APL 3003 DIRVOŽEMIO EKOLOGIJA

Transcription

1 Praktinių darbų knygos rengimą rėmė m. Žmogiškųjų išteklių plėtros veiksmų programos 2 prioriteto Mokymasis visą gyvenimą VP1-2.2-ŠMM-09-V priemonė Studijų programų plėtra Nacionalinėse kompleksinėse programose Projekto pavadinimas: Aukštos kvalifikacijos specialistų, atitinkančių valstybės ir visuomenės poreikius biologinių ir žemės gelmių išteklių naudojimo srityje, rengimo tobulinimas (BIOGEONAUDA-A) Projekto Nr.: VP1-2.2-ŠMM-09-V APL 3003 DIRVOŽEMIO EKOLOGIJA Praktiniai darbai dr. Gintarė Sujetovienė Kaunas

2 Apsvarstyta ir rekomenduota leisti Vytauto Didžiojo universiteto Gamtos mokslų fakulteto tarybos (2013 m. gegužės 27 d., protokolo Nr. 2013/02) Recenzavo Dr. Arūnas Kleišmantas Redagavo Laura Laurinavičienė ISBN... Gintarė Sujetovienė, 2013 Vytauto Didžiojo universitetas,

3 TURINYS Praktinis darbas Nr. 1: DIRVOŽEMIO BANDINIŲ ĖMIMAS, MĖGINIŲ PARUOŠIMAS IR LAIKYMAS Praktinis darbas Nr. 2: DIRVOŽEMIO TEKSTŪROS NUSTATYMAS Praktinis darbas Nr. 3: DIRVOŽEMIO TANKIO IR PORINGUMO NUSTATYMAS Praktinis darbas Nr. 4: DIRVOŽEMIO DRĖGNUMO NUSTATYMAS Praktinis darbas Nr. 5: DIRVOŽEMIO RŪGŠTUMAS IR JO FORMOS Praktinis darbas Nr. 6: ELEKTRINIS LAIDUMAS IR TIRPŪS JONAI Praktinis darbas Nr. 7: DIRVOŽEMIO ORGANINĖ MEDŽIAGA IR HUMUSAS Praktinis darbas Nr. 8: AZOTO JUNGINIŲ NUSTATYMAS DIRVOŽEMYJE Praktinis darbas Nr. 9: SULFATŲ KIEKIO NUSTATYMAS DIRVOŽEMYJE Praktinis darbas Nr. 10: FOSFORO KIEKIO NUSTATYMAS DIRVOŽEMYJE Praktinis darbas Nr. 11: PAGRINDINIŲ MAISTO MEDŽIAGŲ NUSTATYMAS: KALIS, KALCIS, MAGNIS IR NATRIS Praktinis darbas Nr. 12: MAISTO MIKROMEDŽIAGŲ NUSTATYMAS: BORAS, VARIS, GELEŽIS, MANGANAS IR CINKAS Praktinis darbas Nr. 13: CHLORIDŲ KIEKIO NUSTATYMAS DIRVOŽEMYJE Praktinis darbas Nr. 14: SUNKIŲJŲ METALŲ KIEKIO NUSTATYMAS DIRVOŽEMYJE 3

4 Praktinis darbas Nr. 1: DIRVOŽEMIO BANDINIŲ ĖMIMAS, MĖGINIŲ PARUOŠIMAS IR LAIKYMAS Dirvožemio analizės rezultatų kokybė priklauso nuo bandinių kokybės, kurią lemia kaip surenkami lauko bandiniai, kokios buvo bandinio transportavimo ir laikymo sąlygos, kokie metodai buvo naudojami ruošiant mėginius laboratorijoje, mėginių analizė, laboratoriniai veiksniai ir bandinių laikymas. Šiame praktiniame darbe studentai bus supažindinti su metodais, dažniausiai naudojamais paimti tinkamą bandinį ir reikalingais išlaikyti bandinio kokybę transportuojant, ruošimo ir analizės metu. 1. Bandinių ėmimas 1.1. Bandinių ėmimas lauko sąlygomis Dirvožemis kinta tiek horizontaliai, tiek vertikaliai, todėl labai svarbu tinkamai pasirinkti bandinių ėmimo metodus. Paprastai topografija ir dirvožemio tipas lemia bandinių ėmimo ribas. Dažniausiai naudojami trys bandinių ėmimo būdai: Atsitiktinis ėmimas; Atsitiktinis sluoksnių ėmimas renkant dirvožemio bandinius atsitiktiniu būdu tiriamajame plote; Sistemingas ar tinklelio principo ėmimas. Ėminio ėmimo gylis priklauso nuo keleto veiksnių: horizontų charakteristikų (apsiribojant vienu dirvožemio horizonto gyliu), maišomo dirvožemio gylis ruošiant naudmenas, žemės ūkio augalų įsišaknijimo gylis. Bendras ėminių, kurie sudarys vienintelį bendrą bandinį, skaičius nėra nustatytas, bet kinta priklausomai nuo vietos kintamumo ir statistinių veiksnių. Siūloma, kad bendrą bandinį sudarytų nuo 10 iki 20 ėminių. Įrankiai, naudojami ėminių paėmimui, ir transportavimo indai gali užteršti bandinius. Pavyzdžiui, ėmikliai ar indeliai, pagaminti iš žalvario, bandinį užterš variu (Cu) ir cinku (Zn), cinkuoti metalai ir guma cinku, drėgnam dirvožemiui liečiantis su geležinėmis priemonėmis galimybė užteršti geležimi (Fe). Kai kuriuose popieriniuose maišeliuose esantys klijai, jei jie sušlampa nuo drėgno dirvožemio, gali užteršti boru (B). Todėl svarbu užtikrinti, kad dirvožemio bandiniai neužsiterštų kontaktuodami su junginiais, kurie gali paveikti dirvožemio kokybę, ar būti veikiami atmosferos, kuri gali surinktą dirvožemį užteršti tam tikrais junginiais (pvz., dulkėmis). 4

5 1.2. Transportavimas į laboratoriją Jeigu laiko trukmė nuo dirvožemio surinkimo lauke iki atvežimo į laboratoriją bus daugiau nei kelios dienos, drėgname dirvožemyje, patalpintame į sandarią talpą, gali vykti žymūs biologiniai pokyčiai kambario ir / ar esant didesnei temperatūrai. Organinės medžiagos skaidymas gali atlaisvinti elementus (jonus), tokius kaip fosforas (P), sulfatai (SO 2-4 ), boras (B) ir nitratus (NO - 3 ) į dirvožemio tirpalą, bet anaerobinėmis sąlygomis organinės medžiagos skaidymas gali sumažinti azoto (N) kiekį dirvožemyje. Ilgalaikio transportavimo sąlygomis dirvožemio bandinius patariama laikyti vėsioje aplinkoje (5 10 C), o perteklinė drėgmė turi būti pašalinama šiek tiek išdžiovinus, laikant bandinius tiesiog drėgnais. Dirvožemio bandinių užšaldymas gali labai paveikti fizikines ir chemines savybes Bandinių paruošimas laboratorijoje Džiovinimas Surinkus bandinių ėminius ir atvežus juos į laboratoriją, jie sužymimi ir išdžiovinami paprasčiausiai juos džiovinant vėdinamoje patalpoje arba orą cirkuliuojančioje džiovinimo krosnelėje, temperatūroje šiek tiek aukštesnėje nei patalpos. Džiovinimas turi būti vykdomas nedelsiant, siekiant sumažinti mikroorganizmų veiklą (mineralizaciją). Bandinio džiovinimo laikas priklauso nuo jame esančios drėgmės kiekio, jo tekstūros ir organinės medžiagos kiekio. Dirvožemiai, savo sudėtyje turintys didelį kiekį organinės medžiagos ir / ar molio kiekį, turėtų būti džiovinami žymiai ilgesnį laiką nei smėlėti dirvožemiai. Džiovinimo procesas gali būti paspartinamas, veikiant kuo didesnį dirvožemio paviršių ir padidinus džiovinimo temperatūrą. Temperatūra neturėtų viršyti 38 C temperatūros, nes esant padidėjusiai džiovinimo temperatūrai gali įvykti ryškūs fizikiniai ir cheminiai pokyčiai. Kai kurių tipų dirvožemių džiovinimas gali sukelti didelį kalio (K) atlaisvinimą ar fiksaciją. Todėl kai kuriais atvejais paimtas dirvožemis turi būti tiriamas nedžiovintas. Be to, kai kurių maisto mikromedžiagų (vario (Cu), geležies (Fe), mangano (Mn), cinko (Zn)) nustatymas gali būti paveiktas džiovinimo proceso. Siekiant sumažinti drėgno dirvožemio analizės paklaidos tikimybę, tiriamo dirvožemio bandinio kiekis turi būti matuojamas tūriu, o ne mase Smulkinimas Po džiovinimo dirvožemio mėginiai yra smulkinami tiek ranka, naudojant trintuvę, tiek mechaninį smulkintuvą. Tada jie išsijojami per 2 mm akučių sietelį. Mėginio paruošimas gali 5

6 užteršti dirvožemį tiek liečiantis su įvairiais paviršiais, tiek nusėdus įvairioms medžiagoms ant jo (pvz., dulkėms). Nors smulkinimas ir sijojimas gali būti mišraus mišinio sudarymo procesas, bandinio kiekio sumažinimas gali būti būtinas, todėl būtina užtikrinti, kad kiekvienas mėginys būtų kruopščiai išmaišytas prieš jo dalies paėmimą ir įdėjimą į bendrą mėginį Laboratoriniai veiksniai Ekstrakcijos reagentai Tiriant elementų kiekį dirvožemyje, įvairūs ekstrakcijos reagentai yra naudojami ir tai parodo jų tyrimų ir naudojimo istoriją. Ekstrakcijos reagentai, kurie buvo išplėtoti metais specifiniam jų taikymui, dabar yra laikomi standartinėmis kai kurių elementų atlikimo metodikomis. Pavyzdžiui, Bray P1 nustatant fosforo kiekį (Bray, Kurtz, 1945) rūgštiems ir neutraliems dirvožemiams, Olseno (Olsen et al., 1954) šarminiams dirvožemiams ir amonio acetato ekstraktas nustatant K, Ca ir Mg (Schollenberger, Simon, 1945) buvo ir yra vieni iš pagrindinių naudojamų metodų. Dvi pirmosios metodikos, paprastai vadinamos kaip universalūs ekstrakcijos reagentai, yra Morgano metodika, naudojama įvairiems dirvožemių tipams, ir Mehlich Nr. 1 smėlėtiems, rūgštiems, mažai organinės medžiagos turintiems dirvožemiams Esktrakcijos metodika Ekstrakcijos metodikos rodikliai, tokie kaip ekstrakcijos indo forma ir dydis (butelis ar Erlenmejerio kolba), maišymo greitis ir temperatūra gali turėti didelį poveikį ekstrahuojant P ir K iš dirvožemio. Todėl šių veiksnių kontrolė yra svarbi, siekiant gauti tikslius rezultatus Reagentai ir standartai Kruopštus reagentų ir standartų paruošimas, laikymas ir naudojimas yra svarbus, siekiant sėkmingai atlikti dirvožemio analizes. Viena iš dažnai pasitaikančių klaidų, kuri gali paveikti analitinius rezultatus, yra netinkamas ekstrakcijos tirpalo ph. Svarbu atidžiai laikytis atlikimo metodikos nurodymų, kad būtų gauti tikslūs rezultatai Ilgalaikis laikymas Dirvožemio bandiniai turėtų būti laikomi sausoje, gerai vėdinamoje patalpoje, esant mažam drėgnumui ir šiek tiek aukščiau nei 0 C temperatūroje. Tačiau manoma, kad ilgai laikant bandinius kai kurios dirvožemio savybės pakinta (Houba, Novozamsky, 1998). 6

