Лужні та кислі ґрунти. Вирішення проблеми кислотності

Кожному агроному варто зрозуміти, що, не коригуючи кислотність ґрунтів, прибутків з гектару щорічно буде ставати все менше і менше. Науковці наголошують, що потрібно покращувати буферну здатність ґрунтів, нейтралізувати кислу реакцію, зберігати біорізноманіття в ґрунтовому середовищі, заощаджувати енергетичні та матеріальні ресурси, а також відроджувати продуктивність кислих ґрунтів.

Впливати на кислотність ґрунтів можна за допомогою вирощування сидеральних культур, роботою з рослинними рештками, роботою із продуктами, які дають можливість ці рослинні рештки перетворювати в органічні добрива та ін.

«На сьогодні в Україні нейтральних ґрунтів, які мають pH від 6,5 до 7, все менше і менше. Вони на півдні, а там дефіцит опадів великий. У лісостеповій та поліській зонах всі ґрунти мають високий рівень pH 4,5-5,5. Там можна соняшник вирощувати, але такі культури, як пшениця, кукурудза, соя, бобова група та інші, потребують pH 5,8-6,5, тобто кислотності ґрунтів, близької до нейтральної і власне нейтральної», — зазначив Олексій Сергієнко, керівник агроконсалтингової компанії Art FieldS.

З кислотністю пов’язана активність не тільки органічних речовин ґрунтів, а й активність мікробіоти. Власне, окремі організми активні у кислому середовищі, а інші — в лужному.

«Якщо рівень pH низький, тобто ґрунти кислі, то мікроелементи (мідь, цинк, кобальт та інші двохвалентні катіони) стають рухомі, вони потрапляють в ґрунтовий розчин і їх може використовувати рослина, але при промивному водному режимі вони вимиватимуться з ґрунтів», — розповів Юрій Дмитрук, доктор біологічних наук, професор, завідувач кафедри агротехнологій та ґрунтознавства Чернівецького національного університету імені Юрія Федьковича.

Якщо високий рівень pH, ці мікроелементи стають малорухомими, абсолютна більшість з них буде відповідно недоступною для рослин. Але на лужних ґрунтах більш доступними в цей час стають макро- і мезонутрієнти, тобто калій, сірка, кальцій, магній.

«Рівень засвоєння фосфору при pH 5.5 близько 50%, азот може засвоюватись навіть при pH 5 десь на 50%, а такі поживні речовини як фосфор, калій потребують в основному pH 6.5-7. Наприклад, фосфор на 100% засвоюється при pH 7, калій засвоюється на 100% при pH 6.5-7. На сьогодні аграрії, що не знають та не моніторять реакцію ґрунтового розчину, викидають ресурси у вигляді фосфорно-калійних добрив у повітря, адже віддача від них на кислих ґрунтах лише 50%», — зауважив Олексій Сергієнко.

Що відбувається в ґрунті при низькому рН (на кислих ґрунтах)?

Спостерігаються наслідки кислотної токсичності ґрунту на рослини.

«Підвищена кислотність ґрунтового розчину погіршує ріст та розгалуження коренів, негативно діє на фізико-хімічний стан плазми клітин коренів, на їхню проникність, тому погіршується використання рослинами поживних речовин ґрунту та добрив. За високої кислотності ґрунтового розчину іони гідрогену, проникаючи у великій кількості в тканини рослин, підкислюють клітинний сік, що гальмує біохімічні процеси в рослинах», — розповів Юрій Цапко, старший науковий співробітник Національного наукового центру «Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н. Соколовського».

Юрій Цапко додав, що кисла реакція сприяє послабленню синтезу білкових речовин, при цьому вміст білків та загального азоту зменшується, а кількість небілкових речовин збільшується, пригнічується процес перетворення

Макроелементи та мікроелементи у органічному землеробстві та кислотність грунту

моноцукрів на інші, більш складні, органічні сполуки. Кисла реакція негативно впливає на закладання генеративних органів, що відбивається на процесі запліднення та наливі зерна у зернових культурах, та різкому зменшенню врожаю.

У стратегічному напрямку меліорація кислих ґрунтів передбачає формування та збереження оптимального агроекологічного стану кислих ґрунтів, усунення негативних наслідків природних і антропогенних навантажень, інтенсифікацію землеробства в гумідних регіонах України, ресурсозбереження та екологічну безпеку.

«Ефективне ведення аграрного виробництва на кислих ґрунтах можливо лише за умови зниження кислотності ґрунтового розчину, що здійснюють шляхом їх меліорації або вапнування, тобто насичення верхніх горизонтів (орного та підорного) кислих ґрунтів лужноземельними елементами (кальцієм та магнієм). Важливим заходом з покращення функціональної стійкості є й структурна меліорація, яка, на відміну від удобрення чи хімічної меліорації, є заходом більш довгодіючим і сприяє докорінному покращенню властивостей ґрунту, а тому є ефективним заходом для сталого землекористування на кислих ґрунтах легкого гранулометричного складу», — зауважив Юрій Дмитрук.

