Κεφάλαιο 5 ΦΥΣΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ 5.1. Εισαγωγή

Παρουσίαση με θέμα: "Κεφάλαιο 5 ΦΥΣΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ 5.1. Εισαγωγή"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Κεφάλαιο 5 ΦΥΣΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ 5.1. Εισαγωγή Η αναγνώριση των συστατικών του εδάφους αρχίζει με την παρατήρηση και με την αφή. Η παρατήρηση μπορεί να υποβοηθηθεί και με τη χρήση μικροσκοπίου, διότι τα εδάφη αποτελούνται από συστατικά με διαστάσεις που ποικίλλουν, από μεγάλες πέτρες μέχρι τα λεπτότατα συστατικά της ιλύος και της αργίλου. Τα εδαφικά συστατικά με την αφή έχουν διαφορετική συμπεριφορά ειδικότερα όταν το έδαφος είναι υγρό. Τα εδάφη με άμμο σχηματίζουν αδρή επιφάνεια, τα εδάφη με πηλό δημιουργούν σχετικά λεία επιφάνεια, ενώ τα εδάφη με άργιλο εμφανίζουν λεία και γυαλιστερή επιφάνεια. Το έδαφος είναι ένα μίγμα από ανόργανα και οργανικά συστατικά, η δε ποσοστιαία κατανομή αυτών εξαρτάται από τη στερεή, υγρή και αέρια φάση του εδάφους.

2 Τα ανόργανα συστατικά προέρχονται από τα μητρικά υλικά, πετρώματα
Τα ανόργανα συστατικά προέρχονται από τα μητρικά υλικά, πετρώματα. Τα μητρικά υλικά, είναι υλικά που μπορεί να βρίσκονται στους βαθύτερους εδαφικούς ορίζοντες της εδαφικής κατατομής, ή μπορεί να έχουν μεταφερθεί από άλλες περιοχές με τον άνεμο, το νερό, με τους παγετώνες ή ακόμα και με τον άνθρωπο. Η αποσάθρωση των πετρωμάτων και οι παράγοντες εδαφογένεσης μεταβάλλουν τα πρωτογενή υλικά σε άλλα υλικά που διαφέρουν από τα μητρικά υλικά. Έτσι λοιπόν τα συστατικά του εδάφους είτε προέρχονται από τα μητρικά υλικά, πετρώματα, είτε είναι υλικά που σχηματίσθηκαν κατά τη διάρκεια της εδαφογένεσης (Οίχοη βηά \Λ/6θά, 1989). Μεγάλης σημασίας είναι τα συστατικά του εδάφους διαστάσεων μικρότερων των 2 μm Τα υλικά αυτά χαρακτηρίζονται ως άργιλος. Η άργιλος μαζί με την οργανική ουσία του εδάφους καθορίζουν σε μεγάλο βαθμό τις φυσικές και χημικές ιδιότητες των εδαφών.

3 5.2. Παρατήρηση των συστατικών του εδάφους
Η παρατήρηση των συστατικών του εδάφους μπορεί να γίνει με το μάτι, με μεγεθυντικό φακό ή με το μικροσκόπιο. Χωρίς μεγεθυντικό φακό το μικρότερο σε μέγεθος συστατικό που μπορεί να διακρίνει το μάτι είναι 0,5 mm. Με μεγεθυντικό φακό και με 10 μεγέθυνση μπορεί να παρατηρήσουμε υλικά διαστάσεων των 50 μm.. Τα υλικά διαστάσεων 50 μm ή και μικρότερων μπορούν να παρατηρηθούν με μικροσκόπιο, αν το έδαφος προετoιμασθεί κατάλληλα και τοποθετηθεί σε αντικειμενοφόρο πλάκα. Η προετοιμασία αυτή περιλαμβάνει την προσθήκη νερού στο εδαφικό δείγμα και την καλή ανάμιξη με τη βοήθεια μικρής σπάτουλας. Όταν η παρατήρηση γίνεται με μικροσκόπιο με 100 μεγέθυνση μπορεί να διακριθούν εδαφικά σωματίδια διαστάσεων μικρότερων από 5 μm. Τα σωματίδια αυτά έχουν θολή εμφάνιση στο νερό. Τα μεγαλύτερα εδαφικά σωματίδια έχουν κρυσταλλική εμφάνιση και συνήθως είναι ο χαλαζίας στα εδάφη των εύκρατων περιοχών.

4 5.3. Η μηχανική σύσταση του εδάφους και τα ανόργανα συστατικά
Τα προϊόντα της φυσικής αποσάθρωσης των πετρωμάτων αποτελούνται από τα μηχανικά κλάσματα βράχων διαφόρων διαστάσεων. Το μέγεθος των μηχανικών θραυσμάτων επιδρά στις φυσικές ιδιότητες του εδάφους όπως είναι η στράγγιση, η ικανότητα του εδάφους να συγκρατεί νερό για τις ανάγκες των φυτών και η ευκολία με την οποία το έδαφος μπορεί να υποστεί κατεργασία. Επίσης, το μέγεθος των μηχανικών κλασμάτων του εδάφους επιδρά στις χημικές ιδιότητες του εδάφους εξαιτίας των ιδιοτήτων που χαρακτηρίζουν τις επιφάνειες των μικρών εδαφικών σωματιδίων. Επομένως, είναι απαραίτητο να υπάρχει όχι μόνο ένα σύστημα ταξινόμησης των μηχανικών κλασμάτων, αλλά και σύστημα που να περιγράφει ποσοτικά την κατανομή των μηχανικών κλασμάτων αναλόγως του μεγέθους αυτών. Τα όρια στα μεγέθη των μηχανικών κλασμάτων τέθηκαν με βάση τη συμβολή του μεγέθους των εδαφικών σωματιδίων στις φυσικές και χημικές ιδιότητες του εδάφους

5 Στον πίνακα (5.1) παρουσιάζεται το αμερικανικό σύστημα κατάταξης των μηχανικών κλασμάτων. Το σύστημα αυτό δεν ακολουθείται από όλους τους εδαφολόγους του κόσμου. Στην Ευρώπη και στην Αγγλία υπάρχει διαφορετικό σύστημα κατάταξης (πίνακας 5.2). Τα μηχανικά κλάσματα διακρίνονται στα σκελετικά υλικά (με σχετική διάμετρο μεγαλύτερη από 600 mm έως 2 mm) και τη λετττή γη (με σχετική διάμετρο από 2 mm μέχρι μικρότερη από 0,002 mm συστατικά). Στον πίνακα (5.3) παρουσιάζεται το σύστημα κατάταξης των μηχανικών κλασμάτων που έχει υιοθετηθεί από τα εδαφολογικά εργαστήρια της Ελλάδας.

6 Κατηγορία μηχανικών κλασμάτων Σχετική διάμετρος (mm)
Βράχοι σκελετικά υλικά >600 Λίθοι Πέτρες Χαλίκια Αμμος ,05 ( μm) Ιλύς λεπτή γη ,05-0,002 (50-20 μm) Άργιλος <0,002 (<2 μm)

7 ΠΙΝΑΚΑΣ 5.2 Ευρωπαϊκό σύστημα και Αγγλικό σύστημα
κατάταξης των μηχανικών κλασμάτων του εδάφους Κατηγορία μηχανικών κλασμάτων Σχετική διάμετρος (mm) Πέτρες >2 Λεπτή γη χονδρή άμμος ,2 ( μm) λεπτή άμμος ,2-0,06 (200-60μm) Ιλύς ,06-0,002 (60-2μm) Αργιλος <0,002 (<2μm) Το ευρωπαϊκό σύστημα συμπεριλαμβανομένου και του αγγλικού συστήματος χρησιμοποιούν το 60 μm ως όρια μεταξύ λεπτής άμμου και ιλύος. Το αμερικανικό σύστημα χρησιμοποιεί 50 μm. Για πρακτικούς Λόγους η χονδρή και η λεπτή άμμος χαρακτηρίζονται με τον όρο άμμος.

8 ΠΙΝΑΚΑΣ 5.3 Κατηγορίες μηχανικών κλασμάτων όπως εφαρμόζεται στην Ελλάδα
Κατηγορία μηχανικών κλασμάτων Σχετική διάμετρος (mm) Βράχοι Λίθοι Πέτρες Χαλίκια σκελετικά υλικά >600 200-75 75-2 Αμμος Ιλύς Άργιλος λεπτή γη 2-0,02( μm) 0,02-0,002 (20-2 μm) <0,002 (<2 μm)

9 Η μηχανική σύσταση του εδάφους αναφέρεται στις σχετικές αναλογίες των
Η μηχανική σύσταση του εδάφους αναφέρεται στις σχετικές αναλογίες των συστατικών (άμμου, ιλύος, αργίλου) ενός εδάφους. Με βάση τη μηχανική σύσταση διακρίνονται κλάσεις εδαφών. Οι αυτές κλάσεις εδαφών καταλαμβάνουν ορισμένη θέση και χώρο σε ένα ισοσκελές τρίγωνο το οποίο ονομάζεται τρίγωνο μηχανικής σύστασης των εδαφών. Στην εικόνα (5.1) παρουσιάζονται δύο τρίγωνα μηχανικής σύστασης. Το τρίγωνο (α) είναι κατά το αμερικάνικο (USDΑ) σύστημα και το τρίγωνο (β) είναι κατά το αγγλικό (UΚ) σύστημα. Οι πλευρές των τριγώνων μηχανικής ανάλυσης φέρουν διαιρέσεις σε ποσοστά από % που αντιστοιχούν στα τρία μηχανικά κλάσματα (άμμος, ιλύς, άργιλος).

10 80% αντίστοιχα. Όσο το ποσοστό της αργίλου αυξάνει τόσο αυξάνει και η
Σημειώνεται ότι η άργιλος έχει μεγάλη επίδραση στη δομή του εδάφους. Ένα έδαφος με 40% άργιλο φέρει τις ιδιότητες της αργίλου, ενώ απεναντίας για να αποδοθούν στο έδαφος οι ιδιότητες της άμμου ή της ιλύος, τα μηχανικά κλάσματα της άμμου και της ιλύος πρέπει να ανέρχονται σε ποσοστά 87% και 80% αντίστοιχα. Όσο το ποσοστό της αργίλου αυξάνει τόσο αυξάνει και η ενεργός επιφάνεια της στερεής φάσης του εδάφους που έρχεται σε επαφή με την υγρή και την αέρια φάση του εδάφους. Στον πίνακα (5.4) παρουσιάζεται η σχέση μεταξύ μεγέθους κλασμάτων του εδάφους και ολικής επιφάνειας αυτών ανά 1g Με την αύξηση της επιφανείας των συστατικών του εδάφους αυξάνονται και οι χημικές δραστηριότητες που παρατηρούνται στα συστατικά αυτά

11

12

13 Θα μπορούσε να θεωρηθεί ότι και η γονιμότητα του εδάφους αυξάνει με την αύξηση της επιφάνειας των συστατικών αυτών. Η γονιμότητα του εδάφους δεν εξαρτάται μόνο από το ποσοστό του εδάφους σε άργιλο, αλλά εξαρτάται και από άλλους παράγοντες όπως π.χ. φυσικές ιδιότητες, κακός αερισμός, κακή στράγγιση κ.λ.π που μειώνουν ή και επηρεάζουν αρνητικά τη γονιμότητα. Οι πέτρες και τα χαλίκια όσο και τα κλάσματα της άμμου αποτελούνται κατά βάση από θραύσματα με ποικίλη σύνθεση ορυκτών που είναι προϊόντα αποσάθρωσης. Στην άργιλο επικρατούν τα ορυκτά της αργίλου, τα οξείδια και τα υδροξείδια του αργιλίου και σιδήρου. Στην εικόνα (5.2) παρουσιάζεται η διανομή των ορυκτών στα μηχανικά κλάσματα του εδάφους

14 ΠΙΝΑΚΑΣ 5.4 Μέγεθος κλασμάτων εδάφους (λεπτής γης) αριθμός κόκκων και
ολική επιφάνεια ανά 1 g Διάμετρος mm Αριθμός κόκκων ανά g Επιφάνεια m2/g 2,00-1,00 1,00-0,50 0,50-0,25 0,25-0,20 0,2-0,10 0,10-0,002 0,02-0, ,0002 πολύ χονδρή άμμος χονδρή άμμος μέση άμμος λεπτή άμμος πολύ λεπτή Άμμος χονδρή ιλύς Ιλύς χονδρή άργιλος 5χ102 103 5χ105 5χ108 5χ1011 20 100 200 2000 20000* *Σημειώνεται ότι g μοντμοριλλονιτικής αργίλου παρουσιάζει επιφάνεια m2 περίπου. Η διαφορά οφείλεται στην ύπαρξη εσωτερικής επιφάνειας στο μοντμοριλλονίτη.

