العلاقات الكمية لمكونات الأرض

العلاقات الكمية لمكونات الأرض

  علاقة الهواء و الماء و الجزء الصلب

علاقة الحجم:

                   حجم الهواء يتناسب عكسيا مع حجم الماء

             حجم المواد الصلبة يتناسب عكسيا مع المسامية حجما.

علاقة الكتلة:

                       كتلة الهواء تتناسب عكسيا مع  كتلة الماء .

                 كتلة الجزء الصلب تتناسب عكسيا مع المسامية كتلة

  علاقة الهواء و الماء و الجزء الصلب

 الكثافة الحقيقية والظاهرية

الكثافة الحقيقةReal Density (s) :

                   وهي كثافة الحبيبات  الصلبة  

الكثافة الحقيقية (ث.ق)=

             (كتلة حبيبات الأرض/ حجم الحبيبات الصلبة  فقط)

s=(Ms/Vs) = …..Kg m-3

    المادة العضوية.

    المواد المعدنية. 

    نوع معدن الطين.

    وتقدر ث.ق. عمليا بواسطة قنينة الكثافة. 

العوامل التي تؤثر على قيمة الكثافة الحقيقية

الكثافة الظاهرية =

              كتلة حبيبات الأرض ÷ الحجم الكلي أو الظاهري

ρb=(Ms/Vt)=[(Ms)/(Vs +Vw +Va)] 

الكثافة الظاهريه  Bulk Density (b)

    تعبر عن مدى تماسك أو تفكك الأرض.

    تعبر عن نظام ترتيب الحبيبات (بناء التربة).

    مقياس لمدى كفاءة عمليات الخدمة الزراعية للأرض  الواحدة.

    دليل على نوع قوام الأرض.

    دليل على مسامية الأرض.

    يمكن استخدام الكثافة الظاهرية لتقدير كميات مياه الري .

    حساب وزن الأرض لأي غرض.

الأهمية العملية للكثافة الظاهرية

    نظام ترتيب الحبيبات في الأرض "التفكك و التزاحم ”.

    نظام البناء الأرضي .

    المادة العضوية .

    نسبة الرطوبة في التربة.

    قوام التربة.

    نوع معدن الطين.

    عمق الأرض ”الطبقة السطحية أو التحت سطحية“.

العوامل التي تؤثر على قيمة الكثافة الظاهرية (ث.ظ)

    باستخدام اسطوانة التربة المستخدمة في أخذ العينات.

    طريقة كتلة الأرض و تقدر بتغطية مكعب من التربة بشمع البرافين.

    عن طريق معرفة وزن السائل المزاح يمكن حسا ب ث.ظ.

طرق تقدير الكثافة الظاهرية

المسامية Porosity (E)

المسامية حجما ؛ المسامية كتله

المسامية حجما = حجم المسام ÷ الحجم الكلي للأرض

 E =(Vv/Vt)=[(Vw+Va)/(Vs+Vw+Va)  

ويمكن حسابها باستخدام الحجم الظاهري والحجم الحقيقي للتربة

                          =[(Vb- Vt)/Vb                    

وبالتعويض بها تستخدم الكثافات الحقيقية والظاهرية ومنها: 

ويعبر عنها كنسبه عشرية أو كنسبة مئوية بضرب قيمة E x 100.

pb

    التهوية وإمداد الأكسجين اللازم للجذور  والميكروبات.

    حركة الماء بالتربة.

    الاحتفاظ بالماء اللازم للنبات و الميكروبات.

    وتتراوح قيمة المسامية بين 30-60% .

    تختلف حسـب قوام التربة فهي في الرملية أقل منها في الطينية.

أهمية دراسة المسامية

أنواع المسام

    مسام كبري    Macro pores

هي ذات قطر أكبر من 100ميكرومتر

وهي المسئولة عن التهوية و الصرف السريع.

    مسام وسطي   Meso pores

   

  أقطارها تتراوح بين 30-100 ميكرومتر(30-100μm)

وهي المسئولة عن حركة الماء بالتربة بعد الصرف السريع وتتولى هذه المسام إعادة توزيع الماء والهواء بقطاع التربة.

    مسام صغري  Micro pores

  ذات أقطار أقل من 30 ميكرومتر "30μm"

وهي المسئــولة عن الاحتفــاظ بالماء في التربة لتغطية إحتياج النبات.

    تسود المسام الكبرى بالأرض الرملية.

    تسود المسام الصغرى بالأرض الطينية.

    العلاقة عكسية بين المسامية و الكثافة الظاهرية.                  

     المسامية الكلية للأرض لا تعطي فكرة عن التوزيع الحجمي للمسام Pore size distribution أي نسبة أحجام المسام ذات الأقطار المختلفة.

نسبة المسام Void Ratio “e”

    نسبة المسام = (حجم المسام ÷ حجم الحبيبات الصلبة فقط).

    يعبر عنها كنسبة.  

