Descrierea Succinta a Cadrului Natural a Orasului Orhei din Republica Moldova

Descrierea succintă a cadrului natural a orașul Orhei din Republica Moldova

Orașul Orhei

Fig.1.Localizarea amplasamentului Orhei

(Sursa:http://www.google.ro/imgres?client=firefox-a&hs=LeU&sa=X&rls=org.mozilla)

Așezare geografică

Orașul Orhei are o suprafață de 1402 ha și este situat în centrul Republicii Moldova, la o distanță de 45 km spre nord de capitală, pe traseul Chișinău-Bălți pe malul râului Răut.În partea de nord regiunea Orhei este mărgintă de raionul Rezina, la est hotarul râul Nistru, la sud se învecinează cu raionul Criuleni iar la nord-vest cu raionul Telenești și Călărași.Râurile Răut și Ivanos constituie rețeaua hidrografică a orașului.

Orașul dispune de zăcăminte de piatră, argilă dar și terenuri ocupate cu cariere deschise, cu pietriș, bolovăniș, terenuri cu exces permanent de umiditate, sărăturate, erodate, cu alunecări de teren și ravene.

(Sursa: http://www.orhei.md/index.php?pag=cat&id=660&l=ro)

Geologia

Structura geologică specifică cu numeroase fracturi tectonice, predomină rocile sedimentare afânate și poroase, a cauzat condiții prielnice pentru dezvoltarea largă a alunecărilor de teren și a formelor erozionale de relief, reprezentate prin diverse rigole, râpe, canioane, văi și vâlcele. Dezvoltarea alunecărilor de teren, carstului, eroziunii plane și liniare, care afectează foarte mult agricultura regiunii, este stimulată semnificativ de activitățile antropice neprietenoase mediului (defrișările în masă a fâșiilor forestiere, pădurilor și livezilor), de distribuirea neuniformă a precipitațiilor pe parcursul anului și de caracterul torențial al ploilor de vară.

Relieful

După răspîndirea geomorfologică, relieful terenurilor raionului este împărțit în  Podișul Moldovei Centralecaracterizat prin dealuri înalte, înguste și alungite, care alternează cu văi adâncifiind stăbatute de râurile Vatici și Cula.Cîmpia ondulată a Moldovei de Nordeste slab fragmentată unde se încadrează valea rîului Răut care străbate de la nord la sud  și rîulețul  Cogîlnicavând altitudini absolute de 200 – 250 m.

Terenurile de podiș, formate de rîul Răut în primăriile date formează un platou în    mărime de circa 6500 hectare, pe care sînt amplasate terenuri private, pășuni și altele.

3. Dealurile Prenistrului și terasele lui, se caracterizează cu altitudinea de 250 – 300 m, fragmentarea verticală 150 – 200m. Versanții de vest sunt lenți, iar cei de est coboară brusc spre Nistru. În componența căruia întră următoarele sate și comune : Jora de Mijloc, Vîșcăuți. Susleni, Bulăiești, Mîrzaci, Pohrebeni.

După răspîndirea geomorfologică, relieful raionului este împărțit în Podișul Moldovei Centrale ( N-E), reprezintă o combinație de cumpene înguste în formă de creastă cu văi adânci și largi.Câmpia ondulată a Moldovei de Nord cu altitudini maxime de 250 m,unde se încadrează valea râului Răut dar și Dealurile Prenistrului atingând o altitudine cuprinsă între 250 – 300 m.

În centrul țării se află Podișul Moldovei Centrale caracterizat prin dealuri înalte, înguste și alungite, are alternează cu văi adânci și hârtoape de 150-250 m. Interfluviile au aspect de lanțuri deluroase cu versanți priporoși și abrupți.

Relieful, ca factor principal de formare a solului, are un rol deosebit. El influiențează asupra repartizării energiei solare, curenților de aer, regimul de apă, repartizarea precipitațiilor atmosferice și altele.

Condițiile geomorfologice a raionului în principiu influiențează pozitiv pentru dezvoltarea diferitor ramuri în agricultură.

Conform datelor pentru anul 2001 pădurile ocupă 22 ha, iar arbuștii – 8 ha.

Din resursele minerale orașul dispune de zăcăminte de piatră și argilă. De asemenea pe teritoriul urbei sunt terenuri ocupate cu cariere deschise, cu pietriș, bolăvăniș, terenuri cu exces permanent de umiditate, sărăturate, erodate, cu alunecări de teren și ravene.

http://or.md/file/pasaport.html

Caracteristici climatice

Raionul Orhei se caracterizează printr-o climă temperat continentală, cu iarna blândă și scurtă ( temperaturile medii a lunei ianuarie: -3 – 50C. ), vara caldă și lungă(temperaturile medii a lunei iulie +220C ) cu o cantitate relativ mică de precipitații.

În funcție de latitudine, altitudine și particularitățile orografice pe teritoriul raionului se delimitează trei zone climaterice, în care temperaturile medii în fiecare zonă variază cu 2-3 grade. Temperatura medie a anului este de 8,6 – 9,20 C. Minimum absolut de temperatură este de -390 C, maximum absolut variază între +33 și +360 C .

Precipitațiile atmosferice au o valoare de peste 500 mm, regimul ploilor fiind însă neuniform, cele mai mari cantități căzând primăvara și vara, iar cele mai mici la sfârșitul iernii și începutul primăverii.Din suma anuală de pricipitații aproximativ 65 – 70 % cad în perioada caldă a anului ( aprilie – noiembrie ) și numai 30% în perioada rece ( decembrie – martie ) sub formă de zăpadă și lapoviță. Prima zapadă apare la sfîrșitul lunii noiembrie, începutul lunii decembrie. Perioada secetoasă începe în luna iulie și durează 2-3 luni. Cele mai frecvente sunt vânturile puternice care suflă dinspre nord – vest și nord, foarte des în sezonul de iarnă fiind însoțite de viscol.

Resursele agroclimaterice a teritoriului, formează condiții favorabile pentru cultivarea și creșterea culturilor agricole raionate, plantații viticole și livezi.

http://or.md/file/pasaport.html

Hidrografia

Rețeaua hidrografică din teritoriu este formată din cursurile de apă ale râului Răut – afluent al Nistrului; Cogâlnic, Cula, Vatici –  afluenți ai Răutului.

Sursele principale de alimentare a râurilor sunt apele subterane, ploile și zăpada. Toate râurile și pâraiele constituie o rețea hidrografică puternică iar regimul lor depinde de condițiile climaterice.

Situat la contactul a două mari subunități geografice ale Podișului Moldovei, teritoriul comunei Bârnova prezintă un potențial hidric variat, constituit din ape subterane (minerale sau dulci) și din ape de suprafață (sub formă de râuri și lacuri), ce reflectă caracteristicile lito-structurale și morfogeneza reliefului în interacțiune cu particularitățile factorilor climatici specifici zonei.

Apele subterane

La fel ca și în Europa, în Republica Moldova din straturile acvifere subterane se alimentează majoritatea populației rurale (95-100%). Însă, spre regret, preponderent din vina factorului uman, în medie 87% din apele freatice investigate nu corespund standardului „Apă potabilă” (se atestă depășiri ale CMA a nitraților, durității, mineralizării etc.).

   Cele mai însemnate (cantitativ) ape descendente, constituite în resurse permanente, sînt cele freatice, situate în primul orizont acvifer. În funcție de unitățile tectonice structurale, denumite regiuni, acestea se caracterizează cu luarea în considerare a condițiilor morfostructurale.

    Apele freatice se află la adîncimi de 10-30 m și constituie principala sursă de apă în zonele rurale, unde nu există sisteme centralizate de alimentare cu apă. Din punct de vedere calitativ, acestea nu întrunesc condițiile de potabilitate din cauza depășirii indicatorilor specifici fizico-chimici și microbiologic.

O importanță deosebită pentru dezvoltarea RDC o au apele subterane din straturile acvifere freatice și de adâncime. Spre deosebire de apele subterane adânci, apele freatice sunt supuse unei poluări antropice intense. Din cantitatea totală de ape subterane de adâncime extrase sau cercetate, circa 50% nu pot fi recomandate în scopuri potabile fără o tratare preliminară. Aceste ape se caracterizează prin conținut ridicat de mineralizare, fluor, hidrogen sulfurat, fier, sodiu, amoniac și alte elemente

. Pe teritoriul comunei sunt prezente cele două categorii mari de ape subterane: captive, cu sau fără presiune, și libere.

Apele captive sub presiune sunt situate la diverse adâncimi sub cota talvegului râurilor; ele sînt înmagazinate în depozite siluriene, badeniene și sarmațiene. Apele captive fără presiune, cu calități minerale, se găsesc în depozitele sarmațiene.

Apele libere din teritoriul comunei includ stratele acvifere freatice, cuprinse în depozitele cuaternare din șesuri, terase, glacisuri sau de pe versanți și interfluvii sculpturale. Apele freatice din glacisurile coluvio-proluviale și din conurile de dejecție ale afluenților Nicolinei și Vămeșoaiei, au adâncimi mici (sub 3 m), dar cu variații apreciabile pe verticală. Astfel, adâncimea maximă de 3 m se înregistrează la sfârșitul verii și iarna, iar primăvara și la începutul verii nivelul freatic urcă la 1-2 m sub suprafața solului; în fruntea glacisului apa apare permanent la zi, umezind șesul și întreținând, pe alocuri, zone mlăștinoase.

Albia majoră a Nicolinei constituie o subunitate hidrogeologică favorabilă construcțiilor grele, impunând însă aplicarea unor măsuri corespunzătoare de izolare hidrofugă și de drenare. Apele din subunitățile hidrogeologice ale albiilor majore mici și glacisurilor au fost, și unele încă mai sunt, utilizate, prin intermediul fântânilor, în scopuri gospodărești, întrucât îndeplinesc condiții corespunzătoare de calitate.

Pe versanții dealurilor Bucium-Păun, unde sunt zone cu multe generații de deluvii suprapuse, adâncimea apei freatice este foarte variată, între 0-20 m. Izvoarele care deschid stratele acvifere deluviale au debite mici (sub 0,1 l/s) și indici de variabilitate mari, raportul dintre valorile extreme putând să reprezinte 1/20 – 1/30.

Apele de suprafață

Condițiile geologice și climatice au favorizat dezvoltarea unei rețele hidrografice destul de dense în regiune, formată din râuri și râulețe cu debite mici, dar foarte variabile în timp, cu viituri frecvente, fapt ce a contribuit la formarea unor vai mari, foarte vechi și adânci, cu pante evident terasate. Sursele principale de alimentare cu apă a râurilor sunt zăpezile și ploile, rolul apelor freatice fiind cu mult mai redus. Acest mod de alimentare cauzează nivelul maximal al râurilor primăvara. În anotimpul de vară, cu căderea ploilor torențiale, nivelurile râurilor, îndeosebi ale celor mici, se pot ridica considerabil, provocând uneori inundații catastrofale.

Viiturile se pot produce în orice anotimp; cea mai mare frecvență a lor se înregistrează vara, când pot avea efecte negative prin inundațiile produse.

Cel mai important parametru ce caracterizează resursele de apă din rîuri îl constituie sumarul apelor de suprafață acumulate, care are un volum de circa 1,32 miliarde m3/an. Rețeaua hidrografică a Republici Moldova este formată din 4 bazine de scurgere: rîul Nistru care constituie 67% de suprafață; rîul Prut careconstituie circa24% din suprafață, celelalte două bazine hidrografice care constituie 9% – afluenții Dunării care se revarsă direct în Marea Neagră.

potentialul turistic hidrografic, ce reprezinta o retea hidrografica destul de dezvoltata: peste 3000 de riuri si riulete, cele mai mari fiind fluviul Nistru, cu lungimea pe teritoriul republicii de 660 km, Prutul – 695 km, Rautul – 286 km, Cogilnicul – 243 km si altele. Exista patru lacuri naturale: Manta, Dracele, Bic si Beleu, care formeaza nucleul rezervatiei stiintifice „Prutul de Jos” si un numar considerabil de obiecte acvatice artificiale – iazuri si lacuri de acumulare: Dubasari (pe Nistru) si Costesti (pe Prut). Apele minerale se intilnesc pe tot teritoriul republicii, cu debite diferite in diverse localitati. Resursele de ape minerale pot contribui la practicarea turismului balnear. In stadiul actual de cercetare hidrogeologica si balneo-medicala sint cunoscute peste 30 de puncte si localitati cu resurse de ape minerale;

O altă sursă naturală a comunei o reprezintă apele de suprafață, cuprinse între râuri și lacuri.

Solurile

Cele mai răspândite soluri din Republica Moldova sunt cernoziomurile, care ocupă un procent de 75 % din suprafața teritoriului tării.Partea de nord a republicii reprezintă condițiile naturale, caracteristice pentru aripa vestică a silvostepei Est-europene. Aici regiunile deluroase erau ocupate de păduri de stejar și carpen pe soluri cenușii iar câmpiile de stepe mezofile pe cernoziomuri cambice și tipice.

În Centrul Moldovei, Podișul Codrilor, predomină solurile brune pe care s-au dezvoltrat pădurile de foioase.

  Spatial, pe teritoriul Moldovei este pronuntata zonalitatea pe altitudine si pe latitudine. In nord-vestul Codrilor, la altitudinea de 300-400 m deasupra nivelului marii, in padurile de fag si carpen s-au format solurile brune de padure. La altitudinea de 200-250 m deasupra nivelului marii, in gorunisuri s-au format soluri cenusii de padure, iar in locurile mai joase – cernoziomurile care parca contureaza solurile cenusii si brune de padure.

     Pentru Codri sunt caracteristice solurile brune de padure si cele cernoziomice. Zonalitatea pe latitudine este marcata bine de caracterul raspindirii cernoziomurilor. In nordul republicii predomina cernoziomurile tipice si levigate, in partea centrala se intilnesc cernoziomurile podzolite si levigate, iar la sud sunt raspindite cernoziomurile obisnuite si carbonatice. In luncile inundabile ale riurilor sub vegetatia de lunca si de balta s-au format solurile intrazonale. Eroziunile au influientat la formarea solurilor cu diferit grad de eluviune. Sunt raspindite soluri de toate profilurile, aluviale si deluviale. Dupa componenta fizico-chimica, solurile fertile constituie 80 de % din teritoriul republicii. Din ele 63 % revin solurilor cu textura lutoasa, 15 % – usoare, argiloase-grele. 17 % din total sunt soluri luto-nisipoase si usor lutoase. Cele argiloase (grele) ocupa 1 %, cele luto-nisipoase 3 % , si solurile pietroase 1,5 %.

