Độ pH của đất

Độ pH của đất là thước đo độ axit hoặc tính base (độ kiềm) của đất. pH được định nghĩa là logarit âm (cơ sở  10) hoạt động của các ion hydronium ( <nowiki></nowiki> hay chính xác hơn là <nowiki></nowiki> <nowiki></nowiki> ) trong một dung dịch. Trong đất, nó được đo trong bùn đất trộn với nước (hoặc dung dịch muối, chẳng hạn như 0,01 M <nowiki></nowiki> ) và thường rơi vào khoảng từ 3 đến 10, với 7 là trung tính. Đất chua có độ pH dưới 7 và đất kiềm có độ pH trên 7. Đất siêu axit (pH <3,5) và đất kiềm rất mạnh (pH> 9) là rất hiếm.

Độ pH của đất được coi là một biến số chính trong đất vì nó ảnh hưởng đến nhiều quá trình hóa học. Nó đặc biệt ảnh hưởng đến lượng dinh dưỡng thực vật bằng cách kiểm soát các dạng hóa học của các chất dinh dưỡng khác nhau và ảnh hưởng đến các phản ứng hóa học mà chúng trải qua. Phạm vi pH tối ưu cho hầu hết các cây trồng là từ 5,5 đến 7,5; tuy nhiên, nhiều loại cây trồng đã thích nghi để phát triển mạnh ở độ pH nằm ngoài phạm vi này.

== Phân loại phạm vi pH đất ==
Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ - Dịch vụ bảo tồn tài nguyên thiên nhiên đã phân loại phạm vi pH đất như sau:
== Xác định pH ==
Các phương pháp xác định pH bao gồm:

- Quan sát hồ sơ đất: Một số đặc điểm hồ sơ nhất định có thể là các chỉ số về điều kiện axit, mặn hoặc nước ngọt. Ví dụ là:
- Sự kết hợp kém của lớp bề mặt hữu cơ với lớp khoáng bên dưới - điều này có thể chỉ ra các loại đất có tính axit mạnh;
- Trình tự chân trời podzol cổ điển, vì podzol có tính axit mạnh: trong các loại đất này, một chân trời eluvial (E) nhợt nhạt nằm dưới lớp bề mặt hữu cơ và phủ lên một chân trời B tối;
- Sự hiện diện của một lớp caliche cho thấy sự hiện diện của calci cacbonat, có trong điều kiện kiềm;
- Cấu trúc cột có thể là một chỉ số của điều kiện sodic.
- Quan sát hệ thực vật chiếm ưu thế. Các loài thực vật calcifuge (những loài thích đất chua) bao gồm "Erica", "Rhododendron" và gần như tất cả các loài Ericaceae khác, nhiều loài bạch dương ("Betula"), foxglove ("Digitalis"), gorse ("Ulex" spp.) Và Scots Pine ("Pinus sylvestris"). Cây calcicole (vôi yêu) bao gồm cây tro ("Fraxinus" spp.), Cây kim ngân ("Lonicera"), "Buddleja", dogwoods ("Cornus" spp.), Lilac ("Syringa") và loài "Clematis".
- Sử dụng bộ dụng cụ kiểm tra pH rẻ tiền, trong đó trong một mẫu đất nhỏ được trộn với dung dịch chỉ thị làm thay đổi màu theo độ axit.
- Sử dụng giấy quỳ. Một mẫu đất nhỏ được trộn với nước cất, trong đó một dải giấy quỳ được chèn vào. Nếu đất có tính axit, giấy sẽ chuyển sang màu đỏ, nếu cơ bản, màu xanh.
- Sử dụng máy đo pH điện tử có bán trên thị trường, trong đó điện cực ở trạng thái rắn hoặc thủy tinh được đưa vào đất ẩm hoặc hỗn hợp (huyền phù) đất và nước; độ pH thường được đọc trên màn hình hiển thị kỹ thuật số.
- Gần đây, các phương pháp đo quang phổ đã được phát triển để đo pH đất liên quan đến việc bổ sung thuốc nhuộm chỉ thị vào chiết xuất đất. Chúng so sánh tốt với các phép đo điện cực thủy tinh nhưng cung cấp các lợi thế đáng kể như thiếu trôi, mối nối lỏng và hiệu ứng treo.

