Resumé
– Jordforsuring er en naturlig proces i miljøer med meget nedbør, hvor udvaskning langsomt forsurer jorden over tid.
– Intensivt landbrug kan fremskynde jordforsuring gennem mange processer – øget udvaskning, tilførsel af gødning, fjernelse af produkter og ophobning af organisk materiale i jorden.
– Af alle de vigtigste gødningsnæringsstoffer er kvælstof det vigtigste næringsstof, der påvirker jordens pH-værdi, og jordbunden kan blive mere sur eller mere basisk afhængigt af den anvendte kvælstofgødningstype.
– Nitratbaserede produkter er de mindst forsurende af de kvælstofgødningsstoffer, mens ammoniumbaserede produkter har det største potentiale for at forsure jorden.
– Jordforsuring som følge af anvendelse af fosforgødning er lille sammenlignet med den forsuring, der tilskrives kvælstof, hvilket skyldes de lavere mængder af dette næringsstof, der anvendes, og den lavere forsuring pr. kg fosfor. Fosforsyre er den mest forsurende fosforgødning.
– Kaliumgødning har ringe eller ingen virkning på jordens pH-værdi.
Baggrund
Bodenforsuring er et udbredt naturligt fænomen i regioner med middelhøj til høj nedbørsmængde, og landbrugsproduktionssystemer kan fremskynde jordforsuringsprocesserne ved at forstyrre de naturlige kredsløb for kvælstof (N), fosfor (P) og svovl (S) i jorden, ved at fjerne landbrugsprodukter fra jorden og ved at tilføre gødning og jordforbedringsmidler, der enten kan forsure jorden eller gøre den mere basisk (Kennedy 1986). Ændringer i jordens pH-værdi kan være fordelagtige eller skadelige afhængigt af jordens start-pH-værdi og pH-ændringens retning og hastighed – f.eks. kan et fald i jordens pH-værdi i alkaliske jorde være fordelagtigt for afgrødeproduktionen på grund af fordele i form af tilgængelighed af P og mikronæringsstoffer, f.eks. zink (Zn) (Mitchell et al. 1952). På den anden side kan et fald i pH-værdien i en meget sur jordbund være skadeligt, fordi afgrøderne bliver mere modtagelige for toksicitet som følge af øget opløselighed af aluminium (Al) eller mangan (Mn), når pH-værdien falder (Wright 1989).
Nøgleprocesser og årsager til ændringer i jordens pH-værdi i landbrugssystemer beskrives nedenfor.
Gødningsanvendelse
Anvendelse af mineralsk eller organisk gødning i landbruget øger tilførslen af næringsstoffer til jorden, og den form, hvori næringsstofferne tilføres, og deres skæbne i jord- og plantesystemet er afgørende for de samlede virkninger på jordens pH-værdi. Makronæringsstoffer (N, P, kalium (K) og S) har de største virkninger på pH-værdien, da de tilføres i langt større mængder til jorden end mikronæringsstoffer.
Stivstof
Den form af N og N’s skæbne i jord- plante-systemet er sandsynligvis den vigtigste faktor for ændringer i pH-værdien i jorden i landbrugssystemer.
Stilstof kan tilsættes jorden i mange former, men de fremherskende former for gødnings-N, der anvendes som gødning, er urea (CO(NH₂)₂), monoammoniumphosphat (NH₄H₂PO₄), diammoniumphosphat ((NH₄)₂HPO₄), ammoniumnitrat (NH₄NO₃), calciumammoniumnitrat (CaCO₃+NH₄(NO₃)), ammoniumsulfat ((NH₄)₂SO₄), urinstof-ammoniumnitrat (en blanding af urinstof og ammoniumnitrat) og ammoniumpolyphosphat (n).
De vigtigste N-molekyler med hensyn til ændringer i jordens pH-værdi er det uladede uræmolekyle (0), kationen ammonium (NH₄+) og anionen nitrat (NO₃-). Omdannelsen af N fra den ene form til den anden indebærer dannelse eller forbrug af syre, , og planternes optagelse af urinstof, ammonium eller nitrat vil også påvirke jordens surhedsgrad (figur 1).