Tipurile dominante de sol sunt cele cenușii de pădure, primele fiind întâlnite în zona Coastei și în zona depresionară de la baza acesteia, iar ultimele, atât în zona Coastei cât și sub pădurea din sudul teritoriului. Solurile cenușii și brune sunt favorabile, mai ales cu adaos de substanțe minerale și organice, atât pentru culturi de câmp, cât mai ales pentru culturi viti-pomicole. Solurile brune sunt recomandate în special pentru vegetația forestieră.

La limita de nord a teritoriului se întâlnesc cernoziomuri levigate și de pantă favorabile unei game largi de culturi agricole.

Tipurile intrazonale caracteristice sunt rendzinele de pe ivirile calcaroase ale platourilor Repedea și Păun, favorabile culturilor de vie, regosolurile și erodisolurile de pe unii versanți abrupți și solurile hidromorfe, în special lăcoviști dezvoltate pe depozite de argilă.

Solurile au o reacție neutră pe cele mai mari suprafețe, iar în zona de pădure terenurile sunt acide (pH 5,3-6) și pentru a le ameliora este necesar să fie amendate cu carbonat de calciu. Solurile au un grad diferit de aprovizionare cu fosfor, oscilând între insuficient și bine și o aprovizionare mai bună cu potasiu.

Fertilitatea solului brun luvic este redusă pentru culturile de bază (grâu, porumb, floarea soarelui) și chiar pentru viticultură, mijlocie pentru pajiști, plantații pomicole și unele culturi agricole adaptate (cartofi, secară, orz, ovăz, unele plante furajere), bună pentru păduri (datorită înrădăcinării profunde a esențelor lemnoase). Extinderea culturilor agricole pe acest sol presupune măsuri costisitoare de reglare a regimului aerohidric prin afânări adânci și de suplimentare a substanțelor nutritive prin cantități mari de îngrășăminte.

Vegetația

Aria Naturală "Cobâleni" este încadrată în etajul deluros de cfercete cu stejar și amestecături (FD1) cu un tip de stațiune:
– Deluros de cvercete cu stejar de versanți și platouri cu soluri litice- rendzinuce de productivitate inferioară
Este identificat un tip de pădure:
– Stejăret de productivitate inferioară
Altitudinea medie în rezervație este de 40 m, iar flora indicatoare – specii din grupaPoaplatensis
Solul identificat este – cernoziom argilo-iluvial rendzinic.

Aria Naturală "Vâscăuții" este încadrată în etajul deluros de cfercete cu stejar:
– Deluros de cvercete cu stejar de versanți și platouri cu soluri litice- rendzinuce de productivitate inferioară
Este identificat un tip de pădure:
– Stejăret de productivitate inferioară
Flora indicatoare – specii din grupa Poaplatensis
Solul identificat este – cernoziom argilo-iluvial rendzinic.

Zona Orheiului se caracterizează prin cel mai bogat fond forestier, reprezentat de Codrii Moldovei. Zona forestieră este caracteristică sectoarelor înalte din sudul comunei, fiind reprezentată prin păduri de foioase ce aparțin etajului stejarului și gorunului, iar în părțile cele mai înalte, limitei inferioare a fagului. Acestor specii li se asociază frecvent: carpenul, jugastrul, frasinul, arțarul, ulmul de câmp, cireșul, mărul pădureț și uneori teiul argintiu. Pădurile fiind mai luminose permit o frecvență mai mare a arbuștilor: alunul, dârmozul, cornul, sângerul, crușinul, măceșul, precum și o bogată floră ierboasă: vinariță, mierea ursului, urzică moartă, ferigi etc, plus cunoscutele efemeride de primăvară: ghiocel, toporaș, viorea, lăcrămioară, brebenel.

Vegetația naturală, caracteristică zonei mai joase, depresionare, este reprezentată prin: pâlcuri de pădure (șleauri formate din gorun și stejar) și pajiști, puternic transformate și modificate antropic. Pajiștile sunt formate din asociații de păiuș, colilie, firuță cu bulb etc.

Arii protejate și specii ocrotite

Principalele arii naturale protejate, declarate monumente ale naturii,întâlnite în raionul Orheisunt:Monumente ale Naturii Geologice și Paleontologice „Reciful de pe malul Răutului” „Stânca Mâgla” și „Defileul Orhei”,Monumente ale Naturii Hidrologice„Izvorul Cucuruzeni” , „Izvoare” și „Izvorul Jeloboc”. Dintre rezervații amintim:rezervațiile silvice „Vâșcăuți” și „Cobâleni” , rezervațiile peisagistice „Pohrebeni” și „Trebujeni”,iar cea din urmă este parte integrată a rezervației cultural-naturală Orheiul Vechi care reprezintă un complex istorico-natural unic, amplasat în zona de contact a Podișului Codrililor, Podișului Nistrului și Câmpiei de terase a Nistrului.

În prezent pe teritoriul Republicii Moldova sunt luați sub protecție peste 400 de arbori seculari: stejarul (Quercus robur), gorunul (Quercus petraea), fagul (Fagus sylvatica), părul pădureț (Pyrus pyraster), plopul canadian (Plopulus canadensis), plopul negru(Plopulus nigra), plopul alb (Plopulus alba), teiul argintiu (Tilia tomentosa), platan oriental (Platanus orientalis), arțarul (Acer platanoides), carpenul (Carpinus betulus)iar vârsta maximă, de circa 700 de ani, o are stejarul lui Ștefan cel Mare din satul Cobâlnea. Unii fagi din pădurea Hârjauca ating înălțimea de 35 m și au o vârstă de circa 250 de ani.

Amintim o parte dintre speciile de plante ocrotite de pe teritoriul raionului Orhei cum ar fi:bujorul de pădure (Paeonia peregrina), ghiocelul elvez (Galanthus elwesii), papucul doamnei (Cypripedium calceolus), untul vacii (Orchis morio),degetar lânos (Digitalis lanata)

Fauna

Fauna regiunii este reprezentată de: mistrețul sălbatic, bursuc, nevăstuică, vulpea roșcată, pisica sălbatică și rar se întâlnesc elani, cerbi, jderi, căprioare. Dintre rozătoare aici se întâlnesc ondatra sau bizamul, veverița, hârciogul de pădure, iepurele alb și altele. Sunt prezente și păsări cum ar fi: mierla, porumbelul de pădure, vulturul pescar, gaița, cinteza, potârnichea, prepelița, bâtlanul, cocostârcul, cioara de câmp, vrabia. În râuri și alte bazine de apă cresc următoarele specii de pește: crap, plătică, șalău, morunaș, tolstolob, mai rar se întâlnesc umbra și ciopul. Cele mai des întâlnite păsări de apă sunt rațele și gâștele sălbatice. Reptile (șarpele, gușterul), numeroasele insecte și alte specii de nevertebrate întregesc varietatea acestui biotop

Descrierea stației de epurare a apei uzate bazată pe tehnologia zone umede construite

Studiu de caz

Zonele umede construite (ZUC) sunt sisteme inginerești care au fost proiectate și construite pentru a ajuta la epurarea apelor reziduale, utilizând procesele naturale care implică vegetația, solurile, precum și ansamblurile microbiene asociate.

În prezent tehnologia zonelor umede construite se aplică cu succes în multe țări din întreaga lume iar în Republica Moldova întâlnim cea mai mare stație de epurare de acest tip din Europa. Astfel de stații sunt răspândite în țări precum Germania, Franța, Danemarca, Canada, Austria iar scopul principal este acela de a îmbunătăți calitatea apei uzate și de a respecta nivele de eficiență conforme cerințelor UE.

Stația se întinde pe o suprafață de 5 ha și este proiectată pentru a epura o capacitate de 4400 m3/zi.Lucrările au fost finalizate în septembrie 2013 iar stația deservește atât locuitorii orașului Orhei cât și locuitorii satelor Lucașeuca, Seliște, Burcuta și Mitoc. În prezentdoar 70% din apa uzată generată este epurată cu ajutorul noii stații, restul de 30% incă se epurează în vechea stație construită în perioada URSS (1975).

Schema de epurare adoptată

Tehnologia folosită este cunoscută și sub denumirea de sistem francez. Sistemul cuprinde 2 platforme filtrante, numite și zone umede construite,legate în serie cu o adâncime medie de 1m pe care se plantează stuf. Influentul trece în prima platformă printr-un filtru de pietriș iar în cea de a doua printr-un filtru de nisip. Procesul de epurare are loc in stratul filtrant îndepărtând din apa uzată materiile în suspensie, particulele flotante, substanțele organice biodegradabile și compușii pe baza de azot și fosfor. Rezultatele analizelor arată faptul că valorile indicatorilor de calitate a efluentul corespund limitelor internationale.

Procesul tehnologic a stației de epurare Orhei

Stația de epurare de la Orhei cuprinde epurarea mecanică care este compusă dintr-o treaptă de pre-epurare urmată de 2 bazine de egalizare cu o capacitate totală de 1400 m3 și epurarea biologică care se face în 2 trepte cu ajutorul platformelor filtrante cu stuf. Dezinfecția efluentului se realizează prin dozarea controlată a hipocloritul de sodiu și în final prin pompare efluentul este descarcăt în râul Răut.

Epurarea mecanică

Apa uzate brută odată este supusă în primă fază procedeului de pre-epurare care asigură reținerea prin procese fizice a substanțelor poluante sedimentabile din apa uzată. Treapta este compusă din 2 gratare cu autocurățare care lucrează in paralel unde impuritățile grosiere sunt reținute. Indepărtarea nisipului se face intr-un deznisipator vertical cu mișcare tangențială. Acesta este in formă de pâlnie care are in partea de jos un spațiu colector iar nispisul este evacuat cu o pompă de tip air-lift și trimis către o basă.

Apa pre-epurată este pompată către 2 bazine de egalizare cu o capacitate totală de 1400 m3. Un singur bazin este echipat cu 4 mixere, 2 suflante, 4 pompe submersibile, un senzor de măsurare a concentrației de O2 și 2 transmițătoare cu ultrasunete de măsurare a nivelului apei.

Fig.2 Bazin de egalizare

Pentru a evita formarea namolului activ concentrația oxigenului dizolvat trebuie menținută sub 0.5 mg/l.

Epurarea biologică

Sistmul de epurare biologică este alcătuit din 2trepte principale care operează independent,iar sistemul SCADA este folosit pentru monitorizare, control și achiziții de date.

Prima treaptă de epurarenumită PFS și este compusă din 4 platformefiltrante cu stuf. Pentru a obține un proces de epurare eficient și ușor de controlat, fiecare platformă a fost împarțită în 3 sectoare.

Pompele submersibile aflate în tancul de egalizare trimit apa prin conductele de distribuție către PFS iar udarea cu apă uzată se face alternativ la fiecare 3.5 zile (fig.6).

Fig. 3 Bazin de egalizare și conducte Fig. 4 Vedere generală a PFS

de distribuție

Pentru construirea primei platformei filtrante cu stuf(PFS)s-a excavat o suprafață totată de 17955 m2la o adâncime medie de 1 m. I s-a dat o pantă de 0.3% și ulterior zonă a fost impermiabilizată cu cu geotextil și geomembrană PEDH de 1,5 mm.Pasul următor a fost instalarea sistemul de drenaj și aerisire.

Fig. 5Tub aerisire- sector PFS

Bazinul dreptunghiular obținut în urma excavării este umplut cu un strat filtrant care este alcătuit multistat din pietriș de garmulometrie diferită.

Fig. 6 Strat filtrant PFS

Apa uzată se distribuie alternativ și uniform pe suprafața platformei printr-o rețea de conducte amplasate aerian.

Fig. 7 Conducte de alimentare aeriene – sector PFS

Este recomandat să se planteze rizomii de stuf cu o densitate de 4 plante/m2.

Timp de 3.5 zile apa uzată este dirijată către sectoarele 1.A, 2.C, 3.A, 4.C. Timpul de retenție este de 3.5 zile, timp în care apa uzată este supusă unor procese chimice și biologice intense. Acest ciclu (udare-repaus) se aplică și sectoarelor B și C.

Fig. 6Schema de udare a PFS (Adaptare după Iridra)

Procesul de epurare are loc în statul filtrant și constă în descompunerea materiei organice, nitrificarea compușilor azotici iar rolul plantelelor fiind de a extrage sau imobiliza poluanții din apă.În prima treaptă, apa uzată este epurată în proporție de 70% iar monitorizarea se face de către unități logice de control programabile (PLC).

Prin intermediul conductelor de drenaj apa uzată provenită de la prima platformă de epurare este dirijată către 4 stații de pompare situate între cele 2 trepte de epurare.

A doua platformă FVS are o adâncime medie de 0.90 m, o pantă de 0,1 % și se întinde pe o suprafață de 17000 m2.La fel ca și în cazul primei platforme, impermiabilizarea,montarea sistemul de drenaj, de aerisire și așezareastratul filtrant.Corpul filtrant este alcătuit din 4 staturi după cum se poate observa în fig. 8.

Fig. 8 Strat filtrant FVS

Apa uzată provenită de la prima platformă este pompată cătreconductele de distribuție și dirijată spre cea de a doua platformă,unde este supusă unui nou proces de epurare. Schema de distribuție este formată dintr-o serie de țevi perforate amplasate pe statul superior de pietriș. Se montează ½ tuburi de PVCpentru a proteja conductele de distribuție de îngheț. La final se plantarea rizomii de stuf cu o densitate de 4 plante/m2.

Fig. 9 Conducte de alimentare – sector FVS Fig. 10 Protecție împotriva înghețului a conductei de alimentare

Stațiile de pompare sunt echipate cu un număr de 16 pompe submersibile, astfel că fiecare sector este alimentat de o singură pompă având un debit de 20 l/s. Fiecare pompă pornește în mod alternativ în secvența P1-P3-P4-P2 iar schema de udare este prezentată în figura 9.

Fig. 11Schema de udare a FVS (Adaptare după Iridra)

Sistemul de drenaj dirijează apa epurată către stația de clorinare.

Fig. 12 Secțiune longitudinală a FVS

Clorinarea

Stația de clorinare este echipată cu 2 pompe de dozare (0,18 kW fiecare), 1 pompă de încărcare, inclusiv chorine tanc beton 1,2 * 1,2m

• 1 GRP rezervor chorine

• In-door tabloul locale

• conducte de legătură din PVC.

