Základy pedologie pro studenty geografických oborů Jaromír Kolejka 2020 Půdy planety Země Půda vPůda je samostatný přírodní útvar, který vznikl transformací svrchní části zemské kůry působením organizmů na horniny za účasti vzduchu, vody a sluneční radiace. Půda sahá od pokryvného humusu po matečnou horninu. Vědní obory zkoumající půdu a půdní pokryv vPEDOLOGIE – věda o půdě zabývající se genezí, vývojem půd a charakteristickými vlastnostmi půdních individuí a pedosféry -Hlavní úkoly: -Teoretické: syntéza výsledků srovnávacího a experimentálního výzkumu do charakteristických procesů, vlastností a režimů konkrétních půdních jednotek, rozvoj diagnostiky, základní klasifikace a systematika půd -Praktické: studium vztahů půd k faktorům a podmínkám vnějšího prostředí, klasifikace půdních areálů, půdních společenstev, studium zákonitostí rozšíření půd Vědní obory zkoumající půdu a půdní pokryv vPEDOGEOGRAFIE – zkoumá půdní pokryv jako součást krajiny, životního prostředí, studuje zákonitosti prostorového rozšíření půd vPEDOKARTOGRAFIE – zabezpečuje přenos poznatků o půdách a jejich rozšíření v grafické podobě k uživateli Funkce půdy vJeden z nejdůležitějších přírodních zdrojů –výrobní prostředek zemědělství vFixuje, akumuluje a přerozděluje sluneční energii (i tu, která prošla fotosyntézou rostlin) vFunguje jako filtr chránící důležité živiny před odnosem do oceánu vS mikroorganizmy rozrušuje a neutralizuje různá znečištění vReguluje vsakování srážkové vody a akumuluje vláhu vJe indikátorem vlastností ostatních složek krajiny, mírně konzervativní (V.V.Dokučajev: půda je zrcadlem krajiny) Vlastnosti půdy 1.Půda jako systém: otevřený, dynamický, třífázový, heterogenní, skládá se ze subsystémů 2.Půda jako součást systému vyššího řádu: je součástí ekosystému, je součástí krajiny, je součástí pedosféry (je významově hierarchizována a prostorově strukturalizována – jako PEDON-PEDOTOP-PEDOCHORA-PEDOREGION-PEDOPROVINCIE 3.Půda jako kontinuum: půdní individuum je součástí PEDOSFÉRY, hranice neostré, plynulé přechody Obecné vlastnosti Vlastnosti půdy 1.Půda jako třífázový – polydisperzní systém (pevná, kapalná a plynná složka půdy, organický podíl, živá složka) 2.Zrnitost (textura) půdy 3.Pórovitost půdy 4.Struktura (sloh) půdy 5.Sorpce a sorpční komplex půdy 6.Půdní reakce Specifické vlastnosti Pevná složka půdy vPevná minerální složka: vVzniká rozpadem (fyz.) a/nebo rozkladem (chem.) hornin litosféry vVyjma rašeliny tvoří 90-99 % půdní hmoty vPůdní hmotu tak z rozhodující části tvoří půdotvorné minerály Pevná složka půdy vKlasifikace půdotvorných minerálů: vPrimární (prvotní) minerály – uvolněné ze zvětralé horniny vOxidy – např. Si02 – křemen (odolný vůči zvětrávání), Fe203.nH20 vKřemičitany – živce, slídy vUhličitany – kalcit-CaCO3, dolomit-CaCO3.MGCO3 vFosforečnany – apatit vSírany – CaSO4-sádrovec Pevná složka půdy vSekundární (druhotné) minerály (někdy „jílové minerály“ – tvoří rozhodující část jílového podílu půdy a sedimentárních hornin vZpravidla jde o miniaturní krystalky alumosilikátů („hlinitých křemičitanů“) vKrystaly