15

16 Τα εδάφη κατατάσσονται σε τρεις βασικές ομάδες:
τα αμμώδη ή ελαφρά εδάφη, τα ττηλώδη ή μέσης σύστασης και τα αργιλώδη ή βαριά εδάφη. Στις τρεις αυτές ομάδες περιλαμβάνονται οι παρακάτω κλάσεις: αμμώδες έδαφος : αμμώδες (Sandy) αμμοπηλώδες (Sandy loam) ττηλώδες έδαφος : πηλοαμμώδες (loamy Sand ) αμμοαργιλοπηλώδες (Sandy clay loam) πηλώδες (loam) ιλυοπηλώδες (silty loam) ιλυοαργιλοπηλώδες (silty clay loam) ιλυώδες (silty) αργιλώδες έδαφος : αργιλοπηλώδες (clay loam) ιλυοαργιλώδες (silty clay ) αργιλοαμμώδες (Sandy clay) αργιλώδες (clay)

17

18 5.4. Μηχανική σύσταση των εδαφών και ιδιότητες των εδαφών
Τα πλεονεκτήματα και προβλήματα (από γεωργική άποψη π.χ. κατεργασία, σπορά, συγκομιδή, παραγωγικότητα) των εδαφών σε σχέση με τη μηχανική σύσταση συνοψίζονται ως εξής: Πηλώδη εδάφη (loams) Πλεονεκτήματα : -Εύκολη στράγγιση του πλεονάζοντος νερού. -Καλή συγκράτηση του νερού από το έδαφος για χρήση των φυτών. -Εύκολη κατεργασία του εδάφους σε μεγάλο εύρος περιεκτικότητας νερού. -Καλός εφοδιασμός των φυτών με θρεπτικά στοιχεία του εδάφους. Προβλήματα: -Όχι σοβαρά.

19 Εδάφη υε χονδοόκοκκη άυυο Πλεονεκτήματα : -Εύκολη στράγγιση.
Πλεονεκτήματα : Εύκολη στράγγιση. -Εύκολη κατεργασία του εδάφους. -Το έδαφος θερμαίνεται εύκολα και πιο γρήγορα την άνοιξη, διευκολύνοντας την πρώιμη σπορά. Προβλήματα : Μικρή ικανότητα συγκράτησης του νερού, άρα δεν εφοδιάζουν τα φυτά με επαρκές νερό. -Μικρή ικανότητα συγκράτησης των θρεπτικών στοιχείων για τη θρέψη των φυτών. -Τα θρεπτικά στοιχεία εύκολα εκπλύνονται και μετακινούνται στους βαθύτερους ορίζοντες της εδαφικής κατατομής

20 Εδάφη με λεπτόκοκκη άυυο και ιλυώδη εδάφη
Πλεονεκτήματα : -Εύκολη κατεργασία. Προβλήματα : -Εύκολη διάβρωση. -Τα εδάφη αυτά υφίστανται συμπίεση με τις σταγόνες της βροχής και σχηματίζεται μία επιφανειακή κρούστα από ιλύ. Στα εδάφη αυτά παρεμποδίζεται το φύτρωμα των σπόρων πολλών φυτών (π.χ. βαμβάκι, σουσάμι).

21 Αονιλώδη εδάφη Πλεονεκτήματα -Καλός εφοδιασμός των φυτών με θρεπτικά στοιχεία. -Καλή συγκράτηση των θρεπτικών στοιχείων από την άργιλο. Τα θρεπτικά στοιχεία δεν εκπλύνονται εύκολα. -Καλή συγκράτηση του νερού και καλός εφοδιασμός των φυτών με νερό.

22 Προβλήματα : -Κακή στράγγιση του πλεονάζοντος νερού, άρα εύκολη κατάκλυση. -Για την κατεργασία του εδάφους χρειάζονται μηχανήματα μεγάλης ισχύος. -Στα εδάφη αυτά όταν είναι υγρά βουλιάζουν τα μηχανήματα ή τα ζώα. -Τα εδάφη αυτά όταν είναι ξηρά είναι πολύ δύσκολο να υποστούν κατεργασία. -Μπορούν να οργωθούν μόνον όταν το ποσοστό εδαφικής υγρασίας βρίσκεται σε πολύ στενό εύρος. -Τα εδάφη αυτά θερμαίνονται πολύ αργά την άνοιξη, άρα η σπορά καθυστερεί.

23 -Δυσκολίες στην άροση και φθορά των μηχανημάτων.
Πετρώδη εδάφη Προβλήματα -Τα καλλιεργούμενα φυτά στα εδάφη αυτά υποφέρουν από την ξηρασία, εξαιτίας του μικρού όγκου εδάφους που δεν επιτρέπει τη συγκράτηση αρκετού νερού. -Δυσκολίες στην άροση και φθορά των μηχανημάτων. -Αυξημένες απώλειες θρεπτικών στοιχείων εξαιτίας της έκπλυσης

24 5.5. Μέθοδοι προσδιορισμού της μηχανικής σύστασης. Μηχανική ανάλυση
Εμπειρική μέθοδος: Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται από όσους έχουν αποκτήσει πείρα εκτίμησης της μηχανικής σύστασης του εδάφους με την αφή. Σύμφωνα με τη μέθοδο αυτή ποσότητα εδάφους διαβρέχεται με λίγο νερό στο χέρι και πλάθεται ώστε να διαβρεχτεί το έδαφος ομοιόμορφα. Στη συνέχεια το βρεγμένο έδαφος συμπιέζεται με το μεγάλο δάκτυλο, που συγχρόνως γλιστράει στην επάνω επιφάνεια του βρεγμένου εδάφους. Τα αμμώδη εδάφη σχηματίζουν αδρή επιφάνεια, τα πηλώδη σχετικά λεία επιφάνεια αλλά όχι γυαλιστερή, ενώ στα αργιλώδη εδάφη η επιφάνεια που σχηματίζεται είναι λεία και γυαλιστερή

25 Εργαστηριακές μέθοδοι. Η προσθήκη του παραπάνω διαλύματος αποβλέπει :
Πριν από κάθε μηχανική ανάλυση του εδάφους είναι απαραίτητο να διαχωριστούν τα μηχανικά κλάσματα του εδάφους. Για το λόγο αυτό η οργανική ουσία καταστρέφεται με τη χρήση υπεροξειδίου του υδρογόνου (Η2Ο2). Είναι γνωστό ότι η οργανική ουσία συνενώνει τα μηχανικά συστατικά του εδάφους και παρεμποδίζει τη διασπορά. Με τη μηχανική ανάλυση του εδάφους προσδιορίζονται τα ποσοστά των μηχανικών κλασμάτων. Στη συνέχεια καταβάλλεται προσπάθεια διασποράς του εδάφους με διάφορα χημικά αντιδραστήρια. Για το σκοπό αυτό σε ένα λίτρο νερού διαλύονται 50 g μεταφωσφορικού νατρίου και 7 g άνυδρου ανθρακικού νατρίου. Το έδαφος υφίσταται κατεργασία με το παραπάνω διάλυμα. Η προσθήκη του παραπάνω διαλύματος αποβλέπει : Στην αύξηση του ανταλλάξιμου νατρίου στο έδαφος προκειμένου να επιτευχθεί απώθηση μεταξύ των εδαφικών σωματιδίων. Με την προσθήκη του μεταφωσφορικού νατρίου, το μεταφωσφορικό νάτριο προσροφάται στις θετικά φορτισμένες επιφάνειες των οξειδίων του αργιλίου του εδάφους και του καολινίτη, με αποτέλεσμα να παρεμποδίζεται η έλξη του από την άργιλο που φέρει αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο. Με την προσθήκη ανθρακικών υψώνεται η τιμή του ρΗ του διαλύματος με αποτέλεσμα την απομάκρυνση των θετικών φορτίων

26 Τα εδαφικά κλάσματα θεωρούνται ως σωματίδια σφαιρικού σχήματος.
Οι εργαστηριακές μέθοδοι προσδιορισμού των μηχανικών κλασμάτων του εδάφους στηρίζονται άμεσα ή έμμεσα στην ταχύτητα καθιζήσεως των κλασμάτων του εδάφους. Τα εδαφικά κλάσματα θεωρούνται ως σωματίδια σφαιρικού σχήματος. Η ταχύτητα καθίζησης των σφαιρικών σωματιδίων σ' ένα υγρό δίνεται από το νόμο του Stokes. Σύμφωνα με το νόμο αυτόν η ταχύτητα καθίζησης είναι ανάλογος του τετραγώνου της διαμέτρου των σωματιδίων. Ο τύπος του νόμου του Stokes έχει αναλυτικά ως εξής : ν = 2 g r2 ( ρς - ρ1 ) / 9 n

27 ν η ταχύτητα καθίζησης των σωματιδίων (ms-1)
όπου ν η ταχύτητα καθίζησης των σωματιδίων (ms-1) r η ακτίνα των σωματιδίων (m) g η επιτάχυνση της βαρύτητας (9,81ΝΚg~1) ρς η πυκνότητα των σωματιδίων (2600 Κg m-3 είναι η μέση τιμή στα εδαφικά σωματίδια) ή πυκνότητα του υγρού αιώρησης (998 Κg m-3 στους 20°0 για το νερό) n o συντελεστής ιξώδους του υγρού αιώρησης (1,002 χ 10~3 ΝM-2 στους 20°0 για το νερό) ρt

28 Εκτός από την προηγούμενη μέθοδο η οποία στηρίζεται στην ταχύτητα καθίζησης των εδαφικών σωματιδίων υπάρχουν και άλλες εργαστηριακές μέθοδοι, οι οποίες εμμέσως στηρίζονται στην ταχύτητα καθίζησης αυτών. Οι εργαστηριακές αυτές μέθοδοι λέγονται πυκνομετρικές και στηρίζονται στην πυκνότητα του μίγματος ορισμένης ποσ'ότητας εδάφους σε ορισμένη ποσότητα μέσου διασποράς (π.χ. νερού). Οι πυκνομετρικές μέθοδοι είναι αθροιστικές, δηλαδή αναφέρονται σε σωματίδια μικρότερα μιας συγκεκριμένης κάθε φορά διαμέτρου. Στο σύστημα η πυκνότητα μεταβάλλεται μειούμενη συνεχώς και το πυκνόμετρο βυθίζεται σε μεγαλύτερο βάθος όσο τα μεγαλύτερης διαμέτρου σωματίδια καθιζάνουν. Στο εμπόριο υπάρχουν πολλά ειδικά πυκνόμετρα μηχανικής ανάλυσης, στα οποία γίνεται απευθείας ανάγνωση της ποσοστιαίας αναλογίας της ιλύος : αργίλου ή της αργίλου μόνο σε καθορισμένους χρόνους ανάλογα με τη θερμοκρασία του μίγματος και για τις οριακές διαμέτρους της ιλύος και της αργίλου. Από τα πιο γνωστά πυκνόμετρα που κυκλοφορούν είναι το πυκνόμετρο του Έλληνα εδαφοφυσικού Βουγιούκου, για το λόγο αυτό και η μέθοδος αυτή έχει επικρατήσει να ονομάζεται 'μέθοδος Βουγιούκου'

29 5.7. Γνωρίσματα της δομής του εδάφους (τύπος - μέγεθος -σταθερότητα)
Γνωρίσματα της δομής του εδάφους (τύπος - μέγεθος -σταθερότητα) /. Τύπος· Διακρίνονται τρεις ομάδες δομής ανάλογα με την ανάπτυξη των στοιχειωδών μονάδων στο χώρο σε τρεις κάθετους μεταξύ τους άξονες. Όταν και οι τρεις άξονες είναι ίσοι μεταξύ τους τότε έχουμε την κυβοειδή ανάπτυξη, όταν ο κατακόρυφος άξονας είναι μικρότερος των δύο οριζοντίων αξόνων τότε έχουμε την πλακοειδή ανάπτυξη και, τέλος, όταν ο κατακόρυφος άξονας είναι επιμηκέστερος των άλλων αξόνων τότε έχουμε την πρισματική ανάπτυξη. Οι τρεις ομάδες διακρίνονται σε επτά τύπους ανάλογα με τη γεωμετρική τελειότητα ανάπτυξης του σχήματος τους.

