Щелочная почва
 | Эту статью может потребовать очистки Википедии , чтобы она соответствовала стандартам качества . Конкретная проблема: Общая компоновка и разметка, особенно в отношении химических формул и уравнений. ( февраль 2018 г. ) |
| Щелочная почва | |
|---|---|
| Щелочные почвы | |
 Выращивание риса/ рисовые поля на щелочных почвах | |
| Глинистая почва | |
| Ключевые минералы | Карбонат натрия и бикарбонат натрия |
| Ключевой процесс | Смягчение извести |
| рН | > 8,5 |
Щелочные или щелочные почвы — это глинистые почвы с высоким pH (более 8,5), плохой структурой почвы и низкой инфильтрационной способностью. Часто они имеют твердый известковый слой на глубине от 0,5 до 1 метра. Щелочные почвы своими неблагоприятными физико-химическими свойствами обязаны главным образом преобладающему присутствию карбоната натрия , вызывающего набухание почвы. [1] и трудно прояснить/урегулировать. Свое название они получили от щелочных металлов группы элементов , к которой принадлежит натрий и которые могут вызывать основность . Иногда эти почвы называют еще солонцово- щелочными . Щелочные почвы являются основными , но не все основные почвы являются щелочными .
Причины
[ редактировать ]Причины засоленности почвы могут быть природными и техногенными:
- Естественная причина — присутствие в почве минералов, образующих карбонат натрия (Na 2 CO 3 ) и бикарбонат натрия (NaHCO 3 ) при выветривании .
- Угольные котлы/электростанции при использовании угля или бурого угля, богатого известняком , производят золу, содержащую оксид кальция . CaO легко растворяется в воде с образованием гашеной извести Ca(OH) 2 и переносится дождевой водой в реки/поливную воду. В процессе размягчения извести выделяется Ca 2+ и мг 2+ ионы/убирает жесткость воды, а также преобразует бикарбонаты натрия в речной воде в карбонат натрия. [2] Карбонат натрия (стиральная сода) далее реагирует с оставшимся кальцием. 2+ и мг 2+ в воде для удаления/осаждения общей жесткости . Также водорастворимые соли натрия, присутствующие в золе, повышают содержание натрия в воде. В 2011 году мировое потребление угля в мире составило 7,7 млрд тонн. [ нужна ссылка ] Таким образом, речная вода очищается от Ca. 2+ и мг 2+ ионы и усиленный Na + от угольных котлов. [ нужны разъяснения ]
- Многие соли натрия используются в промышленности и быту, такие как карбонат натрия , бикарбонат натрия (пищевая сода), сульфат натрия , гидроксид натрия (каустическая сода), гипохлорит натрия (отбеливающий порошок) и т. д. в огромных количествах. Эти соли в основном производятся из хлорида натрия (поваренной соли). Весь натрий, содержащийся в этих солях, попадает в речные/грунтовые воды в процессе их производства или потребления, повышая соленость воды. Общее мировое потребление хлорида натрия в 2010 году составило 270 миллионов тонн. Это почти равно солевой нагрузке в могучей реке Амазонке . Вклад антропогенных солей натрия составляет около 7% от общей солевой нагрузки всех рек. Проблема содержания солей натрия усугубляется в нижнем течении интенсивно культивируемых речных бассейнов, расположенных в Китае, Индии, Египте, Пакистане, Западной Азии, Австралии, западной части США и т. д. из-за накопления солей в оставшейся воде после различных потерь на транспирацию и испарение. [3]
- Другой источник поступления искусственных солей натрия на сельскохозяйственные поля/землю находится вблизи мокрых градирен, использующих морскую воду для рассеивания отработанного тепла, образующегося в различных отраслях промышленности, расположенных вблизи морского побережья. Градирни огромной мощности устанавливаются на нефтеперерабатывающих заводах, нефтехимических комплексах, заводах по производству удобрений, химических заводах, атомных и тепловых электростанциях, централизованных системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и т. д. Дрейф/мелкие капли, выбрасываемые градирнями, содержат около 6% хлорида натрия, который может откладываться. на прилегающих территориях. Эта проблема усугубляется, когда национальные нормы по контролю загрязнения не вводятся или не соблюдаются для минимизации дрейфовых выбросов до лучших промышленных норм для мокрых градирен, работающих на морской воде. [4]
- Техногенной причиной является применение умягченной воды при орошении (поверхностных или грунтовых вод), содержащей относительно высокую долю бикарбонатов натрия и меньшую долю кальция и магния. [1]
Сельскохозяйственные проблемы
[ редактировать ]Щелочные почвы трудно освоить в сельскохозяйственном производстве. Из-за низкой инфильтрационной способности дождевая вода легко застаивается в почве, и в засушливые периоды выращивание вряд ли возможно без обильного полива и хорошего дренажа. Сельское хозяйство ограничивается культурами, устойчивыми к поверхностному заболачиванию (например, рис , трава), а продуктивность ниже.
