Jak určit hustotu půdy?

Hustota půdy je hmotnost na jednotku objemu absolutně suché půdy odebrané v jejím přirozeném složení (d_v). Vyjádřeno v g/cm3. Hustota půdy je dána povahou relativního uspořádání půdních částic, agregátů a nových formací v prostoru. Jeho hodnoty se velmi liší. V rašelinách tvořených rostlinnými zbytky různého stupně rozkladu je hustota nejčastěji 0,1-0,4 g/cm 3, v humusových horizontech minerálních půd – 1,0-1,35 g/cm 3, ve vysoce zhutněných iluviálních, glejových – ve srostlých, tavené a solonetzické horizonty často dosahují hodnot 1,7-1,9 g/cm 3 . Hustota půdy závisí na mineralogickém a granulometrickém složení, povaze struktury a obsahu organické hmoty.

Hustota půdy se zvyšuje s těžším granulometrickým složením, zvyšuje se podíl minerálů těžké frakce (epidot, hematit, amfiboly, pyroxeny atd.), snižuje se obsah humusu a zhoršuje se struktura. Hustota půdy je variabilnější než hustota pevných látek. Mění se v čase a prostoru, zejména ve vyšších horizontech, které jsou neustále vystaveny klimatickým, biologickým a antropogenním faktorům. Obzvláště velký vliv na hustotu má zpracování půdy a vliv strojů pohybujících se na povrchu půdy. Půda je bezprostředně po kultivaci (orba, kultivace) nejkyprější a poté se postupně začíná utlačovat. Po nějaké době, v závislosti na vnějších faktorech a na vlastnostech půdy samotné (složení velikosti částic, stupeň struktury), hustota půdy dosáhne určitých hodnot, které se v průběhu času do dalšího ošetření jen málo mění. Tato konstantní hustota se nazývá rovnováha. Rovnovážná hustota je celkem stabilní fyzikální ukazatel, určovaný jak genezí půd, tak stupněm jejich antropogenní změny, tzn. stupeň kultivace nebo degradace. Rovnovážná hustota půdy není vždy totožná s optimální hustotou. Za optimální hustotu se považuje taková, která zajišťuje pro rostliny příznivý režim voda-vzduch a normální vývoj jejich kořenového systému. Odhad hustoty vrstvy ornice je uveden v tabulce. 13.2. Tabulka 13.2 Odhad hustoty hlinitých a jílovitých půd na základě granulometrického složení půd (podle N.A. Kachinsky)

Utužení půd po zpracování půdy nad optimální hodnoty je nejčastěji spojeno s jejich špatnou strukturou. K utužování půdy významně přispívá nadměrné používání těžké zemědělské techniky. V průměru je značná část pole vystavena 2-4násobku nárazu pojezdových systémů zemědělských strojů a jednotlivé plochy – 8-16násobku. Hloubka deformace půdy se pohybuje od 20-30 do 50-60 cm nebo více. Ke zhutnění půdy dochází nejen ve vertikálním, ale také v horizontálním směru od středu hnací dráhy o 35-70 cm Hustota půdy má velký agronomický význam, protože má velký vliv na životní podmínky rostlin a půdní organismy. Silně zhutněná suchá půda má velkou odolnost vůči rozvoji kořenového systému rostlin a její kultivace vyžaduje dodatečné náklady na energii. Při zhutňování půdy se snižuje počet makropórů a velkých kapilár a zvyšuje se podíl horizontálně orientovaných pórů. V důsledku toho se snižuje maximální kapacita polní vláhy, zhoršuje se výměna půdních plynů a zvyšuje se obsah pro rostliny nedostupné vláhy. Husté půdy mají špatnou propustnost vody, takže značné množství vody vstupující na jejich povrch neproniká hluboko do profilu, ale odpařuje se nebo v případě svažitosti vytváří povrchový odtok způsobující rozvoj eroze. Na příliš zhutněných půdách účinnost minerálních hnojiv klesá. Při silné vlhkosti v hustých půdách jsou všechny póry naplněny vodou, v důsledku čehož se vyvíjejí anaerobní podmínky a aktivují se odpovídající skupiny mikroorganismů. Důsledkem nadměrného zhutnění půdy je pokles výnosů plodin. V závislosti na půdně-klimatické zóně je výpadek plodin 5-25%. Je důležité zdůraznit, že negativní důsledky nadměrného zhutnění půdy často nejsou následnými úpravami zcela eliminovány a ovlivňují produktivitu plodin během 13.2. Hustota půdy • 401 dva až osm let. Proto je regulace hustoty půdy důležitým faktorem při optimalizaci podmínek pěstování zemědělských plodin. Opatření pro kultivaci půdy by přitom měla být doprovázena minimalizací zpracování půdy a snížením míry vlivu pohonu zemědělských strojů na půdu.