mají nejen „vnější“, ale „vnitřní“ povrch schopný zachycovat vláhu (bobtnání) a poutat látky (sorpce) Pevná složka půdy vTřídění jílových minerálů. vSkupina KAOLINITu – nízká sorpce, slabé rozpínání, tropy vSkupina HALLOYSITu – podobné kaolinitu vSkupina MONTMOTILLONITu – vysoká sorpce, velké objemové změny vSkupina NATRONITu – podobné montm… vSkupina ILITu (hydroslídy) – průměrné vlastnosti, mírný pás vSkupina ALOFANITu – amorfní křemičitany, vysoká sorpce, malé objemové změny Pevná složka půdy DSCN5523.JPG Mikrokrystal.bmp bobtnání a smršťování Kapalná složka půdy vPůdní voda: vPůvod: z atmosféry, z podzemní vody, kondenzace páry a výdechů organismů vTypy půdní vody: vGravitační voda - pohybuje se shora dolů gravitací (průliny) vKapilární voda – vzlíná (a-zavěšená, b-podepřená) v pórech vVázaná voda – chemicky poutaná na minerály vAdsorpční voda – vázána na povrchy půdních částic Půdní voda.bmp Plynná složka půdy vPůdní vzduch: vPůvod: z atmosféry, výdechy organismů, z rozkladu organické hmoty, ze zvětrávání hornin vVyplňuje póry a volné prostory vRozdíly oproti atmosférickému vzduchu: vVíce H2O (nižší provětrávání páry, výdechy) vVíce CO2 10x (výdechy, rozklad, zvětrávání) vVíce H2S a NH3 (rozklad) Organický neživý podíl půdy vHumus: vPopis: humus je složitý soubor organických látek akumulovaných v půdě pocházející z odumřelých organismů a nacházející se v různém stupni rozkladu vTřídění humusu podle řady kritérií: vvzhledu vpůvodu vsložení aj. Humus vVzhled: C:\Documents and Settings\Kolejka\Dokumenty\Skola\PdF\pudy\Opad a spol.bmp Humus vPůvod – genetické formy humusu: vSubhydrický – vznik pod vodní hladinou, resp. za trvalého nasycení prostředí vodou v (rašeliny a slatiny) vSemiterestrický – za sezónního nasycení prostředí vodou v (rašeliniště: vrchoviště – přechodná) vTerestrický: za dominantního působení vzduchu Humus vFormy terestrického humusu C:\Documents and Settings\Kolejka\Dokumenty\Skola\PdF\pudy\Humus_formy.bmp (rašeliny: vrchoviště – přechodná – slatiny) Humus Vznik humusu: HUMIFIKACE - soubor rozkladných a syntetizujících procesů v půdě vedoucích k přeměně organických látek v půdě řízený mikroorganismy Výsledkem ÚPLNÉ PŘEMĚNY původních organických zbytků jsou chemické sloučeniny. Tvoří tzv. VLASTNÍ HUMUS. Složení: rozhodující podíl tvoří humusové kyseliny 2 základních skupin: Huminové a Fulvokyseliny Humus Vlastní humus: HUMINOVÉ KYSELINY – amorfní makromolekulární dusíkaté organické kyseliny s vysokou sorpční (poutací) schopností FULVOKYSELINY – kednodušší makromolekulární kyseliny, jsou mobilnější, agresivnější s nižší poutací schopností. Podle poměru C/N v humusu je odhadována jeho kvalita (optimum = 10, méně než 10 = horší kvalita) Živá složka půdy Složení: a)Kořenové systémy vyšších rostlin b)Vlastní půdní organismy - EDAFON Třídění edafonu: 1)Podle říší organismů: A) fytoedafon = rostlinné půdní organismy (bakterie, houby, řasy, … - rozkládají a uvolňují org. látky –geneze humusu B) zooedafon – živočišné půdní organismy, konzumenti a mechanické účinky Živá složka půdy Třídění