Что такое pH почвы и как он влияет на доступность питательных веществ для растений.
Что такое pH почвы? Как он влияет на почвенные микроорганизмы и доступность питательных веществ для растений? Какой pH почвы оптимален для растений? В этой статье мы ответим на все эти и другие вопросы, а также расскажем о химии почвы в практическом ключе, чтобы было полезно в сельском хозяйстве.
Что такое pH почвы?
В химии шкала pH используется для определения степени кислотности или щелочности вещества, в данном случае — почвы.
Шкала pH варьируется от 0 до 14, где 7 — нейтральное значение. Чем ниже значение pH, тем кислее вещество, а чем выше — тем оно более щелочное (основное). Для сравнения: чистая вода имеет нейтральный pH 7 и находится в середине шкалы.
В качестве полезного руководства для сельского хозяйства классифицирует диапазоны рН почвы следующим образом:
рН < 3,5 Ультракислый
pH 3,5 – 4,4 Чрезвычайно кислая
pH 4,5 – 5,0 Очень сильно кислая
pH 5,1 – 5,5 Сильно кислая
рН 5,6 – 6,0 Умеренно кислый
рН 6,1 – 6,5 Слабокислый
рН 6,6 – 7,3 Нейтральный
рН 7,4 – 7,8 Слабощелочная
рН 7,9 – 8,4 Умеренно щелочная
рН 8,5 – 9,0 Сильнощелочная
pH > 9,0 Очень сильно щелочной
Техническая справка: если вам интересно, pH расшифровывается как «водородный показатель». С технической точки зрения pH — это отрицательный логарифм концентрации ионов водорода (H+) в водном растворе. Проще говоря, pH — это показатель наличия ионов водорода (H+) в растворе.
Техническое определение pH может мало что значить для большинства людей, но важно отметить, что шкала pH является логарифмической, что означает, что каждое значение pH представляет собой увеличение или уменьшение не в один, а в десять раз!
Проиллюстрируем это несколькими примерами:
• Если вы снизите pH почвы на 1 единицу, она станет в 10 раз более кислой.
• Если вы снизите pH почвы на 2 единицы, она станет в 100 раз более кислой.
• Если вы снизите pH почвы на 3 единицы, она станет в 1000 раз более кислой.
• Если вы снизите pH почвы на 4 единицы, она станет в 10 000 раз более кислой.
• Если вы повысите pH почвы на 1 единицу, она станет в 10 раз более щелочной.
• Если вы повысите pH почвы на 2 единицы, она станет в 100 раз более щелочной.
• Если вы повысите pH почвы на 3 единицы, она станет в 1000 раз более щелочной.
• Если вы повысите pH почвы на 4 единицы, она станет в 10 000 раз более щелочной.
Понимание реальных масштабов влияния небольших изменений pH на почву.
Как мы видим, изменение всего на одну единицу pH приводит к десятикратному изменению кислотности или щелочности почвы, поэтому довольно забавно слышать, как жалуются, что им удалось изменить pH почвы всего на «единицу»!
А что насчет изменений pH менее чем на единицу? Какой степени изменения кислотности или щелочности они соответствуют?
Важно знать: формула для расчета изменения кислотности или щелочности в x (раз) = 10^(изменение pH в пунктах)
Чтобы избавить вас от необходимости производить вычисления, составлен график, который очень прост для понимания:
Изменение pH почвы менее чем на единицу все равно является значительным изменением, поскольку шкала pH логарифмическая, а не линейная.
Если мы проследим за горизонтальными осями (изменение pH) до правого края графика и поднимемся до синей линии, то увидим, что 1 единица снижения или повышения pH приводит к x10 изменению кислотности или щелочности соответственно.
Аналогичным образом, если в середине графика значение pH уменьшить или увеличить на 0,5 пункта, это приведет к изменению кислотности или щелочности на x3,16 соответственно. При уменьшении pH на 0,5 почва станет чуть более чем в 3 раза кислее, а при увеличении pH на 0,5 — чуть более чем в 3 раза щелочнее.
pH почвы и буферная емкость почв.
