Structura Solului

Capitolul I

Structura solului

I.1 Consideratii generale

Pedologia este știința care se ocupă cu studiul solului, ca resursă și corp natural situate la suprafața scoarței terestre, sub toate aspectele sale, respectiv de constituienții specifici solului,de organizarea și relațiile dintre aceștia, de geneza și evoluția solului, inclusiv de dinamica proceselor actuale, în raport cu factorii de mediu, de proprietățile fizice și chimice și de problemele utilizării raționale a solului în diferite ramuri ale economiei.[1]

În producție, termenul de „sol” este înlocuit frecvent prin acela de „pământ”, referindu-se, în acest caz, numai la stratul arat. În realitate, însă, prin sol se înțelege stratul superior, afânat, de la suprafață uscatului, capabil să întrețină, împreună cu alți factori ai naturii,viață plantelor și, prin această, și a animalelor; termenul se referă la întreagă grosime a stratului în care au loc importante transformări fizice, chimice și biologice.

Grosimea solului este foarte diferită pe suprafață uscatului. Astfel, pe vârfurile munților sau pe coastele abrupte ale dealurilor abia atinge câțiva centimetri, pe când, în regiunile ecuatoriale, poate ajunge până la zece metri.Sub acest aspect, în cadrul globului pământesc, solul ocupă un loc bine definit. El se găsește la întrepătrunderea celor patru geosfere:litosferă, atmosfera, hidrosferă și biosferă, formând ceea ce se cheamă pedosferă (N. Florea,1963).[2]

De fapt, întregul înveliș de sol al uscatului Terrei reprezintă pedosfera, ea formându-se și funcționând ca interfață dintre litosferă și celelalte geosfere. Pentru ca lucrările de cercetare să fie mai lesne structurate, realizate, se separă convențional fragmente omogene foarte mici, ca eșantion dintr-un anumit sol, denumite pedonuri. Pedonul reprezintă cel mai mic volum(fragmente tridimensionale, de regulă cu acțiune hexagonală de 1-10 m², cu grosime de până la cca. 2 m), pe baza căruia poate fi caracterizat un sol. Mulțimea pedonurilor vecine de acelasi fel constituie polipedonul (echivalent unității teritoriale de sol), considerat, în mod convențional, ca individ de sol.

Solul este alcătuit din mai multe grupe de constituenți: minerali, organici, apă (soluția solului), aer și organisme vii. Evaluarea cantitativă a acestor constituenți în definirea solului este dificilă și această pentru că solul posedă o anumită structura (mod de așezare a particulelor componente în agregate de sol), precum și o anumită distribuție, pe verticală, a constituenților în strate denumite orizonturi pedogenetice.

Fig.I.1-Compoziția solului [3]

Solurile sunt rezultatul unor procese continue de degradare și alterare. Degradarea reprezintă procesul de mărunțire și dispersare al rocilor și mineralelor în fragmente mai mici, sub influența temperaturii, apei, vântului, gravitației și viețuitoarelor, procesul este irevesibil.[4]

Totalitatea proceselor chimice la care sunt supuse rocile și mineralele sub acțiunea apei, acizilor minerali sau organici și ai sărurilor reprezintă alterarea. Degradarea și alterarea acționează simultan. .[4]

Solul este alcătuit din mai multe grupe de constituenți: minerali, organici, apă (soluția solului), aer și organisme vii. Evaluarea cantitativă a acestor constituenți în definirea solului este dificilă și această pentru că solul posedă o anumită structura (mod de așezare a particulelor componente în agregate de sol), precum și o anumită distribuție, pe verticală, a constituenților în strate denumite orizonturi pedogenetice.

Succesiunea acestor orizonturi de la suprafață până la roca reprezintă pedonul sau, în secțiune, profilul de sol, bidimensional. Profilul de sol constituie de altfel unitatea de studiu în pedologie.

Solul este considerat și un component al ecosistemelor, deoarece împreună cu factoriide mediu formează pedotopul, cu specificul sau ecologic care influențează fertilitatea solului; această, împreună cu potențialul biologic al plantelor, determina capacitatea de producție a ecosistemului terestru. De fapt, capacitatea de producție este atribuită întregului sistem și nu numai solului sau plantei. Solul reprezintă doar un potențial de fertilitate.

