Proprietati hidrofizice de aeratie si termice

Proprietati hidrofizice de aeratie si termice

1 apa din sol

Apa din sol are rol important in procesele de dezagregare si alterare a mineralelor si rocilor, in transportul diferitelor combinatii chimice, minerale sau organice, in realizarea fertilitatii solului, determina solubilizarea, transportul si asimilarea substantelor minerale de catre plante. In concluzie, apa este un component al solului care asigura permanent schimbul de substante nutritive intre sol si planta.

1.1. Fortele care actioneaza asupra apei din sol

● forta gravitationala - actioneaza asupra apei ce se realizeaza in porii necapilari ai solului  dupa o ploaie abundenta sau dupa o irigare cu norme mari de apa; sub actiunea gravitatiei, apa se deplaseaza pe verticala in profunzime si poate trece in panza freatica, in functie de cantitatea acesteia;

● forta capilara - actioneaza asupra apei ce se afla in porii capilari ai solului; apa capilara nu este antrenata de forta gravitationala, ci se deplaseaza usor in toate directiile de la capilarele cu diametrul mai mare spre cele cu diametrul mai mic;

● forta de sorbtie - actioneaza asupra apei aflata la suprafata particulelor de sol; sunt forte de natura electrostatica si se datoresc faptului ca moleculele de apa au caracter dipolar, iar la suprafata particulelor de sol exista sarcini electrice libere; pot ajunge pana la 10 000 atm.

● fortele datorate tensiunii vaporilor de apa - actioneaza asupra apei aflata in sol sub forma de vapori, care se afla la presiuni a caror marime depinde de umiditatea si temperatura solului;

● fortele de sugere a radacinilor plantelor - apa pusa in contact cu radacinile plantelor este atrasa cu o anumita forta (pentru majoritatea plantelor 15-20 atm.) si pe masura ce este consumata se creeaza un curent de absorbtie spre radacini;

● fortele osmotice - se manifesta numai in cazul solurilor bogate in saruri solubile; cu cat concentratia in saruri solubile este mai mare si presiunea osmotica este mai mare, iar apa va fi retinuta cu forte mai mari in sol;

● fortele hidrostatice sau de submersie - actioneaza numai atunci cand solul este saturat si are un strat de apa deasupra (cazul orezariilor); forte datorate greutatii stratului de apa.

1.2. Potentialul apei din sol si suctiunea solului

Actiunea comuna a fortelor care actioneaza asupra apei din sol a fost reprezentata printr-un indice energetic generalizat numit potentialul apei din sol. Aceste forte au fost insa exprimate in unitati de presiune (atmosfere, bari, cm. coloana de apa etc) ce pot fi insumate. In functie de natura acestor forte se pot distinge urmatoarele tipuri de potential: gravitational, matriceal, hidrostatic si osmotic.

Suctiunea, este data de forta cu care apa este atrasa si retinuta de sol si poate fi evidentiata si masurata cu ajutorul tensiometrului. Se poate masura in cm. coloana de apa, mm. coloana de mercur, atmosfere, bari, milibari etc. Pentru o exprimare mai simpla, Schofield a introdus notiunea de pF, care reprezinta logaritmul in baza zece a cm. coloana de apa.

Asadar, la un pF = 0 solul este saturat cu apa iar la un pF = 7 solul este complet uscat.

Fig. 1. Tensiometrul,  Puiu 1983

1.3. Curba caracteristica a umiditatii solului

Curba caracteristica a umiditatii solului exprima legatura dintre suctiune si umiditatea solului. (fig. 2) La acelasi tip de sol, suctiunea poate avea valori ale pF de la 0 la 7 in functie de cantitatea de apa continuta. La valori ale pF =7 forta de atractie este maxima, solul este complet uscat, iar la valori pF = 0 solul este saturat cu apa, corespunde capacitatii totale a solului.

