Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Щелочная почва
Щелочные почвы
Рисовое Поле.jpg
Выращивание риса / рисовые поля на щелочных почвах
Глинистая почва
Ключевые минералыКарбонат натрия и бикарбонат натрия
Ключевой процессУмягчение извести
pH> 8,5

Щелочные или щелочные почвы - это глинистые почвы с высоким pH (> 8,5), плохой структурой почвы и низкой инфильтрационной способностью. Часто они имеют твердый известковый слой на глубине от 0,5 до 1 метра. Щелочные почвы своими неблагоприятными физико-химическими свойствами в основном обязаны преобладающему присутствию карбоната натрия , который вызывает набухание почвы [1] и затрудняет осветление / оседание. Они получили свое название от группы элементов щелочных металлов , к которым относится натрий и которые могут вызывать основность . Иногда эти почвы также называют щелочными.натриевые почвы .
Щелочные почвы являются основными , но не все основные почвы щелочные .

Причины [ править ]

Причины щелочности почвы могут быть естественными или антропогенными:

  1. Естественной причиной является присутствие в почве минералов, вырабатывающих карбонат натрия (Na 2 CO 3 ) и бикарбонат натрия (NaHCO 3 ) при выветривании .
  2. Угольные котлы / электростанции при использовании угля или лигнита, богатого известняком , производят золу, содержащую оксид кальция . CaO легко растворяется в воде с образованием гашеной извести - Ca (OH) 2 - и переносится дождевой водой в реки / воду для орошения. Процесс умягчения извести осаждает ионы Ca и Mg / снижает жесткость воды, а также преобразует бикарбонаты натрия в речной воде в карбонат натрия. [2] Карбонаты натрия (сода для стирки) дополнительно вступают в реакцию с оставшимися в воде Ca и Mg, удаляя / осаждая общую жесткость . Также присутствующие в золе водорастворимые соли натрия повышают содержание натрия в воде. Глобальныйпотребление угля в 2011 году составило 7700 миллионов тонн. Таким образом, речная вода лишается ионов Ca и Mg и обогащается Na угольными котлами.
  3. Многие соли натрия используется в промышленных и бытовых приложениях , такие как карбонат натрия , бикарбонат натрия (пищевая сода), сульфат натрия , гидроксид натрия (каустическая сода), гипохлорит натрия (отбеливающий порошок) и т.д. в огромных количествах. Эти соли в основном производятся из хлорида натрия (поваренная соль). Весь натрий в этих солях попадает в реку / грунтовые воды в процессе их производства или потребления, повышая содность воды. Общее мировое потребление хлорида натрия в 2010 году составило 270 миллионов тонн. Это почти равно солевой нагрузке в могучей реке Амазонке.. Доля антропогенных солей натрия составляет почти 7% от общей солевой нагрузки всех рек. Проблема солевой нагрузки натрия усугубляется в нижнем течении интенсивно возделываемых речных бассейнов, расположенных в Китае, Индии, Египте, Пакистане, Западной Азии, Австралии, западе США и т. Д. Из-за накопления солей в оставшейся воде после компенсации различных потерь на транспирацию и испарение. [3]
  4. Еще один источник искусственных натриевых солей, добавляемых к сельскохозяйственным полям / суше, находится поблизости от водяных градирен, использующих морскую воду для рассеивания отработанного тепла, образующегося в различных отраслях промышленности, расположенных недалеко от морского побережья. Градирни огромной мощности устанавливаются на нефтеперерабатывающих заводах, нефтехимических комплексах, заводах по производству удобрений, химических заводах, атомных и тепловых электростанциях, централизованных системах отопления , вентиляции и кондиционирования воздуха и т. Д. Дрейфующие / мелкие капли, выбрасываемые из градирен, содержат почти 6% хлорида натрия, который может осаждаться на прилегающих территориях. Эта проблема усугубляется там, где не вводятся или не выполняются национальные нормы по контролю за загрязнением, чтобы минимизировать дрейфовые выбросы до наилучшего промышленного стандарта для водяных градирен на основе морской воды.[4]
  5. Искусственная причина заключается в применении умягченной воды для орошения (поверхностной или грунтовой), содержащей относительно высокую долю бикарбонатов натрия и меньшее количество кальция и магния. [1]

Проблемы сельского хозяйства [ править ]

Щелочные почвы сложно использовать в сельскохозяйственном производстве. Из-за низкой инфильтрационной способности дождевая вода легко застаивается на почве, и в засушливые периоды культивирование практически невозможно без обильного полива и хорошего дренажа. Сельское хозяйство ограничивается культурами, устойчивыми к заболачиванию поверхности (например, рис , трава ), а его продуктивность ниже.

