PH půdy - Soil pH

Globální rozdíly v pH půdy. Červená = kyselá půda. Žlutá = neutrální půda. Modrá = zásaditá půda. Černá = žádná data.

PH půdy je měřítkem kyselosti nebo zásaditosti (zásaditosti) půdy . PH půdy je klíčovou charakteristikou, kterou lze použít pro kvalitativní i kvantitativní informační analýzu vlastností půdy. Hodnota pH je definována jako záporný logaritmus (základ 10) v činnosti z hydronium iontů ( H⁺
nebo přesněji H
₃Ó⁺
_aq) v roztoku . V půdách se měří v kejdě půdy smíchané s vodou (nebo solným roztokem, jako je např0,01  M  CaCl
₂), a obvykle spadá mezi 3 a 10, přičemž 7 je neutrální. Kyselé půdy mají pH pod 7 a zásadité mají pH nad 7. Vzácně se vyskytují ultra kyselé půdy (pH <3,5) a velmi silně zásadité (pH> 9).

PH půdy je považováno za hlavní proměnnou v půdách, protože ovlivňuje mnoho chemických procesů. Specificky ovlivňuje dostupnost živin rostlin kontrolou chemických forem různých živin a ovlivněním chemických reakcí, kterým procházejí. Optimální rozmezí pH pro většinu rostlin je mezi 5,5 a 7,5; mnoho rostlin se však přizpůsobilo, aby se jim dařilo při hodnotách pH mimo toto rozmezí.

Klasifikace rozsahů pH půdy

Ministerstvo zemědělství Spojených států pro ochranu přírodních zdrojů klasifikuje rozsahy pH půdy následovně:

Stanovení pH

Metody stanovení pH zahrnují:

• Pozorování půdního profilu: Určité charakteristiky profilu mohou být indikátorem kyselých, fyziologických nebo sodných podmínek. Příklady jsou:
  • Špatné zapracování organické povrchové vrstvy s podkladovou minerální vrstvou - to může znamenat silně kyselé půdy;
  • Klasický sled podzolových horizontů, protože podzoly jsou silně kyselé: v těchto půdách leží pod organickou povrchovou vrstvou bledý eluviální (E) horizont a překrývá tmavý B horizont;
  • Přítomnost kalichové vrstvy indikuje přítomnost uhličitanů vápenatých, které jsou přítomny v zásaditých podmínkách;
  • Sloupcová struktura může být indikátorem sodné kondice.
• Pozorování převládající flóry. Kalcifobní rostliny plodiny (ty, které dávají přednost kyselou půdu) zahrnují Erica , Rhododendron a téměř všechny ostatní Ericaceae druhy, mnoho břízy ( Betula ), náprstník ( Digitalis ), keře ( Ulex spp.), A borovice lesní ( Pinus sylvestris ). Mezi vápníkovité (vápnomilné) rostliny patří jasany ( Fraxinus spp.), Zimolez ( Lonicera ), Buddleja , dříny ( Cornus spp.), Šeřík ( Syringa ) a plamének .
• Použití levné soupravy pro testování pH, kde se v malém vzorku půdy smíchá indikátorový roztok, který mění barvu podle kyselosti.
• Použití lakmusového papíru . Malý vzorek půdy se smíchá s destilovanou vodou, do které se vloží proužek lakmusového papíru . Pokud je půda kyselá, papír zčervená, pokud je zásaditý, modrý.
• Některé další ovocné a zeleninové pigmenty také mění barvu v reakci na změnu pH. Borůvkový džus zčervená, pokud se přidá kyselina, a stane se indigovým, pokud se titruje dostatečnou bází, aby se dosáhlo vysokého pH. Červené zelí je na tom podobně.
• Použití komerčně dostupného elektronického pH metru , ve kterém je skleněná nebo tuhá elektroda vložena do navlhčené půdy nebo směsi (suspenze) půdy a vody; pH se obvykle odečítá na obrazovce digitálního displeje.
• Nedávno byly k měření pH půdy vyvinuty spektrofotometrické metody zahrnující přidání indikátorového barviva do půdního extraktu. Ty se dobře srovnávaly s měřením skleněnými elektrodami, ale nabízejí podstatné výhody, jako je nedostatek driftu, kapalinové spojení a závěsné efekty

Pro vědecký výzkum a monitorování jsou nutná přesná, opakovatelná měření pH půdy. To obecně zahrnuje laboratorní analýzu pomocí standardního protokolu; příkladem takového protokolu je, že v příručce USDA Soil Survey Field and Laboratory Methods Manual. V tomto dokumentu třístránkový protokol pro měření pH půdy obsahuje následující části: Aplikace; Shrnutí metody; Interference; Bezpečnost; Zařízení; Činidla; a postup.

