UNIVERZITET U SARAJEVU Dr Husnija Resulović - Dr Hamid Čustović PEDOLOGIJA Opći dio (Knjiga I) Sarajevo, 2002. godine PEDOLOGIJA Opći dio (Knjiga 1) Autori: cir. I iusnija Resulović, dr. Hamid Čuslo\'ić Rcccnzenti: dr, Mihovil Vlaiiiiiić, dl-, Zlatko Halvi, dr. Vladimir Beus Lektor:
Emin Čustović
Tehnički urednik: Mirsad Cerić CIP - Katalogizacija u publikaciji Nacionalna i univerzitetska biblioteka Bosne i Hercegovine, Sarajevo 631 .4 ( 075 . 8 ) RESULOVIĆ, Husnija Pedologija ; (opći dio) / Htisnija Resulović, Hamid Čtistović- Sarajevo ; Poljoprivredni fakultet (etc,). 2002. Knj. < 1- > : ilustr. 24 cm Knj, 1, - 318 str. - Bibliografija: str. 315-318 ISBN 9958 - 9643 - 5 - X (cjelina) ISBN 9958 - 9643 - 6 - 8 (Knj. 1) 1. Čustović, Hamid COBISS/BiH-ID 10751750 MIŠLJENJE Da je tiniverzitetski udžbenik "Pedologija" . autora profdr Husnije Resulovića i doc.dr, Hamida Čiistovića. proizvod iz člana 19. tačka 10. Zakona o porezu proizvoda i usluga na čiji se promet ne plaća porez na promet proizvoda. Izdavač je dužan dostaviti Ministarstvu dva primjerka navedenog udžbenika odmah nakon štampe. Pristojba plaćena u iznosu od 15 KM, u biljezima, prema tarifnom broju 56 Zakona o federalnim upravnim pristojbama i tarifi federalnih upravnih pristojbi ("Službene novine Federacije^aSflfi.i Herce,^o\nne''^^
i 8/00).
POLJO.-'i^. «EONI FAKULTET UNIVE.iZlT^TA U SARAJEVU
PREDGOVOR
Karakteristika no\og iiiilenijuma su d\a međusobno povezana problema: široko vasprostranjeno siromaštvo i neishranjenost, te pogoršanje kvaliteta okoliša. Kritični element u rješavanju oxih problema je u kxalilelnom upravljanju : konzervaciji zemliišta'(iala). ne samo kod nas u BiH. već u svjetskim razmjerama.^ Poznavanje svojstava tla, te njegove plodnosti i produktivnosti pomaže nam da odredimo, koja količina hrane i sirovina za industriju, može biti obezbijedena za dosad najveći broj stanovnika na Zemlji. Neka su tla prirodno pludiia (produktivna), dok druga niMi. Neka su povoljna za .široku primjenu u poljopiivredi i šumarstvu i produktivnost im se može uvećav'ati. Druga tla bi opet bilo najbolje ostavili pod prirodnom travnom i šumskom vegetacijom. U svakom slučaju bez poznavanja prirode i svojstava tla. nije moguće ocijenili njegov kvalitet LI datom području, i znati sa tlom upravljati kao i primjeniti mjere konzervaeije. Tlo može uticati na pogoršanje stanja u okolišiL kao što i okoliš može uticati na Slanje tla. Putem erozije'tlo može biti degradiranb ili uništeno, a odneseni materijal izazivati zamuljivanjc jezera, korita rijeka, rezervoara i si. Sve se više tlo koristi kao prostor za živi svijet, kao i industrijski otpad. Trajni gubitak tla. kod nas i u svijetu, poprima dramatične razmjere. Svjetske rezerve tla iznose oko I.T milijardi hektara, od čega je različitim degradacijama, zahv aćeno oko 1.9 milijardi hektara. U BiH dnevni gubitak zemljišta iznosi 8.2 ha. Pri ovome treba znati daje raspored prirodnih resurea. a naročito tla i vode u velikim suprotnostima sa potrebama stanovništva na pojedinim dijelovima Zemlje. Poznavanje prirode i sastava tla je LISIOV njegovog očuvanja od nestajanja I degradacije izazv'ane različitim uzrocima, te uslov povećanja njegove plodnosti, odnosno proizvodnje veće količine biomase za potrebe ljudi i životinja. Ova knjiga je namijenjena prvenstveno .studentima Poljoprivrednog i Šumarskog fakultlna. kao udžbenik, te svim ostalim koji se u svom radu dotiču i bave problematikom tla sa bilo kog aspekta (agronomi, šumari, geografi, geolozi, urbanisti, ekolozi, prostorni planeri, ekonomisti i drugi). Posljednji udžbenik Pedologije, koji je štampan na Poljoprivrednom fakultetu Univerziteta u Sarajevu, je onaj iz 1972. godine, autora Prof. dr Hiisnije Resuloviea. U domenu šumarske pedologije prof.d^' Milivoje Ćirić je izdao 1991. godine udžbenik Pedologija, kao III izdanje. U knjizi I, predviđeno je da se pedološka materija obradi u tri dijela. U ovom prvom dijelu (Opći dio), obuhvaćeno je šest poglavlja, gdje sa pored uvoda uključena biološka, fizička i hemijska svojstva tla. U udžbenik je jednim dijelom uključena i materija iz domena Petrografije sa .mineralogijom, tako da student dobije i neka osnovna znanja iz
ove oblasti. U Knjizi 2 - biće obrađena sistematika tla sa faktorima i procesima njegovog nastanka, te karakteristikama plodn— iv
mjerama njenog povećanja. U Knjizi 3 - biće ui<.ljiičena problematika oštećenja tla. sa mjerama zaštite tla i njegovog racionalnog korištenja. Iz obimne savremene pedološke literature odabrali smo one dijelove koje reprezentuju najnovije stanje pedološke nauke. Opseg i nivo prezentirane materije u ovom udžbeniku prilagođeni su nastavnim programima studenata Poljoprivrednog i Šumarskog fakulteta u Sarajevu. Autori se i ovom prilikom zahvaljuju svima koji su pružili pomoć u pripremi ovog Udžbenika, a posebno recenzentima koji su svojim sugestijama doprinijeli poboljšanju kvaliteta iznesene materije u ovoj knjizi. Nadamo se da će ovaj Udžbenik kao glavna literatura pomoći studentima u učenju i savladavanju materije iz ovog domena pedologije. AUTORI Sarajevo, 2002. godine Sadržaj Strana I
POGLAVLJE
l.UVOD
U
l.L Predmet i zadatak pedologije
11
1.2. Pojava i razvoj pedologije
12
1.?.
Podjela pedologije
14
1.4.
Definicija i priroda tla
15
1.5.
Tlo kao temelj održivog razvoja u ovom milenijunui
16
II
POGLAVLJE
2.
TLO KAO TROFAZNI SISTEM
19
2.1,
Uticaj procesa na sastav tla
19
2.2.
Karakteristike pojedinih faza lla
20
HI POGLAVLJE 3.PORIJEKLO I PRIRODA MINERALNOG DIJELA TLA
23
3.1.
Opći podaci 0 Zemlji
23
3.1.1.
Unutrašnja grada Zemlje
23
3.1.2.
Spoljašnji omotač Zemljine kore
25
3.1.2.1.
Atmosfera
25
3.1.2.2.
Hidrosfera
26
3.1.2.3.
Biosfera
27
Hemijski sastav Zemljine kore
28
Minerali stijena - petrogeni minerali
29
3.2.1.
Važnost minerala
30
3.2.2.
Fizičke osobine minerala
30
3.1.3. 3.2.
3.2.3.
Primarni i sekundarni
minerali
31 3.2.3.]. Primarni minerali
32 3.2.3.2.
Ostali primarni minerali (rude)
35
3.2.3.3.
Sekundarni minerali
36
3.3.
Petrografija - stijene 39
3.3.1. Magmatske (eruptivne) stijene
40
3.3.1.1.
Oblici pojavljivanja magmatskih stijena
40
3.3.1.2.
Klasifikacija magmatskih stijena
41
3.3.1.2.1.
Kisele stijene
43
3.3.1.2.2.
Neutralne stijene (prelazne)
44
3.3.1.2.3.
Bazične stijene
44
3.3.1.2.4, Uitiabazične stijene 3.3.2. Metamorfne stijene 3.3.2.1. 3.3.2.2.
Kiistalasli škriljci
4.S 46 Masivne metamoifne slijene
46
47 3.33. Sedirnemne Slijene
48
3.3.3.1.
Način pojavljivanja sedimenlnih stijena
3.3.3.2.
Hemijski sastav sedimentnih stijena
-">0
3.3.3.3.
Mineralni sasiav sedimenlnih stijena
50
3.3.3.4.
49
Klasifikacija sedimenlnih stijena .51 3,3.3.i. Opis i osnovne karakisrisiike
sedinieninih lijena 52 3.3.3.5.1.
Mehanički ili klastični sedimenti
52
3.3.3.5.2.
Hemijski sedimenti
55
3.3.3.5.3.
Oigunogeni sedimenti
56
3.4.
Trošenje (raspadanje) stijena i minerala
57
3.4.1.
Fizičko ili mehaničko trošenje
58
3.4.2.
Hemijsko raspadanje ili dekompozicija
59
3.4.2.1.
Rastvaranje
60
3.4.2.2.
Hidratacija
61
3.4.2.3.
Hidroliza
62
3.4.2.4.
Oksidacija
63
3.4.2.5.
Biolo.ško tro.šenje
64
Preno.šenje produkata raspadanja
66
Minerali gline
67
3.5.1.
Porijeklo i grada minerala gline
67
3.5.2.
Svojstva alumo-silikatnih minerala gline
70
3.5.3.
Proces nastanka minerala gline
71
3.5.4.
Glavne karakteristike osnovnih minerala gline
73
3.5.4.1.
Kaolinitska grupa
73
3.5.4.2.
Montmorilonitska grupa
75
3.5.4.3.
Ilitska grupa
76
3.4.3. 3.5.
3.5.4.4.
Hloritska grupa minerala 78 .3.5.5. Alofani
78
3.5.6.
Oksidi i hidroksidi
79
3.5.7.
Opšta svojstva minerala gline i ekološki značaj
79
IV POGLAVLJE 4. ORGANSKA MATERIJA, HUMUS 1 ORGANIZMI U TLU83 4.1. Organska materija 4.1.1.
83 Organska materija u šumskim tlima
4.1.2, Definicija organske materije i humusa tla organske materije koja se vraća u tlo
85 4,1,2,1. Količina i kvalilei
86
;4.2. Porijeklo i postanak liunuisa 4.2.1. Sasiav i svojsiva humusa 4.2.1.1.
Fulvo kiseline
4.2.1.2.
Humin.ske kiseline
4.2.1.3.
Humini
83
4.2.2. Podjela humusa po funkciji i tipu 4.2.3. Karakteristike humu.sa 4.2.J. .Značai liumusa u tlu 4.2.5. Sadržaj humusa u tlu
4.3.
Organizmi tla
4.3.1. Flora tla (pedoflora) 4.3.2. Fauna tla (pedofauna) 88 90 92 92 93 94 96 rv. 98 98 99 103 ^ 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.'l 5.1 5.1 5.1 V POGLAVLJE FIZIKA TLA
^ ;
Fi/.ičiva svojstva čvrste faze tla 1.
Tekstura tla (mehanički, teksturni ili granulometrijski sastav tla)
1.1.
Klasifikacija teksturnih elemenata
1.2.
Glavne kai-akteristike pojedinih grupa teksturrlih elemenata
1.3.
Klasifikacija tla po mehaničkom sastavu (teksturna klasa tla)
1.4.
Uticaj teksture na svojstva tla i njegovu plodnost (ekološki značaj mehaničkog
sastava tla) 1.5.
Mehanička analiza lla
2.
Struktura tla
2.1.
Faktori i mehanizmi strukturiranja
2.1.1.
Koloidno - hemijska faza \
2.1.2. Biološka faza 2.2.
Stabilnost strukture
2.3. Uticaj različitih materija na stvaianje strukture 2.4.
Ekološki značaj strukture tla
3.Specifična gustina tla i zbijenost 3.1. Specifična gustina 3.1.1. Prava ili faktična specifična gustina
I
3.1.2. Volumna ili zapreminska specifična gustina 3.1.3. Parcijalna zapreminska gustina 4.
Poroznost
4.1. Karakteristike pojedinih vrsta pora 5. Fizičko-mehanička svojstva tla 5.1. Konzistencija tla 5:2. Plastičnost tla 107 107 107 108 110 112 116 126 127 132 132 133 135 137 140 142 142 143 143 146 146 149 154 154 155 5.1.5.3. Ljepljivost tla
158
5.1.5.4. Bubrenje i kontrakcija
158
5.2. Voda u tlu (voda tla)
162
5.2.1. Oblici vode u tlu
164
5.2.1.1. Hemijski vezana voda ili konstituciona
165
voda 5.2.1.2. Kristalizaciona voda
165
5.2.1.3. Adsorpciona voda
166
5.2.!.^!. Vodena para
169
5.2.1.5. Kapilarna voda
169
5.2.1.6. Gravitaciona voda
171
5.2.1.7. Podzemna voda
171
5.2.1.8. Poplavne vode
172
5.2.1.9. Voda u obliku leda
172
5.2.2. Snaga (energija) vezivanja vode za tlo
173
5.2.2.1. Napon (tenzija) usisavanja vode
173
5.2.2.2. Koncepcija na bazi potencijala
178
5.2.2.2.1. Vodni potencijal tla
179
5.2.2.2.2. Gravitacioni potencijal
180
5.2.2.2.3. Matriksni potencijal
181
5,2.2.2,4. Osmotski potencijal
182
5.2.3. Iskazivanje vodnog potencijala tla
183
5.2.3.1. Hidrološke (vodne) konstante
185
5.2.3.1.1. Higro.skopna vlaga
187
5.2.3.1.2. Vlažnost trajnog (permanentnog)
188
venuća 5.2.3.1.3. Poljski vodni kapacitet
189
5.2.3.1.4. Apsolutni vodni kapacitet
190
5.2.3.1.5. Retencioni vodni kapacitet
191
5.2.3.1.6. Maksimalni vodni kapacitet tla
191
5.2.3.2. Pristupačna voda biljci
191
5.2.4. Kretanje vode u tlu
192
5.2.4.1. Kretanje vode u zasićenom tlu (saturirani 192 tok) 5.2.4.2. Kretanje vode u nesaturiranom tlu
198
(nesaturirani tok) 5.2.4.3. Kretanje vodene pare
202
5.2.5. Vodni režim i vodni bilans tla
204
5.2.6. Voda i tlo - karakteristike i ponašanje
206
5.2.6.1. Fizičko-hemijska priroda vode i njena
207
struktura 5.3. Toplotne osobine tla
208
5.3.1. Spoljašnji faktori toplote tla
210
5.3.2. Unutrašnja toplotna svojstva tla
211
5.3.3. Ostala toplotna svojstva tla
211
5.3.4. Toplotni režim tla
213
5.4.
Zrak ii tlu (sastav i osobine)
provjetravanje)
216 5-4.1. Kretanje zraka u tlu (aeracija,
220
5.4.1.1.
Difuzija
221
5.4.1.2.
Kietanje zemljišnog zraka
222
5.4.2.
Zračili kapacitet tla
224
5.4.3.
Ekološki značaj zraka u tlu
225
5.5.
Boja tla
226 5,5,1, Određivanje boje tla
227
VI POGLAVLJE 6, HEMIJATLA 6.1,
231 Sastav i najvažnije osobine koloida tla
231
6.1.1,
Grada koloidne čestice
232
6.1.2,
Ostala svojstva koloida
234
Adsorptivna sposobnost tla
236
Adsorcpija i izmjena kationa - mehanizmi ad.sorpcije
236
6.2.1.1.
Mehanička sorpcija
238
6.2.1.2.
Fizička sorpcija
238
6.2.1.3.
Hemijska sorpcija
239
6.2.1.4.
Biološka sorpcija
239
6.2.1.5.
Fizičko-hemijska sorpcija
240
Adsorptivni kompleks tla
240
6.2.2.1,
Adsorpcija u užem smislu
241
6.2.2.2,
Desorpcija
242
6.2.2.3.
Supstituciji^ izmjena kationa
243
6.2.2.4.
Retencija
244
6.2, 6.2.1.
6.2.2.
6.2.3. Svojstva adsorptivnog komplek.sa izmjena
244 6:2.4. Adsorpcija aniona i njihova
246
6.2.5.
Uticaj adsorbovanog kationa na svojstva tla
250
6.2.6.
Adsorpcijski kompleks i ishrana biljaka
251
6.2.7.
Organo-mineralni kompleks tla
253
6.2.7.1.
Stvaranje organo-mineralnog kompleksa (humusno-glinenog kompleksa)
tla 253 6.2.7.2.
Stvaranje kompleksnih zola humusnih koloida sa hidroksidima
seskvioksida 254 6.2.7.3.
Povezivanje po tipu helata
254
6.2.7.4.
Stvaranje soli humusnih kiselina
255
Reakcija tla
256
6.3.1.
Aktivna reakcija
257
6.3.2.
Potencijalna kiselost
258
6.3.2.1.
Supstitucijska kiselost
260
6.3.2.2.
Hidrolitička kiselost (hidrolitički aciditet) '
261
6.3,
6.3.3.
Popravka reakcije tla
6.3.4. Optimalno pH područje
262
265
6.4.
Rastvor tla
2(,9
6.4.1. Koncentracija tečne faze tla
270 6.4.1.1. Osmotski pritisak rastvora 270
6.4.2.
Sastav tečne faze tla
271
6.4.2.1.
Azot (du.šik)
272
6.4.2.2.
Fosfor
279
6.4.2.2.1.
Izvori i sadižaj fosfora
279
6.4.2.2.2.
Značaj fosfora
280
6.4.2.2.3.
Forme i pristupačnost fosfora za biljku
280
Kalijum
284
6.4.2.3. 6.4.2.4.
Kalcijum
287 6.4.2.4.1. Kalcizacija (kalcifikacija) tla
6.4.2.5.
Miignezijum 290 6 4.2.6. Natrijum
6.4.3. 6.5.
291 6.4.2.7. Sumpor
Mikroelementi Oksido-redukcioni potencijal (Redoks potencijal)
potencijala
289 292
294
299 6.5.1. Značaj redoks
300
6.6.
Piifernost tla
3Q2
6.7.
Radioaktivnost (fisija, alfa, beta i gama - raspad)
306
6.7.1.
Važniji radionuklidi u tlu
307
6.7.2.
Osobine nekih radionuklida
309
Prilog 1: Indeks pedoloških pojmova i termina
3ii
Prilog 2: Važnije jedinice mjera i oznake
313
Literatura
315
Uvod 1 POGLAVLJE L UVOD LL Predmet i zadatak pedologije Nauka koja se bavi proiičavanjein lla kao specifične prirodne tvorevine naziva se Pedologija. Ovaj naziv potiče iz grčkog jezika od riječi "pedon" - tlo. zeinljišle i "logos" nauka, odnosno loje Nauka o tlu ili Natika o zemljišitr U BiH se ti istom značenjti. kao sinonimi koriste riječi i "tlo" i "zemljište". Termin "zemlja" ima značenje količine, mase (npr. izvagati kg zemlje), a takode kao i način korištenja, npi-. kaže se "obradtijem zemljti". Osim loga postoji naziv Zemlja za našu planetu, kao i za Državu (Zemlja, odnosno država BiH).
U nekim stranim jezicima za tlo (zemljište) postoje nazivi: Soil (engleski). Boden (njemački). Sol (francuski), Počva (ruski) itd. Kad se govori u širem smislu o zemljištu koristi se termin "zemljišni prostor" (Land) engleski. Ovaj termin uključuje ;pored lla Još i klimu, vegetaciju, geološki supstrat, reljef, odnosno on Je složeniji od termina tlo. Pedologija primijenjena u poljoprivre4i naziva se Agropedologija. a primijenjena u šumarstvu Silvopedologija. Pedologija, kao nauka, bavi se proučavaiijem tla kao prirodnog fenomena na površini Zemlje, naročito iz aspekta postanka (geneze), razvoja (evolucije), fizičko-hemijskili i bioloških karakteristika, klasifikacije, geografskog rasporeda i si. Ipak pedologija se najviše bavi problemima aktualne i potencijalne proizvodne sposobnosti različitih pedosistematskih Jedinica u poljoprivredi i šumarstvu. Uz Pedologiju razvio se veliki broj grana nauke, koje ona u sebi integriše, a posebno fizika, hernija i biologija tla. Kod istraživanja tla kao prirodnog fenomena na površini Zemlje, najvažnija praktičifa saznanja za pedologa su pojava tla, način formiranja, fizička, hemijska i biološka svojstva, sastav, klasifikacija tala i njihov raspored u prostoru. Geneza i klasifikacija tla se bavi identifil
Tlo se može karakterisati slijedećim opštim svojstvima, (Ćirić, 1984): tlo je posebna sfera gdje se susreću putevi živog i mrtvog svijeta, koji se međusobno isprepliću i stvaraju novu jedinstvenu sferu koja se naziva pedosfera, tlo je složena dinamička cjelina, u kojoj se neprekidno odvijaju različiti procesi promjene, što ima za posljedicu stvaranje novih formi, tlo je svuda zastupljeno u prirodi, na kopnu, te u vodnim sredinama (nalazi se na dnu rijeka, jezera i mora), tlo kao živi sistem se sastoji iz matriksa (sredine) mineralne i organske materije, zraka i vode, te različitih mikroorganizama i makroorganizama. Aktivnosti ovih organizama mogu unaprijediti kvalitet tla putem biološke fiksacije azota, smanjenja patogena i bolesti, poboljšati agregaciju tla, razlaganje organskih otpadaka, doprinijeti kruženju hraniva, te povećanju aeracije i propusnosti. Prema tome, osnovni zadatak Pedologije je racionalno iskorištavanje prirodnih svojstava tla i iznalaženje mjera za povećanje njegove plodnosti. Zbog toga, da bi mogli upravljati sa plodnošću tla i usmjeravati svojstva tla u željenom pravcu, neophodno je da se upoznaju složeni različiti procesi koji se u njima odigravaju. U šumarstvu Pedologija predstavlja neophodnu osnovu za tipologiju šuma, uzgajanje i uređivanje šuma. Proučavanje tla ima naročiti značaj za pošumljavanje golih terena. 1.2. Pojava i razvoj pedologije Prva saznanja o poznavanju prirode zemljišta sticana su empirijski, U djelima Aristotela i Teofrasta iz 4, vijeka prije nove ere govori se o svojstvima tla u odnosu na ishranu bilja, a u Vergilijevu djelu "Geórgica", pisanom u 5. vijeku prije nove ere, govori se o uticaju klime i tla na rasprostranjenost vrste šumskog di veća. Nakon srednjeg vijeka, a naročito od 16. do 19. vijeka, karakterističan je 12 Uvod agrikuItLirno-hemijski pravac u proučavanju tka i to kao posljedica propadanja feudalizma, pojave kapitalističkih odnosa i interesa za proučavanje problema opadanja plodnosti tla kao posljedica njegovog neracionalnog iscrpljivanja. Kroz cijeli ovaj period akcent .se daje uglavnom na ishranu bilja. Značajniji autori iz log perioda su: Van Helmont (1629) sa teorijom o ishrani biljaka vodom. Albrech. Thaer (1752-1828) poznat po tzv. humusnoj teoriji, kao i poznati teoretičar mineralne ishrane bilja Liebig(1840) i drugi. Sredinom XIX vijeka u okviru Geologije, kao nauke, javio se interes za proučavanje tla i to kao zanimljiv aspekt geolozima sa stanovišta kako tlo nastaje i šta ono u suštini
predstavlja. Ovo Je bio statičan pristup nauci o tlu, koji nije mogao da odgovori na ova pitanja. Mnogi autori; među kojima: Falion. Richthofen, Berendt i drugi smatrali su da je tlo smjesa produkata raspadanja stijena i organskih ostataka nedinamičnog karaktera. U ovoj teoriji, naročito u šumarstvLi, geološkom sastavu terena se pridavao značaj dominantnog faktora, što je s današnjeg aspekta neprihvatljivo, jer se zna da se na jednoin supstratu mogu obiazovati ekološki potpuno različita zemljišta. Savremena pedologija kao samostalna nauka počela se razvijati sredinom 19. vijeka zajedno sa razvojem hernije, fizike i geologije u vidu specijalnosti kao što su hernija i fizika tla i agrogeologija. Na bazi dotadašnjih saznanja o tlu izdana Je prva pedologija (1837, "Bodenkunde"), od strane njemačkog agrohemičara Sprengela, U početku Je pedologija imala karakter pomoćne agronomske nauke, a kao samostalna nauka oformila se krajem 19, vijeka zahvaljujući tvorcu modeme genetičke pedologije, ruskom naučniku Dokučajev-u (1846-1903), On je prvi dao pravilnu naučnu definiciju pojmu "tlo'" i otkrio osnovne zakonitosti geneze, evolucije i geografije tla, izradio šemu klasifikacije tala sjeverne zemljine hemisfere, razradio metode istraživanja tla, kao i sistem mjera za povećanje njegove plodnosti. Štampanje djela ''Ruski černozem" značio Je početak nove prirodne nauke i nove teorije o genetičkoj pedologiji, koja Je okupila mnoge pedologe i prirodnjake toga doba; (Kosovič, Sibircev, Glinka, Visocki, Gedrojc i dr,). Ideja genetičke pedologije se širi i na zapad, naročito nakon prve i druge međunarodne agrogeološke konferencije (1909 i 1910) u Mađarskoj, U Njemačkoj ovu školu razvija Ramann, Mađarskoj Treitz, Rumuniji Murgoči. Švicarskoj Wiegner, SAD-ti Marbut, a na prostoru bivše Jugoslavije Stebut i Gračanin. U Zagrebu Je 1887. godine Kišpatić štampao "Zemljoznanstvo^ ali Je intenzivnije istraživanje zemljišta na području ex Jugoslavije započelo početkom 20. vijeka. Pedologija se kod nas formirala i razvijala kao nauka o zemljištu pod dominantnim uticajem ruske (Dokučajeve) pedološke škole, kao i jakim uticajem zapadno evropske pedološke škole, a od šezdesetih godina sve više uticaja ima i američka nauka o tlu. 13 Uvod Prvi predstavnici pedološke naiike u Bosni i Hercegovini bili su: Kavić. Janeković, Jakšić, Ćirić, Mehmedbašić, Kurtović i dr. Osim što se Pedologija kao nauka izučavala na Poljoprivrednom i Šumarskom fakultetu, veliki doprinos je dao i Zavod za agi opedologiju u Sarajevu, koji je osnovan
194.5. godine, kao i zavodi i instituti u Banjoj Luci i Mostaru. U BiH već postoji pedološka karta M 1:50000. Danas se vrše mnogobrojna istraživanja tla iz raznih domena sa posebnim aspektom na zaštitu tla i njegovo racionalno korištenje. Trenutno se radi na stvaranju kompjuterske baze podataka o tlu. 1.3. Podjela pedologije Pedologija istovremeno spada u opće i primijenjene prirodne nauke. S tim u vezi. ona se i dijeli na opću i primijenjenu, ili bolje rečeno niz pi'imijenjenih pedologija. Opća pedologija, je prirodna nauka koja proučava tlo kao prirodnu tvorevinu bez obzira u koju se svrhu koristi. Istraživanja u općoj pedologiji ne bave se rješavanjem konkretnih praktičnih problema, ali od ovih istraživanja imaju veliku korist kako poljoprivredna i šumska praksa tako i primijenjena pedologija. Opća pedologija se dijeli na niz posebnih disciplina koje se predaju zasebno ili u okviru jedinstvene cjeline predmeta pedologija, a koju čine; morfologija, fizika, hernija, mineralogija, biologija, plodnost, sistematika i geografija tla. Primijenjena pedologija, proučava tlo s aspekta njegove primjene u različitim područjima ljudske aktivnosti. Tako se agropedologija bavi proučavanjem tla sa stanovišta korištenja u poljoprivrednoj proizvodnji, a silvopedologija sa stanovišta korištenja tla u šumarstvu. Meliorativna pedologija proučava tlo s aspekta pravca i vrste meliorativnih zahvata, a prije svega odvodnjavanja i navodnjavanja. Tu spada i hidropedologija, koja se posebno snažno razvila u posljednje vrijeme, a koja izučava vodni režim tla i pravce njegovog reguliranja. . Osim u poljoprivredi i šumarstvu, pedologija ima svoj značaj i u građevinarstvu, ui'banizmu, prostornom planiranju, a u posljednje vrijeme sve se više proučava i razvija ekološki aspekt tla u funkciji zaštite i očuvanja životne okoline. 14 Uvod 1.4. Definicija i priroda tla Koliko god izgledala jednostavna definicija "staje tlo" u odnosu na stijenu u pi irodi, to nije uvijek laliko postići. Nai'očito je ov]£j;ra|iJ(^u teš^^^^ ra&tjssiloj.stijenLkao.itQje.!es.^;^,eJe£ranica tla postepena ¡.nejasna u odnosu na supstrat. Često se kaže da je tlo rastresiti dio. litosfere, pri čemu. se kompaktn.a . stijena na kojoj tlo leži isključuje iz bilo kakve uloge tla. Međutijn, ako je litosfera zahvaćena
pedogenetskim procesima i izmjenama, onda tlu pripada i ovaj izm_.ij.enjeni dio litosfei-e, što posebno ima značaja u šuniarstvu. Prema tome granica između tla i litosfere jej;elativna, ovisno s kog aspekta se posmatra (poljoprivrednog, šumarskog, ekološkog i si...), ali uvijek ovisi .od naie definicije. Šematski prikaz i'elativnog izgleda profila daje se na si. 1. U šumarstvu ova granica mora biti postavljena šire tj. u tačci igdje matični supstrat ne pokazuje više vidljive znakove izmjene (regolit). U poljoprivredi je značaj rastresitog matičnog supstrata zahvaćenog pedogenetskim .procesima smanjen, naročito za ratarske kulture (granica označena kao tlo na slici I.).
ChorizDiil V;. ISIBliBifi
> Regoirl Stjenovita ^ podloga SUkc! 1. Šematski prikaz pozicije regoiira i profila tla na čvrstoj matičnoj stijeni 15 Uvod Međutim. )3ostojj_veoiiTa velllviJuoj.^^ tia. Zavi.sno .sa koga se ,asp^l:a_pristu2fr pojedjni naučni radnici su davali različite definicije tla. Tako pored definicijVsa^bljoprivrednog. tj. proizvodnog gledišta, postoje definicije s morfolo.škog. geološkog, geografskog i ekonomskog stanovišta. Definicija koju je dao ruski pedolog Dokučajev 1886. godine je na bazi genetičkog principa i glasi: "Tlo je površinski sloj Zeinljine kore izmijenjen zajedničkim.djelovanjem klime,_zraka, vode te biljaka i životinja". Amerikanac Marbut (1935) kaže: "Tlo predstavlja po\'ršinski sloj Zemljine kore, čija se debljina mijenja, počev od vrlo tankog sloja, pa sve do debljine preko tri metra. Tlo se
razlikuje od materijala koji je ispod njega po boji, fizičkoj građi, hemijskom sastavu, biološkim osobinama i morfologiji". Nijetiiac JVlitsdierHch, (1954), definiše tlo kao: '"Smjesu praškastib. čvrstih čestica, vode i zraka koja ukoliko je obezbijedena sa potrebnim hranjivim itiaterijajna može iiositi.vegeta.c.iji:".. Šv.eđanin Lundegardh, (1927). daje definiciju sa ekološkog gledišta i naziva tlom''onaj sloj Zemljine kore koji nosi biljke". Gračanin (1946) definiše tlo "kao rastresito prirodno-istorijsko tijelo nastajo.iz li.tosfere pedogenetičkim procesima". Definicija koju daje Janeković (1952) veoina je interesantna sa agronomske tačke gledišta, a glasi: "Tlo je rastresiti površinski sloj Zemljine kore. živ~otiii prostor biljnog korijena i označava sredstvo proizvodnje u poljoprivredi". Za biljku, tlo je rastresita masa u kojoj se biljke ukoijenjuju. šire svoj korijen, to je masa u kojoj biljka nalazi vodu, hraniva i zrak za disanje. Čim su u manjoj mjeri izražena ta svojstva, tim Je tlo manje plodno. Sa gledišta poljoprivredne proizvodnje najvažnija karakteristika tla je njegova plodnost. 1.5. Tlo kao temelj održivog razvoja u ovom milenijunui Uloga tla u j|;^u-odimu-.ekosislenuma i a^ nije jednostavna već višestruka [ višeziiačna,^ uloge su teško odvojive ili neodvojive Jedna od djaige, dok se nasuprot tome druge međusobno potpuno isključuju. N aj zn ač ajjijj a u 1 oga 11 a J e u: -""stvaranju oi^anske materije u poljoprivredi i šuinarstvu, e^loško regiilacijska uloga tla, tlo kao izvor genetskog bogatstva i zaštite biološke raznovrsnosti (biodiverziteta), uloga tla u prostoru i u arheološkim istraživanjima. 16 Uvod Opskrba biljaka sa vodom, zrakom i mineralnim materijama omogućuje proizvodnju biomase (organske tvari) fotosintezom. U ovom je uloga tla nezamjenjiva za održavanje života na Zemlji, odnosno biljne pioizvodnje u primarnim granama kao što su poljoprivreda i šumarstvo. Proizvodnjom organske materije u poljoprivredi i šumarstvu čovjek podmiruje '"prehrambene" i "neprehrambene" potrebe u vidu hrane. pića. napitaka, energije, vlakana, lijekova, začina, sirovina za drvnu i pi-ehrambenii industriju, industriju krznom, kožom i si. "Najvažnije i'egulaeijske uloge tla u ekosistemu su:
Tlo je prijemnik - sakupljač (akumulator), izmjenjivač (transformator) i medij prijenosa (transfera) različitih materija. Tlo je prečistač (iilter) vode, gdje filtersko djelovanje tla odreduje njegova sorptivna sposobnost putem koloidnog kompleksa. Tlo je takode univerzalni pufer, tj. ima mogućnost vezivanja i inaktivaeije štetnih materija, pri čemu je ova sposobnost promjenjiva i ograničena vrijednost. Tlo ima i klimatsko-regulaeijsku ulogu, a naročito kroz utieaj poljoprivrede na povećanje ukupnog sadržaja CO: i drugih plinova koji uzrokuju tzv. "efekat staklenika". Fotosintezom i poljoprivredne kulture povećavaju CO: i pi'i tome oslobađaju kiseonik. dakle umanjuju "efekat staklenika". Tlo je stanište i genetski rezervat brojnih mikro i makro organizama, odnosno pedoflore i pedofaune. Ono je takode najveći rezervoar ugljika, šio predstavlja ogromno genetsko bogatstvo pri čemu biotehnologija traži put za upravljanje korisnim procesima u tlu u željenom pravcu. Tlo koje je biološki aktivno i pokazuje biološku raznovrsnost je plodno tlo. Pored rečenog treba naglasiti ulogu tla u oblikovanju i izgledu pejsaža, jer ono određuje mogućnost načina korištenja prostora, značaja tla kao izvora sirovine za proizvodnju cigle i crijepa u keramičarskoj industriji, iskorištavanju pijeska i šljunka ili eksploataciji drveta i si. Tlo kao istorijski medij ima značaj, jer se u njemu nalaze konzervirani arheološki artefakti i paleontološki materijal, koji služi u rekonstrukciji geoloških događanja određenog prostora i kao izvor informacija istorijskih događanja, što mu daje i kulturnu ulogu. 1 na kraju može se svaka od navedenih uloga pojedinačno ili povezano smatrati važnim segmentom i izazovom za BiH poljoprivrednu i šumarsku nauku. Sve su uloge tla u održivom upravljanju važne, a ne samo one koje proizvode hranu i stvaraju profit. Putem naučnih metoda u poljoprivredi i zaštiti prirodne ili životne okoline, potrebno je jasno raščlaniti sve aspekte višenamjenske uloge poljoprivrede i tla u različitim agroekološkim i poljoprivrednim reonima. Ovisno o ovim 17 Uvod rezulUUiina treba kreirati, socijalno, privredno i ekološki prihvatljive sisteme uzgoja " btlja.- stoke- i--g sveobtihvatnXhurrfrtlTTteT-rl^
tlom. Za ovo su potrebna istraživanja i naučne provjere svih aspekata
gospodarenja tlom. 18 Tlo kao trofazni sistem II POGLAVLJE 2. Tl.O KAO TROFAZNI SISTEM 2.1. Uticaj procesa na sastav tia Tlo jc poscuuii sl'ciii giljc se susieĆLi |)uic\ i živog i iiiilvog svijela, koji se međusobno isprepliću i stvaraju novu jedinstventi sferu koja se naziva pedosfera. Tlo je složena dinamička cjelina, u kojoj se neprekidno odvijaju različiti procesi i promjene, što ima za posljedicu stN'aranje novih formi tala. jpak jedno od njegovih najbitnijih obilježja je anizotropnosi u vertikalnom smislu, to jest sukcesivna pojava niza horizonata koji se međusobno razlikuju po morfološkim, fizičkim, hemijskim i drugim karakteristikama (Slika 2.). A Horizonl E Hcrizoni B Horizont 0 Horizonl fff^ tj-.'.r: 1 -i; J
SUka 2. Profil ila u prostoru i na venikalnoiu presjeku. Tlo je potpuno razvijeno sa A-E-B-C horizontima Anizotropnost je posljedica djelovanja pedogenetskih procesa na matičnti sujenti, pri čemu se ti procesi mogu svi'stati ti tri osnovne grupe: - ..raspadanje primarnih minerala i sinteza minerala gline. raspadanje organske materije i sinteza htimtisa kao specifičnog složenog jedinjenja i migracija dijelova tla ptitem vode i organizama ti različitim pravcima. 19 Tlo kao trofazni sistem
Intenzitet oviii procesa različit je na različitim dubinama, pri čemu se u površinskom sloju najčešće akumulira humus ili vrši migracija i osiromašenje descedentnim tokovima vode. U dubljim slojevima raspadanje je intenzivnije, ali može doći i do akumulacije i obogaćivanja mobilnim sastojcima. Posljedica ovoga je diferencijacija tla u vertikalnom pravcu na horizonte sve do matične stijene. Tlo je trofazni sistem, sastavljen iz čvrste, tečne i gasovite faze. Ove su faze međusobno tako raspoređene da daju tlu osobine porozne, šupljikave, a ne kompaktne mase. Pore su životni prostor biljnog korijena i ostalih organizama koji žjve u tlu. Na čvrstu fazu otpada približno 50 % pd ukupne zapremine, a ostalih 50 % zapremTne zauzimaju pore tla, koje su ispunjene tečnom i gasovitom fazom (Slika 3)Čvrsta faza tla se dijeli na mineralni i organski dio. Organska materija 5%
Slika 3. Volmnni sastav pojedinih faza u tlu { Vc). tipično za površinski sloj tla (^^Karakteristike pojedinih faza tla ¿vrsta faza tla, (zahvata približno 50 % od ukupne zapremine mase tla) se dijeli na mineralni i organski dio. U okviru čvrste faze tla, mineralni dio čini ^avnu njenu masu (90 %), a organski dio, pretežno u površinskim horizontima 5- 10 %. Izuzetak su tresetišta, gdje sadržaj organske materije prelazi 50 %, a može, tak, biti i do 90 % od čvrstog dijela tla. U organski dio tla su uključeni i živi organizmi., 20 Tlo kao trofazni sistem Minei-alni dio tla police iz litosfere, a nastao Je njenim trošenjem. Trošenje litosfere se vrši djelovanjem fizičkih, hemijskih i bioloških faktora. Svi činioci pod čijim se uticajem obrazuje tlo nazivaju se zajedničkim imenoiti. pcdogenetičlci činioci (faktori). Kao rezultat njihovog djelovanja iia kamenitu litosferu stvara se na površini Zemljine kore jedna nova sfera poznata pod imenom pedosfera. Kada se pedosfera usporedi sa drugim sferaina Zemlje, vidi se daje ona po dimenzijama najmanje razvijena, ali Je zato po sastavu
mnogo složenija od svake druge sfere. Može se uzeli daje prosjek debljine pedosfere oko dva metra. Razumljivo da tu postoje velike razlike, pri čemu pedosfera ima debljinu od nekoliko centimetara, pa do više metara. Kameniti omotač zemlje (litosfera) ima debljinu 50 do 100 km. Čitavi Zemljin poluprečnik iznosi 6.378 km. Iz ovih nekoliko podataka se vidi da na pedosferti otpada najmanji dio. Međutim, iako Je sloj pedosfere relativno vrlo plitak, on Je neobično važan i komplikovanog je sastava. U njeinu. se nalaze sastavni dijelovi svih sfera. tj. litosfere. hidrosfere. atmosfere te biosfere, lako daje po složenosti ona Jednaka svim drugim sferama. Iz litosfere u tlo prelaze raznovisne mineralne materije koje nastaju, razgradnjom stijena i minerala. Orgaii.ski dio tla vodi porijeklo od biljaka, dok životinje u tome imaju podređen značaj. Organski dio Je pretežno u obliku htnnusnih koloida. Biljni ostaci kao najvažniji izvor organske materije u tlu se transformišu. Prema tome. organski dio tla nastaje životnim procesima biosfere, odnosno organizama tia. On Je nastao kada Je nastao i život na Zemlji, te je prema tome, organska materija mlađa od mijjerahiog .dgeJ^. Organski dio tla predstavlja složeni sistem materija, izrazito dinamičnog karaktera, a što je rezultat njenog priliva i neprekidne transformacije. Mineralni i organski dio se međusobno povezuju i foriniraju organo-mineralni kompleks tla, o čemu će biti govora kasnije. Zbog toga Je veoma važno poznavati način nakupljanja organskih ostataka, njihovu količinu, hemijski sastav i način transformacije. Čestice čvrste faze su raspoređene tako da ona čini poroznu masu u kojoj su stnješteni zrak i voda. Pore u tlu ispunjene su tečnom i gasovitom fazom. Odnos između vode i zraka u porama tla može da bude vrlo promjenjiv i može da zavisi od osobine tla. Taj Je odnos uglavnom antagonistički Jedan prema drugoin i mijenja se zavisno od sadržaja vode u tlu. Tlo uvijek sadrži vodu u kojoj su rastvorene različite organske i mineralne materije. Osim toga, pedosfera sadrži i zrak koji se stalno izmjenjuje sa 21 Tlo kao trofazni sistem zrakpiiT. U tlu žive brojni mikroorganizmi i znatan broj pedofaune. dok su više biljke vezane za tlo svojim koi ijenjem. Bjtno kvalitetno svojstvo pedosfere, po čemu se ona razlikuje od litosfere, je plodnost, te se kaže da je pedosfera plodna, a litosfera neplodna. Pod plodnošću tla podrazumijeva se sposobnost tla da biljku, za cijelo vrijeme njenog porasta, snabdijeva
potrebnom količinom .hranjivih materija, te vodom i zrakom. Ukoliko tlo bolje obavlja tu svoju funkciju, kaže se daje ono plodnije i kao takvo pogodnije za gajenje poljoprivrednih kultura. 23 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla Ilf POGLAVLJE 3. PORIJEKLO I PRIRODA MINERALNOG DIJELA TLA 3.1. Opći podaci o Zemlji Zciiilja inia oblik elipsoicla. čiji ekvatoiijaliii poliiprečnik iznosi 6.378 kin, a polarni 6.357 km. Ekvatorijalni prečnik je za 21 km duži od polarnog, a što je posljedica rotacije. Pošto Zemlja takode nije idealno ravna, takav oblik naziva se geoidom. Površina Zemlje iznosi 510 miliona km' od čega na kopno otpada 150 miliona km" ili 30 %. a 360 miliona km' je pod vodom ili 70 %. Posmalrana s velike udaljenosti Zemlja izgleda kao vodena lopta: a kontinenti poput ostrva. Zemlja ima jedan satelit. Mjesec, koji je od nje udaljen 384.000 km. Njegov značaj je što izazi\'a promjene na Zemlji i u moru u \-idu plime i oseke. 3.1.1. Unutrašnja građa Zemlje Unutrašnja grada Zemljine kore data je u slici 4 i tabeli 1. Debljina sloja litosfere (spoljnog omotača) iznosi oko 200 km. Ovaj sloj predstavlja 0,7 % ukupne zemljine mase {Slika 4).: Debljina Zemljine kore (ovojnice) na kojoj su se formirala današnja zemljišta u prosjeku iznosi 30 do 60 km. Zemljina.kora ispod mora je tanja ili je potpuno iščezla. Zemljinu koru čine pretežno sedimenti kristalnih škriljaca i granita u kojima od minerala preovlađuju alumosilikati i kvare, a od elemenata najviše su zastupljeni O, Si, AI, Ca, Mg, K i Na. Pošto preovlađuju Si i Al elementi ovaj se dio naziva još i SiAl zonom. Ispod SiAl zone nalazi se drugi potpuni omotač, koji je izgrađen od stijena u kojima osim Si preovladuje i Mg uz veći sadržaj Fe. Ovaj se omotač naziva SiMa i ima bazaltni sastav. Pretpostavlja se da u Tihom Okeanu gradi samo okeansko dno. Ispod litosfere nalazi se peridotitska geosfera koja se prostire do dubine od 1.200 km. Ovo je takode zona Si i Mg elemenata - SiMa, slična prethodnoj s tim da neki autori smatraju daje prethodna zona (omotač) iskristalizirana SiMa, a ovaj dio staklasta SiMa. Sa dubinom raste specifična gustina, a ujedno pritisak i temperatura. Idući dalje prema centru, nalazi se srednji sloj ili omotač jezgra, a prostire se od 1.200 do 2,900 km. Zbog većeg sadržaja Cr i Fe naziva se kreofisima. Prema
23 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla nekim teorijama to je oksido sulfitni omotač, izrađen pretežno od oksida i sulfida metala, a naročito željeza. U dubljim slojevima ima i Ni, pa se ovaj sloj naziva još nefesinia.
, Pedosfera (do 2 m) .- Spoljni omotač litosfere (30 - 60 km) .— Unutrašnji sloj litosfere (140- 170 km) Pirosfera - SIMA zona (60- 1.200 km) - Omotač jezgra (1.200- 2.900 km) " Jezgro ili barisfera (2.900 - 0 km) Slika 4. Građa Zemlje sa pojedinim sferama Središnji dio Zemlje zauzima zemljišno jezgro (barisfera ili centrosfera). Tu je pritisak 2-3 miliona bari, a temperatura od 5.000 - 6.000 °C. Od elemenata preovlađuju Ni i Fe. Hemijski procesi u ovoj zoni su vrlo burni, a minerali iz nepostojanih prelaze u postojane oblike, održavajući stalnu dinamičku ravnotežu. Građa Zemlje - od površine prema jezgri Tabela 1. Iilo.srera200km spoljni omotač litoslerc. debljine 30-60 km SiAIzona _________________ SiMazona 140-170 km SiMa zona 1.200 km iskristalisana staklasta omotač ¡ezgra 1.200-2:900 km kreolisima nelcsima
barisfera ili centrosfera2.900 - O km tempcrauira 5.000 - 6.000 "C i pritisak 2-3 miliona baii 24 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla 3.1.2. Spoljašnji omotač Zemljine kore Spoljašnji omotač Zemljine kore čine: Atmosfera Hidrosfera Biosfera 3.1.2.1. Atmosfera Atmosfera se dijeli na troposferu (niži dio atmosfere od 11-17 km, na pokitaru) i stratosferu (gornji dio atmosfere do 100 kjn) i prelazi u iojiosferu (slika y/y/////ni //'/// i m / / V / li ^ / 7 / / .■■■■■' / / / / //
1 ,/ / / S- Sunce Z - Zemlja 1
- Troposfera 15 km (O^. Nj)
2
- Stratosfera 50 km
3
- Ionosfera
Slika 5. Građa atmosfere - različite gustoće i sastava, Škorić. (1986). Prvobitna atmosfera je bila gusta, neprozračna, prezasićena vodenom parom i zasićena prisustvom alkalnih metala i sumpora. Kasnije se javljaju kiseonik (0) i azot (N), kao rezultat pojave života na zemlji. 25 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla Troposfera se sastoji (lež. %) od: -
N-75,5%
-
0 - 23,2 %
Ostalih gasova Je 1,3 %, a prisiittia je i promjenjiva količina vodene pare i sitnih čcstica mineralnog i organskog porijekla.
Troposfera ima odlučujtiće djelovanje na promjene ti litosferi gdje vjetai^ loplota^. oborine i drugi fakloi'i iiliču na raspadanje i preno.šenje materijala te stvaraju uslove za razvoj živog svijeta. Bez atmosfere ne bi bilo kiseonika, a time ni života, dok gasovi i pare učestvuju u mnogim geološkim procesima, razaranjti minerala, obrazovanju novih kao i u mikrobiološkim procesima. 3.1.2.2. Hidrosfera Hidrosfeia ne čini Jedinstveni omotač kao atmosfera zbog neravnina na Zemlji. Ona ispunjava velike depresije, obu.hvata sve vode na kopnu, led u polai'nim dijelovima kao i podzemne vode. Atmosfera 13.000
Podzemne vode 8.200.000 SUkct 6. Globalni ciklus vode. Podaci su u kui za vodne rezerve i godišnji proniel, (Speidel and Agnew, ¡982) 26 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla Mora I okeani zauzimaju 360 miliona km" ili 70 % Zemljine površine, dok svi oslali drugi oblici vode 0,03 %. Voda predstavlja osnovni činilac mnogih fizičkih, hemijskih i bioloških procesa raspadanja u sistemu njenog kruženja. Godišnje isparenje mora iznosi oko 425.000 km' vode. Iznad kopna godišnje padne oko li 1.000 km" oborina, od čega 64% (71.000 km"') evaporira ili transpirira putem biljaka. Oko polovine apsorbovane solarne energije na Zemlji se koristi za hidrološki ciklus, iz atmosfere na kopno u vidu oborina, padne 25%, a na more preostale 75% ohorinske vode. Globalni ciklus vode prikazanje na Slici 6. Voda tiliče na izmjenti reljefa, stvaranje pedosfeie, rastvaranje i promjenu minerala, ispiranje, premještanje i prevođenje minerala u oblik koji je pristupačan biljkama i si. U vodi je nastao i prvi život. Hemijski sastav hidrosfere u tež. % je: kiseonik - 80 %. vodik - 11 %■. hlor - 2 %. natri j - 1 % i magnezij - 0.1 %.
3.1.2.3. Biosfera Biosfera predstavlja oblast žive materije i obuhvata dijelove troposfere (do 5 km visine), hidrosferu (do najvećih dubina) ! litosferu (površinski dio). Značaj biosfere je da neorgansku matferiju pretvara u organsku, te mehaničkim i biohemijskim procesima razara stijene i minerale i na taj način uzuna za ži\'ot potrebne elemente. Biosfera je najrasprostranjenija u hidrosferi i u stalnim Je dinamičnim promjenama, jer vóde sa kopna svojim tokovima zahvaćaju dio živih organizama i tmose ti mora. Neki organizmi iz mora uzimaju više od 10 % Ga. Si. Fe. Mg, P, Mn i drugih elemenata, dok pri razgradnji organske materije oslobađaju se u vidu gasa: CO.^O.. NH:,.' H:. H:S. SO4, SO,. CH4 i si. Od ostalih elemenata kao što su Ca. Si, Mg, Fe, P. Mn i sk. preobrazbom stvaraju se novi minerali i stijene. To su na dhu mora i jezera tzv. zoogcni sedimenti, a mogu se stvoriti i fitogeni sedimenti u vidu tiglja i nafte. Biosfera na kopnu je relativno plitka i dubina se kreće od nekoliko metara (zona polja i livada) do nekoliko desetina metara (zona šuma), dok u litosferu zalazi nekoliko metara. U područjima sa vječitim snijegom i ledom i u pustinjskim predjelima biosfera izostaje. 27 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla 3.1.3. Hemijski sastav Zemljine kore U građu litosfere ulaze praktično svi elementi periođnog sistema Mendeljejeva, ali se može reći da svega 10 elemenata izgrađuje preko 90 % litosfere. Prema Clarke-u i Washinglon-u (Klarku i Vašingtonu) prosječni sastav litosfere je prikazan u tabeli 2. Hemijski sastav Zemljine kore Tabela 2. Element
Težinski %
Element
Težinski %
0
46.46
H
0.14
Si
27,61
P
0.12
Al
8.07
C
0.09
Fe
5,06
Mn
0,09
Ca
3,64
S
0,06
Na
2.75
Cl
0.05
K
2,58
Br
0,04
Mg
2,07
F
0,03
Ti
0,62
Svi ostali
0,52
elementi Hemijski sastav Zemljine kore predstavlja prosječno stanje do dubine oko 16.000 m. Ispitivanja do 5.000 m izvršena su bušenjem, a ostatak nekim drugim metodama. Odnos stijena do ove dubine iznosi: -
magmatske stijene 95 %
-
sedimentne stijene 5 % i to:
-
glineni škriljci 4,00 %
-
pješčari
0,75 % -krečnjaci 0,25%
Pošto metamorfne stijene nastaju metamorfozom magmatskih ili sedimentnih^stijena, nisu izdvojene kao posebna grupa,, već su uvrštene u navedene grupe u zavisnosJj.ocl..kojih vode.PQ.r.ijeklo, (Aleksandrović, 1982). Navedeni, kao i ostali elementi pri kristalizaciji magme, ulaze u sasiav primarnih minerala, a ovi grade različite stijene. Raspadanjem stijena, a time i primarnih minerala, iz površinske kore otkidaju (oslobađaju) se neki atomi, koji napuštaju, litosfer.u,. obavljajući pri tom kružni tok preko biosfere, a zatim se ponovo vraćaju u nju. 28 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla Uloga pojedinih elemenata ii stvaranju pedosfere je različita. Tako npr.: Kiseonik ima ključnu ulogu u izgradnji stijena, u njihovom raspadanju i u izgradnji živog svijeta. Silicijuiii ulazi u sastav najrasprostranjenijeg minerala u Zemljinoj kori - silikata, te ima sličan značaj kao i C u organskoj prirodi. Učestvuje u izgradnji i čvrstih dijelova skeleta. Aluniinijum sudjeluje u izgradnji alumosilikata kao i značajnog broja minerala u izgradnji litosfere. Čvrsto je i postojano vezan za Si. naročito kod primai'nih minerala (primarni alumosilikati) kao što su. feldspati, liskiini, pirokseni i dr.. koji su sastavni dio magmatskih stijena. Sekundarni alumosilikati ulaze u sastav tla u kojem imaju poseban značaj. Željezo se nalazi u mnogim mineralima (silikati, oksidi, hidroksidi, karbonati, sulfati, sulfidi i dr,). Njegova veza sa Si nije tako čvrsta kao što je veza Si-AI. pa se primarni minerali s gvoždem lahko oksidišu i hidratišu. Značajna mu je uloga u biohemijskim procesima raspadanja kore. Kalcijum i magnezijum (zemnoalkalni elementi) potiču iz primainog minerala - silikata, a u sekuudaine minerale dospijevaju kioz proces raspadanja. Izgrađuju uglavnom
sedimentnu geosferu (krečnjake i dolomite), a veoma važna im je uloga u pedološkim i biohemijskim procesima. U morima izgrađuju ljušture i oklope mnogih organizama od čega se njihovim izumiranjem stvaraju moćni organski sedimenti. Kalijum i natrijum (alkalni elementi) ulaze u sastav alumosilikata (feldspata i felđspatoida), čijim raspadanjem se oslobađaju. Njihove soli lahko su rastvorljive u tekućim vodama, čijim vodotocima dospijevaju u more, gdje se koncentrišu. Pri povlačenju mora ostaju velika sona ležišta. Kalijumove soli imaju značaj u poljoprivredi, a natrijumove značajno utiču na osobine tla. Vodonik se nalazi u atmosferi u obliku vodene pare, u litosferi u sastavu hidratisanih minerala, a najviše ga je u hidrosferi. S kiseonikom učestvuje u hemijskim procesima, a naročito u organskom svijetu. 3.2. Minerali stijena - petrogeni minerali Riječ mineral je latinskog porijekla - mineraHs i znači ono što pripada rudniku. Ako posmatramo stijenu, vidjećemo na njoj različito obojena zrna. Neka su svjetlija poput listića, a neka prozirna kao staklo, dok su neka bijele boje. Ta različita zrna su minerali. Prema tome, minerali su čvrsti sastojci Zemljine kore i predstavljaju elemente ili spojeve dva ili više elemenata. Njihov sastav može se izraziti hemijskom formulom. 29 Porijeklo i priroda mineralnog dijela tla Mineralogija je nauka o mineralima, a izučava njihova s\'ojstva, vanjski izgled, morfologiju (sti'ukturu), hemijske i fizičke osobine, njihov postanak. ra?p>osiranjeno.stJ.,ti potrebu. Stijene su, za razliku od minerala, nakupine ili agregati jednog ili više minerala. Po ovoj osnovi razlikujemo: monomineralne stijene (krečnjak - CaCO;, i dolomit - CaCOj • MgČO,) polimineralne stijene (granit koji se sastoji iz kvarca. ortoklasa. liskuna, dok se gabro sastoji iz piroksena. olivina i plagioklasa). Prema tome stijene nisu homogene, ne mogu se izraziti hemijskom foriTtulom nego mineralnim sastavom. Rude Su minerali iz kojih se dobivaju metali. Boksit se sastoji iz više minerala i sltiži za dobivanje altiminijtima. Minerali boksita su; bemitv- AlOOH. dTaii^ a - ATOO^^ hidragilit y - AI(OH)r,. 3.2.1. Važnost minerala
U ,pi:irodL.pos.toji ..preko 2.000 minerala i više hiljada njihovih varijeteta. Međutim, u sasta\' petrogenih stijena tilazi oko 30 minerala ti vidti glavnih ili bitnih sastojaka. Ti minerali nazivaju se petrogenim. Minerali imaju veliku ulogu u životti...čovjeka. Oni minerali iz kojih se dobivaju metali nazivaju se rudama. Minerali gline služe kao sirovina u keramičarskoj indtistriji, liskuni i azbest u te.miQizQla^cionoj,_ dok še neki minerali koriste ti optičkoj indtistriji i telekomunikacijama. Jedan dio injnerala se svrstava po svojoj vrijednosti u plemenite, metaLe, dok ...drugi dio., služi u ishrani biljaka kao izvor pojedinih e[emenaj;a (Ca, Fe, S, F) bez kojih ne bi bilo života na. zemlji. Bogatstvo jedne zemlje-se procjenjuje-po bogatstvu u mineraljma, jer od njihovog prisustva zavisi razvoj poljoprivrede, metakirgije, keran-iičke i staklarske industrije i si. 3.2.2. Fizičke osobine minerala Minerali imaju stabilna fizička i hemijska svojstva, te ih na osnovti toga možemo pre p'ozn at i, "a~' ira' Osnovu minerala prepoznajemo i stijene. Hemijska i fizička svojstva zavise od rasporeda atoma u njihovoj strukturi. Najvažnija fizička svojstva minerala sti: -
fiziološka svojstva,
-
specifična gtistina - masa.
,30 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla Fiziološko svojstvo - je ono svojslvo, kad se neki mineral može pi'epoznaii na osnovu okusa, mirisa i opipa. Tako npr. halit otopljen u vodi daje, slan. a silvin gorak ukus. Neki dolomiti pod udarom čekića razvijaju miris na sumpor vodik. Prašina ki'ečnjaka i dolomita stvara neugodan miris koji potiče od bitumena, minerali gline u vodi razvijaju miris amonijaka. Grafit i talk pod prstima dajti osjećaj masnog i blagog opipa (talk - milo\'ka). dok drugi minerali opet daju hladan i hrapav o.sjećaj i si. Specifična gustina (težina) - je težina određenog N'oknncna minerala tj, koliko je 1 cnv' minerala teži od 1 cm' vode pri temperatLU'i od 4 "C.. Odieduje.se metodom piknonietra.. 3.2.3. Primarni i sekundarni minerali U pedologiji su najznačajniji oni minerali koji učestvuju u izgradnji stijena (peti ogeni minerali), a od stijena su važne one koje se javljaju na povi'šini zemlje i služe kao supstrat za obrazovanje tla, Petrogeni minerali, ako \'ode porijeklo iz magme, smatraju se primarnim mineialima. a ako se obrazujti iz produkata raspadanja magme smatraju se sekundarnim. Pri tome jedan te isti mineral može voditi i primarno i sekundarno porijeklo, kao što. je npr. kvare. U magmatskim stijenama dominiraju primarni, a u sedimentnim
sekundarni minerali. Minerali u metamorfnim stijenama su takode sa pedološkog stanovišta primarni, jer nisu pietrpjeli proces lerigenog raspadanja. Ovi mineiali su općenito nastali na jedan ,ođ načina nastanka minerala. Ako se ovi minerali nađu pod uslovima povišenog pritiska i temperature, trpe promjene, pri čemu nastaju novi metamorfni min'erali. Zah\'aljujući navedenim faktorima, mineral mijenja svoju zapieminu. odnosno molekularni volumen, a što predstavlja odnos između molekularne težine i zapremine minerala. Minerali koji nastaju raspadanjem u pedosferi su sekundarni ili pedogeni minerali. Njihov karakter je veoma postojan, čak kad se javljaju i kao sastavni dijelovi .sedimentnih stijena, jer su u njih dospjeli u ranijem ciklusu raspadanja, a današnje tlo ih samo nasljeđtije. Bitna razlika između primarnih i sekundarnih minerala je u tome što su primarni obrazovani u termodinamskim uslovima, drukčijim od onih koji vladaju u pedosferi, pa st: zbog toga nestabilni, pri čemu raspadanjem daju kvalitativno nove mineralne proizvode, osim kvarca. cirkona, turmalina i rutila koji su vrlo stabilni i praktično .se ne raspadaju. Sekundarni minerali su uglavnom i krajnji produkti raspadanja (oksidi i proste soli), jirrčeiiTu'se dalje teško mijenjaju osim, što neznatno mogu niijenjati hemijsku ili kfištalriu formu. 31 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla Posebnu grupu sekundarnih minerala čine minerali gline, koji nastaju ponovnom sintezom produkata raspadanja, složenije su građe, a daljim njihovnn raspadanjem prelaze u proste soli i okside. 3.2.3.1. Primarni minerali U najvažnije primarne minerale ubrajamo silikatne minerale od kojih su najvažniji: kvare, "ieldspati. teidspatoidi, oiivim, pirokseni, amfiboii i iisKum (listićavi minerali). Silikatni minerali (silikati) - su važni jer ćine 75 .% litosfere. Ovom ^reba dodati i 12 % kvarca: pa se vidi daje litosfera uglavnom izgrađena od silikata. Silikati ulaze u sve vrste stijena, a po hemijskom sastavu su najkompliciraniji. Proučavanjem je utvrđeno da je osnovna jedinica strukture (S1O4) , stltctjev tetraedar, sdje se u središtu toga tetraedra nalazi Si, a na vrhovima su O ioni. Na jednu slobodnu kiseonikovu vezu se nastavljaju drugi tetraedri direktno ih preko drugih kationa. Najvažniji predstavnici ove grupe minerala su:
a)
Kvare..(Si02)—ričes.tY.uje u građi Zemljine kore,sa...12 .%. Može biti primarni
iz magm^lLsekundai-ni- nastao kristalizacijom iz rastvora 1 obično se nalazi-ulIikSiiMii^^ vtdu kristalnih druza. Sestostram prizmat.cn, oblic, su srasli lia zajedničkoj osi. Primarni su staklasto sive boje, sekundarni providni ili bijele boje (gorski kristal), a mogu biti i različito obojeni (žuti, ljubičasti, mrki. crni) Specifična masa mu je mala (2,65-2,70), ne pokazt.je cijepivost vec prelom. Otporan je prema hemijskom raspadanju. Zastupljen je u magmatskim (granitu 1 granodioritu). metamorfnim (gnajsu, mikašistu, filitu, kvarcitu), sedimentnim (pijesku, pješčaru, konglomeratu) stijenama, te u tlu. b)
Feldspati - su grupa minerala srodna po hemijskom sastavu i fizičkim
osobinama.!!^ ih u magmatskim stijenama oko 60 %, metamorfnim 30 % i u sedimentnim oko 10 %. To su alumosilikati K, Na i Ca. Kristaliziraju u obliku monokliničnih i trikliničnih sistema, a u stijenama se javljaju u pnzmaticnim 1 zrnastim formama. Tvrdoća im je 6, a specifična gustina 2,57-2,76, boja im je biiela, žutaTli siva, a mogu biti i ružičasti ili providni. Cijepaju se u dva pravca, na osnovirče-ga se dijele (ugao zaklapanja pravca cjepivosti): -
OrtoklM (ugao cjepivosti 90°) i
-
Plagiokl.as (ugao cjepivosti 87°).
Iz "grupe ortoklasa - najvažniji predstavnik je ortoklas (KAlSi,Os), a iz grupe plagioklasa,■albit (NaAISi,Oa) i anortit (CaAl.Si.Og). 32 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla U izomorfnoin nizu ovih minerala između ova đva su još oligoklaSi aiidezit, labrador i bitoviiit. Kod albita se nadalje smanjuje sadržaj Na. a povećava sadržaj Ca. Anorlit sadrži manje silicijiuiia a više aluminijuma. Feldspati ¡maju istu osnovnu strukturu kao ¡ kvare, ali se kod nj¡h javlja ¡zomorfna zamjena s¡l¡c¡juma u tetraedru sa aknnlnijumom. Povećanjem izomorfne zamjene ¡ ulaskom kationa (Ca. K. Na), slabi strukturna veza, jer je strukturna veza Al - O - Si znatno slabija, a nju slabe i bazični kationi. zbog čega su feldspati manje otpoi-ni nego kvare. Feldspati su značajan Izvor kat¡ona (Na, K, Ca) koji su za tlo vrlo važni. Tako oitoklas sadrži 4-15 % K.O. a plagloklas 5-15 % CaO I 3-9 % Na.O, pri čemu se raspadanjem ovih minerala oslobađaju hidroksidi metala iz kojih nastaju različ¡te soli. Oslobođeni silieijum i aluniinijum mogu dalje izgrađivati okside koji se opet mogu uvezivati stvarajući minerale gline. Stoga su oni značajan izvor gline u tlu.
c)
Feldspatoidi - u odnosu na felđspate sadrže manje SiOj i povećano prisustvo
kalijuma i natrijuma. Najvažniji predstavnici su: -
Leucit (KAISi.Oo) i
-
Nefelin(NaAISi04). U stijeni se nalaze u vidu zrna, a kristališu prvi u vidu teseralnog sistema, a . drugi
šestostranih prizmatičnih oblika. Pri raspadanju prelaze u minerale gline pri č.eniu gube kalijiun i natrijum.. d)
divini - su izomorfni minerali i čine ..seriju. .magnez!j.sk.o.g.-L,fe.ro,
silikata: -
Fosterit - MgSiOj, (MgO 57%; SiO 43%),
-
Fajalit ^ FeSiOj, (FeO 76%; SiO: 24%),
-
Olivini - (MgEe.)iSj.04, (MgO 37-57%; FeO 5-26%; SiO: 36-43%).
Najvažjiijj_n\i.n.ei:al je..o.Uv.in.koji je izomorfna smjesa, forsteiita .i .faj.alita. Svi oni kristališu po rombičnoj sistemi u tabličastim kristalima ili zrnastim oblicima. Oli^i Je.. .maslinasto ..zelene, boje, staklast, tvrđoća...m.u..,.j.e...6.,.5-7.=0.,_..ii specifična gustina 3,0-3,2. Kristališe iz magme među prvim.sastojcima i sastavni je dio ultrabazičnih magmatskih stijena (peridotita). Raspadanjem prelazi u serpentin. e)
Pirokseni - su po hemijskom sastavu silikati i alumo silikati sa Ca, Mg i Fe,.
Kristališu iz magme rombično, monoklinično i triklinično u zrnastim i kratkim prizmatičnim oblicima. Cjepljivost im je u đva pravca (prizmatična) pod uglom od 87°. Boja im je ođ svijetlo i tamno zelene do crne, ovisno o sadržaju i vrsti gvožđa, 33 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla tvrdoće 4-6, a specifične gustine 3-3,7, ovisno o liemijsi
lamele (jedan tetraedar ijedan oktaedar). Veza se ostvaruje preko slobodnih kiseonikovih odnosno hidroksidnih iona. Liskuni su značajan izvor kalijuma, a raspadanjem kompletno prelaze u minerale gline, jer imaju istti kristalnu građu. Najznačajniji minerali ove grupe su: -
Muskovit - (KAljSi.iOio x (OHJi, to je liskun bijele boje, dosta otporan piema hemijskom raspiadanju prelazeći prvo u hidromuskovit, a zatim u ilit (mineral gline). Kod magtnatskih stijena zastupljen je u granitskoj grupi, ali je široko zastupljen kod metamorfnih i sedimentnih stijena, a prisutan je i u tlu.
-
Blatit,- K(Mg,Fe) jAlSijOio x (OHji, staklast je i nešto veće specifične gustine od prethodnog. Više je zastupljen u kiselitn i prelazniin magmatskim stijenama, a u metamorfnim u gnajsu i mikašistu, dok je u sedimentnim rjeđi sastojak zbog slabije otpornosti prema raspadanju. Raspadanjem prelazi u hlorit, hidrobiotit, vennikulit i ilit, pri čemu mijenja boju.
-
SerpejLt.UX^- (H4Mg3Si209), je hidratisani fero magnezijski silikat, jer pored Mg sadrži i Fe. Nastaje transfonnacijom feromagnezijskog silikata (olivina i piroksena bez Al) u hidroterinalnim procesima i procesiina trošenja na površini litosfere. Može sadržavati još i Ni, Cr, Mn, Zn, Ca, Na i K. Serpens lat. znači zmija, a on u većim masama upravo tako izgleda - šaren je, boje zelene do tamno zelene. Nema kristalni izgled, i obično dolazi u vlaknastim agregatima i jedrim inasama. Tvrdoća mu je 3-4, a specifična gustina 2,6-2,7. Javlja se u vidu masivnih stijena.
-
Tlalk^ (H2Mg.iSi40i2), za razliku od serpentina ne sadrži Fe i ima ' drugačija
fizička svojstva. Nastaje metamorfozom iz primarnih Fe i Mg 34 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla stijena bez siiitcata i Al-a. Javlja se u jedrim, listastim i zrnastim masama. Boje je zelenkaste, sive ili bijele, masnog sjaja, tvrdoće 1, a specifične gustine 2,7-2,8. Nalazi se u kristalnim škriljcima. Koristi se u tehničke svrhe. Hlariti - ili minerali hloritske grupe, najčešće se svrstavaju u minerale gline koji se nalaze u tlu. Glavni predstavnik ove grupe je mineral lilorit. Hlorit se može javiti u više izomorfnih oblika. Četveroslojan je jer se između iroslojnih rešetaka uključuje još jedan sloj brucita Mg.i(OH)o. U izomorfnoj zamjeni Mg se zamjenjuje sa Al ili Fe pa taj sloj dobiva pozitivan naboj, povezujući na taj način negativno naelektrisane ostale ti i lamele. Prostor između lamela iznosi 0,14 nm, i zbog toga većina hlorita ne bubri iako imaju veliku adsorptivnu sposobnost.
3.2.3.2. Ostali primarni minerali (rude) Nastaju iz magme kristalizacijom i ulaze u sastav magmatskih stijena kao bitni ili glavni sastojci. U većim masama predstavljaju značajna rudna ležišta. Objčno su i: vidu sitnih zrna i mogu se vidjeti pod mikroskopom. Glavni predstavnici su: -
Magnetit,
-
Hematit. '
-. Apatit i -
Pirit
a)
Magnetit - (Fe.iOj), je fero-feri oksid sa oko 72% Fe. Kristalizira u vidu zrna, a
krupni kristali imaju oktaedarski oblik (tesevalna sistema). Imaju crni ogreb i crnu boju, metalnog sjaja, tvrdoće oko 6 i specifične gustine oko 5,0. Magnetičnost mu je glavna fizička osobina koju gubi pri žarenju. Nalazi se pretežno u bazičnim magmatskim stijenama. Nastaje takode i metamorfozom na kontaktu magme i stijene koja sadrži minerale gvožđa (hematit, limonit, siderit i dr.). Otporan je prema raspadanju pri čemu prelazi u hidroksid gvožđa - limonit. Zbog svoje otpornosti dospijeva u sedimentne stijene i tlo. b)
Hematit - (Fe.O.i), sadrži oko 70% gvožđa, a može sadržavati i Ti, Mn, Mg, P i
Ca. Kristališe u formi romboedra, ali su kristali veoma rijetki. Obično su to Ijuspe, zrna i fibrozni agregati. Boje je tamno crvene, crvenog ogreba, slične tvrdoće i specifične gustine kao i magnetit. Sporo se rastvara u HCI-u. Raspadanjem prelazi u limonit. 35 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla c)
Apatit - Ca5(Cl, F) x (P04)3, nastaje kristalizacijom magme i ima ga u skoro svim
magmatskim stijenama. Kisele stijene imaju više fluora, a bazične hlora. Ležišta apatita služe kao sirovina za dobivanje fosfornih dubriva. Kristalizira u vidu heksagonalnih piramida ili tabličastih kristala. Može biti bijel, žućkast, siv ili providan, tvrdoće 5, i specifične gustine 3,2. Lahko se raspada i prelazi u sektnidarne minerale. d)
Pirit — (FeS^), pored g\'ožda i sumpora može u manjim količinama sadržavati i
Au, Cu, Zn, Ni i dr. Kristališe u teseralnoin obliku kocke ili pentagondodekaedra karakterističnog za pirit (piritoedar), a može biti i u zrnastim i grudvastim masama. Boja mu je bijela ili mesingano žuta, metalnog sjaja, tvrdoće oko 6,5 i specifične, gustine 5. Ogreb mu je tamno zelen ili mrk. Žarenjem odaje miris na sumpor. Osim iz magme nastaje i na razne druge načine, te se zbog toga nalazi u razniin ostalim stijenama. Ipak najviše nastaje hidroterinalnim putem, udružen sa drugim sulfatnim mineralima. Lahko
se raspada i prelazi u sulfit gvožđa i potom u hidroksid. Pri ovom procesu oslobađa se H2SO4 koja djelovanjem na okolne minerale pretvara iste u sulfate. 3.2.3.3. Sekundarni minerali Sekundarni minerali nastaju u zeinljinoj kori hidrptennalno ili na površini kore uticajem spoijašiilirfaT<.toi:a (atinosfere, biosfere i hidrosfere). Pii raspadanju primarnih silikata i alumosilikata izdvajaju se baze (K, Na, Ca, Mg), seskvioksidi (FejOj i AI2O3) uz jedan dio SiOj- Ovim procesiina stvaraju se sekundarni silikati postojaniji od priinarnih-pod određenim uslovima. Si02 i seskvioksidi (FciOi i ALO.O grade hidroksidej. a..baze sa kiselinama obrazuju soli (karbonate, sulfate, fosfate, hloride i dr.). Novonastali minerali ulaze u sastav srodnih stijena i zemljišta. Najvažniji predstavnici po grupama su: -
hidroksidi (opal, boksit, limonit),
-
karbonati (kalcit, magnezit, siderit, dolomit),
-
sulfati (gips, anhidrit),
-
hioij.tne soli (halit, silvin),
-
fosfat.i.(fosforit, vivijanit),
-
-minerali gline (kaolinit, montmorilonit, ilit).
a) Hidroksidi - nastaju trošenjem primarnih pirogenih minerala. Glavni predstavnici su opal i boksit. -
Opal (Si02 • KHIO) - nastaje hidroterinalnim putem oko gejzira, izumiranjem tijela oiganizama koja imaju SiOi i raspadanjem primarnih
36 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla minerala, pri čenui se nvijek izdvaja višak SiOi. Taloženjem izumrlih organizama stvaraju se trošne mase bijele boje koje se zovu dijatomejskom zemljom. Opal sadrži od 2-13% vode, a nekad i više. To je amorfni mineral, bubrežaste forme, tvrdoće 5-6 i specifične gustine oko 2.0. Hidroksid silieijum služi kao cementna materija kod obrazovanja sekundarnih stijena. -
Boksit (AhO.i • xH:0) - nastaje raspadanjem alumosilikata u uslovima tropske vlažne klime ili raspadanjem krečnjaka i zaostajanjem (akumulacijomj na mjestima njihovog rastvaranja, gdje se akumulira kao nerastvoreni ostatak. Boksit je ustvari skupina hidroksida Al kao što su: hidrogilit, bemit i dijaspor. Boje je bijele, žute, crvene ili mrke. ovisno o prisustvu obojenih i drugih minerala koji u sebi imaju primjesa Fe, Mn. Obično se nalazi u kompaktnim ili trošnim masama, tvrdoće 1-3 i specifične gustine 2,5. Služi za dobivanje aluminijuma.
-
Limonit (Fe^Oj ■ xH20) - nastaje od svih minerala koji u sebi sadrže gvožde (silikati, oksidi, karbonati ili sulfidi). Javlja se u oksidacionim zonama rudnika gdje obrazuje "gvozdeni šešir". U prirodi ga ima u bubrežastim i zemljastim masama. Boje je žute do mrko-crvene ovisno od sadržaja vode, tvrdoće 1-5, a specifične gustine oko 4,0. Žarenjem gubi vodu i prelazi u hematit crvene boje. Ovaj hidroksid služi kao cementni materijal stijena, a tlu daje crvenu boju. Ispiranjem u tlu formiraju se konkrecije (orštajn). * b) Karbonati - su vi'lo raširena grupa minerala, a za nas je od interesa izomorfni niz i
to: -
kalcit-CaCOj,
-
inagnezit - MgCOj,
-
siderit - FeCOj,
-
dolomit-CaMg(CO.02.
Raspadanjem primarnih minerala oslobađaju se baze K, Mg, Ca, Na i Fe. a potom se jedine sa ugljenom kiselinom i obrazuju karbonate. Karbonati nastaju kristalizacijom iz hladnih i toplih rastvora, kao i učešćem organizama. Svi navedeni minerali su vrlo sličnih svojstava, kristaliziraju u heksagonskom sistemu, a ako se javljaju u kristalnom obliku onda su to obično romboedri. Imaju izraženu cjepljivost, boje su alohromatske, bijelog ogreba. staklastog sjaja i tvrdoće ođ 3- 3,5. Svi su topivi u HCl-u hladnoj ili toploj. Kalcit i dolomit su vrlo slični, a razlikuju se što se kalcit otapa u hladnoj, a dolomit u toploj sonoj kiselini. -
Kalcit - nastaje biogeno i hidratogeno, a dolomit po mišljenju mnogih hidratogeno. Kalcit je bitan mineral u krečnjaku, a dolomit u dolomitu.
37 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla Kalcita ima i u laporu i kao cementne materije u nekim sedimentima. Djelovanjem vode na kalcit otapa se CO: i nastaje Ca - bikarbonat koji je topiv u vodi. Gubitkom COi iz bikarbonata ponovo se taloži kalcit (ireverzibilni proces), što je ustvari i njegovo prenošenje. Aragonitje rompska modifikacija CaCO;,, nastaje hidrotermalno, tvrđi je od kalcita (oko 4), rastvara se u hladnoj i razblaženoj HCl. Po njemu je poznata Mermerna pećina kod Prištine. -
Magnezit - je manje zastupljen u prirodi, javlja se u vidu žica različite debljine u bazičnim i ultrabazičnim stijenama. Nastaje promjenom Fe i Mg silikata pod dejstvom juvenilne vode. Bijele je boje.
-
Siderit - nastaje hidrotermalno i taloženjem iz rastvora pod redukcionim uslovima u prisustvu CO2 i djelovanjem površinskih voda na Fe silikate. Kristališe romboedarski, boje je žute, sive ili mrke, tvrdoće 3,5-4,0 i rastvara se u razblaženoj HCl. c)
Sulfati - su soli sumporne kiseline. Najvažniji predstavnici ove grupe su: gips i
anhidrit. -
Gips - CaS04 ■ 2H:0, nastaje na različite načine i to:
-
taloženjem u početnim fazama stvaranja sonih ležišta,
-
raspadanjem sulfidnih minerala, pri čemu H2SO4 djeluje na kalcijske minerale i stvara sulfate, kao i dodavanjem vode anhidritu.
Javlja se u vidu slojeva, sočiva ili žica u pukotinama stijena. Kristališe u tabličastim, prizmatičnim, vlaknastim ili zrnastim agregatima. Cjepljivost mu je savršena, prozračan je, bijele boje ili ružičaste ovisno 0 primjesama. Tvrdoća mu je 2, a specifična gustina 2,3, sedefastog sjaja, a ako je vlaknast ima svilast sjaj. -
Anhidrit - CaS04, nastaje taloženjem iz vode u kasnim fazama stvaranja sonih ležišta, iina veću tvrdoću i specifičnu gustinu od gipsa, može biti bezbojan, bijel ili ružičast što ovisi od prisustva primjesa. Priinanjem vode prelazi u gips. d)
Haloidne soli - nastaju kristalizacijom iz rastvora, uslijed isparavanja vode i
povećanja koncentracije u morskim lagunama i jezerima. Mogu biti u vidu moćnih naslaga. Sve soli iz ove grupe su lahko rastvorljive, higroskopne, male tvrdoće i male specifične gustine. Glavni predstavnici su: halit i silvin. -
Halit - NaCl ili kuhinjska so, nastaje kristalizacijom iz rastvora. Pored Na, može sadržavati i primjese drugih hlorida ili sulfata (Ca, Mg, K) koji utiču na rastvorljivost. Kristališe teseralno u obliku kocke po čijim
38 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla se pljosnima lahko i savršeno cijepa. U čistom stanju je providan i bijel, tvrdoće 2 i specifične gustine 2,1-2,2. Higroskopan je. Nalazi se u morskoj vodi i u slanim izvorima, a ima ga i u nekim slanim zemliištima. Važan je i neophodan sastojak u ishrani ljudi i životinja. -
Silvin - KCl, u čistom stanju sadrži do 48% kalijuma (K). Po fizičkim osobinama sličan je halitu, ali se od'njega razlikuje po gorko-slanom ukusu. Hidrotermalnog je porijekla, a nastaje isparavanjem odsječenih dijelova mora u posljednjim fazama isušivanja. U poljoprivredi se koristi kao mineralno dubrivo, a njegove najveće naslage nalaze se u Štrasfurtu.
e)
Fosfati - su soli fosforne kiseline, koje nastaju raspadanjem primarnih minerala,
naročito apatita. Glavni predstavnici su: fosforit i vivijamt. -
Fosferit - Ca,(P04)2, se u prirodi javlja u karbonatnim stijenama u obliku sočiva ili slojeva u vidu sitnozrnih, zemljastih, grudvastih ili grozdastih masa. sa Čestim primjesama CaCO,. Boja mu je bijela, ružičasta ili žuta i promjenjivih su fizičkih osobina. Veća .ležišta fosferita nastaju u biohemijskim procesima i služe za dobivanje mineralnih sirovina. Najveća nalazišta su u Alžiru, Tunisu, Francuskoj i naUralu.
