Toprak asitlenmesi - Soil acidification

Toprak asitlenmesi , toprak pH'ını düşüren hidrojen katyonlarının birikmesidir . Kimyasal olarak bu , toprağa bir proton donörü eklendiğinde olur. Verici bir olabilir asit gibi, nitrik asit , sülfürik asit ya da karbonik asit . Ayrıca, protonları serbest bırakmak için toprakta reaksiyona giren alüminyum sülfat gibi bir bileşik de olabilir . Asitleşme ayrıca kalsiyum , magnezyum , potasyum ve sodyum gibi baz katyonları topraktan sızdığında da meydana gelir .

Toprak asitlenmesi, likenler ve algler kaya yüzeylerini parçalamaya başladığında doğal olarak meydana gelir . Asitler, toprak geliştikçe bu çözünmeye devam eder. Zamanla ve ayrışma ile topraklar doğal ekosistemlerde daha asidik hale gelir. Toprak asitlenme oranları değişebilir ve asit yağmuru , tarım ve kirlilik gibi belirli faktörlerle artabilir .

nedenler

Asit yağmuru

Yağışlar, atmosferdeki karbondioksitten oluşan karbonik asit nedeniyle doğal olarak asidiktir . Bu bileşik, yağış pH'ının 5.0-5.5 civarında olmasına neden olur. Yağışların pH'ı doğal seviyelerden daha düşük olduğunda, toprağın hızlı asitlenmesine neden olabilir. Kükürt dioksit ve azot oksitler , atmosferdeki suyla reaksiyona girdiklerinde asit yağmuru oluşumuna yol açabilen daha güçlü asitlerin öncüleridir . Bu gazlar, yıldırım ve volkanik patlamalar gibi doğal kaynaklar veya antropojenik emisyonlardan dolayı atmosferde mevcut olabilir . Kalsiyum gibi bazik katyonlar, asidik yağış akışı olarak topraktan süzülür ve bu da alüminyum ve proton seviyelerinin artmasına izin verir.

Asit yağmuru ve kardaki nitrik ve sülfürik asitler, özellikle kış aylarında bir kar paketinin birikebileceği bölgelerde mevsimsel olarak orman topraklarının asitlenmesi üzerinde farklı etkilere sahip olabilir. Kar, sülfürik asitten daha fazla nitrik asit içerme eğilimindedir ve sonuç olarak, nitrik asit açısından zengin bir kar erime suyu darbesi, ilkbaharda kısa bir süre boyunca yüksek rakımlı orman topraklarından sızabilir. Bu su hacmi, yıllık yağışın %50'sini oluşturabilir. Erimiş suyun nitrik asit fışkırması, yeraltı ve yüzey sularına giren drenaj suyunun pH'ında keskin, kısa süreli bir düşüşe neden olabilir. PH azalması Al çözünürleştirebilen 3+ balık için toksik olan, bunlar O elde etmek için su büyük hacimli geçtiği olgunlaşmamış solungaç sistemleriyle, özellikle yumurtadan yeni çıkmış yavru 2 solunum için. Kar erime suyu akıntısı geçtikçe, su sıcaklıkları yükselir ve göller ve akarsular daha fazla çözünmüş organik madde üretir; drenaj suyundaki Al konsantrasyonu azalır ve organik asitlere bağlanır, bu da onu balıklar için daha az toksik hale getirir. Yağmurda, nitrik-sülfürik asit oranı yaklaşık 1:2'ye düşer. Yağmurun daha yüksek sülfürik asit içeriği, kısmen SO 4 2- 'nin toprak tarafından tutulması (adsorbsiyonu) nedeniyle topraklardan nitrik asit kadar Al 3+ salmayabilir. Bu işlem , toprak çözeltisine OH − salıverir ve her iki asitten eklenen H + ' nın neden olduğu pH düşüşünü tamponlar . Organik madde bakımından yüksek olan orman tabanı organik toprak ufukları (tabakaları) ayrıca pH'ı tamponlar ve daha sonra alttaki mineral ufuklardan sızan H+ yükünü azaltır.

biyolojik ayrışma

Ana madde: Ayrışma § Biyolojik Ayrışma

Bitki kökleri, toprak minerallerini kimyasal olarak havalandırmak için protonları ve organik asitleri salarak toprağı asitleştirir. Toprakta çürüyen ölü bitki kalıntıları da toprak asitleşmesine katkıda bulunan organik asitler oluşturabilir. O-ufkunda yaprak döküntüsünden kaynaklanan asitlenme, yaprak döken ağaçlardan ziyade toprağa daha az baz katyonu döndüren çam , ladin ve köknar gibi iğne yapraklı ağaçların altında daha belirgindir ; bununla birlikte, bitki örtüsüne atfedilen toprak pH farklılıkları genellikle bu bitki örtüsünden önce mevcuttu ve onları tolere eden türlerin seçilmesine yardımcı oldu. Mevcut biyokütlede kalsiyum birikimi de toprak pH'ını güçlü bir şekilde etkiler - türden türe değişebilen bir faktör.