Proprietățile fizice și mecanice ale solurilor sunt:

• Culoarea

• Textura

• Scheletul

• Structura

• Gradul de dezvoltare a structurii

• Porozitatea

• Adezivitatea

• Plasticitatea

• Compactitatea

• Consistentă

• Prezența neoformațiunilor și incluziunilor

I.2 Structura solului

Structura solului reprezintă proprietatea materialului de sol de a fi alcătuit din particule reunite în fragmente ( agregate ) de forme și dimensiuni diferite, separate între ele prin suprafețe de contact cu legături mai slabe. Supuse unei acțiuni mecanice, fragmentele se separa unele de altele.

În natură, particulele care compun faza solidă a solului se găsesc de multe ori grupate în agregate având forme și dimensiuni diferite. Legătură între particulele de sol se realizează prin intermediul coloizilor solului : argilă, humus, oxizi.

Structura solului reprezintă modul de asociere al particulelor de sol, în agregate cu forme și mărimi diferite.

Structura reprezintă una dintre proprietățile morfologice importante ale solului, permițând atât caracterizarea genetică a solurilor, prin faptul că ea diferă de la un sol la altul și chiar de la un orizont de sol la altul, cât și din punct de vedere al fertilității, influențând în mod direct o serie de proprietăți fizice ( regimul hidro-termic și de aerație ).

Formarea structurii solului este determinată de manifestarea a trei procese :

– Flocularea ( coagularea ) – formarea agregatelor structurale de floculare se datorează acțiunii electrolitilor ( soluții de săruri ).exemplu :formarea deltelor ( depunerea materialului fin adus de râuri se realizează la contactul cu apă marina sărată ). Acest tip de agregate structurale nu se menține decât în prezența agentului coagulator ( electrolitului ), îndepărtarea acestuia determinând dispersarea agregatelor structurale. Caracterizează solurile halomorfe care conțin săruri solubile în cantități mari.

– Cimentarea – acest proces determina lipirea particulelor de sol prin intermediul unui liant ( ciment ): humus, argilă, oxizii de fier, carbonatul de calciu și secrețiile plantelor.

– Fragmentarea – se referă la fisurarea sau ruperea materialelor floculate și a celor cimentate. Se produce mai ales, în cazul solurilor argiloase, atunci când acestea se usucă.

Principalii factori determinanți ai formării agregatelor structurale sunt :

-Coloizii solului ( lianți )

Argila impune formarea unor agregate structurale de dimensiuni mari, cu fete care se îmbină în muchii și colțuri ascuțite, cu stabilitate mecanică mare, dar cu stabilitate hidrică redusă.

Humusul are o mare capacitate de structurare a particulelor de sol, generând agregate structurale cu dimensiuni reduse, rotunjite, având o mare stabilitate hidrică, dar cu o stabilitate mecanică redusă.

Oxizii, în special cei de fier și aluminiu , se asociază de obicei, acțiunii argilei și humusului. În condițiile în care se găsesc în cantitate mare, ei imprimă o stabilitate crescută agregatelor structurale specifice unor orizonturi de tip B aparținând solurilor forestiere.

În anumite situații, rol de liant poate juca și carbonatul de calciu, care pe de o parte, saturează coloizii imprimând o mai mare stabilitate, iar pe de altă, prin pierderea apei precipită, contribuind astfel la cimentarea agregatelor structurale.

– [NUME_REDACTAT] secrețiile pe care le produc, rădăcinile plantelor determina coagularea coloizilor, același proces având loc și prin deshidratare, datorită utilizării apei din sol de către sistemele radiculare.

În același timp, rădăcinile plantelor fragmentează solul prin acțiuni mecanice și nu în ultimul rând, plantele manifestă și o influență indirectă materializată în faptul că, ele condiționează prin cantitatea și calitatearesturilor vegetale pe care le lasă anual la suprafață solului, cantitatea și calitatea humusului din sol.

– Fauna:determină prin săparea unor galerii și canale, fragmentarea masei solului.