edafonu: 2) Podle velikosti: A) mikrodafon = prvoci (zoo např.: bičíkovci, kořenonožci, nálevníci,… - živí se fyto, např. bakteriemi, při přemnožení omezují uvolňování živin) B) makroedafon – červi (háďátka, dešťovky,…), měkkýši, členovci (stonožky, roztoči), hmyz (mravenci, brouci,…), hlodavci (sysel,myš,…) – mechanicky rozrušují půdu, kypří, rozkládají org. hmotu, promíchávají s minerálními látkami Zrnitost (textura) půdy Zrnitost je dána poměrným zastoupením jednotlivých zrnitostních frakcí (v %) minerálních částic v půdě, tzv. texturních elementů. Základní skupiny texturních elementů: 1)skelet (Ø > 2 mm) 2)jemnozem (Ø ≤ 2 mm) Zrnitost (textura) půdy Třídění texturních elementů: SKELET Ø částic (v mm) označení > 500 balvany 50 - 500 kameny 10 - 50 hrubý štěrk 5 - 10 drobný štěrk 2 - 5 krupkovitý písek Zrnitost (textura) půdy Třídění texturních elementů: JEMNOZEM Ø částic (v mm) označení 0,1 - 2 písek 0,05 – 0,1 práškový písek 0,01 – 0,05 hrubý prach 0,002 – 0,01 velmi jemný prach 0,0001 – 0,002 velmi jemný jíl < 0,0001 koloidní jíl Zrnitost (textura) půdy Podíl frakce částic Ø ≤ 0,001 definuje PŮDNÍ DRUH. To je skupina půd majících přibližně stejné zastoupení zrnitostních frakcí Podíl částic o Ø ≤ 0,001 (v %) Označení půdního druhu 0 - 10 písčitá 10 - 20 hlinito-písčitá Skupina půd lehkých Zrnitost (textura) půdy Podíl částic o Ø ≤ 0,001 (v %) Označení půdního druhu 20 - 30 písčito-hlinitá 30 - 45 hlinitá Skupina půd středních Zrnitost (textura) půdy Podíl částic o Ø ≤ 0,001 (v %) Označení půdního druhu 45 - 60 jílovito-hlinitá 60 - 75 jílovitá > 75 jíly Skupina půd těžkých pudni druhy trojuhelnik Zrnitost (textura) půdy Pro obecné použití postačuje dělení půd (půdních druhů) na: 1)půdy lehké - písčité 2)půdy středně těžké – hlinité 3)půdy těžké - jílovité Pórovitost půdy Póry – jsou volné prostory mezi půdními částicemi Porovitost.bmp Pórovitost půdy Funkce pórů: 1.Umožňují výměnu vody, roztoků a plynů 2.Umožňují existenci edafonu 3.Umožňují zakořenění rostlin PÓROVITOST: celkové množství pórů vyjádřené v % k určitému objemu půdy v přirozeném uložení. Nejčastěji – 40-50 % (velmi proměnlivý znak půdy) Existují půdy slehlé a zhutnělé. Struktura (sloh) půdy Výklad: jednotlivé texturní elementy neleží v půdě vedle sebe (s výjimkou půd písčitých), ale jsou agregovány do shluků různé velikosti –AGREGÁTŮ („hroudy“) – ty definují podle svých tvarů a velikosti STRUKTURU PŮDY Příčiny vzniku agregátů: 1.Fyzikální - drcení, slepování, rozpínání, smršťování, změny fáze vody, mechanické působení organismů 2.Chemické – důležitější – půdní koloidy slepují půdní částice do agregátů (např. Ca-soli huminových kyselin) 3.Biologické – slepování slinami bakterií, jemnými kořínky, slinami dešťovek aj. Struktura (sloh) půdy Třídění agregátů: Podle velikosti: 1.Megastruktura 2.Makrostruktura 3.Mikrostruktura Struktura_velikost.bmp Struktura (sloh) půdy Třídění agregátů: Podle tvaru struktura: 1.Kulovitá – (velmi mnoho hran a stěn) např. drobně hrudkovitá (Ø 5-10 mm), zrnitá (Ø 0,5 – 5,0 mm) 2.Kostkovitá – (málo hran i