Химия
[ редактировать ]Щелочность почвы связана с наличием карбоната натрия (Na 2 CO 3 ) или бикарбоната натрия (NaHCO 3 ), в почве [5] либо в результате естественного выветривания частиц почвы, либо в результате орошения и/или паводковых вод.
Эта соль чрезвычайно растворима, при гидратации диссоциирует на:
- Уже
2 СО
3 → 2 Уже +
+ СО 2−
3
Карбонат-анион CO 2−
3 , является слабым основанием, принимающим протон, поэтому гидролизуется в воде с образованием иона бикарбоната и иона гидроксила :
- СО 2−
3 + Ч
2 О → HCO −
3 + ОН −
который, в свою очередь, дает угольную кислоту и гидроксил:
- ОЗС −
3 + Ч
2 О → Ч
2 СО
3 + ОН −
См. карбонат , чтобы узнать о равновесии карбонат-бикарбонат-диоксид углерода.
Вышеупомянутые реакции аналогичны растворению карбоната кальция , единственное различие заключается в растворимости двух солей. Na 2 CO 3 примерно в 78 000 раз более растворим, чем CaCO 3 , поэтому он может растворять гораздо большие количества CO. 2−
3 , тем самым повышая pH до значений выше 8,5, что превышает максимально достижимый pH, когда равновесие между карбонатом кальция и растворенным диоксидом углерода находится в равновесии в почвенном растворе.
- Примечания :
- Вода (H 2 O) частично диссоциирует на H 3 O + ( гидроксоний ) и OH – ( гидроксильные ) ионы. Ион H 3 O + имеет положительный электрический заряд (+) и его концентрацию обычно записывают как [H + ]. Гидроксильный ион OH – имеет отрицательный заряд (-), и его концентрация записывается как [OH − ].
- В чистой воде при 25 °С константа диссоциации воды ( K w ) равна 10 −14 .
Поскольку K w = [H + ] × [ОН – ], то как концентрация H 3 O + и ох – ионы равны 10 −7 М (очень маленькая концентрация). - В нейтральной воде pH представляет собой отрицательный десятичный логарифм H 3 O. + концентрации, оно равно 7. Аналогично, рОН также равен 7. Уменьшение рН на каждую единицу указывает на десятикратное увеличение концентрации H 3 O. + концентрация. Точно так же увеличение pH на каждую единицу указывает на десятикратное увеличение содержания OH. – концентрация.
- В воде с растворенными солями концентрации H 3 O + и ОН – ионы могут меняться, но их сумма остается постоянной, а именно 7+7=14 . Таким образом, pH 7 соответствует pH 7, а pH 9 — pH 5.
- Формально концентрации ионов предпочитают выражать через химическую активность , но это практически не влияет на значение pH.
- Вода с избытком H 3 O + ионы называют кислотой ( рН < 7 ), а воду с избытком ОН – ионов называется щелочным или, скорее, основным ( рН > 7 ). Влажность почвы с pH < 4 называют очень кислой, а с pH > 10 — очень щелочной (основной).