-
Vivijanit - Fe3(P04)2 • 8H2O, nastaje djelovanjem rastvora koji sadrže fosfornu kiselinu na fero minerale kao što je pirit, siderit, fajalit i dr. Potpuno svjež je bezbojan ili bijel, dok na zraku dobiva plavu boju zbog oksidacije gvožđa. Kristališe u prizmitičnom obliku, ili se obično nalazi u bubrežastom, vlaknastom ili zemjjastim masama slično fosfontu. Tvrdoća mu je 2, specifična gustina 2,6-2,7. Često ga ima u tresetištima, glinama kao i u močvarnim zemljištima. f)
Minerali gline - dat će se na kraju ovbga poglavlja nakon opisa stijena 1 procesa
njihovog trošenja. 3.3. Petrografija - stijene Petrologija je dio geologije koji se bavi proučavanjem stijena. Opisivanjem stijena kroz mineralni sastav i njihove osobine bavi se Petrografija. U okviru Petrografije razlikujemo: -
Monomineralne stijene (mermer),
-
Polimorfne stijene (granit).
39 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla Kod stijena razlii
Glavne ili bifiieniinerale, koji su glavni ili bitni sastojci jedne stijene i SiDOi-ednejTiiiT^eiale,_.koji...nisu redovni sastojci jedne stijene. Pj-eifla'iiiicinu
postanka stijena razlikuju se tri glavne grupe i to: -
MaginajskelU_e.riM^tivne stije
-
Metamorfne ili izinijenjene stijene i
-
SMimeht'nej]i taložne stijene.
3.3.1. Magmatske (eruptiviie) stijene „
Magmatske stijene nastaju hlađenjem magme, koja se utiskuje u zemljinu koru ili izlazi na zeniljmir površinu. Pri izlasku inagma kristalizira. Magma je usijani i'-astal složenog
koji se nalazi ispod zemljine kore. Ako
d^e^ia goyi-šinu_zeni.ljjiie..kpi-e tada se naziva lava. Temperatura ove taljevine (lavé) je oko l.()0()^C. U magmi su najviše zastupljeni Si i O koji kao anhidrit Si - kise[ine""vežu katione Fe, Mg,..Cá., Na i dr. Magma je po sastavu silikatna. U taljevini magme prisutne sti J isparljive. komponente (vodena para, CO:, razni oksidi, N, HCl i dr.), čiji sadržaj iiiože biti i 10%, ali njihov manji dio ulazi u minerale koji kristališu. Ovi lahko isparijivi sastojci uglavnoin izlaze vani u obliku villkanskih emanacija i hidrotermahnih rastvora, a manjitn dijelotn ulaze u petrogene stijene. Ovaj oblik magme značajan je u piieumatolitskim i híarotermálñiiií procesima i posljedica su formiranja rudnih ležišta (ležišta Mo, W, Sn, Pb,Hgidr.). 3.3.1.1. Oblici pojavljivanja magmatskih stijena Do pojavjjivanja možedoćina više načina, ali najznačajnija su dva: -
Intruzivne..i.li-du.bi-nske stijene i.....
-
Efuzivne ili površinske, maginatske.stijene.
Intruzivne stijene - ili dubinske stijene su nastale u dubinskim slojevima ispod zeinljine kore gdje Je izvršena konsolidacija magme. U ovim uslovima kristalizacija teče postepeno, a uslovi su stabilni sa stanovišta Još uvijek visokih temperatura i pritisaka. Hlađenje velikih intruzija može trajati nekoliko miliona godina, a nekad i cijelu geološku periodu. Zbog toga svi izlučeni minerali imaju približno Jednake veličine. Ove stijene mogu se naći i na površini uslijed tektonskih poremećaja. 40 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla Efuzivne stijene ili površinske magmatske stijene obi'azujn se izlijevanjem usijane žitke mase, odnosno lave na zemljinu površinu. Ovo izlijevanje nekad je praćeno i jakim eksplozijama. Mjesto na kome se izlijeva lava naziva se vulkan. Fluidne bazične (tečne) lave izlijevaju se brzo na velikom prostoru, a za viskozne treba manje prostora i izlijevanje teče sporije. Ovako dobivene stijene imaju karakterističnu strukturu. Kristalna zrna su dobro razvijena kod stijena koje kristališu na putu ka površini. Ostatak lave se na površini naglo hladi pri čemu se minerali izluče u obliku mikrokristala, često submikroskopske građe. To su, zapravo, fenokristali porfirske strukture, slika 7.
Zrnasta
Porfirska
Slika 7. Struktura uuigtuatskih stijena 3.3.1.2. Klasifikacija magniatskili stijena Magmatske stijene se dijele na osnovu hemijskog sastava, odnosno sadržaja SiOi na četiri osnovne skupine stijena i to: -
Kisele stijene sa sadržajem SiO: od 65-75%,
-
Neutralne (prelazne) sa sadržajem SiO: od 55-65%,
-
Bazične sa sadržajem SiO: od 40-55% i
-
Ultrabazične sa sadržajem Si02_ispod 40%.
41 Porijeklo i priroda mineralnog dijela tla Klasifikacija eruptivnih stijena na bazi teksture i prisustva minerala Tabela 3. Tekstura
Svijetlo ob " ojeni
stijena
mine
ali (feldspat (hornblei
minerali
Kvare -
""""- i
nda, augit,
muskovit)
blotit)
1 Gruba
Gi tti lit
Dtuiil
Tamno obc jjehi
Gdbro
Peridotit, Hornblenda
Srednja
Riolit
Andezit
Fina
Felsite Obsidian
Bazalt
Stakleni bazalt Pregled mineralnog sastava magmatskih stijena daje se u tabeli 4. Pregled mineralnog sastava magmatskih stijena* Tabela 4.
Mineralni sastav Hemijski
Porijeklo Alkalijski
sastav
feldspati Intruzivne Granit
Kisele
Ca-alkalijski Ostali feldspati
minerali
Granodiorit Kvare
Efuzivne Riolit Laporit Dacit
Liskun Amfibol
Neutralne
Intruzivne Sijenit
Diorit
Amfiboli
Efuzivne Trahit
Andezit
(Biotit)
(Keratofir) Bazične
Intruzivne Gabro alkalijski
(Porfirit) Gabro
Pirokseni
(Troktolit s olivinom)
Efuzivne Bazalt
Bazalt
(Olivini)
(Dijabaz, (Spalit s
dolerit)
albitonn) Ultrabazične Intruzivne Peridotit (Serpentinit, dunit)
01 ivin Piroksen Serpentin
"Ćirić, (1991) 42 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla One se međusobno mogu razlikovali na osnovu boje i mineralnog sastava. Zastupljenost bojenih minerala (Fe - Mg silikati) kao što su: amfiboii, pirokseni, olivini je veća sa povećanjem bazičnosti. Najvažniji sastojci koji odlučuju o \'i'sti stijena su: kvare, feldspati, odnosno vrsta feldspata i olivin. Kvare je zastupljen samo u kiselim stijenama, dok ullrabazične stijene ne sadrže feldspate, ali su bogate olivinom. Moguća klasifikacija eruptivnih stijena na bazi mineraloškog sastava i teksture daje se u tabeli 3. gdje je prikazana klasifikacija eruptivnih stijena na bazi mineraloškog sastava i dimenzije mineralnih zrna (teksture stijene). Iz prikaza se vidi da u piirodi pi'eovlađuju svjetliji minerali i kvare u odnosu na tamnije. 3.3.1.2.1. Kisele stijene Kisele stijene se dijele prema vrsti feldspata na dvije grupe: -
Granite, kod kojih preovladuje ortoklas i
-
Granodiorite, kod kojih preovlađuju Na - Ca plagioklasi.
Predstavnici granitske grupe stijena su granit, riolit, a granodioritske granodiorit i dacit. Kod granita preovlađuju minerali feldspati (ortoklas), kvare i liskun, dok inu apatit, magnetit i rutil daju boju i ujedno su sporedni mineralj. Granit je intruzivna stijena, krupnozrnaste strukture, a .pojedini minerali mogu dostići veličinu i preko 20 cm. Najčešće se javlja dvoliskunskt granit sa biotitom.i muskovitom. a potom muskovitski i biotitski i si. U Bosni i Hercegovini ga ima na području planine Motajice i okolini Prozora. Riolit ili laporit, je efuzivna stijena, ekvivalent je granitu i ne sadrži muskovit. Granodiorit, je intruzivna stijena, koja .u svom sastavu sadrži kvare, a od. granita se razlikuje po vrsti feldspata, tj. kod njega su zastupljeni plagioklasi srednjeg niza (Na - Ca silikati), sa smanjenim sadržajem K i povećanim sadržaja Ca, Mg i Fe. Dacit spada u efuzivne stijene, koje pored kvarca u sebi sadrže od feldspata plagioklas, a ponekad sadrže i ortoklas, pretežno u sastavu osnovne mase. Feldspati su zrnasto građeni. Od ostalih minerala sadrži još Fe -' Mg alumosilikate (biotit, hornblendu i si.). Daciti su sivozelenkaste ili crvene boje, često se javljaju sa andezitima. U oblastima ovih stijena često se javljaju olovno- cinkne. bakarne i molibdenske rude. Kod nas se ove vrste stijena javljaju u okolini Srebrenice. Zemljišta na granitima i granodioritima zbog niskog sadržaja Ca i Mg, lahko se zakiseljavaju. pa su to uglavnom kisela šumska tla. 43 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla 3
stjjene_(grelaziie)
Neutralne stijene se dijel^_a.dyijs_grupe: -
Sijej.ii.ts.ka -grupa-saaiJkjiJjTini_feWs.g^^
-
Dioritska gi-upa stijena -sa..CaJ..Na.pIag-ii)klasinia.
Predstavnici sjjeixitsl<-e gi=upe -su sijenit i trahit. Sijenit je intruzivna stijena, prelazna, koja se od granita razlikuje po odsustvu kvarca i muskovita, te samim tim i nižim sadržajem SiO:. Ime je dobio po Sijeni u Egiptu. Stijene ove vrste grade alkalijski feldspat. Feldspati su nekad cK'ene 5ojF,"a"od bojenih minerala preovlađuju hornblenda, biotit i augit. --- -- ■U-^ijemtškoj gaip^^ nas je značajna i efuzivna stijena trahit. Ova stijena je hrapave površine (trahis - hrapav), porfirske su strukture i javljaju se u obliku žica i slivova. Kod nas se nalaze na području Maglaja. Predstavnici dioritske grupe stijena su diorit i andezit.
Diorit je intruzivna stijena, zrnaste strukture, tamno sive ili zelene boje. Glavni su mu sastojci Ca i Na plagioklasi, hornblenda, biotit, augit, a sporedni cirkon, apatlt~i okšidi Fe. Kod nas ga ima na području Jablanice u okviru masiva Andezit je mlađa efuzivna stijena iz grupe diorita, porfirske strukture, istog mineralnog sastava kao i diorit uz moguće pojavljivanje piroksena bez Al (hipei-šten i" bronžit). Luče še priziiiatično i nosioci su sulfidnih ruda (područje Trepče gdje se javljaju olovno cinkne rude). Tla na ovim zemljištima karakterišu se većim sadržajem montmorilonita, hlorita i vermikulita, a manjim kaolinita od kiselih stijena, što se objašnjava prisustvom veće količine baza (Ca, Mg) i lakšom transformacijom biotita. 3.3.1.2.3. Bazične stijene Bazične stijene predstavljene su jednom grupom: - Grupa gabra. U okviru ove grupe izdvajaju se dvije'vrste stijena i to gabro i bazalt. Gabro je,, bazična
inti-uzivna stijena koja pretežno sadrži. m.|,neral Ca-
p|agiok.las..Pored Ca-.plagiok4asa-sadriijoš i piroksetie.sa_i b£z_ Al i hornblendtt. dok se olivin ne nalazi uvjjekjj..gabxu
Boja mu je zejgna, tamno zele^ do crna,
ovisno,_o...prjsiisiyu Fe i Mg bojenih minerala .n.Br..,.aDifi_bolski ili olivin gabro. Zrnaste je struktu.i:e..(slika 7), a. u prirodi se javlja.u obliku gromada, lokaliteta ili žjca^TS^nVas se javlja na području Jablanice, te na više mjesta u području ofiolitske zone u Bosni i vrlo je cijenjen građevinski kamen. 44 Porijeklo i priroda mineralnog dijela tla i Bazalt je mlađa efuzivna stijena iz grupe gabra, pretežno crne boje. Po izgledu je vrlo kompaktan. Vrlo je tvrda i otporna stijena, školjkastog preloma. Mineralni sastav mu je isti kao i kod gabra, izuzev što bazalt ima nešto više magnetita koji mu daje crnu boju. Obično se javlja u vidu vulkanskih slivova iii kupa, a ijeđe u obliku žica. Zemljišta na grupi stijena gabra su prilično duboka, dobro razvijena, dosta glinovita i po izgledu približavaju se smonicaina. Od sekundarnih ininerala u tliina preovlađuju montmorilonit. hlorit. zatim ilitsko-hloritska kombinacija, kao serpentin i talk koji nisu samo posljedica površinskog raspadanja već procesa koji su prethodili. 3.3.1.2.4, UltrabaziČne stijene Ultrabazične stijene ne sadrže feldspate i predstavljene su - peridotitskom grupom. Glavna karakteristika ove grupe je potpuno odsustvo feldspata, koji su u svim prethodnim grupama bili zastupljeni kao glavni ili bitni sastojci. Bojeni minerali su jedini
sastojci ove grupe. Sadržaj SiOi je vrlo nizak (ispod 45%), a takođe i AhO? zbog odsustva feldspata i alkalnih elemenata K i Na. Međutim, one imaju visok sadržaj Mg i Fe (fero-inagnezijski silikati koji prilikom raspadanja prelaze u serpentin), i skoro isključivo su intruzivne ili dubinske stijene. Nose naziv uglavnom prema preovlađujućem mineralu. Glavni predstavnici stijena iz ove grupe su: -
peridotit,
-
piroksenitj
-
hornbleiidjt.
Peridotit - je dubinska stijena, krupnozrnog sastava, pretežno izgrađena od olivina uz koji sadrži još i piroksene sa ili bez Al i hornblendu (bojene minerale). Predstavljaju najzastupljenije stijene u ofiolitskoj zoni (teslićko, gostovičko, krivajsko, konjuhsko ozrensko i višegradsko područje). Imaju tamno zelenu boju. Transfonnacijom hidrotermalnim putem prelaze u serpentinit. U području ovih stijena nalaze se i žice ruda magnezita, azbesta i hromita. Piroksenit - ima manje olivina, ali je uglavnom građen od piroksena, a preovlađujući minerali su bronzit, dijalog i hipersten. Boje su tamno zelene do crne. Hornblendit - je pretežno izgrađen od amfibol-hornblende po kojoj nosi ime, dok su pirokseni i olivini slabije zastupljeni.. Ultrabazične stijene kao fero-magnezijske ne sadrže feldspate pa samim tim ni Al, lahko podliježu raspadanju i prelasku u serpentinite. Serpentinizacija se 45 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla obavlja pri visokim temperaturama u hidrotermalnim uslovima,,a može nastati i dejstvom atmosferskih taloga (dinamometamorfni procesi). Pored serpentinita može još nastati i talk, hlorit, magnezit i hidroksidi Fe. Serpentiniti se jako mehanički raspadaju, zbog čega su podložni velikim erozijama, pa su tla na njima izrazito skeletna, sa niskim sadržajem K i Ca te visokim procentom Mg. Prisustvo metala Cr, Ni, Co kao i Mg može toksično da djeluje na biljke. Zemljišta na magmatskim stijenama, najčešće se koriste za šume i pašnjake, a na deluvijalnim nanosima za voćnjake i duhan. Na zaravnjenim dijelovima terena prenošenje je svedeno na minimum, pri čemu nastaju dublja zemljišta, u kojima je sadržaj sekimdarnih minerala veći. Produkti raspadanja se prenose tekućim vodama na koji način ulaze u sastav aluvijalnih sedimenata.
Prema proizvodnoj vrijednosti povoljna su tla koja se obrazuju na magmatskim stijenama koje sadrže uravnotežen odnos baza Ca, K i Mg, što je karakteristika neutralnih i bazičnih supstrata. 3.3.2. Metamorfne stijene Metamorfoza predstavlja poseban proces u zemljinoj kori, kojim se mijenjaju magmatske i sedimentne stijene. Glavni uzroci metamorfoze su visoka temperatura i pritisak uz unošenje novih hemijskih jedinjenja sa strane. Time se remeti postojeća ravnoteža i uspostavlja posebno stanje koje stijenama daje novi oblik. Mefaiiiorfoza je izražena, naročito, u metamorfnoj geosferi, koja se nalazi na dubini od 4-10 km. U nižim (dubljim) dijelovima ove geosfere pritisak iznosi oko 2.600 bari, a temperatura 300 °C, gdje se dešavaju i najkrupnije promjene. Ova metamorfoza naziva se i regionalna metamorfoza. 3.3,2,1. Masivne metaniorfne stijene Najvažniji predstavnici ove grupe metamorfnih stijena su: - nastaje prekristalizacijom krečnjaka ili dolomita. Bitan mineral mu je kalcit. Zi-na (kristali) kalcita se uočavaju mikroskopski. Nastaje regionalnom metamorfozom. Boja mu zavisi od primjesa, pa tako može biti bijel, siv, žućkast, plavičast, zelenkast i si. Mermer koji sadrži liskun (muskovit) naziva se cipalin. Kvarcit,,- nastaje prekristalizacijom pješčara. Bitan mineral je kvare s primjesama muskovita. Nalazišta su mu dosta rijetka. Kod nas se može naći na području Jajca. 46 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla Kornit - nastaje kontaktnom metamorfozom glinovitih stijena. Sličan je škriljcima, iako ove stijene nisu nastale pod uticajem pritiska. Serpeiitiiiit - je masivna stijena nastala metamorfozom bazičnih i ultrabazičnih stijena. Ako je više ili manje škriljav, naziva se serpentinitski škriljac. U njegov sastav ulaze i drugi Fe i Mg silikati, potpuno ili djelimicno izmijenjeni. Obojen je zeleno ili tamnozeleno. Šerpentiniti su polomljene stijene, koje su nastale prije paleozoika i imaju široku rasprostranjenost. 3.3.2.2. Kristalasti škriljci Najznačajniji predstavnici ove grupe su: Giiajs - koji nastaje regionalnom metamorfozom granita, glina i pješčara. Važni mînei-àïi su kvare, feldspat i liskun. Glavni je predstavnik škriljaca, dok je granit iz koga nastaje masivan. Varijeteti su uslovljeni sporednim sastojcima t različitom strukturom.
Veoma su rasprostranjeni, Stare su stijene koje datiraju još iz paleozoika. Kod nas ih ima nešto manje na području Majevice i Prozora. Uslijed škriljavosti brže se raspadaju od granita, a raspadanje ubrzava veće prisustvo feldspata i biotita. Mikašist -je liskunoviti škriljac. Važniji minerali koji ga čine su krupni liskuni (muskovit i biotit) i kvare. Za razliku od gnajsa ne sadrži feldspate. Javlja se u istom području gdje i gnajs. Nastaje metamorfozom glinovitih stijena i pješčara. Ima jaču škriljavost nego gnajs. Biotitski mikašist se brže hemijski raspada od nuiskovitskog. Mehanički se vrlo lahko raspada. Filit - nastaje regionalnom metamorfozom pješčara sa glinom, a bitni minerali'su inu minerali gline, kvare i sericit. Od sporednih minerala često sadrži turmalin, granat'i pirit. Obično je sivožute, zelene, a ponekad i crne boje. Škriljavost^je jasno izražena. Često su ubrani i lahko se cijepaju u tanke ploče. Lahko se mehanički raspadaju. Rasprostranjeni' su u udruženim asocijacijama sa mikašistima, a kod nas ih "ima u središnjem dijelu Bosne i škriljavom pojasu Dinarskog sistema. Ulaze u sastav paleozojskih metamorfnih kompleksa u područjima Sane, Une, Vraniće, Zec planine, Bitovnje, Ivana, oko Foče, Goražda, Srebrenice i dr. ArgiloŠist - su glinovite stijene, nastale regionalnom metamorfozom glinovitih stTj'e"na7Giavni minerali su kvare, kalcit i minerali gline. Veoma su Škriljavi, tj. imaju jasnu škriljavu teksturu. Slični su filitu i na prelazu su sa sedimentnih u metamorfne stijene. Boja im je općenito tamna i vodi porijeklo od organske materije. Pripadaju mlađem paleozoiku. 47 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla Hloritošist - _su stijene nastale iz pješčara i glinenih, stijena, a bitan mineral je neki od hlorita. Pored njih dolaze još kvare i albit. Boja hloritošista je zelena, a za razliku od serpentinita ovaj je škriljav po čemu se razlikuje od njega. AmfibjlLlt .. ^ je škriljasta stijena, nastao iz bazičnih stijena s bitnim mineralima plagioklasom, amfibolom i malo kvarca. Ako je sam amfibol. onda je to amfibolski škriljac. Spoljašnji sastojci određuju njegove varijante, tako da mogu biti piroksenski ili granatski. Amfiboliti imaju više masivnu teksturu, dok su amfibolski škriljci su više škriljavi. Kod nas ga ima na području Višegi'ada. Vareša. Gostoviča, Krivaje. Teslica i Banja Luke. Nastaje metamorfozom gabro-dijabaznih stijena. Način postanka i zastupljenost najvažnijih minerala kod kristalnih škriljaca daje se u tabeli 5.
Kristaiasti škriljci - način postanka i zastupljenost najvažnijih minerala Tabela 5. Naziv stijene
Način postanka
Mineralni sastav
Gnajs
Regionalnom
Kvare
metamorfozom granita,
Feldspat
gline i pješčara
Liskun
Regionalnom
Kvare
Mikašist
metamorfozom pješčara Liskun (granat) Filit
Regionalnom
Kvare, Sericit
metamoifozom pješčara (minerali gline) (sa glinom)' Argilošist Hloritošist
Regionalnom
Minerali gline
metamorfozom gline
Kvare (kalcit)
Regionalnom
Hlorit, Kvare,
metamorfozom pješčara i Albit gline Amfibolit
Metamorfozom stijena iz Amfiboli.
(Amfibolitski
bazične magme
škriljci)
Plagioklasi. Graniti
3.3.3. Sedimentne stijene S4 aspekta pedologije ovo je najvažnija grupa stijena. Postanak sedimentnili stijena je vezan za površinske dijelove litosfere, za koru trošenja. Qne su nastaleprocesima trošenja magmatskih i metamorfnih stijena, te sedimentacije, transporta i diageneze. Mogu biti organskog i neorganskog porijekla. 48 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla 3.3.3.1. Način pojavljivanja seciimentnili stijena Za sedimentne stijene karakteristična je slojevitost koja se javlja kao posljedica taloženja. Sloj je produkt jedne faze u taloženju i u vertikalnom pravcu pokazuje isti sastav. Slojevi su razjjčjte d^^ (moćnostij. Moćnost sloja se označava rastojanjem gornje i donje površine. Gornja površina sloja se naziva povlat iJi kroviM a druga granična površina ili podina. Primjer uslojenosii i izgled površine kao posljedica pi'itiska daje se na slici 8. Ako slojevitost izostaje sedimentne stijene se javljaju kao masivne ili grtidaste.
fi (C) SUka 8. SediiueiUncslijene {Brady. 1990) a) Ravno mlojene sedimentne stijene ijez uticaja pritiska i izražene erozije, i}) Uticaj bočnog pritiska na izgled terena, erozija površinskog sloja, c) Uticaj bočnog i mmtrašnjeg pritiska na izgled terena, erozijom zahvaćena tri sloja. 49 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla 3.3.3.2. Hemijski sastav sedimentnili stijena U sastav sediiuentniiv-stijeiia._ujaze isti elementi od kojih su bile izgrađene magmatske stijene. Međutim,..zbog razlika u načinu postanka i procesa koji ..su pretHodiii njihovom stvaranju, sedimentne. stijene se obično razlikuju po hemijskom sastavu. Srednji hemijski sastav nejvih sedjiiieiUnjh stijena u poređenju s hemijskim sastavom magmatskih stijena p'riklžln jć u tabeli 6: Tabela 6. Jedinjenja SiO, TiO, AUo'j FejO., FeO MgO CaO Na^O K,0 H,0 Pi'o, CO, Sadižaj u t e ž i n s k i m % Glinci i laporci 58,10 0,65 15,40 4,02
2,45 2,44 3,11 1,30 3,24 5,00 0,17 2,63 Pješčari 78,33 0,25 4,77 1,07 0,50 1,16 5,50 0,45 1,31 1,63 0,08 5,03 Krečnjaci 5,19 0,06 0,81 0,54
3.3.3.3. Mineralni sastav sedimentnih stijena Sedimentne stijene, u odnosu na magmatske, imaju mnogo raznovrsniji mmeralnlsastav. Razlikuju se t.n grupe minerala: -
Reliktni (otporni),
-
Sekundarni silikati i alumosilikati,
-
Krajnji produkti raspadanja.
Reliktni ili otporni minerali su dospjeli nepromijenjeni iz magmatskih stijena, a glavni predstavnici grupe otpornih su kvare i muskovit te grupa sporednih (cirkon, rutil, turmalin, granat). Kao manje otporni mogu se pojaviti i feldspati, pirokseni i amfiboli. Sekundarni silikati i alumosilikati, nastaju hemijskim raspadanjem primarnih, a najviše su zastupljeni - gline, serpentin, hlorit, talk i dr. 50 Porijeklo i priroda mineralnog dijela tla Krajnji produkti raspadanja su prostog hemijskog sastava. Ovu grupu ČMie hidroksidi Al, Fe i Si, karbonati, siilfati, fosfati i haloidne soli.
Prema tome, liemijski sastav sediinentnih stijena zavisi od sastava stijene iz koje nastaje, od vrste raspadanja i dužine transpoita, pošto se pri dužem transportu može izvršiti sortiranje minerala prema veličini zrna. ,3.,3,3.4. Klasifikacija sedimentnih stijena Klasifikacija sedimentnih stijena uglavnom se vrši prema načinu postanka i osobinama sedimentnih stijena. Prema toj klasifikaciji razlikujemo: -
mehaničke ili klastične sedimente,
-
hemijske i
-
organogene.
a) Mehanički sedimenti se dalje dijele na bazi granične vrijednosti koje daje Atteberg, tabela 7. Tabela 7. Rastresiti sedhnenti
Čvrsti sedimenti
Drobine >2 mm Breča Šljunci > 2 mm Konglomerat Pijesak (2-0,02 mm) Pjeiščar Prah (0,02-0,002 mm) Les ■ Glina <0,002 mm b)
Glinac i Laporac
Hemijski sedimenti nastaju kristalizacijom iz rastvora uslijed isparavanja ili
drugim uslovima koji su ranije izloženi, a njihova klasifikacija zasniva se prema hemijskom sastavu, pa tako razlikujemo slijedeće grupe stijena: -
Karbonatne - (krečnjak, dolomit, bigar, mermerni oniks, stalaktiti i stalaginiti), -
Silicijske - (limnokvarcit i gejzerit),
-
Sulfatne - (gips i anhidrit),
-
Hloridne soli - (halit, silvin, karnalit i kainit).
c)
Organogeni sedimenti nastaju taloženjem ostataka izumrlih organizama. Pošto
ovi ostaci mogu biti biljnog i životinjskog porijekla, to se izdvajaju dvije grupe: zoogeni i fitogeni. .51 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla -
Zoogeni sedimenti dijele se prema hemijskom sastavu na: karbonatne
(krečnjaei i dolomiti), silicijske (radiolariti i rožnjaci), fosfatne (fosforit i guano) i nitratne (salitra). -
Fitogeni sedimenti su ugljovodonici nastali raspadanjem organskih dijelova
boljaka čiji su glavni predstavnici: treset, ugalj, nafta i asfalt. Treba naglasiti da je nafta nastala i od sitnih životinjskih organizama. 3.3.3.5. Opis i osnovne karakteristike sedimentnili stijena
Obzirom na svoje porijeklo i način postanka, sedimentne stijene se nieđusobno žhatiio ražlikuju. Te razlike iznijet će se u okviru opisa mehaničkih (klastičnih), hemijskih i organogenih sedimenata. 3.3.3.5.1. Mehanički ili klastični sedimenti Mehanički sedimenti se dijele na: rastresite i vezivne sedimente. Podjela klastičnih stijena prikazana je u tabeli 8. Podjela klastičnih stijena Tabela 8. Veličina (promjer)
Rastresiti
Čvrsti (vezani)
čestice
sedimenti
sedimenti
Psefiti" >2 mm
Drobine i sipari
Breče
Šljunak
Konglomerat
Psamiti' 2 - 0,02 mm Pijesak
Pješčenjak - pješčar
'
(arkoze i grauvake)
Prah
0,02 - 0.002 Les
Alevrolitski
mm
sedimenti
Peliti"* < 0,002 mm Glina
Glinac
Lapor (glina +
Laporac (glina +
CaCO,)
CaCO-,)
' grčki: \|/ií(poí; = šljunak " grčki: \;;á).i|iivO(; = pjeskovit *"' grčki: TtéXw = gibati, micati .se 52 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla a) Rastresiti sedimenti prema veličini se dijele na; -
Drobine (osuline, sipari) su odlomci stijena koje se nalaze na podinama ili
podini strmih odsjeka. -
Šljunak se razlikuje od drobine po zaobljenim oblucima. Prema veličini
razlikujemo; -
krupni (> 25 mm),
-
srednji (25-12 mm),
-
sitni (12-2 mm).
Svi sedimenti veći od 2 mm nazivaju se psefiti. -
Pijesak je sitniji od šljunka (2-0.002 mm), a prema mjestu stvaranja
lazlikujemo; -
riječni.
-
jezerski i
-
morski.
Pokretan pod dejstvom vjetra naziva se "živi pijesak". Ovi se sedimenti zovu još i psamiti. -
Prah, manje čestice od 0,002 mm, nazivaju se još peliti. Ima vrlo složen
mineraloški sastav, a transportuje se vjetrom na velike udaljenosti. -
Gline i glinci su poluvezane stijene. Najvažniji njihovi sastojci su minerali
gline. Sastav glina je veoma heterogen, i pored glinovitih minerala tu dolaze još sitna zrnca kvarca. feldspata, liskuna i dr. Prema vrsti glinovitih minerala, gline mogu biti; montmorilonitne, ilitne, kaolinitne i dr. Čestice gline su ispod 2 mikrona (< 0,002 mm), i nastaju uglavnom hemijskim raspadanjem primarnih alumosilikata. b) Vezani (cementirani) - vezivanjem ili cementacijom (dijageneza) rastresitih sedimenata nastaju čvi'sti mehanički sedimenti. Cementne materije mogu biti karbonati Ca i Mg, SiO,, hidroksid Fe, glina, lapor i dr. Tu spadaju; -
Breča se sastoji od nezaobljenih odlomaka minerala ili stijena, međusobno
cementiranih nekom od cementnih materija. Mogu biti homogene ili od različitih stijena. Prema vrsti stijena koje preovlađuju mogu biti krečnjačke, dolomitske, kvarcitne. serpentinske i si., a prema mjestu postanka podinske i padinske. -
Konglomerati nastaju cementacijom zaobljenog šljunka. Mogu biti homogeni i
heterogeni, što zavisi od materijala koji se u datom prostoru nalazi. Za razliku od breča, konglomerati se odlikuju slojevitošću. -
Pješčari nastaju cementacijom pijeska sa nekom cementnom materijom. Prema
krupnoći pijeska razlikujemo krupnozrne > 1 mm i sitnozrne < 1 mm, a prema 53 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla mineralnom sastavu kvarcni, muskovitski i si. U pješčare mogu da uđu i drugi otporni minerali. Pješčari se među sobom mnogo razlikuju, i to: nejednakom veličinom i hemijskiin sastavom pojedinih zrna, te različitom cementnom materijom. Tla koja nastaju od pješčara se uopće karakterišu grubom teksturom. Sto je pješčar bogatiji sa silicijumom tlo je sii'omašnije. Krečni pješčari daju dosta dobra tla, jer krečni cement sadrži nerastvorljivi ostatak, a sam CaCO;, je važan činilac reakcije tla. Les (praporj je poluvezna stijena, koja se pretežno sastoji od čestica praha, veličine između 10 do 60 mikrona (oko 60 %). Sadržaj gline iznosi oko 10 do 15 %. Pored čestica
kvarca, feldspata, liskuna, kalcita, sadrži i glinovite minerale. Velike količine lesa, debljine i preko 15 m, nalaze se u Vojvodini i Slavoniji (u Kini naslage lesa iznose i preko 400 m). Ovaj les je postao eolskiin putem. Od minerala preovladuje kvare, feldspati, muskovit i CaCO.,, a iina dosta i nerastvorivih minerala. Poroznost mu je oko 50%, što inu daje dobra vodno- fizička svojstva. Tamnija boja između lesnih naslaga ukazuje da se on taloži s prekidima ovisno o klimatskim promjenama. Tlo zatrpano lesom naziva se fosilno tlo. Les je najpogodnija podloga za obrazovanje tla. Na lesu je nastalo najplodnije tlo, černozem. Glinac nastaje očvršćivanjem najfinijih čestica gline pod pritiskom pri čemu gube jedan dio vode. Ove stijene mogu biti veoma različitog hemijskog sastava. Imaju malu poroznost. Pod dejstvom pritiska glinac postaje sve kompaktniji i prelazi u metamorfnu stijenu poznatu kao škriljavi glinac. Glinci se smatraju kao dosta mehke stijene. Ukoliko se raspadaju na mjestu, stvaraju se plitka tla. Glinci se brže raspadaju mehanički nego hemijski. Konačni produkt trošenja je obično teška glina. Glinci pokazuju jasnu slojevitost, a pri vlaženju daju karakterističan miris. Mogu biti različite starosti. Stariji su čvršći i čine prelaz prema glinenim škriljcima (argilošistima), dok su mladi manje tvrdoće. Glineni sedimenti su najrasprostranjeniji i čine 70% među sedimentima uopće. Lapori predstavljaju mješavinu gline i CaCO.i u različitim odnosima po čemu dobivaju i različite nazive. Tako, ako sadrže više od 65% CaCO,, zovu se laporoviti krečnjaei, a ispod 35% glinastim laporima. Oni sa više CaCO, su kompaktniji. Lapor je inače naziv za geološki mlađe stijene, a očvrsnutije nazivaju se laporac. Ako se lapor dalje podvrgne pritiscima postaje škriljav i naziva se škriljavi lapor i na taj način dolazi u metamorfnu stijenu. Može se mljeti i koristiti za korekciju pH reakcije tla. Glinoviti formiraju teška tla, vlažna ili mokra, slabo propusna i na njemu se često javljaju klizišta. 54 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla - Fliš je klastični sediment kod kojeg se izmjenjuju slojevi lapora i drugih pehta ' sa slojevima pješčenjaka, a nekad se javljaju i primjese konglomerata, breče i krečnjaka. Ovisno o prisustvu pješčenjaka ili lapora (pelita), fliš može biti normalni (izjednačen odnos), pješčenjački ili'laporski fliš. Kod nas je naročito raširen na brežuljkastim terenima oko doline rijeke Bosne, od .Sarajeva do Zenice i u Sjevernoj Bosni, a ima ga i u Hercegovini. Pokazuje veliku sklonost eroziji i klizanju, što može da ima katastrofalne razmjere. Zato su tla na flišu mlađa i nerazvijena. Ekološka svojstva za
biljku ovise od prisustva lapora tj. pelitnog dijela, dok je pješčenjački fliš nepovoljan za biljku. 3.3.3.5.2. Hemijski sedimenti Hemijski sedimenti mogu biti karbonatnis silicijski. halogene soli i sulfati. a) Karbonatni sedimenti nastaju gubitkom ugljene kiseline. Obrazuju se u niorima. jezerima, rijekama i oko toplih izvora koji sadrže, rastvoreni CaCO., u suvišku. Najvažniji karbonatni sedimenti su; -
Krečnjaci pretežno nastaju organogeniin putem, ali mogu nastati i kristalizacijom uz učešće organizama. Krečnjaci se prepoznaju reakcijom na
HCI. Imaju različita obojenja, ali su najčešće bijelo obojeni. -
Dolomit nastaje direktno kristalizacijom iz rastvora, ili dolomitizacijom krečnjaka u prisustvu Mg soli, pri čemu dolazi do djelomične zamjene Ca iona sa Mg ionima. Pri dolomitizaciji krečnjaka smanjuje se zapremina, uslijed čega se javljaju šupljine koje uslovljavaju jače raspadanje, Reaguju sa toplom i razblaženom HCI,
-
Bigar je šupljikava stijena koja nastaje iz slatkih i hladnih voda koje sadrže CaCO.v Izlučivanje CaCO.i vrši se obično na slapovima i vodopadima, gdje se tekuća voda razbija u sitne kapljice pri čemu se oslobađa CO;. Oslobađanje CO2 može da se vrši posredstvom biljaka koje asimiliraju, pa se tom prilikom oblaže sa prevlakom CaCO.i.
b) Silicijski sedimenti se obično javljaju oko toplih izvora, kao opalske mase jedre ili šupljikave,' najčešće bijele, žute ili sive boje. Najvažnije stijene su limnokvarcit i gejzirit. c) Halogene soli nastaju iz prezasićenog rastvora, a javljaju se u vidu debelih liai'fagaTdo'sbO m. Najčešće su to halit, silvin, karnalit i kainit. d) Sulfatni sedimenti se javljaju kao niži članovi sonih ležišta, a nekad 1 samostaliio,Tglavlir p"re"đstavnik su gips i anhidrit. Opisi sulfatnih sedimenata 1 halogenih soli dati su pri opisu odgovarajućih minerala. 55 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla 3.3.3.5.3. Organogeni sedimenti Velii
a) Zoogeni-sedimenti-prema hemijskom sastavu mogu biti karbonatni, silicijski, fosfatni i nitratni. Najvažniji predstavnici karbonatnih stijena su krečnjaei i dolomiti. -
Krečnjak je najrasprostranjenija stijena iz ove grupe, a izgrađena je iz mikroskopski sitnih zrna kalcita i odlomaka ili cijelih skeleta mnogobrojnih organizama. Pored njih u stijene ulaze još i mnogi primarni minerali otporni na raspadanje kao i neki sekundarni. Njegova formula je CaCO.-,. a u dodiru sa hladnom HCl, pjenuša. Krečnjaei mogu preći u metamorfnu stijenu i tada se nazivaju mramor. Krečnjaei sa više od 40% MgCOj zovu se dolomitizirani krečnjaei. Pjeskoviti ili šljunkoviti se zovu konglomeratični krečnjaei. Krečnjak sadrži 70-100% CaCO.,, ali sadrže takođe i neke mikroelemente: Mn 44^67 ppm, Zn do 446 ppm, Cu 0-97 ppm, Co 0,2 do 13 ppm (Scheffer- Schachtschabel, 1970).
Glavne nečistoće u krečnjacima mogu biti u vidu oksida Fe20:„ SiOi, AhO, ili glina i organske materije, pri čemu jako variraju po sadržaju ovih primjesa. Krečnjaei su kompaktni, ali relativno lahko prelaze u rastvor pod uticajem ugljene kiseline: CaCOj+H.CO, = Ca(HCO,):. Ovaj Ca - bikarbonat se lahko ispira, a "nečistoće" zaostaju, .ledri krečnjaei su vrlo loša podloga za obrazovanje tla. Oni sadrže 96 do 99 % CaCO,. te na druge primjese otpada samo nekoliko procenata, a nekada i manje od 1%. Područja pod krečnjacima u Dalmaciji, Hercegovini i Zapadnoj Bosni poznata su kao kraška područja, koja se odlikuju posebnim morfološkim pojavama (vrtače i kraška polja). Laporoviti krečnjaei se brzo raspadaju, naročito oni koji su porozni i koji sadrže veću količinu primjesa. U stvari, osobine nastalog tla zavise od količine i sastava ovog nerastvorljivog ostatka. Tla nastala na krečnjaku su raznovrsnija nego tla postala od ma koje druge stijene. Krečnjaei (a i dolomiti) se koriste kao materijal za kalcizaciju (kalcifikaciju). - Dolomit - CaMg(C0.i)2 je dvojni karbonat kalcijuma i magnezijuma. Slično krečnjacima i dolomit sadrži razne nečistoće. Dolomit u dodiru sa solnom kiselinom veoma slabo pjenuša, međutim, ako je solna kiselina topla, pjenušanje je vrlo intenzivno. On se ne mijenja tako brzo kao krečnjak, te obično stvara skeletna tla posne plodnosti. Prilikom raspadanja karbonati se rastvaraju i gube, tako da i ovdje nekarbonatni zaostatak služi kao masa za formiranje tla. 56 Porijeklo i priroda mineralnog dijela tla
Dolomit je istog hemijskog sastava kao i minei-al dolomit. Čisti dolomit sadrži ' 54.3.5% CaCO-, i 45.65% MgCO;,. Ovako čiste je teško naći, već su obično glinoviti. laporoviti. silifikovani, bituminozni. pjeskoviti. šljimkoviti i si. b) Silicijski organogeni sedimenti nastaju izumiranjem organizama kao što su dijatomeje i radiolarije, koje imaju silicijsku ljušturu. Obično su to dubokomorski sedimenti nastali na mjestima gdje se more obogaćuje sa lavom. Jednostavnog su hemijskog sastava i teško se raspadaju. Najrasprostranjeniji medu njima su: - Radiolariti, sitnozrni i veoma tvrdi, nastali iz radiolai ija. -
Rožnjaci. tamne boje i izuzetne tvrdoće, koji se najčešće javljaju sa dijabazima (dijabaz-rožnjačke Ibiniacije). Karakteristični su za oblast submarinske vidkanske aktivnosti bazičnih stijena, gdje se morska voda iz lave obogaćuje sa silicijum-dioksidom, pri čemu se stvaraju radiolarije i drugi organizmi. Narod ih još naziva kremen ili kresivo.
c) Fitogeni sedimenti obrazi:ju se od ostataka biljnih organizama, a najvažniji iz ove grupe su treset i ugalj. -
Treset se obrazuje u barama, močvarama i mirnim vodama od mahovina, algi, rogoza i si. Biljna masa postepeno tone, sabija se i u odsustvu kiseonika ugljeniše. Vegetacija se stalno obnavlja i taloži zajedno sa midjem, dok se ne
. ispuni cijeli bazen, debljine 1-2 m. a nekad i više. -
Ugalj nastaje kao i treset ugljenisanjem ostataka kako vodenih biljaka, tako i kopnenog raslinja (listopadnog drveća, četinara, paprati i sk). Naslage uglja su znatno veće od naslaga treseta i često sadrže slojeve gline ili pijeska. Mogu biti različite geološke starosti, a najpoznatiji su iz karbona. Kod nas su uglavnom zastupljeni mlađi tercijarni ugljevi. Prema stepenu ugljenisanosti, odnosno starosti dijele se na: lignit, mrki ugalj, kameni ugalj i antracit. ^
3.4. Trošenje (raspadanje) stijena i minerala Proces trošenja stijena je karakterističan za stvaranje svakog tla. Pretvaranje kompaktnih stijena i minerala listofere u rastresitu masu sa raznom veličinom zrna naziva se detritacija, a nastala trošina se naziva detritus. Osnovni uzrok trošenja i raspadanja stijena su promijenjeni uslovi pritiska i temperature, u odnosu na one uslove koji su vladali kod njenog postanka. Na ovaj način došlo je do narušavanja ravnoteže, te sistem mineralnih jedinjenja.nema uslova da se održi u novonastalim uslovima. Zbog toga se uticajem novih uslova i Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla
sila uspostavljeni sistem tuši i tako dolazi do trošenja litosfere. Proces trošenja litosfere je zapravo proces prilagođavanja novim uslovima, odnosno proces trošenja je proces stabilizacije iiiaterije na zemlji. Ti'ošenje se na osnovu djelujućih procesa može podijeliti u tri osnovne grupe: -
fizičko ili mehaničko trošenje litosfere,
-
heinijsko raspadanje i
-
biološko trošenje.
Trošenjem magmatskih i metamorfnih stijena je nastao najveći broj sedimentnih stijena pod dejstvom: vode, leda, sunčeve energije, vjetra i organizama. Dio kore trošenja. .koji..je.,...o.bu.hvaćeii .p.e.d_oge..iieti_čki.!U...pj'o.cesi!na,Je pedosfy:a^.JMehanjčk
teče paralelno, ali će,se ovdje
pij.ka.zat.i. zasebno. 3.4.1. Fizičko ili mehaničkoJrošenje M eh a 11. i č koIrMe.iij e- U zi:o k uj.li: -
insolac.ija,(leiTiperatura),
-
,djelo.va.ty.eieda,
-
kapilarna voda,
-
kt;is_t.a!i.zacij.a,spli,
-
vjetarj,
-
korijen biljj^a. Ražlik^t£^^p^.rAtttrama, koje su svakodnevna pojava u našein klimatu.
izazivajuTokom dužeg vremena napukline ii stijenaina. Stijene su inače građene od više komponenti, koje se razdvajaju i pucaju zbog naprezanja, koje uzrokuju razlike u zagrijavanju i hlađenju, tj. dolazi do ¡stezanja i skupljanja stijene. U pustinjskoj klimi (bez vegetacije) ovo ima još veći značaj, jer su razlike u dnevnoj i noćnoj temperaturi i do 70 °C, dok kod nas ove razlike mogu dostići 40-50 °C. Fizičko raspadanje može biti i kao posljedica slabe provodljivosti toplote koja iznosi svega 3 cm/sahat. Većim zagrijavanjem danju površinski slojevi se šire više od drugih, dok se noćnim hlađenjem brže hlade, smanjuje mu se zapreinina, zbog čega se javljaju veitikalne pukotine. Proces trošenja stijena kao posljedica razlika u temperaturi je više izražen, ukoliko je stijena sastavljena iz više različitih minerala, koji po svoin karakteru mogu biti manje ili više otporni na ovaj faktor.
Led,se stvara u šupljinama stijena, jer je tu prethodno nakupljena voda. Smrzavanjem voda prelazi u led koji ima veću zapreminu i vršeći veliki pritisak na 58 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla stjenke, pri čemu se stijene usitnjavaju na blokove ali i u najsitnije čestice. Poznato je-da se pi-ilikom smrzavanja vode povećava volumen za oko 9 %. Voda ako se nađe u pukotinama i pretvori se u led, uzrokuje pritisak i do 2.200 kg/cm". Djelovanje leda sc ogleda i u tome. što on u obliku ledenjaka krećući se sa viših položaja prema nižim (dolini) u sloju dodira ledenjaka i stijena, dovodi do trošenja stijena. Djelovanje leda je utoliko jače ukoliko je volumen pora u stijeni veći i ukoliko su pore punije sa vodom. Voda - djeluje mehanički, nošenjem kamenja, pri čemu dolazi do njegovog trošenja. Usim toga, voda prolazeći kroz kapilare vrši njihovo proširenje i uzrokuje pucanje i usitnjavanje stijene. Kapilarna voda, je karakteristična za tropsko područje, gdje se izmjenjuju dugotrajni sušni i kišni periodi. Voda se kreće kapilarno, pri čemu se uslijed kapilarnog penjanja šire kapilari što izaziva prskanje stijena. Kristalizacija soli - u kapilarama stijena nalaze se rastvori raznih soli. Nakon isparavanja vode^dolazi do kristalizacije soli, što dovodi do povećanja volumena i pritiska, odnosno pucanja stijena. Takode, ovi kristali soli primanjem vode (hidratacija) povećavaju volumen, a time i pritisak, koji može da iznosi i preko 1.000 kg na cm^ Ovo dolazi do većeg izražaja samo u aridnim područjima. Vjetar - je od naročitog značaja na većim nadmorskim visinama, te u pustinjanTa."Vjetar noseći u sebi sitne čestice udara po stijenama i dovodi do postepenog njihovog trošenja. U pustinjskoj klimi ovo je najvažniji način trošenja stijena, a zatim prenošenja istrošenog materijala. Biljke - takode djeluju kao vrlo značajan faktor fizičkog trošenja stijena. Korijen,"koji se nalazi u pukotini stijene raste i povećava svoje dimenzije i izaziva veoma velike pritiske u stijeni. Geolog Ljingizračunao da ovi pritisci mogu biti veoma visoki. Tako jedan korijen dužine 1 m i proinjera 10 cm može podići masu težine 30.000 - 50.000 kg. Pritisci iznose oko 10-15 kg na cm". 3.4.2. Hemijsko raspadanje ili dekompozicija Hemijsko raspadanje je proces koji dovodi do duboke promjene minerala, u kome se oni i hemijski mijenjaju. Ovi procesi dovode do nastajanja potpuno novih produkata. Najznačajniji agens hemijskog raspadanja je voda, koja djeluje kao rastvarač i hidrolitički. Hemijsko raspadanje je ovisno od temperature, U.tropima, sa obiljem
padavina ovo trošenje dostiže svoj maksimum. Kako temperatura i padavine utiču na dubinu regolita vidi se na slici 9. Hemijsko trošenje obuhvata niz procesa i promjena, a koji se mogu dogoditi na jedan od slijedećih načina: 59 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla rastvaranjem, liTdrat^jjom, ' liidroljzom. oksidacijom.: 0 1 0 ?2 0 m o C3 T0 l c S4 D0 Q 5 0 6 0 Region Artika Umjereni region (pojas) Tropski region (pojas) .L■
^ Aridna klima . —r--" - T— ----
Humid
. 1------ - —1
na kuma
.. _____ y Čvrsta sTiiena
------------- i -----; ------ --
-'r 7 —!
T'-U
~,,T
•" •■• — ....r"^ .. -'T • • T -1-X
70
60
50
Prema sjevernom polu ^^40
30
2
BiH Sjeverna geografska širina 10 0 Ekvator Slika 9. Ilustracija uticaja dva klimatska faktora (temperature i padavina) na proces trošenja stijene iskazanog u vidu dubine regolita, Brady (1990) 3.4.2.1. Rastvaranje Pošto su magmatski minerali po hemijskom sastavu soli alkalnih i zemnoalkalnih metala sa aluino-fero-silicijumovom kiselinom, njihovim rastvaranjem nastaju proste soli Ca, Mg, K, Na i hidroksidi Si, Al, Fe u ionskom ili koloidnom stanju. Dio Si, Al i Fe se ponovo spaja dajući minerale gline, a višak ovih elemenata koji ne ulaze u sekundarnu sintezu, ostaje u obliku manje ili više hidratisanih oksida. Ti hidratisani oksidi su sekundarni minerali koji ulaze u sastav sedimentnih stijena i to na način da iz Si - oksida nastaju opal i sekundarni kvare, iz Al - oksida hidragilit i džipsit, a iz Fe - oksida getit i hematit. Vode u prirodi nisu sasvim čiste već u sebi nose razne kiseline, baze i soli, što ubrzava proces rastvaranja. Najlakše se rastvaraju: -
hloridi alkalnih metala, zatim
-
nitrati i hloridi zemhoalkalnih elemenata,
-
teže jedinjenja kalcijuma i magnezijuma i
-
najteže silikati.
60 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla U jednom litru čiste vode rastvara se 360 g NaCI-a. 2,5 g CaSOj x 2H:0, a CaCOi samo 0,003 grama te neznatne količine alumosilikata. Rastvaranje se povećava sa temperaturom te prisustvom CO, i 0: u \'odi. Rastvaranjem krečnjak se prevodi u laliko rastvorljivi bikarbonat.
CaCO., + H:0 + CO: ^ Ca(HCO:,): (bikiirboiiarj Ovaj bikarbonai nije stabilan i ponovo se viaća u karbonal. stvar-ajući slalaktitc i stalagmite, bigar, kaleitske žice i konkrecije u stijenama. Bikarbonat je u vodi rastvorljiv i gubi se ispiranjem, a od nerastvorenog zaostalog ostatka obrazuje se tlo. Karakter i količina tla zavisit će od toga šta se kao nekai'bonatna primjesa nalazi u krečnjaku. Od silikata najlakše se rastvara, fajalit koji može pod dejstvom vode i CO: preći u Fe karbonat. Fe:SiOj + nH:0 + CO: =f 2FeC0:, + SiO, + H:0 fajiilil siilcrit 3.4.2.2. Hidratacija Hidratacija predstavlja ulazak molekula vode u hemijski sastav minerala. Ioni na površini kristala raspolažu slobodnim privlačnim silama, dok su atomi u kristalu neutralni. Zbog toga vodni molekul kao dipol (0-negativan i H-pozitivan) bude privučen od strane površinskih iona. Tako se stvara vodni molekul koji izoluje pojedine ione na površini kristala, što je naročito izraženo na ivicama i rogljima, a vremenom se proširuje na ostali dio kristala. Proces je brži ako je stijena više usitnjena, jer se povećava specifična površina. Na ovaj način mineral mijenja svoj hemijski sastav i izvjesne fizičke osobine, kao što je slučaj sa prelaskom hematita u limonit dodavanjem vode. Fe:0, + xH20 ^ Fe,0., • xH:0 liematit
limonit
Takode anhidrit prelazi u gips vezivanjem dva molekula vode i povećava zapreminu za 1/3. Ako hidratacija zahvati veće naslage anhidrita, dolazi do bubrenja i pritiska na okolne stijene, što dovodi do pucanja i mehaničkog trošenja istih. CaS04 + nH:0 ^ CaSOj ■ 2H:0 anliiilrit
gip.s
61 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla 3.4.2.3. Hidroliza To je najvažniji oblik hemijskog raspadanja, a u ovome procesu voda djeluje u disociranom obliku. Voda u prirodi je veoma slabo disocirana (tek 18 grama u 10 miliona litara, ili 10"' gekv/1, što praktično znači da u 10 miliona litara vode (čiste hemijske) ima jedan gram H"" i 17 g 0H~). Međutim, ogromne količine vode i vrijeme omogućuju pojavu hidrolitičkog raspadanja. Vodonikovi ioni (ir) se odlikuju vanrednom energijom pokretljivosti i u početku istiskuju katione s površine molekularne mreže minerala (K, Na, Ca, Mg i dr.) i zauzimaju njihovo mjesto.
Na mjesto jeđnovalentnog metala dolazi jedan vodikov ion, a na mjesto dvovalentnog dva vodikova iona. Proces se nastavlja prema unutrašnjosti minerala. Procesom hidrolize objašnjava se i pretvaranje primarnih silikata i alumosilikata u sekundarne. Najjednostavniji primjer je hidroliza Na-silikata: Na.SiO.-, + 2H0H = H^SiO, + 2NaOH Metasilicijumova kiselina se dalje razlaže na vodu i SiO, koji se taloži: HjSiO;, H2O + SiO, - koji se taloži Kod složenijih silikata i alumosilikata hidroliza je složenija. -
Vodonik (H"^) najlakše istiskuje jednovalentne metale K i Na koje odlaze u
rastvor; -
Zemnoalkalne baze Ca i Mg teže prelaze u rastvor;
-
Metali Fe i Mn izdvajaju se u vidu rastvorenih hidroksida, dok
-
Al i Si obrazuju nerastvoreni koloidni ostatak.
Proces hidrolitičkog ti-ošenja minerala oiloklasa (K-alumosilikata) može se vidjeti tz slijedeće opšte formule, iako će se ovaj proces prikazati i fazno. KAlSijOg + HOH = HAlSijOg + KOH Prva faza - u kojoj H ioni potiskuju K ione izoitoklasa, jer jetrovalentni Al jače vezan od jeđnovalentnog K. Kalijum se vezuje sa OH ionima i daje KOH. Ova se faza u hidrolizi feldspata naziva dealkalizacija. K,0 • AhOj • öSiO: + 2H0H = H,0 ■ ANOJ ■ 6SiO, + 2KOH Druga faza - faza hidrolize u kojoj se izdvaja jedan dio SiO, pa se ova faza naziva desilikatizacija. 62 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla H:0 • AlA, • 6SiO: + HOH = AhO, ■ 2Si02 ■ 2H:0 + 4SiOz Treća faza - iz ostalog dijela alumosilikata (AbO, • 2SiO: • 2H:0) obrazuje se novo jeduijenje kaolinit AlSi:0,.(0H), te se prema završnom procesu naziva kaolinizacija. Hidroliza teče brže na višoj temperaturi (disocijacija vode je tn puta veća na 30 °C nego na 10 °C), što je razlog da u tropskim oblastima proces hidrolitičkoi; raspadanja teče brže. U prisustvu CO: izdvojene baze vezuju se za CO: i prelaze u karbonate. Tako npr. hidrolizom feromagnezijumovih silikata nastaje serpentin; (Mg,Fe)Si04 + 2H:0 = H4Mg,Si209 + SiO: + 3FeO serpentin Željezni oksid (FeO) daljom oksidacijom prelazi u limonit;
4FeO + O: = IFejO.i (limonit). a u prisustvu CO: hidroliza teče na slijedeći način:. 2Mg:Si04 + 2H:0 + CO: = H4Mg,Si:09 + MgCO., (Mg-karbonat) serpentin Slično se i-aspadaju i ostali silikati i alumosilikati, tako da najveća masa sekundarnih silikata i alumosilikata nastaje hidrotermalnim putem. Proces hidrolize složenih silikata i alumosilikata kroz navedene primjere jasno objašnjava nastanak sekundarnih minerala kaolinita i serpentina. Strukturne razlike izgleda primarnog i sekundarnog minerala do danas jos nisu poznate. 3.4.2.4. Oksidacija Oksidacija ima manji značaj od prethodnih oblika raspadanja minerala, pošto je većina minerala koji ulaze u sastav Zemljine kore potpuno oksidu'ana. Njoj pretežno podliježu oni minerali koji sadrže Fe u obliku fero spojeva ,li nize oksidirana jedinjenja Mn. Tako svi prinaarni ferosilikati prelaze pn raspadanju prvo u limonit i izdvaja se SiO:. Karbonat željeza (siderit) oksidacijom prelazi u hematit, a ovaj u prisustvu vode takode u limonit; 4FeC0, + xH:0 + O: = 2Fe,03 • vHjO + 4C0: .siderit
li"ionit
63 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla ili kod transformacija pirita u limonit, prvo nastaju sulfat željeza i sumporna kiselina, a zatim sulfat željeza hidratacijom i oksidacijom prelazi u limonit; FeS: + 70 + H:0 = Fe.SO^ + H^SOj GFeS04 + 30 + H:0 = 2Fe:(S04)3 + FciO., • .vH^O liuinnii Oksidacijom željezni ion Fe'"^ oblika prelazi u Fe"^ oblik, pri čemu se u kristalnoj rešetci javlja višak naboja. Da bi se uspoila\'iia lamuleža u clckn ičiiom naboju sistema rešetke, otpušta se ekvivalentna količina kationa koji se labavije drže ili su već procesom hidratacije oslabljeni. Zato se kristalne rešetke u ovakvim slučajevima raspadaju isto kao i pri hidrolizi. Prelazak fero u feri oblik željeza praćen je i promjenom boje iz tamno zelene u hrđastu do crvenkastu, što je sigui'an znak oksidacionog raspadanja. 3.4.2.5. Biološko trošenje Biološko trošenje je trošenje litosfere gdje sudjeluje energija biosfere, tj. niže i više biljke, kao i životinje. Ovo trošenje je najintenzivnije i ono predstavlja pojačaMQ_.fračl(o i hemijsko trošenje. Tako korijen ima značajnu ulogu što svojim širenjem dostiže veoma veliki pritisak (10-15 kg/cm") a_ pored toga potpomaže i hemijsko trošenje; stijena. Uloga
organizma se nastavlja i nakon njihove sinrti, gdje se procesima razgradnje organske materije, stvaraju razne organske i anorganske kiseliiie, j
S/iki/ 10. Zona peridotita - Konjith kod Kladnja: Trošenje je rezuHat zajedničkog djelovanja fizičkih, hemijskih i bioloških procesa. (Folo: Goković. 1999). U procesu trošenja litosfere nastaje različiti materijal (slika 10), različitog stepena usitnjenosti. Ukoliko dominiraju faktori fizičkog trošenja, prevladavaju krupnije čestice. Kod hemijskog trošenja stijena dolazi do stvaranja sitnih čestica, sa dimenzijama koje su mikronskog reda veličine. Životinje takođe, imaju svoju ulogu u raspadanju, tako npr. školjke djeluju biohemijski i mehanički, (buše stijene pomoću kiseline koju luče
i urse
nastanjuju). Rupe u lesu buše ptice i sitni sisari, a kopitari svojim kretanjem.preko mekših podloga, doprinose njihovom raspadanju.
Čovjek primjenom mehanizacije otvara kamenolome, gradi puteve, građevine, otkopava zemlju radi eksploatacije ruda i sk, što sve ubrzava pi'oces raspadanja stijena i minerala. Kao rezultat istovremenog djelovanja fizičkih, hemijskih i bioloških faktora stijene i minerali prevode se u trošinu. koja posjeduje nova svojstva. Za razliku od nepropusnih stijena, trošina se karakteriše poroziiošćii i propusnošću za vodu i sposobnošću za držanje vode, dobiva ogromnu površinu i stiče svojstva adsorpcije. Nastala rastresita masa sadrži i važnije elemente mineralne ishrane biljaka, kao na primjer fosfor, koji se oslobađa iz litosfere. U svojstvima adsorpcije važnu ulogu imaju sekundarni minerali, kao što su kaolinit, montmorilonit i dr. 65 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla Na taj način, pod uticajem trošenja, litosfera postepeno prelazi u trošinu, koja je obogaćena česticama gline, posjeduje svojstva retencije vlage, postaje propusna za vodu . i zrak,, posjeduje adsorpciona svojstva. Posebno dolazi do nakupljanja azota pod uticajem biljaka i trošina stiče novo svojstvo - to je plodnost. 3.4.3. Prenošenje produkata raspadanja _ ProduktLtasE^aoja. obra^^ u prvoj fazi mogu se prenositi do mjesta . taloženja. .pu.t.em,;...y,ad,e,...lMa,,..i..vjetra, ,l^enosna snag,a^ b (glečera) je toliko velika-^da-mogu-prenositi i najkrupnije blokove stijena. Vjetar transportuje najsitnije Č£Stic.e^ali_Je .njeg specifičnost u tome što djeluje nasuprot gravitacije, pri čemu sitne čestice diže u visinu i sortira ih na određenoj udaljenosti po veličihi,^ Sortiranje uz zaobljavanje je karakteristično i za prenos produkata raspadanja vodom. Istrošeni materijal u vodi se prenosi kotrljanjem po dnu vodotoka i taložj uz rije;čne vodotoke, ili putem rastvora i suspenzije, pri čemu se taloženje_.vrši--u -moriiua_Jli jezeriiTi^a. Morski ili jezerski valovi troše obalu i tako odrLOSfi, sitniji matejijal dalje,.a krupniji ostaje uz obalu, dok morske struje zbog manje snage prenose uglavnom materijal u vidu rastvora i suspenzije. - Kako'ie različite vrste sedimentnog materijala formiraju, transportuju i talože vidi se na šematskom prikazu, slika 11. Predmeti raspadanja taloženjem nalaze se, kao što je već naglašeno, u vidu; krupnijih odlomaka, u vidu suspenzije i u vidu rastvora. Na mjestima gdje prenosna snaga opada vrši se taloženje. Kod leđnika (glečera) najkrupniji se materijali talože u podnožju, dok voda odnosi sitniji materijal.
Taloženje u jezerima Stijene i minerali
Rezidualni malični supstrat ■ Jezerski Aluvijalni (fluvijalni) Morski llovasto-pjeskovite morene (morenski) Odneseni - (sprani) Jezerski Aluvijalni Morski Eolski Slika 11. Sedimenti formirani na mjestu i putem transporta na neki od navedenih načina 66 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla Taloženje siispendovanih čestica slabije.se vrši u tekućoj, a više u mirnoj vod,, dok b,-2,na taloženja zavisi od veličine zrna, specifič,ie gustine i oblika cest,ce. _ Talože,ije pješčanih čestica u z.-aki, je 30-50 puta brže nego i, vodi lalozenje kolo,da , pravih rastvo,-a vrši se-koagulacijom.u blizini ušća rijeka i u p,,Obalnoj zon, (koagulacija je proces miješanja uz prisustvo elekt.'olita, p,-i čemu koncentracija elekt,-olita mora da piede minimalnu količinu). ^ Taloženje iz pravih ili ionskih rastvora zavisi od koncentracije materijala u vuunoir, rastvoiu, obavija se u zasićenom, ocinosao presićenom rastvoru, a zavis, od reakcije (pH) i oksido-redukcionog potencijala (Eh), od sadržaja CO, hemijskog sastava rastvorenih soli u vodi kao i od pritiska i temperature. ^ Preneseni materijal se na mjestu stabilizira i veže na jedan od slijedećih načina; Dijageneza - je očvršćenje nataloženog materijala. Očvršćenje se vrši prekristalizacjom, cementacijom ili samo zbijanjem sastavnih čestica. Kod prekristalizacije značajni su pritisak i temperatura, a najviše podliježu sitnozrne naslage od istovrsnih materijala, kao što su silicijske, Karbonatne stijene i naslage soli. Cemeiitaciju izazivaju uglavnom cedentne materije koje mogu biti silicijske karbonatne, gvoždevite i glinovite, koje opet sa svoje strane značajno liticu na fizičke osobine samih stijena.
"
Očvršćivanje zbijanjem najviše je zastupljeno kod glinovitih stijena kojom prilikom se oslobađa voda. 3.5. Minerali gline 3.5.1. Porijeklo i građa minerala gline Minerali gline su sekundarni minerali koji su nastali kao rezultat promjena piimarnih minerala (primarni minerali su porijeklom iz litosfere). S obzirom'na njihovo porijeklo to su sekundarni minerali nastali najčešće u procesu stvaranja pedosfere , uglavnom su kristali alumosilikata. Zovu se još i zemljišni minerali Om imaju važnu ulogu u tlu, utičući na njegova hemijska, fizičko-hemijska i tizicka svojstva. Vec je objašnjen nastanak sekundarnih silikata i alumosilikata hidrotermalnim putem u procesu hidrolize. Međutim, proces nastanka sekundarnih minerala gline može se bolje objasniti putem: -
koloidne i
-
ionske teorije.
67 Porijeklo i priroda mineralnog dijela tla Po koloidnoj teoriji .- u . prvoj faz,. ob,:az.,u se f transformacija ide po slijedećoj semi. MuskovU
Hulronuiskovir ^ 'l'>
Biotit
Hidrobtom
MouUnonlonH
Venmkiuit
a,uDe silikata i alumosilikata najlakše se raspadaju oni koji prvi ,nstaliz!:^?::^ai e^livini, Ca-plagioklasi) dok su alkalni feldspati otpormj,. Minerali gline su grupa srodnih minerala po načinu posta"'^^ J ^sz ................................................................. ........... ...„po,,,. Njihova identifikacija je moguća: -
hemijskim metodama,
-
rendgenskim putem i
-
termičkim ispitivanjem. „,i„e,.,i siuci,,,. ^vez^e
rrr reis-';» ■
" Srr:,,. ».„i, S.
siliciju,»om. gdje tetraedar i„,a višak od cetl.-l n.gat.vna „aboja. 68 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla
Silicijum (3 Kiseonik
Aluminijum ili magnezijum o Kiseonik iii hidroksid SUka ¡2. Šenialski prikaz a)
tetraedar
b)
oktaedar Preko nastalog viška naboja, dva susjedna tetraedra mogu se povezati tako, da
imaju zajednički kiseonik, ili da naboj bude kompenzovan vezivanjem bazičnih kationa. S druge strane aluminijum povezuje šest kiseonikovih atoma ili OH' iona u obliku oktaedra (oktaedarska koordinacija), slika 12b. Radijus aluminijuma je takav da može da izgrađuje i tetraedre i oktaedre, što praktično znači da on može zainijeniti silicijum u tetraedru. Ovakva vrsta zamjene iotia u kristalnoj rešetki sa ionom sličnog radijusa naziva se izomorfnom zamjenom. Prema Lovghananu et al. (1969), radijus pojedinih iona u nanoinetrima (nm") iznosi: -silicijuma (Si'*-") - silicijuma (Si**") - aluminijuma (Al''"^) - željeza (Fe'"") - magnezijuma (Mg'"^) - željeza (Fe""^) 0.039 - cinka (Zn"-")
0,074
0.042 - natrijuma (Na"")0,098 0,051 - kalcijuma (Ca-^)0,099 0,064 - kalijuma (K^) 0.133 0.066 - kiseonika (0-") 0,142
0,074 - hidroksida (OH")0,155 Kiseonik je među najvećim ionima (0,142 nm) i praktično određuje strukturu većine minerala, dok se ostali ioni nalaze u međuprostorima kiseonične rešetke. 1 nm= 10"' m 69 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla 3.5.2. Svojstva alumo-silikaUiih minerala gline Ross (1928) je ustanovio da glina ima kristalnu građu, dok se ranije smatralo da je ona amorfna. Međutiin, zbog malih dimenzija kristala (< 2 mikrometra) i različite orijentacije kristalića u masi, dobiva se utisak amorfnosti ovih materijala. Glina spada u frakciju tla. koja pokazuje koloidna svojstva, tj. svojstva inaterije sa velikom površinom na kojoj se vrše procesi adsorpcije i supstitucije iona I molekula iz rastvora. Ovi minerali gline se nalaze u frakciji gline, tj. frakciji koja je manja od dva mikrona. Minerali gline su izgrađeni uglavnom iz kiseonika, silicijuma i alumijuma. Hemijski sasiav gline zavisi od odnosa SiOn: RiO.,. U jednom slučaju glina će imati više SiOi, dakle acidoidnu grupu, a u drugotn više R^O, (seskvioksida) bazoidnu grupu. U sastavu gline učestvuju razni minerali, ali ipak dominira jedan tip. Oni se mijenjaju sa proinjenom uslova i prelaze u druge tipove. . Minerali gline izgrađeni su u vidu slojeva (listića) ili lamela. Svaka lamela se sastoji iz tetraedra i oktaedra. Ako je građena od jednog tetraedra (Si04) i jednog oktaedra Al(OH).i kaže se da ima tip kristalne rešetke 1:1, to su dvoslojne gline; ukoliko je građena iz dva tetraedra i jednog oktaedra ima tip rešetke 2:1, to su troslojne gline. Šematski prikaz građevnih jedinica troslojnih glina prikazanje na slici 13.
O površina --------------Si površina /
\ Teltaediirska lamel^i O.OH površina ______ S AI.Mg površina \ OklaeiJsfska lamela O.OH površina S Si površina < Telraedarska lamela O površina 1 Adsorpcija kaliona i vode O površina^ -------------Si površina / \ Telraedarska lamela 0,0H površina - i--------- ^ Al,Mg površino \ Oktaedarska lamela O.OH površina f Si površina < Tetraedarska lamela O površina j ,„il r SUka 13. Građevina jedinice aliimosilikalnih glina (2:1) 70 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla Tetraedai'ski oblik se formira kada je mali atom silicijuma okružen sa četiri iciseonika. Oktaedarski oblik nastaje kada šest kiseonika ili OH grupa okruže veći atom, kao što je aluminijum ili magnezijum. U kristalima gline hiljade ovakvih tetraedara i oktaedara čine blokove, povezuju se i daju horizontalne površine Si, Al ili Mg iona. Ove se površine izmjenjuju sa površinama kiseonikovih atoma i hidroksilnih grupa. Silikatne površine zajedno sa kiseonikovim ili hidroksilnim čine tetraedai'ske lamele, a aluminijumove ili magnezijumove površine zajedno s kiseoničnim i hidroksilnim čine oktaedarske lamele. 3.5.3. Proces nastanka minerala gline U procesu hidrolitskog. troš.eaja primarnih minerala vodonikov ion zamjenjuje bazične. kaJioiiejj^Ivnstajiic^ re^^^^
radij uš iiiarijT,"!!"
i'ešetki ostaju prazni prostori i veza u cijeloj rešetki slabi. Ovaj primjer je 'prikazan kod stvaranja .kaolinita hidrolizom ortoklasa. ■ To uslovljava dalje raspadanje alumosilicijskog ostatka na metasilicijumovu kiselinu i aluminijum hidrO'kstdi-rto najprije u vidu ionskih rastvora. U tlu se ovi rastvori toliko polimerizuju da firelaze u koloidno stanje. Proces dalje može da teče u dva pravca i to; -
Ponovnog spajanj^a silicijuma i aluminijuma obrazujući minerale gline tj. sekundaVne'sinteze - ovaj se proces naziva argilogen^a.
-
Može doć-i.- do izostanka sinteze, ako zato iTe 'pošfojF'uslovi, što se označava kao destrukcija alumosilikatnog jezgra. Tip raspadanja pri kojem dolazi do sinteze gline, naziva (sijalitno) raspadanje, a
tip'rafpađanja pri kojem ne dolazi do sinteze minerala gline već nakupljanja pretežno slobodnih oksida željeza i aluminijuma, naziva se feralltnim raspadanjem. Kod liskunovitih minerala troslojne građe rešetke (2;I), kao i minerala gline već pri samoj dealkalizaciji, tj. gubitku K"" iona iz rešetke dolazi do' obrazovanja minerala gline. Ispiranjem K+ iona iz rešetke ovih minerala slabi interlamelarna veza (kalij se nalazi između čvrstih lamela), lamele se razmiču i tako nastaje mineral gline ilit. Ostaci silicijuma, aluminijuma i željeza ne učestvuju u sekundarnoj sintezi, već ostaju u obliku kada postepenom dehidratacijom i kristalizacijom mogu preći u sekundarne minerale, tj. hidratirane okside i okside Si, Al, Fe kao što su: opal, dijaspor, kvare, hidragilit, getit, hematit i drugi, što su ustvari krajnji produkti raspadanja. Pravci razvoja sekundarnih minerala gline zavise od klime i reakcije sredine. U kiseloj sredini u nedostatku baza, najviše se stvara kaolinit, a u prisustvu 71 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla Ca i Mg baza, te neutralnoj i alkalnoj sredini stvara se montrnorilonit, a u neutralnoj do umjereno kiseloj uz prisustvo dosta K. stvara se mineral ilit. Općenito na pravac i razvoj stvaranja minerala gline u najvećoj mjeri utiče reakcija sredine i sadržaj kationa u rastvoru. Samo se u pH području 4,7-8,1 u rastvoru nalaze SiCOHjiO' i AKOH),"^ koji se vežu u sekundarne alumosilikate - minerale gline. U uslovima pH reakcije sredine ispod 4,7 dobro disocira Al(OH)j zbog međusobnog afiniteta H"^ i OH'iona AI(OH):, + H" Al(OH)" + H AlOH"" + H" pri čemu se na svakom stupnju reakcije oslobađa po jedna molekula vode. Međutim, u takvim uslovima Si(0H)4 ostaje nedisociran, nema naboja te izostaje njegovo vezivanje sa AKOHjj. S druge strane u alkalnoj sredini, gdje pH iznad 8,1. oba hidroksida iinaju isti negativan naboj zbog čega se međusobno odbijaju A1(0H)3 + 0H"-^ A1(0H)2" + 0H"-^ AlOH"" + OH" Af"" Si(0H)4 + OiT Si(0H)3" + OH" SKOH):""...
uz oslobađanje jedne molekule vode na svakom stepenu prikazane reakcije. Prema tome, reakcije na desnoj strani jednačine odvijaju se samo u ekstremno kiselim ili alkalniin uslovima. Pored pH reakcije sredine klima može do te mjere modificirati uslove transformacije, da se iz istih izvornih minerala obrazuju različiti minerali gline, ili se minerali gline uopće ne obrazuju. Ovaj međuzavisni uticaj faktora obrazovanja minerala gline iz alumosilikata dat je na slici 14, prema Buckinan-Brady, (1964) i Ćirić, (1991). Iz šeme se vidi da topla i vlažna klima doprinosi stvaranju oksida Fe i Al, bržem ispiranju baza, stvaranju kaolinita, a sporo ispiranje baza i prisustvo Mg u zoni raspadanja stvaranju inontmorilonita. Gubitkom kationa, naročito kalijuma i magnezijuma, alumosilikati kao primarni minerali prelaze iz jedne forme u drugu do krajnjeg oblika raspadanja, kao što su Fe i Al oksidi. Tako muskovit i liskuni gubitkom K"^ uz molekulu H2O prelaze u ilit, a daljim gubitkom kalijutna ilit prelazi u vennikulit ili montmorilonit i td. 72 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla MIKR OKLIN s ORTO : KLAS o i 1 MUSK OVIT ir LISKU t
NI
o 2 2 BIOTIT z > < UNa.Ca SFFi n<;PA Ti
AUGIT c HORN 2 BLEN DA TOPLA I VLAZM KLIMA BRZO ISPIRANJE BAZA \ MNOGO Ma U ZONI RASPADANJA s-K,, -
-K
\
VERMIKLILIT I—*) MONTMORILONItI—4 -Mfl / / SPORO ISPIRANJE BAZA
/ / BRZO ISPIRANJE BAZA \ TOPLA I VLAŽNA KLIMA
]—»j OKSIDI Fe i UVEĆANJE STEPENA RASPADANJA S/ika 14. Šcuuaskiprikaz u.slova obrazovanja mmerala gline prema Buckman-Brady (1964). Ćirić (¡991/ S druge strane mineral biotit gubitkom K" iona prelazi u halozit, a gubitkom Mg"" ovisno o uslovima može preći direktno u montmorilonit. vermikulit Hi ilit, s tim da biotit brzim gubitkom Mg'"" i K može odmah preći u ilit i td. 3.5.4. Glavne karakteristike osnovnih minerala gline Postoje razne klasifikacije minerala gline. Prema Robinsonu oni se di četiri grupe:
-
-
kaolinitska grupa - sa mineralima kaolinitom i haloizitom.
-
ilitna grupa - liskunoviti mineral gline.
montmorilonitna grupa - gdje dolaze montmorilonit, vermikulit. nontronit, smektit i -
hloritska grupa minerala.
3.5.4.1. Kaolinitska grupa
Ova grupa minerala ima karakterističan odnos lamela u rešetci I-1 (tetraedra SiO, i oktaedra AI(OH),, slika 15. Kao najvažniji mineral u ovoj grupi dolazi kaolinit. a pored njega i haloizit osnovne formule Al;(0H)4Si:05. Pored" ova dva u ovu grupu dolaze još i minerali dikit i nakit. 73 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla minei-ali se karakterišu tzv. neelastičnom strukturom, uslijed visokih si[a.A'ezanja.4zaiedu slojeva, te oni ne pokazuju nikakvo unutarkristalsko bubrenje. Prostor izme* uJajuei^iziTOsi okp2^ A, ili 0,72 nni (nm = nanometai' = Kf' m). Veza silikatmh slojeva vrši se preko električnog privlačenja između OH- ioiTa _oktaedi;a i O-ipna.. susjednog tetraedra. Odnosi naboja u tetraedrima i oktaediim^ SLI ujednačeni, tako da ne postoji nikakva suvišna energija, a u meduslojevima nisu prisutni nikakvi kationi, što nije slučaj kod troslojnih liiineraia. gdje se na primjer kod ilita na oktaedarski sloj vežu dva tetraedarska sloja i K+ ion između lamela u rešetki, šli'kš 17. Kaolinit ima mali kapacitet adsorpcije (3-15 mekv/lOO g kaolinita. odnosno mvol H-iona), slabo prima vodu, te ne pokazuje svojstvo hidrofilnosti. ne bubri i ima malu ljepljivost. Kaolinit se obrazuje iz kiselih stijena, a može nastati ili raspadanjem silikatnih stijena, ili raspadanjem ilita i inontmorilonita. Naročito ga dosta ima u podzolastim tlima. Glavni sastojak kaolina, koji se često koristi kod izrade keramike. Kod halojzita razmak između silikatnih lamela je nešto veći i iznosi 0,7- 1,0 nm. pri čemu može bolje da veže vodu. oktaedarska lamela Rubna površina - el.naboj
tetraedarska lamela Vanjska površina i'l
j ■— lamela ili listić Si tetraedra
•I
lamela ili listić Ai oktaedra
I 2.8 A° = 0,72 nm ..:..... -.,—...... ,'' ; Međulamelarni prostor - fiksan
(Sorpcija na vanjskim "•¡1:,:,;,. -;^ :r I rubnim površinama)
■
S/ika 15. Građa kaolinita - kristalna jedinica 1:1 74 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla 3.5.4.2. Montmorilonitska grupa Ovdje dola.ze.jimtaioi:ilottii,. vermikulit. nontronit. smektit i ba.idejiijlp su tzv. iroslpjai^minera^^ tipa.rešetke 2:1,. sl'ika ..'16." Izomorfna zamjena je kod njih jako iziažena. Razmak između lamela iznosi 9,6 - .30 A (10-20 nm). IV^ntmorilonit pokaztije bubrenje ■ zbog rešetke koja je elastična. Kapacitet adsorpcije montmorilonita iznosi 6() do 160 mekv/100 g tla. odnosno mvol H-iona. On nastaje iz bazičnih stijena koje su bogate bazama, a obrazuje se" ili metamorfozom liskunovih minerala, ili sintezom produkata raspadanja liskunovitih i neliskunovitih minerala. Montmorilonita ima dosta u tlu smonica. Vrlo sličan mineral montmorilonitu, a koji bolje objašnjava karakteristike ove grupe, je smektit. Smektit se karakteriše manjim nabojem slojeva, kod kojeg dolazi do., "unjedravanja" vodnih molekula i hidratacije izmjenljivih kationa u meduslojevima. Pri ovome dolazi do bubrenja i povećanja baznih rastojanja od 1,8 nm na više ođ 2 nm, gdje se dodavanjem K"" iona proces bubrenja zaustavlja. U interlamelarnom prostoru veže molekulu vode i različite katione. Micelu smektita čine d\ ije lamele koje su građene 2:1 (dva tetraedra i jedan okiaedar između). Uslijed smanjenja naboja, slojevi smektita sadrže više vode i više se šire nego vermikulit. Smektit zasićen sa Ca i Mg. veže postepeno slojeve vode. debljine čak i do 0,25 nm. tako da se međusobno rastojanje može povećati i do 2 nm, Vertisoli su naročito bogati u smektitu i poznati su po izraženom hvibrenjij. dodavanjem vode. Forme bogate sa Mg"^ u dktaeđarskom naboju, nazivaju se mpntmoriloniti. Međutim, forme bogate sa Al'"" i to pretežno u tetraedarskom naboju, nalaze se u bajđelitu, Nontronit je karakterističan po prisustvu Fe" ti tetraedru. Smektit ima 2(M0 puta veći kapacitet adsorpcije nego kaolinit. Iz ilita nastaje vermikulit. On nastaje kada dođe do dalje izmjene kationa kod kojih je bazično rastojanje lamela prošireno na 1,4 nm. Daljim dodavanjem K, npr. gnojenjem, vermikulit se ponovo kontrahuje na bazno rastojanje od oko 1 nm. Kroz ovakvu fiksaciju kalijuma njegova pristupačnost za biljke se može u tlima bogatim vennikulitom znatno smanjiti. Mineral vermikulit u troslojnoj rešetci ima jelJan sloj Mg"" iona, koji sa obje strane povezuje po jedan sloj molekula vode. slabije bubri od montmorilonita, a po adsorpcionim svojstvima se ne razlikuje od ostalih minerala iz ove grupe. Uglavnom
nastaje iz biotita i zato ima jače izraženu izomorfnu zamjenu Si""" iona u tetraedarskom sloju Al'"" ionima. Venpikulit se skuplja dodavanjem kalijuma uslijed njegovog visokog naboja. Pri rastojanju slojeva od 1 nm, prelazi u ilit. Vermikulit ima osobinu da ekspandira a i nešto bubri. Dobro veže molekule vode, magnezijum i druge ione. 75 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla Mineral non.tro.nit. je bogat željezom, a ono se nalazi umjesto Al u oktae^arskoj poziciji. Obrazuje se iz feromagnezijskili silikata siromašnih u aluminijulrnrraMa išTa-osnovna-svojstva'kao i
—: --------------------------------- '— Međulamelarni prostor ________________________ ----- (Ekspandira) Siika 16. Građa montmoriionita ~ kristalna jedinica 2:1 građa 3.5.4.3. Hitska gruM Ilitska grupa •mineraia- je' sHena liskunu, od- koga se taz.likuje manjim sadt;žajem: kalijuma. i većim sadržajem vode^ Obrazuje se raspadanjem feldspata i drugih neliskunovitih minerala ili metamorfozom liskuna. ei:edstaynik_ove_grupe je 76 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla mineral Uit. U ovu grupu spada i mineral glaukpnit. To su troslojni minerali tipa 'rešetke 2:1. Ilit ima veliki značaj u dinamici kalijuma u tlu i predstavlja rezervoar kajijuma u tlu. .Kapacitet adsorpcije mu iznosi KMO mekv, a interlamelarno rastojanje je oko 3,5 A/(0,9 nm), slika 17.