Dezinfecția efluentului se realizează prin dozarea controlată a hipocloritul de sodiu și în final prin pompare efluentul este descarcăt în râul Răut.

Procese chimice, fizice și biologicede eliminare a poluanților

Zonele umede construite pot elimina în mod eficient cantități mari de poluanți existenți în apa uzată menajeră prin procese biologice, chimice și fizice.

Apele uzate menajere au un conținut complex de substanțe organice biodegradabile și reprezintă substratul dezvoltării microorganismelor. În momentul în care apa întâlnește o suprafată de contact, pe interfața, se dezvoltă colonii de bacterii și alte numeroase microorganisme care poartă denumirea de biomasă. dima

Tabel 1. Principalele procese de eliminare a contaminanților prin PFS

Materii solide în suspensie

Îndepărtare materiilor solidelor în suspensie se realizează efficient prin procese fizice precum sedimentarea, filtrarea și adsorbție pe biomasă.

Procesele fizice joacă un rol important în reducerea contaminanților, în special pentru îndepărtarea solidelor anorganice și în suspensie. Materiile solide în suspensie se depun pe suprafața platformei iar eficiența de îndepărtare este proporțională cu viteza de sedimentare a particulelor și lungimea patului filtrant. Resuspendarea poate apărea din cauza turbulențelor provocate de vânt, bioturbulențe și ridicarea de gaze (care rezultă din oxigen, metan, dioxid de carbon în timpul fotosintezei, și descompunerea materiei organice).

Materiile totale în suspensie sunt reținute în partea superioară a stratului filtrant și generează un strat nămolcare permite o infiltrare mai lent și, prin urmare, o mai bună distribuție a influentului. Stuful strapunge stratul de nămol și permite intrarea apei și a aerului (Molle, 2003).

Procesul de epurare biologică presupune serie de reacții chimice ce au loc atât în mediu aerob cât și în cel anaerob. Substanțele organice aflate în apa uzată sunt adsorbite la suprafața biomasei iar elementele carbon și oxigen declanșează o serie de reacții de oxidare.

Substanțe organice

Substanțele oganice reprezintă un indicator important și reprezintă un factor de poluare predominat ce urmează a fi eliminat în treapta biologică. Concentrația substanțelor organce din apele uzate se poate determina prin consumul de de oxigen necesar pentru descompunerea lor. S-a adoptat ca echivalent al substanței organice consumul de oxigen deoarece la evacuarea apelor uzate în emisar se produce o diminuare a oxigenului dizolvat existent în acestea ca urmare a descompunerii lor, acest lucru poate provoca distrugerea organismelor acvatice.

Consumul biochimic de oxigen (CBO) caracterizează partea biodegradabilă din materiile organice exprimate în CCO, CBO măsoară direct consumul de oxigen cerut de organismele care produc descompunerea și indirect cantitatea de materii organice ce se pot descompune. TOBOLCEA – Valorificarea apelor uzate în agricultură pg.28

Eliminarea compușilor de azot

Azotuleste în mare parte prezent în apa uzată ca azot organic (Norg) și azotamoniu (NH4-).

Eliminarea azotului se face în 2 faze și are loc în rizosferă și biomasă:

în prima etapă amoniul NH4-este oxidat la faza de nitrit (NO2-)într-o reacție catalizată de bacterii aerobe

în a doua etapă nitritul este transformat cu ajutorul oxigenului și a bacteriilor Nitrobacter în nitrat (NO3-N).

Reacțiile de transformare sunt cuplate și au loc rapid la forma de nitrat; nivelul de nitriți la un moment dat este relativ scăzut. Nitrații pot fi folosiți pentru a sprijini creșterea plantelor sau pot fi substanțial reduși prin denitrificare. Denitrificarea este reducerea biologică a nitraților la azot gazos (N2) și se poate realiza în mai multe etape pe cale biochimică, cu producere finală de azot gazos. (belingher mihaela)

Pentru procesul de denitrificare sunt necesare condiții anoxice (mediu lipsit de oxigen cel mult 0,1 mgO2/l) și bacterii heterotrofe anoxice.

Fig. 15 Ciclul azotului într-o zona umedă construită

Eliminarea compușilor de fosfor

Fosforul este unul dintre cele mai importante elemente din ecosistemul natural și este prezent în apã în principal ca fosfați. Fosfații sunt numiți în mod obișnuit ortofosfați și se pot asimila sub formã solubilã sau particule. Fosforul este de foarte multe ori nutrientul limitat în sistemele de apã dulce eutrofice.

Datoritã faptului cã fosforul nu se gasește sub formã gazoazã în ciclul biochimic, sedimentarea și sorbția sunt principalele mecanisme de îndepãrtare a acestuia din apele zonelor umede construite.

Atât fosforul organic dizolvat cât și fosforul anorganic insolubil nu este în mod obișnuit disponibil plantelor decât dacã acesta este transformat în forma sa solubilã. Microorganismele aflate în coloana de apã a unui astfel de sistem sunt capabili însă sã aducã acești fosfați în forma anorganicã insolubilã. Fosforul este asimilat de cãtre aceasta în perioada de dezoltare, insă,după ce țesuturile îmbătrânesc, planta se descompune și astfel fosforul ajunge din nou în sistem.

Rolulstufului în epurarea apei uzate

Planta cea mai utilizată în Europa și USA pentru a epura apa uzată este stuful (Phragmites australis); această specie a demonstrat o capacitate de adaptare la diferite încărcări cu poluanți (mici, medii, mari). Plante joacă un rol important în eliminarea și reținerea substanțelor nutritive prin procese fizice.

Macrofitele stabilizează suprafața bazinelor, oferă condiții bune de filtrare și oferă o suprafață foarte mare pentru creșterea și dezvoltarea microbiană. Creșterea macrofitelor reduce viteza curenților necesară sedimentării și crește timpul de contact dintre efluent și suprafața zonei plantate ceea ce duce la o creștere a eliminării azotului.

Creează soluri aerobe prin transferul de oxigen ce trece prin țesutul plantelor până la radăcină unde au loc procesele de degradarea aerobă a materiei organice și nitrificarea.

Plantele formează și menține stratul organic, care poate fi asemănat cu un biofilm subțire. Frunze și tulpinile plantelor moarte se depun la suprafața substratului iar acumularea de biomasa parțial descompusă este un mediu organic numai bun pentru organismele microbiene.

Microorganismele au rolul de a decompune substanțele organice prin procese biochimice de oxidare și reducere precum și descompunerea nutrienților prin procese de nitrificare – denitrificare.( Brix , 1997)

Performanțele sistemului

Sistemele de epurare a apelor uzate cu distribuție verticală si-au dovedit eficiența în timp și sunt aplicate cu succes în SUA, Europa, Africa dar și în Pakistan și India.

În compoziția apei uzate predomină o serie de substanțe poluatoare iar caracterizarea compoziției apei uzate se face în baza analizelor de laborator ce urmăresc o serie de caracteristici fizice, chimice și biologice. sunt iar dacă valorile concentraților indicatorilor espectă normativul în vigoare putem spune că întregul proces de epurare este unul eficient.

Stația de epurare de la Orhei funcționează de aproape 2 ani, timp în care indicatorii de calitate au fost permanent monitorizați.

Au fost prelevate probe de apăuzată de la intrare, după treptele biologice și după clorinare. S-au analizat o serie de parametri caracteristici precum CBO5, CCO, NH4+,NO2, NO3-și MS.

Pe baza a 48 de prelevări de probe pe parcursul a 6 luni(07-12.2014) sunt prezentate în tabelul 2 concentrațiile medii obținute.

Tabel. 2 Compoziția chimică a indicatorilor apei uzate – Orhei

Eficacitatea tratamentului a fost evaluată care a indicat bune randamente medii de îndepărtare; BOD (50%), COD (44%), TSS (78%), NH4-N (49%), PO4-P (52%), TC (93%)

și FC (98%). Concentrațiile umede redus construite studiate toate contaminanții prezenți în apele uzate pretratate. performanță de îndepărtare contaminant variat în întreaga Perioada de monitorizare. Efluentul epurat de la construite zone umede pot fi refolosite pentru irigare peisaj. Câteva mostre de BOD și TSS au fost în limitele de reutilizare US EPA care arată că zona umedă construită poate trata in mod eficient a apelor uzate și să îndeplinească limitele de reutilizare ocazional. Fecale coliformi nu au fost pe deplin eliminate, dar limitele de reutilizare au fost realizat ocazional. Pentru țările în curs de dezvoltare, cum ar fi Pakistan cu probleme de avansare și de energie tehnologice limitate, zone umede construite, care au o energie zero sau foarte scăzut cerință poate fi utilizat în trenurile de tratament

Faza solidă a solului se găsește în diferite grade de dispersitate, de la fragmente grosiere de rocă și până la particule coloidale (elementare), care definesc textura solului sau compoziția granulometrică (mecanică).

Textura solului este o caracteristică importantă a solului care conduce producția de culturi și managementul terenului. Textura, una din cele mai importante și mai stabile însușiri ale solului, are un rol deosebit în procesul solificării, influențând majoritatea proprităților fizice, chimice și biologice ale solului. Textura are un rol important și asupra proprietăților solului, cum ar fi capacitatea solului de reținere a apei, mișcarea apei în sol, puterea solului, cât de ușor poluanții pot infiltra în apele subterane și fertilitatea solului natural.

Luând în considerare faptul că această caracteristică este practic nemodificabilă, reprezentând din acest punct de vedere un factor limitativ important al producției vegetale în agricultură, horticultură, legumicultură, viticultură, toate tehnologiile agricole și ameliorative trebuie să i se adapteze, pentru a compensa parte din însușirile negative, cel puțin, ale texturilor extreme.

Clasa texturală a solului este determinată de procentul de nisip, praf și argilă.Particulele componente ale solului au fost grupate, în funcție de mărimea lor, în categorii de particule, denumite și fracțiuni granulometrice.

Metodologia

În analiza texturii globale a solului se iau în considerare materia organică (humusul) și constituienții minerali(carbonații, sulfații, sărurile solubile), iar în cazul determinării texturii materialului mineral fin (< 2 mm) aceste componente trebuie eliminate total prin diferite procedee (cu ajutorul cuptorului de calcinare).

Eliminarea humusuluidin eșantioanele de sol se realizează prin metoda calcinării (eliminarea materiei organice din sol ca urmare a oxidării carbonului cu oxigenul atmosferic), care este una simplă dar destul de imprecisă.

Fig.54.Cuptor de calcinare

Partea minerală analizată efectiv este formată din silicați primari, aluminosilicați silicați și aluminosilicați secundari ai argilelor.

Dacă humusul, carbonații, sulfații și sărurile solubile se găsesc în cantități foarte mici, atunci nu se îndepărtează din eșantinul de sol.

Principiul metodei

Principiul metodeiare la bază dispersia totală a formațiunilor structurale de sol, cernerea uscată și umedă pentru separarea fracțiunilor granulometrice cu diametrul > 0,05 mm și apoi speararea prin sedimentare și pipetare a fracțiunilor < 63 μm. Operațiile din laborator sunt despărțite în două faze și constau în:

Pregătirea probei de sol pentru analiză și realizarea suspensiei

Determinarea propriu-zisă care constă în separarea fracțiunilor granulometrice din suspensie.

Pentru determinarea acestei caracteristici fizice a solului sunt necesare următoarele materiale și echipamente specifice de laborator:

Pipeta Kubiena (pipetă de recoltare a suspensiei) avănd capacitatea de 20-25 cm3;

Cilindri de sedimentare cu capacitatea de 1000cm3;

Dopuri de cauciuc pentru cilindrii de sedimentare;

Set de site cu țesătură din sârmă și ochiuri rotunde având diametrele de: 1000μm, 500 μm, 250 μm, 125 μm și 63 μm;

Etuvă termoreglabilă și plită electrică pentru uscare cu nisip;

Cronometre;

Termometre;

Tăvi;

Balanțe;

Calcimetru Scheibler;

Baloane Erlenmyer;

Pahare Berzelius;

Pisete, pensule, cleme Bohr și Hoffman;

Fiole de cântărire;

Materiale dispersante sau reactivi chimici: apă oxigenată (H2O2 concentrație 30%), acid clorhidric (HCl 1N), pirofosfat tetrasodic (Na4P2O7 · 10H2O).

Pentru realizarea separării fracțiunilor granulometrice trebuie efectuate următoarele faze tehnologice:

Prelevarea și condiționarea eșantioanelor de sol;

Prepararea soluției dispersante;

Pregătirea eșantioanelor de sol pentru analiză;

Determinarea propriu-zisă;

Calcularea datelor obținute și interpretarea rezultatelor;

Prelucrarea și interpretarea datelor obținute.

Prelevarea și condiționarea eșantioanelor de sol

Prelevarea eșantionului de analiză din profilul de sol s-a efectuat în structură deranjată din orizonturi și suborizonturi genetice. Cantitaea de sol prelevată a fost de aproximativ 200-250 gr. Solul a fost colectat în pungi de plastic, închise și etichetate pentru identificarea cu ușurință în laborator. Solul, bine uscat la aer (acest proces determină deshidratarea coloizilor de argilă, ceea ce exercită o puternică acțiune asupra dispersiei sale), a fost omogenizat, măcinat și cernut prin sita cu diametrul de 2000 μm iar fracțiunea fină obținută prin cernere uscată, care a trecut prin diametrul ochiurilor de 2000 μm a reprezentat eșantionul sau proba de sol pentru analiză.

Fig.16.Probele de sol analizate

Prepararea soluției dispersante (pirofosfat tetrasodic Na4P2O7 · 10H2O )

Pentru tratarea chimică, concentrația soluției de pirofosfat tetrasodic a fost stabilită la 4% g/g. Pentru a obține această concentrație am cântărit la balanța electronică 42 g de pirofosfat tetrasodic, pe care l-am introdus într-un balon cotat cu capacitatea de 1000 cm3, peste care am turnat apă distilată până la semnul de 1000 cm3. Balonul a fost agitat manual prin mișcări de rotație după care a fost așezat pe baia de nisip, până la fierbere, pentru a favoriza dizolvarea. Ce s-a pierdut prin evaporare se completează apoi cu apă distilată. Conținutul a fost omogenizat prin mișcări lente de rotație.

