Redaktör och ansvarig utgivare: GUNNAR HALLGREN INNEHÅLL Markfysikaliska undersökningar i odlad jord. XX. Studier av några markprofiler i Norrland av Sigvard Andersson och Paul Wiklert........... 3 Fysikaliska studier av en markprofil från Stenstugu, Gotland av Paul Wik/ert 77 Om rätt till vatten vid bevattning av Gunnar Hallgren...... 87 (List of contents in English on back cover)
GRUND FÖR BÄTTRING utkommer med fyra nummer årligen Prenumerationspris kr. 25:- Lösnummer kr. 7:- Redaktionens och expeditionens adress: Institutionen för markvetenskap Lantbrukets hydroteknik 750 07 Uppsala 7 Tel. 018/325025 Postgiro 38 17 95 Redaktionskommit te: Professor Gunnar Hallgren Professor Yngve Gustafsson Professor Lambert Wiklander Författarna är själva ansvariga för sina uppsatsers innehåll. Vid återgivande av text torde källan och författaren angivas
GRUNDFÖRBÄTTRING Tidskrift för jordbrukets rationalisering genom grundförbättringar Journal of Agricultural Land Improvement Redaktör och ansvarig utgivare GUNNAR HALLGREN ÅRGÅNG 1970 VOL. 23
Almqvist & Wiksel/s BOKTRYCKERI AKTIEBOLAG UPPSALA 1970
Grundförbättring, 23, 1970: 1-2, 3-76 Markfysikaliska undersökningar i odlad jord XX. studier av några markprofiler i Norrland A v Sigvard Andersson och Paul Wiklert Några inledande synpunkter på tidigare publicerade profilbeskrivningar I denna uppsats presenteras ett omfattande markfysikaliskt mät- och undersökningsmaterial rörande fjorton markprofiler i Norrland. Trots våra under många år bedrivna grävningar och undersökningar av markprofiler i olika delar av landet (se fig. l!) har hittills i denna serie av uppsatser tämligen få mera fullständiga profilundersökningar blivit publicerade. Den senaste mera omfattande publiceringen av profilbeskrivningar skedde 1960, då Markfysikaliska undersökningar i odlad jord, XI, Studier av några markprofiler på Ultuna egendom utkom såsom ett särtryck av denna tidskrift. Denna studie omfattar en noggrann beskrivning av och diskussion av funktionen hos tio profiler, de flesta upptagna i lerjordar men även mo- och sandjordar finns representerade. 1955 publicerades i denna serie av uppsatser studier av några gyttjejordsprofiler i Örebro län (IX). Studien omfattar två profiler i gyttjelera och två profiler i kärrtorvjord-lergyttja. I olika sammanhang har dessutom i anslutning till metodbeskrivningar och andra utredningar i denna uppsatsserie mer eller mindre omfattande profilkarakteristika publicerats (se t. ex. VIII, 1955, X, 1956 osv.). Utanför denna serie och i andra sammanhang har vi (förf.) var för sig publicerat profilbeskrivningar (Andersson, S., 1965, Hallgren, G., Nääs, O. & Wiklert, P., 1965). Med hjälp av de metoder, föreställningar och begrepp, som vi utvecklat på fältet och i vårt laboratorium har liknande profilbeskrivningar publicerats även av andra författare (Johansson, W., 1964, Håkansson, I., 1966). De anförda uppsatserna ger oss ett tämligen brett spektrum av jordarter och horisonter samt av dem konstituerade jordar och profiler. Genom publiceringen av denna undersökning tages emellertid ett viktigt steg mot fullföljandet av ett av huvudmålen för dessa markfysikaliska undersökningar:»att i första hand ge oss ett brett empiriskt material, vilket är insamlat och bearbetat under ledning av enhetliga markfysikaliska aspekter. I detta material bör ingå resultat från många och vitt skilda odlade marker. Med vitt skilda menar jag då, att de ingående jordarna skola vara skilda åt icke bara med avseende på morfologi, textur och genesis utan även med avseende på geografisk och topografisk belägenhet m. m.» (s. 104, IX). 3
De norrländska mo- och mjälajordarna intar i och med publiceringen av detta arbete sin berättigade plats och vidgar det antydda spektret av jordarter, horisonter och jordar. Materialets omfattning och översiktliga uppläggning Detta arbete omfattar 16 större och mindre tabeller, 46 figurer (en figur utgöres av en schematisk karta över Sverige och 45 figurer utgöres av profildiagram) samt 17 planscher (14 planscher över hela profiler och 3 detaljplanscher). 140 olika horisonter eller decimeterlager har blivit undersökta. För varje lager har viktsprocenten ler, finmjäla, grovmjäla, finmo, grovmo, sand och glödförlust blivit bestämda (i moränprofilen från Ås även vissa grövre fraktioner). Resultatet av denna analys har för varje profil återgivits i ett kornstorleksdiagram (texturdiagram). En enkel bestämning av makroaggregatens storleksfördelning har utförts på prover från samtliga 140 horisonter. De i aggregatmassor spontant sönderfallande eller med hjälp av en särskild teknik i aggregatmassor sönderdelade cylindriska provpropparna har genom torrsiktning uppdelats i olika storleksklasser av aggregat. Resultatet av denna analys har för varje profil blivit framställd i diagramform. Om d betecknar aggregatens diameter i mm, så har följande storleksklasser bestämts: d <0,125, 0,125 <d <0,25, 0,25 <d <0,50, 0,50 <d< l, l <d<2, 2<d<4, 4<d<8, 8<d<l6 och d>l6. För varje lager har 12 olika markfysikaliska storheter mer eller mindre direkt blivit bestämda. I anslutning härtill har fyra olika vattenhaltsdifferenser blivit uträknade. Alla dessa bestämningar har sammanställts i en till varje profil hörande huvudtabell (ex. tabell 4, tabell 6, osv.). En del av det i dessa tabeller ingående siffer- materialet har dessutom framställts i diagramform. Dessa diagram ger en åskådlig bild av väsentliga volymsförhållanden i profilerna. De benämnes därför volyms- eller n-diagram. För de åtta första profilerna (undantagandes profilerna Öjebyn 2 och Ås l) har sambandet mellan vattenhalt w (volymprocent) och bindning h 1 (m v.p., kp/cm', pf) blivit bestämd. För vissa profiler omfattar dessa bestämningar icke mindre än åtta värdepar, wh 1 -par. Vattenhalt-bindnings bestämningarna tillåter uppritandet av s. k. bindningskarakteristikor, vilka ger oss en grafisk bild av hur bindningstrycket (tensionen) ökar i en jord, när vattenhalten sjunker. Om en logaritmisk skala användes för h 1 -axeln, den vertikala axeln, så kan diagrammet även benämnas ett p F-diagram. Härvid gäller att pf =log h 1 om h 1 anges i cm v.p. Med hjälp av dessa diagram kan en intressant och givande överblick av relationen