Okyselení půdy - Soil acidification
Okyselení půdy je nahromaděním vodíkových kationtů , které snižuje pH půdy . Chemicky se to stane, když se do půdy přidá dárce protonu . Dárcem může být kyselina , jako je kyselina dusičná , kyselina sírová nebo kyselina uhličitá . Může to být také sloučenina, jako je síran hlinitý , který reaguje v půdě a uvolňuje protony. K okyselení dochází také tehdy, když se z půdy vyluhují bazické kationty, jako je vápník , hořčík , draslík a sodík .
K okyselení půdy přirozeně dochází, když lišejníky a řasy začnou bourat skalní povrchy. Kyseliny pokračují v tomto rozpouštění, jak se vyvíjí půda. V průběhu času a zvětrávání se půdy v přírodních ekosystémech stávají kyselejšími. Rychlost okyselení půdy se může lišit a může se zvyšovat s určitými faktory, jako je kyselý déšť , zemědělství a znečištění.
Příčiny
Kyselý déšť
Srážky jsou přirozeně kyselé díky kyselině uhličité, která se tvoří v atmosféře z oxidu uhličitého. Tato sloučenina způsobuje, že pH srážek je kolem 5,0-5,5. Pokud mají srážky nižší pH než přirozené úrovně, mohou způsobit rychlé okyselení půdy. Oxid siřičitý a oxidy dusíku jsou prekurzory silnějších kyselin, které mohou při reakci s vodou v atmosféře vést ke vzniku kyselých dešťů . Tyto plyny mohou být přítomny v atmosféře v důsledku přírodních zdrojů, jako jsou blesky a sopečné erupce, nebo z antropogenních emisí. Základní kationty, jako je vápník, se vyluhují z půdy při proudění kyselých srážek, což umožňuje zvýšení hladin hliníku a protonů.
Kyseliny dusičné a sírové v kyselém dešti a sněhu mohou mít různé účinky na okyselení lesních půd, zejména sezónně v oblastech, kde se v zimě může hromadit sněhová pokrývka. Sníh má tendenci obsahovat více kyseliny dusičné než kyseliny sírové, a v důsledku toho se během krátké doby na jaře může v lesních půdách s vysokou nadmořskou výškou vyplavovat puls sněhové taveniny bohaté na kyselinu dusičnou. Tento objem vody může tvořit až 50% ročních srážek. Propláchnutí tavné vody kyselinou dusičnou může způsobit krátkodobé prudké snížení pH drenážní vody vstupující do podzemních a povrchových vod. Snížení pH může solubilizovat Al 3+, který je toxický pro ryby, zejména nově vylíhlé plůdky s nezralými žaberními systémy, kterými procházejí velkými objemy vody a získají O 2 pro dýchání. Jak prochází spláchnutí sněhové taveniny, teploty vody stoupají a jezera a potoky produkují více rozpuštěné organické hmoty; koncentrace Al v drenážní vodě klesá a je vázána na organické kyseliny, čímž je pro ryby méně toxická. Za deště se poměr kyselin dusičných a sírových snižuje přibližně na 1: 2. Vyšší obsah kyseliny sírové v dešti také nemusí uvolňovat tolik Al 3+ z půd jako kyselina dusičná, částečně kvůli retenci (adsorpci) SO 4 2- v půdách. Tento proces uvolňuje OH - do půdního roztoku a tlumí pokles pH způsobený přidaným H + z obou kyselin. Organické půdní horizonty (vrstvy) lesa, které mají vysoký obsah organické hmoty, také tlumí pH a snižují zatížení H+, které se následně vyluhuje skrz podkladové minerální horizonty.
Biologické zvětrávání
Kořeny rostlin okyselují půdu uvolňováním protonů a organických kyselin tak, aby chemicky odolávaly půdním minerálům. Rozpadající se zbytky odumřelých rostlin na půdě mohou také tvořit organické kyseliny, které přispívají k okyselení půdy. Okyselení z podestýlky na horizontu O je výraznější u jehličnatých stromů, jako je borovice , smrk a jedle , které vracejí do půdy méně základních kationtů než pod listnáči ; rozdíly v pH půdy přisuzované vegetaci však často existovaly již dříve a pomáhají vybírat druhy, které je tolerují. Akumulace vápníku ve stávající biomase také silně ovlivňuje pH půdy - faktor, který se může lišit druh od druhu.