30 Πλακοειδής Στη δομή του τύπου αυτού τα συσσωματώματα ή οι ομάδες κόκκων αποτελούν λεπτές πλάκες μερικές φορές φακοειδείς ή και φύλλα (εικόνα 5.3). Εικόνα 5.3. Πλακοειδής δομή του εδάφους

31 Ο τύπος της πλακοειδούς δομής ανευρίσκεται συχνά στην επιφάνεια των παρθένων εδαφών αλλά και στους βαθύτερους εδαφικούς ορίζοντες της εδαφικής κατατομής. Συχνά ο τύπος της δομής αυτής προέρχεται από μητρικό υλικό και ιδιαίτερα όταν το υλικό αυτό είναι αλούβιο, ή το υλικό προέρχεται από αποθέσεις παγετώνων

32 Πρισματική Στον τύπο της δομής αυτής τα συσσωματώματα είναι κατακόρυφες στήλες πρισματοειδείς με επίπεδο και σαφή κορυφή (εικόνα 5.4). Το μήκος των συσσωματωμάτων διαφέρει στα διάφορα εδάφη, η δε διάμετρος αυτών στην οριζόντια διατομή μπορεί να φθάσει και να υπερβεί τα 15 cm. Εικόνα Πρισματική δομή των εδαφών Η πρισματική δομή συνήθως βρίσκεται στους βαθύτερους ορίζοντες της εδαφικής κατατομής των ξηρών και ημίξηρων περιοχών. Αυτό συμβαίνει σε πολλά εδάφη της χώρας μας.

33 Στυλοειδής Στη στυλοειδή δομή η κορυφή των πρισμάτων δεν είναι επίπεδη αλλά αποστρογγυλεμένη (εικόνα 5.5). Όταν το έδαφος παρουσιάζει στυλοειδή δομή τότε η εδαφική κατατομή αλλάζει και ορισμένοι εδαφικοί ορίζοντες υφίστανται υποβάθμιση ή μερικά υποβαθμίζεται η δομή του εδάφους. Εικόνα 5.5. Στυλοειδής δομή του εδάφους

34 Κυβοειδής Στην κυβοειδή δομή (εικόνα 5.6) τα συσσωματώματα είναι περίπου κυβοειδή αλλά μη κανονικά με διαστάσεις από 1cm ή μικρότερες μέχρι 10 cm. Οι ακμές και οι έδρες διακρίνονται καλά. Η κυβοειδής δομή του εδάφους βρίσκεται στους βαθύτερους ορίζοντες της εδαφικής κατατομής και ο βαθμός ανάπτυξης της δομής αυτής επηρεάζει πολύ τη στράγγιση, τον αερισμό και την αύξηση του ριζικού συστήματος. Εικόνα 5.6. Κυβοειδής δομή του εδάφους

35 5.7.5. Κυβοειδής υττογωνιώδης
Στη δομή αυτή παρουσιάζονται τα ίδια χαρακτηριστικά με την κυβοειδή με μόνη διαφορά οι ακμές και οι κορυφές της κυβοειδούς ανάπτυξης είναι αποστρογγυλεμένες. Οι βαθύτεροι εδαφικοί ορίζοντες της εδαφικής κατατομής χαρακτηρίζονται από τη δομή του τύπου αυτού που επηρεάζει τελικά τις ιδιότητες των εδαφών αυτών. Στην εικόνα (5.7) παρουσιάζεται η κυβοειδής υπογωνιώδης δομή του εδάφους. Εικόνα 5.7. Κυβοειδής υπογων/ώδης δομή του εδάφους

36 Κοκκώδης Στην κοκκώδη δομή (εικόνα 5.8) τα συσσωματώματα έχουν σφαιροειδές σχήμα και διάμετρο μικρότερη από 1,2 cm. Τα συσσωματώματα αποχωρίζονται με ευκολία. Η ύγρανση των εδαφών που παρουσιάζουν κοκκώδη δομή δεν προκαλεί απόφραξη των πόρων του εδάφους εξαιτίας διόγκωσης των δομικών στοιχείων με την ευκολία που θα συνέβαινε αν το έδαφος είχε κυβοειδή δομή. Εικόνα 5.8. Κοκκώδης δομή του εδάφους Η κοκκώδης δομή είναι χαρακτηριστική των επιφανειακών εδαφικών οριζόντων πολλών εδαφών και ιδιαίτερα εκείνων που περιέχουν πολύ οργανική ουσία. Η κοκκώδης δομή, όπως είναι φυσικό, επηρεάζεται από τις ποικίλες καλλιεργητικές φροντίδες και τις επεμβάσεις που εφαρμόζονται στο έδαφος.

37 Όταν τα συσσωματώματα της κοκκώδους δομής είναι πολύ πορώδη τότε η
Ψιχοειδής Όταν τα συσσωματώματα της κοκκώδους δομής είναι πολύ πορώδη τότε η δομή καλείται ψιχοειδής. Η ψιχοειδής δομή είναι χαρακτηριστική των επιφανειακών οριζόντων πολλών εδαφών. Με την περιγραφή των διάφορων κατηγοριών δομής του εδάφους προκύπτει ότι στην ίδια εδαφική κατατομή μπορεί να υπάρχουν δύο ή και τρεις κατηγορίες δομής του εδάφους. Στα περισσότερα Ελληνικά γεωργικά εδάφη απαντά η κοκκώδης δομή στους επιφανειακούς ορίζοντες του εδάφους και η πρισματική δομή στους βαθύτερους εδαφικούς ορίζοντες. Στις υγρές εύκρατες περιοχές το υπέδαφος έχει κυβοειδή δομή, υπογωνιώδη, κυβοειδή ή και πλακοειδή δομή χωρίς βέβαια να αποκλείεται και η κοκκώδης δομή στους βαθύτερους ορίζοντες της εδαφικής κατατομής.

38 //. Μέγεθος Όταν επικρατούν παρατεταμένες ξηρασίες ή συχνές διαδοχικές ξηράνσεις και επαναδιυγράνσεις των εδαφών, παρατηρούνται στα εδάφη συρρικνώσεις και διογκώσεις. Το αποτέλεσμα των συνθηκών αυτών είναι ο θρυμματισμός των δομικών μονάδων στα σημεία διαχωρισμού τους. Η έκταση του θρυμματισμού αυτού εξαρτάται από το ποσοστό της αργίλου στο έδαφος και από το είδος των

39 Το μέγεθος των μονάδων δομής έχει μεγάλη σημασία για την υποδοχή των
ανταλλάξιμων κατιόντων που υπάρχουν στις επιφάνειες της αργίλου. Σε εδάφη με μεγάλο ποσοστό αργίλου και με μεγάλο ποσοστό ανταλλάξιμου νατρίου (Να+) παρατηρείται ο σχηματισμός των μεγαλύτερων μονάδων δομής. Σε εδάφη όμως με μικρότερη περιεκτικότητα σε άργιλο και με ανταλλάξιμο ασβέστιο στην άργιλο δημιουργούνται μικρότερες μονάδες δομής. Το μέγεθος των μονάδων δομής έχει μεγάλη σημασία για την υποδοχή των σπόρων κατά τη σπορά και την κανονική αύξηση των ριζών και την ανάπτυξη του υπέργειου τμήματος των φυτών. Είναι κατανοητό ότι μεγάλες μονάδες δομής δημιουργούν πόρους μεγάλους ώστε το νεαρό ριζίδιο κατά την βλάστηση του σπόρου εκτίθεται στον αέρα και σε περιοχές χωρίς νερό με αποτέλεσμα να καταπονείται πολύ. Σε βάθος 5-10 cm από τον επιφανειακό ορίζοντα του εδάφους το μέγεθος των συσσωματωμάτων επηρεάζει τη δομή και το μέγεθος των πόρων του εδάφους.

40 ///. Σταθερότητα Συσσωματώματα σταθερά στη διαβροχή αλλά και στις κρούσεις των σταγόνων της βροχής επιτρέπουν την άμεση διήθηση του νερού στο εσωτερικό του εδάφους. Η διαβρωσιμότητα των εδαφών εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, μεταξύ των οποίων είναι η δράση των νερών της βροχής και το μέγεθος των συσσωματωμάτων. Η διάβρωση που προέρχεται από τη δράση των νερών της βροχής χαρακτηρίζεται από τις δύο παρακάτω διεργασίες : α) Τη διασπορά των συσσωματωμάτων του εδάφους με αποτέλεσμα το σχηματισμό λεπτών κόκκων ή λεπτών εδαφικών σωματιδίων και β) Την απομάκρυνση των λεπτών κόκκων ή των εδαφικών σωματιδίων από τους καλλιεργητικούς βόλους του εδάφους. Η διάσπαση των καλλιεργητικών βόλων του εδάφους οφείλεται στη δύναμη πρόσκρουσης των σταγόνων της βροχής και στη μεγάλη κινητική ενέργεια και ορμή αυτών. Όσο μεγάλη είναι η ένταση της καταιγίδας τόσο μεγάλες είναι οι σταγόνες της βροχής και επομένως η ταχύτητα αυτών μεγαλύτερη.

41 Η διάμετρος των σταγόνων βροχής μιας τυπικής, ελαφριάς, σε ένταση βροχόπτωσης είναι περίπου 1 mm και η τελική ταχύτητα αυτών σχεδόν 3,8msec-1. Σε δυνατές καταιγίδες η διάμετρος των σταγόνων της βροχής είναι 4,5 mm και η τελική ταχύτητα αυτών 9 m sec-1. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα οι σταγόνες με διάμετρο 4,5 mm, να έχουν κινητική ενέργεια 500 φορές μεγαλύτερη και ορμή 200 φορές μεγαλύτερη από τις σταγόνες βροχής με τη μικρότερη διάμετρο. Επομένως, όσο πιο σφοδρή είναι η καταιγίδα, τόσο πιο έντονο ψιλοχωμάτισμα προκαλούν οι σταγόνες της βροχής στο έδαφος. Καταιγίδα με ένταση 5 cm h-1 έχει καταστροφική ενέργειαm 5,6 Κνν ανά εκτάριο. Όταν η ένταση της καταιγίδας προσεγγίζει τα 7,5 cm h-1 τότε η καταστροφική ενέργεια ανέρχεται σε 520 Κw ανά εκτάριο, δηλαδή σχεδόν 100 φορές μεγαλύτερη. Οι βροχοπτώσεις έντασης 2-3 cm h-1 δεν προκαλούν ψιλοχωμάτισμα στους καλλιεργητικούς βόλους του εδάφους. Οι σταγόνες της βροχής διαβρέχουν τους καλλιεργητικούς βόλους του εδάφους, που ανάλογα με το μέγεθος της δύναμης πρόσκρουσης προκαλείται σε μικρό ή μεγάλο βαθμό ψιλοχωμάτισμα αυτών με αποτέλεσμα τη διάβρωση του υδατοκορεσμένου εδάφους.

42 Οι μεταφερόμενοι με τα νερά της επιφανειακής απορροής λεπτοί εδαφικοί κόκκοι της άμμου έχουν διάμετρο 0,2 mm. Τα αποτελέσματα της διάβρωσης του υδατοκορεσμένου εδάφους είναι : α) Τα εδαφικά σωματίδια που περιέχουν εδαφικό χούμο διασπείρονται στο νερό και απομακρύνονται με τα νερά της επιφανειακής απορροής. Ο επιφανειακός χούμος του εδάφους είναι καθοριστικός στη διάβρωση ιδίως μετά την πυρκαγιά. Οι ιδιότητες του χούμου αναφέρονται στο υποκεφάλαιο 7.6. του βιβλίου αυτού. β) Δε μεταφέρονται με τα νερά απορροής οι χονδρότεροι κόκκοι της άμμου με αποτέλεσμα η μηχανική σύσταση του εδάφους να γίνεται χονδροαμμώδης

43 γ) Τα λεπτά εδαφικά σωματίδια που βρίσκονται σε διασπορά στο νερό Φράσσουν τους μεγαλύτερους πόρους του επιφανειακού στρώματος του εδάφους, που σε συνδυασμό με τη διάσπαση και επιπεδοποίηση των καλλιεργητικών βόλων του εδάφους δημιουργούν ένα συμπαγές στρώμα. Σε ορισμένες περιπτώσεις το στρώμα αυτό προφυλάσσει το έδαφος από την καταστροφική επίδραση των δυνάμεων πρόσκρουσης των σταγόνων της βροχής. Εκτός από τους παραπάνω μηχανισμούς διάβρωσης του υδατοκορεσμένου εδάφους από τις σταγόνες της βροχής, οι σταγόνες αυτές συμμετέχουν στη διάβρωση με τους μηχανισμούς αναπήδησης. Σ' αυτήν την περίπτωση τα "πιτσιλίσματα" των μικρών σταγόνων με την πορεία της αναπήδησης απομακρύνουν τα λεπτότερα εδαφικά σωματίδια ακόμη και σε απόσταση μέχρι και ενός μέτρου.

