Pedogeochemie VÁPNÍK V PŮDĚ. Vápník v půdě HOŘČÍK V PŮDĚ. 12. přednáška. Koloběh a přeměny vápníku v půdě

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Pedogeochemie VÁPNÍK V PŮDĚ. Vápník v půdě HOŘČÍK V PŮDĚ. 12. přednáška. Koloběh a přeměny vápníku v půdě"

Ivana Janečková
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Pedogeochemie 12. přednáška VÁPNÍK V PŮDĚ v půdách v průměru 0,057 (0, ) % vápnité sedimenty > bazické vyvřeliny > kyselé vyvřeliny plagioklasy, pyroxeny kalcit, dolomit, anhydrit, sádrovec fosfáty Ca 2 -výměnný a v roztoku Vlastnosti: hlavní výměnný kation v půdě ústojná a neutralizační schopnost tvorba struktury živina konkurence Al 3 v kyselých půdách Koloběh a přeměny vápníku v půdě Vápník v půdě Zdroje: zvětrávání matečních hornin vápnění, hnojiva (P, N) atmosférické depozice (desetiny až jednotky kg.ha -1.rok -1 ) rostlinné zbytky Přeměny: zvětrávání adsorpce/desorpce pevnější vazba na jílové minerály 2:1 než na minerály 1:1 a organickou hmotu příjem organismy vyluhování, eroze, smyv Bilance Ca v lesní půdě (Hultberg a Ferm, 200) 20. století HOŘČÍK V PŮDĚ v půdách běžně 0,83 (0,005-16) % nejvíce v půdách s vysokým obsahem jílových minerálů 2:1 bazické vyvřeliny > kyselé vyvřeliny > sedimenty olivíny, pyroxeny, amfiboly, slídy jílové minerály (vermikulit, chlorit) karbonáty Mg 2 -výměnný a v roztoku organické sloučeniny - méně 1

a v roztoku Vlastnosti: hlavní výměnný kation v půdě ústojná a neutralizační schopnost tvorba struktury živina konkurence Al 3 v kyselých půdách Koloběh a přeměny vápníku v půdě Vápník v půdě Zdroje:

2 Hořčík v půdě Vlastnosti: živina mobilní - snadno se vyluhuje chování a formy podobné jako Ca afinita: k montmorillonitu: Mg>Ca, k vermikulitu: Mg~Ca Faktory chování: sorpce (výměnná) příjem rostlinami aj. organismy (a sklizeň) přítomnost ostatních kationtů (K, NH, Al 3 ) snížení přístupnosti Mg aplikace Ca zvýšení vyluhování Mg vyluhování (zvyšováno acidifikací, výměnou H a Al 3, nitrifikací) přídavky (hnojiva, vápnění, atmosf. depozice aj.) Hořčík v půdě Metody hodnocení přístupnosti Mg v půdě: obsah výměnných forem (Např. NH OAc) podíl z KVK (optimum: Ca ~65 %, Mg ~10 %, K ~5 %) poměr k výměnnému Ca, K obsah Mg v půdním roztoku poměr BC/Al, popř. Bc/Al Bc=CaMgK, BC=BcNa DRASLÍK V PŮDĚ v půdách v průměru 1,83 % primární minerály - živce, slídy halogenidy, sírany jílové minerály (illit; sorpce, fixace) ion K v sorpčním komplexu ion K v půdním roztoku (nejvíce přístupná forma) Zdroje: zvětrávání minerálů rostlinné zbytky hnojiva spady Přeměny draslíku v půdě Zvětrávání Adsorpce a desorpce Fixace - až 1,5-,0 mmol/100g Uvolňování Příjem organismy Rozklad organické hmoty Vymytí, eroze, smyv SODÍK V PŮDĚ v půdách v průměru 1,09 % živce, slídy halogenidy, sírany Rozpustnost solí v solončacích v závislosti na teplotě (Braitsch 1962) Vlastnosti: Na je větší než K vyšší pohyblivost, snazší vyluhování Význam: rozpad půdní struktury alkalické půdy slance (solonce) 2

organismy (a sklizeň) přítomnost ostatních kationtů (K, NH, Al 3 ) snížení přístupnosti Mg aplikace Ca zvýšení vyluhování Mg vyluhování (zvyšováno acidifikací, výměnou H a Al 3, nitrifikací) přídavky

