Sammenligning af permeabilitet og vandkapacitet i tre forskellige jordartsmaterialer
Formål
Den sidste istid bragte store blokke af sten og grus fra de nordlige skandinaviske lande med sig til Danmark. Isen dækkede store dele af Danmark men trak sig tilbage fra, henholdsvis Østdanmark og Syd- og Vestjylland, på forskellige tidspunkter. Derudover kom istidens gletchere fra forskellige sider, og har derfor arbejdet sig rundt i det danske land. Det har forårsaget at Danmarks jordbund er meget forskellig alt afhængig hvor man befinder sig i Danmark. Danmark er et landbrugssamfund, hvorfor det er vigtigt at vide noget om jordens sammensætning når jorden ønskes dyrket.
For at få et billede af jordbundes frugtbarhed og dyrkningsevne kan man med fordel undersøge jordens permeabilitet, altså jordens gennemtrængelighed. Ved at undersøge jordens gennemtrængelighed får man ligeledes et billede af jordens vandkapacitet, som har en væsentlig betydning for dyrkningsevnen. Opgaven tager udgangspunkt i en henholdsvis lerholdig jord, sandholdig jord og en organisk sandjord.
Teori
Til undersøgelse og besvarelse af opgaven udnyttes teori om jordtyper. Permeabilitet-, porøsitet- samt vankapacitetsbegreberne bliver udfoldet i opgaven. Derudover anvendes teori om landbruget og forudsætningerne for et rentabelt afgrødeudbytte.
Anvendte materialer
* 3 tragte * 3 stk. Filterpapir * 6 glaskolber * vægt * sandholdig jord, lerholdig jord samt organisk sandjord * vand * ur til tidtagning
Udførelse
* Vi placerede filterpapiret i tragtene som blev anbragt i glaskolberne * Vi fyldte de tre tragte med 50 g tørt jordartsmateriale * Vi hældte, på samme tid, 200 ml. Vand over de tre forskellige jordartsmaterialer * Samtidig startede vi et stopur og aflæste følgende: * Tid 1: ved første dråbe i kolben * Tid 2: ved sidste dråbe i kolben * Vi aflæste vandmængden i de tre kolber * Afslutningsvis beregnede vi hvor meget vand der var tilbage i de tre forskellige jordartsmaterialer.
Resultater/Databehandling
| Beskrivelse | Lerjord | Lerjorden har en stor vandkapacitet, derfor skal der meget til for at lerjorden mættes. Vandet strømmer langsomt igennem lerjorden og det sker fordi den består af mange små partikler og mange fine porer.Jorden vi arbejdede med bar præg af en kompakt struktur med mange brunlige, store, hårde og tørre klumper. Den kompakte struktur medvirker at revner kan forekomme, hvor vandet kan fosse igennem krummestrukturen. Derfor var det vigtigt at få knust lerjorden tilstrækkeligt inden forsøget blev igangsat, eftersom en for kompakt krummestruktur kan give et misvisende billede af lerjorden i det danske land. | Sandjord | Sandjorden består primært at grove partikler hvorfor porerne i jorden bliver store. Når porerne er større vil nedsivningsevnen blive forøget, hvilket betyder at vandet hurtigere strømmer igennem og vandkapaciteten er derfor mindre. Sandjorden i vores forsøg havde en sammensætning af forskellige materialer. Farven på kornene kunne afsløre forskellige materialer heriblandt det glasfarvede korn fra kvarts som stammer fra granit. Granit har svært ved at forvitre hvorfor den har overlevet siden istiden. Et andet karakteristika for kvartskornene er deres enkeltkornsstruktur. Enkeltkornstrukturen gør at den ikke kan binde sig, som er med til at skabe de store porer. | Organisk sandjord | Den organiske sandjord er sammensat af grus, sand, lerpartikler og humus. Det delvise nedbrudte organiske materiale og lerpartiklerne i jorden er med til at skabe reserver til vand samt give næring til jorden. Det organiske materiale vi fik til rådighed havde en klart mere mørk farve end ler- og sandjorden. Dette skyldes den mængde kulstof der er i jorden fra det organiske materiale. Jorden var ligeledes mere fyldig og fugtig end de to andre jordmaterialer. Årsagen til at jorden er mere fugtig er fordi det formuldede organiske materiale binder sig til vand, hvorfor jorden tager form som en masse og ikke som enkeltkornstruturen. |
Jordartsmateriale | Tid 1 (t1 sek.) | Tid 2 (t1 sek.) | Tilbageholdt vand (ml) | Vand i kolben | 1: Lerjord | 0,10 sekunder | 3 min. 15 sek. | 125,5 ml | 74,5 ml | 2: Sandjord | 0,4 sekunder | 10 min. 10 sek. | 121 ml | 79 ml | 3: Organisk sandjord | 0,3 sekunder | 11 min. 25 sek. | 118,8 ml | 81,2 ml |
Diskussion
De forskellige jordarter
Figur 1: Geografisk fordeling af lerjord i Danmark.