Các lần đo chính xác, lặp lại của pH đất là cần thiết cho nghiên cứu khoa học và giám sát. Điều này thường đòi hỏi phân tích phòng thí nghiệm bằng cách sử dụng một giao thức chuẩn; một ví dụ về giao thức như vậy là trong Hướng dẫn phương pháp thí nghiệm đất và phòng thí nghiệm của USDA. Trong tài liệu này, giao thức ba trang để đo pH đất bao gồm các phần sau: Ứng dụng; Tóm tắt phương pháp; Các cuộc họp; An toàn; Trang thiết bị; Thuốc thử; và Thủ tục:

Tóm tắt phương pháp; Sự giao thoa; Sự an toàn; Trang thiết bị; Thuốc thử; và Thủ tục. 

== Các yếu tố ảnh hưởng đến pH đất ==
Độ pH của đất tự nhiên phụ thuộc vào thành phần khoáng chất của vật liệu gốc của đất và các phản ứng phong hóa trải qua vật liệu gốc đó. Trong môi trường ấm áp, ẩm ướt, quá trình axit hóa đất xảy ra theo thời gian do các sản phẩm của thời tiết bị rò rỉ bởi nước di chuyển ngang hoặc xuống dưới đất. Tuy nhiên, ở vùng khí hậu khô, thời tiết đất và nước rỉ rác ít dữ dội hơn và độ pH của đất thường trung tính hoặc kiềm.

=== Nguồn axit ===
Nhiều quá trình góp phần axit hóa đất. Chúng bao gồm:

- Lượng mưa: Đất axit thường được tìm thấy ở những nơi có lượng mưa cao. Nước mưa có độ pH hơi axit (thường khoảng 5,7) do phản ứng với <nowiki></nowiki> trong khí quyển tạo thành axit cacbonic. Khi nước này chảy qua đất, nó dẫn đến sự rò rỉ các cation cơ bản từ đất dưới dạng bicacbonat; điều này làm tăng tỷ lệ phần trăm của <nowiki></nowiki> và <nowiki></nowiki> liên quan đến các cation khác.
- Hô hấp rễ và phân hủy chất hữu cơ do vi sinh vật giải phóng <nowiki></nowiki> làm tăng axit cacbonic ( <nowiki></nowiki> <nowiki></nowiki> ) tập trung và lọc nước tiếp theo.
- Sinh trưởng của cây: Cây chiếm chất dinh dưỡng dưới dạng các ion (ví dụ <nowiki></nowiki> , <nowiki></nowiki> , <nowiki></nowiki>, <nowiki></nowiki> <nowiki></nowiki> ), và chúng thường chiếm nhiều cation hơn anion. Tuy nhiên, thực vật phải duy trì một điện tích trung tính trong rễ của chúng. Để bù cho khoản phí tích cực thêm, họ sẽ giải phóng <nowiki></nowiki> các ion từ gốc. Một số thực vật cũng thải axit hữu cơ vào đất để axit hóa vùng xung quanh rễ của chúng để giúp hòa tan các chất dinh dưỡng kim loại không hòa tan ở pH trung tính, chẳng hạn như sắt (Fe).
- Sử dụng phân bón: Amoni ( <nowiki></nowiki> ) phân bón phản ứng trong đất bằng quá trình nitrat hóa để tạo thành nitrat ( <nowiki></nowiki> ) và trong quá trình phát hành <nowiki></nowiki> các ion.
- Mưa axit: Việc đốt nhiên liệu hóa thạch giải phóng oxit lưu huỳnh và nitơ vào khí quyển. Chúng phản ứng với nước trong khí quyển để tạo thành axit sunfuric và axit nitric trong mưa.
- Phong hóa oxy hóa: Oxy hóa một số khoáng chất chính, đặc biệt là sulfide và những chất có chứa <nowiki></nowiki>, tạo ra tính axit. Quá trình này thường được tăng tốc bởi hoạt động của con người:
- Chất thải mỏ: Điều kiện axit nghiêm trọng có thể hình thành trong đất gần một số chiến lợi phẩm của mỏ do quá trình oxy hóa pyrite.
- Đất phèn hình thành tự nhiên trong môi trường ven biển ngập nước và cửa sông có thể có tính axit cao khi thoát nước hoặc đào.