Shrnutí metody

PH se měří v roztocích půdní voda (1: 1) a půdní sůl (1: 2 ). Pro usnadnění se pH nejprve měří ve vodě a poté se měří v . S přidáním stejného objemu 0,02 M do suspenze půdy, která byla připravena pro pH vody, konečný poměr půda roztoku je 1: 2 0,01 M . Vzorek 20 g půdy se za občasného míchání smíchá s 20 ml vody s reverzní osmózou (RO) (1: 1 w: v). Vzorek se nechá stát 1 hodinu za občasného míchání. Vzorek se míchá 30 s a měří se pH vody 1: 1. 0,02 M (20 ml) se přidá k půdní suspenzi, vzorek se míchá a měří se 1: 2 0,01 M pH (4C1a2a2). ${\ displaystyle {\ ce {CaCl2}}}$${\ displaystyle {\ ce {CaCl2}}}$${\ displaystyle {\ ce {CaCl2}}}$${\ displaystyle {\ ce {CaCl2}}}$
${\ displaystyle {\ ce {CaCl2}}}$${\ displaystyle {\ ce {CaCl2}}}$

- Shrnutí metody USDA NRCS pro stanovení pH půdy

Faktory ovlivňující pH půdy

PH přirozené půdy závisí na minerálním složení základního materiálu půdy a na povětrnostních reakcích, kterým tento základní materiál prochází. V teplém, vlhkém prostředí dochází v průběhu času k okyselení půdy, protože produkty zvětrávání jsou vyluhovány vodou pohybující se půdou bočně nebo dolů. V suchém podnebí jsou však zvětrávání a louhování půdy méně intenzivní a pH půdy je často neutrální nebo zásadité.

Zdroje kyselosti

K okyselení půdy přispívá mnoho procesů. Tyto zahrnují:

• Srážky: Průměrné srážky mají pH 5,6 a jsou prezentovány jako mírně kyselejší kvůli atmosférickému oxidu uhličitému ( CO
  ₂), to znamená, že když se spojí s vodou, vytvoří se kyselina uhličitá ( H
  ₂CO
  ₃), který je kyselý. Když tato voda protéká půdou, má za následek vyluhování zásaditých kationtů z půdy jako bikarbonáty; tím se zvyšuje procento Al³⁺
  a H.⁺
  ve srovnání s jinými kationty.
• Kořenové dýchání a rozklad organické hmoty mikroorganismy uvolňuje CO
  ₂což zvyšuje kyselinu uhličitou ( H
  ₂CO
  ₃) koncentrace a následné louhování.
• Růst rostlin: Rostliny přijímají živiny ve formě iontů (např. NO^-
  ₃, NH⁺
  ₄, Ca²⁺
  , H.
  ₂PO^-
  ₄) a často zabírají více kationtů než aniontů . Rostliny však musí ve svých kořenech udržovat neutrální náboj. Aby kompenzovali extra kladný náboj, uvolní H⁺
  ionty od kořene. Některé rostliny také vylučují organické kyseliny do půdy, aby okyselily zónu kolem svých kořenů, aby pomohly rozpustit kovové živiny, které jsou nerozpustné při neutrálním pH, jako je železo (Fe).
• Použití hnojiva: Amoniak ( NH⁺
  ₄) hnojiva reagují v půdě procesem nitrifikace za vzniku dusičnanu ( NO^-
  ₃) a v procesu uvolněte H⁺
  ionty.
• Kyselý déšť : Při spalování fosilních paliv se do atmosféry uvolňují oxidy síry a dusíku. Ty reagují s vodou v atmosféře za vzniku kyseliny sírové a dusičné v dešti.
• Oxidační zvětrávání : Oxidace některých primárních minerálů, zejména sulfidů a minerálů obsahujících Fe²⁺
  , vytvářejí kyselost. Tento proces je často urychlen lidskou činností:
  • Důlní kořist : V důsledku oxidace pyritu se mohou v půdách poblíž některých důlních kořistí vytvářet silně kyselé podmínky .
  • Kyselé síranové půdy přirozeně vytvořené v podmáčených pobřežních a ústí řek mohou při vypouštění nebo hloubení vysoce kyselé.