Химия [ править ]

Щелочность почвы связана с присутствием в почве карбоната натрия (Na 2 CO 3 ) или бикарбоната натрия (NaHCO 3 ) [5] либо в результате естественного выветривания почвенных частиц, либо в результате орошения и / или наводнения. воды.

Эта соль чрезвычайно растворима, когда она подвергается гидратации, она диссоциирует в

Карбонат-анион CO 3 2- является слабой кислотой, поэтому он гидролизует воду с образованием бикарбонат-иона и гидроксильной группы.

что, в свою очередь, дает угольную кислоту и гидроксил

См. Карбонат для равновесия карбонат-бикарбонат-диоксид углерода.

Вышеупомянутые реакции аналогичны растворению карбоната кальция , единственное отличие заключается в растворимости двух солей. Na 2 CO 3 примерно в 78 тысяч раз более растворим, чем CaCO 3 , поэтому он может растворять гораздо большие количества CO 3 2- , таким образом повышая pH до значений выше 8,5, что выше максимально достижимого pH, когда равновесие между кальцием карбонат и растворенная двуокись углерода находятся в равновесии в почвенном растворе.


Примечания :
  • Вода (H 2 O) частично диссоциирует на ионы H 3 O + ( гидроксоний ) и OH - ( гидроксил ). Ионы Н 3 О + имеет положительный электрический заряд (+) и его концентрация обычно записываются в виде [H + ]. Ион гидроксила OH - имеет отрицательный заряд (-), и его концентрация записывается как [OH - ].
  • В чистой нейтральной воде при 25 ° C произведение растворимости воды K w составляет 10 -14 . Так как K w = [H + ] [OH - ], то концентрация ионов H 3 O + и OH - равна 10 –7 , очень малые концентрации.
  • В нейтральной воде pH , являющийся отрицательным десятичным логарифмом концентрации H 3 O + , равен 7. Точно так же pOH также равен 7. Каждая единица снижения pH указывает на десятикратное увеличение концентрации H 3 O + . Точно так же каждая единица увеличения pH указывает на десятикратное увеличение концентрации OH - .
  • В воде с растворенными солями концентрации ионов H 3 O + и OH - могут изменяться, но их сумма остается постоянной, а именно 7 + 7 = 14. Следовательно, pH 7 соответствует pOH, равному 7, а pH 9 с pOH 5.
  • Формально предпочтительно выражать концентрации ионов с точки зрения химической активности , но это почти не влияет на значение pH.
  • Вода с избытком ионов H 3 O + называется кислотной (pH <7), а вода с избытком ионов OH - называется щелочной или, скорее, основной (pH> 7). Влажность почвы с pH <4 называется очень кислой, а с pH> 10 - очень щелочной (щелочной).

Углекислота H 2 CO 3 нестабильна и производит H 2 O (воду) и CO 2 ( газообразный диоксид углерода , улетучивающийся в атмосферу). Это объясняет остающуюся щелочность (или, скорее, основность ) в форме растворимого гидроксида натрия и высокий pH или низкий pOH .

Не весь растворенный карбонат натрия подвергается указанной выше химической реакции. Оставшийся карбонат натрия и, следовательно, присутствие ионов CO 3 2- вызывает осаждение CaCO 3 (который является лишь малорастворимым) в виде твердого карбоната кальция (известняк), потому что продукт концентрации CO 3 2- и Ca 2 + концентрация превышает допустимый предел. Следовательно, ионы кальция Ca ++ иммобилизуются.