3 KŘEMÍK V PŮDĚ v půdách průměrně 33 % (25-) % 2. nejvíce zastoupený prvek (po O) v půdním roztoku 3,5-0 mg.l -1 křemen živce, slídy jílové minerály amorfní kyselina křemičitá Přeměny při půdotvorných procesech: podzolizace lateritizace (desilikace) ŽELEZO V PŮDĚ v půdách průměrně okolo 3,8 (0,7-55) % přeměny na základě oxidačně redukčních podmínek: Fe 2 Fe 3 barevné změny změna mobility (Fe 2 >Fe 3 ) vysoká afinita k tvorbě organických komplexů a chelátů Mobilní formy Fe: malý podíl mobilních forem více v redukčních podmínkách Fe 3, Fe(OH) 2, FeOH 2, Fe 2, Fe(OH) 3-, Fe(OH) 2- běžně μg.l -1 (extrém: > 2000 μg.l -1 ) Závislost forem Fe na ph Fe 2 Fe 3 kyselé půdy až toxické koncentrace Fe alkalické půdy nedostatek přístupného Fe Minerály Fe v půdě hematit αfe 2 O 3 aridní, semiaridní a trop. oblasti maghemit γfe 2 O 3 vysoce zvětralé p. trop. oblastí magnetit Fe 3 O vázán na maghemit, zděděný ferihydrit Fe 2 O 3.nH 2 O běžný, ale nestabilní goethit αfeooh nejběžnější Fe minerál v půdě, mírné až tropické pásmo lepidokrokit γfeooh špatně odvodněné půdy (např. rýžová pole) a půdy mírného vlhkého pásma (nízké ph, nízká t, bez Fe 3 ) ilmenit FeTiO 3 zděděný, není běžný pyrit FeS 2, sulfid železnatý FeS, jarosit KFe 3 (SO ) 2 (OH) 6 - zatopené p. s obsahem S Aktivita forem Fe v závislosti na ph Přeměny Fe v půdě Zvětrávání např. hnědnutí Oxidace a redukce: redukce - při oglejení a glejovém procesu chemický či biologický proces oxidace - železité bakterie: Thiobacillus ferroxidans, Leptospirum ferroxidans, Gallionella aj. redukce - Alternaria, Clostridium, Fusarium, Pseudomonas aj. 3

přeměny na základě oxidačně redukčních podmínek: Fe 2 Fe 3 barevné změny změna mobility (Fe 2 >Fe 3 ) vysoká afinita k tvorbě organických komplexů a chelátů Mobilní formy Fe: malý podíl mobilních

4 Přeměny Fe v půdě Selektivní extrakce forem Fe z půdy Rozpouštění a srážení Příjem rostlinami a mikroorganismy Uvolnění mineralizací Vymývání např. při illimerizaci a podzolizaci Cílová frakce Celkové volné oxidy Fe Amorfní ( aktivní ) oxidy Fe Organicky vázané Fe Výměnné Fe Přístupné Fe Činidlo Citrát Na dithioničitan Na (Na 2 S 2 O ) nebo Citrát Na - dithioničitan Na NaHCO 3 (ph 7) Oxalát NH kys. šťavelová (ph 3) Na P 2 O 7 (ph 10) MgCl 2 (nebo roztok jiné neutrální soli) DTPA aj. MANGAN V PŮDĚ v půdách průměrně 0,085 (0,01-0,) % v horninách jako Mn 2, zčásti jako Mn 3 oxiduje na Mn - málo rozpustný v půdním roztoku jako hexa-aquo ion Mn(H 2 O) 2 6 Mn 3 je málo stabilní příjem nebo ztráta elektronu oxidy (pyroluzit, vernadit MnO 2 ), hydroxidy uhličitany noduly, konkrece Přeměny Mn v půdě podobné chování jako Fe, při nízkém ph je pohyblivější koncentrace v p. roztoku: μm váže jiné kovy Co, Ni, Cu, Zn, Mo oxidy Mn mohou řídit oxidaci As, Cr, V, Se, Hg, Pu Oxidace a redukce: Mn 2 Mn oxidace: Leptothrix, Arthrobacter, Metallogenium, extracelulární enzymy redukce: Geobacter, Shewanella, Desulfovibrio zvýšení mobility snížení KVK, Mn 2 soutěží o sorpční místa Stabilitní diagram Mn HLINÍK V PŮDĚ v půdách průměrně 7,1 (1-30) % silikáty primární i sekundární (jílové minerály) oxidy, hydroxidy (gibbsit) ionty - aluminohexahydroniový kationt [Al(H 2 O) 6 ] 3!!! většina Al vázána v půdních minerálech!!! Al - oktaedr metamorfóza zvětrávání Al - tetraedr

