Svi vidovi korišćenja zemljišta, bez obzira da li se radi o poljoprivredi, šumarstvu, poljoprivrednim i hidrotehničkim melioracijama, građevinarstvu…susreću se na prvom koraku sa njegovim fizičkim svojstvima. Stoga je poznavanje fizičkih svojstava zemljišta svakako od podjednakog značaja za ratara, voćara, povrtara, vinogradara, mehanizatora, šumara, meliorativca, mikrobiologa, agrohemičara, delimično za građevinara, entomologa, botaničara, zoologa i ostale brojne specijaliste čija je aktivnost vezana za zemljište. Za pedologa je to deo nauke o zemljištu i osnova za različite primenjene klasifikacije zemljišta, za proučavanje i objašnjenje određenih procesa pedogeneze.

U tom smislu razvile su se i oformile posebne naučne discipline ili njihovi samostalni delovi – kao meliorativna pedologija, hidropedologija, mehanika zemljišta, inženjerska pedologija i stabilizacija zemljišta (kod izrade puteva)…, ali je svima u osnovi fizika zemljišta, dinamika i promene njenih svojstava.

Iako se fizika zemljišta ne može sasvim izdvojiti iz opšte nauke o zemljištu i čini celinu sa hemijom zemljišta, agrohemijom, mineralogijom zemljišta, agrogeologijom, pedogenezom, sistematikom-klasifikacijom zemljišta, biologijom i mikrobiologijom zemljišta itd., ipak brzi razvoj ovih naučnih disciplina zahtevao je njihovo izdvajanje i posebno proučavanje. Slično je postupljeno i u mnogim drugim naukama, sa ciljem da se stvore mogućnosti za šira i dublja proučavanja u pojedinim naučnim disciplinama i sagledavanja njihovog mesta, doprinosa i uloge u razvoju i progresu nauke, određenih delatnosti i privrednih grana u kojima se one primenjuju.

Primena u praksi uslovljava drugačiji pristup izlaganja osnove pojedinih naučnih disciplina pri čemu se teorija i praksa isprepliću: teorija otkriva i objašnjava suštinu praktičnih rešenja, a praksa za rešenje svojih problema traži oslonac u teoriji.

I ova nastojanja usmerena su u tom pravcu – da zainteresovanim stručnjacima pruži osnove primenjene fizike zemljišta, izbegavajući udžbenički i školski ton i stil, kako bi vodno-vazdušni i toplotni režim zemljišta, njihova dinamika i njihovo usmeravanje u željenom pravcu bili jasniji svakom projektantu i praktičaru. To podrazumeva da su čitaocu poznate osnove naučnih disciplina na koje se fizika zemljišta oslanja, a mestimično povezivanje sa odgovarajućom disciplinom bilo je neizbežno, kako bi izložena materija dobila u jasnoći i celini.

Autor zahvaljuje recenzentima, prof. dr Budimiru Milojiću, red. profesoru Poljoprivrednog fakulteta u Zemunu i prof. dr Zoltanu Raczu, red. profesoru Fakulteta poljoprivrednih znanosti u Zagrebu, na izuzetnom trudu oko pregleda rukopisa i veoma korisnim savetima koji su doprineli da knjiga dobije harmoničnu celinu.

Dr Novica V. Vučić

Sadržaj

PREDGOVOR
UVOD

I. Zemljište kao disperzni sistem i stanište za biljke

Mehanički sastav zemljišta
Sekundarni glineni minerali
Određivanje granulometrijskog sastava zemljišta
Tekstura zemljišta
Posebni pokazatelji granulometrijskog sastava
Literatura

II. Osnovna fizička svojstva zemljišta

Uzimanje uzoraka zemljišta
a) uzimanje uzoraka u poremećenom stanju
b) uzimanje uzoraka u neporemećenom stanju
e) vreme uzimanja uzoraka
d) broj ponavljanja
transport i čuvanje uzoraka
Specifična masa zemljišta
Zapreminska masa zemljišta (zbijenost zemljišta)
Poroznost zemljišta
Ukupna poroznost
Diferencijalna poroznost
Poroznost strukturnih agregata – inter i intraagregatna poroznost
Specifična površina zemljišta
Tvrdoća (čvrstina) zemljišta
Plastičnost zemljišta
Lepljivost zemljišta
Koherencija – vezanost zemljišta
Ispucalost zemljišta
Literatura