Все живые организмы в природе способны к саморегуляции для поддержания стабильного состояния, известного как гомеостаз. Живые организмы поддерживают гомеостаз внутри своего тела, а экосистемы в более широком смысле делают то же самое, чтобы поддерживать постоянные условия для жизни.
Почва, будучи живой экосистемой, обладает механизмами, которые позволяют ей поддерживать стабильное состояние и противостоять резким изменениям почвенных условий, в том числе изменению pH.
Говоря о химии кислотности и щелочности, необходимо упомянуть еще одно понятие — буфер, или буферное вещество. Буфер — это водный раствор (вещество, растворенное в воде), обладающий очень стабильным уровнем pH. Если добавить кислоту или основание (щелочь) в буферный раствор, его pH существенно не изменится.
По определению, буферные вещества — это слабые кислоты или слабые основания, которые помогают поддерживать pH водного раствора после добавления другой кислоты или основания.
Точно так же почва сопротивляется изменениям pH, чтобы поддерживать стабильные условия. Буферная емкость почвы определяется как способность почвы поддерживать постоянный уровень pH при добавлении кислот или щелочей.
Важно знать: как почва это делает? Почва состоит из смеси буферных систем, которые могут нейтрализовать кислоты, связывая ионы водорода (H+), и нейтрализовать основания (щелочи), высвобождая ионы водорода (H+). Их эффективность зависит от множества физических, химических и биологических свойств почвы.
Состав и свойства различных типов почв.
Почвы состоят из смеси песка, ила и глины.
• Песчаные частицы самые крупные, поэтому песчаные почвы быстро пропускают воду и плохо ее удерживают, но при этом хорошо аэрируются.
• Глинистые частицы очень мелкие и склонны к уплотнению, поэтому глинистые почвы плохо пропускают воду и плохо аэрируются.
• Алевритовые частицы имеют средний размер, поэтому алевритовые почвы по своим свойствам занимают промежуточное положение между песчаными и глинистыми.
Мы рассказали о песчаных, глинистых и илистых почвах, но что такое суглинок?
Суглинистая почва — это почва, в которой в относительно равных пропорциях присутствуют песок, ил и частицы глины. Она хорошо удерживает влагу, но при этом хорошо дренируется и пропускает достаточное количество воздуха к корням, что делает ее идеальной для большинства садовых растений.
Почвы с суглинистой структурой могут содержать разное количество песка, ила и глины, поэтому выделяют супесчаные, суглинистые, супесчаные и глинистые суглинки.
Что такое буферная емкость почвы и как она влияет на рост растений.
Песчаные почвы обладают наименьшей буферной емкостью, поэтому они быстрее закисляются, так как плохо сопротивляются изменению уровня pH, но по той же причине их легче всего скорректировать или восстановить. Для повышения pH кислых песчаных почв требуется меньше извести, чем, например, для глинистых почв.
Глинистые почвы и почвы с высоким содержанием органических веществ обладают наибольшей буферной способностью и лучше противостоят изменениям pH.
Важно знать: почвы с высоким содержанием глины или органических веществ не становятся кислыми, потому что на их поверхности больше участков, способных связывать ионы водорода (H+), которые отвечают за кислотность. Однако благодаря высокой буферной способности такие почвы, даже если они становятся кислыми, сопротивляются попыткам повысить pH, чтобы снизить кислотность. Добавление извести нейтрализует ионы водорода (H+) в почвенном растворе, но хорошо буферная подкисленная почва будет выделять связанные ионы водорода (H+) с поверхности, чтобы поддерживать равновесие и препятствовать повышению pH.
Все почвы с высокой буферной способностью подкисляются медленнее, но для повышения pH при подкислении требуется больше извести.
Глины, как правило, обладают большей буферной способностью, чем суглинки, которые, в свою очередь, обладают большей буферной способностью, чем пески.