Особливості високого рівня рН для росту та розвитку культур (лужні ґрунти)

В лужних ґрунтах фосфор, залізо, марганець, мідь, цинк та бор стають менш доступними рослинам через утворення нерозчинних гідроксидів. Метод хімічної меліорації передбачає внесення у солонцеві ґрунти кальцієвмісних речовин (гіпс, фосфогіпс, крейда, вапно, хлористий кальцій), кислот чи кислих форм меліорантів (сульфат заліза і алюмінію, пірит).

«З прийомів хімічної меліорації в більшості країн СНД та за кордоном найбільш поширеним є гіпсування. Цей захід має два аспекти: це основний прийом меліорації глибокогіпсових і глибококарбонатних солонців і допоміжний прийом при комплексній меліорації середньо- та багатонатрієвих висококарбонатних ґрунтів. Дія гіпсу полягає в тому, що внесений кальцій витискує обмінний натрій з ґрунтового колоїдного комплексу з наступним його вимиванням, створюється перевага іонів кальцію в ґрунтовому розчині, внаслідок чого зменшується рухомість ґрунтових колоїдів (гумусу, глини та ін.), нейтралізується лужність і створюються умови для окультурення ґрунту», — розповів Юрій Цапко.

Тримай руку на пульсі важливих агрономічних новин та подій

З внесенням гіпсу в солонцевий ґрунт поліпшуються його водно-фізичні, агрофізичні, агрохімічні, фізико-хімічні, біологічні властивості, знижується

Кислотність або рН ґрунту — основа ґрунтової хімії. Як підвищити урожайність

лужність, поліпшується структурний стан ґрунту, зростає водопроникність, доступність для рослин азоту, фосфору та калію, зменшується токсичність солей ґрунтового розчину, рухомих форм заліза й алюмінію, активізуються мікробіологічні процеси, підвищується врожайність сільськогосподарських культур. У випадку незначного вмісту в ґрунті ввібраного натрію та високого — магнію, гіпсування знижує можливість утворення токсичних гуматів магнію й поліпшує умови кальцієвого живлення рослин.

«З економічних причин хімічну меліорацію слід здійснювати на солонцевих ґрунтах, що добре піддаються цьому заходу, оскільки витрати на підвищення їхньої родючості окупаються швидше і не потребують додаткових витратних гідротехнічних заходів (дренаж, промивка). Згідно агромеліоративного групування — це ґрунти II групи», — додав доктор біологічних наук.

Науковець додав, що площа таких ґрунтів в Україні складає близько 1,1 млн.га (329,4 тис.га. — незрошувані солонцеві ґрунти та 684 тис.га — зрошувані ґрунти). В умовах Сухого Степу хімічну меліорацію слід проводити тільки на зрошуваних землях.

Фітомеліорація та нові шляхи вирішення проблеми грунтової кислотності

В умовах зростаючих навантажень на ґрунтовий покрив з метою збереження його агроекологічного стану на рівні який забезпечує сталу продуктивність кислих ґрунтів вагоме значення мають наступні заходи :

• здійснення активного моніторингу за станом елементів родючості, та динамікою їх зміни з прийняттям відповідних рішень щодо їх оперативного корегування ;
• використання оціночних критеріїв функціональної стійкості кислих ґрунтів, які розроблені на основі новітніх теоретичних і практичних положень буферної здатності ґрунтів;
• використання структурної меліорації яка спрямована на покращення буферних властивостей ґрунтів, підвищення стійкості їхніх продуктивних і екологічних функцій, посилення механізмів саморегуляції внутрішньо ґрунтових процесів та інтенсивності біологічного кругообігу речовин і енергії;
• проведення періодичного вапнування кислих ґрунтів з урахуванням ґрунтових умов та застосуванням технології локального окультурювання кислих ґрунтів;
• використання місцевих сировинних ресурсів та кальцієвмісних відходів виробництва, що значно зменшує матеріальні витрати та, водночас, вирішує проблему утилізації відходів виробництва;
• застосування фітомеліоративних заходів нейтралізації ґрунтової кислотності, що дозволяє екологічно безпечно регулювати кислотність ґрунтів та поліпшувати їх родючість.

Підписуйтесь нa YouTube-кaнaл СуперAгроном

Показник pH ґрунту, характеристики та вплив на рослини

Значення pH садового ґрунту має величезний вплив на здоров’я рослин, на поглинання корінням поживних речовин з ґрунтового середовища, розвиток корисних мікроорганізмів та сприйнятливість насаджень до грибкових патогенів.

Інформація про характеристики та класифікацію типів ґрунту допоможе визначиться з правильним вибором рослин або підкаже як при необхідності трансформувати субстрат до потрібного рівня рН за допомогою натуральних або хімічних добавок.