Citrát Na - dithioničitan Na NaHCO 3 (ph 7) Oxalát NH kys. šťavelová (ph 3) Na P 2 O 7 (ph 10) MgCl 2 (nebo roztok jiné neutrální soli) DTPA aj.

5 Schéma koloběhu Al v prostředí (Driscoll et al., 1990) Vlastnosti a chování Al v půdě amfoterní; snadná hydrolyzovatelnost a polymerace přítomnost kladných nábojů v hydroxylovaných a hydratovaných polymerech Al(OH) 3 adsorpce aniontů vpůdách povrchové povlaky na jílových minerálech vazba organických kyselin v půdě Reakce: s anionty (fluoridy, sírany, fosforečnany ) s organickou hmotou polymerace AlO Al 12 (OH) 2 (H 2 O) 7 12, tzv. Al 13 Hlavní faktory chování Al v půdě povaha Al půdní reakce organická hmota poutání Al inhibice hydrolýzy sorpční charakteristiky iontová síla půdního roztoku přítomnost ostatních kationtů (Ca 2, Mg 2, P 5 aj.) klimatické vlivy porost Přeměny forem Al v závislosti na ph Al(H 2 O) 6 3 H 2 O Al(OH)(H 2 O) 5 2 H 3 O Al(OH)(H 2 O) 5 2 H 2 O Al(OH) 2 (H 2 O) H 3 O Al(OH) 2 (H 2 O) H 2 O Al(OH) 3 (H 2 O) 30 H 3 O ph (6,2 6,5) Al(OH) 3 (H 2 O) 30 H 2 O Al(OH) (H 2 O) - H 3 O alkalické ph Gibbsit: K = [Al 3 ]. [OH - ] 3 = 1, Formy Al v závislosti na ph Pufrační schopnost půdy úloha Al 5

povrchové povlaky na jílových minerálech vazba organických kyselin v půdě Reakce: s anionty (fluoridy, sírany, fosforečnany ) s organickou hmotou polymerace AlO Al 12 (OH) 2 (H 2 O) 7 12, tzv.

6 Vztah mezi ph půdy a obsahem výměnných a poutaných kationtů Reakce Al s anorganickými anionty Sírany: 2 [ ] 2 Al (H O) OH [ (H O) (OH)SO ] H O 2 5 SO polymerace, vznik vícejaderných komplexů: 2 [ Al(H O) OH] [ Al(H O) ] SO při velmi kyselé reakci: Al 3 CaSO Al 2 2 OH [(H 2 O) 5 Al Al(H 2 O) SO ] 2 OH AlSO Ca 2 Reakce Al s anorganickými anionty Převládající formy Al v půdním roztoku Fluoridy: zvětrávání fluoritu apod. Podmínky ph ph 5 Al 3 F - AlF 2 Al 3 2 F - AlF 2 Al 3 3 F - AlF 3 0 Fosforečnany: chemosorpce P Al 3 2 OH - H 2 PO - Al(OH) 2 H 2 PO K = Nepřítomnost síranů a fluoridů Přítomnost síranů (5 mmol.l -1 H 2 SO ) Přítomnost fluoridů Al 3 AlSO Al 3 Al 3 AlF 2 Al(OH) 2 AlSO Al(OH) 2 Dominuje AlF 2 Rozpustnost Al v závislosti na ph a zastoupení forem v přítomnosti F - a SO 2- Zastoupení vodorozpustných forem Al 100μmol C.l μmol C.l -1 5μmol F.l mmol SO 2-.l-1 Driscoll et al. (1990) Driscoll et al. (1990) 6