^
^ + Međulamelarni
K NHa K prostor
1 _ Međulamelarni prostor (Približna dimenzija K*iona) ^fczzzEziizzjl Siika 17. Građa ilita ~ kristalna jedinica 2:1 građe Po svjyini.svojstvima kaolinita i montmoriionita. Pokazuje^vojstva plastičnosti i ljepljivosti.
' ......... '
77 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla Tlil se obruz.ujc vi primarnih minerala koji su bogati kalijumom (muskovit. kiseli feldspati) u slabo kjsejpj .do.. slabo bazičnoj reakciji. Gubitkom K^ iona prelazi u montmorilonit. Inta ga dosta u pseudogleju (Stagaic luvisol) i pelosolu. Pokazuje sličnu strukturu kao liskuni (liskunoviti biotit i muskovit), iz kojih i nastaje. Zj\ lazliku od liskuna iliti pokazuju manji naboj slojeva, manji sadržaj kalijuma i povećani sadržaj vode. Pri sadržaju 5-6% K2O muskovit pi'elazi u ilit, a daljim gubitkom (ispiranjem) kalijuma ilit prelazi u montmorilonit, koji se karaktei'iše jačom tetraedarskom izomorfnom zamjenom, dok je za montmorilonite kai'aklerističiia oktaedarska izomorfna zamjena. Hiti nastaju takode, od smektita koji u sebe ugrađuju kalijum tokom dijageneze i sedimentacije. Ovaj se proces odvija postepeno. Kristali ilita se često sastoje samo iz 10-30 silikatnih listića, čija je debljina od 0,1-0,3 ¡.tm. GJaukoiutje slj^čaiiilitu,,.ali.j.e_.ol3ojeii zeleno zbog.tpga što sadrži povećan sadržaj žejjeza^u^ ilita.
kao i manji sadržaj kalijuma, po čemu se i razlikuje od
3.5.4.4. Hloritska grupa minerala Glavni mineral ove gi'upe..je. Ijlorit, koji.se može javiti u nekoliko izomorfnih oblika,, a zapravo predstavlja hidratisane...silikate. Al, Mg...i. .Fe sa. promjenj i vi m udjelompojediaih, sastojaka u sebi. 1-lloriti imaju četveroslojnu kristalnu, rešetku 2:2 ili 2:1;1, (tetraedar - oktaedar -"tetraedar - oktaedar) u vidu brucita), gdje se između troslojnih lamela, uključuje sloj brucita . Mg3(.OH)6... Bogati su željezom, aluminijumom i magnezijumom. Mineral hlorit može se javiti u više izomorfnih oblika, tj. u sloju brucita. magnezijum može biti izomorfno zamijenjen Al i Fe ionima, pa taj sloj dobiva pozitivan naboj. Pozitivni sloj brucita povezuje negativne tro.slojne lamele na rastojanju od 0,14 nm i zato većina hlorita ne bubri. Hloriti imaju veliku adsorptivnu sposobnost kao i montmoriloniti, ali ne ekspandiraju i minimalno bubre. Rastojanje među susjednim lamelama je malo, svega 2,8 nm, tako da molekule vode s ionima ne mogu ući među njihove međulamelarne prostore. 3.5.5. Alofani Postpji..gruga alu.moM
frakciji gline koji nemaju krjstalnu građu.
On i se nazi vaj u.Alofani. Alofani su prenia tome,..amorfn.i..aJumpsilikatni geli različitog sastava. Oni imaju tetraedre i oktaedre, koji nisu poredani u slojevima, nego bez reda, jako su 78 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla dispeigovani i ¡majLi visok kapacitei adsorpcije. oko 70 iiiekv/lOO g. Adsorp.bLijLi katione i anione, a anionska adsorpcija je visoka uslijed velike specifične površme i visokog sadržaja akimiiiijiima. Zbog toga alolani fiksiraju velike količine Ibslata. Alofani povećavaju takode, vodopropusnost u tlu, što dovodi do velikog ispiranja, te su takva lla česlo neplodna.. Neki istraživači nazivaju ih -anorganski gel sistemi" (Kirkhani elal. 1966). Jer ih je teško česlo identificirati. S glinom se dobro vežu čineći zajedno s organskom materijom stabilan organo-mineralni kompleks. Alofani se javljaju u mlađim tlima kao nieđuprodukti ii procesu tvorbe gline, naročito na mlađim eruptivnim stijenama, kao što su vulkanski lufovi i pepeo. Karakteristični su za aiidosole. kojih ima u Japanu. Italiji. Čileu i dr. ^5^,_QJcsidi i liidi-oksidi Pored alofana u llu postoje amorfni oksidi i hidroksidi alutninijuma. gvozda i silicijuma. koji takođe ulaze u gline.. Većina ovih čestica Je električki neutralna i zbog toga imaju
mali ili nikakav kapacitet izmjene. Neki, na primjer koloidni geli reaguju sa organskim komponentama. Često oni oblažu alumosilikatne gline, i na taj način redukuju površinsku aktivnost glina, .lavljaju se posebno u tropskim područjima i tlima sa intenzivnim hemijskim raspadanjem. Mogu imati čak i amfolitoidan karakter, tJ, mijenjati naboj s promjenom pH reakcije sredine. U kiseloj sredini H"" ioni u rastvoru tla vežu OH' ione i daju pozitivan, a u alkalnoj se OH" ioni iz rastvora vežu sa H"" ionima i daju negativan naboj sredini. Fe(OH)., + H ^ FeiOH,)" + H:0; Fe(OH),, + OH" ^ FeiOH:)" + H.O kisela sredina
alkalua sredina
3.5.7. Opšta svojstva minerala gline i ekološki značaj Minerali gline se pretežno nalaze u frakciji gline u tlu. Ovisno o kojem mineralu gline se radi. tlo poprima svojstva plastičnosti, bubrenja, kontrakcije i sposobnosti da adsorbuju ione i molekule. Minerali gline pokazujti. slijedeće osobine; rzpjTTOlffiejzinJene,. - vanJske i-uMulrašnje površine, .-elastičnost strukture i —kontrakciju i bubrenje. 79 Porijeklo i priroda mineralnog dijela tla a)
Izomorfna izmjena
K.od minerala gline dolazi do izomorfne zamjene, tj. dolazi do međusobne zamjene pojedinih iona koji su iste veličine, bez obzira na njihovu valenciju. Na primjer, Al u oktaedru može biti jednim dijelom zamijenjen sa gvožđem, magnezijumom, manganom ili drugim kationima slične veličine. K.od izomorfne zamjene pozitivno nabijenih iona u većini slučajeva valencija je manja od normalno prisutnih iona, npr. Al je manje valentan od-Si. a Fe i Mg od Al. Ovo znači da neke negativne valencije kiseonika nisu zadovoljene i to daje negativni naboj ovim mineralima gline. Kao rezultat toga oni se ponašaju slično slabim kiselinama. Ovaj negativni naboj se neutrališe kationima rastvora tla po mehanizmu adsorpcije, koja ima neprocjenjiv značaj za tlo i biljku. b)
Vanjska i unutrašnja površina
Značajno svojstvo minerala gline je poznavanje njihove vanjske i unuti-ašnje površine. Pod vanjskom površinom se podrazumijeva površina sa kojom mineral gline kontaktira sa okolinom, odnosno okružujućim prostorom. Na ovu površinu se mogu vezati različiti ioni.
Unutrašnja površina označava prostor između lamela. Ukoliko je razmak između dvije susjedne lamele veći, tu postoji i veća mogućnost da se vežu pojedini ioni. Na taj način se povećava i kapacitet adsorpcije. Tako npr. montmorilonitna glina ima bolje razvijenu unutarnju površinu, dok kaolinitna glina to nema. c)
Elastičnost strukture minerala gline
Pod ovim še podrazumijeva sposobnost da se lamele mogu međusobno razmicati i primicati. Ukoliko je bolje izražena ta mogućnost, kaže se da mineral gline ima veću elastičnost (npr. montmorilonit), i obratno (kaolinit). d)
Kontrakcija i bubrenje
Ovo svojstvo je povezano sa elastičnošću minerala gline. U slučaju jače izražene elastičnosti, bolje su izraženi procesi bubrenja i kontrakcije. Tako primanjem vode, ovakvi minerali gline će jače bubriti, odnosno gubitkom vode dolazi do njihovog skupljanja. To je posljedica procesa međusobnog razmicanja i približavanja lamela. Dok hemijski sastav tla pokazuje ukupnu količinu nekog elementa u tlu, mineralni sastav pokazuje u kojem obliku se pojedini elementi nalaze, što je sa stanovišta ekološke promjene tla mnogo važnije. Hemijski sastav minerala gline varira značajno između pojedinih minerala, ali takode i dijelom kod istog tipa minerala, tabela 9. Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla Hemijski sastav (težinski %) minerala gline (Scheffer - Scliaclitscliabel, 1998) Tabela 9. Minerali SiO,
AljO, F,0:, TiO:
CaO MgO K,0
gline
Nao O
Kaolinit 45-48 38-40 0-0,2 0-0.3 -
-
Smektit 42-55 0-28
0-2,5 0-0.5 0-3
Ilit
0-30 0-0.5 0-3
50-56 18-31 2-5
Vermikul 33-37 7-18
0-0.8 0-2
3-12 0-0,6 0-2
-
-
4-7
0-1
20-28 0-1
0-1
12-34 0-1
0-1
1-4
it Hlorit
22-25 12-24 0-15 -
0-2
Minerali gline se mogu mijenjati u tlu sa njegovim razvojem, i prelaziti iz Jednog tipa u drugi. To je vrlo dinamičan sistem, zbog čega se rijetko javlja samo Jedna grupa ininerala gline. Ustanovljeno Je da su pojedini tipovi minerala vezani za pojedine tipove tla. Tako. na primjer, montmorilonit se nalazi u černozemu i smonici, kaolinit u podzolu (Podzols), ilit u pseudogleju (Stagnic luvisol), pelosolu, itd.
Prema Pallmanu aktivna površina može biti spoljašnja i unutrašnja. Spoljašnju aktivnu površinu ili ekstramieelarnu čini vanjska granica između disperzne faze i disperznog sredstva. Na spoljašnjoj površini reakcije teku vrlo brzo. Unutrašnja ili intermicelarna površina predstavlja međuprostore između pojedinih slojeva ili lamela kod minerala gline. Minerali gline, koji imaju spoljašnju i unutrašnju površinu, posjeduju i veći kapacitet adsorpcije i obratno. Montmorilonit npr., ima taj razmak od 9,6 do 30 A (angstrema, 1 A = 0,1 milimikron), a kada Je zasićen sa Na ionom ovo rastojanje može da iznosi i 30 A. Primarni minerali značajni su u tlu kao potencijalni izvor hranjivih materija. To se prije svega odnosi na tzv. teške minerale (S»,, > 2,68), čijim raspadanjem se oslobađaju Ca, Mg, K. i P ioni. Ove minerale najviše sadrže bazične i neutralne eruptivne stijene i ainfiboliti. Kvare, turmalin, cirkon i drugi rezistentni minerali su potencijalno siromašni, a tla na njima su oligotrofna tla. To su uglavnom tla na kvarcitu, kvarcnom pješčaru, mikašistu, filitu i td. Tla formirana na polimineralnim stijenama su ekološki povoljnija nego na monomineralnim. Tako su tla na serpentiiiima bogata magnezij u mom, a deficitarna kalijumom i kalcijumom. Ako se u tlu nagomila veća količina minerala gline (npr. više od 50% frakcije gline) ova frakcija izražava lošije osobine. Ovdje posebno treba znati da montmorilonit jako uvećava adsorptivno svojstvo, ali uslijed jakog 81 Porijeklo i priroda iiiiiieralnog dijela tla biibi'enja i konti-akcije oštećuje korijen biljaka, ima loša vodnorfizićka svojstva, a naročito vodopropusnost u vlažnom periodu. Kaolinit ima malu adsorpcionu sposobnost, pa biljka može da gladuje, dok se ilit po adsorpcionoj moći nalazi na sredini, malo bubri i bogat je kalijumom. Najpovoljnija je smjesa ilita i montmorilonita. Neke osnovne karakteiistike glavnih minerala gline i humusa date su u tabeli 10. Glavne osobine izdvojenih silikatnih minerala gline i humusa (Brady, 1990) Tabela 10. Vrijcdnosli Smekiii Vermikulit' Liskun Hlorit Kaolinit Humus Veličina
Grada
0.01-1.0 (diokiacdat (tinjac) 0.1-2.0 0.5-5.0 0.1-1.0 ski)
0.2-2.
0,1-.xO
0
lisia.slo laiijiia.sia - lislasla različit Heksag različit
dinspas lislasla
a
ut) Vaiij.ska
70-120 50-100
površina
oii- alni a kristal
70-10 70-100 lO-.-iO ■ 0
500-80
(m-Ze)
0
Uimuu'iija
.^.SO-6 .SOO-600 -
površina
50
-
-
1.4
0.7
(m'/iJ") N'kđulamclar 1.0-2,0 1.0-1.5
1.0
-
no rastojanic (nm)" Neto
80-120 100-180
1.^-40 15-40 2-5
negativni
2flO-7, SO
naboi (cmol/kg)"' ' ĆeSće se u il.ii nalazi dioklacchirski nego irioklaedarski vermikulil " Od vrha jednog do vi ha slijedećeg isuig sloja (Inm = 10"' in) Centimoli po kilogranui (1 emol = O.OJ mol), mjei'a za kapacilel izmjene kationa 82 Organska materija, luunus i organizmi n tln IV POGLAVLJE 4. ORGANSKA MATERIJA, HUMUS 1 ORGANIZMI U TLU 4.L Organska materija Kao komponenta čvrste faze lla. pored mineralne materije, dolazi organska materija tla. Organska materija je integralni dio svakog lla, i ona utiče na hzička i hemijska stanja tla u većem opsegu, nego što se to može zaključiti iz njene količine. Tlo se obogaćuje organskom materijom na dva načina: -
organskom materijom koja potiče od korijena biljaka, te pedofaune, i biljnim ostatcima koji ostaju na površini tla, kao i makroorganizmitna koji žive na
površini odredenog staništa. Organska materija u tlu nastaje ži\'olnim procesima biosfere, živih organizama, tj. ona je nastala kada je nastao život, te je prema tome ona mlada od mineralnog dijela. Mineralna materija je daleko stabilnija od organske.
Poljoprivrednici su odavno primijetili kako ogromno značenje ima organska materija, te su na osnovu tamnije boje tla (veći sadržaj humusa) označavali i veću vrijednost nekog lla. 4.LL Organska materija u šumskim tlima Ukupna fito masa u šumskim biocenozama umjerenog pojasa iznosi 300- 400 t/ha. Godišnji priliv organskih ostataka koji.otpadaju i dospijevaju u šumsko tlo iznosi 2-6 t/ha za umjerene klimatske oblasti, a u tropskim oblastiina 12-1.5 l/ha. Udio pojedinih biljnih dijelova u šumskom otpadu, za područje Finske (Viro, 1955) u % Tabela II. Vrsta drveća
tslice
Grančice
Plodovi
Bor
69
12
2
Snirča
72
13
5
Breza
72 ___________ 11 ________ z __
83 Organska materija, humus i organizmi u tlu Udio pojediniii biljnih dijelova u stvaranjii šumske prostirke je različit. Tako u bukovim šumama, udio lista je više od 90%. Lišće i iglice su najbogatiji, mineralnom materijom, što je veoma važno za intenzitet biološkog kruženja materije u šumskim biocenozama. Procentualni udio pojedinih biljnih dijelova u šumskom otpadu, dat je u tabeli 11. U hrastovim i grabovim šumama godišnje izumre jedna tona korijenovih dlačica, a u bukovim šumama u sloju do 50 cm, količina korijenovih dlačica koje izumiru iznosi 3-10 tona/ha godišnje, Ehvvald, (1956). Godišnje količine prostirke koja se u šumama nakuplja iznose: -
Borova šuma 2.000-3.000 kg/ha
-
Hrastova šuma 3.000^.000 kg/ha
-
Smrčeva šuma 4.000-7.000 kg/ha
-
Bukova šuma 2.500^.000 kg/ha.
Koliko klima utiče na količinu organske materije koja dospijeva na šumsko tlo i u tlo, vidi se iz podataka daje ona u vlažnom tropskom pojasu tri puta veća nego u umjerenom. Sličan odnos je i kad se radi o plodnom - bogatom i neplodnom - siromašnom tlu. Uticaj vegetacije na formiranje tla može se vidjeti uspoređenjem svojstava tla formiranog pod šumskom vegetacijom (slika 18a) i pod travnom vegetacijom (slika 18b). Sadržaj organske materije u zemljištima pod travnom vegetacijom je općenito veći nego u tlu pod šumom, posebno u potpovršinskim horizontima.
Veći sadržaj organske materije, tlu pod travnom vegetacijom, daje tamniju boju i veću mogućnost vezivanja vode i kationa u poređenju sa tlom pod šumom. Povećani sadržaj organske materije i prisustvo travne vegetacije doprinosi stabilnosti strukturnih agregata. Međutim, bez obzira na vremenski i prostorni priliv organske materije, mnogo važnije je vrijeme za koje mogu ovi ostaci u tlu da se razlože. Intenzitet razlaganja ovisi od klimatskih i hemijskih uslova sredine. Razlaganje odložene organske materije podliježe složenim procesima transformacije u kojima se huniifikacijom fonnira stabilna organska materija u vjdu humusa tla, a niiiieralizacijom se vrši potpuno razlaganje humusa do neorganskih jedinjenja, vode i CO2 uz oslobađanje biogenili elemenata pristupačnih za biljke u tlu. 84 Organska materija, humus i organizmi u tlu
- -- -
■'iip: - :'■' ■."•'.'■''•'"Zona maksimalnog ispiranja ;
Relativno ncrazložcna stijcna ' _ ^''¡t' "- ■ •• ' '• •'. Àliumulac/js ç?Jina i hidroksida ......................... Svfels ner3jlo2enJ stijena Dobro razvijen podzol
Relativno netazlozen lapoc Sx Svježe naslage lapora Dobro razvijen ćernozern S/ika 18. Uticaj vrste vegetacije (a - šuma, /; - trave) mi svojstva tla 4.1.2. Definicija organske materije i humusa tla Sve organske materije u tlu, bilo žive ili mrtve, svježe ili razložene, proste ili složene su dio organske materije tla. Ona uključuje biljno korijenje, rnikroorganizine i pedofaunu i bilo koju organsku koinponentu. Organski dio tla predstavlja složen sistem materija izrazito dinamičnog karaktera. Ovo je rezultat neprekidnog priliva organskih materija u tlu i njihove neprekidne transformacije. Jedan dio organskih inaterija se odmah mineralizuje.
85 Organska materija, humus i organizmi u. tlu dok se. drugi dio postepeno transforniiše i pretvara u novii specifičnu tvorevinu poznatu pod imenom humus. Humus Je specifična organska materija, tanine boje, nastala procesima humifikacije, tj. razgradnje izvorne organske materije hemijskim i mikrobiološkim putem i sinteze novih kompleksnih organskih materija. U širem smislu riječi pod humusom se smatra cjelokupna organska materija tla. odnosno svi izumrli ostaci biljaka i životinja u tlu. Humus nije nastao jednostavnom dekompozicijom prvobitne organske materije. Kao dokaz služi činjenica da dekompozicijom nastaju jednostavnija jedinjenja, a u humusu ima složenijih jedinjenja. nego što je izvorna organska materija. Humus je prenia tome dio organske materije tla. U hiimusu se ne može ni makroskopski ni mikroskopski raspoznati njegovo porijeklo. Humus je tamno obojena organska materija tla, koja ima prilično odredena hemijska i fizička svojstva i nije podložan brzoj dekompoziciji. Proces transformacije prvobitne organske materije, koji dovode do stvaranja humusa, naziva se proces humifikacije. Humizacija je proces obogaćivanja tla sa liumusom. 4.1.2.1. KoUčiiia i kvaHtet organske materije koja se vraća u tlo R^ličite_ poljoprivredne kulture u tlu ostavljaju različitu . količinu rezidualnih ostataka, a'iraročifo korijena (tabela 12). Količina organske materije koja se vrati u tlo u vidu korijena* Tabela 12. Biljka
Kg/ha suliog
Uvećanje ukupne svježe
korijena u sloju od
organske materije u % u
20 cm
sloju od 20 cm
l-godišnja trava 4.500 - 5.500
0.2-0.3
3-godišnja
0.3 - 0.5
6.500-9.500
trava Ozima pšenica 2.500
0,1
Jara pšenica
<0,1
1.450
Šećerna repa 550
<0,1
Krompir
280
<0,1
Crvena
2.200
0,1
djetelina Iz tabele se vidi koliko je značajno veći sadržaj organske materije koju u tlu ostavljaju trave u odnosu na druge poljoprivredne kulture iako Je i taj sadržaj " Prema Davies,etal.'. (1993). 86 Organska materija, humus i organizmi u tlu mali. čak i nakon tri godine, u odnosu na ukupnu količinu. Nakon razlaganja ovo uvećanje je još manje, šio ukazuje koliko je zahtjevna mjera uvećanja sadržaja organske materije u tlu. Kao primjer poredenja u odnosu na iznesene prethodne podatke navodimo da 25 tona stajnjaka sa farme sadrži 4.500 kg suhe materije koja prije dekompozicije (mincralizacije) uveća ukupni njen sadržaj 0,2% u sloju do 20 cm. Kod šumskih zemljišta, osim količine, veoma važan je i kvalitet prostn-ke. a naročito međusobni odnos ugljikovih organskih jedinjenja, ukupni sadržaj pepela, odnos pojedinih elemenata u njemu, sadržaj azoia i si. S\'e ovo bitno utiče na tok i intenzitet razlaganja šumske prostirke. Tako prema Buckman and Brady. (1964.) u biljnim tkivima prosječni hemijski odnos pojedinih sastojaka je slijedeći; -
Ugljiko hidrati:
- .Šećer i škrob
I- 5 %
-Hemiceluloza
10-20%
-Celuloza
20-50 %
-
Masti, voskovi. tanini 1- S %
-Lignin -Proteini
10-30% 1-15%
Rezistentnost prema biološkom razlaganju ovih materija je bitno različita. U istim uslovima lignini, masti i voskovi se veoma sporo razlažu u odnosu na šećere i proteine, a u nepovoljnim uslovima' njihovo razlaganje se praktički zaustavlja. Celuloza i hemiceluloza, što se razloživosti tiče, se u sredini. Najviše celuloze sadrži otpad bukve i breze (32 %). crne topole (27 %), smrče (22 %). i crne johe (16 %). S druge strane najviše se proteina nalazi u johi (21 %). a masti u brezi (9 %). Scheffer i UIrich, (1960). U prosjeku šumsko drveće sadrži 2-3 % mineralne materije i to; -
iglice četinara
3-7
-
lišće listopadnog drveća 9-10 %
-
stablo lišćara i četinara 1- 2 %
-
korijen lišćara i četinara 2- 6 %
Sadržaj pojedinih mineralnih materija Li organskim ostacima utiče na proces razlaganja, jer su ona neophodan sastavni dio hrane razlagača, a samim tim i njihove energije aktivnosti. To se posebno odnosi na fosfor. S druge sirane, u procesu razlaganja, stvaraju se organske kiseline, koje je potrebno 'neutralisati prisurnim bazama (naročito Ca""). jer u suprotnom bi došlo do njihovog nagomilavanja i zakiseljavanja tla. S toga nije samo značajna ukupna količina mineralnih materija (pepela) u biljnom otpadu, već i odnos bazičnih prema kiselim 87 Organska materija, humus i organizmi u. tlu materijama u njemu, a pogotovo kod šumskih zemljišta, gdje se prostirka slabo miješa sa mineralnim dijelom tla, već se razlaganje vrši na površini. Sadržaj baza i . kiselina kod lišća različitih šumskih kultura je različit, tako npr.: -
Lišće breze, johe, jasike i bukve ima umjeren sadržaj kiselina i visok sadrž^ baza. -
-
Lišće bora, smrče i kleka ima visok sadržaj kiselina i mali sadržaj baza. Lišće lijeske i brijesta ima nizak sadržaj kiselina i visok sadržaj baza.
Lišće javora, hrasta i ariša ima visok sadržaj kiselina i visok sadržaj j^za.^ ■Iz navedenog se vidi da lišćarske vrste drveća imaju povoljniju prostirku od
četinaiskih. Šumsko drveće takode ima različit odnos C:N (ugljik : azot). što uslovljava različit intenzitet i brzinu njenog razlaganja. Tako prema Wittich (1952.). klasifikacija drveća prema odnosu izgleda. a)
Lišćari sa C:N <30; crna joha, brijest, jasen, javor i grab.
b)
Lišćari sa C:N >30; gorski javor. lipa. hrast, breza, topola i bukva,
c)
Četinari sa C:N >30; smrča, bijeli bor, duglazija i ariš.
Međutim, razlaganje prostirke u mnogome zavisi od uslova tj. klime i tla. U toploj i vlažnoj klimi u tlu bogatom bazama, mogu da se kompenzuju nedostaci prostirke i ubrza njeno razlaganje bez obzira što je manje povoljna i obrnuto. Krajnji ishod je proizvod konstelacije cjelokupnih uslova koji vladaju na datom lokalitetu. 4.2. Porijeklo i postanak Iiuinusa Postoje različiti tipovi humusa, koji su nastali humifikacijom biljnih i životinjskih ostataka u tlu. Učešće biljaka u formiranju humusa je mnogo veće nego životinja, premda znatan dio humusa vodi porijeklo iz ekskremenata pedofaune, koja se hrani uglavnom biljnim materijalom. Pod humifikacijom se podrazumijeva proces sinteze novih komponenata od produkta dekompozicije. Za vrijeme humifikacije neki sastojci se lakše razlažu i potpuno oksidišu,
odnosno mineralizuju i gube se kao voda, ugljendioksid i drugi gasovi i elementi pepela. Neki se mineralni sastojci takode ispiraju. Poslije oko godinu dana humifikacije zaostaje samo otpornija organska materija, čiji se sastav znatno izmijenio. Uopće, procenat azota i mineralnih sastojaka u njoj je mnogo veći nego u izvornom materijalu, sadržaj ugljika je postao neznatno veći. ali kiseonik i vodonik su doživjeli najveće gubitke. Organski ostaci u tlu se brže razlažu nego oni na površini zemljišta. Organska materija, humus i organizmi u tlu Na slici 19. prikazana je dijagramski transformacija organske materije LI procentima, godinu dana nakon unošenja u tlo. Više od 2/3 oksidiše u CO,, a manje od 1/3 ostaje u tlu i to dio u tijelima organizama i veći dio u vidu humusa. Organski ostaci 100 grama
Biomasa (organizmi tla) Nehumusne komponente (polisafiaridi, polisaharoli, kiselina i td.) g Složeni humus Humus 15-35% Slika 19. Šemu Iraii.sfonnacije Ofgan.ike materije u thi jednu godinu nakon unošenja Procesi humifikacije teku različito u terestričnim, semiterestričnim i subhidričnim uslovima. Oni se razlikuju po tipu i po količini materijala, po količini i tipu dekompozicije. Tip humusa koji se nalazi u poljoprivrednim tlima je terestričnog karaktera. O načinu postanka humusa postoje različite hipoteze, kao što su hemijske i mikrobiološke. Prema Iiemijskiiii hipotezama humus nastaje hemijskim putem, a kasnije su uzeti u obzir i enzimi koji mogu katalitički uticati na te procese. Mikrobiološke hipoteze zastupaju stanovište, da humus nastaje mikrobiološkim putem, odnosno da mikroorganizmi učestvuju kako u procesu razgradnje prvobitne organske inaterije. tako i sinteze. Danas se prema Kononovoj (1958) stvaranje humusa tumači kao razgradnja prvobitne organske materije u jednostavnija jedinjenja, a zatim dolazi do njihove sinteze u visokomolekularna jedinjenja. Mikroorganizmi učestvuju u obje faze. 89
Organska materija, humus i organizmi u tlu , Prema ovim shvatanjima izvorne organske materije doživljavaju u proeesu transformacije duboke hemijske promjene, pri čemu se organske materije sa alifatičnim nizom, u tijelima mikroorganizama pretvaraju u složena ciklična jedinjenja, a ove dalje oksidacijom, polimerizacijom i kondenzacijom prelaze u humusne materije. Mehanizam procesa humifikacije po Kononovoj prikazana je na slici 20. COjl H2O i drugo Fenolna jedinjenja (produkti metabolizma) 1 ------- ORGANSKI OSTACI --------------------! Celuloza
Bjelančevine Lignin,
i ostali
Tanin
ugljenohi drati Aminokiseline I polipeptidi (produkti razlaganja i resinteze) CO2; HjO i drugo Fenolna jedinjenja (produkti razlaganja) NH2 I H — C — COOH I R
KONDENZACIJA OH , -2e -2H Slika 20. Šenia procesa humifikacije (po Kononovoj) 4.2.1. Sastav i svojstva humusa Humus se iie može iskazati nikakvom jedinstvenom hemijskom forirtulom, zato jer se sastoji iz čitavog niza materija koje su u različitim uslovima različite. Najvažniji sastojci humusa su aminokiseline i ligninu slične supstance. Waksman (1938) je to nazvao ligninsko-proteinski kompleks. Međutim, samo male količine
lignino-proteina su identifikovane u humusu. Ali je usvojeno da amino- lignoliki kompleks u humusu vodi porijeklo iz proteina i lignina biljnih ostataka (Jenkinson i Tinsley, 1959). Druge komponente u humusu su ugljeni hidrati, uključujući celuloze i hemiceluloze, te mali procenat masti, voskova i smola (tabela 13). 90 Organska materija, humus i organizmi u tlu U ovom siLičaju odnos ugljik : azot (C:N)je 10:1. Ovo je tipično za humus u površinskom sloju kod mnogih tala. Prema dubini ovaj odnos postaje širi. U sirovom humusu ovaj odnos je veoma širok. Prosječni sastav humusa (Kohnice 1968) Tabela 13. Vrsta materije
Sadržaj u %
Lignolikc ktiiiipunenic
1
Aniinokiseline
35
Ugljikohidrati
11
Celuloza
4
Hemiceluloza
7
Masti, voskovi. smole
3
Ostali sastojci
6
Humus, u širem smislu riječi, kada se navlaži, veoma jako bubri i može adsoi'bovati dva do šest puta vode više, nego što je njegova vlastita težina. Kada se humus potpuno osuši, teško gaje ponovo navlažiti, uslijed toga što su pore veoma malene, kao i uslijed prisustva ulja, voskova i smola i drugih materija koje odbijaju vodu. Prema brzini razlaganja redoslijed je slijedeći: šećer > škrob > proteini > proteidi > pektini > hemieeluloze > celuloze > lignini > smole, voskovi i tanini. Elementarni sastav humusa u mineralnim tlima daje se u tabeli 14. Elementarni sastav huinusa Tabela 14. Element
, U masi %
Ugljenik (C)
52-60
Kiseonik (0)
32-38
Vodonik (H)
3^
Azot
4-5
(N)
Fosfoi- (P)
0.4-0,6
Sumpor (S)
0,4-0,6
Iako su hemijskim analizama iz humusa izdvojena mnoga poznata organska jedinjenja, ipak potpuna hemijska priroda nije do danas poznata. Analiza humusa se vrši izdvajanjem pojedinih frakcija tla - frakcioniranjem. Pojedine frakcije humusa imaju različiti uticaj na tlo. Jedne su njegovi stabilizatori te povećavaju plodnost tla, dok su druge njegovi razarači, jer dovode do osiromašivanja tla i smanjenja njegove plodnosti. 91 Organska materija, humus i organizmi u tlu Sastav humusa Je vrlo heterogen, što zavisi od stepena razgradnje biljnih i životinjskih ostataka, kao i od stepena sinteze novih jedinjenja sa karakterističnom tamnom bojom. Preina sastavu huinus se dijeli u dvije grupe: -
specifične materije,
-
'nespecifični sastojci.
Specifične materije se dalje dijele na: -
fulvo kiseline,
huminske kiseline, huinine. Nespecifični sastojci su različita jedinjenja koja se nalaze u biljkama i životinjama. 4.2.1.1. Fulvo ki.seline To su jednostavnije niskoinolekularne, dosta Jake organske kiseline. Ful\o kiseline se
dijele na krensku i apokrensku. One su rastvorljive u vodi, kao i njihove soli - krenati i apokrenati. Imaju izraziti kiselinski karakter. Vrlo su Jaki faktori destrukcije mineralnog dijela tla. Žute su boje, a mogu imati i baktericidno djelovanje. U tlu su fulvo kiseline vezane sa oksidima gvožđa i alumijuma. Zbog svoje kiselosti i topivosti u vodi izrazito su negativne i destruktivne za tlo. Vodeni ra^or fulvo kiselina ima pH 2,6-2,8 i djeluje agresivno na mineralni dio tla. a pošto su soli koje u toj feakciji nastaju rastvorljive, omogućena Je njihova velika pokretljivost i nesinetano odvijanje ovih destruktivnih procesa. Krenska i apokrenska kiselina u rastvoru se mogu razdvojiti na taj način što se apokrenska kiselina taloži u BaCN, a krenska ostaje u rastvoru. Tako ih i prepoznajeino. Ijedna i druga su rastvorljive u HCl-u. 4.2.1.2. Humiiiske kiseline Huminske kiseline su organske kiseline složenog sastava s četiri karboksilne grupe i najkvalitetnija su frakcija humusa, što Je veoma povoljno za tlo. One su bogate u azotu i
otporne su na razgradnju. Kod huininske kiseline postoje frakcije ili grupe jedinjenja kao što su: himatomelanska, smeđa huminska i siva huminska kiselina. Himatoinelanska kiselina je nerastvorijiva u vodi, ona se stvara u materijama koje trule, na primjer u stajskom đubrivu i kod truljenja drveta. 92 Organska materija, humus i organizmi u tlu Smeđa Iniminska kiselina - po svojstvima se nalazi između himatomelanske i sive humidne kiseline. Ona se nalazi u biološki manje aktivnim tlima i sa umjerenim sadržajem baza. Sadržaj azota u njoj je oko 3 %. Sporo koagLilira sa Ca. ima niži stepen kondenzacije i slabije je povezana sa glinom. Siva huminska kiselina - ima najveću količinu azota. vrlo je otporna prema oksidaciji. Ona obuhvata najbolje forme humusa, i predstavlja njegov najaktivniji dio. Ova kiselina se susreće u biološki aktivnim tlima, sa visokim sadržajem baza, kao što su černozem, rendzina (Rendzine leptosol). One su pretežno zasićene sa Ca I s mmerahma gline brzo koaguliraju. Sadržaj azota je oko 5 %. Od odnosa sive i smeđe kiseline ovisi kvalitet ove frakcije humusa. Same kiseline nisu rastvorljive u vodi, kao i njihove ostale soli. Međutim, efekat peptizacije huminskih kiselina kao i koloida pod uticajem Na-iona, kao peptizatora i rastvorljivost Na-humata kao soli, mogu se preklapati. Karakteristika huminskih kiselina je i velika aktivna površina i kapacitet adsorpcije koji je nekoliko puta veći od najaktivnijih glina. U kiseloj sredini je niži jer disocuje samo H-ion, a u neutralnoj fenolna i hidioksilna grupa tako da kapacitet adsorpcije dostiže od 200-400 mekv/100 g tla. Elementai'ni sastav huminske kiseline u prosjeku je slijedeći; C (49-62%). O (30-48%). H (3-6%) i N (2-6%), (Felback, 197i). Molekulska masa ovih kiselina iznosi od 1.000-30.000. a dimenzija molekule može da se kreće od 6-8 nm. Variranje sastava huminskih kiselina, prije svega zavisi od klimatskih uslova područja. Od sjevernih šumskih humidnih oblasti prema suhim južnim područjima, smanjuje se procenat vodonika i kiseonika, dok se sadržaj azota povećava, a sastav same kiseline uslovljeii je stanjem tla koje reguliše stepen kondenzacije kiselina. Stepen kondenzacije uslovljava i stepen koagulacije, koji je najmanji kod niskomolekularnih kiselina, a sa stepenom kondenzacije, koagulacija raste. Koagulacija se odvija pod uticajem elektrolita, a koloidi imaju veliku sposobnost adsorpcije. To su hidrofilni koloidi koji s metalima izgrađuju soli húmate manje ili više rastvorljive u vodi, kao što su soli kationa Na"^. K"^. Li"^ i NH/.
4.2.1.3. Huinini Humini čine dio frakcije humusa koji je nerastvorljiv u bazama (NaOH i NH4OH). Stvaraju se u tlima kod približno neutralne pH reakcije i kod periodično redukcionih uslova. Tada uvijek sadrže i željezo. Priroda humina nije sasvim poznata, ali se daljom njegovom ekstrakcijom, sa smješom benzina i alkohola, iz humusa ekstrahuju bituminske materije, koje u 93 Organska materija, humus i organizmi u tlu hidromorfnim tlima mogu dostići sadržaj od 10-20% nerastvorenog ostatka. Ostatke čini prostija forma liuminske kiseline stabilno vezane s mineralima gline u interlamelarnom prostoru troslojne rešetke, koja se može ekstrahovati jedino naizmjeničnom ekstrakcijom jakim rastvorom sumporne kiseline i natrijum hidroksida. 4.2.2. Podjela humusa po fuukciji i tipu Prema funkciji humus se dijeli na: -
hranjivi humus i
-
trajni humus.
Hranjivi humus su sve lahko rastvorljive materije u humusu, koje lahko podliježu mikrobiološkoj razgradnji. U ovom' procesu humus se mineralizuje i na taj način hranjive materije postaju pristupačne biljkama. Trajni humus je onaj dio humusa koji se teže rastvara, otporan je, a sastoji se iz humusnih kiselina i lignina. Ovaj dio humusa naročito utiče na fizička svojstva tla i učestvuje u procesima adsorpcije. Prema uslovima obrazovanja forme humusa dijele se u dvije grupe i to; terestične (kopnene) forme humusa i hidromorfne forme. Za terestični humus karakteristični je atmosfersko vlaženje i normalna dreniranost, dok je kod hidromorfnih formi karakteristično povremeno ili trajno suficitno vlaženje uz pojavu anaerobnih uslova. Po tipu terestične forme humusa se dijeli na; -
Mull-humus (zreli humus),
-
Moderhumus (polusirovi humus) i
-
Mohrhumus ili Rohhumus (sirovi humus). Po tipu hidromorfne forme humusa se dijele na;
-Treset.
Močvarni humus (Hidromul i Anmorhumus) i
Mull-humus je izmiješan sa mineralnim materijama. Pretežno je neutralan, iako i on može imati kiselu reakciju. Formira se u dreniranim, bazama bogatim i aeriranim tlima. Pošto su ovi uslovi povoljni i za biljku, redovno je snabdijevanje biljnim ostacima zajedno sa bogatom zemljišnom faunom.. U ovakvim uslovima dolazi do potpune razgradnje organske materije i humifikacije s^vake godine, tako da ne ostaju nerazgrađene organske materije za slijedeću godinu (slika 21a). Gliste imaju posebnu ulogu u probavi svježe organske materije kroz 94 Organska materija, humus i organizmi u tlu svoj trakt ¡ miješanju sa tlom. Koloidne forme humusa se intinmo vežu sa mijieralima tla, naročito glinenim, pri čemu formiraju humusno-glineni (organsko- mineralni) kompleks iz kojeg se mogu izdvojiti samo hemijski. A - horizont je dobro razvijen. . Moderluimiis, (slika 21b) je na prelazu u razgradnji organske materije između Roh i MulI-humusa, sa bogatijim prisustvom zemljišne faune nego kod Roh-mohr humusa, naročito nematode, pregljevi i kolembole. Debljina listinca (L), razložene organske materije i prelaznog terinentacionog horizonta - (I-) je približno ista. Dodatnim agrotehničkim i agronieliorativnim mjerama kalcizacije, proces se može usmjeriti u pravcu stvaranja Mull-humusa. ' Mohr-hunius ili Roli, (slika 21c) u stvari, nije izmiješan sa mineralnom materijom tla, ima kiselu reakciju. U njemu se razaznaju izvorni organski materijali. On se nalazi kao površinski horizont u tlima male plodnosti i u hladnoj klimi. U profTiu tla se oštro razlikuje od mineralnog dijela.^2^1ist]n_a£dospije na "^vršinu tla, siromašan je u bazama, te uzrokuje brzo zakiseljavanje sredine, a to inhibitorski djeluje na zemljišnu faunu. U_ ovakvim, uslovima akumulira se organska materija, pri čemu se formira prelazni ili fermentacioni F-horizont, koji je po slojevima u različitim fazama razgradnje. .Najbolje je razgrađen (fermentiran) najdonji sloj. , Mulihumus Moderhumus Legenda: L svježa organska materija P^il A neutralni i»i karbonatni humus djelimično razgrađena svježa ^ organska materija A kiseli inkorporirani humus rnTTn ^ dobro razloženi humusni sloj s malim H+ridd " prisustvom mineralne materije
Sliko 21. Šematski prikaz stanja organske materije obzirom na slepen razblaženosii u datim prirodnim uslovima 95 Organska materija, humus i organizmi u tlu Tanki A-iioi'izont je potpuno humificiran, a iznad njega se nalazi formiran humusni amorfni materijal (H). Obzirom da je zbog niskog pH, aktivnost faune zaustavljena, razgradnju najvećim dijelom vrše gljivice, a zbog nedostatka glista inkorporacija u mineralni dio tla je vrlo mala. 4.2.3. Karakteristike humusa Humus sadrži oko 55-58 % ugljika, ima znatno tamniju boju nego organska materija. Najveći dio humusa je nerastvorljiv u vodi. Humus sadrži 3-6 % azota, izuzev humusa tresetnih tala, koji imaju malu količinu azota, oko 0,5 %. Humus ima veliki kapacitet adsorpcije. Odnos C:N je vrlo važna karakteristika za humus. Ako je taj odnos 10:1. smatra se da je vrlo povoljan s obzirom na uslove humifikacije i pedogenetičke procese. Taj odnos je vrlo širok kod svježe organske materije, kod koje ima si'azmjerno mnogo ugljika u odnosu na azot. Na primjer, taj odnos kod slame je 70-100:1, znači vrloje širok. Nepovoljan uticaj dubrenja tla slamom i materijama bogatim celulozom je u tome, što uslijed velikih količina celuloze dolazi do jakog razmnožavanja tzv. celuloznih bakterija. Uslijed malih količina azota u tim organskim materijalima, ovi mikroorganizmi koriste znatan dio azota iz organskih materija tla. što izaziva privremeni deficit u ishrani biljaka sa azotom. Zato je uvijek bolje tzv. zrelo stajsko đubre i kompostirana organska materija, jer je tamo odnos C:N uži. Čim je humifikacija organske materije dalje otišla i čim ima u tlu više korisnih formi humusa, time je C:N odnos uži. C:N odnos iznosi kod černozema 8-12 : 1, kod smeđeg tla 10-15 : 1, kod slame 70-100 : 1 i td. 4.2.4. Značaj humusa u tlu Humus je najznačajniji činilac plodnosti. Za to je on u poljoprivrednoj praksi predmet najveće pažnje i osobite brige. Humus djeluje na fizička, hemijska i biološka svojstva tla. On poboljšava fizička svojstva tla na način da, glinovita tla čini rastresitim i propustljivim za vodu, a kod pjeskovitih tala povećava kapacitet za vodu, smanjuje
vodopropusnost. Humus utiče i kao lijepak (cementna materija) na stvaranju strukturnih agregata tzv. makroagregata. Svojom tamnom bojom pomaže 96 Organska materija, humus i organizmi u tlu bolje zagrijavanje tla, tj. poboljšava njegov toplotni režim. Osim toga smanjuje djčiovanje erozije i oštećenja tla. U hemijskom pogledu humus igra ulogu u regulisanju režima hranjivih materija. Uslijed velikog kapaciteta adsorpcije, humus vezuje znatne količine kationa i na taj način ih čuva od ispiranja. Humus ima dva do tri puta veći kapacitet adsorpcije nego najbolji minerali gline, (200-400 mekv/100 g humusa). Uslijed svoje sposobnosti da reaguje sa kationima, smatra se da humus djeluje kao slabo disocirana kiselina. Himius takode adsorbuje anione. ali oslobađa fosfate mnogo lakše nego neorganski koloidi tla. Ca-humat je u vodi praktično nerastvorljiv i sa glinom formira kompleks koji je stabilan u vodi (slika 22). Ovaj kompleks se zove još i humusno-glinena micela negativnog naboja. H-humati su takode slabo rastvorljivi, ali se lahko disperguju i mogu se premještati u međuprostorima tla. Na-humati i NHi-humati su u vodi lahko rastvorljivi. Mineralizacijom humusa oslobađaju se azot i ostale hranjive materije. Humus je glavni i'ezervoar azota u tlu. dok je oi'ganska materija izvor hrane i energije za mikroorganizme.
HUMUSNO-GLINENA IVIICELA (Negativnog naboja)
Slika 22. Šematski prikaz limiuisno-gliuovite micele s adsorbovanim ionima vodonika (H*), kalcijmna (Ca**) i izmjenjivim hrauivima za biljku K*, NH/. Mg** i td. 97 Organska materija, humus i organizmi u tlu 4.2.5. Sadržaj humusa u tlu Sadržaj luinuisa u našim tlima kreće se ii rasponu od 1-5%. U černozemu lumiusa ima oko 5-6%, u pseudogleju (Stagnic luvisol) oko 3 '/o. u planinskim crnicama na kiečnjacima (Litic leplosol) sadi'žaj lumuisa iznosi 20-30%. Prema klasifikaciji koju daju Scheffer-Schachtschabel (1966). tla se mogu grupisati u slijedeće kategorije, tabela 15. Tabela 15. Oznaka humoznosti
% humusa
Slabo humozno
<2
Umjereno humozno
2,1-4
.Iako humozno
4.1-10
Vrlo jako humozno
>10
lako količina luimtisa ne može opravdati veliki uticaj humusa. njego\'o stalno obnavljanje i velika hemijska aktivnost objašnjava njegovu veliku ulogu. Sadržaj humusa u većini tala opada sa dubinom. U obrađenim tlima sadržaj humusa je obično manji, nego što je to tlo sadržavalo prije njegove kultivacije. Naime, u obrađenim tlima je povećana aeracija, a time i mineralizacija humusa, a veliki dio organske materije se iznosi iz tla (u vidu žetve) - što ima za posljedicu smanjenje humusa. Sadržaj humusa se izražava ili u procentima kao "sadržaj lumiusa". ili procentima kao "sadržaj ugljika". Tako npr., ukoliko je dobiven podatak izražen u % humusa, za njegovo prevođenje u % ugljika, potrebno je sadržaj htunusa podijeliti sa faktorom 1,72. Ako za primjer uzmemo, daje sadržaj hunuisa 3.0 %. sadržaj usljika će biti: C%=^=1,60 Sadržaj ugljika je 1,6 %. Za prevođenje u g/kg, potrebno je procenat ugljika pomnožiti sa faktorom 10. 4.3. Organizmi tla
U tlu se nalazi veliki broj predstavnika živih organizama, kako biljnih tako i životinjskih. Ova pedoflora i pedofauna se nazivaju edafon. U oraničnom tki učešće edafona u tikupnom sadržaju mrtve i žive organske supstance iznosi oko 10-15%. 98 Organska materija, humus i organizmi u tlu Tlo Je stanište, odnosno životna sredina mnogobrojnih biljnih i životinjskih vrsta, koje po veličini mogu biti vrlo male - mikroskopske veličine, do velikih dimenzija, kao što su na primjer kišne gliste, krtice i dr. Organizmi koji žive u tlu mogu se podijeliti na: -
floru (mikroflora-pedoflora) i
-
faunu (pedofaunu).
4.3.1. Flora tla (pedoflora) Floru tla čini makro, mezo i mikroflora.i Mikroflora se klasillkuje prema načinu ishrane na autotrofne i heterotrofne mikroorganizme. Autotrofni mikroorganizmi mogu koristiti ugljik iz CO:. dok heterotrofni to nisu u mogućnosti. Osim toga, autotrofni organizmi se snabdijevaju sa energijom iz vanjskog izvora, da bi mogli transformirati CO: u protoplazmu, dok heterotrofni koriste gotovu biljnu hranu. Mezo i makrofloru .čini korijenje biljaka, korijenove dlačice i dr. Relativna količina biomase i broj zemljišne flore i faune koja se uobičajeno može naći u površinskom sloju tla* (Brady, 1990) Organizmi
Broj
Biomasa"
po m'
po 1 g
kg/lia - brazda
- Bakterije
10'-'- 10'-'
10^- IO'-"
450 - 4.500
- Aktinomicete
10'-- 10'-'
10'- 10®
450 - 4.500
-Gljive
10'"-10"
IO' - 10"^
1.120- 11.200
-Alge
10'^-10'"
lO-'-.lO'
56-560
- Protozoe
10"-10'°
IO"* - 10-'
17-170
- Nematode
10'- 10'
10-10'
11-110
- Druga fauna
10'- 10-'
17-170
-Kišne gliste
30 - 300
110-1.100
1. Flora tla
2. Fauna tla
' Do dubine 15 cm ili nešto više Masa se računa na živu težinu biomase. Suha masaje 25% ovih vrijednosti i to po hektaru/do dubine brazde.
99 Organska materija, humus i organizmi u tlu Ona se zatim može podijeliti prema korištenju kiseonika na aerobnu i anaerobnu. Aerobna - mora imati dovoljno slobodnog kiseonika, dok anaerobna - živi u odsustvu slobodnog kiseonika. Postoji i fakultativno anaerobna, koja ne zahtijeva suvišak kiseonika. Prisustvo flore i faune u tlu daju se u tabeli 16. Prei7ia nekim drugim autorima broj i količina organizama (flore i faune) u tlu može biti različit. Tako prema podacima Stoklia (1950); tabela 17., u tlu se može naći obzirom na prirodne uslove (prisustvo organske inaterije. vlage i temperature) i znatno više različitih organizama po broju i količini. Vrsta, broj i količina organizama u tlu do 15 cm dubine (Stoklia, 1950) ____________________________________ Tabela 17. Naziv organizma
Broj u 1 g tla
Bakterije
600,000.000
10.000
Gljivice
400.000
10.000
Aktinomicete
20,000.000
1.000
Alge
100.000
140 ■
Masa kg/lia
na 1.000 cm"'tla Protozoi
1,5 milijardi
370
Nematode
50.000
50
Kišne gliste
2
4.000
(rizopodi)
Ukupno: ______________ 25.560 Prema ovim podacima u gornjem ograničenom sloju tla (15 cm), može da bude i do 26.000 kg/ha, (26 tona) žive organske materije, Najvažnije karakteristike pojedinih grupa mikrofiore su: Bakterije (slika 23c) uglavnom žive u površinskom sloju tla i smatraju se kao najprostija životna forma. Veličina pojedinih bakterija je oko 0,005 mm ili 5 mikrona. One se vrlo brzo razmnožavaju, naročito ako su uslovi pogodni. Po broju ih obično ima najviše u tlu. U tlu najviše dolaze: Pseudomomis, Clostridium, Bacilius, Azotobacter, Rhizobium, Nitrobacter. Gljivice (slika 23a) nemaju hlorofila, kao i većina bakterija, te potrebnu energiju i ugljik uzimaju iz organskih materija, to su heterotrofni končasti organizmi. Tu se najčešće susreću: Mucor, Penicilium. Smatra se da gljivice pomažu višim biljkama u snabdijevanju
sa hranivima, a s druge strane one dobivaju hranu i energiju iz korijena biljaka. To je jedan način simbioze, koji se zove mikoriza. Po veličini su veće od bakterija. 100 Organska materija, humus i organizmi u tlu
micele gljivica skiinomicete lazličiie vrsle bakterija Slika 23. Flora tla Aktinomicet, po svom izgledu nalaze se između bakterija i gljivica Poshje bakterija to je najmnogobrojnija grupa mikroorganizama u tlu. Približio su vehc.ne kao i bakterije. Tu dolaze Streptoruvces i Nocardia. Jako su osjetljivi na životne uslove , djeluju u malom opsegu aciditeta i alkaliniteta. Ispod pH 5 se ne razvijaju. U tlima koja su bogata organskom materijom i koja nisu kisela aktinomiceti se vrlo intenzivno razvijaju. Miris koji daje svježe poorana oranica smatra se da potiče od produkata njihove aktivnosti. Aktinomiceti mogu da razlažu relativno otporne orpnske materije, kao što su fitin, koje inače bakterije vrlo sporo razlazu. Brzim razlaganjem humusa dovode do veće količine azota, te igraju značajnu ulogu u plodnosti tla.
^
Sluzave gljive Plave alge Slika 24. Flora tla 101 Organska materija, humus i organizmi u tlu Alge su hlorofilne, mikroskopske biljke. One žive u površinskom sloju gdje ima dovoljno vlage i svijetla. Hrane se slično višim biljkama. U tki dolaze Diatoniee,
Clilorophycee. One sa gljivicama često žive LI simbiozi kao lišajevi mogu imati veliku ulogu u nastanku tla (litobionti). U odnosu na temperaturu zahtjevi mikroorganizma su različiti. Najveći dio ima svoj optimum između 25-35 °C. Za pedofaunu je optirnum nešto ispod 20 °C. Na razvoj organizma takođe utiče i pH tla, i to za pojedine organizme različito. Za najveći broj bakterija i aktinomiceta, najpovoljnija je neutralna, do slabo alkalna reakcija. Neke grupe gljivica i zelenih algi imaju znatno širi dijapazon. Kalcizacijom (kalcifikacijom) kiselih tala na oko pH 6 stvaraju se povoljni uslovi za život bakterija, naročito za. Azotobacter. Biljni mikroorganizmi
Bakterije 1000000000000 Zrakaste gljive 10000000000 Gljive 1000 000 000 Alge 1g
1000000
Životinjski mikroorganizmi
Sićan 500000000000 Korijenski mikroorganizmi 10 g 100000000000 Trepljari 1000000 SUka 25. Život u tht (Jedicke, 1989). Brojčane vrijednosti organizama izražene u gramima na 1 m~ dubine 30 cm. Mikroorganizmi su uglavnoin koncentrisani u površinskom sloju, odnosno rizosferi, na dubini 5-20 cm. Ispod 20 cm njihov broj se naglo smanjuje. Njihov broj je ovisan i od vegetacionog perioda, te ih ima najviše u proljeće, a najmanje zimi. Mikroorganizmi se najbolje razvijaju kod sadržaja vlage u tlu oko 50-80 % od poljskog kapaciteta. Pedofauna se takođe najbolje razmnožava kod osrednjeg sadržaja vlage;
jako suhe ili jako vlažne uslove izbjegavaju. Mnoge traže visoku relativnu vlažnost zraka tla, neke 100 %, a druge 90-100 %. 102 Organska materija, humus i organizmi u tlu 4.3.2. Fauna tla (pedol'auna) Najvažnija uloga pedofaune Je u usitnjavanju organskih ostataka. Osim toga. najsitnija pedofauna učestvuje u povezivanju aureuata. a veća na miješanju tla. Pedofauna se prema veličini, (slika 26) dijeli na: a) mikrofaunu (().()()2-0.2 mm), h) mezofaunu (0.2-2 mm), c)
makrofaunu (2-20 mm) i
d)
megafaunu (>20 mm).
(0.002 - 0.2 iiiill) V®'
ivlezofaijiia (0.2 . 2,0 mm) tieplje
nematodf IvlaUrofaunđ (2 - 20 mm) giiiiia
i skočirep slc-ktjni'.va liir/n f:u!3il (Coicc-r.te l.-srvv diplt-'a trniJi"!;!) ili i s I■
stonocia enchyiratrid.ac -Megafauiia {>20 mm)
kišne glistf.- (Aiiolidae) 1 Slika 26. Fauna ila (heskianenjuci), podjela po veličini 10.3 Organska materija, humus i organizmi u tlu Sitna pedofauna po Buckman-Brady-u prikazana je na slici 27. Fauna se takođe dijeli na nekoliko grupa; -
protozoe,
-
nematode,
-
kišne gliste i
-
druga viša fauna (crvi, insekti, mravi, miševi, krtice, tekunice i dr.).
Slika 27 Sitna pedofauna po Buckman-Brady-u; a) pregljevi (Acarinae), b) beskrilni insekti (Collembola), c) stonoge (Myriapodae), d) nematode (spec. Helerodera), e) trepljari (Ciliata) Protozoi se smatraju kao najprostija živa forma, koja pripada životinjskoj grupi. Oni su mikroskopske veličine, ali su veći od bakterija. Protozoi se hrane bakterijama i prema tome mogu biti korisni ili štetni, u ovisnosti koje bakterije uništavaju. Nematode su valjkasti crvi. Po veličini mogu biti od mikroskopskih dimenzija pa do 0,5 i 1,5 mm, pa i veće, 2-3 cm. One se hrane na taj način što razlažu organsku materiju, sa kišnim glistama, biljnim parazitima i bakterijama, a mogu da žive i na korijenu viših biljaka. One mogu biti korisne ili štetne, u zavisnosti od načina njihove ishrane. Kišne gliste čine najvažniju grupu faune koja naseljava tlo. One mogu preraditi kroz svoje tijelo tone tla. Donoseći materijal iz dubljih slojeva u gornje slojeve vrlo ga intenzivno miješaju. Još je Darvin (1881) uočio ulogu kišnih glista. On navodi da su gliste u stanju za pet godina potpuno premjestiti sloj tla debljine 2,5 cm na površini od jednog hektara. One godišnje mogu da propuste kroz svoje tijelo oko 20 tona tla/ha. Najbolje se razmnožavaju u području slabo alkalne do slabo kisele reakcije.
Kišne gliste ne podnose sušu niti mraz, i zbog toga njih ima malo u suhiin pjeskovitim i plitkim tlima. Takođe ne podnose ni slabo aerisana glinovita tla, te ih tamo ima u malim količinama. Gliste su naročito aktivne u proljeće i jesen, kada je površinski sloj tla vlažan i topao, dok se njihova aktivnost smanjuje idući ka ljeti i 104 Organska materija, humus i organizmi u tlu zimr One mogu prodrijeti u tlo do 1 m dubine. Kišne gliste poboljšavaju aeraciiu lja. Kopajue, hodnike u tlu, poboljšavaju ocjedljivost tla. Postoji više vrsta -lista Naročito je poznata vrsta Lumbricus terrestris, dužine 100-200 mm. Kišne gliste se hrane pretežno organskim materijama i prerađuju ih u svom probavnom traktu pomoću mikroorganizama do humoznih ekskremenata Ovi ekskrementi su vrlo stabilni i od značaja su za strukturu tla. Na jednom hektaru moze Ih biti 2-3 miliona, sa težinom od 3.000 do 4.000 kg; na travnjacima i u oranici ih ima oko jedan milion. Uspoređujući kvalitet prerađenih ekskremenata glista i tala prosječnog kvaliteta u Nigeriji, Vleeschauwer and LaI, (I98I) su konstatovali. da ekskrementi glista sadrže znatno više bakterija, organske materije i pristupačnih hraniva za biljku, sto ukazuje na značajan pozitivan efekat kišnih glista na plodnost tla. Ostala viša pedofauna - ovdje dolaze; krtice, tekunice. poljski miševi slijepo kuce i dr. Neke od njih provode čitav život u tlu, a neke djelimično Kao rezultat njihove aktivnosti (kopanje hodnika i kanala) one prerađuju znatne kohcme tla, pn čemu dolazi do pojačane aeracije i poboljšane ocjeditosti (dremranosti) tla. 105 Organska materija, humus i organizmi u tlu 106 Fizika tla V POGLAVLJE S. FIZIKA TLA Fizika lla je poseban dio pedologije koji izučava fizička svojstva tla, fizičke procese i pravac njihovih promjena. Zadatak fizike tla je da prouči osnovne osobine, čvrste, tečne i gasovite faze tla, njihovu dinamiku (vodno-zračni režim) i toplotne osobine tla. U ovom poglavlju obradiče se slijedeća svojstva tla: -
fizika čvrste faze tla,
-
fizika tečne faze tla - voda u tlu,
-
fizika gasovite faze tla,
-
toplotne osobine tla i
-
boja tla.
5.L Fizička svojstva čvrste faze tla 5.LL Tekstura tla (melianlčki, teksturni ili granuloiiietrijski sastav tla) U trofaznom sistemu tla tekstura se odnosi na njegovu čvrstu fazu. Poznavanje mehaničkog sastava tla daje pogled u njegov fizički, hemijski i biološki potencijal. Ona je od izvanredne važnosti u odnosu na podobnost tla za biljni korijen. Tekstura tla je bitan faktor koji utiče na'plodnost. Svako tlo je sastavljeno iz čestica različitih veličina, te se ono i označava kao polidisperzni sistem. Pod mehaničkim ili granulometrijskim sastavom tla se podrazumijeva relativni sadržaj čestica različitog dijametra (izražen u procentima). U današnje vrijeme postoji niz klasifikacija mehaničkih frakcija prema njihovoj veličini. Teksturni (mehanički, granulometrijski) elementi tla su najjednostavnije njegove čestice, koje se ne mogu dalje dijeliti slabim mehaničkim silama niti peptizatorima. One se nazivaju još i primarnim elementima, za razliku od sekundarnih elemenata kojima se nazivaju strukturni agregati. (Strukturni agregati predstavljaju skupine teksturnih elemenata, vidi kasnije). Relativni odnos različitih frakcija po veličini u tlu naziva se tekstura tla. Procentualni odnos pojedinih frakcija se izračunava na bazi čestica tla (osušenih do apsolutno suhog stanja) .manjih od 2 mm u pječniku. Na osnovu procentualnog sadržaja pojedinih mehaničkih elemenata, tlo dobiva teksturnu oznaku (oznaka tzv. teksturne vrste ili klase), gdje razlikujemo pet osnovnih klasa: pjeskuše, prahulje, ilovače, glinuše i skeletna tla. 107 Fizika tla 5.1.1.1. Klasifikacija teksturiiih elemenata Tekturni elementi se mogu izdvojiti u nekoliko grupa ili kategorija, koje se međusobno razlikuju po svojim svojstvima, odnosno pojedme trakc^e niiaju ialteristična svojstva. Granice između pojedinih frakcija ne predstav aju nikakve fiksne veličine, nego određene konvencionalne granične biojeve. Dana postoji čitav niz različitih klasifikacija, koje se međusobno razlikuju po vel.cn.i graničnih brojeva, slika 28. 0,002 0.006 0.0j__gj6_ja2___0^ _____________ 20 ------12 3
4 Glina Glina Fini Srednji Krupni Prah Fini Siednji Kmpni Pijesak Prah Pijesak Fini Krupni Šljunak Šljunak 0.002 0.002 -002^ 0,2 2.0 0.05 O.tO 0,25 0 5 t.O Glina Prah Glina Prah Vrlo fini Fini Sred- nji Krupni Vrlo krupni Pijesak Pijesak Fini Krupni Šljunak Šljunak ""OOOŠ
0,05
0.25
2^
Prečnik čestice (mm. logaritamske skale) 2.0 Slika 28. Klasifikacija česlica tla prema različilim slandarchma: 1.
Britanski institut za standarde (BSl)
2.
Međunarodna asocijacija za tlo (iSSS)
3.
Mini.mrstvo za poljoprivredu SAD (USDA)
4.
Odjel za javne puteve SAD-a (USPRA) Analitički postupak za odvajanje pojedinih čestica (frakcija), tj, njihovo frakcioniranje,
naziva se mehanička analiza tla. Kod nas se najviše koriste: -
Međunarodna klasifikacija i
-
Atterbergova klasifikacija.
108 Fizika tla Međunarodna klasifikacija podjele čestica, dijeli čestice na način prikazan 'u tabeli 18. Međunarodna klasifikacija Tabela 18. Naziv frakci je
Dimenzije u mm
Kamenje
>20
Šljunak
20-22
Krupni pijesak
2.0-0.2
Sitni pijesak
0.2 - 0.02
Prah
0.02 - 0,002
Glina
< 0.002
Atterbergova klasifikacija je mnogo detaljnija od međunarodne, tabela 19. Atterbergova klasifikacija Tabela 19. Naziv frakci je
Dimenzi je u mm
Kamenje Grubi
>60 60-20 20-6 6-2
šljunak Srednji šljunak Sitni šljunak
skelet tla
Krupni pijesak
2.0-0,6 0.6-0.2 0,2-0,06
Srednji pijesak Fini pijesak Krupni prah
0.06-0,02 0,02-0.006
sitno tlo
Srednji prah Fini
0,006-0,002
ili sitnica
prah Krupna glina
0,002-0,0006 (2-0,6 mikrona)
Srednja glina Fina 0.0006-0,0002 (0.6-0,2 glina
mikrona) <0,0002 (<0.2 mikrona)
Frakcije veće od.2 mm označavaju se kao skelet tla. Zaobljeni materijal (uslijed nošenja sa vodom) sa prečnikora 2-60 mm naziva se šljunak, 60-200 mm obluci. Nezaobljeni skeletni materijal označava se kao grus (2-6 mm), kamenje (6-200 mm), (fino kamenje; 6-20 mm, srednje 20-60 mm, krupno kamenje; 60- 200 mm) i blokovi (veći od 200 mm). Na osnovu obje navedene klasifikacije mogu se frakcije podijeliti u četiri kvalitetne grupe; 109 Fizika tla 1.
Kamenje i šljunak
>2 mm
2.
Pijesak
2-0,06 mm
3.
Prah
0,06-0,002 mm
4.
Glina
<0,002 mm ili manje od 2 mikrona
5.1.1.2. Glavne karakteristike pojedinih grupa teksturnih elemenata Kamenje i šljunak - Ove frakcije jako utiču na fizička svojstva tla i na razvoj biljnog korijena, zagrijavanje tla, vodopropusnost, aeraciju, retenciju i td. Prisustvo kamena i šljunka u manjim količinama poboljšava porast poljoprivrednih kultura na glinovitim tlima. Međutim, ako njihov sadržaj pređe količinu preko 20 % pojavljuje se nepovoljan efekat za biljke. Neka tla planinskih područja, aluvijalna i koluvijalna, bogata su sa skeletom. U skeletnim tlima prisutno je pojačano ispiranje hraniva. Pijesak - je sipkav i njegova se zrna ne mogu međusobno povezivati, niti mogu sljepljivati druge čestice. Kretanje vode je vrlo brzo. On ne pokazuje svojstvo ljepljivosti, bubrenja i kontrakcije. Ove čestice uglavnom imaju podređenu ulogu u ishrani biljaka. U
pijesku izostaje, ili je slabo, kapilarno dizanje vode. U glinovitim tlima pijesak poboljšava njegova fizička svojstva koja su posljedica visokog sadržaja gline. Prah su čestice koje imaju brašnast karakter. Sipkav je, ali posjeduje veću povezanost od čestica pijeska. Ima dobar vodni kapacitet, ali je slabije propuštan. U ovoj frakciji kapilarno dizanje i zadržavanje vode je dobro. Kod veće zbijenosti prodiranje korijena je jako umanjeno. Prah nije ljepljiv, slabo je plastičan, a ti suhom stanju je tvrd i kompaktan. Hemijski sastav mu je najčešće SiOi, kalcit i dolomit. Tla bogata prahom imaju nestabilnu strukturu, pokazuju sklonost zbijanju i stvaranju pokorice. Glina je ljepljiva i plastična. Ona može da sljepljuje sipkave mase. U vodi bubri, a u suhom stanju se jako stvrdnjava, skuplja se, a u tlu se pojavljuju vertikalne pukotine. Cestice gline su najaktivniji dio tla i u pedologiji se nazivaju koloidnom frakcijom. Pojedinačne čestice gline se ne mogu makroskopski razlikovati. Prostor između čestica je tako malen, daje kapilarno kretanje vode vrlo sporo, ili se ono uopće ne vrši. Uslijed slabog kretanja vode dolazi do prevlaživanja tla. Kretanje vode se vrši adsorpcionim silama. Čestice gline imaju veliku sposobnost za retenciju (pohranu) vode. Ova frakcija je glavni sastavni dio teških glinenih tala, čije je prozračivanje i obrada veoma otežano. U ruskoj literaturi (Mirimanjan) postoje još pojmovi "fizička glina" i "fizički pijesak". Granica između njih je 0,01 mm. 110 Fizika tla Pojedine fi-ai
l! % P
K
Ca
Pijesak
0.05
1,4
2,5
Pi-ah
0,10
2,0
3,4
Glina
0,30
2,5
3,4
Aktivnost čestica u odnosu na veličinu je takođe različita (slika 29). Što su čestice manje, njihova aktivnost u fizičko-hemijskom pogledu raste. To se naročito odnosi na koloidnu glinu.
Povećanjem stepena usitnjenosti čestica (dispeiznosti), pri jednakim ostalim uslovima, takođe opada propusnost za vodu i unutrašnja prirodna dreniranost, otežava se obrada, ili ukratko popravljaju se hemijska, a narušavaju fizička svojstva tla. • Površina čestice ■ Snaga adsorpcije ■ Bubrenje . ■ Plastičnost i kohezija ■ Kapacitet vezivanja vode koloidna glina glina
prah
Slika 29. Aklivnosl čestica u odnosu na veličinu pijesak 111 Fizika tla Tendencija i pravac procesa, obzirom na disperznost čestica, vidi se iz prikaza u tabeli 21. Uticaj disperziteta na najvažnije osobine tla (po Wiegneru, 1938) Tabela 2!. - Smanjenje disperzije Relativno visoki disperzitet (plina) Veliki kapacitet i
Srednji disperzitet Relativno mali (prah i .sitni
disperzitet (sitni i
pijesak)
krupni pijesak)
—> <—
slaba propusnost za
Mali kapacitet, velika propusnost za vodu
vodu Visoka kohezija
—> <—
Veliki sadržaj
Niska kohezija Mali sadržaj hraniva
hraniva Dobre hemijske,
—>
Loše hemijske, dobre
loše fizičke osobine
fizičke osobine
Hladna tla, biološki —>
Topki tki, biolo.ški
neaktivna, teška za
aktivna, lahka za
obradu, bogata
obradu, rahla,
hranivinia i sa malim
siromašna hranivinia
ispiranjem
s velikim ispiranjem
Apsolutno livadna i Granična tla s
Apsolutno šumska tla.
pašnjačka tla, s
lahkim uticajem
dobrih fizičkih, loših
dobrim hemijskim i
agrotehničkih
hemijskih osobina
lošim fizičkim
mjera na
osobinama
popravak hemijskih i fizičkih osobina
Bi>ljefizičke osobine
<— Bolje hemijske
—>
osobine
5.1.1.3. Klasifikacija tla po mehaničkom sastavu (teksturna klasa tla) Kod mehaničke analize se najprije izdvajaju čestice veće od 2 mm, koje se nazivaju skeimiapa^sve'čestice manje od 2 mm označavaju se kao sitno tlo, ili .si^t.nica (sitna zemlja). osnovu- procentualnog sastava pojedinih čestica, tla se klasilikuju u ra,zHčite teksturne vrste (klase). 0"dred:vaiije ovih vrsta se vrši pomoću trougla (Slika 30). Teksturni sastav nekog tla predstavlja jednu tačku koju odreduju tri koordinate. Pi-ema tome, u ki)me se polju nalazi ta tačka, odreduje se kojoj teksturnoj vrsti (klasi) tlo pripada. 112 Fizika tla
>:>
'i? 'o -o
Procenat pijeska SUka 30. Trokiil za određivanje letmirnih klasa tla. US- Soii-Ta.umomv: G-giina, PG - pje.skoviia glina. PrG - praškasra glina. Gl - glinovita ilovača, PrG I praškasio glinovita ilovača, PG/ - pjeskovito glinovita ilovača, I-ilovača. Pri - praškasta ilovača, Pr-prah. IP-ilovasti pijesak, P - pije.sak. Pl - pjeskovUa ilovača. Za ovo određivanje najčešće se i
pjeskovita glinuša
.G
ig
ilovasta glinuša
Pi-g
praškasta glinuša
S
glinuša
Prahulja: pr
prahulja
Pr
ipr
ilovasta prahulja
prpr
praskasta praluilja
igpr
ilovasto-glinovita prahulja
Ilovače:
P<
pjeskovita ilovača
I
i
ilovača
Pgi
pjeskovito-glinovita ilovača i ilovača
Pjeskulje; P
pjeskulja
P
igP
ilovasto-glinovita pjeskulja
ip
ilovasta pjeskulja
prp
praškasta pjeskulja
Grupa pjeskovitih i praškastih tala sadrži u prosjeku manje od 15% frakcije gline, ilovasto tlo 15-30%, a glinovito 30-45%). Teška glina sadrži više od 45% frakcije gline. Teksturna klasa se određuje iz trokuta u kojemu se na stranice gi'aficki nanose podaci o procentu gline, praha i pijeska, a u presjecištu se očitava teksturna oznaka, slika 30. Primjer: Teksturna oznaka, glinuša
- sadržaj gline - sadržaj praha - sadržaj pijeska 55 % 32% 13 % 100% Raspored čestica tla u tri teksturne klase široko varira, što im daje drugačija svojstva, slika 3,1'. Međutim, treba znati da je granulometrijski prelaz potreban za svako od navedenih tala, te da u prirodi ne postoje striktne granice podjele kao što se to teoretski pokušava objasniti. 114 Fizika tla 10010) E ra ^ 80 ■5 60 E 40 ra 20 0)
-Glina-Prah- Pijesak-Šlju^ak0,002
0,05
Prečnik čestica (mm, logaritamska skala) 2,0 Slika 31. Veličina čestica u tri teksturne klase široko varira
Tla se osim toga još mogu dalje detaljnije klasifikovati i na osnovu procentualnog sadržaja čestica gline (manje od (3,002 mm) ili koloidne frakcije, Gračaninova klasifikacija prikazana je u tabeli 23, Podjela tla na bazi sadržaja koloidne frakcije Tabela 23. Oznaka koloidnosti Sadržaj čestica <0,002 mm (< 2 mikrona) u % 1. Vrlo slabo koloidno 2. Slabo koloidno 3. Umjereno koloidno 4. Jako koloidno 5. Vrlo jako koloidno <5 5-10 10-20 20-40 >40 115 Fizika tla 5.1.1.4. Uticaj teksture na svojstva tla i njegovu plodnost (ekološki značaj mehaničkog sastava tla) Ovdje treba razlikovati već opisane karakteristike teksturnih elemenata tla od pojedinih teksturnih vrsta, koje se ovdje daju kao glavne grupe teksturnih klasa tala. Učešće pojedinih frakcija u tlu daje osnovu za podjelu tla na vrste. Pri tome se koi'isti uglavnom sadržaj čestica gline, praha i pijeska. U laznim zemljama postoje različite podjele. Često se koi'istiti podjela koju su dali u Njemačkoj Ehwald i saradnici (tabela 22). Oni su izdvojili kao glavne grupe; pjeskulju. ilovaču, prahulju i glinušu. U svakoj grupi su dali više podgrupa uz stavljanje oznake; pjeskovit, praškast, ilovast i glinovit. Osnovne karakteristike izdvojenih osnovnih grupa su slijedeće; a) Pjeskulja (pjeskuša, kumsulja) ima veoma dobru propusnost za vodu, dobro je aerisana, slabo zadržava vodu (mali retencioni kapacitet) i hranjive materije (uslijed malog sadržaja glinene frakcije). Zbog malog vodnog kapaciteta u proljeće se pjeskulja brzo zagrijava. Mali sadržaj lahko pristupačnih hraniva i visokog procenta isparavanja, u poređenju sa drugim tlima, zahtijeva primjenu najveće količine đubriva. Pjeskulja ima veoma malu plastičnost, koheziju i ljepljivost, te na nju mnogo ne utiče promjena sadržaja vlage. Uslijed slabe mogućnosti da zadrži vođu (mali broj srednjih i finih pora), voda se kroz nju vrlo brzo cijedi i brzo suši (poznata kao "suho i toplo tlo").
Takode slabo veže i hranjive materije, koje se iz nje lahko ispiru (zbog toga se ne smije đubriti odjednom većim količinama mineralnih đubriva). Pjeskulja je veoma često gladno, odnosno hranivinia siromašno tlo. Pjeskulje se nazivaju i "lahka tla", jer se lahko obrađuju sa poljoprivrednim mašinama. Najvažnije oznake pjeskovitih tala su siromaštvo u vodi i hranjivim materijama, visoka aeracija i brzo zagrijavanje. Ekstremno pjeskovita tla se uglavnom koriste u šumarstvu. U poljoprivredi se na njima mogu uzgajati lupina i krompir, a takođe i raž. Ukoliko su ljetne oborine visoke, može se gajiti još i heljda. U pjeskovita tla spadaju; pjeskulje, praškaste pjeskulje i ilovaste pjeskulje. Čisti pijesci se rijetko iskorištavaju u poljoprivredi, oni su apsolutno šumska tla. 116 Fizika tla
Slika 32. Nestrukturuo pjeskovito tlo Pjeskovita tia pokazuju uopće malenu do umjei-enu plodnost. Uslijed malog sadi-žaja čestica gline (slika 32), njihove snage zadržavanja vode i hranjivih materija su malene. Već slabijim povećanjem učešća gline, dolazi do bitnih poboljšanja ovih tala. Najvažnija mjera na povećanju plodnosti pjeskulja je povećanje 'Miosača'' hranjivih materija. To se postiže dodavanjem organske materije (stajnjak, zeleniš, kompost), koji sa glinom mogu da vežu hranjive materije i vodu. Povećanje procenta humusa u pjeskovitim tlima ima ograničenje, pošto krupne pjeskovite čestice pospješuju aeraciju, što dovodi do brže razgradnje organske materije. U proljeće se zagrijavaju vrlo brzo, zbog toga se na njima može otpočeti najranije sa obradom.
Plodnost pjeskulja je jako ovisna od količine oborina. Kod dobrog dubrenja voda je ograničavajući faktor visine prinosa. Ukoliko su oborine obilnije u toku vegetacionog perioda, utoliko se dobivaju veći prinosi. U njima skoro nikada ne dolazi do prejakog zasićenja vodom, odnosno do pomanjkanja zraka. Većina pjeskovitih tala nema veći sadržaj hranjivih rezervi, jer su ona siromašna u hranivima, a često i kisela. Uslijed velikih gubitaka ispiranjem, pjeskovita tla je potrebno dubriti azotom i kalijem samo u proljeće pred sjetvu, ili u vidu prihrane (uzdržna gnojidba) i to sa manjim količinama u češćim intervalima. Na pjeskuljama rastu kserotermne i oligotrofne vrste drveća kao č^sn- bor, jasika, breza, kleka, kseroterinni hrastovi i dr. Fizika tla b) Gnnu.še (gline, glinovita tla) uopće se smatra da imaju povoljna jiemijska, ali vrlo loša fizjčka svojstva (slika 33). U glinovita tla spadaju: praškasta glinuša, ilovasta glinuša. pjeskovita glinuša i teška glinuša. Glinovita tla zbog svojih nepovoljnih fizičkih svojstava, označavaju se kao umjereno plodna tla. Uslijed visokog sadržaja gline, snaga zadržavanja vode je vrlo velika, dok je propusnost za vodu, a time i prozračivanje veoma malo. Glinovita tla su većinom vrlo vlažna u proljeće, zagrijavaju se vrlo sporo i zbog toga se nazivaju "bJadna tla". U ljeto ovakva tla se mogu jako isušiti, a time dolazi do stvaranja pukotine. Uslijed slabe aeracije glinovita tla su biološki vrlo neaktivna, njihov živi svijet je malo intenzivan. Pojačanom gnojidbom organskim đubrivima, mogu se ova nepovoljna svojstva umanjiti. Obrada glinovitih tala stvara velike otpore. Ona se zbog toga nazivaju "teška tla". Obraduje naročito važnoizvesti u ranu jesen, da bi se tlo tokom zime inoglo izmrznuti. Na ovom tzv. ugarenom tlu djelovanjein mraza, dolazi do stvaranja relativno rastresitog sklopa u oranicu stvaranju finog ležišta za sjeme.
