FYTO Úvod do pedologie. 1.1 Vznik a vývoj půdy 1.2 Zrnitost půdy 1.3 Minerální složení

Transkript

1 FYTO 1 1. Úvod do pedologie 1.1 Vznik a vývoj půdy 1.2 Zrnitost půdy 1.3 Minerální složení Vít Penížek Katedra pedologie a ochrany půd ČZU Praha, Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů (č. dv. 1) penizek@af.czu.cz

2

3

4 ÚVOD Definice půdy: Půda = povrchová vrstva souše vyvíjející se v důsledku působení půdotvorných faktorů a podmínek. Systémový pohled (nejširší definice): Půda = komplexní, polyfunkční, otevřený, polyfázový strukturní systém, tvořící povrchovou část litosféry

5 Půda je: vertikálně a horizontálně strukturovaný přírodní útvar součást systému geosféra-biosféra přírodní zdroj, hospodářsky využitelný Pedon (řecky) = země Pedosféra = kůže Země, přes kterou probíhá soustavně výměna látek a energie mezi ostatními sférami Půda jako geomembrána tuto výměnu reguluje (propouštění, odraz, akumulace, přeměny )

6 Pedosféra v systému geosfér Terestrická biosféra Pedosféra Atmosféra Litosféra Hydrosféra

7 Funkce půdy (dle Bluma 1993) Produkce potravin a biomasy Zadržování, filtrace, transformace látek Prostředí a genová zásobárna pro organismy Zdroj surovin Materiální a kulturní dědictví Podklad staveb (budovy, komunikace)

8 Význam půdy Fixace rostlin Výživa rostlin Koloběh látek (filtrace, akumulace, transformace) Koloběh vody Uvolňování CO 2 Přeměny organické hmoty Přeměna sluneční energie Detoxikace cizorodých látek

9 Úrodnost půdy = schopnost půdy poskytovat nutné životní podmínky pro rostliny i edafon Úrodnost je dána souborem fyzikálních, fyzikálně chemických, chemických a biologických vlastností půdy Úrodnost potenciální (přirozená) je dána vývojem - schopnost půdy poskytovat úrodu bez zásahu člověka Úrodnost efektivní je skutečná úrodnost po zásahu člověka Úrodnost umělá - u antropogenních půd Produkční schopnost - je dána schopností půdy poskytovat výnosy určité plodiny

10 Rozdělení půdního fondu světa ZEMĚ. 51, ha.. 1/1 100 % OCEÁNY. 36, ha... 2/3 70,8 % SOUŠE. 14, ha... 1/3 29,2 % Souše 14, ha 100 % Orná půda... 1, ha 10 % 0,25 ha na 1 obyvatele (v ČR 0,31 ha)

11 Hlavní způsoby degradace půdy Hlavní půdní hrozby dle EU: eroze ztráta organické hmoty kontaminace (lokální a difusní) zakrytí půdy (soil sealing) utužení půdy ztráta biodiverzity zasolení záplavy a sesuvy půdy acidifikace desertifikace

12

13 Využití půdního pokryvu ČR (ha, 2006) Zdroj: MŽP 2006 % rozlohy % zem. půdy Změna proti r Celková výměra ,00-11 Zemědělská půda celkem ,94 100, Orná půda ,54 71, Chmelnice ,14 0, Vinice ,24 0, Zahrady ,05 3, Ovocné sady ,59 1, Trvalé travní porosty ,38 22, Lesy , Vodní plochy , Zastavěné plochy a nádvoří , Nezemědělská půda celkem ,

14 VZNIK A VÝVOJ PŮDY klimatický faktor biologický faktor člověk voda mateční hornina zvětrávání půdotvorný substrát půdotvorný proces zvětrávání půda Podmínky půdotvorného procesu: - čas - reliéf

15 Litogenní faktor půdotvorného procesu Mateční hornina (půdotvorný substrát) předmět přeměn přímý materiální faktor Textura a struktura horniny ovlivňuje: zrnitost a hloubku půdy prostorové uspořádání půdy transportní a transformační procesy Chemické složení horniny ovlivňuje: obsah bazických kationtů obsah rozpustných solí a živin pozaďové koncentrace rizikových prvků

16 ČGS, 1:

17 ČGS, 1:

18 Klimatický faktor půdotvorného procesu Podnebí: materiální faktor energetický faktor Nejvýznamnější složky: srážky teplo poměr srážek a výparu vítr, mráz

19

20 Zdroj: ČHMÚ

21 Biologický faktor půdotvorného procesu Edafon a vegetace: zdroj humusotvorného materiálu transformační procesy v půdě biologický koloběh látek