vattenhalt-bindning över hela det väldiga h 1 - intervallet erhållas. Resultatet av dessa bestämningar kan även framställas i n-diagrammet. Så har också skett. Vi erhåller då s. k. avsugnings- eller tensionskurvor, vilka anger den vattenhalt w 1 h> de olika lagren i en profil skulle anta, om de utsattes för ett konstant och för alla lager lika vattenavförande tryck h 1,h, där h = det i m v.p. (meter vattenpelare) angivna vattenavförande trycket. Genom att i n-diagrammen inlägga dessa kurvor ökas det informativa värdet av dessa diagram i högsta grad och intressanta möj- Fig. l. Schematisk karta visande större delen av de i våra undersökningar ingående provplatsernas belägenhet. Länsgränserna finns inritade och länen har betecknats med bilregistrets motsvarande bokstav eller bokstavskombination. Varje provplats motsvarar en eller flera profiler. De i denna uppsats behandlade profilerna tillhör N arrlandslänen dvs. länen BD, AC, Y, Z och X. 4
+,+ + /'! '! / ' t.. ' ' '.x '""~, : + +...," )\.>(-,( z :.,.,... "' ' ' ' ' / BD s ~ 1 ~ IJ~o' o o d'd 5
Tabell l. Tabellarisk översikt av profilernas beteckning, datum för provtagningen, provplatsernas läge samt jordart i matjord och alv schematiskt angiven. - Tillhörande tabell-, figur- och planschnumrerin Prov- tag- Profil beteckning nings- Koordinater en!. Län dat. ekonomiska kartan Jordart i Gröda matjorden alven Öjebyn nr l, 1956 28.8. 7261530/1759560 Norrbottens län, BD 1956 Öjebyn nr 2, 1956 29.8. 7261450/1759500 Norrbottens län, BD 1956 Röbäcksdalen nr l, 1956 31.8. 7085450/1717800 Västerbottens län, AC 1956 Röbäcksdalen nr 2, 1956 1.9. 7085340/1717770 Västerbottens län, AC 1956 Offer nr l, 1957 26.6 Västernorrlands län, Y 1957 Ås nr l, 1957 28.6. Jämtlands län, Z 1957 Nordvik nr l, 1965 14.6. 6972980/1612360 Västernorrlands län, Y 1965 Nordvik nr 2, 1965 15.6. 6974190/1613100 Västernorrlands län, Y 1965 Sigsta nr l, 1954 28.7. 6851880/1561820 Gävelborgs län, X 1954 Sigsta nr 2, 1954 29.7. 6852080/1561530 Gävleborgs län, X 1954 Sörväna nr l, 1954 30.7. 6855130/1535880 Gävleborgs län, X 1954 Sörväna nr 2, 1954 31.7. 6855020/1535850 Gävleborgs län, X 1954 Ygsbo nr l, 1954 2.8. 6855780/1506060 Gävleborgs län, X 1954 Ygsbo nr 2, 1954 2.8. 6855890/1506070 Gävleborgs län, X 1954 Korn Måttligt mullhaltig Styv mellanlera - lerig grovlätt mellanlera mjäla - styv mellanlera - lerig finmo Korn Något mullhaltig Styv mellanlera - lerig grovlätt mellanlera mjäla - styv mellanlera - lerig mo Korn Måttligt mullhaltig Svagt gyttjig lerig mo - svagt lerig mo gyttjig lerig mjäla Korn Måttligt mullhaltig Svagt gyttjig lerig mo - svagt lerig mo gyttjig lerig mjäla Vall Måttligt mullhaltig Lätt - styv mellanlera lätt mellanlera Vall Vall Måttligt mullhaltig Lerig morän lerig morän Måttligt mullhaltig Mellanlera mellanlera Vall Något mullhaltig Lerig mo - moig lättlera lerig mo mjälig lättlera Korn Mullrik lätt Moig, mjälig lättlera mellanlera Korn Mullrik lerig mo Svagt lerig mo Bland- Måttligt mullhaltig Styv mellanlera - styv lera säd styv mellanlera Bland- Mullrik lätt Styv mellanlera - styv lera säd mellanlera Vall Måttligt mullhaltig Mjälig lättlera lätt mellanlera Vall Mullrik mjälig Mjälig lättlera lättlera ligheter för analyser av möjliga vattenomsättningar framträder mycket påtagligt. Profilerna har ordnats från norr till söder. Se figur l och tabell l! Beskrivningen av de enskilda profilerna utgår från den på planschen redovisade profilbilden. En viss systematisering och schematisering av profilbeskrivningarna har eftersträvats. De tre första tabellerna avser att ge en in- ledande översikt, möjliggöra mera direkta jämförelser och underlätta sökandet efter mera speciella uppgifter. För att underlätta det samtidiga studiet av det till en viss profil hörande materialet har planscherna bundits för sig och inlagts i tidskriften som en lös bilaga. Det till en viss profil hörande kornstorleksdiagrammet, diagrammet över makroaggregatens fördelning 6
enligt ekonomiska kartans koordinatbeteckning, gröda har också angivits i tabellen. Tabell-, figur- och planschnummer Tabeller Figurer Planscher 4, 5 4 6, 7 6, 8 9, 10 9 11, 12 11, 13 14 14 15 15 16 16 2, 3, 4, 5 6, 7, 8 2 9, 10, I l, 12 3, 4 13, 14, 15, 16 5, 6, 7 17, 18, 19, 20 8 21,22 9 23, 24, 25 10 26, 27, 28 11 29, 30, 31 12 32, 33, 34 13 35, 36, 37 14 38, 39, 40 15 41, 42, 43 16 44, 45, 46 17 och volymsdiagrammet är för varje profil samlat på ett uppslag. På uppslaget finns även figurtexten samlad. Anslutande härtill är texten till profilbeskrivningen lagd. I denna text är vidare det till varje profil hörande tabellmaterialet insprängt jämte övriga diagram. Vid studiet av en viss profil kan då den till profilen hörande planschen (planscherna) lätt slås upp och de till profilen hörande diagrammen, tabellerna och texten samtidigt utnyttjas och jämföras dvs. hela materialet överblickas. Några begrepp och beteckningar med tillhörande definitioner och förklaringar Publiceringen av resultaten från de under rubriken Markfysikaliska undersökningar i odlad jord bedrivna forskningarna har pågått i många år. Den första uppsatsen i denna serie Marken som ett fysikaliskt system bär tryckåret 1952. En rad begrepp, beteckningar och definitioner har under denna tid blivit införda i olika uppsatser, i kompendier eller mera direkt i föreläsningarna. Till hjälp vid studiet av denna uppsats och som i viss mån en rekapitulation har i detta avsnitt av föreliggande uppsats ett antal begrepp och beteckningar sammanställts och definierats. I vissa fall har även kortfattade exemplifierande för Idaringar givits. Begreppen har icke ordnats i bokstavsföljd utan en viss av innehållet bestämd logisk ordning har eftersträvats. De enkla och i vissa avseenden mera grundläggande begreppen har därvid blivit ställda först. I stort gäller följande ordning: a. enkla volymsbegrepp, b. begrepp som rör materialsammansättningen (jorden som partikelsystem), c. strukturbegrepp (jorden som ett strukturerat system) och d. begrepp som rör vattnet i jorden (marken). Denna sista grupp (d) inleds med definitioner av och relativt utförliga förklaringar till bindningsbegreppen. Sammanställningen gör ej anspråk på fullständighet. Det är vår förhoppning, att vi skall kunna utvidga denna sammanställning av begrepp, beteckningar och definitioner att omfatta hela den i detta sammanhang centrala begreppssfären. Den nu föreliggande möjliggör emellertid en snabbrepetition av vissa fundamentala föreställningar inom markfysiken och agrohydrologien. 7