Slika 33. Glinovita tlo 118 Fizika tla Glinovita tla jako naginju zbijanju. Zbog toga se morajti popravljati organskim đtibrivom, krečom i razraliljivanjem oranice i zdravice. Takode, naginjti procesima zamuljivanja i stvaranja pokorice. Snaga zadržavanja hraniva. kao i prirodne rezerve hraniva, u glinovitim tlima je velika, niedtitim njihova pristtipačnost može često biti malena, pošto su hraniva vrlo jako vezana za koloide. Podesnim mjerama mobiliziranja može se stvoriti bogata ponuda hraniva. U tisloN'ima vlažnijih klimata glinovita tla se koriste kao trajni tra\'njaci. Da sc neko tlo označi kao glttia, potrebno je da sadrži najmanje 30% čestica gJine., Uslijed loše prozračnosti disanje korijena i biološka aktivnost su umanjeni. Glintiše uglavnom imaju visoki sadržaj hraniva i visoku moć za pohranu tmesenih hraniva. Gtibici ispiranjem su vrlo maleni. Uslijed loše propusnosti za vodu i stvaranjem tzv. stagnirajuće vode, često se mo.gu koristiti jedino kao livade i pašnjaci. Glinuše posjedtiju vrlo malti proptisnost za vodu, slabo su aerirane. Uslijed sporog cijeđenja \'ode može doći za vrijeme jačih oborina (naročito u kasnu jesen, zimu i proljeće) do pojave da voda leži po površini. Ova tzv. površinska stagnirajuća voda može dovesti do stradanja biljaka (naročito ozimih tisjeva). Plastična su i jako ljepljiva tla, lijepe se za oruđa kod obrade, točkove od traktora i druge predmete. Glinuše dobro zadržavaju vodu i imaju visoki retencioni kapacitet. S druge strane imaju relativno povoljna heinijska svojstva. Tako posjeduju veliku moć zadržavanja (adsorpcije) hranljivih i drugih materija na površinama koloidnih čestica, te
ih čuvaju od ispiranja. Kod hjih nema opasnosti da će doći do gubitka primijenjenih hranljivih materija iz đubriva, te se one mogu odjednom dubriti i sa veoma visokim količinama fosfornih i kalijumovih đubriva, a da ne dođe do njihovog ispiranja.
i
Za popravak vodno-fizičkih svojstava glinuša, u prvom redu njihove vodopropusnosti, povoljno djeluje dodavanje organske materije i kreča (ukoliko ga ne sadrže), da bi došlo do stvaranja povoljne strukture. Često su hidromelioracije jedino iješenje za popravku vodopropusnosti. .Na glinušaina se tnogu uzgajati: pšenica, crvena djetelina, dok lucerka teže tispijeva. Tla su najpovoljnija za travnjake. Glinuše sti tzv. "minutna tla" za obradu, stoga, jer je njihova "zrelost" za obradu (vlažna faza) veoma kratka, kako u proljeće, tako i u jesen, da bi se postigao optiinalan rok sjetve (slika 33). Na glintišama mogu se povoljno razvijati različite vrste šuma i to naročito one, koje se karakterišu korijenjem koje ima veću snagu prodiranja, kao što su: hrastovi, grab, jela i dr. 119 Fizika tla c) Ilovače, slika 34, se smatraju u poljopj-jvredi. najpovoljnijim tljma sa gledišta njihovog teksturnog sastava. Po mehaničkom sastavu nalaze se na sredini između_gl|nuša ijDj^sJaiija.t.e_...QLje.djnjuju One se mogu definisati kao mješavina, u približnom omjeru, čestica pijeska, pralia i gline. Zbog toga Ilovače jDQsj.edxij4,u-pa\iO.Uoa...Yodno-jidč^^^ ..heiiiij ska svoj st va. Tako jmaj u dobru prQpJ.isno&t-za-vo.d-U,..ali...je.-dabto-..i-zadi:žavaju,-dobro...s.U-.aerisane, dobi'o vežu hrani dobro se obrađuju.
SUka 34. Ilova.sto tlo Ilovače su vrlo podesne za uzgoj pšenice, krmnih kultura, šećerne repe, ozimogječma, leguminoza i drugih važnijih poljoprivrednih kultura. Jjovačama piipadajui, pjeskovite ilovače,_pj_e_skovjt02glino^ie i|ovače i ik)-vaČ£^One dolaze u,griipu najpjodniijh poljoprivrednih tala. Povećanjem sadržaja gline ilovasta tla postaju vezana, što opet dovodi do njihovog zbijanja, koje se može podesnim agro mjerama spriječiti (dodavanjem humusa, strukturiranjem). Sposobnost zadržavanja vode, cijeđenje vode i aeracije su uopće dobri. 120 Fizika tla O^brada ilovača se mora.vršiti. J
SUka 35. Prahulja .(stvaranje pokorice i erozija) 121 Fizika tla Po svojim vodiiofizičkim svojstvima praliiilje su nepovoljni je od ilovača. One mogu jako dobro vezati vodu. Pokazuju nepovoljno vodno svojstvo, naročito kada je sadržaj vlage u njima iznad vrijednosti poljskog vodnog kapaciteta. U ovakvim prevlaženim (prezasićenim) uslovima, praliulje se pretvaraju u pravu kašastu masti, skoro u blato, te su skoro neprohodne (traktori se "uvaljuju", zaglibljuju). Voda se relativno sporo gubi, te je za redovno oranje ili obradu potrebno izgubiti dragocjeno vrijeme, što dovodi naročito do kašnjenja u sjetvi proljetnih usjeva. U ovu gi'upu spadaju: prahiilje. iIo\'aste prahtilje i praškaste prahulje. Prahulje imaju više sličnih osobina sa ilovačama, naročito ti odnosu na sadržaj hraniva i plodnost, kao i na ponašanje vode. Ipak, postoje i odredene razlike. Kod ilovastih prahulja, kod kojih je sadržaj gline relati\'no malen, postoji visoki udio čestica finijih pora, što dovodi do jačeg vezivanja vode. Kod obilnih padavina voda se cijedi lagano, što ima za posljedicu potpuno siroma.štvo sa zrakom. Zbog toga u ilovastim prahuljama potrebno je poboljšanjem sklopa, tj. odnosa pojedinih frakcija tla, stvoriti dovoljnti količinu srednjih i velikih pora. Strukturni sklop će biti utoliko lakše stvoriti, ukoliko je materijal manje kiseo. i Likoliko je veći sadržaj gline. Praškaste prahulje su zbog toga po sklopu povoljnije, jer sadržavaju više gline. One jako naginjti zanniljivanju i zbijanjti, ali s druge strane, brzo se podesnim agrotehničkim mjerama vraćaju u povoljnije stanje sklopa. Sadržaj hraniva i njihova pohrana u prahuljama je bolja nego u pjeskuljama, slične su ilovačama. Od naročitog su značaja njihove velike rezerve u kalijumu, uslijed visokog sadržaja škriljastih minerala. Na prahuljama mogu rasti skoro sve kulturne biljke. Prahulje spadaju u srednje teška tla. e) Skeletna tla - Na dinamiku ovih tala jako utiče sadržaj skeleta (čestice veće od 2 mm). Skeletna tla, prema dominantnom učešću vrste skeleta, mogu biti: šljunkovita tla (prevladava zaobljeni skelet 2-20 mm), grusna tla (prevladava nezaobljeni skelet 2-20 mm) i kamenita tla (prevladava kamenje sa česticama većim od 20 mm). Skeletna tla su ona koja sadrže više od 50% skeleta (slika 37). tj. kamenja, odnosno šljunka, a skeletoidna su gdje je ovaj sadržaj ispod 50% (slika 36). Ovakva se tla mogu koristiti u poljoprivredi, mada je otežana agrotehnika. Tla iz ove grupe imaju malu aktivnu površinu i veliku poroznost. Snaga zadržavanja vode je malena i cijeđenje vode teče
brzo. Aeracija je vrlo dobra. Hranljive materije se dodaju u malim količinama, jer ih ovakva tla ne mogu pohraniti. Plodnost ovakvih tala ovisi u velikoj mjeri od sadržaja humusa, kao i prisustva sitnih čestica. Šljunkovita tla su po pravilu hranljiviina bogatija od kamenitih. 122 Fizika tla Na osnovu odnosa frakcija unutar skeleta prema Fiedleru (1964) tla se mbgu grupisati na slijedeći način: -skeletna tla sti vrlo jako kamenita, grusna, šljunkovita50-70 % -
skeletna tla su jako kamenita, jako grusna, jako šljunkovita 25-50 %
-
skeletna tla su umjereno kamenita, umjereno grusna,
timjereno šljunkovita
10-25 %
-skeletna tla su slabo kamenita, slabo šljunkovita, slabo5-10 % rrrnciT n -
vrlo slabo kamenita, šljunkovita, grusna
<5 %
Skeletna tla se, prema Gračaninu (1950), mogu podijeliti u dvije osnovne grupe: -
skeletna tla
> 50 % skeleta
-
skeletoidna tla < 50 % skeleta
Skeletna tla se dalje mogu podijeliti u podgrtipe i to: -
apsolutno skeletna > 90 % skelet.
-jako skeletna -
70-90 % skelet,
umjereno skeletna 50-70 % skelet. Skeletoidna tla se takođe mogu podijeliti u podgrupe i to:
-jako skeletoidno 30-50 % skelet, -
umjereno skeletoidno 10-30 % skelet,
-
slabo skeletoidno < 10 % skelet. Kod naziva za neko tlo, ako je skeletno, na prvom injestu se stavlja oznaka
skeletnosti, a onda oznaka za sitnicu (na primjer, skeletno tlo sa ilovastotn pjeskuljoiTi). Ako je tlo skeletoidno, na prvom mjestu dolazi oznaka sitnice, na priinjer, ilovasta pjeskulja, skeletoidna. Ovdje treba posebno istaći da tekstura tla liije jedino mjerilo povoljnih ili nepovoljnih tislova nekog tla, odnosno njegove plodnosti. Može se reći, da tekstura ima veliki uticaj na plodnost tla. Plodnost tla je kompleksno svojstvo na koje utiče čitavi niz faktora, tj.
pored teksttn-e i strtikture, sadržaj biljnih hraniva, zraka itd. Tako rnogu dva tla da imaju jednaki teksturni sastav, ali da se u pogledu plodnosti potpuno razlikuju (na priinjer, ako je jedno snabdjeveno dobro sa hutnusom i hranljivima, a drugo nije). Međutim, ipak teksturni sastav tla može nam biti od velike koristi kod ocjene podobnosti nekog tla za biljke. Saznanje da neko tlo posjeduje povoljan teksturni sastav kaže nam, da se i u slučaju pomanjkanja biljnih hraniva, ono može lakše popraviti nego tlo nepovoljne teksture. Popravak teksturnog sastava zahtijeva 123 Fizika tla mnogo više ulaganja i truda, nego popravak nekog hemijskog svojstva (na primjer povećanje sadržaja hraniva).
Slika 36. Plitko skelctoicbto tlo (oskudni pašnjak). Foto Cosić Uopće najpovoljnije poljoprivredno tlo bilo bi ono koje sadrži 10-20 % gline, 5-10 % organske materije, a ostatak je podijeljen na jednake dijelove između pijeska i praha. U izučavanju morfologije, geneze i klasifikacije tla, poznavanje teksture tla je neophodno. Mora se imati na umu, da je tekstura cijelog profila od posebne ekološke važnosti, a ne samo tekstura površinskog sloja. 124 Fizika tla
Slika 37. Kainenilo tlo (priroduo stanište vrijeska). Foto Cosić Iz naprijed iznesenog može se zalcljiičiti: -
Tei
-
Meinaničlii (teksturni) sastav tla direktno utiče na vodno-zračni i toplotni režim tla.
-
Vodno-zračni režim takode zavisi od vrste minerala u frakciji gline. Tako tlo sa 40% montmorilonitnih minerala gline imače lošija svojstva od tla sa 70% kaolinitnih minerala gline.
-
Fizičke osobine tla pri istom sadržaju gline imače bolja svojstva, ako u adsorptivnom kompleksu imaju Ca"^"^ umjesto Na"^ i ff ion.
-
Tekstura tla opredjeljuje izbor kultura za sjetvu i sadnju. Tako lahka tla pogoduju korijenjačama, gomoljačama, raži, duhanu i ranim povrtnim kulturama.
-
Takođe, mehanički sastav određtije vrstu hidromelioracionih zahvata. Lahka tla zahtijevaju češće navodnjavanje u manjim obrocima, dok teža tla određuju slabiju propusnost tla, a time drugačiji razmak kanala, drenova i si.
12.5 Fizika tla -
Interval optimalne obrade kod lahkih tala je širi, a kod glinovitih kraći (minutna tla). Veći sadržaj gline podrazumijeva veći otpor pri obradi, a time i povećane troškove obrade.
-
Lahka tla imaju topliju mikroklimu i manji sadržaj vlage u zraku tla, te su samim tim povoljnija za gradnju različitih objekata za stanovanje.
-
Izbor doze i vrste mineralnih hraniva ovisi od teksturnog sastava tla. U lahkim tlima hraniva se više ispiru, te ih je potrebno češće gnojiti u manjim dozama. Na lahkim tlima eutrofikacija podzemnih voda je više prisutna. Ako je to ekonomski opravdano, teksturu tla čovjek može da mijenja. Tako je najveći
broj bašča i vrtova u kamenitom - kraškom području Hercegovine, čovjek stvorio rukama, nekad noseći zemlju u sepetu na leđima, a danas, uz pomoć savremene mehanizacije, nanosi i osposobljava veće ili manje površine za korištenje u poljoprivredi, čime kamenita tla pretvara u obradiva. U Njemačkoj se pokazao veoma korisnim zahvatom prekrivanje pjeskovitog tla slojem od 20 cm (2.000 m'Vha) lesa. 5.1.1.5. Mehanička analiza tla Određivanje relativnog sadržaja pojedinih frakcija tla po veličini naziva se mehanička analiza. Postoje različite metode njihovog odvajanja. U svim tipovima kvantitativne mehaničke analize izdvajaju se dva stepena: 1. Separacija svih čestica jednih od drugih tj. kompletna disperzija u krajnje čestice. 2. Mjerenje količine pojedinih frakcija u uzorku. Separacija (razdvajanje ili disperzija) čestica tla se mora vršiti, jer se čestice tla drže zajedno u obliku tzv. agregata tla. Za ovo se koriste različiti agensi. Da bi savladali ove međusobne sile privlačenja koristi se: litijev karbonat (LizCO.O, Na-pirofosfat (NajPiOj • lOHjO), natrijev hidroksid (NaOH) i dr. Naročito je podesan Na-pirofosfat, jer rastvara Ali Fe-okside, i Fe- i Al-ione, a takođe Ca i Mg prevodi u kompleksna jedinjenja. Nakon postupka razdvajanja i prevođenja čestica u konačno disperzno stanje, pristupa se izdvajanju pojedinih frakcija po veličini. 1 ovdje postoji više metoda, koje se mogu grupisati u tri osnovne: -
prosijavanje (koje se koristi za izdvajanje uglavnom krupnih frakcija) za frakcije veće od 60 mikrona;
-
pipet-metoda, za frakcije manje od 60 mikrona, i
126 Fizika tla - aero-nieiocla, koja počiva na određivanju gustoće suspenzije (takode za sitnije frakcije). Navedene metode su laboratorijske i predmet su praktične nastave u laboratoriju. Osim laboratorijskih postoje i tzv, poljske metode ocjene teksturnog sastava tla od kojih je najznačajnija finger metoda. Ovo je orijentaciona metoda, ali može sasvim dobro
zadovoljiti preliminarno saznanje o nekom tlu. Primjer lazličitih izuleda leksiurnili klasa lla vidi se na slici 38. Vt
i, a
b
c
SMi/ JS. Poljski mc'loci ocIrecUranja tckslure lla, raiUke između: a) pjeskulje. h) praškasle ilovače i c) gline 5.1.2. Struktura tla [iteiialuilse čest^javljaju dva termina.' i to:-"sklop-tla!.!aJ_'str_uktura tla^'. Prema Kubieni njih treba razlikovati. Naime, pod izrazoin "sklop tla" se podrazumijeva raspored čestica tla u prostoru, dok izraz "struktura tla" obuhvata Tamo jedno ograničeno područje sklopa tla. Kod toga pod ^strukturom tla treba podrazuinijevati samo one forine sklopa tla. koje šu nastale vezivanjein sastojaka tla, j pokazuju sasvim određene agregate, odnosno strukturne tvorevine. Prema tome, uređenje individualnih čestica tla u masi tla, naziva se struktura tla. Struktura^ kao takva, nije direktan faktor biljnog.rasta, ali ona znatno utiče na sve fa'ktore biljnog rasta. Zaliha vode,.aeracija, pristupačnost biljnih hanjiva, mikrobiološka aktivnost i prodiranje korijena su ovisni od strukture tla. Preina tome, loša struktura tla može biti indirektan ograničavajući faktor biljnog rasta. Na drugoj stnrinrđo6ia~šli^ukfura tla utiče na faktore biljnog rasta, da funkcionišu sa optimalnom efikasnošćti. 127 Fizika tla
Slika 39. Izgled najpovoljnije nirvičasle (zrnaste) strukture ispod travnjaka Danas se pod izrazom struktura tla podrazumijeva veličina, oblik i uzajamni odnos strukturnih agregata, odnosno način rasporeda kako čvrstih čestica tla, tako i šupljika ili pora. Pod tim se ne misli na neko statičko stanje tla, nego na njegovo dinamično svojstvo, pošto u tlu neprekidno djeluju kako faktori stvaranja agregata, tako i faktori njihove razgradnje (tzv. dinamična ravnoteža). Prema Sekeri u tlu djeluju neprekidno dva procesa - proces strukturiranja i rahljenja (biološkim putem) i proces destrukturiranja praćen mikroerozijom i zbijanjem (slijeganjem) tla. Strukturni agregati predstavljaju nakupine (skupine) mehaničkih elemenata. Pojedini horizonti tla imaju karakterističnu strukturu.^ruktura može biti prirodna ili vje^^ačka, ona koja je nastala radom čovjeka. U praksi je odawo uočeno da mnoga svojstva tla, naročito fizička, da ovise od karaktera strukture tla. Zbog toga pitanje geneze strukture, njenog uticaja na svojstva tla i konačno na plodnost, na prinos biljaka, je odavno privuklo pažnju pedologa i agronoma. Može se reći da plodnost tla, naročito teškog mehaničkog sastava (glinuša), u velikoj mjeri ovise od strukture, jer struktura određuje vodni, zračni, biološki i hranljivi režim tla. Za teška tla se kaže da su kulturna ako su strukturna, kako navodi Kačinski (1965). 128 Fizika tla Izgled izrazito povoljne strukture tla na kojem se nalazi travnjak prikazan je na slici 39. Treba razlikovati pojam struktiu-e tla, kao karakteristične morfološke oznake, od pojma strukture tla u agronomskom smislu. Sa morfološke tačke gledišta bilo koja struktura može biti dobro izražena i karakteristična. Sa agronomske tačke gledišta pojam povoljne strukttire podrazumijeva samo sitnozrnastu i zrnastu strukturu.. Poželjno je da su strukturni agregati sa dijametrom 0.25-10 mm, da su porozni, te da su mehanički i u vodi stabilni. Izgled strukturnih agregata prikazanje na slici 40. Postoje tri osnovna tipa strukture: -
jednočestična,
-
koherentna i
-
agregatna. Jednočestična struktura se javlja kod tala lakše teksture, npr. pjeskuša, gdje se zrnca
međusobno ne mogu povezivati. Koherentna struktura se naziva Još i "masivna
struktura", gdje se čestice povezuju ti kompaktnu masu, a ona se javlja kod prahulja i glinuša. posebno u uslovima sa malim sadržajem humusa. Agregatna stabilnost se karakteriše dijeljenjem čestica tla na fragmente, koji su ograničeni ša svih strana. Ovi fragmenti se nazivaju "strukturni agregati", To su trodimenzionalna tijela i mogu se dalje dijeliti prema obliku u više grupa. Prema obliku agregati se dijele: -
Agregati ekskrenieiiata - njih stvara pedofauna, a naročito kišne gliste. Imaju valjkast oblik i glatku vanjsku površinu.
-
Mrvičasti agregati - su zaobljeni agregati sa hrapavom vanjskom površinom, visokim učešćem krupnih pora i prečnikom od 0,3-10 mm. Ovi agregati mogu nastati i obradoin tla. Ovo se smatra najpovoljnijom formom strukture. Ovi se agregati još zovu i zrnasti ili sferoidni.
-
Poliedrični agregati - imaju nepravilne, uglavnoin ravne površine, pretežno oštrih ivica, a u poređenju sa mrvičastim imaju manje učešće krupnih pora. Dijametar poliedara može biti između 2 i 100 mm. Dolaze u (B) - horizontu. Fino poliedrični sklop (srednji prečnik poliedra manji Je od 4 mm) se susreće na tlima, koja su bogata glinom i krečom (laporovita tla).
-
Prizmatičm agregati ^maju više ili manje glatke površi.ne i.vertikalni, pravac pružanja u tlu. Oni se nalaze u zdravici mnogobrojnih aridnih i, semiaridnih tala (na primjer, slana tla).
129 Fizika tla Stu}wsd_a^'egatJ_ - su slični prizinatičnim, samo su zaobljeni na goi'njoj površini.
I
SUka 40. Šematski prikaz oblika strukturnih agregata: a) Prizmatični agregati, h) PoJiedrični agregati, c) Stubasti agregati, cl) Stereoidahu zrnasti agregati, e) LiStasti agregati V ~
ravno i horizontalno u tlu, debljina im iznosi
1-50 mm, a širina i do 150 mm. Stvaraju se pod uticajem stagnirajuće jp.de,.(-pseudoglej - Stagnic luvisol), ili pod uticajem mraza. Grudvasti agregati - su nepravilno ograničeni agregati, koji mogu nastati obradom tala bogatih glinom. 130 Fizika tla Nesti'uktuma tla su ona koja se ne vezuju u agregate, kao na primjer sipki pijesair^riiroZ);ili su paFporpuno kompaktna kao viažne gline, (slika 33). ' ~'"$trukturne agregate po veličini dijelimo na makroagregate i mikroagregate, čija je granica 0,25 mm. Pojedini oblici strukture tla nam„&oyQr£-o veoma važn.im-.-svojstvinTa--i-^ procesima u tlu. Tako nirvičasta struktura indicira tlo koje je dobro ugafeno,._tj,., nalazi se u stanju veoma dobre plodnosti._ _
Slika 41. Ugled strukturnih agregata 'ti profilu tla: 1. Struktura površinskog .sloja (miješana), 2. Grvdvasta struktura oraničnog sloja, 3. Poliedrićno strukturni agregati, 4. Pločasto (listastij strukturni agregati. 5. Prizmatična struktura, 6. Strukturni agregati pod uticajem prekomjernog vlaženja tla 131 Fizika tla
Ako SLI strukturni agregati oštro oivičeni, tj. pdjedrjčni, to je inciiicacija da tlo sadrži mnogo gline^^datlu, kod koga treba paziti kada se obrađuje. Ako neki horizont tla posjeduje prizmatičnu strukturu, sa izrazitim vertikalnim pukotinama tokom ljeta, to takođe ukazuje na teško tlo. Prirodan izgled pojedinih strukturnih agregata u profilu, prikazanje na slici 41. 5.1.2.1. Faktori i melianizmi strukturiranja Ovdje ćemo se pos'fbno osvriiuti nai' nastajan|e jiirvičaste„. j strukture, koja je naročito važna za kulturno tlo. U agronomiji je pojam plodnosti tla adekvatan izrazu dobre mrvičaste strukture. Ekološko značenje ovog oblika strukture je u tome, što se kod ove forme i veličine (1-3 mm) povećava sposobnost tla da propušta i prima velike količine vode, kao i posjedovanje povoljnih uslova aeracije. Ova svojstva su posljedica povoljne forme i veličine mrvica, kao i konfiguracije šupljine tla, i to kako između pojedinačnih mrvica, tako i unutar mrvica. O procesu stvaranja mrvica navodimo tumačenje koje je razradio austrijski pedolog Sekera. j^JSma^fikejiLpipces stvaranja mrvičaste strukture tla teče u dvije faze: -:_„KDk)idnoJaemijska-faza_i::j
--
- Biološka faza. _ ^ 5.1.2.1.1. Koloidno-hemijska faza v^ U,._koloidno-hemijskoj fazi (slika 42) dojazi. do koagulacije primarnih čestica tla u tzy,..jnikr.Qagi-egate. Za nastajanje ove faze potrebni su koipidi_tla_ (gFina) i koagulatoi'i-tili-lt&leiđa (baze, na primjer Ća). Kreč koji se nalazi u nekom tlu iie znači daje u isto vrijeme sposoban da vrši ovaj proces. NaimeTTyn~se' mora nalaziti u aktivnom stanju da prelazi u Ca-bikarbonat, odnosno da daje Ca"'"'" ion, koji u stvari predstavlja uslov koagulacije. Osim dvovalentnog Ca"'""'", kao koagulatori se javljaju Mg'"'" i trovalentni oblici Fe'^"'" i Af"'" ioni. Posebno je važan koagulator Ca""'", ali općenito ioni sa većom valencijom jači su koagulatori ođ niževalentnih iona. Pn koagulacij! kQloidi..se u prvoj fazi vežu u njanje pahuljice, a potom u nakupine većih makroagregata. Ireverzibilno koagulirani koloidi daju najstabilnije mikroagregate. 132 Fizika tla
Sekundarne čestice Koagulati ■i* . Gel Agregati ***
i Zgrušavanje Koagulacija Peptizacija Sljepljivanje Vezanje sa organizmima D SUka 42. Proces stvaranja inrvičasle slnikliire - koagulacija i agregacija Natrljumovi ioni u rastvoru tla ili adsorptivnom kompleksu djeluju negativno, tj. peptiziraju koloide i sprječavaju stvaranje mikroteksturnih agregata. 5.1.2.1.2. Biološka faza U drugoj fazi - biološkoj (slika 43), dolazi do povezivanja (cementacije) mikroagregata, to je u stvari, proces agregacije tía. Prema Sekeri ovaj proces ~ povezivanja vrše mikroorganizmi tla na taj način što prorašćuju i isprepliću mikroagregate. Odjmjvroorgamzania su ovdje naročito aktiv.ni sluzaste kolonije bal^nja, al
ona tada ima i najjače.cementirajuće.-djeLo.vaiij.e._ . na.povezivanju, mikro u makroagregate. Od organskih materija naročito sti aktivne one tipa poliuronida i polisaharida. Poliuronidi i polisaharidi su lineafrni koloidi, koji izgrađuju kao konac tanku mrežu i Tia taj način poveztiju čestice tla. 133 Fizika tla Od oija n ski h niajerijia Jcgj.^po v.ezuj i.i, na j važii ij i je Jili ni us, ..a od nii nera Inih jplerijaTminei-ali CaCOj te n-iingr.alnj koloidi u vidu hidroksidji Al j. Fe,, a od b i0jg^šjiiliizjučeV ine m ijo^ooigaji i_zaimai_vi.d.u .egzoeliži nia^ U procesu stvaranja makroagregata (sljepijivanja), ■ naročito je izražen afinitet vezivanja huniusnih materija i mineralnog dijela tla u stvaranju organomineralnog kompleksa. Kod montmorilonitne gline, humusne materije ulaze u međulamelarne prostore, a tako vezan humus se vrlo sporo mineralizira. Hiuruksidi Fe i Al, stvaraju ínru opnu oko ¡rukioagregata, a zagrijavanjem kod crvenica dolazi do njihove i'everzibilne koagulacije. Stvaranje agregata naziva se agregacija a njihovo raspadanje dezagregacija. Iz navedenog dvofaznog načina stvaranja struktui'e može se zaključiti i o i?vanrednom značaju mjei'a, koje provodimo u praksi, kao što su kalcizacija (kalcifikacija) i huinizacij.^t^^^ Pored ovog nač?iT^swaranja mrvica, one mogu još da nastaju u drugim procesiina. Tu dolazi u pr\'oni redu pritisak. Ovaj pritisak može biti posljedica biljnogj
Pijesak
Kolonije organizama SUka 43. U drugoj fazi stvaranja agregata učest\'iijii mikroorganizmi i produkti njihove aktivnosti Koijj en trava usjijeđ velike proizvodnje finos korijena., može takođe dovesti do stvaranja mrvičaste strukture. 134 Fizika tla 5.1.2.2. Stabilnost strukture Pod stabilnošću strukture se podrazumijeva sposobnost tla, da se odupre razarajućem djelovanju vode i zraka. Ukoliko se neko tlo bolje odupire ovim djelovanjima, kaže se da je ono stabilnije. Postoje pravi i lažni agregati. Pravi agregati tla nastaju u dvofaznom pioeesu (uz tzv. ireverzibilnu koagulaciju), dok lažni agregati nastaju tzv. reverzibilnom agregacijom, izazvanom djelovanjem riiraza, siišc, obrade i si. Ovakvi agregati se već djelovćnijem kiša raspadaju (razmuljuju). Kod stabilnosti treba razlikovati: -
stabilnost agregata u vodi i \
-
mehaničku stabilnost agregata. |
Pod stabilnošću agregata u vodi, slika 44, se podrazumijeva njihova rezi.stentnost prema razarajućem djelovanju vode. Pod mehaničkom stabilnošću agi'egata podrazumijeva se sposobnost agi-egata, da se suprotstavljaju na njihovo mehaničko narušavanje'.'Na primjer,-T^<_^' prilikom obrade tla sa poljoprivrednim mašinama dolazi prije svega do mehaničke --. » razgradnje strukture. Danas u ovu grupu stabilnosti se ubraja i otpor udaru kišnih kapi. Najveći uništavač (razarač) strukture tla je oborinska voda. Voda tizrokuje dekompoziciju agregata tla i njihovo zamuljivanje. Naročito je opasan direktan udar kišnih kapi, gdje se kao rezultat neprekidno "bubnjevitih" udara kišnih kapi, i p,' najstabilnije tlo raspada i gubi svoju povoljnu strukturu. Takođe i zbijeni zrak u "S mrvici (agregatu), može da dovede do njegovog raspadanja. Ovo se naročito
Do kvarenja (dezintegracije) strtikture tla naročito dolazi oranjem ili obradom tla kada je ono isuviše vlažno, te kret&njem traktora, a posebno stoke po tako mokrom tlu. U odnosu na pojam "stabilnosti strukture" treba imati u vidu, da se pod tim misli na njeno relativno stabilno stanje. Nije moguće uspostaviti neko tlo aspolutno stabilnim. U praksi treba uvijek nastojati da se površina tla nikada ne ostavlja gola, nepokrivena, odnosno ne smije biti izložena direktnom djelovanju kišnih kapi. Najbolje se čuva struktura tla, ako je tlo pokriveno vegetacijom ili nekim mrtvim pokrivačem (malčovanje, kompost i sk). 135 6 Fizika tla
ii^lHM
i*
ÍÜESSS ilMi
S///,Y( 44. Označavanje stabilnosti strukture po Sekeri: 1. najstabilnija struktura u vodi 6. najnestabilnija struktura u vodi Rezultat procesa raspadanja makroagregata na mikroagregate ili primarne čestice, te pogoršanje svojstva tla. Tako se pore ili šupljike tla začepljuju, što zatim dovodi do
usporenog oticanja vode, do umanjenja aeracije tla, a smanjuje se i tzv, životni aktivni prostor biljnog korijena, mikroorganizama i pedofaune tla. Ovakav proces destrukturiranja tla poznat je još i kao mikroerozija tla. Prema tome slaMaa-NRRA/-iča.sta.^stajkiui:a.-puedsta.vlja.ideuUnQ stanje tla, jer su uJakvom_tju .procesi filtiLacije vode, te upijanja vode i aeracije vrlo povoljni. Osnn toga, u takvim uslovima se povećava pristupačnost biljnih hraniva, rad mikroorganizama, poboljšava se otpornost prema eroziji t|a, umanjuje se stvaranje pokorice i dr., te se zbog toga i mrvičasta (zrnasta) struktura tla sniatra kao sinoni^ "njegove plodnosti.
'
'';V U tlu postoje uvijek dva suprotno djelujuća procesa - proces izgradnje (nakupljanja) organske materije, koja (pored ostalog) dovodi do povezivanja mikro . i makroagregata, od.nosno procesa strukturiranja, te razgradnje organske materije (mineralizacije), što dovodi do procesa destrukturiranja tla. Ovi procesi teku jedan 136 Fizika tla pored drugoga tj. stalno se Izgrađuju, stabilni strukturni agregati i stalno teku procesi njihove razgradnje, tzv. proces destrukturiranja ili mikroerozije. Prema odnosu ta dva procesa, tj. koji je od njih intenzivniji, ovisiće i krajnji rezultat. Ukoliko dominiraju procesi razgradnje nad procesima izgradnje, onda će tlo imati nestabilnu struktiu'ti, dominiraće procesi mikroerozije, makro pore će se zamuljivati, tlo će se zbijati, smanjivaće se njegova propusnost za vodu i zrak, a na kraju i njegova plodnost. Ovakvi procesi su naročito pojačani u kiselim tlima, zatim nepravilnom obradom tla i si. 5.1.2.3. Uticaj različitih materija na stvaranje strukture i a)
Djelovanje organskih materija i biološke aktivnosti - Najveći uticaj na
stabilizaciju agregata u oraničnom sloju imaju organske materije. Dodavanje organskih materija u obliku biljnih otpadaka i organskih dubriva u tlo, dovodi do stvaranja agregata na indirektan način. Tako se povećava mikrobiološka aktivnost, koja dovodi do stvaranja raznih materija, kao npr. polisaharida i poliuronida. Ova jedinjenja služe kao cement za sljepljivanje mikroagregata u makroagregate. Ovakva sjedinjavanja nisu trajna, te je djelovanje organskih inaterija kratkog trajanja. Organska materija djeluje i tako što služi kao hrana pedofauni, posebno kišnim glistama, te ukoliko unosimo u neko tlo više organskih materija, to će i razvoj glista biti intenzivniji. Ovi agregati koji predstavljaju ekskreinente pedofaune su vrlo rezistentni. Njihova rezistentnost se naročito povećava sa povećanjem sadržaja gline.
Takode micele gljiva, kolonije bakterija i korijenove dlačice viših biljaka imaju agregirajuće djelovanje. Ni ovako stvoreni agregati ne ostaju dugo, jer i mikroorganizmi i korijenove dlačice žive kratko. Procjenjuje se da kišne gliste proizvode svaki dan u vodi stabilnih agregata, u količini koja odgovara težini njihovog tijela, ako su uslovi povoljni. One takođe stvaraju kanale koji su korisni za filtraciju i aeraciju. Općenito, ukoliko je veća populacija kišnih glista u tlu, utoliko je bolja agregacija. Organska materija ima dugotrajnije djelovanje na stvaranje agregata ukoliko je njen priliv stalan, naročito je to kod zatvorenog sklopa na travnjacima. b)
Uticaj oksida gvožđa i aluminijuma - Oksidi gvožđa dovode do stabiliziranja
mikroagregata. Neki pripisuju ovo djelovanje ne gvožđu nego aluminijumu. _..A.gregirajuće djelovaiije oksida Fe i Al se tumači time što Al- i Fe-ioni djeluju na negativno nabijate minerale gline i humusne materijejHvo.djelovanje je 137 Fizika tla jače Jzra^že^ u„uraj.eteno--do-jato^ kiseloni području, ..nego u .slabo _kiselom i _ji.JJcaln.o.ai,...jei' opada pozitivno punjenje oksida sa povećanjem pH. Njihovo stabilizirajuće djelovanje dolazi manje do izražaja u tlima, koja sadrže dosta organske materije, jer pozitivno punjenje oksida se dijelom neutrališe organskim supstancama. c) Uticaj iona - Veorria povoljan .uticaj..na..agi:egatnu stabilnost iinaju Ca""^ ioni. '
...... . Ukoliko je tlo zasićeno sa kalcijum ionima, dolazi do slijedećih djelovanja:
"" KoToldi su u dobro zgrušanom stanju, -
Povoljna reakdja, jioj.u.„.Uo .iina....uz prisustvo C.a.-iona, dovodi do
"pcrvećaiija mikrobiološke ..aktivp.osti. Kako navodi Ludecke,_ naročito "^voljno djeluje ako se tlu doda 5-10 mte/ha živog kreča u tlo bogato glinomja bi_se umanjilo zainuljivaiije povi-si.nskog.sloja za nekoliko "^sedmica, ' " -■^oli huinmsl^i
gi-edst.a.vjj.aju, idealnu cementnu
inateriju_za obrazo ,struk.tui.:ni.h... agregata. Cesto se humusni i " mineralni koloidi Fe i Al javljaju kao mješoviti lijepak. -
Cementna materija djeluje tako, što dolazi do dehidratacije koloida
(obaranja),Jto dovodi do sljepljivanja minerahiih čStića7tj! stvaraju se stabilne opne oko mikroagregata.
Nasuprot dvovalentnim kaiionima, Na-ioni dovode do s.inapjenja agregatne stabilnosti, uslijed njihove
Jjidi;aiadon^^^ sposobnosti. Oni dovode do
""^ršpet'giranja tla, a time i dojaspadanja agregata, zamuljivanja (kad Na-ion pređe 5% učešća), i zbijanja. Ukoliko je tlo zasićeno H-ionima, dolazi do zgrušavanja vrlo lahko. Naime, sa povećanjem H iona naboj, a takođe i električni potencijal izmjenjivača se umanjuje. U kiselim tlima, međutim, jače djeluju Al-ioni, koji sa opadanjem pH pojačavaju izmjenljivu formu i pojavljuju se kao poliineri Al-kompleksa, d) l^caj__anargaii&kih..đu.bdva - Anorganska đubriva djeluju dijelom direktnajo.a_a.£regatnij stahilnost,-pošto se sadržaj soli u rastvoru tla povećavali time se utiče na sastav ionskog punjenja - izmjenjivača. Ovo dovodi do zgrušavanja koloida tla. Indirektno ..djelovanje anorganskih đubriva počiva na povećanju priiipsa, a time i na povećajte biljnih ostataka i biološke aktivnosti tla. ■■ " ............................................... ..... ........... ....... ". ^j^inteti^stabilizatori
uspjela da i fabrički
proizvede izvjesne materije, koje mogu dovesti do stvaranja stabilne strukture. To su tzv. sintetički stabilizatori, koji dolaze pod raznim fabričkim imenima, kao što su krilijum, flotal, HPAN itd. To su tzv. polimerna jedinjenja, među kojima su 138 Fizika tla naročito povoljni izv-^poUmfirj-poliin^^^^^ navodi Maslenkova (196L), pod 'utlcajeiTrovih polimera dolazi do strakturiiranja, kao rezultat čitavog niza procesa, "kao što su koaguTačlja; adsolpcija i obra"zovahje vodonikovih veza. Naime, ovi polimeiV pósjéTdliJü '™^ . fünkxlOTfalne. grupe (km'boksiine, hldroksilne, amidne, fenilne, nitrilne itd.), što im omogućava da vrše proces koagulacije i agregacije. Revut i Romanov (1966) navode da ovi polimeri vrše promjenu i u mikroagregatnom sastavu. Oni su pokazali djelovanje u širokom dijapazonu reakcije tla. od pH 3-9. Primjer izvanredno uspješne primjene sintetičkih stabilizatora vidi se na slici 45. Ovdje je primijenjen sintetički polikrilamid u irigacioni kanal (b) u odnosu na kanal u kojem nije primijenjeno ovo sredstvo - razorena struktura (a). Kačinski (1967) smatra da je .korištenje polimera jedan od najperspektivnijih metoda ostrukturenja i poboljšanja fizičkih svojstava tla, gdje se danas sve više koriste: akrilna kiselina (CH:=CH-COOH), metakrilna (CH2=CH,,) i maleinska (COOH-CH=CH=COOH).
Njihova primjena u količini 0,05-0,1% težine tla veoma brzo dovodi do strukturiranja tla. Međutim, zbog visoke cijene koštanja, njihova primjena je još uvijek ograničena u široj poljoprivrednoj praksi.
Slika 45. Primjena sinieličkih stabiHzalora sinikiiire u irigacionoj brazdi (b) i bez primjene (a). Tlo van domašaja irigaeione vode (e) 139 Fizika tla 5.1.2.4. Ekološki značaj strukture tla Struktura je jedan od osnovnih nosioca plodnosti tla, a u znatnoj mjeri može umanjiti negativne osobine tla uzrokovane mehaničkim sastavom, što je posebno značajno kod glinovitih tala. Glinovita bestrukturna tla imaju malu vodopropusnost i slabu aeraciju, dok se strukturiranjem povećava udio makropora, a time i vodopropusnost. Kod povoljne strukture tla vodni režim je stabilan, tako da_ biljka ne podliježe ^stresovima, i__gdjeje odnos vode r^i^akanzbalai^iraji. To je zahvaljujući 'prije svega što struktuiTiTagregati posjeduju unutrašnju mikropOT'ožnost i ine'đu- ^agregatnu niakroporoznost, što se najbolje vidi kod "nirvičastih i zrnastih agregatnih struktura. Za' biljku je od posebnog značaja, da povoljna struktura obezbijeđuje i druga""važna svojstva tla za biljku kao'što'■šurTopIofni "režiifn7 mikrobiološka aktivnosti a time i hranidBenT potencijal tia. Tlo s povoljnom stxuJ^uxom najbolje se odupire eroziji vodom i vjetrom i time doprinosi visokom koeficijentu iskorištenosti hraniva, te smanjenje eutrofikacije podzemnih i površinskih voda.
Slika 46. Stvaranje pokorice kao posljedica ležanja vode na preoranom du slabe strukture (nicanje sjemena veoma slabo). 140 Fizika tla Za i-azliku od glinovitih, ilovasta tla, zahvaljujući povoljnoj teksturi, sama ^po sebi imaju povoljniji odnos makro i mikropora bez obzira na strukturu. Pjeskuše s druge strane imaju višak makropora i nedostatak mikropora, što se ne može popraviti obrazovanjem agregatne strukture. U savremenoj poljoprivrednoj proizvodnji struktura tla je najviše ugrožena pretjeranim korištenjem tla, naročito uz navodnjavanje, kao i primjenom sve teže mehanizacije. Prema podacima Bridges, (1993), prosječna vrijednost sadržaja pora od 47% kod devetnaest tala u Džordžiji koja se obrađuju, porasla je na 57%o sadržaja pora kod istih takvih tala u susjedstvu koja se ne obrađuju. Veoma su nepovoljna tla, koja su sklona formiranju pokorice. To su tla koja su bogata frakcijom praha, a prije svega eutrično smeđe tlo na lesu (Eutric cambisol), lesivirano tlo (Luvisol), pseudoglej (Stagnic luvisol), neka aluvijalna (Fluvisol) i glejna tla (Gleysol), slika 46.
Slika 47. Bestnikturno tlo veoma povoljno reagira na prisii.stvo organske materije ^varaiTje i održavanje dojji^e strukture tla podrazuinijeva primjenu svih zahvata i mjer^ koje Liliču.,iia_,_povećanje liun prvenstveno~l:alcijuma u vodenom rastvoru, primjenom adekvatne obrade i 12.5 Fizika tla korištenjem sintetičkih stabilizatora strukture. JJ„_.firyi,L._gai.p-i,Lmj.e,rii„__s_padaju:_ Jiuj2imdj.a,_zaora-vai.Tjfi._hiy smjesa i zelena gnojidba. ..........KalciZTćrj'r"(kalcifikacija) se primjenjuje kod kiselih tala, odnosno dodavanje gipsa (CaSOJ alkalnim tlima u kojima se javlj;iju Na"" ioni. Obradu tla u cilju očuvanja i popravke strukture, treba primjenjivati u optimalnom stanju vlažnosti, ili što bliže tom stanju. Danas se. kao što je već naglašeno, koriste i sintetički stabilizatori strukture koji stvaraju opne oko agregata, ali zbog relativno visoke cijene, njihova primjena je ograničena. 5.1.3. Specifična gustina tla i zbijenost ^ 5.1.3.1. Specifična gustina Specifična gustina je broj koji pokazuje koliko je puta masa (težina) tla teža od mase jednakog volumena vode. U tlu razlikujemo dvije vrste specifičnih gustina; -
prava ili faktična specifična gustina,
-
zapreminska, volumna ili prividna specifična gustina.
Obje vrijednosti se iskazuju u gramima na 1 cm' (g/cm"') ili u kg/dm\ Sematski prikaz volumne i prave specifične gustine dat je na slici 48.
Čvrsta faza i pore
^ pore •i- čvrsta faza 1 Oí gxcm A(Vg) BíSgw Slika 48. Volumna (A) i prava (B) specifična gustina: A - Volumna specifična gustina (Vg) prirodno stanje u profilu (čvrsta faza tla i pore) 8 - Specifična gustina prava (Sgp), ako tlo saimemo prema dnu, kocka će izgledati kao na slici (50% pora i 50% čvrste faze) 142 Fizika tla 5.1.3.1.1. Prava ili faktična specifična gustina Pod pravom specifičnom giistinom tla podrazumijeva se težina jednog kubnog centimetra potpuno neporoznog tla. To je, u stvari, težina čvrste faze tla bez pora (slika 48b). Prava sepcifična gustina zavisi od vrste mineralne materije i sadržaja organske materije. Ukoliko je veći sadržaj organske materije u tlu, vrijednosti specifične gustine su manje. Na povećanje vrijednosti prave težine naročito titiče prististvo teških minerala, posebno gvožđa. Prava specifična gtistina varira kod nekih sastojaka tla i to: kod organske materije oko 1,4, a za minerale gline od 2,2 do 2,9. U prosjekti se tizima. da prava specifična gustina, za mineralni dio tla u prosjekti iznosi 2.65 g/cin\ U površinskim horizontima tla po pravilu je nešto manja, uslijed većeg sadržaja humusa, nego u dubljim. Na pravu specifičnu gustinu ne utiče struktura tla. Prava specifična gustina se određuje pomoću piknometra. Ova se \ rijednost slabo mijenja sa vremenom, te se ona smatra relativno konstantnom. 5.1.3.1.2. Volumna ili zapreminska specifična gustina Voltimna ili zapreminska specifična gustina je gustina 1 cm"' tla u prirodnom stanju, tj. sa njegovim porama (slika 48A). Ona se može defmisati i kao odnos između suhog tla u prirodnom stanju (određenog volumena) i težine istog volumena vode.
Vrijednost i voluinne gustine su uvijek manje od vrijednosti prave specifične gustine. Kada bi se neko tlo moglo učiniti potpuno kompaktnim, vrijednosti volumne gtistine bi se približile vrijednostima prave specifične gustine. Na voltimnu gustinu tla utiču struktura, sadržaj organske materije i zbijenost tla. Nepravilna obrada tla djeluje na povećanje volumne gustine, dok dodavanje organske materije utiče na njeno smanjenje, Volumna gustina nekog tla je varijabilna veličina, zato jer zavisi od volumena pora, te se može reći da sve ono što utiče na promjenu poroznosti tla dovodi i do promjena voluinne gustine. Vrijednost voltimne gustine je važna fizička karakteristika tla. Tako na osnovti nje zakljtičtijemo o zbijenosti tla i ukupnoj poroznosti. Osim toga ona nam sltiži i za izračtinavanje težine tla, za izračunavanje humusa u t/ha, ukupnog azota u kg/ha. za određi\ anje zaliha vode u mm vodenog:stupca ili u mVha i dr. Volumna gustina jako varira u zavisnosti od poroznosti. 143 Fizika tla Pjeskovita tla imaju volumnu gustinu 1,3-1,7; prahulje^ ilovače i glinuše imaju od 1,1 do 1,6. U tlu koje je jako proraslo sa korijenovim sistemom, vrijednosti volumne gustine se kreću od 0,5 do 1,0. Kod tresetnih tala je 0,2-0,4. U prosjeku se uzima da je volumna gustina tla 1,50 g/cm\ Na osnovu toga se izračunava daje 1 ha do 20 cm dubine težak tri miliona kilograma. Ovaj podatak se koristi i kod iskazivanja sadržaja pristupačnih hraniva.. Sadržaj hraniva se iskazuje u miligramima na 100 g tla. Svaki mg hraniva na 100 g tla odgovara veličini od 30 kg toga hraniva na ha u sloju do 20 cm dubine. Prema Bondarevu et al. (1974), optimalno fizičko stanje za biljni korijen se stvara i to kod stabilnih strukturnih agregata većih od 0,25 mm, akoje zapreminska gustina 1,1-1,3 g/cm\ s tim daje sadržaj vode u njima od 35-50% od sadržaja ukupnih pora. Ukoliko volumna gustina ima jako visoke vrijednosti, tj. kada tlo postaje jako zbijeno, tada biljni korijen ne može da se razvija niti da prodire. U glinušama kritične vrijednosti za porast biljaka su između 1,6 do 1,7. Često se u literaturi koristi podatak o volumnoj težini kao sinonimu za "zbijenost" tla, naročito u ratarstvu i melioracijama. Volumna gustina, dubinom profila, po pravilu se povećava uslijed manjeg sadržaja' humusa, pritiska gornjih masa i ispranih sastojaka iz gornjih slojeva. Stepen zbijenosti dubljih slojeva je utoliko veći ukoliko je proces ispiranja intenzivniji.
Do povećanja volumne gustine, a time i zbijanja tla, dolazi u uslovima nestabilne strukture. Pod uticajem padavina nastaje raspadanje agregata i njihovo zamuljivanje, naročito u površinskom sloju. Takođe pod uticajem teških mašina dolazi do zbijanja, čak i dubljih slojeva. Zbijanje u zdravici dovodi do smanjenja prinosa, a može dovesti i do stagnacije vode u oraničnom sloju. U slučaju ovih pojava potrebno je vršiti razrahljivanje zdravice (podrivanje i duboko oranje). Svi ovi procesi zbijanja dovode do smanjenja ukupnog sadržaja pora i do povećanja volumne gustine. Naročito dolazi do smanjenja pora većih od 50 mikrona. Uzroci zbijanja mogu biti i kao rezultat premještanja ili iluvijacije materije iz gornjih slojeva u krupne ili srednje pore. Takvo zbijanje je prisutno u Bt- horizontu lesiviranih tala, uslijed taloženja u njima nerazorenih čestica gline. U rezultatima procesa zbijanja javljaju se i procesi stvrdnjavanja kod njegovog isušivanja, uslijed povećanih kohezionih sila. Zbijanje i stvrdnjavanje su nepovoljne pojave u tlu i štetno djeluju na biljni rast. Ukoliko se poveća volumna težina preko 1,5 g/cnr, jako se umanjuje aeracija i kretanje vode, tako da uslovi za biljke postaju vrlo loši. Prema Kačinskom (1965) za tla osrednje teškog i teškog mehaničkog sastava a na osnovu vrijednosti volumne težine, može se dati slijedeća ocjena njegovog stanja, tabela 24. 144 Fizika tla Ocjena tla na bazi volumne gustine Tabela 24. Volumna gustina u Ocjena I 1,0-1,1 1,2 1.3-1,4 1.4-1,6 1,6-1,8 Tlo bogato u organskoj materiji, na primjer livada ili u šumi površinski sloj Tipična veličina za svježe izorani pašnjak Karakteristično za travnjak Travnjak (pašnjak) jako zbijen Tipična veličina za potpovršinski horizont različitih
tala Jako zbijen horizont ______________ Pjeskulje se karakterišu sa volumnom težinom u rasponu 1,3 do 1,5. U voćnjacima sa livadskom tratinom na pjeskuljama vrijednosti se mogu smanjiti i do 1,2-1,3. Q 12
Čista sječa 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 Zapreminska gustina (g/cm') Slika 49. Ulicaj lolalne sječe šume na zapreminsku . gustinu tla po clubiiii (Melntvre et al. 1987) 145 Fizika tla Neka tla su po prirodi kompaktna kao rezultat njihovog,teksturnog sastava i nastanka. Tl^se mogu zbijati i obradom (naročito nepravilnom). Kompaktna tla obično pružaju veliki otpor prema oruđima za obradu, a kompaktni horizonti ili slojevi u tlu mogu ograničiti rast korijena uslijed slijedećih razloga; -
nemaju dovoljno krupnih pora kuda korijenje može da raste,
neiTia kiseonika u dovoljnoj koncentraciji za sve vrijerne za potrebe tiormalnog disanja korijena, -
ne postoje dovoljne količine pristupačne vode,
-
ipogu se akumulirati toksične supstance.
Kompaktnost tla se povećava odsustvom vegetacije, a naročito primjenom potpune sječe drveća na šumskim tlima, što se najbolje vidi na grafikonu, slika 49. Zapreminska gustina se određuje u cilindrima (npr. cilindri po Kopeckom). 5.1.3.1.3. Parcijalna zapreminska gustina
Pod parcijalnom zapreminskom gustinom podrazumijeva se težina I cnr\ sitnog tla bez skeleta u prostoru kojeg zauzimaju sitno tlo i skelet zajedno. Ona se određtije posebnom metodom i uvijek je manja od volumne gustine tla bez skeleta. Postoji više terenskih metoda za određivanje parcijalne zapreniinske gustine: pomoću pijeska ili plastične folije i vode. To su terenske orijentacione metode, koje imaju veliki značaj kod istraživanja skeletnih i skeletoidnih zemljišta, gdje je veoma otežano uzimanje uzoraka tla u cilindrima. Na ovakvitn zemljištima, u cilju primjene adekvatnih mjera gnojidbe i navodnjavanja, najvažniji podatak je poznavanje ukupne količine sitnice do dubine prostiranja korijena, te odnos sitnice i skeleta u tlu. 5.1.4. Poroznost Između čestica čvrste faze, tj. mehaničkih elemenata i strulcturnih agregata nalaze se šupljike ili pore. Pore između primarnih čestiea označavaju se kao primarne pore, a između strukturnih agregata kao sekundarne pore. Sposobnost tla da ima pore je vrlo važna osobina, jer se u šupljikama tla nalazi dijelom voda, a dijelotn zrak. Tu se nalazi i biljni korijen, te mnogobrojni mikroorganizmi i fauna tla. 5®—-PPJ®? " stvari, smatraju kao životni prostor biljnog korijena, mikroorganizama i pedofaune. Pore tla čine, pored strukturnih agregata, građu ili sklop tla. U rezultatu različitih načina strukturiranja dolazi do pojava različitih formi i veličine pora tla. 146 Fizika tla Poroznost tla je važno fizičko svojstvo, koje utiče na vodni režim, aeraciju, propusnost za vodu i zrak itd. i zbog toga ima veliki ekološki značaj. Suma ili zbir svih šupOika ir iTekoni tlu naziva se ukupni volumen pora ili ukupna poroznost tla. Ukupna poroznost ili volumen pora. ili šupljika, predstavlja dio tla u cnrVlOO cnr tla. koji nije zauzet čvrstom masom tla, nego je ispunjen vodom i zrakom. Svako tlo posjeduje poroznost. Značaj poroznosti u zemljišnim procesima je vrlo velik. U porama se nalazi i kreće voda i zrak, a na površinama čvrstih če.stica vrši vezivanje hranljivih materija. U njima se nalazi korijenje, mikroorganizmi i sva druga živa bića koja žive ujki, te se može reći da od sadržaja i kvaliteta pora u znatnoj mjeri ovisi plodnost tla. Na osnovu procenata pora u tlu, tj. ukupnog sadržaja šupljika, tla se mogu klasifikovati po Gračaninu na četiri klase, tabela 25. Podjela tala prema poroznosti (Gračanin, 1950)
Tabda 25. Oznaka poroznosti 1.
Vi lo poiozno
2.
Porozno
3.
Slabo porozno
4.Vrlo slabo porozno Ukupan sadržaj pora u % > 60 60-45 45 - 30 <.30 Međutim, tlo se ne sastoji iz pora koje su iste veličine, nego iz pora različitih veličina i oblika. Tako se u tlu susreću krupne pukotine, hodnici glista i druge pedofaune, srednje pore koje se mjere u mm i sitne pore. mikropore, čiji dijametar se mjeri mikronima ili milimikroniiiia. Potpuno je jasno da će od i-aziiijere I Torme pora ovisiti u velikoj mjeri vodna, zračna, toplotna i biološka svojstva tla. Za ocjenu stvarne kvalitete nekog tla, prema tome, nije dovoljno poznavanje samo ukupnog sadržaja pora, nego i procentualne zastupljenosti pojedinih pora po veličini tzv. diferencijalna poroznost, Richards, (1968). Prema Sekeri i de Bodtu (1957) pore po veličini (tabela 26.) se mogu podijeliti u slijedeće kategorije: Podjela pora po veličini Tabela 26. Oznaka pora Prečnik pora u mikronima Funkcija Krupne Srednje Sitne (fine) > 50
Za brzo ocjeđivanje vode
50 - 10
Za lagahno cijeđenje
10 - 0.2
Retenciona voda
< 0,2
Vezana voda __
147 Fizika tla U tlu treba razlikovati unutar-agregatini i među-agregatnu poroznost, slika 50. Unutar-agregatna poroznost je vezana za primarne, a među-agiegatna za sekundarne pore.
Medu-agregatna poroznost (sekundarne pore) --- Unutar-agregatna poroznost (primarne pore) (intergranularna) Slika 50. Unutar-agregatna i među-agregatna poroznost tla S druge strane, veličina unutar-agregatnih ili intergranularnih pora zavisi prije svega od načina pakovanja i veličine zrna. Kubični sistem pakovanja granula je povoljniji, jer ostavlja veći medu-granularni prostor (slika 51a), nego heksagonalni (slika 51b).
Pora kapilarna — Čestice tla
SUka 51. Različiti načini iimitar-granularnogpakovanja čestica a - kubični, b heksagonalni Način pakovanja čestica iiema uticaja na među-agregatnu poroznost (slika 50). 148 Fizika tla 5.1.4.1. Karakteristike pojedinih vrsta pora Raspored pora po veličini i njihova funkcija prikazana je na slici 52. Krupne pore su sve one koje imaju dijametar veći od 10 mikrona. Od njihove veličine zavisi brzina kretanja vode, te se one označavaju i kao pore za bržu filtraciju (cijeđenje vode) i za sporiju (laganiju) filtraciju. One se nazivaju i kao "cijedne pore". Nakon cijeđenja ove pore su pune zraka. Od značaja su za aeraciju tla. za disanje korijena i
biološku aktivnost tla^ a od sadržaja ovih pora zavisi da li će u tlu doći do stagnacije vode. Srednje pore su od 10 do 0,2 mikrona. U njima se nalazi vezana (retenciona) voda. Ova voda je relativno dobro pristupačna za biljke, tj. ona je fiziološki aktivna. Sitne pore su manje od 0,2 mikrona. U njima je voda tako jako vezana, da je korijen ne može koristiti ili vrlo neznatno za svoje potrebe. Ova voda je, prema tome. velikim dijelom inaktivna (vezana adsorpcionim i kapilarnim silama). Srednje i sitne pore se još nazivaju mikroporama, a krupne pore makro pora ma. Diferencijalna poroznost se određuje u laboratoriju na posebnim aparatima, uz primjenu različitih pritisaka ili vakuuma. Ukoliko je manji prečnik pora utolikoje potrebno koristiti veći pritisak. Kao što smo naveli, podaci o ukupnoj poroznosti nam malo govore o vodnom i zračnom režimu nekog tla, ako se ne uzme u obzir i sadržaj pora po veličini (slika 52). Mogu dva tla imati, na primjer, ukupnu poroznost potpuno jednaku, međutim, ona mogu biti različito vodopropusna, u zavisnosti od zastupljenosti pora po veličini. Prema tome i kao ekološka sredina za biljni korijen ■ će biti sasvim suprotna. Zbog toga je važno poznavanje sadržaja pora po veličini, koje nam jedino pruža pravu sliku o vrijednosti nekog tla sa gledišta njegove poroznosti. Smatra se da neko tlo ima najpovoljnije svojstvo, ako je odnos navedene tri kategorije pora približno podjednak, tj. 1:1:1. Koliki sadržaj pojedinih pora može biti u različitim tlima (s obzirom na njihov teksturni sastav), vidi se iz tabele koju daju Scheffer-Schachtschabel (1966), tabela 27. Kao što se vidi, u ilovači se nalazi u skoro približno jednakim odnosima sadržaj pora. Kod glinuša izrazito prevladavaju sitne pore, a u pjeskuljama, suprotno, najviše je krupnih pora, tj. makropora. Raspored pora po veličini najbolje se uočava na slici 53, kod tala koja imaju približno istu ukupnu poroznost (slučaj c i b), ali različit sadržaj pora po veličini, zahvaljujući prije svega razlici u strukturi tla koja opredjeljujuće djeluje na veličinu i raspored naročito makropora (slika 53c). 149 Fizika tla Dijametar pora mm Odgovarajuća tenzija matriksa pF* 0,00003 0.0002 0,0003
0,001 0,003 0,009 0,02 0.03 0.06 0,1 0,3 1,0 4,1o 4 2,54 2 1,7 1 0,47 Klasifikacija pora po funkciji Higroskopska površina Biološka granica Pohrana pristupačne vode za biljke Kapilarna provodljivost Aeraciona poroznost Brzo cijeđenje 0) ro CO 0) o >o ■c >ií» oro c_ .4i
ni
O >o o c: ó: o Slika 52. Raspored pora po veličini i njihova funkcija sila držanja vode ili snaga držanja vode (usisna snaga) tla, može se izraziti u barima negativnog pritiska cm stupca vode ili njihovim logaritmom (pF vrijednost), a to znači da 1.000 cm stupca vode odgovara pF = 3 ili 1.000 = 10\ a log od 10'' = 3. 150
Fizika tla Sadržaj pora po veličini u različitim tlima /
Tabela
i
27.
j f
Vr.sta lla
Krupne
Srednje
Fine Ukupna
pore
pore
pore poroznost
u <7i Pjeskulja
30+10
7 ±5
5 ±3 42+7
i
Ilovače i prahulje
15±10
15±7
15±5 45±8
i
Glinuše
8±5
10±5
30±I 48±8 0
Pore mogu biti različite po dužini i to od nekoliko mm, ili cin kod pojave pukotina uslijed kontrahiranja tla, hodnika pedofaune i korijenovog sistema. Kontinuitet pora naročito krupnih je od značaja za sadižaj vode i zraka u tlu, a djeluje naročito povoljno na biljni rast na glinoviitim tlima. Na povoljan sadržaj pora u tlu, naročito povoljno djeluje organska materija. Zbog toga su i površinski slojevi tla uvijek porozniji. Poroznost po pravilu opada sa dubinom (slika 53). Černozem, kao najplodnije tlo, u pod površinskom sloju sadrži oko 55-60% pora. Inače se smatra vrlo dobrim ako je sadržaj pora 50-55%. Ukupan sadržaj pora se određuje najčesče računskim putem na osnovu vrijednosti specifičnih gustina (prave i zapreniinske specifične gustine) po formuli: P = 100 • Psg-Zg; Psg ■ gdje je:
P
= ukupan sadriaj pora
Zg = zapreminska gustina Psg = prava specifična gustina Ukupna poroznost se još može odrediti i drugiin metodama, potpunim zasičivanjem tla sa vodom i zatim sušenjem na 105 °C. Razlika u težini predstavlja sadržaj pora. Osim toga, na terenu se može odrediti i sa gama zracima iz zbijenosti tla. Razrahljivanjem tla se naročito jako mijenja sadržaj pora, u smislu njihovog povećavanja. Ukupan sadržaj pora u nekoin tlu je ovisan od strukture tla, od pedofaune, proraslosti sa korijenjem, od tipa tla, od sadržaja čestica gline i od načina stvaranja pukotina u tlu. Po pravilu veći sadržaj čestica gline povećava vrijednost ukupne poroznosti. Niže vrijednosti ukupne poroznosti se javljaju zbijanjem tla. Skoro uvijek oranični sloj tla sadrži više pora nego podoranični sloj (zdravica).
151 Fizika tla Organska materija Orh
"0 20 a) Pjeskovita ilovača Organska materija On^ 90 120 Pijesak 20
Mikropore. Vf' 40
60
Procenata b) Praškasta ilovača (dobro strukturirana) 30 ! 60 '90 120 Organska materija Pijeiak ..
100
Miki'ppore" 20 40
60
Procenata c) Praškasta ilovača (slabo strukturirana) Slika 53. Volumna distribucija organske materije, pijeska, praha, gline, te makro i mikro pora u tri različita tipa Ila Kako utiče teksturni sastav tla na veličinu ukupne poroznosti vidi se iz tabele 28 (po Kingu): 152 Fizika tla Odnos vrste tla i sadržaja ukupnih pora Tabela 28. Vrsta tla
Ukupna poroznost u %
Pjeskulja Ilovača
32.5 '34.5
Teška ilovača
44,1
Glinovita ilovača
45,3
Iluva^ia yliiiuša
47,1
Teška glinuša
52,9
U zatresećenom tki sadržaj pora može iznositi i do 80 %. a u tresetu čak 85-90 %. Kod istih tipova tala obično veće vrijednosti imaju šumska tla i travnjaci, nego oranice. Na oranicama volumen pora je ovisan od obrade tla. Kod mineralnih tala. kratko nakon oranja, se uspostavlja poroznost i preko 60 %. ali se ona brzo uslijed slijeganja tla smanjuje. Pjeskovita tla pokazuju nakon slijeganja oranice voliunen pora između 30-45 %. ilovača i glinuše između 40-60 %. Sadržaj pora prema dubini po pravilu opada uslijed smanjenja humusa i slabe strukturnosti, pritiska gornjih slojeva na donje i ispiranja raznih materija u dublje slojeve. Opća poroznost dubljih slojeva je više ili manje stabilna, pošto pri bubrenju tla nema prostora za njeno širenje. U površinskim horizontima ona se mijenja u jako širokim granicama u ovisnosti od stepena: ostrukturenosti, od obrade, vrste kulture i stepena navlaženosti tla. Poroznost se jako povećava zimi pri smrzavanju vlažnog tla. Kod toga procesa voda koja dolazi u obliku pare iz dubljih slojeva u gornje prelazi u tečno stanje i
mrzne se povećavajući svoj volumen za 9 %. Led pravi pukotine. Kao rezultat toga u zimskom periodu se može povećati volumen tla za 15-20 %. U ukupan sadržaj pora treba uključiti i pore, ne samo između teksturnih elemenata i strukturnih agregata, nego i pore unutar samih strukturnih agregata (slika 50). Procentualno učešće ovih pora unutar agregata u odnosu na ukupnu poroznost nekog tla je ovisno od mnogobrojnih faktora. Ukoliko su agregati zbijeniji, utoliko sadrže manje ovih pora. Razrahljivanjem tla uglavnom se povećava sadržaj pora između agregata, Mrvičasta struktura kod černozema pokazuje raspodjelu među-agregatne (Vs) i unutar-agregatne poroznosti ('1}). Kačinski (1950) smatra da ukoliko sadržaj pora u agregatima iznosi 30-40 % ili manje od ukupnog volumena, da je on nepovoljan. Do smanjenja volumena pora miLitar agregata dolazi naročito kod procesa zamočvarivanja (oglejavanja), gdje se oni razaraju. Općenito smanjenjem pora u agregatima dolazi do zbijanja tla. 153 Fizika tla 5.1.5. Fizičko-mehanička svojstva tla U zavisnosti od građe (sklopa) i sadržaja vlage tlo pokazuje određena flzičko-nielianička svojstva, kao što su: konzistencija, plastičnost, ljepljivost, bubrenje, kontrakcija, mehanički otpor i si. Poznavanje ovih svojstava je od naročitog značaja za obradu. Tlo se u procesu obrade podvrgava djelovanju raznih agrotehničkih mjera i trpi značajnu izmjenu. U vezi toga je neophodno ustanoviti niz fizičko-mehaničkih svojstava tla, koja imaju direktno djelovanje na kvalitet obrade i odražavajti se na prinos poljoprivrednih kultura. Navedena fizičko-mehanička svojstva uglavnom zavise od strukturnog stanja tla, vrste adsorbovanih kationa i sadržaja humusa. Pravilo je da strukturno tlo ili tlo koje je teksturno lahko, ima fizičko-mehanička svojstva povoljna za obradu. 5.1.5.1. Konzistencija tla \ 1/ Pod konzistencijom tla se podrazumijevaju svojstva tla izražena stepenom i vrstoin djelovanja adhezionih i kohezionih sila, kao i otporoin tla na deformaciju i loin (Templin, 1947). Konzistencija je sveobuhvatna veličina koja uključuje u sebe više različitih svojstava, kao što su; plastičnost, ljepljivost, čvrstoća tla, lomljivost i otpor na koinpresiju i kaišanje.
Kohezija (ili koherencija po Gračaninu) je sila koja povezuje čestice tla međusobno i koja raste sa disperzitetom tla. Najmanja je kod pijeska, pa se kaže da
SUka 54. Tvrda konzistencija tla (glinovita besiriikiiirna pokorica nakon ležanja u vodi 7 sušenja na jakom suncu) 154 Fizika tla pijesci imajLi malu koheziju, a vrlo je velika kod glina. Ona zavisi od sadržaja vlage ii tlu, i od vrste adsorbovanih iona. Sa smanjenjem vlage u tlu kohezija postaje veća i obratno.Trimjer kohezionog vezanja čestica tla vidi se na slici 54. gdje se uočavaju čvrsto vezane glinovite čestice tla bez strukture u površinskom sloju (pokoi'ica). Adhezija je pojava lijepljenja tla za druge predmete, na primjer, za oruđa obrade. Ona raste sa sadržajem gline, a smanjuje se sa stabilnošću strukture. Oblici konzistencije tla. Postoji više različitih oblika konzistencije tla. kao rezultat različitih sadržaja vode, što uzrokuje i različite odnose tlo - voda. To su: -
suho tlo, tvrda konzistencija, tlo se teško drobi i cijela masa je tvrda,
-
umjereno vlažno tlo, drobiva konzistencija,
-
vlažno tlo, ljepljiva konzistencija, tlo se lijepi za razne predmete.
-
mokrotlo, plastična konzistencija, tlo se može modelirati.
Kod različitog stepena vlažnosti konzistencija glinovitog tla je različita što je prikazano u tabeli 29. Konzistencija glinovitih tala u zavisnosti od sadržaja vlage (Po Schefer-Schachtschabel-u) Tabela 29. Sadržaj
Opis
Konzisteiicija Granice
vlage
konzistencije po Afterbergu
Visok
Vodna
Tečna
Granica tečenja
suspenzija Tlo U obliku paste Gornja teče zajedno
Tlo se lijepi za Plastično -
Granica
oruđe obrade
plastičnosti,
ljepljiva
aranica ljepljivosti Tlo se
Plastična .
razmazuje kod
Donja granica ljepljivosti
obrade Tlo optimalno
Grudvasta
za obradu Nizak
Teško se
Tvrda
Indeks plastičnosti
obrađtije 5.1.5.2. Plastičnost tla \ Plastičnost je jedan vid konzistencije. To je sposobnost mase tla da trajno izmijeni oblik pod uticajem pritiska spolja, a da se ne lomi. Ona je uslovljena količinom i kvalitetom organskih i neorganskih koloida. Pjeskovita tla imaju mali sadržaj koloida i ne pokazuju svojstvo plastičnosti. Glinuše imaju visoke vrijednosti plastičnosti. 155 Fizika tla Atterberg je na osnovu sadržaja vlage Liveo slijedeće veličine za plastičnost; gornju granicu plastičnosti, donju granicu plastičnosti i indeks plastičnosti. Gornja gi-anica plastičnosti - nastaje onda kada masa tla počinje da teče Lislijed velikog sadržaja vode. Donja granica plastičnosti - predstavlja onaj sadržaj vlage u tlu kod kojeg se tlo može valjati sa prstima, po (staklenoj) ravnoj ploči. Indeks plastičnosti predstavlja razliku u sadržaju vlage između gornje i donje granice plastičnosti. On se izračunava računskim putem iz te dvije veličine; Ip = Pg-Pd, gdje je: lp = indeks plasiičnosii, Pg = plasličnosi gornja Pd = plastičnost donja Na bazi indeksa plastičnosti tlo dobiva oznaku (Liberoth), tabela 30. Stepen plastičnosti i njihove oznake Tabela 30. Oznaka
Indeks
Vrsta tla
plastičnosti Neplastično
0
Prah, pijesak
Vrlo slabo
1-5
Ilovasta
plastično
prahulja, ilovasta pjeskulja
Slabo plastično 5-10
Praškasta ilovača, pjeskovita ilovača
Umjereno
10-20
Ilovača
20^0
Praškasta
plastično Jako plastično
glinuša, Ilovasta glinuša Vrlo jako
>40
Glinuša
plastično Najbolje tlo za obradu je onda kada se nalazi ispod donje granice plastičnosti. Tada je sadržaj vlage toliki, da ne dolazi do lijepljenja tla za plug ili druga oruđa obrade. Indeks plastičnosti ukazuje na osjetljivost tla na promjene kod sadržaja vlage. Granica plastičnosti ovisi od sadržaja gline i organske materije, te od vrste adsorbovanog iona. Povećanjem sadržaja gline, te Ca i Mg-iona na adsorptivnom kompleksu povećava se sadržaj vlage kod granice plastičnosti. Kod jednakih sadržaja vlage Ca- i Mg-tla su manje plastični nego Na-tlo. Na granicu plastičnosti utiče i vrsta minerala gline. Tako je moiitmorilonitna glina jako plastična, haloizit potpuno neplastičan, ilit i kaolinit se nalaze između njih. 156 Fizika tla Tlo koje sadrži manje od 10% čestica gline ne pokazuje svojstvo plastičnosti. Organska materija povećava sadržaj vlage kod donje granice plastičnosti. Za ilovače i glimiše je od značaja da se povećavaju vrijednosti donje granice plastičnosti sa organskim đubrivima ili kalcizacijom (kalcifikacijom), te se obrada može izvoditi kod većih sadržaja vlage. Primjer kašaste konzistencije glinovitog tla kod kojeg je otežana obrada, \ idi sc na slici .5,5. a tvrde na slici 56. Jedna i druga su vrlo nepovoljne za biljku.
Slika 55. Kašasta konzistencija glinovitog tla (otežana obrada)
Slika 56. Tvrda konzistencija glinovitog tla nakon oranja u ljeto. 157 Fizika tla 5.1.5.3. Ljepljivost tla Ljepljivost je svojstvo tla, koje se javlja pod uticajem sila međusobnog privlačenja čestica tla i oruđa za obradu, koje se pri određenoj vlažnosti međusobno sljepljujti. Kao rezultat lijepljenja tla za oruđa obrade povećavaju se otpoii i pogoršava se obrada tla. Veličina ljepljivosti određuje se silom koja je potrebna, da bi se tlo odvojilo od površine lijepljenja. Ova sila se izražava u gramima na I cml Ljepljivost zavisi od adsorbovanih kationa, od sadržaja čestica gline, kao i od sadržaja vlage. Adsorbovani Na-ioni i veći sadržaj čestica gline, kao i povećani sadržaj vlage, povećavaju ljepljivost (zapravo sa sadržajem vlage se ovo svojstvo na početku povećava,, a zatim se postepeno smanjuje). Visoka ljepljivost jako otežava obradu, te je potrebno tlo obrađivati pri onom sadržaju vlage koji dovodi do minimalnog lijepljenja tla za oruđe. ■ Za ljepljivost su vezana važna agronomska svojstva tla, kao što je "fizička zrelost tla". Kada u tlu pri obradi iščezavaju svojstva lijepljenja za poljoprivredne mašine i tlo se rasipa u grude,, takvo stanje se naziva fizička zrelost. Donje granice vlažnosti, kod kojih se tla nalaze u stanju zrelosti su različite. One zavise od mehaničkog sastava tla,
adsorbovanih baza i humoznosti tla. U proljeće se mogu ranije obrađivati pjeskovita ilovasta tla nego glinovita. Više humozna tla se vremenski prije obrađuju nego manje humozna. Postoji i izraz "granica ljepljivosti", pod kojom se podrazumijeva onaj sadržaj vlage u tlu kod kojeg se tlo više ne lijepi za metalne predmete. Ukoliko je sadržaj vlage preko ove granice, tlo se lijepi za oruđa obrade i nepovoljno se odražava na svojstva tla kod oranja (zamazivanje tla, kvarenje strukture). Prema Kačinskom (1934), tlo se prema ljepljivosti dijeli u četiri kategorije; vrlo jako ljepljivo (>15g/cm^), jako ljepljivo (5-15 g/cm"), osrednje ljepljivo (2-5 g/cm") i slabo ljepljivo (<2 g/cm"). 5.1.5.4. Bubrenje i kontrakcija a) Bubrenje tla nastaje sa navlažavanjem, uslijed čega dolazi do povećanja zapremine tla. Ova pojava je rezultat hidratacije koloidnih čestica tla i povećanja njihovih difuznih opni. Bubrenje pokazuju naročito ona tla, koja sadrže dosta organskih materija, mineralnih koloida i adsorbovanog natrija. Tlo u nabubrenom stanju dobiva smanjenu poroznost, otežano je kretanje zraka, a može doći i do uništavanja strukture. 158 Fizika tla Bubrenje se mjeri u volumnim procentima po formuli: gdjeje: Vbui, = procenat bubrenja V| = volumen vlažnog tki, % V, = volumen suhog tla. % Na bubrenje utiču adsorbovani kationi. Kodzasićenja tla sa jednovalentnini bazama (naročito natrijumom) bubrenjedostiže 120-150% povećanja volumena. Kod dvo i trovalentnih kationa ne dolazi do znatnog povećanja volumena. b) Kontrakcija (skupljanje) tla je smanjenje volumena tla uslijed gubitka vode. Gline i uopće teška tla sa nepovoljnom strukturom pokazuju jake pojave kontrakcije. Takva tla u doba suša jako ispucaju i;Stvaraju nekada veoma široke i duboke pukotine. Ove pukotine se poslije intenzivnih padavina ponovo zatvaraju. Jačina kontrakcije je ovisna od vrste minerala gline. Tla koja imaju visoki sadržaj montmorilonitne gline isušivanjein stvaraju duboke pukotine (slika 57).
J.
tt
....
i T-i ««'«^'r
m'
SUka 57. Kontrakcija kao posljedica .suše kod visokog sadržaja montmorilonilne gline 159 Fizika tla Bubrenje i kontrakcija se javljaju naročito jako kod glinovitih tala. a posebno kod Na-tala. Ukoliko je veći sadržaj koloida u tlu, utoliko su veće pojave bubrenja i kontrakcije. Zbog toga. glinovita tla najjače bubre i skupljaju se, ilovače manje, a pjeskovita tla praktično ne bubre. Takođe, organski koloidi posjeduju uopće veću sposobnost bubrenja. Organogena i tresetna tla pokazi:ju jako izražena svojstva bubrenja i kontrakcije. U pjeskovitim tlima sposobnost bi:brenja se povećava sa povećanjem organske materije, dok naprotiv u glinovitim tlima humus smanjuje bubrenje. Kontrakcija dovodi do smanjenja volumena ukupnih pora i do stvaranja pukotina. Pukotine nastaju na mjestima najslabije veze. Bubrenje i kontrakcija imaji: veliki uticaj na struktiu'u tla. Mrvičasta struktura se može raspasti i mogu se stvoriti manje povoljni agregati. U strukturnom tlu promjene volumena su manje.
Ove pojave utiču i na vodni režim. Bubrenjem tla dolazi do povećanja ukupne poioznosti, ali pretežno finih pora (mikropora). Ovo sjedne sti'ane dovodi do povećanja vodnog kapaciteta tla, a s druge strane do smanjenja vodopropusnosti. Kontrahovana tla. slika 57, pokazuju suprotna svojstva. Tu dokizi do smanjenja ukupnog volumena pora, naročito mikropora, smanjuje se i vodni kapacitet, s druge strane, uslijed stvaranja velikih pukotina povećava se vodopropusnost. Uopće, se može reći da na fizičko-mehanička svojstva naročito povoljno utiče adsorbovani kalcijum. Nasuprot tome, tla zasićena sa natrijumom, povećavaju ljepljivost, mehanički otpor i imaju druga nepovoljna fizičko mehanička svojstva. Humus pored toga što utiče na proces strukturiranja, smanjuje ljepljivost, vezanost, bubrenje i dr. Kao rezultat nepovoljne strukture javljaju se i nepovoljna fizičko- mehanička svojstva, gdje dolazi do stvaranja plužnog tabana i pokorice. Plužni taban (slika 58) se stvara kao rezultat sistematskog zbijanja podoraničnog sloja pri obradi tla na jednaku dubinu, kada se pod pritiskom pluga obrazuje sloj. koji je nepropustan za vodu i zrak. Zbog toga povremeno treba sa dubljim oranjem razrahliti ovako stvoreni zbijeni sloj tla. 160 Fizika tla
Slika 58. Glinovita tlo, pojava tabana u potpovršinskom sloju kao posljedica odsustva strukture i neadekvatne obrade
Primjena teške meiianizacije dovodi do narušavanja strukture i stvaranja kompaktnog potpovršinskog sloja. Ovo je naročito slučaj nakon dugogodišnje primjene ovakve mehanizacije u velikom broju navrata. Kako učestali transport teške mehanizacije utiče na povećanje volumne gustine tla, naročito potpovršinskog sloja, koji nije zahvaćen obradom (plužni taban), vidi se na slici 59. 161 Fizika tla
0 5- 10^15= 20 CO c 'n Q 25- 30- 35- 40
V
V
žr -r mS Traktorska guma -1,43 y Oranični sloj ,1,90 -1,87 -1,84 -1,80 ■1,78 -1,60 ■1,56 Kompaktni sloj (taban) Površinski sloj (nekompaktan)
Slika 59. Primjena teške mehanizacije u obradi tla dovodi do povećanja volumne gustine u polpovršinskom sloju profila; Camp and Luiid (1964), Voorhees (1984) Primjer ukazuje daje od posebne važnosti smanjiti broj radnih operacija u obradi tla. Povećatije zapreniinske gustine iznad 1,6 g/cni"^ predstavlja barijeru za većinu korijenja kulturnih biljaka. Osiin toga na ovotne sloju dolazi do ležanja vode i anaerobnih procesa. 5.2. Voda u tlu (voda tla) Voda u tlu je jedan od osnovnih faktora njegove geneze i jedan od glavnih uslova njegove plodnosti. Nedostatak vode u tlu, kao i nedostatak hranljivih materija, jako utiče na prinose. Osnovni izvor snabdijevanja tla vodom su oborine, gdje svaki milimetar koji padne na hektar predstavlja 10 m' vode (1 mm oborina = 10.000 l/ha = 10 m-'' vode po hektaru. 162 Fizika tla Kao što Je poznato, biljke i svi živi organizmi, ne mogu živjeti bez vode. 'Bez vode ne bi bilo života, a ni tla. Jedna od važnih karakteristika tlaje da.ono snabdijeva biljku vodom. Ova sposobnost snabdijevanja na prvom mjestu zavisiće od sadržaja vlage koju tlo ima. Tlo prima vodu na različite načine, ali zadržavanje vode u tlu i njeno kretanje kroz tlo su dva veoma važna svojstva na području fizike tla. Vlaga koja se nalazi u nekom tlu nije sva pristupačna za biljke u istom stepenu, te se kaže da jedno tlo sadrži različite kategorije vlage. Izučavanjem tzv. vodnog režima u tlu daje nam mogućnosti da zaključujemo kako ono opskrbljiva biljke vodom, a takođe daje nam osnove za njeno regulisanje u poželjnom pravcu. padavine 12345 (3,4,5) voda koja ne dospijeva do tla (1,2) voda koja dospijeva u tlo evaporaclja dok pada evaporaclja sa vegetacije površinska evaporaclja površinski oticaj gubitak ptitem transpiracije biljke gubitak u pčdzemnu vodu
Slika 60. Dio giibilaka vode prije dospijeća ii lio (3,4,5), dio gubitaka u tlu (I). Korisna voda je trauspiraciotia voda iz biljke (2) Rode (1960) podrazumijeva pod vodnim režimom "sve pojave kretanja vlage u tlu, njene promjene po slojevima, pojave izmjene između tla i drugih prirodnih tijela, te pojave infiltracije, upijanja i njenog rashodovanja". Pod 163 Fizika tla režimom vlažnosti se podrazumijeva promjena sadržaja vlage po pojedinim horizontima ili slojevima. Tlo se snabdijeva vodom iz oborina, podzemnih voda, navodnjavanjem i iz zraka vodenom parom. Sve padavine ne dospijevaju u tlo, već se prije dospijeća ostvaruju gubici. Dio vode iz tla se takode gubi u podzemlje. Mogući gubici padavina prikazani su na slici 60. Putem navodnjavanja se takođe ostvaruju gubici, zavisno od stanja tla i načina navodnjavanja. Za nas je najvažnija voda koja ostaje u tlu. Neke od osnovnih karakteristika vođe u tlu se mogu razumjeti jedino kroz poznavanje: -
oblika vode u tlu,
-
snage vezivanja vode za čestice tla (vodne konstante),
-
kretanja vode u tlu, te poznavanja
-
vodnog režima i vodnog bilansa tla.