Вплив рівня кислотності на розчинність мінеральних речовин

Значення pH розшифровується як водневий показник або показник кислотності та визначається відношенням концентрації іонів водню (H+) до гідроксид-іонів (OH).

Залежно від рівня рН розрізняють різні типи субстратів:

• дуже кислі (рН нижче 4,5), кислі (рН 4,6-5,5) та слабокислі (рН 5,6-6,5) – торфовища, глинисті й болотисті ґрунти;
• нейтральні (рН 6, 6-7, 2) – чорноземи, дернові субстрати, суглинки;
• помірно-лужні (рН 6,6-7,2 ) лужні (рН 7,2-8) – піщані, карбонатні, солончаки.

Таким чином, чим нижче рН, тим більше кисла реакція, чим вище, тим більше лужна.

Вибір правильного рівня pH впливає на:

• здатність засвоювати й накопичувати мікро – та макроелементи;
• правильний ріст рослин;
• водно-повітряні характеристики ґрунту;
• кількість гумусу;
• поліпшення структури ґрунтового середовища;
• створення оптимальних умов для розвитку корисних мікроорганізмів.

Рівень pH є ключовим фактором розчинності й біодоступності багатьох мінералів та мікроелементів для рослин, які 14 з 17 основних поживних речовин отримують с субстрату в розчиненому вигляді, оскільки тільки так коріння здатні їх засвоювати.

Більшість поживних елементів більш доступні в помірно кислому середовищі, ніж в нейтральних або лужних субстратах.
Наприклад, фосфати недоступні для засвоєння корінням з рН нижче 5,1, хоча деякі стійкі до кислоти рослини можуть використовувати фосфат алюмінію.

Кислий pH забезпечує високі концентрації розчинного алюмінію, заліза й марганцю, які можуть бути токсичними для росту деяких рослин. У дуже кислих умовах при рН нижче 4,7 гинуть корисні бактерії та розвиваються цвілеві гриби, а багато мінералів утворюють хімічні сполуки, що нерозчинні у воді.

Сильно лужний ґрунт з рівнем 8,5-9,0 містить велику кількість карбонату кальцію, який не дозволяє рослинам поглинати більшість інших необхідних поживних речовин. Навіть якщо у ґрунті присутня достатня кількість мінеральних сполук, насадження не можуть отримати з них користь.

Біодоступність калію (К) максимальна при нейтральному й лужному рН та знижується при підкисленні. Ca, Mg та Mo найкраще засвоюються в слаболужної реакції та є менш доступними при зниженні pH.

Біодоступність міді та цинку (Cu, Zn) максимальна в слабокислому середовищі й зменшується зі збільшенням або зменшенням pH. Поглинання Fe й Mn зростає з підвищенням кислотної реакції. Нижче рівня pH 5 алюміній стає токсичним для рослин.

Вплив кислотності ґрунту на рослинний світ

Деякі рослини дуже чутливі до змін pH та вимагають вузького діапазону кислотності, інші набагато більш терпимі й добре ростуть на самих різних субстратах.

Оптимальна реакція для більшості культур, що вирощуються в наших садах – від слабокислої до нейтральної. Такий ґрунт дозволяє вирощувати широкий спектр рослин, оскільки в ньому процвітають корисні мікроорганізми та дощові черв’яки, а мінеральні речовини легко доступні кореневій системі.

Так, представники ацидофільної рослинної групи (верес, азалія, гортензія, лохина, хвойні та ін.) добре ростуть тільки на кислих й слабокислих субстратах, а лужну реакцію субстрату переносять погано, оскільки відчувають на ній дефіцит певних елементів. Рослини починають проявляти симптоми хвороб, слабшати й повільно гинуть.

Нейтрофіли прекрасно себе почувають на субстратах з нейтральною реакцією, а базифіли – рослини лужних ґрунтів, наприклад, такі садові квіти, як: айстра, лаванда, астильба, хризантема, дзвоники, іриси, гвоздика воліють помірно лужні pH.

Як дізнатися кислотність ґрунту

Для вимірювання ґрунтового рН розроблені спеціальні кислотоміри. Це можуть бути електронні пристрої або спеціальний лакмусовий папір, на якому зображена шкала з умовними позначеннями й кольорами, що вказують на кислу, лужну або нейтральну реакцію.

Дізнатися кислотність ґрунту за допомогою лакмусового паперу дуже просто. Досить взяти зразок землі з ділянки, помістити його в чистий (бажано скляний) посуд, залити дистильованою водою та перемішати.

У розчин на пару секунд опускають лакмусовий лист. Через хвилину, в залежності від отриманої реакції, папір змінює свій колір, який порівнюють з еталонною шкалою кислотності.