Чтобы было понятнее, ниже показано, как изменится уровень pH при внесении 1 тонны на гектар (т/га) или 0,1 килограмма на квадратный метр (кг/м2) садовой извести (чистого карбоната кальция) в различные типы почв с исходным кислым уровнем pH.
Изменение pH в зависимости от типа почвы
Песок 0,5–0,7
Суглинок 0,3–0,5
Глина 0,2–0,3
Какой уровень pH почвы оптимален для растений?
Большинство растений предпочитают нейтральную почву с уровнем pH от 6,5 до 7,5 и хорошо растут в более широком диапазоне pH от 5,5 до 8*.
(*для большей точности измеряется в 0,01 М растворе CaCl2, а не в воде, и обозначается как pHCa. Дополнительную информацию см. в разделе «Как проверить pH почвы»)
Если уровень pH почвы выше или ниже оптимального диапазона, это меняет ее химический состав и влияет на почвенную микробиоту, что негативно сказывается на процессах жизнедеятельности растений, замедляя их рост и снижая урожайность.
Экстремальные значения pH влияют на все растения. Однако их устойчивость к кислотности и щелочности сильно различается. Некоторые растения могут хорошо расти в довольно широком диапазоне pH, в то время как другие предъявляют очень высокие требования к почве и могут быть очень чувствительны к небольшим колебаниям кислотности или щелочности.
Некоторые растения предпочитают более кислые или щелочные почвы или хорошо их переносят. Ниже перечислены такие растения:
Растения, предпочитающие кислые почвы с уровнем pH от 4,5 до 6,0:
Декоративные растения
• Азалия
• Камелия
• Эрика
• Гардения
• Падуб
• Гортензия
• Магнолия
• Пеларгония
• Рододендрон
Фрукты
• Черника
• Клюква
• Голубика
Овощи
• Картофель
Растения, предпочитающие щелочные почвы с уровнем pH от 7,0 до 8,0:
Декоративные растения
• Душистый горошек
• Кактусы
• Хойя мясистая
• Герань
• Гербера
• Геба
• Гибискус
• Плющ
• Пуансеттия
• Калина
Фрукты
• Дыня
Овощи
• Свекла
• Кервель
• Лук-порей
• Шпинат
Примечание: при поиске справочных материалов, в которых указан рекомендуемый уровень pH почвы для того или иного растения, имейте в виду, что в разных источниках он может отличаться в зависимости от того, где вы нашли эту информацию. В некоторых источниках могут указываться более широкие или более узкие диапазоны допустимых значений pH для конкретного растения, при этом указанные диапазоны могут начинаться с более высоких или более низких значений pH, но рекомендуемые диапазоны pH всегда будут примерно одинаковыми и достаточно перекрываться, чтобы можно было понять, какие условия необходимы растению для оптимального роста.
В некоторых источниках указан диапазон pH почвы, при котором растения будут хорошо себя чувствовать, что является более широким диапазоном, чем предпочтительный диапазон pH почвы. Это можно увидеть на примере овощей, которые, согласно «Альманаху старого фермера», подходят для выращивания на щелочных почвах:
Только два из перечисленных видов способны переносить pH 8, который считается слабощелочным или умеренно щелочным.
• Спаржа (6,0–8,0)
• Чеснок (5,5–8,0)
Остальные растения могут расти при pH 7,5, что соответствует слабощелочной среде.
• Фасоль, стручковая (6,0–7,5)
• Свекла (6,0–7,5)
• Брюссельская капуста (6,0–7,5)
• Цветная капуста (5,5–7,5)
• Кале (6,0–7,5)
• Горох, сахарный (6,0–7,5)
• Тыква (5,5–7,5)
• Шпинат (6,0–7,5)
• Тыква (6,0–7,5)
• Помидор (5,5–7,5)
Стоит отметить, что все перечисленные выше овощи, устойчивые к щелочной почве, имеют более низкий допустимый уровень pH — от 5,5 до 6,0, что соответствует сильнокислой или умеренно кислой среде!
