Щелочная почва

редактировать
Щелочная почва
Щелочная почва
Rice Field.jpg Выращивание риса / рисовое поле в щелочных почвах
Глина почва
Ключевые минералыКарбонат натрия и бикарбонат натрия
Основной процессУмягчение извести
pH >8,5

Щелочные или щелочные почвы глинистые почвы с высоким pH (>8,5), плохой структурой почвы и низкой инфильтрационной способностью. Часто они имеют твердый известковый слой на глубине от 0,5 до 1 метра. Щелочные почвы обязаны своими неблагоприятными физико-химическими свойствами в основном из-за преобладающего присутствия карбоната натрия, который вызывает набухание почвы и затрудняет ее осветление / оседание. Они получили свое название от группы элементов щелочных металлов, к которой принадлежит натрий и которые могут вызывать основность. Иногда эти почвы также называют щелочными натровыми почвами.. Щелочные почвы являются основными, но не все основные почвы щелочные.

Содержание

  • 1 Причины
  • 2 Сельскохозяйственные проблемы
  • 3 Химия
  • 4 Улучшение почвы
  • 5 Выщелачивание засоленных натриевых почв
  • 6 См. Также
  • 7 Ссылки

Причины

Причины Щелочность почвы может быть естественной или антропогенной:

  1. Естественной причиной является присутствие в почве минералов, производящих карбонат натрия (Na 2CO3) и бикарбонат натрия (NaHCO 3) при выветривании.
  2. угольные котлы / электростанции, при использовании угля или лигнита, богатого известняком, производят золу, содержащую кальций. оксид. CaO легко растворяется в воде с образованием гашеной извести –Ca (OH) 2 - и переносится дождевой водой в реки / воду для орошения. Умягчение извести осаждает ионы Ca и Mg / снижает жесткость воды, а также превращает бикарбонаты натрия в речной воде в карбонат натрия. Карбонаты натрия (сода для стирки) дополнительно реагируют с оставшимися в воде Ca и Mg для удаления / осаждения общей жесткости. Также водорастворимые соли натрия, присутствующие в золе, увеличивают содержание натрия в воде. Мировое потребление угля в 2011 году составило 7700 миллионов тонн. Таким образом, речная вода лишается ионов Ca и Mg и обогащается Na в угольных котлах.
  3. Используется много солей натрия. в промышленных и бытовых применениях, таких как карбонат натрия, бикарбонат натрия (пищевая сода), сульфат натрия, гидроксид натрия (каустическая сода), натрия гипохлорит (обесцвечивающий порошок) и др. В огромных количествах. Эти соли в основном получают из хлорида натрия (поваренная соль). Весь натрий в этих солях попадает в реку / грунтовые воды в процессе их производства или потребления, повышая содность воды. Общее мировое потребление хлорида натрия составляет 270 миллионов тонн в 2010 году. Это почти равно солевой нагрузке в могучей реке Амазонке. Доля антропогенных солей натрия составляет почти 7% от общей солевой нагрузки всех рек. Проблема солевой нагрузки натрия усугубляется в нижнем течении интенсивно возделываемых речных бассейнов, расположенных в Китае, Индии, Египте, Пакистане, Западной Азии, Австралии, западе США и т. Д. Из-за накопления солей в оставшейся воде после покрытия различных потерь на транспирацию и испарение.
  4. Еще один источник искусственных солей натрия, добавляемых к сельскохозяйственным полям / суше, находится вблизи водяных градирен, использующих морскую воду для рассеивания отработанного тепла, выделяемого на различных производствах, расположенных недалеко от морского побережья. Градирни огромной мощности устанавливаются на нефтеперерабатывающих заводах, нефтехимических комплексах, заводах по производству удобрений, химических заводах, атомных и тепловых электростанциях, централизованных HVAC системах и т. Д. Дрейфующие / мелкие капли, выбрасываемые из градирен, содержат около 6 % хлорида натрия, который может осаждаться на близлежащих участках. Эта проблема усугубляется там, где не вводятся или не выполняются национальные нормы по контролю за загрязнением, чтобы минимизировать дрейфовые выбросы до лучших промышленных норм для водяных водяных градирен.
  5. Искусственной причиной является применение умягченная вода для орошения (поверхностная или грунтовая вода), содержащая относительно высокую долю бикарбоната натрия и меньшее количество кальция и магния.

Проблемы сельского хозяйства

Щелочные почвы сложно использовать в сельскохозяйственном производстве. Из-за низкой инфильтрационной способности дождевая вода легко застаивается на почве, а в засушливые периоды культивирование вряд ли возможно без обильного орошения и хорошего дренажа. Сельское хозяйство ограничивается культурами, устойчивыми к поверхностному переувлажнению (например, рис, трава ), а урожайность ниже.