III. Struktura zemljišta

O strukturi uopšte
Stvaranje strukturnih agregata u zemljištu
Dimenzije strukturnih agregata u zemljištu
Oblici strukturnih agregata i tipovi strukture zemljišta
Analiza strukturnog sastava zemljišta
Analiza strukturnih agregata
Laboratorijski metod
Poljski (terenski) metod
Analiza mikrostrukture
Stabilnost strukturnih agregata prema rasplinjavanju u vodi
Stabilnost mikrostrukturnih agregata
Stabilnost makrostrukturnih agregata
Poroznost strukturnih agregata
Struktura kao činilac plodnosti zemljišta
Uzroci pogoršanja strukture zemljišta
Putevi poboljšanja strukture zemljišta
Literatura

IV. Vodni režim zemljišta

Voda u zemljištu
Određivanje vlažnosti zemljišta
Termo – gravimetrijski metodi:
a) Metod sušenja uzoraka u sušnici
b) Sušenje infracrvenim zracima
c) Ubrzano sušenje u vrelom parafinu
d) Sušenje na plameniku
e) Sušenje uzoraka spaljivanjem alkohola
f) Sušenje uzoraka karbidnom metodom
Posebni metodi: alkoholni metod, metod specifične mase, metod I.A.Čuprinija,
metod F.E.Koljaseva
Elektrometrijski metod
Tenziometar
Obračun količine vode u zemljištu
Kategorije vode u zemljištu
Vodne konstante zemljišta ili vodna svojstva zemljišta
Retencija vode u zemljištu
Vlažnost venjenja
Lentokapilarna vlažnost
Kapilarni potencijal
Kretanje vode u zemljištu
Infiltracija
Brzina vodosprovodljivosti
Kapilarno penjanje vode
Zemljište-voda-biljka
Pristupačnost vode biljkama
Vodni režim žemljišta
Pogoršanje vodnog režima zemljišta
Poboljšanje vodnog režima zemljišta
Fizička zrelost zemljišta za obradu
Valjanje i kultiviranje zemljišta
Obrada zemljišta
Poljozaštitni pojasevi
Odvodnjavanje
„Opeskavanje“ zemljišta
Hidrofilna i hidrofobna struktura
Vodni bilans zemljišta
Promene u vodnom bilansu primenom navodnjavanja
Vodni režim zemljišta i vodni bilans kao osnove prognoze i planiranja prinosa
Vodni bilans i rejonizacija
Literatura

V. Vazdušni režim zemljišta

Vazduh u zemljištu
Kretanje gasova kroz zemljište
Analiza zemljišnog vazduha
Određivanje „vazduhosprovodljivosti“
Kapacitet za vazduh
Poroznost aeracije
Vazdušni režim zemljišta i biljna proizvodnja
Aeracija zemljišta absorpcija vode
Aeracija zemljišta i usvajanje hranivih elemenata
Pogoršanje vazdušnog režima zemljišta
Poboljšanje vazdušnog režima zemljišta
Navodnjavanje i vazdušni režim zemljišta
Vazdušni režim i biogenost zemljišta
Struktura zemljišta i vazdušni režim
Literatura

VI Toplotni režim zemljišta

Temperatura zemljišta
Zavisnost toplotnih uslova zemljišta od njegovih svojstava
Odnos vodnog i toplotnog režima zemljišta
Temperatura zemljišta u zimskim uslovima
Toplotn: režim zemljišta i biljka
Toplotm režim zemljišta i mikrobiološka aktivnost
Uticaj agrotehničkih mera na toplotni režim zemljišta
Navodnjavanje i temperatura zemljišta
Spaljivanje žetvenih ostataka i temperatura zemljišta
Toplotni bilans zemljišta