stěn) agregát má 6-8 stěn – vlastní kostkovitá, 8-12 stěn - polyedrická 3.Hranolovitá – (vedle sebe velmi dlouhé a velmi krátké hrany) vlastní hranolovitá, sloupcovitá . Struktura_tvary.bmp OPTIMUM: drobně hrudkovitá s porézními,mechanicky pružnými a vodostálými agregáty – silný vliv na úrodnost půdy Sorpce půdy a sorpční komplex Půdní sorpce: schopnost půdy poutat (sorbovat) rozličné sloučeniny nebo jejich části (kationty, anionty) Sorpční komplex: soubor půdních koloidů (minerálních a organických), jílových minerálů a výměnných iontů na ně vázaných (~ humuso-jílový sorpční komplex) Složky: 1) aktivní (koloidní jíl, koloidní humus, jílové minerály větší než koloidy) 2) Pasivní (výměnné ionty vázané na aktivní složku (Ca2+, Mg2+, K+, Na+, H+, NH4+ ) Půdní reakce = reakce půdního roztoku ~ aktuální půdní reakce – je dána aktivitou volných iontů H+ a OH- v roztoku ~ ACIDITA Půdní reakce, resp. acidita ovlivňuje biochemické procesy a tím úrodnost půdy pH označení půdy pH označení půdy ≤ 4 velmi silně kyselá 6,5 – 7,4 neutrální 4,1 – 4,5 silně kyselá 7,5 – 8,3 zásaditá 4,6 – 5,2 kyselá ≥ 8,4 silně zásaditá 5,3 – 6,4 slabě kyselá Sorpce půdy a sorpční komplex Půdy podle stavu sorpčního komplexu: 1.Půdy sorpčně nasycené dvojmocnými bázemi (Ca, Mg,…) – mají dobré fyzikální, chemické a biologické vlastnosti = úrodné 2.Půdy sorpčně nasycené jednomocnými bázemi (Na, K,…) – zasolené, nepříznivé vlastnosti 3.Půdy nenasycené (převládají sorbované kationty H+) – úrodnost kolísá mezi ad1) a ad2) PEDOGENEZE v= půdotvorný proces jako soubor fyzikálních, chemických a biologických procesů probíhajících v půdách a podmiňujících příslušné složení a vlastnosti půdní hmoty, hierarchizace procesů tvorby půdy 1.Elementární půdotvorné procesy – mikroprocesy (formují půdní hmotu – fyz., chem., biochem., biol. – pevnou, kapalnou a plynnou složku), např. oxidace, redukce, rozpad, rozklad 2.Dílčí půdotvorné procesy – mezoprocesy (sestávají z elem. procesů, formují půdní horizonty a tím diferenciační znaky půd), např. zvětrávání, pedoturbace, vyluhování, obohacování 3.Komplexní půdotvorné procesy – makroprocesy (sestávají z mezoprocesů, vedou ke genezi půdních typů), např. ilimerizace, podzolizace, glejizace, brunifikace Klasifikace půdotvorných procesů podle formy chování půdní hmoty 1.Procesy narůstu hmoty v půdním těle (obohacování, kumulace, salinizace – na povrchu či v profilu) 2.Procesy ztráty hmoty v půdním těle (vyluhování, eroze, desalinizace – z povrchu či profilu) 3.Procesy translokace hmoty v půdním těle (eluviace, illuviace, kalcifikace, dekalcifikace, salinizace, desalinizace, ilimerizace, alkalizace, dealkalizace, pedoturbace, podzolizace, brunifikace, glejizace, oglejení) 4.Procesy transformace hmoty v půdním těle (podzolizace, humifikace, rašelinění, mineralizace, hnědnutí-rubifikace-lateritizace, glejizace, oglejení) Půdní diagnostika vPůdní individuum – 3D výřez z půdy (=pedon) vPůdní profil – svislý řez půdou vPůdní horizont – zákonitě umístěná a barvou, mocností, vlhkostí, texturou, strukturou, kyprostí, prokořeněním, minerály, chemickým