Fig.17.Soluție de pirofosfat tetrasodic

Pregătirea eșantioanelor de sol pentru analiză

Pregătirea eșantioanelor de sol pentru analiza granulometrică a inclus două operații importante:

Tratarea chimică a eșantionului de sol

Această operație are ca scop dispersia tuturor formațiunilor structurale de sol în particulele elementare din care sunt compuse. Dacă dispersia nu este completă atunci se vor obține valori mai mici ale conținutului de argilă. Factorii care influențează dispersia sunt agenții chimici de cimentare: materia organică sau humusu, carbonații de calciu sau magneziu, oxizii de fier sau aluminiu, starea de hidratare a particulelor argiloase și sarcina lor electrică.

Separarea fracțiunilor granulometrice prin: cernere umedă și uscată, sedimentare și pipetare

Toate fracțiunile care au diametrul > 0,02 mm sunt separate prin cernere umedă și uscată, iar cele care au diametrul < 0,02 mm sunt separate prin sedimentare și pipetare.

Distribuția granulometrică, (precum și aranjarea granulației după mărime și textură) este una dintre cele mai importante caracteristici ale solului. De asemenea, din punct de vedere agricol, textura unui sol este bine stabilită pe măsura ce sunt determinate experimental proprietățile acestuia.

Mărimea (proporția) distribuției granulometrice are efect asupra multor proprietăți ale solului cum ar fi de exemplu facilitarea agriculturii, conductivitatea capilară a solului, umiditatea disponibilă, permeabilitatea magnetică a solului, compactarea, etc. Determinarea dimensiunii particulei este necesară pentru fixarea disponibilității de substanțe pentru floră și faună, comportarea unei substanțe din sol și determinarea calității solului.

Fig.18. Sită vibratoare electromagnetică

Compoziția granulometrică a unei probe reprezentative se poate obține cu ajutorul unei site vibratoare electromagnetice. Sita vibratoare menține proba în continuă mișcare pentru a obține cele mai bune rezultate posibile ale cernerii.

Masa vibratoare și sitele cu ochiuri din oțel inoxidabil (inclusiv receptoarele și capacele) pot fi folosite pentru cerneri umede precum și pentru cerneri uscate.

Alura curbei granulometrice ne dă indicații asupra gradului de uniformitate a materialului. Materialele trebuie să conțină fracțiuni din toate diametrele: prea mult material fin nu este indicat, deoarece este ușor spălat de apă, iar o cantitate prea mare de material grosier mărește gradul de permeabilitate.

Tab.3. Rezultatele sitării uscate pentru proba de sol Vișani

Fig.19. Curba granulometrică Vișani V1

Fig.20.Curba granulometrică Vișani V2

Fig.21.Curba granulometrică Vișani V3

Tab.4.Rezultatele sitării uscate pentru proba de sol Mădârjac

Fig.22.Curba granulometrică Mădârjac P1

Fig.23.Curba granulometrică Mădârjac P2

Fig.24.Curba granulometrică Mădârjac P3

Curba granulometrică cumulativă

Diametrele granulelor care corespund dimensiunilor interioare ale ochiurilor sitelor exprimate in milimetri, sunt asezate in abscisa logaritmica in valoare descrescanda, pornind de la origine. Greutatile cumulate ale fractiunilor care au trecut prin site, calculate in procente din greutatea totala a probei studiate sunt in ordonata aritmetica. Curba obtinuta prin unirea greutatilor in procente este curba granulometrica cumulativa. Aceasta reprezentare grafica este cea care este folosita cel mai des in hidrogeologia necesara forajelor. Panta curbei granulometrice cumulative este functie de uniformitatea particulelor probei analizate. Cu cat granulometria este mai uniforma cu atat panta curbei este mai mare. La limita, uniformitatea perfecta corespunde unei linii verticale.

Fig.25.Curba logaritmică Vișani V1

Fig.26.Curba logaritmică Vișani V2

Fig.27.Curba logaritmică Vișani V3

Fig.28.Curba logaritmică Mădârjac P1

Fig.29.Curba logaritmică Mădârjac P2

Fig.30. Curba logaritmică Mădârjac P3

Separarea fracțiunilor granulometrice prin sedimentare

Separarea fracțiunilor granulometrice prin sedimentare se bazează pe diferența vitezei de sedimentare a particulelor mici si mari de sol. Sedimentarea particulelor este rezultatul a două forțe opuse: forța gravitatională și frecarea rezultată din mișcare într-un mediu fluid. Metoda pipetei constă în luarea unei probe și efectuarea pipetării în timpi diferiți (perioade de timp diferite) și la adâncimi diferite ale probei din cilindrul gradat, conform relației :

(4)

Unde:

– viteza de cădere a particulelor elementare ;

– accelerația gravitațională;

– densitatea particulelor de sol ;

– densitatea lichidului în care are loc dispersia;

– vâscozitatea lichidului în care are loc dispersia;

– raza particulelor elementare .

Având în vedere faptul că determinările se desfășoară în aceleași condiții de lucru și majoritatea factorilor sunt constanți, relația de calcul a lui Stokes devine:

(5)

Unde:

– raza particulelor elementare ;

– constantă:

În următorul tabel sunt prezentate valorile numerice ale constantei , în funcție de valorile diferite ale vâscozității apei (influențată de temperatură)

Tab.5. Aprecierea valorilor constantei din formula simplificată a lui Stokes

Această metodă se bazează pe diferența vitezei de sedimentare a particulelor mici și mari de sol. Sedimentarea particulelor este rezultatul a două forțe opuse: forța gravitațională și frecarea rezultată din miscare într-un mediu fluid. Metoda pipetei constă în luarea unei probe și efectuarea pipetării în timpi diferiți (perioade de timp diferite) și la adâncimi diferite ale probei din cilindrul gradat. Timpii și adâncimile sunt redate de Law si Stokes. Suspensia obținută în urma pipetării este condensată și uscata, se cântarește și se determină raportul dintre masă si fracția pipetării.

Tab.6. .Durată de sedimentare a particulelor în sol în mediul apos vâscos

Aparatul de pipetare folosește un set de bază de numere fracționare ce poate determina 7 probe simultan. Pipeta Kubeina reprezintă un ansamblu format din: pipetă specială de absorbție a suspensiei, robinet cu două căi de acces, tub de aspirație, tub de aspirație din cauciuc, robinet cu o singură cale de comunicare prin care se asigură fluxul de apă distilată între bulbul rezervor și bulbul de siguranță.

Fig.31.Aparat de pipetare; cilindri de sedimentare; fiole după uscare în etuvă

Fig.32.Diagrama ternară a solului din câmpul experimental Vișani V1

Fig.33.Diagrama ternară a solului din câmpul experimental Vișani V2

Fig.34.Diagrama ternară a solului din câmpul experimental Vișani V3

Tab.7. Rezultate pipetare proba de sol Vișani

Fig.35. Rezultate pipetare proba de sol Vișani

Fig.36.Diagrama ternară a solului din câmpul experimental MădârjacP1

Fig.37.Diagrama ternară a solului din câmpul experimental MădârjacP2

Fig.38.Diagrama ternară a solului din câmpul experimental MădârjacP3

Tab.8. Rezultate pipetare proba de sol Mădârjac

Fig.39. Rezultate pipetare proba de sol Mădârjac

Textura solului este o caracteristică importantă a solului care conduce producția de culturi și managementul terenului. Textura, una din cele mai importante și mai stabile însușiri ale solului, are un rol deosebit în procesul solificării, influențând majoritatea proprităților fizice, chimice și biologice ale solului. Textura are un rol important și asupra proprietăților solului, cum ar fi capacitatea solului de reținere a apei, mișcarea apei în sol, puterea solului, cât de ușor poluanții pot infiltra în apele subterane și fertilitatea solului natural.

Luând în considerare faptul că această caracteristică este practic nemodificabilă, reprezentând din acest punct de vedere un factor limitativ important al producției vegetale în agricultură, horticultură, legumicultură, viticultură, toate tehnologiile agricole și ameliorative trebuie să i se adapteze, pentru a compensa parte din însușirile negative, cel puțin, ale texturilor extreme.

Gruparea particulelor în funcție de mărimea lor a pornit de la faptul că particulele având dimensiuni diferite au și proprietăți diferite.

Încadrarea comparativă a unui sol dat într-o anumită clasă texturală pe baza diferitelor clasificări este dificil de realizat deoarece unele dintre limitele unor clase se întrepătrund.

Pentru țara noastră, clasele texturale sunt definite, în principal, prin masa conținutului de argilă coloidală, în timp ce masa conținutului de praf și a conținutului de nisip sunt doar indicative, deoarece cea mai mare suprafață este acoperită cu soluri care au ca fracțiune granulometrică dominantă tocmai argila coloidală.

Curba de sucțiune

Curba de umezirese determină reprezentând grafic conținutul de apă în funcție de valorile crescătoare ale presiunii. Aceasta curbă nu este identică cu cea de uscare deoarece conținutul de apă nu răspunde instantaneu schimbărilor de presiune (curba Hysteresis).

Măsurată în centimetri coloană de apă, sucțiunea (forța de reținere a apei) variază de la 1 cm (sol saturat cu apă), până la 10 000 000 cm coloană de apă (sol uscat). S-a introdus noțiunea de Pf, prin analogie cu cea de pH, deoarece este incomod de a se lucra cu cifre mari. Astfel, pF-ul reprezintă logaritmul, în baza zece, a centimetrilor coloană de apă corespunzătoare forței de reținere a apei de către sol.

Valoarea minimă a indicelui pF este 0, deoarece log. de 1 = 0 si valoarea maximă este 7, deoarece log. de 10 000 000 = 7. Cu ajutorul pF se poate întocmi curba caracteristică a umidității.

Prin folosirea conceptului de sucțiune se pot aprecia corespunzător condițiile de aprovizionare cu apă a plantelor, deoarece în aprecierea acestor condiții ne interesează, în primul rând, forța cu care este reținută apa de către sol. Dezvoltarea plantelor nu depinde în mod direct de conținutul de apă al solului, ci de forța cu care este reținută apa de către sol, adică de sucțiune, care face ca apa să fie mai greu sau mai ușor accesibilă plantei.

Folosirea sucțiunii în aprecierea condițiilor de aprovizionare a plantei cu apă prezintă și unele deficiențe. Caracterizând condițiile de umiditate din sol prin intermediul sucțiunii, obținem date privind aspectul calitativ al apei, dacă este sau nu accesibilă plantei, dar nu obținem date cu privire la cantitatea de apă accesibilă.

Cantitatea de apă reținută în sol, la valori relativ joase ale sucțiunii matriciale, depinde în primul rând de efectul capilarității și de distribuția mărimii porilor și este puternic afectată de structura solului. ( Stătescu F., 2004). Retenția apei la valori mai înalte ale sucțiunii se datorează tot mai mult adsorbției și astfel este influențată mai puțin de structura solului și mai mult de textura sa.

După Gardner, conținutul de apă al solului la o sucțiune de 15 bari se corelează foarte bine cu aria superficială și reprezintă cam 10 straturi de molecule de apă, dacă ar fi distribuite uniform pe suprafața particulelor.

Curba caracteristică a umidității solului exprimă legătura ce exista între sucțiune si umiditatea din sol si se obține grafic, trecând pe abscisă umiditatea solului respectiv, iar pe ordonată sucțiunea corespunzătoare.

Când vorbim despre același tip de sol, forța de sucțiune depinde de cantitatea de apă conținută. Aceasta poate crește de la pF = 0, atunci când solul este saturat cu apă, până la pF = 7, atunci când solul este uscat. Când vorbim despre soluri diferite, intervin alte proprietăți de care sucțiunea depinde, și în primul rând, de textură ( Blaga Gh., 2005).

Principiul metodei:

Pentru determinarea caracteristicilor de reșinere a apei pentru un anumit tip de sol, se recomandă prelevarea probelor de sol în structură nederanjată.

Principiul metodei utilizat pentru determinarea capacității de retenție a apei în sol se bazează pe realizarea unei stări de echilibru între apa din proba de sol analizată și un corp de apă aflat la un potențial matriceal cunoscut. Sistemul sol-apă se află în contact hidraulic cu un mediu poros saturat cu apă. La fiecare nivel de echilibru, se determină conținutul volumetric de apă. Valorile conținutului volumetric de apă, respectiv ale potențialului matriceal corespunzător reprezintă coordonatele unui punct de pe curba de reținere a apei.

Rezultate din laborator

Fig.40.Aparatură necesară pt determinarea curbei de sucțiune

Tab.9.Conținutul volumetric de apă Vișani

Fig.41. Curba de sucțiune Vișani V1- date din laborator

Fig.42. Curba de sucțiune Vișani V2- date din laborator

Fig.43. Curba de sucțiune Vișani V3- date din laborator

Tab.10.Conținutul volumetric de apă Mădârjac

Fig.44. Curba de sucțiune Mădârjac P1- date din laborator

Fig.45. Curba de sucțiune Mădârjac P2- date din laborator

Fig.46. Curba de sucțiune Mădârjac P3 – date din laborator

Relația dintre conținutul de apă corespunzător unui anumit potențial matriceal (Ψ) sau sucțiune (pF) este importantă în studiile privind proprietățile hidrofizice ale unui sol.

Capacitatea de reținere a apei în sol este influențată de distribuția după mărime a particulelor și de starea structurală sau de modul de așezare a agregatelor în matricea solului. Conținutul în materie organică și compoziția soluției solului au, de asemenea, rol important în determinarea curbei de retenție a apei în sol.

Rezultate după modelarea SoilPara

Programul SOILPARA a elaborat o diagramă a texturii solului, ce necesită doar datele despre conținutul de argilă, nămol și nisip (procentaj) și densitatea aparentă a solului.

Fig.47.Interfața programului SoilPara

În diagrama texturilor, pe partea stângă se află argila, care crește de jos în sus. Pe partea dreaptă este nămolul, care crește de sus în jos. În partea de jos a graficului, cantitatea de nisip crește de la stânga la dreapta. Clasele texturii solurilor includ: nisip, nisip argilos, pamânt argilor-nisipos și argilă.

Densitatea aparentă trebuie sa fie mai mică decât 2,65 g/cm3 (2,65 g/cm3 fiind densitatea materialelor solide).

Curba de retenție a apei stabilește o legătură între potențialul matricial sol-apă și conținutul de apă din sol. Atunci când nu au loc schimbări semnificative în structura solului, curba de retenție a apei poate fi considerată o caracteristică fizică a solului.

Determinarea curbei de retenție se realizează prin executarea a șase pași:

1. Numele Fișierului

2. Selecția Formulei

3. Conductivitate/Capacitatea de difuzie

4. Controlul Programului

5. Estimarea Parametrului

6. Executarea Programului.

Acești pași sunt folosiți pentru a reprezenta grafic curba caracteristicilor sol-apă, iar valoarea aerului de intrare a absorbției poate fi determinată. Valoarea aerului de intrare a solului este absorbția atunci când aerul începe să pătrundă în cei mai mari pori ai solului. θw (exprimat în procente) se află pe punctul maxim al curburii și se găsește prin intersecția a două tangente.