Raspored oborinske vode u tlu po Scheffer-Schachtschabelu, dat je na slici 61. Oborine Površinska voda Vezana voda Adsorpciona voda Kapilarna voda Hidrataciona Osmotski vezana voda
voda
Cijedna voda Podzemna i površinska stagnirajuća voda Slika 61. Raspored oborina u tlu po Scheffer-Schachtschabelu (1966) 5.2.1. Oblici vode u tlu Postoje različiti pristupi podjele vode u tlu, i to naročito oko podjele vezane vode u tlu. To nije ni čudo ako se zna, kolika je isprepletenost i međusobna zavisnost pojedinih sila pri različitoj vlažnosti kao što su: sile privlačenja ili soipcije, kapilarne sile, sile
površinskog napona, hidratacijske, osmotske i td. Pored ovoga, najvažnija je pokretljivost vode u tlu i snaga njenog vezivanja za tlo, 164 Fizika tla .odnosno mogućnost usvajanja od strane biljke. S tog aspekta treba razlikovati slijedeće oblike vode u tlu: -
hemijski vezana voda ili konstituciona voda,
-
kristalizaciona voda,
-
adsoi'pciona voda,
-
vodena para,
-
kapilarna voda,
-
gravitaciona voda.
-
podzemna voda,
-
poplavne vode i
-
voda u obliku leda.
5.2.1.1. Hemijski vezana voda ili konstituciona voda Heinijski vezana voda ili konstituciona voda ulazi u molekulu materije h.drokslinom grupom, na primjer Fe^O, + 3H,0 = 2Fe(0H),. Odnos konstitucione vode prema mmeralnom dijelu je konstantan. Ova voda se gubi iz minerala u intervalu temperature 400 do 800 °C, a njenim gubitkom dolazi do raspadanja mmerala. -Najveća njena količina je u mineralima gline. Prema procentualnom sadržaju konstitucione vode može se suditi o stepenu glinovitosti tla. Tako je njen sadržaj u nekim supstratima slijedeći: -
Kvarcni pijesak
0,75 %
-
Morenska ilovača
3^2 %
-
Glinovita kora raspadanja crvenica 9,40 %. 5.2.1.2. Kristalizaciona voda Kristalizaciona voda ulazi u sastav materije cijelim vodnim molekulama Na primjer;
CaS04 ■ IH.O (gips), ili NaS04 • lOH.O (mirabilit) i dr. Ova se voda gubi iz tla kod temperature 100 do 200 °C. Udaljavanje kristalizacione vode ne dovodi do promjena i raspadanja materije ali dovodi do izmjene njegovih fizičkih svojstava. Gips CaSO^ • 2H2O posjeduje visoku plastičnost, jer gubitkom vode prelazi u anhidrit koji ima drugačiju fizičku građu od prethodnog stanja. Kristalizaciona voda se nalazi u većim količinama u solončacima, čija fizička svojstva od nje jako zavise.
Konstituciona i kristalizaciona voda (hidratne vode) za praksu nisu toliko važne, jernisu pristupačne biljci. 165 Fizika tla 5.2.1.3. Adsorpciona voda Adsorpciona voda je ona voda koja se veže na površinu čestiea, tzv. energijom površine. Ovo je naročito izraženo kod čestiea gline koje imaju veliku aktivnu površinu. Za čvrste čestiee tla, voda se vezuje u vidu molekula putem London-Vand-der-Valsovih sila i vodonikovih (H"^) veza između atoma kiseonika, čvrstih čestiea tla i molekula vode, slika 62. i' j-td)
Slobodna voda Adheziona voda Kohezlona voda Hidratni omotač adsorbovanih jona Slika 62. Šematski prikaz vezivanja adsorpcione vode različitim silama Na isti način kako se adsorbuju za čvrstu česticu molekul vode se vezuju i za adsorbovane ione (katione i anione), koji se nalaze u dvojnom električnom sloju oko čvrste čestiee. Ta veza se ostvaruje elektrostatičkim silama. Vodene opne oko adsorbovanih iona predstavljaju sistem sa povećanim osmotskim pritiskom. Ova se voda ne može odvojiti od ostatka adsorbovane vode (slika 62), ali podliježe drukčijim fizičkim zakonima nego voda vezana neposredno za čvrstu česticu. London-Vanđ-đer-Valsove sile djeluju na bliskom rastojanju pod uticajem elektrostatičkog polja nabijene čvrste čestice tla i đipolnih molekula vode. Vezanje između adsorbovanih molekula vode vrši se preko H-mostova. Adsorpcija vodenih
molekula označava se kao hidratizacija. U adsorpcionu vodu ubrajaju se: higroskopna i maksimalno higroskopna, te opnena vođa. Adsorpcija vode u tlu povećava se sa povećanjem pritiska vodene pare zraka. 166 Fizika tla Tome treba još dodati da "zračno suho tlo" još sadrži vode, i to utoliko više ukoliko je veća relativna vlaga zraka. Oblik adsorpcije u tlu kod zračno suhog stanja se naziva higroskopna voda, a stanje nakon maksimalnog higroskopiciteta - opnena voda. Higroskopna voda dalje se dijeli na higroskopnu i maksimalno higroskopnu vodu. a) Higroskopna voda - je ona voda iz atmosfere, koju adsorbuje suho tlo površinskim silama njegove energije, pri relativnoj vlažnosti manjoj od 100%, ili ako se ostavi tlo poslije isušivanja u takvoj atmosferi do "zračno suhog stanja". Čim je veća relativna vlažnost zraka, time je veća higroskopna vlažnost tla. Ona zavisi od sadržaja čestica gline i sadržaja humusa. Ona se veže kao dipol na česticu tla. Prvi slojevi su vezani snagom oko 6.000 bari. b) Maksimalna higroskopna voda - se adsorbuje iz atmosfere površinskom energijom kod relativne vlažnosti od 95 do 100%. Ona je kao i higroskopna voda vezana kao dipolom vode, veoma čvrstom vezom. Stroga orijentacija dipola vode i visoki stepen zbijenosti, dovodi do toga da se ova voda razlikuje od svojstava slobodne vode. Ova voda rastvara niz jedinjenja (neorganske kiseline, baze i dr.), ne smrzava se. Maksimalni higroskopicitet pomnožen koeficijentom 1,5-2, odgovara snazi vezivanja vlage od 15-20 bari. ; Po Rodevaldu, Mitscherlichu, Lebedevu, Andrianovu, maksimalna higroskopna vlaga oblaže tlo samo jednim slojein. Po Flarembergu sa 10 slojeva, po Filatovu, Zunkeru sa 100 slojeva. Ona se određuje držanjem u eksikatoru, gdje određivanje traje dvije do tri nedjelje, slika 63.
Slika 63. Eksikator 167 Fizika tla c) Opnena voda je oiia koja nakon ispunjavanja maksimalnog higroskopiciteta na površini čestice tla, ostaje vezana preostalom površinskom energijom. Priticanjem vode u tlo laste moćnost slojeva adsorbovane vode oko zemljišne čestice. Ova voda, koja je preko maksimalnog higroskopiciteta nadzidana zove se opnena. Ona je vezana slabijim silama za tlo od higroskopne vlage za oko 50%. Lebedov smatra da se opnena voda u tlu kreće, u zavisnosti od njene težine pod uticajem adsorbtivnih sila, s mjesta s moćnijom opnom prema mjestu s tanjom i Mclllik: kretanja opnetie vode može da opnom, ru pouacima jJerjagina iznosi desetak cm na sat. Forma opnene vode je paralelna formi čestica, tj. sila vezivanja je upravna na površinu čestice. Sa povećanjem debljine opni, molekularne sile držanja za česticu slabe, slika 64.
Slika 64. Šeinat.ski prikaz adsorbovane i kapilarne vode tla A - Čestica tla, B - Adsorpciona voda - opne paralelnih formi oko čvrste čestice da - čvrsto vezana voda, C - Forme vode koja se drži menisknim silama i nema paralelnu formu, nije adsorpciona. već kapilarna voda. Porastom debljine opni na česticama, njeni vanjski dijelovi se spoje, a na krajevima spojenih površina će se pojaviti ugnuti inenisk (a) i meniskni način vezivanja dijela vode u tlu. Ovakav način vezivanja zove se i meniskna kondenzacija, a prisutan je ne samo na kontaktu čvrstih čestica, već i sitnijim zemljišniin poratna. Neki autori smatraju da nema razlike između higroskopne i opnene vode, tako da higroskcjpnu vodu svrstavaju kao posebnu kategoriju. Međutim, Vageler razlikuje tri zone opnene vode i to: 168
Fizika tla -
zona higioskopne, koja se drži silama većim od 50 bari.
-
lentokapilarna zona od 6,25-50 bari.
-
zona slobodne opnene vode od 0,50-6,25 bari. Ova voda je pokretna i
pristupačna biljci. 5.2.1.4. Vodena para Vodena para je prisutna u zraku tla i to u porama koje nisu ispunjene sa tekućom vodom. Nastaje isparavanjem vode tla ili u tlo ulazi iz atmosfere Zrak tla je zasićen vodenom parom sa 98%, osim kad je tlo izuzetno suho. kada ova vrijednost može biti manja. Stanje vodene pare u tlu je dinamično, a njen sadržaj raste pn padu temperature zraka, tokom noći, kod dnevne naoblake pri čemu se vrši njena kondenzacija u vidu podzemne rose (termička kondenzacija). To je posebna voda I kreće se od mjesta većeg prema mjestu manjeg hidrostatičkos pritiska. 5.2.1.5. Kapilarna voda Kapilarna voda je dobila naziv po tome što se vezana voda u sitnim zemljišnim porama ponaša analogno kao u kapilarnim cjevčicama. Ona se veže i kreće u tlu pod uticajem kapilarnih (menisknih) sila koje se naročito javljaju u c
Slika 65. Različite forme kapilarne vode u tlu: a)
kapilarna "poduprla" voda,
b)
kapilarna "vi.seća " voda (r, i r. - radijusi menisku.m), (PI i P. - negativni pritisci pod iueni.^kusiina} cj kapilarna voda .sa donjim
meniskusima 169 Fizika tla porama sa dijametrom od 10-2 mil
adsorbovanom vodom, te je kretanje kapilarne vode u njima jako otežano ili potpuno prestaje. Forme kapilarne vode su prikazane na slici 65. Povećanjem vlage tla snaga držanja molekularnim silama vode za čestice tla opada. Između djelovanja molekularnih sila i trenutka kad voda počinje da otiče (gravitaciona voda), djeluju kapilarne sile i sile površinskog napona. One nastaju u kapilaiin'in porama kao posljcdica razlike u sili pi'ivlačenja molekula vode između sebe i privlačenja zidova kapilara i vode, tj. razlike u koheziji i adheziji. Rezultat djelovanja ovih sila je na strani adhezije, te je zbog toga moguće držanje kapilarne vode i suprostavljanje sili teže kao i sposobnost njenog kretanja u svim pravcima. Pod uticajem menisknili sila kapilarna voda se kreće na sve strane. Pravac i intenzitet kretanja vode vrši se iz zona sa većim navlažavanjem (manji kapilarni potencijal) prema zoni manjeg navlažavanja (veći kapilarni potencijal), slika 76. Voda u kapilarania formira ugnuti menisktis kao posljedicu jače izraženih adhezionih nego kohezionih sila. Obratno živa (Hg) u kapilarama formira ispupčeni menisktis, jer su kod žive jače izražene kohezione od adhezionih sila. vazdušne pore
kapilare SUka 66. A.scedenmo kretanje vode putem kapilara a)
staklene cijevi različitog promjera,
b)
u llu sa porama različilih dimenzija
170 Fizika tla Kod kiipilaine vode razlikuje se poduprla i viseća kapilarna voda. Poduprla 'kapilarna voda u nižem svom dijelu je povezana sa podzemnom vodom, dok viseća kapilarna voda nema veze sa vodonosnim slojevima ila. Neki auloii kapilarnu vodu dijele na:
-
Kapilarnu nepokretnu vodu koja se nalazi u silnim kapilarama u koje korijenove dlačice nc prodiru. Ova voda nije pristupačna biljkama i u llu se nalazi u vidu isprekidanih kapljica sa ograničenim meniskusima.
-
Lahko pokrelna voda odgovara Izv. visećoj vodi, lahko je pokrelna i pristupačna za biljku. -
Poduprla kapilai na voda. nalazi se iznad podzemne koja je "podupire".
Kapilarna voda je ekološki najvažniji oblik vode u tlu i osnovni je faktor dinamike i plodnosti tla. Higroskopna. opnena i kapilaina voda nazivaju se još i vezanim ili retcncionim vodama. 5.2.1.6. Gravitaciona voda
,
Gravitaciona voda u tlu se kreće slobodno ili se privremeno zadržava, ovisno 0 dreniranosti tla. tj. prisustva dovoljnog broja makro pora kroz koje se cijedi (cijedna voda) pod uticajem gravitacije (sile teže). U humidnim područjima uslijed visokih oborina, one prodiru u podzemlje i tako pune podzemni akvifer dižući njegov nivo. U suhim aridnim područjima, spušta se ispod površine do izvjesne dubine' (suhe zone), a zatim se nakon prestanka oborina, ascedentno ponovo vraća prema površini i tako snabdijeva biljku vodom nešto duži period. Može biti pristupačna za biljku, ali je to malog značaja, obzirom na kratkoću zadržavanja u tlu. S druge strane, zadržavanje u krupnim porama duži period ima negativne posljedice za biljku, jer se u krupnim porama nalazi zrak, životno važan za disanje korijena. Međutim, gravitaciona vođa je od velikog značaja za proces geneze tla, a naročito ispiranje koje uzroktije acidifikaciju, lesiviranje, podzolizaciju, pseudoglejavanje i druge promjene. 5.2.1.7. Podzemna voda Podzemna voda je ustvari gravitaciona vođa koja leži na nekoj nepropusnoj podlozi (sloju), gdje se tlo zasićuje do maksimalnog kapaciteta. Nivo podzemne vođe, tokom godine, može biti različit, što ovisi od odnosa prihoda i rashoda vode, odnosno ođ količine oborina i brzine prilicanja. Ako je na manjoj dubini, može 171 Fizika tla imati uticai na genezu i svojstva tla. Ukoliko se podzemna voda može kapilarno dizati u suhom dijelu godine odličan je način snabdijevanja biljaka sa vodom.
Međutim, njen kritični nivo je kad se kapilarna poduprta voda prestaje dizati zahvaljujući silama kapilariteta, već se sama nađe kao slobodna u zoni rizosfere i počne ugrožavati usjev. Naročito su opasne podzemne vode za t^^sjeve, ako u sebi sadrže rastvorljive soli u većim količinama, kao i vode siromasne sa kiseonikom zbos prisutnih procesa redukcije. Protočne podzemne vode su bogatije sa kiseonikom "od stajaćih, koje uzrokuju štetne procese n tlu. kao sto su o-lejavanje, pseudoslejavanje, zatresećivanje i si. Dubina i period kolebanja nivoa podzemne vode važni su pri određivanju nivoa i pravca hidromelioracionih zahvata U nekim uslovima je prisutna i tzv. stagnirajuća oborinska ili gornja podzemna voda karakteristična za površmske horizonte pseudogleja (Stagmc Lisol), što je ustvari najteži oblik prevlaživanja tla sa stanovista hidromelioracionih zahvata. 5.2.1.8. Poplavne vode Poplavne vode se mogu javiti kao posljedica: -
plavljenja iz korita rijeke (izlijevanja),
-
oticanjem niz padinu i slijevanjem u ravni dio terena,
-
podizanjem nivoa podzemne vode ascedentnim putem. Poplavne vode uzrokuju negativne procese hidromorfizma tla, a posljedice ovise od
dužine trajanja plavljenja i naročito kvaliteta vode. Vode sa organsknn onečišćenjem su veoma opasne, kao i vode bogate solima i siromašne kiseomkom Poplavne vode su predmet hidromelioracija tj. zaštite od poplava i odvodnje. 5.2.1.9. Voda u obliku leda Voda u tlu može se zamrznuti u domenu od slobodne do vezane forme. Slobodna voda u nezaslanjenom tlu mrzne se pri negativnim temperaturama, koje su bliske 0 °C. Negativne temperature pri kojima se mrzne kapilarna voda, povećavaju se sa smanjenjem dijametra kapilarnih pora do minus 10 C. Voda Icoja odgovara maksimalnoj higroskopnosti u tlu ne zamrzava se n. na minus 78 C. la zakonomjernost u promrzavanju ima značajnu ulogu u procesu stvaranja strukture. Prirodno negativne temperature ne utiču na strukturu suhog tla. Izmrzavanje optimalno navlaženo? tla dovodi do stvaranja strukture tla, na račun presovanja 172 Fizika tla nirvica tla i vode koja se smizava u krupnim poiama. Smrzavanjem se stvara 'mrvičasta sti'uktura tla, šio je ustvari "'pseudo"' struktura obzirom da će iščeznuti kad prestanu uslovi koji su do nje doveli. Pri smrzavanju tla. povećava se njegov volumen, a time
dolazi i do pucanja korijena oziniih žitarica za vrijeme golomrazice ili izbacivanja iz tla na povi'šinu cijelih biljčica. Ta se pojava naziva "srijež'". 5.2.2. Snaga (energija) vezivanja vode za tlo Sa stanovišta poljoprivredne proizvodnje, najveći značaj ima vezana ili retenciona voda u tlu. Ona se u tlu drži različitim silama. Sila vezivanja vode za česticu tla odreduje i količinu vode koja je u tlu pristupačna korijenu biljaka. Snaga držanja vode za česticu tla opada sa povećanjem debljine opne tj. udaljavanjem od površine čestice tla. Najvećom snagom se drži konstituciona i higroskopna voda, manjom opnena, a najmanjom kapilarna. Snaga držanja vode u tlu. tenzija ili napon, izražava se u barima negativnog pritiska, centimetrima stupca vode ili njihovim logaritmom (pF vrijednost). Međutim, snaga vezivanja vođe u tlu se može izraziti i u vidu vodnog potencijala tla, kao energetsko stanje zemljišne vlage. 5.2.2.1. Napon (tenzija) usisavanja vode Retenciona voda u tlu se veže adsorpcionim i kapilarnim silama. Da bi se ova voda izvukla iz tla, mora se izvršiti određeni rad, odnosno korijen biljke mora upotrijebiti određenu silu da bi savladao energiju sa kojom je ova voda vezana u tlu. Ona količina sile koju treba upotrijebiti da se odgovarajuća količina vode oduzme iz tla do skora se izražavala kao visina vodenog stupca vode u cm, ili u vidu pritiska ili vakuuma. Danas se prema prijedlogu engleskog naučnika Schoflelda (1935), ova sila ne iskazuje stupcem vode u cm, nego kao pF-vrijednost odnosno kao logaritam tog broja. Prema Scofieldu. pF-vrijednost predstavlja logaritam vrijednosti vodenog stupca vode, odnosno pod pF se podrazumijeva sila kojom neko tlo drži određenu količinu vode. Izraz pFJe mjerilo slobodne energije, koje nam kaže sa koliko još sfobodne energije raspolaže neko tlo kod određenog stanja vlažnosti (što je tlo vlažnije, sve je manje ove slobodne energije, tj. sve je manji pF). Tako npr., ako pritisak iznosi 1.000 cm (= 1 bar) stupca vode, njegova pF-vrijednost će biti 3 (logaritam od 1.000 = 3). slika 67. 173 Fizika tla a 'č" o CL ra Z
T-|10 000 Suho tlo
Nepristupačna voda Pristupačna voda 40
60
Sadržaj vlage, vol % SUka 67. Odnos između napona usisavanja i sadržaja vlage (pF-krivulje) kod: P pjeskuše, Pr - prahulje, C - glinuše, gdje je: -
VTV — vlažnost trajnog venuća,
-
PVK - poljski vodni kapacitet.
-
VS - vodeni .stub,
-
Hy - higroskopna vlaga Kod termina pF, sa slovom "p" je označen logaritamski karakter skale, slično pH
skali, koji je uveo Sorensen kod određivanja reakcije tla, dok "F" označava početak engleske riječi "free" = slobodan (free energy = slobodna energija). Kao što srno naveli, sa pF u stvari mjerimo slobodnu energiju sa kojom raspolaže neko tlo u odnosu na vezanje vode. Veličine pF-vrijednosti se kreću u granicama od 0 do 7, gdje pF = 0, znači da je tlo potpuno zasićeno sa vodom, kaže se tlo je potpuno saturirano (tlo potopljeno ii vodi), a snaga njenog držanja je 0,001 bar. Čim tlo gubi vodu, kada se isušiije i cijedi, povećava se njegova slobodna energija, odnosno povećava se pF- vrTjidnost, dok iie postigne svoju maksimalnu veličinu sa pF 7. Prema tome pF 7 predstavlja potpuno suho tlo, a snaga držanja vode za čestice tla ide i do 10.000 bari. 174 Fizika tla
Zemljišna vlaga može imati pF vrijednost i veću od 7,0, ali najviše tala 'Otpušta veoma malo vode kada se zagrijava preko 105 "C, dok temperatura ne postane suviše visoka da isuši i konslitucionu vodu. Kada se ovo postigne, tlo mijenja nepovratno svoj identitet. Napon usisavanja ili intenzitet vezanja vlage tla (vodni stres) može se najjednostavnije objasniti na primjeru tenziometra. prikazanom na slici 68. Manometar na tenziometru je tako podešen da pokazuje vrijednost nule. kada keramička čaša tačno leži na površini podzemne vode. Ukoliko se voda iz tla više gubi. utoliko se voda više iz tenziometra isisava, i utoliko više manometar pokazuje negativni pritisak. On se često iskazuje kao napon usisavanja. Manometar za nijerenje tenzije Nivo tla ^
Cijev ispunjena vodom Porozni materijal (keramički) kroz koji se voda može kretati Slika 68. Na presjeku tenziometra prikazani su najvažniji njegovi dijelovi Odnos između sadržaja vode i tenzije usisavanja je ovisan od teksture tla. Iz grafikona, na slici 67, se vidi ova ovisnost. Krivulje su označene kao pF-krivulje pošto se napon usisavanja ne predstavlja samo u formi bari ili vodenog stupca, nego takođe i kao pF vrijednost (= log stupca vode). Tako, na primjer, napon usisavanja od 100 cm stupca vode odgovara pF-vrijednosti od 2, 1 cm stupca vode pF = 0 i 0 cm stupca vode odgovara pF - 00. Ordinata je data u logaritamskom mjerilu, da bi se takođe razlike u području nižih pF-vrijednosti učinile jasnijim. 175 Fizika tla Kod sve tri krivulje može se zaključiti da se snaga vezivanja vode za česticu, povećava oduzimanjem vode u tlu. Različiti tok krivulja je uzrokovan različitim rasporedom pora po veličini, a kao rezultat različite strukture. Vrijednosti vode kod napona usisavanja od 1 cm stupca vode (pF = 0), variraju u ovom primjeru samo u području od 42 do 53 vol % = cmVlOO cm"' tla. U odsutnosti zraka ovaj volumen odgovara volumenu ukupnih pora u tlu.
Postoji direktan odnos izi"i"!edu napona usisavanja i sadržaja vlage u tlu. pri čemu se intenzitet vezanja vode za česticu tla povećava sa smanjenjem debljine sloja adsojpcione vode i sa smanjenjem prečnika kapilara. Stoga se iz visine napona usisavanja može izračunati ekvivalentni prečnik pora, što se vidi iz tabele 31. Raspodjela pora po veličini prema prečnikii pora I naponu vode (cm stupca vode, odgovara pF-vrijednosti) Tabela 31. Opis pora po veličini Krupne pore. široke Krupne pore, uske Srednje pore Sitne (fine) pore Prečnik pora pm (milimikrona) >50 50-10 10-0,2 <0,2 Stupac vode cm 0^ 60-300 300-15.000 > 15.000 pF (tenzija vlage tla) 0-1.0 1.77-2.00 2.54-4.20 >4.20 Ako se tlu oduzme voda. kod pjeskulja pF-krivulja ide približno ravno (slika 67) do oko pF 1,8. Ovaj ravan tok ukazuje da je oduzeta samo relativno slabo vezana voda (oko 30 %) u području pora sa prečnikom većii"n od 50 mikrona. Ostalih 5 % vode je vezano sa većoi"i"i snagoi"i"i vezivanja. Kod prahulja (na lesu) sredi"ije pore sa oko 20 % vlage (pF područje 2,5- 4,2) je jako izraženo, kod glinuša fine pore sa oko 30 % vlage (pF veći od 4,2). Sila sa kojom se voda veže za čestice tla zavisi od njegovog teksturnog sastava. Iz krivulja na slici 67 mogu se takođe, vidjeti odnosi izineđu pF- vrijednosti, pritiska u bariina, (visine vodenog stuba. VS) i teksture tla. Iz prikaza na grafikonu vidi se, da se kod jednakog sadržaja vode snaga vezanja zemljišne vlage povećava u nizu pjeskulje < prahulje < glinuše, dakle, sa dodavanjem gline. Tako isto treba naglasiti da na primjer kod sadržaja vlage od 20% pjeskuše su mokre, prahulje vlažne, a glinuše suhe. Ove razlike u snazi vezai"ija vode u zavisnosti od teksture počivaju na povećanju adsorbcione vanjske površine i smanjenog prečnika pora. 176 Fizika tla
Vrlo važno stanje zemljišne vlage za biljku je ono koje se nalazi u opsegu između pF 1.7-1.8 i kod 4,2. Sa stanovišta obrade pjeskulje imaju širi opseg obrade zbog toga što je struktura u njima slična teksturi, dok teška tla imaju taj opsesi mnogo uži. Organska tla se mogu obrađivati kada su znatno vlažnija i od pP 2.8 zato što imaju stabilnu strukturu. Vjerovatno da različita oruđa obrade zahtijevaju i različite opsege zemljišne vlage za optimalne operacije. pF 2,8 kao granica mokrog opsega optimalne obrade, pokazuje daje potrebno da se ocijedi nešto vode ili da se nešto izgubi putem evaporacije ili transpiracijom prije nego što se pristupi obradi. Kao ŠIO se vidi iz grafikona (slika 67), pjeskulja je sa 4 % sadržaja vode - vlažno tlo, dok su ilovače i glinuše suhe. Ili drugi primjer, biljke će pokazivati znakove venjenja kod različitih sadržaja \'ođe u tlu u zavisnosti od teksture tla. Tako u glinušama biljke će da venu već kod sadržaja vlage od 32 %, u prahuljama od 12..5 %, a u pjeskuljama kod 1,5 %. Prema tome, kod mjerenja vlage u tlu, sa gledišta snabdijevanja biljaka, nije dovoljno samo utvrđivanje ukupne količine vode koju neko tlo sadrži, nego i stepen vezanja te vode za čestice tla. O određivanju napona usisavanja govoriće se na drugom mjestu. Ovdje treba spomenuti daje napon usisavanja zemljišne vlage u pF području 0 do 2,9 (=1 - 800 cm stupca vode) i može da se mjeri tenziometrom (slika 68). Za određivanje u području pF 3^.2 koriste se gipsane elektrode. Kod određivanja pF krivulja koristi se metoda po Richardsu (membrana pod pritiskom) na uzorcima tla zasićenim sa vodom. Uzorci se stavljaju u jedan zatvoreni sistem (slika 69) na keramičke ploče i sa pritiskom se dovode u ravnotežu koja odgovara određenom naponu usisavanja i mjeri se iz tla ocijeđena voda ili u tlu zaostala voda. pF krivulje se izvode nanošenjem upotrijebljenog pritiska naspram određenog sadržaja vlage. Za određivanje pF većih od 4,2, tlo se dovodi u ravnotežu kod različitih pritisaka vodene pare, i određuje se sadržaj vlage u uzorku. uzorak tla \ keramička ploča
Sfiko 69. Šematski prikaz aparata za određivanje vodnih konstanti tla (pF) po Richardsu 177 Fizika tla 5.2.2.2. Koncepcija na bazi potencijala
Posljednjih godina svojstva zemljišne vlage se tumače koiišienjem koncepcije potencijala, U pedologiji je ovaj izraz prvi uveo Buckingem kod izučavanja kretanja vode u tlu. Energetsko stanje zemljišne vlage je odredeno specifičnim svojstvima vodenih molekula, takode i uticajem različitih poljskih sila koje u tlu djeluju na ove molekule. Potencijal predstavlja rad koji je potreban, da se jedinica vode sajednog određenog mjesta poljskih sila prenese na drtigo mjesto. Upotrijebi li se koncepcija potencijala na zemljišnti vlagti, tada se sva kretanja vode mogti svesti na jedan imenitelj, kao što sti infiltracija, cijeđenje i kapilarno penjanje. Voda se uvijek kreće sa mjesta većeg sadržaja vode (= veća specifična energija) prema nižim sadržajima, pošto kod 0\'0g postoji slobodna energija. Ovo kretanje prestaje tada kada se na svim mjestima pokaže ista vrijednost ukupnog potencijala. Pretpostavimo da dodamo malu količinti vode ti suho nezaslanjeno tlo ti izotermnoj sredini. Dodana vođa će se distribtiirati tako da snaga vezivanja izmeđti tla i vode je onolika koliko je tiopće mogtiće da btide. Rad je završen kad voda dostigne maksimalnti redukcijti slobodne energije. Stiprotan rad ovome je potreban, da se ova voda odstrani i postigne prethodno stanje. Dalje dodavana voda u tlo vezaće se progresivno slabijim silama sve do posljednje kapi vode koja je potrebna da saturira tlo, pri čemu voda tla prelazi u čistu vodu pod uslovima neizmijenjene temperattire, pritiska i nadmorske visine. Vezivanje ili retencija vode u tlu, njeno usvajanje i translokacija u biljci, te gubitak putem evapotranspiracije je vezano za energetski fenomen. U ove procese uključene su različite vrste energija, kao što sti potencijalna, kinetička i električna. Bilo kako, slobodna energija je termin kojim se koristimo da karakteriziramo energetski status vode. Slobodna energija je zapravo zbir svih drugih energetskih formi prisutnih da obave rad. Takođe nivo slobodne energije u nekoj supstancije opća mjera tendencije mijenjanja te supstance. Kad je u pitanju energija, sve supstance uključtijući i vodti imajti tendencijti da se pokreću ili mijenjaju status s većeg na niži nivo slobodne energije. Na primjer, ako sti svi ostali uslovi isti. kretanje vođe u tlu će općenito biti iz zone gdje je nivo slobodne energije vođe visok (mokro tlo) prema zoni gdje je nivo slobodne energije vode nizak (suho tlo). Prema Ciriću (1991) energetski potencijal zemljišne vode definiše se kao količina rada koji se mora uložiti po jedinici kvantiteta čiste vode (mase ili volumena) da bi se neograničeno mala količina vode transportovala povratno ti uslovima jednake
temperattire od "standardnog nivoa tečnosti" do tačke koja nas interestije ti tki. Za "standardni nivo tečnosti", obično se uzima nivo podzemne 178 Fizika tla vode ili neki drugi niži nivo slobodne vode u hidrološkom smislu. To Je. u šuštim, i'azlika u potencijalnoj slobodnoj energiji između vode tla u datoj tački i vode u standardnom nivou, koji se uzima kao nulto slanje. Prema lome. potencijalna energija piedstavlja relativnu vrijednost, koju nazivamo potencijal zemljišne vode. Na .slobodnu energiju tla za vezanje vode. tiličti tri važne sile i to: -
Sile adliezije ili svojstvo čvrste faze tla (zemljišni matriks) za vodu, obezbijedtiju matriksne sile koje su odgovorne za adsorpciju i kapilaritet. pri čemu dolazi do značajne redukcije slobodne energije adsorbovanih molekula vode. pa čak i onih koje sti vezane koheziono.
-
Privlačenje vode od strane iona ili drugih otopina u vodi. iskaztije se u vidu osniotskih sila (osmotskog potencijala), a takode ima osobinti leduciranja slobodne energije vode u lastvoru tla. Osmotsko kretanje čiste vode kroz poluproptistljivu membranu u rastvor pokaztije niži ni\o slobodne energije u rastvoru.
-
Gravitacione sile su treća važna snaga (potencijal) koja nastoji da potiskuje vodu naniže. Gravitacioni potencijal ima slobodna voda u tlu koja podliježe poljti gravitacione sile. .Ako želimo podići vodti nastiproi djelovanju polja gravitacione sile. potrebno je uložiti rad koji se pretvara u potencijaliui energiju. 5.2.2.2.1. Vodni potencijal tla Dok je nivo slobodne energije važan.i razlika u slobodnoj energiji od jednog do
drtigog stanja vlažnosti je od najvažnijeg praktičnog značaja. Razlika između slobodne energije vode tla i čiste vode pod standardnim uslovima pritiska i temperature se naziva vodni potencijal tla i obilježava se sa T (psi). Komponente vodnog potencijala tla na osnovu razlike u slobodnoj energiji rezultiraju iz gravitacionih, matriksnih i osmotskih sila te se nazivaju; -
gravitacioni potencijal (H^„).
-
matriksni potencijal C+'m) i
-
' osmotski potencijal
Svaki od navedenih potencijala rezultat je različitih sila i tehnički se ne mogu zbrajali. Djeluju simultano i utiču na ponašanje vode u tlu. Opći odnos vodnog potencijala tla prema slobodnoj energiji, prikazana je na slici 70.
179 Fizika tla Slobodna energija raste ako se voda tla podiže više od standardno izabrane tačke \ \ Slobodna energija čiste
Gravitacion i
vode
potenci jal
1
koji
Osmotski
potenci
Dio umanjen
pripada
Matriksni |
jal
osmotskom rljelovanj < --------------- ^ u Dio umanjen
koji
matriksnoni'
pripada
Dotenci jal
djelovanj u / Slobodna energija vode tla Slika 70. Generalni odnos vodnog potencijala tla preina slobodnoj energiji 5.2.2.2.2. Gravitacioni potencijal (Tg) Gravitacioni potencijal tla može se izraziti matematički kao, gdje je: g = ubrzanje izražavano gravitacijom h = visina vode iznad standardnog nivoa vode u tlu (referentni nivo). Ovaj nivo se uvijek uzima kao nivo slobodne vode koja se nalazi u profilu ili nižim nivoima tla, kako bi osigurali da gravitacioni potencijal vode tla ima pozitivne vrijednosti iznad referentne tačke (0), slika 70. Kolika će biti potencijalna energija, zavisi od visine tačke u kojoj se mjeri gravitacioni potencijal u odnosu na standardni nivo tečnosti (relativna visina). Gravitacija ima važnu ulogu u evakuaciji suvišne vode iz gornjili slojeva rizosfere nakon intenzivnih oborina ili prekomjernog navodnjavanja. To je slobodna voda koja se još naziva i cijedna. Ova voda se giba kroz krupne 180 Fizika tla
nekapilanie poče pod uticajem sile teže, a javlja se iiako:i obilnih oborina ili prekomjernog navodnjavanja. 5.2.2.2.3, Matriksni potencijal (*!'„,) Riječ "matriks", označava uronjenu masu, a u ovom slučaju to je čvrsta faza tla uronjena u vodu. Matriksni potencijal (nekad se zvao kapilarni), je rezultat dvije pojave; adhezije (adsorpcije) i kapilariteta (Slika 71)
SUka 71. Matriksni potencijal kao rezultat kapilariteta (a) i adsorpcije (b -4). Ostali elementi: (1 - čestica tla, 2 - sitne kapilare, J - krupne pore bez kapilariteta, 5 - krupne pore ispunjene vodom) Kao što je ranije naglašeno, čvrsta faza tla i njeni izmjenjivi ioni imaju sposobnost privlačenja vode kao i gubitak energije kad se voda adsorbuje. Ovo privlačenje, zajedno sa površinskim naponom (tenzijom) vode, se ubraja u kapilarne sile. Krajnji efekat ovih pojava je redukcija slobodne energije vode u tlu u poređenju sa neadsorbovanom čistom vodom. Kao posljedica, matriksni potencijal (4^,,,) uvijek je negativan. Matriksni potencijal (4^,„) nema samo efekat na retenciju vlage u tlu, već i na kretanje vode u tlu. Razlika između matriksnog 181 Fizika tla potencijala (S-',,,) dvije zajedničke zone tla stiniiihVa (podstiče) kretanje vode u iki. Ovo je kretanje neobično važno, posebno u snabdijevanju korijena biljaka vodom. Kao što je ranije naglašeno, pod ovakvim uslovima, voda se kreće od vlažne (visoka slobodna energija vode) prema suhoj (niska slobodna eneigija vode) zoni. 5.2.2.2.4. Osmotski potencijal (»F^)
Osmotski potencijal se javlja u rastvoru tla. U i'astvoru mogu biti neorganske soli ili organska jedinjenja. Oni reduciraju slobodnu energiju vode, prvenstveno jer ioni rastvora ili molekule privlače molekule vode. Proces osmoze je ilustrativno prikazan na slici 72. U staklenoj cijevi oblika slova U (a) nalazi se voda u lijevoj strani (V) i rastvor šećera u desnoj strani (R). Ova tečnost je odvojena poluproptistljivom membranom za molekule vode. ali ne i za rastvoreni šećer. Molekule šećera nisu u mogućnosti prolaziti kroz membranu. Kroz membranu (b) kretaće se povećani dio vode slobodno iz dijela sa čistom vodom u dio sa rastvorom šećera. Ovo kretanje će trajati sve dok se razlika u hidiostatskom pritisku ova dva kraka u cijevi dok se ne tiravnoteži efekat privlačenja sile iona. Ravnoteža (c) će se uspostaviti kad prođe dovoljna količina vode kroz membranu (dotiji dio cijevi) sa rastvorom šećera, pri čemu će doći do signifikantne razlike u nivou tekućina na obje strane. Razlika u nivou v i r strane predstavlja osmotski potencijal (c). Pošto je uloga šećera u ovome procesu da smanji slobodnti energiju vode ti rastvoru, znači da će više vode proći sa lijeve na desnu stranu membrane. Za razliku od matriksnog potencijala (S^ll)! osmotski potencijal ima mali efekat ki-etanja mase vode u tlu. Osmotski potencijal (H'o) ima glavni uticaj na usvajanje vode od strane korijena biljaka. U zemljištima bogatim sa rastvorljivim solima, osmotski potencijal (M-'„) može biti veći u rastvoru tla nego u ćelijama korijena biljaka. To dovodi do onemogućavanja uzimanja vode od strane biljaka. S obzirom da se pritisak vodene pare u rastvoru smanjtije, osmotski potencijal (4^„) takođe utiče na kretanje vodene pare. On se javlja svuda na granici izmeđti tečne i gasovite faze (i bez postojanja polupropustljive membrane), jer se pritisak vodene pare u kontaktu sa rastvorom mijenja zavisno od koncentracije, kao i u kontaktu čista voda - rastvor, preko polupropustljive membrane. Osmotski potencijal, kao i inatriksni ima negativnu vrijednost, jer se i pri hidrataciji iona oslobađa energija. Međutim, može se kazati da je osmotski potencijal ustvari negativna vrijednost osmotskog pritiska. 182 Fizika tla
Slika 72. Prikaz procesa osmoze i osniolskog pritiska (potencijala). Keeton. 11972). modificirano od Brady. (1990). Osmotski efekat koji uzrokuju adsorbovani ioni. uključuju se obično u matriksni potencijal, jer je teško odvojiti dio vode koji se adsorbuje neposredno za čvrstu fazu tla od dijela koji je vezan za adsorbovane ione. 5.2.3. Iskazivanje vodnog potencijala tla Postoji više načina da se izraze razlike u energetskom nivou vode tla. Uobičajeni način izražavanja potencijala (4^) je oznaka u centimetrima vodenog stuba (stupca vode). Što je visina (h) veća U centimetrima, veći je i mjereni potencijal. Vodni potencijal tla
se takođe izražava i u standardnim
atmosferama na nivou mora 760 mm Hg ili 1,020 cm vođenog stuba.
^
Izraz bar je u prosjeku isto što i standardna atmosfera, a milibar je /iooo bari. Deset bari je ekvivalentno SI jedinici niegapaskal (MPa), što je zajedno sa barom uobičajeni način izražavanja potencijala. Odnos između ova tri načina izražavanja energetskog nivoa (potencijala u tlu daje se u tabeli 32. 183 Fizika tla Tabela 32. Visina stuba
Vodni potencijal Vodni potencijal
vode
tla
tia
(cm)
(bari)
megapaskal (MPa)*
0
0
0
10.2
-0,01
-0.001
102
-0,1
-0.01
306
-0,3
-0,03
1.020
-1,0
-0,1
15 300
_ 1 i;
-1.5
31.700
-31
-3,1
102.000
-100
-10.1
Odnos ¡zmeđu sadržaja vode u tlu i vodnog potencijala tla za tri reprezentativna mineralna tla, prikazanje na slici 73. Odnos je prikazan na bazi
-0,1 .1
-10 -100 -1000 (baral
-0.01 -0.1
-1
-10
-100 (MPa)
Vodni polencijal [la (T) Slika 73. Kriva vlainosti (potencijala) tri reprezentativna mineralna tla (različit način prezentacije), Brady, (1990). postepenog sušenja potpuno saturiranog tla. Vodni potencijal tla (HK) je negativan, a može biti predstavljen u barima (gornja skala) ili megapaskalima (MPa) donja skala. ' megapaskal (Mpa) = 10 bari 184 Fizika tla I na kraju treba reći da svako od navedenih polja sila ima svoj pareijalni poteneijak a zbir ovako iskazanih parcijalnih potencijala, čini ukupni potencijal Matriksni, gravitacioni i osmotski (H',„.„,„) potencijal se neposredno mjere i imaju praktičnu vrijednost, dok ukupni (MA) potencijal predstavlja više konceptualnu nego aktuelnu veličinu. Naravno da ni svi parcijalni potencijali ne ispoljavaju se na isti način i njihov parcijalni gradijent ne prouzrokuje jednak tok vode. Međutim, svi potencijali iskazuju se jednakom veličinom i to prema starom sistemu J/g, J/cm\ cm stupca vode ili prema SI sistemu mjera: J kg"', N ip."' ili Paskalima (Pa), ili u m stupca vode. Jedan od načina iskazivanja vodnog potencijala tla je putem hidroloških (vodnih) konstanti. 5.2.3.1. Hidrološke (vodne) konstante Tenzija ili sukcija kojom se voda drži za čestice tla (matriksni potencijal) najčešće se mjeri i izražava pritiskom i to u pozitivniin vrijednostiina, kao tenzija zemljišne vode.
Najprostiji način mjerenja matriksnog potencijala je tenziometar. Tenziometar predstavlja poroznu keramičku cijev (slika 68), postavljenu u sloj tla u kojemu se mjeri sadržaj vlage. Cijev je ispunjena vodoin, a na vrhu cijevi nalazi se hermetički pričvršćen tnanometar. Ako se ovakva cijev stavi u tlo sa matriksnim potencijalom, voda iz porozne cijevi (gdje je potencijal ravan nuli) počeće da se kreće prema vodom nezasićenom tlu, dok se ne uspostavi ravnoteža u nultom potencijalu (tlo usisava vodu). U tenziometru se stvara vakuum, koji manometar registruje u jedinici pritiska tj. u bariina. Na ovaj način se inože mjeriti potencijal do 0,8 bari. Slično mjerenju tenziometrom, može se mjerenje vršiti i u laboratoriji uz pomoć pješčanih sanduka (princip sukcije), metoda za tnjerenje niskih vrijednosti pF (razvijena u Holandiji). Za mjerenje većeg matriksnog potencijala, koriste se čelične komore sa poroznom membranom različitog promjera pora ili kaolinitska glina. Pri ovome se koristi različit pritisak, koji je ekvivalentan pritisku kojim se voda drži vezana za čvrstu fazu u tlu. Zapravo, cilj ovoga postupka je da vodu otrgne iz polja privlačenja sile matriksa i dovede na nulti potencijal, tj. slobodno stanje, slika 69. Za uspješan rast biljaka, potrebno je da se uspostavi ravnoteža između potrošnje vode u toku transpiracije i priticanja vode tla u zonu korijena. Transpiracija je kontinuiran proces, dok je priticanje vode u tlo povremeno. 185 Fizika tla Priteklu vodu (padavine, irigacije) tlo inia mogućnost da deponuje, tj. obiazuje rezerve vode i da tu vodu u kontinuitetu transportuje do korijena srazmjerno potrošnji koju prouzrokuje transpiracija, što se smatra suštinskim procesom u dinamičkom odnosu tlo voda - biljni korijen. Na ovoj osnovi definirana su karakteristična stanja vlažnosti tla i njihove prijelomne tačke. Prijelomne tačke tih karakterističnih stanja vlažnosti, smatraju se konstantnim svojstvom određenog tla - hidrološke konstante. Usisavajuća snaga tla ili sila držanja vode za čestice tla kao što ranije naglašeno izražava se u barima negativnog pritiska, megapaskalima (MPa), centimetrima visina stupca vođe ili njihovim logaritmom (pF vrijednost). Visina stupca vođe od 1.000 cm, odgovara pritisku od jedne atmosfere, a stupac vođe od 10.000.000 cm odgovara pritisku od 10.000 atmosfera. pF je logaritamska vrijednost visine stupca vode u cm, (1 at = 1.000 cm stupca vode = pF 3, jer je 1.000 = 10"\ a logaritam IO"* = 3). Oznaka p =
logaritamski karakter skale, a F = slobodna energija koja preostaje pri nekoj vlažnosti (debljini opne vode). 1 na ovom mjestu treba reći, da pF = 0 (nula), znači da je tlo potpuno zasićeno vodom, a pF = 7 znači da je tlo suho. Prikaz međusobnih odnosa pojedinih vrijednosti načina iskazivanja daje se u tabeli 33. Odnosi pF vrijednosti prema pritisku (barima, Mpa) i visini stupca vode Tabela 33. pF
Bari (b)
Megapaska Visina stupca Oznaka la (MPa)
vode cm
vodne konstante
1
0,01
0,001
10
2
0,1
0,01
100
2,5
0,33
0,03
330
3
1,0
0,10
1000
4
10,0
1,0
10.000
4,2
15,0
1,5
15.000
VTV
4,5
31,0
3,1
31.000
Hy
7
10.000
1.000
10.000.000
Suho tlo
PVK
Najvažnije hidrološke vodne konstante tla su: -
higroskopna vlaga,
-
vlažnost trajnog (permanentnog) venuća, -poljski vodni kapacitet,
-apsolutni vodni kapacitet, -
retencioni vodni kapacitet,
-
maksimalni vodni kapacitet tla,
-
pristupačna vođa biljci.
186 Fizika tla 5.2.3.1.1. Higroskopna vlaga Pod higroskopnom vlagom se podrazumijeva onaj sadržaj vlage koju tlo sadrži kod relativne vlažnosti zraka 94,3 % i !y!itscherlich je označio kao "Hy". Dvostruka njena količina obilježava se sa "2Hy" i predstavlja permanentnu vlažnost venjenja. Higroskopna vlaga odgovara pF-vrijednosti od 4,7 (neki navode da se ona nalazi kod pF-vrijednosti 4,5 ili što odgovara pritisku od 31 bari). Kod serijskih analiza higroskopna vlaga se određuje sušenjem uzorka tla u sušioniku na temperaturi od 105 °C, do
konstantne težine (najmanje 4-5 sati). Uzorak bez sadržaja higroskopne vlage označava se kao "apsolutno-suhi uzorak", ili suh uzorak. ^ Po Mitsherlichu higroskopna vlaga se određuje držanjem uzorka tla u eksikatoru iznad 10 %-nog rastvora H2SO4 ili zasićenog rastvora Na2S04. Najveći dio higroskopne vode je vezan za organske i mineralne koloide tla. Ova voda je vezana u obliku tankih vodenih opni, 15-20 slojeva molekula vode. Što neko tlo sadrži više koloidnih čestica, to će i sadržaj higroskopne vlage biti veći. Šematski prikaz pojedinih oblika vode, dat je na slici 74.
Slika 74. Vodne konstante tla (raspored vode u tlu). Opne (filmovi) vode su sve manje vezane što su udaljenije od površine čestice čvrste faze tla, Thien, S.J. etal. (1997). 187 Fizika tla Ova voda se ne može kretati pod uticajem sila teže ili sila površinskog napona. Ona je nepristupačna za biljke. Njen sadržaj ovisan je od teksturnog sastava tla, ukoliko je tlo težeg teksturnog sastava, to je i sadržaj higroskopne vode u tlu veći, tabela 34. Sadržaj Hy u tlima različitog teksturnog sastava (po Mitscherlich-u, 1954) Tabela 34. Vrsta tla
Sadržaj higroskopne vode u težin. %
Glinuša
5,80
Ilovača
3,00
Pjeskuša
1,23
Podatak o higroskopnoj vodi se koristi za preračunavanje rezultata analiza sa zračno-suhog stanja, na suho stanje.
Zračno suho tlo, sadrži izvjesnu količinu higroskopne vode koja odgovara relativnoj vlažnosti zraka u prostoriji od 97 %. 5.2.3.1.2. Vlažnost trajnog (permanentnog) venuća Pod ovom hidrološkom konstantom podrazumijeva se ona količina vode u tlu kod koje biljke trajno venu. Prema Brigsu i Shantzu (1912), to je onaj sadržaj vlage u tlu izražen u procentima suhe mase u trenutku, kada se u lišću biljaka počinje trajno smanjivati sadržaj vlage. Prava redukcija u sadržaju vlage bazalnih uvenulih listova jeste onda, kada lišće ne povrati turgor, pošto je kultura stavljena u posudu zasićenu sa vodenom parom. Kao indikatorne biljke koriste se suncokret ili ječam. Vlažnost trajnog venuća (VTV), može se odrediti i putem biljaka (tzv. indikatorne biljke). Biljke se uzgajaju u vegetacionoj posudi, i kada se razviju tri para listića, prestaje se sa zalivanjem. Početak prvih znakova venjenja još ne znači da je postignuta ova vrijednost. Ukoliko biljčice stavljene u komoru zasićenu vlagom ne povrate svoj trugor znači da se postigla ova vrijednost. Z.a laboratorijsko određivanje koriste se i aparati pod imenom "membrane pod pritiskom" (pressure membrane), gdje se upotrebljava pritisak od 15 bari. Voda koja zaostane u tlu nakon ovakvog tretiranja označava se kao vlažnost trajnog venuća. 188 Fizika tla Sadi'žaj vlage LI tlu kod vrijednosti permanentnog venuća za osnovne teksturne klase se kreće kod glinuša oko 30 %, ilovače 15 % i pjeskulje 3 %. Vlažnost trajnog venjenja se nalazi kod pF 4,2. (slika 67). Vlažnost trajnog venuća je važna liidrološka konstanta. Tako neka glinovita tla sa vlažnosti venuća od 20 %. a sadržajem momentane vode od 1 5 % su fiziološki suha, dok je pjeskulja sa vlažnosti venuća od 2 % i sadržajem vode od 4 % fiziološki vlažna, slika 75. o.e 0.5 o 0,4 > tst c E .2 0 2 o> 0.1 0.0
Pijesak Saturisa no tlo
Poljski
kapacitet S———^
vodni
(PV
Pristupa voda čna ----
(PV) Nepris
---- —
tupačna voda
Pjeskovita Ilovača ilovača - VTV Praškasta ilovača Glinovita Ilovača Glina SUka 75. Procjena sadržaja pristupačne vode biljci (P.Vj za različite teksturne klase tla, Dani, O., et ai (2000j. Voda iznad tačke venuća naziva se biljci pristupačna voda (BPV), fiziološki aktivna ili korisna voda, jer se ova voda drži silama koje su manje od sile sisanja korijena biljke. Voda ispod tačke venuća naziva se nepristupačna, mitva ili fiziološki ineitna voda. 5.2.3.1.3. Poljski vodni kapacitet Poljski vodni kapacitet (PVK) ili skraćeno poljski kapacitet (PK) tla za vodu, predstavlja onu količinu vode koja zaostaje u tlu, pošto se suvišna gravitaciona voda ocijedila, odnosno skoro potpuno je prestalo kretanje vode na ovaj način. Ovo stanje se postiže u jednom propusnom tlu sa jednoličnom 189 Fizika tla teksturom i strukturom 1-3 dana nakon kiše ili navodnjavanja. U jednom težem tlu, na primjer glinuši, ovo se stanje postiže tek nakon 10 ili više dana. Poljski vodni kapacitet nalazi se u dijapazonu od pF 1,8-2,7, slika 67.
U laboratoriju se ova vrijednost određuje na posebnim aparatima, tzv. aparatima sa poroznom pločom ("porous plate"), gdje se koristi pritisak od 1/3 bari (najčešće), ili putem sukcije po holanđskoj metodi posuda sa pijeskom. Vrijednosti poljskog kapaciteta su najmanje kod pjeskulja (oko 10 %), a najveće kod glinuša (oko 45 %). Za ilovače ova vrijednost iznosi do 35 %. Za pjeskulje, s obzii'om na malu vrijednost poljskog kapaciteta se kaže da imaju malu sposobnost zadržavanja (pohrane) vode, slika 75. "iNfa vrijednost poljskog kapaciteta utiču mnogi faktori, kao što su: tekstura, sadržaj organske materije, struktura i dubina podzemne vode. Ukoliko je tlo teksturno teže imaće i veću vrijednost poljskog kapaciteta. Takođe sadržaj organske materije povećava vrijednost poljskog kapaciteta. Mali poljski kapacitet kod pjeskulja djeluje na malu pohranu vode zimskih' oborina i jako isparavanje. Dodavanje organske materije u pjeskuljama dovodi (prije svega) do povećanja poljskog kapaciteta. Poljski vodni kapacitet, određuje najdirektnije plodnost tla, jer predstavlja najveću količinu vode koja se u tlu zadržava duže vrijeme nakon vlaženja putem oborina ili navodtijavanJa. To je ujedno i najveća količina vode, koja se tlu smije obezbijediti navodnjavanjem, jer se voda iznad poljskog vodnog kapaciteta smatra štetnom.za HiljktJ, zbog toga što potiskuje zrak iz tla koji je drugi važan faktor plodnosti tla. 0.ya se voda inače naziva suvišna ili drenažna voda. Poljski vodni kapacitet s ekološkog stanovišta predstavlja optimalnu vlažnost tla, pri kojoj biljka troši najmanje energije za opskrbu vodom. Poljski kapacitet za vodu je vrlo važna vodna konstanta, prvenstveno zbog toga što određuje količinu fiziološki aktivne vode u tlu. U sklopu ove konstante spomenut ćemo još dvije, koje se veoma često i danas koriste u pedološkoj praksi. To su tzv. apsolutni vodni kapacitet i retencioni kapacitet tla za vodu. 5.2.3.1.4. Apsolutni vodni kapacitet Pod apsolutnim vodnim kapacitetom, podrazumijeva se ona količina vode koju tlo sadrži nakon cijeđenja ođ 24 sata. Ova vrijednost je nešto veća od vrijednosti poljskog vodnog kapaciteta, jer u sebe uključuje jedan dio gravitacione vode (pošto se sva voda za 24 sata ne može ocijediti iz tla). 190 Fizika tla 5.2.3.1.5. Retencioni vodni kapacitet
Pod retencionim kapacitetom tka za vodu, podrazumijeva se ona količina vode koju tlo zadržava svojini vlastitim snagama. I ova je vrijednost slična poljskom kapacitetu, samo što i ona predstavlja nešto veću vrijednost. Razlika dolazi zbog metoda koje se koriste kod njihovog određivanja (kao posljedica poduprte kapilarne vode). 5.2.3.1.6. Maksimalni vodni kapacitet tla Maksimalni vodni kapacitet tla za vodu predstavlja onu količinu vode koju tlo može maksimalno da primi (odgovara ukupnoj poroznosti). Ova se vrijednost postiže kada se tlo potpuno zasiti (saturira) vodom, slika 75. pF vrijednost kod ove konstante je nula (0). 5.2.3.2. Pristupačna voda biljci Pristupačna voda biljci (PV), ili korisna voda za biljku je ona količina vode u tlu, koju biljka može da koristi za svoje fiziološke potrebe. Drugim riječima to je ona voda, čija je snaga vezana za čestice tla manja od snage usisivanja korijenove mase neke biljke; Ovu vodu predstavlja mali dio adsorptivne vode i najveći dio kapilarne (slika 74). j^ristup^na voda se nalazi unutar pF područja 1,8-4,2. U stvari, biljka može da koristi i vodli koja se nalazi ispod pF 1,8, samo se ona relativno brzo iscijedi iz tla tako daje njeno iskorištavanje praktično vrlo maleno. Sadržaj pristupačne vode se izračunava iz razlike u sadržaju između poljskog vodnog kapaciteta i vlažnosti trajnog venuća: PV = PVK - VTV gdje je: PV' = pristupačna voda PVK = poljski vodni kapacitet VTK = vlažnost trajnog venuća. Na osnovu teksturne klase najvažnije hidrološke konstante imaju vrijednosti prikazane u tabeli 35. 191 Fizika tla Tabela 35: Teksturna
Poljski vodni Vlažnost trajnog Pristupačn a
klasa
kapacitet (PVK) venuća
voda (PV)
(VTV) Sadržaj vlage u vol. % I. Glinuša
45 30
15
2. Ilovača
35 15
20
3. Pjeskulja 10 3
7
Kao što se vidi u tabeli 35, ^ ilovačama je najveći sadržaj pristupačne vode, te se za njih kaže da imaju najveći kapacitet za fiziološki aktivnu vodu. Glinuše imaju najveću vrijednost poljskog vodnog kapaciteta, ali znatan njegov dio otpada na fiziološki inaktivnu vodu, tj. vodu nepristupačnu za biljku. Količina pristupačne vode može se odrediti u svakom stanju vlažnosti, tako da se od momentalne vlažnosti odbije vlažnost trajnog venuća. 5.2.4. Kretanje vode u tlu Voda u tlu je u stalnom pokretu. Kretanje vode u tlu posljedica je djelovanja različitih sila kao što su: sile privlačenja vode od strane tla, kapilarne sile i sile gravitacije. Ako je rezultat djelovanja ovih sila nula, kretanje vode prestaje. Ipak ,takvo se stanje u tlu nikada ne uspostavlja, jer je voda u tlu vrlo dinamična. Kretanje vode u tlu može se različito označiti i to kao: -
ascedentno kretanje,
-
descedentno kretanje,
-
lateralno kretanje.
Međutim, mnogo prikladniji način označavanja kretanja (toka) vode u tlu je: -
kretanje vođe u zasićenom tlu,
-
kretanje vode u nezasićenom tlu,
-
kretanje vođene pare. 5.2.4.1. Kretanje vode u zasićenom tlu (saturirani tok) Kad je tlo zasićeno sa vodom (saturirano), voda se nalazi izvan sila privlačenja (nije
pod tenzijom), kreće se slobodno. U ovakvom stanju treba razlikovati kretanje podzemne vođe i kretanje gravitacione vođe ili descedentno 192 Fizika tla kretanje vode u pravcu sile teže. Ovo kretanje sejoš naziva filtracija, perkolacija ili cijeđenje. Teoriju kretanja vode u zasićenom stanju prvi je objasnio francuski istraživač Darcy (1856) i prikazao u vidu opće jednačine: (j = vuiiinien vucle koja pioieće u jedinici vremena kroz jedinicu horizontalnog presjeka upravnog na tok vode u cm/s~' (ciir'/cnr/s = cm/s), H = razlika u gravitacionom potencijalu od početne do izlazne tačke toka u cm vodenog stuba, L = dislanca između dvije tačke u cm.
H/L = hidraulički gradijent, hidraulička provodljivost poroznog sistema tia (vodopropusnost). a izražava se takođe u cm/š"'. K= Za kretanje vode kroz porozni materijal ostvarena brzina je dovoljno niska da je tok laminaran u kontinuitetu, a ne turbulenta». Nivo toka direktno je proporcionalan pogonskoj snazi i obrnuto proporcionalan otporu, što se prema Darcy-jevoj osnovnoj formuli može iskazati i kao: Jw = -K grad^ gdje je: Jw= volumen u jedinici vremena kroz presjek površine A. a ovo se zove još Fluks - (Water flux). grad V = označava gradijent ili promjenu u vodnom potencijalu između dvije tačke u pravcu toka koji može biti horizontalan iii vertikalan. K = proporcionalni koeficijent K određene hidrauličke provodljivosti, koja je takođe recipročna otporu tečenja. (Negativni izraz je zbog toga što se tok događa u pravcu opadajučeg jxuencijala tako da je gradijent ^negativan). Idealni uslovi za primjenu Darcy-jevog zakona su kad su gradijent (H^) i otpor toka konstantni u vremenu, a što predstavlja stanje za vrijeme zasićenog toka kroz tlo koje ne bubri. Tla u prirodi obično ne obezbijeđuju ovakve uslove, jer se nalaze u dinamičkom ciklusu vlaženja i isušivanja, tako da se parainetri iz prethodne formule mijenjaju u prostoru i vremenu, što će biti objašnjeno kod nesaturiranog toka ili kretanje vode u nezasićenom tlu. 193 Fizika tla Perkolacija, filtracija ili vodopropusnost (K) je važan način kretanja vode u poroznom sistemu tla koji je mnogo složeniji nego u pravilno izgrađenim i stabilnim poroznim sistemima na kojima se izvode matematički modeli. Iz naprijed iznesenog se vidi da je brzina proticanja vode kroz porozni sistem tla proporcionalna veličini hidrauličkog gradijenta i vodopropusnosti tla. Saturacioni tok može biti često spriječen ili usporen manje propusnim slojem tla ili matičnom stijenom koja se nalazi dublje u tlu. To uzrokuje pojavu lokalne saturacije i razvoj tzv. "sjedeče" podzemne vođe. Povećanje hidrauličke visine (gradijenta) iznad nepropusnog sloja, potiče lateralni tok koji se može pojaviti u vidu izvora na nekoj drugoj tačci reljefa. Ovaj primjer prikazanje na slici 76. propusna kapa
spuštanje tla ispod izvora sjedeča podzemna voda
7 proslojci nepropusne gline = -;stalna podzemna voda-; Slika 76. Presjek profila u prirodi sa položajem sjedeče podzemne vode i izvorom Vodopropusnost u poroznom sistemu tla, mnogo je složenija nego u pravilno izgrađenim sistemima, gdje je moguće primjenjivati i matematičke modele. Porozni sistem tla izgrađen je od pora različitih dimenzija, a njihov položaj uzrokuje diskontinuitet u kretanju vođe. Samo makro pore, međusobno povezane, nesmetano provode vođu, a to su pretežno hodnici izumrlog korijenja, glista i pukotine. Osim toga, razvijanjem strukture i bubrenjem tla, porozni sistem se narušava, te se zbog toga vodopropusnost tla pri istom gradijentu, tokom vremena mijenja. Vodopropusnost tla odreduje se eksperimentalno. Ona prvenstveno ovisi ođ veličine pora, a veličina pora je određena teksturom i strukturom tla. Tako se vodopropusnost kod pjeskovitih tala kreće od 10"' 10"' cm/s, a u glinovitim ođ 10"^ - 10~' cm/s. Kako veličina pora utiče na tok vođe u tlu, vidi se iz slijedećeg primjera; tok vode kroz pore prečnika od 1 mm ekvivalentan je onom gdje se odvija tok kroz 194 Fizika tla 10.000 pora sa prečnikom od 0,1 mm, iako je potrebno 100 pora raduusa 0,1 mm 'da se dobije prečnik pore od 1 mm. Vodopropusnost različitih slojeva, kao stoje i ranije naglašeno, može biti veoma različita, što je karakteristika većine anizotropnih tala. Pravac i intenzilet hidromehorativnih mjera uslovljen je slojem sa najnižom vodopropusnošću. Šematski prikaz mjerenja vodopropusnosti u laboratorijskim uslovima dat je na slici 77. Kretanje vode prema dole naziva se descedentnim ili gravitacionim kretanjem, a sa poljoprivrednog aspekta označavamo ga kao perkolacija ili filtracija vode u tlu. A Ah I
volumen vode Q u jedinici vremena Slika 77. Šematski prikaz aparata za mjerenje vodopropusnosti tia u laboratoriji a) Descedentno kretanje (filtracija) vode je u stvari gravitaciono cijeđenje vođe (perkolacija, filtracija), koje se vrši kroz široke nekapilarne pore. U ovakvim porama voda se kreće pod uticajem sila teže. Na osnovu ovog kretanja određuje se tzv. vodopropusnost tla za vođu, a ovisi od više različitih faktora. U prvom redu vodopropusnost ovisi od teksturnog sastava tla, tako da su najpropusniji pijesci, a gline su opet najnepropusnije. Na propusnost tla utiče i struktura. Stabilna mrvičasta struktura povećava propusnost i obratno. Tla sa adsorbovanim Ca i Mg i K su propusna, dok sa Na-ionom su nepropusna. Općenito nestabilna struktura, znači i manju vodopropusnost. Između vodopropusnosti i 195 Fizika tla raspodjele pora postoji uski odnos. Vodopropusnost iznos. , na prn^jer. kod pjeskulja gdie se može označiti kao dobro, između 10^ do 1()- c,Ws, a kod slabe propusnosti tlaje 10"' pa i do 10"' cm/s u glinovitnn tlima. Ovo kretanje vode se vrši kada je tlo zasićeno vodom. Stoga se pod vodopropusnošću nekog tla uvijek podrazumijeva kretanje kod stanja zasićenost, tla vodom
gline. Ukoliko je njihov
.adržai veći to će vodopropusnost biti manja. Granične vrijednosti vodopropusnosti tla, koje se kod nas najčešće koriste, prikazane su u tabeli Granične vrijednosti za vodopropusnost (po Vukašinoviću) Tabela 36. Koeficijent vodopropusnosti (Kf) u cm/s"'* 10"'
m/dan < 0.000864
Oznaka vodopropusnosti nepropusno
10"'' 10"'
0.000864 - 0,00864 vrlo slabo propusno 0,00864-0,0864 slabo propusno
10-*
0.0864-0,864
srednje propusno
10"^
0,864 - 8,64
jako propusno
10"'
8,64 - 86,4
vrlo jako propusno
, A-i
> 86/1 ______ ekstremno propusno
Descedentno i horizontalno tečenje vode prikazano je na slici 78, gdje je recristrovan tok irisacione vode u dva tla, pjeskovitoj ilovači i glmovitoj .lovac,. Dbelovi k.-eta.ija ove vode su kao i kod zasićenog toka. Voda se descedentno k.-ece mnoao bi'že u pjeskovitoj ilovači (a), nego u glinovitoj ilovači. S druge sti'ane ho.-izo.italnoki-etanjeje značajnije kod glinovite ilovače (b). Uslijed descedentnog k.-etanja vode može doći i do gubljenja iz tla mnogih korisnih sastojaka, u prvom redu biljnih hraniva (ispiranje), zakiseljavanja debazifikacije procesa lesivaže, podzolizacije kao . hidromorfizma tla. " Icm/s = 86.000 cm/dan 196 Fizika tla
45 30 15 0 15 30 iS75 60 45 30 15 0 15 30 45 60 75 Razniiik od srednje brazde a
b
Slikii 78. Dcscctlcnlno i lalcralno krelanjc ¡rigacione vude u pjeskovitoj ilovači (aj i glinoviloj ilovači (h) b) Podzemno kretanje voda, predstavlja kontinualni sloj vode koji ispunjava sve pore tla i ima pozitivni pritisak. Podzemne vode se kreću pod uticajem sila teže od mjesta s višeg na mjesto s nižim nivoom podzemne vode. Podzemna voda se nalazi u dubljim dijelovima tla ili matičnom supstratu, a gornja granica naziva se nivo podzemne vode. Brzina kretanja ovisi o ukupnom broju i vrsti pora, kao i nagibu nepropusnog sloja. Krećući se po nepropusnoj podlozi ili stijeni, podzemna voda često izlazi na površinu u vidu izvora. Ovako se kreće oborinska voda po nepropusnoin sloju pseudogleja (Stagnic
luvisol) u pravcu pada terena, što dovodi do razlika u režimu vlaženja gornjih i donjih dijelova terena. Glinovita tla iinaju više pora od pjeskovitih. ali je kretanje podzemne vode kroz njih otežano zbog kvaliteta, tj. malih dimenzija pora (mikropore). Kretanje vode na niže u zasićenom stanju, pod uticajem gravitacije, može se označiti kao drenaža, jer je opadanje nivoa podzemne vode u suštini drenaža. Drenaža može biti kod propusnih tala prirodni proces, ili može biti vještački izazvan proces postavljanjem drenažnih kanala ili cijevne drenažne mreže. Ako tlo sadrži podzemnu vodu, ona se može ascedentno dizati putem kapilara. To dizanje naziva se još i kapilarno dizanje vode. Ovim putem, voda se diže do nivoa, kad se uspostavi ravnoteža sile gravitacije i kapilarnih sila. Visina dizanja ovisi o mehaničkom sastavu i to tako da raste s povećanjem sadržaja gline, ali samo do određene granice, nakon čega ponovo opada. U odnosu na kapilarno penjanje (kapilaritet), zemljišta se po teksturi mogu svrstati u slijedeći niz: pijesak < fina pjeskovita ilovača < lahka glina < glina 197 Fizika tla Treba naglasiti da se tla vrlo teškog i lahkog mehaničkog sastava odlikLiJii malom visinom kapilarnog dizanja. Na ovaj se način biljke mogu snabdijevati sa vodom. Brzina kapilarnog dizanja ovisi o promjeru kapilarnih pora. Pojava slojeva pijeska i šljunka prekida kapilaritet, dok prisustvo gline ga usporava. Glinovita tla koja su sklona bubrenju (prisutan Na"'"-ion u adsorptivnom kompleksu) smanjuju brzinu i visinu kapilarnog dizanja vode. 5.2.4.2. Kretanje vode u nesaturiranom tlu (nesaturirani tok) Nesaturirani tok se javlja kad su pore u tlu bar i djelimično nesaturirane vodom. U ovakvim uslovima voda se nalazi pod tenzijom, a takvo stanje vlažnosti je najčešće u prirodnom tlu. Kod saturiranog toka, kretanje vode kroz krupne (makro) pore je u kontinuitetu i brzo. Ali, kod nesaturiranog toka ove makropore su ispunjene zrakom, ostavljajući samo srednje i sitne (mikro) pore obezbijeduju usporeno kretanje vode. Ovaj proces se najbolje vidi na slici 79, gdje je prikazan opći odnos između matriksnog potencijala (^'m) (ili obrnuto, nivoa vlažnosti) i vodopropusnosti. Treba znati da pri ili blizu nultog (^ = 0) potencijala (koji karakterizira režim saturiranog toka) hidraulička provodljivost je hiljadu puta veća nego kod potencijala koji karakterizira tipični nesaturirani tok (^ = ili < od 0,1 bari).
Pri visokom nivou potencijala (visoki sadržaj vlage) hidraulička provodljivost je veća kod pjeskovitog nego kod glinovitog tla. Obrnut je slučaj pri niskim vrijednostima potencijala (nizak sadržaj vlage). Ovo je očekivan odnos, jer pređominantne krupne pore, kod grube teksture tla podržavaju saturirani tok, dok sitne i srednje kapilarne pore u glinovitom tlu, podržavaju više nesaturirani tok, nego u pjeskovitom. Iz ovog se vidi da nesaturiranim tokom upravljaju isti opći principi koji utiču na saturirani tok, kao što je hidraulička provodljivost i pokretačka snaga, koja se u ovom slučaju odnosi na gradijent (tenziju) matriksnog potencijala. Hidraulička provodljivost (vodopropusnost), pored zavisnosti od poroznog sistema u funkciji je količine vođe, što ovaj oblik kretanja vođe u tlu čini mnogo složenijim nego što je saturirani tok. 198 Fizika tla 10 i 10 « S 10 c' ro I1 JS o 10-1 cn 0c 1 100 10-3 0) 1 10-' E 5 10-5 10®
(visok) -0,001 -0,01 -0,1 -1 Matriksni potencijal (bara, icg.skale) -10 -100 (nizak) SUka 79. Generalni odnos između matriksnog potencijala i kondiiktiviteta (vodopropusnosti) tla za pjeskovitu ilovaču i glinovito tlo. Saturirani tok se odvija oko Hi pri nula (Oj potencijalu, dok se većina nesaturiranog toka događa pri potencijalu od 0,1 bari i niže. Preina tome, najvažnija razliica između zasićenog i nezasićenog toi
silu hiljadama puta veću nego je gravitaciona. Zato se ova voda može kretati u svim pravcima, pa i suprotnom gi'avitaciji. I ovaj se tok vođe može iskazati izmijenjenom Darsy-evom jednačinom. Izmjena se odnosi na činjenicu da ovdje (K) hidraulička provodljivost (vođopropustljivost) nije konstantna i u funkciji je sadržaja vode (Q); q = K(Q)- " L q = volumen vode koja proteče u jedinici vremena kroz jedinicu horizontalnog presjeka upravnog na tok vode u cm/s~' (cuf'/cm~/s = cm/s), H = razlika u gravitacionom potencijalu od početne do izlazne tačke toka u cm vodenog stuba, L = distanca između dvije tačke u cm, Tipičan izgled vodnog potencijala (H^) tla profila, kao rezultat isušivanja evapotranspiracijom, a nakon potpunog navlaživanja, prikazan je na slici 80. Mjerenja se mogu izvršiti tenziometrom, različite dužine, postavljenim na specifičnoj dubini, pri čemu su njen gravitacioni vodni potencijal od površine u vremenu i matriksni potencijal (H^m) na specifičnoj dubini. Na ovaj način smo omogućili mjerenje potencijalnog gradijenta za kretanje vode i ustanovili zone saturacije tla u vodi (4^|„=0). Na bilo kojoj dubini gdje je gradijent tenziometarskog potencijala 0, definiše se kao nulta razina fluksa pri čemu se ne očekuje kretanje vode u ascedentnom ili descedentnom smjeru. Poznavanje nesaturiranog toka kod procesa isušivanja tla, je posebno važno. Pri ovom procesu, vodoprovođijivost se sve više smanjuje, jer je ograničena na sve uže pore, a gustina (viskozitet) adsorbovane vode se povećava. S toga je potreban veliki gradijent (sila) i duže vrijeme da bi se voda u ovakvom stanju uopće kretala. Kad voda uslijed isušivanja zaostane samo u obliku izolovanih meniska na dodii'u dvije čvrste čestice tla, bez hidrauličke veze sa drugim takvim 200 Fizika tla izolovanini gnijezdom (viseća ili pendularna voda), kretanje vode postaje toliko ma o I vremenski , količinski, da to praktično znači prestanak kretanja Pri" tome se različito ponašaju pjeskovita i glinovita tla, slika 79. 20 40 60
.a Q 80 100 120 Vodni potencijal, »{'(kPa)^ -10 -20 -30 -40 -50 -------------------------------- Nulti tok (flux) =0 1
-10kPa = 0,1 bar
2
- gravitacioni potencijal
3
- matriksni potencijal
Slika 80. Tipičan vodni potencija! profda (w) u du koje se isahtje evapotranspiracijom, a nakon potpunog navlaiivanja Zbog toga u slojevitim tlima (anizotropnim) svaka pojava pjeskovitog sloja smanjuje, ili Čak zaustavlja nezasićeni tok. Kod različitih zemljišta može se naći različita uslojenost, kao što su nepropusni prah ili glina (u vidu tabana ili bard pans), stoje veoma česta pojava, a takođe pijesak i šljunak koji moau biti zbijeni Iii povezani ili neki drugi sloj kao posljedica uticaja različitih faktora i procesa u tlu. U svim slučajevima kretanja vode je isto, tj. vertikalno kretanje je smanjeno. Ovi slojevi djeluju kao barijera vodi sve dok se ne stvori relativno visoki mvo vlažnosti iznad njega. Zbog zakašnjelog (odgođenog) vertikalnog kretanja vode ovo ima uticaj na količinu vode koju gornji dio tla veže i zadrži u poljskim uslovima. 201 Fizika tla 5.2.4.3. Kretanje vodene pare Razlikujemo dva tipa kretanja vodene pare u tlu; unutrašnje i vanjsko. Unutrašnje kretanje se odvija u tlu, tj. u porama tla. Vanjsko kretanje se odvija na površini tla, a vodena para se gubi preko površinske evapoiacije. Vodena para je karakteristična za stanje vlage kod nesaturiranog toka tj. kad su makro pore pristupačne za gasovitu fazu tla. Vodena para u tlu se kreće iz jedne tačke do di'uge kao posljedica razlike u pritisku pare. Tako će se vodena para kretati od vlažnog tla gdje je zrak tla saturiran vodenom
parom oko blizu 100% (visoki pritisak pare) prema suhom dijelu tla gdje je pritisak pare nešto niži. Kod uniformno navlaženog tla, ako njegovom jednom dijelu smanjimo temperatin-u (tlo u sjeni), pritisak pare će se smanjiti, a vodena para će nastojati da se kreće prema svježijem dijelu. Zagrijavanje će imati suprotan efekat. Ovaj primjer odnosa, prikazan je na slici 81. horizonti tla
SUka 81. Kretanje vodene pare. Tendencije koje se mogu očekivati između horizonta tla različitih u teinperaturi i vlagi Tendencija kretanja pare koja se može očekivati između horizonata tla, razlikuju se u temperaturi i vlazi. Kod slučaja (a), pojava manje ili više isključuje (negira) jedna drugu, ali kod slučaja (b), pojave su koordinirane i znatna količina vođene pare se može premjestiti, ako tekuća voda nema uticaj na kapilare tla koje u sebi zadržavaju gasovitu fazu. Ukupna količina vođene pare u tlu, pri optimalnoj vlažnosti za porast biljke, je iznenađujuće mala (10 kg do 15 cm dubine po hektaru). Do iste dubine (volumena) neka tla mogu da vežu i do 375.000 kg tekuće vođe. Obzirom na malu količinu vodene pare, njeno kretanje u tlu ima ograničeni značaj u tlima sa optimalnim nivoom vlažnosti za uzgoj biljaka. Međutim, u suhim tlima, kretanje vodene pare u tlu može biti od velikog značaja, posebno u 202 Fizika tla snabdijevanju vlagom biljaka otpornih na sušu u pustinjskim uslovima, medu 'kojima mnoge mogu egzistirati pri ekstremno niskom nivou vlažnosti. Ako se zna da se vodena para u tlu kreće pretežno difuzijom, treba naglasiti da se u tom procesu različite komponente gasne smjese kreću nezavisno, ponekad u suprotnom pravcu, zbog razlika u koncentraciji, odnosno parcijalnom pritisku.
Ovaj kvantitativni difuzni tok može se iskazati jednačinom: qci = - D, Pv L gdje je: qd -
difuzui fluks,
-
diflizui koc'flcijeiu vodene pare.
Pv|> -
razlika u priUsku vodene pare između dvije tačke,
L-
distanca između te dvije tačke. Gradijent pritiska vodene pare. a time i snaga kretanja, u mnogome ovisi od razlike u
temperaturi pojedinih dijelova tla. Razlika od 1 "C iina isti efekat na pritisak vodend;pare kao promjena tenzije od iOO bari (Hiliel. D. 1971). Pošto se vodena para kreće iz toplijih zona (pritisak veći) prema hladnijim zonama (pritisak manji) imamo pojavu tokom noći u zimskim mjesecima, da se vodena para kreće naviše gdje se u hladnijim slojevima kondenzuje. U toku dana kada se kondenzovani slojevi jače zagriju, kondenzovana voda se ponovo isparava. Dio ove vodene pare odlazi u dublje hladnije slojeve, a dio u atmosferu. Prema tome, unutrašnje kretanje vodene pare u tlu ima određeni dnevni i sezonski karakter. Vanjsko kretanje vodene pare je ustvari isparavanje vode iz tla. Ovo isparavanje (evaporacija) vode iz tla je složen proces i zavisi od vanjske temperattire, relativne vlažnosti zraka, brzine vjetra, boje tia, teksture, strukture, reljefa, biljnog, pokrivača i šumske prostirke. Međutim, sa slobodne vodene površine, ovo isparavanje (evaporacija) je proporcionalna razlici pritiska vodene pare iznad tečnosti i u atmosferi. Mraz takođe utiče na dinamiku vode u tlu, i to na način da "izvlači" vlagu tla iz dubljih slojeva na površinu, gdje se vrši, njena kondenzacija i smrzavanje. Zbog ovoga, prilikom otapanja smrznutog tla, na njegovoj površini se stvara sloj vode, jer se tlo slabo procjeđtije zbog narušene strukture, pri čemu dolazi do vodoležanja ili površinske erozije tla. 20.3 Fizika tla 5.2.5. Vodni režim i vodni bilans tla Pod vodnim i;ežini£tm„j3adj:az.U)_TU
suma .svjh ujazaka vode u_ tlo,,
njeno kreTanje, vezivanje.u. Llu, kao i njeno rashodovanje. Sa praktičnog aspekta, posebno je značajno odrediti tzv. faze vlažnosti ii tlu. Pod ovim terminom se podrazumijeva sadržaj vlage kod određenog njegovog momentalnog
stanja. Ovaj se postupak, naročito koristi kod praćenja režima \'!ažnosti tla.