22 Fakultativní faktory Podzemní voda (nebo povrchové zamokření): redukční podmínky hydromorfní vývoj Lidská činnost (kultivace aj.): změny v chemických i fyzikálních vlastnostech změny v prostorovém uspořádání změny v koloběhu prvků

23 Podmínky půdotvorného procesu Reliéf: nadmořská výška svažitost, zakřivení svahu, sběrná plocha expozice aj. Čas (stáří půd): doba, po kterou nerušeně působí půdotvorné faktory relativní Absolutní stáří našich půd holocén, tj. méně než let

24 SLOŽENÍ PŮDY Půda Plynná fáze Kapalná fáze 2-3 % ~ 10 % ~ 50 % Pevná fáze minerální organická

25 MINERÁLNÍ SLOŽKA PŮDY Půdní minerály: primární sekundární Fyzikální zvětrávání mechanické změny: vliv teploty objemové změny (mráz, hydratace) větrná a vodní eroze Chemické zvětrávání: rozpouštění oxidace a redukce hydrolýza a hydratace Biologické zvětrávání

26 ZRNITOST (TEXTURA) PŮDY Půdní druh - určen zrnitostním složením Frakce - % zastoupení částic daného velikostního rozmezí Kategorie - frakce či jejich soubory, použité ke klasifikaci zemin

27 Pojmenování frakcí a kategorií (dle Kopeckého upraveno) Frakce Velikost (mm) Kategorie J Koloidní jíl 0,0001 I. kat. E Fyzikální jíl 0,002 0,01 mm M Jemný prach 0,002-0,01 = jílnaté část. N O Prach 0,01-0,05 II.kat. Z Práškovitý písek 0,05-0,1 III.kat. E Písek 0,1-2,0 IV.kat. M SKELET Hrubý písek 2-4 Štěrk 4-30 Kamení >30 KPP (Komplexní průzkum půd) místo 0,1 se používá 0,25 mm

28 Zrnitost (textura) půdy Písek hrubé póry vysoká propustnost Jemný (práškovitý) písek důležitý je tvar částic Prach příznivé fyzikální, chemické, biologické i technologické vlastnosti Jemný prach (silt) vyšší obsah nepříznivý za sucha moučnaté půdy ; za mokra rozbředání (slitá struktura) Jíl nejdůležitější frakce převážně lístkovitý charakter koloidní vlastnosti fyzikální a fyzikálně-chemické vlastnosti půdy

29 Hmotnostní zastoupení Zastoupení minerálů v zrnitostních frakcích 100% 80% 60% Živce Slídy Jílové minerály a oxidy 40% 20% Křemen 0% Písek Prach Jíl

30 Stupnice půdních druhů (dle Nováka) % I. Kategorie (0,01mm) Půdní druh Označení půdy 0-10 písčitá lehká hlinitopísčitá písčitohlinitá hlinitá střední jílovitohlinitá jílovitá těžká > 75 jíl

31 Určování zrnitosti Zkouška hmatem Orientační sedimentační zkouška Laboratorní metody (plavení, sedimantace, pipetování suspenze)

32 Trojúhelníkový diagram Zrnitost lehká středně těžká těžká velmi těžká Kategorie P, hp lehčí ph typická H, rh, R pjh, jh, rjh pj, rj, J

33 Význam zrnitosti půdy Zvětratelnost Půdotvorné procesy Pohyb půdní vody (vsak, proudění) Provzdušnění půdy Sorpce Tepelný režim Technologické vlastnosti (obdělavatelnost) Biologická činnost

34 Zastoupení půd podle zrnitosti v půdním pokryvu ČR Písčité až hlinitopísčité půdy 19 % Písčitohlinité až hlinité 59 % Jílovitohlinité až jíly 17 % Silně štěrkovité a kamenité 5 %

35 Půdy s extrémní zrnitostí Lehké půdy: + rychlé zasakování vody - malá schopnost zadžet vodu (vysýchavé půdy) vpravení bariér proti vsaku vody (PVC, asfalt) aplikace kompostů aj. organických hmot aplikace jílových hmot bentonit, slín (30 50 t na 1 ha půdy), rybniční sediment + snadná obdělavatelnost (síla vynaložená na orbu je 3-4x nižší než u těžkých půd) + snadná záhřevnost

36 Půdy s extrémní zrnitostí Těžké půdy: - pomalý vsak + zadržování vody - pomalé zahřívání - obtížné zpracování - Velké množství energie - hodinové půdy agrotechnické zásahy - zelené hnojení (polysacharidy), chlévský hnůj, víceleté pícniny (vylepšení půdní struktury) mechanické zásahy podrývání, hloubkové kypření chemické zásahy vápnění (vyvločkování koloidní složky), strukturotvorné látky (latex)

