníkových oktaedrů náhrada 1/6 křemíků hliníkem negativní náboje vyrovnány K +, které jsou pevně poutány v mezivrství mezi jednotlivými trojvrstvími omezuje možnost přílišného vzdálení základních trojvrství vzdálenost 0,35 nm, málo bobtná sorpční kapacita mekv/100 g měrný povrch m 2 /g Illity Chlority

38