Ana materyaller

Bazı ana materyaller de toprak asitlenmesine katkıda bulunur. Granitler ve onların müttefiki magmatik kayaçları "asidik" olarak adlandırılır, çünkü bunlar , bozuşma sırasında silisik asit üreten çok miktarda serbest kuvars içerirler. Ayrıca, nispeten düşük miktarda kalsiyum ve magnezyum içerirler. Şeyl ve kömür gibi bazı tortul kayaçlar , hidratlandığında ve oksitlendiğinde silisik asitten çok daha güçlü olan sülfürik asit üreten sülfitler açısından zengindir . Birçok kömür toprağı, güçlü bitki büyümesini destekleyemeyecek kadar asidiktir ve kömür, yandığında asit yağmuru için güçlü öncüler yayar. Deniz killeri de birçok durumda sülfür bakımından zengindir ve bu tür killer oksitleyici bir duruma boşaltılırsa çok asidik hale gelir.

zemin değişiklikleri

Gübreler ve gübreler gibi toprak değişiklikleri toprak asitlenmesine neden olabilir. Kükürt bazlı gübreler yüksek oranda asitleştirici olabilir, örnekler arasında elementel kükürt ve demir sülfat bulunurken potasyum sülfat gibi diğerlerinin toprak pH'ı üzerinde önemli bir etkisi yoktur . En da azot gübreler bir asitleştirme etkisi, amonyum bazlı bir nitrojen gübreler daha fazla diğer azot kaynakları dışında asitleştirici edilir. Amonyak bazlı azotlu gübreler arasında amonyum sülfat , diamonyum fosfat , monoamonyum fosfat ve amonyum nitrat bulunur . Üre ve kompost gibi organik azot kaynakları daha az asitleştiricidir. Kalsiyum nitrat , magnezyum nitrat , potasyum nitrat ve sodyum nitrat gibi çok az amonyum içeren veya hiç içermeyen nitrat kaynakları asitleştirici değildir.

Kirlilik

Asitlenme, nitrojen toprağa birikebileceğinden, havaya nitrojen emisyonlarından da oluşabilir. Hayvancılık, insan yapımı amonyak emisyonlarının yaklaşık yüzde 65'inden sorumludur .

Asit yağmuru üretiminin artmasında antropojenik kükürt dioksit ve nitrojen oksit kaynakları büyük rol oynamaktadır. Fosil yakıtların kullanımı ve motor egzozu, sırasıyla sülfürik gazlara ve nitrojen oksitlere en büyük antropojenik katkıda bulunanlardır.

Alüminyum, toprağı daha asidik hale getirebilen birkaç elementten biridir. Bu, alüminyumun sudan hidroksit iyonlarını alarak hidrojen iyonlarını geride bırakmasıyla elde edilir. Sonuç olarak, toprak daha asidiktir ve bu da onu birçok bitki için yaşanmaz hale getirir. Alüminyumun topraklardaki bir başka sonucu da kök büyümesini engelleyen alüminyum toksisitesidir.

Tarım yönetimi uygulamaları

Monokültür ve kimyasal gübreleme gibi tarım yönetim yaklaşımları genellikle toprak asitlenmesi, bozulması ve toprak kaynaklı hastalıklar gibi toprak sorunlarına yol açar ve bunlar sonuçta tarımsal üretkenlik ve sürdürülebilirlik üzerinde olumsuz bir etkiye sahiptir.

Etkileri

Ana madde: Toprak biyoçeşitliliği § Asitlenme

Toprak asitlenmesi, topraktaki bitkilere ve organizmalara zarar verebilir. Bitkilerde, toprak asitlenmesi daha küçük, daha az dayanıklı köklere neden olur. Asitli topraklar bazen daha fazla büyümeyi azaltarak kök uçlarına zarar verir. Bitki boyu bozulur ve tohum çimlenmesi de azalır. Toprak asitlenmesi bitki sağlığını etkileyerek daha az örtü ve daha düşük bitki yoğunluğu ile sonuçlanır. Genel olarak, bitkilerde bodur büyüme görülür. Toprak asitlenmesi, nesli tükenmekte olan bitki türlerinin azalmasıyla doğrudan bağlantılıdır.