Fig. 2. Curba caracteristica a umiditatii solului

1.4. Indicii hidrofizici

Reprezinta anumite valori ale umiditatii solului exprimata in % sau valori pF, unde se petrec modificari evidente in ce priveste retinerea, mobilitatea si accesibilitatea apei pentru plante. Principalii indici hidrofizici sunt:

coeficientul de higroscopicitate - cantitatea maxima de apa pe care o proba de sol uscata la aer o poate retine la suprafata particulelor atunci cand este pusa intr-o atmosfera saturata cu vapori; valoarea acestuia depinde de textura, continutul de humus, saruri si de natura cationilor din sol; obisnuit aceste valori sunt de 1 % pentru soluri nisipoase, 8 % pentru soluri lutoase si 14 % pentru soluri argiloase;

● coeficientul de ofilire - limita minima de apa din sol la care plantele se ofilesc ireversibil; depinde de aceeasi factori ca si CH fiind de 2 % pentru soluri nisipoase, 12 % pentru lutoase si 24 % pentru argiloase;

● capacitatea pentru apa in camp - cantitatea maxima de apa pe care solul o poate retine in spatiile capilare o perioada mai indelungata si pe care o poate pune la dispozitia plantelor in mod treptat; valorile acesteia depind de structura si textura, fiind la solul nisipos de 6 % la solul lutos de 32 % si la solul argilos de 42 %;

● echivalentul umiditatii - cantitatea maxima de apa pe care o proba de sol saturata cu apa o poate retine atunci cand este supusa unei forte centrifuge de 1000 ori forta gravitationala;

● capacitatea pentru apa capilara - cantitatea maxima de apa pe care o are solul atunci cand toti porii capilari sunt plini cu apa; se realizeaza numai deasupra panzei de apa freatica;

● capacitatea totala pentru apa - cantitatea maxima de apa pe care o contine solul atunci cand toti porii (capilari si necapilari) sunt plini cu apa; corespunde unui pF - 0

in care: CT - capacitatea totala pentru apa (% g/g);

PT - porozitatea totala (%);

DA - densitatea aparenta (g/cm³);

1.5. Pierderea apei din sol

Apa din sol poate fi pierduta, eliminata prin trecerea acesteia in atmosfera ca urmare a evaporatiei directe sau prin transpiratia plantelor.

Evaporatia - consta in pierderea apei din sol prin trecerea ei sub forma de vapori prin intermediul temperaturii. Deoarece la aceasta pierdere plantele nu participa, fenomenul este cunoscut sub termenul de consum neproductiv, ce poate fi intrerupt prin efectuarea prasilelor mecanice sau/si manuale cu scopul de a intrerupe spatiile capilare.

Referat: Proiect - firma s.c. expert srl - obiectivele urmarite Referat: Planul financiar de afaceri - hrs srl - concurenta

Transpiratia - reprezinta pierderea apei datorita consumului plantelor prin fenomenul de transpiratie (consum productiv). Din cantitatea totala de apa adsorbita, numai 0,2 % este utilizata pentru formarea substantei organice, restul de 98 % este eliminata prin transpiratie.

Evapotranspiratia - este cantitatea de apa pierduta prin evaporatie si transpiratie si care este exprimata prin evapotranspiratia potentiala, notiune introdusa de Tornthwaite (ETP).

Drenajul - reprezinta pierderea de apa din sol prin scurgeri si poate fi: drenaj extern (scurgerea apei la suprafata terenurilor inclinate), drenaj intern (scurgerea apei prin sol, in profunzime) si drenaj global, ce insumeaza cele doua situatii.

1.6. Regimul hidric al solului

Regimul hidric, reprezinta ansamblul fenomenelor de patrundere, miscare, retinere si pierdere a apei din sol. Regimul hidric, este influentat de permeabilitatea solului care depinde de textura solului, continutul in humus, natura cationilor etc. Principalele tipuri de regim hidric ce poate fi intalnit in conditiile tarii noastre sunt:

- regim hidric nepercolativ, caracteristic zonelor cu climat secetos (stepa), unde indicele de ariditate (Iar < 26, ETP >P), iar apa freatica se afla la adancime mare fara a influenta procesele pedogenetice;

- regim hidric periodic percolativ, caracteristic zonelor de silvostepa cu Iar = 26-35 si ETP = P; solurile prezinta o levigare mai intensa si au un deficit de umiditate mai redus;

- regim hidric percolativ, caracteristic solurilor din climat umed (padure), cu Iar > 35 si P > ETP; de regula, aceste soluri necesita lucrari de afanare profunda pentru a elimina stagnarea apei, deci, asigurarea unui drenaj mai bun;

- regim hidric exsudativ, intalnit in zonele de stepa si silvostepa unde apa freatica se afla la mica adancime (microdepresiuni), de unde se poate ridica prin capilaritate pana la suprafata solului (exsudare);

- regim hidric freatic stagnant, caracteristic zonelor umede (de padure) cu apa freatica la adancime redusa, unde de regula stagneaza la suprafata solului, se creeaza procese de anaerobioza cu formarea orizonturilor stagnice;

- regim hidric stagnant, intalnit in zonele umede, pe terenurile plane sau depresionare si cu permeabilitate scazuta;

- regim hidric de irigatie, specific zonelor irigate; apare acolo unde irigatia nu se aplica rational, corect; norme mari, necontrolate care pot duce la aparitia altui tip de regim hidric.