37 HLAVNÍ SKUPINY PŮDNÍCH MINERÁLŮ Oxidy Si křemen(sio 2 ) Al hydroxidy a oxyhydroxidy: Fe hydroxidy a oxyhydroxidy: goethit, (FeOOH), hematit, (Fe 2 O 3 ) Mn oxidy a oxyhydroxidy: birnesit, hollandit Halovce halit, fluorit Sulfidy - pyrit Hlinitokřemičitany (alumosilikáty): živce, slídy, pyroxeny, amfiboly jílové minerály Fosforečnany: variscity, apatity Uhličitany: kalcit, dolomit, magnezit Sírany sádrovec, anhydrit

38 Jílové minerály v půdě - sekundární vrstevnaté minerály půdy - výrazný vliv na chemické i fyzikální vlastnosti půdy Vznik, původ: zdědění přeměna primárních minerálů (zvětrávání) syntéza Struktura: tetraedry (Si) a oktaedry (Al) Krystalické: typ 1:1 skupina kaolinitu typ 2:1 skupina illitu s neexpandující mřížkou skupina montmorillonitu s expandující mřížkou typ 2:2 skupina chloritu nesendvičová vrstva oktaedrů Mg(OH) 2 - brucitu

39 Vlastnosti jílových minerálů Bobtnavost: montmorillonity silně bobtnavé illit, vermikulit částečně bobtnavé Vysoký specifický povrch: skupina kaolinitu m 2.g -1 skupina illitu m 2.g -1 skupina montmorillonitu m 2.g -1 Sorpční vlastnosti Minerál Sorpční kapacita (mmol(+)/100 g) Kaolinit 3 12 Illit Chlorit Montmorillonit Vermikulit

40 FYTO 1 2. Fyzikální vlastnosti půdy 2.1 Struktura půdy 2.2 Pórovitost 2.3 Voda a vzduch v půdě Vít Penížek Katedra pedologie a ochrany půd ČZU Praha, Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů (č. dv. 1) penizek@af.czu.cz

41 PŮDNÍ STRUKTURA prostorové uspořádání půdních částic Stav uspořádání: elementární slitý půdní škraloup Agregátový Tvorba struktury: desagregace agregace cementace

42 Faktory tvorby struktury zrnitost (textura) koagulace (srážení) koloidů přítomnost vícemocných kationtů hydroxidy a seskvioxidy Al a Fe humusové látky půdní organismy zpracování půdy fyzikální síly (objemové změny, mráz, vlhkost)

43 Ojediněle částicová struktura, minerální zrna leží izolovaně vedle sebe (elementární stav) Drobtovitá struktura - drnový horizont, svrchní části ornice ideální stav Nevyvinutá struktura, spraš Hrudkovitá struktura - typická pro podorničí

44 Typy struktury podle velikosti a tvaru Mikrostruktura 0,25 mm Makrostruktura 0,25-50 mm Megastruktura 50 mm STRUKTURNÍ ELEMENTY 1 - kulovitá rovnoměrně vyvinuté vertikálně protažené horizontálně protažené 2 - polyedrická 3a - hranolovitá zaoblené ostrohranné hranolovitá deskovitá 3b - sloupkovitá 4 - deskovitá kulovitá svrchní část bez zaoblení svrchní část zaoblená zrnitá polyedrická prismatická sloupkovitá

45 Hodnocení v terénu: Hodnocení struktury vizuální a hmatové hodnocení ep/pdfs/soilstructure.pdf /sites/vsee/public/document s/presentations/boizard% %20DK%20final.pdf

46 Význam půdní struktury Pro půdu: zadržování vody, vsak (infiltrace) propustnost pro vodu a vzduch biologická činnost rovnováha mezi rozkladnými a syntetickými procesy (mineralizace a humifikace) Pro vegetaci: příznivý vodní režim uvolňování živin rozvoj a růst kořenů

47 PÓROVITOST PŮDY udává podíl pórů z celkového objemu půdy a jejich velikost vyjadřuje se: jako bezrozměrné číslo (0,25-0,7) v procentech objemu půdy (25-70 %) nejčastější hodnoty: %

48 je dána zejména: PÓROVITOST PŮDY zrnitostí (texturou) půdy, půdní strukturou ulehlostí a zhutněním půdy, kypřením ovlivňuje: vzájemný poměr fází půdy pohyb vody a roztoků půdou provzdušnění půdy, pohyb plynů průběh reakcí a procesů v půdě

49 Dělení půdních pórů Pórovitost: meziagregrátová hrubší póry (1/3) vnitroagregátová jemnější póry (2/3) Pórovitost dle typu: nekapilární gravitační síly semikapilární gravitační i kapilární síly kapilární kapilární síly (vzlínání)

