Кислотність ґрунту: види, показники та вплив на рослини

них силікатах та гуматах, насамперед впадає в очі зміна її реакції.

Умови росту рослин багато в чому залежать від реакції ґрунту. Інтенсивність мікробіологічних процесів, мінералізація органічних речовин, розчинення важкорозчинних сполук, різні фізико-хімічні процеси також значною мірою визначаються реакцією ґрунту. Вона впливає на ефективність добрив, які, своєю чергою, можуть підкислювати або підлужнювати ґрунтовий розчин.

Реакція ґрунту проявляється під час взаємодії катіонів ґрунтового розчину з обмінно-поглинутими катіонами твердої фази ґрунту. Залежно від реакції ґрунтового розчину ґрунти можуть бути кислими або лужними.

Кислотність ґрунту – властивість ґрунту, зумовлена наявністю іонів водню в ґрунтовому розчині та обмінних іонів водню й алюмінію в ґрунтовому поглинальному комплексі. Розрізняють актуальну та потенційну кислотність. Остання поділяється на дві форми – обмінну та гідролітичну.

Актуальною (активною) кислотністю називається кислотність ґрунтового розчину. Вона справляє безпосередній вплив на життя рослин і може бути сприятливою або несприятливою для них. Актуальна кислотність зумовлена наявністю в розчині вугільної кислоти, органічних кислот та гідролітично кислих солей. Визначається зазвичай вимірюванням рН водної суспензії або водної витяжки з ґрунту.

Залежно від величини рН реакція ґрунтового розчину поділяється:

Найбільша кислотність ґрунтового розчину буває у сфагнових торфах – рН 3,5. Дерново-підзолисті та деякі торф'яні ґрунти мають кислу або сильнокислу реакцію (рН 4–5); у вилугуваних чорноземах та сірих лісових ґрунтах слабокисла реакція (рН 5,5–6,5). Близька до нейтральної (рН 6,5–7) реакція розчину у звичайного та потужного чорноземів.

Потенційна кислотність. Це кислотність твердої фази ґрунту, зумовлена наявністю обмінно-поглинутих іонів водню та алюмінію. Вважається, що потенційна кислотність зумовлена також катіонами заліза та марганцю. Розрізняють дві форми потенційної кислотності – обмінну та гідролітичну.

Обмінна кислотність – це кислотність твердої фази ґрунту, зумовлена обмінно-поглинутими катіонами водню, заліза, алюмінію та марганцю, що проявляється під час дії розчинів нейтральних солей.

Безпосереднього впливу на життя рослин вона не справляє, але впливає на актуальну кислотність під час взаємодії з катіонами ґрунтового розчину. Наприклад:

ППК  4 KCl ⇄  ППК 3.

4K

У результаті витіснення іонів водню з ґрунтового поглинального комплексу ґрунтовий розчин підкислюється, тобто обмінна кислотність зменшується, а актуальна – збільшується і впливає на ріст рослин.

Хлорид алюмінію в розчині піддається гідролітичній дисоціації з утворенням слабкої основи та сильної кислоти, яка також підкислює ґрунтовий розчин:

AlCl 3  3Н 2О 3  3HCl.

Обмінна кислотність визначається під час збовтування наважки ґрунту з розчином 1н KCl. У суспензії визначають pH, або витяжку титрують і розраховують кислотність у ммоль-ек/кг.

За величиною рН ґрунти поділяються:

– дуже сильнокислі <4,0

– близькі до нейтральної 5,6–6,0

Обмінна кислотність є значною (сильнокисла та кисла) у дерново-підзолистих ґрунтах та червоноземах, а в чорноземах вона практично відсутня. При слабокислій реакції ґрунтового розчину (низькій актуальній кислотності) обмінна кислотність невелика або відсутня.

Слід пам'ятати, що водневий показник, або рН, – узятий зі зворотним знаком десятковий логарифм активності іонів водню в розчині. Виконувати арифметичні дії з ним не можна. Перерахунок рН у концентрацію Н+ проводиться з використанням мантиси логарифмів.

Гідролітична кислотність. При обробітку ґрунту розчином нейтральної солі витісняються не всі поглинуті іони водню та алюмінію. Повніше потенційна кислотність виявляється під час обробки ґрунту розчином гідролітично лужної солі (звідси й назва цієї форми потенційної кислотності). Зазвичай для цього використовують ацетат натрію:

   

 ППК 3 ППК 3COOH

   

Гідролітична кислотність – це кислотність твердої фази ґрунту, зумовлена міцно закріпленими іонами водню, що виявляється під час дії на ґрунт розчином гідролітично лужної солі.

Величину кислотності визначають титруванням лугом витяжки 1 н ацетату натрію та виражають у ммоль-ек/кг ґрунту, а в деяких випадках потенціометрично і виражають величиною рН.

Потенційна кислотність, визначена таким способом, включає як іони H+ і Al3+, що витісняються розчином нейтральної солі KCl, так і іони Н+ ґрунтового розчину. Тому вона виходить більшою за обмінну кислотність, яку зазвичай не віднімають із сумарної кислотності, що отримується у витяжці ацетатом натрію.

Дерново-підзолисті ґрунти характеризуються значною гідролітичною та сильно вираженою обмінною кислотністю. Вилугувані чорноземи мають низьку гідролітичну кислотність і невелику обмінну.

Ступінь насиченості ґрунту основами. Для властивостей ґрунту важливою є не лише абсолютна величина кислотності, а й її частка від ємності обміну, яка називається ступенем насиченості основами.

