Talaj pH - Soil pH

A talaj pH -értékének globális változása. Piros = savas talaj. Sárga = semleges talaj. Kék = lúgos talaj. Fekete = nincs adat.

A talaj pH -ja a talaj savasságának vagy lúgosságának (lúgosságának) mértékegysége . A talaj pH -ja kulcsfontosságú jellemző, amely felhasználható informatív elemzésekhez kvalitatív és mennyiségi szempontból is a talaj jellemzőiről. A pH -t a hidrogén -ionok aktivitásának negatív logaritmusaként (10. bázis) határozzuk meg ( H⁺
vagy pontosabban H
₃O⁺
_aq) oldatban . A talajban a talaj vízzel (vagy sóoldattal, pl0,01  M  CaCl
₂), és általában 3 és 10 közé esik, 7 pedig semleges. A savas talajok pH-ja 7, a lúgos talajok pH-ja 7 felett van. Az ultra-savas talajok (pH <3,5) és a nagyon erősen lúgos talajok (pH> 9) ritkák.

A talaj pH -ja a talaj fő változója, mivel számos kémiai folyamatot érint. Kifejezetten befolyásolja a növényi tápanyagok elérhetőségét azáltal, hogy szabályozza a különböző tápanyagok kémiai formáit, és befolyásolja az általuk végzett kémiai reakciókat. A legtöbb növény optimális pH -tartománya 5,5 és 7,5 között van; sok növény azonban alkalmazkodott ahhoz, hogy ezen a tartományon kívül eső pH -értékeken virágozzon.

A talaj pH -tartományainak osztályozása

Az Egyesült Államok Mezőgazdasági Minisztériuma Természeti Erőforrások Megőrzési Szolgálata a következőképpen osztályozza a talaj pH -tartományát:

A pH meghatározása

A pH meghatározásának módszerei a következők:

• A talajprofil megfigyelése: Bizonyos profiljellemzők a savas, sós vagy sós állapotok mutatói lehetnek. Példák:
  • A szerves felületi réteg rossz beépülése az alatta lévő ásványi réteggel - ez erősen savas talajokra utalhat;
  • A klasszikus podzol horizont szekvencia, mivel a podzolok erősen savasak: ezekben a talajokban a szerves felszíni réteg alatt halvány eluviális (E) horizont fekszik, és egy sötét B horizontot fed le;
  • A caliche réteg jelenléte kalcium -karbonátok jelenlétét jelzi, amelyek lúgos körülmények között vannak jelen;
  • Az oszlopos szerkezet a szódás állapot mutatója lehet.
• Az uralkodó flóra megfigyelése. A meszes növények (azok, amelyek a savas talajt részesítik előnyben) az Erica , a Rhododendron és szinte az összes többi Ericaceae faj, sok nyírfa ( Betula ), rókagomba ( Digitalis ), csirke ( Ulex spp.) És a fenyőfenyő ( Pinus sylvestris ). A Calcicole (mészkedvelő) növények közé tartoznak a kőrisfák ( Fraxinus spp.), A lonc ( Lonicera ), a Buddleja , a dogwoods ( Cornus spp.), Az orgona ( Syringa ) és a Clematis fajok.
• Olcsó pH -tesztkészlet használata, ahol egy kis talajmintában összekeverik az indikátoroldatot, amely a savasságnak megfelelően megváltoztatja a színét.
• Lakmuszpapír használata . Egy kis talajmintát desztillált vízzel keverünk, amelybe egy lakmuszpapír csíkot helyezünk. Ha a talaj savas, a papír piros, ha bázikus, kék színű lesz.
• Bizonyos más gyümölcs- és zöldségpigmentek is megváltoztatják színüket a változó pH -érték hatására. Az áfonyalé vörösesebb lesz, ha savat adunk hozzá, és indigóvá válik, ha elegendő bázissal titráljuk a magas pH -érték eléréséhez. A vörös káposzta hasonlóan érintett.
• Kereskedelmi forgalomban kapható elektronikus pH-mérő használata , amelyben üveg vagy szilárdtest-elektródát helyeznek nedves talajba vagy talaj és víz keverékébe (szuszpenzióba); a pH -t általában digitális kijelzőn olvassák le.
• A közelmúltban spektrofotometriás módszereket fejlesztettek ki a talaj pH -jának mérésére, indikátorfesték hozzáadásával. Ezek jól összehasonlíthatók az üveg elektróda mérésekkel, de jelentős előnyökkel járnak, mint például a sodródás hiánya, a folyadékcsomópont és a felfüggesztési hatások

A tudományos kutatáshoz és ellenőrzéshez pontos, megismételhető talaj pH -mérésekre van szükség. Ez általában szabványos protokoll szerinti laboratóriumi elemzést foglal magában; az ilyen protokollra példa az USDA Soil Survey Field and Laboratory Methods Manual. Ebben a dokumentumban a talaj pH-mérésének háromoldalas protokollja a következő részeket tartalmazza: Alkalmazás; A módszer összefoglalása; Interferenciák; Biztonság; Felszerelés; Reagensek; és eljárás.

