1

MEĐUSVEUČILIŠNI STUDIJ

MEDITERANSKA POLJOPRIVREDA

P E D O L O G I J A

Doc.dr.sc. Aleksandra BENSA i Dr.sc. Boško MILOŠ

Aut rizir n pr z nt cij

Tema: Kemijska svojstva tla

Split, 2011/12.

Autorizirana prezentacija

M&M

Kemijska svojstva tla

• Reakcija (pH)

• Sorpcija

• Salinitet

• Sodicitet

M&M

2

Reakcija (pH)

pH – “p” – potential; “H” - hydrogen (Sörensen, 1909)

Reakcija (pH) opisuje kiselost ili alkalnost (bazičnost)

pH vrijednost predstavlja negativan logaritam koncentracije vodikovih

iona u otopini

H2O H+ + OH-

U čistoj vodi kationi = anioni

Čista voda volumena 1 l pri temperaturi 22 oC ima 10-7 g H+

M&M

Čista voda volumena 1 l pri temperaturi 22 C ima 10 g H

i 10-7 g ekvivalenata OH- iona.

0,000 0001 g H+ iona = pH 7

Reakcija tla

NEUTRALNA pH = 7 ALKALIČNA pH > 7KISELA pH < 7

0

7

14 0

7

140

714

OH-H+

NEUTRALNA pH 7 ALKALIČNA pH 7KISELA pH 7

M&M

U tlima neutralnost nije pH 7, neutralnost je raspon između 6,7 i 7,3

3

Izvori H+ u otopini tla

1. Disocijacija anorganskih i organskih kiselina

2. Otapanje CO2 u vodi CO2 + H2O → H2CO3→ H+ + HCO3

-

3. Hidroliza Al soli: AlCl3- + 3H2O → Al(OH)3 + 3H+ + 3Cl-

4. Adsorpcijski kompleks tla

M&M

Procesi koji doprinose kiselosti tla:

• Oborine

• Gnojidba

• Aktivnosti biljnog korijenja

• Trošenje minerala

• Kisele kiše

M&M

4

Izvori OH- u otopini tla

1. Karbonati i bikarbonati Na, Ca, Mg

CaCO + 2HOH → Ca(OH) + Ca(HCO )CaCO3 + 2HOH → Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2

2. Reakcija Na+ i Ca2+ s adsorpcijskog kompleksa tla i vode

+ 4 HOHNa+

H+

Ca2+

H+

H++ NaOH + Ca(OH)2

3. Disocijacija u vodi otopljenog NH3:NH3 + H2O → NH4

+ + OH-

H+

M&M

Uloga pH u tlu

pH utječe na:

P d k f l k• Pedogenetske procese transformacija i translokacijamineralne i organske tvari

• Pristupačnost i mobilnost hraniva

• Toksičnost elemenata (Al, Mn...)

• Biološku aktivnost

M&M

• Strukturu tla – vodozračne odnose

5

Određivanje pH tla

Kolorimetrijski

Elektrometrijski

U suspenziji tla s:

• destiliranom vodom

1 M t i k lij kl id (KCl)

M&M

• 1 M otopinom kalijevog klorida (KCl)

• 0,01 M otopinom kalcijevog klorida (CaCl2)

pH-metar

Aktivna kiselost - slobodni vodikovi ioni u otopini tla

- određuje se u suspenziji tla i destilirane vode

- sezonski varira i do 0,6 jedinica (vlaga, agrotehničke mjere)

P t ij l ki l t l bij i H+ d ij ki k l k i b i

Aktivna i potencijalna kiselost

Potencijalna kiselost - slabije vezani H+ na adsorpcijski kompleks i sposobni zazamjenu s kationima neutralnih soli

Određuje se u - suspenziji 0,01 M kalcijeva klorida (CaCl2) i/ili

- suspenziji 1 M kalijevog klorida (KCl)

K+ ili Ca2+ istiskuju H+ s adsorpcijskog kompleksa

M&M

Niže vrijednosti u odnosu na pH u vodi

adsorpcijskog kompleksa

6

Klasifikacija pH vrijednosti tla

pH Opis reakcije tla<4,5 ekstremno kisela4,6-5,5 jako kisela5,6-6,0 srednje kisela6,1-6,5 slabo kisela6,6-7,3 neutralna7,4-8,4 alkalična>8,5 jako alkalična

M&M

Hidrolitski aciditet tla

Hidrolitski aciditet je ukupni potencijalni aciditet tla, koji osim labavovezanih vodikovih iona, uključuje i čvršće vezane H+ koji se ne mogu“istisnuti” s AK otopinom neutralnih soli (KCl)