2. aerul din sol

Aerul ocupa spatiile lacunare existente in sol cu diametrul mic (porii capilari) si cu diametrul mare (porii necapilari), constituind atmosfera solului. Impreuna cu apa ocupa spatiul poros al solului, fiind considerate doua componente antagoniste (prezenta unuia in proportie mai mare determina absenta celuilalt).

2.1. Compozitia aerului din sol

Aerul din sol prezinta o compozitie apropiata de cea a aerului atmosferic in ceea ce priveste oxigenul si azotul si este mai bogat in dioxid de carbon datorita proceselor chimice si biochimice care au loc in masa acestuia. (tabelul 9.1).

Compozitia aerului difera de la un sol la altul in functie de natura solului (nisipos, lutos sau argilos), agrotehnica aplicata iar la acelasi tip de sol variaza in functie de folosinta acestuia, sezon, continut in humus etc.

Cantitatea de dioxid de carbon din sol este mai mare la solurile cultivate cu o stare culturala buna, comparativ cu solurile necultivate, datorita transformarii oxigenului in dioxid de carbon de catre microorganisme si radacinile plantelor. Cantitatea de dioxid de carbon eliberata de radacini in procesul de respiratie este foarte mare (la un ha de grau se elibereaza aprox. 600 kg CO_2, dupa D. Vasile, 2005).

Compozitia aerului atmosferic si din sol

Tabelul 9.1

De asemenea, cantitatea de dioxid de carbon din sol este influentata de anotimp, in sensul ca este maxima atunci cand activitatea biologica este intensa si se reduce in perioada de toamna-iarna.

2.2 Factorii care contribuie la primenirea aerului din sol

Aerul din sol poate fi inlocuit, improspatat sau primenit prin intermediul urmatorilor factori: difuziunea gazelor, temperatura, umiditate, presiunea atmosferica si regimul eolian (vantul).

● Difuziunea gazelor, are rol important in mentinerea unui echilibru intre continutul de dioxid de carbon din sol si oxigenul din atmosfera, prin eliberarea dioxidului de carbon care se gaseste in sol in cantitate mai mare.

Prin cresterea temperaturii  aerul din sol isi mareste volumul fiind eliberat in atmosfera iar cand temperaturile scad, fenomenul se petrece invers.

In urma ploilor sau aplicarii irigatilor, aerul este eliberat din sol apoi cand apa se pierde prin evaporatie sau consumul plantelor acesta este inlocuit de aer poaspat.

Prin scaderea presiunii atmosferice, aerul din sol trece in atmosfera iar cand presiunea creste, fenomenul se petrece invers.

● Regimul eolian (vantul) intensifica evaporarea aerului de la suprafata solului si treptat spre interior, realizand un schimb de aer intre sol si atmosfera.

Un tip de sol cu bune insusiri fizice, bine lucrat, poate fi primenit in 24 ore pe adancimea de 20 cm.

2.3 Regimul de aer al solului

Totalitatea proceselor de patrundere, miscare si iesire a aerului din sol constituie regimul aerului din sol. Intre apa si aerul din sol exista relatii de stricta interdependenta, folosindu-se notiunea de regim aero-hidric al solului, care reprezinta totalitatea proceselor de patrundere, miscare, intrare-iesire a apei si aerului din sol. Un bun regim al aerului denota si un bun regim al apei in sol.

Intotdeaunea cand regimul aerului este deficitar, regimul apei este excedentar si invers.

Un regim de aer excedentar, atrage dupa sine deficit de umiditate, activitate microbiologica redusa, mineralizare rapida a resturilor organice, aprovizionare deficitara cu elemente nutritive, stanjenirea cresterii sistemului radicular etc.

