Executive Summary
– Zakwaszenie gleby jest naturalnym procesem w środowiskach o dużej ilości opadów, gdzie wymywanie powoli zakwasza glebę w czasie.
– Intensywne rolnictwo może przyspieszyć zakwaszenie gleby poprzez wiele procesów – zwiększenie wymywania, dodawanie nawozów, usuwanie produktów i gromadzenie materii organicznej gleby.
– Spośród wszystkich głównych składników odżywczych nawozów, azot jest głównym składnikiem odżywczym wpływającym na pH gleby, a gleby mogą stać się bardziej kwaśne lub bardziej zasadowe w zależności od rodzaju stosowanego nawozu azotowego.
– Produkty na bazie azotu są najmniej zakwaszające spośród nawozów azotowych, podczas gdy produkty na bazie amonu mają największy potencjał do zakwaszania gleby.
– Zakwaszenie gleby spowodowane stosowaniem nawozów fosforowych jest niewielkie w porównaniu z zakwaszeniem przypisywanym azotowi, ze względu na mniejsze ilości tego składnika i mniejsze zakwaszenie na kg fosforu. Najbardziej zakwaszającym nawozem fosforowym jest kwas fosforowy.
– Nawozy potasowe mają niewielki lub żaden wpływ na pH gleby.
Kontekst
Zakwaszenie gleby jest powszechnym zjawiskiem naturalnym w regionach o średnich i dużych opadach, a systemy produkcji rolnej mogą przyspieszać procesy zakwaszania gleby poprzez zakłócanie naturalnych cykli azotu (N), fosforu (P) i siarki (S) w glebie, poprzez usuwanie produktów rolnych z gruntów oraz poprzez dodawanie nawozów i zmian w glebie, które mogą albo zakwaszać glebę, albo czynić ją bardziej zasadową (Kennedy 1986). Zmiany pH gleby mogą być korzystne lub niekorzystne w zależności od wyjściowego pH gleby oraz kierunku i szybkości zmian pH – na przykład obniżenie pH gleby w glebach alkalicznych może być korzystne dla produkcji roślinnej ze względu na korzyści w zakresie dostępności P i mikroelementów, np. cynku (Zn) (Mitchell et al. 1952). Z drugiej strony, spadek pH gleby w przypadku gleby silnie kwaśnej może być szkodliwy ze względu na zwiększenie podatności upraw na toksyczność spowodowaną zwiększoną rozpuszczalnością glinu (Al) lub manganu (Mn) wraz ze spadkiem pH gleby (Wright 1989).
Kluczowe procesy i przyczyny zmian pH gleby w systemach rolniczych opisano poniżej.
Zastosowanie nawozów
Zastosowanie nawozów mineralnych lub organicznych w rolnictwie zwiększa wprowadzanie składników odżywczych do gleby, a forma, w jakiej składniki odżywcze są stosowane i ich los w systemie gleba-roślina określają ogólny wpływ na pH gleby. Makronutrienty (N, P, potas (K) i S) mają największy wpływ na pH, ponieważ są dodawane do gleby w znacznie większych ilościach niż mikroelementy.
Nitrogen
Forma N i los N w systemie gleba-roślina jest prawdopodobnie głównym czynnikiem wpływającym na zmiany pH gleby w systemach rolniczych.
Zawartość azotu może być dodawana do gleby w wielu formach, ale dominującymi formami stosowanego nawozu N są mocznik (CO(NH₂)₂), fosforan monoamonowy (NH₄H₂PO₄), fosforan dwuamonowy ((NH₄)₂HPO₄), azotan amonu (NH₄NO₃), azotan wapnia (CaCO₃+NH₄(NO₃)) siarczan amonu ((NH₄)₂SO₄), azotan amonu z mocznikiem (mieszanina mocznika i azotanu amonu) i polifosforan amonu (n).
Kluczowymi cząsteczkami N pod względem zmian pH gleby są: nienaładowana cząsteczka mocznika (0), kation amonowy (NH₄+) i anion azotanowy (NO₃-). Przemiana N z jednej formy do drugiej wiąże się z wytworzeniem lub zużyciem kwasowości, , a pobieranie mocznika, amonu lub azotanu przez rośliny również będzie miało wpływ na kwasowość gleby (rysunek 1).