50 Zhutnění (utužení) půdy Druhy: přirozené (asi 20 % našich půd) technogenní (těžká mechanizace)

51 Důsledky: Zhutnění (utužení) půdy snížení pórovitosti, zvýšení objemové hmotnosti omezení mikrobiální činnosti omezení vývoje kořenů snížení propustnosti pro vodu i vzduch zhoršení obdělavatelnosti

52 Hodnocení: Zhutnění (utužení) půdy podle pórovitosti podle objemové hmotnosti penetrometrické měření

53 Zhutnění (utužení) půdy Možnosti omezení a nápravy: omezení pojezdů omezení počtu operací sdružení operací obdělávání při vhodné vlhkosti vhodná mechanizace pneumatiky velikost, typ kolejové řádky vhodné hnojení podrývání, kypření přirozená náprava (mráz, edafon)

54 VODA V PŮDĚ Půdní voda = veškerá voda vyskytující se trvale nebo dočasně v půdním profilu (kapalná, pevná, plynná fáze) má vztah k půdotvorným procesům a k vegetaci hybná síla všech pochodů podmínka vzniku půdy a života v ní

55 Bilance vody v půdě Vstupy (zdroje) srážky, kondenzace podzemní voda povrchový a podpovrchový přítok závlahy (voda z odumřelých kořenů a mikroorganismů) KZ = S / V (srážky / výpar) promyvný KZ > 1 periodicky promyvný KZ = 1 nepromyvný KZ < 1 výparný KZ << 1 bažinný závlahový - (KZ < 1) Výstupy povrchový a podzemní odtok evaporace transpirace

56 Retenční schopnost půdy 1 ha m 2 hloubka ~0,7 m m 3 pórovitost ~50 % m 3 kapilární pórovitost ~50 % ~1.700 m 3

57 Kategorie půdní vody Adsorpční voda poutána k povrchu částic adsorpčními a osmotickými silami polymolekulární vrstva v 1. vrstvě (1 nm) síla ~600 MPa, v dalších vrstvách klesá málo pohyblivá (pouze v plynném stavu) nepřijatelná pro rostliny nemá rozpouštěcí schopnost adsorpční voda kapilární voda

58 Kategorie p. v. Kapilární voda převládá působení kapilárních sil (adheze a koheze) výška vzlínání je prakticky omezena hodnotou 2-3 m dělí se na vodu lehce a těžce pohyblivou (lentokapilární) se vzrůstající výškou klesá rychlost vzlínání V zemědělství při hospodaření lze regulovat ve prospěch rostlin: Setí tvrdá postýlka, měkká peřinka Po sklizni - podmítání

59 Kategorie půdní vody Gravitační voda převládá působení zemské tíže dočasně v hrubých pórech není pevně vázána pevnou fází tzv. volná voda význam pro transport látek v půdním profilu

60 Půdní hydrolimity = vodní charakteristiky (vlhkosti) vyjadřující vztahy půdy a vody a jejich změny; popisují typické vlhkostní stavy půdy Bod vadnutí - BV minimální mez fyziologicky využitelné vody vlhkost, kdy rostliny jsou trvale nedostatečně zásobeny půdní vodou a vadnou smluvně: Pa (1,5 MPa), nebo pf = 4,18 Polní vodní kapacita - PK ustálený (kvazistacionární) stav vlhkosti přirozeného půdního profilu po nadměrném zavlažení shora

61 Pohyb vody v půdě probíhá ve směru záporného gradientu potenciálu (tj. z místa s vyšším potenciálem do místa s nižším potenciálem) komplikovaný proces, neboť: půda je heterogenní porézní prostředí pohyb je ovlivněn teplotou dochází ke ztrátám (rostliny, výpar ) nepohybuje se čistá voda, ale roztok

62 Infiltrace = vsak vody do půdy specifický případ neustáleného proudění v nenasyceném prostředí rozhoduje o využití atmosférických srážek i závlahy závisí na: počáteční vlhkosti vlastnostech půdního povrchu (struktura) hydraulické vodivosti výskytu brzdících vrstev v profilu době trvání

63 Infiltrace

64 = plynná fáze půdy VZDUCH V PŮDĚ Význam (a faktory jeho složení): dýchání organismů výměna plynů mezi půdou a atmosférou průběh reakcí v půdě Formy: volně pohyblivý vázaný na pevnou či kapalnou fázi fyzikální vazby na povrchu pevné fáze rozpuštěné plyny v kapalné fázi uzavřené bublinky v kapilárních pórech