Химия

Щелочность почвы связана с присутствием карбоната натрия (Na 2CO3) или бикарбоната натрия (NaHCO 3) в почву либо в результате естественного выветривания частиц почвы, либо в результате ирригации и / или паводковой воды.

Эта соль чрезвычайно растворима, когда она подвергается гидратации, она диссоциирует в

  • Na 2 CO 3 ↽ - - ⇀ 2 Na + + CO 3 2 - {\ displaystyle {\ ce {Na2CO3 <=>2 Na + + CO_3 ^ 2-}}}{\displaystyle {\ce {Na2CO3 <=>2 Na + + CO_3 ^ 2-}}}

Карбонат-анион CO 3 является слабой кислотой, поэтому он гидролизует воду с образованием бикарбонат-иона и гидроксила.

  • CO 3 2 - + H 2 O ↽ - - ⇀ HCO 3 - + OH - {\ displaystyle {\ ce {CO_3 ^ 2- + H2O <=>HCO_3- + OH-}}}{\displaystyle {\ce {CO_3^2- + H2O <=>HCO_3- + OH-}}}

что, в свою очередь, дает угольную кислоту и гидроксил

  • HCO 3 - + H 2 O ↽ - - ⇀ H 2 CO 3 + OH - {\ displaystyle {\ ce {HCO_3- + H2O <=>H2CO3 + OH- }}}{\displaystyle {\ce {HCO_3- + H2O <=>H2CO3 + OH-}}}

См. Карбонат для получения информации о равновесии карбонат-бикарбонат-диоксид углерода.

Вышеупомянутые реакции аналогичны растворению карбоната кальция, единственное отличие заключается в растворимости двух солей. Na 2CO3примерно в 78 тысяч раз более растворим, чем CaCO 3, поэтому он может растворять гораздо большие количества CO 3, таким образом повышая pH до значений выше 8,5, что является выше максимально достижимого pH, когда равновесие между карбонатом кальция и растворенным диоксидом углерода в почвенном растворе находится в равновесии.

.

Примечания:
  • Вода (H 2 O) частично диссоциирует на H 3 O (гидроксоний ) и OH (гидроксил ) ионы. Ион H3O имеет положительный электрический заряд (+), и его концентрация обычно обозначается как [H]. Ион гидроксила ОН имеет отрицательный заряд (-), и его концентрация записывается как [ОН].
  • В чистой нейтральной воде при 25 ° C произведение растворимости воды K w равно 10. Так как K w = [H] [OH], то концентрация ионов H 3 O и OH равна 10, то есть очень малые концентрации.
  • В нейтральной воде pH, представляющий собой отрицательный десятичный логарифм концентрации H 3 O, он равен 7. Аналогично, pOH также равно 7. Каждая единица снижения pH указывает на десятикратное увеличение концентрации H 3 O. Аналогичным образом, увеличение на каждую единицу рН указывает на десятикратное увеличение концентрации ОН.
  • В воде с растворенными солями концентрации H 3 O и ионы OH могут изменяться, но их сумма остается постоянной, а именно 7 + 7 = 14. Следовательно, pH 7 соответствует pOH 7, а pH 9 соответствует pOH 5.
  • Формально предпочтительно выражать концентрации ионов через химическую активность, но это почти не влияет на значение pH.
  • Вода с избытком H 3 Ионы O называют кислотными (pH < 7), and water with excess OH ions is called alkaline or rather basic (pH>7). Влажность почвы с pH < 4 is called very acid and with pH>10 очень щелочная (основная).

Углекислота H2CO3нестабильна и выделяет H 2 O (воду) и CO 2(углекислый газ, побег в атмосферу). Это объясняет остающуюся щелочность (или, скорее, основность ) в форме растворимого гидроксида натрия и высокий pH или низкий pOH.

Не весь растворенный карбонат натрия подвергается указанной выше химической реакции. Оставшийся карбонат натрия и, следовательно, присутствие ионов CO 3 вызывает осаждение CaCO 3 (который лишь слабо растворим) в виде твердого карбоната кальция (известняк), потому что произведение концентрации CO 3 и концентрации Ca превышает допустимый предел. Следовательно, ионы кальция Ca иммобилизуются.

Процесс обмена натрия между ионами, адсорбированными на поверхности частиц глины и ионами, находящимися во почвенной влаге

Присутствие большого количества ионов Na в почвенном растворе и осаждение ионов Са в виде твердого минерала вызывает частицы глины, имеющие отрицательные электрические заряды вдоль своей поверхности, адсорбируют больше Na в зоне диффузной адсорбции (DAZ, см. Рисунок, официально называемый двойным диффузным слоем) и, взамен, высвобождают ранее адсорбированный Са, за счет чего процент обменного натрия (ESP ) увеличивается, как показано на рисунке.