Stanovení hustoty půdy ze sypkého vzorku v laboratorních podmínkách

• 1. Vezměte kovový válec (10 cm vysoký a 5 cm v průměru) se síťovaným dnem, na dno položte kruh filtračního papíru a zvažte jej na technochemických vahách.
• 2. Nasypte zeminu z nerozemletého vzorku do válce a při plnění jej zhutněte (klepáním na dno válce dlaní). Současně se určuje vlhkost půdy.
• 3. Změřte výšku sypké vrstvy zeminy, průměr válce a určete objem zeminy.
• 4. Zvažte válec se zeminou a proveďte potřebné výpočty. Válec se zeminou se následně použije ke stanovení kapacity kapilární vlhkosti. Hustota půdy se zjistí pomocí vzorce

kde dy- hustota půdy, g/cm3; т — hmotnost suché půdy, g; PROTI- objem válce, cm 3.

Hmotnost suché půdy je určena vzorcem

kde А — hmotnost vlhké půdy, g; W- vlhkost půdy, %; je-li stanovena hustota na vzduchu vyschlé půdy, pak W— hygroskopická vlhkost;

kde 3,14 – XNUMX; G – poloměr válce, cm; h – výška válce, cm Konečný vzorec je

Příklad výpočtu. Hmotnost prázdného válce je 24,6 g, výška vrstvy sypké zeminy je 5,6 cm, průměr válce d= 5 cm (g = 2,5 cm), hygroskopická vlhkost W= 5,18%.

Vypočítejte objem válce:

Po naplnění válce zeminou byla jeho hmotnost 145,2 g. Tedy hmotnost na vzduchu vyschlé zeminy ve válci (A) je:

Hmotnost suché půdy se rovná:

Najděte hustotu půdy (g/cm 3):

Na základě tabulky odhadu hustoty docházíme k závěru, že zjištěná hustota je typická pro obdělávanou čerstvě zoranou ornou půdu.

Půda je heterogenní vícefázový disperzní systém sestávající ze tří fází: pevné, kapalné a plynné. Označme objem půdy jako `V_t`, pak `V_s`, `V_w` a `V_(vzduch)` jsou objemy pevné, kapalné a plynné fáze. Hmotnosti těchto fází označujeme jako `m_s`, `m_w` a `m_(vzduch)`. 1

Hustota pevné půdy je poměr hmotnosti pevné fáze půdy k objemu pevné fáze: 1

`rho_s = (m_s)/(V_s) [tt “g” / tt “cm”^3]` 1

Hustota pevné fáze půdy může být také označena jako “d” a může být nazývána skutečnou hustotou půdy, měrnou hmotností pevné fáze. 2

Hustota půdy je poměr hmotnosti pevné fáze půdy k celkovému objemu půdy: 1

`rho_b = (m_s)/(V_t) [tt “g” / tt “cm”^3]` 1

Hustota půdy může být také nazývána objemová hmotnost, objemová hmotnost, objemová hmotnost, objemová hmotnost nebo specifická hmotnost půdního skeletu. Může být označen jako `d_v`. 2

Hustota půdy je hmotnost na jednotku objemu absolutně suché půdy v jejím přirozeném, nenarušeném stavu. Hustota půdy je jednou z hlavních, základních vlastností půdy. Hustota půdy není konstantní, ale závisí na vlhkosti půdy (ve větší míře u hlinitých a jílovitých půd, v menší míře u písčitých). 1

Hustota přirozené půdy nesmí nikdy překročit 2 g/cm3. Minimální hodnoty minerálních půd jsou zřídka pod 0.8 g/cm 3 , i když hustota rašelinných půd a rašelinišť může klesnout až na 0.1 g/cm 3 . 1

Tabulka 1. Charakteristická hustota zemin různého granulometrického složení 1 1

Třída podle distribuce velikosti částic	Hustota půdy [g/cm3]
Sypký písek 2	1.65 (1.5 – 1.75)
Písek soudržný 2	1.6 (1.5 – 1.7)
Písečná písek	1.5 (1.4 – 1.6)
Lehká půda	1.4 (1.3 – 1.5)
Střední jámy	1.35 (1.3 – 1.4)
Těžká hlína	1.3 (1.25 – 1.45)
jíl	1.25 (1.2 – 1.4)

Poznámky:
1. V závorce je uveden nejpravděpodobnější rozsah. Tato tabulka ukazuje přibližné hodnoty fyzikálních vlastností. V reálných podmínkách, s přímým stanovením, se tyto průměrné hodnoty a meze odchylky mohou výrazně lišit v důsledku obsahu organické hmoty, struktury, zemědělského zpracování, vegetace a mnoha dalších faktorů, které dané orientační hodnoty významně mění.
2. Přírodní písky jsou téměř vždy vrstvené. V důsledku toho jsou poskytnuté údaje velmi orientační.