Для проведення значущого тесту беруть кілька ґрунтових зразків з різних місць, оскільки рН може відрізнятися в різних частинах саду. Потім кожен з них перевіряють за порівняльною шкалою. Вимірювання pH буде правильним, якщо кольори всіх папірців однакові.

На ринку також доступні різні типи лічильників для садівників-любителів. Найпростіший – це механічний датчик зі стрілкою. Цей вимірювач має щуп, який угвинчується у ґрунт, та зчитувальний пристрій зі шкалою, що показує числове значення.

Через хвилину занурення щупа в землю результат готовий. Щоб вимірювання було правильним, також не варто обмежуватися взяттям проби з одного місця.

Кислотність можна визначити домашнім методом за допомогою соди, якою посипають невеликий фрагмент землі. Якщо на поверхні показуються бульбашки повітря, значить, земля кисла.

Аналогічно визначають лужну реакцію ґрунту, тільки замість харчової соди використовують звичайний оцет. Помірна піна вказує на нейтральну реакцію, сильне піноутворення – лужну, а відсутність піни – кислотну.

Деякі рослини служать індикатором рН. Наприклад, наявність на ділянці польового маку, в’юнка, кропиви, звіробою або перстачу слід асоціювати з лужною реакцією. Активне зростання папоротей, хвоща та мохів пов’язаний з кислим рН.

За забарвленням квітів гортензії також можна дізнатися реакцію ґрунтового середовища – у кислому ґрунті вони цвітуть блакитним, в лужному рожевим

Коли варто перевіряти кислотність ґрунту?

Заведено вважати, що тестування слід проводити кожен раз, коли ви плануєте сіяти, пересаджувати або удобрювати рослини. Доброю практикою є регулярна перевірка, оскільки кислотна реакція субстрату може змінитися через погодні умови, розвиток мікроорганізмів або внесення добрив.

Як змінити рН?

Якщо земля в саду не підходить для рослин, які ми хочемо вирощувати, то можна змінити її рівень рН. Підвищити кислотність ґрунту при високій лужної реакції допоможе внесення сірчаного або азотного добрива, кислого торфу, сульфату заліза та інших підкислюючих речовин.

Глинистий ґрунт часто вимагає дуже великої кількості матеріалу, що підкислює, а крейдяні ґрунти й вапняк зазвичай не піддаються обробці.

Трохи підкислити нейтральний субстрат та поліпшити його родючість допоможе внесення органіки: хвої, верхового торфу, компосту або таких рослин-сидератів, як ріпак або гірчиця.

Як розкислити ґрунт? Для нейтралізації кислотності зазвичай вносять гашене вапно, додавання якого замінює іони водню та забезпечує ґрунт двома елементами: кальцієм та магнієм.

Вапно також робить фосфор, внесений в землю, більш доступним для росту рослин та збільшує доступність азоту, прискорюючи розкладання органічної речовини.

Поширені вапняні добавки: кальцієвий або доломітовий вапняк, крейда, деревна зола. Пам’ятайте, що вапно з часом вимивається в більш глибокі шари субстрату, тому його слід систематично додавати кожні 2-3 роки.

Вапнування рекомендується проводити восени і чим вище кислотна реакція, тим більше потрібно розкислюючих добавок.

5.2: Кислотність ґрунту та регулювання рН ґрунту

Управління рН ґрунту має важливе значення для створення ідеальних умов росту для більшості рослин. Це пояснюється тим, що рН ґрунту контролює розчинність поживних речовин, а також токсичних металів. Через це більшість рослин мають кращий діапазон рН ґрунту. У більшості випадків вапнувальні агенти додають в грунт, щоб підняти рН до потрібного діапазону. Однак в деяких випадках бажаний більш низький рН ґрунту, що може бути досягнуто за допомогою ґрунтових поправок, таких як елементна сірка (S) або сульфат алюмінію (частіше називають «квасцов»). У будь-якому випадку для досягнення бажаної зміни рН рН цільових видів рослин, властивості ґрунту та властивості поправки ґрунту слід враховувати для досягнення бажаної зміни рН ґрунту.

Матеріали

• Грунти з низьким рН
• рН-метр з pH-електродом
• pH тест-смужки
• мензури
• Скляні стрижні для перемішування
• Чистий реагент класу карбонат кальцію
• Чистий реагент класу оксиду кальцію
• Чистий реагент сульфат кальцію (гіпс)
• Доломітовий вапняк, крупнозернистий (просіяний за допомогою сита 20-40 меш)
• Доломітовий вапняк, дрібний (просіяний за допомогою сита 100+ меш)

Рекомендоване читання та перегляд

• Огляд рН ґрунту (CropWatch — Молодіжний, 2013c)
• Тест на рН ґрунту (CropWatch – Молодіжний, 2013d)
• РН ґрунту (USDA-NRCS, 2011)
• РН ґрунту (USDA-NRCS, 2014a)
• Вапнування кислотних ґрунтів (Уїтні та Ламонд, 1993)

Використовуючи рекомендоване читання та введення в цю лабораторію, розглянемо питання, перераховані нижче. Ці визначення/питання нададуть стислий виклад основних концепцій, розглянутих в лабораторії. Вони також корисні як навчальні записки до іспитів.