Zdroje zásaditosti

Celková zásaditost půdy se zvyšuje s:

• Zvětrávání silikátových , hlinitokřemičitanových a uhličitanových minerálů obsahujících Na⁺
  , Ca²⁺
  , Mg²⁺
  a K.⁺
  ;
• Přídavek silikátových, hlinitokřemičitých a uhličitanových minerálů do půdy; k tomu může dojít ukládáním materiálu erodovaného jinde větrem nebo vodou nebo smísením půdy s méně zvětralým materiálem (jako je přidání vápence do kyselých půd);
• Přidání vody obsahující rozpuštěné hydrogenuhličitany (k čemuž dochází při zavlažování vodou s vysokým obsahem bikarbonátu).

K akumulaci alkality v půdě (jako uhličitany a hydrogenuhličitany Na, K, Ca a Mg) dochází, když půdou protéká nedostatečné množství vody k vyluhování rozpustných solí. To může být způsobeno suchými podmínkami nebo špatným vnitřním odvodněním půdy ; v těchto situacích je většina vody, která vstupuje do půdy, transpirována (přijímána rostlinami) nebo se odpařuje, než aby protékala půdou.

PH půdy se obvykle zvyšuje, když se zvyšuje celková zásaditost , ale rovnováha přidaných kationtů má také výrazný vliv na pH půdy. Například zvýšení množství sodíku v zásadité půdě má tendenci indukovat rozpouštění uhličitanu vápenatého , což zvyšuje pH. Vápenaté půdy se mohou lišit v pH od 7,0 do 9,5, v závislosti na stupni Ca²⁺
nebo Na⁺
dominují rozpustné kationty.

Vliv pH půdy na růst rostlin

Kyselé půdy

Rostliny pěstované v kyselých půdách mohou čelit různým stresům, včetně  toxicity hliníku  (Al), vodíku  (H) a/nebo manganu (Mn), jakož i nedostatku živin vápníku  (Ca) a hořčíku  (Mg).

Toxicita hliníku je v kyselých půdách nejrozšířenějším problémem. Hliník je v různé míře přítomen ve všech půdách, ale rozpuštěný Al ³⁺ je pro rostliny toxický; Al ³⁺ je nejvíce rozpustný při nízkém pH; nad pH 5,0 je ve většině půd v rozpustné formě málo Al. Hliník není živinou pro rostliny, a jako takový není rostlinami aktivně přijímán, ale vstupuje do kořenů rostlin pasivně prostřednictvím osmózy. Hliník může existovat v mnoha různých formách a je odpovědným činitelem omezujícím růst v různých částech světa. Byly provedeny studie tolerance hliníku na různých druzích rostlin, aby se zjistily životaschopné prahy a koncentrace vystavené spolu s funkcí po expozici. Hliník inhibuje růst kořenů; postranní kořeny a špičky kořenů zesílí a kořeny postrádají jemné větvení; kořenové hroty mohou zhnědnout. V kořeni je počátečním účinkem Al ³⁺ inhibice expanze buněk rhizodermis , což vede k jejich prasknutí; poté je známo, že interferuje s mnoha fyziologickými procesy, včetně příjmu a transportu vápníku a dalších základních živin, dělení buněk, tvorby buněčné stěny a enzymatické aktivity.

Stres protonů (H ⁺ iontů) může také omezit růst rostlin. Protonová pumpa, H ⁺ -ATPáza, plasmalemmatu kořenových buněk funguje tak, že udržuje téměř neutrální pH jejich cytoplazmy. Vysoká protonová aktivita (pH v rozmezí 3,0–4,0 pro většinu druhů rostlin) ve vnějším růstovém médiu překonává schopnost buňky udržovat cytoplazmatické pH a růst se zastavuje.