Celková pórovitost půdy je objem půdních pórů ve vzorku půdy v poměru k objemu celého vzorku: 1

`epsilon = (V_t – V_s)/V_t = 1 – V_s/V_t = 1 – rho_b/rho_s [tt “cm”^3 / tt “cm”^3]` 1

Obecná pórovitost půdy může být také označována jako П_celkový. V tomto případě se obvykle vyjadřuje v % objemu půdy. 2

Objemová vlhkost půdy — objem vody obsažený v objemu půdy: 1

`theta = V_w/V_t [tt “cm”^3 / tt “cm”^3]` 1

Provzdušňovací pórovitost (obsah vzduchu) — to je rozdíl mezi celkovou pórovitostí a objemovou vlhkostí půdy; objem obsazený vzduchem: 1

`epsilon_(vzduch) = epsilon – theta [tt “cm”^3 / tt “cm”^3]` 1

Pro vyjádření pórovitosti, objemové vlhkosti a obsahu vzduchu jako procenta objemu půdy je nutné jejich hodnoty vynásobit 100 %. 1

V některých případech se doporučuje použít převrácenou hodnotu hustoty zeminy – poměr objemu zeminy k hmotnosti tohoto objemu. Pomocí toho můžeme najít specifický objem půdních pórů — poměr objemu půdních pórů k hmotnosti pevné fáze půdy: 1

`Phi = 1/rho_b – 1/rho_s [tt “cm”^3 / tt “g”]` 1

Často používají koeficient pórovitosti (snížená pórovitost) – poměr celkového objemu pórů v půdě nebo zemině k objemu pevné fáze půdy: 1

`e = V_0/V_s = epsilon / (1-epsilon) = (rho_s-rho_b) / rho_b [tt “cm”^3 / tt “cm”^3]` 1
Vztahy mezi uvedenými charakteristikami pórového prostoru jsou následující:
`Phi = e/rho_s`
`Phi = epsilon/rho_b`

Koeficient pórovitosti a specifický objem pórů půdy jsou užitečné při charakterizaci změn pórů půdy v důsledku zhutnění, deformace půdy, praskání atd. V pedologii se tradičně používá celková pórovitost půdy „epsilon“. 1

Vzhledem k tomu, že půdní horizont se skládá z menších jednotek – půdních pedů nebo agregátů, je možné rozlišit objem pórů agregátů, jejich hustotu a pórovitost. 1

Agregátní hustota je poměr hmotnosti pevné fáze kameniva k jeho objemu: 1

`rho_a = m_s/V_a [tt “g” / tt “cm”^3]` [g/cm 3 ] 1

Pórovitost jednotky je poměr objemu pórů kameniva k celému objemu kameniva: 1

`epsilon_a = V_(tt “por”)/V_a [tt “cm”^3 / tt “cm”^3]` 1

Často je nutné najít meziagregátní pórovitost – poměr objemu pórů umístěných v pórovém prostoru půdy mezi kamenivem k celému objemu půdy. 1

Pórovitost půdy, agregátová a mezisouhrnná pórovitost, mají různé hodnoty: v případě půdní pórovitosti a mezishlukové pórovitosti jsou vztaženy k objemu půdy a v případě pórovitosti kameniva k objemu kameniva. Nemůžeme s nimi tedy provádět akce. 1

Chcete-li zjistit meziagregátní pórovitost, musíte nejprve najít hodnotu celková pórovitost agregátu — poměr objemu pórů kameniva k celkovému objemu půdy: 1

`epsilon_(součet tt “agr”) = V_(tt “pór”)/V_t = (V_a – V_s)/V_t = rho_b/rho_a – rho_b/rho_s = (epsilon_a(1-epsilon)) / (1-epsilon_a) [tt “cm”^3 / tt “cm”^3]` 1

Po obdržení hodnoty celkové pórovitosti agregátu můžeme vypočítat mezisouhrnnou pórovitost: 1

`epsilon_(tt “mezhagr”) = epsilon-epsilon_(součet tt “agr”) [tt “cm”^3 / tt “cm”^3]` 1

Někdy se používá k označení celkové pórovitosti agregátu П_agr, pro poréznost jednotky – П_аa pro mezishlukovou poréznost – П_m.agr. 2