Tabell2. Sammanställning av några viktigare volymsdata för profilerna. - Siffrorna i tabellen motsvarar summasiffror i mm för de enskilda profilerna. * Anger minsta och * * anger största förekommande volym av angivet slag vid jämförelse mellan profilerna. b c d e Material- Por- Mättad Mättad Profilbeteckning volym volym uppifrån nedifrån d-e c-e e-f g e-g Vid vissnings- F. växterna Vid Akt. Diff. Diff. gränsen upptag b. provtagn. deficit Öjebyn nr l, 1956 516,0 484,0 453,7 451,0 Öjebyn nr 2, 1956 541,1 458,9 439,8 436,9 Röbäcksdalen nr l, 1956 440,6* 559,4** 554,9** 548,9** Röbäcksdalen nr 2, 1956 446,5 553,5 540,8 532,2 Offer nr l, 1957 496,0 504,0 483,8 482,0 Ås nr l, 1957 639,8** 360,2* Nordvik nr l, 1965 521,6 478,4 459,8 457,0 Nordvik nr 2, 1965 473,8 526,2 487,4 Sigsta nr l, 1954 512,5 487,5 476,4 462,3 Sigsta nr 2, 1954 515,6 484,4 471,1 456,1 Sörväna nr l, 1954 532,9 467,1 463,0 458,7 Sörväna nr 2, 1954 548,7 451,3 445,1 438,3 Ygsbo nr l, 1954 565,6 434,4 421,1 * 419,4* Ygsbo nr 2, 1954 551,6 448,4 432,7 430,0 2,7 33,0** 142,7 308,3 358,3 92,7 2,9 22,0 143,5 293,4 369,9 67,0 6,0 10,5 103,3 445,6** 504,1 ** 44,8* 8,6 21,3 92,9 439,3 494,7 37,5 1,8 22,0 188,5 293,5 407,4 74,6 90.6 269,6 233,2* 127,0 2,8 21,4 192,3 264,7 317,2 139,8 38,8 126,5 360,9 326,1 161,3** 14,1 25,2 169,4 292,9 350,9 111,4 15,0** 28,3 58,3* 397,8 363,6 92,5 4,3 8,4* 202,1 ** 256,6* 350,3 108,4 6,8 13,0 170,0 268,3 321,7 116,6 1,7* 15,0 137,0 282,4 373,8 2,7 18,4 129,1 300,9 377,2 45,6 52,8 Jordvolym, markvolym, V: volymen av en viss mängd jord i naturlig lagring, även i ompackad eller lös lagring. Anges generellt i rymdmått dm", m 3 etc. Kan även anges som en höjd, totalhöjd (totaldjup) H i enheten cm, mm etc. Härvid gäller att H= V, om ytenheten betraktas. Materialvolym (substansvolym, kornvolym), Vm (el. V 8 ): volymen av det fasta materialet (kornmaterialet) i en viss volym jord eller mark V, när detta tänkes packat så, att inga porer eller hålrum uppstår. Anges generellt i rymdmått t. ex. dm", m" etc. Kan även anges som en höjd H, (el. H 8 ) i enheten cm, mm etc. Materialitet, m: det fasta materialets volym, materialvolymen, Vm, uttryckt i procent av jordvolymen V, dvs. viss volymjord eller mark V, oavsett om dessa hålrum är fyllda med luft eller vatten. Anges generellt i rymdmått t. ex. dm", m" etc. Kan även anges som en höjd H n i enheten cm, mm etc. Porositet, n: jordens eller markens porvolym angiven i procent av totalvolymen. Om porvolymen i jordprovet, lagret eller horisonten med volymen V är Vm så gäller definitionsmässigt Observera att n har egenskapen av att vara ett typiskt medelvärde för ett särskilt i matjorden makroskopiskt sett synnerligen heterogent system! Mellan V, V m och Vn råder tydligen enligt de givna definitionerna sambandet Porvolym (hålrumsvolym) Vw den sammanlagda volymen av alla porer eller hålrum i en och för m och n gäller, att deras summa skall vara 100, dvs. 8
a b c d e f e-f g e-g h i k l n Horis. Mtrl- Por- Volym Krympning k Profilbeteckning djup vol. vol. Mättn. Mättn. Vid F. växt. V. prov- Akt. Täthet vikt cm/ Län i cm % % uppifr. nedifr. vissn.gr. uppt.b. tagn. deficit e Y t horls. v ert. tim Öjebyn nr l, 1956 0-20 46,1 53,9 45,2 43,9* 15,6 28,4* 37,1 6,8 2,61 1,20 1,0 0,9 3,7 Norrbottens län 20-100 53,0 47,0 45,4 45,4 14,0 31,5 35,5 9,9 2,69 1,43 0,8 0,7 2,2 Öjebyn nr 2, 1956 0-20 51,4 48,6 45,9 44,8 17,4 27,4 39,3 5,6* 2,64 1,36 0,4 0,8 1,9 Norrbottens län 20-100 54,8 45,2 43,5 43,4 13,6 29,8 36,4 7,0 2,71 1,48 1,2 0,9 1,5 Röbäcksdalen nr l, 1956 0-20 43,4 56,6 55,0 54,8 9,1 45,7 47,8 7,1 2,5S 1,11 1,4 1,5 0,8 Västerbottens län 20-100 44,2* 55,8** 55,4* * 54,9** 10,6 44,3** 51,1 ** 3,8 2,67* 1,18* o o 8, l Röbäcksdalen nr 2, 1956 0-20 40,8 59,2 54,3 53,9 8,9 45,0 46,5 7,4 2,66*" 1,09 1,3 1,4 6,1 Västerbottens län 20-100 45,6 54,4 54,0 53,1 9,4 43,7 50,2 2,8 2,67 1,22 o o 3,0 Olfer nr l, 1957 0-20 44,6 55,4 53,5 53,1 14,1 39,1 40,6 12,6 2,64 1,19 1,9 9,2 Västernorrlands län 20-100 50,9 49,1 47,1 47,0 20,1 26,9 40,8 6,2 2,79** 1,42 1,9 o 8,6 Ås nr l, 1957 0-20 50,4 49,6-12,3 37,4 29,9* 19,8 2,59 1,31 Jämtlands län 20-100 67,4** 32,6* - 8,3 24,4 21,7* 10,9 2,75 1,86** Nordvik nr l, 1965 0-20 45,7 54,3 54,3 54,2 17,5 36,7 26,8 27,4 2,54 1,16 1,7 1,1 39** Västernorrlands län 20-100 53,8 46,2 43,9 43,6 19,7 23,9 33,0 10,6 2,73 1,47 1,7 0,6 41 ** Nordvik nr 2, 1965 0-20 53,6* * 46,4* 44,0* 10,0 34,0 26,2 17,9 2,62 1,40** 1,3 1,2 0,4 Västernorrlands län 20-100 45,8 54,2 49,9 13,3 36,6 34,2 15,7** 2,71 1,24 0,6 0,2 23 Sigsta nr l, 1954 0-20 36,6* 63,4** 64,0* * 61,1 ** 20,0** 41,1 33,1 28,0 2,50* 0,92* 2,9 1,1 3,3 Gävleborgs län 20-100 54,9 45,1 43,6 42,5 16,2 26,3 35,6 6,9 2,71 1,49 0,3 o 2,5 Sigsta nr 2, 1954 0-20 42,0 58,0 57,7 54,8 8,7* 46,2** 37,5 17,4 2,57 1,08 2,5 1,1 4,5 Gävleborgs län 20-100 54,0 46,0 44,5 43,3 5,1 * 38,2 36,1 7,2 2,71 1,46 o o 1,3 Sörväna nr l, 1954 0-20 41,8 58,2 54,7 56,8 18,7 38,1 34,5 22,3 2,51 1,05 3,2 1,4 0,6* Gävleborgs län 20-100 56,2 43,8 43,5 43,2 20,6** 22,6** 35,2 8,0 2,72 1,53 1,4 0,6 0,5 Sörväna nr 2, 1954 0-20 38,8 61,2 58,5 56,2 11,4 44,8 26,9 29,4** 2,57 1,00 3,4 3,2 Gävleborgs län 20-100 58,9 41,1 41,0 40,7 18,4 22,3 33,5 7,2 2,73 1,61 0,6 o 1,2 Ygsbo nr l, 1954 0-20 48,6 51,4 52,5 51,9 16,0 36,0 43,3 8,7 2,63 1,28 2,8 1,6 35 Gävleborgs län 20-100 58,6 41,4 39,5* 39,5* 13,1 26,3 35,9 3,5* 2,75 1,61 o o 1,4 Ygsbo nr 2, 1954 0-20 44,0 56,0 53,5 52,7 11,7 41,0 43,9** 8,8 2,60 1,14 2,8 0,9 6,4 Gävleborgs län 20-100 58,0 42,0 40,7 40,6 13,2 27,4 36,2 4,4 2,75 1,59 0,4 0,3 0,008* Tabell 3. Sammanställning av några viktigare fysikaliska data för profilerna. I denna tabell har varje profil uppdelats i lagren matjord och alv, varvid matjordens djup schematiskt satts= 20 cm. Siffrorna i tabellen utgör enkla aritmetiska medeltal av värdena för ingående decimeterlager. Jämför också med tabell 2! * Anger minsta och ** anger största förekommande volym av angivet slag vid jämförelse mellan profilerna.