V půdách s vysokým obsahem manganu -obsahující minerálů, Mn toxicita se může stát problémem při pH 5,6 a nižší. Mangan, stejně jako hliník, se stává stále rozpustnějším, když klesá pH, a symptomy toxicity Mn lze pozorovat při hodnotách pH nižších než 5,6. Mangan je základní rostlinnou živinou, proto rostliny transportují Mn do listů. Klasickými příznaky toxicity Mn je svraštění nebo prohnutí listů.

Dostupnost živin ve vztahu k pH půdy

Dostupnost živin ve vztahu k pH půdy

PH půdy ovlivňuje dostupnost některých rostlinných živin :

Jak je uvedeno výše, toxicita hliníku má přímé účinky na růst rostlin; omezením růstu kořenů však také snižuje dostupnost živin pro rostliny. Protože jsou kořeny poškozené, příjem živin je snížen a nedostatky makroživin (dusík, fosfor, draslík, vápník a hořčík) se často vyskytují ve velmi silně kyselých až ultra kyselých půdách (pH <5,0).

Dostupnost molybdenu se zvyšuje při vyšším pH; je to proto, že iont molybdenanu je při nižším pH silněji sorbován částicemi jílu.

Zinek , železo , měď a mangan vykazují sníženou dostupnost při vyšším pH (zvýšená sorpce při vyšším pH).

Vliv pH na dostupnost fosforu se značně liší v závislosti na půdních podmínkách a dané plodině. Ve čtyřicátých a padesátých letech převládal názor, že dostupnost P byla maximalizována blízko neutrality (pH půdy 6,5–7,5) a snižována při vyšším a nižším pH. Interakce fosforu s pH v mírně až slabě kyselém rozmezí (pH 5,5–6,5) jsou však mnohem složitější, než naznačuje tento pohled. Laboratorní testy, pokusy ve skleníku a polní pokusy ukázaly, že zvýšení pH v tomto rozmezí se může zvýšit, snížit nebo nemá žádný vliv na dostupnost P rostlin.

Dostupnost vody ve vztahu k pH půdy

Silně zásadité půdy jsou sodné a disperzní , s pomalou infiltrací , nízkou hydraulickou vodivostí a špatnou dostupnou vodní kapacitou . Růst rostlin je silně omezen, protože provzdušnění je špatné, když je půda mokrá; v suchých podmínkách se voda dostupná pro rostliny rychle vyčerpává a půdy se stávají tvrdými a hrudkovitými (vysoká pevnost půdy).

Mnoho silně kyselých půd má naopak silnou agregaci, dobrou vnitřní drenáž a dobré vlastnosti zadržující vodu. U mnoha druhů rostlin však toxicita hliníku silně omezuje růst kořenů a vlhkostní stres může nastat, i když je půda relativně vlhká.

Preference pH rostlin

Obecně lze říci, že různé druhy rostlin jsou přizpůsobeny půdám s různým rozsahem pH. Pro mnoho druhů je vhodné rozmezí pH půdy poměrně dobře známé. Online databáze charakteristik rostlin, jako jsou USDA ROSTLINY a Rostliny pro budoucnost, lze použít k vyhledání vhodného rozsahu pH půdy pro širokou škálu rostlin. Lze také nahlédnout do dokumentů, jako jsou Ellenbergovy hodnoty indikátorů pro britské závody .

Rostlina však může na některých půdách v důsledku určitého mechanismu netolerovat určité pH a tento mechanismus nemusí platit v jiných půdách. Například půda s nízkým obsahem molybdenu nemusí být vhodná pro rostliny sóji při pH 5,5, ale půdy s dostatečným obsahem molybdenu umožňují optimální růst při tomto pH. Podobně některé vápence (rostliny netolerující půdy s vysokým pH) mohou tolerovat vápenaté půdy, pokud je dodáno dostatečné množství fosforu. Dalším matoucím faktorem je, že různé odrůdy stejného druhu mají často různá vhodná rozmezí pH půdy. Šlechtitelé rostlin toho mohou využít k chovu odrůd, které mohou tolerovat podmínky, které jsou jinak považovány za nevhodné pro tento druh-příklady jsou projekty šlechtění odrůd obilovin tolerantních k hliníku a manganu pro produkci potravin v silně kyselých půdách.

