Войти
Глобальные колебания pH почвы. Красный = кислая почва. Желтый = нейтральная почва. Синий = щелочная почва. Черный = нет данных. pH почвы - это показатель кислотности или основности (щелочности) почвы. pH определяется как отрицательный логарифм (основание 10) активности ионов гидроксония (H. или, точнее, H. 3O. aq) в решении. В почвах он измеряется в суспензии почвы, смешанной с водой (или в растворе соли, например 0,01 M CaCl. 2), и обычно находится в диапазоне от 3 до 10, где 7 является нейтральным. Кислые почвы имеют pH ниже 7, а щелочные почвы имеют pH выше 7. Ультракислые почвы (pH < 3.5) and very strongly alkaline soils (pH>9) встречаются редко.
pH почвы считается главной переменной в почвы, так как влияет на многие химические процессы. Он особенно влияет на доступность питательных веществ для растений, контролируя химические формы различных питательных веществ и влияя на химические реакции, которым они подвергаются. Оптимальный диапазон pH для большинства растений составляет от 5,5 до 7,5; однако многие растения приспособились к росту при значениях pH за пределами этого диапазона.
Министерство сельского хозяйства США Служба охраны природных ресурсов классифицирует диапазоны pH почвы следующим образом:
| Обозначение | диапазон pH |
|---|---|
| Ультракислый | < 3.5 |
| Чрезвычайно кислый | 3,5–4,4 |
| Очень сильнокислый | 4,5–5,0 |
| сильнокислый | 5,1–5,5 |
| умеренно кислый | 5,6–6,0 |
| слабокислый | 6,1–6,5 |
| нейтрально | 6,6–7,3 |
| слабощелочное | 7,4–7.8 |
| Умеренно щелочной | 7,9–8,4 |
| Сильнощелочной | 8,5–9,0 |
| Очень сильно щелочной | >9,0 |
Методы определения pH включают:
Для научных исследований и мониторинга требуются точные, повторяемые измерения pH почвы. Обычно это влечет за собой лабораторный анализ с использованием стандартного протокола; Примером такого протокола является Руководство по полевым и лабораторным методам исследования почвы Министерства сельского хозяйства США. В этом документе трехстраничный протокол измерения pH почвы включает следующие разделы: Применение; Краткое изложение метода; Помехи; Безопасность; Оборудование; Реагенты; и процедура.
Краткое изложение методаpH измеряется в почвенной воде (1: 1) и почвенной соли (1: 2 
pH естественной почвы зависит от минерального состава исходного материала почвы, и реакции выветривания, которым подвергся этот материнский материал. В теплой и влажной среде подкисление почвы происходит с течением времени, поскольку продукты выветривания выщелачиваются водой, движущейся вбок или вниз через почву. Однако в засушливом климате выветривание и выщелачивание почвы менее интенсивны, а pH почвы часто бывает нейтральным или щелочным.
Многие процессы способствуют подкислению почвы. К ним относятся:
Общая щелочность почвы увеличивается с:
Накопление щелочности в почве (в виде карбонатов и бикарбонатов Na, K, Ca и Mg) возникает, когда через почвы проходит недостаточно воды для выщелачивания растворимых солей. Это может быть связано с засушливыми условиями или плохим внутренним дренажем почвы ; в этих ситуациях большая часть воды, которая попадает в почву, испаряется (поглощается растениями) или испаряется, а не проходит через почву.
pH почвы обычно увеличивается, когда общая щелочность увеличивается, но баланс добавленных катионов также оказывает заметное влияние на pH почвы. Например, увеличение количества натрия в щелочной почве имеет тенденцию вызывать растворение карбоната кальция, что увеличивает pH. Известковые почвы могут иметь pH от 7,0 до 9,5, в зависимости от степени преобладания Ca. или Na. над растворимыми катионами.
Растения, выращенные в кислых почвах, могут испытывать различные нагрузки, включая алюминий (Al), водород (H) и / или токсичность марганца (Mn), а также дефицит питательных веществ кальция (Ca) и магния (Mg).
токсичность алюминия самая распространенная проблема в кислых почвах. Алюминий присутствует во всех почвах, но растворенный алюминий токсичен для растений; Al наиболее растворим при низком pH; выше pH 5,0 в большинстве почв содержится мало алюминия в растворимой форме. Алюминий не является питательным веществом для растений и, как таковой, активно не усваивается растениями, а пассивно поступает в корни растений через осмос. Алюминий подавляет рост корней; боковые корни и кончики корней утолщаются, корни не разветвляются; кончики корней могут стать коричневыми. В корне первоначальным эффектом Al является подавление роста клеток ризодермы, что приводит к их разрыву; после этого известно, что он мешает многим физиологическим процессам, включая поглощение и транспорт кальция и других важных питательных веществ, деление клеток, формирование клеточной стенки и активность ферментов.
Протонный (H-ионный) стресс также может ограничивать рост растений. Протонный насос, Н-АТФаза, плазмалеммы клеток корня работает, чтобы поддерживать почти нейтральный pH их цитоплазмы. Высокая протонная активность (pH в диапазоне 3,0–4,0 для большинства видов растений) во внешней питательной среде преодолевает способность клетки поддерживать pH цитоплазмы, и рост прекращается.
В почвах с высоким содержанием Для содержащих марганец минералов токсичность Mn может стать проблемой при pH 5,6 и ниже. Марганец, как и алюминий, становится все более растворимым при снижении pH, и симптомы токсичности Mn можно увидеть при уровнях pH ниже 5,6. Марганец является важным питательным веществом для растений, поэтому растения переносят Mn в листья. Классическими симптомами отравления Mn являются сморщивание или вздутие листьев.
Доступность питательных веществ в зависимости от pH почвы pH почвы влияет на доступность некоторых питательных веществ для растений :
Как обсуждалось выше, токсичность алюминия имеет прямые последствия по росту растений; однако, ограничивая рост корней, он также снижает доступность питательных веществ для растений. Поскольку корни повреждаются, усвоение питательных веществ снижается, а дефицит макроэлементов (азота, фосфора, калия, кальция и магния) часто встречается в очень сильно кислых или сверхкислых почвах (pH <5.0).
Молибден доступность увеличивается при более высоком pH; это связано с тем, что ион молибдата сильнее сорбируется частицами глины при более низком pH.
Цинк, железо, медь и марганец демонстрируют пониженную доступность при более высоком pH (повышенная сорбция при более высоком pH).
Влияние pH на доступность фосфора значительно варьируется в зависимости от почвенных условий и рассматриваемая культура. Преобладала точка зрения, что в 1940-х и 1950-х годах доступность фосфора была максимальной вблизи нейтральной (pH почвы 6,5–7,5) и снижалась при повышении и понижении pH. Взаимодействие фосфора с pH в диапазоне от умеренной до слабокислой (pH 5.5–6.5), однако, намного сложнее, чем предполагает эта точка зрения. Лабораторные испытания, испытания в теплице и полевые испытания показали, что увеличение pH в этом диапазоне может увеличивать, уменьшать или не влиять на доступность фосфора для растений.
Сильнощелочные почвы натриевая и диспергирующая, с медленной инфильтрацией, низкой гидравлической проводимостью и плохой доступной водоемкостью. Рост растений сильно ограничен, поскольку аэрация плохая, когда почва влажная; в засушливых условиях вода, доступная для растений, быстро истощается, и почвы становятся твердыми и комковатыми (высокая прочность почвы).
С другой стороны, многие сильнокислые почвы имеют сильную агрегацию, хороший внутренний дренаж, и хорошие водоудерживающие свойства. Однако для многих видов растений токсичность алюминия сильно ограничивает рост корней, и стресс от влаги может возникать даже при относительно влажной почве.
В целом разные виды растений адаптированы к почвам с разным диапазоном pH. Для многих видов достаточно хорошо известен подходящий диапазон pH почвы. Онлайновые базы данных характеристик растений, такие как USDA PLANTS и Plants for a Future, можно использовать для поиска подходящего диапазона pH почвы для широкого диапазона растений. Можно также ознакомиться с такими документами, как значения индикаторов Элленберга для британских заводов.
Однако растение может быть нетерпимым к определенному pH в некоторых почвах в результате определенного механизма, и этот механизм может не применяться в других почвах. Например, почва с низким содержанием молибдена может не подходить для растений сои при pH 5,5, но почвы с достаточным содержанием молибдена обеспечивают оптимальный рост при этом pH. Точно так же некоторые кальцифуги (растения, не переносящие почвы с высоким pH) могут переносить известковые почвы, если поступает достаточно фосфора. Другой сбивающий с толку фактор состоит в том, что разные сорта одного и того же вида часто имеют разные подходящие диапазоны pH почвы. Селекционеры могут использовать это для разведения сортов, которые могут переносить условия, которые в противном случае считаются неподходящими для этого вида - примерами являются проекты по выращиванию устойчивых к алюминию и устойчивых к марганцу сортов зерновых культур для производства продуктов питания на сильно кислых почвах.
В таблице ниже приведены подходящие диапазоны pH почвы для некоторых широко культивируемых растений, которые содержатся в базе данных USDA PLANTS. Некоторые виды (например, Pinus radiata и Opuntia ficus-indica ) переносят только узкий диапазон pH почвы, тогда как другие (такие как Vetiveria zizanioides ) переносят очень широкий диапазон pH.
| Научное название | Общепринятое название | pH (минимум) | pH (максимум) |
|---|---|---|---|
| Vetiveria zizanioides | vetivergrass | 3.0 | 8,0 |
| Pinus rigida | сосна смоляная | 3,5 | 5,1 |
| Rubus chamaemorus | морошка | 4,0 | 5,2 |
| Ananas comosus | ананас | 4,0 | 6,0 |
| Coffea arabica | Арабский кофе | 4,0 | 7,5 |
| Rhododendron arborescens | азалия гладкая | 4,2 | 5,7 |
| Pinus radiata | сосна монтерейская | 4,5 | 5,2 |
| Carya illinoinensis | пекан | 4,5 | 7,5 |
| Tamarindus indica | тамаринд | 4,5 | 8,0 |
| Vaccinium corymbosum | голубика высокорослая | 4,7 | 7,5 |
| Manihot esculenta | маниока | 5,0 | 5,5 |
| Morus alba | белый шелковица | 5,0 | 7,0 |
| Malus | яблоко | 5.0 | 7,5 |
| Pinus sylvestris | сосна обыкновенная | 5,0 | 7,5 |
| Карика папайя | папайя | 5,0 | 8,0 |
| Cajanus cajan | pigeonpea | 5,0 | 8,3 |
| Pyrus communis | груша обыкновенная | 5,2 | 6,7 |
| Solanum lycopersicum | томат садовый | 5,5 | 7,0 |
| Psidium guajava | гуава | 5,5 | 7.0 |
| Нериевый олеандр | олеандр | 5.5 | 7,8 |
| Punica granatum | гранат | 6.0 | 6.9 |
| Viola sororia | сине-фиолетовый | 6.0 | 7.8 |
| Caragana arborescens | Кустарник сибирский | 6.0 | 9.0 |
| Cotoneaster integerrimus | cotoneaster | 6.8 | 8.7 |
| Opuntia ficus-indica | Берберийский инжир (колючий) | 7.0 | 8,5 |
Мелкоизмельченная сельскохозяйственная известь часто применяется в кислых почвах для повышения pH почвы (известкование ). Количество известняка или мела, необходимое для изменения pH, определяется размером ячеек извести (насколько мелко она измельчена) и буферной способностью почвы. Большой размер ячеек (60 меш = 0,25 мм; 100 меш = 0,149 мм) указывает на мелкомолотую известь, которая быстро реагирует с кислотностью почвы. Буферная способность почвы зависит от содержания глины в почве, типа глины и количества присутствующего органического вещества и может быть связана с катионообменной емкостью почвы. Почвы с высоким содержанием глины будут иметь более высокую буферную способность, чем почвы с небольшим содержанием глины, а почвы с высоким содержанием органического вещества будут иметь более высокую буферную способность, чем почвы с низким содержанием органического вещества. Почвы с более высокой буферной способностью требуют большего количества извести для достижения эквивалентного изменения pH.
Другие добавки, кроме сельскохозяйственной извести, которые могут использоваться для увеличения pH почвы, включают древесную золу, промышленный оксид кальция (негашеная известь ), оксид магния, основной шлак (силикат кальция ) и раковины устриц. Эти продукты повышают pH почвы за счет различных кислотно-основных реакций. Силикат кальция нейтрализует активную кислотность почвы, реагируя с ионами H с образованием монокремниевой кислоты (H4SiO 4), нейтрального растворенного вещества.
pH щелочной почвы можно снизить путем добавления подкисляющих агентов или кислых органических материалов. Элементарная сера (90–99% S) использовалась в дозах 300–500 кг / га - она медленно окисляется в почве с образованием серной кислоты. Подкисляющие удобрения, такие как сульфат аммония, нитрат аммония и мочевина, могут помочь снизить pH почвы, поскольку аммоний окисляется с образованием азотной кислоты. Подкисляющие органические материалы включают торф или мох из сфагнового торфа.
Однако в почвах с высоким pH и высоким содержанием карбоната кальция (более 2%) попытки снизить уровень загрязнения могут быть очень дорогими и / или неэффективными. pH с кислотами. В таких случаях часто более эффективно добавлять вместо них фосфор, железо, марганец, медь и / или цинк, поскольку дефицит этих питательных веществ является наиболее частой причиной плохого роста растений в известковых почвах.