Od đ j ć t ij t t (CH COON ) l k jOdređuje se pomoću natrijevog acetata (CH3COONa) – sol kojaotopljena u vodi u potpunosti disocira

H+

H+

H+

3 CH3COOH+ 3 Na+

3 OH-

Na+

Na+

Na+

+ 3 CH3COOH + 3 H2OAK AK

M&M

Na

OH- vrše snažnu desorpciju H+ s AK, stvorena octena kiselina slabodisocira – maksimalna ekstrakcija vodika

7

Alkaličnost tlaJavlja se u uvjetima dominacije OH- nad H+

Uzrok alkaličnosti može biti i adsorpcijski kompleks zasićen bazama

(Ca2+ i/ili Na+) – hidrolizom se stvaraju Ca(OH)2 koja slabije disocira,

odnosno NaoH koja jače disocira

Alkaličnost uvjetovana CaCO3

2CaCO3 + 2HOH → Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2

Stvara se alkalična reakcija jer Ca(OH)2 disocira na Ca2+ i OH-

odnosno NaoH koja jače disocira.

M&M

Uz prisutnost CO2 nastali Ca(OH)2 prelazi u Ca(HCO3)2 i reakcija je

slabo alkalična, pH < 8,5

Alkaličnost uvjetovana Na2CO3

Stvorena jaka NaOH jako disocira i uvjetuje pH > 8,5

Na2CO3 + HOH → NaOH + NaHCO3

M&M

8

Adsorpcija

Vezanje kationa iz otopine tla na površinu koloida tlaj p p

Ovisi o:

• svojstvima koloida tla

• svojstvima kationa

• koncentraciji otopine tla

M&M

Adsorpcijski kompleks tla

Adsorpcijski kompleks tla čine mineralni i organski koloidi:

- glineni minerali

- humus

Koloidne čestica tla su negativnog naboja (acidoidi) i stoga

imaju sposobnost da na svoju površinu vežu katione iz otopine

tla.

M&M

9

Izvori negativnog naboja minerala gline

Kaolinit Smektit

Atomi kisika na rubovima kaolinita Izomorfna zamjena - Zamjena jednog iona

drugim slične veličine, a moguće različitevalencije npr. Al3+- Si4+

Izomorfna izmjena u oktaedarskom sloju

M&M

- Izvori negativnog naboja ilita

1. Izomorfna zamjena je utetraedarskim slojevima.

K+K+

2. K+ ulazi u međuslojniprostor kako bi izjednačionapon strukture.

M&M

3. Neravnoteža napona jepretežno na rubovima minerala

10

Izvori negativnog naboja humusa

Centralna jedinicaHumusnog koloida (uglavnom C i H)

Negativan naboj Adsorbirani ioni

M&M

Građa koloidne micele

DIFUZNIADSORP

DVOSTRUKI

ELEKTRI-

ČNISLOJ

MICE Određuje

JEZGRA

NI SLOJ

ORPCIJSKI SLOJ

UNUTRAŠNJI SLOJ

SELA

ČESTICAGRANULA-+

+

++

+-- -

-

-+

+

+

Zamjenjivi

Teško pokretni kationi

Određuje naboj

M&M

++ +-

+

+

+ +

+Zamjenjivi

kationi

11

Energija adsorpcije

Snaga vezanja kationa ovisi o:

• njihovoj valenciji,

• koncentraciji iona u otopini tla i

• afinitetu koloida za pojedine ione

M&M

Utjecaj svojstava kationa na adsorpciju

Kationi veće valencije imaju veću energiju vezanja, izuzetak H+

Kod kationa iste valencije, veću adsorpciju ima kation većeatomske težine

Redoslijed vezanja kationa prema energiji adsorpcije

Na+< NH4+< K+<Mg2+<Ca2+<H+<Al3+<Fe3+

M&M

12

Utjecaj koncentracije iona u otopini tla na adsorpciju

Povećanje koncentracije određenog iona u otopini tla

povećava njegovu adsorpciju na AK

Npr. kalcifikacija – povećanje koncentracije Ca2+ u otopini

tla, istiskuju H+ s adsorpcijskog kompleksa tla

Utjecaj afiniteta koloida na adsorpciju pojedinih iona

M&M

Iliti imaju veći afinitet prema K+, a montmoriloniti prema Ca2+

Utjecaj klime na sastav kationa na adsorpcijskom kompleksu

Tla humidnih regija Tla aridnih regija

H+

H+

H+

Al3+

K+

K+

Ca2+Mg2+

NH4+

Mg2+

H+

Niska pH (kisela tla) Visoke pH (alkalična tla)