=== Nguồn kiềm ===
Tổng độ kiềm của đất tăng khi:

- Phong hóa khoáng silicat, aluminosilicate và cacbonat chứa <nowiki></nowiki>, <nowiki></nowiki>, <nowiki></nowiki> và <nowiki></nowiki>;
- Bổ sung khoáng silicat, aluminosilicate và cacbonat vào đất; điều này có thể xảy ra bằng cách lắng đọng vật liệu bị xói mòn ở nơi khác bởi gió hoặc nước, hoặc bằng cách trộn đất với vật liệu ít bị phong hóa (như bổ sung đá vôi vào đất axit);
- Bổ sung nước có chứa bicacbonat hòa tan (như xảy ra khi tưới với nước có hàm lượng bicarbonate cao).

Sự tích tụ độ kiềm trong đất (như cacbonat và bicacbonat của Na, K, Ca và Mg) xảy ra khi không đủ nước chảy qua đất để lọc muối hòa tan. Điều này có thể là do điều kiện khô cằn hoặc thoát nước bên trong kém; trong những tình huống này, phần lớn nước xâm nhập vào đất bị thoát ra (được thực vật hấp thụ) hoặc bốc hơi thay vì chảy qua đất.

Độ pH của đất thường tăng khi tổng độ kiềm tăng, nhưng sự cân bằng của các cation được thêm vào cũng có ảnh hưởng rõ rệt đến độ pH của đất. Ví dụ, tăng lượng natri trong đất kiềm có xu hướng gây ra sự hòa tan calci cacbonat, làm tăng độ pH. Các loại đất chăm sóc có thể thay đổi độ pH từ 7,0 đến 9,5, tùy thuộc vào mức độ <nowiki></nowiki> hoặc <nowiki></nowiki> thống trị các cation hòa tan.

== Ảnh hưởng của pH đất đến sinh trưởng của cây ==
=== Đất phèn ===
Cây trồng trong đất axit có thể gặp nhiều loại stress bao gồm nhôm   (Al), hydro   (H) và/hoặc mangan   (Mn) độc tính, cũng như sự thiếu hụt chất dinh dưỡng của calci   (Ca) và magiê   (Mg).

Độc tính nhôm là vấn đề phổ biến nhất trong đất axit. Nhôm có mặt trong tất cả các loại đất, nhưng Al hòa tan gây độc cho cây; Al dễ hòa tan nhất ở pH thấp; trên pH   5.0, có ít Al ở dạng hòa tan trong hầu hết các loại đất. Nhôm không phải là một chất dinh dưỡng thực vật, và như vậy, không được thực vật hấp thụ mà xâm nhập vào rễ cây một cách thụ động thông qua thẩm thấu. Nhôm ức chế sự phát triển của rễ; rễ bên và đầu rễ trở nên dày và rễ thiếu phân nhánh tốt; lời khuyên gốc có thể chuyển sang màu nâu. Trong gốc, tác dụng ban đầu của Al là ức chế sự mở rộng của các tế bào của rhizodermis, dẫn đến vỡ của chúng; Sau đó, nó được biết là can thiệp vào nhiều quá trình sinh lý bao gồm sự hấp thu và vận chuyển calci và các chất dinh dưỡng cần thiết khác, phân chia tế bào, hình thành tế bào và hoạt động của enzyme.

Căng thẳng proton (ion H ) cũng có thể hạn chế sự phát triển của thực vật. Bơm proton, H -ATPase, của plasmalemma của tế bào gốc hoạt động để duy trì độ pH gần như trung tính của tế bào chất của chúng. Một hoạt động proton cao (pH trong phạm vi 3.0-4.0 đối với hầu hết các loài thực vật) trong môi trường tăng trưởng bên ngoài vượt qua khả năng của tế bào để duy trì pH tế bào chất và sự tăng trưởng ngừng lại.