Процесс обмена натрия между ионами, адсорбированными на поверхности частиц глины, и ионами, находящимися во влаге почвы.

Присутствие большого количества ионов Na + в почвенном растворе и осаждение ионов Ca ++ в виде твердого минерала заставляет частицы глины , имеющие отрицательные электрические заряды вдоль своей поверхности, адсорбировать больше Na + в зоне диффузной адсорбции ( DAZ , см. рисунок, официально называемый двойным диффузным слоем [6] ) и, взамен, высвобождают ранее адсорбированный Ca ++ , за счет чего процент обменного натрия ( ESP ) увеличивается, как показано на рисунке.

Na + более подвижен и имеет меньший электрический заряд, чем Ca ++, поэтому толщина DAZ увеличивается с увеличением количества натрия. На толщину также влияет общая концентрация ионов во влаге почвы в том смысле, что более высокие концентрации вызывают сокращение зоны DAZ.

Частицы глины со значительным ESP (> 16), контактирующие с незасоленной почвенной влагой, имеют расширенную зону DAZ, и почва набухает ( рассеивается ). [6] Это явление приводит к ухудшению структуры почвы , особенно к образованию корки и уплотнению верхнего слоя. Следовательно, инфильтрационная способность почвы и доступность воды в почве снижаются, тогда как заболачивание поверхностных вод или сток увеличивается. Сильно страдают всходы всходов и урожайность.

Примечание :
  • В засоленных условиях многие ионы в почвенном растворе противодействуют набуханию почвы, поэтому засоленные почвы обычно не обладают неблагоприятными физическими свойствами. Щелочные почвы, в принципе, не являются засоленными, поскольку проблема щелочности усугубляется тем, что засоленность меньше.

Проблемы с щелочностью более выражены в глинистых почвах, чем в суглинистых, илистых или песчаных почвах. Глинистые почвы, содержащие монтмориллонит или смектит (набухающие глины), более подвержены проблемам щелочности, чем иллитные или каолинитовые глинистые почвы. Причина в том, что первые типы глины имеют большую удельную поверхность (т.е. площадь поверхности частиц почвы, деленную на их объем) и более высокую емкость катионного обмена (CEC).

Примечание :
  • Некоторые глинистые минералы с почти 100% ESP (т.е. почти полностью насыщенными натрием) называются бентонитом , который используется в гражданском строительстве для размещения в почве непроницаемых завес, например, под плотинами, для предотвращения просачивания воды.

Качество поливной воды по отношению к опасности щелочности выражается двумя следующими показателями:

  1. Коэффициент адсорбции натрия (SAR, [5] ) Формула для расчета степени адсорбции натрия:
    SAR = [Na + ]/√ [Ca ++ / 2 + Mg ++ / 2] знак равно {Na + / 23}/√ {Ca ++ / 40 + Mg ++ / 24}
    где: [] обозначает концентрацию в миллиэквивалентах / литр (сокращенно мэкв / л), а {} обозначает концентрацию в мг / л. Видно, что считается, что Mg ( магний ) играет ту же роль, что и Ca ( кальций ). SAR не должен быть намного выше 20, а желательно меньше 10; Когда почва в течение некоторого времени подвергалась воздействию воды с определенным значением SAR, значение ESP имеет тенденцию становиться примерно равным значению SAR.
  2. Остаточный карбонат натрия (РРК, мг - экв / л, [5] ): формула для вычисления остаточного карбоната натрия:
    RSC= [HCO 3 - + CO 3 = ] - [Ca ++ + Mg ++ ]
            = {HCO 3 - / 61 + CO 3 = / 30} - {Ca ++ / 20 + Mg ++ / 12}

    который не должен быть намного больше 1 и предпочтительно меньше 0,5.

    Вышеупомянутое выражение распознает присутствие бикарбонатов (HCO 3 - ), формы, в которой большинство карбонатов растворено.

При расчете SAR и RSC необходимо учитывать качество воды в корневой зоне культуры, с учетом коэффициента выщелачивания на поле. [7] Парциальное давление растворенного CO 2 в корневой зоне растений также определяет присутствие кальция в растворенной форме в полевой воде. USDA следует скорректированному SAR [8] для расчета содержания воды.