M&M

13

Primjeri izmjene kationa

Karakteristike izmjene kationa

• reverzibilnost• kemijska ekvivalentnost

+ 2K+

Ca2+

+ Ca2+

K+

K+

K+

Al3+

+ 3K+

K+

K++ Al3+

M&M

Kapacitet izmjenjivih kationa (KIK)

Suma svih izmjenjivih kationa koji se mogu adsorbirati

Izražava se kao broj mola pozitivnog naboja adsorbiran po j p g j pjedinici mase (Cmol (+) kg-1 ili Meq per 100 g tla)

Ovisi o

Sadržaju gline i organske materije

Vrsti glinenih minerala

M&M

14

KoloidProsječan

KIKCmol/kg

Prosječni kapaciteti adsorpcije različitih koloida

Cmol/kgorganski 200

smektit 100

kaolinit 8

Getit (Fe) 4

M&M

Stupanj zasićenosti bazama adsorpcijskog kompleksa tla

Definicija.

Postotna zastupljenost Ca, Mg, K i Na u ukupnom kapacitetu adsorpcije

V = x 100S T

V – stupanj zasićenosti bazama (%)

S – suma baza sposobnih za zamjenu, cmol/kg

T- maksimalni kapacitet adsorpcije, cmol/kg (uključuje H+)p p j g j j

M&M

15

Adsorpcija aniona

Prisutno pri niskim pH vrijednostima, kada se pojavljuje pozitivan naboj

na hidroksidima željeza Fe(OH)3 i aluminija Al(OH)3

Al(OH)3 + H+ → Al(OH)2+ + H2O

Na grupama R-NH4+ organskih koloida

Adsorpcija aniona ovisi o:

• značajkama aniona (energija adsorpcije)

M&M

• značajkama aniona (energija adsorpcije)

• pH otopine tlaEnergija adsorpcije aniona

OH- > PO43- > SO4

2- > NO3- = Cl-

Salinitet

Rezultat je akumulacije soli: klorida i sulfata Ca, Mg, Na i K u tlu.

Glavni izvori soli u tlu

• aridnost klime (oborine < evapotranspiracije)

• podizanje soli podzemnom vodom

• natapanje zaslanjenom vodom

M&M

• zaslanjivanje morskom prašinom prenošenom vjetrom

• trošenje primarnih minerala

16

Salinitet se određuje konduktometrijski mjerenjem:• ukupne koncentracije soli (TDS) – mg/l• električne vodljivosti (EC) – dS/m

d n t pin tl

Određivanje saliniteta

vodene otopine tla.

ON / OFFON / OFF

CAL / MEAS

ENTER

▲ MI / ▼MR

CAL / MEAS

ENTER

▲ MI / ▼MR

M&M

Salinitetom se povećava

- osmotski pritisak i

- toksičnost elemenata (Na, B, Cl…)

Utjecaj saliniteta na rast biljaka

Klase saliniteta

Vodljivost saturacijskog ekstrakta (dS/m) Utjecaj na rast biljaka

Neslano 0 - 2 Utjecaj saliniteta zanemarivSlabo zaslanjeno

2 - 4 Moguće smanjenje prinosa osjetljivih kultura

Umjereno zaslanjeno

4 - 8 Smanjenje prinosa većine kulturazas anj no u tura

Jako zaslanjeno

8 - 16 Samo prinosi otpornih kultura zadovoljavaju

Vrlo jako zaslanjeno

> 16 Vrlo malo jako otpornih vrsti uspjevaju

M&M

17

Sodicitet

Karakterizira ga:• postotak zamjenjivog natrija (ESP*) > 15 • kvocijent alkalizacije (SAR **) > 15

Uvjetovan prisustvom Na2CO3 u tlu

kvocijent alkalizacije (SAR ) > 15

ESP = Zamjenjivi Na (cmol/kg)Kapacitet zamjene kationa CEC (cmol/kg)

x 100

(Na+)SAR =

*exchangeable sodium percentage; ** sodium adsorption ratio

(0.5 (Ca2+) + 0.5 (Mg2+))1/2

M&M

• disperziju čestica gline i pojavu pokorice

Sodicitet utječe na:

p j g p j p

• smanjenu infiltraciju

• smanjenu vodopropusnost

• smanjenu pristupačnost Ca

• toksicitet Na, CO3, Mo

M&M