Mateřské materiály
Některé základní materiály také přispívají k okyselení půdy. Žuly a jejich příbuzné vyvřelé horniny se nazývají „kyselé“, protože mají spoustu volného křemene , který produkuje kyselinu křemičitou na zvětrávání. Také mají relativně nízké množství vápníku a hořčíku. Některé usazené horniny, jako jsou břidlice a uhlí, jsou bohaté na sulfidy , které při hydrataci a oxidaci produkují kyselinu sírovou, která je mnohem silnější než kyselina křemičitá. Mnoho uhelných půd je příliš kyselých na to, aby podporovalo dynamický růst rostlin, a uhlí při spalování vydává silné prekurzory kyselých dešťů. Mořské jíly jsou v mnoha případech také bohaté na sulfidy a tyto jíly se stanou velmi kyselými, pokud jsou odváděny do oxidačního stavu.
Změny půdy
Změny půdy, jako jsou hnojiva a hnůj, mohou způsobit okyselení půdy. Hnojiva na bázi síry mohou být vysoce okyselující, mezi příklady patří elementární síra a síran železnatý, zatímco jiné jako síran draselný nemají významný vliv na pH půdy . Zatímco většina dusíkatých hnojiv má okyselující účinek, dusičná hnojiva na bázi amoniaku okyselují více než jiné zdroje dusíku. Amoniak bázi dusíkatých hnojiv zahrnují síran amonný , hydrogenfosforečnan amonný , dihydrogenfosforečnanu amonného a dusičnanu amonného . Organické zdroje dusíku, jako je močovina a kompost , méně okyselují. Dusičnanu zdroje, které mají malou nebo žádnou amonné, jako je například dusičnan vápenatý , dusičnan horečnatý , dusičnan draselný a dusičnan sodný , nejsou okyselení.
Znečištění
Okyselení může také nastat z emisí dusíku do ovzduší, protože dusík může skončit uložen do půdy. Živočišná zvířata jsou zodpovědná za téměř 65 procent emisí čpavku způsobených člověkem .
Antropogenní zdroje oxidů síry a oxidů dusíku hrají hlavní roli ve zvyšování produkce kyselých dešťů. Využívání fosilních paliv a motorových výfukových plynů jsou největšími antropogenními činiteli sírových plynů a oxidů dusíku.
Hliník je jedním z mála prvků, které mohou zvýšit kyselost půdy. Toho je dosaženo tím, že hliník odebírá hydroxidové ionty z vody a zanechává za sebou ionty vodíku. V důsledku toho je půda kyselejší, což ji činí pro mnoho rostlin neživou. Dalším důsledkem hliníku v půdách je toxicita hliníku, která inhibuje růst kořenů.
Postupy řízení zemědělství
Přístupy řízení zemědělství, jako je monokultura a chemické hnojení, často vedou k půdním problémům, jako je okyselení půdy, degradace a choroby přenášené půdou, které mají v konečném důsledku negativní dopad na produktivitu a udržitelnost zemědělství.
Efekty
Okyselení půdy může způsobit poškození rostlin a organismů v půdě. V rostlinách má okyselení půdy za následek menší, méně trvanlivé kořeny. Kyselé půdy někdy poškozují kořenové špičky a omezují další růst. Výška rostlin je narušena a klíčení semen také klesá. Okyselení půdy má vliv na zdraví rostlin, což má za následek snížení krytí a nižší hustotu rostlin. Celkově je u rostlin vidět zpomalený růst. Okyselení půdy je přímo spojeno s poklesem ohrožených druhů rostlin.