Trong đất có hàm lượng khoáng chất chứa mangan cao, độc tính Mn có thể trở thành vấn đề ở pH 5,6 và thấp hơn. Mangan, giống như nhôm, ngày càng hòa tan khi pH giảm và các triệu chứng nhiễm độc Mn có thể được nhìn thấy ở mức độ pH dưới 5,6. Mangan là một chất dinh dưỡng thực vật thiết yếu, vì vậy thực vật vận chuyển Mn vào lá. Triệu chứng kinh điển của độc tính Mn là nhăn nheo hoặc uốn lá.

=== Lượng dinh dưỡng sẵn có liên quan đến pH đất ===
PH đất ảnh hưởng đến sự sẵn có của một số chất dinh dưỡng thực vật:

Như đã thảo luận ở trên, độc tính nhôm có ảnh hưởng trực tiếp đến sự tăng trưởng của thực vật; tuy nhiên, bằng cách hạn chế sự phát triển của rễ, nó cũng làm giảm sự sẵn có của các chất dinh dưỡng thực vật. Do rễ bị hư hại, sự hấp thu chất dinh dưỡng bị giảm và sự thiếu hụt các chất dinh dưỡng đa lượng (nitơ, phosphor, kali, calci và magnesi) thường gặp trong đất có tính axit rất mạnh đối với đất siêu axit (pH <5,0).

Molypden có sẵn được tăng ở pH cao hơn; điều này là do ion molybdate bị hấp thụ mạnh hơn bởi các hạt đất sét ở pH thấp hơn.

Kẽm, sắt, đồng và mangan cho thấy giảm khả dụng ở pH cao hơn (tăng độ hấp thụ ở pH cao hơn).

Ảnh hưởng của pH đến lượng phosphor thay đổi đáng kể, tùy thuộc vào điều kiện đất đai và vụ mùa. Quan điểm phổ biến trong những năm 1940 và 1950 là tính khả dụng của P được tối đa hóa gần mức trung tính (pH đất 6,5.57,5), và giảm ở pH cao hơn và thấp hơn. Tuy nhiên, tương tác của phosphor với pH trong phạm vi vừa phải đến hơi axit (pH 5,5 xăng6,5), tuy nhiên, phức tạp hơn nhiều so với đề xuất của quan điểm này. Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, thử nghiệm nhà kính và thử nghiệm thực địa đã chỉ ra rằng việc tăng pH trong phạm vi này có thể tăng, giảm hoặc không ảnh hưởng đến tính khả dụng của P đối với cây trồng.

== Nguồn nước liên quan đến pH đất ==
Các loại đất có tính kiềm mạnh là sodic và phân tán, với độ thấm chậm, độ dẫn thủy lực thấp và khả năng chứa nước kém. Tăng trưởng thực vật bị hạn chế nghiêm trọng vì sục khí kém khi đất ẩm ướt; trong điều kiện khô ráo, nước có sẵn từ thực vật bị cạn kiệt nhanh chóng và đất trở nên cứng và vón cục (độ bền của đất cao).

Mặt khác, nhiều loại đất có tính axit mạnh, có sự kết tụ mạnh mẽ, thoát nước bên trong tốt và đặc tính giữ nước tốt. Tuy nhiên, đối với nhiều loài thực vật, độc tính nhôm hạn chế nghiêm trọng sự phát triển của rễ và căng thẳng độ ẩm có thể xảy ra ngay cả khi đất tương đối ẩm.

== Lựa chọn pH thực vật ==
Nói chung, các loài thực vật khác nhau thích nghi với các loại đất có độ pH khác nhau. Đối với nhiều loài, phạm vi pH đất thích hợp là khá đặc thù. Cơ sở dữ liệu trực tuyến về các đặc điểm của thực vật, như "CÂY USDA" và "Cây cho tương lai" có thể được sử dụng để tìm kiếm phạm vi pH đất thích hợp của nhiều loại cây. Các tài liệu như "giá trị chỉ thị của Ellenberg cho các cây trồng của Anh" cũng có thể được tham khảo.