H 2 CO 3 ( угольная кислота ) неустойчива и образует H 2 O (воду) и CO 2 ( углекислый газ, улетучивающийся в атмосферу). Это объясняет остаточную щелочность (вернее основность ) в виде растворимого гидроксида натрия и высокий уровень pH или низкий уровень pH .
Не весь растворенный карбонат натрия подвергается вышеуказанной химической реакции. Оставшийся карбонат натрия и, следовательно, наличие CO 2−
3 ионы вызывают осаждение CaCO 3 (который мало растворим) в виде твердого карбоната кальция (известняка), поскольку продукт CO 2−
3 концентрация и Ca 2+ концентрация превышает допустимый предел. Следовательно, ионы кальция Ca 2+ обездвижены.
Наличие большого количества Na + ионы в почвенном растворе и осаждение Ca 2+ Ионы твердого минерала заставляют частицы глины , имеющие отрицательные электрические заряды вдоль поверхности, адсорбировать больше Na. + в зоне диффузной адсорбции (ДАЗ, также чаще называемый диффузным двойным слоем (ДДС) или двойным электрическим слоем (ДЭС), см. соответствующий рисунок) [6] и взамен высвобождают ранее адсорбированный Ca 2+ , благодаря чему их процентное содержание обменного натрия (ESP) увеличивается, как показано на том же рисунке.
Уже + более подвижен и имеет меньший электрический заряд, чем Ca 2+ так что толщина DDL увеличивается по мере того, как в нее попадает больше ионов натрия. На толщину DDL также влияет общая концентрация ионов во влаге почвы в том смысле, что более высокие концентрации вызывают сокращение зоны DDL.
Глинистые частицы со значительным ЭПС (>16), контактируя с незасоленной почвенной влагой, имеют расширенную зону ДДЛ и почву набухают ( дисперсность ). [6] Это явление приводит к ухудшению структуры почвы , особенно к образованию корки и уплотнению верхнего слоя.В результате снижается инфильтрационная способность почвы и водообеспеченность почвы, а поверхностное заболачивание или поверхностный сток увеличиваются. Серьезно страдают всходы и урожайность сельскохозяйственных культур.
- Примечание :
- В засоленных условиях многочисленные ионы в почвенном растворе противодействуют набуханию почвы, поэтому засоленные почвы обычно не имеют неблагоприятных физических свойств. Щелочные почвы в принципе не являются засоленными, поскольку проблема с щелочностью тем хуже, чем меньше засоленность.
Проблемы щелочности более выражены в глинистых почвах, чем в суглинистых, илистых или песчаных почвах. Глинистые почвы, содержащие монтмориллонит или смектит (набухающие глины), более подвержены проблемам щелочности, чем иллитовые или каолинитовые глинистые почвы. Причина в том, что первые типы глин имеют большую удельную поверхность ( т.е. площадь поверхности частиц почвы, деленную на их объем) и более высокую катионообменную емкость (ЕКО).
- Примечание :
- Некоторые глинистые минералы с почти 100% ESP (т.е. почти полностью насыщенными натрием) называются бентонитом , который используется в гражданском строительстве для создания непроницаемых завес в почве, например, под плотинами, для предотвращения просачивания воды.
Качество оросительной воды в отношении опасности щелочности выражается следующими двумя показателями:
- Коэффициент адсорбции натрия (SAR, [5] )Формула для расчета коэффициента адсорбции натрия:
- САР = [Ал + ] / √ [Ка 2+ /2 + Мг 2+ /2] = {Ал + /23} / √ {Ка 2+ /40 + Мг 2+ /24}
- Остаточный карбонат натрия (RSC, мэкв/л): [5] Формула расчета остаточного карбоната натрия:
РСК = [ ОХС −
3 + СО 2−
3 ] − [Ка 2+ + Мг 2+ ]= { НСО −
3/61 + СО 2−
3 /30} − {Ca 2+ /20 + Мг 2+ /12}которое не должно быть намного выше 1 и предпочтительно меньше 0,5.