Fluoridy: zvětrávání fluoritu apod. Podmínky ph ph 5 Al 3 F - AlF 2 Al 3 2 F - AlF 2 Al 3 3 F - AlF 3 0 Fosforečnany: chemosorpce P Al 3 2 OH - H 2 PO - Al(OH) 2 H 2 PO K = 3.

7 Stabilitní diagram minerálů Al a Si Stabilitní diagram minerálů Al a Si Interakce Al s organickými látkami jednoduché alifatické kyseliny (citronová, jablečná aj.) fenoly a fenolové kyseliny huminové kyseliny a fulvokyseliny velká schopnost tvořit stabilní komplexy Typy vazeb mezi Al a OH: vazby na funkční skupiny vodíkové můstky pravé komplexy V kyselých půdách je až 75 % nekrystalického Al v organických komplexech! Toxicita forem hliníku v půdě Minerální Alumosilikáty a jiné minerály Iontová podoba: Al 3 [Al(H 2 O) 6 3 ] Al(OH) 2 Al(OH) 2 Al(OH) - [AlO Al 12 (OH) 2 (H 2 O) 12 ] 7... Al 13 Nízkomolekulární komplexy (s F -, SO 2-, aj.) Organické nejvíce toxický toxický toxický toxicita zanedbatelná toxický netoxické netoxické Komplexy s nízkomolekulárními látkami Komplexy s vysokomolekulárními organickými kyselinami Toxicita Al Al 13 >> Al 3 > Al(OH) 2 > Al(OH) 2 > Al(OH) - >> AlSO Důležité faktory: poměr Ca/Al nebo BC/Al v půdním roztoku půdní reakce množství a složení OH v půdě stáří rostliny (mladé orgány jsou citlivější) tolerance rostliny Toxicita Al Hlavní mechanismy toxicity Al: kompetice s Ca 2 a Mg 2 inhibice replikace DNA inhibice syntézy cytokininu změna struktury buněčné membrány nedokonalá funkce kořenů inhibice aktivity enzymatických systémů (kyselé fosfatázy, nitrátreduktázy atd.) změna AE metabolismu na AN vysrážení sloučenin P v kořenech 7

půdách je až 75 % nekrystalického Al v organických komplexech!

8 Schéma speciace Al v půdě Speciace Al metodou HPLC/IC (Drábek et al., 2003) Al 3 Absorbance Al(X) 2 Al(X) Čas (min) Speciace Al v půdě (výluh 0,5M KCl, HPLC; Drábek et al., 2003) 100% 10, mg.kg -1 9,2 mg.kg ,7 mg.kg -1 Speciace Al metodou HPLC porovnání výluhu 0,5M KCl a H 2 O (Novohradské hory) % 60% 0% 20% koncentrace (mg.kg-1) % A B A B A B Orná půda Travní porost Les Al(X) Al(X)2 Al3 0 KCl H2O Al (X)1 5,07 7,11 Al (Y)2 12,98,69 Al 3 333,39,55 8

kg -1 Speciace Al metodou HPLC porovnání výluhu 0,5M KCl a H 2 O (Novohradské hory) 350 80% 60% 0% 20% koncentrace (mg.

Podobné dokumenty

Biogeochemické cykly vybraných chemických prvků

Biogeochemické cykly vybraných chemických prvků Uhlík důležitý biogenní prvek cyklus C jedním z nejdůležitějších látkových toků v biosféře poměr mezi CO 2 a C org - vliv na oxidačně redukční potenciál