Sammanfattning
– Markförsurning är en naturlig process i miljöer med mycket nederbörd där utlakning långsamt försurar marken med tiden.
– Intensivt jordbruk kan påskynda markförsurningen genom många processer – ökad utlakning, tillförsel av gödselmedel, avlägsnande av produkter och uppbyggnad av organiskt material i marken.
– Av alla de viktigaste gödningsnäringsämnena är kväve det viktigaste näringsämnet som påverkar markens pH-värde, och marken kan bli surare eller mer alkalisk beroende på vilken typ av kvävegödselmedel som används.
– Nitratbaserade produkter är de minst försurande av kvävegödselmedlen, medan ammoniumbaserade produkter har störst potential att försura jorden.
– Markförsurningen till följd av användning av fosforgödselmedel är liten jämfört med den som tillskrivs kväve, vilket beror på de mindre mängder av detta näringsämne som används och den lägre försurningen per kg fosfor. Fosforsyra är det mest försurande fosforgödselmedlet.
– Kaliumgödselmedel har liten eller ingen effekt på markens pH-värde.
Bakgrund
Bodenförsurning är ett utbrett naturligt fenomen i regioner med medelhöga till höga nederbördsmängder, och jordbruksproduktionssystem kan påskynda markförsurningsprocesserna genom att de naturliga kretsloppen för kväve (N), fosfor (P) och svavel (S) i marken störs, genom att jordbruksprodukter avlägsnas från marken, och genom att gödselmedel och jordförbättringsmedel tillsätts, vilka antingen kan försura marken eller göra den mer alkalisk (Kennedy 1986). Förändringar i markens pH-värde kan vara fördelaktiga eller skadliga beroende på markens ursprungliga pH-värde och pH-förändringens riktning och hastighet – till exempel kan en sänkning av markens pH-värde i alkaliska jordar vara fördelaktigt för grödor på grund av fördelarna i fråga om tillgängligheten av P och mikronäringsämnen, t.ex. zink (Zn) (Mitchell et al. 1952). Å andra sidan kan en sänkning av pH-värdet i en mycket sur jord vara skadlig i form av ökad känslighet för toxicitet hos grödor som orsakas av ökad löslighet av aluminium (Al) eller mangan (Mn) när pH-värdet i marken sjunker (Wright 1989).
Nyckelprocesser och orsaker till förändringar i markens pH-värde i jordbrukssystem beskrivs nedan.
Gödselanvändning
Användning av mineralgödsel eller organiska gödselmedel i jordbruket ökar tillförseln av näringsämnen till marken, och den form i vilken näringsämnena tillförs och deras öde i systemet mellan jord och växt bestämmer de övergripande effekterna på markens pH-värde. Makronäringsämnen (N, P, kalium (K) och S) har de största effekterna på pH eftersom de tillförs i mycket större mängder till marken än mikronäringsämnen.
Näringsämnen
Näringsformen av N och dess öde i jord-växt-systemet är troligen den viktigaste faktorn för förändringar av pH i marken i jordbrukssystem.
Väve kan tillföras marken i många former, men de dominerande formerna av N-gödselmedel som används är urea (CO(NH₂)₂), monoammoniumfosfat (NH₄H₂PO₄), diammoniumfosfat ((NH₄)₂HPO₄), ammoniumnitrat (NH₄NO₃), kalciumammoniumnitrat (CaCO₃+NH₄(NO₃)), ammoniumsulfat ((NH₄)₂SO₄), karbamidammoniumnitrat (en blandning av karbamid och ammoniumnitrat) och ammoniumpolyfosfat (n).
De viktigaste N-molekylerna när det gäller förändringar i markens pH-värde är den oladdade ureamolekylen (0), katjonen ammonium (NH₄+) och anjonen nitrat (NO₃-). Omvandlingen av N från den ena formen till den andra innebär att syra bildas eller förbrukas, , och växternas upptag av urea, ammonium eller nitrat påverkar också markens surhet (figur 1).