-
... Najčešće se izdvajaju slijedeće tri faze vlažnosti i to: -
mokra faza,
-vlažna faza i -
suha faza.
Mokra faza, označava onaj sadržaj vlage u tlu, kada su sve pore tla. (krupne.^sfednfe 1.sitne) ispunjene vodom. To je. ustvari, stanje potpune saturaeije tla vodom, ć>dn6sno maksimalni sadržaj vode u tlu. Ovo stanje vlažnosti je nepovoljno za biljku. Vlažna faza, označava onaj sadržaj vode u tlu, kada je ona prisutna u rasponu od poljskog vodnog kapaciteta do vlažnosti trajnog venuća_. 0^'aj sadržaj vlage je povoljan za biljku. Suha faza, označava onaj sadržaj vlage u tlu, koji je ispod vlažnosti trajnog venuća (pF > 4,2), Prisustva.ovog stanja vlažnosti je nepovoljno za biljku. Prisustvo pojedinih faza vlažnosti određuje se u okviru određivanja režima vlažnosti tla. Za ovu svrhu se koristi uzimanje uzoraka tla putein sonde, transport uzoraka do laboratorije i određivanje sadržaja momentalne vlage. Razlika u težini prije i poslije sušenja označava momentalnu vlagu. Za ovu svrhu je potrebno odrediti i dvije hidrološke konstante: poljski vodni kapacitet i vlažnost trajnog venuća. Uzorci tla se uzimaju po horizontima (slojevima), a novo uzimanje se vrši svakih 10 dana, obično duže od 1 godine. Prema tome, tlo ima prihode i rashode vode, a vodnim režimom tlo može označiti nacm na koji tlo gospodari sa vodom i kako prima vodu, kako se ona u njemu kreće i.stavlja na raspolaganje korijenu biljke, ili kako se voda iz tla gubi, o čemu je ranije bilo dovoljno riječi. IVjeđutim, sa agro-ekološkog stajališta, veoma je j^a.žno znati koja je. razlika između-primanja i gubitka vode. Ova raz[ika između siLOlS.dolaska (primanja) i gubitka vode naziva se vodni bilans. Vodni Biians tla za neki period dobiva se po formuli: 204 Fizika tla V, = Vo + (0+K+Pd) - (E+T+Op+G+Bo) prihod gdje je: V, Vo
giihiiiik - količina (zalihe) vode na kraju nekog perioda - količina (zalihe) vode na počeikii nekog perioda
O
-padavine
K
- kondenzacija vode
Pd
~ podzemni dotok vode
E
- evaporacija (isparenje)
T
- transpiracija
Op
- oticaj površinski
G
-gravitacioni oticaj
Bo
- lateralni oticaj Kao prihodi vode u toku perioda praćenja mogu se označiti: zalihe vode u početku
proučavanog perioda, oborine, kondenzacija vode i podzemno priticanje. a kao rashodi evaporacija (isparavanje), transpiracija, oticanje po površini, oticanje gravitacijotn i bočno oticanje. Prema tome, voda se u tlu nalazi u stalnom prirodnom procesu kruženja ili hidrološkotn ciklusu, slika 82. .Šuma ima veliku ulogu u kruženju vode. U krošnjama šumskog drveća, jedan dio vode se zadržava i taj se proces zove iiitercepcija. Prisustvo šumske prostirke (listinac), utiče na regulisanje, kako infiltracije (upijanja), tako i filtracije (cijeđenja) oborinskih voda. Prisustvo organske materije, kao i općenito biljne vegetacije na površini tla, značajno smanjuje ili eliminiše površinski oticaj i eroziju. Najveću sposobnost zadržavanja oborina, putem vanjskog šumskog pokrivača, imaju šume smrče i jele (20-60 %), zatim mješovite šume. a najmanje listopadne šume 15-40 %) S druge strane, neki podaci pokazuju da je u borovim šumam^a intercepcija najmanja (10-30 %), Ćirić, (1991). Količina vode, zadržana na krošnjama, se uglavnoin gubi procesima evaporacije. Prisustvo snijega u krošnji i drveću, može da smanji sadržaj vlage u tlu i do 50 %, u odnosu na okolne gole površine. Općenito, procesi evaporacije^sa šumskih zemljišta su skoro za polovinu manji, nego na poljoprivrednim, ali su gubici putem transpiracije pod šumskom vegetacijom znatno veći nego pod poljoprivrednom. 205 Fizika tla i to: Padavine {kiša, snijeg) + Intercepcijski gubKak
liitercepcija \ , Trans})i racija Magla Cijeđenje IZ krošnje Evaporaclja f i Fotosinteza Cijeđenje I niz stablo I Površinski oticaj
s
Kretanje vode ■
prema vodotoku
^ Infiltracija' < prema korijenu V
Drenažni oticaj / Razgranat \ \ / korijen ^ Dubinski oticaj ^ __________ rr^: . ; PodzemnUok ■ ^ J f "J -Rođreniha.voda -- Prihodi vode
-
■—-i- Rasliodi (¡juliici) vode _ _ „ T Perl
^^ _ „
Sliku 82. Hidrološki ciklus vode u šumskotu slivu 5.2.6. Voda i tlo - karakteristike i ponašanje Odnos vode i tla za agronomskii i pedološku praksu važan je iz više razloga -
Velike količine vode se moraju dodati kako bi se zadovoljile potrebe biljaka u toku rasta, pri čemu se dio vode kontinuirano gubi transpiracijom. Ova voda mora biti pristupačna kad je biljci potrebna, a njen najveći dio mora doći iz tla.
-
Voda je rastvarač koji zajedno sa hranivima pravi rastvor iz kojeg biljka uzima esencijalne elemente za ishranu.
206 Fizika tla Voda tla uspostavlja kontrolu i nad druga dva važna faktora za normalan rast biljaka - zrakom tla i temperaturom tla. Kontrola dispozicije vode, naročito prilikom njenog udara na tlo,
omogućuje kontrolu incidentne zemljišne erozije koja prijeti odnošenjem tla sa površine u vodotoke, jezera i mora. navedenih i drugih razloga veoma je važno za nas poznavati fizičkohemijsku prirodu vode i njenu strukturu. 5.2.6.1. Fizičko-hemijska priroda vode i njena struktura Prostor koji zauzima pojedinačna molekula vode je određen atomom kiseonika. dok su dva vodonikova iona mnogo manja. Zbog toga dijametar vode je približno 2,64 A. Veza kiseonika i vodonika je kovalentna, svaki atom vodonika dijeli svoj jedini elektron s kiseonikom. Kao rezultat toga molekula nije simetrična. Umjesto da su atomi povezani linearno (H-O-H), vodonikov atom je naslonjen na kiseonikov u vidu "V" izgleda pod uglom od samo 104,5 slika 83 (a), sa nukleusom kiseonika kao vrhom. Jezgro (nukleus) vodonika Negativno
Jezgro vodonika Pozitivno (i =)
Slika 83. a) Dvodimcniionalni prikaz molekule vode. Položaj jezgra vodonika u odnosu na atome kiseonika u molekuli vode. b) Obrazovatije asoeiranih molekula vode (dihidrol i trihidrol) 207 Fizika tla Kao što se vidi iz šematsl
Zbog toga molekula vode ima dipolni karakter. Pri dovoljnom približavanju, molekule vode počinje da djeluje jedna na drugu svojim privlačnim silama. Pri tome pozitivno naelektrisani pol jednog molekula privlači negativan po^l drugog. Kao rezultat mogu da se dobiju agregati od dva. tri i više molekula slika 83 (b) (Jakovljevič, Pantovič, 1991.). Takve grupe molekula nazivaju se dibidroli (H.Oi) i trihidroli (HiO).,. U vodi mogu biti prisutni mono. di i trihidroli, a sadržaj najviše zavisi od temperatirre. U ledu preovlađuju trojni molekuli koji imaju najveću zapreminu. Sa povećanjem temperature dvojni i trojni molekuli se raspadaju, pa se na 100 °C voda uglavnom sastoji od monobidrola. Kako se vidi. molekule vode ne egzistiraju individualno, već vodonik služi kao veza za spajanje jedne molekule s drugom. Kao rezultat vodonikove veze u vodi se formiraju heksagonalne mrežaste strukture mnogih molekula koje se drže čvrsto zajedno. Zbog toga se voda smatra kao džinovski polimer vodonikom vezanih molekula. Ovakva situacija prevladava u ledu gdje je vodonikova veza kompletna. Topljenjem leda vodonikove veze se kidaju sve više i više i omogućavaju molekulama vode da budu bliže sortirane, tako da su one slobodne i da se pokoravaju Van der Vaala-sovim silama. Vodonikova veza drži molekule vode tako čvrsto zajedno da tačka kravljenja, tačka ključanja, dielektrična konstanta, specifična toplota i viskoznost vode su neobično visoki u poređenju sa drugim komponentama slične ili čak veće molekularne težine. Uslijed vodonikove veze dolazi do toga da je voda kod normalne temperature u tečnom a ne LI gasovitom stanju. Voda egzistira u čvrstom, tečnom i gasovitom stanju. Promjene izjednog u drugo stanje su praćene promjenama energije. Voda u čvrstom stanju ima najslabiju kinetičku energiju, u tečnom ona je veća i u gasovitom stanju ima najveću kinetičku energiju. Uzrok ovih diferencija je razlika u količini kretanja molekula u ovim stanjima. Kada se vrše promjene iz jednog u drugo stanje, vodonikove veze se uspostavljaju ili kidaju. 5.3. Toplotne osobine tla ljilexizit£Liizički)i,^:hmiUskil3^-i^^
procesa u.JJiL uJimogome je„
određen toplotom samoga tla kao faktora. Zbog toga toplotni režim u tlu ima poseban značaj i uticaj na svojstva i dinamiku tla. Pored toga, od toplote direktno 208 Fizika tla zavise mnoge životne liinkcije biljaka kao što je klijanje sjemena, veličina 'korijena, njegova aktivnost i si. Stoga treba poznavati kako izvore toplote. tako i toplotne osobine i toplotni režim tla.
Toplota je jedan od bitnih faktora koji određuje intenzitet fizičkih, hemijskih i bioloških procesa u tlu. Glavni izvoi' toplote za tlo je simčeva insolacija. Ostali izvori toplote kao što su: zračenje iz zemijinog jezgra, biološka oksidacija itd. imaju malog praktičnog značenja. Zbog toga se toplota smatra kao izuzetno važno svojstvo tla. Ona utiče direktno na biljni porast, a utiče i indirektno pieko vlažnosti, aeracije. structure i mikrobiološke aktivnosti na pristupačnost biljnih hi'aniva. Pod toplotom se podrazumijeva termička enei'gija izražena u kaloiijama. a pod temperaturom stepen zagrijanosti. Temperatura tla je jedan od važnih faktora biljnog rasta, isto kao voda, zrak i hraniva. Sjeme, biljno korijenje i mikroorganizmi žive u tlu i životni procesi direktno zavise od temperature tla. Temperatm'a tla ne djeluje samo na brzinu klijanja viših biljaka i na aktivnost edafona. nego takođe i na sve stepene raspadanja neorganskih i organskih sastojaka tla. Sa povećanjem temperature sve biološke promjene povećavaju se do maksimuma, dok kod 0 "C životna aktivnost praktično skoro pada na nulu. Intenzitet hemijskog raspadanja postaje intenzivniji sa povećanjem temperature.
\
Temperatura nekog tla je određena odnosom prihoda toplote prema gubitku toplote i njegovim toplotnim \iipacitetom. Dolazak toplote se odvija uglavnom sunčevim zračenjem. -. Od. ukupnog sunčevog zračenja 50-80% se absorbuje od strane tla, ostali dio se reflektuje. Absorbirano zračenje utiče na zagrijavanje tla, pri čemu se ponovo gubi jedan dio toplote u atmosferu povratnim zračenjem i isparavanjem vode. Intenzitet sunčevog zračenja zavisi od geografske širine, ali i od lokalnih faktora koji modiflkuju prispjelu energiju mijenjajući intenzitet zračenja. Mnogobrojni spoljašni i unutrašnji faktori utiču na toplotni režim tla. U spoljašne faktore spadaju: sunčeva radijacija, nadmorska visina, ekspozicija, inklinacija. biljni i snježni pokrov. U unutrašnje faktore spadaju: boja tla, vlažnost, struktura i tekstura. U toplotna svojstva tia spadaju: specifična toplota, toplotna provodljivost i toplotni kapacitet. 209 Fizika tla 5.3.1. Spoljašni faktori toplote tla Sunčeva radijacija - količina toplote koja stigne sa Sunca na Zemlju iznosi 2,0 g cal/cm" u minuti. Međutim, stvarna količina koju tlo primi je znatno manja. Ona zavisi ođ ekspozicije, inklinacije, godišnjeg doba i doba dana.
Ekspozicija - Litiče u velikoj mjeri na zagrijavanje tla, odnosno na toplotni režim tla. Tako tia na južnoj i zapadnoj ekspoziciji su toplija, nego na istočnoj i sjevernoj. .Sjeverne sti'ane su po pravilu najhladnije. Ekspozicija ima poseban značaj u umjerenim širinama, dok u tropima ima mali značaj zbog visokog položaja sunca. Inklinacija - ukoliko je veći nagib padine, utoliko su izraženije razlike u zagrijavanju. To se najbolje vidi na slici 84. W S
a
b
SUka 84. Uticaj ugla padanja iste količine sunčevih zraka na površinu tla za njegovo zagrijavanje; a)
manja površina - hrže zagrijavanje,
b)
veća površina - sporije zagrijavanje Ugao pod kojim padaju sunčevi zraci na tlo takođe ima uticaja na temperaturu tla. Što
zraci padaju više okomito na površinu tla, energija apsorpcije (temperatura tla) je veća (slika 84). To je zbog toga što određena količina radijacije sunčevih zraka koje padaju na tlo pod pravim uglom (a) je koncentrisano na relativno maloj površini i tlo se zagrijava brže. Ako ista količina radijacije (b), pada na tlo pod uglom od 45° zahvatiće veću površinu za oko 40%, tako da radijacija nije toliko koncentrisana, a tlo se zagrijava sporije nego kod pozicije (a). 210 Fizika tla Kondenzacija - je egzoteniini proces. U uslovima kondenzacije može doći do povećanja temperature i za 5 "C i više.
Evaporacija - je endotermalni proces. Ukoliko je stepen evaporacije veći, LHX)liko tlo postaje hladnije. Vlažna tla se teško zagrijavaju. Takođe topljenje snijega apsorbuje toplotu. Biljni pokrov - živi i mrtvi pokrov utiče na toplotu. Vegetacija smanjuje dnevna i sezonska kolebanja temperature i izjedhačtije temperaturu tla. Tlo se pod vegetacijom sporije zagrijava i ljeti je hladnije od gole površine, dok je ziini toplije od neobraslili površina. Golo tlo se brže zagrijava i brže hladi od pokrivenog.Snježni pokrov - djeluje kao izolator. Tla pod snježnim pokrovom su uvijek toplija nego bez njega. 5.3.2. Unutrašnja toplotna svojstva tla Boja tla - utiče na zagrijavanje; tamiia tla upijaju više sunčeve energije nego svjetla, a ci'vena i žuta više od bjeličastih. Boja ima znatan efekat na refleksiju zračenja kratkih talasa koji dolaze. Ukoliko je tlo tamnije, utoliko će se manji dio ulaznog zračenja reflektovati. Ovaj odnos zove se albedo. ^,, , reflektovcina meroija Albedo = ----- -----
^
moguća energija Ukoliko je veći albedo, utoliko je tlo hladnije; maksimalni albedo je 1. Tamno i vlažno tlo reflektuje manje toplote nego svjetlo i suho tlo. Tlo sa grubljom površinom asprobtije više sunčeve radijacije nego sa ravnom površinom. Vlažnost tla - inokro tlo se sporije zagrijava od suhog tla. Struktura tla - dobro strukturirano tlo se brže zagrijava i toplije je od nestrukturnog tla. Tekstura tla - glinovita teška tla su vlažnija, te se teže zagrijavaju. Ona se nazivaju "hladna tla". Pjeskovita tla se brže zagrijavaju te se nazivaju "topla tla". 5.3.3. Ostala toplotna svojstva tla U toplotna svojstva spadaju: specifična toplota, kapacitet tla za toplotu i provodljivost tla za toplotu. Specifična toplota - je broj kalorija koji je potreban da se 1 gram, ili jedan kubni cm tla zagrije za 1 °C.
Fizika tla Specifična toplota nekih siipstanci prema Kolinke-u (1968) prikazana je LI tabeli 37. Tabela 37.
Materijal
Specifična toplota Zapreminska cal/g J/g
spccifična toplota cal/cm'
Humus
0.4
1.67
0,56
Voda
1,0
4.18
1,0
Led
0,5
2.09
0.46
Zrak
0.25
1.04
0.0003
Glina
0,22
0,92
0,5
Kvare
0,19
0,79
0,5
Granit
0,19
0.79
0,5
CaCO,
0,20
0.84
0,54
Fe, = 30.15 0.15
0,63
0,75
Specifična toplota zraka iznosi 0,000306 cal/g, tj. bliska je nuli. Postoje specifična toplota čvrstih čestica tla približno jednaka, to je zagrijavanje prirodnog tla u najvećoj mjeri uslovljeno stepenom poroznosti i stepenom vlažnosti. U suhom stanju specifična toplota se poklapa sa specifičnom toplotom čvrste faze, dok je u vlažnom stanju ona potpuno zavisna od količine vode. Zbog toga su vlažna glinovita tla uvijek hladna (malo zraka, mnogo vode), a suha i rastresita tla uvijek topla. Kapacitet tla za toplotu (toplotni kapacitet) je sposobnost tla da primi izvjesnu količinu toplote. On zavisi od specifične toplote i mase tla, odnosno jednak je umnošku ove dvije veličine, tj. kapacitet tla za toplotu = specifična toplota X masa (težina) tla. Najveći kapacitet za toplotu ima voda. Što je tlo vlažnije to je njegov kapacitet za toplotu veći. Za zagrijavanje je potrebno više toplote što je tlo vlažnije. Na primjer, ako uzmemo dva tla približnih karakteristika i jedno je suho, a drugo je vlažno tlo koje sadrži 30 kg vode na 100 kg tla (čvrste faze). Suho tlo imaće specifičnu toplotu od 273 cal/kg, dok će vlažno tlo imati specifičnu toplotu od 385 cal/kg.' Ovi se podaci mogu dokazati na slijedeći način: Ako uzmemo podatke da se u 100 kg suhog tla nalazi 30 kg vode, ili 0,3 kg vode/kg suhog tla, broj kalorija potrebnih za povećanje temperature za 0,3 kg vode za 1 °C je; 0,3 kg X 1.000 cal/kg = 300 cal ' Voda ima specillCnu toplotu 1 kaloriju po giamu (I cal/g) ili 1.000 cal/kg (1 cal/g = 4.18 (džula) .l/g). .Sulio lio u prosjeku ima spcciričiui toplotu 0.2 cal/g (0.8 .l/g). 212 Fizika tla
OdgovarajLići podatak za 1 kg čvrste faze tla je; / kg X 200 caJ/kg = 200 ca! Prenia tome potrebno je ukupno 500 kalorija za povećanje temperatLU'e L3 kg vlažnog tla za I °C. Obzirom da specifična toplota predstavlja broj kalorija potrebnih da se poveća temperatura 1 kg vlažnog tla za 1 °C u tom slučaju podatak od 385 cal/kg se dobije; 500/1,3 = 385 cal/kg. Sposobnost tla da prima toplotnu energiju (toplotni kapacitet) zavisi ne samo od sadržaja humusa, nego i od boje tla; tamna boja je u stanju da primi više toplote nego svjetla. Prisustvo viših biljaka (trava, šuma) snižava sposobnost tla da prima toplotu. Provodljivost tla za toplotu je sposobnost tla da kroz svoju masu sprovodi toplotu. Kvantitativno mjerilo provodljivost! za toplotu je količina toplote izi'ažena u kalorijama koja pi'ode kroz sloj tla debljine 1 cm, sa površinom od 1 cm", u jednoj sekundi, pod uslovom da razlika u temperaturi između gornje i donje granične plohe sloja tla iznosi I "C/cal/cm/cm-). Najbolje sprovodi toplotu čvrsta faza, zatim tečna faza, pa gasovita faza. Najslabiji vodič toplote je zrak. Provodljivost mineralnih sastojaka se kreće između 0,004-0.005 kalorija, vode 0,0014, a zraka 0.00005 kalorija. Prema tome, provodljivost ovisi od odnosa ove tri faze. Kao što se vidi, zrak ima slabu provodljivost. Toplotna provodljivost suhog tla je veća nego zraka (0.002 do 0.009). Vrlo nisku provodljivost imaju tresetna tla (0,00027). Suha tla se zagrijavaju relativno brže ali i brže gube toplotu i hlade se. Navlažena, rahla i humusna tla se zagrijavaju polagano, ali ona gube toplotu postepeno, što je za poljoprivredu vrlo važno. 5.3.4. Toplotni režim tla Na osnovu toplotnih osobina pojedinih komponenata tla može se objasniti zašto su teška glinovita tla vlažna i s proljeća duže hladna, tj. teško se zagrijavaju. Nasuprot tome, lahka pjeskovita i strukturna tla u proljeće se brže zagrijavajii, jer nemaju velike količine vlage. 213 Fizika tla Razna tla se različito ponašaju prema toploti. Jedna od,njih toplotu dobro upijaju i dobro je čuvaju (černozem), dok je druga naprotiv slabo upijaju i brzo je gube zračenjem (pseudoglej - Stagnic luvisol). Otuda razna tla imaju različite toplotne režime,
podrazumijevajući pod tim sve međusobne odnose tla prema toploti. Toplotna svojstva nekog tla su određena prema tome kako ono prima toplotu, kakav ima toplotni kapacitet, kako ono toplotu sprovodi iz jednog sloja u drugi i kako je gubi zračenjem. Minimum i maksimum toplote tla ne poklapa se sa minimumom i maksimumom toplote zraka, već su uvijek oni u zakašnjenju. Zakašnjenje godišnjih maksimuma toplote tla je razlog da su tla u jesen dugo topla u poređenju sa toplotom zraka, a zakašnjenje u minimalnim temperaturama tla, znači da ostaju s proljeća dugo studena. Poznavanje toplotnog režima pojedinih tipova tla omogućava nam da možemo uticati na promjenu toplotnih svojstava. U "prvom redu izborom staništa s obzirom na ekspoziciju, selekcijom kultura s posebnom pažnjom na otpornost prema zimi. 50 40 30 20 10 površina
10 12 14 16 18 Temperatura od ponoći (h) 20 22 24 Slika 85. Dnevno kolebanje temperature tki, mjerene na različitim dubinama (Jury et al. I99LJ 214 Fizika tla Obrada tla je vrlo važan regulator toplote. Tako. na primjer, obrađeno tlo 'se u proljeće brže suši, postaje toplije i sposobno za raniju sjetvu. Đubrenje tla, naročito sa organskim đubrivom, ima vrlo velikog odraza na toplotni režim tla. Temperatura je najdinamičnije svojstvo tla. Ona je podložna dnevnim i sezonskim promjenama. Dnevna variranja temperature tla po dubini prikazana su nasliei85.
Dnevne oseilaeije su velike samo u površinskom sloju. Na dubini od 30 cm one rijetko prelaze 3 °C, na 60 cm iznose oko 1 °C, dok u sloju na 1 metar dubine te promjene su praktično nula. Sezonske oscilacije dopiru znatno dublje. Ovisno o klimatskom području i tipu tla, one mogu dostići dubinu od 3 metara i više. Mjerenja sezonskog osciliranja teinperatura do 90 cm, prikazana su na slici 86. Iz grafikona se vidi da temperatura površinskog sloja tla (7,5 cm) korespondira sa teinperaturom zraka, bez obzira, što je ovaj sloj tla topliji od prosječne temperature zraka tokom godine. U potpovršinskim slojevima sezonske temperature se povećavaju ili smanjuju znatno iza promjena registrovamh u površinskom sloju ili zraku.
j Mjeseci SUka 86. Prosječna mjerena (seionskaj lemperaliira zraka i tla na različitim dubinama u himiidnom klimatskom području (podaci sa College Station, Lincoln - Nebraska, za ¡2 godina, Brady, (1990). 215 Fizika tla Temperatura tla pod malčom je uvijek ljeti niža ,,nego bez njega. Unošenjem u tlo slame u količini od 8 tona/ha na 10 cm dubine, pokazalo se kao vrlo efikasno sredstvo protiv visokih temperatura tokom ljeta i niskih tokom zime (Unger. 1978). Životni ciklus nekog cvijeća i ukrasnog bilja je pod velikim uticajem temperature tla. Zbog toga, u toplim područjima, porast plitkog korijena može biti podstaknut bilo osjenčavanjem površine, prisustvom vegetacije ili primjenom malča. Toplotni uslovi tla tj. njegov temperaturni režim, igraju važnu rdogLi u razviću kulturnih biljaka, koje trebaju određenu količinu toplote. Za sijanje svake kultm-e potrebno je da tlo ima određenu tempeiaturu. Tako treba daje temperatura površinskog sloja tla za sjetvu kukuruza oko 10 °C. Svaki tip tla ima svoj godišnji tok izmjena temperature, različit na raznim dubinama.
5.4. Zrak u tlu (sastav i osobine) U porama tla pored vode, nalazi se i zrak. Zrak se u tlu uglavnom nalazi u krupnim porama, a njegov sadržaj je vrlo dinamičan i zavisi od prisutne količine Vode. Kad je tlo potpuno saturirano sa vodom (maksimalni vodni kapacitet), sadržaj zraka je na nuli (0), dok su kod potpuno suhog tla sve pore ispunjene zrakom. Za biljku je najvažniji zrak koji se trajno nalazi u krupnim porama, a koji ostaje nakon brzog gravitacionog oticanja suvišnih voda. Zrak tla vodi porijeklo uglavnom iz atmosfere, ali se dio gasova obrazuje i u samom tlu kao posljedica biohemijskih procesa. .Sastav zraka tla, se znatno razlikuje od sastava atmosferskog zraka, tabela 38. Zrak u tlu je po pravilu maksimalno zasićen sa vođenom parom (100 % relativna vlaga) i bogatiji je CO2 ođ atmosferskog zraka, a siromašniji kiseonikom. Uporedni prikaz sastava zraka tla i atmosferskog zraka prema Remezovu (1952) Tabela 38. Vrsta gasa
Sadržaj u tlu
Sadržaj u
%
atmosferi %
Azot (N2)
78-80
78
Kiseonik (O2)
0.1-20
21
CO,
0.1-15
0.03
Prema Ebermayeru (1890) zrak tla ima u površinskom sloju 4-5 puta više CO: nego atmosferski zrak, a na dubini 70 cm čak i 10-20 puta više. 216 Fizika tla Neki aLitori smatraju da pri ocjeni zračnog režima tla, relevantne SLI samo pore iznad 50 (.LIN, u kojima se voda drži tenzijom do 0,06 bari i otiče poslije nekoliko sati (Kohnke, 1968), dok drugi uključuju tu i pore dimenzije 10-15 mikrometara u kojima se voda drži tenzijom do 0,3 bari i otiče za 1-3 dana što odgovara vlažnosti poljskog vodnog kapaciteta. Jedan dio komponenata zraka tla, kao što su CO:, vodena para i amonijak, adsorbuju se na koloidne čestice tla, dok se drugi njihov dio rastvara u vodi i ulazi u sastav rastvora tla. Naročito se intenzivno adsorbuju vodene pare. nešto slabije amonijak, zatim CO2, pa kiseonik. Veoma slabo se adsorbuje azot. 10
E 20
D 30 40 50 Površina tla
5
10
15
Kiseonil< u vazdutiu tla (%) bez unošenja rezidualnih ostatal
Sadržaj CO2 je veći u vlažnom nego u suhom tlu, kao i u fino teksturnom nego u krupno teksturnom tki, uslijed usporene difuzije, koja obično rezultira iz većeg sadržaja vlage. Sadržaj CO2 je takođe veći u slabo strukturnom tlu, nego u tlu sa mrvičastom strukturom, takođe zbog razlike u difuziji, a općenito njegovo najveće prisustvo je u domenu rizosfere. Djelovanje pojedinih komponenata zraka (gasova) u tlu je različito. Tako je kiseonik potreban za disanje biljnog korijena, mikroorganizama i faune tla. Ugljendioksid pomaže u rastvaranju hraniva i čini ih pristupačnim za biljke. Azot služi u proizvodnji složenih azotnih jedinjenja i simbiotskim bakterijama. Vodena para sprječava desikaciju (isušivanje) korijena i mikroorganizama, te pomaže u prenošenju vode unutar tla. Od naročitog je značaja prisustvo dovoljne količine kiseonika, pošto se on konstantno troši od strane korijena i mikroorganizama. Bez dovoljno kiseonika u tlu normalne funkcije većine biljaka i aerobnih mikroorganizama se umanjuju. Anaerobne bakterije koriste kiseonik u organskim i neorganskim komponentama, redukuju ih do sulfida, nitrita, fero jedinjenja i drugih redukovanih komponenata koje su toksične za biljke. Suvišak kiseonika u tlu je takode nepoželjan, zato što dovodi do suviše brze oksidacije organske materije. Semiaerobna dekompozicija je najbolja u proizvodnji najvećih količina pravog humusa i za postojano snabdijevanje sa organskim komponentama koje služe za stabilizaciju agregata tla. Za disanje biljnog korijena potrebno je konstantno snabdijevanje sa kiseonikom. Normalni porast većine kulturnih biljaka je moguć ako koncentracija kiseonika iznosi preko 10 %. Potpuni rast biljaka prestaje ako sadržaj kiseonika padne ispod 2 %. Potreba aeraeije za rast većine biljaka znatno varira. Paradajz, krotripir, šećerna repa, grašak i ječam imaju veoma visoke potrebe za kiseonikom. Kukuruz, pšenica i ovas dolaze u slijedeću grupu. Mnoge trave imaju manje zahtjeve od kukuruza i pšenice. 218 Fizika tla U potpovršinskim slojevima prisustvo kiseonika je redovno manje nego u |5ovršinskijii. Isto je sa ukupnim sadržajem pora, a naročito makropora. To se jasno vidi na slici 88. Površina tla
I b) pjeskovita ilovača 5 10 15 Kiseonik u vazduhu tla (°/o) Slika 88. Prosječni sadržaj kiseonika kod dva zemljišta pod voćnjacima tokom maja i juna ( Boynton, 1938). Veći vodni potencijal kod praškasto glinovite ilovače povezan je sa nižim prisustvom kiseonika i većim prisustvom ugljen-đioksida, zbog toga što praškasto- glinovite ilovače imaju mali sadržaj krupnih pora i sklone su zbijanju zbog naglašenog prisustva frakcije praha. U dubljim slojevima sadržaj CO: može da bude i preko 15 % (a). U pjeskovito ilovastom tlu (b) prisutan je normalan rast i razvoj korijena sve do najveće dubine. Sinatra se da suvišak CO2 ne dovodi do oštećenja biljaka (ukoliko ga je manje od 20 %) nego nedostatak kiseonika. Otežana aeracija tla, posljedica je težeg 219 Fizika tla tekstLiinog sastava, povećane kompaktnosti tla ili prisustva opni vode oko strukturnog agregata. 5.4.1. Kretanje zraka u tlu (aeracija, provjetravanje) Između zraka u tlu i atmosfere vrši se neprekidna izmjena gasova, koja se naziva aeracija tla. Kretanje zraka je važan proces, jer se na taj način vrši prozračivanje tla. Ovo kretanje se vrši kroz pore i zavisi od količine vode, tj. koliko je pora ispunjeno vodom. Zatim, zavisi od sti'ukture, koja može da koriguje uticaj mehaničkog sastava na propusnost tla za zrak. Sastav zraka tla se znatno mijenja u toku godine. Istraživači su našli da je sredinom ljeta, ili u kasno ljeto najmanja koncentracija kiseonika, a najveći sadržaj CO,.
Tako se na slici 89, vidi da maksimalni sadržaj CO: dostiže do 7 % u junu mjesecu. Tad je najveća mikrobiološka aktivnost (potiošnja kiseonika i oslobađanje ugljen-dioksida). Zbog pojačane razgradnje organske matei'ije i aktivnosti mikroorganizama tokom ljeta, prisutan je povećan sadržaj CO: u odnosu na ostale dijelove sezone. Sjetva Berba
S/ika 89. Sadržaj CO: po dubini tla tokom vegetacionog perioda pod kulturom kukuruza (Buyanov.sky and Wagner, ¡983). Zrak u tlu nije stalan, već je podložan neprekidnim promjenama. Te promjene uslovljavaju razni biohemijski procesi u tlu, kao i stalne izmjene zraka u tlu sa zrakom iz atmosfere. U tlu se kiseonik neprekidno troši na razne biohemijske 220 Fizika tla procese i na disanje biljnog korijena, dok se CO: stalno stvara uslijed razla^ania jedmjenja ili Itičenjem od strane biljnog korijena. Potrebno je da se zrak u tlu neprekidno zamjenjuje sa onim iz atmosfere. Taj se proces naziva aeracijom ili provjetravanjem tla, a kada je u pitanju odlazak CO. u zrak. govori se o "disanju lla".
"
5.4.1.1. Difuzija Najveći dio izmjene gasova između tla i atmosfere se odvija difuzijom Kroz ovaj proces, pravac kretanja pojedinih gasova je determiniran vlastitim parcijalnim pritiskom, slika 90. Kako se proces difuzije odvija? Ukupan pritisak gasa je jednak na obje strane granice (A-A). Parcijalni pritisak kiseonika je veći u gornjem dijelu posuđe, zbog česa kiseonik ima tendenciju difuzije u niže dijelove gdje se nalazi manje molekula kiseonika S druge strane molekule ugljendioksida pokreću se u suprotnom smjerti zahvaljujući većem parcijalnom pritisku gasa u nižoj polovini posude.
0000000090 oooomooooo •ooooooooo oooooomooo o •\o d^So o •iUo • 00900m009 OO9O9OOO0O omooooomoo •oo%oomoo9 O - molekula kiseonika 9 - molekula ugljendioksida Slika 90. Proces difuzije se odvija zahvaljujući povećanom parcijalnom pritisku kiseonika iznad, a ugljendioksida ispod Unije A-A. Ukupni pritisak je isti na obje strane granične linije. 221 Fizika tla Eventualna ravnoteža će se uspostaviti kad je parcijalni pritisak kiseonika i ugljendioksida isti s obje strane granice, tj, između tla i atmosfere, stoje u prirodi veoma rijetko ili skoro nemoguće postići. Iz navedenog primjera se vidi da je difuzija molekularno ki'etanje gasova kroz porozni sistem, a ona se događa kad postoji razlika u parcijalnom piitisku pojedinih gasova u dva susjedna sistema (tlo i atmosfera). Parcijalni pritisak pojedinog gasa u smjesi je jednostavno pritisak tog gasa koji bi on ostvario sam u zapremini koju zauzima smjesa. Tako, akoje pritisak zraka I atmosfera (= I bar), parcijalni pritisak kiseonika koga ima oko 21 vol. % je u prosjeku 0,21 bar. Difuzija omogućuje kretanje zraka s jednog područja u drugo i pored toga što svugdje nema gradijenta pritiska ukupne smješe zraka. Ovdje dolazi do izražaja gradijent koncentracije za svaki individualni gas; koji se može izraziti i kao gradijent parcijalnog pritiska. Čak i u slučaju da ukupni pritisak zraka u tlu i atmosferi bude isti, veća koncentracija kiseonika u atmosferi rezultiraće u kretanju ovoga pojedinačnog gasa u tlo. Ugljendioksid i vodena para, obzirom da općenito imaju veći parcijalni pritisak u tlu, kretaće se prema atmosferi. Na modifikaciju i intenzitet difuzije u tlu utiču: -
promjenjivi sadržaj vođe, jer njen sadržaj direktno utiče na količinu slobodnih pora za zrak, -
-
vođa takođe može da prima i rastvara pojedine gasove,
aktivnost biljnog korijena koji svojom adsorpcijom kiseonika može uticati na tok njegove difuzije. Ipak, difuzija teče u kontinuitetu ako postoji najmanje 10 % slobodnih pora tla, bez
obzira na promjene koje navedeni faktori mogu prouzrokovati. 5.4.1.2. Kretanje zemljišnog zraka
Kretanje zračnih masa je posljedica promjene barometarskog pritiska. Povećani pritisak uslovljava potiskivanje zraka iz atmosfere u tlo, njegovo miješanje sa zrakom iz tla i obogaćivanje tla sa kiseonikom. Smanjenje atmosferskog pritiska uzrokuje širenje zraka tla i njegovo izlaženje u atmosferu. Međutim, čak i pri najvećoj mogućoj izmjeni pritiska tokoin dana od oko 0,3 bari, do izmjene gasova može doći samo u površinskih 3-4 cm. Ako se zna, da promjene barometarskog pritiska nisu česte, za aeraciju tla, ova pojava nema veliki značaj. Na aeraciju tla utiču i drugi spoljni faktori kao što su: temperaturno kolebanje, padavine i vjetar. Zagrijavanjem tla gasovi se šire i pošto se zapremina pora tom prilikom ne mijenja, oni su prinuđeni da izlaze napolje. Opadanjem temperature gasovi u tlu se skupljaju što omogućava da novi gasovi iz zraka prodiru u tlo. Dnevne i 222 Fizika tla sezonske promjene temperatui-a djeluju na zagrijavanje i hlađenje tla, a to izaziva izmjenu zraka u tlu sa zrakom iz atmosfere. Padavine su takođe važan činilac aeraeije tla. One dvojako djeluju na izmjenu gasova u tlu. Vođa koja dolazi padavinama potiskuje ustajali zrak iz pora tla, a prilikom ocjeđivanja vode zrak ponovo zauzima kiupne pore. Kiša i snijeg takođe rastvaraju svježe gasove, a to je naročitoiznačajno za kiseonik. kojeg one odnose u tlo. Isparavanjem vode iz tla prazne pore se popunjavaju zrakoin, što je takođe značajno za aeraciju. Vjetar je jak činilac aeraeije tla. Krećući se po površini on razrjeđuje atmosferski zrak, što ubrzava izlaženje zraka iz tla. Na neravnim terenima vjetar stvara mjesta sa različitim pritiskom, što takođe dovodi do povećanja aeraeije tla. Na aeraciju tla nepovoljno utiče njegova zbijenost. U rastresitim tlima difuzija gasova je dosta brza, dok je u zbijenini ona jako otežana. Obradom se površinski sloj prevodi u rastresito stanje, što jako poboljšava aeraciju i ubrzava ulazak kiseonika u tlo. Isti efekat ima i uništavanje pokorice, jer se i tom mjeroin provjetravanje tla takođe poboljšava. Sadržaj i kretanje zraka u tlu usko su povezani sa sadržajem vođe i nalaze se u obrnutom odnosu. Itnaino dva ekstreina, kada je tlo ispunjeno vodom do maksimalnog kapaciteta, onda ne sadrži nimalo zraka, odnosno samo jednu malu količinu (rastvorenu u tečnoj fazi tla). Obratno, u potpuno suhom tlu sve su šupljine ispunjene zrakom. Postoji
čitav niz odnosa voda: zrak u tlu između ta dva ekstrema, i odnos se naziva "režim vođe i zraka u tlu". Kretanje Zraka u tlu ovisi o tzv. propusnosti tla za zrak^ koja je tim veća čitn tlo sadrži više makropora. Maksimalni makroporozitet i propusnost za zrak se nalazi u skeletnoin tlu. S druge strane, glinuše se karakterišu maksimalnom nepropusnošću za zrak. Računa se da jedan hektar tla u vegetacionom periodu "izdiše" oko 20.000 kg CO, (oko 6.000 .mO, od čega 2/3 proizvode inikroorganizmi, a 1/3 korijenje viših biljaka. Relativna vlažnost zraka tla je veća nego u atmosferi i iznosi kod svih sadržaja vlage manjih od pF 4,2 više od 95 %. Izinjena gasova se vrši utoliko brže ukoliko tlo sadrži više krupnih pora. Veoma slabo prozračivanje je u glinovitim tlima, naročito za vrijeme vlažnog perioda godine. Zbijanjem tla dolazi do stnanjenja difuzije. Nedovoljno prozračivanje dovodi do nepovoljnih pojava u tlu i biljkama, kao što su: - smanjenje broja aerobnih inikroorganizama, kao i pedofaune. U tlu se stvaraju pored COi metan i organske kiseline (mliječna, buterna i limunska i dr.). Procesi nitrifikacije su umanjeni, dok su procesi denitrifikacije, te stvaranja H2S i sulfida, dvovalentnih oblika Fe i Mn povoljni; 223 Fizika tla - pomanjkanje kiseonika usporava razvoj korijena biljke te intenzitet uzimanja vode i hranljivih materija, što dovodi do redukcije ukupnog njihovog porasta. Biljke zahtijevaju različite intenzitete prozračivanja tla. Tako kicerka i šećerna repa zahtijevaju dobro prozračivanje u cijeloj zoni zakorijenjivanja, što znači u površinskom i potpovršinskom sloju tla. Travnjaci stvaraju dobru prozraku u površinskom sloju, tako da se glinovita tla često koriste kao travnjaci. 5.4.2. Zračni kapacitet tla Vrijednost zračnog kapaciteta (Vk) tla, predstavlja sadržaj makro pora (nekapilarnih pora) u tlu, kad je ono zasićeno do poljskog vodnog kapaciteta (PVK). Određuje se računskim putem iz vrijednosti ukupne poroznosti (P) i retencionog (poljskog) vodnog kapaciteta (PVK): Vk = P - PVK u voliimiuiii proccmima (vol Vc) Zračni kapacitet tla ili kapacitet za zrak po Kopeckome, se definiše kao zapremina zraka u nekom tlu kod sadržaja vlage koji odgovara poljskom vodnom kapacitetu, ili apsolutnom kapacitetu za vodu, odnosno nakon cijeđenja gravitacione vođe. Za
praktične svrhe se uzima da je zračni kapacitet jednak zapremini nekapilarnih pora. Zračni kapacitet sa dubinom se obično smanjuje. Kapacitet za zrak, ili efektivni kapacitet za zrak, predstavlja sadržaj pora kod nekog poljskog vodnog kapaciteta, dok je "poroznost aeracije'" svojstvo koje se određuje bez obzira na sadržaj vlage u momentu određivanja. Količina zraka u tlu široko varira, a ovisi prvenstveno ođ vlažnosti tla. U idealnom slučaju kod tla (na primjer u černozemu) odnos čvrsta faza : tečna : gasovita iznosi 50:30:20. Međutim, u različitim tipovima tla sadržaj zraka jako varira, a u istom tipu sa dubinom opada, zbog povećanja zbijenosti mase tla. Kod tog razmatranja uvijek se misli na sadržaj zraka u tlu kod poljskog kapaciteta. Danas se smatra da tlo kod poljskog kapaciteta sadrži 15-25 % (volumnih) zraka, i daje dobro prozračno. Inače kod poljskog kapaciteta sadržaj zraka za pojedina tla orijentaciono iznosi: pjeskovita tla
30^0 % vol.
ilovače
10-25 % vol.
glinuše
5-15 % vol. i manje
224 Fizika tla Prema tome. kod poljskog kapaciteta sadržaj zraka se kod različitih tala može nalaziti u rasponu od 0 do 40 %. Ako kod poljskog kapaciteta sadržaj zraka iznosi 10 do 15 %, tlo se smatra da je dobro prozračeno. Za normalan razvoj biljaka prema Kopeckom, tlo za pojedine kulture treba da sadrži slijedeće količine zraka: različite trave pšenica
6-10 % vol. 10-15 % vol.
zob
10-15% vol.
ječam
15-20 % vol.
šećerna repa
15-20 % vol.
5.4.3. Ekološki značaj zraka u tlu Zrak tla je izvor kiseonika za disanje biljnog korijena, pedofaune te mikroorganizama. Ustanovljeno je da dobro snabdijevanje biljaka kiseonikom podstiče apsorpciju hranljivih materija. Pri nedostatku kiseonika razvijaju se anaerobne bakterije, koje vrše denitrifikaciju i usporavaju proces razlaganja, stvarajući nedovoljno oksidisane materije otrovne za biljke (H2S, PH3, CH4 i dr.).
Odsustvo kiseonika u tlu, izaziva čitav niz štetnih posljedica, što se odražava kako na samo tlo, tako i na biljku. Tti na prvom mjestu treba istaći slab razvoj biljaka, i pojavu žute boje, što se često javlja za vrijeme dužih poplava ili kod suviše vlažnih tala. Količina zraka se mijenja sa dubinom, i po pravilu je najveća u površinskom, humusom obogaćenom sloju. Pošto je stvaranje povoljnog zračnog režima u tlu važna mjera za postizanje visokih prinosa, u praksi se preduzimaju razne mjere da se on poboljša. U kompleksu tih zahvata na prvo mjesto dolazi stvaranje dobre i postojane strukture, jer se poboljšanjem strukture rješava istovremeno vodni, zračni i toplotni režim u tlu. Kao druga mjera je uništavanje pokorice čim se ona počne obrazovati. Zračni režim u tlu se naročito poboljšava dubokom obradom. Poseban problem predstavljaju vlažna i močvarna tla, kod kojih se često javlja visoka podzemna voda. Kod takvih tala se mora najprije odstraniti podzemna voda. Poslije melioracije vrši se duboka obrada sa ciljem da se oksidacijom odstrane razna nedovoljno oksidisana jedinjenja i da se ubrza mineralizacija humusa. Za nonnalan rast i razvitak kulturnih biljaka, a prema tome i dobivanje visokih prinosa, potrebna je slobodna cirkulacija zraka je normalna izmjena gasova između tla i atmosfere. Neprestani priliv kiseonika u tlu potreban je za klijanje sjemena, disanje korijena i mikroorganizama. Izmjena gasova tla sa atmosferskim zrakom potrebna je i radi neprekidnog otklanjanja CO2, koji se nakuplja u tlu kao 225 Fizika tla rezultat visoke aktivnosti mikroorganizama. Regulisanje zračnpg režima tla ima takode značenje za život krHturnih biljaka isto kao voda, hranljive matei'ije i toplota. Količina i sastav ziaka tla se mijenja kako sa vremenom, tako i po pojedinim tipovima tla i njihovim genetičkim horizontima. 5.5. Boja tla Prirodna boja tla je vrlo važan morfološki znak koji prvi pada u oči. Na osnovu boje u profilu izdvajai'no horizonte, podhorizonte i prelaze. Na osnovu boje takode, očitavamo dinamiku u tlu, a često klasificiramo tla kao tipove ili staništa. To je jedna od najvažnijih karakteristika tla i jedna od najčešćih koje se koriste u opisu. Boja tla jako varira, od skoro čisto bijele do crne, što ovisi od niineralnog dijela tla, količine organske materije, stepena oksidacije i prisustva obojenih supstanci, kao što su oksidi gvožđa i mangana. Ocjenjuje se kod dva različita sadržaja vode: kod poljskog
kapaciteta i kod zračno-suhog stanja. Ovo je potrebno, jer se boja jako mijenja njegovim isušivanjeni. Mokra i vlažna tla su tamnija nego suha tla, što dolazi uslijed refleksije svjetlosnih zraka. Mnogi tipovi tala i danas se nazivaju po boji (snieđa, černozem, crvenica, pepeljuša, ritska crnica). Boja je odraz hemijskih procesa u tlu i geološkog porijekla sitnice. Sve kombinacije i nijanse boja tla potiču od tri osnovne: crne, crvene i bijele. Crna, siva, tamiiosiva, a ponekad i smeđa, rezultat su nianjeg ili većeg sadržaja humusa. Crvena boja sa nizom nijansi, kao što su: žuta, narandžasta i rudo smeđa, potiču ođ oksida trovalentnog željeza (Fe''"^). Slabija hidratacija (FeiOj X nHiO), daje crvenu nijansu, a jača žutu i smeđu. Bijelu boju tlu daje prisustvo SiOi, CaCO.i, kaolina, te hidroksid aluminijuma (AhOj x nH:0). Plavičastu ili zelenkastu boju uzrokuju oksidi dvovalentnog željeza (Fe'"^ - fero oblik), u vidu jedinjenja kao što su ferosulfat {FeS04 x 7H2O) i ferofosfat-vivijanit [(Fe3(P04): X 8H:0)]. Ova tla su pod uticajem zamočvarivanja i redukcije pri čeniu željezo prelazi u fero oblik Fe(OH):. Jedinjenja FeS daju crnu, a FeCOj prljavo sivu boju. Dvovalentno gvožđe daje plavu ili zelenu boju. Kvare je uglavnoni bijel. Krečnjaci su bijeli, sivi ili niaslinasto zeleni. Feldspati su različite boje, sa dominantnom crvenom, gline su sive, bijele ili crvene. Mramoriranje je rezultat rastvaranja i pokretanja nekih komponenata tla, naročito gvožđa i mangana iz tla za vrijeme mokre sezone i njihovog taloženja kada se tlo osuši. Ovo dolazi uslijed redukcije koja prevodi gvožđe i mangan u rastvor, kao i oksidacije koja dovodi do njihovog taloženja. Mramoriranje se lahko ne uklanja, ono nije reverzibilan proces. 226 Fizika tla Tla u vlažnim i hladnim zonama su pretežno sivkasta. Crvena i žuta tla se 'nalaze u tiopinia i subtropima, dok su u depresijama tamnija nego na izdignutim formama reljefa, uslijed većeg sadržaja organske materije. Tla koja nastajti iz bazičnih stijena sti uopšte tamnija, nego tla koja se razvijaju na kiselim stijenama. Ovo dolazi uslijed stabilnosti Ca-humata na bazičnim stijenama, te disperzije i lahke pokretljivosti humusa iz kiselih stijena. Crna i tamna tla apsorbuju više toplote. nego svjetla i bijela tla. Tamna tla se brže suše nego svjetla. Boja tla je svojstvo koje se mnogo koristi u praktične svrhe, naročito kod ocjene njegovih svojstava. U istraživanju tla, boja se koristi kao elemenat u izdvajanju pojedinih
horizonata, jer nam ona indicira proce,se koji se odvijaju u profilu odredenog tla. Mnogi pedogenetski procesi kao što su oglejavanje, pseudooglejavaiije, podzolizaeija, lesiviranje i posmedivanje mogu biti okarakterisani na osnovu boje tla. I pored toga što boja tla nema direktnog uticaja na rast biljaka, njen indirektan značaj se ogleda kroz temperaturu i vlažnost. Boja tla, može biti takode, indikator klimatskih uslova pod kojim se tlo'razvija, ali i prirode matičnog supstrata. U mnogim slučajevima, produktivni karakter tla, može se prosuditi na osnovu boje. Uopšte govoreći, ukoliko je tlo tamnije, utoliko je veća njegova produktivnost, jer je tamna boja povezana sa sadržajem htimtisa. Svijetla boja je često rezultat prisustva kvarca, minerala koji nenia nikakvu hranjivu vrijednost. U odnosu na boje, produktivnost tla, poredana u nizu bi izgledala ovako: crna > smeđa > rđasto-smeđa > sivosmeđa > crvena > siva > žuta > bijela. Sasvim je jasno da ovi odnosi imaju mnoge izuzetke. U mladim tlima, indikacija je matični supstrat. U zrelim tlima, indikacija je klima u kojoj se tlo razvilo. Topla klima daje crvene boje, naročito u tlima koja su dobro drenirana. Svijetla boja je često rezultat ispiranja gvožđa. iz tla. Zajedno sa gvožđem ispiraju se i mnoga biljna hraniva, te su veoma često,, svjetlo obojena tla slabo produktivna. Prošarana tla (mozaična, mramorirana), kao što je već izneseno, indiciraju izvjesnu redukciju i oksidaciju i ukazuju na povremenu pojavu suvišne vode, odnosno nedovoljnu aeraciju tla. Na osnovu boje tla, moguće je na terenu prepoznati odvijanje procesa erozije, ili procesa pedogeneze i donijeti zaključke od praktičnog značaja u cilju što boljeg iskorištavanja. 5.5.1. Određivanje boje tla Opisane i navedene vrste boja u slojevima i horizontima profila tla, rijetko dolaze same, već u različitim kombinacijama nijansi i tonova, teje zbog toga često, veoma teško ocijeniti boju. Zbog toga se za ove svrhe koriste atlasi boja. Kod nas 227 Fizika tla je u upotrebi "Munsell soil color charts". U ovome atlasu, vrsta osnovne boje označena je sa "HUE", jačina Gasnoća) boje sa "VALUE", a za izraženost (intenzitet) boje, oznaka je "CHROMA". U odnosu na "HUE", izdvojene su 24 tabele osnovnih boja, od kojih navodimo najvažnije: lOR; 2,5YR; 7,5YR; 10YR; 2,5Y; 5Y; 7,5Y; 10Y; 2,5GY; 5GY; 7,5GY; 10GY; 5G; lOG; 5BG; lOBG; 5B; 5BP; 5P; 5RP; 5R.
Pojedina slova označavaju: R - crvena, Y - žuta, YR - žućkasto- crvenkasta. G zelena. GY - zelenkasto-žučkasta, B - plava, P - violetna (Ijubičasta-purpurna), s ostalim prelazima.
••••i Slika 91. Atlas boja "Munsell" Soil color charts, (1994), primjer izgleda tabele za određivanje boje tla. 228 Fizika tla Vrsta boje odgovara čistoj boji spektra i zavisi od određene talasne dužine. 'Prilikom određivanja, uzima se mala količina tla i njegova boja se uspoređuje sa bojom iz atlasa, pri čemu se obilježava i stanje vlage u tlu. Jačina boje je postavljena u vertikalnom pravcu na način da su tamne boje donje (niži broj), a svjetlije gornje (viši broj). Intenzitet boje dat je u horizontalnom pravcu i zavisi od stepena zasićenosti boje ili njenog relativnog intenziteta. Intenzitet se kreće od lijeva (niži broj), na desno (viši broj). Pri označavanju se koriste odgovarajući simboli, npr. 10 YR 5/3, gdje je; 10 YR vrsta boje 5 je jasnoća boje, a 3 je izraženost boje. Vrijednosti VALUE i CHROMA, označavaju se arapskim brojevima, slika 91. 229 Fizika tla 230 Hernija tla VI POGLAVLJE > 6. HEMIJA TLA Hernija tla kao nauka iina zadatak da izuči hemijska i fizičko-hemijska svojsiva i procese u tlu. koji .se odvijaju kako u prirodnim uslovima, tako i pod uticajem različitih aktivnosti od strane čovjeka. Cilj ovakvih izučavanja je da se objasni zakonomjernosti nastanka tla kao i uslove razvoja biljaka, te mogućnosti djelovanja na njihovo usmjeravanje u željenom pravcu. U ovom poglavlju ćemo iznijeti slijedeća hemijska svojstva tla: -
sastav i najvažnije osobine koloida tla,
-
adsorptivna sposobnost tla,
-
kiselost, alkalnost,
-
pufernost tla,
-
rastvor tla, sastav i osobine.
-
oksido-redtikcioni potencijal i
-
radioaktivnost tla.
6.1. Sastav i najvažnije osobine koloicia tla Pod koloidima se podrazumijevaju čestice tla koje se ne mogu uočiti običnim mikroskopom, odnosno čiji je dijametar manji od 0.1-0,2 mikrona. Ovdje se uključuju naročito čestice koloidne gline sa promjerom manjim od I mikrona. Ove čestice uslijed s\'oje ogromne jpov/-«/!*?,,posjeduju sposobnost adsorpcije različitih materija. Koloidna frakcija, kao i tlo u cjelini, se sastoji iz organskog i mineralnog dijela. Organske materije tla (huminske kiseliiie, fulvo kiseline i humini) imaju visoki stepen disperznosti, tj. manje su od jednog mikrona. Mineralni dio, koji obično prevladava u sastavu koloida tla, u stvari se sastoji iz sekundarnih minerala, koji imajti kristalnu građu i iz amorfnih materija. Najveći stepen disperznosti od alumosilikatnih minerala ima moiitmorilonitna grupa (naročito bajdelit). U koloidnoj frakciji karbonatnih tala nalazi se u vbćoj ili manjoj količini Ca-karbonat (Morozov, 1949). Amorfne materije koloidne frakcije čine hidroksid gvožđa, aluminijuma, silicijuma, a takođe produkti njihovog međusobnog sjedinjavanja (alofani). Povećanjem disperziteta ili usitnjenosti povećava se aktivnost čestica, tj. ukupna aktivna površina koloida. Ova aktivnost je rezultat povećanja tzv. aktivne površine čvrstih čestica tla po jedinici mase. 231 Hernija tla Iz tabele 39 se može vidjeti odnos veličine čestica i njihove površine; ________________________________________ Tabela 39. Promjer čestica ^
_,Oznaka cestica
u mm 2-0,2 0,2-0,02 0.02-0.002 Prah
Ukupna površina ,,i 1 g tla u cm
Krupni pijesak
21
Sitni pijesak
210 2.100
<0,002 __________ Glina _______________ 23.000 __
Kao što se vidi, dok jedan gram čestica krupnog pijeska ima površinu 21 cm", dotle jedan gram gline ima površinu od 23.000 cm", ili za više od hiljadu puta nego pijesak. Sa povećanjem usitnjenosti tla povećavaju se i sve fizičko-hemijske pojave koje su vezane za aktivnu površinu. Neki koloidi, posebno silikatne gline, imaju dodatnu unutrašnju medulamelarnu površinu. Ovisno o tome, koja vrsta koloida preovladuje u tlu (sa samo vanjskom površinom ili i sa vanjskom i utrašnjom), površina koloida može da se kreće od 10-800 cmVgram gline, ili ukupna površina koloida do 15 cm dubine po hektaru, može da dostigne površinu od 700.000 km". Poređenja radi, površina BiH iznosi 51.900 km^ U pedološkoj literaturi nailazimo na različite podatke o gornjoj granici veličine koloida tla. Tako npr. Kačinski, (1957) uvrštava u koloide, čestice tla <0,1 mikrona, a međunarodna klasifikacija teksturnih frakcija tla, čestice manje od 0,2 mikrona. Zato se u pedologiji zemljišnim koloidom smatraju sve čestice ispod 0,2 mikrona. Čak neke čestice do 0,5 mikrona pokazuju Braunovo kretanje tj. sposobnost adsorpcije i koagulacije, bubrenja i ljepljivosti. Glinena ili koloidna frakcija (grčki "kola" = tutkalo, "oid" = nalik na) predstavlja najaktivniji dio čvrste faze tla, te će od prisustva ove frakcije u velikoj mjeri zavisiti i fizičko-hemijska svojstva tla, a time i njegova plodnost. Dinamika tla je, u stvari, dinamika koloidnih sistema. Osnovno svojstvo koloidne frakcije, kao što smo naveli, je njena velika aktivna površina, na kojoj se odigravaju procesi adsorpcije i supstitucije iona i molekula iz rastvora. 6.1.1. Građa koloidne čestice Koloidna čestica tla, slika 92, sastoji se iz jezgra, unutrašnjeg i vanjskog sloja. Vanjski sloj se dijeli na adsorpcioni i"difuzni(sloj protuj ono va). Prema Gorbunbvu, jezgro, vanjski i unutrašnji sloj čine koloidnu česticu ili micelu. 232 Hernija tla Difuzni sloj [zamjenjivi kationi) Sloj nepokretniti kationa Kompenzirajući sloj protuionova Sloj koji odreduje potencijal (unutrašnji sloj)
Adsorpcija' Slika 92. Grada ~ prikaz koloidne će.snce da " l:.laz liiiiiiiita i: iUfuznog sinja Adsiifpi-ijd kniinna kan povi aini pri>cc\ n lioiiipc'/izirajiićcni .ilojii proiiilonova Naboj čestici daje unutrašnji sloj, Ukoliko je on negativan, čestica će imati negativni naboj i tada se nazivaac/i/o/i/ (acid = kiselina, oid = nalik na), i obratno,' tikoliko je naboj pozitivan, čestica se naziva bazoid. Čestica tla može biti jstovremeno naelektrisana negativno i pozitivno, i tada se naziva amfolitoid. Od veličine,naboja unutrašnjeg sloja zavisi koliko će iona (sa drugim _ naelektrisanjem) doći u vanjski sloj...0.vaj...slqj..se još naziva i "sloj pi'otuiona'-,%r nosi suprotno naelektrisanje od unutrašnjeg sloja. Ovdje ne dolazi do potpune neutralizacije, nego obično pi'eteže potencijal unutraštijeg sloja. Ova razlika u potencijalu naziva se zeta potencijal ili višak električnog potencijala. Najpokretljiviji su ioni u difuznom sloju, i njihova pokretljivost je utoliko veća ukoliko su oni dalje od jezgra čestice (veća udaljenost - manja privlačnost). Jezgio micela sačinjavaju organski i minei-alni koloidi. U tlu dominiraju koloidi sa negativnirn nabojem, tj. acidoidi. U grupu acidoida spadaju: koloidna silicijun-tova kiselina, minerali gline, huimisne kiseline i uopće osnovni dio koloida tla._Hi;di;atisani oksidi gvožđa i aluminijuma su bazoidi. slobodni oksidi gvožđa i aluminijuma su amfolitoidi. Koloidi tla, kao što je već naglašeno mogu biti mineralnog i organskog porijekla. Najznačajniji mineralni koloidi su minerali gline s" lamelarnoni kristalnom građom, dok se hidratisani oksidi aluminijuma. gvožđa i silicijuma mogu javiti kao amorfni koloidi soli. Među organskim koloidima najznačajnije su humusne kiseline, a manji značaj mogu imati i bjelančevine. Sjedinjavanjem navedenih grupa obrazuju se organoinineralni koloidi. 233 Hernija tla
Glavni sastojci nekih silikatnih minerala gline i humusa prikazani su u tabeli 40. Iz tabele se vidi da kaolinit ne pokazuje koloidno svojstvo visoke vrijednosti i intenziteta za adsorpciju kationa i molekula vode. Glavne osobine izdvojenih silikatnih minerala gline i humusa Tabela 40. Sastav
Smektit Vermikul Hit
Klorit Kaolinit Humus
it Vcličiiiii (um) 0,01-1,0 O.I-.xO 0.2-2. 0.1-2. 0..5-5.0 0.1-1.0 0 Grada
0
Ijuspasi lanjurasl Ijusjja različit heksago različito a
o-
sta
a
liuspasta VanJ.ska
70-120 50-100
nalni kristal
70-10 70-10 10-30
}500-80
0
0
0
Unutrašnja SSO-ć.'i 500-600 -
-
-
1.4
0.7
povi'šina (mVp) površina
O
(m7.g) Međulamela 1,0-2,0 1,0-1.5
1.0
-
mi razmak (nm)' Cist
80-120 100-180 1.5-40 15-40 2-5
200-750
negativan
(100-55
naboi
0)
(cmol/kg)" 6.1.2. Ostala svojstva koloida Već je naglašeno da su minerali gline acidoidni koloidi čiji negativan naboj nastaje kao posljedica izomorfne zamjene silicijuma i aluminijuma u kristalnoj rešetci (permanentni naboj), ali i disocijacije Si-OH i Al-OH grupa koje se javljaju bočno na prelonui kristala (promjenljivi naboj). U minerala kaolinitske grupe izomorfna zamjena se skoro ne vrši, jer su međusobna rastojanja mala i ne mogu se mijenjati, tako da električni naboj zavisi skoro isključivo od slobodnih valencija kiseonika na prelomima površine čestice.
Koloidi u tlu se mogu nalaziti u . stanju tečnog koloidnog rastvora (pseudorastvori) ili u stanju čvrstog taloga. U prvom slučaju se nazivaju soli, a u drugom geli. U tlu koloidni sistem je obično sastavljen iz dvije faze, ođ kojih voda čini tečnu fazu, zbog toga se koloidni rastvor naziva hidrosol. Koagulacija koloida se vrši pod uticajem visoke temperature, pod dejstvom elektrolita, u međureakcijama dva različita punjenja koloida. U prirodnim uslovima koagulaciju koloida tla mogu izazvati i niske temperature, kada se soli Od vrha .jednog sloja do vrha drugog sličnog sloja (1 nm= 10"'in), Centimola po kilogramu (1 cniol = 0.01 mol), šio je mjeia za kapacilet razmjene kaliona. (CEC cation exchange capacity) 234 Hernija tla luinuisiiih kiselina podvrgnu ¡reverzibilnoj koagulaciji. U koagulaciji koloida tla A'eće značenje imaju dvovalentni kationi, posebno kalcijum. Osim kalcijuma, veću koagulacionu sposobnost imaju ioni vodonika. a takođe gvožđa i aluminijuma. Koagulaciona sposobnost se povećava sa valencijom, sa izuzetkom H-iona, koji ima jednako djelovanje, kao Ca-ion. Prag koagulacije je takva koncentracija elektrolita kod koje počinje koagulacija hidrofobnih koloida. Koagrilacija bazoida (pozitivno punjenih čestica) se vrši pod uticajem aniona. Koagulirajuće djelovanje đvovalentnih aniona je za 50 puta veće nego Jednovalentnih. Elektroliti koji izazivaju zgrušavanje nazivaju se elektroliti koagulatori. U momentu zgrušavanja koje nastaje kod tzv. izoelektirčne tačke (izo = jednak), odnosno kada zeta-potencijal bude jednak nuli, koloidna inicela gubi svoj naboj. Suprotan proces ođ koagulacije je/7e/7feacya, kada koagulum (= zgrušeni gel) prelazi u stanje zola, tj. u rastvor. Glavni peptizator u tlu je Na-ion. Pod uticajem hidroksida jednovalentnih'kationa NaOH LiOH dolazi do peptizacije koloida, što je veoma nepovoljno za tlo. Kod peptizacije povećava se ispiianje koloida iz tla, narušava struktura, osiroinašuje tlo sa hranivima. OH-anion se javlja kao moćni peptizator negativno popunjenih koloidnih čestica. Koloidne čestice u odnosu prema rastvaraču se mogu podijeliti u liofilne i liofobne. U odnosu na vodu one se označavaju kao hidrofilni i hidrofobni koloidi. Hidrofilni koloidi privlače vodu velikom snagom, te adsorbuju znatne količine vođe, dok je kod hidrofobnih koloida to svojstvo vrlo malo izraženo, tj. oni će vezati vrlo malo vode. Liofobni koloidi se vrlo lahko talože, dok su liofilni koloidi stabilni u rastvoru.
Zaštitni koloidi su oni koloidi sa kojima se sprječava i zaštićuje taloženje drugog koloida. Znači, liofobne koloide možemo učiniti stabilnim u rastvoru ako se u rastvor doda liofilnog koloida. Ova je pojava vrlo nepovoljna, jer može doći do znatnog ispiranja iz tla njegovog najaktivnijeg dijela, a to znači da dolazi do osiromašenja tla i gubitka njegove plodnosti. Sa praktične tačke gledišta važno je da su koloidi u stanju gela, tj. u koagulisanom stanju. Ovakvo stanje dovodi do stvaranja mrvičaste strukture, najpovoljnijeg oblika struktura u odnosu na tlo kao životno prostora za biljni korijen. Pojava hiđrofilnih koloida u tlu je loša pojava u odnosu na fizička svojstva. U takvim tlima dolazi za vrijeme kiša do njihovog pretvaranja u blato. Ovakva kašasta masa za vrijeme sušnog perioda se pretvara u tvrdu, kompaktnu masu, takođe nepovoljnu za uspješan razvoj biljaka. 235 Hernija tla U tlu se razlikuju tri glavne vrste koloida: -
mineralni koloidi,
-
humusni koloidi,
-
organo-mineralni koloidi.
Od naročitog su značaja organo-mineralni koloidi, koji nastaju u međtH-eakcijama humusnih materija sa mineralnim sastojcima. 6.2. Adsorptivna sposobnost tla Sposobnost adsorpcije iona i molekula je jedna od najvažnijih osobina koloida općenito, pa tako i koloida lla. Pri ovom treba znati, da je izražena sposobnost adsorpcije iona najvažniji krilerijum za razlikovanje koloida od grubih disperzija lla. Adsorpcijska sposobnost čvrste faze lla, uglavnom je posljedica djelovanja privlačnih sila na njihovoj površini, odnosno djelovanja površinske slobodne energije. Ova energija je tislovljena, bilo medtnnolekulskim ili Van-der Waalso\'im (fizičkim) i hemijskim privlačnim silama površinskih molekula i iona (valentnim). Što su čestice manje, veća je specifična gustina, a lime i energija privlačenja. 6.2.1. Adsorpcija i izmjena kationa - mehanizmi adsorpcije Riječ adsorpcija je sastavljena od latinske riječi ad = na, i sorbeo = primam, gutam, sišem. Prema lonie, adsorpcija znači primanje, privlačenje materije na površinu nekog sišfema. Slično Ovoj riječi apsorpcija, znači ulaženje materije u neki sistem.
Adsorpciona sposobnost tla je bila poznata odavno. Tatnpson, Bacon i dr. su znali da tlo adsorbuje iz različilih rastvora neke količine amonijaka, soli i td. Way je, međutim, prvi (1850) naučno razradio to pitanje. On je ispirao kroz sloj tla rastvor ainonijumsulfata i ustanovio da dolazi do vezivanja NH4 -iona, a u rastvoru su se našle druge baze. Naročito detaljno je razradio pitanje adsorpcione sposobnosti tla ruski naučnik Gedroic (1872-1932). On je ustanovio bit adsorpcione sposobnosti tla, i dokazao da tlo može zadržavati ne samo molekularne nego i koloidne inaterije organskih i mineralnih jedinjenja. krupnije suspenzije i žive mikroorganizme. Adsorpcjja je sposobnost koloidnih čestica negativnog naboja (acidoidi) da nj_s,vpjuj^ršinu fizičko-hemijskim silama vežu katione iz rastvora tla u takvom obliku da su oni biljci pristupačni, a mogu se u ekvivalentnim količinama zamjenjivati s kationima iz rastvora tla. 236 Hernija tla Adsorpcija je veoma korisna pojava ii llu, jer se na česticama tla zadržavaju čestice rastvorene u vodi. koje bi, da nije ove pojave, bile isprane iz tla. Znači, ukoliko su čestice tla sitnije, posjedovaće u većoj mjeri svojstvo adsorpcije pojedinih kationa i aniona. I obratno, sa poNećanjem dimenzija čestice će imati sve manju površinu. Ukoliko njihove dimenzije iznose više od O.Ol mm one postaju potpimo neaktivne. Energija površine predstavlja preostalu energiju molekula koje izgrađuju povišinLi nekog tijela. Unutai' ovakve matei ije eneigija je potpuno iskorištena. Ova površina predstavlja, u stvari, sjedište elekti'ičnih sila. Na aktivnu površinu mogu se vezati, tj. adsorbovati. gasovi i pare. tekućine, molekuli, ioni i koloidi. Ovdje treba spomenuti da pojava adsorpcije nije vezana samo za koloidne čestice tla. nego se ona vrši i za druge tiakcije, samo što je sa povećanjem dimenzija čestica, kapacitet adsorpcije sve manji. Svi organski i mineralni koloidi koji imaju sposobnost sorpcije kationa nazivaju se adsorpcioni kompleks tla. U sastav adsorpcijskog kompleksa, kao što je već kazano, ulaze minei'ali gline, sekundarni alimiosilikati, humus, organomineralni koloidi, amorfne koloidne čestice (alofani, hidroksidi željeza, aluminija, silicija i dr.) i u manjoj mjeri fragmenti primarnih minei'ala koloidnih dimenzija. Količina adsorbovanih iona u tlu - kapacitet adsorpcije, ovisi o vrsti koloida. njihovoj količini, odnosno o broju negativnog električnog naboja.
Adsorbovane materije na po\'ršini koloidne čestice mogu se zamjenjivati sa drugim materijalna. Ako, na primjer, jednu česticu stavimo u vodeni rastvor saNa-ionima, doći će do njihovog privlačenja na česticu tla, odnosno taj proces će trajati dok se ne zasiti slobodna energija, tj. onoliko koliko iznosi njen kapacitet adsorpcije. Ako sada ovakvu česticu stavimo u rastvor sa Ca-ionima. oni će istisnuti, odnosno zamijeniti Na-ione. i zauzeti njihova mjesta na površini koloidne čestice. + 4NaCl - Na^ + CaCl-. + 2NaCl -Na" Ova zanijena (supstitucija)se vrši u ekvb'aj^ntium količinama (ej
nej
miligramima, koja može zamijenitiI g ili 1 mg vodonika). Na primjer, ekvivalentna količina Ca je: 2.^7 Hernija tla atomska težina Ca _ 40 _ ^^ valencija Ca Znači da 20 mg ili 20 g Ca vrijedi kao jedan mg ili jedan gram H u ovim reakcijaiTia^amjeiie. GedroTč~razlikuje slijedeće vrste sorpcije: mehaničku, fizičku, fizičko- hemijsku, hemijsku i biološku. Ustanovio je da se smanjenjem dijametra čestica tla, količina adsorbovanih kationa jako povećava, a dostiže maksimum kod čestica manjih od 0,2 mikrona. 6.2.1.1. Mehanička sorpcija Mehanička sorpcija je zadržavanje pojedinih sastojaka u tlu, koji uslijed svoje veličine ne mogu da se kreću kroz pore u tlu. Na primjer, ako se propušta mutan rastvor kroz sloj tla, ili kroz filtar, filtrat će biti bistar a mutljag će se zadržati u tlu, odnosno na filtru. Ova sorpcija ima pozitivnu ulogu, jer zadržava glinovitu frakciju i smanjuje vodopropusnost, ali ukoliko se pore začepe glinom, to dovodi do pogoršavanja vodno-fizičkih svojstava tla. Iz navedenog se vidi da tlo sa svojim sistemom pora djeluje kao prirodni filter. Po principu mehaničke sorpcije formira se i iluvijalni Bt horizont. Mehanička sorpcija je karakteristična za tla sa većim sadržajem, gline gdje dominiraju pore malih dimenzija. 6.2.1.2. Fizička sorpcija
Fizička sorpcija je fizičko vezivanje sastojaka na površinu koloidne čestice, kao što je vezivanje higroskopne vode i gasova. Ovaj oblik adsorpcije uslovljen je uticajem slobodne površinske energije tla. Sile površinske energije javljaju se na granici između krute faze i rastvora tla. Po fizikalnim zakonima disperzni sistem nastoji smanjiti te sile. Zbog toga se oko čestice čvrste faze povećava koncentracija materija koje smanjuju površinski napon, a smanjuje se koncentracija materija koje ga povećavaju (hloridi, nitrati). Tako se sprječava ispiranje hraniva iz tla, a u rastvoru tla, izvoru zone uticaja sile površinskog napona, javlja se optimalna koncentracija hraniva. Prema tome, važna osobina nitrata je da povećavaju površinski napon, ne mogu se vezati za česticu lla po ovome mehanizmu, te se zbog toga lahko ispiru iz lla. 238 Hernija tla 6.2.1.3. Hemijska sorpcija Hemijska sorpcija se karakteriše po tome što se anioni rastvorenih soli, zamjenjuju kationima, koji se nalaze u zemljišnom rastvoru, nerastvorljivih ih malo rastvorljivih soli, a nastala jedinjenja se vezuju sa čvrstom fazom tla. Hemijska sorpcija obuhvata hemijske reakcije između pojedinih komponenata u tlu, na primjer, vezanje fosforne kiseline sa gvožđem i aluminijumom u teško rastvorljive Al i Fe-fosfate (AIPO4 i FePOj). Ova pojava je naročito izražena u kiselim tlima, jer se u njima.nalazi dosta rastvorijivog gvožđa 1 aluminijuma. Kao posljedica ove reakcije može da kod dodavanja male količine fosfornih đubriva, ne dođe ni do kakvog njihovog djelovanja, jer se cjelokupna dodana količina hemijski vezala u vrlo teško rastvorljiva jedinjenja. Prema intenzitetu hemijske sorpcije, ova se jedinjenja u tlu mogu podijeliti u tri grupe: -
jedinjenja koja se hemijski ne adsorbuju, jer ne mogu preči u teže rastvorljive oblike, a to su prije svega: kloridi, nitrati i nitnti.
-
jedinjenja koja se hemijski jako adsorbuju, a to su: fosfati, karbonati 1 silikati.
-
jedinjenja koja se nalaze na sredini između ove dvije vrste adsorpcije, a to su sulfati. Iz navedenog se može zaključiti da se fosfor u tlo može unositi u većim dozama
(melioracijskim), za duže vrijeme tj. u rezervu, dok se azot mora dodavati u manjim dozama, u više navrata, tokom vegetacije (prihranjivanjem). 6.2.1.4. Biološka sorpcija
Biološka sorpcija je vezana za živomu aktivnost biljaka i mikroorganizama tla. To je takva pojava kada živi organizmi učestvuju u procesima sorpcije tokom svoje životne djelatnosti. Uzimanjem različitih kationa i aniona u toku svoje ishrane, oni njih vežu i na taj način zadržavaju u tlu. Jedna od karakteristika ove adsorpcije je pojava selektivnosti. Ona se sastoji u tome, što korijenov sistem živih biljaka i mikroorganizmi apsorbuju iz tla mineralna jedinjenja koja im služe za ishranu. Biljka prima hraniva u rastvorljivom obliku iz rastvora tla i tako vrši akumulaciju biogenih elemenata u nerastvorljiv organski oblik. Ovim se procesom spiječava ispiranje hraniva i vrši njihova akumulacija u humusnom horizontu. Taj proces je, ustvari, dio malog ili biološkog kruženja tvari i energije. 239 Hernija tla 6.2.1.5. Fizičko-hemijska sorpcija Fizičko-hemijska sorpcija predstavlja, u stvari, pravu adsorpciju. odnosno privlačenje različitih iona na površinu čestica tla. 0\dje su od nai'očitog značaja organomineialne materije (koje zajedno izgiađuju tzv. adsorpti\'ni kompleks tla). Fizičko-hemijska sorpcija ili adsorpcija u užem smislu riječi, sastoji se u tome, što je tlo u stanju zamijeniti jedan dio svojih kationa sa ekvivalentom količinom kationa koji se nalaze u njegovom rastvoru. 6.2.2. Adsorptivni kompleks tla Adsorptivni kompleks tla po Gedroicu se karakteriše sa hemijske strane, kao kompleks nerastvorljivih u vodi alumosilikatnih, organskih i organomineralnih jedinjenja, a sa fizičke strane - kao kompleks tih jedinjenja. koji se nalaze u tlu u usitnjenom stanju. Istraživanja Gedroica su kasnije razradili mnogobrojni istraživači širom svijeta, a njegova saznanja su poslužila kao ftindament za savremenu predstavu o koloidima tla i njihovoj ulozi ti ži\'otu tla, a imaju važno značenje u pedologiji, agrohemiji i njima srodnim naukama. Minerali gline imaju lamelarnu ili lističavu gradu. Sorpcija se kod njih vrši na vanjskoj površini, rubnim dijelovima i u međulamelarnom prostoru. Tako minerali gline montmorilonitne grupe imaju najveći medulamelarni prostor koji se pored toga može ekspandirati (širiti) ili kontrahirati (skupljati). Pored toga, ova vrsta minerala ima najveći kapacitet adsorpcije. Ilitna grupa vrši adsorpciju na vanjskim i rubnim površinama, a u međulamelarnom prostoru veže samo K."" i NH/ ione. Zato minerali ove grupe imaju kapacitet adsorpcije manji od montmorilonita.
Kaolinitska grupa ima najmanji kapacitet adsorpcije. jer se kationi mogu vezati samo na vanjskim površinama. Odnos u kapacitetu adsorpcije između montmorilonita, ilita i kaolinita iznosi približno 100:30:10 centimola (emol) po kg. Negativan električni naboj minerala gline nastaje izomorfnom zamjenom silicijimia sa aluminijumom ili magnezijuma sa đvovalentnim željezom, pi'i čemu zbog razlika u valenciji, ostaje slobodan negativan naboj. Drugi dio naboja nastaje disocijacijom OH iona na rubovima čestica gline. Humus ima približno dva puta veći kapacitet adsorpcije ođ montmorilonita, a negativan naboj čestice nastaje disocijacijom H"^ iona karboksilnih i hidroksilnih grupa iz huminskih kiselina i fenolnih spojeva. 240 Hernija tla Zbog toga SLI luimusiie kiseline izraziti acidoidi. s tim da humusne kiseline 'imaju inače četiri COOH grripe i pri disocijaciji izdvajaju četiri H"" iona. Zahvaljujući ovako visokom stepeiui disocijacije i jako izraženom negativnom naboju, ovi koloidi imaju tako velik kapacitet adsorpcije. Osim toga humusne kiseline su iziaziti hidrofilni koloidi. Organo-mineralna jedinjenja nastaju adsorpcijom organske materije na čestice gline, pri čemu montmorilonitna glina pokazuje najveću sklonost u ovim procesima. Organo-mineralnim koloidima negativan naboj daju humusna i glinena komponenta na već opisani način. Prema tome, električni naboj koloidne čestice, može u osnovi nastati izomorfnom zamjenom i disocijacijom iona. Disocijacija u osnovi zavisi od pH reakcije tla, tj. koncentracije H"" i OH" iona u zemljišnom rastvoru. Zato se ukupni naboj čestice dijeli na stalni ili permanentni, nastao izomorfnom zamjenom i promjenjivi naboj, čija vrijednost zavisi o reakciji tla. Stalni naboj je karakterističan za koloide gline, građe 2:1, a proinjenjivi za ostale grupe minerala gline, amorfne koloide i humtis. Tako povećanjem pH reakcije (smanjenjem koncentracije H"" iona) dolazi do pojačane disocijacije COOH" i OH" grupa organskih i mineralnih koloida, pri čemu se povećava promjenjivi naboj koloidne čestice. Ovo je važno poznavati, jer se permanentni naboj odreduje. određivanjem kapaciteta adsorpcije pri pH 6, a promjenjivi kao razlika između kapaciteta adsorpcije pri pH 8,2 i pH 6. Pojam adsorpcije u širem smislu te riječi obuhvata četiri različite pojave: -
adsorpcija u užem smislu, tj. privlačenje iona česticama,
-
desorpcija - izlazak adsorbovanih iona iz difuznog sloja i rastvora,
-
stipstitucija, proces izmjene iona između difuznog sloja i rastvora,
-
retencija, zadržavanje adsorbovanih iona u difuznom slojti.