Anex: S.I jedinice mera koje se upotrebljavaju u primenjenoj fizici zemljišta

Uvod

Dugo je trajao period u kome se na visinu prinosa gajenih biljaka gledalo uglavnom sa pozicija plodnosti zemljišta i vremenskih uslova u toku vegetacije. Aktivnost zemljoradnika bila je usmerena u pravcu povećanja bogatstva i plodnosti zemljišta i obezbeđenja biljaka potrebnim hranivima. To je bilo posebno olakšano od pojave mineralnih đubriva, koja su u različitim oblicima nudila gotovu, kompleksnu ishranu biljaka. Do naših dana industrija, udružena sa naukom, dala je brojna rešenja proizvodnje i primene đubriva, u granuliranom i tečnom vidu, sa različitim formulama sadržaja osnovnih hranivih elemenata − azota, fosfora i kalijuma, zatim đubriva obogaćena mikroelementima, đubriva posebne namene za folijarno prihranjivanje itd.

To je bio jedan veliki korak u povećanju prinosa, ali je šira primena đubriva dovela i do saznanja da je fizika zemljišta „ključ njegove plodnosti“, jer efekat đubriva nije uvek na svim zemljištima isti i zavisi od njihovog vodnog, vazdušnog i toplotnog režima. A taj režim nije na svim zemljištima povoljan za biljke i vrlo često zahteva mere poboljšanja. Međutim, da bi se nešto poboljšalo potrebno je da se predhodno dobro prouči i upozna.

Obrada ima za cilj stvaranja povoljnih fizičkih uslova za biljke u orničnom sloju zemljišta, naročito na zemljištima gde takvih prirodnih uslova nema. To znači da postoje zemljišta sa povoljnim fizičkim svojstvima, koja je lakše obrađivati i koristiti, nasuprot zemljištima koja su u procesu pedogeneze stekla vrlo nepovoljna fizička svojstva i zahtevaju poseban pristup pri obradi, a često i određene meliorativne mere. Takva zemljišta su očigledan primer u kome je plodnost u velikoj zavisnosti od fizičkog stanja ornice, jer su ova zemljišta obično bogata u hranivima, ali taj potencijal ostaje nedovoljno iskorišćen usled loših fizičkih karakteristika orničnog i podorničkog sloja. S druge strane i povoljna fizička svojstva zemljišta podložna su degradaciji, kvarenju i to prvenstveno udelom čoveka u procesu iskorišćavanja zemljišta, pa je od podjednake važnosti za biljnu proizvodnju očuvanje povoljnih i popravljanje nepovoljnih fizičkih svojstava zemljišta. Ovo su kompleksniji problemi i zahtevaju šire poznavanje, ne samo osnova fizike zemljišta, već i većeg broja dodirnih naučnih disciplina.

Zabarena i podbarna zemljišta zahtevaju regulisanje vodno-vazdušnog režima, ali odvodnjavanje nije u svim slučajevima jednostavno i zavisi od brojnih faktora. Kada se prouče uslovi ove pojave, pojave suvišne vode u zemljištu, onda se traži rešenje za njenu evakuaciju iz zemljišta. A rešenja prvenstveno zavise od fizičkih svojstava zemljišta koja uslovljavaju i tehnološki i tehnički pristup u rešavanju problema suvišne vode u zemljištu. Ponekad je dovoljna samo melioraciona obrada da se vodno-vazdušni režim ovakvih zemljišta poboljša. Često su potrebni ozbiljniji zahvati odvodnjavanja dubljim ili plićim otvorenim kanalima, često je nužna drenaža podzemnom, cevnom odvodnom mrežom, a u određenim slučajevima potrebne su kompleksne agro i hidromelioracione mere. Ipak u svim slučajevima neophodno je poznavanje fizičkih svojstava zemljišta kako bi se poboljšalo opšte fizičko stanje staništa za biljke. U protivnom ostaju i dalje niski i nesigurni prinosi uprkos optimalnoj primeni đubriva.

Ne treba posebno naglašavati da svako poboljšanje ili pogoršanje fizičkog stanja zemljišta povlači promene u ishrani biljaka, snabdevanju vodom, aeraciji, mikrobiološkim i biohemijskim procesima itd., što sve vodi višem ili nižem prinosu. Jer svi životni procesi biljke — disanje, transpiracija, fotosinteza… zavise od uslova koji vladaju u korenovoj zoni, pa je stoga težnja svakog biotehnologa (ratara, šumara, voćara…) da upravlja ovim uslovima u granicama saznanja nauke i tehnike.