Большинство овощных культур лучше всего растут при pH почвы от 6,5 до 6,8, то есть от слабокислой до нейтральной.
Как правило, большинство фруктовых деревьев и ягодных культур предпочитают почву от нейтральной до слабокислой.
Ниже приведены оптимальные диапазоны pH для ягод:
• Ежевика — оптимальный уровень pH 6,2–6,8
• Черника — оптимальный уровень pH 4,2–5,2
• Смородина, крыжовник и йошта — оптимальный уровень pH 5,8–6,8
• Виноград — оптимальный уровень pH 6,0–7,0
• Малина — оптимальный уровень pH 6,2–6,8
• Клубника — оптимальный уровень pH 5,5–7,0
Однако есть некоторые исключения. Ягоды годжи в естественных условиях произрастают на слабощелочных почвах (pH 7–8) и плохо растут на кислых.
Можно с уверенностью сказать, что большинство садовых растений лучше всего растут в почвах с уровнем pH от 6,0 (слегка кислая) до 7,5 (слегка щелочная). В целом питательные вещества в почве наиболее доступны для растений при уровне pH от 6,5 до 7,5, что объясняет, почему многие садовые растения лучше всего растут при уровне pH около 6,5 (слегка кислая почва). Не случайно при разложении органических веществ почва становится слегка кислой…
Уровень pH почвы влияет на то, какие питательные вещества доступны растениям, а какие нет. Чтобы лучше контролировать доступность питательных веществ, сначала нужно понять, какие функции выполняют различные питательные вещества и как на каждую из них влияет уровень pH почвы.
Что нужно знать о питании растений
Для роста растениям необходима пища, которую они получают в процессе фотосинтеза: они поглощают углекислый газ (CO2) из воздуха, воду — из почвы, а энергию солнечного света используют для производства сахаров и углеводов.
Растения также поглощают из почвы различные минералы, необходимые для их роста и жизнедеятельности. Некоторые питательные вещества, например те, что содержатся в сбалансированных удобрениях, требуются в больших количествах и называются макроэлементами, в то время как другие, хоть и не менее важные, нужны в очень малых количествах, поэтому мы называем их микроэлементами.
Макроэлементы.
Для роста растениям необходимы определенные питательные вещества из почвы, и некоторые из них требуются в большем количестве, чем другие. Основные питательные вещества, необходимые растениям для роста, называются макроэлементами, поскольку они требуются в больших количествах.
Основные макроэлементы
Три основных макроэлемента, которые растения получают из почвы:
• Азот (N)
• Фосфор (P)
• Калий (K)
Второстепенные макронутриенты
К второстепенным макронутриентам, которые требуются в меньших количествах, чем основные, но все же очень важны, относятся:
• Магний (Mg)
• Кальций (Ca)
• Сера (S)
Для чего нужны эти макроэлементы?
Вместо того чтобы углубляться в сложную химию растений, которая интересна только специалистам в этой области и почти ничего не значит для большинства садоводов, проще объяснить их функции общими терминами, которые имеют отношение к практическому садоводству.
Растения используют основные и второстепенные макроэлементы следующим образом:
• Азот для вегетативного роста листьев
• Фосфор для формирования корней, роста стебля и плодоношения
• Калий для цветения и созревания плодов, повышения иммунитета растений и устойчивости к болезням
• Магний — ключевой элемент хлорофилла, пигмента, который придает растениям зеленый цвет и позволяет им поглощать энергию света, — необходим для фотосинтеза
• Кальций участвует в формировании клеточных стенок и мембран, в основном для поддержания целостности клеточных стенок, а также выполняет другие метаболические функции
• Сера участвует в образовании аминокислот, белков, жиров и хлорофилла
Это основные питательные вещества, которые растениям необходимы в больших количествах, но некоторые питательные вещества, которые также важны для здоровья и жизнеспособности растений, требуются в очень малых дозах.