složením a přítomností edafonu se lišící část půdy od zbytku profilu a jeho jiných částí v(pozn. nejde o vrstvy, ty vznikají sedimentací, horizonty pedogenezí) Půdy jsou studovány ve svislém řezu. Na něm jsou rozlišovány odlišné části odshora dolů. Půdní diagnostika vPlně vyvinuté ZÁKLADNÍ horizonty (tloušťka nad 5 cm) velkým tiskacím písmenem abecedy - A, B, C, G, jejich diferenciační znaky malým tiskacím písmenem Bt, Bs, Bv vPřechodné horizonty – a) podle pořadí shora dolů: velkými tiskacími písmeny abecedy oddělenými lomítkem – A/B, B/C, příp. bez lomítka AB, BC, b) podle geneze vSlabě vyvinuté horizonty – (pod 5 cm) velkými tiskacími písmeny abecedy v závorkách – (A), (B) v vPříklad popisu: černozem (zkr. ČM: Ac,A/C, Cca) Označování půdních horizontů: Půdní diagnostika 1.Organické půdní horizonty – O – podle formy nadložního humusu -Anhydromorfní – opad (L), drť (F), měl (H) -Hydrogenní – O -Rašelinné (T) v2. Organominerální půdní horizonty v- Anhydromorfní – lesní (ochrikový) Ah, drnový Ad, černický (mollikový) Ac, umbrický Au Diagnostické půdní horizonty: Půdní diagnostika v- Hydrogenní – lesní Ahg, černický Acg, umbrický Aug, zrašelinělý At -Kulturní – orniční Ap v3. Podpovrchové horizonty -Vysvětlené E: podzolizací ochuzené Ep, ilimerizací ochuzené El -Kambické (metamorfické): vnitropůdního zvětrávání (hnědý) Bv Diagnostické půdní horizonty: Půdní diagnostika -Spodické: rezivý Bs, humusoseskvioxidický Bsh -Luvické: Luvický (argilikový) Bt -Mramorované (redox): mramorovaný Bm -Glejové_ glejový (redukční) Gr, glejový oxidační Go, oxidačně redukční Gor -Akumulace solí a karbonátů: kalcický K, salický S -Substrátové: vlastní půdotvorný substrát C, rozpadlá hornina Cr, pevná hornina R, sypká zemina M - Diagnostické půdní horizonty: Klasifikace půd ČR vTaxony: vPůdní typ vPůdní subtyp vPůdní varieta vPůdní subvarieta U nás platný „referenční systém půd“ – podle hlavního půdotvorného procesu PUDA3 Referenční třídy půd ČR vA. LEPTOSOLY (A-C) – (Ai-C) – ((A)-C) -Litozem (LI), ranker (RN), rendzina (RZ), pararendzina (PR) vB. REGOSOLY (A-C) – (Ai-C) – ((A)-C) -Regozem (RG) vC. FLUVISOLY (O-Ah-M-C) v- Fluvizem (FL), koluvizem (KO) ranker rendzina pararendzina arenozem fluvizem Referenční třídy půd ČR vD. VERTISOLY -Smonice (SM) vE. ČERNOSOLY -Černozem (CE), černice (CC) vF. LUVISOLY v- Šedozem (SE), hnědozem (HN), luvizem (LU) CM HM LM Referenční třídy půd ČR vG. KAMBISOLY -Kambizem (KA), pelozem (PE) vH. ANDOSOLY v-andozem (AD) vI. PODZOSOLY -Kryptopodzol (KP), podzol (PZ) vJ. STAGNOSOLY v- Pseudoglej (PG), stagnoglej (SG) kambizem podzol Referenční třídy půd ČR vK. GLEJSOLY -Glej (GL) vL. SALISOLY -Solončak (SK) vM. NATRISOLY -Slanec (SC) vN. ORGANOSOLY -Organozem (OR) vO. ANTROPOSOLY v- Kultizem (KU), antropozem (AN) glej PUDA3 Pedogeografické členění CR_edo_regio_def2 1. polabských půd na sedimentech, 2. středoevropských lehkých hercynských kambizemí, 3. středoevropských těžkých karpatských kambizemí, 4. středoevropských luvizemí 5. podunajských černozemí. Provincie zasahující na území ČR