– [NUME_REDACTAT] de o parte, secretă substanțe care pot juca rol de liant, iar pe de altă parte influențează indirect structurarea solului, participând la formarea humusului.

– Procesele de îngheț-dezgheț

Au același efect că și procesul de umezire-uscare repetată, acela de fragmentare a masei solului.

Formațiile structurale complexe de sol se formează atât prin asocierea și agregarea particulelor de sol cât și prin fragmentarea masei solului. Pentru caracterizarea structurii solului se folosește termenul de element structural.

Elementul structural este o unitate complexă formată în procesul de pedogeneză, alcatuită din mai multe particule primare și/sau microagregate de sol alipite sub acțiunea unui agent de agregare sau rezultată din fragmentarea solului.

Microagregatele sunt unități structurale care au diametrul mai mic de 0,2-0,25 mm, fiind alcătuite din domenii, particule elementare și substanțe de aglutinare-cimentare.

Fig.I.2-Alcatuirea unui element structural:

A-1.macroagregate cu diametrul >250 μm; 2.microagregate cu diametrul=60-250 μm;3.domeniul cu diametrul <60 μm;4.rădăcini fine și micelii

B-agregate structural formate prin fragmentare [5]

Domeniile sunt agregate microscopice cu dimensiuni mai mici de 0,0005 mm și formate din particule minerale unite între ele prin intermediul coloizilor organici și/sau minerali.

Fig.I.3-Mărimea agregatelor structural [6]

I.3 Clasificarea structurii solului

Tipul morfologic de structură se stabilește după forma, mărimea, caracterele suprafețelor și muchiilor elementelor structurale. Cea mai utilizată clasificare a structurii solului a fost elaborată și fundamentată de clasificarea americană în „[NUME_REDACTAT],” preluată și adoptată și de știința solului din țara noastră.

Principalele tipuri de structură care se găsesc în orizonturile pedogenetice ale solurilor structurate din țara noastră sunt: glomerulară, granulară, poliedrică, angulară, subangulară, sfenoidală, prismatică, columnoidă, columnară, foioasă.

Structura granulară și glomerulară se caracterizează prin dispunerea particulelor minerale în glomerule sferice, poroase, ușor friabile în microagregatele din care sunt formate. Orizonturile pedogenetice care au structură glomerulară sau granulară sunt foarte afânate până la slab afânate iar elementele structurale sunt separate între ele prin goluri sau puncte de contact. Solul cu structură glomerulară prezintă o bună porozitate capilară și necapilară care permite pătrunderea cu ușurință a rădăcinilor plantelor [7]

Structura poliedrică angulară este caracterizată printr-o așezare îndesată a elementelor structurale, care sunt egal dezvoltate pe cele trei direcții ale spațiului.

Fețele elementelor structurale au aspect neregulat, sunt mărginite de muchii evidente și se îmbină între ele. Solurile care prezintă acest tip de structură sunt slab pâna la puternic tasate.[8]

Structura poliedric subangulară se caracterizează prin prezența muchiilor rotunjite ale elementelor structurale și printr-o așezare mai afânată. Orizonturile pedogenetice care posedă o astfel de structură sunt slab afânate până la slab tasate[5]

Fig.I.4-Tipuri de structura[9]

Structura prismatică prezintă elemente structurale alungite, orientate vertical, cu fețe plane și cu muchii fine și bine conturate. Structura prismatică este caracteristică orizonturilor mijlocii ale solurilor hidromorfe, halomorfe și stratului hardpanic [10].

În orizonturile superioare această structură se modifică în timp, devenind poliedrică sau angulară. Cercetările efectuate de N.Bucur (1953) arată că structura prismatică din orizontul „Bt” rezultă în urma coagulării particulelor favorizate de presiunea straturilor supraiacente, care determină deformarea elementelor structurale și compactarea.

Structura columnară se deosebește de cea prismatică prin prezența elementelor structurale rotunjite la partea superioară. Acest tip de structură se întâlnește la solurile care prezintă orizont pedogenetic „Btna”.

Structura columnoid-prismatică(sfenoidala) sau în pachete oblice este caracterizată de prezența elementelor structurale cu muchii rotunjite și fețe curbate.