Znalost hodnot pórovitosti je důležitá pro posouzení stavu půdy. V dobře agregované půdě se tedy hlavní zásoby živin, mikroorganismů a vláhy nacházejí uvnitř agregátů a právě agregáty určují úrodnost půdy. Snížení pórovitosti kameniva je důkazem zhoršení fyzikálního stavu půd. Hlavní funkcí mezisouhrnného prostoru je vedení toků látek. Meziagregátním prostorem pórů je transportována především voda a látky v ní rozpuštěné. Proto se často poukazuje na to, že agregovaný prostor je úložištěm hlavních zásob půdy a mezisouborový prostor jsou transportní cesty. Funkce těchto částí půdního pórového prostoru jsou tedy značně rozdílné (akumulace a postupná spotřeba vody a látek z pórovitosti agregátu, rychlý transport látek v půdním profilu po meziagregátní pórovitosti), proto je při rozboru získaných hodnot vhodné měly by být vyvozeny závěry. 1

Tabulka 2. Charakteristická pórovitost zemin různého granulometrického složení 1 1

Třída podle distribuce velikosti částic	Pórovitost (% objemu)
Sypký písek 2	37 (32 – 40)
Písek soudržný 2	38 (32 – 42)
Písečná písek	43 (40 – 46)
Lehká půda	47 (43 – 51)
Střední jámy	49 (47 – 51)
Těžká hlína	51 (49 – 53)
jíl	53 (51 – 55)

Poznámky:
1. V závorce je uveden nejpravděpodobnější rozsah. Tato tabulka ukazuje přibližné hodnoty fyzikálních vlastností. V reálných podmínkách, s přímým stanovením, se tyto průměrné hodnoty a meze odchylky mohou výrazně lišit v důsledku obsahu organické hmoty, struktury, zemědělského zpracování, vegetace a mnoha dalších faktorů, které dané orientační hodnoty významně mění.
2. Přírodní písky jsou téměř vždy vrstvené. V důsledku toho jsou poskytnuté údaje velmi orientační.

Hodnota hustoty půdy a pórovitosti

Příliš zhutněné půda brání růstu kořenů a obsahuje malý počet pórů (tj. má nízkou pórovitost). Při nízké pórovitosti půda obsahuje málo vody a při srážkách se póry rychle zaplní vodou, což vede k nedostatku vzduchu. 1

Příliš volné půda má příliš mnoho pórů a kořeny rostlin nemají dobrý kontakt s povrchem pevné fáze, kde je mnoho živin obsaženo v absorbovaném stavu. 1

Problém vytvoření vrstvy ornice, která je optimální z hlediska fyzického stavu a hustoty, je jedním z nejdůležitějších problémů moderní fyziky půdy a zemědělské techniky. Spočívá v kypření půdy a zabránění těžkým zemědělským strojům ve zhutňování půdy. To vyžaduje včasné provádění agrotechnických prací, které nutně zahrnují orbu půdy. Půda je zvláště náchylná ke zhutnění při vysoké vlhkosti. Jakmile těžká technika vjede na pole jen jednou, když je vlhkost mírně vyšší než optimální pro zpracování, povrchová vrstva půdy se nadměrně zhutní. 1

Dalším aspektem hutnění je opětovné zpevnění vrstvy podloží, tzv. kumulativní, neboli podorniční, zhutnění. Pod vlivem vícenásobných průchodů techniky je skutečně pozorováno zhutňování hlouběji a hlouběji. Vznikne zhutněná podpovrchová vrstva, špatně propustná pro vodu i vzduch. Potíž je v tom, že je velmi obtížné kontrolovat zhutnění podloží: je neviditelné z povrchu půdy stejně, jako je vidět například eroze nebo zhutnění povrchu. Analýza a prognóza tohoto jevu úzce souvisí s hodnocením fyzikálních a mechanických vlastností zemin. 1

Zhutňování, povrchové i podpovrchové, je tedy velmi škodlivým jevem, který vždy doprovází intenzivní zemědělskou výrobu. Je velmi obtížné vrátit půdu do předchozího stavu. S tím souvisí i druhý aspekt problému – dekompakce půdy. Zpravidla není kypření ornice obtížné. Stačí ji zaorat a zkypřit různými nástroji na zpracování půdy. Ale kypření agregátů – hlavní úložiště živin, vody a půdní bioty – je mnohem obtížnější. Zde zemědělská opatření nepomohou. Obnova vnitroagregátní pórovitosti je dána činností půdních mikroorganismů a akumulací specifických organických látek. Je nutné používat organická a zelená hnojiva, která ovlivňují životně důležitou činnost půdních mikroorganismů a zlepšují stav půdy. 1

Metody stanovení hustoty a pórovitosti půdy

Obrázek 2. Metoda stanovení hustoty pevné fáze půdy pomocí pyknometrické metody 1 Obrázek 6. Stanovení hustoty rozpukaných, skalnatých, sypkých zemin 1 Zdroje 1 Shein E. V. Kurz půdní fyziky. 2005. 2 Rastvorová O. G. Půdní fyzika (praktický průvodce). 1983.