44 5.8. Πυκνότητα εδαφικών σωματιδίων
Ένα έδαφος που έχει ξηραθεί σε κλίβανο αποτελείται από στερεά σωματίδια και από πόρους γεμάτους αέρα. Η πυκνότητα των εδαφικών αυτών σωματιδίων καθορίζεται ως η μάζα της μονάδας του όγκου των στερεών σωματιδίων του εδάφους και εκφράζεται σε g/cm3. Η πυκνότητα των στερεών σωματιδίων (κόκκων) χαρακτηρίζεται ως η πραγματική πυκνότητα του εδάφους και είναι σχετικά σταθερή για όλα τα ανόργανα εδάφη με διακύμανση από 2,6 μέχρι 2,7 g/cm3. Τα στερεά συστατικά αποτελούνται κατά κύριο λόγο από χαλαζία, αστρίους και από μερικά άλλα πυριτικά ορυκτά καθώς και από τα ορυκτά της αργίλου με πυκνότητα που κυμαίνεται στα παραπάνω όρια. Αλλά και τα εδάφη που προέρχονται από ασβεστόλιθους που εξακολουθούν να έχουν πολλά θραύσματα πρωτογενούς ασβεστόλιθου έχουν πυκνότητα που κυμαίνεται στα παραπάνω όρια. Τα οργανικά στερεά συστατικά του εδάφους έχουν μικρότερη πυκνότητα, συχνά μικρότερη από 0,5 g/cm3· Στα Ελληνικά εδάφη η οργανική ουσία περιέχεται στο έδαφος σε μικρές ποσότητες, επομένως η πυκνότητα στο σύνολο της δε διαφέρει σημαντικά από τις παραπάνω τιμές.

45 5.9. Φαινομενική πυκνότητα εδάφους
Φαινομενική πυκνότητα εδάφους καλείται η μάζα της μονάδας του όγκου ενός εδάφους στη φυσική του κατάσταση συνυπολογιζομένων και των πόρων αυτού. Η φαινομενική πυκνότητα εδάφους εκφράζεται σε g/cm3 εδάφους. Ας υποθέσουμε ότι 1 m3 εδάφους εμφανίζεται όπως το παρακάτω σχήμα και ότι η μάζα είναι 1,33 Mg· Ο όγκος 1 m3 περιλαμβάνει τα στερεά συστατικά και τους εδαφικούς πόρους. Η μάζα 1,33 Mg περιλαμβάνει μόνο τα στερεά συστατικά

46 υπολογισμός της φαινομενικής πυκνότητας του εδάφους έχει ως εξής :
Στην περίπτωση αυτή o υπολογισμός της φαινομενικής πυκνότητας του εδάφους έχει ως εξής : Φαινομενική πυκνότητα εδάφους =Db Μάζα ξηρού εδάφους /Όγκος εδάφους (στερεά + πόροι) Db= 1,33/1 = Μg/m3 Ή Db = 1,33 g/cm3 Όταν τα στερεά τεμαχίδια συμπιεστούν στη βάση ο κύβος εμφανίζεται όπως παρακάτω:

47 1/2 εδαφικοί πόροι ·· 1/2 στερεά σωματίδια 1,33 Mg Στην περίπτωση αυτή το 0,5m3 που περιέχει μόνο στερεά σωματίδια έχει μάζα 1,33 Μg. Ο υπολογισμός της πραγματικής πυκνότητας έχει ως εξής : Πραγματική πυκνότητα = Μάζα των στερεών/ Όγκος των στερεών Πραγματική πυκνότητα = 1,33/0, = 2,66 Μg/m3

48 5.10. Παράγοντες που επηρεάζουν τη φαινομενική πυκνότητα του εδάφους
5.10. Παράγοντες που επηρεάζουν τη φαινομενική πυκνότητα του εδάφους Επειδή η φαινομενική πυκνότητα του εδάφους σχετίζεται με τον όγκο των στερεών σωματιδίων του εδάφους και με τον όγκο των εδαφικών πόρων, εδάφη με μεγάλο ποσοστό εδαφικών πόρων σε σχέση με το ποσοστό των στερεών σωματιδίων, θα έχουν μικρότερη φαινομενική πυκνότητα από τα εδάφη που είναι περισσότερο συμπαγή και έχουν μικρότερο όγκο εδαφικών πόρων. Δηλαδή η φαινομενική πυκνότητα του εδάφους είναι κατά πολύ μικρότερη από τη πραγματική πυκνότητα των εδαφικών κόκκων.

49 Τα αμμώδη εδάφη κατά κανόνα δε σχηματίζουν συσσωματώματα και συνεπώς έχουν μικρό ποσοστό πόρων στο σύνολο τους και ως εκ τούτου μεγάλη σχετικά φαινομενική πυκνότητα. Τα λεπτόκοκκα εδάφη έχουν κόκκους που σχηματίζουν συσσωματώματα μεταξύ τους. Στα συσσωματώματα αυτά υπάρχουν πολλοί και σχετικά μεγαλύτεροι πόροι, με αποτέλεσμα η φαινομενική πυκνότητα των εδαφών αυτών να είναι μικρότερη.

50 Στα επιφανειακά αργιλικά, αργιλοπηλώδη και ιλυοπηλώδη εδάφη η φαινομενική πυκνότητα αυτών κυμαίνεται μεταξύ 1,0 και 1,6 g/cm3. Στα αμμώδη, αμμοπηλώδη και πηλοαμμώδη εδάφη η φαινομενική πυκνότητα κυμαίνεται μεταξύ 1,2 και 1,8 g/cm3. Τέλος, τα συμπαγή υπεδάφη, ανεξάρτητα από τη μηχανική σύσταση μπορεί να έχουν φαινομενική πυκνότητα μεγαλύτερη από 2 g/cm3 Υπάρχουν όμως εδάφη τα οποία έχουν μεν την ίδια μηχανική σύσταση αλλά διαφέρουν στην τιμή της φαινομενικής πυκνότητας. Η φαινομενική πυκνότητα του εδάφους είναι μεγαλύτερη στους βαθύτερους ορίζοντες της εδαφικής κατατομής διότι :

51 a) η περιεκτικότητα σε οργανική ουσία των βαθύτερων εδαφικών οριζόντων της εδαφικής κατατομής είναι μικρότερη από εκείνη των επιφανειακών στρωμάτων. b) Οι βαθύτεροι εδαφικοί ορίζοντες της εδαφικής κατατομής έχουν μικρότερη συσσωμάτωση και μικρότερο ποσοστό ριζών από τα επιφανειακά στρώματα του εδάφους. c) τα βαθύτερα στρώματα της εδαφικής κατατομής συμπιέζονται περισσότερο από τα επιφανειακά. Στην πράξη, η τιμή της φαινομενικής πυκνότητας, λαμβάνεται περίπου 1,35 g/cm3. Με την τιμή αυτή η μάζα ενός εδαφικού στρώματος και σε βάθος 20 cm είναι 270 τόνοι.

52 5.11. Πορώδες Πορώδες ενός εδάφους καλούμε το επί τοις εκατό (%) ποσοστό του όγκου του εδάφους, που βρίσκεται σε φυσική κατάσταση και καταλαμβάνεται από πόρους που σχηματίζονται μεταξύ των στερεών συστατικών του εδάφους. Οι πόροι του εδάφους καταλαμβάνονται από την αέρια και την υγρή φάση. Το πορώδες εξαρτάται από τη διάταξη των εδαφικών συσσωματωμάτων. Η σχέση που συνδέει το πορώδες, τη φαινομενική πυκνότητα εδάφους και την πραγματική πυκνότητα των στερεών του εδάφους είναι η εξής : φαινομενική πυκνότητα Πορώδες (%) = χ 100 πραγματική πυκνότητα των εδαφικών πόρων

53 5.12. Μέγεθος εδαφικών πόρων Μέγεθος εδαφικών πόρων
Μεγάλη σημασία για την ανάπτυξη των φυτών έχει κυρίως το μέγεθος των εδαφικών πόρων και η κατανομή διάφορων μεγεθών των εδαφικών πόρων και όχι το σύνολο αυτών. Διακρίνουμε τις εξής κατηγορίες εδαφικών πόρων : /. Μεγάλοι πόροι Οι εδαφικοί πόροι που έχουν διάμετρο μεγαλύτερη από 50 μm χαρακτηρίζονται ως μεγάλοι πόροι. Οι πόροι αυτοί επιτρέπουν την ευκολότερη κυκλοφορία του αέρα όταν το έδαφος βρίσκεται στην κατάσταση της υδατοϊκανότητας. Η καλή κυκλοφορία του αέρα και η στράγγιση του νερού στο έδαφος απαιτούν τη συνεχή διάταξη των πόρων αυτών στην κατακόρυφη κατεύθυνση. //. Μέσοι πόροι Οι εδαφικοί πόροι που έχουν διάμετρο μεταξύ 50 και 0,2 μm χαρακτηρίζονται μέσοι πόροι. Οι πόροι αυτοί συγκρατούν το νερό και τα θρεπτικά στοιχεία που είναι διαλυμένα σ' αυτό, και είναι διαθέσιμα στα φυτά.

54 ///. Μικροί πόροι Οι εδαφικοί πόροι που έχουν διάμετρο μικρότερη από 0,2 μm χαρακτηρίζονται ως μικροί πόροι. Οι πόροι αυτοί αποθηκεύουν εφεδρείες νερού και θρεπτικών στοιχείων. Το νερό και τα θρεπτικά στοιχεία στους πόρους αυτούς δεν είναι διαθέσιμα στα φυτά. Πολλοί επιστήμονες κατατάσσουν τους εδαφικούς πόρους ως εξής: Ι. Μεγάλοι πόροι με διάμετρο μεγαλύτερη από 50 μm. II. Μικροί πόροι με διάμετρο μικρότερη από 50 μm. Ενα αμμοπηλώδες έδαφος με 5 % ποσοστό κατ' όγκον οργανικής ουσίας, 39% άμμου, 20%ιλύος, 6% αργίλου , 15% μικρών πόρων και 15% μεγάλων πόρων του έχει καλή δομή. Διαπιστώνεται ότι δύο ιλυοπηλώδη εδάφη που έχουν μεγαλύτερο ποσοστό (κατ'όγκον) εδαφικών πόρων από ό,τι έχει το αμμοπηλώδες έδαφος. Το ιλυοπηλώδες έδαφος με την κακή δομή έχει μεγάλους πόρους σε μικρότερο ποσοστό κατ' όγκον από τα αμμοπηλώδη και ιλυοπηλώδη εδάφη που έχουν καλή δομή.

55

56 Κεφάλαιο 8 ΕΔΑΦΙΚΟ ΔΙΑΛΥΜΑ ΚΑΙ ΕΠΙΦΑΝΕΙΕΣ ΑΝΤΑΛΛΑΓΗΣ ΙΟΝΤΩΝ ΤΗΣ ΣΤΕΡΕΗΣ ΦΑΣΗΣ ΤΟΥ ΕΔΑΦΟΥΣ 8.1. Εισαγωγή Πολλές χημικές ιδιότητες του εδάφους επηρεάζονται από τις αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα μεταξύ του νερού του εδάφους και των επιφανειών των εδαφικών σωματιδίων. Το εδαφικό διάλυμα είναι ένα διάλυμα με μεγάλο εύρος κατιόντων, ανιόντων και οργανικών ενώσεων σε μικρές συγκεντρώσεις. Στο χωράφι το εδαφικό διάλυμα βρίσκεται πολύ κοντά στην κατάσταση της χημικής ισορροπίας.