Figur 1: Geografisk fordeling af lerjord i Danmark.
Groft skildret kan man dele Danmarks jordbundstyper op i to geografiske områder, som på kortet kommer til udtryk ved den grå farve og de mørkere farver. I Vestjylland finder en grov sandet jordtype og små områder med en lerblandet sandjord. I resten af Danmark er der generelt set er et større indhold af lerjord, om end den kan forekomme sandholdig. Årsagen til at man i Vestjylland finder et sandholdigt morænelandskab er at området ikke var dækket af gletchere, som resten af landet var, ved sidste istid. Da isen forsvandt blev området gennemstrømmet af store mængder smeltevand. Smeltevandet aflejrede sten og sand mens den skyllede næringsstofferne ud af jorden.
Ud fra vores resultater kan vi aflæse at lerjorden som forventet havde den største vandkapacitet. Dette skyldes at porøsiteten i lerjorden er høj, eftersom den procentvise andel af hulrum i sedimentet er stor, hvorfor der er reserver til lagring af vand. Restvandet der endte i kolben havde en ren klar farve, hvilket del skyldes den høje porevolumen, lerjorden er kendetegnet ved. Når porevolumen en fin er det dermed også kun det fine materiale der kan trænge igennem. Derudover har lerjorden ikke et højt indhold af organisk materiale, som er med til at afgive den mørke farve. Tætheden i strukturen er også årsagen til at den sidste dråbe faldt allerede 3 min. og 15 sek. Tid 1, eftersom lerjorden kan indeholde større mængder vand, og har en lav gennemstrømningsevne.
Dog kan man argumentere for at vores lerjord ikke reagerede i helt så stor grad som forventet, hvilket sandsynligvis skyldes klumper i lerjorden, samt en kompakt krummestruktur. Krummestrukturen kan give vandet mulighed for at passere igennem revner i klumperne, og ikke igennem jorden.
Sandjorden har som tidligere nævnt den højeste permeabilitet, eftersom der er store hulrum. Hulrummene kan fyldes med enten vand eller luft. Dette kaldes jordens porevolumen. Den store porevolumen betyder at vandets gennemsivningsevne er stor, hvorfor man kunne forvente at vandkapaciteten er lille. Men som resultaterne indikerer indeholder den sandholdige jord mere vand end den organiske jord. Vi havde forventet at den organiske jord ville have en større vandkapacitet end sandjorden, da den organiske jord indeholder lerpartikler og humus, som gør porøsiteten mindre. Årsagen til at vores jordmaterialer reagerer anderledes skal findes i vores fejlkilder. En stor del af vandet, løb langs filterpapiret, hvorfor alt vandet ikke fik mulighed for at blive optaget i jorden. Derudover tog vi i forsøget ikke højde for de forskellige jordmaterialers vandindhold fra start. Havde vi undersøgt jordenes vandindhold fra start vil vi kunne have beregnet et mere korrekt billede af jordmaterialernes evne til at optage vand. Evnen til at optage vand kan være vigtig at kende til. Områder hvor markkapaciteten er lille, vil der ved store regnskyl dannes en stor mængde overfladevand, man skal tage højde for. Det kan skabe problemer for både landbrug og befolkede områder.
Både sandjorden og den organiske sandjord afgav mere beskidt restvand. I sandjorden er permeabiliteten højest, hvilket betyder at vandet kan strømme kraftigere og trække bakterier og materialer med sig, som afgiver farve til restvandet. Den organiske sandjord havde dog den mørkeste farve hvilket skyldes kulstoffet i det organiske materiale, som afgiver den mørke farve. Det er samme princip som forårsager den mørke farve af selve jordmaterialet, som beskrevet tidligere.
