نقش کود در اسیدی شدن خاک

۹ بهمن ۱۴۰۰ توسط واحد آموزش (بروزرسانی: ۱۴۰۲/۰۶/۳)

اسیدی شدن خاک پدیده طبیعی شایعی در نواحی با میزان بارندگی متوسط تا زیاد است، و سیستم‌های محصول کشاورزی می‌توانند از طریق ایجاد اختلال چرخه‌های طبیعی نیتروژن (N)، فسفر (P)، و سولفور (S) در خاک، از طریق حذف محصول زراعی از زمین، و از طریق افزودن کود و مکمل‌های خاک که می‌توانند خاک را اسیدی یا قلیایی‌تر کنند، به فرایند اسیدی کردن خاک سرعت ببخشند. تغییر در pH خاک ممکن است مفید و یا زیان‌آور باشد، بسته به اینکه pH اولیه خاک و جهت و سرعت تغییر pH چه باشند، به عنوان مثال کاهش pH خاک قلیایی، با توجه به مزایای مربوط به دسترسی P و ریزمغذی‌هایی مانند روی (Zn)، می‌تواند برای تولید محصولات کشاورزی مفید باشد. از سوی دیگر، کاهش pH خاکی که بسیار اسیدی است، بدلیل افزایش حساسیت محصولات کشاورزی به سمی شدن که با انحلال‌پذیری افزایش یافته آلومینیوم (Al) یا منگنز (Mn) با کاهش pH خاک القا شده است، می‌تواند مضر باشد.

فرایندهای اصلی و دلایل تغییر pH خاک در سیستم‌های کشاورزی در ادامه توضیح داده شده‌اند.

استفاده از کود

استفاده از کودهای معدنی یا ارگانیک در کشاورزی، مواد مغذی وارده به خاک را افزایش می‌دهد و روشی که در آن این مواد مغذی به کار می‌روند و وضعیت‌شان در سیستم خاک-گیاه اثرات کلی روی pH خاک و ماکرومغذی‌ها (نیتروژن N، فسفر P، پتاسیم ‌K و سلفور S) اثر بزرگی بر pH دارد، چون به میزان بسیار بیشتری در مقایسه با ریزمغذی‌ها به خاک اضافه شده‌اند.

نیتروژن

شکل N و وضعیت N در سیستم خاک-گیاه احتمالا نتیجه اصلی تغییرات در pH خاک سیستم‌های کشاورزی است.

به شکل‌های مختلفی می‌توان نیتروژن را به خاک اضافه کرد، اما شکل‌های عمده کود نتیروژن استفاده شده این موارد هستند: اوره (CO(NH₂)₂)، فسفات مونوآمونیوم (NH₄H₂PO₄)، فسفات دی‌آمونیوم ((NH₄)2HPO₄)، نیترات آمونیوم (NH₄NO₃)، نیترات کلسیوم آمونیوم (CaCO₃+ NH₄(NO₃))، سولفات آمونیوم ( (NH₄)₂ SO₄)، نیترات اوره آمونیوم (مخلوطی از اوره و نیترات آمونیوم) و پلی‌فسفات آمونیوم ([NH₄PO₃]n) .

مولکول‌های اصلی شامل N که برحسب تغییر pH خاک بدون تغییر باقی می‌مانند عبارتند از: مولکول اوره (CO(NH₂)₂O)، کاتیون آمونیوم (⁺NH₄) و آنیون نیترات (^-NO₃). تبدیل N از یک شکل به شکلی دیگر شامل تولید یا مصرف اسیدیته است، و درآشامیدن اوره، آمونیوم یا نیترات توسط گیاهان هم بر اسیدیته خاک اثر خواهد گذاشت (شکل ۱).

نیتروژن و اسیدی شدن خاک

شکل ۱: اسیدیته خاک و کودهای نیتروژن. MAP= فسفات مونوآمونیوم، DAP= فسفات دی‌آمونیوم، SoA= سولفات آمونیا، CAN= نیترات کلسیوم آمونیوم، نیترات سدیم

در شکل ۱ می‌توان دید که کودهای پایه آمونیوم با تولید دو یون ⁺H برای هر مولکول آمونیوم که برای رسیدن به نیترات نیتروژن گیری می‌شود، خاک را اسیدی خواهند کرد. اندازه اسیدی شدن به این بستگی دارد که آیا نیترات تولید شده از آمونیوم شستشو شده است یا توسط گیاهان جذب شده است. اگر نیترات توسط گیاهان جذب شده باشد اسیدی شدن خالص به اضای هر مولکول آمونیوم در مقایسه با سناریو شستشو شدن نیتروژن نصف خواهد بود. این به دلیل مصرف یک یون ⁺H (یا دفع ^-OH) به ازای هر مولکول نیترات جذب شده است، این اتفاق اغلب زمانی مشاهده می‌شود که در در ریشه‌گاه pH افزایش می‌یابد. آمونیاک بی‌آب واوره پتانسیل اسیدی کردن کمتری در مقایسه با محصولات پایه آمونیوم دارند چون یون ⁺H در تبدیل به آمونیوم مصرف می‌شود. کودهای پایه نیترات هیچ پتانسیل اسیدی کردنی ندارند، و درواقع وقتی یک یون ⁺H (یا ^-OH دفع شد) هنگام درآشامیدن نیترات توسط گیاه جذب شد، می‌توانند pH خاک را افزایش دهند.