Un regim de aer deficitar, denota un excedent de umiditate, creeaza conditii de anaerobioza determinand acumularea in sol a compusilor ferosi, activitate microbiologica si mineralizare reduse, eliberarea de elemente nutritive in cantitati reduse, au loc procese intense de gleizare si stagnogleizare, necesitand lucrari de ameliorare specifice.

La un regim aerohidric favorabil, activitatea microorganismelor este intensa, se realizeaza un echilibru al proceselor de retinere si schimb cationic, se stimuleaza germinatia semintelor, are loc fixarea azotului atmosferic etc.  Astfel de regim aerohidric favorabil, se realizeaza in soluri cu textura mijlocie, bine structurate, agregate stabile si unde lucrarile agrotehnice se executa la timp si de buna calitate.

2.4. Importanta aerului din sol

Principalele elemente componente ale aerului din sol sunt: oxigenul, dioxidul de carbon si azotul.

Oxigenul, este necesar pentru germinarea semintelor, respiratia radacinilor activitatea microorganismelor aerobe etc.

Azotul, constituie sursa de acumulare a azotului nitric si amoniacal in urma activitatii bacteriilor nitrificatoare si simbiotice.

Dioxidul de carbon, constituie sursa de aprovizionare a aerului atmosferic iar prezenta acestuia in atmosfera duce la cresterea asimilatiei clorofiliene, grabeste inflorirea si maturarea plantelor si chiar asigura sporuri de recolta de 20-100 %. (castraveti si tomate in sere).

Prezenta aerului in sol,

favorizeaza dezvoltarea perisorilor absorbanti ai radacinilor;

influenteaza regimul termic al solului;

intreruperea capilaritatii si conservarea apei in sol

3. temperatura solului

Temperatura are un rol important in procesele de solificare si asigurarea conditiilor normale de crestere si dezvoltare a plantelor precum si pentru activitatea microorganismelor. Prin intermediul temperaturii sunt influentate procesele biochimice, intensitatea proceselor de alterare a partii minerale si organice, germinatia semintelor etc.

3.1 Surse de incalzire a solului

Principala sursa de incalzire o constituie energia solara, apreciata prin constanta solara. Constanta solara, reprezinta cantitatea medie de energie solara ce cade in decurs de un minut pe fiecare cm² de suprafata a Pamantului si este egala cu 1,946 cal.

Din cantitatea totala de energie solara, aproximativ 40 % ramane in spatiul cosmic, circa 17 % este absorbita de atmosfea, in jur de 10 % se reflecta de la suprafata solului si numai 33 % contribuie la incalzirea solului.

Alte surse de incalzirea solului sunt considerate procesele biochimice din sol, condensarea vaporilor de apa, descompunerea materiei organice, patrunderea in sol a apei meteorice si a celei de irigatii, caldura telurica degajata din interiorul Pamantului etc.

3.2 Proprietati termice ale solului

Incalzirea solului depinde de anumite proprietati termice, mai importante fiind:

● Capacitatea de adsorbtie (proprietatea solului de a inmagazina si pastra caldura).O parte din radiatia solara ajunsa pe sol este adsorbita iar o parte este reflectata; procentul de radiatie reflectata este numit albedou. Incalzirea solului este influentata de mai multi factori: culoarea solului; natura acestuia; gradul de afanare; gradul de acoperire cu vegetatie, zapada etc.; panta si expozitia terenului; temperatura aerului, precipitatiile s.a.

● Caldura specifica a solului (cantitatea de caldura necesara pentru a ridica temperatura cu un grad a unui cm³ de sol in asezare naturala. Aceasta proprietate, depinde de caldura specifica a componentelor sale.

● Conductivitatea termica a solului (insusirea solului de a transmite caldura si se apreciaza prin coeficientul de conductivitate termica (k).

Importanta temperaturii solului

Temperatura solului are o importanta deosebita pentru cresterea si dezvoltarea plantelor incepand cu pregatirea patului germinativ, declansarea semanatului, germinatia semintelor, cresterea radacinilor etc.

Temperaturile minime la care semintele pot germina si plantele de cultura se pot dezvolta sunt cuprinse intre 1-15 ⁰C, temperaturile optime sunt cuprinse intre 20-30 ⁰C  iar maxime ajung pana la 40-50 ⁰C.

De asemeana, temperatura solului poate influenta: stabilirea epocii de semanat, raionarea soiurilor si hibrizilor, descompunerea resturilor organice din sol, solubilizarea sarurilor etc.