7 Literatūra 1. Bray R. H., Kurtz L.T Determination of total, organic and available forms of phosphorus in soils. Soil Science, 59:1, Olsen, S.R., Cole C.V., Watanabe F.S., Dean L.A Estimation of available phosphorus in soils by extraction with sodium bicarbonate. USDA Circular 939. U.S. Government Printing Office, Washington D.C. 3. Soil Analysis Handbook of Reference Methods Sampling and sample preparation, measurement, extraction, and storage. Soil and Plant Analysis Council, Inc., CRC press. p Schollenberger C. J., Simon R.H Determination of exchange capacity and exchangeable bases in soils ammonium acetate method. Soil Science, 59, Houba J. V. G., Novozamsky I Influence of storage time and temperature of air-dried soils on ph and extractable nutrients using 0.01 M CaCl 2. Fresenius Journal of Analytical Chemistry, 360,

8 Praktinis darbas Nr. 2: DIRVOŽEMIO TEKSTŪROS NUSTATYMAS Dirvožemio tekstūra apibūdina mineralinę dirvožemio dalį: smėlio, dulkių ir molio proporcines dalis. Tekstūra yra pakankamai pastovi dirvožemio fizikinė savybė, nes šių dalelių proporcijos kinta santykinai lėtai. Kadangi ji pagrįsta dalelių dydžiu, tekstūra daro įtaką reakcijoms ant kietųjų dalelių paviršiaus, aeracijai, mikroorganizmams, cheminėms reakcijoms ir vandens pasiskirstymo procesams. Tekstūra padeda nustatyti dirvožemio tinkamumą žemės ūkiui, inžinerijos tikslams ir aplinkos naudojimui. Praktinio darbo tikslas įvertinti dirvožemio tekstūros kaip fizikinės savybės svarbą, susipažinti su tekstūros trikampiu vertinant dirvožemio tekstūros klasių pavadinimus ir praktiškai nustatyti dirvožemio tekstūrą. TEORINĖ DALIS Dirvožemis yra poringas mineralinių dalelių, organinės medžiagos, oro ir vandens mišinys, kurio savybės priklauso nuo kiekvienos sudedamosios dalies savybių ir kiekio. Mineralinės dalelės lemia dirvožemio tekstūrą ir sudaro apie ketvirtadalį dirvožemio tūrio (idealiu atveju, tinkančiu augalų augimui). Tuo tikslu naudingas būdas apibūdinti mineralinę dirvožemio frakciją yra dalelių atskyrimas į tris kategorijas pagal jų dydį. Šios trys dalys yra: smėlis (2,0 0,05 mm), dulkės (0,05 0,002 mm) ir molis (mažiau nei 0,002 mm). Smėlio, dulkių ir molio dalelių proporcija vadinama dirvožemio tekstūra. Skirtingų sudedamųjų dalelių gausa ar trūkumas paveikia beveik visus dirvožemio naudojimo, elgsenos aspektus. Natūraliomis sąlygomis dalelių dydis kinta lėtai, kas leidžia teigti, kad dirvožemio tekstūra yra pastovi savybė. Dalelių dydis (tekstūra) dirvožemio profilyje atspindi pasiskirstymą, paveldėtą iš pirminės medžiagos. Per tam tikrą laiką dūlėjimo proceso metu susiformuoja moliai dirvožemio paviršiuje, kurie tada gali būti pernešti su prasisunkiančiu vandeniu. Toks medžiagos pašalinimas iš dirvožemio horizonto, paprastai žemyn, procesas vadinamas eliuviniu (angl. eluviation). Šių molio dalelių kaupimosi žemesnėse profilio vietose procesas vadinamas iliuviniu (angl. illuvation), prisideda vystantis B horizontui. Dirvožemio tekstūra ir tuo pačiu jo elgsena gali būti pakeista pridedant smulkesnių ar stambesnių dalelių. Tai dažnai daroma, siekiant pakeisti dirvožemio tekstūrą augalų auginimo, golfo pievų priežiūros ir kitais specialiais poreikiais. Žemės ūkio ir miškininkystės veikloje nėra praktiška keisti dirvožemio tekstūros. Vienas svarbiausių tekstūros apsektų yra didelis paviršiaus plotas, kurį suteikia daugelis smulkių dalelių. Maža sauja dirvožemio gali turėti tokį paviršiaus plotą kaip 3 4 futbolo aikštės. Kai dalelių dydis sumažėja, paviršiaus ploto kiekis masės vienete, vadinamas specifiniu paviršiaus 8

9 plotu, proporcingai padidėja. Tai reiškia, kai lyginame vienodos masės dirvožemius, 0,1 mm dalelės turės 10 kartų didesnį paviršiaus plotą nei 1,0 mm dalelės. Smėlis turi labai mažą specifinį paviršiaus plotą, o sluoksniuota plokštelių pavidalo molio mineralų struktūra suteikia jiems didelį vidinį ir išorinį paviršių. Todėl molio dalelių dirvožemiai turi labai didelį specifinį paviršiaus plotą. 2.1 lentelėje pateiktas skirtingas paviršiaus plotų pasiskirstymas tarp trijų skirtingų dirvožemių. Pavyzdžiui, dulkiškas priemolis turi apie 20 proc. smėlio ir 20 proc. molio, bet paviršiaus plotas suteiktas molio dalelių yra kartų didesnis nei smėlio lentelė. Dirvožemio dalelių specifinis paviršiaus plotas ir paviršiaus ploto pasiskirstymas 100 gramų trijų skirtingų dirvožemių (pagal Thien, Graveel, 1997). Specifinis Smėlingas priemolis Dulkiškas priemolis Dulkiškas sunkus priemolis Dirvožemio paviršiaus plotas Smėlis dulkės molis, % dalelės cm 2 g -1 cm 2 Smėlis Dulkės Molis Mineralinių dalelių paviršiai yra svarbūs, nes tai yra kontaktinė zona (sąveikų zona), sąveikos tarp dalelių ir jas supančios aplinkos. Dirvožemio specifinio paviršiaus kiekis lemia daugelio svarbių cheminių reakcijų ir fizikinių procesų intensyvumą. Kadangi smulkios tekstūros dirvožemiai turi didelį specifinį paviršiaus plotą ir todėl gausią sąveikų zoną, jie yra daugiau chemiškai ir fiziškai aktyvesni nei stambesnės tekstūros dirvožemiai. Dirvožemio savybes, susijusias su specifiniu plotu, apima: dirvožemio naudojimas, maisto medžiagų adsorbcija, teršalų kaupimasis. Paviršiai taip pat suteikia vietas, susijusias su stabilių agregatų formavimusi. Šie agregatai savo ruožtu lemia dirvožemio poringumą ir reguliuoja dirvožemio aeracijos ir vandens ryšius. Dirvožemio dalelės, kurios turi didelį paviršiaus plotą, taip pat dūla daug greičiau. Dirvožemio tekstūros žinojimas leidžia prognozuoti daugelio kitų dirvožemio savybių elgseną. Santrauka kaip vandens, erozijos, cheminės ir aplinkos savybės, susijusios su dirvožemio tekstūra (2.2 lent.), suteikia galimybę prognozuoti šiuos sąryšius. Įvertinkite kaip mineralinių dalelių paviršiaus kiekis paveikia dirvožemio elgseną. Ryšio tarp dirvožemio sudėties ir elgsenos žinojimas yra svarbus suvokiant dirvožemius ir tinkamam jų naudojimui. Dirvožemio tyrimų vadovai pateikia papildomus ryšius tarp dirvožemio tekstūros ir jo tinkamumo statinių ir įvairių konstrukcijų naudojimui, urbanizacijos planavimui, taršos kontrolei bei miškų ar rekreacijos naudojimui. 9

10 2.2. lentelė. Dirvožemio savybės, susijusios su tekstūra (pagal Thien, Graveel, 1997). Dirvožemio tekstūros kategorijos Stambi Vidutinė Smulki Drėgmė Infiltracija paviršinio vandens patekimas į Greita Vidutinė / lėta Greita suskilinėjusi; dirvožemį lėta nesuskilinėjusi Filtracija vandens judėjimas dirvožemio profiliu Labai didelė Gera Menka Vandens sulaikymas augalams prieinamas vanduo Labai mažas Vidutinis Didelis Aeracija dujų mainai su atmosfera Labai gera Vidutinė Menka Erozija Paviršiaus plutos potencialas Labai mažas Vidutinis Didelis Vandens erozija Maža Didelė Maža / vidutinė Atskyrimas atsiskyrimas nuo kitų dalelių Didelis Vidutinis Mažas Transportabilumas pašalinimas iš vietos, jei Mažas Vidutinis Didelis atskiriama Vėjo erozija Didelė Vidutinė Maža Atskyrimas Didelis Vidutinis Mažas Transportabilumas Mažas Vidutinis Didelis Agro-cheminiai ryšiai Derlingumo potencialas maisto medžiagų Labai mažas Mažas Didelis sulaikymas Buferinė geba atsparumas ph pokyčiams Labai maža Maža Didelė Paviršiais aktyvių pesticidų taikymo dažnis Mažas Vidutinis Didelis Aplinkos naudojimas Išsiplovimas ištirpusių medžiagų judėjimas Didelis Vidutinis Mažas, jei nesuskilinėjęs Sąvartynų vietos tinkamumas kaip pagrindas Blogas Blogas Geras Teršalų sulaikymas adsorbiškumas Mažas Vidutinis Didelis Oro taršos šaltinis Mažas Vidutinis / Didelis didelis 2.1. Dirvožemio tekstūros grafinės išraiškos trikampis ir jo naudojimas Daugelyje šalių dirvožemių tekstūros (granuliometrinės sudėties) klasifikacija pagrįsta smėlio, dulkių ir molio dalelių kiekio santykiu. Dirvožemiai gali būti sugrupuoti į vieną iš dvylikos 10