Fig.48.Schema bloc a programului Soil Para

Fig.49.Curba de sucțiune V1 elaborată de programul SoilPara

Fig.50. Curba de sucțiune V2 elaborată de programul SoilPara

Fig.51. Curba de sucțiune V3 elaborată de programul SoilPara

Fig.52. Curba de sucțiune P1 elaborată de programul SoilPara

Fig.53. Curba de sucțiune P2 elaborată de programul SoilPara

Fig.54. Curba de sucțiune P2 elaborată de programul SoilPara

Analize chimice

Reacția solului

Cunoașterea pH-ului unui sol ajută la aprecierea stării lui de fertilitate.

Extractul de apă exprimă într-o măsură relativă compoziția soluției din sol.

Extractul de apă analizat chimic indică starea momentană a formelor solubile accesibile plantelor aflate în sol. Concentrația lor totală influențează asupra presiunii osmotice a soluției solului. Principiul constă în extracția formelor solubile din sol în apă distilată.

Materiale necesare:

-apă distilată;

-sol proaspăt;

-vase Erlenmayer de 250 ml;

-pâlnie de sticlă;

-hârtie de filtru.

Solul proaspăt se trece prin sită de 1 mm. Din el se cântăresc 20 g. Solul cântărit se tratează cu 100 ml apă distilată. Totul se agită timp de 30 de minute. Se filtrează pe hârtie de filtru. În cazul în care filtratul nu este limpede se repetă filtrarea pe un filtru curat.Apoi cu ajutorul unui pH-metru se măsoară ph-ul solului.

Fig.55.Distilator de apă

Tab 11. Valorile pH-lui diferențiate pe profilul de sol

Interpretarea datelor analitice privind reacția solurilor se face după următoarea schemă:

Tab. 12. Intervale de variație a pH-lui

Pe lângă efectele asupra creșterea plantelor, solubilitatea ionilor metalici, activitatea microbiană și dispersia argilei sunt, de asemenea, influențate de pH-ul solului (Haynes și Naidu, 1998). Negativitatea din particulele de argilă crește atunci când pH-ul crește respingerea particulelor. De aceea, controlarea pH-ului solului este important pentru solurile ce prezintă argilă dispersivă (Chorom și colab., 1994), deoarece particulele de argilă floculează atunci când pH-ul are valori ridicate (Haynes și Naidu, 1998). Agregatele mai mari se formează în soluri cu un pH ridicat și cu o concentrație a carbonatului ridicată (Boix- Fayos și colab., 2001). Calcarul este adesea adăugat solului pentru a crește pH-ul, iar de cele mai multe ori rezultă creșterea activității microbiene și a producției de cereale, și contribuie și la creșterea agregației (Haynes și Naidu, 1998).

Compoziția soluției solului

Una din funcțiile solului este aceea de a produce fitomasă, care se utilizează ca materie de bază pentru producerea de alimente, îmbrăcăminte, combustibili ș.a. Această funcție se pune în valoare prin însușirea solului de a fi rezervor și furnizor continuu de apă și nutrienți, care-i conferă proprietatea generală de fertilitate.

Pentru creșterea plantelor, solul oferă numeroase elemente chimice necesare dezvoltării vegetației și formării recoltelor. Dintre acestea 14 sunt considerate elemente nutritive sau nutrienți. În funcție de cantitatea necesară plantelor și de funcțiile lor fiziologice și biochimice, nutrienții se împart în macronutrienți și micronutrienți. La rândul lor, macronutrienții se împart în macronutrienți de ordin primar (N, P și K) și macronutrienți de ordin secundar (S, Ca și Mg). În grupa micronutrienților se cuprind: Fe (element chimic care le nivelul solului este considerat macroconstituent), Mn, Co, Cu, Zn, B, Mo, Cl.

Tab. 13. Compoziția soluției solului în probele studiate

Cationii bivalenți și îmbunătățesc structura solului prin legăturile cationice pe care le formează cu particulele argilei și cu COS. Așa cum am menționat anterior, în condiții aride și semiaride, carbonații și se precipită și formează învelișuri pentru carbonații secundari și leagă particulele primare ale solului. În general, este mai eficient decât în îmbunătățirea structurii solului (Zhang și Norton, 2002). Printre cationii bivalenți, împiedică dispersia argilei și distrugerea agregatelor asociată prin înlocuirea și a în argilă și în agregate, iar de aceea ajutând la stabilitatea agregatului (Armstrong și Tanton, 1992).

În comparație cu , are un efect dăunător pentru stabilitatea agregatelor din sol, deoarece ajută la creșterea dispersiei solului (Zhang și Norton, 2002). Extinderea efectului negativ al în comparație cu cel al depinde de tipul argilei și de concentrația alectroliților din sol (Zhang și Norton, 2002). De aceea, provoacă expansiunea argilei, ceea ce duce la distrugerea agregatelor.

Folosirea amelioratorilor pentru sol ce conțin și cum ar fi gipsul sau calcarul, poate avea efecte mari asupra agregației. Stabilitatea crescută a agregatelor în solurile soluri calcaroase sugerează formarea unor legături puternice ce include si legături de (Chan și Heenan, 1999).

Sodiul este un agent dispersiv ce provoacă direct ruperea agregatelor și ce afectează indirect agregația, prin productivitatea plantelor scăzută. Sodiul amovibil din soluțiile de sol, aflat la locul de schimb, contribuie la respingerea încărcăturilor ce disperseazp particulele de argilă. Dispersivitatea crescută data de sodiu poate rupe agregatele, facând MOS-ul mai ușor de descompus. Solurile sodice se găsesc mai ales în regiunile aride și semiaride. Practicile de management ce înlocuiesc sodiul din locurile de schimb al cationilor cu calciu ajută la ameliorarea sodiului și a efectelor sale adverse. Gipsul este folosit ca un ameliorator pentru a împiedica sodicitatea prin reducerea dispersiei, pH-ului și a procentajului sodiului amovibil (ESP) și duce la creșterea carbonului microbian (Cmic) (Armstrong și Tanton, 1992; Batra și colab., 1997). În solurile calcaroase-saline, utilizarea plantelor care tolerează sarea îmbunătățește proprietățile fizice ale solului, datorită creșterii favorabile a rădăcinilor și a respirației microbiene crescute. Creșterea în presiunea parțială a din rizosferă duce la creșterea solubilității carbonatului de calciu ce opresc efectele adverse ale sodiului (Qadir și Oster, 2002).

Conținutul în humus și carbon organic

Metode indirecte: bazate pe dozarea unor elemente constituente ale solului (determinarea carbonatului organic)

Carbonul organic reprezintă cel mai important constituent al humusului din sol(43-62% din compoziția chimică a acestuia în funcție de condițiile hidrotermice de formare si de natura lui) (Kononova,1963).

Din punct de vedere chimic, combustia este un proces exoterm de oxidare, în care anumite substante reactioneazã, mai mult sau mai putin violent, când se combinã cu oxigenul în stare liberã si care duce la producerea unei mari cantitãti de cãldurã si, frecvent, de luminã. Principalele componente care sunt prezente în combustibilii utilizati în mod curent sunt: carbonul (C), hidrogenul (H2), monoxidul de carbon (CO), metanul (CH4), alte hidrocarburi în afarã de metan (CmHn), oxigenul (O2), azotul (N2), dioxidul de carbon (CO2) si apa (H2O).

Analiza prin combustie umedă a solului cu ajutorul acidului cromic a fost mult timp o metodă standard pentru determinarea C total dând rezultate bune în comparație cu combustia uscată. Principalele avantaje ale combustiei umede reprezintă costurile scazute ale aparatului în comparație cu costurile aparatului pentru determinarea C prin combustie uscată și faptul că piesele necesare pentru asamblarea aparatului sunt echipament standard, în cele mai multe laboratoare.Dezavantajul principal al procedurilor prin combustie umedă este faptul că se folosește macro-echipament care ocupă spațiu considerabil mai mult sau mai puțin permanent.

Dozarea carbonului organic din sol s-a bazat pe oxidarea substanțelor organice cu bicromat de potasiu în prezența acidului sulfuric concentrat, după reacția:

(6)

(7)

Excesul de oxidant din proba a fost titrat cu soluție de sare de Mohr:

(8)

Înainte de a fi supusă spre analiză, proba de sol se mojarează, se curăță de resturile de rădăcini, insecte și se cerne prin sita cu ochiurile de 0,25 mm.

0,5 g de sol se adaugă într-un vas peste care se adaugă 10 ml soluție de bicromat de potasiu 1N (reactiv 1) și 20 mlde acid clorhidric concentrat (ρ = 1,84 g/cm3).

Fig.56.Probe de sol

Particulele de sol de pe pereții vasului vor fi antrenate la fundul vasului în momentul turnării acidului sulfuric. Balonul cu proba de analizat se pune pe o baie de ulei în fierbere și se încălzește aproximativ 20-30 de minute. Astfel, în balon se va atinge o temperatură de aproximativ 95ºC, care va grăbi procesul de oxidare a materiei organice.

Fig.57.Baie de ulei

Balonul se lasă apoi să se răcească la temperatura camerei. Conținutul balonului se trece cantitativ, cu aproximativ 200 ml apă distilată. Excesul de bicromat de potasiu se titrează cu o soluție de sare Mohr 0,2 N în prezența difenilaminei ca indicator.

Fig.58.Reactivi necesari

La începutul titrării, soluția este de culoare albastru-violet, ca spre finalul titrării să devină de culoare verde. Pentru a se obține o colorație mai accentuată s-a mai adăugat 0,5 ml soluție de acid ortofosforic 85%.

Fig.59.Imagini din momentul titrării

În paralel cu determinările propriu-zise s-a titrat și o probă martor (probă fără sol), în aceleași condiții pentru a stabili ce cantitate de sare de Mohr corespunde la 10 ml soluție de bicromat de potasiu. Toți reactivii au fost ținuți în aceleași condiții te temperatură ca și proba de sol.

(9)

(10)

Unde:

– carbonul total (%);

-materia organică (%);

– cantitatea medie de sulfat feros folosită în titrarea blancului (ml);

– cantitatea medie de sulfat feros folosită în titrarea probei (ml);

– masa probei de sol uscată la 105ºC (g);

– factor de conversie a carbonului în materie organică (Van Bemmelen).

Tab.14. Conținutul de C și MO din probele studiate

Fig.60. Cantitatea de% C Vișani

Fig.61.Cantitatea de % C Mădârjac

Fig.62.Cantitatea de% C Vișani și Mădârjac

Fig.63.Cantitatea de% MO Vișani

Fig.64.Cantitatea de % MO Mădârjac

Fig.65.Cantitatea de % MO Vișani și Mădârjac

Influența humusului asupra însușirilor solului

Acizii huminici și în special acizii fulvici au un rol deosebit în alterarea părții minerale a solului. Prin acțiunea lor asupra părții minerale a solului se formează săruri și compuși organominerali. În anumite condiții de mediu sărurile heteropolare rămân în stare de soluții adevărate sau soluții coloidale capabile să se deplaseze pe profilul solului. În caz de modificare a condițiilor de mediu(modificarea reacției solului, a apariției în soluție a cationilor bazici bivalenți etc.) acești produși se depun. Toate aceste fenomene determină într-o mare măsură caracterul morfologic a profilului de sol.

Datorită capacității lor de schimb cationic, substanțele humice pot reține și feri astfel de spălare o serie de cationi (Ca++, Mg++, Na+, K+), pe care, tot prin schimb cationic, îi pot elibera și pune la dispoziția plantelor. Împreună cu argila, care are, de asemenea, această proprietate, humusul alcătuiește complexul adsorbtiv al solului (CAS)

În prezența argilei, acizii huminici saturați cu cationi de calciu determină formarea structurii grăunțoase a solului. Prezența agregatelor cu mare stabilitate hidrică creează în sol un regim aerohidric favorabil dezvoltării normale a plantelor. Datorită capacității de a cimenta stabil particulele minerale în agregate structurale, humusul ameliorează proprietățile fizice a solurilor argiloase, micșorându-le coeziunea și mărindu-le în același timp permeabilitatea pentru aer și apă. Humusul mărește coeziunea solurilor nisipoase, le micșorează permeabilitatea pentru apă și mărește capacitatea de reținere a acestora. De asemenea, humusul influențează regimul termic al solului prin faptul că imprimându-i o culoare închisă contribuie la mărirea capacității calorice.

Sub aspectul nutriției plantelor, humusul reprezintă principala sursă de azot din sol și ale altor elemente de nutriție. Substanțele humice din sol exercită și o influență directă plantelor manifestând, în anumite condiții, o acțiune de stimulare a creșterii și dezvoltării plantelor.

Datorită conținutului ridicat în azot și cationi bazici legați sub formă de humați, humusul reprezintă un rezervor de elemente nutritive pentru plante. Împreună cu mineralele argiloase humusul formează complexul adsorbtiv al solului având rolul de reținere și schimb de cationi. În urma procesului de mineralizare a materiei organice și prin capacitatea mare de adsorbție și schimb cationic humusul asigură aprovizionarea continuă cu elemente nutritive ușor accesibile pentru plante fiind elementul esențial al fertilității solului. În soluri humusul este nu numai o sursă continuă de elemente nutritive, ci și un agent activ de reținere a acestor elemente date prin fertilizarea organică și minerală care în urma interacțiunii cu humus sunt levigate foarte ușor.

Humusul reprezintă un substrat prielnic pentru dezvoltarea microorganismelor. Astfel este asigurată și intensificată dinamica biochimică a solului, totalitatea proceselor de transformare a substanțelor și energiei în sol. Substanțele humice și alți compuși organici cu caracter acid provenite din humus acid eliberează ioni de H+ în sol și măresc concentrația acestora în soluție crescând aciditatea solului. Această influență este cu atât mai însemnată cu cât humusul este mai nesaturat și solul este mai sărac în baze. Turbele oligotrofe, humusul brut, moderul sunt bogate în acizi fulvici și reprezintă o sursă importantă de ioni de H+ în sol.