1. Визначте рН і pH. Показати формули, які використовуються для обчислення обох.
2. Чому алюміній вважається кислим катіоном? Покажіть відповідні реакції.
3. Перерахуйте чотири негативні наслідки низького рН (кислотного) стану в грунті. Перерахуйте два негативні наслідки високого рН (основних) умов в грунті.
4. Визначте буферну ємність. Як буферна ємність пов’язана з ємністю катіонного обміну?
5. Визначте активну кислотність, сольозамінну (обмінну) кислотність і залишкову кислотність.
6. Перерахуйте різні грунтові поправки, які використовуються для підвищення рН кислого грунту?
7. Напишіть хімічну реакцію, що зображує, як типовий вапнувальний матеріал (кальцитичний вапняк, обпалене вапно тощо) діє для нейтралізації кислотності.
8. Перерахуйте різні поправки до ґрунту, які використовуються для підкислення ґрунту та зменшення рН.
9. Що впливає на те, скільки матеріалу потрібно для підвищення рН кислого грунту?

Вступ

Кислотність грунту в значній мірі контролюється складом іонів на обмінних ділянках на колоїдній фракції. Катіони H + є кислими за визначенням, а катіони Al 3+ вважаються кислими, оскільки вони реагують з H ₂ O для отримання Al (OH) ₃ та 3H + . Катіони Ca 2+ , Mg 2+ , K +, Na + вважаються основними, оскільки вони утворюють сильно дисоційовані основи, реагуючи з OH – . Ці обмінні катіони на обмінному комплексі знаходяться в рівновазі з катіонами в грунтовому розчині. Тому характер обмінних катіонів впливає на склад ґрунтового розчину.

Кислі катіони, адсорбовані на місцях негативного обміну, називають резервною (також залишковою або потенційною) і солезаменяемой (також обмінною) кислотністю. Резервна і солезаменяемая кислотність контролює рівень розчинної або активної кислотності в грунтовому розчині. Тільки активна кислотність вимірюється при звичайному визначенні рН. Резервна і солезаменяемая кислотність завжди у багато разів вище активної кислотності.

Грунт – це кислота, коли в грунті переважають іони водню. Ступінь кислотності виражається через рН, який визначається як негативний логарифм активності іонів водню. Тому рН 0,01-молярного розчину іонів водню становить

При рН 7 концентрації іонів Н+ і ОН- іонів рівні, а грунт або розчин нейтральні. При значеннях рН менше 7 грунт кислий; при значеннях більше 7 грунт лужний. Більшість грунтів варіюються по рН приблизно від 4 до 10. Грунти в районах з великою кількістю опадів, як правило, кислі з рН менше 7. Грунти, розроблені в високовапняних покладах, часто будуть лужними Ґрунти з високим вмістом кальцію рідко мають значення рН вище 7,5, але наявність великої кількості карбонату кальцію може призвести до того, що рН досягає 8,5. Там, де рН вище 8,5, велика ймовірність надлишку натрію.

Найбільш бажаний рН ґрунту для більшості сільськогосподарських культур в Канзасі становить 6,8. Однак такі культури, як чорниця, потребують більш низького рН, а інші культури, такі як люцерна, потребують більш високого рН. При рН грунту менше 5,8 може виникнути кілька проблем:

• Токсичність всіх і Mn
• Пригнічений ріст N-фіксуючих бактерій
• Можливі недоліки в Mg і/або Ca.
• Дефіцит Р (Р реагує з Fe і Al)
• При рН більше 7,5 можуть виникнути і інші проблеми:
• Дефіцит Fe, Mn, Cu або Zn
• Дефіцит Р (Р реагує з Са)

Буферизація Ємність

Буферна здатність – це міра здатності ґрунту протистояти зміні рН, безпосередньо пов’язана з величиною обмінної ємності. Невеликі коливання вмісту кислоти або основи можуть відбуватися без помітної зміни рН, оскільки катіони адсорбуються або виділяються з обмінного комплексу. Грунти з найбільшою здатністю катіонічного обміну мають найбільшу буферизацію зміни рН. Іншими словами, два ґрунти можуть мати однаковий рН (активна кислотність в грунтовому розчині), але той, що має найбільшу здатність катіонічного обміну, матиме найбільшу кислотність, що зберігається в запасі, і, отже, найвищу буферну здатність або здатність протистояти зміні рН. З цієї причини для збільшення рН піщаного ґрунту (низький ЦВК) на задану кількість потрібно менше вапна, ніж потрібно для збільшення рН глинистого ґрунту (вище ЦВК) тієї ж кількості.