Structura foioasă (plată) prezintă elemente structurale cu orientare orizontală, cu dimensiunile verticale mai mici decât cele orizontale. Fețele elementelor structurale sunt plane sau curbate și se lipesc între ele.Tipul respective de structură se întâlnește în cazul orizonturilor eluviale (Ea și Es), la solurile bătătorite datorită pașunatului nerațional și în orizonturile superioare ale solurilor ocupate de ape.[11]

Fig.I.5-Principalele tipuri de structura [8]

Structura loessică (loessoidică) este caracteristică orizonturilor A/C și C formate pe loess sau roci loessoidizate cu compoziție mecanică echilibrată și cu fracțiunile granulometrice prezente în părți aproximativ egale, cu carbonatul de calciu uniform răspândit în masa rocii [5]. La uscarea solului în contact cu aerul, solul se rupe în coloane și prezintă micro- și macroporozitate.[12]

Bulgării de pământ sunt fragmente de forme neregulate cu dimensiuni mai mari de 30 mm rezultate în urma arăturilor efectuate în condiții de sol prea umed sau prea uscat. Bulgării se pot fragmenta când umiditatea este favorabilă, în special în timpul iernii, sub acțiunea înghețului și dezghețului.[12]

Poliedrii de dimensiuni mari rezultă în urma crăpăturilor mari prezente la solurile vertice care au un conținut mare în argilă gonflabilă. Crăpăturile se formează în perioadele secetoase ale anului prin uscarea puternică a solului.

Solurile nestructurate se caracterizează printr-o așezare mai mult sau mai puțin îndesată a particulelor elementare necoezive, fie printr-o masă consolidată sau cimentată de sol. După gradul de cimentare, solurile pot fi slab, puternic și foarte puternic cimentate.

I.4 Gradul de dezvoltare și formarea structurii

Prin gradul de dezvoltare a structurii se înțelege diferența ce există în privința coeziunii dintre agregatele structurale și se apreciază în funcție de stabilitatea acestora și de raportul între materialul structurat și cel nestructurat.

Gradul de structurare variază foarte mult, în funcție de o multitudine de factori (textură, conținut de materie organică, prezența elementelor aglutinante etc.) Aprecierea acestuia depinde de starea de umiditate a solului și se poate pune foarte bine în evidență la solul aproape uscat sau reavăn. Se poate aprecia după următoarea scară:

• sol nestructurat (masiv), adică sol lipsit de structură, la care particulele elementare nu sunt aglutinate (monogranulară).

În situația în care se constată o anumită coeziune între particule, structura poate fi:

• slab dezvoltată, când 25% din masa solului este alcătuită din aggregate structurale;

• moderat dezvoltată, când 25-75% din masa solului este organizată în agregate structurale formate;

• bine dezvoltată, dacă 75% din masa solului este constituită din agregate structurale;

• structură distrusă, în situația în care aceasta este profund modificată, prin lucrări agricole fiind distruse majoritatea agregatelor structurale.

Mărimea agregatelor structurale se apreciază conform datelor din tabelul I.1:

Tabelul I.1- Mărimea agregatelor structurale în funcție de tipul de structură [13]

În natură, particulele care compun faza solidă a solului se găsesc de multe ori grupate în agregate având forme și dimensiuni diferite. Legătură între particulele de sol se realizează prin intermediul coloizilor solului : argilă, humus, oxizi.

Structura reprezintă una dintre proprietățile morfologice importante ale solului, permițând atât caracterizarea genetică a solurilor, prin faptul că ea diferă de la un sol la altul și chiar de la un orizont de sol la altul, cât și din punct de vedere al fertilității, influențând în mod direct o serie de proprietăți fizice ( regimul hidro-termic și de aerație ).

Structura solului se formează în urma proceselor de coagulare, aglutinare-cimentare, presare sau prin alte procese mecanice reprezentate prin îngheț, umezire-uscare, acțiunea rădăcinilor, a râmelor etc. [6]

Procesul de coagulare are loc pe baza forțelor electrostatice de la suprafața particulelor, care determină adsorbția moleculelor de apă și a ionilor schimbabili cu caracter acid sau bazic.[13]

Principalele particule coloidale din sol sunt reprezentate de argilă, humus, oxizi și hidroxizi de fier.