11 dirvožemio tekstūros klasių, priklausomai nuo juose esančio smėlio, dulkių ir molio kiekio. Šios dvylika klasių ir jų sudėties ribos yra surandamos naudojant grafinės tekstūros išraiškos trikampį (2.1 pav.). Dirvožemio klasių pavadinimai yra sudaromi naudojant terminus smėlis, dulkės ir molis ir priemolis. Įsidėmėkite, kad terminas priemolis nėra dirvožemio sudedamoji dalis, bet dirvožemio klasė, susidedanti daugiausiai iš smėlio ir dulkių su mažu molio kiekiu. Priemolis yra pagrindinis terminas, paprastai nurodantis stambios tekstūros dirvožemius su dideliu organinės medžiagos kiekiu, bet jis nenaudojamas lyginant skirtingos tekstūros dirvožemius. Tekstūros klasės padėtis trikampyje yra susijusi su specifiniu paviršiaus plotu. Dirvožemių, esančių toje pačioje horizontalioje tiesėje, specifinis paviršiaus plotas didėja iš kairės į dešinę. Dirvožemių, esančių toje pačioje vertikalioje eilėje, specifinis paviršiaus plotas didėja iš apačios į viršų. Vertikali pozicija daro didesnę įtaką specifiniam paviršiaus plotui nei horizontali padėtis, nes ji parodo molio kiekį pav. Dirvožemio tekstūros skirstymas pagal molio, dulkių ir smėlio procentinį kiekį (Mažvila, 2006). Pateikiama dvylika dirvožemio tekstūros klasių. Atkreipkite dėmesį į trikampyje esančias rodykles kryptį naudokite atidėdami dirvožemio sudedamųjų dalių procentinę dalį. Dirvožemio sudėties duomenų atidėjimas tekstūros trikampyje, siekiant nustatyti dirvožemio tekstūros klasės pavadinimą 11

12 Jeigu smėlio, dulkių ir molio sudėtis yra žinoma, duomenys gali būti atidėti tekstūros trikampyje, norint nustatyti dirvožemio tekstūros klasės pavadinimą. Visos galimos trijų sudėtinių dalių kombinacijos gali būti atidėtos trikampio ribose. Atlikimo metodika atidedant reikšmes trikampyje: a) Apatinėje lygiakraščio trikampio kraštinėje pažymimas smėlio frakcijos kiekis (%) ir nuo to taško brėžiama linija, lygiagreti dešiniajai trikampio kraštinei. Paskui joje pažymimas dulkių ir molio frakcijų kiekis (%) ir nuo to taško brėžiama linija, lygiagreti kairiajai trikampio kraštinei. b) Dirvožemio tekstūros pavadinimas randamas pagal šių dviejų linijų susikirtimo tašką. Tikslios trikampyje esančių simbolių reikšmės pateiktos 2.3 lentelėje. Jeigu tiriamo dirvožemio tekstūros duomenys patenka ant linijos tarp dviejų pavadinimų, reikia naudoti sunkesnės granuliometrinės sudėties pavadinimą. Pavyzdžiui, dirvožemiui, kurį sudaro 55 proc. molio, 32 proc. dulkių ir 13 proc. smėlio, analizės procesas turėtų būti toks: 1) Atidėkite 55 proc. ant molio ašies ir projektuokite liniją, paraleliai apatinei ašiai. 2) Atidėkite 32 proc. ant dulkių ašies ir projektuokite liniją, paraleliai molio ašiai. Šių dviejų linijų susikirtimas yra plote, vadinamame molis. 3) Patikrinimui atidėkite 13 proc. ant smėlio ašies ir projektuokite liniją, paraleliai dulkių ašiai. Jeigu visos trys linijos susikerta tame pačiame taške, klasės pavadinimas buvo nustatytas teisingai lentelė. Trikampyje esančių simbolių reikšmės Simbolis trikampyje Tekstūros pavadinimas s Smėlis s 1 Rišlus smėlis ps Priesmėlis sp Smėlingas lengvas priemolis sp 2 Smėlingas sunkus priemolis p 1 Vidutinio sunkumo priemolis p 2 Sunkus priemolis dps Dulkiškas priesmėlis da Dulkės dp Dulkiškas lengvas priemolis dp 1 Dulkiškas vidutinio sunkumo priemolis dp 2 Dulkiškas sunkus priemolis sm Smėlingas molis dm Dulkiškas molis m Molis 12

13 Dirvožemio tekstūra yra nustatoma naudojant tik smulkiąją frakciją mažesnes nei 2,0 mm diametro daleles. Todėl smėlio, dulkių ir molio sudedamųjų dalių suma turi būti lygi 100 proc. Siekiant praktiškai išbandyti šią dirvožemio tekstūros klasių nustatymo techniką, nustatykite nurodytų dirvožemių tekstūros klasės pavadinimą: Nr. Smėlis (%) Dulkės (%) Molis (%) Tekstūros klasės pavadinimas 2.2. Dirvožemio tekstūros nustatymas čiuopiant: plastiškumas ir lytėjimo analizė Dirvožemio tekstūra gali būti nustatyta čiuopiant drėgną dirvožemį. Molio kiekis gali būti apskaičiuotas įvertinant drėgno dirvožemio plastiškumą ar jo gebą sukibti ar išlaikyti formą, vidutiniškai suspaudžiant. Dulkių ir smėlio kiekis gali būti įvertintas čiuopiant (lytėjimo analizė) dirvožemio bandinį ir jaučiant dulkių švelnumą ar smėlio grubumą. Šis nustatymo būdas yra naudingas, kai tikslios dirvožemio proporcijos nėra žinomos ar kai reikalinga įranga, būtina atlikti tikslią analizę, nėra prieinama, pavyzdžiui, lauko sąlygomis. Kai šis metodas reikalauja patirties, pradedantieji gali gauti pakankamai patikimus rezultatus, naudodami supaprastintą tekstūros trikampį (2.2 pav.) Supaprastintas dirvožemio tekstūros trikampis a) Palyginkite 1.2 paveiksle pateiktą modifikuotą trikampį su trikampiu 1.1 paveiksle. Supaprastintoje versijoje nėra smėlio ir dulkių klasės. Rišlaus smėlio klasė sujungta kartu su smėlingo lengvo priemolio kategorija siekiant supaprastinimo ir dėl to, kad abi klasės turi panašias savybes. Ribos tarp likusių devynių klasių yra simetriškai išdėstytos, siekiant lengviau įsiminti. b) Įsivaizduokite trikampį, suskirstytą į tris eiles, remiantis molio kiekiu ar plastiškumu. Dirvožemiai žemiausioje eilėje, priemolio grupė, turi mažą molio kiekį ir pasižymi mažu plastiškumu, todėl negali sulipti į juostelę ar suformuoti trumpų juostelių. Mažas specifinis paviršiaus plotas šiuose dirvožemiuose suteikia mažą ar visišką rišlumo (trauką tarp dalelių) nebuvimą, todėl sulipusios formos lengvai suyra. Vidurinė eilė sunkus priemolis apima dirvožemius, kurie yra tarpiniai molio kiekiu, rišlumu ir suformuojantys virvelę. Viršutinė eilė molio grupė apima dirvožemius su dideliu 13

14 molio kiekiu, tai parodo didelis jų plastiškumas, didelis rišlumas ir jų geba susijungti į vientisą masę ilgas, stabilias juosteles. c) Trys eilės, aprašytos c) grafoje, toliau gali būti padalijamos į tris stulpelius, remiantis smėlio ir dulkių kiekio lytėjimo analize. Jeigu čiuopiant jaučiamas švelnumas, pridedamas žodelis dulkės ar dulkiškas susidaro trys klasės trikampio dešiniajame stulpelyje: dulkės, dulkiškas vidutinio sunkumo priemolis, dulkiškas sunkus priemolis. Jeigu čiuopiant jaučiamas smėlio šiurkštumas, rupumas, pridedamas žodelis smėlėtas susidaro trys klasės trikampio kairiajame stulpelyje: smėlis, smėlingas lengvas priemolis ir smėlingas molis. Jei čiuopiant nei smėlis, nei dulkės nejaučiamos, klasių pavadinimai bus be žodelio molis, vidutinio sunkumo priemolis ir sunkus priemolis. 1.2 pav. Supaprastintas tekstūros trikampis, skirtas nustatyti dirvožemio tekstūrą lytėjimo analize. Dirvožemio tekstūros apibūdinimas (pagal Buivydaitę, Motuzą, 2000): Smėlis pavieniai grūdeliai, lengvai matomi ir čiuopiant juntami. Sausas smėlis suspaustas saujoje ir paleistas išbyra, o drėgnas išlaiko formą, bet paliestas subyra. Priesmėlis (smėlingas priemolis) turi daug smėlio dalelių, bet ir pakankamai dulkių bei molio sukibti. Pavieniai smėlio grūdeliai lengvai matomi ir juntami. Sausas smėlis suspaustas saujoje sudaro grumstelį, kuris lengvai subyra, suspaustas drėgnas smėlis išlieka pastovios grumstelio formos, atsargiai jį laikant nesuyra. 14

15 Vidutinio sunkumo priemolis (priemolis) turi santykinai vidutinį kiekį smėlio bei dulkių ir mažą molio. Švelnus, bet turi šiek tiek šiurkštumo. Sausas smėlis suspaustas saujoje sudaro grumstelį, kuris atsargiai jį laikant nesuyra. Suspaustas drėgnas smėlis sudaro pakankamai patvarų grumstelį. Dulkiškas priemolis turi vidutinį kiekį smulkaus smėlio ir mažą kiekį molio, daugiau kaip 50 proc. dulkių. Sausas grumstiškas, bet luitai lengvai subyra į smulkias daleles. Šlapias lengvai supuola, voliojamas tarp nykščio ir smiliaus nesivolioja į virvutę sutrūkinėja. Sunkus priemolis (molingas priemolis) smulkių dalelių dirvožemis, kuris supuola į kietus grumstus. Drėgnas dirvožemis voliojasi tarp nykščio ir smiliaus, jis sudaro ploną virvutę, kuri lengvai sutrupa nuo savo svorio, yra plastiškas. Spaudžiamas sausas grumstelis lengvai nesutrupa, bet linkęs sudaryti sunkų kompaktišką kamuolį. Molis sudarytas iš labai smulkių dalelių. Sausas sudaro labai kietus grumstus, o šlapias pakankamai plastiškas ir lipnus. Drėgnas voliojamas tarp nykščio ir smiliaus sudaro ilgą lanksčią virvutę Dirvožemio tekstūros nustatymas čiuopiant Dirvožemio tekstūros klasės pavadinimas gali būti nustatomas paprastu metodu čiuopiant. Šis metodas vadinamas dirvožemio tekstūros analize lytėjimo metodu. Dirvožemio tekstūra apibūdinama pagal sausų grumstų kietumą, drėgnos masės klijingumą, lipnumą, minklumą ar susivolioja į 4 5 mm storio virvutę, pagal šiurkštumą ar švelnumą, trinant dirvožemį tarp pirštų. Naudodamiesi 2.3 pav. pateiktomis instrukcijomis, nustatykite dirvožemio tekstūrą šiuo metodu: a) Sudrėkinkite ir suminkykite dirvožemį į vieną plastišką masę; b) Suspauskite ir pavoliokite dirvožemį tarp nykščio ir smiliaus, stengdamiesi suformuoti vienodo storio ir pločio per visą ilgį vientisą juostelę. Leiskite juostelei išsikišti virš smiliaus ir nulūžti nuo savo pačios svorio. Jei dirvožemis nesubyrėjo į atskiras dalis, leiskite dar daugiau juostelei pajudėti virš smiliaus. c) Juostelės ilgis priklauso nuo molio kiekio dirvožemyje ir nurodo eilę supaprastintame tekstūros trikampyje, kuriai bandinys priklauso. Priemolis: bandinys suformuoja juostelę, trumpesnę nei 2,5 cm turi mažiau nei 23 proc. molio. Sunkus priemolis: bandinys suformuoja juostelę 2,5 5,0 cm turi mažiau nei proc. molio. Molis: bandinys suformuoja juostelę, ilgesnę nei 5 cm turi daugiau nei 40 proc. molio. 15