Ступінь насиченості ґрунту основами – це відношення суми обмінних основ до суми гідролітичної кислотності та суми обмінних основ. Обчислюється вона за формулою:

V  100, або V   100,

Т S  Hг де: V – ступінь насиченості основами, % від ємності катіонного обміну;

S – сума обмінних основ, ммоль-екв/кг ґрунту;

Т – ємність обміну, ммоль-екв/кг ґрунту;

НГ – гідролітична кислотність, ммоль-екв/кг ґрунту.

• Діапазон насиченості основами — від 5 до 100 %
• Сильнолужна реакція ґрунту — pH > 8,5
• Меліорація кислих ґрунтів — вапнування
• Меліорація лужних ґрунтів — гіпсування

Насиченість основами та лужність: як вони впливають на ґрунт

Ступінь насиченості основами визначає, яка частка ємності обміну ґрунту зайнята обмінними катіонами. Цей показник критично важливий при плануванні хімічної меліорації. При однаковій кількості поглиненого водню ґрунти поводяться по-різному залежно від загальної ємності обміну. Чим вища гідролітична кислотність, тим більше добрива (вапна) знадобиться для нейтралізації, навіть при однаковому ступені насиченості основами.

Лужна реакція ґрунтового розчину шкодить посівам не менше, ніж підвищена кислотність. Вона пригнічує ріст рослин і знижує активність корисної ґрунтової мікрофлори. У практиці прийнято розділяти актуальну та потенційну лужність. Актуальна лужність визначається складом ґрунтового розчину, швидко змінюється і безпосередньо впливає на культуру.

Її викликають розчинені гідролітично лужні солі — карбонат натрію (Na₂CO₃), гідрокарбонат натрію (NaHCO₃) та інші. При дисоціації вони створюють високу концентрацію гідроксид-іонів. Актуальну лужність виражають через показник pH водної суспензії або в ммоль-екв/кг ґрунту за результатами титрування.

Na₂CO₃ + 2H₂O = H₂CO₃ + 2Na⁺ + 2OH^-

Потенційною називають лужність, яку викликає обмінно-поглинений натрій, закріплений у ґрунтовому поглинальному комплексі (ГПК). Вона проявляється при взаємодії твердої фази ґрунту з вугільною кислотою ґрунтового розчину. В результаті обмінної реакції утворюється сода, яка різко підлужнює середовище:

[ГПК]₂Na + H₂CO₃ = [ГПК]₂H + Na₂CO₃

Кислотно-основна буферність: як ґрунт чинить опір змінам pH

Реакція ґрунтового розчину в польових умовах нестабільна і постійно змінюється під впливом зовнішніх факторів. На неї впливають виділення вуглекислого газу корінням рослин, утворення азотної кислоти при нітрифікації та внесення мінеральних добрив. Однак ґрунт здатний протистояти цим змінам завдяки своїй буферній здатності. Буферність залежить від властивостей як рідкої, так і твердої фаз ґрунту.

Буферну дію ґрунтового розчину забезпечують слабкі органічні та мінеральні кислоти, а також їхні солі. Наприклад, слабка вугільна кислота частково дисоціює на іони водню та гідрокарбонат-іони. При потраплянні лугу в розчин вільні іони водню зв'язують його, утримуючи рівень pH на початковому рівні. Суміш вугільної кислоти та її солей, таких як гідрокарбонат кальцію, аналогічним чином захищає ґрунт від підкислення:

Ca(HCO₃)₂ + 2HNO₃ = Ca(NO₃)₂ + 2H₂CO₃

Основну роль у захисті від зміни реакції середовища відіграє тверда фаза ґрунту. У цьому процесі критично важливими є кількість і склад обмінних катіонів. У чорноземах, багатих на поглинуті кальцій і магній, ці елементи активно обмінюються на іони водню ґрунтового розчину. Завдяки цьому нейтралізуються кислоти, що надходять, і зберігається стабільний рівень pH:

[ГПК]Ca + 2H₂CO₃ ⇄ [ГПК]₂H + Ca(HCO₃)₂

Ґрунти, не насичені основами (наприклад, дерново-підзолисті та червоноземи), володіють буферністю проти підлужнювання. При внесенні лужних компонентів катіони лугу обмінюються на іони водню з ГПК, що також запобігає різкому зсуву pH середовища. Процес протікає за такою схемою:

[ГПК]₂H + Ca(OH)₂ ⇄ [ГПК]Ca + 2H₂O

При роботі з такими ґрунтами агроному важливо пам'ятати дві закономірності:

• Чим вища гідролітична кислотність ґрунту, тим сильніша його буферна дія проти підлужнювання.
• Буферні властивості визначають допустимі дози та періодичність внесення добрив для запобігання різкій зміні pH.

Буферність ґрунту безпосередньо визначає безпеку застосування мінеральних добрив. Ігнорування цієї властивості при плануванні живлення може призвести до різких коливань pH у зоні коренів та пригнічення культури. Ризик негативного впливу добрив безпосередньо залежить від гранулометричного складу та забезпеченості поля органічною речовиною.

Важкі ґрунти, багаті на гумус, мають високу ємність обміну і, як наслідок, високу буферність. На таких полях реакція ґрунтового розчину зміщується слабко навіть при внесенні високих доз мінеральних добрив.

Як регулювати стійкість ґрунту до зміни pH

Спрямованість стійкості ґрунту залежить від його насиченості основами. Ґрунти з високим ступенем насиченості основами успішно протистоять підкисленню. Якщо ж ступінь насиченості основами низький, ґрунтовий комплекс буде більш стійким до підлуження.

У практичному землеробстві агроном може цілеспрямовано підвищувати буферність полів, захищаючи рослини від різких хімічних стресів. Для цього застосовують такі технологічні прийоми:

• регулярне внесення органічних добрив;
• проведення вапнування кислих ґрунтів.