Na более подвижен и имеет меньший электрический заряд, чем Ca, поэтому толщина DAZ увеличивается с увеличением количества натрия. На толщину также влияет общая концентрация ионов во влаге почвы в том смысле, что более высокие концентрации вызывают сокращение зоны DAZ.

Частицы глины со значительным ESP (>16), контактирующие с незасоленной почвенной влагой, имеют расширенную зону DAZ, и почва набухает (дисперсия ). Это явление приводит к ухудшению структуры почвы, и особенно к образованию корки и уплотнению верхнего слоя. Следовательно, инфильтрационная способность почвы и доступность воды в почве уменьшаются, тогда как заболачивание поверхностных вод или сток увеличивается. Сильно страдают всходы всходов и урожайность.

Примечание:
  • В засоленных условиях многие ионы в почвенном растворе противодействуют набуханию почвы, поэтому засоленные почвы обычно не имеют неблагоприятных физических свойств. Щелочные почвы, в принципе, не являются засоленными, поскольку проблема щелочности усугубляется при меньшей засоленности.

Проблемы щелочности более выражены в глинистых почвах, чем в суглинистых, илистых или песчаных почвах. Глинистые почвы, содержащие монтмориллонит или смектит (набухающие глины), более подвержены проблемам щелочности, чем иллит или каолинит глинистые почвы. Причина в том, что глина первого типа имеет большую удельную поверхность площади (то есть площадь поверхности частиц почвы, деленную на их объем) и более высокую емкость катионного обмена (CEC).

Примечание:
  • Определенные глинистые минералы с почти 100% ESP (т.е. почти полностью насыщенные натрием) называются бентонитом, который используется в гражданском строительстве для размещения непроницаемых завес в почве, например ниже плотин, чтобы предотвратить просачивание воды.

Качество оросительной воды по отношению к опасности щелочности выражается следующими двумя показателями:

  1. коэффициент адсорбции натрия (SAR,) Формула для расчета степени адсорбции натрия:
    SAR = [Na] / √ [Ca / 2 + Mg / 2] = {Na / 23} / √ {Ca / 40 + Mg / 24}
    где: [] обозначает концентрацию в миллиэквивалентах / литр (сокращенно мэкв / л), а {} обозначает концентрацию в мг / л. Видно, что Mg (Магний ), как полагают, играет такую ​​же роль, что и Ca (Кальций ). SAR не должен быть намного выше 20, а желательно меньше 10; Когда почва в течение некоторого времени подвергалась воздействию воды с определенным значением SAR, значение ESP имеет тенденцию становиться примерно равным значению SAR.
  2. остаточный карбонат натрия (RSC, мэкв / л): Формула для расчета остаточного карбоната натрия:
    RSC= [HCO 3 + CO 3 ] - [Ca + Mg]
    = {HCO 3 / 61 + CO 3 / 30} - {Ca / 20 + Mg / 12}

    , которое не должно быть намного больше 1 и предпочтительно меньше 0,5.

    Вышеупомянутое выражение распознает присутствие бикарбонатов (HCO 3), формы, в которой растворено большинство карбонатов.

При расчете SAR и RSC необходимо учитывать качество воды в корневой зоне культуры, с учетом коэффициента выщелачивания на поле. Парциальное давление растворенного CO 2 в корневой зоне растений также определяет наличие кальция в растворенной форме в полевой воде. USDA следует скорректированному SAR для расчета содержания воды в воде.

Улучшение почвы

Щелочные почвы с твердым CaCO 3 могут быть восстановлены с помощью травяных культур, органического компоста, отходов волос / перьев, органического мусора, макулатура, отбракованные лимоны / апельсины и т. д., обеспечивающие включение большого количества подкисляющего материала (неорганического или органического материала ) в почву и повышение содержания растворенного Ca в полевой воде путем выделения CO 2 газ. Также помогает глубокая вспашка и заделка известковой почвы в верхний слой почвы.

Часто миграция солей в верхний слой почвы происходит из подземных источников воды, а не из поверхностных источников. Там, где уровень грунтовых вод высокий и земля подвергается сильному солнечному излучению, грунтовые воды просачиваются на поверхность земли из-за капиллярного действия и испаряются, оставляя растворенные соли в верхнем слое почвы. Если подземные воды содержат большое количество солей, это приводит к острой проблеме солености. Эту проблему можно уменьшить, применив к земле мульчу. Также рекомендуется использовать многоэтажные дома или теневые сетки летом для выращивания овощей / сельскохозяйственных культур, чтобы уменьшить засоление почвы и сохранить воду / влажность почвы. Многоквартирные дома фильтруют интенсивную летнюю солнечную радиацию в тропических странах, чтобы спасти растения от недостатка воды и ожогов листьев.