16 d) Smėlio ir dulkių kiekio įvertinimui bandinys dar drėkinamas delne. Smėlio dalelės yra pakankamai didelės, todėl juntamas šiurkštumas. Juntamos švelnios dulkių dalelės. Jei vienas iš šių pojūčių yra, tada pridedamas žodelis prie atitinkamos eilės grupės pavadinimo. Jei nei šiurkštumas, nei švelnumas nejaučiamas, tada žodelis nepridedamas prie eilės grupės pavadinimo. e) Šiais dviem būdais galima nustatyti dirvožemio tekstūrą. Pabandykite pasipraktikuoti su žinomos tekstūros dirvožemiais, naudodami supaprastintą tekstūros trikampį (2.1 pav.) bei lytėjimo analize (2.3 pav.). Tada išbandykite šiuos metodus su nežinomais dirvožemio tekstūros bandiniais. 16

17 Pradžia Įdėkite apie g dirvožemio į delną. Atsargiai sudrėkinkite. Pridėkite daugiau sauso dirvožemio. TAIP TAIP Ar dirvožemis lieka suslėgtas, suspaudus į kumštį? NE Ar dirvožemis per sausas? NE Ar dirvožemis per sausas? NE SMĖLIS TAIP Įdėkite dirvožemio gumulėlį tarp nykščio ir smiliaus, atsargiai stumiant dirvožemį su nykščiu, spaudžiant aukštyn į virvelę. Suformuokite virvelę vienodo storio ir pločio. Leiskite susiformuoti virvelei ir ištęskite ant smiliaus, kad ji nulūžtų nuo savo svorio. Ar dirvožemis suformuoja virvelę? NE SMĖLIS TAIP Ar dirvožemis suformuoja 2,5 cm ar trumpesnę virvelę prieš sulūžtant? NE Ar dirvožemis suformuoja 2,5-5 cm virvelę prieš sulūžtant? NE Ar dirvožemis suformuoja 5 cm ar ilgesnę virvelę prieš sulūžtant? TAIP TAIP TAIP Pernelyg drėgnas suspaustas dirvožemis delne ir trinamas su smiliumi SMĖLINGAS PRIEMOLIS DULKIŠKAS PRIEMOLIS TAIP TAIP Ar dominuoja šiurkštumas? Ar dominuoja švelnumas? TAIP Ar dominuoja šiurkštumas? Ar dominuoja šiurkštumas? SMĖLINGAS SMĖLIN- SUNKUS NE GAS PRIEMOLIS NE NE MOLIS TAIP Ar dominuoja švelnumas? TAIP TAIP Ar dominuoja švelnumas? NE DULKIŠKAS SUNKUS PRIEMOLIS NE DULKIŠ- KAS MOLIS NE PRIEMOLIS SUNKUS PRIEMOLIS MOLIS 2.3 pav. Dirvožemio tekstūros nustatymas čiuopimo metodu. Keletas pastabų, atliekant dirvožemio tekstūros nustatymą lytėjimo analizės metodu: Smėlis, ypač stambesnė jo frakcija, dažnai yra pervertinamas dėl didesnio juntamo šiurkštumo. 17

18 Didelis organinės medžiagos kiekis gali sumažinti molio dalelių sukibimą, todėl dažnai jų kiekis būna nepakankamai įvertinamas. Per daug ar per mažai drėgmės gali pakeisti dirvožemio plastiškumą. Įsitikinkite, kad gaunate tinkamus rezultatus, nustatydami žinomos tekstūros bandinius. Literatūra 1. Brady N. C., Weil R.R The nature and properties of soils. 14th ed. Prentice Hall: Pearson p. 2. Gardiner D. T., Miller R. W Soils in our environment. 11th ed. Prentice Hall: Pearson p. 3. Determination of chemical and physical soil properties In: Manual for soil analysis monitoring and assessing soil bioremediation. Margesin R, Schinner F. (eds.). Springer: Verlag Berlin p. 4. Pagrindinės dirvožemio fizikinės savybės Geologijos pagrindų ir dirvotyros laboratoriniai darbai. Buivydaitė V., Motuzas A. (sud.) p. 5. Mažvila J., Vaičys M., Buivydaitė V.V Lietuvos dirvožemių makromorfologinė diagnostika. Akademija: Lietuvos žemdirbystės institutas. 283 p. 6. Thien S. J., Graveel J. G Soil texture. In: Laboratory Manual for Soil Science. Agriculture and Environmental principles. 7th ed. McGraw-Hill. P

19 Praktinis darbas Nr. 3: DIRVOŽEMIO TANKIO IR PORINGUMO NUSTATYMAS Porų ertmės dirvožemyje palengvina dujų mainus, vandens pasiskirstymą ir sulaikymą, šaknų augimą ir mikroorganizmų veiklą. Bendra porų ertmė ir makroporų, mezoporų bei mikroporų pasiskirstymas reguliuoja svarbius dirvožemio procesus, susijusius su augalų augimu ir aplinkos kokybe. Poringumą pirmiausiai lemia dirvožemio tekstūra, struktūra ir suplūktumas, savybės, kurias bendrai apibūdina dirvožemio tankis. Paprastai mažas dirvožemio tankis (didelis poringumas) tinkamas žemės ūkio naudojamiems dirvožemiams, didelis tankis naudingiausias inžinerijos statiniams. Praktinio darbo tikslas nustatyti dirvožemio tankį ir dirvožemio dalelių (kietosios fazės) tankį, apskaičiuoti dirvožemio bandinio poringumą. TEORINĖ DALIS Dirvožemio poringumas Dirvožemis yra poringa trijų fazių sistema, susidedanti iš oro, vandens ir kietųjų dalelių. Dirvožemį sudarančių mechaninių elementų paviršiai neprigula vienas prie kito susiliečia tam tikri taškai. Dėl to dirvožemyje susidaro įvairaus dydžio tuštumų, tarpelių. Skystoji dirvožemio fazė (dirvožemio tirpalas) ir dujinė fazė (dirvožemio oras) užima šias tuštumas tarp kietųjų dalelių, vadinamas poromis. Porų sistema dirvožemyje leidžia vykti oro ir dujų mainams su aplinka, jos yra kaip buveinė šaknims bei mikroorganizmų veiklai. Bendras visų porų tarp dirvožemio dalelių tūris dirvožemio tūrio vienete yra vadinamas poringumu. Tai yra naudingas dirvožemio elgsenos indikatorius. Pavyzdžiui, skystosios ir dujinės fazių balansas ir sudėtis porose apsprendžia dirvožemio tinkamumą augalų augimui. Vidutinės tekstūros, geros struktūros dirvožemis turės apie 50 proc. porų ertmių ir bus tinkamas augalų augimui, kada porose bus po lygiai maisto medžiagomis prisotinto dirvožemio tirpalo ir deguonimi prisotinto oro. Tai taip vadinamas idealus vidutinės tekstūros paviršinis dirvožemis, optimalus augalų augimui. Poros yra labai skirtingos dydžiu ir plotu. Porų kanalai yra vingiuoti ir ne visos poros yra susijungusios viena su kita. Kai kurios yra izoliuotos nuo kanalų, kuriais transportuojamas vanduo ir oras į ir už dirvožemio. Tai rodo, kad mažas oro ir vandens kiekis gali įstrigti į atskiras vietas, taip neleidžiant judėti į viršų ir apačią. Poros grupuojamos pagal dydį: 19

20 Makroporos; Mezoporos; Mikroporos; Ultramikroporos ( mm); Kriptoporos (< mm). Makroporų svarba: Leidžia judėti orui ir vandeniui; Pakankamai didelės, kad augtų augalų šaknys ir smulkūs gyvūnai; Gali susidaryti kaip ertmės tarp atskirų smėlio grūdelių stambesnės tekstūros dirvožemiuose; Net jei smėlėtas dirvožemis turi santykinai mažą bendrą poringumą, vandens ir oro judėjimas per šį dirvožemį yra itin greitas dėl makroporų dominavimo; Makroporos, sukurtos šaknų, sliekų ar kitų organizmų, sudaro labai svarbų porų tipą, vadinamas bioporas. Jos dažnai yra vamzdiškos, gali būti metro ilgio ir ilgesnės; svarbios, nes pagerina augalų augimą. Molinguose dirvožemiuose bioporos pagrindinis makroporų tipas. Mikroporų svarba: Priešingai nei makroporos, mikroporos paprastai yra užpildytos vandeniu; net ir nesant vandens jose, jos yra per mažos, kad leistų judėti orui; Vandens judėjimas lėtas, jis neprieinamas augalams; Dirvožemiuose, kurie neturi tvirtos granuliuotos struktūros, paprastai vyrauja mikroporos, todėl juose vyrauja lėtas dujų ir vandens judėjimas, nežiūrint didelio bendro poringumo; Aeracija irgi nepakankama, kad vystytųsi augalų šaknys ar vyktų mikroorganizmų veikla. Kadangi porų dydis paveikia, daugelis svarbių dirvožemio procesų yra tampriai priklausomi nuo porų dydžio pasiskirstymo. Makroporos palengvina vandens judėjimą, aeraciją, išgarinimą ir dujų mainus. Mezoporos yra būtinos kapiliariniam vandens pasiskirstymui ir mikroporos yra vietos, kurios yra būtinos vandens sulaikymui. Makroporos paprastai dominuoja smėlėtuose ir geros aeracijos dirvožemiuose, bet tokius dirvožemius suplūkus, makroporos paverčiamos mikroporomis. Vidutinės tekstūros dirvožemiuose gausu mezoporų. Moliai dažnai pasižymi granuliuota struktūra, bet gali būti lengvai suplūkiami. Šiuose dirvožemiuose esančios mikroporos padidina vandens sulaikymo gebą. Todėl tiek tekstūra, tiek struktūra, kartu su suplūktumo lygiu, yra pagrindinės savybės, lemiančios porų ertmių dirvožemyje kiekį ir tipą. Organinė medžiaga paveikia poringumą, padidinant dirvožemio granuliuotumą. 20