57 Οι επιφάνειες της στερεής φάσης του εδάφους αντιδρούν με το νερό του εδάφους με δύο τρόπους :
Διάλυση και κατακρήμνισή των αλάτων και ορισμένων κατιόντων. Προσρόφηση και εκρόφηση από τις επιφάνειες των ορυκτών της αργίλου, από τις επιφάνειες του εδαφικού χούμου και από τις επιφάνειες του γκιψίτη, του αιματίτη, του γκαιτίτη, των ένυδρων υδροξειδίων του σιδήρου και των άμορφων υδροξειδίων του σιδήρου και αργιλίου.

58 8.2. Η ρυθμιστική ικανότητα του εδάφους
Οι ποσότητες των κατιόντων, ανιόντων και των οργανικών μορίων που συγκρατούνται στις επιφάνειες της στερεής φάσης του εδάφους είναι μεγαλύτερες από τις ποσότητες αυτών στο εδαφικό διάλυμα. Η σύνθεση του εδαφικού διαλύματος κατά περίεργο τρόπο μεταβάλλεται εντός στενών ορίων παρά το γεγονός ότι οι εδαφικές συνθήκες συνεχώς αλλάζουν εξαιτίας της ύγρανσης και ξήρανσης του εδάφους, των διακυμάνσεων της θερμοκρασίας του εδάφους, της πρόσληψης από τα φυτά, των θρεπτικών στοιχείων του εδαφικού διαλύματος και της ανοργανοποίησης της οργανικής ουσίας του εδάφους.

59 Η ικανότητα του εδάφους να αντιστέκεται στη μεταβολή της χημικής σύνθεσης του εδαφικού διαλύματος ονομάζεται ρυθμιστική ικανότητα. Η ρυθμιστική ικανότητα του εδάφους είναι χαρακτηριστική για κάθε τύπο εδάφους και είναι μεγάλης σημασίας ιδιότητα, διότι παρεμποδίζει τις απώλειες των θρεπτικών στοιχείων εξαιτίας της έκπλυσης. Επομένως η ρυθμιστική ικανότητα του εδάφους διατηρεί το επίπεδο των θρεπτικών στοιχείων στο εδαφικό διάλυμα και εξασφαλίζει τον εφοδιασμό των ριζών με θρεπτικά στοιχεία. Είναι γνωστό ότι όταν άλατα ή άλλα ανόργανα συστατικά προστεθούν στο νερό, οι ουσίες αυτές θα διαλυθούν και αρκετή ποσότητα από αυτές θα βρίσκεται στο διάλυμα. Η διαλυτότητα των ουσιών αυτών θα σταματήσει όταν η συγκέντρωση των ιόντων στο διάλυμα έχει φθάσει στην κατάσταση κορεσμού. Όταν όμως το νερό του διαλύματος εξατμιστεί τότε η συγκέντρωση των ιόντων του διαλύματος αυξάνεται και το διάλυμα καθίσταται υπέρκορο.

60 Η κατάσταση αυτή είναι ασταθής με αποτέλεσμα η κατακρήμνιση αλάτων ή άλλων χημικών ενώσεων να μειώνει τη συγκέντρωση των ιόντων και να οδηγεί το διάλυμα στην κατάσταση κορεσμού. Οι αρχές αυτές βρίσκουν εφαρμογή στην αποσάθρωση των ορυκτών στα εδάφη. Εξεταζόμενο το όλο θέμα από την άποψη της ρυθμιστικής ικανότητας του εδαφικού διαλύματος, το έδαφος έχει την τάση να διατηρεί το διάλυμα στην κατάσταση κορεσμού με πρωτεύοντα άλατα ή ορυκτά. Επομένως κατά τη διάρκεια της ξήρανσης και ύγρανσης του εδάφους, της έκπλυσης των θρεπτικών στοιχείων ή της πρόσληψης τους από τις ρίζες των φυτών, ή μετά από την εφαρμογή λιπασμάτων στο έδαφος, το εδαφικό διάλυμα έχει την τάση να επανέλθει και πάλι στη χημική του σύνθεση στην κατάσταση ισορροπίας. Οι ρυθμοί αποκατάστασης της χημικής ισορροπίας στο εδαφικό διάλυμα είναι βραδείς. Αυτό σημαίνει ότι το εδαφικό διάλυμα κανονικά δε βρίσκεται στην κατάσταση της χημικής ισορροπίας αλλά συχνά κοντά στην κατάσταση αυτή.

61 Υπάρχουν άλατα που είναι πολύ διαλυτά
Υπάρχουν άλατα που είναι πολύ διαλυτά. Το χλωριούχο νάτριο είναι ένα καλό παράδειγμα ιδιαίτερα για τις ξηρές περιοχές και για τα εδάφη που απαντούν στις περιοχές αυτές. Η γύψος έχει μικρότερο συντελεστή διαλυτότητας σε σχέση με τον συντελεστή διαλυτότητας του χλωριούχου νατρίου. Η γύψος απαντάται σε εδάφη των ημίξηρων περιοχών, αλλά όμως απομακρύνεται με τη διαλυμένη μορφή της στα βαθύτερα στρώματα της εδαφικής κατατομής σε περιοχές με αρκετά μεγάλο βροχομετρικό ύψος. Μετά τη γύψο ακολουθούν σε σειρά μειούμενης διαλυτότητας ο ασβεστίτης , οι άστριοι , οι μαρμαρυγίες , ο χαλαζίας , τα ορυκτά της αργίλου , ο γκιψίτης, ο γκαιτίτης, ο αιματίτης και τα υδροξείδια του σιδήρου και του αργιλίου. Αυτός είναι ο λόγος που σε υγρές και τροπικές συνθήκες υπερισχύουν τα ορυκτά γκιψίτης (ΑΙ(ΟΗ)3), γκαιτίτης , αιματίτης και τα ένυδρα υδροξείδια του σιδήρου κ. λ. π.. Τα πλέον διαλυτά άλατα και τα πλέον διαλυτά ορυκτά σε ξηρές περιοχές οδηγούν στην αλκαλίωση των εδαφικών διαλυμάτων σε αντίθεση με τις υγρές περιοχές όπου τα εδαφικά διαλύματα είναι αραιότερα

62 8.3. Το ηλεκτρικό φορτίο της στερεής φάσης του εδάφους και η ανταλλαγή ιόντων
Τα ορυκτά της αργίλου, ο γκιψίτης, ο γκαιτίτης, ο αιματίτης, τα ένυδρα υδροξείδια του σιδήρου, τα άμορφα υδροξείδια του σιδήρου και αργιλίου καθώς και ο εδαφικός χούμος, φέρουν ηλεκτρικά φορτία στις επιφάνειες τους. Αρκετά ορυκτά της αργίλου παρουσιάζουν αρνητικά ηλεκτρικά φορτία στις επιφάνειες τους. Τα φορτία αυτά εξουδετερώνονται από κατιόντα των μετάλλων ασβεστίου, μαγνησίου, καλίου, νατρίου κ. α. Τα ορυκτά οξείδια και υδροξείδια είναι μια ομάδα ορυκτών που περιλαμβάνει τα ορυκτά γκιψίτη , γκαιτίτη και αιματίτη που έχουν καλή κρυσταλλική δομή, τα ένυδρα υδροξείδια του σιδήρου που έχουν όχι καλή κρυσταλλική δομή και τα άμορφα υδροξείδια του σιδήρου και αργιλίου. Τα παραπάνω ορυκτά που έχουν κρυσταλλική δομή είναι φυλλόμορφα ορυκτά από φύλλα οξυγόνου ή υδροξυλίου σε οκταεδρική διάταξη με το αργίλιο ή με το σίδηρο. Στα ορυκτά αυτά τα πλακίδια τους συνδέονται με δεσμούς υδρογόνου, γέφυρες υδρογόνου, όπως τα ορυκτά του τύπου 1:1 και 2:2. Οι γέφυρες υδρογόνου στα .παραπάνω ορυκτά δημιουργούν

63 ισχυρούς δεσμούς με τα πλακίδια με αποτέλεσμα αυτά να συγκρατούνται ισχυρά μεταξύ τους τόσο που δεν επιτρέπουν την είσοδο του νερού. Για το λόγο αυτό δεν παρατηρείται στα ορυκτά αυτά διόγκωση. Στο κρυσταλλικό πλέγμα των ορυκτών αυτών δεν παρατηρείται ισόμορφη αντικατάσταση από ιόντα με διαφορετικά φορτία και για το λόγο αυτό δεν υπάρχει μόνιμο αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο. Στις θραυσιγενείς επιφάνειες των κρυστάλλων των οξειδίων και υδροξειδίων ή στις επιφάνειες των άμορφων οξειδίων και υδροξειδίων, είναι εκτεθειμένες ομάδες –ΑΙΟΗ FeΟΗ. Οι ομάδες αυτές έχουν επαμφοτερίζουσες ιδιότητες που άλλοτε αποδέχονται ιόντα υδρογόνου και άλλοτε χάνουν ιόντα υδρογόνου. Το ηλεκτρικό τους φορτίο εξαρτάται από το ρΗ του διαλύματος που βρίσκεται σε επαφή με τα ορυκτά αυτά. Σε όξινα εδάφη (χαμηλό ρΗ) τα ορυκτά αυτά φέρουν θετικό φορτίο

64 Σε αλκαλιωμένα εδάφη (υψηλό ρΗ) τα ορυκτά φέρουν αρνητικό φορτίο
ΑΙ -ΟΗ2+1 Σε ουδέτερα εδάφη τα ορυκτά αυτά έχουν ηλεκτρικό φορτίο μηδέν και αντιστοιχεί στο σημείο μηδενικού φορτίου) ΑΙ -ΟΗ' Σε αλκαλιωμένα εδάφη (υψηλό ρΗ) τα ορυκτά φέρουν αρνητικό φορτίο ΑΙ -Ο-

65 Τα εδάφη που το ηλεκτρικό τους φορτίο εξαρτάται από το ρΗ χαρακτηρίζονται ως εδάφη με ποικίλο ηλεκτρικό φορτίο Τα ανωτέρω οξείδια και υδροξείδια ελάχιστα συμβάλλουν στην CEC του εδάφους εκτός αν το ρΗ έχει τιμή μεγαλύτερη από το 7. Το ηλεκτρικό φορτίο των παραπάνω ορυκτών εξουδετερώνονται από ιόντα που έλκονται στην επιφάνεια τους. Σε υψηλό ρΗ τα κατιόντα συγκρατούνται στην επιφάνεια των ορυκτών αυτών και το φορτίο είναι μέρος της CEC του εδάφους. Η CEC του εδάφους είναι το άθροισμα του μόνιμου αρνητικού ηλεκτρικού φορτίου των ορυκτών του τύπου 2:1, του αρνητικού ηλεκτρικού φορτίου της οργανικής ουσίας και του αρνητικού ηλεκτρικού φορτίου των οξειδίων και υδροξειδίων. Σε χαμηλό ρΗ τα ανιόντα συγκρατούνται στις επιφάνειες των ορυκτών, η δε ικανότητα ανταλλαγής ανιόντων (ΑΕC) γενικά είναι μικρότερη από 1 cmolckg-1.