Улучшение почвы [ править ]

Щелочные почвы с твердым CaCO 3 могут быть восстановлены с помощью травяных культур , органического компоста, отходов волос / перьев, органического мусора, макулатуры, отбракованных лимонов / апельсинов и т. Д., Обеспечивая включение в почву большого количества подкисляющего материала (неорганического или органического материала ) , и повышение содержания растворенного Ca в промысловой воде за счет выделения газа CO 2 . [9] Также помогает глубокая вспашка и заделка известкового грунта в верхний слой почвы.

Часто миграция солей в верхний слой почвы происходит из подземных источников воды, а не из поверхностных источников. [10] Там, где уровень грунтовых вод высокий и земля подвергается сильному солнечному излучению, грунтовые воды просачиваются на поверхность земли из-за капиллярного действия и испаряются, оставляя растворенные соли в верхнем слое почвы. Если подземные воды содержат большое количество солей, это приводит к острой проблеме солености. Эту проблему можно уменьшить, применив к земле мульчу . Также рекомендуется использовать многоэтажные дома или теневые сетки летом для выращивания овощей / сельскохозяйственных культур, чтобы уменьшить засоление почвы и сохранить воду / влажность почвы. Многоквартирные дома фильтруют интенсивную летнюю солнечную радиацию в тропических странах, чтобы спасти растения от недостатка воды и ожогов листьев.

Если качество грунтовых вод не является щелочным / соленым и уровень грунтовых вод высокий, накопление солей в почве можно предотвратить, используя землю в течение всего года для выращивания плантационных деревьев / многолетних культур с помощью лифтового орошения. Когда грунтовые воды используются с требуемым коэффициентом выщелачивания , соли в почве не накапливаются.

Также рекомендуется вспашка поля вскоре после скашивания урожая, чтобы предотвратить миграцию соли в верхний слой почвы и сохранить влажность почвы в течение интенсивных летних месяцев. Это делается для разрушения капиллярных пор в почве и предотвращения попадания воды на поверхность почвы.

Глинистые почвы в районах с высоким годовым количеством осадков (более 100 см), как правило, не страдают от высокой щелочности, поскольку сток дождевой воды способен уменьшать / выщелачивать почвенные соли до комфортного уровня при соблюдении надлежащих методов сбора дождевой воды . В некоторых сельскохозяйственных районах для облегчения дренажа и выщелачивания солей используются подземные «линии плитки». Непрерывное капельное орошение приведет к образованию щелочных почв в отсутствие промывных / дренажных вод с поля.

Также можно восстановить щелочные почвы, добавив подкисляющие минералы, такие как пирит или более дешевые квасцы или сульфат алюминия .

В качестве альтернативы, гипс ( сульфат кальция , ) также может быть применен в качестве источника ионов Са ++ ионов , чтобы заменить натрий на бирже комплекса. [9] Гипс также реагирует с карбонатом натрия, превращаясь в сульфат натрия, который является нейтральной солью и не способствует высокому pH. Должно быть достаточно естественного дренажа под землю, или же должна быть предусмотрена искусственная подземная дренажная система, позволяющая вымывать избыток натрия путем просачивания дождевой и / или поливной воды через профиль почвы .

Хлорид кальция также используется для рекультивации щелочных почв. CaCl 2 превращает Na 2 CO 3 в NaCl, осаждая CaCO 3 . NaCl сливают промывной водой. Нитрат кальция оказывает аналогичное действие с NaNO 3 в фильтрате. Отработанная кислота (HCl, H 2 SO 4 и т. Д.) Также может использоваться для уменьшения избытка Na 2 CO 3 в почве / воде.

Если карбамид доступен фермерам по дешевке, он также используется, прежде всего, для снижения щелочности / засоления почвы. [11] NH 4 ( аммоний ), присутствующий в мочевине, который является слабым катионом, выделяет сильный катион Na из структуры почвы в воду. Таким образом, щелочные почвы поглощают / потребляют больше мочевины по сравнению с другими почвами.

