Rezumat
– Acidificarea solului este un proces natural în mediile cu precipitații abundente, unde levigarea acidifică încet solul în timp.
– Agricultura intensivă poate accelera acidificarea solului prin mai multe procese – creșterea levigării, adăugarea de îngrășăminte, îndepărtarea produselor și acumularea de materie organică în sol.
– Dintre toți nutrienții principali din îngrășăminte, azotul este principalul nutrient care afectează pH-ul solului, iar solurile pot deveni mai acide sau mai alcaline în funcție de tipul de îngrășământ azotat utilizat.
– Produsele pe bază de nitrați sunt cele mai puțin acidifiante dintre îngrășămintele pe bază de azot, în timp ce produsele pe bază de amoniu au cel mai mare potențial de acidificare a solului.
– Acidificarea solului ca urmare a utilizării îngrășămintelor cu fosfor este mică în comparație cu cea atribuită azotului, datorită cantităților mai mici de acest nutrient utilizate și a acidificării mai mici pe kg de fosfor. Acidul fosforic este cel mai acidifiant îngrășământ cu fosfor.
– Îngrășămintele cu potasiu au un efect mic sau deloc asupra pH-ului solului.
Context
Acidificarea solului este un fenomen natural larg răspândit în regiunile cu precipitații medii și mari, iar sistemele de producție agricolă pot accelera procesele de acidificare a solului prin perturbarea ciclurilor naturale ale azotului (N), fosforului (P) și sulfului (S) din sol, prin îndepărtarea produselor agricole de pe teren și prin adăugarea de îngrășăminte și amendamente care pot fie acidifica solul, fie îl pot face mai alcalin (Kennedy 1986). Modificările pH-ului solului pot fi avantajoase sau dăunătoare, în funcție de pH-ul inițial al solului, precum și de direcția și viteza de schimbare a pH-ului – de exemplu, scăderea pH-ului solului în solurile alcaline poate fi avantajoasă pentru producția vegetală datorită beneficiilor în ceea ce privește disponibilitatea P și a micronutrienților, de exemplu, a zincului (Zn) (Mitchell et al. 1952). Pe de altă parte, scăderea pH-ului solului pentru un sol foarte acid poate fi dăunătoare în ceea ce privește creșterea susceptibilității culturilor la toxicitatea indusă de solubilitatea crescută a aluminiului (Al) sau a manganului (Mn) odată cu scăderea pH-ului solului (Wright 1989).
Procesele și motivele cheie pentru modificările pH-ului solului în sistemele agricole sunt descrise mai jos.
Utilizarea îngrășămintelor
Utilizarea îngrășămintelor minerale sau organice în agricultură crește aporturile de nutrienți în soluri, iar forma în care sunt aplicate substanțele nutritive și soarta lor în sistemul sol-plantă determină efectele globale asupra pH-ului solului. Macronutrienții (N, P, potasiu (K) și S) au efectele majore asupra pH-ului, deoarece sunt adăugați în cantități mult mai mari în sol decât micronutrienții.
Nitrogenul
Forma de N și soarta N în sistemul sol-plantă este probabil principalul factor determinant al schimbărilor în pH-ul solului în sistemele agricole.
Nitrogenul poate fi adăugat în soluri sub mai multe forme, dar formele predominante de N din îngrășăminte utilizate sunt ureea [CO(NH₂)₂], fosfatul monoamoniacal (NH₄H₂PO₄), fosfatul diamoniacal ((NH₄)₂HPO₄), nitrat de amoniu (NH₄NO₃), nitrat de amoniu de calciu (CaCO₃+NH₄(NO₃)), sulfat de amoniu ((NH₄)₂SO₄), nitrat de amoniu de uree (un amestec de uree și nitrat de amoniu) și polifosfat de amoniu (n).
Moleculele cheie de N în ceea ce privește modificările pH-ului solului sunt molecula de uree neîncărcată (0), cationul amoniu (NH₄+) și anionul nitrat (NO₃-). Transformarea N dintr-o formă în alta implică generarea sau consumul de aciditate, , iar absorbția ureei, amoniului sau nitratului de către plante va afecta, de asemenea, aciditatea solului (figura 1).