Níže uvedená tabulka uvádí vhodná rozmezí pH půdy pro některé široce pěstované rostliny, jak je nalezeno v databázi USDA PLANTS . Některé druhy (jako Pinus radiata a Opuntia ficus-indica ) tolerují pouze úzké rozmezí pH půdy, zatímco jiné (například Vetiveria zizanioides ) tolerují velmi široké rozmezí pH.

Změna pH půdy

Zvýšení pH kyselé půdy

Jemně mleté zemědělské vápno se často aplikuje na kyselé půdy, aby se zvýšilo pH půdy ( vápnění ). Množství vápence nebo křídy potřebné ke změně pH je dáno velikostí ok vápna (jak jemně je mleté) a pufrovací schopností půdy. Vysoká velikost ok (60 ok = 0,25 mm; 100 ok = 0,149 mm) znamená jemně mleté ​​vápno, které rychle reaguje s kyselostí půdy. Pufrovací kapacita půdy závisí na obsahu jílu v půdě, typu jílu a množství přítomné organické hmoty a může souviset s kapacitou výměny kationtů půdy . Půdy s vysokým obsahem jílu budou mít vyšší pufrovací kapacitu než půdy s malým obsahem jílu a půdy s vysokým obsahem organické hmoty budou mít vyšší pufrovací kapacitu než půdy s nízkým obsahem organické hmoty. Půdy s vyšší pufrovací kapacitou vyžadují větší množství vápna, aby se dosáhlo ekvivalentní změny pH. Pufrování pH půdy často přímo souvisí s množstvím hliníku v půdním roztoku a zabíráním výměnných míst jako součást kationtové výměnné kapacity. Tento hliník lze měřit v půdním testu, při kterém se extrahuje z půdy solným roztokem, a poté se kvantifikuje laboratorní analýzou. Poté lze pomocí počátečního pH půdy a obsahu hliníku vypočítat množství vápna potřebné ke zvýšení pH na požadovanou úroveň.

Změny jiné než zemědělské vápno, které lze použít ke zvýšení pH půdy, zahrnují dřevěný popel, průmyslový oxid vápenatý ( pálené vápno ), oxid hořečnatý , zásaditou strusku ( křemičitan vápenatý ) a skořápky ústřic . Tyto produkty zvyšují pH půd prostřednictvím různých acidobazických reakcí . Křemičitan vápenatý neutralizuje aktivní kyselost v půdě reakcí s  ionty H ⁺ za vzniku kyseliny monosilikové (H ₄ SiO ₄ ), neutrální rozpuštěné látky.

Snížení pH zásadité půdy

PH zásadité půdy lze snížit přidáním okyselujících činidel nebo kyselých organických materiálů. Elementární síra (90–99% S) byla použita v aplikačních dávkách 300–500 kg/ha (270–450 lb/akr) - v půdě pomalu oxiduje za vzniku kyseliny sírové. Okyselující hnojiva, jako je síran amonný, dusičnan amonný a močovina, mohou pomoci snížit pH půdy, protože amoniak oxiduje za vzniku kyseliny dusičné. Mezi okyselující organické materiály patří rašelina nebo rašeliník z rašeliníku.

V půdách s vysokým pH s vysokým obsahem uhličitanu vápenatého (více než 2%) však může být velmi nákladné a/nebo neúčinné pokoušet se snížit pH kyselinami. V takových případech je často efektivnější místo toho přidat fosfor, železo, mangan, měď a/nebo zinek, protože nedostatky těchto živin jsou nejčastějšími důvody špatného růstu rostlin ve vápenatých půdách.

Viz také

• Odvodnění kyselých dolů
• Kyselá síranová půda
• Kapacita kationtové výměny
• Hnojivo
• Vápnění (půda)
• Organické zahradnictví
• Redoxní gradient

Reference

externí odkazy

• „Studie potenciálu vápna, RC Turner, výzkumná pobočka, kanadské ministerstvo zemědělství, 1965“