Для полной рекультивации почв необходимы непомерно большие дозы поправок. Поэтому большинство усилий направлено на улучшение только верхнего слоя (скажем, первых 10 см почвы), поскольку верхний слой наиболее чувствителен к ухудшению структуры почвы . [9] Однако лечение необходимо повторить через несколько (скажем, 5) лет. Деревья / растения подчиняются гравитропизму . Деревьям с более глубокой корневой системой, глубиной более 60 метров в хороших нещелочных почвах, трудно выжить в щелочных почвах.

Важно воздержаться от полива (грунтовые или поверхностные воды) некачественной водой. В виноградарстве было предложено добавлять природные хелатирующие агенты, такие как винная кислота, в поливную воду для растворения карбонатов кальция и магния в натриевых почвах. [12]

Один из способов уменьшения карбоната натрия для выращивания солероса или солянкова или Барилла растений. [13] Эти растения поглощают карбонат натрия, который они поглощают из щелочной почвы, в свои ткани. Зола этих растений содержит большое количество карбоната натрия, который может быть коммерчески извлечен и использован вместо карбоната натрия, полученного из поваренной соли, что является очень энергоемким процессом. Таким образом, ухудшение состояния щелочных земель можно контролировать путем выращивания растений бариллов, которые могут служить источником пищи, топливом из биомассы, сырьем для кальцинированной соды и поташа и т. Д.

Выщелачивание засоленных натриевых почв [ править ]

Засоленные почвы в основном также являются натриевыми (преобладающей солью является хлорид натрия ), но они не имеют ни очень высокого pH, ни плохой скорости инфильтрации. При выщелачивании они обычно не превращаются в (натриевую) щелочную почву, так как ионы Na + легко удаляются. Поэтому засоленные (натриевые) почвы в большинстве случаев не нуждаются в гипсовых мелиорациях. [14]

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Управление качеством воды для орошения, Университет штата Орегон, США , последнее посещение - 30 октября 2012 г.
  2. ^ "Смягчение осадков, GE Power & Water" . Проверено 11 октября 2012 года .
  3. ^ Дж. Келлер, А. Келлер и Г. Дэвидс. «Этапы развития речного бассейна и последствия закрытия» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 19 октября 2013 года . Проверено 25 августа 2012 года .
  4. ^ "Руководство по влажной градирне для твердых частиц, Министерство окружающей среды Канады" . Проверено 29 января 2013 .
  5. ^ a b c Справочник лаборатории солености США 60
  6. ^ а б Г. Болт (ред.), 1981. Химия почв: А. основные элементы. Vol 5a, Elsevier, Амстердам, Нидерланды
  7. ^ «Глава 11: Качество воды». Справочник по управлению засолением (Отчет). Правительство Квинсленда. 19 декабря 2013. с. 85.
  8. ^ С. М. Леш, Д. Л. Суарес. «Небольшая заметка по расчету скорректированного индекса SAR» . Проверено 5 октября 2012 года .
  9. ^ a b c Чабра Р. 1996. Засоленность почвы и качество воды. стр. 284. Oxford & IBH Publishing Co. Pvt. Ltd., Нью-Дели (издание для Южной Азии) и AA Balkema Uitgevers BC, Роттердам (издание в другом месте). ISBN 81-204-1049-1 . 
  10. ^ «Оценка риска засоления для региона Квинсленд Мюррей-Дарлинг (см. Приложение 2), Департамент окружающей среды и управления ресурсами Квинсленда» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 10 апреля 2013 года . Проверено 29 октября 2012 года .
  11. ^ IP Abrol, JSP Ядав и Ф. И. Масуда. «Засоленные почвы и управление ими, см. Параграф 4.7» . Проверено 23 декабря 2012 года .
  12. ^ Эшворт, Дж. 2007. Влияние хелатирующих агентов на содность почвы. Загрязнение почвы и отложений 16: 301-312.
  13. ↑ Фарук Ахмад. «Выращивание травы Карнал / Каллар на натриевых щелочных почвах в Пакистане» (PDF) . Проверено 22 января 2013 года .
  14. ^ Пример из практики Chacupe