Argila are rolul cel mai important în formarea elementelor structurale. Solurile cu textură luto-argiloasă sau argiloasă au structură cu stabilitate mecanică mare, dar se desfac ușor în contact cu apa.

Între tăria elementelor structurale argiloase și stabilitatea hidrică a acestora există o relație negativă directă. Instabilitatea în apă a elementelor structurale se datorează hidratării și disocierii ionilor adsorbiți la suprafața particulalor de argilă.[5]

Teoria respectivă explică de ce elementele structurale din solurile alcalizate sunt instabile în apă și stabile în alte soluții. Rezistența cea mai bună la degradarea structurii o au solurile cu un conținut procentual de argilă mai mare de 20%, conținutul de praf este de 1,25 ori mai mare decât cel normal, iar nisipul grosier este mai mic de 5% .[14]

Solurile care au un conținut de argilă mai mic de 12% prezintă o stabilitate a structurii mai slabă [9]

Humusul este un element esențial în formarea elementelor structurale. Agregarea particulelor prin aglutinare și cimentare se realizează cu ajutorul substanțelor humice active, a oxizilor și hidroxizilor de fer a carbonatului de calciu și a microorganismelor.[15]

Humus influențează semnificativ densitatea aparentă a solului și contribuie la umiditatea și retenția nutrienților.[16]

Influența materiei organice asupra structurii solului este corelată cu conținutul și calitatea acestia încorporată în sol. Încorporarea în sol a unor cantități mari de îngrășăminte organice determină formarea unui număr mare de elemente structurale.[17]

Humusul influențează semnificativ însușirile fizice ale solurilor cu texture extreme. Acesta favorizează aglutinarea sau cimentarea particulelor elementare. Acizii humici saturați în ioni cu Ca2+ au proprietatea de a cimenta particulele și agregatele microstructurale în glomerule stabile de dimensiuni mai mari. Elementele structurale formate cu ajutorul humusului prezintă o stabilitate hidrică mare și o rezistență sporită la acțiunea apei.[18]

Humusul este apreciat de fermieri și grădinari, deoarece acesta oferă substanțe nutritive esențiale pentru creșterea plantelor, sporește absorbția de apă din sol, și îmbunătățește lucrabilitatea solului.[19]

Oxizii și hidroxizii de fier contribuie, alături de humus, la agregarea și cimentarea particulelor elementare, iar elementele structurale rezultate au o porozitate foarte mică.

Ionii de calciu favorizează stabilitatea structurii solului prin formarea humatului de calciu, coagularea coloizilor și mărirea coeziunii agregatelor de structură. Stabilitatea structurii este în pericol atunci când raportul [Ca2+]/[K++Na++Mg2+] are valori mai mici de 5,33.

Ionii de sodiu influențează negativ stabilitatea elementelor structural determinând gonflarea puternică a argilei și dispersia coloizilor organominerali în prezența apei.

Microorganismele din sol aduc o mare contributie la formarea de elemente structurale cu stabilitate hidrică sporită. Încorporarea în sol a resturilor organice ușor degradabile are efect pozitiv asupra creșterii numărului de bacterii și asupra stabilității elementelor structurale. Influența substanțelor organice produse de către bacterii este mai mare decât cea a celulelor bacteriene propriu-zise. Ciupercile din sol contribuie la formarea unor elemente structurale stabile.

Polimerii organici de sinteză industrială pot favoriza procesele de aglutinare din sol prin administrarea acestora în cantități foarte mici. In realizarea acestui proces pot contribui și unele produse pe bază de alge care produc o serie de substanțe chimice cu rol în stabilizare a structurii. Elementele structurale formate sunt supuse acțiunii unor procese mecanice cum ar fi: înghețul-dezghețul, umezirea, uscarea, comprimarea.

Lucrările solului au efecte favorabile asupra structurii solului dacă sunt executate în condiții optime de umiditate și nefavorabile când lucrările sunt executate necorespunzător.

Fig.I.6-Complexitatea solului [20]