Джерела кислотності грунту

Контроль рН ґрунту є життєво важливим для оптимального використання та продуктивності ґрунтів. Додавання вапна – найефективніший і практичний спосіб підвищення рН кислих грунтів. Для зниження рН ґрунту можна використовувати елементарну сірку, сульфат заліза або сульфат алюмінію. Оскільки кислотність викликає занепокоєння в Канзасі, ми зосередимося на підвищенні рН ґрунту. Розуміння наступних рівнянь повинно допомогти вам зрозуміти джерела кислотності ґрунту та реакції ґрунту на вапно.

Катіони кислот, адсорбовані в колоїди, можуть виділятися в розчин за допомогою катіонного обміну, в якому катіони, такі як Ca 2+ , Mg 2+ , K + тощо, можуть витісняти H + і Al 3+ , змушуючи їх у ґрунтовий розчин, переміщаючи ці катіони кислоти з солі- змінний басейн кислотності до басейну з активною кислотністю. Зверніть увагу, що реакція є оборотною, тому наявність великої кількості катіонів кислот у розчині також може спричинити витіснення катіонів основи з місць колоїдного обміну.

Одним з продуктів дихання є СО ₂. У грунті дихання бактерій, грибів, протестів, коренів і т.д. сприяє дуже висока концентрація СО ₂ в грунтовому повітрі. Коли СО ₂ розчиняється в грунтовому розчині, він вступає в реакцію з водою з утворенням вугільної кислоти – слабкої кислоти, яка може виділяти Н + в розчин, тим самим знижуючи рН грунту. Відзначимо, що дана реакція оборотна.

Нітрифікація відбувається в аеробних умовах. Окисленню NH ₄ + до кінцевого продукту NO ₃ — сприяють нітросомони та нітробактерні бактерії. Чиста реакція показана нижче. Зверніть увагу, що ця реакція не є оборотною, і що на кожні два родимки NH ₄ + виділяється чотири родимки Н + .

Сірку можна використовувати як поправку грунту для зниження рН грунту. Поширеним прикладом є вирощування рослин, які віддають перевагу кислим умовам, наприклад, лохини, на грунтах, нейтральних до лужних. У цій реакції елементарна сірка окислюється з утворенням сірчаної кислоти – сильної кислоти. Це мікробний опосередкований процес.

Алюміній вважається кислим катіоном через виділення Н + при гідролізі алюмінію. На кожен моль Al 3+ виділяють в розчин три молі Н + . Відзначимо, що дана реакція оборотна.

Підвищення рН грунту вапном

Стандартне сільськогосподарське вапно, яке в першу чергу є карбонатом кальцію (_{СаСО 3}), додають в ґрунти для підвищення рН ґрунту. CaCo ₃ реагує з водою, як показано нижче.

Ca 2+ може витісняти інші катіони на катіонному обміні, включаючи H+ і Al 3+ (сольообмінна кислотність), тим самим вивільняючи його в розчин. Однак Ca 2+ не реагує (нейтралізує) катіони кислоти. Катіони кислоти нейтралізуються HCO ₃ – і OH – . Приклад загальної хімічної реакції після додавання вапна в кислі грунти представлений нижче.

Існують вапнування агенти, крім СаСО ₃. Оскільки більшість цих інших вапнувальних агентів мають різні хімічні формули, хімічні реакції різні. Це також означає, що ефективність різних вапнувальних засобів відрізняється від ефективності CaCo ₃.

Фактори, що впливають на показники вапнування

Основні фактори, що впливають на швидкість вапна (кількість вапна, необхідну для підвищення рН ґрунту до цільового рН), включають потребу врожаю; тип, розмір та чистоту вапнувального агента; катіонічна обмінна здатність ґрунту; і рН ґрунту.

Більшість рослин мають діапазон рН грунту, в якому вони найбільше здоров’я, або дають найвищий урожай. Це тому, що рН ґрунту впливає на доступність поживних речовин. Наприклад, деякі рослини, такі як люцерна і буркун, вимагають більше кальцію, ніж інші, і, таким чином, вимагають більш високих показників вапнування. Інші, такі як азалії, журавлина та чорниця, потребують більшої кількості заліза; яке більше розчиняється при меншому рН. Тому для підняття ґрунту до бажаного рН ґрунту для люцерни знадобиться більша норма внесення вапна, ніж для чорниці.

Потрібен час, щоб вапняк розчинився і замінив водень або алюміній на ґрунтообмінних позиціях. Менші частинки вапна мають більшу площу поверхні, яка піддається впливу і доступна для реакції, що зменшує час, необхідний для реакції всього вапна. Тому більш дрібні вапнувальні засоби більш ефективні при підвищенні рН ґрунту. Багато вапняків є переважно карбонатом кальцію (CaCo ₃), а деякі містять як CaCo ₃, так і MgCo ₃. Однак більшість вапняків містять деяку кількість домішок і інертний матеріал. Таким чином, вапнувальний агент з великою кількістю домішок (і меншою кількістю вапна) менш ефективний при підвищенні рН ґрунту. Очевидно, що чим чистіше СаСО ₃, тим ефективніше вапно.