100 =m+ n Portal, e: jordens eller markens porvolym uttryckt som en kvot (ett äkta bråk) mellan porvolymen vn i en viss volym jord v och materialvolymen Vm (V 8 ) jord, dvs. i samma volym Om i jordvolymen V (cm") med torra vikten Gm (g) volymen vatten är Vv (cm"), så gäller definitionsmässigt att Gv Vv Gv w = 100-- och w = 100- = 100-1 Gm 2 V V Härur erhålles också det viktiga sambandet Mellan e och n gäller sambanden n looe e=--- och n=-- 100-n l +e Portalet användes framför allt inom geotekniken vid studiet av t. ex. kompressionsoch konsolideringsprocesser. Volymvikt, y: jordens (markens) vikt per volymsenhet Om jorden med volymen V dm 3 och vattenhalten w (O~ w2 ~n) väger G kg, gäller att G j a y= v kg dm Som regel anges i våra arbeten vattenhalten i volymprocent w2 med utelämnat index. Materialets (kornmaterialets) täthet e (äv. s): genomsnittliga tätheten, hos det fasta materialet (kornmaterialet). Anges vanligen i g/cm". Mellan torra volymvikten, Yt kg/ dm", tätheten e gjcm" (=kg/dm") och materialiteten m råder sambandet m=loo?:'t e Då enligt tidigare givna definitioner n = 100-m, fås härur den viktiga formeln Om jordens vikt helt torr (w2 =0) är Gm kg gäller för torra volymvikten Yt Gm r /d a Yt =V /(g m och om jordens vikt helt vattenfylld (w2 =n) är Gv, m gäller för vattenmättade volymvikten, Yv. m G v, m n / a Y = -- = y + - kg dm v,m V t 100 Vattenhalt, w: allmän beteckning för jorden eller markens procentuella innehåll av vatten (w av eng. water). Vattenhalten i en jord kan uttryckas på olika sätt. De två viktigaste är. viktsprocent, w 1 och volymprocent w2, varvid index utsättes, om missförstånd kan uppstå. Olika former av vatten i jorden anges med hjälp av bokstavsindex t. ex. w~> w a,., W v etc. (se forts.!) Allmän beteckning för djupet i en profil, z: i samband med mera allmänna analyser av egenskaper, järnvikter och processer i en profil är det lämpligt att i första hand betrakta dessa som funktioner av djupet z och tiden t, dvs. u= f(t, z, I) varvid u betecknar någon aktuell storhet och I betecknar de bestämda villkor, som för övrigt råder i profilen men ej explicit blivit uttryckta. u benämnes djupfunktion (eng. depth function). Volymsdiagram, n-diagram: i ett diagram med horisontella axeln, w-axeln, likformigt graderad i volymprocent och vertikala axeln, djup- eller z-axeln, likformigt graderad i centimeter kan olika volymsrelationer för en profil avbildas dvs. den mot funktionen lo
u= f(z) svarande funktionskurvan, grafen, uppritas. u betecknar härvid i varje enskilt fall en bestämd djupfunktion. En av de viktigaste djupfunktionerna är n, porositeten. Diagram uppbyggda på detta sätt kan därför kallas volyms- eller n-diagram. Partikelsystem respektive porsystem: mot varje givet partikelsystem dvs. rumsligt avgränsad anhopning av partiklar svarar ett bestämt porsystem. Ett givet jordprov, ett bestämt jordlager eller en bestämd avgränsad del av marken, ett markblock, kan betraktas som ett sådant partikelsystem mot vilket svarar ett bestämt porsystem. Genom bestämning av ett givet partikelsystems kornstorlekfördelning erhålles en första utgångspunkt för beskrivning av partikelsystemet och genom bestämning av samma systems porstorleksfördelning erhålles en första uppfattning om motsvarande porsystem. En av markfysikens viktigaste och samtidigt intressantaste frågeställningar är den om relationerna mellan ett givet partikelsystem och dess korresponderande porsystem. Partikeldiameter, dp: diametern hos de enskilda partiklar, primärpartiklar eller enkelkorn, varav jordmaterialet består. Vid siktanalys definieras partikeldiametern av fria maskvidden hos de använda siktarna och vid sedimentationsanalys av diametern på den tänkta sfär av partikelmaterialet, vars fallhastighet i vatten är lika med de givna partiklarnas fallhastighet Där ingen förväxling kan uppstå strykes index. I teoretiska utredningar över kornstorleksfördelningar och -frekvenser, där partikeldiametern betraktas som oberoende variabel, ersättes ofta dp med x. Kornstorleksfördelning, cpp: jordmaterialets kornstorleksfördelning eller det procentuella innehållet av olika kornstorlekar. För en given profil är denna fördelning i första hand en funktion av djupet z och partikeldiametern dp, dvs. som för dp =dp. 1, dp =dp.z osv, ger olika kurvor i ett diagram med horisontella axeln graderad i viktsprocent och vertikala axeln graderad i cm djup. För bestämda djup z= Z r, z= z 2 osv. erhålles de vanliga s. k. frekvenskurvorna respektive efter integration (successiv summering av frekvenserna) summations- eller fördelningskurvor (kornkurvor): y= f(x), där x är löpande partikeldiametern och y summationsprocenten. Summationsprocent, fördelningsfunktion, y: vid fördelningar såsom partikelfördelningar, mikroaggregatfördelningar, makroaggregatfördelningar och porstorleksfördelningar betecknar y procenten partiklar, aggregat eller porer med diametern mindre än eller lika med en viss angiven storlek x (eller d). Om cp(x) är den aktuella fördelningens frekvensfunktion, så gäller generellt y= Ja cp(x)dx dm där dm betecknar den minsta förekommande diametern. Betecknas den största förekommande diametern med dm, så gäller även J d]ji 100 = cp(x)dx dm Genomsläpplighet för vatten, permeabilitetskoefficient, k-värde, k: k (bet. k"' om så behövs) definieras av Darcys ekvation där q är den vattenmängd, som per tidsenhet passerar den mot strömriktningen vinkelrätt ställda ytan A, då tryckfallet är Ah längdenheter vattenpelare per l längdenheter strömväg. Enheten för k bestäms av den valda tidsenheten samt enheterna för q och A. I våra arbeten är enheten för k cm/tim ( =cm 3 / cm 2, tim) eller i vissa mera teoretiska sammanhang cm/s ( =cm 3 /cm 2, s). 11