Приведенное выше выражение признает наличие бикарбонатов ( HCO −
3 ), форма, в которой растворено большинство карбонатов.
При расчете SAR и RSC следует учитывать качество воды, присутствующей в корневой зоне сельскохозяйственных культур, с учетом фактора выщелачивания в поле. [7] Парциальное давление растворенного CO 2 в корневой зоне растений также определяет содержание кальция в растворенной форме в полевой воде. Министерство сельского хозяйства США следует скорректированному SAR [8] для расчета солености воды.
Улучшение почвы
[ редактировать ]Щелочные почвы с твердым CaCO 3 можно регенерировать травяными культурами , органическим компостом, отходами волос/перьев, органическим мусором, макулатурой, выброшенными лимонами/апельсинами и т. д., обеспечивая включение большого количества подкисляющего материала (неорганического или органического материала ) в почву. и повышение содержания растворенного кальция в промысловой воде за счет выделения газообразного CO 2 . [9] Также помогает глубокая вспашка и заделка известкового слоя в верхний слой почвы.
Во многих случаях миграция солей в верхний слой почвы происходит из подземных источников воды, а не из поверхностных источников. [10] Там, где уровень подземных вод высок и земля подвергается сильному солнечному излучению, грунтовые воды просачиваются на поверхность земли за счет капиллярного действия и испаряются, оставляя растворенные соли в верхнем слое почвы. Если подземные воды содержат большое количество солей, это приводит к острой проблеме солености. Эту проблему можно решить, если присыпать мульчей землю . Использование многоквартирных домов или затеняющих сеток летом для выращивания овощей/культур также рекомендуется для уменьшения засоления почвы и сохранения воды/влажности почвы. Полидома фильтруют интенсивную летнюю солнечную радиацию в тропических странах, чтобы спасти растения от водного стресса и ожогов листьев.
Если качество грунтовых вод не является щелочным/соленым, а уровень грунтовых вод высок, накопление солей в почве можно предотвратить, используя землю в течение всего года для выращивания плантационных деревьев/многолетних культур с помощью подъемного орошения. Когда грунтовые воды используются при необходимом коэффициенте выщелачивания , соли в почве не накапливаются.
Также рекомендуется вспахивать поле вскоре после сбора урожая, чтобы предотвратить миграцию солей в верхний слой почвы и сохранить влажность почвы в жаркие летние месяцы. Это делается для того, чтобы разрушить капиллярные поры в почве и предотвратить попадание воды на поверхность почвы.
Глинистые почвы в районах с высоким годовым количеством осадков (более 100 см) обычно не страдают от высокой щелочности, поскольку сток дождевой воды способен уменьшать/выщелачивать почвенные соли до комфортного уровня, если сбора дождевой воды соблюдаются надлежащие методы . В некоторых сельскохозяйственных районах для облегчения дренажа и выщелачивания солей используются подземные «плиточные линии». Непрерывное капельное орошение приведет к образованию солонцеватых почв при отсутствии промывных/дренажных вод с поля.
Также возможно восстановить щелочные почвы, добавив подкисляющие минералы, такие как пирит или более дешевые квасцы или сульфат алюминия .
Альтернативно гипс ( сульфат кальция , CaSO
4 · 2 часа
2 O ) также может быть использован в качестве источника Ca 2+ ионы для замещения натрия в обменном комплексе. [9] Гипс также реагирует с карбонатом натрия, превращаясь в сульфат натрия , который является нейтральной солью и не способствует повышению pH. Должно быть достаточно естественного дренажа в землю или должна присутствовать искусственная подземная дренажная система, чтобы обеспечить выщелачивание избытка натрия путем просачивания дождевой и/или поливной воды через профиль почвы .
Хлорид кальция также используется для рекультивации солонцеватых почв. CaCl 2 превращает Na 2 CO 3 в NaCl с осаждением CaCO 3 . NaCl удаляется выщелачиванием воды. нитрат кальция Аналогичный эффект оказывает с NaNO 3 в фильтрате. Отработанная кислота (HCl, H 2 SO 4 и т.д.) также может быть использована для снижения избытка Na 2 CO 3 в почве/воде.