Ґрунти з однаковим рН можуть вимагати різної кількості вапняку через відмінності в ЦВК, що означало б різницю в буферній здатності. _{Для прикладу розглянемо кількість вапняку, необхідне для підвищення насиченості основи двох грунтів з 70% до 90%, коли один ґрунт має ЦВК 15 смоль с/кг, а інший має ЦВК 40 смоль с/кг.}

Нарешті, рН ґрунту регулюється насиченістю основи. Якщо інші фактори постійні, чим нижче рН, тим більше вапна потрібно для досягнення бажаного рН. Це пояснюється тим, що при низькому рН більший відсоток ЦВК зайнятий катіонами кислот, що вимагає більшої кількості вапна для нейтралізації.

Діяльність 1: Визначення рН за допомогою індикаторних смужок (метод поля)

З декількох методів, доступних для визначення рН, одним, який можна легко використовувати в польових умовах, є метод індикаторної смуги. Ця методика використовує принцип чутливості до рН певних барвників, які викликають відмінності в кольорі в діапазоні рН. З наданими грунтами завершіть наступне визначення рН:

Зважте 10,0 г грунту в невеликий пластиковий стаканчик. Додайте 20 мл дистильованої води і розмішайте. Дати постояти 5 хвилин, періодично помішуючи.

Використовуючи передбачені смужки індикатора рН, занурте смужку в чашку, поки наконечник не буде змочений. Визначте рН, порівнявши зміну кольору тест-смужки pH з кольоровою діаграмою.

Запишіть рН грунту в таблиці 14.1.

Діяльність 2: Визначення рН ґрунту за допомогою рН-метра

Лабораторні рН-метри більш точні, ніж рН-барвники та смужки. РН-метр вимірює активність іонів водню [H + ] шляхом вимірювання електричного потенціалу через тонку пористу скляну мембрану біля основи електрода. Цей потенціал змінюється у відповідь на [Н + ], і стандартизуючи прилад з буферами відомого рН, ми можемо виміряти рН будь-якого розчину, включаючи грунтові розчини.

Використовуючи зразки, підготовлені в Діяльності 1, акуратно помістіть електрод в суспензію. Акуратно закрутіть електрод в розчині, і зверніть увагу на показання рН. Зачекайте, поки рН-метр досягне стійкого показання, позначеного словом «готовий» на екрані.

Запишіть значення для цієї грунтово-водної суспензії 1:2 в таблиці 14.1.

Діяльність 3: Визначення необхідності додавання вапняку в грунт

Щоб вирішити, чи потрібна грунті вапно, потрібно знати лише рН, або активну кислотність ґрунтового розчину. Якщо рН менше або дорівнює 5,8, зазвичай рекомендується вапно (рН, нижче якого потрібно вапно, змінюється залежно від регіону та цільових культур).

Для кожного ґрунту, проаналізованого в діяльності 2, визначте, чи потрібен вапняк, і запишіть своє рішення в таблиці 14.1.

Таблиця 14.1. Результати діяльності 1-4: Визначення рН ґрунту та потреби вапняку

Діяльність 4: Визначення того, скільки вапна потрібно

Щоб вирішити, скільки вапна потрібен грунт, необхідно визначити кількість резервної кислотності в грунті. Цю резервну кислотність часто називають обмінною кислотністю, оскільки вона може бути дисоційована від комплексу катіонообміну, через який вона надходить в ґрунтовий розчин. Для визначення обмінної кислотності в грунт додають буферний розчин відомого рН. Цей буферний розчин містить катіони, які замінять H + і Al 3+ на обмінному комплексі. Кислі катіони, що видаляються з обмінного комплексу, знижують рН доданого буфера. Рисунок 14.1 ілюструє зниження рН буферного розчину при додаванні кислоти. Після того, як залежність визначена (показана нахилом лінії), можна додати грунт в буферний розчин (або буферний розчин в грунт) для визначення обмінної кислотності.

Малюнок 14.1. Зміна рН буферного розчину в міру додавання кислоти. Діаграма люб’язно надано King et al. (2003).

У цій вправі ми будемо використовувати буфер SMP – буферний розчин, який використовує лабораторія випробувань ґрунту K-State. Цей буферний розчин був розроблений для забезпечення швидкості вапнування при використанні наступних формул, залежно від регіону та цільового рН (див. Кулі).