فسفر

شکل کود P اضافه شده به خاک، بیشتر از طریق آزادسازی یا دست یافتن به یون‌های ⁺H توسط مولکول فسفات، بسته به pH خاک می‌تواند بر اسیدیته خاک اثر بگذارد (شکل ۲). اگر اسید فسفریک (PA) به خاک اضافه شده باشد، این مولکول همیشه خاک را اسیدی خواهد کرد چون یون‌های ⁺H آزاد خواهند شد- یک یون ⁺H اگر pH خاک کمتر از تقریبا ۶٫۲ باشد و دو یون ⁺H در صورتی که pH خاک بالاتر از ۸٫۲ باشد. فسفات مونوآمونیوم (MAP)، تک سوپرفسفات (SSP) و سوپرفسفات سه‌گانه (TSP) همگی P را به شکل یون ^- H₂PO₄ به خاک اضافه می‌کنند، که می‌تواند خاکی با pH بیش از ۷٫۲ را اسیدی کند اما هیچ اثری بر pH خاک‌های اسیدی ندارد. شکل P در فسفات دی‌آمونیوم (DAP) به صورت ^-2 HPO₄ است که خاک اسیدی (pH<۷٫۲) را قلیایی‌تر می‌کند اما اثری بر روی خاک با pH>۷٫۲ ندارد. آبکافت پلی‌فسفات آمونیوم (APP)، که در آن P با تبدیل مولکول ^-4 HPO₇ به ^-2 HPO₄ بوجود می‌آید، دارای pH طبیعی است و بنابراین هر نوع اسیدی کردنی با توجه به افزودن P می‌توانند مشابه DAP در نظر گرفته شود. گاهی با توجه به اینکه محصولات واکنش خیلی اسیدی هستند مشخص می‌شود که SSP یا TSP باعث اسیدی شدن خاک می‌شوند.

Ca(H₂PO₄)₂+ ₂H₂O -> CaHPO₄ + H⁺ + H₂PO₄⁻

اما در خاک‌ با pH کمتر از ۷٫۷، واکنش زیر محصول اسیدی را نیتروژن دار می‌کند، بنابراین به طور خالص اسیدی شدنی وجود ندارد.

CaHPO₄ + H₂O -> Ca₂+ + H₂PO₄⁻ + OH⁻

در خاک با pH بالا (pH>۷٫۲)، تفکیک یون ⁺H از مولکول ⁺H₂PO₄ تولید اسیدیته خواهد کرد.

درآشامیدن P توسط محصول کمترین تاثیر را بر اسیدیته خاک دارد چون مقدار کود P درآشامیده در یک سال بسیار کم است- بنابراین شیمی کود تغییرات pH را کنترل می‌کند و تفاوت چشمگیری در pH ریشه‌گاه با درآشامیدن یونهای ارتوفسفات مختلف مشاهده نشده‌است.

فسفر و اسیدی شدن خاک

شکل ۲: اسیدیته خاک و کودهای P. MAP= فسفات مونوآمونیوم، DAP= فسفات دی‌آمونیوم، SSP= سوپرفسفات یگانه، TSP= سوپرفسفات سه‌گانه، APP= پلی‌فسفات آمونیوم.

سولفور

شیوه افزوده شدن S به خاک می‌تواند بر اسیدیته خاک اثر بگذارد،‌ بیشتر از طریق آزادسازی یون‌های ⁺H با افزودن S عنصری (S0) یا تیوسولفات (^-2 S₂O₃)، در تیوسولفات آمونیوم-ATS) (شکل ۳). با این حال، مقدار S افزوده شده به خاک و درآشامیده شده توسط گیاهان به طور کلی در مقایسه با N کم هستند.

سولفور و اسیدن شدن خاک

شکل ۲: اسیدیته خاک و کودهای S. S0= S عنصری، ATS= تیوسولفات آمونیوم، SoA= سولفات آمونیاک.

برای هر مولکول S0 افزوده شده به خاک، دو یون ⁺H تولید خواهند شد، و این‌ها می‌توانند با درآشامی توسط گیاه، یا درآشامی ⁺H (همانند حذف یون‌های ^-OH) یا تولید ^-OH (آنیون‌های آلی موثر) درون گیاه متعادل شوند تا ماده قلیایی گیاهی (خاکستر قلیایی) تشکیل دهند. هنگامی که محصول برداشت شود (که اغلب مربوط به سیستم‌های زراعی است) اسیدی کردن خالص خاک در صورت استفاده از S0 یا ATS اتفاق خواهد افتاد.