Figur 1. Markens surhet och kvävegödselmedel (modifierad från (Davidson 1987)). MAP = monoammoniumfosfat, DAP = diammoniumfosfat, SoA = ammoniumsulfat, CAN = kalciumammoniumnitrat, natriumnitrat
Det framgår av figur 1 att ammoniumbaserade gödselmedel försurar jorden eftersom de genererar två H⁺-joner för varje ammoniummolekyl som nitreras till nitrat. Hur stor försurningen blir beror på om det nitrat som produceras från ammonium lakas ut eller tas upp av växter. Om nitratet tas upp av växter halveras nettoförsurningen per ammoniummolekyl jämfört med om nitratet lakas ut. Detta beror på att en H⁺-jon förbrukas (eller att OH- utsöndras) för varje nitratmolekyl som tas upp – detta observeras ofta när pH-värdet ökar i rhizosfären (Smiley och Cook 1973). Vattenfri ammoniak och urea har en lägre försurningspotential jämfört med ammoniumbaserade produkter eftersom en H⁺-jon förbrukas vid omvandlingen till ammonium. Nitratbaserade gödselmedel har ingen försurningspotential och kan faktiskt öka markens pH eftersom en H⁺-jon absorberas av växten (eller OH- utsöndras) vid upptag av nitrat.
Fosfor
Den form av P-gödselmedel som tillsätts i marken kan påverka markens surhetsgrad, främst genom att fosfatmolekylen frigör eller vinner H⁺-joner, beroende på markens pH-värde (figur 2). Om fosforsyra (PA) tillsätts till jorden kommer molekylen alltid att försura jorden eftersom H⁺-joner frigörs – en H⁺-jon om jordens pH är lägre än ~6,2 och två H⁺-joner om jordens pH är högre än 8,2. Monoammoniumfosfat (MAP), enkel superfosfat (SSP) och trippel superfosfat (TSP) tillför alla P till jorden i form av H₂PO₄-jonen, som kan försura jordar med ett pH över 7,2 men som inte har någon effekt på pH i sura jordar. P-formen i diammoniumfosfat (DAP) är HPO₄²- som kan göra sura jordar (pH<7,2) mer alkaliska men som inte har någon effekt på jordar med pH>7,2. Hydrolysen av ammoniumpolyfosfat (APP), där det P som finns i form av P₂O₇⁴-molekylen omvandlas till HPO₄²-, är pH-neutralt och därför kan en eventuell försurning till följd av tillförsel av P betraktas som liknande som DAP. SSP eller TSP förklaras ibland orsaka markförsurning på grund av att reaktionsprodukterna är mycket sura;
Ca(H₂PO₄)₂+ ₂H₂O -> CaHPO₄ + H⁺ + H₂PO₄-
men i jordar med pH-värden lägre än 7.7 neutraliserar följande reaktion den producerade syran så att det inte sker någon nettoförsurning;
CaHPO₄ + H₂O -> Ca₂+ + H₂PO₄- + OH-
I jordar med högt pH (pH >7.2) kommer dissociationen av H+-jonen från H₂PO₄-molekylen att generera en viss surhet.
Grödans upptag av P har liten effekt på markens surhet på grund av de små mängder gödsel-P som tas upp under ett och samma år – därför dominerar gödselkemin pH-förändringar och betydande skillnader i rhizosfärens pH har inte observerats för upptag av olika ortofosfatjoner.
Figur 2. Markens surhet och P-gödselmedel. MAP = monoammoniumfosfat, DAP = diammoniumfosfat,
SSP = enkel superfosfat, TSP = trippel superfosfat, APP = ammoniumpolyfosfat.
Svavel
Den form av S-gödselmedel som tillsätts till marken kan påverka markens surhetsgrad, främst genom att H⁺-joner frigörs genom tillsats av elementärt S (S⁰) eller tiosulfat (S₂O3²-, i ammoniumtiosulfat – ATS) (figur 3). De mängder S som tillförs jorden och tas upp av växterna är dock i allmänhet små i jämförelse med N.
Figur 3. Markens surhet och S-gödselmedel. S⁰ = elementärt S, ATS = ammoniumtiosulfat, SoA = ammoniaksulfat.
För varje molekyl av S⁰ som tillsätts till jorden genereras två H⁺-joner, och dessa kan balanseras genom växtupptag genom antingen upptag av H⁺ (samma sak som utsöndring av OH-joner) eller generering av OH- (i praktiken organiska anjoner) inom växten för att bilda alkaliskt växtmaterial (”askalkalinitet”). När produkter avlägsnas (vilket ofta är fallet i jordbrukssystem) kommer nettoförsurning av jorden att ske om S⁰ eller ATS används.
Kalium
Den form i vilken K tillsätts till jorden – antingen kaliumuriat (KCl) eller kaliumsulfat (K₂SO₄) – har ingen effekt på försurningen av jorden.
Syratbildning med Microessentials produkter