• Глибина в дюймах
• Використовується для всіх культур у Південно-Східному Канзасі (на схід від Флінт-Хіллз та на південь від шосе 56)
• Використовується для люцерни та конюшини в Північно-Східному Канзасі
• Вапно рекомендується, якщо рН < 6,4

• Глибина в дюймах
• Використовується для всіх культур у північно-східному Канзасі, крім люцерни та конюшини
• Використовується для всіх культур у Центральному та Західному Канзасі
• Вапно рекомендується, якщо рН < 5,8

• Глибина в дюймах
• Використовується, якщо грошовий потік обмежений або в проблемних зонах доступності вапна в Центральному та Західному Канзасі
• Вапно рекомендується, якщо рН < 5,5

Цей буфер містить хром (Cr), токсичний важкий метал. Тому інструктор вашої лабораторії виконає аналіз буфера SMP. Як клас визначають, які грунтово-водні суміші з Активності 1 потребують вапна (рН ≤ 6,4). До цих розчинів додайте 10 мл буферного розчину СМП і розмішайте скляною паличкою. Дайте сумішам постояти протягом 30 хвилин, що повинно вистачити часу для витіснення катіонів кислоти з ЦВК і витісняються в розчин. Зчитуйте рН на лічильнику.

Припускаючи, що бажаний рН дорівнює 6,0, обчисліть потребу вапна та запишіть свої результати в таблиці 14.1.

Діяльність 5: Оцінка вапнування матеріалів

Тип вапнувального матеріалу та розмір або тонкість матеріалу визначають, наскільки ефективно вапнувальні матеріали підвищують рН ґрунту. Цей експеримент був фактично розпочато раніше в семестрі, щоб дати час для вапнування агентів реагувати. Внесення змін до ґрунту кількома різними вапнувальними агентами дозволяє оцінити вплив розміру частинок та вапнування матеріалу на основі відносних змін ґрунту. Процедури включали наступне:

• Реагент класу CaCo ₃
• Реагент класу CaO
• Реагент класу CaSO ₄
• Доломітовий вапняк грубий (35 меш)
• Дрібний доломітовий вапняк (120 меш)
• Контроль (без змін)

Коли цей експеримент був розпочато, кожна секція лабораторії була розділена на шість груп, причому кожна група відповідала за одне з шести процедур. Ваш інструктор лабораторії призначив лікування вашій групі, і ви виконали наступні кроки:

1. Етикетка чотири пластикові пакети
2. Зважте 20 г повітряно-сухого грунту в кожен поліетиленовий пакет.
3. Зважте 0,1 грам призначеного вапнувального матеріалу на папері для зважування.
4. Додайте вапнувальний матеріал у грунт і ретельно перемішайте, щоб рівномірно розподілити в грунті.
5. Додайте кілька мл води в кожен пакетик і перемішайте.
6. Закрийте мішки, щоб почати інкубацію.

Тепер, коли вапнують агенти встигли відреагувати, ви будете збирати результати.

1. Додайте в поліетиленовий пакет 40 мл дистильованої води і перемішайте. Дайте йому постояти п’ять хвилин, періодично перемішуючи.
2. Обережно помістіть електрод у суспензію, викрутіть електрод і визначте рН, як ви робили раніше в Activity 2.
3. Запишіть рН для цього водно-ґрунтового розчину 2:1 в таблиці 14.2 нижче.

Таблиця 14.2. Результати експерименту з вапнування матеріалу

Запишіть дані вашої групи на столі на дошці. Потім запишіть всі дані класу в таблицю вище.

Діяльність 6: Як характеристики ґрунту впливають на реакцію вапнування

Щоб проілюструвати вплив текстури ґрунту та органічної речовини на регулювання рН, інструктор лабораторії додав різні норми доломітового вапняку до піщаного ґрунту, глинистого ґрунту та органічного ґрунту. Норми вапняку коливалися від нуля до 10 тонн/акр. Через кілька місяців були виміряні наступні значення рН:

Таблиця 14.3. Отримані значення рН після додавання вапна

Помістіть результати в таблиці 14.3 на рис. 14.2 для всіх трьох ґрунтів і з’єднайте точки даних, щоб сформувати лінію для кожного з трьох грунтів. Використовуючи наступний графік для побудови результатів рН проти тонн вапна, доданої для кожного з ґрунтів, дайте відповідь на питання щодо цього графіка.

Малюнок 14.2. Реакція рН ґрунту на норми вапнування для трьох ґрунтів.

Яка залежність між кількістю вапна, необхідного для підвищення рН ґрунту, і катіонообмінною здатністю ґрунту?

Чи повинні цілі рН для глинистого ґрунту та органічного ґрунту завжди бути однаковими? Поясніть свою відповідь. ПІДКАЗКА: Органічні ґрунти містять дуже мало Al.

Якщо піщаний та глинистий ґрунт вапнували для досягнення однакового рН, який ґрунт, ймовірно, потребує вапна раніше? Чому?

Вікторина для цієї лабораторії буде доступна в Інтернеті. Будь ласка, перейдіть до нього відповідно до вказівок вашого інструктора.