6.2.2.1. Adsorpcija u užem smislu Ovdje je na prvom mjestu od interesa vezanje kationa i aniona na čestici tla. Kako su koloidi tla, najvećim dijelom, negativno nabijeni (acidoidi), to će oni privlačiti pozitivne ione. tj. katione. Snaga sa kojom se vežti pojedini kationi zavisi od njihove valencije i hidratacije. Tako kationi sa većom valencijom imaju veću energiju adsorpcije. Izuzetak je vodonikov ion, koji ima jaču energiju adsorpcije od dvovalentnih kationa, te se kaže da se H-ioni najlakše adsorbttju na čestici tla, dok se Na-ion najslabije adsorbtije. Prema energiji adsorpcije kationi se rnogu poredati na slijedeći način: Na-" < NH/ < K"" < Mg-"" < Ca'"" < H^ < Af'" < Fe'"" 241 Hernija tla Sposobnost za adsorpciju kationa metala iste valencije, povećava se povećanjem njihove atomske težine. Na jačinu adsorpcije utiče i hidratacija iona. .lača hidratacija iona znači slabiju adsorpciju. Ovo dolazi otuda što hidi'atantna opna slabi električni naboj iona, a osim toga velika opna vode onemogućava ionu da se približi koloidnoj čestici. Vodonikov ion ima malu opnu od vode, to je i razlog njegove velike energije adsorpcije. Debela hidratna opna oko Na"^ iona slabi njegovu snagu naboja i spriječava njegovo približavanje koloidnoj čestici, kao i njegovo čvrsto vezivanje, što je povoljna okolnost obzirom na negativan uticaj natrijuma na fizička svojstva tla. Na jačinu adsorpcije utiče i koncentracija nekog iona. Tako, na primjer, može i neki jednovalentni ion, ako se nalazi u većoj koncentraciji, istisnuti dvovalentni. Sa kalcizacijom (kalcifikacijom), tj. sa povećanjem koncentracije Ca- iona, dolazi do toga da on nadjačava vezu H-iona, i da zauzima njegovo mjesto na čestici tla. Reakcija adsorpcije po svojoj prirodi je povratna, tj. adsorbovani kationi mogu preći u rastvor i ponovo se vratiti u difuzni sloj. U reakcijama adsorpcije, koloidna čestica se hemijski ne mijenja, mijenja se samo kation. U kompenzirajućem sloju, omogućuje se stalna dinamična ravnoteža adsorbovanih iona i kationa u zemljišnom rastvoru. 6.2.2.2. Desorpcija Pod desorpcijom se podrazumijeva izlazak iona iz difuznog sloja koloidne čestice. Adsorbovani ioni na koloidnoj čestici mogu se predstaviti kao "roj pčela koji opkoljava
maticu". Ovi ioni u difuznom sloju nisu fiksirani najednom mjestu, nego se nalaze u stalnom pokretu, iako znatno manjem od onih u rastvoru. Znači, oni se kreću, samo je to kretanje ograničeno sferom elektrostatičkog privlačenja. Iz ovog difuznog sloja ioni mogu izaći silom sopstvene energije. Čim dođe do izlaska jednog iona iz difuznog sloja koloidne čestice, na njegovo mjesto će iz rastvora doći drugi ion istog naboja. Proces adsorpcije i desorpcije iona nalazi se u stanju dinamičke ravnoteže. Ukoliko postoji ravnoteža između koncentracije u rastvoru i difuznom sloju, tada će koliko se iona desorbuje toliko i adsorbovati, tako da neće doći do promjena u koncentraciji. Čim dođe do smanjenja jedne koncentracije, ioni će prelaziti u većem broju, gdje je koncentracija manja, dok se ponovo ne uspostavi ravnoteža. Do izlaska iz difuznog sloja u rastvor, najčešće dolazi u humidnoj klimi, gdje se procesima ispiranja smanjuje koncentracija rastvora, i obratno, u suhoj klimi, može usljeđ velike koncentracije u rastvoru, da dođe do 242 Hernija tla ulaska iona u difuzni sloj (na primjei' Na-iona). Sposobnost desorpcije jedno 'dvovalentnih kationa opada slijedećim fedom: NH/ > K"" > H^ i > Ca'"" 6.2.2.3. Supstitucija - izmjena kationa Pod supstitucijom se podrazumijeva izmjena jednih iona sa drugim ionima iJ difuznom sloju. Na primjer, kod kalcizacije (kalcifikacije) dolazi do ulaska Ca"" u difuzni sloj, a do izlaska H"'-iona. Ili melioracijom slatina gipsovanjem dolazi do zamjene Na"" iz difuznog sloja sa Ca""" iz primjertjenog gipsa. Ova" izmjena se vrši u 'ekvivalentnim količinama. Kao izmjenljivi kationi u tlu se pretežno nalaze: Ca"'^. Mg^ K^ Na^ Al-^ H^-ioni, ili neki drugi kationi. Treba znati da se.kationi adsorbuju i zamjenjuju u hemijski ekvivalentnom omjeru. Jedan mol naboja, kojeg daje 1 mol H^ K'' ili bilo kojeg drugog jednovalentnog kationa. zamjenjuje Vi mola Ca"'^. Mg""" ili drtigog dvovalentnog kiTfioTia iii mola Al "", ili drugog trovaientnog'katioha: " U tom smislu, osnovna reakcija kod kalcizacije (kalcifikacije). može se prikazati na slijedeći način:
+ Ca-"
Ca--" + 2H Drugim riječima, 1 mol H'" iona (Ig) zamijenit će V2 mola Ca''" iona (40/2 = 20 g). ili za zamijeniti (supstituirati) 1 centimol H7kg, potrebno je 20/100 = 0.2 g Ca'Vkg tla. Količina Ca'"" potrebna za hektar tla do dubine 15 cm (2,2 iniliona kg) je: 0,22 X 2,2 X IO*" = 440.000 g ili 440 kg Ca'"" Ako želimo izraziti u CaCO^, potrebno je količinu Ca"'^ pomnožiti sa koeficijentotn: CaCOj/Ca"'' = 100/40 = 2,5 što iznosi: 440 X 2,5 = 1.100 kg CaCO, (kalcijeva karbonata) 243 Hernija tla po hektaru do dubine brazde, gdje će biti zamijenjen 1 mol HVkg tla. Koliko mola H"" iona treba biti zamijenjeno, odreduje se laboratorijski, ovisno o stanju tla i zahtjevu uzgajane kulture. 6.2.2.4. Retencija Energija adsorpcije nije jednaka za sve katione u difuznom sloju. Ukoliko se kation lakše adsorbuje, on će se teže desorbovati. Tako će se vodonikov ion koji ima najveću energiju adsorpcije, najteže desorbovati. Takođe retencija ili zadržavanje kationa, zavisi i ođ njegovog n\jesta u difuznom sloju. Ukoliko je ion bliže površini lakše će se desorbovati, odnosno ukoliko je bliže jezgru sila zadržavanja će biti veća. Prema istraživanjima Mattsona broj adsorbovanih iona na koloidnoj čestici sa poluprečnikom ođ 45,5 mikrona, bio je 502.208 kationa. Od toga broja moglo se desorbovati samo 850-iona, znači vrlo malo. Neki kationi mogu se adsorbovati nepovratno, tako da više ne mogu učestvovati u reakcijama adsorpcije (na primjer K i Mg-ioni kada uđu u kristalnu rešetku (minerala gline). 6.2.3. Svojstva adsorptivnog kompleksa Kapacitet adsorpcije kationa predstavlja ukupni broj adsorpcionih mjesta za katione i izražava se u ekvivalentima milimola H na 100 grama tla, ili prema SI sistemu u centimolima (emol) na 1 kg tla. Kao što je ranije izneseno adsorptivni kompleks tla predstavlja organo- mineralne komponente vezane u zajednički kompleks. Ovaj kompleks posjeduje adsorptivna svojstva. Kod izučavanja adsorptivnog kompleksa tla, razlikuju se prema Hissinku slijedeće veličine; - maksimalni, ukupni ili totalni adsoipcijski kapacitet tla, a obuhvata sve izmjenljive katione, uključujući i H-ione. Ova vrijednost se obilježava sa velikim slovom "T".
Svako tlo može da adsorbuje određenu količinu raznih iona. Količina koju ono može da veže, zove se, kao što smo naveli, maksimalni kapacitet adsorpcije. Prema veličini ove vrijednosti sudimo o bogatstvu tla sa koloidima. Kapacitet adsorpcije zavisi od svojstva materije. Tako, na primjer, organska materija ima vrlo visoki kapacitet adsorpcije u poređenju sa mineralima gline. Iz slijedećeg primjera može se vidjeti taj odnos (u cmol/kg)': ' 1 miliel
200 - 400
> Vermikulit
150
Montmorilonit
100
Ilit
30
Kaolinit
10
Površinski horizonti tla uopće imaju veći sadržaj organske materije nego dublji horizonti, te imaju i veće T-vrijednosti. U oranicama kod sadržaja organske materije 2-3 maksimalni kapacitet u pjeskovitom tlu iznosi 5-10 cmol/kg, ilovači i prahulji između 10 i 20 cmol/kg i u glinuši između 20 i 40 cmol na kg tla. Kapacitet adsorpcije zavisi od mehaničkog sastava tla. Glinovitija tla imaju veći kapacitet. Takođe zavise i od tipa minerala gline. U poljopriviedi su vrednija tla sa većim kapacitetom adsorpcije te Je potrebno ovu vrijednost povećati uz primjenu organske materije. U adsorptivnom kompleksu tla adsorbovani su vrlo često različiti ioni u različitim odnosima. Međutim, tu je najizraženiji odnos između bazičnih kationa i vodonikovih iona. Jer te dvije grupe različito titiču na tlo. Uktipna količina adsorbovanih bazičnih kationa izražava se u ekvivalentima milimola H/100 grama tla ili centimola (cmol) na 1 kg tla i zove se Još momentani sadržaj baza na čestici tla, a označava se sa velikim slovom "S" (= suma baza). Pod bazama u pedologiji se podrazumijevaju svi kationi osim vodonika. Suma adsorbovanih vodonikovih iona se označava sa H, a to se još zove nezasićiiost adsorpcijskog kompleksa tla sa bazama označava se sa velikim slovom "H" ili velikim slovima "T-S". Procentualno učešće bazičnih kationa u totalnom kapacitetu adsorpcije predstavlja stepen zasićenosti tla sa bazama. Stepen zasićenosti tla sa bazama (procentualna zasićenost tla sa bazama, tj. sadržaj Ca. Mg, K, Na) označava se velikim slovom "V". Ova vrijednost se dobije računskim putem (na osnovu analitičkih podataka za S i T vrijednost) iz formule: V % = ^ • 100
Ukoliko Je "V" manje, tlo Je manje zasićeno bazama, odnosno kiselije je. Zajedno tlo kažemo daje zasićeno bazama ako je S>H. Prema Hissinku, ako je stepen zasićenosti tla sa Ca viši od 55 %, tlo se može označiti da je zasićeno bazama. Na koloidnoj čestici tla ne nalazi se jedna vrsta iona već više njih, te se kaže da je adsorptivni kompleks tla polisorptivan. Učešće pojedinih kationa na čestici tla Je različito. Tako Ca može biti od 20 do 7() %, Mg 10-50 %, K i Na 2-5 245 Hernija tla ilustrativan metod određivanja kapaciteta izmjenjivih kationa (cation exchange capacity - CEC) tla daje se na slici 93.
WHisifBailiSgii
'.K'
ir
rastvor X K * rastvor
i .N
-N ;N ■
H;
HJ H|
N
:
HJ ..
tlo ^^
IN
tv
t^
H;
Hi
Hj:
-:
■.
.liil
N
^i'.
HJ : N .N NH
■ N N
HJ H, J.
N H; Hi
; liilMr
H^ .
i'cS'r.MK" H'-
V
k'
K'
;
KLHI
T^ HJ
NHJ*
NH
NHJ:
;
■NHJ NHJ
" NHJ* NH NHJ-
:
(a) (b) (c) (d) Slika 93. Ihislracija metode za određivanje kapacilela izmjenjivih kaliona a)
Odredena maso tla sadrži različite katione koji se i~. ila ispiru sa rasivorom
amonijačne i.^'H/) soli. b)
Amonijak (NH/) ion iziiiješla (zamjenjuje) druge adsorbovane katione koji se
ispiru u posudu ispod.
c)
Amonijak (NH4* -ion) u suvišku rastvora soli, istiskuje se sa nekim
organskim rastvaračem kao šio jc alkohol, a K* rastvor soli se koristi za zamjenu i ispiranje adsorbovanih NH/ iona. d)
Količina \Hj oslobođenog i ispranog u donju posudu moče se odredili
(utvrditi) putem mjerenja ekvivalenta hemijskog kapaciteta kaiionske razmjene, (tj. negalivnig naboja na koloidima tla). 6.2.4. Adsorpcija aniona i njihova izmjena Adsorpcija aniona u tlu je još i danas nedovoljno izučena. Većinom su mišljenja da se anioni ne adsorbuju fizičko-hemijskim putem. Zahvaljujući istraživanjima elektrokinetičkih svojstava koloida javili su se i novi putevi 246 Hernija tla izučavanja adsorpcije aniona. Danas je poznalo da se u tlu nalaze koloidi sa 'pozitivnim nabojem (bazoidi). Adsorpcija aniona u llu zavisi od nekoliko faktora: -
karakteristike samih aniona.
-
sastava koloida tla i njihovih elektrokinetičkih svojstava i
-
reakcije sredine.
Glavni nosioci pozitivno nabijenih koloida su Al i Fe - hidroksidi u kiseloj sredini. .V-ezi-vanje aniona na površini pozitivno nabijenih koloida vrši se istim mehanizmom kao što se i kationi vezuju za negativno nabijene koloide i to je vrsta tzv. nespecifične adsorpcije. Međutim, specifična adsorpcija nije vezana za sloj suprotno naelektrisanih iona, već kod ove adsorpcije anioni prodiru u unutrašnji sloj gdje zamjenjuju OH - ione koji su koordinaciono povezani sa centralnim kationima (Al"'"" i Fe'""). To je u stvari zamjena Uganda, a nju mogu ostvariti z'emljišni anioni, prije svega P04' - ion, a ima podataka da i SO4"" - ion podliježe specifičnoj adsorpciji.. Vezivanje molibdena (M0O4'") je takođe veoma kompleksno. Prema tome. ovakva vrsta adsorpcije je nezavisna od neto električnog naboja čestice i za nju ne važe zakoni koncentracije i'aktivnosti iona. Ovakva specifična adsorpcija iona je čvršća od nespecifične adsorpcije. Različita jačina koordin.acione povezanosti sa centralnim ionom ide od rdverzibilnog do potpuno ireverzibilnog adsorpcionog procesa, a što je prema Gast, R. (1977) uslovljeno brojem koordinacionih veza kojima se anion vezuje za centralni kation.
Izmjenjivost vezanih aniona i njihova pristupačnost za biljku je različita 1 ovisi 0 vrsti aniona, pod uslovom da je površina koloida (micele) pozitivno naelektrisana, Najjednostavnija izmjena aniona vidi se iz slijedećeg primjera Micela NO,- + cr Micela Cr + NO:,' čvrsta faza lla
(u rastvoru lla) čvrsta faza lla (u rastvoru lla)
Isto kao i kod kationa NO.r i Cl" se izmjenjuju (zamjenjuju) u ekvivalentnim količinama. Reakcija kao što se vidi, može biti reverzibilna i hranivo može biti oslobođeno za adsorpciju od strane biljke. Međutim, za razliku od predhodne jednostavne adsorpcije i razmjene, adsorpcija i izmjenjivost nekih aniona, kao što su fosfati, molibdati i sulfati je mnogo kompleksnija. Ovu kompleksnost treba zahvaliti specifičnoj reakciji između aniona i dijelova čestice tla. Na primjer, H:P04" - ion može reagovati sa protoniziranom hidroksilnom grupom, radije nego ostati kao lahko izmjenjivi anion: 247 Hernija tla Al-OH/ + H:P04" — A1-H:P04 + H:0 (čvrsta faza tla) (u rastvoru tla)
(čvrsta faza
tla) (rastvor tla) Pri ovoj reakciji, zapravo, reducira se neto pozitivni naboj na koloidu tla. U isto vrijeme H^PO"* - ion se vrlo čvrsto veže za čvrstu fazu tla i nije lahko pristupačan za biljku. Anioni se mogu poredati slijedećim nizom prema energiji adsorpcije: raste —> cr < NO.r < co.r" < so/" < M0O4-" < sio.r" < oh" < H2PO4" < HPO4'" < PO4'" <— opada 0^^i_vrste aniona na jačinu .njihove adsorpcije utiče povećanje bazoidnog sastava dijela koloida. Prema radovima Mattson, S. (1929-31) pored hemijskog sastava koloida. pri istoj hemijskoj reakciji, veličina adsorpcije aniona zavisi od stepena kristalizacije i krupnoće koloidnih čestica. Tako amorfni Fe i Al - hidroksidi adsorbuju 100-150 puta veće količine fosfornih iona nego njihove kristalne forme. Isto tako što su čestice gline sitnije, adsorpcija fosfatnih iona je veća. Acidifikacijom tla, takođe se povećava adsorpcija aniona u njima (veći pozitivni naboj ainfotera) i obrnuto s alkalizacijom smanjuje se adsorpcija aniona.
Izmjenjivost i vezivanje aniona u adsorptivnom kompleksu tla je važan mehanizam za interakciju u tlu, kao i između tla i biljke. Zajedno sa adsorpcijom i izmjenom kationa determinira se svojstvo tla i njegova sposobnost da snabdije biljku sa hranivima kad je to za nju najvažnije. Treba znati da se nitratni ioni-vrlo slabo adsorbuju i prema tome se lahko ispiraju iz tla. Usljeđ toga se i ne đubri sa nitratnim đubrivima tlo "na zalihu" jer bi došlo đo gubitaka ispiranjem. Fosfatni-ioni se najlakše adsorbuju stvarajući često nerastvorljiva jedinjenja u tlu sa gvožđem i alumijem. Ovaj proces je poznat pod imenom "fiksacija fosforne kiseline". Sulfatni anioni po jačini adsorpcije stoje između fosfatnih i nitratnih aniona. Ilustracija adsorpcije kationa i aniona u kiselim tlima data je na slici 94. Primjer (a) pokaztije negativno nabijenu česticu silikatne gline, tipa 1:1, a primjer (b) pozitivno nabijenu česticu željezno/aluminijskog oksida. 248 Hernija tla Ca^* HSOj K* Mg^* HPO^ Ca'* H* NO3 Ca^* H - PO' H* K* H2P0; HSOi H* HjPOj- NO3 AI(OH)^- HSO; (a)
(b) SUka 94. Adsorpcija kaliona i aniona u kiselom llii Ovaj primjer poi
U tlima sa kiselom reakcijom, slabo rastvorljiva jedinjenja fosfora se obaraju (talože) sa ionima željeza, aluminijuma i mangana, koji su veoma aktivni u takvim uslovima. Tok jedne od takvih reakcija može se prikazati na slijedeći način: Al:(S04)r, + 2Na.,P04
2AIPO4 + 3Na2S04, ili
= Ca tlo = Al + Ca(H2P04): ^ tlo = Al + 2AIPO4 Osim navedene hemijske adsorpcije fosfata, moguća je i fizičko-hemijska adsorpcija na koloidima tla. U fizičko-hemijskoj adsorpciji odsutni su dvovalentni i trovalentni ioni (Ca'"^, AF"^ i sk), ali u ovoj vrsti adsorpcije učestvuju amorfni koloidi (seskvioksidi), kao i kristalne tvorevine željeza i aluminijuma te mineiali gline. Mehanizmi ovih i drugih izmjena fosfata više se proučavaju u agrohemiji tla, jer imaju izuzetno važan praktičan značaj. Vezivanje fosfora na minerale gline jedno je od najkontraverznijih pitanja savremene agrohemije tla u sistemu ishrane biljaka. 6.2.5. Uticaj adsorbovanog kationa na svojstva tla Sastav iona u difuznom sloju koloidne čestice varira u širokom području, i zavisi prije svega od stepena acidifikacije tla. Ukoliko je tlo kiselije, utoliko je veće učešće H- i Al-iona, a manje učešće Ca i Mg-iona. Prema dominantnosti nekog kationa na koloidnoj čestici tla, tlo se (ovdje ćemo spomenuti tri najčešća slučaja) može označiti kao Ca-tlo, H-tlo i Na-tlo. 1. Ca-tlo: je ono tlo kada je adsorpcijski kompleks pretežno zasićen sa kalcijumom i magnezijumom, gdje je Ca/Mg odnos preko tri. Uži odnos imaju tla nastala iz stijena bogata sa Mg, kao što su peridotiti - serpentiniti i dolomit. U Ca250 Hernija tla tla spadaju: černozem, rendzine (Rendzine leptosol), crnice na krečnjaku (Litic ieptosol), gajnjače (Eutric cambisol) i neka druga tla. 2.
H-tlo: kada je adsorpcijski kompleks zasićen najvećim dijelom sa vodonikom,
takva se tla mogu označiti kao vodonikova tla. U ovom slučaju može doći do pojave, da se adsorpcijski kompleks tla raspada na svoje sastavne dijelove: AbOj, Fe^O, i SiO;.
Ovakva tla su ki.sele reakcije, nemaju stabilnu strukturu i mogu biti vrlo nepovoljna za biljke. Ovakva tla mogu da imaju pH u H;0 i do 4,0. H-tla ili nezasićena tla sa hazanui su'jako rasprostranjena u Bosni i Hercegovini. Ona nisu povoljna za visoku proizvodnju i zahtijevaju popravku. " U H-tla ili kisela tla, dolaze kao najvažnija slijedeća: pseudoglej (Stagnic luvisol). podzoli (Podzols), lesivirano tlo (Luvisol), kiselo-smede (Dvstric cambisol) i dr. 3.
Na-tlo: kada na ad.sorpcijskotn kompleksu dominiraju Na-ioni, govoriino o
Na-tlu. Na-ion kao hidrofilan, dovodi do bubrenja u dodiru sa vodom i tiine uzroktije nepovoljna fizička svojstva. Ovo su tzv. slana tla. imaju vrlo visoku alkalnu reakciju."gdje pH (u H^O) može da bude jO. a i više, i zbog toga ova tla su nepovoljna za većinu poljoprivrednih kultura. Ukoliko je stepen zasićenosti sa Na-i-K veći od 5 %, dolazi do dispergiranja tla. U suhom stanju ovakva tla se zbijaju, nisu podesna za obradu, nepropusna su za vodu i zrak. U vlažnom stanju se lijepe za oruđa obrade. Tu dolaze zaslanjena i zasoljena tla, kojih u Bosni i Hercegovini nema. Najpoznatiji su solonci i solon.čaci. 6.2.6. Adsorpcijski kompleks i ishrana biljaka Naročiti značaj adsorpcijskog kompleksa, tla je u tome, da čuva pojedine katione i anione od ispiranja i time njihovog gubljenja iz tla. Biljke mogu da koriste za svoju ishranu ione iz difuznog sloja kolidne čestice, koji u neku ruku predstavlja, kako kaže Stebut, pravi "magazin hrane". Od sastava difuznog sloja zavisiće u velikoj mjeri i fizička svojstva tla, u prvom redu strukttira. Prema tome, može se reći da proizvodna svojstva tla, njegova kvaliteta kao životnog prostora za biljni korijen, zavise na prvom stepenu od sastava toga difuznog sloja. Izmjena kationa je od velikog značaja za mnoga svojstva tla. Izmjenljivi kationi utiču na građu tla, vodni i zračni režim tla, biološku aktivnost, na reakciju tla, a i na stvaranje različitih tipova tla. Kationi vezani za koloidnu česticu tla su zaštićeni od ispiranja, a u takvom stanju ostaju pristupačni za biljke. Sva osnovna svojstva i osobenosti tla, u većoj ili manjoj mjeri, zavise od sastava adsorbovanih kationa i njihovog količinskog odnosa. Tako tlo, čiji je 251 Hernija tla
adsorpcioni i
Adsorpcijski kompleks se može predstaviti i na slijedeći način: T vrijednost predstavlja veličinu "skladište", S vrijednost korisno zauzet, a T-S prazan prostor kojeg treba popuniti istiskivanjem H"^ iona i njihovom zamjenom korisnim bazama (gnojidbom ili kalcizacijom). Tla malog kapaciteta adsorpcije, ne mogu se gnojiti sa većjm melioracionim dozama mineralnih gnojiva (ispiru se), a od adsorptivnog 252 Hernija tla kompleksa ovisi i oblik mineralnog gnojiva u kojem se daje. Tla sa visokim T-S vrijednostima ne smiju se gnojiti sa fiziološki kiselim gnojivima (sulfati), a tla sa Na"^ ionima u adsorptivnom kompleksu, ne smiju se gnojiti sa čilskom šalitrom i si. Vrijednost T u praksi se poveća\'a humizaeijom ili dodavanjem gline. 6.2.7. Orgaiio-niineralni kompleks tla Humusne materije u tlu nalaze se u veoma malim količinama u odnosu na mineralni dio. Međutim, njihov značaj u tlu je veliki, a prije svega zbog njihovog koloiđnog karaktera. Humus uz glinu je najaktivnija komponenta tla. On upravlja mnogim proeesima i određuje osnovne osobine tla. Njegov je uticaj na tlo višestruko pozitivan, a kod stvaranja organo-mineralnog kompleksa, stupa u različite reakcije s mineralima gline, koloiđnim rastvorima Fe, Al i Si-bidroksida, kao i različitim kationima. Stvaranje organo-mineralnog koinpleksa tla, odnosno organo-tnineralnih jedinjenja, vrši se povezivanjem kroz slijedeće reakcije: -
stvaranjem humusno-glinenih kompleksa, povezivanjein zola humusnih kiselina sa koloiđnim rastvorima Fe i Al-
hidroksida, -
povezivanjem na bazi helata i stvaranja organo-mineralnih materija sa Fe"'"^,
Al"'"^ i Cu'"^- ionima i -
u vidu soli huiTiusnih kiselina.
6.2.7.1. Stvaranje organo-mineralnog kompleksa (humusno-glinenog kompleksa tla) U vidu ovih reakcija se povezuje najveći dio organskih sa tnineralnim jedinjenjima, gdje taj udio iznosi 60-70 %. Ovaj se proces odigrava u vidu jonskih mostova. Naime, kako su organski koloidi negativno nabijeni, a takođe su negativno nabijeni i minerali gline, to njihovo povezivanje vrše Fe""^, Al"'"^ i Cu"'^, NH/ - ioni. U ovim procesiina najprije dolazi do dehidratacije, a zatim do učvršćivanja ove međusobne veze putem međumolekularnih sila. Ovaj proces zavisi od vrste minerala gline, jer je ova veza
intenzivnija kod montmorilonitne gline. Ova veza je vrlo stabilna i može trajati stotinama godina. Kod ovih procesa dolazi do toga, da se oko minerala gline i kvarca koji su krupniji od gline, stvaraju opne humusa, čime se znatno uvećava kapacitet adsorpcije. Ovakva jedinjenja su vrlo postojana u tlu (i do 2.000 godina), dok ostale frakcije humusa imaju postojanost 50-200 godina, Scheffer-Schachtschabel, (1966). 253 Hernija tla 6.2.7.2. Stvaranje kompleksnih zola humusnih koloida sa hidroksidima seskvioksida Kod ovog procesa dolazi do reakcije između negativnih humusnih koloida sa pozitivnim koloidima Fe i Al-hidroksida. Prilikom ove reakcije stvaraju se zoli i geli. Među ovim reakcijama, naročitu ulogu imaju fulvo kiseline i hidroksidi željeza i aluminijuma. Kad je odnos širok, dolazi do premještanja ovih kompleksnih zola i migracije seskvioksida i obi'atno, sužavanjem ovog odnosa, stvaraju se kompleksni geli koji se talože. 6.2.7.3. Povezivanje po tipu helata Helati su organo-mineralni kompleksi, gdje kao centralni kation spadaju: Fe''", aP" i Cu'", gdje se oni vežu sa organskim radikalom preko koordinacionih i jonskih veza, tako da organski radikal kao kliještima obavija centralni kation. Ovaj proces helatizacije je izražen naročito kod fenola, amino-kiselina i humusnih kiselina. U ovim procesima Fe, Al i Cu gube svojstva, postaju pokretljivi i cijeli ovaj kompleks se ponaša kao kompleksni anion. Ovaj helatni spoj se ne taloži, a željezo u ovom oblikuje pristupačno za biljke. Danas se na toj bazi on koristi kod sanacije željezne hloroze, koja se javlja u jako karbonatnim tlima. Helatni kompleks između bakra (Cu) i željeza (Fe) sa karboksilnim i fenolnim OH-grupama iz fenolnih kiselina (Scheffer-Schachtschabel, 1998), se vidi iz slijedećeg primjera: 254 Hernija tla a) COO" Loh COO , + Cu^ Cu
. OH,
\ H* b) > • COO, ,00C ■ Cu 0/0 2C) ■ CM, CH2N /NHj,
OH^
NH, Cu OH, d) COO, /OH \ Fe 0
^(OH
2'n-i e) , OH ■OH 6.2.7.4. Stvaranje soli liuniusiiili kiselina U tki se odigravaju i proeesi kada dolazi do reakeije između humusnih kiselina sa metalnim kationima iz rastvora, odnosno dolazi do stvaranja njihovih soli, među kojima je naročito značajan Ca-humat.:Uloga ovog jedinjenja je veoma značajna kod stvaranja strukturnih agregata, gdje on djeluje kao eementna materija.
Između organskih materija i mineralnih komponenata tla postoji višestruko usko međusobno djelovanje. Od naročitog je značaja uticaj rastvorljivih. kompleksnih jedinjenja organskih materija na rastvorljivost metala, a prije svega rastvorljivost željeza i aluminijuma, kao i teškiji metala (Mn, Cu, Zn i dr.), te potencijalno toksičnih teških metala (Hg, Cd, Ph i đr.), koji stvaraju rastvorljive organo-mineralne komplekse, odnosno dovode do njihovog povećanja. Slična je situacija sa teže .rastvorljivim organskim jeđinjžnjima, kao što su polueiklični aromatski ugljovodonici ili adsorbovana biljna sredstva zaštite, koja se mogu kroz rastvorljive organske materije bitno uvećati u zemljišnom rastvorti. Vezanje metala za organske komplekse, vrši se putem funkcionalnih grupa. Ovdje dolaze, prije svega: karboksilna (-COOH). karbonilna (=C0), ferooksi- hidroksidi (aromati -OH), metoksilna (-OCH3), :.amino (-NH,), imino (=NH) i sulfihidridne (-SH) grupe. Veza između metala i organskih liganada, može se odvijati putem elektrostabilnih sila između pozitivno nabijenih metalnih iona i negativno nabijenih funkcionalnih grupa, ili putem kovalentnih veza sa zajedničkim elektro-parovima, između metala i O'" ili N"" atoma funkcionalnih 256 Hernija tla gi'upa, a takođe putem obje vrste istovremenog vezivanja. Vezivanje metala za organske liganđe, vrši se kod COOH grupa i dijelom kod fenolnih OH grupa uz oslobađanje protona. Ukoliko metal, kroz dvije ili više funkcionalnih grupa, kompleksnog stvaranja, kod pet ili šest člankovitih prstenova se zatvara, tada nastaju kompleksi vrlo visoke stabilnosti, koji se nalaze u vidu helata vezanih u vidu kliješta. 6.3. Reakcija tla Reakcija tla je vrlo važna osobina, jer utiče na mnoge fizičko-hemijske procese u tlu, a takođe i na životne funkcije biljaka i životinja. Reakcija tla je indikacija hemijskog stanja tla. Rakcija tla može biti: kisela, neutralna i alkalna, odnosno bazična. Aktivni ioni kiselina su H-ioni, a aktivni ioni baza su OH-ioni. Akoje više H-iona u nekoj sredini, reakcija će biti kisela, i obratno, ukoliko je više OH-iona reakcija je alkalna. Ako su H i OH ioni zastupljeni u podjednakoj' količini reakcija je neutralna. U tlu se razlikuje reakcija tečne faze, koju uzrokuju prisutne u vodi rastvorljive kiseline (naročito ugljične) i njihove soli, i reakcija čvrste faze, koju uzrokuju adsorbovani vodonik, aluminijum, sastav adsorbovanih kationa i prisustvo karbonata.
Reakcija rastvora tla kvantitativno se izražava u pH jedinicama koje predstavljaju negativan logaritam koncentracije vodonikovih iona u gram ekvivalentima na litar rastvora. Kod pH 7, izjednačena je koncentracija H" i OH" iona u rastvoru, tj. u njoj se nalazi 10"' grama H" iona, odnosno 10"' gram ekvivalenata OH" iona u jednom litru vođe. Prema tome, sva tla čiji je pH ispod 7 su kisela, a iznad 7 su bazična, dok sujla koja imaju pH 7, neutralna. Postoje različiti kriterijumi podjele pH reakcije, ali seTesto koristi opšta podjela na osnovu pH u nKCI (ili MKCl): pH < 4,5
-jako kiselo do
4,5 - 5,5
- kiselo
5,5 - 6,5
- slabo kiselo
6,5 - 7,2
- neutralno
> 7,2
- bazično ili alkalno
Tla humidnih područja imaju kiseliju (nižu), a aridnih alkalniju (višu) pH reakciju. Kao što je već izneseno, uzrok kiselosti je povećana koncentracija vodonikovih iona. Vodonikovi ioni mogu se naći u rastvoru tla slobodno ili su vezani u ađsoipcijskom kompleksu tla. Kod ovoga treba razlikovati đva oblika aciditeta tla i to: 256 Hernija tla -
aktivni aciditet - aktivnu kiselost tla. koja Je karakteristična za tečnu fazu tla i
-
potencijalnu kiselost - potencijalni aciditet. koji Je karakterističan za čvrstu fazu tla. Pi'i odredivanJu reakcije tla izdvajaju se aktivna kiselost i bazičnost i kiselost čvrste
faze. 6.3.1. Aktivna reakcija Reakcija ili aktivna kiselost, ili aktivna bazičnost predstavlja reakciju tečne faze tla.. Nju uslovljava prisustvo u rastvoru tla kiselina, ili hidrolitičkili kiselih soli. Na veličinu aktivne kiselosti u tlu u prvom redu utiče ugljena kiselina, koja se stalno stvaia u tlu I tako dovodi do zakiseljavanja tla. Pored ugljene kiseline, na veličinu aktivnog aciditeta djeluju i druge mineralne kiseline, kao što su azotna. sumporna, fosforna. Takode i različite organske kiseline, koje se stvaraju u procesu razgradnje organske materije, djeluju na veličinu ove kiselosti. Tu naročito aktivno djeluje.fulvo kiselina.
Bazičnost tla - alkalna tla imaju bazičnu (alkalnu) reakciju. Ova reakcija Je uslovljena dominantnošču OH nad H-ionitna. U humidnim i perhumidnim krajevima preovladavaju kisela tla, a u aridnim alkalna. U našoj zemlji preovladavaju kisela tla nad alkalniin. Bazična reakcija Je uslovljena najčešče bazičnim solima, u prvom redu sa CaCO, i Ca (HCO.O2, te MgCO.i, a rjeđe sa Na^CO., i NaHCO,. Mnoga tla sadrže dosta CaCO,-„ kao što su karbonatni aluvijum, neki černozemi i smonice. Bazičnost tla nastala pod uticajem CaCO.,, ne može biti veća od pH 8,5. Ako je reakcija nekog tla veća od 8,5 onda to ukazuje, da su u tlu prisutni drugi karbonati, u prvom redu Na^COj. Naročito alkalnu reakciju imaju tzv. slana tla (slatine), te posebno ona koja sadrže dosta sode (Na;C03). K.od njih se pH kreće između 8,5 i 11,6. Pojava Na-iona među adsorbovanim kationima vezana Je sa zaslanjivanjem tla. Sa Na-solima, kao što su NaCl, Na2S04 i Na:CO.i, sa visokim sadržajem lahko rastvorljivih soli, takva tla se nazivaju solončaci. U aridnim uslovima često se Javlja soda (Na^CO,) koja sa vodom stvara Jaku bazu: NajCO., + H:0 ^ NaHCO, + NaOH baza 257 Hernija tla _Nastala baza uzrokuje visoku pH reakciju, veću od 8,5. Bazična reakcija nastaje i desorpcijom baza iz ads_orptivnog kompleksa po šemi: Adsorptivni kompleks tla Na"
Adsorptivni
Na" + 4H:0 kompleks Ca'" tla H" H" H" H" + NaOH + CaCOH): II zeiiiljišiioiii msivoni Tla kod kojih se reakcija kreće preko pH 9,0 obično su neplodna ili vrlo malo plo'dna. Na ovim tlima dolazi do pogoršanja vodno-fizičkih svojstava, uništavanja strukture, povećava se migracija koloida. U odnosu na reakciju tla neke biljke su više a neke manje osjetljive. Manje osjetljive na kiselost su: raž, zob, krompir, lupina, heljda i kukuruz. Mnoga ispitivanja su pokazala da direktan uticaj kiselosti tla nije toliko od značaja, koliko pak njegovo indirektno djelovanje. Tako sa povećanjem aciditeta dolazi do kvarenja fizičkih svojstava tla, ispiranja hranljivih materija, nepovoljnog djelovanja na rad
mikroorganizama. Osim toga, kod veće kiselosti dolazi do jačeg rastvaranja mangana i aluminijuma, koji mogu toksički da djeluju na biljke. U kiselim tlima dolazi do smanjenja količine pristupačnog fosfora za biljke, usljed ¡ij,egovog vezanja sa gvožđem i aluminijumom u teško rastvorljive fosfate. Posebno kisela reakcija djeluje na smanjenje korisne mikroflore. Mnoge simbiotske bakterije koje žive na korijenu lucerke ne podnose suviše kiselu reakciju. Međutim, neke simbiotske bakterije mogu da podnesu i kiselu reakciju, kao one što žive na lupini (Lupinus sativiis). S druge strane, ako reakcija tla u vodnoj suspenziji postaje visoka, na primjer 9 i više, i ovakva tla su nepovoljna za kulturno bilje. Biljke laj<šej30dn0S.eJdS£liU£akc4juJTeg0Jv
na primjer,
na kiselim tlima,^g^e je pH 3,5 još rastu biljke, dok u odnosu na alkalnu, biljj
Adsorptivni kompleks tla AL'" + H,0 Adsorptivni : kompleks da aioh'" + h" Vodonikov ion iz ove reakcije vrši zakiseljavanje tla, dok se slobodni Al'" ioni javljaju u tlu samo pri niskim pH reakcijaina. Što je veća kiselost (niži pH) veća je količina adsorbovanih Al'" iona, a manja količina H" iona i obrnuto. Zakiseljavanje sa Al'" ionima u tlu javlja se naročito, ako se vrši gnojidba sa kalijevom soli (KCI) na principu slijedeće hemijske reakcije: Adsoiptivni kompleks tia Al'" + 3KC1 Adsorptivni kompleks tia K" K" K" + AlCh, a u prisustvu vode teče u pravcu: AICL, + 3H:0 AI(0H)3 + 3HC1 Nastala sona (hlorovodonična) kiselina je jaka kiselina, jer jako disocira, a A1(0H)i je slaba baza koja slabo disocira, te zbog toga dolazi do zakiseljavanja tla. 259 Hernija tla Potencijalna kiselost se prema snazi držanja vodonikovih iona dijeli na: -
supstitucijsku i
-
hidrolitičku.
6.3.2.1. Supstitucijska kiselost Supstitucijska kiselost je dio potencijalne kiselosti kod koje vodonikovi ioni ili slabe baze, kao što su Fe i Al, koji su vezani na adsorptivni kompleks tla, mogu zamjenjivati (supstituisati) sa kationima neutralne soli. Dio slabo vezanih H", Al'" i Fe'" iona iz adsoiptivnog kompleksa se mogu osloboditi tretiranjem tla neutralnim solima (KCl) po šemi: Adsorptivni Iconiplefcs Ila Adsorpliviii fconipleh da -H -H -H -H = Al = Al
+ 2KC1 + 3KC1 Adsorptivni liomplelis Ila Adsorptivni f(oinplef;s Ila -K -K -K -H -K -K -K = Al + 2HC1 + AICI3. ili hidroUUčiii kisela so AlCI, + 3H0H ^ AI(0H)3 + 3HCI ili dodavanje adsorptivnom kompleksu kalcijevog hidroksida kao baze. = A1 Adsorptivni kompleks Ila + 3Ca(OH)2 = A1 Adsorplivni kompleks Ila = Ca = Ca + 2AI(0H)3 = Ca Kao što se vidi, u stvaranju supstitucijske kiselosti učestvuju i Al-ioni (mogu i Fe-ioni). Zakiseljavanje rastvora neutralnih soli i neutralisanje baza vrši se u prethodnom slučaju, ako tlo sadrži u adsorbovanom rastvoru Al'" ione. Prema Remezovu i Kačinskom (1952) smatra se da u humusnim horizontima imaju prevagu H-ioni, a u dubljim mineralnim horizontima da dominiraju Al-ioni. Supstitucijska kiselost naročito dolazi do izražaja pri đubrenju tla sa velikim količinama hidrolitički neutralnih soli, kao što su KCl i K2SO4. Ona se naziva još i "fiziološki aktivna" kiselost tla. Ona utiče u velikoj mjeri na 260 Hernija tla aispijevanje biljaka, a takođe nam đaje predstavu o acidifikaciji tla. Određivanje ove kiselosti spada među najvažnije i najčešće izdvojene standardne hemijske analize tla. Supstitucijska kiselost kod pedoloških analiza se iskazuje kao "pH u KCI". Ona je obično za oko jedinicu pH niža od aktivne reakcije (pH u H^O). Takođe se ova kiselost određuje u rastvoru n-CaCl: ili n/10 CaCli.
Na osnovu vrijednosti supstitucijske kiselosti određuje se veličina reakcije tla (Scheffer-Schacht.schabel. 19661. tabela 41. Tabela 41. pH u KCI Oznaka reakcije pH u KCI Oznaka reakcije <4.0
Neutralna
7.1-8,0
Slabo alkalna
4.0-4.9
Slabo kisela
8.1-9.0
Umjereno alkalna
5,0-5,9
Umjereno kisela 9,1-10.0
Jako alkalna
6.0-6.9
Jako kisela
Vrlo jako
>10,0
alkalna <7,0
Vrlo jako ki.sela
Vrijednosti aktivnog aciditeta (pH u HiO) su podložnije variranjima u toku godine, te pH vrijednosti u KCI daju prosječno bolje vrijednosti. 6.3.2.2. Hidrolitička kiselost ili hidrolitički aciditet Pošto se H-ioni adsorpcionog kompleksa ne mogu mobilisati sa Jednostavnoin ekstrakcijom tla sa norinalnina rastvorima neutralnih soli, uveden Je i termin "hidrolitički aciditet" (Kappen) koji obuhvata sav potencijalni aciditet tla. On ustvari predstavlja sve vodonikove ione. Smatra se da na česticama tla pored slabije vezanih H-iona, koji se inogu zamijeniti ili supstituisati sa rastvoroin neutralne soli (na priinjer KCI), postoji dio H-iona koji su čvršće vezani i ne mogu se zamijeniti rastvorom neutralne soli, nego sa rastvorom hidrolitički bazične soli (na primjer Na-acetatom). normalnim rastvorom CHjCOONa sa pH 8,2. Ova reakcija se može prikazati na slijedeći način: Adsorptivni kompleks tla ■H H H 4- BCHiCOONa Adsorptivni kompleks iia -Na -Na -Na 4- 3CH3COOH 261 Hernija tla U stvari, najprije dolazi do hidrolize Na-acetata: 3CH:, ■ COONa + 3H0H ^ 3CH, ■ COOH + 3Na" + SOH"
odnosno: Adsorplivni ¡«iinplcks tin -H -H -H BCKiCOGH 3Na" + 30H" Acl.vfjrplivfii kompleks da -Na -Na -Na + 3CH3COOH + 31-1,0 U reakciji nastali NaOH, odnosno OH" ioni vrše snažnu desorpciju vodonikovih iona zbog njihovog poznatog afiniteta. Sirćetna kiselina neznatno disocira, reakcija teče u pravcu desorpcije, ekstrakcije vodonika. Ovim postupkom izdvajaju se skoro svi vodonikovi ioni sposobni za zamjenu. Kvantitativno se njihova količina izražava kao Y, hidrolitskog kapaciteta. To je količina 0,1 n NaOH u ml potrebna za neutralizaciju vodonikovih iona u 125 ml filtrata dobijenog tretiranjem 100 g tla s 250 ml kalcijeva ili natrijeva acetata. Na osnovu rezultata hidrolitičkog aciditeta, odreduje se potreba dubrenja tla sa krečom, tj. kalcizacija (kalcifikacija). Kisela tla se karakterišu nizom negativnih svojstava, te su ona slabe plodnosti. Kiselost tla dovodi do smanjenja porasta i razvića osnovnih kulturnih biljaka. U takvom tlu smanjenja je aktivnost korisne mikroflore. U kiselim tlima dolazi do destrukcije koloida, kao i ispiranja hranljivih sastojaka. Zbog toga kisela tla je potrebno kalcificirati. 6.3.3. Popravka reakcije tla Većini poljoprivrednih kultura pogoduje neutralna pH reakcija tla. Pod takvim uslovima vrši se najbrža i najkvalitetnija transformacija organske materije pn čemu se stvara kvalitetan zreli humus. Aktivnost mikroorganizama je takođe najveća. U kiseloj reakciji izostaje koagulacija koloida što uzrokuje lošu strukturu i nepovoljna vodno zračna svojstva. To je razlog što se tlo u proizvodnji nastoji privesti neutralnoj pH reakciji. Kisela reakcija tla se popravlja sa unošenjem raznih krečnih materijala Ova mjera je poznata u poljoprivredi kao kalcizacija (kalcifikacija). Suština se svodi na to da Ca"" ion vrši neutralizaciju vodonikovih iona i popravlja strukturu tla. Kao sredstva za kalcizaciju (kalciflkaciju) služe: prirodno usitnjeni krečnjaci i 262 Hernija tla
dolomiti, satufacioni mulj, laporoviti materijali, karbonatni pijesci, les. zatim gašeiii i živi kreč. Doze mogu biti različite, od 3 mte do 190 mtc i više po hektaru. Ako se tlu dodaje CaO. ili Ca(0H)2 oni se tokom vremena pod djejstvom CO, takode prevode u CaCO.,: CaO + CO: ^ CaCO,; Ca(OH): + CO, ^ CaCO, + H:0 Kod primjene krečnog materijala kao sredstva za kalcizaciju (kalcit'ikacijtij, reakcija koja nastaje u tlu može se prikazati na slijedeći način: Acl.soriuiviii kompleks lla = Ca _H
Atlsoi-plifiii
+2Ca(HC0,): ^ kompleks -H -H lla = Ca ^Ca +4H:C0, = Ca Sa kalcizacijom (kalcifikacijom) se postiže nekoliko važnih momenata, kao štosu: . -
dolazi do neutralizacije kiselosti u tlu.
-
povećava se količina pristupačnog Ca za biljke,
-
dolazi do povećanja mobilizacije fosfora u tlu iz nerastvorljivih željeznih fosfata, -
poboljšavaju se mikrobiološki procesi u tlu,
-
dolazi do poboljšanja strukture tla,, jer Ca-ion dovodi do koagulacije teksturnih
elemenata u mikrostruktunie agregate, a takode CaCO, služi kao lijepak (cement) za povezivanje mikro u makro agregate, -
pri povoljnijein pH poboljšava se usvajanje mikroorganizama.
Za odredivanje doza kreča postoji više metoda. Najčešće se koristi V, supstitucijskog ako se želi postići pH 6, ili hidrolitičkog aciditeta, ako se želi postići pH 7 (neutralna reakcija). Potreba za izvođenje kalcizacije (kalcifikacije) ocjenjuje se po slijedećim kriterijumima: Yi <4
- kalcizacija (kalcifikacija) nije potrebna
Yi 4-8
- kalcizacija (kalcifikacija) nije obavezna
Y| > 8
- kalcizacija (kalcifikacija) je nužna
Potrebne doze kreča određuju se mjerenjem pH tla u suspenziji normalnog Ca-acetata, pomoću potrebnih tabela. 263
Hernija tla Kod kalcizacije (kalcifikacije) pjeskovitih tala treba voditi računa da se ona suviše ne kaleificiraju. Naime, ova tla imaju malu pufernu moć. tj. vrlo se slabo odupiru promjenama reakcije. Dodavanje visoke količine kreča na ovim tlima može dovesti do nagle promjene reakcije, što može da uništi i cjelokupnu mikrolloru u tlu, te se preporučuje pjeskovita tla kalcificiiati sa manjim količinama krečnog materijala, a u češćim navratima. Glinuše i ilovače se mogu kalcificirati odmah sa predviđenim visokim dozama krečnih materijala, bez opasnosti da će doći do štetnog djelovanja, jer ova tla imaju dobru pufernu moć. Ti'esetna tla zahtijevaju visoke količine kreča, jer imaju mnogo veću pufernu moć nego mineralna tla.
20mesh'30mesh ® lOOmesh. Veličina čestice (uvećanje 10 puta) Slika 95. Odnos između dimenzije česlica kalcila i dolomita i stepena reakcije ovih minerala sa tlom. Kalcit dalih dimenzija brže reaguje od dolomita istih dimenzija. (Podaci od Scholienberger i Šalter. 1943). Mesh (ineš) - Označava broj sita kro: koje se materijal prosijava npr. 10 iiu'scli. otvori rupica no siui 2 mm 60 mesh. otvori rupica na sini 0,25 mm 200 niesli, otvori rupica na silu 0.07.5 nuu 264 Hernija tla Kalcizacija (kalcifikacija) tla se može primjenjivati LI bilo koje vrijeme LI 'godini, što zavisi od drugih poslova na imanju. Obično se radi u jesen. Krečni materijal će imati utoliko bolje dejstvo, ukoliko je bolje izmiješan sa tlom. Što su dimenzije materijala koji se primjenjuje manje, reakcija je brža, slika 95. 6.3.4. Optimalno pH područje Za svako tlo postoji jedno optimalno stanje pH reakcije (tabela 42), tj. područje u kojem određene biljke najbolje uspijevajti. Ovo optimalno područje na prvom mjestu je
ovisno od sadržaja humusa i teksture tla. Prema Bergmannu, Gutheru i Witteru (1965) optimalna područja pH reakcije, obzirom na teksturni sastav i sadržaj humusa su slijedeća: pH u funkciji sadržaja humusa i teksturnog sastava tla Tabela 42. Sadižaj Teksturna klasa
pH
humusa
u KCI
<10
Glinuše Ilovače, praškaste ilovače Ilovaste prahulje Kod koriščenja kao oranice
7.0-6,8
Glinuše. ilovače i prahulje:
6.5-6,0
koriščenja kao travnjaci
>10%
Pjeskovite ilovače
5,7-6,3
Ilovaste pjeskLilje
6.2-5,8
PjeskLilje
5,7-5.3
Ilovače
6,0-5,5
Pjeskulje
5,0-4.6
Uticaj pH tla na izmjenjivi aluminijum u smješi tla i pijeska (1), 0 % organske materije i smješi tla i treseta (2), 10 % organske inaterije se vidi na slici 96. Očigledno je da organska materija veže aluminijum u neizmjenjivoj formi. Tako organska materija vezujući aluminijum za sebe, potpomaže bolji porast biljaka pri niskim pH vrijednostima i njenom visokom sadržaju u tlu. Reakcija tla u mnogome ovisi o prirodnim uslovima i važan je indikator stanja tla. Na pH reakciju tla utiču svi faktori nastanka tla, kao što su matični supstrat, klima, reljef, biološki faktori i čovjek. 265 Hernija tla 0% 0,M.
pH tla Slika 96. Efekat pH na izmjenjivi alnniinijnin n mješavini tla i pijeska (0 ''/r organske materije) i mješavini tla i treseta (10 9r organske materije) i-i Reakcija tla često služi kao indikator stanja bazičnosti i vrste kationa u adsorpcijskom kompleksu tla. Zbog toga treba obratiti pažnju na slijedeće: -
reakcija ispod pH 4,5 je rjeđa u prirodi i pokazuje zasićenost tla Al'" i H" ionima pri čeimi je sadržaj baza u adsorptivnom kompleksu neznatan. Ovakvo stanje je često karakteristično za tresete.
-
pri pH reakciji od 4,5 - 5,8, stepen zasićenosti bazama je jako nizak, tlo u adsoiptivnom kompleksu sadrži veliku količinu Al'" iona, pri čemu su inobilni (lahko rastvorljivi) Al"'" ioni toksični za biljku. Pri ovakvoj pH leakciji štetno djeluju još i željezo, mangan, cink i kobalt,
-
akoje pH reakcija 5,8 - 6,5 stepen zasićenosti bazama iznosi do 90 %, a umanjena kiselost je posljedica prisustva organskih kiselina, humusa, aluminijui"na i vodonika.
-
kod pH reakcije 6,5 - 8,0 tlo je skoro potpuno zasićeno bazama, ali nema slobodnog CaCO? ili se nalazi u strukturnom agregatu, odakle ne može slobodno difuzijom da pređe u rastvor tla.
266 Hernija tla -
reakcija tla 8.0 - 8,5 ukazuje da se u adsorpcijskoni kompleksu nalaze isključivo kalcijum i magnezijum ioni, a u tki slobodni CaCO;,.
-
tla sa pH reakcijom 8,5 - 9,0 pokazuju da se u tlu nalazi velika količina adsoi bovanih iona natrijuma. a u rastvorti se javlja i Na:C05.
-
ako je pH reakcija iznad 9,0, onda je ona prouzrokovana visokim sadržajem iona kalijuma kako u rastvoru, tako i u adsorptivnom kompleksu tla. pH reakcija, ima značajan uticaj na druga hemijska svojstva i organizme u tlu (slika
97). pH naročito utiče na pristupačnost \'ećine hemijskih elemenata koji su važni za biljke i mikroorganizme. Toksični nivo elemenata kao .što su željezo, mangan i aluminijum se nalazi pri niskom pH, a nedostatak željeza i mangana pri visokom pH. Pristupačnost azota. mangana i molibdena, ograničena je pri niskom nivou pH tla, dok je pristupačnost fosfora najbolja u sredini skale. Raspon pH za pojedine biljke može biti širok, ovisno o vrsti, što se vidi iz tabele 43. 267 Hernija tla Tolerantnost biljaka u odnosu na pH reakciju Tabela 43. Zalitjev biljke i
Fiziološki uslovi predstavljeni kao*
njena
Jako kiselo i Područje
tolerantnost
vrlo jako
umjerenog
slabo
kiselo tlo (pH
kiselog tla
alkalno tlo
< 5)
(pH = 5-6)
(pH = 6-8)
Lucerka Bijeli kokotac Asparagus Cikla Šećerna repa Karfiol Salata Spanać Crvena djetelina Grašak Kupus Bijela djetelina Mrkva
Slabo kiselo i
Pamuk Mačiji repak .lečam Pšenica Kukuruz Soja Zob Švedska djetelina Ikamatka Riža Paradajz Grahorice Stočni grašak Duhan Raž Heljda Bijela rosulja Krompir Feštuke Borovnica Brusnica Azalea (prii'odna) Rododendron (pi'ir.) * Odnos je veoma širok i baziran je na pH dijapazonu. Nivo pkidnosli se odreduje na bazi akluelnih odnosa. Ovakav pogled znatno pomaže u odlučivan.iu. da li.ie u neko tlo neophodno dodavali kreč ili sumpor, kako bi se promijenila j)H reakcija. 268 Hernija tla pH 6 GljiVi'cb
7
Bakterije.i aMinomicete .:Ca,IVlg K-, Fe,Mn,Zri,Cu,Co .. S ;Mp, S/ikn 97. Odnos karaklerisličan za nnneralna tla iztneđu pH reakcije i aktivnosti inikroelemenata pristupačnih za biljku. Zona niikrobne aktivnosti i pristupačnosti hraniva se u najvećem dijelu poklapaju u granici oko pH 6-7. 6.4. Rastvor tla Rastvor tla (zemljišni rastvor) predstavlja najpokretljiviji i veoma aktivni _d[o tla. On igra veliku ulogu u pedogenetskim procesima. U rastvoru tla se vrše procesi razgradnje i sinteze organskih matei;ija, minerala gline i obrazovanja oi-gano-mineralnih jedinjenja. U isto vrijeme rastvor tla predstavlja i izvor liranIjivih materija za biljke. Kod rastvora tla je važno poznavanje njegove koncentracije i sastava. Međutim, prije toga treba znati da padavine ne dospijevaju u tlo kao čista voda, već kao rastvor različitih gasova, soli i drugih materija koje voda rastvara prolazeći kroz atmosferu, U dodiru padavina sa čvrstom i gasovitom fazom tla, tlo sejoš više obogaćuje sa rastvorenim materijama, te zbog toga u tlu nikad nemamo čistu vodu, već rastvore različitih koncentracija i sastava. 269 Hernija tla Pojedini sastojci lastvoia tla mogu da se jave u različitim hemijskim oblicima. Na oblik, mobilnost i pristupačnost za biljku pojedinih elemenata .u rastvoru tla, presudan uticaj ima koncentracija i sa njom povezani osmotski pritisak rastvora, pH reakcija j^ pufana sposobnost rastvora, te oksido rcdukcioni potencijal. 6.4.1. Koncentracija tečne faze tla U porama tla se nalaze tečna i gasovita faza. Voda u tlu se ne nalazi kao čista voda, nego su u njoj rastvorene različite-"niaterije, u različitim koncentracijama. Tečna faza u tlu je jako promjenljiva i zavisi od cijelog niza procesa, u prvom redu od stepena raspadanja, kako organskog tako i mineralnog intenziteta ispii'anja. klime itd. U humidnim područjima ova koncentracija je malena, a u s.uhiin klimatima obratnoToiiaTe-biti veća.
Koncentracija tečne faze u humidnoj.klimi iznosi oko 0,05 %. u alkalnim tjjma ova koncentracija može da iznosi I i više procenata. Rastvorene materije se nalaze u disocovanom stanju. Visoka koncentracija u tečnoj fazi tla može da dovede do pojava deosmoze. a timel^prajjadanja biljaka. ............... Koncentracija sastava tla predstavlja sadržaj u vodi rastvorenih različitih mineraJiulC^^^^^^ izražava se u mg/l ili procejitima u odnosu na masu tla. KOTcentracija je u istom tlu promjenljiva vrijednost," jer rastvor tla neprekidno prima nove materije rastvaranjem primarnih minerala i produkata mineralizacije, desorpcijom iz adsorpcijskog kompleksa tla. mobilizacijom iz nerastvorljivih soli. TJoJ:akqđe gubj^raziLČite
sorpcijom ili pak flksacijoiii prelaze
u nerastvorljive oblike. Rastvorljivost se povećava sa porastom temperatiu'e rastvora kao i prisustvom CO; u vodi. Općenito se može reći da se tla sa manje od % soli smatraju nezaslanjenim, a iznad te vrijednosti zaslanjenim. 'koTicenTracija može biti različita po genetskim horizontima. 6.4.1.1. Osmotski pritisak rastvora Koncentracija tečne faze tla ima veliki značaj u tlu. Prije svega ona utiče na primanje vode od strane biljke, jer biljka prima vodu na osnovu razlika u osmotskom pritisku. Povećanjem koncentracije soli u rastvoru tla može doći do izjednačenja osmotskog pritiska u biljci i tlu. Pri ovakvom stanju biljka prestaje primati vodu, što se može označiti i kao fiziološka suša, pri čemu suša nije prouzrokovana samim nedostatkom vode, već fiziološkim poremećajem. Kod većih koncentracija soli u tlu, tj. većeg osmotskog pritiska u tlu nego u biljci, dolazi do 270 Hernija tla gubitka tiirgora i iiveiuića biljke, biljka se "sprži". Ova pojava Je karakteristična za 'slana lla, a ponekad i u slakleničko - plasleničkoj proizvodnji ili kad se vrši gnojidba mineralnim đubrivima u pretjeranoj količini uz samu biljku. Osmotski pritisak rasvora tla mc)že da se kreće u intervalu od 0,2-13.6 bari. što ukazuje da on pri visokim koncentracijama može da bude veći nego Je pritisak ćelijskog s61
Tečna faza sadrži u rastvorenom ili^ koloidno-rastvorenom stanju niz mineralnih i organskih materija. Važniji anioni i'astvora tla su; HCO", NO'", NO'", cr. so/". HoPOj" i HPO/". Medu kationima u rastvoru tla se nalaze svi oni koji ulaze i u sastav adsorbovanih kationa: Ca'", Mg"". Na", K", NH/, H", Al"" i Fe'". U veoma malim ' količinama se nalaze i mikroelementi: Mn'", Zn'", Cu'". CO'" i dr. Iz rastvora tla više biljke primaju ione biogenih elemenata u slijedećem obliku, prikazanom u tabeli 44. Tabela 44. Element
Ion u tlu
Element
Ion u tlu
Azot
NHj", NO:,". NO2" Bor
BO3'"
Fosfor
HPOj-". H,POj"
Mangan
Mn^ Mn^"
Kalij
K"
Cink"
Zn-"
Kalcij
Ca'"
Molibden
MüO/"
Magnezij
Mg'"
Bakar
Cu", Cu'"
Sumpor
so/-. SO,'"
Kbbalt
Co'"
Željezo
Fe-'", Fe'"'
Pravilnom gnojidbom treba postići dobru opskrbljenost tla sa svim osnovniin biogenim elementima u povoljnom odnosu za biljku u toku cijelog vegetacionog perioda. Voda u tlu sadržava rastvorljive soli, te se govori o rastvorima tla. U ovaj rastvor stalno dolaze nove količine materija iz čvrste faze, kada se na primjer djelovanjem biljaka ili ispiranjem uklone neki elementi. Na taj način stalno se 271 Hernija tla održava sistem dinamične ravnoteže između čvrste i tečne faze tla. Biljke se hrane iz ovakvih rastvora tla, te je poznavanje tečne faze interesantno i sa gledišta ishi'ane biljaka. Najveći dio hranljivih materija u tlu je porijeklom iz matičnog supstrata, a zatim jedan dio se unosi u tlo, putem đubriva, oborina, podzemne vode i drugim načinima: Hranljive materije se nalaze u različitim jedinjenjima, koja su uglavnom teško rastvorljiva. dok je samo mali dio ukupnog njihovog sadržaja pristupačan biljkama. Pristupačna hraniva dolaze pretežno u vidu iona rastvorenih u vodi, ili kao adsorbovani ioni. Prevođenje hranljivih materija iz teško rastvorljivih neorgahskih jedinjenja u rastvorljiva, označava se kao proces oslobađanja^ a organskih jedinjenja kao mineralizacija. Suprotan proces od ovoga, tj. prevođenje neorganskih jedinjenja u
nerastvorljiva naziva se fiksiranje, a u organska nerastvorljiva jedinjenja kao imobilizacija. Bilans hranljivih materija u nekom tlu ovisi od odnosa snabdijevanja tla sa hranivima (đubrenjem, oborinama, podzemnom vodom, biološkim vezivanjem azota) i gtibljenja hraniva iz tla (uzimanjem od strane biljaka, ispiranjem, erozijom, te prevođenjem azota u gasovito stanje). ..Najvažniji elementi zemljišnog rastvora su: -azot,
-magnezijum,
-fosfor,
-natrijum,
-kalijum,
,
- kalcijum,
'
-sumpor.
6.4.2.1. Azot (dušik) Azot je bitan element za biljni rast, jer je sastojak svih proteina, a odatle i cjelokupne protoplazme. To je biogeni elemenat, koji utiče na opći porast vegetacione mase. Biljke ga usvajaju kao NH/, NO:" i kao NO,/ ion. Azot se često nalazi u deficitu, te se redovno moraju s njim dubriti biljke. Nitratne forme azota se vrlo brzo ispiraju iz tla, dok se amonijačne mogu vezati u tlu i prema tome se i duže zadržavati. Sav azot koji dođe u tlo prirodnim putem je iz atmosfere (u atmosferi ga ima 78 % N), ali ovaj azot ne mogu koristiti biljke dok se on ne veže sa kiseonikom iii vodonikom. 272 Hernija tla Azot u tlu se nalazi najviše u formi organskih jedinjenja. te je humus i glavni izvor azota za biljke. Račiuia se da je preko 95 % azota u tlu vezano u organsku formti. i to: -
aminokiseline 30^0 % -aminošećeri -
5-10%
heteroeiklična jedinjenja prstenaste strukture
U našim tlima azota ima oko 0,02-0,4 %. i to pretežno u površinskim iioiizontnna, dok ga je .■ia uubnioni svc manje. Sadižaj azota ti Ap-liorizontu u mineralnim tlima iznosi u humidnoj klimi 0,1-0.2 %, što iznosi 3.000 do 6.000 kg N/ha u sloju do 20 cm (kod zapreminske gustine 1,5 g/cm'). Veće količine se nalaze ti travnjacima, šumi, tresetima. U tlu je veoma važna karakteristika odnos C:N. Ukoliko je taj odnos uži, tlo je bogatije sa azotom, odnosno plodnije je. Taj odnos u černozemu iznosi oko 10-12:1, dok kod zobene slame iznosi 80:1. C/N odnos je obično širi u kiselim nego ti neutralnim uslovima. Odnos C/N prema Wittichu za neke ktilture i tlo je prikazan ti tabeli 45. ________________________ Tabela 45. C/N
Rohhumus - sirovi
preko 25
humus Moder humus
25-18
Muli humus
20-14
Pšenična slama
100-85
Ražena slama
85-75
Zobena i ječmena
70-55
slama Zelena masa trave
oko 20
Leguminoze
20-10
Lišće (topole, bukve)
40-60
Iglice bora, omorike
50
Poluzgorjeli stajnjak
20
Iz tabele se vidi se da su organske materije tla bogatije azotom u poređenju sa biljnim materijalima i neorganskim izvorima. Ovi izvori i proces transfera vide se na slici 98. Kao mineralizacija azota ili amonifikacija označava se prevođenje organskih N jedinjenja (uglavnom amino - grupe) u NH4 - ione. Ova hidroliza se katalizira putem enzima od mnogobrojnih heterogenih mikroorganizama (bakterije, gljivice i protozoi). Mikroorganizmi koriste organske materije za energiju disanja i za azot, ugljik i druge hranjive elemente potrebne za sintezu ćelija. Ukoliko se oslobodi više azota nego što treba mikroorganizmima preostali NH4-joni prelaze u zemljišni rastvor ili ostaju u izmjenjivoj formi ili podliježu nitriflkaciji. Nasuprot 273 Hernija tla tome, ukoliko je sadržaj azota malen, mineralni azot iz tla uzimaju mikroorganizmi (imobiliziraju ga). Bjijriiipsla
:■.■
cihzif-:
Đubri.va
votlnjsKi otpad
Neorganski izvor azota (NHÍ + NO3) Slika 98. Dva glavna primarna izvora azota u tht i proces njegove tran.iforinacije Proees prevođenja u amonijačne ione naziva se amouifikacija. a NH4-iona u nitrate je nitrifikacija. Ovi su obliei pristtipačni za biljku, a to su različite soli - nitrati, nitriti i amonijeve soli. Praktično, luimtis je jedina rezerva azota ti tlu. Različiti organizmi tla, jednostavno, putem hidrolize organskog azota. kao krajtiji produkt proizvode NH4 i NO, ion. Ovaj enzimatski proees se može prikazati kao na slijedećoj šemi, koristeći se amino - grupotn (RNH;), kao priinjer izvora organskog azota: Mineralizacija +H1O
+0-,
^ ^ ^^^ ^ -[O] No; linobüizacija Prevođenje azota iz organskih i neorganskih jedinjenja, naziva se "mineralizacija azota". 274 Hernija tla Sa stanovišta biljne proizvodnje i održavanja dinamične mikrobiološke Aktivnosti u tlu, veoma Je važan odnos ugljika i azota (C/N) u tlu. organskoj materiji i mikroorganizmima. Odnos između organske materije i azota u tlu (C/N), usko korelira sa lipom tla i prilično je konstantna veličina. Za mineralna tla u sloju od 0-1.') cm. ovaj odnos se kreće od 8:1 do 15:1, a u prosjeku iznosi 10:1 do 12:1. Na ove vrijednosti, ipak najveći uticaj ima klima u regionu, pri čemu je u aridnim područjima odnos C/N manji u' odnosu na humidna područja pri istoj prosječnoj godišnjoj lemperaiuri. Slično je i u područjima, gdje je veoma vruće, ili veoma iiladno. s istim prosjekom padavina. Prema Jenny-u (1929),
sadržaj azota opada, ukoliko srednja godišnja temperatura raste i obrnuto. Generalno je odnos C/N manji u potpovršinskim,,nego u površinskim slojevima. Odnos C/N u biljnom mateiijalu varira ir rangu od 20-30:1 kod leguminoza i stajnjaka, 100:1 kod slame, ili 400:1 kod pilotine. Kod mikroorganizama, odnos C/N je različit. Bakterije imaju ovaj odnos povoljniji i nešto su bogatije sa proteinima nego gljivice. Općenito se ovaj odnos kod mikroorganizama kreće od 4:1 do 9:1. Održa\anJe povoljnog odnosa C/N j,i tlu i upravljanje organskom materijom u savremenoj proizvodnji, ima presudan značaj, jer bez organske materije i humusa u tlu nema stabilne i sigurne proizvodnje. Naročito je važno kod unošenja oiganske mateiije u tlo da ne dozvolimo azotnu "depresiju" u toku vegetacione sezone i zaustavljanje ciklusa nitrifikacije od strane mikroorganizama. Pri razlaganju humusa, pod uticajem mikroorganizama, najlakše se oslobađaju amino kiseline, koje kasnije pod uticajem amonifikatora, otpuštaju ion NH4. a što se naziva ''mineralizacija" organskog azota, Mineralizacija je proces ovisan 0 kvalitetu humusa, klimatskim prilikamaii mikrobiološkoj aktivnosti. Pošto je amonijumov ion porijeklom i od biljnih ostataka, azot u njima Je uglavnom u obliku proteina. Proteini su dalje podložni hidrolizi, pri čemu se razlažu na amino kiseline na koje djeluju amonofiksatori. Ovako nastale amonijačne soli, mogu iskoristiti biljke ili niikroorganizn-ii na koji način se uključuju u proces humifikacije. Na ovaj način, azot ponovo prelazi u organska jedinjenja, pri čemu dolazi do njegove imobilizacije. a) Nitrifikacija - je ustvari prevođenje amonijaka (NH4") iona. kao polaznog materijala u procesu nitrifikacije tj. obrazovanja nitrata. Proces nitrifikacije se odvija u dvije faze i to: Pn'a faza: 2NH, + 30. ^ 2HN0: + 2H2O ili NH4" +-V: 6: ^ NO:" + H.O + 2H" + 352 KJ 275 Hernija tla Ovaj proces se vrši djelovanjem bakterija Nitrosomonas, pri čemu se dobije azotasta kiselina. Druga faza: 2HN0: + O,2HN0, ili N0: + '/2 0;^N0.i + 74,5 KJ Ovaj. proces se vrši pod uticajem bakterija Nitrobacter, pri čemu se dobije Reakcija oksidacije amonijaka i HNO2 je za autotrofne bakterije nitrifikatore izvor energije, koju one iskorištavaju za sintezu organske materije iz CO2. Soli azotaste
kiseline se uglavnom, ne akumuliraju u tlu, zbog toga što prelaze u azotnu kiselinu, koju neutrališu baze iz tla. i na taj način grade nitrate, kao hiaiijive oblike azota za biljke i organizme. Optimalni uslovi (maksimalna količina nitrifikacije) se odvijaju kod pH reakcije 5,5 do 8,0 pod uslovom da su i ostali uslovi zadovoljeni. b)
Deiiitrifikacija - označava redukciju nitrata i nitrita do oksida azota (NO.v) i
iTiolekulskog azota (N2). Proees se odigrava pretežno biohemijskim putem, u kiselim tlima dijelom takođe dolazi i do hemijskih reakcija. Denitrifikacija se vrši kod većeg stepena prezasićenosti tla sa vodom od ukupnog volumena pora (nedrenirana tla) što ograničava prozračivanje tla. U ovakvim uslovima, neke bakterije heterofiti iz roda Pseudomonas, Micrococcus i Basilliis. kod nedostatka kiseonika koriste nitritni i nitratni kiseonik, umjesto slobodnog atmosferskog kiseonika, kao akceptora hidrogena. Redukcija nitrata postepeno dovodi preko nitrita do formiranja azota u vidu gasa na slijedeći način: NO, NO2 ^ NO N2O -> N2 Gubici azota deiiitriflkacijom, mogu biti vrlo različiti od 5-50 % ukupno dodanog. c)
Fiksacija amonijaka - Tla koja sadrže silikate po pravilu fiksiraju NH4. Kao
fiksacija NH4 označava se kod oksidacije u rastvoru koji sadržava K. Sadržaj fiksiranog azota, može da iznosi u tlu od 150 do 850 mg/kg NH4 - N. Niže vrijednosti su prisutne u pjeskovitim, a više u glinovitiin tlima. Tlo se obogaćuje azotom na abiotski i biotski način. Biotski način je fiksiranje azota pomoćti različitih mikroorganizama, kao što su nesimbiotske bakterije iz roda Azotobacter i Nitrosomouas. Količina ovakvog azota u tlu godišnje iznosi oko 10 kg N/ha, a u dobro kultivisanom tlu 20 do 30 kg/N/ha. 276 / Hernija tla Vezanje azota simbiotskim organizmima, vrši se uglavnom putem kvržičnili baterija, koje žive u simbiozi sa leguminozama. Pomoću njih u tlo se može unijeti 40-200 kg N/ha godišnje (slika 99). Abiotskim načinom vezivanja, azot iz atmosfere se veže sa kiseonikom ili vodonikom uz pomoć električnog pražnjenja. Sa oborinama u tlo se na ovaj način unesu male količine NH^ i NOj (2-13 kg N/ha godišnje). Osim električnim pražnjenjem (stvaranje oksida azota), azot u tlo se unosi i otapanjem amonijaka u kišnici. Depozicija azota iz
atmosfere iznosi između 20-30 kg N/ha/god. U blizini industrijskih preduzeća i kod držanja velikog broja stoke, te količine iznose cea 100 kg/ha/god. Azot se gubi iz tla na različite načine, jer se slabo veže i podložan je ispiranju i to: -
putem biljaka, prosječno godišnje se iznese iz tla do 76 kg N/ha,
ispiranjem se gube naročito nitrati (ioni NO'" i NO'"), jer su lahko rastvorljivi u vodi te se gube ocjednom vodom.
160
20 40
80
120
160
Doza dodatog azota (mg/posudi) 200 SUka 99. Uticaj dodatog neorganskog azota na ukupni azot kod djeteline (leguminoie). Dodavanjem azota smanjuje se njegova količina koja se fiksira putem rizobnili mikroorganizama na korijenu djeteline. Ogled u stakleniku. Walker et al. (1956). feikiorFfe;.' Hernija tla — erozijom može doći do znatnih gubitaka organske matei'ije. a time i azota, -
gubici azota u gasovitom obhku tzv. procesima denitrifikacije. Ovaj proees se naroćito dešava ti tlima sa slabom aeracijom. Tada nitrate redukuju izvjesni organizmi da bi za sebe dobili kiseonik. Ispiranje azota (N) ti podzemne vode" obzirom na način korištenja tla prema. Lubbe-ti
(1983) se kreće: Način korištenja Ispiranje u kg/ha/god -travnjaci
5-15
-šume
5-10
-
oranice žitarice
20 - 70 20 - 30 -okopavine 20-45 -crni tigar
100-175
Povećanjem stepena okulturnjenosti tla povećava se uz to i sadržaj azota. Sadržaj azota se javlja kao bitan faktor plodnosti tla, te ima veliko značenje karakter mobilizacije azotnog fonda u tlu i mogućnost njegovog iskorišćavanja od strane biljaka. Intenzivna mineralizacija nije uvijek poželjna, jer humtis ti tki titiče pozitivno, ne samo na hemijska, već i njegova fizička svojstva, a naročito strukturu. Čak i kad je visok sadržaj htimtisa u tlu, potrebno ga je dubriti sa azotom, jer samo njegovo prisustvo nije dovoljno za zadovoljavajuću ishranti biljaka. U intenzivnoj proizvodnji to je obavezan zahvat. Azot obavezno povećava prinos (biomasu), ali ti nedostatku drugih hraniva u pristupačnom obliku, može se umanjiti kvalitet proizvoda što je karakteristično za: šećernu repu, krompir, dtihan, vinovu lozti i td. Pri ovom dolazi do prodtižetka vegetacione sezone i slabije otpornosti na bolesti i štetočine. I ioni NH4" se mogti fiksirati u tlima bogatim sa ilitom u međtilamelarni prostor zajedno sa ioniina K". NHj^ Micela NH/ Micela NHj" (h rastvoru tla)
(izmjenjiv)
(fiksan)
Pretjerano đubrenje sa kalijtimovim đtibrivom može dovesti do istiskivanja iz rešetke NH4" iona i fiksacije K" iona na njegovo mjesto. 278 Hernija tla 6.4.2.2. Fosfor Odmah poslije azota, fosfor i kalijum su najvažniji esencijalni elementi koji utiču na kvantitet i kvalitet biljnih proizvoda. 6.4.2.2.1. Izvori i sadržaj fosfora Za razliku od azota biljka se ovmi elementmia ne obezbjeduje kroz biohemijsku fiksaciju već iz drugih izvora; -
litosfere.
-
komercijalnih đubriva,
-
putem životinjskog stajnjaka,
-
biljnim ostacima (zelenišna gnojidba),
-
putein ljudskog, industrijskog i kućnog otpada,
preko prirodnog sadržaja fosfora i kalijuma u tlu bilo u organskoj ili neorganskoj formi. U tlu fosfor se Javlja u vrlo malim količinama i to u obliku soli foslata, najčešće
kalcijuma [apatit - Ca(0H)2 ■ Ca.^lPO^):!. Osim apatita fosfor se nalazi u tlu i u obliku fosforita. Sadržaj fosfora u tlu se kreće od 0,02 do 0.08 % P ( 1 % P odgovara 2,29 % P:Oj)odnosno u prosjeku 0,05 %. Pristupačnog fosfora u tlu ima rijetko do 0.01 %. Fosfor se nalazi u neorganskim i organskim jedinjenjima. ,Dio organskog fosfora u oranici mineralnog t1a se koleba oko 25 - 65 Fosfor u tlu se nalazi u slijedećim oblicima: fosfati Ca, Al i Fe, sorbiranma vanjskim površinama oksida Al i Fe i minerala gline i organski vezani fosfor. Fosfatni anioni imaju jaki nukleofilan karakter." Zbog toga on ima visok afinitet prema elektrofilnim kationima kao što^su Fe'". Al"'". a takode i prema Ca"". .Iz ovih jedinjenja fosfor dospijeva u rastvor tla u obliku PO/', HPO4" i HiPO^" iona, koje biljke i mikroorganizmi koriste u svojoj ishrani. ' Mobilizaciju fosfora iz minerala pospješuju mikroorganizmi i to zahvaljujući tome što proizvode 2-keto-glukonsku, sirćetnu.oksalnu i druge kiseline, koje potpomažu rastvaranje fosfornih minerala. Teško rastvorljivu formu Fe i Al -fosfata razlaže H.S kao mikrobiološki proizvod (Gray i Williams, 1971). 279 Hernija tla 6.4.2.2.2. Značaj fosfora Esencijalna uloga fosfora u porastu biljaka i njegov značaj, vidi se u radovima mnogih autora, a posebno Khasa\vneh et al. (1980). On je sastavni dio adenozin difosfata (ADP) i adenozin trifosfata (ATP), dvije komponente uključene u najvažnije energetske transformacije u biljci. ATP se sintetizira iz ADP kroz disanje i fotosintezu, sadrži visokti energetsku fosfatnu grupu, koja pokreče mnoge biohemijske procese kojima je potrebna energija. Na primjer, tisvajanje nekih hraniva i njihov transport kroz biljku, kao i sinteza novih molekula je proces, koji troši energiju, koju ATP pomaže da biljka ostvari. U životnom ciklusu biljaka fosfor takođe ima važnu ulogu. Fosfor je ecencijalni sastojak dezoksiribonukleinske (DNA) kiseline, kao nosioca genetskog naslijeđa biljaka i životinja, kao i različitih formi ribonukleinske (RNK) kiseline za sintezu bjelančevina. Kao što se vidi fosfor je očigledno nezamjenjiv u brojnim procesima metabolizma. S aspekta kvaliteta uzgajanih biljaka, fosfor ima značajan uticaj na:
-
-
proces fotosinteze,
-
fiksaciju azota,
sazrijevanje biljaka i plodova (cvjetanje, plodonošenje i formiranje sjeinenki), -
razvoj korijena, posebno lateralnog i obrastajučeg,
-
čvrstoču stabljike kod žitarica što spriječava polijeganje,
-
unapređuje kvalitet biljaka, naročito trava i povi'ća.
6.4.2.2.3. Forme i pristupačnost fosfora za biljku Forma u rastvoru tla ovisi od reakcije. Tako kod pH 6 je 90 % - iona, kao H2PO4, a 10 % kao HPO4 - ioiii. Kod pH 8 ovaj je odnos obrnut: PO4 - ioni iinaju veću zastupljenost tek iznad pH 9,5. Već je rečeno daje najvažniji primarni izvor fosfora u tki mineral apatit, fosfat kalcijuma, koji osim toga sadrži i male količine fluora i hlora. Fosfor dolazi u sekundarnim oblicima kao i jedinjenje kalcijuma, magnezijuma, gvožđa aluminijuma, i u organskim jedinjenjima (na primjer fitin, fosfilopoidi nukleoproteini). Biljke uzimaju fosfor iz rastvora tla u obliku H2PO4-, HPO4"- i PO4'" iona, odnosno kao mono, di i tri-fosfati. 280 Hernija tla Kada biljke apsoituju fosfor iz rastvora, daljnje količine se oslobađaju iz t1a i nadoknađuju ono što su biljke uzele. Fosforni ioni iz rastvora predstavljaju glavni izvor fosforne hrane za biljke. Al-fosfati i Fe-fosfaii se nalaze u jako kiselim tlima (ispod pH 4). Fosfor se lahko veže na čestice tla, te se slabo premješta iz tla, što je vrlo važno sa praktične tačke gledišta, kod dubrenja sa fosfornim đubrivima. Faktori koji utiču na veću pristupačnost fosfora u tlu su: pH tla, visoki sadržaj fosfora u thi, sadržaj vlage u tlu, sadi'žaj organske materije i sadržaj slobodnih seskvioksida. Međutim, pristupačnost fosfora u najvišem smislu je određena: -
pH reakcijom tla,
-
prisustvom rastvorijivog željeza, akmiinijuma i mangana,
-
prisustvom gore navedenih elemenata u mineralima (čvrstoj fazi tla),
-
prisustvom pristupačnog kalcijuma i kaleijevih minerala u tlu,
-
količinom i stepenom razgrađenosti organske matei'ije i
-
aktivnosti mikroorganizama.