Микроэлементы
Микроэлементы — это питательные вещества, которые растениям необходимы в следовых количествах, например:
• Железо (Fe)
• Бор (B)
• Марганец (Mn)
• Цинк (Zn)
• Медь (Cu)
• Молибден (Mo)
• Никель (Ni)
• Хлор (Cl)
Большинство сбалансированных удобрений содержат по крайней мере некоторые из наиболее распространенных микроэлементов, которые указаны на этикетке. Микроэлементы также можно приобрести в виде отдельных удобрений, часто в виде смеси микроэлементов, а в некоторых случаях — в виде отдельных элементов, например хелата железа.
Теперь, когда мы знаем, какие питательные вещества необходимы растениям, давайте посмотрим, что происходит с ними в почве при изменении pH.
Как pH почвы влияет на доступность питательных веществ для растений.
Почва — одна из самых сложных экосистем в природе, а ее химический состав чрезвычайно сложен, поэтому неудивительно, что изменение pH почвы оказывает на растения множество побочных эффектов, как положительных, так и отрицательных.
На диаграмме ниже показано, что основные и второстепенные макроэлементы, которые растениям необходимы в наибольшем количестве, а также микроэлементы, которые требуются в меньших количествах, наиболее доступны для растений при pH почвы от 6,5 до 7,0.
Макроэлементы наиболее доступны для растений при pH почвы от 6,5 до 7,5 — этот диапазон немного шире, чем для микроэлементов.
В обоих случаях, когда почва становится слишком кислой или щелочной, многие питательные вещества становятся недоступными для растений, что приводит к их дефициту и негативно сказывается на росте и продуктивности растений.
В левой части диаграммы видно, что при низком уровне pH почва становится более кислой:
• Все основные и второстепенные макроэлементы становятся менее доступными.
• Микроэлементы, такие как молибден (Mo), становятся менее доступными для растений.
• При pH почвы ниже 5,5 доступность алюминия (Al) значительно возрастает, что может ограничивать способность растений усваивать фосфор за счет снижения его растворимости. При этом уровень алюминия может достигать высоких значений, токсичных для растений.
• Другие элементы, такие как железо (Fe) и марганец (Mn), становятся более доступными, а уровень марганца может достигать высоких значений, токсичных для растений.
Обратите внимание, что алюминий (Al) не является питательным веществом для растений и поэтому не показан на диаграмме. Однако он присутствует в почве, и очень низкий уровень pH (очень высокая кислотность) может привести к токсичности алюминия для растений, поскольку он чрезвычайно токсичен для корней.
Справа на диаграмме, при более высоком уровне pH, почва становится более щелочной:
• При pH выше 7,5 кальций может связывать фосфор, делая его менее доступным для растений.
• Железо становится менее доступным.
• Снижается доступность цинка и других микроэлементов, таких как кобальт, что приводит к дефициту питательных веществ, замедлению роста, низкорослости растений и снижению урожайности некоторых культур.
Как pH почвы влияет на почвенные микроорганизмы
pH почвы влияет не только на доступность питательных веществ, но и на активность почвенных микроорганизмов и подвижность тяжелых металлов (в том числе таких загрязняющих веществ, как свинец, ртуть и кадмий).
Помните, что почва — это сложная живая экосистема, «почвенно-пищевая сеть», которая расщепляет органические вещества, чтобы сделать питательные вещества доступными для растений.
Для жизнедеятельности почвенных организмов необходимы:
• большое количество органических веществ для питания
• тепло (но не сильная жара)
• влажность
• кислород
• pH почвы близок к нейтральному
Оптимальный уровень pH почвы — близкий к нейтральному. Если вы выращиваете растения органическим способом и не используете синтетические удобрения, а компостируете и повышаете содержание органических веществ в почве, то она будет хорошо себя чувствовать и без вашего вмешательства.
В засушливых регионах почвы, как правило, более щелочные, а во влажных — более кислые. Известняковые почвы от природы более щелочные, а торфяные — более кислые.
Приборы для измерения Рн почвы и других параметров почвы по ссылке....