Там, где мочевина доступна фермерам по низкой цене, она также используется, в первую очередь, для снижения щелочности/засоленности почвы. [11] Аммоний ( NH +
4 мочевины ) катион, образующийся при гидролизе , который представляет собой сильно сорбирующийся катионообменник со слабосорбирующим Na + катион из структуры почвы и Na + выбрасывается в воду. Таким образом, щелочные почвы адсорбируют/потребляют больше мочевины по сравнению с другими почвами.
Для полной рекультивации почв необходимы непомерно высокие дозы удобрений. Поэтому большинство усилий направлено на улучшение только верхнего слоя (скажем, первых 10 см почвы), поскольку верхний слой наиболее чувствителен к ухудшению структуры почвы . [9] Однако лечение необходимо повторить через несколько (скажем, 5) лет. Деревья/растения следуют гравитропизму . В щелочных почвах трудно выжить деревьям с более глубокой корневой системой , которая в хороших нещелочных почвах может достигать глубины более 60 метров.
Важно воздерживаться от орошения (грунтовыми или поверхностными водами) водой низкого качества. В виноградарстве было предложено добавлять в поливную воду природные хелатирующие агенты, такие как винная кислота, для растворения карбонатов кальция и магния в натриевых почвах. [12]
Одним из способов снижения содержания карбоната натрия является выращивание растений солянки , солянки или бариллы . [13] Эти растения связывают карбонат натрия, который они поглощают из щелочной почвы, в свои ткани. Зола этих растений содержит большое количество карбоната натрия, который можно коммерчески извлечь и использовать вместо карбоната натрия, полученного из поваренной соли, что является очень энергоемким процессом. Таким образом, деградацию солончаков можно остановить путем выращивания растений бариллы, которые могут служить источником пищи, топливом из биомассы, сырьем для производства кальцинированной соды, поташа и т. д.
Выщелачивание засоленных натриевых почв
[ редактировать ]Засоленные почвы в основном также натриевые (преобладающая соль — хлорид натрия ), но они не имеют ни очень высокого pH , ни плохой скорости инфильтрации. При выщелачивании они обычно не превращаются в (натриевую) щелочную почву, так как Na + ионы легко удаляются. Поэтому засоленные (натриевые) почвы в большинстве случаев не нуждаются в гипсовых аппликациях для их рекультивации. [14]
Восстановление и использование посредством аквакультуры
[ редактировать ]С 1990-х годов в Китае и других странах проводились исследования и эксперименты по восстановлению и использованию солончаков с помощью комбинированных методов сельского хозяйства и аквакультуры, со значительным успехом и опытом. [15] [16] [17] Аквакультурная технология использования солено-щелочной воды внутренних водоемов для производства морепродуктов становится зрелой и охватывает широкий спектр видов морепродуктов, включая креветки, крабы, моллюски и рыбу, такую как морской окунь и морской окунь. [18] [19]
В последние годы аквакультура (или аквакультура солено-щелочных земель ) была рекомендована Министерством сельского хозяйства и сельских дел Китая как успешная модель преобразования и использования солено-щелочных земель. [15] [20] [21] [16] В недавнем информационном бюллетене ФАО отметила, что солончаковые земли являются одной из областей, где существуют инновационные пути и возможности для расширения аквакультуры. [22]
См. также
[ редактировать ]- Улетучивание аммиака из мочевины
- Агрети зеленый овощ
- Барилла
- Биосоленость
- Катионообменная емкость
- Капельное орошение
- Воздействие орошения на окружающую среду
- Удобрения
- галотолерантность
- Указатель статей о почве
- Органический навоз, богатый фосфатами
- фосфогипс
- Красная грязь
- Остаточный индекс карбоната натрия
- Саджи Хар
- Содовое озеро
- Плодородие почвы
- pH почвы
- Засоление почвы
- Контроль засоления почвы
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Управление качеством оросительной воды, Университет штата Орегон, США , Проверено 4 октября 2012 г.