Conținutul în carbonați

Astfel, pentru determinarea gazometrică a conținutului de carbonați din sol s-a folosit calcimetrul Scheibler fiind alcătuit din: recipient de reacție, cuvă din plastic, dop din cauciuc conectat la un furtun flexibil, robinet de evacuare, tub de calibrare în formă de U și un vas de nivel. Prin tratarea solului cu acid, carbonații se descompun și se formează bioxidul de carbon, care se măsoară cu ajutorul tubului de calibrare gradat, după care se poate calcula conținutul de carbonați. Reacția se consideră terminată atunci când, prin agitarea recipientului de reacție, nu se mai produce nici o denivelare a apei din cele două ramuri ale tubului U. Înainte de începerea determinării propriu-zise se citește temperatura aerului (t) și presiunea (Pt) din laborator.

Fig.66.Calcimetrul Scheibler

(11)

Unde:

– volumul de CO2citit la aparat (cm3);

– volumul de CO2adus în condiții normale de presiune și temperatură (cm3);

– temperatura aerului în timpul determinării (ºC);

– presiunea atmosferică în timpul citirilor (mm).

Cunoscând că 1 cm3 de CO2, în condiții normale, cântărește 0,00197 g, prin înmulțirea lui cu această valoare se obține greutatea de CO2(a) în grame, atunci conținutul de carbonați din eșantionul de sol se calculează cu următoarea relație:

(12)

În care:

– cantitatea de sol luată în analiză (g);

– conținutul de CO2eliberat din reacție (g);

– coeficient pentru transformarea cantității de CO2eliberat în (cantitatea de în grame ce corespunde unui gram de CO2);

– factor pentru raportarea procentuală

Tab.15. Conținutul de carbonați din probele de sol analizate

Fig.67.Conținutul de din proba de sol Vișani

Fig.68.Conținutul de din proba de sol Mădârjac

Fig.69. Conținutul de din probele de sol analizate

Fig.70.Relația dintre carbonați și în sol, prin dezagregare și concentrare

Efectul carbonaților asupra structurii este controlat de COS. Creșterea COS-ului are ca rezultat creșterea dizolvării și a reprecipitației carbonaților în sol. COS-ul crește respirația microbiană și și reprezintă o sursă de și .La concentrații scăzute ale COS, stabilitatea macroagregatelor este îmbunătățită de către carbonați (Boix-Fayos și colab., 2001). Concentrații ridicate ale carbonaților îmbunătățește protecția COS, probabil din cauza mineralizării scăzute a SOC și cantității ridicate de (Clough și Skjemstad, 2000). Concentrația mare a carbonatului îmbunătățește protecția COS, probabil datorită mineralizării COS-ului scăzute și cantității crescute de (Clough și Skjemstad, 2000). Concentrația mare a carbonatului din particula de nămol scade agregația, ceea ce arată faptul că și mărimea particulei influențează rolul carbonaților în agregație (Dimoyiannis și colab., 1998). Carbonații ajută la creșterea puterii de extensie a agregatelor, dar scad stabilitatea microagregatelor (Boix-Fayos și colab., 2001; Schrader și Zhang, 1997).

Organismele influențează agregația mediată de carbonați: activitatea viermilor pot altera concentrașia carbonaților, chiar dacă efectele sunt contradictorii și pot depinde de speciile de viermi (Schrader și Zhang, 1997).

Gestionarea irigațiilor și a fertilității crește COS, și de aceea accelerează formarea carbonaților secundari în solurile aride și semiaride, prin adăugarea de acizi carbonici și organici ce reacționează cu silicații solului pentru a îndepărta C (Schwartzman și colab., 1994).

Recalcitranța substanțelor humice este un rezultat al rezistenței lor chimice și al asocierii cu solul, ceea ce le oferă protecție(Tarchitzky și colab. 2000) au eliberat ipoteza că distribuția substanțelor humice, încluzând acidul fulvic (AF) și acidul humic (AH), în agregate reflectă învelișul cu SH inițial, pe când SH auxiliare au rolul de a lega particulele între ele. Acizii humici pot fi absorbiți din particulele de argilă de către cationii polivalenți, ceea ce le conferă în special o efectivitate în împiedicarea dispersiei argilei. Substanțele humice pot crește stabilitatea agregatelor și reduce dispersia datorită ciclurilor umed-uscat (Piccolo și colab., 1997).

Tipul solului, agenții de agregare, managementul solului și condițiile mediului înconjurător interacționează pentru a determina agregația în sol. Practicile de management ale solului ce reduc perturbațiile sporesc intoarcerea COS în sol, optimizează productivitatea și cresc cantitatea de COS. Utilizarea corespunzătoare a amelioratorilor solului, cum ar fi fertilizatorii, cleiul, îngrășământul natural și gunoiul pot crește cantitatea de COS și agregația. Practicile agricole susținute, cum ar fi amestecarea culturilor, rotația culturilor și culturile de acoperire, cresc cantitatea de COS. Practicile managementului care reduc ratele de descompunere și degajarea ajută și la creșterea cantității de depozitare a COS.

Carbonul anorganic există în sol sub formă de minerale primare și secundare. Carbonații primari sau litogeni provin dintr-un material rocă-mamă. Carbonații primari reprezintă materialul din care se formează carbonații secundari atunci când sunt diolvați și translocați de apă împreună cu acizi organici și/sau din sol și atmosferă (Fig. 4). Carbonații secundari sau pedogeni se formează atunci când dizolvat precipitează carbonații și bicarbonații cu și , formați în afara sistemului. În condiții de umiditate scăzută sau un nivel al pH-ului, cationilor și al bicarbonaților ridicat, carbonații dizolvați și pot reacționa cu cationic disponibili pentru a forma învelișuri de carbonați secundari peste particulele de sol primare.

Tab.16. Rezultate din literatura de specialitate și obținute în laborator pentru proba de sol Vișani

Tab.17. Rezultate din literatura de specialitate și obținute în laborator pentru proba de sol Mădârjac

Spectrofotometria

Spectroscopia infraroșu este una dintre cele mai comune tehnici utilizate în chimia organică pentru identificarea caracteristicilor structurale ale diferitelor substanțe sau amestecuri ale acestora. Când un compus organic este supus la radiații electromagnetice în gama de frecvențe infraroșu (780 nm la 1000 de microni, sau 13.000 de până la 10 cm-1), frecvențele de rezonanță absorbite dau moleculelor suficientă energie pentru a permite legăturilor lor să se întindă, îndoiți sau mai multe roti în mod activ.Frecvența de rezonanță depinde de rezistența legăturii, care, la rândul ei depinde de atomii conectate conectați, tipul de legături implicate, și într-o anumită măsură, de mediul din jurul fiecărei legături.

În mod special, gama frecvențelor mijlocii în infraroșu (4000-400 cm-1)este foarte utilă în chimia organică. Majoritatea grupărilor funcționale au absorbții caracteristice în acest interval de frecvență, iar aceste absorbții caracteristice sunt utilizate pentru a identifica ce grupe funcționale sunt prezente în proba analizată.

Fig.71.. Spectrofotometrul cu infraroșu Shimadzu IRAffinity-1

Spectrofotometrul Shimadzu Iraffinity-1 oferă cel mai bun raport S/N din clasa sa, o rezoluție maximă și dimensiuni compacte. În plus, software-ul de înaltă performanță Irsolution, care pune accentul pe interoperabilitatea și analiza programelor de sprijin, face mai ușoară efectuarea analizelor și procesarea datelor.

Domeniul IR servește în modcurent atât pentru analiza chimică cât și pentru recunoașterea calitativă a combinațiiloranorganice, organice sau naturale dar și în determinări de structură chimică.

Ca și în alte domenii ale spectrometriei, în IR se determină transmitanța dată deraportul intensităților transmise, I, respectiv incidente, I0, adică:

(13)

Se mai poate exprima transmitanța procentuală: T% = 100·T sau absorbanța, A,definită de:

(14)

Spectrul IR al unei substanțe este adesea o reprezentare grafică, în coordonate (T, )unde cu s-a notat numărul de undă dat de ecuația:

(15)

Pe acest grafic de disting mai multe maxime mai înguste – linii – sau mai largi – benzi.

Pe axa ordonatelor, în loc de T poate apărea T% sau A – absorbanța – dar în mod obișnuit se

utilizează numărul de undă în cm-1 (sau Kaysers) din necesitatea de a nu se apela la numere

atât de mari ca frecvențele – exprimate în Hz – sau lungimile de undă – exprimat în nm.

Absorbția în IR se datorează interacțiunilor dintre radiația electromagnetică incidentăși anume componenta electrică a acesteia, cu dipolii electrici ai unei molecule. Se admiteastăzi că energia radiațiilor IR provoacă o amplificare a energiei de vibrație a moleculelor datorită faptului că dipolul corespunzător legăturii oscilează cu o frecvență apropiată cu ceaa componentei electrice amintite. Amintim că într-o moleculă, în mod natural, atomiicomponenți execută mișcări de vibrație de-a lungul legăturii în timp ce molecula se rotește. Ointensificare a mișcării de vibrație duce la o alungire și simultan, la o slăbire a legăturii dar șila o intensificare a mișcării de rotație.Sau, altfel spus, gazele monoatomice (gazele rare) șisubstanțele cu moleculele simetrice (ca de exemplu O2, N2, Cl2), având legături nepolare, suntperfect transparente la radiațiile din domeniu IR. În moleculele poliatomice posibilitățile deapariție ale spectrelor IR sunt mai mari deoarece aici vibrațiile asimetrice pot duce, chiar în

moleculele nepolare, la apariția unor dipoli electrici, iar posibilitățile de apariție ale unorvibrații de deformare (de modificare a unghiurilor dintre legături în afara celor de alungire) se

măresc.

Pe de altă parte, intensitatea unei benzi de absorbție în IR este proporțională cupătratul variației momentului dipolar al moleculei, datorită absorbției. Se știe că în generalgrupele polare (C-O, C=O, C-Br etc.) generează benzi de absorbție mai intense decât cele slab

polare (C-N, C=N, C-H etc.).

3.1. Bazele fizice ale spectrometriei IR

3.1.1. Principiul autouscării

IRAffinity-1 încorporează un uscător auto, care înlătură electrolitic umiditate din interiorul interferometrului folosind membrana electrolitului polimerului solid.

Atunci când electrozii poroși sunt atașați la membrane polimerului solid și este aplicatcurent continuu, umiditate la partea anodului (adică, partea deshidratarea) disociază în ioni de hidrogen și oxigen.Ionii de hidrogen trec prin membrana electrolitului polimerului solid și ajun pe partea catodului (adică, partea de refulare a umidității).La catod, ionii de hidrogen reacționează cu oxigenul din aer, pentru a forma vapori de apă, care sunt eliberați în afara interferometrului.

Anod (partea de deshidratare):

(16)

Catod (partea de refulare a umidității):

(17)

Fig.72.Principiul autouscării

3.1.2. Validarea programului

IRAffinity-1 este echipat cu un program de validare în conformitate cu European and JapanesePharmacopoeias și cu ASTM (Societatea Americană pentru Testare și Materiale). Acest program de validare verifică performanța de bază a instrumentului utilizând o peliculă de polistiren, și creează rapoarte ale rezultatelor.

3.2. Metoda de lucru

S-a realizat prin metoda pastilării în KBr cu spectofotometrul IRAffinity-1. Probele de sol si de KBr (matricea) au fost mărunțite până la o granulație < 2μ, amestecate și omogenizate în raport 1:100 (1mg probă la 100 mg KBr). Pastilele folosite pentru înregistrarea spectrelor au fost obținute prin matrițarea amestecului probă + KBr într-o matriță de oțel inoxidabil cu o forță de 10-12 tf/cm2. Înainte și în timpul aplicării presiunii se evacuează aerul din matriță pentru a evita apariția fisurilor. Pastilele obținute astfel, trebuie să fie transparente și puțin translucide. Acestea au avut diametrul de 15 mm și grosimea de 0,3 mm. Înregistrarea spectrelor s-a realizat automat utilizând KBr drept blanc, la o umiditate < 10%.

Pastilarea în bromură de potasiu se bazează pe plasticitatea bromurii de potasiu la presiuni nu foarte înalte și pe faptul ca această substanță nu absoarbe între 400 și 5000 cm-1.

În spectrele obținute prin tehnica pastilării pot fi observate trei aspecte caracteristice asociate cu mărimea particulelor si cu starea cristalină. Primul ar fi scăderea progresivă a transmisiei spre frecvențele mai mari. Al doilea aspect este efectul Christiansen: în vecinătatea imediată a unei benzi de absorbție, spre frecvențe mai înalte, transmisia atinge valori mai mari decât cele așteptate în mod normal. Fenomenul este corelat cu dispersia anormală care se manifestă în regiunea unei benzi de absorbție( în această zonă indicele de refracție are o variație rapidă cu lungimea de undă). În momentul ăn care indicele de refracție al particulelor devine egal cu indicele de refracție al mediului, indicele relativ este egal cu unitatea și difuziunea luminii nu se mai produce. În această situație spectrul arată, într-o regiune îngustă, o transmisie neobișnuită. Acest aspect al distorsionării printr-un efect Christiansen este observat în toate spectrele infraroșii ale probelor analizate în regiunea 200-350 cm-1.Al treilea aspect caracteristic posibil în spectrele infraroșii ale substanțelor în stare solidă este dispariția, apariția sau modificarea unor benzi.

Avantajele pastilării sunt: spectrul obținut nu conține decât benzile datorite substanței; de cele mai multe ori se poate obține o rezoluție mai bună decât în alte medii; piederile de energie prin difuziunea luminii în probă sunt mai mici decât în alte tehnici de preparare a probelor solide; pastilele se pot păstra în exicator vreme îndelungată; datorită stabilității mecanice a pastilelor se pot înregistra spectrele la temperaturi înalte sau joase sau se poate urmări chiar descompunerea termică a substanței încorporate.