För ett bestämt jordprov, ett bestämt jordlager eller en bestämd markhorisont är k starkt beroende av vattenhalten w. I allmänhet avses, när man talar om jordarnas genomsläpplighet för vatten, att jorden är mättad med vatten eller mera exakt w ~n (eng. saturated hydraulic conductivity). Om jorden icke är vattenmättad, w <n, talar man om kapillär ledningsförmåga kc (eng. äv. unsaturated hydraulic conductivity). En möjlighet att uppskatta k för mera rena enhetliga kornfraktioner i enkelkornstruktur ger formeln k~, 5 d~ cm/s""' 2 10 4 d~ cm/tim där dp är någon lämpligt vald medelkorndiameter. Genomsläpplighet för luft, k 1 : k 1 definieras av ekvationen som formellt överensstämmer med Darcys ekvation. Enheten för k 1 blir även här liksom vid definitionen av genomsläppligheten för vatten kv (el. k) bestämd av i vilka enheter de i formeln ingående storheterna uttryckes. Om vi löser ut k 1, får vi k- Q 1 - t A D..h/l som ger definitionen: genomsläppligheten för luft k 1 är lika med den luftmängd, som per tidsenhet går genom den mot strömningen vinkelrätt ställda ytenheten, när tryckfallet är en cm v.p. per cm strömväg. Väljes c-g-senheter, blir alltså enheten för k 1 cm 3 /cm 2, s (~cm/s), när tryckfallet är l cm v.p.jcm ström väg. Man kan visa (både teor. och exp.), att för ett och samma stabila porsystem gäller vid + l8 C formeln kl~ 57,8 kv där k 1 är luftgenomsläppligheten vid helt luftfyllt porsystem och kv är vattengenomsläppligheten vid helt vattenfyllt porsystem. För välaggregerade jordar växer k 1 snabbt från värdet O för w ~n till mycket höga värden redan för små sänkningar i vattenhalten. Omvändningen gäller för kv dvs. kv sjunker snabbt vid begynnande tömning av vattnet i porsystemet Jordstruktur, markstruktur: det sätt, på vilket de enskilda jordpartiklarna, primärpartiklarna är lagrade och hopfogade i förhållande till varandra benämner vi jord- eller markstruktur. All medelst syn och känsel iakttagbar struktur benämnes makrostruktur eller grovstruktur. Detta gäller både om marken (profilen) som helhet liksom om ingående mindre delar, strukturelement. Den ej iakttagbara struktur, som ligger bakom och delvis måste bestämma makrostrukturens utbildning och utseeende men som endast kan avslöjas medels speciella fysikaliskt-kemiska metoder eller med hjälp av mikroskop, benämner vi mikrostruktur eller.finstruktur. Strukturelement: olika direkt urskiljbara eller på annat sätt iakttagbara och mätbara delar såsom primära partiklar ( ~ enkelkorn), sammansatta partiklar (~aggregat), döda växtrötter, snäckor m. m., som bygger upp strukturen eller varav strukturen består kallar vi strukturelement. Aggregat: sekundär jordpartikel uppkommen genom att flera enkelkorn (primärpartiklar) sammanfogats till en större, mer eller mindre stabil enhet. En jord, som består av aggregat, säges vara aggregerad, ha aggregatstruktur. Ju större sammanhanget mellan de enskilda kornen inom ett aggregat är och ju svagare sammanhanget emellan de enskilda aggregaten inbördes är, ju mera utpräglad är aggregatstrukturen. Om aggregatstrukturen är väl utbildad och stabil, sönderfaller jorden inom tämligen vida vattenhaltsgränser lätt i en massa av från varandra fria aggregat. Större lätt iakttagbara aggregat kallas makroaggregat och mindre aggregat kallas mikroaggregat. Crumb: aggregat, som saknar bestämd dimension och form; i allmänhet relativt 12
små; inga bestämda välavgränsade ytor; makroskopiskt sett porösa; sönderfaller vid tryck i liknande mindre element; upptar vatten snabbt; bildade och stabiliserade under inflytande av biologiskt verksamma, strukturgenererande processer (jfr med fragment!). Fragment: aggregat med relativt plana, makroskopiskt sett täta begränsningsytor; skarpkantade polyedrar, uppkomna genom direkt mekanisk sönderdelning av större element; upptar vatten långsamt; bildade under medverkan av fysikaliska processer. Flockstruktur: en viktig form av mikrostruktur är den s. k. flockstrukturen, vilken kan definieras såsom en av mikroskopiskt små, sekundära partiklar, flockar (aggregat), uppbyggd struktur, varvid de enskilda flockarna har bildats i samband med sedimentationen genom koagulation, utflockning, av primära partiklar ur en suspension. Enkelkornstruktur: om i en mark eller i en viss horisont ingen aggregering förekommer eller kan påvisas, säges marken (horisonten) ha enkelkornstruktur. Ofta användes såsom beteckning för detta tillstånd även termen strukturlös. Denna term bör dock undvikas, då enligt de här givna definitionerna alla jordar måste anses ha en viss struktur, således även en nyss uppkastad grushög. Om de enskilda kornen ligger fast förbundna med varandra, så att en sammanhängande mer eller mindre hård massa uppkommer, säges marken (horisonten) vara cementerad och strukturen benämnes massiv. Denna cementering kan vara betingad av utfällda järn- eller aluminiumhydroxider, irreversibelt utfällda humuskolloider etc. Som exempel på massiv struktur kan nämnas de s. k. ortstensbildningarna. Aggregatdiameter, d: vid siktanalys av aggregatens storlek definieras aggregatdiametern d av fria maskvidden hos de använda siktarna, och vid sedimentationsanalys av mikroaggregatens storlek definieras aggregatdiametern av diametern på den tänkta sfär av materialet, vars fallhastighet i vatten är lika med de givna aggregatens fallhastighet. I diagrammen över makroaggregatens storleksfördelning med djupet anges storleksklasserna av olikheter. Så betyder t. ex. 0.25 <d<0.5, att aggregatens diametrar är mindre än 0.5 mm men större än 0.25 mm. Makroaggregatfördelning, rp1v1: mängden makroaggregat av olika storleksklasser uttryckt i procent av totala vikten ( =sammanlagda vikten av alla aggregatfraktionerna). För en given profil är denna fördelning i första hand en funktion av djupet z och aggregatdiametern d dvs. fp1v1 = fp~vlz, d) som för d= dr, d= d. osv. ger olika kurvor i ett diagram med horisontella axeln graderad i viktsprocent och vertikala axeln graderad i cm djup. För bestämda djup z= z 1, z =Z z osv. erhålles de vanliga s. k. frekvenskurvorna respektive efter integration (successiv summering av frekvenserna) summations- eller fördelningskurvor. Mikroaggregatfördelning, rpm: mängden mikroaggregat av olika storleksklasser uttryckt i procent av totala vikten ( =sammanlagda vikten av alla aggregatfraktionerna). Om fpm för ett givet prov i ett bestämt lager betraktas som funktion av löpande aggregatdiametern x, så gäller fpm = fpm(x) och för summationsprocenten y gäller y= Id fpm(x)dx dm Aktuell struktur: all erfarenhet lär, att strukturen, särskilt makrostrukturen i matjorden och dess ytlager i hög grad förändras med tiden. Hur densamma förändras, och i vilken riktning processerna går, beror av många omständigheter såsom jordart, läge, klimat, bearbetning, gröda m. m. strukturen 13
