Кіріспе
Топырақ pH-ын төмендетеді. Топырақтың қышқылдануы – топырақ pH-ын төмендету процесі. Химиялық тұрғыдан алғанда, бұл протон доноры топыраққа қосылғанда жүзеге асады. Донор азот қышқылы, күкірт қышқылы немесе көмір қышқылы сияқты қышқыл болуы мүмкін. Сондай-ақ, алюминий сульфаты сияқты қосылыстар да протонды бөліп шығару үшін топырақпен реакцияға түсуі мүмкін. Қышқылдану кальций, магний, калий және натрий сияқты негізді катиондар топырақтан жуылып кеткен кезде де пайда болады. Топырақтың қышқылдануы лишайлар мен балдырлар тау жыныстарының бетін ыдыратуды бастағанда табиғи түрде жүзеге асады. Топырақ қалыптасқанда қышқылдар осы еріту процесін жалғастырады. Уақыт өте келе және ауа райының өзгеруіне байланысты, табиғи экожүйелердегі топырақтардың қышқылдығы артады. Топырақтың қышқылдану қарқыны әртүрлі болуы мүмкін және қышқыл жаңбыр, егін шаруашылығы және ластану сияқты факторлардың әсерінен жоғарылайды.
Soil acidification is the buildup of hydrogen cations, which reduces the soil pH. Chemically, this happens when a proton donor gets added to the soil. The donor can be an acid, such as nitric acid, sulfuric acid, or carbonic acid. It can also be a compound such as aluminium sulfate, which reacts in the soil to release protons. Acidification also occurs when base cations such as calcium, magnesium, potassium and sodium are leached from the soil. Soil acidification naturally occurs as lichens and algae begin to break down rock surfaces. Acids continue with this dissolution as soil develops. With time and weathering, soils become more acidic in natural ecosystems. Soil acidification rates can vary, and increase with certain factors such as acid rain, agriculture, and pollution.
Қышқыл жаңбыр
Жаңбыр атмосферадағы көмірқышқыл газынан түзілген көмір қышқылының әсерінен табиғи түрде қышқыл болады. Бұл қосылыс жаңбырдың pH деңгейін шамамен 5,0–5,5 аралығында ұстайды. Жаңбырдың pH табиғи көрсеткіштен төмен болған жағдайда, топырақтың жылдам қышқылдануына себеп болуы мүмкін. Күкірт диоксиді мен азот оксидтері – сумен әрекеттескенде күшті қышқылдар түзіліп, қышқыл жаңбырдың пайда болуына алып келетін алғы заттар болып табылады. Бұл газдар табиғи көздерден, мысалы, найзағай мен жанартау шығуынан, немесе антропогендік эмиссиялардан атмосфераға түсуі мүмкін. Негізгі катиондар, мысалы кальций, қышқыл жаңбырдың ағынымен топырақтан жуылып шығады, бұл алюминий мен протон деңгейлерінің артуына жағдай жасайды. Қышқыл жаңбыр мен қардағы азот және күкірт қышқылдары орман топырақтарының қышқылдануына әртүрлі әсер етеді, әсіресе қыс айларында қар жиналатын аймақтарда маусымдық өзгерістер байқалады. Қарда күкірт қышқылына қарағанда азот қышқылының концентрациясы жоғары болады. Сондықтан, азот қышқылына толы қардың еріген суы көктемде биік орманды топырақтар арқылы қысқа мерзім ішінде ағып өтуі мүмкін. Бұл су көлемі жылдық жауын-шашынның 50%-ын құрауы ықтимал. Еріген судың азот қышқылымен шайылуы жер асты және жер үсті суларына құятын судың pH деңгейінің күрт және қысқа мерзімді төмендеуіне әкелуі мүмкін. pH деңгейінің төмендеуі балықтар үшін, әсіресе жаңадан шайқаған, жаңағыл бездесі жетілмеген балықтар үшін зиянды Al3+ иондарын ерітеді, себебі олар тыныс алу үшін үлкен көлемде судан O2 алуға тырысады. Қар еріген судың ағыны басылғаннан кейін су температурасы көтеріледі, көлдер мен өзендерде еріген органикалық заттардың мөлшері артады; дренаждық судағы алюминий концентрациясы төмендеп, органикалық қышқылдармен байланысады, бұл оны балықтар үшін аз зиянды етеді. Жаңбырда азот және күкірт қышқылдарының арақатынасы шамамен 1:2 дейін төмендейді. Жаңбырдағы күкірт қышқылының жоғары құрамы топырақтан азот қышқылы сияқты көп Al3+ иондарын босата бермейді, себебі SO42- иондары топырақпен сіңіріледі (адсорбцияланады). Бұл процесс топырақ ерітіндісіне OH− иондарын бөліп шығарады және екі қышқылдың қосылуынан туындаған pH төмендеуін тежеуге көмектеседі. Орман төсегіндегі органикалық топырақ горизонттары (қабаттары), органикалық заттарға бай болғандықтан, pH деңгейін де тежеуге көмектеседі және кейіннен минералды горизонттар арқылы ағып өтетін H+ иондарының жүктемесін азайтады.