(Tuy nhiên, một loại cây có thể không dung nạp được độ pH cụ thể trong một số loại đất do một cơ chế cụ thể và cơ chế đó có thể không được áp dụng trong các loại đất khác. Ví dụ, đất có hàm lượng molypden thấp có thể không phù hợp với cây đậu tương ở pH 5,5, nhưng đất có đủ molypden cho phép tăng trưởng tối ưu ở độ pH đó. Tương tự, một số calcifuges (thực vật không dung nạp đất có độ pH cao) có thể chịu được đất đá vôi nếu cung cấp đủ phosphor. Một yếu tố gây nhiễu khác là các giống khác nhau của cùng một loài thường có phạm vi pH đất thích hợp khác nhau. Các nhà nhân giống thực vật có thể sử dụng điều này để nhân giống các giống có thể chịu được các điều kiện được coi là không phù hợp với loài đó - ví dụ là các dự án nhân giống các loại cây ngũ cốc chịu được nhôm và mangan để sản xuất thức ăn trong đất chua mạnh.

Bảng dưới đây cung cấp phạm vi pH đất thích hợp cho một số cây được trồng rộng rãi như được tìm thấy trong "Cơ sở dữ liệu" của "USDA PLANTS". Một số loài (như "Pinus radiata" và "Opuntia ficus-indica") chỉ chịu được một phạm vi hẹp trong pH đất, trong khi những loài khác (như "Vetiveria zizanioides") chịu được phạm vi pH rất rộng. 

== Thay đổi độ pH của đất ==
===Tăng độ pH của đất chua ===
Vôi nông nghiệp nghiền mịn thường được áp dụng cho đất chua để tăng độ pH của đất (bón vôi). Lượng đá vôi hoặc phấn cần thiết để thay đổi pH được xác định bởi kích thước mắt lưới của vôi (độ mịn của mặt đất) và khả năng đệm của đất. Kích thước mắt lưới cao (60 lưới = 0,25   mm; 100 lưới = 0,149   mm) chỉ ra một loại vôi nghiền mịn sẽ phản ứng nhanh với độ chua của đất. Khả năng đệm của đất phụ thuộc vào hàm lượng sét trong đất, loại đất sét và lượng chất hữu cơ có mặt, và có thể liên quan đến khả năng trao đổi cation của đất. Đất có hàm lượng sét cao sẽ có khả năng đệm cao hơn đất có ít đất sét và đất có chất hữu cơ cao sẽ có khả năng đệm cao hơn so với đất có chất hữu cơ thấp. Các loại đất có khả năng đệm cao hơn đòi hỏi một lượng vôi lớn hơn để đạt được sự thay đổi tương đương về độ pH.

Những sửa đổi khác ngoài vôi nông nghiệp có thể được sử dụng để tăng độ pH của đất bao gồm tro gỗ, oxit calci công nghiệp (vôi cháy), oxit magiê, xỉ cơ bản (calci silicat) và vỏ hàu. Những sản phẩm này làm tăng độ pH của đất thông qua các phản ứng axit-base khác nhau. Calci silicat trung hòa độ axit hoạt động trong đất bằng cách phản ứng với H   các ion tạo thành axit monosilicic (H SiO ), một chất tan trung tính.

=== Giảm độ pH của đất kiềm ===
Độ pH của đất kiềm có thể được giảm bằng cách thêm các tác nhân axit hóa hoặc vật liệu hữu cơ có tính axit. Lưu huỳnh nguyên tố (90 Tắt99% S) đã được sử dụng với tỷ lệ ứng dụng là 300 FPV500   kg / ha - nó từ từ oxy hóa trong đất để tạo thành axit sulfuric. Phân bón axit hóa, chẳng hạn như ammonium sulfate, ammonium nitrate và urê, có thể giúp giảm độ pH của đất vì amoni oxy hóa để tạo thành axit nitric. Vật liệu hữu cơ axit hóa bao gồm than bùn hoặc rêu than bùn.

Tuy nhiên, trong đất có độ pH cao có hàm lượng calci cacbonat cao (hơn 2%), sẽ rất tốn kém và/hoặc không hiệu quả khi cố gắng giảm độ pH bằng axit. Trong những trường hợp như vậy, thường sẽ hiệu quả hơn khi thêm phosphor, sắt, mangan, đồng và/hoặc kẽm, vì sự thiếu hụt các chất dinh dưỡng này là lý do phổ biến nhất cho sự phát triển của cây trồng kém trong đất đá vôi.