i en jord eller ett bestämt jordlager vid en bestämd tidpunkt benämner vi därför aktuell struktur. Strukturstabilitet: strukturens större eller mindre motståndskraft mot strukturförändrande (strukturnedbrytande) faktorer såsom mekaniskt tryck, kraftiga regn, långt gående upptorkningar, långvarig vattenmättnad osv. Strukturkapacitet: det primärt bildade eller avsatta geologiska materialets, jordartens benägenhet, att under inflytande av strukturbildande faktorer ge upphov till en mer eller mindre rikt differentierad, stabil struktur. Strukturaktivitet: när en viss jord med given strukturkapacitet utsätts för olika strukturbildande faktorer, utbildas den iakttagbara och mätbara aktuella strukturen. Omfattningen av och intensiteten i de strukturbildande (strukturförändrande) processerna benämner vi strukturaktivitet. Vattenbindande tryck (respektive vattenavförande tryck), h 1 : den summerade verkan av alla krafter, som binder vattnet i (respektive vill föra vattnet bort från) ett jordprov, en begränsad del av ett jordlager eller en markhorisont mätt som tryck, dvs. som kraft/ytenhet, och angiven i någon lämplig tryckenhet t. ex. cm v.p. ~centimeter vatten pelare, m v. p., mm Hg, kp/cm 2 etc. Delvis eller helt synonyma termer är tension, stress, potential osv. Om ett jordprov pålägges ett bestämt och tillräckligt stort vattenavförande tryck bortgår som regel en viss mängd vatten. När något vatten ej längre bortgår från provet, säges provet befinna sig i jämvikt med det pålagda vattenavförande trycket. Det vattenbindande trycket är då lika med det vattenavförande trycket. Det totala vattenbindande trycket eller kortare bindningstrycket kan visas vara bestämt av ett adsorptivt bindningstryck h 1, a ett kapillärt bindningstryck h 1, c och ett osmotiskt bindningstryck h 1 0 dvs. Summan av h 1, a och h 1, c bestäms av jordens textur och struktur och kan därför kallas fysikaliskt bindningstryck (eng. matric suction, matric potential) medan h 1, 0 är beroende av mängden osmotiskt verksamma partiklar i markvätskan och endast kommer till uttryck i system, där semipermeabla membraner ingår. Kapillärt bindningstryck, h 1, c: det kapillära bindningstrycket bestämmes direkt av jordens porsystem och via detta indirekt av jordens kornstorleksfördelning eller textur och av dess struktur. Om bindningstrycket i en jord är h 1 cm v.p. och om detta tryck antas ha sitt säte i kapillärt spända eller krökta vattenmenisker, så gäller för dessa meniskers medelkrökning r v ~ dv/2, att h 1, c cm v.p. ~ 0,3/dv cm Lagarna för kapillaritet kan anses gälla för dimensioner på dv ned till 10-6 cm dvs. för d v~ 0,01 fl (mikron). Detta ger h 1, c max~ 300 000 cm v.p. ""'300 atm. För dv ~ 3000 ft ~ 3 mm, erhålles h 1 c~ l cm v. p., vilket kan betraktas som ett praktiskt minimivärde för ht, c Observera, att vattenmolekylens egen storlek är ca 3 10-s cm ~ 3 Å (Ångström). Detta gör, att i ett kapillärrör med diametern 10- cm fortfarande ca 30 vattenmolekyler behövs för en bryggbildning från vägg till vägg i rörets diameterplan. Adsorptivt bindningstryck, h 1, a: det adsorptiva bindningstrycket bestämmes av jordmaterialets hygrofila (fuktälskande) egenskaper såsom finfördelning, kolloiditet, partiklarnas ytegenskaper, jonbeläggning etc. Ju större jordmaterialets specifika yta Asp är, ju större är den mängd vatten, som materialet adsorptivt kan binda. De adsorptiva bindningstrycken kan nå mycket höga värden. Det sista vatten, som bortgår från ett prov under torkning vid temperaturen + 105 C i ett ventilerat torkskåp, anses vara bundet till materialet med det enorma bindningstrycket h 1 ~ 10 000 atm 14
= 10 000 000 cm v.p. svarande mot ett p F av log 10 000 000 =7,0. Dessa höga bindningstryck ger upphov till betydande sänkningar av ångtrycket över jordprover, som endast är svagt fuktiga eller har låg till mycket låg vattenhalt. Om mättnadsångtrycket över ett sådant jordprov är cp procent av mättnadsångtrycket över en ren vattenyta, så kan bindningstrycket h 1 vid + 20 C beräknas med hjälp av formeln 100 htcatm) = 3068logcp Ex. Temp. =20 C och cp 50% ger h 1 = 3068log J 5 ~0 = 3068 0,3010 = 923 atm. Osmotiskt bindningstryck, h 1 0 : det osmotiska bindningstrycket bestämmes av markvätskans osmotiska värde eller tryck dvs. av markvätskans innehåll eller koncentration av osmotiskt verksamma partikar. Om markvätskans koncentration av osmotiskt verksam substans är c mol/l, så är vid temperaturen t C h 1 0 uttryckt i atmosfärer med god tillnärmelse bestämt av uttrycket ht, o = 0,082 c (t + 273) Det osmotiska bindningstrycket gör sig märkbart vid vattnets rörelse genom semipermeabla hinnor, membraner eller system. Om markvätskans koncentration av osmotiskt verksam substans (joner, molekyler) sättes till c= 0,02 mol/l, erhålles för t= 20 C h 1, 0 = 0,082 0,02 293 = 0,48 atm eller"'500 cm v.p. pf=2,7. Ekvivalentpordiameter, dv: mot varje givet eller utifrån pålagt vattenavförande tryck h 1 cm v.p. svarar ett vattenbindande tryck, som vid jämvikt är lika med h 1 men rakt motsatt riktat. Om vi anser lagarna för kapillaritet gälla ned till porstorlekar med diametern 10- cm= 0,01 p så kan vi för varje givet vattenavförande tryck h 1.;; 300 kpfcm beräkna en motsvarande medelkrökning på de bärande meniskerna, som just är sådan, att den ger upphov till det aktuella trycksprånget. Härvid har då hela det aktuella bindningstrycket tillskrivits kapillärt spända menisker, vilket i mycket finkorniga jordarter blir en allt större approximation ju större det aktuella trycket är. Enligt fysiken gäller 0,3 h =-cm t dv där dv (cm) är dubbla värdet av radien för meniskens medelkrökning. Vid cirkulära kapillära glasrör med fullständig vätning blir d v =glasrörets diameter. Vi kan uppfatta dv som diametern hos en cirkulär kapillär kanal eller - med något bättre anslutning till de mycket komplexa porformerna i reella system (jord, mark) - hos en porhals, en porf örträngning. Ekvationen ovan kan betraktas som definitionsekvationen för begreppet ekvivalentpordiameter dv. Mot varje givet vattenavförande tryck h 1 svarar då en bestämd pordiameter, sådan att den maximala krökningen hos en vattenmenisk i en por med denna diameter just kan ge upphov till ett vattenbindande tryck, som är numeriskt lika med h 1 Den vid ett visst aktuellt pålagt vattenavförande tryck i ett prov förefintliga mängden vatten kan då sägas vara bundet av kapillära menisker, vilkas diametrar är mindre än eller lika med dv. Vattenbindningskarakteristika, bindningskarakteristika, wh 1 -kurva: om för ett givet jordprov ett antal sammanhörande värden på w och h 1 experimentellt bestämmes, kan dessa värden inprickas i ett diagram, wh 1 -diagram, och sammanbindas till en kurva. Den på detta sätt erhållna kurvan benämnes whr kurva, vattenbindingskarakteristika eller enbart bindningskarakteristika. Den horisontella axeln i detta diagram är likformigt graderad i volymprocent, w, (ev. viktsprocent) och den 15