66 Στις θραυσιγενείς επιφάνειες του καολινίτη και των αλλοφανών παρατηρούνται είτε ηλεκτροθετικά είτε ηλεκτροαρνητικά φορτία. Τα ηλεκτρικά αυτά φορτία εξαρτώνται από το ρΗ του περιβάλλοντος των ορυκτών αυτών. Σε ρΗ<5,5 παρατηρούνται ηλεκτροθετικά φορτία και ηλεκτροαρνητικά σε ρΗ>5,5. Ο χούμος του εδάφους φέρει επιφάνειες με αρνητικό φορτίο και το ηλεκτρικό φορτίο αυξάνεται καθώς το ρΗ υψώνεται. Τα ανωτέρω ορυκτά και ο χούμος συμβάλλουν στο ηλεκτρικό φορτίο του εδάφους. Ύστερα από τα παραπάνω τα εδάφη κατατάσσονται σε τρεις κύριες ομάδες : Ομάδα Ι. Ανόργανα εδάφη στα οποία επικρατούν τα ορυκτά της αργίλου του τύπου 2:1 με αρνητικό φορτίο στις επιφάνειες τους. Ομάδα II. Οργανικά εδάφη στα οποία επικρατεί το αρνητικό φορτίο του χούμου, το οποίο ποικίλλει με το ρΗ του περιβάλλοντος. Ομάδα III. Ανόργανα εδάφη στα οποία επικρατούν ο γκιψίτης, ο γκαιτίτης, ο αιματίτης και τα ένυδρα υδροξείδια του σιδήρου, τα άμορφα υδροξείδια του σιδήρου και αργιλίου, ο καολινίτης και ο αλλοφανής. Στα εδάφη αυτά το ηλεκτρικό τους φορτίο ποικίλλει

67 εξαρτάται από τις ποσότητες : των ορυκτών της αργίλου,του χούμου,
Όπως είναι φυσικό δεν υπάρχει σαφής διαχωρισμός στις ομάδες αυτές των εδαφών. Το ηλεκτρικό φορτίο των επιφανειών της στερεής φάσης του εδάφους εξαρτάται από τις ποσότητες : των ορυκτών της αργίλου,του χούμου, του γκιψίτη, του γκαιτίτη, του αιματίτη, από τις ποσότητες των ένυδρων υδροξειδίων του σιδήρου και των άμορφων υδροξειδίων του σιδήρου και αργιλίου. Το ηλεκτρικό φορτίο των εδαφών που ανήκουν στις ομάδες II και III, εξαρτάται από το ρΗ και από τη σύνθεση του εδαφικού διαλύματος. Στα εδάφη των εύκρατων ζωνών επικρατούν τα ορυκτά της αργίλου του τύπου 2:1. Η αυξημένη αποσάθρωση που παρατηρείται στις υγρές τροπικές ζώνες της Γης δημιουργεί όξινα εδάφη που ανήκουν στην ομάδα III και αυτά μπορεί να φέρουν θετικό φορτίο και μόνο μικρές ποσότητες αρ.νητικών φορτίων. Εδάφη της ομάδας II υπάρχουν σε ψυχρές και υγρές ζώνες του πλανήτη. Στις ζώνες αυτές μπορεί να υπάρξουν τοπικές συνθήκες όπως π.χ. κακή στράγγιση του εδάφους, οι οποίες μπορούν να μειώσουν το ρυθμό αποσύνθεσης της οργανικής ουσίας. Τα εδάφη των έρημων περιοχών της Γης συνήθως έχουν μικρό ηλεκτρικό φορτίο, εξαιτίας της έλλειψης στα εδάφη αυτά της οργανικής ουσίας και των ορυκτών της αργίλου.

68

69 8.4. Η ικανότητα ανταλλαγής κατιόντων του εδάφους και ανταλλάξιμα κατιόντα
Μεγάλος αριθμός κατιόντων συγκρατούνται στις επιφάνειες της στερεής φάσης του εδάφους με ηλεκτροστατικές δυνάμεις, με σκοπό την εξουδετέρωση των αρνητικών ηλεκτρικών φορτίων τους. Η ικανότητα αυτή του εδάφους να συγκρατεί στις επιφάνειες της στερεής φάσης κατιόντα με σκοπό την εξουδετέρωση των αρνητικών τους φορτίων χαρακτηρίζεται ως ικανότητα ανταλλαγής κατιόντων του εδάφους . Η ικανότητα ανταλλαγής κατιόντων παρουσιάζεται στη διεθνή βιβλιογραφία για συντομία CEC και στην ελληνική βιβλιογραφία για συντομία ΙΑΚ. Τα κατιόντα που συνήθως συγκρατούνται με τον τρόπο αυτό είναι το ασβέστιο, μαγνήσιο, κάλιο, αμμώνιο, αυξημένες ποσότητες νατρίου στα αλατούχα και στα νατριωμένα εδάφη. Στα όξινα εδάφη κυριαρχούν τα ιόντα του αργιλίου και υδρογόνου. Καθένα από τα στοιχεία αυτά χαρακτηρίζεται ως ανταλλάξιμο π. χ. ανταλλάξιμο κάλιο, ανταλλάξιμο ασβέστιο, ανταλλάξιμο μαγνήσιο, ανταλλάξιμο αργίλιο, ανταλλάξιμο υδρογόνο κ. λ. π. Οι εργαστηριακές μέθοδοι για τον προσδιορισμό των ανταλλάξιμων κατιόντων και της ικανότητας ανταλλαγής κατιόντων του εδάφους περιγράφονται στη συνέχεια.

70 8.4.1. Προσδιορισμός των ανταλλάξιμων κατιόντων και της CEC σε ουδέτερα εδάφη.
Η μέθοδος περιλαμβάνει έκπλυση του εδάφους με διάλυμα 1 Μ οξικού αμμωνίου (ρΗ = 7), οπότε τα ανταλλάξιμα κατιόντα που αντικαθίστανται από τα αμμωνιακά ιόντα είναι δυνατόν να προσδιοριστούν. Κατά τη μέθοδο αυτή τα αρνητικά ηλεκτρικά φορτία που δημιουργούνται μετά την απομάκρυνση των ανταλλάξιμων κατιόντων εξουδετερώνονται από τα αμμωνιακά ιόντα και το διάλυμα του οξικού αμμωνίου παραμένει στο υγρό έδαφος. Στη συνέχεια, το διάλυμα αυτό απομακρύνεται με αιθανόλη. Κατόπιν ακολουθεί η απομάκρυνση του αμμωνίου από τη στερεή φάση με διάλυμα όξινο χλωριούχο κάλιο. Στη συνέχεια τα ΝΗ4+ προσμετρούνται οπότε προσδιορίζεται η τιμή της CEC. Η CEC εκφράζεται σε μονάδες cmolckg-1εδάφους ή σε meq/100g-1 εδάφους (1cmolckg-1εδάφους = 1 meq/100g-1 εδάφους ). Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται για εδάφη των εύκρατων περιοχών. Το οξικό αμμώνιο είναι ένα ρυθμιστικό διάλυμα και ανυψώνει το ρΗ του εδάφους κοντά στην τιμή ρΗ = 7. Θεωρείται πολύ χρήσιμο να προσδιορίζεται η CEC όλων των εδαφών στο ρΗ = 7 διότι στα εδάφη αυτά, με την ασβέστωση, επιδιώκεται αφενός η ανύψωση του ρΗ στην τιμή 7 και αφετέρου επιτυγχάνονται σταθερές συνθήκες, διότι το ηλεκτρικό φορτίο του χούμου εξαρτάται από το ρΗ του περιβάλλοντος . Με τη μέθοδο αυτή προσδιορίζονται οι χημικές ιδιότητες των ουδέτερων εδαφών όπως αυτές είναι στο εδαφικό δείγμα.

71 Στα όξινα εδάφη όμως παρατηρούνται σημαντικές αλλαγές όπως παρακάτω:
/. Τα ανταλλάξιμα κατιόντα Κ+, Ca2+ και Μg2+ προσμετρούνται. Τα ανταλλάξιμα κατιόντα του υδρογόνου (Η+) και του αργιλίου (ΑΙ ) δεν είναι δυνατόν να προσμετρηθούν, διότι το ρυθμιστικό διάλυμα εξουδετερώνει τα κατιόντα του υδρογόνου (Η+) τα δε κατιόντα του αργιλίου (ΑΙ3+) κατακρημνίζονται με τη μορφή ΑΙ(ΟΗ)3. //. Η CEC του εδάφους αυξάνεται με την ανύψωση του ρΗ. Η αύξηση αυτή είναι δυνατόν να είναι μικρή στα ανόργανα εδάφη με μικρό ποσοστό σε οργανική ουσία (ομάδα Ι). Η αύξηση όμως της CEC είναι μεγάλη στα οργανικά εδάφη και στα εδάφη με φορτίο που μεταβάλλεται (ομάδαII και III). Σημειώνεται ότι εδάφη που περιέχουν διαλυτά άλατα αποδεσμεύουν τα άλατα αυτά στο διάλυμα του οξικού αμμωνίου. Επομένως, στα ασβεστούχα εδάφη προσμετρούνται μεγαλύτερες ποσότητες ανταλλάξιμο Ca2+ ενώ στα αλκαλιωμένα εδάφη παρατηρούνται μεγαλύτερες τιμές στο ανταλλάξιμο Νa+, ανταλλάξιμο Ca +2 και ανταλλάξιμο Μg2+. Η αιθανόλη απομακρύνει το επιπλέον διάλυμα του οξικού αμμωνίου. Τα αμμωνιακά ιόντα (ΝΗ4+) που αντικαθίστανται από το διάλυμα του ΚCΙ δεν χάνονται με τη μορφή αμμωνίας γιατί το διάλυμα του ΚCΙ είναι όξινο.

72 προσδιορισμός των ανταλλάξιμων κατιόντων του Ca2+ και ανταλλάξιμων
. Ο προσδιορισμός των ανταλλάξιμων κατιόντων του Ca2+ και ανταλλάξιμων κατιόντων του Μg2 + γίνεται με τιτλοδότηση ή με τη συσκευή ατομικής απορρόφησης. Ο προσδιορισμός του ανταλλάξιμου καλίου γίνεται με την ατομική απορρόφηση και με το φλογοφωτόμετρο. Το φλογοφωτόμετρο μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για τον προσδιορισμό του ανταλλάξιμου ασβεστίου. Προσδιορισμός των ανταλλάξιμων κατιόντων και της CEC σε όξινα εδάφη Τα όξινα εδάφη είναι κορεσμένα με κατιόντα υδρογόνου (Η+) και κατιόντα αργιλίου (ΑΙ3+). Τα κατιόντα αυτά αντικαθίστανται από άλλα κατιόντα. Το μη ρυθμιστικό διάλυμα του 1Μ ΚCΙ είναι ένα διάλυμα που διέρχεται το έδαφος χωρίς να προκαλέσει αισθητή μεταβολή του ρΗ αυτού. Ο προσδιορισμός των ανταλλάξιμων κατιόντων του υδρογόνου (Η+) και του αργιλίου (ΑΙ3+) γίνεται με τιτλοδότηση με διάλυμα 0,01 Μ ΝaΟΗ. Τα ανταλλάξιμα κατιόντα του Ca2+ και του Μg2+ προσδιορίζονται όπως και στην περίπτωση των ουδετέρων εδαφών. Το ανταλλάξιμο κάλιο δεν προσδιορίζεται στα όξινα εδάφη, διότι στα εδάφη αυτά το ανταλλάξιμο κάλιο υπάρχει σε πολύ μικρές ποσότητες.

73 Η CEC υπολογίζεται με βάση το σύνολο των ανταλλάξιμων κατιόντων που αντικαθίστανται από το διάλυμα 1 Μ ΚCΙ. Στην περίπτωση αυτή η τιμή της ικανότητας ανταλλαγής των κατιόντων του εδάφους είναι μικρότερη της τιμής της ικανότητας ανταλλαγής κατιόντων σε ρΗ = 7 (η οποία είναι δυνατόν να προσμετρηθεί με τη μέθοδο του 1 Μ οξικού αμμωνίου ρΗ = 7). Η διαφορά αυτή οφείλεται στο μεταβλητό ηλεκτρικό φορτίο του χούμου, του γκιψίτη, του γκαιτίτη, του αιματίτη και των άλλων οξειδίων και υδροξειδίων. Για το λόγο αυτό η ικανότητα ανταλλαγής κατιόντων όπως προσδιορίζεται με τη μέθοδο του διαλύματος 1Μ ΚCΙ χαρακτηρίζεται ως ενεργός ικανότητα ανταλλαγής κατιόντων . Η ενεργός ικανότητα ανταλλαγής κατιόντων εκφράζει την πραγματική ικανότητα ανταλλαγής του εδάφους στο ρΗ και στη συγκέντρωση του εδαφικού διαλύματος του εδάφους σε φυσικές συνθήκες χωραφιού.