Биологиялық ауа райы
Өсімдік тамырлары протондар мен органикалық қышқылдарды бөліп шығару арқылы топырақты қышқылдандырады, соның нәтижесінде топырақ минералдары химиялық түрде ыдырайды. Топырақтағы өлген өсімдіктердің шіру қалдықтары да топырақтың қышқылдануына себеп болатын органикалық қышқылдарды құрайды. Жапырақтардың O горизонтындағы қышқылдануы, негіз катиондарын топыраққа аз қайтаратын қарағай, шырша және самырсын сияқты қылқан жапырақты ағаштардың астында, жапырақты ағаштарға қарағанда күштірек байқалады; алайда, өсімдіктерге байланысты топырақтың pH айырмашылықтары көбінесе сол өсімдіктердің алдында-ақ болған және оларға төзімді түрлерді іріктеуге көмектеседі. Қалыптасқан биомассадағы кальцийдің жиналуы да топырақтың pH-ына күшті әсер етеді – бұл фактор түрлерге қарай өзгеріп отыруы мүмкін.
Бастауыш материалдар
Кейбір негізгі материалдар топырақтың қышқылдануына да себеп болады. Граниттер мен оларға жақын магмалық тау жыныстары көп мөлшерде еркін кварц қорғап, ауа райына ұшырағанда кремний қышқылын түзеткендіктен "қышқыл" деп аталады. Сонымен қатар, оларда кальций мен магнийдің мөлшері салыстырмалы түрде аз. Шифер және көмір сияқты кейбір шөгінді тау жыныстары сульфидтерге бай, олар сумен қатар тотыққанда кремний қышқылынан әлдеқайда күшті күкірт қышқылын шығарады. Көмірлі топырақтардың көпшілігі өсімдіктердің қарқынды өсуіне жеткіліксіз қышқылды болады, ал көмір жанғанда қышқыл жаңбырдың күшті алғышарттарын бөліп шығарады. Теңіз балшықтары да көп жағдайда сульфидке бай, сондықтан олар кептіріліп, тотығу ортасына келгенде өте қышқылға айналады.
Топыраққа түзетулер
Топыраққа енгізілетін тыңайтқыштар мен органикалық тыңайтқыштар топырақтың қышқылдануына себеп болуы мүмкін. Күкірт негізіндегі тыңайтқыштар, мысалы, таза күкірт және темір сульфаты, топырақты күшті қышқылдандырады, ал калий сульфаты сияқтылары топырақтың pH деңгейіне елеулі әсер етпейді. Көптеген азотты тыңайтқыштар қышқылдандыру әсеріне ие болса да, аммоний негізіндегі азотты тыңайтқыштар басқа азот көздеріне қарағанда күштірек қышқылдандырады. Аммиак негізіндегі азотты тыңайтқыштарға аммоний сульфаты, диамоний фосфаты, моноаммоний фосфаты және аммоний нитраты жатады. Органикалық азот көздері, мысалы, карбамид (мочевина) және компост, аз қышқылдандырады. Аммиактың мөлшері аз немесе жоқ нитрат көздері, мысалы, кальций нитраты, магний нитраты, калий нитраты және натрий нитраты, топырақты қышқылдандырмайды.
Ластану
Қышқылдану ауаға азот шығарылуынан да туындауы мүмкін, себебі азот топыраққа сіңіп кетуі мүмкін. Мал шаруашылығы адамның тудырған аммиак шығарылымының шамамен 65 пайызына жауапты. Күкірт диоксидтері мен азот оксидтерінің антропогендік көздері қышқыл жаңбырдың өсуіне маңызды рөл атқарады. Қазылған отынды пайдалану және қозғалтқыш газдары күкірт газдары мен азот оксидтерінің ең ірі антропогендік көздері болып табылады. Алюминий топырақты қышқылдандыруға қабілетті сирек элементтердің бірі. Бұл алюминий судан гидроксид иондарын алып, оның орнына сутек иондарын қалдыру арқылы жүзеге асырылады. Нәтижесінде топырақ қышқылға айналады, бұл көптеген өсімдіктер үшін тіршілік етуге жарамсыз жағдай тудырады. Алюминийдің топырақтағы тағы бір салдары – алюминийдің уытты әсері, ол тамырлардың өсуін тежейді.