21 Poringumas ir porų dydžio pasiskirstymas daro įtaką daugeliui svarbių procesų, kurie paveikia augalų augimą ir aplinkos kokybę. Tai apima: aeraciją, infiltraciją, eroziją, nuotėkį, šaknų pasiskirstymą, vandens sulaikymą ir maisto medžiagų prieinamumą. Poringumas kinta nuo 25 proc. (suplūkto) iki 60 proc. (gerai sukibusio, daug organinės medžiagos turinčio dirvožemio). Žemės dirbimas sumažina bendrą porų ertmę, palyginti su nedirbamais dirvožemiais. Šis sumažėjimas susijęs su organinės medžiagos kiekio sumažėjimu ir sumažinant granuliuotumą. Pagal porų didumą poringumas dirvožemyje gali būti kapiliarinis ir nekapiliarinis. Dviejų poringumų suma sudaro bendrąjį poringumą. Kapiliarinį poringumą sąlygoja daugiausiai smulkios molio dalelės, o nekapiliarinį stambios poros (Buivydaitė, Motuzas, 2000). Kapiliarinis poringumas būdingas sunkesnės granuliometrinės sudėties nestruktūringiems dirvožemiams. Toks dirvožemis nesukaupia didesnių drėgmės atsargų, nes krituliai sunkiai susigeria, o didžioji jo dalis nubėga paviršiumi, sukeldama žalingus erozijos reiškinius arba telkšo dirvožemio paviršiuje. Aeracija tokiuose dirvožemiuose yra labai bloga. Nekapiliarinis poringumas būdingas smėlio dirvožemiams. Aeracija juose gera, bet drėgmės sukaupti negali, nes krituliai dideliais tarpeliais greitai nuteka gilyn. Bendras poringumas struktūringuose dirvožemiuose siekia proc., kartais net 70 proc. Čia kapiliarinis poringumas yra dėl tarpų tarp struktūrinių agregatų, o kapiliarinis būdingas patiems agregatams. Tokie dirvožemiai gali sukaupti dideles vandens atsargas ir turi gerą aeraciją. Skirtingos tekstūros dirvožemių poringumas būna toks: smėlių proc., priemolių proc., molių apie 50 proc., durpių apie 80 proc. Viršutiniuose dirvožemio sluoksniuose poringumas būna proc., o gilesniuose proc. Kaip jau minėta, optimalios dirvožemio sąlygos augalų augimui yra kai apie 50 proc. dirvožemio yra porų ertmės ir 50 proc. dirvožemio yra kietoji fazė (3.1 pav.). Porų ertmės turėtų būti užpildytos dalis vandeniu ir kita dalis oru, maždaug per pusę, o kietoji fazė, kietosios dalelės mineralinių dalelių mišinys su maža dalimi organinės medžiagos. 21

22 3.1. pav. Dirvožemis, optimalus daugelio augalų augimui. Kai kuriais atvejais, tam tikroms augalų rūšims, tokioms kaip ryžiai, ar šlapynių augalams, geram augimui reikalingas daug didesnis kiekis vandens nei oro dirvožemio porų ertmėse. Dirvožemio, naudojamo kelių ar pastatų statybai, porų ertmėse turėtų būti daug daugiau oro nei vandens. Nors poringumas parodo bendrą dirvožemio porų ertmių kiekį, jis nenusako kiek tiksliai dirvožemyje yra vandens ir oro. Tik nustačius vandens kiekį dirvožemyje, galima sužinoti, kokiu santykiu pasiskirstęs vandens ir oro kiekis. Tai lemia augalų augimą, leidžia spręsti apie dirvožemio perdžiūvimą ar prisotinimą vandeniu ir panašiai. Dirvožemio tankis Poringumas, procentinė porų ertmių dalis gali būti apskaičiuota, jeigu yra žinomas dirvožemio tankis ir dalelių tankis. Dirvožemio tankis yra svarbus ir plačiai naudojamas dirvožemio rodiklis. Tai dirvožemio aeracijos ir pralaidumo įvertinimas. Kuo dirvožemio tankis yra mažesnis, tuo didesnis pralaidumas. Dirvožemio tankis kinta priklausomai nuo dirvožemio struktūros, todėl jis dažnai naudojamas kaip dirvožemio struktūros rodiklis. Šių trijų komponentų santykinis pasiskirstymas svarbus suvokti hidraulines dirvožemio savybes. Dirvožemio tankiu vadiname sauso dirvožemio masę tūrio vienete. Natūraliai susiklojusio dirvožemio tūris apima kietąsias daleles ir porų ertmes, todėl svarbu, kad bandinys būtų paimtas be suspaudimo ar subyrėjimo, siekiant teisingai įvertinti dirvožemio tankį. Tokiais atvejais paprastai yra naudojamas tinkamas mėginių ėmiklis, kuris yra žinomo tūrio ir įterpiamas į dirvožemį. Tada ėmiklis ištraukiamas iš dirvožemio, perteklinis dirvožemis pašalinamas, tada dirvožemis išimamas iš dirvožemio ėmiklio, išdžiovinamas iki pastovaus svorio ir pasveriamas. Dirvožemio tankis apskaičiuojamas padalijus dirvožemio svorį (g) iš jo tūrio (cm 3 ) pagal formulę: Dirvožemio tankis = išdžiovinto dirvožemio masė (g) / kietųjų dalelių ir porų tūris (cm 3 ) (3.1) 22

23 Mineralinių dirvožemių tūrio tankis paprastai svyruoja nuo 1,1 iki 1,5 g/cm 3 paviršiniuose horizontuose. Jis yra didelis smėlėtuose ir suplūktuose dirvožemiuose bei mažas dirvožemiuose su gausia organine medžiaga. Gilesniuose horizontuose tankis padidėja ir augalų augimui sąlygos pablogėja. Optimalus dirvožemio tankis augalams augti yra 0,8 1,2 g/cm 3. Toks dirvožemio tankis yra būdingas puriems humusingiems viršutiniams dirvožemio horizontams. Dirvožemio dirbimas išpurena dirvožemį ir laikinai sumažina tankį, o suplūktumas padidina dirvožemio tankį. Didelis tankis atitinka mažą poringumą. Natūralūs dirvožemio formavimosi procesai, kurie padidina grūdėtumą, sumažina dirvožemio tankį, bet pernelyg dažnas dirvožemio dirbimas ir lietaus lašelių poveikis ant pliko dirvožemio suardo dirvožemio grūdelius ir padidina tankį. Dirvožemio dalelių tankis Dirvožemio dalelių (dar vadinamas kietosios fazės) tankiu vadiname tam tikro tūrio dirvožemio dalelių masę tūrio vienete. Dirvožemio kietosios fazės tankis skiriasi nuo dirvožemio tankio, nes dirvožemio tankis apima ir kietąją (mineralinę ir organinę) dirvožemio dalį bei ertmes, kuriose yra oras ir vanduo. Šiuo atveju dirvožemio dalelių tankis apima tik kietąsias daleles ir neapima porų ertmių (3.2 pav.). Dirvožemio dalelių tankis yra mineralinių medžiagų cheminės sudėties ir struktūros dirvožemyje rezultatas pav. Dirvožemio tankio ir dalelių (kietosios fazės) tankio užimami tūriai. Dalelių tankis gali būti apskaičiuojamas pagal formulę: Dalelių tankis = išdžiovinto dirvožemio masė (g) / kietųjų dalelių tūris (cm 3 ) (3.2) Dirvožemio dalelių tankis svarbus, siekiant kuo geriau suprasti dirvožemio fizikines ir chemines savybes. Pavyzdžiui, kietųjų dalelių tankis rodo santykinį organinės medžiagos ir mineralinių dalelių kiekį dirvožemio bandinyje. Mineralinių dalelių cheminė sudėtis ir struktūra dirvožemio bandinyje gali būti nustatyta lyginant dirvožemio kietosios fazės tankį su žinomu tokių 23

24 mineralinių dalelių kaip kvarcas, molis, feldšpatas ir kt. tankiu. Įvairių mineralų tankis yra nevienodas ir svyruoja nuo 2,3 iki 4,0 g/cm 3, o organinės medžiagos neviršija 0,8 g/cm 3 (Buivydaitė, Motuzas, 2000). Įvairių dirvožemių dalelių vidutinis tankis būna toks: rupaus smėlio 2,65, smulkaus smėlio 2,63, priemolio, molio 2,30 2,50, humusingo dirvožemio 2,37, durpinio dirvožemio 1,60 g/cm 3. Dirvožemio tankis ir dalelių tankis taip pat naudojamas apskaičiuoti porų ertmes (poringumą), dirvožemio bandinyje užpildytas oru ir vandeniu. Sužinojus šias dirvožemio savybes, studentai geriau supranta dirvožemio funkcijas ekosistemoje ir gali geriau interpretuoti dirvožemio drėgmės rodiklius. Poringumas nėra matuojamas tiesiogiai, nes jis yra apskaičiuojamas naudojant reikšmes, nustačius dirvožemio tankį ir dalelių tankį. Suradus santykinę reikšmę tarp dirvožemio tankio ir dalelių tankio ir padalijus iš 100, norint apskaičiuoti procentinę kietųjų dalelių dalį, todėl atimama iš 100, taip apskaičiuojamas dirvožemio tūris, kurį užima porų ertmės: Poringumas (%) = 100 ((tūrio tankis / kietųjų dalelių tankis) 100) (3.3) Dirvožemio bandinio poringumo apskaičiavimo pavyzdys Cilindrinis indelis, kurio tūris yra 260 cm 3, buvo naudotas surinkti nesutrikdytą dirvožemio mėginį. Nustatytas indelio ir išdžiovinto dirvožemio svoris buvo 413 g. Tuščias indelis svėrė 75 g. Koks yra dirvožemio tankis ir dirvožemio poringumas? Dirvožemio tankio nustatymas: Bandinio tūris = 260 cm 3 ; Bandinio svoris = = 338 g; Dirvožemio tankis = 338 / 260 cm 3 = 1,3 g/cm 3 ; Dirvožemio poringumo nustatymas: Dirvožemio tankis = 1,3 g/cm 3 ; Dirvožemio dalelių tankis = 2,65 g/cm 3 ; Poringumas = 100 (1,3/2,65 100) = 51 %. Užduotis. Dirvožemio mėginiai buvo surinkti sutryptame ir nesutrikdytame dirvožemyje. Kaip skiriasi dirvožemio tankis ir poringumas šiuose dirvožemiuose? Sutryptas dirvožemis Nesutrikdytas dirvožemis Bandinio tūris, cm Indelio ir sauso dirvožemio masė, g Indelio masė, g Dirvožemio tankio nustatymas 24

25 Dirvožemio bandiniai renkami lauko sąlygomis. Palyginimas gali būti atliekamas tarp dirvožemių iš naujai dirbamų laukų, iš pievų, miško ir ganyklų; paviršinio dirvožemio ir podirvio; sutrypto sunkiasvorio transporto dirvožemio ir beveik nesutrikdyto dirvožemio; ištrypti takeliai ir gretimai esančių pievų plotai; pluta padengtas dirvožemis ir geros struktūros dirvožemis; kt. Bendras dirvožemio bandinys sudaromas iš kelių surinktų dirvožemio mėginių. Siekiant nustatyti dirvožemio tankį, reikia atidžiai atlikti jo surinkimą. Kaip minėta, svarbu, kad natūraliai susiklojusio dirvožemio bandinys būtų paimtas be suspaudimo ar subyrėjimo, siekiant teisingai įvertinti dirvožemio tankį. Pateikiamas metodas iliustruoja supaprastintą metodą, naudojamą dirvožemio specialistų (Thien, Graveel, 1997). Darbo priemonės Metalinis cilindras (be dugno) Medinė lentelė Plaktukas Kastuvas Didelis peilis Maišelis mėginiui Svarstyklės (tikslumas 0,1 g) Darbo eiga 1. Naudodamiesi kastuvu ir / ar peiliu, sulyginkite tiriamo dirvožemio paviršių. Geriausia būtų pasirinkti vietą, kurioje nėra augalų šaknų. 2. Padėkite metalinį cilindrą ant dirvožemio paviršiaus. Uždėkite medinę lentelę ant indelio viršaus ir stuksenkite lentelę taip, kad indelis smigtų į dirvožemį. Jei pastebimas dirvožemio suslėgimas, nustokite. 3. Iškaskite įkastą indelį ir nuvalykite perteklinį dirvožemį iš apačios. 4. Išimkite dirvožemio bandinį ir įdėkite į maišelį, skirtą šiam mėginiui. Išdžiovinkite dirvožemio bandinį iki pastovaus svorio (džiovinimo krosnelėje 24 valandas 105 C temperatūroje). Išdžiovintą bandinį pasverkite ir apskaičiuokite indelio tūrį. Indelio tūris apskaičiuojamas pagal formulę: 2 V= π r h (3.4) 5. Apskaičiuokite tiriamo dirvožemio bandinio tankį Dirvožemio dalelių (kietosios fazės) tankio ir poringumo nustatymas 25

26 Smėlio dalelių tankis (kaip ir dirvožemio tankis) gali būti apytikriai nustatytas laboratorijoje pagal pateiktą atlikimo metodiką. Užduotis nustatyti dviejų dirvožemio bandinių dalelių tankį. Darbo priemonės Piltuvėlis Svarstyklės (tikslumas 0,1 g) Graduotas cilindras, 100 ml Stambus smėlis Darbo eiga 1. Pasverkite 50 g sauso smėlėto dirvožemio, naudodami piltuvėlį supilkite jį į 100 ml graduotą cilindrą. 2. Atsargiai papurtykite cilindrą 4 kartus, kad smėlis lygiai susiklotų. Užsirašykite dirvožemio užimamą tūrį. Apskaičiuokite dirvožemio tankį. 3. Įdėkite tirtą dirvožemį į indelį ir saugokite. 4. Įpilkite apie 60 ml vandens į 100 ml graduotą cilindrą. Užsirašykite tikslų vandens tūrį (vandens tūris yra 1 g/cm 3 ). 5. Įpilkite 50 g dirvožemio, kaip tai darėte prieš tai, į 100 ml graduotą cilindrą. Papurtykite, kad pašalintumėte patekusį orą. 6. Nustatykite tūrį. Atkreipkite dėmesį, kaip skiriasi tūris, ir tai yra smėlio dalelių tūris. 7. Apskaičiuokite dalelių tūrį, padalydami smėlio svorį (50 g) iš smėlio dalelių tūrio. 8. Apskaičiuokite porų ertmę (proc. poringumas). Dirvožemio poringumas P apskaičiuojamas žinant dirvožemio tankį ir dalelių tankį ir išreiškiamas tūrio procentais: P= ( 1 S t / S) 100 (3.5) čia S t dirvožemio tankis, g/cm 3 ; S dirvožemio dalelių tankis g/cm 3. Literatūros sąrašas 1. Determination of chemical and physical soil properties In: Manual for soil analysis monitoring and assessing soil bioremediation. Margesin R, Schinner F. (eds.). Springer: Verlag Berlin p. 2. Pagrindinės dirvožemio fizikinės savybės Geologijos pagrindų ir dirvotyros laboratoriniai darbai. Buivydaitė V., Motuzas A. (sud.) p. 3. Mažvila J., Vaičys M., Buivydaitė V.V Lietuvos dirvožemių makromorfologinė diagnostika. Akademija: Lietuvos žemdirbystės institutas. 283 p. 4. Brady N. C., Weil R.R Soil texture (size distribution of soil particles). In: The nature and properties of soils. 14th ed. Prentice Hall: Pearson p. 26

27 5. Gardiner D. T., Miller R. W Soil physical properties. In: Soils in our environment. 11th ed. Prentice Hall: Pearson p. 6. Thien S. J., Graveel J. G Bulk density and soil properties. In: Laboratory Manual for Soil Science. Agriculture and Environmental principles. 7th ed. McGraw-Hill. P

28 Praktinis darbas Nr. 4: DIRVOŽEMIO DRĖGNUMO NUSTATYMAS Dirvožemis yra kaip rezervuaras vandeniui jis sugeba sukaupti, sulaikyti ir atlaisvinti vandenį. Daugelis dirvožemio savybių reguliuoja vandens surinkimą, sulaikymą ir atlaisvinimą, dirvožemio vandens kiekį lemia kitų dirvožemio savybių išraiška. Dirvožemio drėgmės kiekio vertinimas svarbus vandens apsaugai, gerinant vandens prieinamumą augalams ir taikant tinkamas aplinkos technologijas. Dirvožemio vandens kiekio nustatymas svarbus praktiškai visuose dirvožemio tyrimuose, t. y. nustatant vandens sulaikymo gebą, augalams prieinamą drėgmę, infiltraciją, porų dydžio pasiskirstymą, dirvožemio pralaidumą. Praktinio darbo tikslai. Praktinio darbo metu studentai susipažins su terminais, skaičiavimais ir atlikimo metodika, reikalinga įvertinti vandens kiekį ir nagrinėjant tekstūros efektus, lemiančius dirvožemio vandens kiekį. TEORINĖ DALIS Dirvožemio vandens kiekis daro įtaką daugumai dirvožemio procesų ir veikia augalų augimą. Jo kiekis svyruoja dirvožemiui džiūstant ar sudrėkus ir dirvožemio vandens kiekis yra viena iš daugiausiai kintančių dirvožemio savybių. Vandens balansą dirvožemyje veikia orų permainos, dirvožemio naudojimas, augalų augimas ir kraštovaizdžio savybės. Vandens kiekio nustatymo principų žinojimas yra būtinas vandens apsaugai, įskaitant jo efektyvų naudojimą rekreacijai ir maistui, gamybai. Be to, kadangi patekęs į dirvožemį vanduo savo sudėtyje turi įvairių junginių, kurie prieš tai pateko į jį naudojant ar ekspozicijos metu, todėl labai svarbu aplinkos apsaugos specialistams žinoti jo savybes ir elgseną dirvožemyje. Dirvožemis surenka, kaupia ir atlaisvina vandenį. Surinkimas prasideda, kai vanduo patenka į dirvožemį per paviršines porų ertmes, procesas vadinamas infiltracija. Tada vanduo prasiskverbia pro dirvožemio poras, veikiamas jį supančių traukos jėgų. Stiprios dirvožemio dalelių adhezijos jėgos ir kohezijos jėgos tarp vandens molekulių sulaiko vandenį dirvožemyje. Vanduo, pritrauktas prie dirvožemio dalelių turi mažesnę laisvąją energiją dėl traukos jėgos. Trauka yra didžiausi dirvožemio vandens sandūroje ir sumažėja išoriniame vandens sluoksnyje. Vandens sulaikymas yra įmanomas tada, kai sulaikymo jėgos dirvožemyje viršija jėgas, pašalinančias vandenį. Vandens praradimas dirvožemio sistemoje galimas tada, kai jį pasisavina augalai, džiūstant ir veikiant gravitacinei jėgai. Dirvožemio drėgmės rūšys. Dirvožemio drėgme vadinamas jame esantis molekulių pavidalo vanduo su jame ištirpusiais junginiais, sudarantis skystąją arba dujinę dirvožemio fazes (Buivydaitė, Motuzas, 2000). Dirvožemio drėgmė gali būti apibūdinta energija arba kiekiu. 28

29 Energijos atžvilgiu skiriamos 4 pagrindinės dirvožemio drėgmės rūšys: foninė geba (angl. field capacity), vytimo koeficientas (angl. wilting coefficient), higroskopinis koeficientas (angl. hygroscopic coefficient) ir sausas dirvožemis (4.1 pav.). Vandens energijos būklė apibūdinama tempimo jėgos barais (sulaikymo energija). Prisotintas dirvožemis (angl. saturated soil) arba maksimali vandens sulaikymo geba tai dirvožemis, kurio visos porų ertmės yra užpildytos vandeniu. Kada vanduo iš didžiausių dirvožemio porų pasišalina veikiant gravitacinėms jėgoms, tai yra foninė dirvožemio geba. Vidutinės tekstūros dirvožemiuose apie 50 proc. porų tūrio yra užpildyta vandeniu foninės dirvožemio gebos sąlygomis. Kai vandens plėvelė ant dirvožemio dalelių yra tokia plona, kad augalai nesugeba pasisavinti vandens pakankamais kiekiais, siekiant apsisaugoti nuo vytimo, todėl toks dirvožemis yra taip vadinamame vytimo taške. Kai vanduo toliau pašalinamas išgaruojant, lieka vanduo prie kietųjų dalelių pritrauktas 31 baro jėga, dirvožemis yra higroskopiniame koeficiente. Karščio energija, ekvivalentiška barams, yra reikalinga pašalinti stipriausiai prie dalelių pritrauktas vandens molekules ir toks išdžiovintas dirvožemis vadinamas sausu dirvožemiu, kurį toliau kaitinant drėgmė neišsiskiria pav. Vandens sluoksnis, supantis dirvožemio dalelę. Vanduo sulaikomas jėgų, kurios mažėja su atstumu nuo dalelės paviršiaus. Adhezija pritraukia vandens molekulę arčiausiai adsorbcinio paviršiaus barų traukos jėga. Kada adhezijos ir kohezijos jėgos sumažėja žemiau 0,3 barų, vanduo filtruojasi iš dirvožemio dėl gravitacijos jėgos (pagal Thien, Graveel, 1997). Drėgmė dirvožemyje laikosi ir juda sorbcijos, kapiliarinių ir gravitacinių jėgų dėka. Higroskopinę drėgmę sudaro oro garų vanduo, absorbuotas dirvožemio dalelių paviršiuje. Jos kiekis dirvožemyje tiesiogiai priklauso tiek nuo paties dirvožemio sudėties, tiek nuo oro temperatūros bei drėgnumo. Kuo daugiau dirvožemyje yra smulkžemio ir puvenų, tuo daugiau jame higroskopinės drėgmės. Ši drėgmė stipriai laikoma dirvožemio dalelių paviršiuje, augalų nepasisavinama. Kapiliarinė drėgmė užpildo smulkiausius dirvožemio tarpelius, ją dirvožemis išlaiko veikiant jėgoms kapiliarų tarpeliuose ir aplink juos. Nekapiliariniuose tarpeliuose yra oro. 29