A módszer összefoglalása

A pH-t talaj-víz (1: 1) és talaj-só (1: 2 ) oldatokban mérik . A kényelem érdekében a pH -t először vízben mérik, majd be . Azzal a kiegészítéssel, azonos térfogatú 0,02 M , hogy a talaj szuszpenzió, amely állítjuk elő a víz pH, a végső talaj-oldat arány 1: 2 0,01 M . Egy 20 g-os talajmintát 20 ml fordított ozmózisos (RO) vízzel (1: 1 térfogatarányú) keverünk időnként megkeverve. A mintát 1 órán át állni hagyjuk, időnként megkeverve. A mintát 30 másodpercig keverjük, és megmérjük a víz 1: 1 arányú pH -ját. A 0,02 M -ot (20 ml) hozzáadjuk a talajszuszpenzióhoz , a mintát keverjük, és megmérjük az 1: 2 0,01 M pH -t (4C1a2a2). ${\ displaystyle {\ ce {CaCl2}}}$${\ displaystyle {\ ce {CaCl2}}}$${\ displaystyle {\ ce {CaCl2}}}$${\ displaystyle {\ ce {CaCl2}}}$
${\ displaystyle {\ ce {CaCl2}}}$${\ displaystyle {\ ce {CaCl2}}}$

- Az USDA NRCS módszerének összefoglalása a talaj pH -értékének meghatározására

A talaj pH -ját befolyásoló tényezők

A természetes talaj pH -ja függ a talaj alapanyagának ásványi összetételétől , és az időjárási reakcióktól. Meleg, párás környezetben a talaj savasodása idővel bekövetkezik, mivel az időjárás termékeit a talajban oldalirányban vagy lefelé mozgó víz kilúgozza. Száraz éghajlaton azonban a talaj mállása és kimosódása kevésbé intenzív, és a talaj pH -ja gyakran semleges vagy lúgos.

A savasság forrásai

Sok folyamat hozzájárul a talaj savasodásához. Ezek tartalmazzák:

• Csapadék: Az átlagos csapadék pH -ja 5,6, és a légköri szén -dioxid ( CO
  ₂), azaz vízzel kombinálva szénsavat ( H
  ₂CO
  ₃), amely savas. Amikor ez a víz átfolyik a talajon, bázikus kationok kimosódását eredményezi a talajból bikarbonát formájában; ez növeli az Al százalékát³⁺
  és H⁺
  más kationokhoz képest.
• A gyökér légzése és a szerves anyagok mikroorganizmusok általi bomlása CO -t bocsát ki
  ₂ami növeli a szénsavat ( H
  ₂CO
  ₃) koncentráció és az azt követő kimosódás.
• Növénynövekedés: A növények ionok formájában veszik fel a tápanyagokat (pl. NO^-
  ₃, NH⁺
  ₄, Ca²⁺
  , H
  ₂PO^-
  ₄), és gyakran több kationt vesznek fel, mint anionokat . A növényeknek azonban semleges töltést kell tartaniuk gyökereikben. Az extra pozitív töltés kompenzálása érdekében elengedik a H -t⁺
  ionokat a gyökértől. Egyes növények szerves savakat is bocsátanak ki a talajba, hogy megsavanyítsák a gyökereik körüli zónát, hogy elősegítsék a semleges pH -n oldhatatlan fémtápanyagok, például vas (Fe) oldását.
• Műtrágya használata: ammónium ( NH⁺
  ₄) A műtrágyák a talajban nitrifikációs folyamat során nitrátot ( NO^-
  ₃), és a folyamat során engedje el a H⁺
  ionokat.
• Savas eső : A fosszilis tüzelőanyagok elégetése kén- és nitrogén -oxidokat bocsát ki a légkörbe. Ezek reagálnak a légkörben lévő vízzel, és esőben kénsavat és salétromsavat képeznek.
• Oxidatív időjárás : egyes elsődleges ásványok, különösen a szulfidok és a Fe -t tartalmazó ásványok oxidációja²⁺
  , savasságot generál. Ezt a folyamatot gyakran felgyorsítja az emberi tevékenység:
  • Bánya romlása: A pirit oxidációja miatt egyes bányatermékek közelében talajokban erősen savas állapotok alakulhatnak ki .
  • A vízzel borított tengerparti és torkolati környezetben természetes módon képződött
  savas szulfátos talajok lecsapolásakor vagy feltárásakor erősen savasodhatnak.