Savremeni biotehnolog nije i ne sme da bude pasivan korisnik prirodnih uslova i staništa za biljke, već naprotiv aktivan učesnik u procesu traganja za putevima koji vode poboljšanju i menjanju uslova sredine, sa ciljem da se postigne što veća biljna proizvodnja. U tome najpre traži oslonac u poznavanju zemljišta kao što i biljka u njemu traži svoj oslonac − počev od nicanja, pa do kraja vegetacije.

Za sada najintenzivniji način korišćenja zemljišta primenom navodnjavanja takoreći u potpunosti je zavisan od fizičkih svojstava zemljišta i vezan za njih. Iako na prvi pogled izgleda da navodnjavanje u izvesnom smislu ,,menja“ određene elemente klime, ipak u osnovi ono u stvari menja vodni režim zemljišta, poboljšava ga i na taj način intenzivira produkciju biljaka. S obzirom da biljke usvajaju vodu samo iz zemljišta, ili bolje rečeno snabdevaju se vodom samo iz zemljišta, jer je usvajanje moguće i preko lišća, onda je razumljiva zavisnost i tehnike i tehnologije navodnjavanja od fizičkih svojstava zemljišta. Od njih zavisi količina vode koja se daje pri zalivanju, od njih zavisi učestalost zalivanja, od njih zavise brojni elementi u tehnici navodnjavanja (dužina brazde, dužina prelivne leje, intenzitet kišenja…), od njih zavisi izbor načina navodnjavanja, pa čak i ocena pogodnosti zemljišta za navodnjavanje. Ako ovome dodamo i činjenicu da bez poznavanja fizičkih svojstava zemljišta nema racionalnog navodnjavanja, čini se da još nije dovoljno istaknuta njihova uloga i mesto u ovakvoj proizvodnji.

U melioracijama kiselih, alkalizovanih i slanih zemljišta uspeh dobrim delom zavisi od njihovih fizičkih svojstava. U izvesnim slučajevima prvenstveno od njihovih karakteristika. Nema ispiranja štetnih soli iz profila zemljišta ukoliko infiltracija i vodosprovodljivost nisu zadovoljavajući. Nema efekta kalcifikacije ili gipsovanja ako se ne reši pitanje odstranjenja suvišne ,,gornje“ i kapilarno-poduprte vode, jer će tek onda ove hemijske melioracije postupno doprinositi poboljšanju ne samo hemijskih, već i fizičkih svojstava zemljišta. Vrlo često slaba produktivnost i slabo korišćenje ovih zemljišta nije uzrokovano nepovoljnim hemijskim, već prvenstveno pogoršanim fizičkim svojstvima: nepropustan i zbijen B horizont, loša aerisanost i prevelika vlažnost gornjeg sloja zemljišta, vodoleži, rana pojava suše u plitkom orničnom sloju itd.

Rasprašena ornica i nestabilna struktura zemljišta podložni su i eolskoj i vodnoj eroziji. Nama se samo čini da one nisu prisutne u ravničarskim rejonima naše zemlje, ali sigurno smo u velikoj zabludi. Svakako da ovde erozija vetrom nije kao ona u pustinjskim predelima sveta, gde se ogromne mase nevezanog peska premeštaju sa jednog kraja na drugi, stvarajući karakteristične oblike reljefa, ali ipak postoji. Oblaci prašine na poljima su znak ovakve erozije, a od jačine vetra zavisi i premeštanje većih čestica. Zar ne dolazi povremeno u pojedinim našim rejonima pod uticajem vetra do zatrpavanja i odnošenja mladih biljčica šećerne repe, pa je nužno presejavanje? Nije to ništa drugo do eolska erozija. Očigledniji je slučaj sa vodenom erozijom. Kiše jačeg intenziteta spiraju fine čestice sa viših delova terena, naročito sa ,,golog“ zemljišta, bez obzira da li se radi o jače ili slabije izraženim reljefskim oblicima. Nema ravnog zemljišta, svuda su prisutne mikro i makro depresije i uzvišenja − ,,grede“, pa u proleće pre setve jasno se uočava svetlija ili žućkasta boja na višim delovima terena, kao vidan znak i dokaz postojanja erozije vodom. Odnosi se humusni sloj, zemljište mestimično osiromašuje, stvaraju se uslovi za neujednačeni usev i smanjeni prinos. Savremenik ne može da prati ovakve promene u nas, jer se one odvijaju veoma postupno, ali na bazi uočenog stanja dužan je da ove pojave sprečava i ublažava. Svakako da pored određenih sistema korišćenja i obrade ovakvih, jače ili slabije naglašeno erodibilnih zemljišta, veliki značaj ima i poboljšanje izvesnih fizičkih svojstava, kao što je popravljanje strukture i povećanje stabilnosti njenih agregata, poboljšanje infiltracije.