Figur 1. Jordens surhedsgrad og kvælstofgødning (modificeret fra (Davidson 1987)). MAP = monoammoniumphosphat, DAP = diammoniumphosphat, SoA = sulfat af ammoniak, CAN = calciumammoniumnitrat, natriumnitrat
Det fremgår af figur 1, at ammoniumbaserede gødningsstoffer vil forsure jorden, da de genererer to H⁺-ioner for hvert ammoniummolekyle, der nitrificeres til nitrat. Omfanget af forsuring afhænger af, om den nitrat, der dannes af ammonium, udvaskes eller optages af planter. Hvis nitratet optages af planterne, halveres nettoforsuringen pr. ammoniummolekyle sammenlignet med scenariet, hvor nitratet udvaskes. Dette skyldes forbruget af en H⁺-ion (eller udskillelse af OH-) for hvert molekyle nitrat, der optages – dette observeres ofte, når pH-værdien stiger i rhizosfæren (Smiley og Cook 1973). Vandfri ammoniak og urinstof har et lavere forsuringspotentiale sammenlignet med ammoniumbaserede produkter, da der forbruges én H⁺-ion ved omdannelsen til ammonium. Nitratbaserede gødningsstoffer har intet forsuringspotentiale og kan faktisk øge jordens pH-værdi, da en H⁺-ion absorberes af planten (eller OH- udskilles) ved optagelsen af nitrat.
Fosfor
Den form for P-gødning, der tilsættes jorden, kan påvirke jordens surhedsgrad, hovedsagelig ved at fosfatmolekylet frigiver eller vinder H⁺-ioner, afhængigt af jordens pH-værdi (figur 2). Hvis der tilsættes fosforsyre (PA) til jorden, vil molekylet altid forsure jorden, da der frigives H⁺-ioner – én H⁺-ion, hvis jordens pH er mindre end ~6,2, og to H⁺-ioner, hvis jordens pH er over 8,2. Monoammoniumfosfat (MAP), enkelt superfosfat (SSP) og tredobbelt superfosfat (TSP) tilfører alle P til jorden i form af H₂PO₄-ionen, som kan forsure jord med en pH-værdi på over 7,2, men som ikke har nogen virkning på jordens pH-værdi i sure jorde. P-formen i diammoniumfosfat (DAP) er HPO₄²-, som kan gøre sure jorde (pH<7,2) mere basiske, men som ikke har nogen virkning på jorde med en pH>7,2. Hydrolysen af ammoniumpolyphosphat (APP), hvor det P, der er til stede som P₂O₇⁴-molekylet, omdannes til HPO₄²-, er pH-neutral, og derfor kan en eventuel forsuring som følge af tilførsel af P betragtes som svarende til DAP. SSP eller TSP erklæres undertiden at forårsage forsuring af jorden, fordi reaktionsprodukterne er meget sure;
Ca(H₂PO₄)₂+ ₂H₂O -> CaHPO₄ + H⁺ + H₂PO₄-
men i jord med pH-værdier på under 7.7 neutraliserer følgende reaktion den producerede surhedsgrad, således at der ikke sker nogen nettoforsuring;
CaHPO₄ + H₂O -> Ca₂+ + H₂PO₄- + OH-
I jorde med høj pH (pH >7.2) vil dissociation af H+-ionen fra H₂PO₄-molekylet generere en vis surhedsgrad.
Afgrødernes optagelse af P har kun en lille effekt på jordens surhedsgrad på grund af de små mængder af gødnings-P, der optages i et enkelt år – derfor dominerer gødningskemien pH-ændringer, og der er ikke observeret væsentlige forskelle i rhizosfære-pH for optagelse af forskellige orthofosfat-ioner.
Figur 2. Surhedsgrad i jorden og P-gødning. MAP = monoammoniumphosphat, DAP = diammoniumphosphat,
SSP = enkelt superphosphat, TSP = tredobbelt superphosphat, APP = ammoniumpolyphosphat.
Svovl
Den form for S-gødning, der tilsættes jorden, kan påvirke jordens surhedsgrad, hovedsagelig gennem frigivelse af H⁺-ioner ved tilsætning af elementært S (S⁰) eller thiosulfat (S₂O3²-, i ammoniumthiosulfat – ATS) (figur 3). De mængder S, der tilføres jorden og optages af planterne, er dog generelt små i forhold til N.
Figur 3. Jordens surhedsgrad og S-gødning. S⁰ = elementært S, ATS = ammoniumthiosulfat, SoA = sulfat af ammoniak.
For hvert molekyle S⁰, der tilsættes jorden, vil der blive dannet to H⁺-ioner, og disse kan afbalanceres gennem planteoptagelse ved enten optagelse af H⁺ (det samme som udskillelse af OH-ioner) eller dannelse af OH- (effektivt organiske anioner) i planten for at danne alkalisk plantemateriale (“askealkalitet”). Hvor produkter fjernes (hvilket ofte er tilfældet i landbrugssystemer), vil der ske en nettoforsuring af jorden, hvis der anvendes S⁰ eller ATS.
Kalium
Den form, hvori K tilsættes jorden – enten kali-muriat (KCl) eller kali-sulfat (K₂SO₄) – har ingen virkning på jordforsuring.
Syring ved hjælp af Microessentials produkter