A lúgosság forrásai

A talaj teljes lúgossága a következőkkel nő:

• Na -t tartalmazó szilikát , alumínium -szilikát és karbonát ásványok mállása⁺
  , Ca²⁺
  , Mg²⁺
  és K.⁺
  ;
• Szilikát, alumínium -szilikát és karbonát ásványok hozzáadása a talajokhoz; ez történhet a szél vagy a víz által máshol erodált anyag lerakódásával, vagy a talaj kevésbé viharvert anyaggal való összekeverésével (például mészkő hozzáadásával a savas talajokhoz);
• Oldott bikarbonátokat tartalmazó víz hozzáadása (mint magas bikarbonáttartalmú vizekkel történő öntözés esetén).

A lúgosság felhalmozódása a talajban (Na, K, Ca és Mg karbonátjaiként és hidrogén -karbonátjaiként) akkor következik be, ha a talajokon nem folyik elegendő víz az oldható sók kimosásához. Ennek oka lehet a száraz körülmények vagy a gyenge talajvíz -elvezetés ; ezekben a helyzetekben a talajba jutó víz nagy része átáramlik (a növények felveszik), vagy elpárolog, ahelyett, hogy átfolyna a talajon.

A talaj pH -ja általában növekszik, amikor a teljes lúgosság nő, de a hozzáadott kationok egyensúlya is markánsan befolyásolja a talaj pH -ját. Például a lúgos talajban a nátrium mennyiségének növelése hajlamos a kalcium -karbonát oldódására , ami növeli a pH -t. A meszes talajok pH -ja 7,0 és 9,5 között változhat, attól függően, hogy milyen mértékben Ca²⁺
vagy Na⁺
uralják az oldható kationokat.

A talaj pH -jának hatása a növények növekedésére

Savas talajok

A savas talajban termesztett növények különféle stresszhatásoknak lehetnek kitéve, beleértve az alumínium  (Al), a hidrogén  (H) és/vagy a mangán  (Mn) toxicitását, valamint a kalcium  (Ca) és a magnézium  (Mg) tápanyaghiányát .

Az alumínium toxicitás a legelterjedtebb probléma savas talajokban. Az alumínium minden talajban különböző mértékben van jelen, de az oldott Al ³⁺ mérgező a növényekre; Az Al ³⁺ a legjobban oldódik alacsony pH -n; pH 5,0 felett a legtöbb talajban kevés Al van oldható formában. Az alumínium nem növényi tápanyag, ezért a növények nem veszik fel aktívan, hanem ozmózis útján passzívan jut be a növény gyökereibe. Az alumínium sokféle formában létezhet, és felelős szerepet játszik a növekedés korlátozásában a világ különböző részein. Alumínium tolerancia vizsgálatokat végeztek különböző növényfajokon, hogy megnézzék az életképes küszöbértékeket és koncentrációkat, valamint az expozíció funkcióját. Az alumínium gátolja a gyökerek növekedését; az oldalsó gyökerek és a gyökércsúcsok megvastagodnak, és a gyökerekből hiányzik a finom elágazás; a gyökércsúcsok megbarnulhatnak. A gyökérben az Al ³⁺ kezdeti hatása a rhizodermis sejtjeinek tágulásának gátlása , ami azok megrepedéséhez vezet; ezután ismert, hogy sok fiziológiai folyamatot zavar, beleértve a kalcium és más alapvető tápanyagok felvételét és szállítását, a sejtosztódást, a sejtfalképződést és az enzimaktivitást.

A proton (H ⁺ ion) stressz is korlátozhatja a növények növekedését. A gyökérsejtek plazmalemmájának protonpumpa, a H ⁺ -ATPáz a citoplazmájuk közel semleges pH -jának fenntartására szolgál. A külső termesztőközegben lévő magas protonaktivitás (a legtöbb növényfaj pH -ja 3,0–4,0) legyőzi a sejt azon képességét, hogy fenntartsa a citoplazmatikus pH -t, és a növekedés leáll.

