Αγγελική Μαραγκάκη

Μηχανικός Ορυκτών Πόρων, PhD

Τεχνολογικό Εκαιδευτικό Ίδρυµα Κρήτης

Τµήµα Τεχνολόγων Γεωόνων

Σχολή Τεχνολογίας Γεωονίας &

Τεχνολογίας Τροφίµων

(Σ.Τε.Γ.Τε.Τ.)

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΟ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑ

∆ΙΑΧΕΙΡΙΣΗ Ε∆ΑΦΩΝ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ 1

∆ειγµατοληψία Εδάφους

1. Πως γίνεται η λήψη αδιατάρακτου δείγµατος εδάφους από την

επιφάνεια και από όρυγµα εδαφοτοµής?

2. Αναφέρετε µερικές ιδιότητες του εδάφους, η µελέτη των οποίων

απαιτεί τη λήψη αδιατάρακτου δείγµατος εδάφους

Λήψη αδιατάρακτου δείγµατος (Α∆)

Με Αδιατάρακτο δείγµα

Μελετώνται

Φυσικές ιδιότητες εδάφους (στο εργαστήριο)

Φυσικές ιδιότητες που απαιτείται αδιατάρακτο….

Υγρασία εδάφους (διάφορες τιµές µύζησης)

Υδατοπερατότητα

Σχέση εδάφους – νερού & αέρα (σηµείο υδατοϊκανότητας)

Φαινόµενο ειδικό βάρος & πορώδες

Αεροπερατότητα & διάχυση Ο2

Υποστηρικτής βιοποικιλότητας

∆ιαδικασία λήψης…

Αό ειφάνεια εδάφους 5cm

Βύθιση µε πίεση δακτυλίου στο έδαφος

Εξοµάλυνση επιφάνειας

∆ιαδικασία λήψης…

Αό όρυγµα εδαφοτοµής

Κατακόρυφα ή

ΟριζόντιαΚατακόρυφα

Μελέτη εδαφοτοµής

∆είγµατα σε διαφορετικά βάθηΟριζόντια

Επιφάνεια εδαφοτοµής κατακόρυφα

Μεταλλικός δακτύλιος βυθίζεται

µε πίεση οριζόντια

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ 2

Φαινόµενη Πυκνότητα &

Πυκνότητα Εδαφικών

Τεµαχιδίων

1. Ποια τα εύρη τιµών για τη φαινοµενική πυκνότητα των εδαφών

ανάλογα τη µηχανική τους σύσταση?

2. Τι είναι η φαινόµενη πυκνότητα του εδάφους και πως µεταβάλλεται

ανάλογα µε την µηχανική του σύσταση?

3. Σε τι µας χρησιµεύουν τα τασίµετρα?

4. Τι εκφράζει η µύζηση του εδαφικού νερού ?

Φαινόµενη Πυκνότητα Εδάφους

Φαινοµενική υκνότητα (bulk density) =

λόγος συγκεκριµένης µάζας ξηρού εδάφους

προς το φαινοµενικό της ολικό όγκο (bulk volume)

Φαινοµενικός όγκος εδάφους ή αλλιώς ο όγκος

εδάφους στη φυσική του κατάσταση =

όγκο των στερεών τεµαχιδίων και το πορώδες

Ξηρό έδαφος

Όγκος στερεών

& πορώδες

Φαινοµενική υκνότητα (bulk density) = Φαινόµενο ειδικό βάρος (ΦΕΒ)

Σχετίζεται µε δοµή

Από 1,2 g/cm3 για τα αργιλώδη εδάφη

έως 1,6 g/cm3 για τα αµµώδη

g/cm3

Φαινόµενη Πυκνότητα Εδάφους

Χρησιµοοιείται:

1. Μετατροπή περιεκτικότητας εδάφους σε νερό

από κατά βάρος

Σε κατ’ όγκο

2. Υπολογισµό ορώδες (ξέρουµε πυκνότητα εδαφικών τεµαχιδίων)

3. Υπολογισµό βάρους µεγάλου όγκου εδάφους

(πχ 1 στρέµµα έδαφος σε 30 cm βάθος)

Πυκνότητα Εδαφικών Τεµαχιδίων

Πυκνότητα εδαφικών τεµαχιδίων (particle density) =

ο λόγος της µάζας ξηρού εδάφους

προς τον όγκο των στερεών τεµαχιδίων

µη συµπεριλαµβανοµένου του πορώδους

Ξηρό έδαφος

Όγκος στερεών

& ΧΩΡΙΣ πορώδες

Λαµβάνεται: Μ Τ. 2,65 g/cm3

g/cm3

εξαρτάται από την ορυκτολογική σύσταση του µητρικού υλικού, από

την αποσάθρωση του οποίου προέκυψε το έδαφος

∆υναµικό εδαφικού νερού

Εκφράζει την ικανότητα του νερού να µετέχει σε αντιδράσεις ή

την ικανότητά του να παράγει ωφέλιµο έργο (π.χ. να µετακινείται)

Εκφράζεται από τη συνισταµένη των δυνάµεων που

ασκούνται σε αυτό και οφείλονται στα επιµέρους δυναµικά:

βαρύτητας,

στερεής φάσης και

οσµωτικής πίεσης

Μύζηση

(κύρια συνιστώσα - οφείλεται στη στερεή φάση του εδάφους)

Η µύζηση του εδαφικού νερού εκφράζει τη δύναµη συγκράτησής

του αό το έδαφος ανά µονάδα επιφάνειας του εδάφους

∆υναµικό εδαφικού νερού

Μέτρηση - ∆υναµικό εδαφικού νερού

Τασίµετρο

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ 4-7

ΝΕΡΟ ΑΡ∆ΕΥΣΗΣ

1. Πως γίνεται η δειγµατοληψία του νερού άντλησης?

2. Πως κατατάσσεται το νερό άρδευσης ανάλογα µε την ηλεκτρική

του αγωγιµότητα?

3. Που στηρίζεται ο ογκοµετρικός του αθροίσµατος Ca2+ +Mg2+ στο

νερό άρδευσης?

4. Ποια η σηµασία των HCO3

- και CO3

2- ιόντων στα νερά άρδευσης?

5. Πως εκτιµάται ο κίνδυνος νατρίωσης των εδαφών?

6. Περιγράψτε τη διαδικασία προσδιορισµού του χλωρίου στο νερό

άρδευσης.

Νερό άρδευσης

Χαρακτηριστικά γνωρίσµατα νερού άρδευσης

για χαρακτηρισµό της οιότητάς του είναι:

α) H συνολική συγκέντρωση των διαλυτών αλάτων

Εκτιµάται µε τη µέτρηση της ηλεκτρικής αγωγιµότητάς του (EC)

β) H σχετική αναλογία της συγκέντρωσης του νατρίου και των

κατιόντων του ασβεστίου και του µαγνησίου

Εκτιµάται µε τον υπολογισµό του λόγου προσρόφησης νατρίου (SAR)

γ) H σχέση των συγκεντρώσεων των HCO3- και CO

32- ιόντων, ρος

το άθροισµα των συγκεντρώσεων του Ca2+ και Mg2+

Εκτιµάται µε υπολογισµό του υπολειµµατικού ανθρακικού νατρίου (RSC)

δ) H συγκέντρωση του βορίου και άλλων στοιχείων τα οποία είναι

δυνατό να προκαλέσουν τοξικά φαινόµενα στα φυτά

∆ειγµατοληψία νερού άρδευσης

Νερό άντλησης

Αφήνουµε να αντληθεί νερό για αρκετή ώρα και στη συνέχεια

λαµβάνεται ένα ή περισσότερα δείγµατα κατά κανονικά διαστήµατα

Νερό λίµνης

H δειγµατοληψία γίνεται από διάφορες θέσεις και βάθη της λίµνης

Νερό οταµού

Λαµβάνεται δείγµα, από µια µέση απόσταση από τις όχθες και από

ένα µέσο βάθος του ποταµού

Προσδιορισµός ηλεκτρικής αγωγιµότητας

Κατηγορία 1

E.C.<250 µS/cm (σύνολο αλάτων <160 ppm)

Κίνδυνος αλατώσεως µικρός

Κατηγορία 2

250<E.C.<750 µS/cm (σύνολο αλάτων 160-480 ppm)

κίνδυνος αλατώσεως µέσος

Κατηγορία 3

750<E.C.<2.250 µS/cm (σύνολο αλάτων 480-1.440 ppm)

κίνδυνος αλατώσεως µεγάλος

Κατηγορία 4

E.C.>2.250 µS/cm (σύνολο αλάτων >1.440 ppm)

Κίνδυνος αλατώσεως ολύ µεγάλος

Κίνδυνος Αλατώσεως

Κίνδυνος Νατρίου

Κίνδυνος Αλατώσεως

Κίνδυνος Νατρίου

Ογκοµετρικός ροσδιορισµός συνολικής

συγκέντρωσης Ca2+ και Mg2+

Θεωρητικές αρχές

Προσδιορισµός του αθροίσµατος Ca2+ + Mg2+ στο νερό άρδευσης,

στηρίζεται στην συµπλοκοµετρική ογκοµέτρησή τους, µε πρότυπο

διάλυµα EDTA παρουσία δείκτη EBT, σε περιβάλλον µε pH=10,2

Αρχικά συµπλοκοποιείται µε το EDTA το ασβέστιο και στη συνέχεια το

µαγνήσιο

Τελικό σηµείο ογκοµέτρησης = αλλαγή του κόκκινου χρώµατος του

διαλύµατος (χρώµα του σύµπλοκου Mg-EBT) σε µλε (χρώµα του

ελεύθερου δείκτη EBT σε pH=10)

Εκτίµηση του κινδύνου νατρίωσης των εδαφών

όπου:

S.A.R. = Λόγος προσρόφησης νατρίου (Sodium Adsorption Ratio)

Οι συγκεντρώσεις των κατιόντων εκφράζονται σε mmolc/L

Εκτίµηση του κινδύνου νατρίωσης των εδαφών

Κατηγορία 1

S.A.R.<10, κίνδυνος νατρίωσης µικρός

Κατηγορία 2

10<S.A.R.<18, κίνδυνος νατρίωσης µέσος

Κατηγορία 3

18<S.A.R.<26, κίνδυνος νατρίωσης µεγάλος

Κατηγορία 4

S.A.R.>26, κίνδυνος νατρίωσης ολύ µεγάλος

Ανάλογα µε την τιµή S.A.R. και την τιµή της ηλεκτρικής τους

αγωγιµότητας τα νερά άρδευσης, διακρίνονται σε τέσσερις κατηγορίες

Οι κατηγορίες αυτές για E.C. = 100 µS/cm είναι:

Νοµογράφηµα για τον

υπολογισµό του SAR µε τη

βοήθεια των συγκεντρώσεων του

Na+ και Ca2+ + Mg2+ σε

mmolc/L που προσδιορίστηκαν

στο νερό άρδευσης

Με το νοµογράφηµα

αυτό υπολογίζεται προσεγγιστικά

και η τιµή E.S.P. (ποσοστό

προσροφηµένου νατρίου) ενός

εδάφους που βρίσκεται σε

ισορροπία µε το συγκεκριµένο

νερό άρδευσης.

Προσδιορισµός υολειµµατικού

Ανθρακικού νατρίου (R.S.C.)

R.S.C. = (CO32- + HCO

3-) - (Ca2+ + Mg2+)

όπου:

R.S.C. (Residual Sodium Carbonate) υπολειµµατικό ανθρακικό νάτριο

Oι συγκεντρώσεις των ιόντων εκφράζονται σε mmolc/L

Όξινα ανθρακικά: HCO3

- καταβυθίζουν Ca2+ & Mg2+

→ σχηµατισµό δυσδιάλυτων ενώσεων µε προσθήκη

νερού στο έδαφος → αύξηση Νa+

Ανθρακικά: CO3

2- αµελητέες ποσότητες στο νερό

λόγω υδρόλυσης τους

Προσδιορισµός των CO32-

Θεωρητικές αρχές

ογκοµετρικός προσδιορισµός της συγκέντρωσης των CO3

2- ιόντων στο

νερό άρδευσης, στηρίζεται στον προσδιορισµό της ποσότητας πρότυπου

διαλύµατος HCl, που απαιτείται για την πρωτονίωση των CO3

2- σε

HCO3

- σύµφωνα µε την αντίδραση:

CO32- + H+ ↔ HCO

3-

Προσδιορισµός των ΗCO3-

Θεωρητικές αρχές

O προσδιορισµός της συγκέντρωσης των HCO3

- ιόντων, στηρίζεται στον

προσδιορισµό της ποσότητας πρότυπου διαλύµατος HCl, που απαιτείται

για τη µετατροπή των HCO3

-, σε CO2

και νερό, σύµφωνα µε την

αντίδραση:

HCO3- + H+ ↔ CO

2+ H

2O

∆ιαδικασία ροσδιορισµού

1. 50 mL νερό µεταφέρονται σε κωνική φιάλη των 200 mL

2. Aκολουθεί ρύθµιση του pH του διαλύµατος σε pH≈8,2 ως εξής:

Προστίθενται 3 σταγόνες δείκτη φαινολοφθαλεΐνης (άχρωµο)

Προστίθενται 3 σταγόνες Na2CO

30,1 N µέχρι να γίνει ρόδινο

Προστίθεται 1 σταγόνα H2SO

40,1 N ώστε να αποχρωµατιστεί οπότε

το pH του διαλύµατος είναι ≈8,2

3. Προστίθενται 3-5 σταγόνες δείκτη K2CrO

4

To διάλυµα αποκτά κίτρινο χρώµα και ογκοµετρείται µε µεγάλη προσοχή

(σταγόνα - σταγόνα) µε διάλυµα AgNO3

0,01 N, µέχρι την αλλαγή του

χρώµατος σε ανοικτό κεραµόχρωµο

Προσδιορισµός Cl-

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ 8

Η ΑΝΤΙ∆ΡΑΣΗ ΤΩΝ

Ε∆ΑΦΩΝ

1. Τι είναι η ενεργή και τι η εφεδρική (ανταλλάξιµη) οξύτητα των

εδαφών?

2. Περιγράψτε τη διαδικασία προσδιορισµού της ενεργού και

ανταλλάξιµης οξύτητας?

Αντίδραση εδαφών

pH του εδάφους, ορίζεται η συγκέντρωση των ιόντων H+

στο εδαφικό διάλυµα (όχι στερεών, ούτε αέρα)

το οποίο βρίσκεται σε ισορροπία µε τη στερεή φάση

H ποσότητα των ιόντων H+ στο εδαφικό διάλυµα αντιπροσωπεύει την

ενεργό οξύτητα, η οποία θεωρείται µέτρο έντασης, για την εκτίµηση

της οξύτητας ή της αλκαλικότητας του εδάφους

Τιµή pH κριτήριο για ανάγκη ασβέστωσης εδάφους

Αντίδραση εδαφών

Όµως στο έδαφος Η+ δεν υπάρχουν µόνο στο εδαφικό διάλυµα

αλλά και προσροφηµένα ως «ανταλλάξιµα» στις επιφάνειες των

κολλοειδών του εδάφους – Ανταλλάξιµη οξύτητα

Στη στοιβάδα αυτή η συγκέντρωση των ιόντων υδρογόνου είναι

µεγαλύτερη από ότι στο διάλυµα

→ η τιµή του pH στην ειφάνεια των κολλοειδών είναι µικρότερη

από την τιµή του pH στο εδαφικό διάλυµα

Τα προσροφηµένα Η+ των επιφανειών του εδάφους βρίσκονται σε

χηµική ισορροπία µε τα Η+ του εδαφικού διαλύµατος

Μετράµε την συγκέντρωση των H+ του

εδαφικού διαλύµατος &

συγκέντρωση των H+ που είναι

ανταλλάξιµα στα εδαφικά κολλοειδή

Υλικά/όργανα

• Πεχάµετρο ή χάρτινος δείκτης

• Μπουκαλάκια τύπου falcon

Ενεργός οξύτητα

∆ιαδιακασία

Ενεργός οξύτητα

1. Ζυγίζονται 5 g εδάφους και τοποθετούνται σε µπουκαλάκια τύπου

falcon των 50 mL

2. Προστίθενται 10 mL απιονισµένου νερού και έτσι δηµιουργείται

αιώρηµα 1:2

3. Τα δείγµατα ανακινούνται και αφήνονται για ηρεµία για 10 min

4. Μέτρηση της τιµής του pH γίνεται µε ηλεκτρικό πεχάµετρο ή δείκτη

*απιονισµένο νερό για να παραλάβει τα Η+ του εδαφικού διαλύµατος,

καθώς το προστιθέµενο νερό «προσοµοιώνει» το εδαφικό νερό

Ανταλλάξιµη οξύτητα

Ίδια διαδικασία

1. Ζυγίζονται 5 g εδάφους και τοποθετούνται σε µπουκαλάκια τύπου falcon

των 50 mL

2. Προστίθενται 10 mL διάλυµα 0,01Μ CaCl2

και έτσι δηµιουργείται

αιώρηµα 1:2

3. Τα δείγµατα ανακινούνται και αφήνονται για ηρεµία για 10 min

4. Μέτρηση της τιµής του pH γίνεται µε ηλεκτρικό πεχάµετρο ή δείκτη

*Το κατιόν Ca2+ ανταλλάσει τα προσροφηµένα Η+ των κολλοειδών

επιφανειών του εδάφους. Με αυτόν τον τρόπο τα πρώην προσροφηµένα Η+

εισέρχονται στο εδαφικό διάλυµα και τα µετράµε ως pH