65 Složení půdního vzduchu velmi proměnlivé ve srovnání s atmosférickým vzduchem: méně O 2 (10-20 % obj., ale i pouhé stopy) více CO 2 (0,1-5 %, ale i 10, extrémně až 50 %) podobný obsah Ar a dalších inertních plynů (0,9 %) obsah N 2 v závislosti na obsahu O 2 a CO 2 vodní pára

66 Pohyb vzduchu v půdě výměna mezi půdou a atmosférou Proudění (10 %): tlakový gradient změny teploty a atmosférického tlaku srážková voda, vítr, obdělávání půdy příjem vody kořeny, kolísání hladiny podzemní vody propustnost pórů Difuse (90 %): v plynné i kapalné fázi difusní gradient - změna parciálních tlaků součástí p. vzduchu, zejména CO 2, O 2

67 Zlepšení provzdušnění půdy Orná půda: Kypření, orání, Trávníky: Vertikutace prořezávání povrchové vrstvy Aerifikace propichování půdy obvykle dutými hroty a vytažení vzniklých špuntů na povrch. do hloubky 60 až 80 mm, s četností 300 až 500 otvorů na 1 m 2, průměr otvorů 10-16mm Doplnění prázdných prostor pískem.

68 FYTO 1 3. Chemické a biologické vlastnosti půdy 3.1 Humus 3.2 Půdní reakce 3.3 Sorpce půdy a půdní koloidy 3.4 Edafon Vít Penížek Katedra pedologie a ochrany půd ČZU Praha, Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů (č. dv. 1) penizek@af.czu.cz

69 PŮDNÍ ORGANICKÁ HMOTA = soubor všech neživých organických látek nacházejících se na povrchu půdy či v ní Půdní humus: řada definic: totéž co půdní organická hmota odumřelé organické látky v různém stupni rozkladu a resyntézy, jejichž část je vázána na minerální podíl

70

71 Význam půdní organické hmoty zásobárna energie, uhlíku a živin pro edafon i rostliny zadržování vody zlepšení struktury půdy chemické vlastnosti půdy: zadržování živin aj. látek (sorpce) ovlivnění/vyrovnávání půdní reakce půdotvorné procesy

72 Obsahy C v různých složkách ŽP Světová bilance: (údaje se mírně liší podle literárních pramenů) Množství C v 10 9 t: Půda (org. C) Půda (anorg. C) Atmosféra Biomasa souše Oceány Ostatní Půda celkem

73 Amazonké prales zachycuje obvykle 1,5 miliard m 3 CO 2 Rozklad org.zbytků (kmeny, listí atd.) uvolní v dalších letech 5 miliard m 3 CO 2, Celková záporná bilance CO2 se odhaduje na 8 miliard m 3 CO 2 (pro srovnání, USA produkuje orčně spalováním fosilních paliv 5,4 miliard m 3 CO 2 )

74 Bilance C

75 Množství OH z rostlin/ekosystémů Plodina Suchá hmota rostlinných zbytků (t/ha) Land use / Vegetation type Alpine and arctic forest Organic C [t/ha] Vojtěška 8,2 Jetel luční 5,2 Pšenice ozimá 3,1 Ječmen jarní 2,5 Brambory 0,9 Cukrovka 0,9 Arable land Temperate grassland Coniferous forest Deciduous forest Tropical rainforest

76 Hodnocení obsahu OH v půdě Obsah v humusovém horizontu (% hmotnosti) Obsah % C org % humusu velmi nízký < 0,6 < 1 nízký 0,6 1,2 1-2 střední 1,2 1,7 2-3 vysoký 1,7 2,9 3-5 velmi vysoký > 2,9 > 5 Přepočet humusu a C org : Welteho koeficient 1,724 (=1/0,58)

77 Množství organické hmoty v půdě 1 ha m 2 hloubka ornice ~ 0,2 m m 3 objemová hmotnost ~ 1,5 Mg.m Mg organický uhlík ~ 2 % 60 Mg = 60 t humus ~ 58 % C (1,724) ~ 100 t

78 Rozdělení půdní organické hmoty podle Humusotvorný materiál: stupně přeměny nerozložené odumřelé zbytky rostlin, živočichů a mikroorganismů rychlost rozkladu závisí na chemickém složení Nehumusové látky (meziprodukty) : meziprodukty rozkladu a syntézy mají stanovitelné chemické charakteristiky jednodušší: aminokyseliny a jiné org. kyseliny, jednoduché cukry složitější: celulosa, lignin, proteiny, hemicelulosy Humusové látky vlastní humus: konečné produkty humifikačních pochodů humin (H); humusové uhlí (HU), huminové kyseliny (HK), hymatomelanové kyseliny (HY), fulvokyseliny (FK)