A magas mangántartalmú ásványi anyag tartalmú talajokban az Mn -toxicitás problémát okozhat 5,6 pH -nál vagy annál alacsonyabb értéknél. A mangán, akárcsak az alumínium, a pH csökkenésével egyre jobban oldódik, és az Mn toxicitási tünetek 5,6 alatti pH -szinteken láthatók. A mangán alapvető növényi tápanyag, ezért a növények Mn -t szállítanak a levelekbe. Az Mn toxicitás klasszikus tünetei a gyűrődés vagy a levelek csészéje.

Tápanyagok elérhetősége a talaj pH -jához viszonyítva

Tápanyagok elérhetősége a talaj pH -jához viszonyítva

A talaj pH -ja befolyásolja egyes növényi tápanyagok elérhetőségét :

Amint azt fentebb tárgyaltuk, az alumínium toxicitás közvetlen hatással van a növények növekedésére; a gyökérnövekedés korlátozásával azonban csökkenti a növényi tápanyagok elérhetőségét is. Mivel a gyökerek sérültek, a tápanyagfelvétel csökken, és a makrotápanyagok (nitrogén, foszfor, kálium, kalcium és magnézium) hiánya gyakran előfordul erősen savas vagy ultra savas talajokon (pH <5,0).

A molibdén elérhetősége magasabb pH -n nő; ez azért van, mert a molibdát -ion erősebben szívódik fel agyagrészecskéknél alacsonyabb pH -n.

A cink , a vas , a réz és a mangán rosszabb hozzáférhetőséget mutat magasabb pH -n (magasabb szorpció magasabb pH -n ).

A pH hatása a foszfor rendelkezésre állására jelentősen változik, a talajviszonyoktól és a kérdéses terméstől függően. Az 1940 -es és 1950 -es években uralkodó nézet az volt, hogy a P -hozzáférhetőség a semlegesség közelében (talaj pH -értéke 6,5–7,5) maximalizálódott, és egyre alacsonyabb pH -n csökkent. A foszfor kölcsönhatása a mérsékelten vagy enyhén savas tartományban (pH 5,5–6,5) lévő pH -val azonban sokkal összetettebb, mint ezt a nézetet javasoljuk. Laboratóriumi vizsgálatok, üvegházi kísérletek és terepi kísérletek azt mutatták, hogy a pH ezen a tartományon belüli növekedése növelheti, csökkentheti vagy nem befolyásolja a növények P -hozzáférhetőségét.

A víz elérhetősége a talaj pH -jához viszonyítva

Az erősen lúgos talajok szikesek és diszperzívak , lassú beszivárgással , alacsony hidraulikus vezetőképességgel és rossz vízkapacitással . A növények növekedése erősen korlátozott, mert a levegőztetés gyenge, ha a talaj nedves; száraz körülmények között a növények által rendelkezésre álló víz gyorsan kimerül, a talajok kemények és rögösek lesznek (nagy talajszilárdság).

Ezzel szemben sok erősen savas talaj erős aggregációval, jó belső vízelvezetéssel és jó víztartó tulajdonságokkal rendelkezik. Sok növényfaj esetében azonban az alumínium toxicitás súlyosan korlátozza a gyökérnövekedést, és a nedvességterhelés akkor is előfordulhat, ha a talaj viszonylag nedves.

A növények pH -beállításai

Általánosságban elmondható, hogy a különböző növényfajok különböző pH -tartományú talajokhoz alkalmazkodnak. Sok faj esetében a talaj megfelelő pH -tartománya meglehetősen ismert. A növényi jellemzők online adatbázisai, például az USDA PLANTS és a Plants for a Future felhasználhatók a növények széles körének megfelelő talaj pH -tartományának megkeresésére. Olyan dokumentumok is megtekinthetők, mint Ellenberg brit üzemek indikátorértékei .

Előfordulhat azonban, hogy egy növény bizonyos talajokban bizonyos mechanizmusok hatására nem érzékeny egy adott pH -értékre, és ez a mechanizmus más talajokon nem alkalmazható. Például az alacsony molibdéntartalmú talaj nem alkalmas szójabab növényekre 5,5 pH -értéken, de a megfelelő molibdéntartalmú talajok lehetővé teszik az optimális növekedést ezen a pH -n. Hasonlóképpen, egyes meszesedések (a magas pH-értékű talajt nem toleráló növények) tolerálják a meszes talajokat, ha elegendő foszfort biztosítanak. Egy másik zavaró tényező az, hogy ugyanazon faj különböző fajtáinak gyakran különböző a megfelelő talaj pH -tartománya. A növénynemesítők ezt olyan fajták tenyésztésére használhatják, amelyek tolerálják az adott fajra egyébként alkalmatlannak ítélt körülményeket-példák az alumínium- és mangántűrő gabonafélék fajtáinak tenyésztésére irányuló projektek erősen savas talajban.