Jordmateriale og grundvandsdannelse
Grundvandsdannelsen og størrelsen på grundvandsreserverne er betinget af dels regnmængden og fordampningsevnen og dels jordlagenes sammensætning på et givent område.
Figur 2. Nettonedbør i Danmark
Som man kan se på Figur 2, kommer der markant mere regn i den vestlige del af Jylland end i resten af landet. Det skyldes blandt andet at vi har vestenvind, hvorfor den vandholdige havluft afgiver det meste af vandet over Vestjylland. Derudover er den jyske højderyg med til at løfte luften som skaber mere skydannelse og mere nedbør hen over Vestjylland. Når jordlagene er vigtige, er det som vores forsøg skulle have bevist, at der er forskel på de forskellige jordtypers evne til at optage og lagre vand. Når vi sammenligner nettonedbøren med den geografiske fordeling af lerjord i Danmark, og holder det op mod den viden vi har om permeabilitet og vandkapacitet kan vi konkludere at grundvandsmagasinerne i Vestjylland er langt større end i resten af landet. Det vil sige at jordtypen har stor indflydelse på grundvansdannelsen. Dels regner det mest i Vestjylland og dels er jordens gennemtrængningsevne større på grund af den høje porøsitet. Modsat får specielt øerne mindre vand og dels er områdets jordtype sværere at gennemtrænge fordi den indeholder både ler og humus.
Overfladevand
Det meste af vores nedbør trænger ned i grundvandsmagasinerne, men der er en mængde overfladevand som ikke har mulighed for at trænge ned. I tætbefolkede områder som i byerne, kan specielt store regnskyl være et stort problem, eftersom vandet ikke naturligt kan trænge ned i jorden. Derfor bliver man nødt til enten at ændre kloaksystemets kapacitet, således det kan rumme større mængder vand, eller aflede vandet og opmagasinere vandet i spildevandsmagasiner. Vandet bliver altså pumpet fra områder hvor det ikke kan nedsive naturligt, til etablerede diger eller magasiner som ligger rundt om i landet. I Det åbne land vil våde områder blive dannet, hvis den maksimale vandkapacitet i jorden er nået.
Jordartsmateriale, nitratudvaskning og pesticidforurening
I landbruget er der en risiko for forurening og specielt markbidraget udgør den største trussel for vandmiljøet. Specielt kvælstofholdig gødning er farlig, da en udvaskning af nitrat-kvælstof til grundvandet kan forurene grundvandet i en sådan grad at det ikke kan drikkes. Eftersom vi ved at den sandholdige jord har en stor porøsitet og gennemtrængnigsevne, er det også i disse områder med sandholdig jord, nitratudvaskningen er størst. Det samme gør sig gældende for pesticidforureningen. Når landmændene udleder pesticider for at kontrollere blandt andet insekter, svampe og planter fra at ødelægge afgrøderne, er der en risiko for at overskuddet vil skylle med nedbøren ned i jorden og dermed ned til grundvandet. Man kan altså konkludere at potentialet for nitratudvaskning og pesticidforurening i Danmark, er størst i Vestjylland hvor jordtypen er sandholdig.
Konklusion
Forsøget har givet os et billede af hvordan de tre forskellige jordmaterialer reagerer i forbindelse med vand. Vi har ud fra beregninger af vandkapaciteten og permeabiliteten samt viden om jordtyperne kunne bestemme, de bedste forudsætninger for landbrugsdyrkelse.
For at dyrke jorden er det vigtigt at der er tilstrækkeligt med næringsstoffer i jorden og let adgang til vand. Hvis man ønsker at dyrke en jord er det altså nødvendigt at undersøge jordforholdene, for at få et fornuftigt udbytte. Lerjordene indeholder større mænger af næringsstoffer og med en større vandkapacitet, er de altså fordelagtige at dyrke i, i forhold til sandjorde. Den mest frugtbare og rentable jordbund finder man altså primært i de østlige dele af Danmark. Jorden her har gode forudsætninger for at rumme den mængde vand planterne skal bruge, men næringsstoffer er ligeledes nødvendige for planterne hvorfor den optimale jordbund til landbrug indeholder en vis mængde organisk materiale. Udover at den lerholdige jord er mere næringsholdig og fugtig, forhindrer indholdet af lerpartiklerne i jorden også en nitratudvaskning og pesticidforurening til grundvandet.