Okyselení v půdě snižuje mikrobiální a makrofaunální rozmanitost. To může snížit pokles struktury půdy, což ji činí citlivější na erozi. V půdě je k dispozici méně živin, větší dopad toxických prvků na rostliny a důsledky pro biologické funkce půdy (jako je fixace dusíku ). Nedávná studie ukázala, že monokultura cukrové třtiny indukuje kyselost půdy, snižuje úrodnost půdy, mění mikrobiální strukturu a snižuje její aktivitu. Kromě toho většina prospěšných bakteriálních rodů významně poklesla díky monokultuře cukrové třtiny, zatímco prospěšné houbové rody vykazovaly opačný trend. Účinným opatřením k rozvoji udržitelného systému pěstování cukrové třtiny proto může být zmírnění kyselosti půdy, zlepšení úrodnosti půdy a enzymatické činnosti půdy, včetně zlepšené mikrobiální struktury s prospěšnými službami pro rostliny a půdu.
Ve větším měřítku je okyselení půdy spojeno se ztrátami zemědělské produktivity v důsledku těchto účinků.
Dopady kyselé vody a okyselení půdy na rostliny mohou být malé nebo ve většině případů závažné. V menších případech, které nevedou k úmrtí rostlinného života, patří; méně citlivé rostliny na kyselé podmínky a nebo méně silné kyselé deště. Také v malých případech rostlina nakonec zemře kvůli kyselé vodě snižující přirozené pH rostlin. Kyselá voda vstupuje do rostliny a způsobuje, že se důležité rostlinné minerály rozpouštějí a unášejí; což nakonec způsobí, že rostlina zemře na nedostatek minerálů pro výživu. Ve větších případech, které jsou extrémnější; dochází ke stejnému procesu poškození jako v menších případech, což je odstranění základních minerálů, ale mnohem rychleji. Podobně kyselý déšť, který padá na půdu a na listy rostlin, způsobuje vysychání kůžičky voskovitých listů; což nakonec způsobuje rychlou ztrátu vody z rostliny do vnější atmosféry a má za následek smrt rostliny. Chcete -li zjistit, zda je rostlina ovlivněna okyselením půdy, lze pozorně sledovat listy rostlin. Pokud jsou listy zelené a vypadají zdravě, je pH půdy normální a přijatelné pro život rostlin. Pokud však listy rostlin mezi žilami na listech žloutnou, znamená to, že rostlina trpí okyselením a je nezdravá. Rostlina trpící okyselením půdy navíc nemůže fotosyntetizovat. Vysychání rostliny v důsledku kyselé vody ničí organely chloroplastů. Bez schopnosti fotosyntetizovat nemůže rostlina vytvářet živiny pro vlastní přežití ani kyslík pro přežití aerobních organismů; který ovlivňuje většinu druhů Země a nakonec končí účel existence rostlin.
Prevence a management
Okyselení půdy je v dlouhodobé rostlinné produkci běžným problémem, který lze omezit vápnem, organickými úpravami (např. Sláma a hnůj) a aplikací biouhlu . V plodinách cukrové třtiny, sóji a kukuřice pěstovaných v kyselých půdách vedla aplikace vápna k obnově živin, zvýšení pH půdy, zvýšení kořenové biomasy a lepšímu zdraví rostlin.
Aby se zabránilo dalšímu okyselení, lze také použít různé strategie řízení: použití méně okyselujících hnojiv, zvážení množství hnojiva a načasování aplikace ke snížení vyplavování dusičnanů a dusíku, dobré řízení zavlažování kyselinou neutralizující vodou a zvážení poměru základních živin k dusíku ve sklizené sklizni plodiny. Sírová hnojiva by měla být používána pouze u citlivých plodin s vysokou mírou obnovy plodin.
Skrz redukci antropogenních zdrojů oxidů síry, oxidů dusíku a pomocí opatření ke kontrole znečištění ovzduší se pokusme omezit kyselé deště a acidifikaci půdy na celém světě.
Viz také
Reference
Další čtení
-
Fenn, ME; Huntington, TG; McLaughlin, SB; Eagar, C .; Gomez, A .; Cook, RB (2006). „Stav okyselení půdy v Severní Americe“ (PDF) . Journal of Forest Science . 52: 3–13. Archivováno z originálu (PDF) dne 2011-10-20 . Citováno 2019-01-13 .
Vyčerpání Ca je primární mechanismus účinků ukládání kyseliny ve východní části Severní Ameriky