79 Mineralizace = rozklad organické hmoty na výchozí anorganické složky především obligátně aerobní mikroorganismy uvolňuje se CO 2, H 2 O, N 2, (NO 2-, NO 3-, NH 3 ), S. uvolňuje se energie a živiny zpravidla % organické hmoty koeficient mineralizace 0,5-0,8 především v lehkých půdách

80 Humifikace = tvorba složitějších a stabilnějších látek aromatické povahy nutné střídání aerobních a anaerobních podmínek přítomnost vícemocných kationtů (Ca 2+ ), ph Stadia humifikace: počáteční převládá rozklad biologický proces závěrečné převládá syntéza převládají fyzikálně-chemické a chemické reakce

81 organické látky polymery vytvořené humifikací specifické pro půdu skupiny látek s podobným chemickým složením a vlastnostmi nejedná se o chemicky definované sloučeniny struktura: aromatická složka hydrofobní alifatická složka hydrofilní Huminové látky

82 Fulvokyseliny rozpustné ve vodě Poutání živin v půdě (KVK až 700 mmol(+)/100 g ) přispívají k rozkladu minerálního podílu půdy Huminové kyseliny Poutání živin v půdě (KVK mmol(+)/100 g ) nejsou agresivní vůči minerálnímu podílu půdy Huminy mají pevnou vazbu s minerálním podílem tmel při tvorbě půdní struktury

83 Ulmifikace (rašelinění) v prostředí s nadbytečnou vlhkostí a nedostatkem O 2 omezená chemická přeměna, neúplný rozklad hromadění energeticky bohatých látek Karbonizace = koncentrování C v karbonizované formě hlavně u větších úlomků rostlinných těl (kořenů) vzniká tzv. humusové uhlí

84 KOLOIDNÍ SYSTÉM PŮDY Koloid = částice o velikosti 1nm až 1 (2) m Minerální koloidy v půdě: jílové minerály primární silikáty nerozpustné alumoferrifosfáty polymerní kyselina křemičitá hydratované (seskvi)oxidy Al, Fe, Mn Organické koloidy: humusové látky polysacharidy bílkoviny lignin

85 Druhy koloidů podle způsobu disociace Elektronegativní (acidoidy): mají záporný náboj, adsorbují kationty převládají v půdách (jíly, HL, H 2 SiO 3 ) Elektropozitivní (bazoidy): mají kladný náboj, adsorbují anionty seskvioxidy (R 2 O 3 ) + + -COO + - -COO + - -O - jádro -O - -COO Amfoterní (amfolytoidy): chování podle prostředí hydroxylované seskvioxidy (oxyhydroxidy) + + -COO + -COO O jádro -O - -COO

86 Stabilita koloidních systémů SOL koagulace peptizace GEL Koloidní systém je stabilní ve stavu sol či koloidní roztok (stabilní koloidní systém nestabilní půdní struktura) Stabilitu koloidů zvyšují (tj. strukturu půdy narušují): jednomocné kationty (hlavně Na + ) nízká koncentrace půdního roztoku Stabilitu koloidů narušují (tj. strukturu půdy zlepšují): vícemocné kationty (Ca 2+, Mg 2+, Fe 3+ ) vysoká koncentrace půdního roztoku

87 Význam půdních koloidů fyzikální vlastnosti půdy struktura soudržnost a přilnavost obdělávání půdy vzlínání vody (elektrokapilarita) chemické vlastnosti půdy: půdní reakce sorpce půdotvorné procesy transport látek Využití koloidních vlastností: zlepšení půdní struktury remediace půdy (elektrokinetické jevy) výživa rostlin

88 PŮDNÍ REAKCE = koncentrace (aktivita) kyselých iontů (H + ) Určuje zda je půda kyselá-neutrální, zásaditá

89 Aktivní půdní reakce = koncentrace (aktivita) kyselých iontů H + (H 3 O + ) ve vodném výluhu nebo suspenzi půdy PŮDNÍ ROZTOK EXTRAKT K K + H + K K + H + O Mg 2+ H + O Mg 2+ H + L H + L H + O H + + H 2 O O H + + H 2 O I Ca 2+ I Ca 2+ D Ca 2+ D Ca 2+ stanovuje se pouze v jednotkách ph - ph H2O

90 Hodnocení půdní reakce Reakce ph H2O silně kyselá < 4,9 kyselá 4,9-5,9 slabě kyselá 6,0-6,9 neutrální 7,0 slabě alkalická 7,1-8,0 alkalická 8,1-9,4 silně alkalická > 9,4