Если качество грунтовых вод не является щелочным / соленым и уровень грунтовых вод высокий, накопление солей в почве можно предотвратить, используя землю в течение всего года для выращивания плантационных деревьев / многолетних культур с помощью лифтовый полив. Когда грунтовые воды используются при требуемом коэффициенте выщелачивания, соли в почве не накапливаются.

Вспашка поля вскоре после скашивания урожая также рекомендуется для предотвращения миграции солей в верхний слой почвы и сохранения влажности почвы в интенсивные летние месяцы. Это делается для разрушения капиллярных пор в почве и предотвращения попадания воды на поверхность почвы.

Глинистые почвы на участках с большим годовым количеством осадков (более 100 см) обычно не страдают от высокой щелочности, поскольку сток дождевой воды может уменьшить / выщелачивать почвенные соли до комфортного уровня при наличии надлежащих дождевой воды соблюдаются методы уборки. В некоторых сельскохозяйственных районах для облегчения дренажа и выщелачивания солей используются подземные «линии плитки». Непрерывное Капельное орошение привело бы к образованию щелочных почв в отсутствие промывных / дренажных вод с поля.

Также можно восстановить щелочные почвы, добавив подкисляющие минералы, такие как пирит или более дешевые квасцы или сульфат алюминия.

. Альтернативно, гипс (сульфат кальция, CaSO 4 ⋅ 2 H 2 O {\ displaystyle {\ ce {CaSO4.2H2O}}}{\ displaystyle {\ ce {CaSO4.2H2O}}} ) также можно использовать в качестве источника ионов Са для замены натрия в обменном комплексе. Гипс также реагирует с карбонатом натрия, превращаясь в сульфат натрия, который является нейтральной солью и не способствует высокому pH. Должно быть достаточно естественного дренажа в землю, или же должна быть предусмотрена искусственная подземная дренажная система, позволяющая вымывать избыток натрия путем просачивания дождевой и / или оросительной воды через профиль почвы.

Хлорид кальция также используется для рекультивации щелочных почв. CaCl 2 превращает Na 2CO3в NaCl, осаждая CaCO 3. NaCl сливают промывной водой. Нитрат кальция оказывает аналогичное действие с NaNO 3 в фильтрата. Отработанная кислота (HCl, H 2SO4и т. Д.) Также может использоваться для уменьшения избытка Na 2CO3в почве / воде.

Там, где мочевина дешево доступна фермерам, она также используется в первую очередь для снижения щелочности / засоления почвы. NH 4(аммоний ), присутствующий в мочевине, который представляет собой слабый катион, высвобождает сильный катион Na из структуры почвы в воду. Таким образом, щелочные почвы поглощают / потребляют больше мочевины по сравнению с другими почвами.

Для полной рекультивации почв необходимы непомерно большие дозы поправок. Поэтому большинство усилий направлено на улучшение только верхнего слоя (скажем, первых 10 см почвы), поскольку верхний слой наиболее чувствителен к ухудшению структуры почвы. Однако лечение необходимо повторить через несколько (скажем, 5) лет. Деревья / растения подчиняются гравитропизму. В щелочных почвах трудно выжить деревьям с более глубокой системой укоренения, которая может достигать глубины более 60 метров в хороших нещелочных почвах.

Важно воздержаться от полива (грунтовые или поверхностные воды) водой плохого качества. В виноградарстве было предложено добавлять природные хелатирующие агенты, такие как винная кислота, в поливную воду для растворения карбонатов кальция и магния в натриевых почвах.

Одним из способов уменьшения содержания карбоната натрия является выращивание червяка или солянка или барилла растения. Эти растения поглощают карбонат натрия, который они поглощают из щелочной почвы, в свои ткани. Зола этих растений содержит большое количество карбоната натрия, который может быть коммерчески извлечен и использован вместо карбоната натрия, полученного из поваренной соли, что является очень энергоемким процессом. Таким образом, ухудшение состояния щелочных земель можно контролировать путем выращивания растений бариллов, которые могут служить источником пищи, топливом из биомассы и сырьем для кальцинированной соды и поташа и т. Д.

Выщелачивание засоленных натриевых почв

Засоленные почвы в основном также являются натриевыми (преобладающая соль - хлорид натрия ), но они не имеют ни очень высокого pH, ни плохой скорости инфильтрации. При выщелачивании они обычно не превращаются в (натриевую) щелочную почву, так как ионы Na легко удаляются. Следовательно, засоленные (натриевые) почвы в большинстве случаев не нуждаются в гипсе для их рекультивации.

См. Также

Список литературы

Последняя правка сделана 2021-06-10 23:43:37
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте