Kwasowość gleby

Czym jest odczyn gleby?

stosunek stężenia jonów wodorowych (H+) do stężenia jonów wodorotlenowych (OH-)

Iloczyn stężenia jonów H+ i OH- w czystej wodzie o temperaturze 22 stopni

10 -14

Zmienność w czasie iloczynu stężenia w czystej wodzie

Wielkość stała

Roztwór kwaśny

przeważają jony H+ i ich stężenie jest większe niż 10-7

Roztwór obojętny

stężenie jonów H+ jest równe stężeniu jonów OH-

Roztwór zasadowy

przeważają jony OH- i ich stężenie jest większe niż 10-7

O czym decyduje kwasowość gleby?

stanie i funkcjonowaniu środowiska glebowego

Na jakie właściwości wpływa odczyn gleby?

fizyczne, chemiczne i biologiczne

Wpływ odczynu gleby na rośliny

Wpływa znacząco na plon roślin poprzez odziaływanie na rozwój systemu korzeniowego, rozpuszczalność i dostępność wielu pierwiastków pokarmowych i ich pobieranie przez rośliny, aktywność wielu mikroorganizmów oraz procesy glebotwórcze

Jakiego odczynu wymaga większość roślin

Obojętny lub lekko kwaśny

Twórca skali pH

Sørensen

Jaką skalą jest skala pH

Logarytmiczną

Wartości skali pH

Od 0 do 14

pH w roztworach kwaśnych

< 7

PH w roztworach obojętnych

= 7

PH w roztworach zasadowych

> 7

Wartość pH większości gleb polskich

Od 3,0 do 8,5

W czym jest użyteczna znajomość pH?

Ocena jakości (żyzności) gleby

Zmniejszona ilość makroelementów przy dużym zakwaszeniu

Ca, Mg, K, P, N, S

Mikroelementy, których zwiekszona liczba może być toksyczna przy dużym zakwaszeniu

Zn, Mn, Fe, Al3+

Procent w Polsce gleb kwaśnych i bardzo kwaśnych, wśród użytkowanych rolniczo 

50%

Procent w Polsce gleb lekko kwaśnych i obojętnych wśród użytkowanych rolniczo 

42%

Procent w Polsce gleb zasadowych wśród użytkowanych rolniczo 

8%

Metody oznaczania odczynu gleb

Kolorymetryczna, Potencjometryczna

Metoda kolorymetryczna

\- Polega na wykorzystania zmiany barwy wskaźnika organicznego pod wpływem stężenia jonów wodorowych i porównaniu jej z barwną skalą wzorcową

\- W Polsce stosuje się odczynnik Helliga, który pozwala na określenie odczynu gleby w zakresie od pH 4 do 8 z dokładnością do 0,5 jednostki pH

Metoda Potencjometryczna

\- Polega na pomiarze różnicy potencjałów, czyli siły elektromotorycznej w ogniwie zbudowanym z elektrody porównawczej (kalomelowej) o stałym potencjale oraz elektrody pomiarowej (szklanej), której potencjał zmienia się w zależności od stężenia jonów H+

\- Do pomiaru różnicy potencjałów elektrod najczęściej wykorzystuje się pehametry, ponieważ oprócz skali w miniwoltach mają również skalę w jednostkach pH

Do czego są przydatne metody kolorymetryczne?

Orientacyjnego określenia wartości pH w terenie przez mniejszą dokładność

Jaką metodę stosuje sie w przypadku dokładnych pomiarów?

Potencjometryczna

Naturalne źródła zakwaszenia

• Kwaśne skały macierzyste, wietrzenie materiałów glebowych i uwalnianie do gleby jonów H+ i Al3+

• Klimat, w którym przeważają opady nad parowaniem, co z upływem czasu prowadzi do wymywania w głąb profilu glebowego kationów zasadowych (Ca2+, Mg2+, K+, Na+) i zwiększania się udziału jonów H+ i Al3+ w kompleksie sorpcyjnym

• Rozkład materii organicznej, w efekcie czego powstają kwasy organiczne, także CO2 i H2O, a następnie kwas węglanowy, który reagując z węglanami Ca i Mg, przekształca je w bardziej rozpuszczalne wodorowęglany, które wymywane w głąb powodują zakwaszenie powierzchniowych poziomów gleby

• Kwasy organiczne wydzielane przez korzenie roślin

• Mikrobiologiczne procesy utleniania, czyli nitryfikacja, utlenianie siarki elementarnej i siarczków

Antropogeniczne przyczyny zakwaszenia

• Zubożanie gleby w składniki zasadowe na skutek odprowadzania ich z plonami roślin

• Wprowadzanie do gleby substancji o charakterze kwasowym (tlenków siarki i azotu) z emisji przemysłowych, emisji przez pojazdy mechaniczne oraz innych źródeł w postaci mokrego opadu atmosferycznego (kwaśne deszcze) lub opadu suchego

• Stosowanie nawozów mineralnych, szczególnie fizjologicznie kwaśnych

Rodzaje kwasowości

Czynna. Wymienna, Rezydualna, Całkowita

Na podstawie czego wyróżnia się rodzaje kwasowości?

miejsca występowania i siły wiązania wodoru i glinuprzez kompleks sorpcyjny

Kwasowość czynna

\- Wywoływana przez wolne jony wodorowe znajdujące się w roztworze glebowym, dlatego czasami nazywa się ją kwasowością roztworu glebowego

\- Otrzymanie roztworu glebowego jest kłopotliwe przez brak prostej metody do tego celu, dlatego mierzy się ją w zawiesinie wodnej i wyraża w jednostkach pH

\- Można ją też zmierzyć w glebie, bezpośrednio w terenie, dzięki miernikom z elektrodami

\- Stanowi bardzo niewielką część całkowitej kwasowości i zmienia się w ciągu roku

\- Jest ważna, ponieważ stanowi pulę jonów wodorowych oddziałującą bezpośrednio na system korzeniowy roślin i mikroorganizmy

Kwasowość wymienna

\- Odnosi się do jonów wodorowych i glinowych zaadsorbowanych wymiennie w glebowym kompleksie sorpcyjnym

\- Jest to pula jonów kwasowych wypierana do roztworu glebowego podczas działania na glebę roztworami soli niezbuforowanych, obojętnych (KCl)

\- Po osiągnięciu stanu równowagi można zmierzyć wartości pH zawiesiny lub oznaczyć powstały kwas, będący miarą kwasowości wymiennej przez miareczkowanie roztworem NaOH

Kwasowość rezydualna

\- Spowodowana przez jony kwasowe zaadsorbowane silniej (niewymiennie), które nie mogą być wyparte z kompleksu sorpcyjnego przez sole obojętne

\- Związana głównie z jonami hydroksyglinowymi Al(OH) oraz z atomami wodoru i glinu zaadsorbowanymi w formie niewymiennej przez próchnicę i materiały ilaste

\- Może być neutralizowana przez wapno lub roztwór zbuforowanej soli np. octan wapnia, umożliwiają wyparcie wszystkich jonów kwasowych z fazy stałej gleby

\- Jest obliczana z różnicy kwasowości całkowitej i wymiennej

Kwasowość całkowita

\- Obejmuje kwasowość wymienna i rezydualną

\- Nazywana kwasowością hydrolityczną lub potencjalną

\- Może być oznaczona bezpośrednio lub obliczona z różnicy pojemności wymiany kationów i sumy wymiennych kationów zasadowych

\- Metody bezpośrednie polegają na użyciu zbuforowanych soli np. octanu wapnia

Z czym są związane właściwości buforowe gleby?

zdolnością gleby do przeciwstawiania się nagłym zmianim odczynu pod wpływem działania czynników zakwaszających lub alkalizujących

Na czym polegają właściwości buforowe gleby?

Polega na wypieraniu/sorbowaniu jonów kwasowych/zasadowych na drodze wyrównywania ich stężeń między kompleksem sorpcyjnym a roztworem glebowym Np. gdy w roztworze glebowym zwiększy się stężenie jonów wodorowych po dodaniu kwasu, następuje ich sorpcja przez koloidy glebowe, ponieważ układ kompleks sorpcyjny - kompleks glebowy dąży do wyrównania stężeń H+, co zapobiega zmianom wartości pH roztworu, aż do momentu wyparcia wszystkich wymiennych kationów zasadowych do roztworu i nasycenia kompleksu sorpcyjnego jonami wodoru

Buforowość gleby w stosunku do kwasów

zwiększa się wraz ze wzrostem pojemności wymiany kationów i nasycenia kompleksu sorpcyjnego kationami zasadowymi

Największe zdolności buforowe względem kwasów wykazują gleby…

 silnie próchniczne węglanowe oraz ilaste zasobne w węglany

Kiedy w roztworze glebowy zwiększy sie ilość zasad?

po dodaniu wapnia, jony wapnia, dążąc do wyrównania stężeń, wchodzą do kompleksu sorpcyjnego, wypierając z niego jony H+ oraz Al3+ do roztworu, wartość pH roztworu glebowego nie wzrośnie, aż do momentu zobojętnienia wszystkich wymiennych jonów kwasowych (kwasowości całkowitej)

Zależność buforowości gleby

w stosunku do zasad jest tym większa, im większy jest kompleks sorpcyjny i jego nasycenie kationami o charakterze kwasowym

Na czym polega określenie właściwości buforowych gleby

pomiarze zmiany wartości pH po dodaniu do niej zwiększającej się objętości roztworu HCl i NaOH o znanym stężeniu oraz porównania krzywej buforowej do krzywej teoretycznej

Miara zdolności buforowych

powierzchnia zbuforowania zawarta między krzywą dla danej gleby a krzywą teoretyczną

Co się dzieje kiedy Gleba ma większe możliwości buforowy

jej krzywa buforowa jest bardziej oddalona od krzywej teoretycznej i pole powierzchni jest większe

Większe zdolności buforowe mają gleby…

Ciężkie

Czemu gleby ciężkie mają większe zdolności buforowe?

mają od nich większą pojemność sorpcyjną