    تتراوح قيمتها ما بين (0.3 -2.0).

    قيمة نسبة المسام أعلى من المسامية.

العلاقة بين المسامية ونسبة المسام 

المسامية الهوائية =

                 (حجم المسام المملوءة هواء ÷ الحجم الكلي للأرض)

    هي نسبـــة حجم الهواء المملوءة بالهواء إلى   الحجم الكلي للأرض.

    يعبر عنها كنسبة عشرية أو كنسبة مئوية إذا ضرب 100×Ea .

    تعبر عن تهـوية الأرض.

    المساميــة النموذجيــة تتراوح بين 0.1 -0.12 على الأقل بعد يوميــن         وثلاثة أيــام من الري أو المطر الغزير.

لذا يعبر عن المحتوى الرطوبي إما على أساس الكتلة θm أو على أساس الحجم .θv

المحتوى الرطوبي على أساس الكتلة =كتلة الماء ÷ كتلة الأرض الجافة تماما

المحتوى الرطوبي Moisture Content “θ”

المحتوى الرطوبي على أساس الحجم =  حجم الماء ÷  الحجم الكلى للأرض

=

المحتوى الرطوبي Moisture Content “θ”

المحتوى الرطوبي Moisture Content “θ”

        درجة التشبع = حجم الماء ÷ حجم المسام بالأرض

                     

  درجة التشبع = المحتوى الرطوبي في أي وقت ÷ المحتوى الرطوبى عند التشبع

درجة التشبع ”S” Saturation Percentage

    هو دليل يعبر عن نسبة حجم الماء إلى حجم المسام الكلي بالأرض.

    قيمته تتراوح من صفر عند الجفاف التام إلى 100% في حالة التشبع.

    العلاقة بين المسامية والمسامية الهوائية و المحتوى الرطوبي:

Ea = E- θv = E(1-S)

مثــــال وتدريب محلول

استخدمت اسطوانة لأخذ عينات طبيعية من التربة ذات قطر 10سم وارتفاع 10سم وكان وزن الأرض Mt 1.45كجم ووزن الأرض بعد تجفيفها على 105°م لمدة 24 ساعة Ms 1.2كجم احسب الآتي:

1- الكثافة الظاهرية.

2- المسامية.

3- المحتوى الرطوبي عند التشبع ودرجة التشبع.

4- المحتوى الرطوبي على أساس الوزن و الحجم معبرا عنه كعمق الماء.

5- المسامية الهوائية.

6- نسبة المسام.

7- وزن الفدان لعمق 80سم من الأرض وحجم الماء به.

D=10 cm = 0.1 m

r = 0.1/2 = 0.05

A= πr2 = (22/7) . (0.05)2 = 7.85 x 10-4 m3

Ms = 1.2 Kg

Mw = 1.45 – 1.2 = 0.25 Kg

1- calculate Bulk Density:

ρb= Ms/Vt

    = [(1.2)/(7.85 x 10-4)] = 1529 Kg m-3

2- Calculate porosity:

  E= 1- ( ρb/ ρs)

    = 1- (1529/2650) = 0.423 = 42.3 %

الحــــ(1)ــــل

3- Caculate Moisture Content and Saturation Percentage:

   Vw = Mw/ ρw

        = (0.25/1000)=2.5 x 10-4 m3

   θm = Mw/Ms

       = 0.25/1.2 = 0.208 = 20.8%

  θv = Vw/Vt

      = (2.5 x 10-4)/(7.85 x 10-4) = 0.318 = 31.8 %

De = Vw/A

      = (2.5 x 10-4)/(7.85 x 10-3) = 0.032 m = 3.2 cm

  E = 0.423=42.3%

 4-Calculate Depth of water (De):

   S = [(θv)/(E-θv sat.)]

      = 0.318/0.423=0.75=75%

5-Calculate Air Porosity:

Ea=E- θv = E (1-S)

       0.423-0.318 = 0.105 =10.5%

6- Calculate Void Ratio :

e = [(E)/(1-0.423)=0.733

7-Calculate Weight of Feddan &Water volume:

Feddan area = 4200m2

Vt feddan      = 4200 x 0. 8 = 3360 m3

Vw feddan     = 3360 x 0.318 = 1068.5 m3/feddan

    ويمكن حساب المسامية و السامية الهوائية و نسبة المسام بطريقة أخرى

    و ذلك بحساب حجم كل مكون على حدة:

    Vw =2.5x 10-4 m3 

    Vt = 7.85x10-4 m3

    Vs = Ms/ρs=1.2kg /2650 kgm3=4.53x10-4 m3

    Va = (Vt-(vs+ vw) =7.85x10-4-(2.5x10-4 +4.52x10-4)

         = 8.2x10-5 m3

    E = (Vw +Va)/Vt

       = 0.423=42.3%

    Ea =Va/ Vt

        = 0.104 =10.4%

    e = (Vw + Va)/Vs

       = 0.733