soil physics branch of soil science physical properties of the soil, dealing with measurement,...

Download SOIL PHYSICS branch of soil science physical properties of the soil, dealing with measurement, prediction, and control of the physical processes within

Post on 11-Dec-2015

224 views

Category:

Documents

2 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • Slide 1

SOIL PHYSICS branch of soil science physical properties of the soil, dealing with measurement, prediction, and control of the physical processes within the soil deals with the state and movement of matter and with the fluxes and transformations of energy in the soil understanding the mechanisms governing the behaviour of the soil and its role in the biosphere energy exchanges water cycles transportable materials Slide 2 Soil composition Slide 3 Soil three-phase system Slide 4 VOLUME AND MASS RELATIONSHIPS OF SOIL CONSTITUENTS 1. Density of Solids (Mean particle d density) usually 2.6-2.7 g cm-3 quite constant OM lowers solid density 2. Dry bulk density usually 1.3 1.35 g cm-3 sandy soils: 1.6 g cm-3 well-aggregated and clayey soils 3. Porosity usually 0.3 0.6 coarse-textured soils < fine-textured soils, though the mean size of individual pores is greater in the former than in the latter clayey soils highly variable because of swelling, shrinkage, aggregation, dispersion, compaction and cracking Slide 5 4. Void ratio usually 0.3 2.0 used in engineering and mechanics 5. Soil wetness a) Mass wetness (gravimetric water content) b) volume wetness (volumetric water content) c) degree of saturation Slide 6 relative air content of the soil negatively related to the degree of saturation 6. Air-filled porosity (fractional air content) 7. Additional interrelationships a) Relation between porosity and void ratio: b) Relation between volume wetness and degree of saturation c) Relation between porosity and bulk density Slide 7 d) Relation between mass wetness and volume wetness e) Relation between volume wetness, fractional air content, and degree and saturation Slide 8 Slide 9 STRUKTUR TANAH bahan organik bahan penyimen paling penting dalam tanah kation polivalen Ca2+, Mg2+, dll Di Malaysia, pembaik tiruan popular: dari getah dari kelapa sawit dari bitumen dari besi (alma steel) pembezaan paling penting antara luluhawa fizik dan kimia adalah agen- agen fizikal tidak mengubah sifat-sifat kimia bahan-bahan; hanya mengubah saiz dalam fizik tanah, sukatan kualitatif tidak digunakan Slide 10 1. Rawatan Klasikal kultura, e.g., shifting & permenant cultivation, bajakan sistem penanaman peminda tanah (soil amendments) 2. Pembaiktanah tiruan Pengubahsuaian Struktur Tanah Slide 11 pembajakan sederhana dan meninggikan BO; menggalakan soil formation tanaman barisan berterusan (jagung & kacang) dan pembajakan intensif -> membinasakan tanah (ii) Sistem penamanan melalui: kesan pembutiran oleh akar (lelehan akar) perlindungan tanah oleh kanopi menghasilkan BO yang menggalakan aktiviti biologi dan pengagretan bajakan antara barisan < pusingan tanaman < tanaman saka < rumput berterusan dalam tanah yang hilang topsoil, rumput boleh memulihkan tanah; mempercepatkan pembentukkan tanah melalui peningkatan BO. Biomass rumput paling tinggi pemuliharan tanah tercurai (degraded) dengan tanaman rumput; akar rumput memberikan kesan pengegretan yang kuat Rawatan Klasikal (i) Amalan kultura Slide 12 (iii) Peminda tanah e.g., pengapuran, baja organik, pembajaan kesan tak langsung - penggalakan tanaman lebih baik (BO tinggi, perlindungan tanah) kesan langsung belum pasti lagi Kaedah tiruan (pembaik tanah) biasanya BO pengstabil struktur (i) hidrofilik serapan air ketersusupan (infiltrability) e.g., larutan polimer spt. PVAC (polivinal asetat), PVC (polivinal klorid), PAM (poliakrilmid) PAM mekanisma ikatan; ikatan H antara sisi OH butir tanah dengan polimer amid Slide 13 (ii) Hidrofobik ketelapan, sejatan e.g., emulsi polimer (bitumen, lateks getah, POME hidrofobik dan hidrofilik) mekanisme ikatan: gerakan dan pemendakan unit (micelles) polimer pada permukaan yang bercantum (spt. gam) strong bond hidrofilik weak bond - hidrofobik Slide 14 Ikatan antara pasir dan domain lempung Slide 15 clay domain terdiri daripada cantuman butiran lempung (domain lempung adalah lebih besar drp. butiran lempung). tanah yang banyak Fe mempunyai ikatan kuat (B). cantuman hidrofilik berion (bercas) cantuman antara ion H and O. bitumen mendak dan bertindak sebagai gam. kalau domain lempung hancur (e.g., bajak selalu), agregat tanah akan pecah mesti ada lempung. Slide 16 Ikatan antara zarah-zarah A ikatan antara zarah oleh minicus air B ikatan antara zarah oleh BO / polimer tak berion C ikatan sisi oleh polimer berion D ikatan sisi dan antara zarah pengumpulan (flocculation) pengagregatan butir lempung Slide 17 Model Agregat (Emerson, 1959): A: kuarza koloid organik kuarza B: kuarza koloid organik domain lempung C: domain lempung koloid organik domain lempung. Tiga cara cantuman: C1: muka muka C2: sisi muka C3: sisi sisi D: sisi domain lempung muka domain lempung (tiada BO) cantuman disebabkan oleh tarikan daya van der Waals -> domain lempung bercantum untuk menstabilkan sendiri (kerana lebih besar) Slide 18 Penilaian Struktur Tanah 1) Darjah pengagregatan 2) Kestabilan agregat 3) Ciri ruang liang Analisa Agregat ayakan kering dan basah ayakan kering untuk tanah beragregat lemah (kaw. arid) menentukan rintangan terhadap hakisan angin ayakan basah menentukan rintangan terhadap hakisan air cadangan kaedah dari Tiulin (1928) Yoder (1936) Kemper (1965) Slide 19 keputusan boleh dinyatakan: 1) % pengagregatan % agregat melebihi saiz tertentu e.g., 2 mm 2) darjah pengagregatan (zarah-zarah halus) 3) Mean Weight Diameter (MWD) W = % berat tanah bagi julat saiz agregat tertentu = purata diameter agregat bagi julat saiz agregat tertentu Slide 20 e.g., MWD: tanah belum diusahakan = 1.604 jagung sebagai tanaman pusingan = 0.432 jagung berterusan = 0.288 tanah di Malaysia (kaya Fe) = 2.0 hubungan korelasi R2 kuat antara MWD dan % pengagregatan (0.8 0.9) Kestabilan agregat Ayakan basah (cadangan de Leenheer & de Boodt, 1959) Indeks Ketakstabilan (II): = MWDkering MWDbasah kalau tanah stabil, MWDkering MWDbasah jika II kecil, tanah stabil Indeks Kestabilan (SI) = 1 / II Slide 21 2. Larutlesap dengan NaCl (Emerson): Indeks Kestabilan Agregat = K2/K1 K2 = ketelapan akhir selepas larutlesap dengan 0.05 N NaCl K1 = ketelapan awal sebelum larutlesap dengan 0.05 N NaCl K2/K1 = 0.90 (rumput berterusan 100 tahun) K2/K1 = 0.35 (penanaman berterusan) Ujikaji: tanah dimasukkan dalam tiub larutlesap dan ditepukan dengan air. Air akan keluar dengan kadar yang semakin tetap (K1). Tambahkan NaCl. Na adalah dispersing agent dan akan meleraikan tanah dan ini menjadi lebih teruk bagi tanah yang kurang stabil. Selepas