Figura 1. Aciditatea solului și îngrășămintele cu azot (modificat după (Davidson 1987)). MAP = fosfat de monoamoniu, DAP = fosfat de diamoniu, SoA = sulfat de amoniac, CAN = nitrat de calciu și amoniu, nitrat de sodiu
Se poate observa în figura 1 că îngrășămintele pe bază de amoniu vor acidifica solul deoarece generează doi ioni H⁺ pentru fiecare moleculă de amoniu nitrificată în nitrat. Gradul de acidificare depinde de faptul dacă nitratul produs din amoniu este levigat sau este absorbit de plante. În cazul în care nitratul este absorbit de plante, acidificarea netă per moleculă de amoniu este înjumătățită în comparație cu scenariul în care nitratul este levigat. Acest lucru se datorează consumului unui ion H⁺ (sau excreției de OH-) pentru fiecare moleculă de nitrat absorbită – acest lucru este adesea observat pe măsură ce pH-ul crește în rizosferă (Smiley și Cook 1973). Amoniacul anhidru și ureea au un potențial de acidificare mai scăzut în comparație cu produsele pe bază de amoniu, deoarece un ion H⁺ este consumat la transformarea în amoniu. Îngrășămintele pe bază de nitrați nu au potențial de acidificare și, de fapt, pot crește pH-ul solului, deoarece un ion H⁺ este absorbit de plantă (sau OH- excretat) la absorbția nitratului.
Fosfor
Forma îngrășământului P adăugat în sol poate afecta aciditatea solului, în principal prin eliberarea sau câștigarea de ioni H⁺ de către molecula de fosfat, în funcție de pH-ul solului (figura 2). Dacă se adaugă acid fosforic (PA) în sol, molecula va acidifica întotdeauna solul, deoarece vor fi eliberați ioni H⁺ – un ion H⁺ dacă pH-ul solului este mai mic de ~6,2 și doi ioni H⁺ dacă pH-ul solului este mai mare de 8,2. Fosfatul monoamoniacal (MAP), superfosfatul simplu (SSP) și superfosfatul triplu (TSP) adaugă P în sol sub forma ionului H₂PO₄-, care poate acidifica solul cu un pH mai mare de 7,2, dar nu are niciun efect asupra pH-ului solului în cazul solurilor acide. Forma de P din fosfatul de diamoniu (DAP) este HPO₄²- care poate face ca solurile acide (pH<7,2) să devină mai alcaline, dar nu are niciun efect asupra solului cu un pH>7,2. Hidroliza polifosfatului de amoniu (APP), în care P prezent sub formă de P₂O₇⁴-molecula P₂O₇⁴ se transformă în HPO₄²-, este neutră din punct de vedere al pH-ului și, prin urmare, orice acidificare datorată adaosului de P poate fi considerată ca fiind similară cu DAP. SSP sau TSP sunt uneori declarate a provoca acidificarea solului din cauza faptului că produsele de reacție sunt foarte acide;
Ca(H₂PO₄)₂+ ₂H₂O -> CaHPO₄ + H⁺ + H₂PO₄-
dar în solurile cu valori ale pH-ului mai mici de 7.7, următoarea reacție neutralizează aciditatea produsă, astfel încât nu există o acidificare netă;
CaHPO₄ + H₂O -> Ca₂+ + H₂PO₄- + OH-
În solurile cu pH ridicat (pH >7.2), disocierea ionului H+ din molecula de H₂PO₄- va genera o oarecare aciditate.
Absorbția de P de către culturi are un efect redus asupra acidității solului datorită cantităților mici de P din îngrășăminte absorbite într-un an – prin urmare, chimia îngrășămintelor domină schimbările de pH și nu s-au observat diferențe semnificative în pH-ul rizosferei pentru absorbția diferiților ioni ortofosfat.
Figura 2. Aciditatea solului și îngrășămintele cu P. MAP = fosfat monoamoniacal, DAP = fosfat diamoniacal,
SSP = superfosfat simplu, TSP = superfosfat triplu, APP = polifosfat de amoniu.
Sulfură
Forma îngrășământului cu S adăugat în sol poate afecta aciditatea solului, în principal prin eliberarea de ioni H⁺ prin adăugarea de S elementar (S⁰) sau tiosulfat (S₂O3²-, în tiosulfatul de amoniu – ATS) (Figura 3) (Figura 3). Cu toate acestea, cantitățile de S adăugate în sol și absorbite de plante sunt, în general, mici în comparație cu cele de N.
Figura 3. Aciditatea solului și îngrășămintele cu S. S⁰ = S elementar, ATS = tiosulfat de amoniu, SoA = sulfat de amoniac.
Pentru fiecare moleculă de S⁰ adăugată în sol, se vor genera doi ioni H⁺, iar aceștia pot fi echilibrați prin absorbția de către plante, fie prin absorbția de H⁺ (la fel ca și excreția de ioni OH-), fie prin generarea de OH- (efectiv anioni organici) în interiorul plantei pentru a forma material vegetal alcalin („alcalinitate cenușie”). În cazul în care produsele sunt eliminate (ceea ce este adesea cazul în sistemele agricole), va avea loc o acidificare netă a solului dacă se utilizează S⁰ sau ATS.
Potasiu
Forma în care K este adăugat în sol – fie muriați de potasiu (KCl), fie sulfat de potasiu (K₂SO₄) – nu are niciun efect asupra acidificării solului.
Acidificarea prin produse Microessentials
.