Prva četiri faktora su u međusobnoj interrelaciji sve dok pH tla ne preusnijeri reakciju fosfora sa različitim ionima i mineralima. U jako kiseloni rastvoru nalazi se samo H:P04" ion. Ako se pH povećava, prvo se javlja HP04'"' ion, a zatim na kraju P04'" ion je dominantan. Ovo se vidi iz formule i slike 100. OHH:P04"
OH" ^ H2O + HPO4" ^ H:0 + PO4'"
f vrh kisela reakcija rastvora ila)
H* (veoma alkalna reakcija rastvora ila)
Tla koja su bogata na gvožđu i aluniinijumu imaju veliku moć da fiksiraju fosfate i na taj način ih imobilišu. Fosfor vezan u organskoj materiji tlaje ninogo pristupačnija forma od one u mineralnom dijelu. 281 Hernija tla
pH rastvora Slika ¡00. Odnos između p¡-¡ reakcije rastvora l¡a i rdalivne koncentracije tri rastvorljive forma fosfora. U normalnim tlima preovlađuju H;POi ioni. Biljke najče.šće usvajaju l-¡2P0j~ i HPOi~ ione. Brady (1990). U organskoj formi fosfor može biti mineralizovaii i imobiliziran takode, na isti generalni način kao što se to događa sa azotom, a moguće i sumporom. Mineralizaeijom humusa oslobađa se mineralni fosfatni ion (HiPO/), koji može biti usvojen od strane biljke, ili fiksiran u nerastvorljivu fortnu. Organski ostaci u tlu siromašni sa fosforom nakon dospijeća u tlo, pospješuju aktivnost mikroorganizaina, a pristupačni HiPO/ u tlu će privremeno nestati isto kao što je to slučaj pristupačnog NH/, NO./ i SOj'" iona. Imobilizacija mikroorganizmi
Organska forma P Fe'^AI-.Ccr H,PO, Fe, Al, Ca fosfati mikroorgartizmi Mineralizacija 282 Hernija tla . Prema podacima £1-Bariini and Olsen (1979) pri unošenju stajnjaka u tlo u dozi od 40 t/ha. rastvorljivog fosfora se u procesu mineralizacije oslobodi oko 60 ppni. Veća količina stajnjaka u tlu proporcionalno oslobađa veću količinu rastvorljivog i pristupačnog mineralnog fosfoia. Fiksacija fosfora je naročito velika u kiselim tlima. Kalcizacijom (kalcifikacijom) se smanjuje kiselost, te se dodavanjem kreča tlu, smanjuje i'astvorljivost gvožđa i aluminijuma, a time i mogućnost fiksacije fosfora u llu. .Ako se primjene male doze fosfornih đubriva na jako kiselim tlima, neće se pojaviti skoro nikakav efekat na usjevima, usljed toga što se cjelokupna količina primjenjenog fosfora u tlu veže. Zato se tlo sa fosforom treba obilno đubriti. Količina fosfora u tlu je obično mala, a time i njegov ukupni pristupačni sadržaj. U alkalnim tlima dolazi do stvaranja teško,rastvorljivog Ca-fosfata. dok se u kiselim tlima stvaraju teško rastvorljivi Al- i Fe-fosfati. u kojima je fosfor čvrsto vezan, tj. nepristupačan z.a biljke. Najpovoljnija je neutralna reakcija, u čijem su području, teško rastvorljivi Ca-, Al- i Fe-fosfati malo postojani i prelaze u rastvorljive forme. Sadržaj pristupačnog fosfora u tlu se iskazuje u mg PiOj/100 g tla ili u mg/kg (mg/100 g x 10 = mg/kg), dok se sadržaj ukupnog fosfora izražava u procentima. Obično se uzima da jedan miligrani P:Oj/100 g tla odgovara 30 kg P;05/ha do 20 cm dubine (pod uslovom da je volumna gustina tla 1,5. odnosno da je jedan hektar tla težak 3 miliona kilograma do 20 cm dubine). Sadržaj pristupačnog fosfora može se izraziti i u kg/ha. j Za određivanje fosfora koriste se različite metode, od kojih se danas najviše primjenjuju tzv. DL- i AL-metoda. Ove metode su povoljne, naročito AL, jer se mogu koristiti i za kisela i za alkalna tla. Granične vrijednosti za fosfor po AL-metodi prikazane su u tabeli 46. Tabela 46.
Obezbijeđenost mg P2O5/IOO g tla Slaba
< 10.0
Osrednja
10,1-20,0
Dobra
>20.0
U tabeli 47 se navodi ocjena obezbijeđenosti tla sa fosforom. 283 Hernija tla Ocjena obezbjeđenosti tla sa fosforom (P2O5) Kuntze et al. 1994. Tabela 47. Oznaka klase
Mineralno tlo Tresetno tlo
prema sadržaju
ing/100 g tla mg/100 cnv'
- mali
4-6
<3
- srednji
7-15
3-5
- visoki
16-30
6 - 10
- vrlo visoki
31-50
11-15
- ekstremno
>50
> 15.
visok 6.4.2.3. Kalijum Kalijum se u prirodi ne nalazi u elementarnom stanju, nego jedino vezan sa drugim elementima. Sadržaj ukupnog kalijuma u površinskom sloju pjeskulje ili tresetišta iznosi svega 0,05 %, dok u nekim teškim tlima može porasti i do 4 %. Prosječno ga ima do 1,5 % u našim tlima ili oko 30.000 kg/ha u oraničnom sloju. Kalijuin se nalazi u tlu: u rastvoru tla, adsorbovan na koloidnoj čestici tla i fiksiran unutar kristalne rešetke minerala gline. Za biljke je pristupačan onaj kalijum koji se nalazi u rastvoru, kao i veliki dio adsorbovanog kalijuma, i samo neznatan dio fiksiranog kalijuma (fiksirani kalijum je tako čvrsto vezan za čestice, da ga biljke ne mogu skoro uopće da koriste). Ukoliko se više kalijuma doda tlu u vidu đubriva, može da nastupi njegova fiksacija za čestice tla. Održavanje tla u stanju dobre mrvičaste strukture, spriječavanje ekstremnog isušivanja tla (na primjer malčovanje) su mjere sa kojima se može u znatnoj mjeri ograničiti fiksiranje kalijuina od strane tla.
Pristupačnost kalijuma za biljku može se klasificirati u tri grupe: a)
nepristupačni,
b)
pristupačni i
c)
slabo pristupačni U mineralnim tliina 90-98% ukupnog kalijuma u tlu je u relativno nepristupačnoj formi,
slika 101. 284 Hernija tla
Slika 101. Relativni odnos iikiipnog kalijuma u odnosu na nepristupačni, .slabo pristupačni i pristupačni oblik. Najveći dio kalijuma nalazi se vezan u feldspatima i liskunima. Ovi minerali su prilično otporni na razlaganje i daju relativno malu količinu kalijuma tokom vegetacione sezone. Svega je 1-2% od ukupne količine pristupačno za biljku. Pristupačni oblik kalijuma se nalazi u dvije forme i to: a) u rastvoru tla i b) kao izmjenjivi kalijum adsorbovan na površini koloida tla. Međutim, ova forma kalijuma u tlu podložna Je ispiranju i trajnim gubicima. Prisustvo kalijuma u mineralima građe tipa 2:1, kao što su vermikulit, montmorilonit i drugi, može uzrokovati da se ion K" kao i ioni NH/ iz rastvora tla ne samo adsorbuju, već i "fiksiraju" putem zemljišnih koloida u interlamelarne prostore rešetki minerala. Dimenzije ovih iona i razmak između lamela se podudaraju za ovakav proces. Ovi se ioni ne mogu istisnuti običnom metodom izmjene, i zbog toga se nazivaju neizmjenjivi ioni koji nisu pristupačni za više biljke. Fiksacija kalijuma, prije svega zavisi od: -
prirode koloida tla,
-
procesa vlaženja i sušenja tla,
-
smrzavanja i odinrzavanja tla,
-
prisustva suvišnog kreča.
285 Hernija tla Vlaženje, sušenje, smrzavanje i odmrzavanje tla pokazuju vezivanje kalijuma u neizmjenjive forme, kao i njegovo rastvaranje u zemljišni rastvor. Iako je praktična važnost ovih uslova prepoznata i ustanovljena, mehanizmi toga djelovanja još nisu razjašnjeni. Sposobnost koloida da vežti kalijum, znatno varira. Grtipa minerala sa tipom rešetke 1:1, kao što je kaolinit, veže malo kalijtima. S drtige strane, minerali tipa 2:1, kao što su vermikulit i ilit, fiksira kalijum ti značajnoj mjeri i ti velikim količinama između negativno nabijenih slojeva kristala često skupa sa NH/ ionom. Vermikulit ima jači kapacitet fiksacije kalijuma od iiiontmorilonita. Primjena kalcizacije (kalcifikacije) ponekad utiče na fiksaciju kalijuma u tlu. To se objašnjava na način da povećanjem pH dolazi do oslobađanja vodonika i hidroksida aluminijevog iona, ili se neutraliziraju, što omogućtije lakši pristup kalijuma površini koloida, gdje može biti fiksiran, slika 102.
SUka 102. Uticaj pH na fiksaciju kalijutna u tlu u Indiji, Grewal i Katnwar (1976). Sadržaj pristupačnog kalijuma se iskaztije ti mg K.O/IOO g tla ili u kg/ha (tng/l 00 g tla X 10 = mg/kg), slično kao i kod fosfora. Granične vrijednosti za kalijum po Kuntze-u, date su u tabeli 48, a po AL- metodi u tabeli 49. 286 Hernija tla Ocjena obezbjecienosti tla sa kalijumom (KjO) Kuntze et al. (1994) Tabela 4S.
Oznaka tla
Prema
u čestica gline < 2 za tresetno
sadržaj
mikrona
prema
lahka tla
srednje
teška
sadržaju
do 12
teška
>25
mg/100 g tla
tlo mg/100 cm'
13-25
- mali
<4
<6
<8
<4
- srednji
5-11
7-14
9-19
4-7
- visoki
12-20
15-25
20 - 33 8- 12
- vrlo vi,soki
21 -30
26-40
34 - 50 13- 18
- ekstremno
> 30
>40
>50
> 18
visok Tabela 49. Obezbijeđenost Sadržaj pristupačnog K2O u mg/l 00 g tla Slaba
<10.0
Umjerena
10.1-20.0
Dobi'a
>20.0
6.4.2.4. Kalcijum Kalcijunrje biogeni. bitan element za biljke, životinje i čovjeka, a iz tla ulazi u lanac ishrane. Sadržaj kalcijuma u tlu iznosi 0,1 do 1,2% (T/o Ca odgovara 1,40 % CaO). Ovaj sadržaj je veći u tlima koja Sadrže u sebi karbonate (CaCO.i) ili su nastala na gipsanim stijenama (CaSOa). dok je sadržaj manji u tlima nastalim na pijesku i ekstremno kiselim šumskim tlima. Kalcijum se nalazi u formi kalcita (CaCO^O. dolomita Ca, Mg(COi):, zatim u formi sulfatnog gipsa (CaSOa) ■ 2H:0, a kalcijev ion se pretežno nalazi u izmjenjljivoj formi. Kod zemljišta gdje je pH veći od 7, udio Ca - iona je preko 80 %, a u ekstremno kiselim šumskim tlima samo 1-5 %. U obrađenim tlima rijetko se javlja nedostatak kalcijuma. Nedostatak kalcijunia se može javiti na voćarskim kulturama, gdje se na listovima javljaju fleke smeđe boje. Slične pojave su i na paradajzu, celeru, i karfiolu. Biljke ga uzimaju u vidu Ca"" iona. U srednje evropskim klimatskim uslovima kalcijum se ispira godišnje u količinama od 30- 350 kgCa/ha. Kalcijum se nalazi u prirodi jedino u vidu jedinjenja sa drugim elementima, na primjer, kao krečnjak, dolomit, gips, lapor, te u nekim silikatnim stijenama. Tlo nastalo na krečnjačkom supstratu ne mora sadržavati kalcijuma.
287 Hernija tla naročito u iiuniidnoj i
Hernija tla 6.4.2.4.1. Kalcizacija (kalcifikacija) tla Obzirom na velike površine kiselih tala, u svijetu i kod nas, intenzivno mineralno đubreiije, visoke prinose i si, u tlu je sve manje kalcijuma pristupačnog za biljku. Zbog toga se kalcizaciji (kalcifikaciji) kao agromelioracionoj mjeri daje sve veći značaj u procesu očuvanja plodnosti tla. Kalcijum i magnezijum iz krečnjačkog materijala u tlu reaguju sa ugljen dioksidom i sa kiselim koloidnim kompleksom. Kalcijum oksid, kalcijum hidroksid 1 kalcijum karbonat u tlu reaguju sa ugljen dioksidom i vodom praveći u međusobnim reakcijama bikarbonatne forme: CaO + H.O + 2C0: ^ Ca(HC0.^,)2 Ca(OH): + 200. ^ Ca(HCO.,): CaCO.i + H:0 + CO, ^ Ca(HC03)2 Ovo je slučaj kad se radi o čistom krečnjačkom materijalu, pri čemu je parcijalni pritisak ugljen dioksida u tlu, obično nekoliko stotina puta veći nego u atmosferi, odnosno generalno je dovoljno visok da ostvari ovakve reakcije. Krečnjački materijal reagovaće sa kiselim tlom na način da kalcijum i magnezijum zamjenjuju vodonik i aluminijum u koloidnom kompleksu. To se može vidjeti na primjeru adsorpcije kalcijuma i zamjene vodonika na adsorptivnom kompleksu tla: H' H* H* Micela Micela + Ca(0H)2 + Ca(HC.O.02 II rastvoru tla Ca-" CaMicela Micela + 2H2O + 2H2O + 2C0, Micela + CaCO 3 čvrsta jaza Ca-
Micela + H2O + CO2 Adsoipcija kalcijuma i magnezijuma na adsorptivnom kompleksu dovodi do povećanja baza u koloidnom kompleksu, a korespođentno tome i povećanja pH rastvora tla. Uticaj primjene krečnjačkog materijala na pH obradivog tla, prikazan je na slici 103. 289 Hernija tla primjena krečnjaka
3 4 5 Godišnji prinos SUka I OJ. Ulicaj kalcizacija (kalcifikacije) na pH obradivog tla Početna doza krečnjaka je bila 8-10 tona/ha. Treba znati da je potrebna oko jedna godina za većinu krečnjačkih materijala da reaguju sa tlom. Ispiranjem i iznošenjem žetvom, sadržaj kalcijuma se ponovo smanjuje a time i pH. Zbog toga je potrebno obnoviti ovu mjeru svakih 3-5 godina. 6.4.2.5.1. Magnezijum Magnezijum je neophodan element za biljke. Sadržaj magnezijuma u tlu se kreće u rasponu od 0,05 % (kod pjeskulja) do 0,5 % (kod glinuša). U tlima koja ne sadrže slobodnog MgCO, (1% ukupnog Mg = 1,66% MgO). Sadržaj magnezijuma u tlima siromašnim karbonatima iznosi 0,5 - 5 g/kg. Najveći dio magnezijuma potiče iz silikatnih minerala (amfiboii, pirokseni. olivini i biotit). U nekim alkalniin tlima magnezijum se može nalaziti kao dolomit i magnezit, a u aridnim i semiaridnim tlima kao MgSOa. Kvarcna pjeskovita tla su po pravilu siromašna, a glinovita tla su pretežno bogata u magnezijumu. Magnezijum u tlu je teže dostupan od kalcijuma, ali je pristupačniji od kalijuma. On dolazi u obliku neorganskih i organskih jedinjenja, kao i adsorbovan na koloidnoj čestici tla. Tla na peridotitu - serpentinitu sa velikom količinom magnezijtima obično su siromašna sa drugim elementima, a sadrži otrovna jedinjenja nikla, hroma i
290 Hernija tla koballa. Česlo ovakva tla imaju visoki pU. što može dovesti do pocemećaja u 'ishrani biljaka. Uopće ilovače, prahtilje i glintiše sadrže \'iše magnezijuma od pjeskulja. jer se on veže pretežno na sitnije čestiee tla. Potiebe biljaka za magnezijtimom su prilično jednake kao i za kalcijumom. Magnezijum je bitna komponenta hlorofila. Pomanjkanje magnezijuma je naročito izraženo na kiselim pjeskovitim tlima. Nedostatak se naročito manifestira na starom lišćti. Ono poprima purpurnu nijansu u boji, samo nervatura ostaje zelena. Na kukuruzu se javlja takode hloroza lista, a kod voćarskih kultura dolazi do defoiijacije (opadanja) lišća. Tla bogata slobodnim ionima magnezijuma su fiziološki suha, jer ioni Mg-" vežu hidratacijom velike količine vode. Usprkos tome dobar je koagulator. jei je dvovalentan. Magnezijum se javlja ti primarnim mineralima fero magnezijske grupe, u sekundarnim mineralima, različitim solima (sulfati, kloridi), organskoj materiji tla i kao slobodni Mg'" ioni. Prema: Bearu tlo je optimalno snabdjeveno sa magnezijumom, kada je odnos Ca:Mg manji od 7. To odgovara oko 10 ii' od ukupnih kationa na koloidnoj čestici tla. ■Sadržaj magnezijuma u tlu se može povećali đubrenjem sa dolomitima. Žitarice traže više Mg nego Ca, a takode i legtiminoze uzimaju dosta magnezijuma. Količina matmezijuma koje se sjodišnje ispiru iz tla iznosi 6-22 kg/ha. 6.4.2.6. Natrijum Natrijum nije biogeni element, ali je važan u ishrani životinja i ljudi, za halofitne biljke, takode za neke biljke kao što je proso. Sadržaj ukupnog natrijuma u tlu iznosi 1-10 g/kg. Najveći njegov dio se nalazi u praškastoj frakciji tla, gdje je pretežno vezan u feldspatima. Sadržaj natrijtima u rastvoru u oraničnom i šumskoin tlu, iznosi 1^50 mg/litru. Stepen zasićenosti adsorptivnog kompleksa sa natrijumom, u normalnim tlima, iznosi do 3%. Natrijum se slabo veže i zbog toga ,se lahko ispire iz (¡a.
;,
Veće učešće natrijuma u izmjenjivoj formi u rastvorti tla javlja se u aridnoj i semiaridnoj klimi, pri čemu se formiraju tipovi tla kao što su solončaci i solonci, odnosno slana tla ili slatine. U pedosferi. natrijuma je znatno manje nego kalijuma, prosječno oko 0,6% iako im je sadržaj u biosferi približno jednak. To je zbog toga što su sve natrijumove soli veoma topive i podložne ispiranju, čak i pri veoma maloj količini padavina. Isprana natrijumova so se akumulira u morskim vodama. Ioni natrijuma u
adsorptivnom kompleksu tla imaju izrazito negativan uticaj na tlo i to prije svega zbog jake hidratacije. Pri ovom, oni stvaraju opnu 291 Hernija tla molekula vode koja spriječava kao barijera uticaj iona koagulatora. Zbog toga se u tlima zasićenim natrijevim ionima koloidi nalaze u peptiziranom stanju. Ovakva tla imaju loša fizička svojstva, u suhom stanju se zbijaju, a u vlažnom prelaze u teksturnu kašastu masu. Tla sa više od 7% natrijumovog iona u adsorpcijskom kompleksu označavaju se kao alkalna tla. 6.4.2.7. Sumpor Sumpor je potreban za biljke, životinje i čovjeka kao neophodni hianjivi element. Obično se u tlu nalazi u vidu sulfata kalcijuma, kalijuma, natrijuma i magnezijuma. Sadržaj sumpora u magmatskim stijenama iznosi 0,2 do 0,3 g/kg, gdje ga ima više u bazičnim stijenama nego u kiselim, i pretežno je u formi sulfida Fe, Zn, Pb, Cu, Hg, Ni, Ag, i u proteinima organske materije tla, slično kao i azot. Kod raspadanja sulfidi se oksidišu do sulfata. Zatim sumpor se nalazi u gipsanim stijenama (CaS04 • 2H2O) koje sadrže do 15 % SO4-S. U anaerobnim uslovima sumpor se nalazi u željeznom sulfidu (pirhotin FeS, pirit FeS:). U tlima humidnog područja sadržaj sumpora iznosi 0,1 do 0,5 g/kg, a u tresetima i do 10 g/kg, u sulfatno kiselim močvarama i do 35 g/kg. Koncentracija SO4 u zemljišnom rastvoru u terestričnim tlima Srednje Evrope iznosi 5-350 mg/litar, često 10-150 mg/litar. U semiterestričnim tlima po pravilu su veće koncentracije. U tlima gdje su prisutni redukcioni uslovi, obogaćenje sa sumporom se vrši u formi željeznih sulfida, kada su u tlu prisutne podzemne vode, ili se pak vrši navodnjavanje sa sulfatnim vodama. Sulfidi dvovalentnog željeza u tlu se morfološki opažaju kao crne mrlje, naročito u glinovitim horizontima. Sumpor je inače biogeni element, a biljka ga prima u obliku S04"~ i SOj'" iona. Znatne štetne količine sumpora u tlo dospijevaju rastvaranjem sumpor dioksida iz dimnjaka ili oslobođen sagorijevanjem putem padavina. Ova se štetnost manifestira ubrzanom acidifikacijom tla, kvarenjem strukture, pojačanom erozijom i propadanjem nekih biljnih zajednica na takvim zemljištima. Evidentna je sličnost u kruženju sumpora i azota (ciklus sumpora). Kod oba elementa atmosfera je njihov važan izvor. Takođe, ijedan i drugi se nalaze u organskoj komponenti tla, a takođe oba elementa u procesu transformacije ovise od mikrobiološke aktivnosti.
Organski oblik sumpora mora biti mineraliziran putem organizama tla, da bi ga biljke mogle usvojiti. Isti oni faktori koji utiču na mineralizaciju azota, utiču i na mineralizaciju sumpora, kao što su vlaga, teinperatura, aeracija i pH reakcija. Mineralizacija sumpora se odvija samo pri optimalnim uslovima za rad mikroorganizama. Proces mineralizacije može se prikazati šematski na slijedeći način: 292 Hernija tla 0, Organski sumpor
Produkti raspadanja ^ 804'" + H"
(prolcini i dr.orticinska (H^Sidr. sulJ'uH su sidfal jedinjenja)
nujčešći sastojci)
Proces imobilizacije sumpora je sličan kao i kod azota. Sumpor u organskoj materiji tla se veže za ugljik u relativno konstantnom odnosu. Odnos između ugljika (C). azota (N) i sumpora (S), za večinu svjetskih zemljišta se kreče u rasponu: C/N/S u odnosu 130:10:1.3, (Whitehead, 1964). Tokom razgradnje organske materije, sumpor se oslobađa u vidu gasa (volatizacija). i to kao sulfid (H.S). ugljiko sulfid (GS2), karbonil sulfid (COS) i u vidu merkaptana (CH.^CHS). Većina navedenih oblika je karakteristična za anaerobne uslove, dok je vodonik sulfid karakterističan za zamočvarena tla, gdje se sumpor redukuje putem anaerobnih bakterija. Neki drugi oblici se formiraju putem mikrobiološke dekompozicije sumpora iz amino kiselina. Navedena gasovita forma, može da se veže putem koloida, a dio se oslobađa u atmosferu, pri čemu doživljava hemijske promjene i eventualno se ponovo vrati u tlo. Sumpor je podložan reakcijama oksidacije i redukcije. Oksidaciona reakcija može biti ilustrir ana na primjeru vodonik sulfida (H2S) i elementarnog sumpora (S). H:S + 2O2 ^ H2SO4 ^ 2H" + SO4'' 2S + 3O2 + 2H2O ^ 2H2SO4 + 4H" + 2SO4-" Najveći dio reakcije oksidacije se odvija u tlu biohemijski uz pomoć brojnih autotrofnih bakterija, uključujući i pet specijesa roda Thiobacillus. Uz prisustvo bakterija iz ovoga roda, proces transformacije sumpora u tlu, može da se odvija u širokom dijapazonu pH reakcije od 2 - više od 9. Ovo je suprotno procesu nitrifikacije, koji se odvija u užem dijapazonu, oko neutralne reakcije. Sulfatni ion je nestabilan u anaerobnim uslovima, zato ima tendenciju redukcije. Sulfatni ioni se redukuju u sulfidne, putem bakterija iz dva roda: DesLilfovibiio i Desulfotomacidiun. U slabo dreniranim tlima sulfidni ioni će odmah reagovati sa
željezom ili magnezijumom, koji se u anaerobnim uslovima javljaju kao redukovana forma: Fe"" + S'" ^ FeS (željezni sulfid), Mn"" + S'~ ^ MnS (mangan sulfid). 293 Hernija tla 6.4.3. Mikroelementi Od sedamnaest elemenata poznatih kao esencijalnih za tizgoj biljaka, zahtjev za njih osam je u tako maloj količini da se nazivaju mikroelementima ili elementi u tragovima. To su: željezo, mangan, cink, bakar, bor, molibden, kobalt i hlor. Drugi elementi kao što su: silicijum, vanadijum. nikal i natrijum javljaju ,se kao korisni za rast pojedinih vrsta biljaka. Mikroelementi se nalaze dijelom u organskiin. a dijelom u neorganskim jedinjenjima u tlu. Neorganska jedinjenja su uglavnom primarni silikati, a dijelom i minerali gline. Bakar, bor i mangan mogu se vezati u većoj ili manjoj količini u orga n s k i m j ed i n j enj i ma. U ishrani biljaka mikroelementi igraju važnu ulogu, lako ih biljke trebaju u znatno manjim količinama nego makroelementi, ipak oni mogu da utiču u velikoj injeri na visinu i kvalitet prinosa.'Njihov deficit naročito dolazi do izražaja u kiselim tlima usljed gubitka ispiranjem. Danas se u inodernoj poljoprivredi sve više koristi i đubrenje sa mikroelementima. u vidu tzv. mikrodubriva. S obzirom da su kol ičine mikrodtibriva vrlo malene. 20-100 kg/ha oni se koriste miješanjem sa makrodubrivima. Mikroelementi se kod analize iskazuju u gama jedinicaina (5). odnosno u mg/kg tla, a često se predstavljaju kao ppm (jedan dio na milion, tj. I mg/kg tla, jer je u kilogramu jedan milion iniligraina). Mikroelementi povećavaju biološku aktivnost, smatraju se katalizatorima biohemijskih reakcija u organizmima ne samo biljaka, nego i životinja. Potrebe poljoprivrednih kultura u mikroelementima su različita. Tako, na primjer, lucerka i grah sadrže više molibdena i bora, nego žitarice. Nedostatak inikroelemenata u tlu dovodi do poremećaja fizioloških funkcija kod biljaka, a time i do nepovoljnih pojava i na stoci. Dodavanjem knni malih količina kobalta, na primjer, spriječava se anemija. Sadržaj inikroelemenata u tlu se kreće u rasponu od I do 50 mg/kg tla. Prosječne vrijednosti pojedinih mikroeleinenata u nekim tlima Evrope (EC) i Svijeta, daju se u tabeli 50. 294 Hernija tla Prosiječne vrijednosti nekiii mikroelemenata u površinsl
Tabela 50. Elemenat
Lokalitet
Podzol
Cambisol
Fluvisol
Svijet
13 10
23 15
47
0.3 0.5
0.5 0.6
0,4
Svijet
45
60 48
63
Evropa
28
Svijet
20 23
30 29
23
(metal) Cti
Evi'opa Cd
Svijet Evropa
Zn Pb
Evropa Količina mikroelemenata ii tlu zavisi ne samo od njegova sastava, nego i od matičnog supstrata, a stepen pokretljivosti mnogih mikroelemenata zavisi od reakcije sredine. U kiselim tlima povećava se pokretljivost mangana, cinka, kobalta i bakra. Različiti oblici mikroelemenata u tlu u odnosu na njihov uktipni sadržaj, prikazani su na slici 104. Kabata-Pendias, (1992).: (Vio Zn Cd Cu Pb Ni Cr iđlliS 25
50
Oblici mikroelemenata u tlu: ■ . :■ I Rezidualni Organski vezan I U oksidima Fb, ivin 75 100% Izmjenljivi |^ág||Í| Lahko rastvorljivi Slika 104. RazUčili ublici mikroelemenala u llu u odnosu na njihov ukupni sadržaj, Kabala-Pendias, (1992) 295 Hernija tla
Pristupačnost mil^roelemenata za biljke zavisi od više faktora. Slobodni kalcijumovi ioni smanjuju pristupačnost bora, što može imati direktnu posljedicu na uspješan uzgoj šećerne repe na ovakvim tlima. Posljedice se manifestuju u obliku truleži korijena šećerne repe, posmeđenje kod cvjetača, smecte srce repice ili hloroza lucerke. Primjer deficita, normalnog sadržaja i toksičnog djelovanja pojedinih mikroelemenata prikazan je na slici 105. / Un^ p z Mo Z Deficit Normalno Toksično _1_ 0,1 10 100 1000 Nivo sadržaja u biljci (mg/kg, log,skale) Si\ka 105. Deficitarni, normalni i toksični sadržaj pet mikroelemenata u biljkama. Odnos je prikazem na logaritamskoj skali, tako da je gornja granica xa mangan oko 10.000 puta niža od molibdena, Levels, preuzeto od AUaway, (1968). Prema Vuletiću, (1972), bakar treba dodavati samo kod sprovođenja intenzivne humizacije, jer humus inaktivira postojeći bakar u tlu, dok je za intenzivnu proizvodnju cink neophodno dodavati. Nedostatak bakra manifestira se naročito na citrusima i to u vidu posmeđenja ploda, U tlu se od nekih drugih elemenata može u većoj mjeri pojaviti hlor u vidu hlorida i to kao lahko topive soli u aridnim područjima, U humidnim područjimaje ispran. Osjetljive kulture na hlor su duhan, krompir i vinova loza, o čemu treba voditi računa pri izboru đubriva, U tlu se mogu javiti i radioaktivni elementi. Tla na eruptivniin stijenama ili tla koja vođe porijeklo ođ ovih stijena, imaju veći stepen radioaktivnosti od tala na sedimentnim i
metamorfnim stijenama. Radioaktivni elementi, nastaju uglavnom raspadanjem urana i torija. Ne zna se tačno kako utiču, ali postoje mišljenja da mogu značajno usmjeravati hemijske i biohemijske procese u tlu. Prosječan sadržaj najvažnijih mikroelemenata u površinskim dijelovima tla humidnog područja, prikazanje u tabeli 51, 296 Hernija tla Prosječan sadržaj i dominantna forma milvroelemenata* u površinsl
Dominantna" forma u
površinskom sloju rastvoru tla (mg/kg) Željezo
25.000
Fe'", Fe(OH),". Fe(OH)'", Fe'"
Mangan
i.000
Mn'"
Cink"
50
Zir". Zn(OH)"
Bakar
20
Cu'". c:utöiij'
Bor
10
H:,BO,, H.BOr
Molibden
2
MoGj'", HMoOj-
Hlond
10
cr
Kobalt
8
Co'"
Određeni fai^tori tla. kao što SLI pH. oksido-redLikcioni potencijal i hemijske reakcije organskog i neorganskog porijekla, imaju direktan uticaj na pristLipačnost željeza, mangana, cinka, bakra i kobalta. Općenito, pristupačnost mikroelemenata za biljke obezbijeđuje se slijedećim mjerama; -
promjenom pH reakcije tla,
-
kontrolom vlažnosti tla,
-
primjenom komercijalnih mikro-đubriva,
-
poznavanjem zahtjeva pojedinih kultura pri .sjetvi (sadnji), stanju i obliku
hraniva u tlu (tabela 52).
Antagonizam mikroelemenata u tlu ogleda se na način, da se mikroelementi mogu pojaviti u tlu u količini koja je toksična za biljku ili otrovna za neke enzimatske i biohemijske reakcije. Takođe prisustvo jednih, ima suprotan efekat na prisustvo nekih drugih elemenata. Takvih primjera ima mnogo: -
Prekomjerni sadržaj bakra ili sulfata bakra može proizvesti suprotan uticaj na primjenu molibdena.
-
Nedostatak željeza prisutan je u većoj mjeri, ako se cink, mangan, bakar i molibden nalaze u prekomjernom sadržaju.
-
Suvišak fosfora može podstaći nedostatak cinka, željeza ili bakra, ali i povećanje adsorpcije tnolibdena.
rcrmin "teški metali " sc koristi za one iiiikroclemenie čija je specifična gustina veća od i. Lindsay. W.L.,( 1972). 297 Hernija Ila Pretjerana gnojidba azotom uzrokuje pojačani nedostatak bakra i einka. Suvišno prisustvo natrijiuna i kalijuma u obrnutom je odnosu sa usvajanjem mangana. Pretjeranom kalcizacijom (kalcifikacijom) reducira se usvajanje boia. Suvišak željeza, bakra ili cinka može reducirati apsorpciju mangana i si. Nedostatak mikroelemenata pri uobičajenom sadržaju i doza koja se preporučuje za pojedine poljoprivredne kulture Tabela 52. Mikroeleme Biljke koje imaju
I^Aia
nt
Uobičajen Doza koja
visok zahtjev
i sadržaj* se preporučuj e* Željezo
Borovnica,
0,5
10
5
30
0.5
20
rododendron, breskva^^rožde, orah Mangan
Grašak, soja. luk. kiompiv, citrusi
Cink
Cilrusi. drvenasto voće, soia,
kukuruz, grašak Bakar
Citrusi, drvenasto
1
20
voće. luk, sjemenke žitarica Bor
Lucerka, djeteline, 0,5
5
šećerna repa, karfiol, celer, jabuka Molibden
Lucerka, bijeli
0.05
I
kokotac, brokulice, celer Antagonizam nabrojanih međusobnih reakcija, može se efikasno koristiti u smanjenju toksičnosti nekog od mikroelemenata. Tako se toksičnost bakra na citruse, koji ostaje kao rezidium u tlu primjenom fungicida za prskanje, može smanjiti dodavanjem željeznih i fosfornih đubriva. K.ao što se vidi, mikroelementi učestvuju u vrlo kompleksnoj prirodi biološke transformacije materije. S agronomskog i šumarskog aspekta njihova primjena i održavanje balansa je važna sa stanovišta povećanja prinosa i intenzivnijeg iskorištavanja tla u biljnoj proizvodnji. 'Burgess, (1966) 298 Hernija tla 6.5. Oksido-rediikcioni potencijal (Rcdoks potencijal) Veliki broj hemijskih procesa u tki ima oksidacijski ili redukcijski kai-akler. Proces primanja i otpuštanja elektrona naziva sejoš i redoks potencijal. Rastvor tla u sebi sadiži veliki broj redoks parova. Da bi se odvijao proces oksidacije ili redukcije, mora postojati razlika u potencijalu, a ta razlika odreduje pravac reakcije. Ovaj potencijal se mjeri u milivoltima (mV), a naziva se oksidacijski ili redoks potencijal.
,
.
Redoks potencijal tia je veličina koja zavisi od mnogo činilaca. Tlo je vrlo komplikovani heterogeni sistem, sastavljen ne iz jednog, nego iz više oksidoredtikcionih sistema. Pod izrazom oksido-redukcija podrazumijevaju se sve reakcije kod kojih se materije redukuju ili oksidišu. Uopće pod redukcijom se podrazumijeva primanje vodonika, a pod oksidacijom otpuštanje vodonika (ili primanje kiseonika). Kao oksidacija označava se otpuštanje elektrona, a kao redukcija primanje elektrona:
Fe'" = Fe'" e' U svim oksido-redukcionim procesima ove dvije reakcije dopunjuju jedna drugu. U sistemu koji sadržava i oksidirajući agens i njegov redukcioni produkt, postoji ravnoteža izmeđti njih i elektrona. Na redoks potencijal u tlu najviše utiče prisustvo elemenata promjenljive valentnosti kao.što su Fe (2-3 valentan), Mn (2-3^ valentan), Cu (1-2 valentan) itd. Pri tome element koji se nalazi u stanju-, viševalentnosti (oksidisani oblik), dovodi do povećanja vrijednosti redoks potenćijala i obratno. Prisustvo svježih organskih materija, kao i H^Sjako snižava vrijednost redoks potencijala. Visoki !potencijali su u dobro aerisanom tlu, sa mnogo rastvorenog kiseonika u vodi, visokim sadržajem oksidpvanih jedinjenja (oksida Fe i Mn, nitrata i sulfata), tj. u tlu bez stagnirajuće donje i gornje vode, sa malim sadržajem lahko razložive organske materije. Niski potencijali su u tlu koje je siromašno kiseonikom, visokim sadržajem jedinjenja (Fe"". Mn"". NH/. ST) i lahko razložive organske materije, tj. u tlima sa gornjom ili donjom vodom (močvarna, tresetnatla. pseudogleji). U nastajanju nižih redoks-potencijala prije svega učestvuju anaerobhi mikroorganizmi. Tlo sa visokim sadržajem tzv. redukovnih odnosno oksidovanih supstanci. pokazuje bolje puferisanje prema jakom smanjenju odnosno kod jakog povećanja redoks-potencijala nego tla sa malim sadržajem. Redoks-odno^i imaju veliko pedogenetičko značenje u oksidacionom raspadanju, procesima razvoja tla, naročito kod mobilizacije i imobilizacije Fe-, Mn- i S-jedinjenja kod podzola (Podzols) i hidromorfnih tala. 299 Hernija tla Redoks potencijal se izražava ii Eh (V ili niV) ili u rH-vrijednostima. Eh predstavlja redoks potencijal, odnosno potencijalnu razliku u nekom sistemu, koja se javlja kada se u njega urone vodonikova i platinska elektroda. Vrijednost rH (ili rHi) predstavlja negativni logaritam pritiska vodonika izraženog u barima. Na primjer, rH 5 znači da rastvor može otpustiti isto toliko elektrona koliko i platinom aktivirani vodonik pi'itiska Kf' (Vioo.ooo) bari. Sa smanjenjem pritiska vodonika smanjuje se i redukciona moć, a povećava se oksidaciono slanje. .Analogno pH skali postoji i rH skala, koja se kreće od .rH 0 do 42,5. Vrijednost rH = 0 predstavlja pritisak vodonika od jednog bara. a vrijednost 42,5 odgovara kiseonikovoj elektrodi od jednog bara. Unutar ove skale, u donjem dijelu leže
sistemi koji su jače redukovani, a u gornjem jače oksidisani sistemi. Kod vrijednosti rH 27,3 smatra se daje pritisak vodonika jednak pritisku kiseonika. Vrijednost rH se izračunava računskim putem iz Eh i pH vrijednosti: rH = + 2pH (kod 20 "C) Vrijednost Eh se određuje potenciometrijski korištenjem platinske i kalomelove elektrode. 6.5.1. Značaj redoks potencijala Ekološko značenje redoks-potencijala je u sadržaju hranjivih elemenata, naročito na njegovom uticaju na pristupačnost oksidovanih i redukovanih hranjivih elemenata, kao što su: N, S, Fe, Mn i Mo (S i Mo samo u oksidovanom, Fe i Mn samo u redukovanoj formi su pristupačni, a N u obje forme). Redoks-potencijal nekog tla, a naročito njegove pioinjene, su pod uticajem različitih faktora i može se uzeti kao indikator za neke procese u tlu. Na osnovu Eh-vrijednosti može se tlo karakterisati na slijedeći način: Eh veći ođ 600 mV - u tlu su maksimalno izraženi aerobni procesi Eh 400 - 600 tnV - tlo je normalno aerisano Eh 300 - 400 mV - aeracija je otežana, mogući procesi denitrifikacije Eh 250 - 300 mV je granica, preko tih vrijednosti dolazi đo procesa oksidacije, a ispod njih do procesa redukcije. Eh niži od 250 mV - dolazi do procesa redukcije 300 Hernija tla U jako. red u kovan im uslovima Eh-vrijednosti mogu biti i negativne. Redoks-potencijal u tlu leži u području od -300 do +850 mV. Vrijednosti 0 se susreĆLi kod dužeg navlažavanja u prisustvu organske materije. U obrađenim terestričnim tlima mijenja se redoks-potencijal sa dubinom, uglavnom samo malo, u prirodnim tlima (osim oglejnih tala) često leže u A- horizontu niže vrijednosti nego u potpovršinskim slojevima. \ Redoks sistemi svrstani po rastućoj oksidacijskoj moći oksidovanog i rastućoj redukcijskoj moći reduciranog oblika Tabela 53. Oksidacijski oblik Na"
Reducirani oblik Na
Mg'"
Mg
Al'"
Al
Zn-"
Zn
Fe-"
Fe
Cr'"
Cr'"
Pb'"
Pb
S
A
H,S
Cu'"
Cu
J,
J-
Fe'^
Fe'"
Ag"
Ag
Br,
Br"
O2
H2O
H2SO4
sb.
(konc.) MnO,
Mn'"
HNOi
NO
Cr,07'-
Cr'"
MnOj'"
Mn'"
H2O,
H2O
HCIO4
cr
(konc.) F,
F Redoks-svojstva u tlu se mijenjaju u toku godine, pri čemu potencijalne razlike mogu
da iznose od 100 do 700 mV. Samo u dobro pufernim tlima ova kolebanja su manja od 100 mV. Najveća kolebanja su u horizontima koji su pod uticajem podzemne vode. 301 Hernija tla Pojedina jedinjenja ili elementi u tlu, obzirom na oksido-redukcijske uslove u tlu, mogu biti u oksidovanom ili redukovanom obliku. U tabeli 53. redoks sistemi svrstani su po rastućoj oksidaeijskoj snazi, oksidiranog i rastućoj redukcijskoj snazi reduciranog oblika. 6.6. Pufeniost tla Biljke u privodi, pa i one koje se uzgajaju, ne podnose nagle promjene pH reakcije tla.
Puferna sposobnost je svojstvo nekog rastvora ili suspenzije, da se dpdavatijetn H ili OH-iona suprotstavlja promjenama njihovih pH-vrijednosti. Kao jaki puferi su u tlu pored kai'bonata i izmjenjivači. Doda li se jednom kiselom tlu tezično đubrivo, doći će do manjeg povećanja pH-vrijednosti, nego što bi došlo da nije tlo puferno. Puferisanje prema H ili OH-ionima je utoliko bolje, ukoliko je veći kapacitet adsorpcije, s tim da su ostali faktori isti. Sličnu ulogu u tlu ima i ugljična kiselina sa svojim solima. Međutim, pdupiranje promjenama, a naročito zakiseljavanju, ima adsorpcijski kompleks tla koji veže H" ione i tako spriječava promjenu reakcije. S druge strane, u prisustvu OH iona, H" ioni se desorbuju u rastvoru i vrše neutralizaciju, te na taj način spriječavaju povećavanje pH reakcije tla. U karbonatnim tlima ovu ulogu iina CaCOj kao i neke organske kiseline sa svojim solima, koje se oslobode u procesu humifikacije. Značaj pufernosti nekog tla je naročito važan za biljni porast. Dobri puferni sistemi, koji H i OH ion prevode ili u neutralnoj ili u slabo disocovanoj formi, su na primjer smjijša slabih kiselina sa njihovim solima, kao što su: CaCO,, CaCHCO,),, H,CO,. Ca,(P04)2, CaHP04, Ca(H:P04): i H,P04. Najvažniji puferi su mineralni i organski izmjenjivači tla. Iztnjenjivači (adsorptivni kompleks tla) kao pufer djeluju prema H-ionima putem izmjene adsorbovanih Ca'", Mg'", K" i Na" iona. Time se H-ioni iz aktivnog aciditeta prevode u potencijalni aciditet. Pufeino djelovanje OH-iona (na primjer kod kalcizacije). usljed neutralizacije OH-iona najprije se veže za aktivne H-ione rastvora, a zatim putem supstitucijske izmjene, za potencijalne. Na primjer, kod pjeskovitih tala (sa malo izmjenjivača), potrebno je samo 1.000 kg/ha CaO, da bi se pH od 5 povećao na 6, kod ilovača (sa mnogo izmjenjivača) potrebno je, naprotiv, 5.000 kg/ha CaO/ha. Pufeini kapacitet je ovisan od kapaciteta adsorpcije; kao što je stepen zas|ćenostrTa-''bažain^
tako je H i Al zasićenja tla,
naspram sadt'žaja OH-iona. Pufernost ima veliko značenje, jer biljke i organizmi tla su osjetljiviji na iznenadne i jake promjene pH reakcije. 302 Hernija tla Piiferna moć nekog tla utolikoje veća, ukoliko tlo sadrži više koloida, i ukoliko je veći njegov kapacitet izmjene. Humusni koloidi puferišu jače nego n^ineralni "koloidi. pošto oni imaju veće T - vrijednost (totalni kapacitet adsorpcije). Montmorilonit pokazuje Jače
puferno djelovanje nego ilit, a ovaj opet jače nego kaolinit. Za pufernu moć koloida tla važe jednaka pravila kao i za kapacitet adsorpcije. L) tlu kao puferne supstance djeluju: humusni i glineni koloidi, fosfati i karbonati. Prema sastavu tla. značaj različitih pufernih supstanci je različit. U . teškim beskarbonatnim tlima koloidi gline su na prvom mjestu. U lakšim beskarbonatnim tlima puferna svojstva imaju humusni koloidi. Puferno djelovanje koloida može se prikazati na slijedeći način: a) U uslovima pojačane acidifikacije, adsorpcijski kompleks vežeJ4" ione i tako se odupire nagloj promjeni reakcije. U "prisustvu OH iona, H" loni se desorbuju i vrše neutralizaciju. Na ovaj način se vrši pomicanje reakcije u pravcu povećanja pH vrijednosti. U karbonatnim tlima CaCO.-, spriječava acidifikaciju tla. Sličnu funkciju imaju i neke organske kiseline sa svojim solima oslobođene u procesu humifikacije. Pri ovim reakcijama H ioni se vezuju u novoobrazovani Ca(HC03): i zbog toga se hemijska reakcija rastvora tla bitno ne mijenja: CaC03 + H:C03 - Ca(HC03):
ili
2CaC03 + 2HNO3 ^ Ca(N03)2 + Ca(HC03)2 Sve dok u koloidima ima Ca i Mg, karbonatno tlo je zaštićeno (odupirat će se) acidi'fikaciji. U beskarbonatnim tlima, acidifikaciji najbolje se suprostavljaju adsorbovani bazni kationi (uglavnom Ca'" ioni); Nakon prispijeća H" iona u tečnu fazu, oni zamjenjuju ekvivalentnu količinu adsorbovanih baznih kationa, koji po prelasku u rastvor sa anionima kiselina tvore odgovarajuću so: tlo Ca-" Ca-" + 2H;C03 - tlo Mg-" Ca J + Ca(HC03)2 M2 Na ovaj način H" ioni iz tečne faze prelaze u sastav čvrste faze tla povećavajući njegovu potencijalnu kiselost, dok hemijska reakcija tečne faze se bitno ne mijenja Tpored toga što je u zemljište dospjelo, ili se u njemu obrć^vćda izvjesma količina kiseline. .30.3 Hernija tla
b) Odupiranju procesu ali Montmorilonit > ilit > Kaolinit Kod kalcizacije (kalcifikacije) mora se voditi računa 0 pufernoj moći tla. Na kiselim, slabo pufernim, pjeskovitim tlima, mogu već relativno male količine kreča, dovesti pH-vrijednosti na štetni nivo sa gledišta određenih biljaka; dok kisela, ali dobro puferna tla sa visokim sadržajem glitie ili humusa zahtijevaju velike količine kreča za neutralizaciju štetnih "zemljišnih" kiselina. Povećanje puferne moći u nekom tlu može se postići povećanjem sadržaja humusa. Poznavanje kapaciteta adsorpcije ima veliki značaj pri mineralnoj gnojidbi tla! U lahkim tlima sa malim ukupnim kapacitetom adsorpcije (T), upotreba kiselih ili alkalnih đubriva može uzrokovati promjene u pH reakciji tla, dok te opasnosti nema u glinovitim i
humusnim tlima. Kalcizacija (kalcifikacija) tala veće puferne sposobnosti, zahtijeva veće doze kreča od tala manjih pufernih sposobnosti. 304 Hernija tla Kvantitativna i
100 Procenat zastupljenosti baza Slika 106. Teoretska kriva titracije zasnovana na velikom broju tipova tala. Isprekidana Unija pokazuje zonu najveće piifernosti za ova tla. Maksimalna pufernost se može očekivati pri zasićenosti sa bazama oko507r. Peech(l94l). 305 Hernija tla 6.7. Radioaktivnost (fisija, alfa, beta i gama - raspad) Radioaktivnost je pojava spontane transformacije Jezgra praćena emisijom energije i prelaskom nuklida u neki drugi nuklid koji sa svoje strane može da bude stabilan ili nestabilan (što znači podložan daljoj transformaciji uz emisijti zračenja). Ključni izraz u ovoj definiciji je energija.
.lonizirajuća zračenja imaju energije mjerene hiljadama (keV). milionima (MeV) ili milijardama (BeV) elektron volta, dok obične hemijske leakcije sadrže razmjene energije između atoma od samo 10 do 30 eV. Tri izotopa elementa vodonika, vodonik deuterij i tricij, služe uspješno kao baza za raspravu o radioaktivnosti. Vodonik i deuterij su postojani, dok tricij nije i emitira beta čestice za vrijeme radioaktivnog raspadanja, .ledina razlika između tri vodonikova izotopa je broj neutrona u njihovim jezgrima, a u tome leži osnova nuklearne nestabilnosti i raspadanja. Nuklearna stabilnost zavisi od odnosa neutrona i protona nuklida. a radioaktivno raspadanje je proces pi'i kome se nestabilni odnos neutrona i protona mijenja prema stabilnijoj konfigiu-aciji. Materijal koji sadrži tako nestabilna Jezgra naziva se radioaktivnim materijalom, a emisije zračenja kao što su neutroni, alfa i beta - čestice, i gama zraci se nazivaju radijacija, radioaktivna zračenja ili jonizirajuća zračenja, jer izazivaju efekat jonizacije u sredini kroz koju prolaze. Postoje četiri načina na koja se jezgro može preobraziti: fisija, alfa emisija, beta emisija i gama - emisija. Alfa - čestice su čestice velike brzine koje imaju isti sastav kao helijumova jezgra (2 protona i 2 neutrona), naboj +2, a početne brzine od 1/16 brzine svjetlosti. Pri alfa raspadu prvobitno jezgro X transformira se u novo Jezgro, čiji je maseni broj umanjen za 4, a naelektrisanje za 2. Zbog svoje velike mase alfa - čestice imaju veliku moć jonizacije. ali i relativno kratak domet: u zraku 2 - 8cm, a u drugim sredinaina i manji. - raspadom. Beta čestice su elektroni izbačeni iz radioaktivnog jezgra u trenutku njegovog raspada. Brzine njihovog kretanja su i do 300 hiljada kir^'s. Zbog male mase i velike brzine, beta čestice imaju manju moć jonizacije. ali veći domet, i do nekoliko metara u zraku. Kao i kod emisije alfa - čestice, poslije emisije beta - čestice, jezgro potomak obično ostaje u nekom od pobuđenih stanja, iz kojeg u osnovno stanje prelazi emisijom gama kvanta određene energije. Gama - zračenje predstavlja elektromagnetno zračenje velikih energija (iznad 100 i više eV po kvantu) i malih talasnih dužina (0,5-4,()xl0"''m), koje nema masu, nema naboja, ima brzinu svjetla i atomsko jezgro kao svoj izvor. Pri emisiji alfa ili beta - čestice Jezgro ostane u nekom od pobuđenih stanja, te se prelaz u niže energetsko stanje vrši emisijoin jednog ili više gama - kvanata različitih energija.
306 Hernija tla Pri tome se, znači, mijenja samo energetsko stanje ni.:klida, dok maseni i atomski broj ostaju isti. Gama - kvanti se u vakumu prostiru bizinom svjetlosti, imaju malu moć jonizacije i veliku prodoi'nost. Apsorbiraju se potpuno tek u betonskom sloju od nekoliko desetina centimetara. Spektar im je linijski, jer svakoj lazlici između dva energetska nivoa u jezgru odgovara foton određene energije. Kada je u pitanjti neka radioaktivna supstanca nemoguće je reći da li je jedno radioaktivno jezgro na pragti radioaktivnog raspada ili ne. Pa ipak. u dovoljno velikom broju radioaktivnih jezgai'a izvjestan dio jezgara se uvijek raspada u sasvim određenom vremenskotn periodu. Prema tome, radioaktivni raspad je pojava, statističke prirode. Može se govoriti o vjerovatnoći s kojom će se dati radionuklid raspasti u jedinici vremena. Vrijeme poluraspada predstavlja vrijeme za koje se polovina jezgara raspadne, a odgovarajuća radioaktivnost padne na polovinu početnog nivoa. Vrijeme poluraspada različitih radionuklida je vrlo različito i kreće se od djelića milionitog dijela sekunde do miliona godina. Izražava se u jedinici za vrijeme: sek. dan. god. Smatra se da se neki ladiontiklid potpuno- raspao kada od početnog broja jezgara ostane samo jedan hiljaditi dio. Potpuni raspad datog radionuklida dogodi se za desetostruko duži period od njegovog vremena poluraspada. Broj raspada koji se u radioaktivnoin izvoru desi u jedinici vremena naziva se aktivnost izvora., Jcdiuica za aktivnost u SI sistemu je jedan BEKEREL (Bq), po Anriju Bekerelu. Ona označava jedan raspad u sekundi IBq=s"'. U praksi se češće koristi tzv. Specifična masena (Bq/kg) ili zapreminska (Bq/m') aktivnost, odnosno aktivnost jedinice inase ili zapremine materijala u kotne se nalazi dati radioaktivni izotop. U praksi se sreće i vansistemska jedinica za aktivnost, kiri (Ci). Aktivnost od 1 Ci iina onaj izvor u kome se u jednoj sekundi dešava 3,7x10'° raspada. 1 Ci = 3,7 X IO'°Bq 6.7.1. Važniji radionuklidi u tlu U tlu se nalaze prirodni radionuklidi kao sto su: '"'K. ''^Rb i '''C, kojima su se brojnitn nuklearnitn probama na Zemlji, tokom pedesetih godina prošloga stoljeća, pridodali i mnogi drugi.
Inače u petrografskim supstratima se nalazi preko 60 radionuklida. Tla nastala na magmatskim stijenama, kao što su bazalt i granit, pokazuju pove^iiti-,,. radioaktivnost u odnosu na tla na rastresitim stijenama. Pretežno je zast^pljeii ' . . litogeni radionuklid '^'K sa 90% (3 aktivnosti. Teška tla bogata silikatima,-imaju 'A 308 Hernija tla veći prirodni sadržaj radionuklida nego pjeskovita. U pi'irodnim tlima dominiraju radionuklidi; '"K, -"'^U, ^'Rb, "'j "i "C, '"Cs i '"Sr. Spaljivanjem fosilnih enei'getskih goriva u blizini termoelektrana, može doći do povećanja radioaktivnosti usljed koneentrisanja već prisutne radioaktivnosti. Nakon ćernobilske katastrofe, (1986) godine, u tla Zapadne Njemačke je dospjelo radionuklida između 20.000 i 280.000 Bq • Kuntze, (1994). Neki ođ važnijih radionuklida tla, vrijeme njihovog poluraspada i krajnji produkt raspada, prikazani su u tabeli 54. Važniji raclicnuklicli u tlu Tabela 54. Radionuklid
Vrijeme
Produkt
poluraspada
raspada
- kalijum--""K
1.3 ■ 10"'godina
^»Ar
- rubidijum -
4,5 ■ 10"'godina
«'Sr
^^Rb - uran -
4.51 ■ 10"' godina
- (horijum -
1,39 ■ 10"'" godina -"^Pb
""'■Th Srednje vrijednosti nivoa aktivnosti značajnijih prirodnih radionuklida u različitim tlima su: Bq/kg, -
i produkti njegovog raspada, u prosjeku 28 Bq/kg, ili od 10-50
-
i produkti njegovog raspada 25 Bq/kg, ili od 7-50 Bq/kg,
-
^"K u tlu ima u prosjeku 370 Bq/kg, ili od 100-700 Bq/kg tla.
Radioaktivna kontaminacija tla može biti direktna i indirektna. Direktna kontaminacija ima regionalni karakter i javlja se na relativno malom području (nekoliko desetaka kilometara) od mjesta fisije i ima lokalni karakter.
Indirektna kontaminacija ima veći značaj, nastaje putem radioaktivnih padavina i obuhvata šire područje. Način i vrsta radioaktivne kontaminacije tla zavise ođ niza faktora kao što su; hemijski sastav tla, struktura, pH, stepen vlažnosti i dr. Rađioatktivna imisija se vrši kao suho i mokro odlaganje. Šumska tla, bogata humusom, više su opterećena radionukliđima, nego ona koja su siromašna u humusu. S poljoprivrednom aktivnošću se smanjuje sadržaj radionuklida. Općenito, faktori transformacije radionuklida su niži u teškim tlima u odnosu na lakša. Zbog toga se gljive mogu jako kontaminirati radionukliđima u humusnom horizontu šumskih tala. 308 Hernija tla 6.7.2. Osobine nekih radionuklida Od vještačkih (fisionih) radionuklida, obzirom na životni vijek u tlu. važna su dva i to: stroncijum-90 (poluživot 28 godina) i cezijum-137 (poluživot 37 godina). Stroncijum - 90 ('"Sr) u tlu se ponaša skoro isto kao kalcijum kojem ¡e hemijski najsličniji. U tlo ulazi iz atmosfere u rastvorljivoj formi i brzo se adsorbtije na koloidne čestice kako organske, tako i mineralne. Ulazi u lanac izmjenjivih kationa, a njegova pristupačnost za biljke je kao i kalcijuma. Mogućnost da je stroncijum uključen u iste reakcije biljaka kao i kalcijum. zasniva se na pretpostavci, što visok sadržaj kalcijuma u tlu ima tendenciju smanjenja usvajanja stroncijutna. Cezijum - 37 ('"Cs), pretnda je hemijski blizak kalijumu, slabije je pristupačan biljci u većini tala. To je očito zbog toga što je '"Cs. postojano vezan u vermikulitu i sličnim slojevitim mineralima. Fiksirani nukleid je neizmjenjiv, slično kao i kalijum, koji može biti fiksiran u rešetci medulamelarnog prostora minerala gline. Zato je mogućnost usvajanja '"Cs od strane biljaka u ovakvim tlima, vrlo ograničeno. Tamo gdje nema vermikulita i sličnih minerala gline, kao što je to slučaj kod nekih tala u tropima, usvajanje '"Cs je mnogo brže. U svakom slučaju, tlo ima sposobnost da uspori ulazak '"Cs u lanac ishrane životinja i čovjeka. Rezultati mjerenja radioaktivnosti u BiH tokom 1983. godine, prikazani su u tabeli 55. Nivo aktivnosti "'Sr i '"Cs u tlu na lokalitetima BiH 1983 godine
u {Bq/kg)* Tabela 55.
Lokalitet
""Sr
'■"Cs
1
2,74
6,18
2
1,94
5.83
3
2,33
7,34
4
2.70
4,83
5
2,48
5.34
6
3.21
6.54
7
2.61
7,75
' .SaraCcvić. 1... (1999) Radioaktivni otpad, dospijeva u tlo kao rezultat testiranja nuklearnog naoružanja ili pohranjivanja radioaktivnog materijala niskog nivoa radijacije. Premda otpadni materijal može biti u čvrstoj formi, kad se odloži ti plitke jame može izazvati probleme. U takvim uslovima moguće je očekivati razlaganje 309 Hernija tla (disoliiciju) i postepeno kretanje kroz tlo. Pliitonijum, iiranijum. americijum. neptunijum, kurijum i cezijiim sii elementi, između ostalih, koji se nalaze u otpadu. Rastvorljivost nukleida iz otpada značajno varira; lu-anijumova jedinjenja su prilično rastvorljiva, jedinjenja plutonijimia i amerieijuma su relativno nerastvoriva, a jedinjenja eezijuma su na sredini (srednje) rastvorljiva. Cezijum je inače pozitivno naelektrisan ion i adsorbuje se putem koloida tla. Premda se uranijum javlja kao UO:'" ion, takođe se adsorbuje u tlu. Naboj plutonijimia i amerieijuma je promjenjiv i veoma zavisi od prirode jedinjenja koja ovi elementi grade u tlu. Usvajanje nabrojanih nukleida iz tla od strane biljaka je prilično varijabilno, a zavisi od karakteristika tla kao što su pH i sadržaj organske matei ije. Općenito biljke slabije usvajaju plutonijum, više usvajaju neptunijum a srednje amerieijum i kurijum. Sadržaj ovih nukleida u plodovima i sjemenu je općenito manji nego u listu, što ukazuje da ljudska hrana ovakog porijekla, može biti manje kontaminirana od trava. Obzirom da se tlo koristi kao prostor za pohranu radioaktivnog otpada niskog nivoa radijacije, pažnja ti'eba biti usmjerena na svojstva tla koja trebaju da onemoguće ispiranje ili značajnije usvajanje hemikalija od strane biljaka. Zbog toga je izbor lokacije i kasniji monitoring od posebnog značaja, kako bi se sveo na minimum prenos nukleida u druge dijelove okoliša, U tlu nastaje i iz tla izlazi gas radon (Rn). Radon je rađioaktivni gas. bez boje, mirisa i ukusa koji u jačim koncentracijama izaziva tumor pluća. Obzirom da Je to inertan gas. ne reaguje sa tlom, već se uglavnom kroz tlo kao porozni sistem kreće i akumulira (težak) u zatvorenom prostoru. Štetnost ovoga gasa po zdravlje vodi porijeklo iz njegovog
radioaktivnog raspada. Radon se formira iz radioaktivnog raspada radijuma (''^Ra), a najveće doze radijacije rezultiraju iz "-Rn. .ledan od proizvoda je a čestica, koja može prodrijeti u plućno tkivo i izazvati tumor. Radon iz okolnog tla ulazi u kuće i druge objekte, naročito akoje kontakt direktan. Najčešće u kuće. ulazi kroz otvore podrumskih zidova i podove, gdje se zbog neprovjetravanja može akumulirati u velikim količinama. Podrumske prostorije treba provjetravati sa vanjskim zrakom, kako bi se spriječila akumulacija radona. 310 Prilozi Prilog 1:
INDEKS PEDOLOŠKIH POJMOVA I TERMINA
Acidifikadja - iinjedravaiije vodikovili iona u adsorpcijski kompleks na mjesto istisnutih baza. ' Adsorptivni kompleks lla - kompleks kojeg čine sve čestice tla sposobne da na svoju površinu adsorbuju (vežu) ione, molekule, gasove i td. Pošto tim svojstvima raspolažu koloidi to adsorptivni kompleks tla, uglavnom, i čine sveukupni koloidi tla. Agromelioratvne mjere - mjere duboke obrade tla (40 i više cm), fertilizacije organskim i mineralnim annjivima i druuo. kiijima M'ojstva lla poprave toliko, da cmo postane normalno, kulturno, antropogeno tlo. Alveolinsko-numulitni l
sa fosiliilia alveolina i numulita koji uglavnom
spadaju u forminil'ersku faunu. Aluvijalni nanos - nanos ili sediment što ga talože tekuće vode. Antropogeno tlo - tlo koje je zahvatima čovjeka, dubokom obradom, fertilizacijom i drugim mjerama primilo drugačija svojstva, nego što su mu inače ta svojstva u prirodnom stanju. Antropogenizacija - obtihvaća promjene prirodnih tala koje uvjetuje čovjek obradom, fertilizacijom i melioracijama. Dckarbonizadjo - premiještanje i ispiranje kalcijevog karbonata iz jednog ih više horizonata tla. Debazifikacija - ispiranje izmjenljivih iona. Erozija - površinsko odnošenje čestica tla. Fiziološki aktivna vlaga - vlaga koja je pristupačna biljkama. U tlu postoji i mrtva vlaga koia je za tlo vezana snagom većom nego što je usisavajuća moć korijena biljaka. Gianiilometrijski sastav ili meliaiiički sastav tla ili tekstiirni sasiav ila - predstavlja sve čestice u tlu: pijesak krupni i sitni, prah i glinu. Prema zastupljenosti pojedinih frakcija
(prah, pijesak, koloidi), odnosno njihovom procentualnom učešću, tla se kategoriziraju u pjeskovita tla. ilovače, glinovite ilovače i td. Ukupnu ili fizičku glinu sačinjava sadržaj čestica praha i čestica koloida zajedno. Hidrofilni koloid-ko\ok\ koji ima oko sebe mnogo vodenih opni. Htiniizadja - obogaćenje tla humusom. Izotopi - dva ili^više atoma istog elementa koji imaju različitu atomsku masu. zbog različitog broja neutrona u nukleusu. Kapacitet za zrak - količina zraka kojeg tlo može sadržavati kada je zasićeno vodom do retencionog kapaciteta. Voda se zadržava u kapilarima, zrak u nekapilarima. Odnos između retencionog kapaciteta i kapaciteta za zrak predstavlja vrlo važnu veličinu, veličinu koja mnogo utiče na vrijednost tla u Biljnoj proizvodnji. VUiinost trnjnog venuća (VTV) - količina vlage u tlu koju biljke ne mogu koristiti, odnosno pri kojoj venu. Konglomerat - zaobljeno kamenje, šljunak I pijesak slijepljeni u -Opačinu'". Kraška površ - manje-više zaravnjena krečnjačka površina u kršu. Lapor - sediment rastresit ili slijepljen, ali mehak, u čiji sastav najčešče ulaze glina i kalcijev karbonat, a može pijesak i druge frakcije. 311 Prilozi Laporoviti krečnjak - sediment kao i lapor koji sadrži više kalcijeva karbonata i koji je u različitom stepenu čvrst. Lesivaža - eluvijacija peptiziranih glinenih čestica i stvaranje argiluvičnog horizonta. Matični supstrat - za mineralnu tvar. od koje nastaje tlo ili koja se nalazi ispod .soluma. koriste se u pedologiji različiti nazivi kao: geološki supstrat, litološki izvorni materijal, matična stijena, geološko-litološka podloga i matični supstrat. Ovi pojmovi nisu uvjek identični, a niti jednako, ni precizno dellnirani. Opnena voda voda koja u vidu opni obavija najsitnije čestice tla. Ova vlaga se ne kreče uticajem zemljine teže. Samo jedan manji dio opnene vode biljke mogu kori'iiili Oro reljef - tbrnia reljefa kojeg karakterišu velike visinske razlike. Pedon - najmanji volumen koji se može nazvati tlom. Ima tri dimenzije, a prostire se do dubine razvoja korijena, ili do najniže granice prostiranja genetskih horizonata. Lateralni presjek je obično heksagonalnog izgleda, površine 1-10 nr u zavisno.-iti u variianju horizonata.
pH u vodi (pH u HiO) - aktivna reakcija, aktivna kiselost. Predstavlja reakciju (kiselu, neutralnu ili baznu) koju daju H ioni koji se nalaze slobodni u zemljišnom rastvoru (tečna faza tla). pH II n-KCl - supstituciona reakcija. Predstavlja reakciju koju daju H ioni. vezani, adsorbovani na površinama najsitnijih zemljišnih čestica, koje se odatle daju lahko zarnijeniti - supstituisati (u ovom slučaju H ioni supstituišu K ione). P/eščar (karbotuitiu) - geološki sediment u čijem sastavu se nalazi mnogo pijeska, slijepljenog kalcijevim karbonatom, jedinjenjima željeza, glinom i td. Porozitet - sveukupni sadržaj pora u tlu, a to su kapilarne i nekapilarne pore. Psendooglejavaiije - specifično stvaranje sivih i hrđavih mikro zona. koji se izmjenjuju s mazotinama i eventualno konkrecijama, a kao rezultat alternacije mokre i vlažne faze stagnirajuće, zaustavne vode. Retencioni ili apsolutni kapacitet za vodu - količina vode koju tlo može da primi i zadrži (višak vode koju tlo ne zadržava se cijedi). Reziduum - ostatak koji ostaje poslije rastapanja krečnjaka i ispiranja CaCO.v Iz njega se na krečnjacima obrazuje tlo. Rudistni krečnjak - krečnjak koji u sebi sadrži rudistne ljušture, fosile izlužene u vrijeme kada su ti krečnjaci nastajali. Salinizacija - akumulacija topivih soli (klorida, sulfata, sode) u dijelovima profila tla. Vrijednost adsorptivnog kompleksa ■. "H"- nezasićenost adsorptivnog kompleksa bazama (T-S). ili zasićenost vodonikom. "S" - vrijednost - suma baza sposobnih za zamjenu zemnoalkalne i alkalna grupe (Ca, Mg, Na i K). To je veličina koja ima važan značaj za izračunavanje kapaciteta adsorpcije tla i stepena zasićenosti bazama. "T" - maksimalni kapacitet vezivanja iona na adsorptivnom kompleksu, važan pokazatelj hemijskih osobina tla. V% - stepen zasićenosti bazama 312 Prilozi Prilog 2: Važnije jedinice mjera i oznalve angstrem, 1Á = 10"'" m nanonietar, nm = IO"'' m mikrometar, pm = lp = 10"'' m miligram, mg = 10"' g = 10"'' kg decitona, dt = 100 kg mikrograni, |.ig = 10"' mg = 10"'' g miligram po kilogramu, mg ■ kg"' = ppm mililitar, ml = IO"' I centimol, cmol = 10"" mol millmol, mmol = 10"' mola mikroniol, pmol = 10"' mola nanomol, nmol = 10"'^ mola pikoniol, pmol = 10""
mola džul. Joule. U = 0,239 cal paskal, (pascal). Pa = 10"'^ bari molska masa = molarna masa količina supstance, mol; IM (mol ■ dm"'); IN (gEq ■ dni"') zapreminska gustina tla, g ccm"' ili kg dm"' ili kg m"' pritisak (bari), kod 20 °C = 1033,3 g H^O cm"l = 1022,7 cm stupca vode = 100 kPa : 0.1 MPa ukupno pristupačna voda = PVK-VTV filtracija vode u tlu. m/dan, ili cm h"' CET, (cation exchange capacity), kapacitet izmjene kationa ECEC. (effectiv cation exchange capacity), efektivni kapacitet izmjene konduktivitet, 1 dS m-1 = 1 mmho/cm faktor
prefiks
simbol
faktor
prefiks
simbol
10'
deca
da
10"'
deci
d
10'
hecto
h
10-'
centi
c
10'
kilo
k
10"'
milii
m
10'
mega
M
10"'
micro
H
10'
giga
G
10-'
nano
n
10"
tera
T
10-"
pico
P
10"
peta
P
10-'-^
femto
f
10'^
ex a
-E
10-'«
atto
a
10"
zetta
z
10-"
zepto
z
10'^
yotta
Y
10-'^
yocto
V
313 Prilozi Faktori konverzije lu2
1 - SI jedinice | 2 - nije u 81 sistemu | 2 u 1
dužina I.O
mikrometar. ^rni 10"'' mikron, n
1.0
m 10
nanometar. 10"' m
o
0.1
ansístrem, A koncentracija I
centimol po
miliekvivalent u 100 g. 1
kilosramu, emol
meq
100 ""' 0.1
grama po kilogrami, procenat. ''/<
10
g kg"' t
miligrama po
parts per million, ppm 1
kiloaramu. mg kg-' specifična površina 10
kvadratnih metara
kvadratnih
0.1
po kilogramu, nr kg"' centimetara po kilogramu, cnr g"' 1.000
kvadratnih metara
kvadratnih milimetara 0.001
po kiloaramu, nr ka"' po aramu. mm" s"' pritisak 9,90
megapaskal, Mpa
atmosfera
0,101
bar
0.1
(lO"" Pa) 10
megapaskal, Mpa (10''Pa)
atmosfera x 1.013 = bari; bari x 100 = kiloPascals; bari x 1,033 =J^/cm" radioaktivnost 2,7 ■ 10'" becquerel, Bq
curie, Ci
3.7 ■ 10'°
2,7 • 10'" becquerel po
picocurie po gramu.
37
kilogramu. Bo ka"' _ pCi g"' temperatura i.0(K-27.í) Kelvin. K
Celsius, "C
1,0 (C+273)
(9/5 "O
Celsius. "C
Fahrenheit. °F
.5/9(^-32)
+32 biljna hraniva 2.29
P
PjOj
0,437
1,2
K
K2O
0,830
1,39
Ca
CaO
0,715
1.66
Mg
MgO
0,602
Organski C ii procentima (%) = htimtis u procentima (%) / 1,72 2mg P2CÍ5/IOO g tla = 20 mg/kg, ili
3mg K2O/IOO g tla = 30 mg/kg 0,2 % ukupnog N-10 = 2 g kg"' _________ 314 Prilozi Literatura Ahl. C. et nl. (199.5): A.speti tind GiLindlagen der Bodenktindc. Materialen zur Vorlesung. Göttingen. Aleksandrović. D. (I<)82): .Agrückologija. Skripta. Poljoprivredni fakultet Zemun. Beograd. Antonović. G. (1999): Pedološki leksikon. Biblioteka Acta Biologica Yugoslavica. Beograd. Bašić, F. (1976): Pedologija. .Sveučilište u Zagrebu. Poljoprivredni institut. Križevci. Bigham. .i.I\'l. cl al. (ivyi): Soil color. .Soil .Sci. Amer, .Spec. Public. 31. Madi.son. Black. C.A. (2000): Soil Fertility Evaluation and Control. Lewis Publishers. Bolt. G.H. edit, et al. (1978): Soil Chemistry a. basic element.s. Developments in Soil Science .5A, Second Rcvi.sed edition. El.sevier Scientific Publishing Company. Amsterdam - Oxford - New York. Brady, N.C. (1990): The Nature and Properties of Soil, Tenth edition, Macmillaii Publishing Company. New York and London. Bridges. E.M. (1993): World Soils. Second Edition. Cambridge. Uni\eisily press. Brummer. G.W. (199.5): Funclionen des Böden in des Öko.sphare und Über legungen zum Bodeiihcluitz Bundeslorsch. Bonn. Buckman. H.O. (1964): The Nature and Properties of Soil. M.C. Company, and N.Y. Carter, M.R. Editor. (2000): Soil Sampling and Methods of Analysis. Canadian Society of Soil Science, Lewis Publishers. Čustović. H. (1987): Putevi uvođenja u kulturu tla kamenjara na području Hercegovine, magistarski rad. Poljoprivredni fakultet, Univerzitet u Sarajevu. Čustović, H. (1991): Bilansiranje količine tla i kriterijumi za izdvajanje upotrebnih kategorija zemljišta na području hercegovačkog krša. Posebno izdanje. Knjiga XCVIIL ANUBiH, Sarajevo. Čustović. H. et al. (1999): Površinski oticaj i nanos'u funkciji nagiba i pokriveno.sti tla vegetacijom na lokalitetu Dubljani u Popovom polju. Posebno izdanje. Knjiga C1X. ANUBiH, Saraje\'0. Ćirić, M. (1991): Pedologija. Ill Izdanje. Svjetlost, Sarajevo Davies. B. et al. (1993): Soil Management. Fifth Edition. Farming press. London. Davis, B.E. (1980): Applied Soil Trace Elements. John -Wiley and Sons. New York. Ehwald. E. et al. (1985): Bodenkunde. Verlag VEB, Berlin. Filipovski, G. (1974): Pedologija, vtoro i prerobat^no izdanie. Univerzitet "Kiril i
Metodije". Skopje. Finck. A. (1991): Pflanzenernährung in Strichworten, Berlin. Gračanin, M. (1946): Pedologija, I Knjiga. Zagreb. Gračanin, M. (1970): Opći principi fertilizacije tla. Posebno izdanje, Agronom.ski institut. Zagreb. Graef. F. (2001): Introductory Information on Soils Universität Hohenheim. Stuttiigarl. Hartge. K.H. (1993): Stress di.stribution in the Soil in the Solid pha.se of Soils. Soil tech. 6. 315 Prilozi Hillel, D, (1980): Application of Soil Physics, Department of Platt^and Soil Sciences. Massachusetts, Academic Press. Jakovljević, M. et al. (1991): Hernija zemljišta i voda. Poljoprivredni fakultet Zemun. Naučna knjiga, Beograd. ¡Jakšić, V. (1972): Kluč za čitanje i korištenje pedološke karte BiH i njene dokumentacije u praksi, Po.sebno izdanje. Zavod za agropedologiju, Sarajevo. Jenny, H. (1980): The Soil Resource, Origin and Behavior. Spring-Verlag, New York. Berlin. Kononova, M.M. (1972): Problemi organičeskogo vešćestva počvi na sovremenom etape. Ograničeskoe veščestva cellnih i osvoenih počv. Nauka. Moskva. Kubat. l.S. (1997): Geohemija. Rudarsko-geološki fakultet Univerziteta u Tuzli, Sarajevo Kuntze, H. et al. (1994): Bodenkunde, 5. Auflage, Verlag, Ulme. Stuttgart. Kurtović, J, (1977): Agropedološka istraživanja u reonizaciji proizvodnje duhana, X Simpozijum duhanskih stručnjaka Jugoslavije, Skopje. Lutz, H.J. et al. (1962): Šumska zemljišta, prijevod. Naučna knjiga. Beograd. Marshall, C.E. (1964): The Physical Chemistry and Mineralogy of Soil. Bd 1. Soil Materials. Wiley, New York. Martinovič, J. (1997): Tloznansvo u zaštiti okoliša. Pokret prijatelja prirode, Zagreb. Mihalič, V. (1976): Opća proizvodnja bilja, monografija. Školska knjiga, Zagreb. Prasad, R. et al. (1997): Soil Fertility Management for Sustainable Agriculture. Lewi.s Publishers. Pritchett, W.L. (1979): Properties and Management of Forest Soils, John Wiley and Sons, N.Y. Chichester. Toronto. Racz, Z. (1980): Meliorativna pedologija. Udžbenik, Geodetski fakultet. Sveučilište Zagreb.
Racz, Z. (1986): Agrikulturna mehanika tla. Fakultet poljoprivrednih znanosti. Sveučilište Zagreb. Resulović, H. (1963): Dinamika vode, zraka i redoks potencijala u podzolima Sjeverne Bosne, doktor.ska disertacija. Poljoprivredni fakultet, Beograd. Resulović, H. (1972): Pedologija, Poljoprivredni fakultet Univerziteta, Sarajevo. Resulović, H. et al. (1967): Promjene mokre, vlažne i suhe faze u pseudogleju u ovisnosti od dubina oranja. Zemljište i biljka. Vol. 16 No 13. Resulović, H. (1975): Neke specifičnosti istraživanja skeletnih zemljišta. Posebno izdanje. Knjiga V, ANUBiH. Sarajevo Rode, A.A. (1960): Vodni režim počvi ego regulirovanih. Izdanje AN SSSR. Salomons, W. et al. (1995): Havy Metals, Problem and Solution, Springer, Heidelberg, Berlin. Saračevič, L. (1999): Veterinarska radiobiolgija sa radijacionom higijenom, Vetrinarski fakultet. Univerzitet Sarajevo. Scheffer - Schacht.schabel, (1966, 1979, 1998): Lehrbuch des Bodenkunde. Ferd.E.Verlag, Stuttiiart. 316 Prilozi Sijarić. G. (1998); Mineralogija, za prvi razred Rudarske geološke stiuke, Sarajevo Publishing. Smedema, L.K. et al. (1983): Lend Drainage. Planing and design of agricultural drainage systems. Batsford Academic and Educational, Ltd. London. Sobocka, J. (2001): Soil antropization VL hiteinational Workshop. SSCRL Bratislava, Slovakia Stahr, K. (1997): Global Soil Systematics and Soils of the tropics and subtiopics. Universität Tübingen Institut für Geologie und Paläontologie. Germany. Sunüicr. M.C. (1999): Maiidbook of Soil scieiicc, CRC Press, London, New York. Boca Ration. Washington, DC. Škorić. A. etal. (1973): Klasifikacija tala Jugoslavije, Zagreb. Tan. K.H. (1998): Principles of Soil Chemistry. Third Edition. Revised and Expanded, Marcel Dekker, Inc. N.Y. Ba.sel. H.K. Tate. in. L. (1987): Soil organic Mather. Biological and Ecological effects. John Wiley and Sons. N.Y. Chichester. Toronto, Singapore.
Thien. S.J. et al. (1997): Laboratory Manual for Soil Science. Agricultural and Environmental Principals, 7th edition, WCB McGraw-Hill. Thompson, L. (1952): Soils and Soil Fertility. Mc.Graw - Hill Company. Iowa Slate. College. Tomić, F. (1988): Navodnjavanje, Savez polj. ing. i teh. Hrvatske i Fakultet polj. znanosti. Sveučilište Zagreb. Vidaček Ž. (1998): Gospodarenje meliorativnim sistemima odvodnje i natapanja, Agronomski fakultet Zagreb. Vlahinić, M. Hakl Z. (2001): Odvodnjavanje poljoprivrednog zemljišta. Poljoprivredni fakultet. Univerzitet Sarajevo. Vučić, N. (1976): Navodnjavanje poljoprivrednih kultura. Poljoprivredni fakultet. Novi Sad. Vuletić. N. (1972): Sadržaj mikroelemenata B, Cu, Mn i Zn u sionicama, smeđim dolinskim i smeđim bregovitim tlima Sjeverne Bosne. Zbornik Poljoprivrednog instituta Sarajevo. White, R.E. (1997): Principals and Practice of Soil Science, the Soil as Natural Resource, University of Melbourne, Australia, third edition. Blackwell Science. Winteringham, F.P.W. (1989): Radioactive fallout in Soils, Crops and Food, FAO, Rome. Yaron. B. et al. (1996): Soil Pollution, Processes and Dynamics, Springer. Youngs. E.G. (1995): Development in the Physics of Infiltration, Živković, M, (1991): Pedologija, Geneza, sastav i osobine zemljišta. Prva knjiga. Naučna knjiga, Beograd, XXX, (1966): Hemijske metode ispitivanja zemlji.šta. Posebno izdanje, JDPDZ, Beograd, XXX. (1986): Methods of Soil Analysis. Physical and Mineralogical methods. Part 1, Second edition, Arnold Klute, editor, Madison, Wisconsin USA - SSSA Book Series: 5. XXX, (1990): Soil map of the World. FAO UNESCO, Revised legend. World Soil Resources Report 60, Reprinted, FAO, Rome. 317 P ril0 zi x,xx, (1994): Munsell Soil Color Charts, Revised edition, Macbeth Diyision of Kollmorgcn Instruments Corporation, New Windsor. XXX, (1995): Global and national Soil and terrain digital databases (SOTER), Procedtires
manual Rev. 1. FAO Publication, Rome. XXX, (2000): Soil color Book, Eijkelkamp. ZG Giesbeek. The Netherlands. XXX,'USDA. (1981): Soil Water and Related Resources in the US, 1980. Appraisal Part 11. Washington DC. 318