Fig.73.Spectru infraroșu al background-lui pastilei de bromură

Fig.74. Spectru infraroșu al probei de sol Vișani V1

Fig.75. Spectru infraroșu al probei de sol Vișani V1

Fig.76. Spectru infraroșu al probei de sol Vișani V2

Fig.77. Spectru infraroșu al probei de sol Vișani V2

Fig.78. Spectru infraroșu al probei de sol Vișani V3

Fig.79. Spectru infraroșu al probei de sol Vișani V3

Fig.80. Spectru infraroșu al probei de sol Vișani v1-v2-v3

Fig.81. Spectru infraroșu al probei de sol Mădârjac P1

Fig.82. Spectru infraroșu al probei de sol Mădârjac P1

Fig.83. Spectru infraroșu al probei de sol Mădârjac P2

Fig.84. Spectru infraroșu al probei de sol Mădârjac P2

Fig.85. Spectru infraroșu al probei de sol Mădârjac P3

Fig.86. Spectru infraroșu al probei de sol Mădârjac P3

Fig.87. Spectru infraroșu al probei de sol Mădârjac P1-P2-P3

Concluzii

4.1. Influența matricei solului asupra regimului aero- hidric

Datorită proceselor specifice din sol, aerul din sol se rărește în oxigen și se îmbogățește îndioxid de carbon. Fenomenul acesta dăunator este contracarat de permanenta aerație a solului. Normalizarea compoziției aerului din sol se face prin înlocuirea continuă a acestuia cu aer atmosferic sau prin difuzia unor gaze din sol în atmosfera și invers. Normalizarea compoziției aerului din sol are loc în deosebi prin difuzia gazelor. Difuziagazelor din sol în atmosfera și invers are loc datorită concentrației diferite a acestora în cele două medii. Astfel, dioxidul de carbon, fiind in concentrație mai mare în aerul din sol decât în aerulatmosferic, difuzează din sol în atmosferă. În cazul oxigenului, procesul este invers. Concentrațiaacestuia fiind mai mare în aerul atmosferic decât în aerul din sol, acesta difuzează din atmosferă în sol. Normalizarea compoziției aerului din sol este influențată si de alți factori: temperatura,umiditatea, presiunea atmosferică, vîntul, porozitatea etc. La temperaturi ridicate, gazele din sol se dilată, îșimăresc presiunea și trec parțial în atmosferă. La temperaturi coborâte, aerul din sol se contractă permițând pătrunderea aerului atmosferic. Prin pătrunderea apei în sol, aerul este presat și nevoitsă iasă din sol. Cu cât cantitatea de apă care pătrunde în sol este mai mare, cu atât crește șicantitatea de aer care trebuie să iasă din sol.Ritmul de primenire a aerului din sol depinde de o serie de proprietăți ale acestuia și înspecial de porozitate.

Regimul aerului din sol este alcătuit din totalitatea proceselor de pătrundere, mișcare și ieșire a aerului din sol. Se folosește noțiunea de regim aero – hidric al solului, întrucât între aerul și apa din sol există relații de strictă interdependență (Stătescu F., Pavel V.L., 2011). Regimul aero – hidric are o deosebită importanță în formarea și fertilitatea solului. Un regim bun al aerului în sol înseamnă și un regim bun al apei din sol.

În condiții bune de regim aero – hidric microflora solului este bogată și activă, are loc procesul de humificare al resturilor organice, are loc fixarea de azot din atmosferă de către microorganisme, germinația semințelor este bună, procesele de reținere și schimb cationic sunt echilibrate și sistemul radicular se dezvoltă în bune condiții.

În condițiile unui regim de aer deficitar (umiditate excesivă) se creează condiții de anaerobioză, care determină acumularea în sol a compușilor reduși, resturile organice se acumulează în cea mai mare parte în stare nedescompusă; activitatea microbiologică și mineralizarea fiind reduse, se eliberează cantități mici de elemente nutritive, au loc procese de gleizare și pseudogleizare, toate acestea determinând condiții improprii dezvoltării plantelor.

În condițiile unui regim de aer excedentar (aerație excesivă) activitatea microorganismelor este redusă, se produce o mineralizare rapidă a resturilor organice cu acumulare redusă de humus, o aprovizionare deficitară cu elemente nutritive, o stânjenire în creșterea sistemului radicular și ca atare o dezvoltare redusă a plantelor.

În solurile cu textură mijlocie, bine structurate, cu agregate stabile, care prezintă un raport optim între porozitatea capilară și porozitatea necapilară, are loc un regim aero – hidric favorabil dezvoltării plantelor.

Cunoașterea coeficientului de difuzie este foarte important atât pentru elaborarea sau aplicarea unor modele matematice care descriu mișcarea în mediul poros,cât și pentru a îmbunătăți înțelegerea proceselor de transport în care este implicat.

Coeficientul de difuzie a gazelor în sol este influențat de porozitatea solului, care la rândul său este determinată de textura, structura și de gradul de afânare sau de tasare a acestuia.

Porii solului au diferite forme și dimensiuni, trasee neregulate și sunt ocupați în măsură mai mică sau mai mare cu apă. Din acest motiv coeficienții de transport depend de: gradul de saturație cu apă, de geometria porilor și de coeficientul combinat sinuozitate-conectivitate al porilor (Bear, 1972). Mai ales geometria porilor, adică repartiția dimensiunii porilor, topologia spațiului acestora și legăturile interne ale spațiului influențează fluxul și transportul apei, aerului, solvatului și căldurii (Vogel și Roth, 1998; Allaire-Leung, 2000; Vogel, 2000). De exemplu, deoarece porii solului au geometria și mărimile variate, viteza apei în pori este extrem de variabilă. Porii mai mari conduc apa mai rapid, iar rezistența pereților porilor cauzează scăderea vitezei apei din centrul porilor către exteriorul acestora. Dar și alți factori precum continuitatea și conectivitatea fazei lichide în spațiul poros controlează mișcarea apei. Când solul este saturat, toți porii sunt umpluți cu apă și faza lichidă devine constantă.

Stabilirea relației exacte dintre coeficienții de transport și geometria porilor pare extrem de dificilă și, de aceea, de obicei sunt adoptate niște modele simple. Bear (1972) a afirmat că caracterizarea microscopică a spațiului poros este imposibilă. De aceea, se presupune că spațiul poros este reprezentat de un grup de tuburi capilare cilindrice paralele, iar repartiția dimensiunii echivalentului tuburilor capilare a fost folosită pentru a caracteriza mărimea porilor solului. Printre primele ecuații fundamentale folosite pentru a stabili o legătură între cursul regulat al fluidelor saturate și mărimea spațiului poros este Legea lui Poiseuille. Conform legii lui Poiseuille, dacă un tub capilar cilindric are o rază R, volumul apei scurse în unitatea de timp prin acel tub, sub o presiune dată, este proporțional cu raza la puterea a patra:

(18)

Unde:

Q-cantitatea volumetrică a apei scurse()

µ-forța dinamică de coeziune ( )

ΔP -diferența presiunii hidrostatice ( ) de-a lungul tubului de lungime

Pentru a stabili o legătură între formula punctului de intrare a aerului și structura porilor, Fisher (1998) a elaborat o serie de proceduri pentru a determina: retenția apei din sol, conductivitatea gazului și geometria porilor mostrelor de sol neperturbat. În special, combinarea dintre tehnica secțiunilor subțiri și analiza imaginilor mostrelor neperturbate a fost folosită pentru a identifica structura porilor mostrelor. Analiza lor a arătat că continuitatea fazei de aer este factorul major ce controlează conductivitatea acesteia. Pe de altă parte, umplerea fisurilor cu particule de sol blochează traiectoria fazei de aer din cauza absorbției fazei lichide la suprafața raticulelor reducând astfel conductivitatea aerului. De aceea, aplicarea modelului fazei continue, așa cum a fost propusă de Fisher (1996, 1997, 1998) și de Dury (1998), ar putea fi utilă pentru calcule, numai în condiții limitate. Oricum, pentru a îmbunătăți eficiența calculelor acestor modele, sunt necesare unele metode bazate pe fizică sau noi concepte care explică parametrul de sinuozitate și conectivitate.

Alt parametru foarte important, pe lângă punctul de intrare a aerului este parametrul de sinuozitate și conectivitate. Efectul factorului sinuozității este exprimat prin exponentul sinuozității și al conectivității, iar dimensiunea lor este sinonimă cu termenii repartiției dimensiunii porilor din modelele de permeabilitate ale lui Burdine și Mualem. De vreme ce exponentul sinuozității nu este bazat pe argumente teoretice, el este considerat de obicei un parametru optimizat cu o valoare generală (=0,5 pentru ecuațiile lui Mualem și =2 pentru cele ale lui Burdine), la fel ca și pentru conductivitatea apei. Teoretic, parametrul sinuozității și conectivității pentru conductivitatea apei și respectiv a aerului ar trebui să fie diferiți, din cauza traiectoriilor separate și a continuității fazelor fluidelor corespunzătoare.

De aceea, diferitelemodele care explică sinuozitatea și conectivitatea ar trebui să fie folosite pentru a observa transportul fazelor de apă și aer în solurile nesaturate atât pentru procesele de transport convectiv, cât și pentru cele difuze. Sinuozitatea implicată în procesele transportului difuz este doar o proprietate a mediului poros, ce reprezintă lungimea medie a traiectoriei moleculelor (sau particulelor) care trec printr-o secțiune transversală a mediului poros la un moment dat.

Toate procesele de transport, incluzând difuzia, sunt controlate în special de structura solului. Caracterizarea proprietăților geometrice ale structurii solului este atât de importantă încât aceste proprietăți trebuie luate în considerare și introduse în formulele difuziei pentru diferite unități structurale (Vogel, 1997).Din cauza geometriei complexe a structurii solului, este necesar să se realizeze caracterizări simplificate ale geometriei componentolor unui sol, cum ar fi un sol care constă în componenți sferici, cilindrici sau plați (Currie, 1961; Millington și Shearer, 1971; Collin și Rasmuson, 1988; Rappoldt, 1990, Bird și Dexter, 1994). Millington și Quirk (1961) și Currie (1961) au elaborat niște formule relative ale difuziei bazate pe concepte statistice privind geometria porilor.Pentru a explica influența geometriei complexe asupra difuziei, au fost adoptate tehnici bazate pe modelul tuburilor capilare, bi sau tridimensional, legea lui Fick și formule simple ale difuziei relative (Horgan și Ball, 1994; Steele și Nieber, 1994; Friedman, 1995; Horgan, 1999).

4.1. Modele matematice care descriu difuzia gazelor în sol

Știind că difuzia este un proces molecular dinamic, Fick a elaborat legile difuziei, în analogie cu legile căldurii ale lui Fourier (Crank, 1975; Jaynes și Rogowski, 1983; Rolston, 1986; Cussler, 1997; Ball și Smith, 2001).

Difuzia unidimensională a gazelor în sol poate fi descrisă prin:

(19)

Vgaz -volumul gazului difuzat,

A – aria secțiunii transversale a solului,

t -timpul,

-densitatea fluxului gazului,

C – concentrațiafazei gazoase a solului,

-distanța parcursă în sol.

Buckingham (1904) a fost printre primii care au sugerat că există o relație generală între coeficientul difuziei gazului și porozitatea solului umplut cu aer:

(20)

Dg – coeficientul de difuziea gazului în sol,

– coeficientul de difuziea gazului în aer,

a- porozitatea ocupată de aer,

-Exponentul 2 indică sinuozitatea.

Ulterior, Penman (1940) a propus o formulă universală pentru mediile poroase saturate:

(0(21)

Unde-sinuozitatea,exprimată printr-o constantă().

Apoi, Penman a adaptat ecuația (20) la datele experimentale și a obținut o expresie liniară cunoscută:

(22)

unde 0,66 reprezintă coeficientul universal al sinuozității pentru toate mediile poroase.

Marshall (1959) a evidențiat faptul că formula lui Penman (1940), ecuația (21), nu a luat în considerare discontinuitățile fazelor de aer.În urma cercetărilor, Marshall a ajuns la concluzia că constanta 0,66 din ecuația (21) ar trebui să fie înlocuită de , propunând ecuația:

(23)

Millington (1959) a modificat ecuația lui Penman (1940), introducând un coeficient de sinuozitate, ca o funcție a porozității solului umplut cu aer:

(24)

Relația dintrecapacitatea de difuzie a gazelor și conținutul de aer al solului a fost considerată ca o funcție exponențială a conținutului de aer și a porozității (Millington și Quirk, 1960):

(25)

În această ecuație, se presupune faptul că toți porii contribuie în mod egal la difuzie. Sallam (1984), Xu (1992), Petersen, (1994), Washington, (1994), Jin și Jury (1996) și Moldrup, (1996) au comparat ecuația (24) cu alte formule ale capacității de difuzie. Chiar dacă de obicei ecuația (24) dă în generalvalori ale capacității de difuzie mai mici, pentru anumite soluri se poare aplica cu rezultate foarte bune.

Un alt tip de relație este relația Millington-Quirk,

(26)

Comparativ cu rezultatele experimentale aceasta dă rezultate mult mai bune pentru diverse soluri cu texturi variate (Jin și Jury, 1996; Washington, 1994). Pe de altă parte, Petersen (1994) a demonstrat că ecuația (25) subestimează coeficientul de difuzie a mai multor gaze, mai ales atunci când conținutul de aer din sol este ridicat. Oricum, când conținutul de aer este scăzut, această formulă este potrivită.

Moldrup a elaborat o altă formulă valabilă pentru solurile în structură deranjată, prin introducerea unui termen liniar. Acest termen este egal cu raportul dintre conținutul de aer și porozitatea totală a solului.

(27)

Această formulă este considerată cea mai bună atunci când se folosesc date din materiale informative. Mai mult, Moldrup (2000) a evidențiat că această formulă nu este potrivită pentru solurile organice, deoarece materiile organice umede au o sinuozitatea diferită față de cele minerale. În general, formulele difuziei gazelor menționate anterior, extinse din formula de bază a lui Buckingham (1904) până la cea mai nouă formulă(26) depind depind numai de porozitatea totală a solului, care este puțin mai ridicată pentru solurile cu textură fină decât pentru cele cu textură grosieră. Recent, un număr de studii asupra unor mostre de sol neperturbat au arătat o dependență a coeficientului de difuzie de tipul de sol (Freijer, 1994; Moldrup, 1996, 1997, 2000; Schjønning, 1999), indicând necesitatea includeriiunor parametri de caracterizare a porilor solului în formulele elaborate anterior ale difuziei gazelor.

Folosind coeficientul difuziei gazelor la cel mai ridicat conținut de aer, Moldrup (1996) a propus următoarea formulă a difuziei gazului:

(28)

Unde:

D* – coeficientul difuziei măsurat la cel mai mare conținut de aer, a*,

δ – un exponent dependent de sol care ia în considerare sinuozitatea, comprimarea și conectivitatea porilor.

El a adoptat trei expresii foarte cunoscute pentru δ, dar a elaborat și o formulă proprie:

(29)

care se potrivea foarte bine cu valorile coeficientului de difuzie a gazelor rezultate pe cale experimentală. Valoarea 1,5 este considerată valoarea medie a sinuozității, iar 3 este definit ca factorul de cedare a apei din pori.