vertikala axeln med positiv riktning uppåt är likformigt eller olikformigt (log-skala) graderad i enheter vattenbindande tryck ht (cm v.p., m v.p. kp/cm 2, etc.) Denna kurva är den grafiska bilden av den symboliskt tecknade men ej analytiskt uttryckbara funktionen ht ~ f(w, z) där för z ~z" z 2, z 3 motsvarande olika djup ht blir en funktion av endast en oberoende variabel w. Bindningskarakteristikan ger oss en fundamental och fruktbärande beskrivning av ett jordprovs eller ett bestämt jordlagers vattenhållande egenskaper. pf: bindningstrycket ht i en jord kan variera från h t~ O kpjcm 2 för w~ n, då hela porsystemet är helt utfyllt med vatten till ht ~lo 000 kpjcm 2, för w~ O, då jorden torkats i ventilerat torkskåp vid temperaturen + 105 C. Vid grafiska framställningar av sambandet mellan vattenhalt w och bindningstryck ht måste därför, då hela bindningsområdet skall täckas, en transformerad skala för ht användas. Vanligast är en logaritmisk skala definierad av uttrycket pf ~lolog ht varvid ht skall anges i cm v. p. Ex. ht ~ 1,0 m v.p. ger pf~log 100~2 och ht~3.0 m ger p F~ log 300 ~ 2,48. Allmän beteckning för grundvattenytans djup i en profil, h 0 : vid teoretiska utredningar, där man från början ej vill låsa analysen vid något bestämt numeriskt angivet djup på grundvattenytans läge under markytan, är det nödvändigt att ha en allmän beteckning för detta djup. Beteckningen är h 0 Om man befinner sig på djupet z cm i en profil, där grundvattenytan står på djupet h 0, så är enbart på grund härav det vattenavförande trycket på detta djup Vid jämvikt, dvs. ingen vattenrörelse, är då också det vattenbindande trycket bestämt av samma uttryck. I själva grundvattenytan är z ~h 0, varför h t ~O, vilken likhet kan uppfattas som en definition på begreppet grundvattenyta. Aktuell vattenhalt, w a: jordens eller markens vattenhalt vid en bestämd tidpunkt. Index a utsättes som regel endast, då närmare analyser fordrar, att olika typer av vattenhaltsbestämningar och -fördelningar i en profil hålls isär. a kan även ersättas med ett sifferindex angivande dag och månad t. ex. w 17 8 Aktuell begynnelsevattenhalt, Wa, i: aktuell vattenhalt i jorden vid t. ex. början av en vegetationsperiod eller början av en bestämd vegetationsfas (i av initial). Aktuell slutvattenhalt, W a, 1 : aktuell vattenhalt i jorden vid en av växterna orsakad upptorkningsprocess, i allmänhet vid vegetationsperiodens slut (a av aktuell och f av final). Vattenhalten vid fältkapacitet, w k: praktiskt vattenhalten i en profils olika lager eller ett bestämt lager, när dessa (detta) är mättade (mättat) och i vattenhaltsjämvikt med rådande för profilen normala förhållanden. Begreppet är oskarpt definierat i litteraturen och mångtydigt. Jämför med begreppet vattenhalt vid dräneringsjämvikt! Vattenhalt vid dräneringsjämvikt, Wdr, ho: vattenhalten i en profils olika lager liksom i ett bestämt lager, när dessa (detta) från en högre vattenhalt utbildat en vattenhaltsjämvikt mot en på ett bestämt djup h 0 stående grundvattenyta. Mot t. ex. h 0 ~ 1,0 m svarar alltså w~ w dr, 1.o och mot h 0 ~ 3,0 m svarar W~ W dr, a. o OSV. Bindningstrycket ht betraktat som en funktion av djupet är då och dht -= -1 d z dvs. bindningstrycket avtar med l cm v.p. per l cm ökning av djupet. 16
Vattenhaltskurva vid dräneringsjämvikt, Wdr, ho: den kurva, som erhålles i ett n-diagram, då i det symboliska uttrycket w ~F(z, ht. t) ht sättes ~ho -z och åwfåt ~o, eller uttryckt på annat sätt: den kurva, som erhålles, då jämviktsvattenhalterna i de olika lagren av en profil vid ett bestämt grundvattenstånd h 0 in prickas och sammanbindes i ett n-diagram. Dränerbart vatten: vatten, som avgår eller kan avgå från ett bestämt jordlager, då detta utsättes för bestämda dräneringsvillkor dvs. ett bestämt vattenavförande tryck ht cm v.p. n-wdr, ho varvid wd,., ho är den vattenhalt, lagret antar vid dräneringsjämvikt mot en på h 0 cm djup stående grundvattenyta. Om lagret ligger på djupet z cm under markytan, är härvid det vattenavförande trycket i lagret bestämt av ekvationen ht ~ho -z cm v.p. Volymen dränerbart vatten, Vv, dr: den volym vatten, som avgår eller kan avgå från ett bestämt jordlager eller en hel profil, då detta (denna) från en högre vattenhalt får utbilda eller tänkes utbilda en dräneringsjämvikt Wdr, h 0 dvs. en vattenhaltsjämvikt mot en på ett bestämt djup h 0 stående grundvattenyta. Om i ett jordlager, d cm tjockt, porositeten är n och utgångsvattenhalten w ~n, vattenhalten vid dräneringsjämvikt blir Wdr, ho' så gäller för Vv, dr v; ~n-wdr,ho,dcm3 ~n-wdr,ho,d v, dr 100 10 mm För en hel profil uppdelad i p lager gäller då 2-703862 Grundförbättring 1970: l I våra undersökningar är som regel profildjupet 100 cm och d; konst.~ l dm~ lo cm. Detta ger lo 10 Vv, dr~ L ni- L W dr, ho i=l i=l Fritt vatten: vatten, som förekommer eller kan förekomma i de grövsta porerna av en jord, som är löst bundet och som under tyngdkraftens inverkan lätt avgår mot djupare lager. Begreppet är oskarpt definierat och ersättes numera alltmera av att man anger, vilken vattenhalt, som uppstår i ett jordprov eller ett bestämt jordlager, då det utsättes för ett bestämt mindre vattenavförande tryck ht t. ex. ht ~ 100 cm v.p. Jfr med begreppet vattenhalt vid ett bestämt vattenavförande tryck, en bestämd tension! Volymen fritt vatten, Vv, 1,.: volymen av den mängd vatten, som förekommer eller kan förekomma i de grövsta porerna av en jord, som är löst bundet och som lätt avgår mot t. ex. djupare lager under tyngdkraftens inverkan. Begreppet är oskarpt definierat och ersättes numera alltmera av andra begrepp, som kan ges en skarpare definition. Se t. ex. dränerbart vatten! Vattenhalten vid ett bestämt vattenavförande tryck, en bestämd tension, Wt, h: vattenhalten i en jord, ett bestämt lager eller en horisont vid ett bestämt vattenavförande tryck ht ~h. Så betecknas t. ex. vattenhalten i ett lager eller ett prov, som uppnått jämvikt med ett vattenavförande tryck av 1,0 m v.p. med Wt, ''"' av 3,0 m v.p. med Wt, a.o osv. Vattenhaltskurva vid konstant vattenavförande tryck, avsugnings- eller tensionskurva, W t, h: den kurva, som erhålles i ett n-diagram, då i det symboliska uttrycket w ~ F(z, h 1, t) h 1 sättes~h(h~l,o, h~2,0, h~3,0 m v.p.) och oh 1 /åt ~o, eller uttryckt på annat sätt: den kurva, som erhålles, då jämviktsvattenhalterna i de olika lagren av en profil vid ett bestämt och för alla lagren lika vatten- 17