91 Význam půdní reakce fyzikální vlastnosti půdy - struktura chemické vlastnosti půdy: rozpustnost, mobilita a přijatelnost živin a rizikových prvků sorpce KVK a nasycenost sorpčního komplexu mobilita chelátů biologické vlastnosti půdy složení a aktivita mikroorganismů růst a vývoj rostlin přímé působení citlivost nepřímé působení rozpustnost živin a rizikových prvků půdotvorné procesy zvětrávání minerálů transport a ukládání látek

92 Příčiny kyselé půdní reakce mateční hornina vyluhování půd sloučeniny síry a dusíku (atmosférická depozice) využití půdy, druh porostu organické látky fulvokyseliny huminové kyseliny jednodušší organické kyseliny, aminokyseliny tvorba CO 2 hnojení fyziologicky kyselá hnojiva jílové minerály

93 Úprava půdní reakce Úprava kyselé reakce: vápnění sycení půdy Ca 2+ (Mg 2+ ) vápenec, dolomit, pálené vápno vhodné hnojení změna druhu porostu (meliorační plodiny) Úprava alkalické reakce: sádrovec síra, kyselina sírová sírany Al, Fe polysulfid Ca

94 poutání látek v půdě důsledek nevyvážených sil na povrchu sorbentu zvýšení koncentrace látky na fázovém rozhraní ve srovnání s okolním prostředím PŮDNÍ SORPCE

95 Mechanismy sorpce v půdě Mechanická sorpce: mechanické zadržení v pórech a dutinách hrubě dispersní částice, agregáty, sraženiny, molekuly Fyzikální sorpce: povrchové jevy na fázovém rozhraní především molekuly Fyzikálně chemická (výměnná) sorpce: iontová výměna mezi povrchem částic a roztokem nejvýznamnější ionty, v našich půdách hlavně kationty

96 Mechanismy sorpce v půdě Chemická sorpce: tvorba málo rozpustných nebo nerozpustných sloučenin (precipitace) řízena produktem rozpustnosti Biologická sorpce: poutání v tělech rostlin a mikroorganismů výrazně selektivní zejména živiny (NO 3- )

97 Výměnná sorpce v půdě Sorpční půdní komplex: soubor půdních složek schopných poutat kationty: organické složky - humus minerální složky jílové minerály nese záporný náboj: permanentní (konstituční) isomorfní substituce v jílových minerálech variabilní disociace hydroxylových a karboxylových skupin na minerálech i org. hmotě - závisí na ph: -OH -O - + H +

98 Výměnná sorpce v půdě Kationtová výměnná kapacita (KVK, CEC, T): množství kationtů, které je půda schopna poutat udává se v mmol(+).100g -1, cmol(+).kg -1, mmol(+).kg -1 potenciální při ph 7 nebo vyšším efektivní při skutečném ph půdy

99 Sorpční půdní komplex T = KVK = kationtová výměnná kapacita S = suma bazických kationtů H + = výměnný vodík (H a ) V = stupeň nasycení sorpčního komplexu bazickými kationty (angl.: BS - base saturation) T = KVK = S + H + (mmol(+).100g -1 ) NH 4 + H Mg Al 3+ Na S + - T - H H K H + Ca 2+ K + V = S/T. 100 (%)

100 Kationtová výměnná kapacita Hodnocení (ČR): 8-12 mmol(+).100g -1 nízká až velmi nízká mmol(+).100g -1 střední mmol(+).100g -1 vysoká > 30 mmol(+).100g -1 velmi vysoká Jednotlivé složky půdy (mmol.100g -1 ) Kaolinit 3-12 HK Illit FK Vermikulit Montmorillonit Chlorit 30-50

101 Nasycenost sorpčního komplexu Hodnocení: Sorpční komplex V (%) plně nasycený nasycený slabě nasycený nenasycený extrémně nenasycený < 30

102 Kationtová výměnná kapacita

103 Faktory výměny kationtů oxidační číslo Me + Me 2+ Me 3+ Me 4+ postavení v lyotropní řadě Li + Na + K + NH 4 + Rb + Cs + H + Mg 2+ Ca 2+ Sr 2+ Ba 2+ iontový poloměr koncentrace a aktivita v roztoku charakter sorbentu pořadí

104 Sorpce aniontů chemosorpce většinou fosforečnany, sírany, uhličitany, sulfidy biologická sorpce dusičnany, fosforečnany výměnná sorpce málo

105 PŮDNÍ ORGANISMY = živá složka půdy živočišná rostlinná Živé orgány vyšších rostlin: různorodý materiál doplňování humusotvorného materiálu Edafon: soubor organismů přítomných v půdě celými těly migrace, rychlejší množení (mikroorganismy) dynamičtější skupina

106 Třídění edafonu podle R/Ž říše Fytoedafon (flóra): řasy, bakterie, houby, mikromycety, aktinomycety Zooedafon (fauna) savci, červi, prvoci, měkkýši