NaCl, tuang air sekali lagi dan kira K2. Dua keadaan ekstrem: K2/K1 = 1 (sangat stabil) K2/K1 = 0 (tidak stabil langsung) Guna teknik ini jika objektif adalah berkenaan dengan pengurusan tanah, tetapi teknik ayakan basah dan kering untuk objektif hakisan tanah. Slide 22 3. Hentaman titik hujan (diameter 4-7 mm, 30 cm tinggi) kira bilangan titik untuk memecahkan tanah keburukan: pengagregatan tanah adalah variable, maka pengiraan kurang tepat kaedah (2) lebih tepat kerana mencampurkan tanah-tanah dari tempat lain kaedah (3) sesuai untuk mengira kestabilan agregat bila dicampurkan dengan soil conditioners Slide 23 4. Slaking (letupan udara terperangkap) guna campuran air dan larutan organik Henin, Robichet & Jongerius, 1955 paling kurang tepat Slide 24 Keseimbangan Statik Dalam Tanah Keseimbangan Hidrostatik 1.Ikatan air oleh tanah disebabkan oleh daya van der Waals air tanah diikat oleh beberapa jenis daya daya rerambut (capilarity) gabungan antara 2 daya iaitu daya lekatan (adhesive) dan lekitan (cohesive). Penting dalam tanah tekstur kasar (spt. sandy loam). osmotik pada lapisan dua elektrik (EDL) bagi tanah lempung, osmotik lebih penting dari daya rerambut. Osmotik wujud dalam EDL tetapi pasir tiada EDL kerana tiada cas (inert). Lempung ada cas ve. Slide 25 2. Ikatan rerambut ketiga-tiga keadaan wujud kerana 2 daya rerambut lekitan daya antara molekul-molekul sama lekatan daya antara molekul-molekul berlainan air pukal, = 0 +ve = tenaga di permukaan > pukal (hidrofobik spt. raksa) -ve = tenaga di permukaan < pukal (hidrofilik spt. alkali) Slide 26 air pukal, = 0 interfasa, = +ve air yang bersentuh dengan udara akan cuba mengurangkan luas permukaannya -> membentuk sfera kerana luas permukaan sfera minumum lekitan lebih tinggi, lebih stabil Kerambutan (capillarity) Slide 27 * sudut sentuh bergantung kepada: i) -> +ve, -ve atau 0 ii) magnitud berhubung dengan * bagi bulatan c: luas interfasa pepejal-air = i x 1 luas interfasa air-udara = f x 1 Jumlah tenaga kapilari E: Slide 28 oleh itu: = 180 bila = + dan = 90 bila = 0 = 0 bila = - dan - bagi tanah-air dan kaca-air, = 0 (pembasahan lengkap) bagi raksa-kaca, = 140 (tak membasah) bagi keluli bersih-air, = 90 dan = 0 (tiada tarikan, tiada tolakan) pembasahan sangat penting supaya air dapat dipegang oleh tanah. Jenis tanah akan mempengaruhi . akan mengecil atau membesar sehingga E bagi kedua-dua interfasa (cecair-udara dan pepejal-cecair) adalah minimum minimum energy = kestabilan keadaan/sistem akan selalu dicapai apabila jumlah tenaga diminimumkan. maka, Slide 29 Persamaan antara air dalam salur rerambut dengan air yang dipegang dalam liang tanah: lekitan dan lekatan ketegangan permukaan -ve tenaga kerja yang diperlukan untuk membebaskan air dalam liang tanah Jumlah Keupayaan Air Tanah (JKAT) Definisi dari ISSS Amount of work done per unit quantity of pure water to transport reversibly and isothermally (suhu sama) an infinitesimal quantity of water from a pool of pure water at specified elevation at atmospheric pressure to the soil water at the point of consideration. t = g + p + o + total graviti tekanan osmotik (matrik) Slide 30 1.Potensi graviti: disebabkan oleh daya graviti Bumi (F = ma) potensi air tanah di satu titik ditentukan oleh ketinggian titik tersebut relatif kepada suatu titik rujukan dipengaruhi oleh ketinggian sahaja 2. Potensi tekanan: disebabkan ol

Recommended

View more >