Od dobrog poznavanja pojedinih fizičkih svojstava zemljišta zavisi zasnivanje pirinčanih polja, izgradnja ribnjaka, izgradnja lokalnih puteva stabilizacijom zemljišta mešanjem sa cementom itd.

Iako je već napomenuto, nije naodmet ponoviti da je poznavanje fizičkih svojstava zemljišta od većeg značaja u odnosu na druga svojstva zemljišta, jer je njihov uticaj na opšte stanje zemljišta veoma izražen. Nema ,,kulturnog zemljišta“ ukoliko su mu nepovoljna fizička svojstva, a sve negativne promene u zemljištu prvenstveno se odražavaju na pogoršanje njegovog fizičkog stanja.

Stoga kao odraz fizičkog stanja zemljišta javlja se i određena prirodna vegetacija, a takođe i fauna zemljišta se diferencira prema svojstvima zemljišta, i to uglavnom prema fizičkim svojstvima.

Koliko se vode od vanvegetacionih padavina može zadržati u zemljištu, koliko se sliva i koliki se priliv može očekivati u akumulacionim bazenima zavisi dobrim delom od fizičkih svojstava zemljišta, pored ostalih uslova kao što su vegetacija, reljef i slično.

Mogu se još nabrajati oblasti u kojima je poznavanje fizičkih svojstava zemljišta od koristi, ali završimo konstatacijom da i u slučaju poplava, kišnog proleća i jeseni, ili uopšte obilnih padavina u kraćem vremenskom intervalu, uvek se zemljišta dobrih fizičkih svojstava pre oslobađaju suvišne vode, pre se osposobe za obradu i setvu ili žetvu, pa se na taj način ublažavaju štete. Isto tako i usevi u ovakvim slučajevima više stradaju na parcelama lošijih fizičkih svojstava.

Očigledno postoji velika potreba za proučavanjem i poznavanjem fizičkih svojstava zemljišta, ne radi dobijanja opšte predstave o njima, već više radi usmeravanja naše aktivnosti u cilju njihovog očuvanja i poboljšanja. Ovo je najzad i imperativ našeg vremena u kojem se odvija veoma snažan proces intenzifikacije korišćenja zemljišta primenom hemijskih sredstava, mehanizacije, navodnjavanja…, čime se stvaraju veće mogućnosti za pogoršanje fizičkog stanja zemljišta. A mi treba da ostavimo isto potomstvu u dobrom stanju — ako ne u boljem, onda bar u onom kakvo smo mi nasledili i zatekli.

Fizika zemljišta se obično deli na fiziku čvrste faze, hidrofiziku, termofiziku i aerofiziku, pa iako se u ovoj knjizi odstupa od takve direktne podele, ipak je sve to prisutno u drugačijem vidu i uz drugačiji pristup, jer nije namera da se obradi fizika zemljišta kao deo pedologije, već vodni, vazdušni i toplotni režim zemljišta čije su osnove u fizici zemljišta.

Inače u nas fiziku zemljišta kao udžbenik napisao je prof. dr Nikola Pavićević: Fizika zemljišta, Poljoprivredni fakultet, Zemun, 1972.

Meliorativna pedologija prof. dr Zoltana Racza, I i II deo, Geodetski fakultet, Zagreb, 1980. i 1981. takođe se zasniva na osnovama fizike zemljišta, dok Agrikulturna mehanika tla, od istog autora (Fakultet poljoprivrednih znanosti, Zagreb, 1986), dopunjuje fiziku zemljišta njenim mehaničkim svojstvima.