Rysunek 1. Kwasowość gleby i nawozy azotowe (zmodyfikowano na podstawie (Davidson 1987)). MAP = fosforan monoamonowy, DAP = fosforan diamonowy, SoA = siarczan amoniaku, CAN = azotan amonu wapnia, azotan sodu
Z rysunku 1 wynika, że nawozy amonowe zakwaszają glebę, ponieważ generują dwa jony H⁺ na każdą cząsteczkę amonu nitrowaną do azotanu. Stopień zakwaszenia zależy od tego, czy azotan powstały z amonu jest wypłukiwany, czy pobierany przez rośliny. Jeśli azotan jest pobierany przez rośliny, zakwaszenie netto na cząsteczkę amonu zmniejsza się o połowę w porównaniu ze scenariuszem, w którym azotan jest wymywany. Wynika to ze zużycia jednego jonu H⁺ (lub wydalania OH-) na każdą cząsteczkę pobranego azotanu – jest to często obserwowane w miarę wzrostu pH w ryzosferze (Smiley i Cook 1973). Bezwodny amoniak i mocznik mają mniejszy potencjał zakwaszający w porównaniu z produktami na bazie amonu, ponieważ w procesie przemiany w amon zużywany jest jeden jon H⁺. Nawozy azotowe nie mają potencjału zakwaszającego, a wręcz mogą zwiększać pH gleby, ponieważ jeden jon H⁺ jest pochłaniany przez roślinę (lub wydalany OH-) podczas pobierania azotanu.
Fosfor
Forma nawozu P dodanego do gleby może wpływać na kwasowość gleby, głównie poprzez uwalnianie lub pozyskiwanie jonów H⁺ przez cząsteczkę fosforanu w zależności od pH gleby (rysunek 2). Jeśli do gleby zostanie dodany kwas fosforowy (PA), jego cząsteczka zawsze będzie zakwaszać glebę, ponieważ zostaną uwolnione jony H⁺ – jeden jon H⁺, jeśli pH gleby jest niższe niż ~6,2 i dwa jony H⁺, jeśli pH gleby jest wyższe niż 8,2. Fosforan monoamonowy (MAP), superfosforan pojedynczy (SSP) i superfosforan potrójny (TSP) dodają P do gleby w postaci jonu H₂PO₄-, który może zakwaszać glebę o pH powyżej 7,2, ale nie ma wpływu na pH gleby w glebach kwaśnych. Formą P w fosforanie diamonowym (DAP) jest HPO₄²-, który może uczynić gleby kwaśne (pH<7,2) bardziej alkalicznymi, ale nie ma wpływu na glebę o pH>7,2. Hydroliza polifosforanu amonu (APP), w której P obecny jako cząsteczka P₂O₇⁴ przekształca się w HPO₄²-, jest neutralna pod względem pH, a zatem wszelkie zakwaszenie spowodowane dodaniem P można uznać za podobne do DAP. SSP lub TSP są czasami deklarowane jako powodujące zakwaszenie gleby ze względu na to, że produkty reakcji są bardzo kwaśne;
Ca(H₂PO₄)₂+ ₂H₂O -> CaHPO₄ + H⁺ + H₂PO₄-
ale w glebach o wartościach pH poniżej 7.7 następująca reakcja neutralizuje wytworzoną kwasowość, tak że nie występuje zakwaszenie netto;
CaHPO₄ + H₂O -> Ca₂+ + H₂PO₄- + OH-
W glebach o wysokim pH (pH >7.2), dysocjacja jonu H+ od cząsteczki H₂PO₄- spowoduje powstanie pewnej kwasowości.
Pobranie P przez rośliny uprawne ma niewielki wpływ na kwasowość gleby ze względu na niewielkie ilości P pobieranego z nawozów w ciągu jednego roku – stąd chemia nawozów dominuje nad zmianami pH i nie zaobserwowano znaczących różnic w pH ryzosfery w przypadku pobrania różnych jonów ortofosforanowych.
Ryc. 2. Kwasowość gleby i nawozy P. MAP = fosforan monoamonowy, DAP = fosforan diamonowy,
SSP = superfosforan pojedynczy, TSP = superfosforan potrójny, APP = polifosforan amonu.
Siarka
Forma nawozu S dodawanego do gleby może wpływać na kwasowość gleby, głównie poprzez uwalnianie jonów H⁺ w wyniku dodania pierwiastka S (S⁰) lub tiosiarczanu (S₂O3²-, w tiosiarczanie amonu – ATS) (rysunek 3). Jednak ilości S dodawane do gleby i pobierane przez rośliny są na ogół niewielkie w porównaniu z N.
Rysunek 3. Kwasowość gleby a nawozy S. S⁰ = S elementarna, ATS = tiosiarczan amonu, SoA = siarczan amoniaku.
Potas
Forma, w której K jest dodawany do gleby – murinian potażu (KCl) lub siarczan potażu (K₂SO₄) – nie ma wpływu na zakwaszenie gleby.
Zakwaszanie przez produkty Microessentials
.