Ауыл шаруашылығын басқару практикасы
Монокультура және химиялық тыңайтқыштар сияқты егіс шаруашылығын жүргізу тәсілдері жиі топырақ қышқылдануы, деградациясы және топырақ арқылы таралатын аурулар сияқты топырақ проблемаларына алып келеді, бұл соңында егіс өнімділігі мен тұрақтылығына теріс әсер етеді. Қышқыл топырақ кейде тамыр ұштарына зиян келтіріп, одан әрі өсуді тежейді. Өсімдік биіктігі төмендеп, тұқымның өніп-өсуі де азаяды. Топырақ қышқылдануы өсімдік денсаулығына әсер етеді, нәтижесінде өсімдік жамылғысы мен тығыздығы төмендейді. Жалпы алғанда, өсімдіктердің өсуі шектеледі. Топырақ қышқылдануы сирек кездесетін өсімдік түрлерінің азаюымен тікелей байланысты. Топырақта қышқылдану микроорганизмдер мен макрофаунаның әртүрлілігін азайтады. Бұл топырақ құрылымын нашарлатады, оны эрозияға бейім етеді. Топырақтағы қоректік заттар азайып, өсімдіктерге зиянды элементтердің әсері күшейеді, сондай-ақ топырақтың биологиялық функцияларына (мысалы, азотты бекіту) салдары тиеді. Жақында жүргізілген зерттеу көрсеткендей, қызыл қамыс монокультурасы топырақ қышқылдығын арттырады, топырақ құнарлылығын төмендетеді, микроорганизмдер құрылымын өзгертеді және олардың белсенділігін азайтады. Сонымен қатар, қызыл қамыс монокультурасының салдарынан пайдалы бактериялардың көпшілігі айтарлықтай азайды, ал пайдалы саңырауқұлақтар кері тенденцияны көрсетті. Сондықтан топырақ қышқылдығын азайту, топырақ құнарлылығын арттыру және топырақ ферменттерінің активтілігін жақсарту, соның ішінде өсімдіктер мен топыраққа пайдалы микроорганизмдер құрылымын жетілдіру, қызыл қамыс егісінің тұрақты жүйесін дамытудың тиімді шарасы болып табылады. Ауыр жағдайларда, яғни шектен шыққан жағдайларда, зиянның сол процесі жүреді, бірақ жеңіл жағдайлардағыдай, маңызды минералдардың жоғалуы, бірақ одан да жылдам. Сол сияқты, топыраққа және өсімдік жапырақтарына түсетін қышқыл жаңбыр жапырақтардың балауыз қабығын кептіреді, бұл өсімдіктен атмосфераға судың жылдам жоғалуына және өсімдіктің өліміне әкеледі. Өсімдік топырақ қышқылдануынан зардап шегіп жатыр ма, жоқ па, оны анықтау үшін өсімдік жапырақтарын мұқият қарап тексеруге болады. Егер жапырақтары жасыл және сау көрінсе, топырақтың pH деңгейі қалыпты және өсімдік өмірі үшін қолайлы. Бірақ егер өсімдік жапырақтарында тамырлар арасында сарғыш түс пайда болса, онда өсімдік қышқылданудан зардап шегіп, денсаулығы нашарлаған дегенді білдіреді. Сонымен қатар, топырақ қышқылдануынан зардап шеккен өсімдік фотосинтез процесін жүзеге асыра алмайды. Қышқыл судан кебу хлоропласт органеллаларын жояды. Фотосинтез жасай алмайтын өсімдік өзінің тіршілігі үшін қоректік заттарды немесе аэробалық организмдердің тіршілігі үшін оттегін өндіре алмайды, бұл Жердегі көптеген түрлерге әсер етеді және ақырында өсімдіктің өмір сүру мақсатын тоқтатып қояды.
Алдын алу және басқару
Топырақтың қышқылдануы ұзақ мерзімді егін өндірісінде жиі кездесетін мәселе болып табылады, оны әк, органикалық тыңайтқыштар (мысалы, сабан және қоңыр) және биокөмір қолдану арқылы азайтуға болады. Қышқыл топырақта өсірілетін қант қамысы, соя және жүгері дақылдарында әк қолдану қоректік заттарды қалпына келтіруге, топырақтың pH-ын арттыруға, тамыр биомассасын ұлғайтуға және өсімдіктердің жағдайын жақсартуға ықпал етеді. Қышқылданудың алдын алу үшін әртүрлі басқару стратегияларын да қолдануға болады: аз қышқылдандыратын тыңайтқыштарды пайдалану, нитратты азоттың шайылуын азайту үшін тыңайтқыштардың мөлшері мен қолдану уақытын ескеру, қышқылды бейтараптандыратын сумен тиімді суару жүргізу және жиналған егіннен алынатын негізгі қоректік заттар мен азоттың арақатынасын қарастыру. Күкірт тыңайтқыштарын тек жақсы жауап беретін егінге, жоғары өнімділікпен қалпына келетін жағдайда ғана қолдану керек. Антропогендік күкірт диоксидтері мен азот оксидтерінің шығарылымдарын азайту және ауаның ластануын бақылау шараларын қабылдау арқылы әлемдегі қышқыл жаңбыр мен топырақтың қышқылдануын азайтуға тырысайық. Бұл Канаданың Онтарио штатындағы бірнеше көлдерде байқалды, соның нәтижесінде судың pH деңгейі мен сілтілігі жақсарған.