74 8.5. Παράγοντες που επηρεάζουν την ικανότητα ανταλλαγής κατιόντων του εδάφους
Οι τιμές της CEC του εδάφους κυμαίνονται από 2 μέχρι 60 cmolckg-1 και εξαρτώνται από την περιεκτικότητα του εδάφους σε άργιλο, από τον τύπο των ορυκτών της αργίλου και την περιεκτικότητα της αργίλου σε ορυκτά και από την περιεκτικότητα του εδάφους σε χούμο. • Τα ορυκτά της αργίλου Στον πίνακα (4.1) παρουσιάζονται οι τιμές της CEC των ορυκτών της αργίλου Ένα έδαφος που περιέχει 30% σμεκτίτες (100 cmolc kg-1 σμεκτίτη) θα έχει CΕC περίπου 30 cmolc kg-1 εδάφους όταν οι επιφάνειες είναι καθαρές και δεν έχουν υποβαθμιστεί

75 • Ο χούμος Ο χούμος διαθέτει ενεργό ηλεκτρικό φορτίο περίπου 1ΟΟ cmolc kg-1 χούμου, που σημαίνει ότι η συνεισφορά του χούμου στην CΕC του εδάφους πρέπει να είναι αξιόλογος. Επομένως σε έδαφος με περιεκτικότητα σε χούμο 4%, ο χούμος συνεισφέρει στο έδαφος αυτό CΕC μέχρι 4 cmolckg-1 εδάφους. Η συμβολή του χούμου στην CΕC του εδάφους εξαρτάται από το ρΗ του εδάφους, από τη συγκέντρωση του εδαφικού διαλύματος, από την αντίδραση του χούμου με τα ορυκτά του εδάφους και από την παρουσία των ορυκτών του γκιψίτη, του αιματίτη, του γκαιτίτη, των ένυδρων υδροξειδίων του σιδήρου και των άμορφων υδροξειδίων του σιδήρου και αργιλίου. Επίσης, εξαρτάται από τους χηλικούς δεσμούς που σχηματίζονται μεταξύ του χούμου και των κατιόντων (χαλκός, ψευδάργυρος, μαγγάνιο, σίδηρος, κλπ.).

76 • Οξείδια και υδροξείδια
• Οξείδια και υδροξείδια Τα ορυκτά της ομάδας του γκιψίτη, του γκαιτίτη, του αιματίτη, των ένυδρων υδροξειδίων του σιδήρου καθώς και των άμορφων υδροξειδίων του σιδήρου και του αργιλίου ελάχιστα συμβάλλουν στην CΕC του εδάφους εκτός αν το ρΗ είναι μεγαλύτερο του 7 (ρΗ>7). Σε εδάφη με ρΗ = 8,5 που είναι και το μέγιστο ρΗ των εδαφών, με εξαίρεση τα νατριωμένα, το αρνητικό φορτίο των ορυκτών αυτών είναι μόνο 2 cmolc kg-1 . Με βάση την τιμή αυτή και ότι το έδαφος είναι δυνατόν να περιέχει περίπου 5% από τα ορυκτά αυτά, το ηλεκτρικό φορτίο του εδάφους που προέρχεται απ' αυτά είναι 0,1 cmolc αρνητικό φορτίο kg~1 εδάφους. Η πραγματική τιμή της ικανότητας ανταλλαγής κατιόντων εξαρτάται από το ρΗ, από τη συγκέντρωση του εδαφικού διαλύματος, από την αντίδραση του χούμου με τα ορυκτά του εδάφους και από τις χηλικές ενώσεις μεταξύ του χούμου και των κατιόντων (χαλκός, ψευδάργυρος, μαγγάνιο, σίδηρο κ.λ.π.)..

77 Τύπος εδάφους CΕC (cmolc kg-1)
Αμμώδες 2-4 Αμμοττηλώδες 7-12 Πηλώδες 7-16 Ιλυοττηλώδες 9-26 Αργιλώδες και Αρνιλοττηλώδες 4-60

78 //. Η έκπλυση των θρεπτικών στοιχείων απομακρύνει από το έδαφος
8.6. Παράγοντες που επηρεάζουν τις ποσότητες των διάφορων ανταλλάξιμων κατιόντων του εδάφους Οι ποσότητες των ανταλλάξιμων κατιόντων που απαντούν στα εδάφη και διαμορφώνουν την CΕC αυτών εξαρτώνται από τις εισροές και τις εκροές όπως παρουσιάζονται στην εικόνα (8.1). Οι παράγοντες που επηρεάζουν τις ποσότητες των ανταλλάξιμων ιόντων των εδαφών είναι οι εξής : /. Η διάλυση των ορυκτών από τα νερά των βροχών και από τα νερά του φρεατίου ορίζοντα και η ατμοσφαιρική απόθεση στις παράκτιες ζώνες αποτελούν τις φυσικές εισροές για τα ανταλλάξιμα κατιόντα του εδάφους. Τα χημικά λιπάσματα μαζί με την ασβέστωση των εδαφών και τα νερά άρδευσης προσθέτουν αξιόλογα ποσά ανταλλάξιμων κατιόντων στα καλλιεργούμενα εδάφη. //. Η έκπλυση των θρεπτικών στοιχείων απομακρύνει από το έδαφος αξιόλογα ποσά κατιόντων. Η στερεή φάση του εδάφους χαρακτηρίζεται από την ικανότητα της εκλεκτικής προσρόφησης κατιόντων. Η εκλεκτική αυτή προσρόφηση και ιδιαίτερα η ισορροπία που επικρατεί μεταξύ των ανταλλάξιμων κατιόντων που συγκρατούνται στη στερεή φάση του εδάφους και των ομοίων κατιόντων στο εδαφικό διάλυμα περιγράφεται από εξισώσεις που φαίνεται να ακολουθούν ορισμένες αναγωγικές σχέσεις. .

79 Σε πολλά αρδευόμενα εδάφη ανταλλάξιμα κατιόντα είναι το ασβέστιο και
το μαγνήσιο και σε μικρότερο ποσοστό το ανταλλάξιμο κάλιο. Το ανταλλάξιμο νάτριο βρίσκεται σε ποσοστά που ποικίλλουν. Το νερό για την άρδευση των φυτών διηθείται στα βαθύτερα στρώματα της εδαφικής κατατομής διαμέσου των εδαφικών πόρων. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την έκπλυση κατιόντων με αποτέλεσμα την ανακατανομή των ανταλλάξιμων κατιόντων της στερεής φάσης και των κατιόντων στο εδαφικό διάλυμα. Η εξίσωση Gapon εκφράζει το λόγο των ανταλλάξιμων ιόντων Νa+ προς τα ανταλλάξιμα κατιόντα Ca2+ και Μg2+ του εδάφους, ο δε λόγος αυτός είναι ανάλογος του λόγου των ενεργοτήτων των κατιόντων Νa+ προς την τετραγωνική ρίζα των ενεργοτήτων των κατιόντων Ca2+ και Μg2+ εδαφικό διάλυμα. Για πολλούς πρακτικούς λόγους μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τις συγκεντρώσεις αντί των ενεργοτήτων των ανταλλάξιμων κατιόντων του νατρίου, του ασβεστίου και του μαγνησίου χωρίς να έχουμε μεγάλο σφάλμα.

80 [ΝaΧ]/ [(Ca+Μg)1/2Χ]=KG[Na]/ [(Ca+Μg)1/2]
Η εξίσωση του Gapnοη γράφεται ως εξής : [ΝaΧ]/ [(Ca+Μg)1/2Χ]=KG[Na]/ [(Ca+Μg)1/2] Ο συντελεστής KG αντιπροσωπεύει το βαθμό εκλεκτικότητας του κάθε στοιχείου έναντι των συγκρινόμενων με αυτό και χαρακτηρίζεται ως συντελεστής εκλεκτικότητας. Ο συντελεστής εκλεκτικότητας εξαρτάται από τις ιδιότητες των ορυκτών της αργίλου, από τις ιδιότητες των κατιόντων και από τη συγκέντρωση των ιόντων στο εδαφικό διάλυμα.

81 Διακρίνουμε τρία είδη επιφανειών στα ορυκτά :
. Ένας άλλος παράγοντας που συνδέεται με την πυκνότητα του φορτίου ανά cm3 επιφάνειας του ορυκτού είναι και το είδος της επιφάνειας. Διακρίνουμε τρία είδη επιφανειών στα ορυκτά : τις θραυσιγενείς επιφάνειες, τις δυο εξωτερικές επιφάνειες • τις εσωτερικές επιφάνειες. Οι εσωτερικές επιφάνειες συγκρατούν τα κατιόντα με ισχυρότερη δύναμη. Η δύναμη έλξης ενός κατιόντος από τη στερεή φάση εξαρτάται από το σθένος του κατιόντος. Είναι γνωστό ότι αυξανόμενου του σθένους του κατιόντος αυξάνεται η δύναμη έλξης του από τη στερεή φάση. Η σειρά ανταλλαγής έχει ως εξής : ΑΙ3+> Ca2+> Μg2+>Κ+,ΝΗ4+>Νa+ Από τη σειρά αυτή διαπιστώνεται ότι τα δισθενή ή και τα μονοσθενή δεν έλκονται με την ίδια δύναμη.

82 Η διαφορά στην έλξη οφείλεται στο ενυδάτωμα που σχηματίζεται γύρω από τα ιόντα του εδαφικού διαλύματος. Ιόντα που έχουν μικρότερο ενυδάτωμα έλκονται ισχυρότερα εκείνων με μεγαλύτερο. Αυτό σημαίνει ότι το Na+ εκπλύνεται ευκολότερα από το Ca2+ και ότι το Ca2+ εκπλύνεται ευκολότερα από το ΑΙ3+. Επίσης, το Νa+ εκπλύνεται ευκολότερα από το Κ+. Η σχετική αναλογία των κατιόντων στο εδαφικό διάλυμα παίζει ρόλο στη σειρά προτίμησης, έλξης, από τη στερεή φάση. ///. Η διάβρωση των εδαφών θεωρείται μια από τις πλέον σημαντικές απώλειες θρεπτικών στοιχείων. Στην Ελλάδα το 26,5% της συνολικής επιφάνειας, δηλαδή έκταση 35 εκατομμυρίων στρεμμάτων, παρουσιάζει επιφανειακή φυλλοειδή διάβρωση, αυλακοειδή επιφανειακή διάβρωση και χαραδρώδη διάβρωση. Σύμφωνα με διάφορες εκτιμήσεις οι ετήσιες απώλειες είναι της τάξης των εκατομμυρίων τόνων γονίμου εδάφους, με το οποίο χάνονται 1,5 εκατομμύρια τόνοι χούμου, τόνοι ολικού αζώτου, τόνοι ολικού φωσφόρου και περίπου τόνοι ολικού καλίου. Ο Αλεξανδρής (1990) αναφέρει ότι οι απώλειες των θρεπτικών στοιχείων εξαιτίας της διάβρωσης μετά από πυρκαγιά έχουν ως εξής :

83 Αζωτο 56.874 τόνοι / εκτάριο / έτος Ρ2Ο5 4.352 τόνοι / εκτάριο / έτος
Αζωτο τόνοι / εκτάριο / έτος Ρ2Ο τόνοι / εκτάριο / έτος Κ2Ο τόνοι / εκτάριο / έτος CaO τόνοι / εκτάριο / έτος MgO τόνοι / εκτάριο / έτος

84 IV. Τα φυτά αφαιρούν από το έδαφος τα απαραίτητα θρεπτικά συστατικά για την αύξηση τους. Τα φυτικά υπολείμματα των καλλιεργειών προσθέτουν σημαντικές ποσότητες θρεπτικών στοιχείων στο έδαφος. Τα δημητριακά ετησίως προσθέτουν στο έδαφος από 4 μέχρι 15 τόνους ανά εκτάριο σε ξηρή ουσία φυτικά υπολείμματα (καλαμιά). Τα λειμώνια φυτά προσθέτουν στο έδαφος τόνους ανά εκτάριο σε ξηρή ουσία φυτικά υπολείμματα ανά εκτάριο .