avförande tryck inprickas och sammanbindes i ett n-diagram ( ~volymsdiagram). Vissningsgräns, wv: vattenhalten i jorden, då växterna på grund av rådande bindningstryck ej längre förmår ta upp vatten från jorden. Bindningstrycket eller det vattenbindande trycket, ht. är då omkring 15 atm. eller 150 m v. p.~ 15 000 cm v. p. Tydligen är då ocksåpf=log ht =log 15000 =4,2. Den mot detta bindningstryck svarande ekvivalentpordiametern dv beräknas med hjälp av formeln dv cm =0,3/ht cm v.p. till dv cm =0,3/15 000 ~0,00002 cm ~0,0002 mm =0,2 fl. Vattnets ångtryck över en por med denna diameter är vid + 20 C 98,9 procent av mättnadsvärdet. Upptagbart vatten: vatten, vars bindningstryck är mindre än bindningstrycket vid vissningsgränsen. Se i övrigt definitionen av och kommentarerna till begreppet volymen upptagbart vatten! Volymen upptagbart vatten, Vv. u: volymen upptagbart vatten kan definieras på många olika sätt. Hur denna definition än utformas, så är det nödvändigt, att den baseras på experimentellt väldefinierade vattenhaltsstorheter. Den undre gränsen kan alltid sättas =vissningsgränsen, Wv Den övre gränsen har i våra arbeten blivit satt något olika vid olika tidpunkter. I de tidigaste uppsatserna av Markfysikaliska undersökningar i odlad jord sattes den övre gränsen= W t. o.os, således vid en vattenhalt, som motsvarar en mycket lös bindning och en tömning av endast de allra grövsta porerna, dv?;; 0,6 mm. Den övre vattenhaltsgränsen har också blivit satt ~n dvs. lika med helt vattenfyllt porsystem. Otvivelaktigt är allt vatten emellan w =n och w~ W v upptagbart i den meningen, att dess bindning ej hindrar dess upptagande. Å andra sidan kan beroende av profilens textur och struktur och givna dräneringsvillkor en större eller mindre del av porsystemet så snabbt tömmas på vatten, att differensen n W v såsom mått på upptagbart vatten är fiktiv. Den lämpligaste definitionen på volymen upptagbart vatten torde därför vara (d= det betraktade jordlagrets tjocklek i cm) där w d,., ho är någon för profilen lämpligt vald dräneringsjämvikt Alternativt kan också definitionen n- W v användas, om den i varje enskilt fall kompletteras med några olika uträknade vattenhaltskurvor för dräneringsjämvikt. Dessa ger då tillsammans med övriga relevanta omständigheter möjligheter till olika korrektioner och alternativa beräkningar av Vv. u Det tidigare givna uttrycket ger för en en meter mäktig profil uppdelad i tio lager med den för varje lager konstanta tjockleken 10 cm 10 Vv,'ll = "(wd L, r, h o, l -W v, t.) i=l Volymen ej upptagbart vatten, Vv. w: volymen av den vattenmängd, som finns kvar i ett jordlager eller en hel profil, då växterna på grund av rådande bindning ej längre förmår ta upp något vatten från jorden. Vattenhalten i jordlagret eller profilen är då överallt lika med vissningsgränsen, wv. Om i ett jordlager, d cm tjockt, vissningsgränsen är Wv, så gäller för Vv, w V: ~ w" dmm v, w 10 och för en hel profil uppdelad i p lager I våra undersökningar är som regel p = 10 och d = l dm = l O cm, vilket ger p Vv,w= L Wv,i i=l Jämför med tabellerna över viktigare fysikaliska data för profilerna! 18
Volymen ej upptagbart vatten har här blivit strängt definierad utifrån den experimentellt bestämbara vissningsgränsen Wv Huruvida vattenhalten i en given profil ned till ett visst djup under inflytandet av vegetationens vattenupptagning kan sänkas så, att den aktuella slutvattenhalten wa. 1 sammanfaller med vissningsgränsen Wv, beror emellertid även av andra betingelser än enbart bindningstrycket Sådana andra betingelser är profilens makrostruktur, genomluftning, aktuellt rotdjup etc. Beskrivning av de enskilda profilerna Profil Öjebyn nr l, 1956, Norrbottens län (Tabellerna 4 och 5, figurerna 2-5, plansch l) Tabell 4 innehåller en sammanställning av viktigare fysikaliska data för profilen. Jordartens växlingar med djupet framgår av figur 2 och aggregatens storleksfördelning kan studeras i figur 3. I tabell 5 har vidare de mot bestämda pålagda vattenavförande tryck svarande jämviktsvattenhalterna blivit sammanställda och i figur 5 har i anslutning till tabellens värden bindningskarakteristikorna för tre olika lager uppritats. Volymsförhållandena belyses av n-diagrammet, figur 4. Provplatsen ligger på ett större, öppet och jämnt fält. Lägeskoordinaterna anges i tabell l. Geologiskt utgör fältet en del av ett sedimentområde Ö om Svensbyfjärden. sedimentornrådet ligger inom inre delen av den s. k. Pitebygdens kustzon. Glaciala sediment, oftast med föga mäktighet, överlagras här av postglaciala. Ytligt är jordarterna starkt växlande inom området, beroende på utsvallningar från moränhöjder och isälvsavlagringar av framförallt grov- och finrnamaterial (Fromm, 1965). Profilens allmänna utseende framgår av plansch l. Planschen visar en sammanställning av ett vertikalsnitt (eg. profil), 0-100 cm djup, och fyra horisontalsnitt svarande mot djupen 20, 40, 67 och 85 cm. Profilens omedelbart mest framträdande drag är det ljusa mjälalagret på ca 70 cm djup. Planschen visar (stött av övrigt undersökningsmaterial), att profilen kan sägas bestå av fyra strukturellt och även texturelit relativt väl från varandra skilda horisonter eller lager: matjorden 0-20 cm djup med lucker struktur och god genornrotning; lagret 20-50 cm djup med ett glesare direkt iakttagbart system av makrosprickor och ett finare, svårare iakttagbart system av mikrosprickor, direkt synliga är en del mindre maskkanaler och äldre rothål; lagret 50-75 cm djup med högt inslag av grovmjäla och finmo (summa 83% i lagret 60-70 cm!), flytjordslager i enkelkornstruktur, saknar öppna sprickor men med igenslammade gamla kanaler (se 3. h-snittet!), troligen bildade då vegetationen utgjordes av mångåriga och kraftigt rotade träd, de mörka ringarna består av utfällt järn, lagret utvisar en tydlig varvighet; lagret 75-100 cm djup med ett tydligt markerat grövre spricksystem och ett finare svårare iakttagbart, lagret utvisar framträdande rostfärgningar (dokumenteras med hjälp av mot svart-vitbilden svarande färgbild!). Krympningen (tab. 4) är särskilt låg i lagret med enkelkornstruktur och överhuvud låg genom hela profilen. Genomsläppligheten är ej mätbar (med våra metoder) i de båda enkelkornshorisonterna och även i övrigt låg utom i matjorden och lagret 40-50 cm djup. Samvariationen mellan vissningsgräns och lerhalt är iögonenfallande, när halten för ler (fig. 2) jämföres med vattenhalten vid vissningsgränsen (fig. 4). Medelvärdet för Wv är 14,3 procent men i mjälalagret sjunker Wv till värdet 6,0 procent. Volymen för växterna upptagbart vatten har angivits till 308 mm och beräknats som den enkla differensen 19