30 Kapiliarinė drėgmė yra judriausia, geriausiai prieinama augalams drėgmės forma dirvožemyje, kuri juda iš platesnių kapiliarų į siauresnius ir priklauso nuo dirvožemio tekstūros (granuliometrinės sudėties), struktūros ir kitų savybių. Dirvožemiui brinkstant, kapiliarai siaurėja, ir drėgmė, esanti dirvožemyje, kyla aukštyn. Gravitacinis vanduo susidaro dėl gausių kritulių, kai dirvožemio visi kapiliariniai ir nekapiliariniai tarpeliai yra pripildyti drėgmės. Drėgmei užpildžius visus nekapiliarinius tarpelius, pasiekiama dirvožemio vandentalpos riba, kai savo svorio veikiamas vanduo sunkiasi į gilesnius horizontus. Šį vandenį augalai pasisavina, bet ilgesnis jo buvimas žalingas, nes augalams trūksta oro. Dirvožemio drėgmės potencialas. Kadangi dirvožemis yra daugiafazė sistema (kieta fazė, skysta, dujinė), drėgmės judėjimas yra labai sudėtingas. Tas judėjimas vis dažniau reiškiamas termodinaminiu metodu, kuris grindžiamas įvairių hidrofizikinių jėgų atliekamu darbu dirvožemyje (Motuzas ir kt., 2009). Svarbiausia, kad šiuo metodu galima modeliuoti dirvožemio drėgmės režimą, numatant jo reguliavimo priemones. Dirvožemio drėgnumo potencialas tai dirvožemio gebėjimas atlikti didesnį ar mažesnį darbą nei laisvas distiliuotas vanduo. Tai adsorbcinio, kapiliarinio, osmosinio ir gravitacinio potencialų suma (Motuzas ir kt., 2009). Adsorbcinis potencialas pasireiškia vandens molekulių sąveikos su kietąja dirvožemio faze metu, kai dirvožemio dalelės apsitraukia plona vandens plėvele. Kapiliarinis potencialas būna kietosios, skystosios ir dujinės fazių sandūroje, plonuosiuose kapiliaruose. Osmosinis potencialas atsiranda dirvožemio tirpalo jonų ir vandens molekulių sąveikos metu. Gravitacinis potencialas vyksta dėl Žemės traukos. Dirvožemio drėgmės slėgio potencialas dažniausiai nustatomas eksperimentiniu būdu tenzimetrais ir matuojamas paskalio vienetais. Pagrindine dirvožemio hidrofizikine savybe laikoma drėgmės išlaikymo dirvožemyje kreivė. Ji parodo drėgmės slėgio potencialo priklausomybę nuo dirvožemio drėgmės kiekio (4.2 pav.). Kreivėje atsispindi kiek drėgmės yra skirtingos tekstūros dirvožemyje ir kiek yra pašalinta. 30

31 4.2. pav. Drėgmės išlaikymo dirvožemyje kreivė, pateikianti priklausomybę tarp dirvožemio drėgmės kiekio ir drėgmės slėgio potencialo (pagal Thien, Graveel, 1997). Vandens kiekis dirvožemyje gali būti nustatytas gravimetrine analize remiantis dirvožemio masės skirtumu po išdžiovinimo ir prieš bei išreiškiant procentiškai sauso dirvožemio masėje. Bandinys yra išdžiovinamas 105 C temperatūroje iki pastovios masės, iki vadinamos sausosios masės. Masės pokytis džiovinant atspindi dirvožemio drėgmę ir jo procentinė dalis apskaičiuojama pagal formulę: Proc. dirv. vandens masė svorio vienete (% m ) = ((drėgno dirv. masė sauso dirv. masė)/sauso dirv. masė) 100 (4.1) Procentinė vandens dalis masėje gali būti paverčiama į vandens kiekį, išreikštą procentine drėgme tūrio vienete, jei dirvožemio tankis yra žinomas. Tai atliekama pagal formulę: Procentinė dirvožemio vandens masė tūrio vienete (% t ) = (% m ) dirvožemio tankis (4.2) Dirvožemio tekstūros poveikis vandens kiekiui Dirvožemio tekstūra paveikia vandens kiekį, priklausomai nuo kietųjų dalelių paviršiaus ploto, galinčio adsorbuoti vandens molekules, ir potencialaus sulaikymo tūrio. Vanduo prisijungia prie dirvožemio dalelių paviršiaus, todėl dirvožemiai, turintys didelį specifinį paviršiaus plotą (paviršiaus plotą masės vienete) turės didesnį potencialą sulaikyti vandenį. Specifinis paviršiaus plotas yra tiesiogiai proporcingas dirvožemio molio ir / ar organinės medžiagos kiekiui. Smėlėtų dirvožemių vandens sulaikymo geba gali būti padidinama pridėjus organinės medžiagos. Dirvožemio tekstūra taip pat paveikia vandens kiekį, nes įtaką daro jo tūrinio sulaikymo geba. Sulaikymo tūris apibūdinamas agregacijos ir dirvožemio poringumo. Vanduo patenka į dirvožemį per paviršines poras, juda vidinėmis poromis ir kai tik sulaikomas kietųjų dalelių, laikosi dirvožemio porose. Mažiausios poros dirvožemyje turi didžiausią trauką vandeniui, todėl pirmos bus užpildytos vandeniu, o drėgmė iš jų pasišalins vėliausiai. Foninėje geboje ne pačios didžiausios 31

32 poros yra užpildytos vandeniu. Suardžius dirvožemio granuliuotumą ir / ar sutrypus, sumažėja dirvožemio porų tūris, ir dėl to sumažėja infiltracija, tūrinė vandens sulaikymo geba, vandens judėjimas ir pakeičia vandens pasiskirstymą. Perteklinis vanduo, patekęs į dirvožemį, viršija jo infiltracijos gebą, užtvindys jį ar nutekės su nuotėkiu. Jei dirvožemio sulaikymo geba yra viršijama, vanduo su jame ištirpusiomis medžiagomis prasisunks ir pasieks gruntinius vandenis. Taip gali patekti ir išplisti teršiančios medžiagos Dirvožemio sausoji masė ir vandens kiekis Natūraliomis sąlygomis visi dirvožemiai turi drėgmės. Vandens kiekis gali būti labai mažas išdžiūvusiame dirvožemyje. Paprastai bendras vandens kiekis ir sausoji dirvožemio masė nustatoma išdžiovinus 105 C temperatūroje. Todėl vandens kiekis dirvožemyje yra kaip išdžiovinto dirvožemio svorio ar tūrio procentas. Vanduo, kuris pašalinamas esant aukštai temperatūrai, neapima dirvožemio vandens apibrėžimo. Dirvožemio vandens kiekis gali būti nustatomas tiesioginiu ir netiesioginiu metodu. Tiesioginis metodas yra tikslesnis, bet trunka ilgiau. Netiesioginis metodas daugiausiai naudojamas ilgalaikiam vandens kiekio nustatymui lauko sąlygomis. Optimalus vandens kiekis mikroorganizmų procesams apima proc. maksimalios vandens sulaikymo gebos. Darbo eiga Orasausio dirvožemio sausosios masės nustatymas 1. Išdžiovinti indelį su dangteliu 105 C temperatūroje ir atvėsinti jį, uždarytą dangteliu (apie 45 min.). Nustatyti indelio su dangteliu masę (m 0 ) su tikslumu ±1 mg. 2. Su šaukšteliu įdėti g orasausio dirvožemio į indelį. 3. Nustatyti indelio su dangteliu masę (m 1 ) ±1 mg tikslumu. 4. Neuždengtą indelį su dirvožemiu dėti į termostatą ir džiovinti 105 C temperatūroje iki pastovaus svorio. Tuo pačiu džiovinti ir dangtelį. 5. Atvėsinti uždengtą indelį apie 45 min. 6. Nustatyti uždengto indelio su sausu dirvožemiu masę (m 2 ) ±10 mg tikslumu. Drėgno dirvožemio sausosios masės nustatymas 1. Paskleisti dirvožemį ant švaraus paviršiaus, kuris neabsorbuoja drėgmės (pvz., ant stiklinės lėkštės) ir gerai išmaišyti. Pašalinti daleles, kurių diametras > 2 mm. 32

33 2. Išdžiovinti indelį su dangteliu 105 C temperatūroje ir atvėsinti jį, uždarytą dangteliu (apie 45 min.). Nustatyti indelio su dangteliu masę (m 0 ) ±1 mg tikslumu. 3. Su šaukšteliu įdėti g dirvožemio į indelį. 4. Nustatyti indelio su dangteliu masę (m 1 ) ±10 mg tikslumu. 5. Neuždengtą indelį su dirvožemiu dėti į termostatą ir džiovinti 105 C temperatūroje iki pastovaus svorio. Tuo pačiu džiovinti ir dangtelį. 6. Atvėsinti uždengtą indelį apie 45 min. 7. Nustatyti uždengto indelio su sausu dirvožemiu masę (m 2 ) ±10 mg tikslumu. Duomenų analizė. Procentinis sausosios masės kiekis (w dm dry mass weight) apskaičiuojamas pagal formulę: m2 m0 w dm = 100 m m 1 0 čia m 0 tuščio indelio su dangteliu masė (g); m 1 indelio su orasausiu ar drėgnu dirvožemiu masė (g); m 2 indelio su sausu dirvožemiu masė (g). (4.3) 4.2. Maksimali vandens sulaikymo geba Mikrobiologiniai testai (pvz., kvėpavimo matavimai, azoto mineralizacija, biodegradacija) atliekami esant optimalios drėgmės sąlygoms. Jos kinta proc. dirvožemio vandens sulaikymo gebos ribose. Siekiant nustatyti tam tikro dirvožemio optimalų vandens kiekį, turi būti žinoma maksimali dirvožemio vandens sulaikymo geba. Darbo priemonės Indai Cilindras (žinomo tūrio) su perforuotu pagrindu Vandens vonelė Termostatas, gebantis išlaikyti 105 C temperatūrą Laboratorinė stiklinė, 250 ml Svarstyklės, tikslumas ±0,01 g Darbo eiga Mėginio paruošimas Dirvožemio mėginys turi būti persijotas. 33

34 1. Padengti perforuotą cilindro pagrindą filtriniu popieriumi ir pripildyti jį dirvožemiu. Pilti dirvožemį po truputį, siekiant homogeniško pasiskirstymo. 2. Panardinti cilindrą į vandens vonelę taip, kad vandens lygis būtų žemiau nei dirvožemio paviršius. Kai dirvožemis sudrėks iki paviršiaus, iškelti jį iš vandens ir pastatyti ant filtrinio popieriaus, kad nusausėtų. 3. Pasverti cilindrą. Dirvožemį perpilti į 250 ml laboratorinę stiklinę ir išdžiovinti 105 C temperatūroje 24 h. Atvėsinti mėginį ir vėl pasverti. Duomenų analizė. Vandens sulaikymo geba (VSG) apskaičiuojama pagal formulę: ms mt VSG max (% sausiosios masės) = 100 m m čia m s stiklinės su prisotintu vandens dirvožemiu masė, m t stiklinės su išdžiovintu dirvožemiu masė, m b stiklinės masė. t b (4.4) 4.3. Kapiliarinis dirvožemio drėgnumas Dirvožemio kapiliarinis drėgnumas yra toks, kai vanduo užpildo tik dirvožemio kapiliarus, o didesniuose tarpuose būna oras. Nustatant kapiliarinį drėgnumą svarbu, kad dirvožemis būtų natūraliai susiklojęs, nesuardytas. Darbo priemonės Indai Cilindras (žinomo tūrio) su perforuotu pagrindu Vandens vonelė Termostatas, gebantis išlaikyti 105 C temperatūrą Laboratorinė stiklinė, 250 ml Svarstyklės, tikslumas ±0,01 g Darbo eiga 1. Padengti perforuotą cilindro pagrindą filtriniu popieriumi ir pripildyti jį nesijoto orasausio dirvožemio. Pilti dirvožemį po truputį, siekiant homogeniško pasiskirstymo. 2. Išmatavus dirvožemiu užimto cilindro tūrį, pasveriama. 3. Panardinti cilindrą su dirvožemiu į vandens vonelę taip, kad vanduo apsemtų cilindro dugną. Vanduo filtro poromis kyla ir patenka į cilindre esantį dirvožemį. 34