Az alábbi táblázat megadja a megfelelő talaj pH -tartományokat néhány széles körben termesztett növény számára, amint az megtalálható az USDA PLANTS adatbázisában . Egyes fajok (például a Pinus radiata és az Opuntia ficus-indica ) a talaj pH-jának szűk tartományát tolerálják, míg mások (például a Vetiveria zizanioides ) nagyon széles pH-tartományt tolerálnak.

A talaj pH -jának megváltoztatása

A savas talaj pH -értékének növelése

Finoman őrölt mezőgazdasági mész gyakran kerül a savas talajokra, hogy növelje a talaj pH -ját ( meszezés ). A pH megváltoztatásához szükséges mészkő vagy kréta mennyiségét a mész szembősége (milyen finomra őrlik) és a talaj pufferkapacitása határozza meg. A nagy szembőség (60 háló = 0,25 mm; 100 szembőség = 0,149 mm) azt jelzi, hogy a finomra őrölt mész gyorsan reagál a talaj savasságával. A talaj pufferkapacitása a talaj agyagtartalmától, az agyag típusától és a jelen lévő szerves anyagok mennyiségétől függ, és összefüggésben lehet a talaj kationcserélő képességével . A magas agyagtartalmú talajok pufferkapacitása nagyobb lesz, mint a kevés agyagé, és a magas szervesanyag tartalmú talajok pufferkapacitása nagyobb, mint az alacsony szervesanyag tartalmúaké. A nagyobb pufferkapacitású talajok nagyobb mennyiségű mészre van szükségük ahhoz, hogy egyenértékű pH -változást érjenek el. A talaj pH -értékének pufferelése gyakran közvetlenül összefügg a talajoldatban lévő alumínium mennyiségével és a kationcsere -kapacitás részeként a cserehelyek felvételével. Ez az alumínium mérhető egy talajvizsgálat során, amelyben sóoldattal extrahálják a talajból, majd laboratóriumi elemzéssel számszerűsítik. Ezután a kezdeti talaj -pH és az alumíniumtartalom felhasználásával kiszámítható a mész mennyisége, amely szükséges ahhoz, hogy a pH -t a kívánt szintre emeljük.

A talaj pH -értékének növelésére használható módosítások a mezőgazdasági mészen kívül a fahamu, az ipari kalcium -oxid ( égetett mész ), a magnézium -oxid , az alapsalak ( kalcium -szilikát ) és az osztrigahéj . Ezek a termékek különböző sav -bázis reakciók révén növelik a talaj pH -ját . A kalcium -szilikát semlegesíti a talaj aktív savasságát, ha H ⁺  -ionokkal reagálva monosilicinsavat (H ₄ SiO ₄ ), semleges oldott anyagot képez .

A lúgos talaj pH -értékének csökkentése

A lúgos talaj pH -értéke csökkenthető savasítószerek vagy savas szerves anyagok hozzáadásával. Az elemi kén (90–99% S) 300–500 kg/ha (270–450 lb/acre) kijuttatási mennyiségben került felhasználásra - lassan oxidálódik a talajban, és kénsavat képez. A savasító műtrágyák, például az ammónium -szulfát, az ammónium -nitrát és a karbamid hozzájárulhatnak a talaj pH -értékének csökkentéséhez, mivel az ammónium salétromsavvá oxidálódik. A savasító szerves anyagok közé tartozik a tőzeg vagy a sphagnum tőzegmoha.

Azonban a magas pH-értékű talajokban, amelyek magas kalcium-karbonát-tartalommal rendelkeznek (több mint 2%), nagyon költséges és/vagy hatástalan lehet a pH csökkentése savakkal. Ilyen esetekben gyakran hatékonyabb foszfor, vas, mangán, réz és/vagy cink hozzáadása, mivel ezeknek a tápanyagoknak a hiánya a leggyakoribb oka a gyenge növényi növekedésnek a meszes talajokban.

Lásd még

• Savas bánya elvezetése
• Savas szulfátos talaj
• Kationcserélő kapacitás
• Trágya
• Meszezés (talaj)
• Bio kertészet
• Redox gradiens

Hivatkozások

Külső linkek

• "A mészpotenciál tanulmánya, RC Turner, kutatási ág, Kanadai Mezőgazdasági Minisztérium, 1965"