107 Třídění edafonu podle velikosti Makroedafon: krtci, hraboši, křečci Mesoedafon 80-0,2 mm červi, měkkýši, členovci Mikroedafon < 0,2 mm bakterie, prvoci, sinice, řasy, aktinomycety,

108 Bakterie Clostridium Agrobacter wnoz.ar.wroc.pl/sknbio/gal/bak/page_01.htm.

109 Bakterie Pseudomonas s/paeruginosa.jpg Rhizobium ttp:// Nitrosomonas wnoz.ar.wroc.pl/sknbio/gal/bak/page_01.htm.

110 Houby

111 Aktinomycety Actinomyces s/s_coelicolor/gfx/h4tkm1m.gif Streptomyces Nocardia gy/nocard-cdc1.jpg

112 Řasy Diatomae- rozsivky Sinice img.aktualne.centrum.cz/70/47/ sinice.jpg

113 Mesoedafon Háďátka Action=Quicklink&Search=Konidiospore&S earchin=keywords Chvostoskoci Roztoči Žížaly data/13/pic1.jpg

114 Mesoedafon dumka.info/pet04/0602pet.htm.

115 Makroedafon

116 Zastoupení organismů v orné půdě (Russel, 1973) Skupina Čerstvá hmota (t/ha) Bakterie 6,3 Houby 3,1 Prvoci 0,3 Mesoedafon (mimo háďátka) 1,8 Makroedafon (+ háďátka) 1,0 Celkem 12,5

117 Autotrofní schopní fotosyntézy Třídění edafonu - podle výživy Heterotrofní zdrojem energie je rozklad organické hmoty saprofyti rozklad odumřelé hmoty paraziti výživa na úkor hostitele symbionti vzájemný prospěch s hostitelem (Rhizobium)

118 Funkce edafonu Rozkladná makroedafon transport organické hmoty, rozmělnění mesoedafon zvětšení povrchu mikroedafon vlastní rozklad Syntetická autotrofní organismy heterotrofní organismy

119 Význam edafonu

120 Význam edafonu přeměna látek (včetně cizorodých) rozklad a syntéza oxidace a redukce přeměna energie chemismus půdy tvorba reaktivních látek ovlivňování reakcí (enzymy) půdní reakce sorpce (biologická) redox fyzikální vlastnosti půdy struktura transport a koloběh látek

121 složení půdy Faktory ovlivňující složení a činnost edafonu minerální složení, zrnitost organická hmota vlhkost provzdušnění teplota půdní reakce redox potenciál sorpce v půdě rostliny kontaminace půdy

122 Rychlost rozkladu dny - kořenové vlášení roky - silné kořeny desetiletí - dřevo Omezení rozkladu: nízké teploty zatopení vodou nízké ph Povrchový rozklad v průměru 5x pomalejší než podpovrchový.

123 FYTO 1 4. Půdní systematika a geografie 4.1 Půdní typy 4.2 Geografie půd v ČR 4.3 Půdní průzkum a mapování půd Vít Penížek Katedra pedologie a ochrany půd ČZU Praha, Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů (č. dv. 1) penizek@af.czu.cz

124 VZNIK A VÝVOJ PŮDY klimatický faktor biologický faktor člověk voda mateční hornina zvětrávání půdotvorný substrát půdotvorný proces zvětrávání půda Podmínky půdotvorného procesu: - čas - reliéf

125 Popis půdního profilu 200 cm 80 cm ČELO cm

126 Popis půdního profilu Obecné údaje Umístění sondy (souřadnice pomocí GPS) Nadmořská výška Reliéf Využití půdy, půdní pokryv Půdotvorný substrát Podzemní voda O H A E B C R Popis půdních horizontů Barva Struktura Zrnitost Skeletovitost Vlhkost, konzistence Konkrece, ostatní novotvary Obsah uhličitanů, rozpustných solí Pórovitost, trhliny Prokořenění, biologické oživení Charakter přechodů

127 Popis půdních horizontů O A C R horizont pevná hornina, ze které vzniká půda, respektive půdotvorný substrát např.: - žula - čedič - vápenec R

128 Popis půdních horizontů O A C R C - horizont půdotvorný substrát vzniká rozpadem matečné horniny velmi málo ovlivněn půdotvorným procesem postrádá vlastnosti horizontů H, O, A, E nebo B z půdotvorného substrátu vznikají ostatní horizonty, resp. půda C

129 Popis půdních horizontů O A C R A horizont povrchové minerální horizonty akumulace humifikovaných látek (do % hm.), obsah nerozložených org. l. < 5 % vlastnosti vyplývající z kultivace a obhospodařování půd morfologie rozdílná od níže ležících horizontů B a C A