35 4. Dirvožemio paviršiui kiek patamsėjus (sudrėkus), cilindras iškeliamas iš vandens ir pasveriamas. Duomenų analizė. Dirvožemio kapiliarinis drėgnumas (KD) apskaičiuojamas pagal formulę: ms mt KD = 100 m m t b čia m s cilindro su prisotintu vandens dirvožemiu masė, m t cilindro su išdžiovintu dirvožemiu masė, m b cilindro masė. (4.5) 4.4. Durpių arba miško paklotės vandens sulaikymo gebos nustatymas Durpės ir miško paklotė yra augalinės kilmės. Durpės būna žemapelkių, tarpinių pelkių ir aukštapelkių. Žemapelkėse vyrauja viksvos, asiūkliai, nendrės ir kt., aukštapelkėse kimininės (baltosios) samanos, švyliai, gailiai, viržiai, spanguolės ir kt. Tarpinėse pelkėse yra aukštapelkėse ir žemapelkėse augančių augalų. Medžių nuokritos, patekusios ant žemės paviršiaus, kartu su žolių, samanų ir kerpių liekanomis sudaro miško paklotę. Darbo priemonės Priemonės ir indai Metalinis cilindras su perforuotu dugnu Svarstyklės Darbo eiga 1. Į pasvertą metalinį cilindrą su sieteliu ir dugne įdėtu filtriniu popieriumi dedama 10 g orasausių durpių ar miško paklotės. 2. Cilindras statomas į indą su vandeniu taip, kad tiriamasis bandinys būtų apsemtas vandens, ir laikomas tol, kol visiškai jo prisigers. 3. Paskui cilindras išimamas, vandens perteklius nuteka, ir pasveriamas. Duomenų analizė. Dirvožemio ar miško paklotės vandens sulaikymo geba VSG (%) apskaičiuojama pagal formulę: VSG % = D 100/E (4.6) 35

36 čia D vandens masė durpėse ar miško paklotėje (cilindro su šlapiomis durpėmis ar paklote masė cilindro su orasausėmis durpėmis ar paklote masė), g, E orasausių durpių ar miško paklotės masė, g; 100 perskaičiuoti %. Literatūra 1. Buivydaitė V., Motuzas A Dirvožemio drėgnumo nustatymas ir oro kiekio apskaičiavimas. Geologijos pagrindų ir dirvotyros laboratoriniai darbai p. 2. Determination of chemical and physical soil properties. In: Manual for soil analysis monitoring and assessing soil bioremediation Margesin R, Schinner F. (eds.). Springer Verlag Berlin p. 36

37 Praktinis darbas Nr. 5: DIRVOŽEMIO RŪGŠTUMAS IR JO FORMOS Dirvožemio ph yra vienas iš svarbiausių dirvožemio cheminių savybių rodiklių. Visos biocheminės reakcijos dirvožemyje priklauso nuo protono H + aktyvumo, kuris išmatuojamas kaip dirvožemio ph. Daugumos natūralių dirvožemių ph reikšmės (nustatytos CaCl 2 ištraukoje) svyruoja nuo < 3,00 (ypač rūgštūs) iki 8,00 (silpnai šarminiai). Įvairių junginių tirpumas dirvožemyje yra veikiamas dirvožemio ph (pvz., sunkiųjų metalų) bei mikroorganizmų aktyvumo. Dirvožemio chemija ir biochemija yra susijusi su dirvožemio ph. Vandenilio jonai dirvožemio tirpale, kurių kiekį parodo ph skalė, yra vadinami aktyviuoju rūgštumu. Vandenilio jonai mainų kompleksų moliuose ir organinėje medžiagoje vaizduoja mainų rūgštumą. Santykis tarp mainų rūgštumo ir aktyvaus rūgštumo rodo dirvožemio buferinę gebą, savybę, kuri lemia kaip dirvožemio ph pasikeis, veikiant aplinkos įtakai. Praktinio darbo tikslas išmokti naudotis ph metru; išmokti nustatyti dirvožemio bandinių aktyvųjį, mainų ir hidrolizinį rūgštumą; nustatyti dirvožemio bandinio bazingumą ir pasotinimą bazėmis. TEORINĖ DALIS Dirvožemio rūgštumas Dauguma dirvožemio cheminių ir biocheminių reakcijų yra jautrios jų aplinkos rūgštumui. Dirvožemio ph nusako rūgštumo lygį ir yra kintantis dydis, nes dauguma įvairiausių išorinių aplinkos veiksnių kinta ir taip veikia jo lygį. Kai dirvožemio ph kinta, keičiasi ir daugelio junginių reaktyvumas, prieinamumas augalams, toksiškumas ir tirpumas. Dirvožemio jautrumas ph pokyčiams yra apsprendžiamas jo buferinės gebos, savybės, susijusios su rūgščių pasiskirstymu tarp tirpalo ir mainų kompleksų. Dirvožemio ph dažnai vadinamas pagrindiniu dirvožemio kintamuoju, kuris daro poveikį daugeliui cheminių reakcijų ir procesų. Dirvožemio reakcija reiškiama neigiamu vandenilio jonų logaritmu ph = log(h + ). Vandenilio jonų koncentracijai didėjant, t. y. neigiamam logaritmui mažėjant, rūgštumas didėja, o laipsnio rodikliui didėjant rūgštumas mažėja (5.1 lent.) lentelė. Dirvožemio tirpalo ph ir jį atitinkanti vandenilio jonų koncentracija Tirpalo ph Vandenilio jonai (g/l) 9.0 (labai šarmiškas) 10-9 ( ) 8.0 (šarmiškas) 10-8 ( ) 7.0 (neutralus, grynas vanduo) 10-7 ( ) 6.0 (vidutinio rūgštumo) 10-6 ( ) 37

38 5.0 (labai rūgštus) 10-5 ( ) 4.0 (ypač rūgštus) 10-4 (0.0001) Dirvožemiai, kurių ph<7, yra rūgštūs, o tų, kurių ph>7 yra traktuojami kaip šarminiai. Jei ph lygus 7, dirvožemis vadinamas neutraliu (nei rūgščiu, nei šarminiu). Rūgšti dirvožemio reakcija būna tuomet, kai dirvožemio tirpale ar sorbuojamame komplekse vyrauja H + jonai, neutrali kai santykis tarp H + ir OH - jonų lygus, o šarminė kai vyrauja OH - jonai. Dirvožemių pagal ph skirstymas pateiktas 5.2 lentelėje lentelė. Dirvožemio tirpalo ph skirstymas ir aprašantys terminai Terminai ph Ypač rūgštus <4,5 Labai rūgštus 4,5-5,0 Rūgštus 5,1-5,5 Vidutinio rūgštumo 5,6-6,0 Neutralios reakcijos 6,1-7,3 Silpnai šarmiškas 7,4-7,8 Dirvožemio ph labai paveikia maisto medžiagų prieinamumą ir mikroorganizmus (5.1 pav.). Esant mažam ph, Al, Fe ir Mn tampa tirpesniais ir gali būti toksiški augalams. Padidėjus ph, jų tirpumas sumažėja. Augalams gali susidaryti kai kurių elementų trūkumas, kai ph padidėja iki neutralaus. Viena iš svarbiausių problemų augalų augimui rūgščiame dirvožemyje yra aliuminio toksiškumas. Aliuminis dirvožemio tirpale yra sunykusių šaknų ir jautrių augalų viršūnių priežastis. Toksiškumo laipsnis priklauso nuo augalo tipo ir Al junginio. Mažas ph gali taip pat padidinti sunkiųjų metalų tirpumą, kurie gali taip pat būti žalingi augalams. Nerūgščiuose dirvožemiuose aliuminio aptinkama netirpių aliumosilikatų arba oksidų formos; jie neigiamo poveikio nedaro. 38

39 5.1. pav. ph poveikis maisto medžiagų, svarbių augalų augimui, prieinamumui (pagal Brady, Weil, 2008). Apibendrinant galima teigti, kad labai rūgščiame dirvožemyje sumažėja makromaisto medžiagų prieinamumas (Ca, Mg, K, P, N, S) nei molibdeno ir boro kiekis. Priešingai, maisto mikromedžiagų (Fe, Mn, Zn, Cu ir Co) prieinamumas padidėja, ir gali padidėti net iki toksiško augalams ir mikroorganizmams lygio. Vidutiniškai šarminiame dirvožemyje, molibdenas ir dauguma makromaisto medžiagų (išskyrus fosforą) yra pakankamai, bet Fe, Mn, Zn, Cu, Co prieinamumas yra mažas. Fosforo ir boro prieinamumas sumažėja šarminiame dirvožemyje dažnai iki trūkumo lygio. Sunku apibrėžti maisto medžiagų ir ph ryšį. Žinoma, esant ph nuo 5,5 iki 6,5 maisto medžiagų prieinamumas yra pakankamas augalų augimui. Šis apibendrinimas gali būti netinkamas visiems dirvožemiams ir augalų bendrijoms. Pavyzdžiui, tam tikras maisto medžiagų stygius susidaro smėlėtuose dirvožemiuose, esant dirvožemio ph 6,0-6, paveiksle pateikta, kad dauguma bakterijų ir aktinomicetų gerai funkcionuoja, esant vidutinėms ir aukštoms dirvožemio ph vertėms. Grybų veikla dominuoja, esant ypač mažam ph. Augalai labai skiriasi savo tolerantiškumu ph. Pavyzdžiui, kai kurie ankštiniai (liucerna, dobilai) geriausiai auga neutralaus ar šarminės reakcijos dirvožemiuose. Šparagas ir kantalupa (melionų rūšis) yra dvi žemės ūkio kultūros, kurios turi didelį kalcio poreikį ir geriausiai auga esant ph lygiui apie 7,0 ir daugiau. Kadangi miškų bendrijos daugiausiai auga drėgname klimate, kur dominuoja rūgštus dirvožemis, daugelis miško augalų yra priešingoje skalės pusėje. Tokie miško augalai kaip azalija, rododendrai, mėlynė, maumedis, kai kurios ąžuolų rūšys, dauguma pušų iš rūgštaus dirvožemio nesugeba pasisavinti geležies savo poreikiams patenkinti. Kadangi esant dideliam ph ir dideliam kalcio prisotinimui, sumažėja geležies prieinamumas, šiuose augaluose pasireiškia chlorozė (lapų pageltimas) ir kiti simptomai, rodantys geležies trūkumą. Aišku ir miško 39