Mai mult, Moldrup (1997) a unit formulele difuziei ale lui Penman (1940) și ale lui Millington și Quirk (1960,1961) pentru a elabora o formulă care nu depinde de tipul solului, prin introducerea unui parametru al sinuozității, d,numită formula Penman-Millington-Quirk (PMQ).

(30)

Folosind o bază de date de 126 de mostre de diferite tipuri de soluri neperturbate, Moldrup (2000) a stabilit o relație empirică generală între coeficientul de difuzie și valoarea conținutului de aer când sucțiunea solului este de -100 cm. Combinând aceste expresii cu formula Burdine-Campbell și modelul propus de Moldrup(1996, 1997), s-a elaborat o formulă simplă a difuzei, bazată pe curba de sucțiune:

(31)

Această nouă formulă a dat cele mai bune rezultate comparativ cu toate celelalte care au fost folosite până acum, dar presupune cunoașterea unor date despre apa din sol, cu minim două valori diferite pentru sucțiunea solului, inclusiv caracterizarea porozității.

Cercetările de laborator au urmărit caracterizarea solului din punct de vedere al: texturii, stabilității, structurii, densității aparente și porozității.

În tabelul 18sunt prezentate rezultatele coeficientului relativ de difuzie a gazelor în sol, calculate cu diferite relații și în care au fost utilizate valorile stabilite experimental pentru parametrii din aceste relații.

Tab.18. Calculul coeficientului de difuzie a gazelor în sol

Cunoașterea caracteristicilor și a însușirilor solurilor reprezintă un material științific fundamental pentru valorificarea durabilă a unui teritoriu, care cuprinde pe langă informația edafică și cea referitoare la condițiile de mediu.

În soluri, prezența aerului influențează regimul termic al solului. Reglarea regimului termic contribuie la asigurarea apei necesară plantelor. Prezența aerului în sol duce la întreruperea capilarității și menținerea vaporilor de apă. Dintre gazele care compun aerul, o importanță destul de mare atât pentru plante cât și pentru microorganismele din sol, o au oxigenul, azotul și dioxidul de carbon (Stătescu F., Pavel V.L., 2011).

Oxigenul din aerul solului este necesar pentru activitatea microorganismelor aerobe și mai ales a bacteriilor nitrificatoare și a celor simbiotice. În lipsa oxigenului se dezvoltă bacteriile anaerobe, care determină procesele de reducere, ce duc la formarea combinațiilor chimice incomplet oxidate, care au acțiune toxică pentru plante. Lipsa oxigenului sau prezența lui în cantități mici duce la apariția proceselor chimice care au ca rezultat apariția compușilor incomplet oxidați, dăunători plantelor.

În dezvoltarea plantelor o importanță destul de mare o are azotul din aer. Plantele nu folosesc azotul molecular. Acesta constituie sursa de acumulare a azotului nitric și amoniacal din sol, în urma activității bacteriilor nitrificatoare și simbiotice.

Dioxidul de carbon din sol este foarte important, deoarece se consumă în procesul de asimilație clorofiliană. Prezența acestui gaz în aerul atmosferic duce la grăbirea înfloririi și maturării plantelor (Rusu T., și al. , 2007).

Respirația solului (v.fig.88) este un proces deosebit de important pentru sistemul format din sol, plante și atmosferă, fiind determinant în schimbul de gaze între cele trei componente. Astfel, atât respirația rădăcinilor plantelor, cât și cea a microorganismelor din sol influențează consumul oxigenului molecular din aerul solului și modifică concentrația de bioxid de carbon (CO2) în sol.

Fig.88.Schema respirației solului (Sursa:adaptat după: http://cstl-csm.semo.edu)

În prezent, în literatura de specialitate, internă și internațională, se regăsesc tot mai multe studii și cercetări pe modele matematice pentru stabilirea coeficientului de difuzie a gazului in sol. Analizele fizice, chimice și biologice, efectuate în laboratoare, sunt de cele mai multe ori folosite numai la calibrarea modelelor matematice. Prin aceasta, se urmărește de fapt reducerea cheltuielilor de investigare.

Difuzia gazelor în sol și dependența sa de caracteristicile acestuia controlează transportul difuz al oxigenului, al gazelor de seră și ai poluanților organici volatili din agricultură, păduri și soluri urbane. Sunt necesare formule potrivite pentru determinarea difuziei gazelor, ca o funcție a porozității solului umplut cu aer (PT), în soluri naturale omogene.

Parametrii principali ai transportului gazelor în sol, capacitatea de difuzie a acestorapermeabilitatea aerului și variația acestora în funcție de tipul solului joacă un rol important în problemele de degajare a gazelor din sol, incluzând volatizarea chimicalelor din zonele poluate, producerea și degajarea gazelor de seră.

Cunoașterea coeficientului de difuzie este foarte important pentru elaborarea formulelor pentru cursul gazelor în mediul poros și pentru a îmbunătăți înțelegerea proceselor de bază de transport implicate.

4.2. Influența matricei solului asupra conductivității solului nesaturat

Cursul aerului din sol, ca rezultat al unghiurilor presiunii totale a aerului, este cunoscut sub numele de curs advectiv, reprezentând un transfer de mase de la un punct la altul (Evans, 1965). Cursul aerului este important atunci când diferențele de presiune cresc din cauza dilatării și comprimării gazelor solului, ca rezultat al schimbărilor presiunii barometrice și ale temperaturii, sau din cauza blocării aerului din sol (Taylor și Ashcroft, 1972). Studiile recente au acordat multă atenție conductivității aerului în literatura fizică a solului, deoarece aceasta ar putea fi folosită pentru caracterizarea geometriei porilor solului și stabilității solului, care este influențată de aranjarea geometrică a particulelor corpurilor solide (Ball 1981). Mai mult, ea a fost folosită pentru a evalua starea de aerație, stabilitatea structurală a solului, degradația structurală, starea de tasare, capacitatea de pătrundere până la bază și cursul macroporic (Reeve, 1953; Ball, 1981;Groenevelt și Lemonie, 1987; Ball, 1988; Blackwell, 1990; Lindström, 1990; Granovsky și McCoy, 1997; Ball și Smith, 2001).

Conductivitatea aerului se estimează, având la bază legea lui Darcy, din măsurarea cursului aerului, iar măsurarea acesteia este relativ simplă în comparație cu măsurarea conductivității hidraulice. De vreme ce fazele de aer și apă ocupă același spațiu poros, este de așteptat ca proprietățile cursurilor acestor fluide să fie legate. De aceea, este admisibil să estimăm conductivitatea unui fluid atunci când cunoaștem conductivitatea celuilalt.

BIBLIOGRAFIE

[1] Al-Houty, W., 1998. Influence of termites on desert soil properties in Kuwait. Arab Gulf J. Sci. Res.

[2] Amezketa, E., 1999. Soil aggregate stability: a review. J. Sustain. Agric. 14.

[3] Angers, D.A., Caron, J., 1998. Plant-induced changes in soil structure: processes and feedbacks. Biogeochemistry 42, 55– 72.

[4] Attou, F., Bruand, A., 1998. Experimental study of ‘fragipans’ formation in soils. Role of both clay dispersion and wetting– drying cycles. C. R. Acad. Sci., Ser. 2, Fascicule II.

[5] Barral, M.T., Arias, M., Guerif, J., 1998. Effects of iron and organic matter on the porosity and structural stability of soil aggregates. Soil Tillage.

[6] Beare, M.H., Hendrix, P.F., Coleman, D.C., 1994. Water-stable aggregates and organic matter fractions in conventional- and no-tillage soils. Soil Sci. Soc. Am. J.

[7] Boix-Fayos, C., Calvo-Cases, A., Imeson, A.C., 2001. Influence of soil properties on the aggregation of some Mediterranean soils and the use of aggregate size and stability as land degradation indicators. Catena 44.

[8] Caesar-TonThat, T.C., 2002. Soil binding properties of mucilage produced by a basidiomycete fungus in a model system. Mycol. Res. 106, 930–937.

[9] Caravaca, F., Hernandez, T., Garcia, C., Roldan, A., 2002. Improvement of rhizosphere aggregate stability of afforested semiarid plant species subjected to mycorrhizal inoculation and compost addition. Geoderma 108.

[10] Chan, K.Y., Heenan, D.P., 1996. The influence of crop rotation on soil structure and soil physical properties under conventional tillage. Soil Tillage Res. 37.

[11] Chenu, C., Le Bissonnais, Y., Arrouays, D., 2000. Organic matter influence on clay wettability and soil aggregate stability. Soil Sci. Soc. Am. J. 64, 1479–1486.

[12] Czarnes, S., Hallett, P.D., Bengough, A.G., Young, I.M., 2000. Root- and microbial-derived mucilages affect soil structure and water transport. Eur. J. Soil Sci. 51, 435– 443.

[13] D’Acqui, L.P., Kaniele, E., Fornasier, F., Radaelli, L., Ristori, G.G., 1998. Interaction between clay microstructure, decompositionof plant residues and humificaion. Eur. J. Soil Sci. 49, 579–587. Referat 1- Analiză documentară privind alcătuirea matricei solului și principalele însușiri determinate de aceasta 2013 89

[14] Debosz, K., Vognsen, L., Labouriau, R., 2002. Carbohydrates in hot water extracts of soil aggregates as influenced by long-term management. Commun. Soil Sci. Plant Anal. 33.

[15] de Leon-Gonzalez, F., Hernandez-Serrano, M.M., Etchevers, J.D., Payan-Zelaya, F., Ordaz-Chaparro, V., 2000. Short-term compost effect on macroaggregation in a sandy soil under low rainfall in the valley of Mexico. Soil Tillage Res. 56.

[16] Denef, K., Six, J., Merckx, R., Paustian, K., 2002. Short-term effects of biological and physical forces on aggregate formation in soils with different clay mineralogy. Plant Soil 246, 185– 200.

[17] Duiker, S.W., Lal, R., 1999. Crop residue and tillage effects on carbon sequestration in a Luvisol in central Ohio. Soil Tillage Res. 52, 73– 81.

[18] Edwards, A.P., Bremner, J.M., 1967. Microaggregates in soils. J. Soil Sci. 18.

[19] Facelli, E., Facelli, J.M., 2002. Soil phosphorus heterogeneity and mycorrhizal symbiosis regulate plant intra-specific competition and size distribution. Oecologia 133.

[20] Franzluebbers, A.J., 2002. Water infiltration and soil structure related to organic matter and its stratification with depth. Soil Tillage Res. 66, 197– 205.

[21] Harris, R.F., Chesters, G., Allen, O.N., 1966. Dynamics of soil aggregation. Adv. Agron. 18, 108– 169.

[22] Haynes, R.J., Naidu, R., 1998. Influence of lime, fertilizer and manure applications on soil organic matter content and soil physical conditions: a review. Nutr. Cycl. Agroecosyst. 51.

[23] Hu, S., Coleman, D.C., Hendrix, P.F., Beare, M.H., 1995. Biotic manipulation effects on soil carbohydrates and microbial biomass in a cultivated soil. Soil Biol. Biochem. 27, 1127– 1135.

[24] Jacinthe, P.A., Lal, R., Kimble, J.M., 2002. Carbon dioxide evolution in runoff from simulated rainfall on long-term notill and plowed soils in southwestern Ohio. Soil Tillage Res. 66, 23–33.

[25] Jastrow, J.D., 1996. Soil aggregate formation and the accrual of particulate and mineral-associated organic matter. Soil Biol. Biochem. 28, 665– 676.

[26] Kay, B.D., 1998. Soil structure and organic carbon: a review. CRC Press, Boca Raton, FL.

[27] Kiem, R., Kandeler, E., 1997. Stabilization of aggregates by the microbial biomass as affected by soil texture and type. Appl. Soil Ecol. 5, 221– 230. Referat 1- Analiză documentară privind alcătuirea matricei solului și principalele însușiri determinate de aceasta 2013 90

[28] Martens, D.A., Frankenberger Jr., W.T., 1992. Modification of infiltration rates in an organic-amended irrigated soil. J. Agron. 84, 707– 717.

[29] Oades, J.M., Waters, A.G., 1991. Aggregate hierarchy in soils. Aust. J. Soil Res.

[30] Pachepsky, Y.A., Rawls, W.J., 2003. Soil structure and pedotransfer functions. Eur. J. Soil Sci. 54, 443– 451.

[31] Plante, A.F., McGill, W.B., 2002. Soil aggregate dynamics and the retention of organic matter in laboratory-incubated soil with differing simulated tillage frequencies. Soil Tillage Res. 66, 79–92.

[32] Raimbault, B.A., Vyn, T.J., 1991. Crop rotation and tillage effects on corn growth and soil structural stability. Agron. J. 83, 979– 985.

[33] Schack-Kirchner, H., Wilpert, K.V., Hildebrand, E.E., 2000. The spatial distribution of soil hyphae in structured spruce-forest soils. Plant Soil 224, 195– 205.

[34] Schrader, S., Zhang, H.Q., 1997. Earthworm casting: stabilization or destabilization of soil structure? Soil Biol. Biochem. 29, 469– 475.

[35] Shepherd, T.G., Saggar, S., Newman, R.H., Ross, C.W., Dando, J.L., 2001. Tillage-induced changes to soil structure and organic carbon fractions in New Zealand soils. Aust. J. Soil Res. 39, 465– 489.

[36] Six, J., Elliott, E.T., Paustian, K., 1999. Aggregate and soil organic matter dynamics under conventional and no-tillage systems. Soil Sci. Soc. Am. J. 63, 1350–1358.

[37] Sollins, P., Homann, P., Caldwell, B.A., 1996. Stabilization and destabilization of soil organic matter: mechanisms and controls. Geoderma 74, 65–105.

[38] Stătescu Florian, Vasile Lucian Pavel, 2011. Știința solului, Ed. Politehnum Iași.

[39] Thomsen, I.K., Schjonning, P., Olesen, J.E., Christensen, B.T., 1999. Turnover of organic matter in differently textured soils: II. Microbial activity as influenced by soil water regimes. Geoderma 89, 199– 218.

[40] Tisdall, J.M., Oades, J.M., 1982. Organic matter and water-stable aggregates in soils. J. Soil Sci. 33, 141– 163.

[41] Zhang, X.C., Norton, L.D., 2002. Effect of exchangeable Mg on saturated hydraulic conductivity, disaggregation and clay dispersion of disturbed soils. J. Hydrol. 260, 194– 205.

http://www.geo.uniba.it/attachments/article/148/06b%20Mineralogia%20sistematica.pdf