Toprakta asitlenme, mikrobiyal ve makrofaunal çeşitliliği azaltır . Bu, toprak yapısındaki düşüşü azaltabilir ve bu da onu erozyona karşı daha hassas hale getirir. Toprakta daha az besin bulunur, toksik elementlerin bitkiler üzerindeki etkisi daha fazladır ve toprağın biyolojik fonksiyonlarına ( azot fiksasyonu gibi ) sonuçları vardır. Yakın tarihli bir araştırma, şeker kamışı monokültürünün toprak asitliğini indüklediğini, toprak verimliliğini azalttığını, mikrobiyal yapıyı değiştirdiğini ve aktivitesini azalttığını gösterdi. Ayrıca, çoğu yararlı bakteri cinsi şeker kamışı monokültürü nedeniyle önemli ölçüde azalırken, faydalı mantar cinsleri ters bir eğilim göstermiştir. Bu nedenle, toprak asitliğinin azaltılması, toprak verimliliğinin iyileştirilmesi ve bitkilere ve toprağa faydalı hizmet ile geliştirilmiş mikrobiyal yapı dahil olmak üzere toprak enzimatik aktiviteleri, sürdürülebilir bir şeker kamışı kırpma sistemi geliştirmek için etkili bir önlem olabilir.

Daha büyük ölçekte, toprak asitlenmesi bu etkilerden dolayı tarımsal verimlilikteki kayıplarla bağlantılıdır.

Asidik su ve Toprak asitlenmesinin bitkiler üzerindeki etkileri küçük veya çoğu durumda büyük olabilir. Bitki yaşamında ölümle sonuçlanmayan küçük vakalarda; asidik koşullara ve/veya daha az güçlü asit yağmuruna daha az duyarlı bitkiler. Ayrıca küçük durumlarda, bitkinin doğal pH'ını düşüren asidik su nedeniyle bitki sonunda ölecektir. Asitli su bitkiye girerek önemli bitki minerallerinin çözünmesine ve taşınmasına neden olur; bu da sonuçta bitkinin beslenme için mineral eksikliğinden ölmesine neden olur. Daha aşırı olan büyük vakalarda; Aynı hasar süreci, temel minerallerin uzaklaştırılması olan, ancak çok daha hızlı bir oranda olan küçük durumlarda olduğu gibi gerçekleşir. Aynı şekilde toprağa ve bitki yapraklarına düşen asit yağmurları da mumsu yaprak kütikülünün kurumasına neden olur; sonuçta bitkiden dış atmosfere hızlı su kaybına neden olur ve bitkinin ölümüyle sonuçlanır. Bir bitkinin toprak asitlenmesinden etkilenip etkilenmediğini anlamak için bitki yaprakları yakından incelenebilir. Yapraklar yeşilse ve sağlıklı görünüyorsa toprak pH'ı normaldir ve bitki yaşamı için kabul edilebilirdir. Ancak bitki yapraklarındaki damarlar arasında sararma varsa, bitki asitlenme yaşıyor ve sağlıksız demektir. Ayrıca, toprak asitlenmesinden muzdarip bir bitki fotosentez yapamaz. Asidik su nedeniyle bitkinin kuruması kloroplast organellerini yok eder. Fotosentez yapamayan bir bitki, kendi yaşamı için besinleri veya aerobik organizmaların yaşaması için oksijen üretemez; Bu, Dünya'nın çoğu türünü etkiler ve nihayetinde bitkilerin varoluş amacını sona erdirir.

Önleme ve yönetim

Kireç, organik değişiklikler (örneğin saman ve gübre) ve biyokömür uygulaması ile azaltılabilen uzun vadeli mahsul üretiminde toprak asitlenmesi yaygın bir sorundur . Asitli topraklarda yetiştirilen şeker kamışı, soya fasulyesi ve mısır ürünlerinde kireç uygulaması, besin restorasyonu, toprak pH'ında artış, kök biyokütlesinde artış ve daha iyi bitki sağlığı ile sonuçlanmıştır.

Daha fazla asitlenmeyi önlemek için farklı yönetim stratejileri de uygulanabilir: daha az asitleştirici gübre kullanmak, nitrat-azot sızıntısını azaltmak için gübre miktarını ve uygulama zamanlamasını dikkate almak , asit nötrleştirici su ile iyi sulama yönetimi ve hasatta temel besin maddelerinin azota oranını dikkate almak. ekinler. Kükürtlü gübreler, yalnızca yüksek mahsul geri kazanım oranına sahip duyarlı mahsullerde kullanılmalıdır.

Antropojenik kükürt dioksit, nitrojen oksit kaynaklarının azaltılması ve hava kirliliği kontrol önlemleri ile tüm dünyada asit yağmurunu ve toprak asitlenmesini azaltmaya çalışalım.

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma

  • Fenn, BEN; Huntington, TG; McLaughlin, SB; Eagar, C.; Gomez, A.; Cook, RB (2006). "Kuzey Amerika'da toprak asitlenmesinin durumu" (PDF) . Orman Bilimi Dergisi . 52: 3-13. Orijinalinden (PDF) 2011-10-20 tarihinde arşivlendi . 2019-01-13 alındı . Ca2 tükenmesi, doğu Kuzey Amerika'da asit biriktirme etkilerinin birincil mekanizmasıdır.