- ^ «Умягчение осадков, GE Power & Water» . Архивировано из оригинала 24 января 2013 года . Проверено 11 октября 2012 г.
- ^ Дж. Келлер, А. Келлер и Г. Дэвидс. «Этапы развития речного бассейна и последствия закрытия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 19 октября 2013 года . Проверено 25 августа 2012 г.
- ^ «Руководство по мокрым градирням в отношении твердых частиц, Министерство окружающей среды Канады» . 25 ноября 2008 года . Проверено 29 января 2013 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Справочник лаборатории солености США 60
- ^ Перейти обратно: а б Г.Х. Болт (редактор), 1981. Химия почвы: А. Основные элементы. Том 5а, Elsevier, Амстердам, Нидерланды.
- ^ «Глава 11: Качество воды» . Справочник по управлению соленостью (Отчет). Правительство Квинсленда. 19 декабря 2013 г. с. 85.
- ^ Леш С.М. и СуаресД. Л. «Краткая заметка о расчете скорректированного индекса SAR» . Архивировано из оригинала 8 апреля 2013 года . Проверено 5 октября 2012 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Чхабра, Р. 1996. Засоленность почвы и качество воды. 284 стр. Oxford & IBH Publishing Co. Pvt. Ltd., Нью-Дели (издание для Южной Азии) и AA Balkema Uitgevers BC, Роттердам (издание в другом месте). ISBN 81-204-1049-1 .
- ^ «Оценка риска засоления для региона Квинсленд Мюррей-Дарлинг (см. Приложение 2), Департамент окружающей среды и управления ресурсами Квинсленда» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 10 апреля 2013 г. Проверено 29 октября 2012 г.
- ^ И.П. Аброл, Ж.С.П. Ядав и Ф.И. Массуд. «Засоленные почвы и обращение с ними, см. пункт 4.7» . Проверено 23 декабря 2012 г.
- ^ Эшворт, Дж. 2007. Влияние хелатирующих агентов на натриенность почвы. Загрязнение почвы и отложений 16: 301-312.
- ^ Фарук Ахмад. «Выращивание травы Карнал / Каллар на солонцово-щелочных почвах в Пакистане» (PDF) . Проверено 22 января 2013 г.
- ^ Тематическое исследование Чакупе
- ^ Перейти обратно: а б «Технологии» спасают «бесплодные пляжи и требуют еды из солено-щелочных земель» . Guangming.com 20 января Проверено 2024 г. .
- ^ Перейти обратно: а б «Прудовая аквакультура на заболоченной соляно-щелочной земле» . Спрингер . 05.04.2023.
- ^ «Текущее состояние и стратегия развития солено-щелочного рыболовства Китая» . Стратегическое исследование CAE (на нескольких языках). 2016. doi : 10.15302/J-SSCAE-2016.03.012 . ISSN 1009-1742 . Викиданные Q124547052 .
- ^ Ван Чуньлинь (26 сентября 2023 г.). «Выращивание морепродуктов на солено-щелочных землях приносит разнообразную жизненную силу бесплодной земле» . Проверено 14 февраля 2024 г.
- ^ морепродукты продаются обратно в прибрежные провинции и города » . «Почему Синьцзян стал китайским » , когда пустыне «рыбацким городом в
- ^ «Уведомление о развитии типичных случаев аквакультуры на засоленно-щелочных землях в 2022 году» Министерство сельского хозяйства и сельских дел Китайской Народной Республики 14 февраля 2023 г. Проверено 16 января 2024 г.
- ^ «Китай: Использование водных ресурсов засоленно-щелочных земель для сельского хозяйства и рыболовства» . Tridge.com . 18 декабря 2021 г. Проверено 21 января 2024 г.
- ^ «Новости ФАО в области аквакультуры, июнь 2023 г.» (PDF) . ФАО . 01.06.2023 . Проверено 21 января 2024 г.