85

86 8.13. Οξείδια και υδροξείδια του αργιλίου και σιδήρου και το ηλεκτρικό τους φορτίο
Η ανάπτυξη των ηλεκτρικών φορτίων στον γκιψίτη, γκαιτίτη, αιματίτη στα ένυδρα υδροξείδια του σιδήρου και στα άμορφα υδροξείδια του σιδήρου και αργιλίου ακολουθεί τις ίδιες αρχές με την ανάπτυξη των ηλεκτρικών φορτίων στο χούμο. Είναι γνωστό ότι οι υδροξυλικές ομάδες των παραπάνω ορυκτών διασπώνται καθώς η τιμή του ρΗ ανυψώνεται. Κατά τη διάσπαση αυτή ελευθερώνονται υδρογόνα και τα ορυκτά αυτά αποκτούν αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο. Ο συντελεστής διάστασης Κα, χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της διάστασης των παραπάνω ορυκτών. Ομοίως σε χαμηλό ρΗ το φορτίο των ορυκτών αυτών είναι θετικό. Για το χούμο ο συντελεστής διάστασης, ρΚα, δείχνει την τιμή του ρΗ κατά την οποία το ήμισυ της ποσότητας των αντιδρώντων ομάδων διίστανται. Για τα ορυκτά αυτά είναι πάρα πολύ χρήσιμο να γνωρίζουμε τη συμπεριφορά των υδροξυλιόντων διαμέσου του σημείου μηδενικού φορτίου που για συντομία γράφεται ως ΡΖΝC.

87 οξείδια και οξείδια και υδροξείδια |-ΟΗ +Νa+ --- υδροξείδια}-ONa+ + H+
Ως σημείο μηδενικού φορτίου (ΡΖΝC) χαρακτηρίζεται η τιμή του ρΗ, κατά την οποία οι επιφάνειες φέρουν ίσες ποσότητες θετικού και αρνητικού φορτίου με αποτέλεσμα το καθαρό φορτίο να είναι μηδέν . Για τα παραπάνω ορυκτά ως σημείο μηδενικού φορτίου θεωρείται η τιμή του ρΗ που κυμαίνεται μεταξύ 8 και 9. Στα ορυκτά αυτά το ηλεκτρικό τους φορτίο είναι εξαρτώμενο από την τιμή του ρΗ του διαλύματος. Για τα μονοσθενή ιόντα το ηλεκτρικό φορτίο είναι ανάλογο με την τετραγωνική ρίζα της συγκέντρωσης του ιόντος αυτού, αν και αυτό στην πράξη δεν επαληθεύεται. Η επίδραση του αρνητικού φορτίου στα ορυκτά αυτά ερμηνεύεται με την ίδια θεωρητική προσέγγιση που αναπτύχθηκε και για το χούμο. οξείδια και οξείδια και υδροξείδια |-ΟΗ +Νa υδροξείδια}-ONa+ + H+ του Fe και ΑΙ του Fe και ΑΙ

88 Η επίδραση όμως των φορτισμένων επιφανειών που φέρουν θετικό φορτίο δεν είναι δυνατόν να ερμηνευθεί με τη θεωρία της ανταλλαγής ιόντων. Μια αυξημένη συγκέντρωση του χλωρίου στο εδαφικό διάλυμα ή αυξημένη συγκέντρωση ανιόντων, προφανώς ευνοεί την προσρόφηση των κατιόντων υδρογόνου (Η+) από τα υδροξυλιόντα, το δε χλώριο γίνεται ένα ανταλλάξιμο ιόν. οξείδια και οξείδια και Ί υδροξείδια [ΟΗ Cl- + Η υδροξείδια }OH2+ + Cl- του Fe και ΑΙ του Fe και ΑΙ Κατά την προσρόφηση αυτή τα ιόντα του χλωρίου και τα ιόντα του υδρογόνου (Η+) (χαμηλό ρΗ) οδηγούν την αντίδραση προς τα δεξιά. Ως εναλλακτική προσέγγιση των αντιδράσεων αυτών είναι το γεγονός ότι

89 αναπτύσσονται επιφάνειες με θετικά και αρνητικά ηλεκτρικά φορτία που
ευνοούν τη διαθεσιμότητα των ιόντων Νa+ και Cl-. Στην περίπτωση αυτή, το φορτίο το εξαρτώμενο από το pH δημιουργεί στα εδάφη θρόμβωση και τα εδαφικά σωματίδια διατάσσονται κατά τρόπον ώστε τα αντίθετα φορτία βρίσκονται έναντι αλλήλων με αποτέλεσμα το σχηματισμό συσσωματωμάτων. Κατά τον προσδιορισμό της ΑΕC και CΕC πρέπει να λαμβάνονται υπόψη και τα παρακάτω: •η τιμή του ρΗ του εκχυλιστικού διαλύματος που βρίσκεται σε επαφή με το έδαφος πρέπει να είναι η αυτή με την τιμή του ρΗ του υγρού εδάφους, •η τιμή της συγκέντρωσης του εκχυλιστικού διαλύματος πρέπει να είναι η αυτή με την τιμή της συγκέντρωσης του εδάφους σε συνθήκες χωραφιού Για παράδειγμα αν για τον προσδιορισμό της ΑΕC χρησιμοποιείται εκχυλιστικό διάλυμα 1Μ, το ηλεκτρικό φορτίο του εδάφους υπερεκτιμάται γιατί στα εδάφη των υγρών και τροπικών περιοχών η τιμή της συγκέντρωσης των εδαφικών διαλυμάτων είναι περίπου 1mΜ

90

91 ΟΞΙΝΑ ΚΑΙ ΑΣΒΕΣΤΟΥΧΑ ΕΔΑΦΗ
9.1. Εισαγωγή Η βελτίωση του τιμής του ρΗ των όξινων εδαφών είναι μια από τις σπουδαιότερες εργασίες που πρέπει να γίνουν για να επιτευχθεί η βέλτιστη διαχείριση των εδαφών, με σκοπό όχι μόνο την αύξηση της παραγωγής αλλά και τη βελτίωση της ποιότητας των παραγόμενων φυτικών προϊόντων. Η οξίνιση και η αλκαλίωση των εδαφών σε όλο το κόσμο συνδέεται στενά με τις κλιματολογικές συνθήκες που επικρατούν σε κάθε περιοχή, διότι οι συνθήκες αυτές επηρεάζουν τις ιδιότητες των εδαφών, είναι δε γνωστό ότι οι βροχοπτώσεις και η θερμοκρασία του εδάφους, επηρεάζουν την ένταση της έκπλυσης των θρεπτικών στοιχείων και την ένταση της αποσάθρωσης των ορυκτών. Η έκπλυση των στοιχείων του εδάφους μαζί με την αποσάθρωση των ορυκτών επηρεάζουν τις χημικές ιδιότητες των εδαφών και ειδικότερα την πορεία οξίνισης, την αλάτωση και την αλκαλίωση των εδαφών. Η οξίνιση των εδαφών παρατηρείται σε εδάφη που δέχονται έντονες βροχοπτώσεις, ενώ η αλκαλίωση παρατηρείται στις ξηρές και ημίξηρες περιοχές στις οποίες δεν παρατηρούνται μεγάλες βροχοπτώσεις. Σε μια δεδομένη περιοχή ο βαθμός οξίνισης του εδάφους εξαρτάται από :

92 Σε μια δεδομένη περιοχή ο βαθμός οξίνισης του εδάφους εξαρτάται από :
τη φυτική βλάστηση, τη μικροβιακή δραστηριότητα του εδάφους, την όξινη βροχή (αμμωνία ως και τα οξείδια του αζώτου και θείου της ατμόσφαιρας), το είδος των ορυκτών του εδάφους και την ικανότητα που έχουν τα ορυκτά να εξουδετερώνουν την οξίνιση που προκαλείται από την έκπλυση. Η αλκαλίωση των εδαφών εξαρτάται από τα μητρικά πετρώματα που υπάρχουν στην περιοχή καθώς και από : τη βλάστηση, το βροχομετρικό ύψος, την ποιότητα των νερών για την άρδευση των καλλιεργειών, τη στάθμη του υδροφόρου ορίζοντα.

93 9.2. Η οξύτητα του εδάφους - Το pΗ του εδάφους
pΗ = - Ιοg (Η+) όπου (Η+)=γ[Η+], γ είναι ο συντελεστής ενεργότητας του Η+ και [Η+] είναι η συγκέντρωση των ιόντων υδρογόνου στο διάλυμα σεmol.l-1 Το pΗ που μετράει τα ιόντα του υδρογόνου στο εδαφικό διάλυμα ονομάζεται ενεργός οξύτητα. Η τιμή του pΗ του εδαφικού διαλύματος δηλαδή η ενεργός οξύτητα κυμαίνεται μεταξύ 2 και 10,5 π.χ., η ενεργότητα των ιόντων του Η+ κυμαίνεται μεταξύ ΊΟ-2 και 3x10 -11mol.l-1. Για πολλούς πρακτικούς λόγους θεωρούμε ως pΗ του εδάφους το pΗ του εδαφικού διαλύματος στους εδαφικούς πόρους ενός υγρού εδάφους, διότι το εδαφικό διάλυμα βρίσκεται σε επαφή με τις επιφάνειες των ριζών. Στο εδαφικό διάλυμα βρίσκονται τα θρεπτικά στοιχεία του εδάφους με τη μορφή ιόντων. Από το εδαφικό διάλυμα οι ρίζες προσλαμβάνουν τα θρεπτικά στοιχεία που είναι απαραίτητα για την αύξηση των φυτών.

94 Στα όξινα διαλύματα η συγκέντρωση των ιόντων υδρογόνου είναι μεγαλύτερη από 10-7 (pΗ<7).
Στα ουδέτερα διαλύματα pΗ=7 και στα αλκαλικά διαλύματα η συγκέντρωση των ιόντων υδρογόνου (Η+) είναι μικρότερη από 10-7 (pΗ>7). Θα πρέπει να σημειωθεί ότι όταν αναφερόμαστε σε εδάφη, ο χαρακτηρισμός ενός εδάφους ως 'ουδέτερο έδαφος' έχει διαφορετική σημασία από αυτή των διαλυμάτων και ότι στα ουδέτερα εδάφη η τιμή του pΗ κυμαίνεται από 6,5 μέχρι 7. Το pΗ του εδάφους το προσδιορίζουμε στο υδατικό εκχύλισμα του, η δε μέτρηση του pΗ γίνεται με το πεχάμετρο. Είναι όμως γνωστό ότι τα ιόντα του υδρογόνου και αργιλίου βρίσκονται με την ανταλλάξιμη μορφή στις επιφάνειες ανταλλαγής της στερεής φάσης του εδάφους και επομένως τα ανταλλάξιμα κατιόντα του υδρογόνου και αργιλίου είναι αυτά που επηρεάζουν τις τιμές του pΗ.

95 Τα όργανα μέτρησης του pΗ (πεχάμετρα) δε μετρούν τα ιόντα του υδρογόνου της στερεής φάσης (ανταλλάξιμο υδρογόνο) αν προηγουμένως δεν απομακρυνθούν από τη στερεή φάση με ανταλλαγή τους με άλλα κατιόντα και τη μετακίνηση τους στην υγρή φάση. Η αύξηση της οξύτητας (μείωση του pΗ) που θα προέλθει από την ανταλλαγή των ιόντων υδρογόνου και αργιλίου της στερεής φάσης ονομάζεται ανταλλάξιμη οξύτητα σε αντίθεση με την ενεργό οξύτητα. Το άθροισμα της ενεργού και ανταλλάξιμης οξύτητας αποτελεί την ολική οξύτητα των εδαφών. Η ολική οξύτητα μετριέται σε αιώρημα εδάφους με ένα αλατούχο διάλυμα π.χ. 10mM CaCl2 ή 0,1Μ ΚCΙ ενώ η ενεργός οξύτητα μετριέται σε αιώρημα εδάφους με αποσταγμένο νερό. Η παρουσία του άλατος στη μέτρηση της ολικής οξύτητας έχει σα συνέπεια την ανταλλαγή των ανταλλάξιμων ιόντων του υδρογόνου και αργιλίου που είναι προσροφημένα στη στερεή φάση του εδάφους, με το κατιόν του άλατος.

96 Ανταλλάξιμη οξύτητα=ολική οξύτητα-ενεργός οξύτητα
Το μέγεθος της ανταλλάξιμης οξύτητας εξαρτάται από το βαθμό απομάκρυνσης των ανταλλάξιμων κατιόντων των στοιχείων Ca, Mg, Na και Κ από τη στερεή φάση. Όσο μεγαλύτερο είναι το ποσοστό των στοιχείων αυτών που είναι προσροφημένα στη στερεή φάση του εδάφους τόσο μικρότερη είναι η τιμή της ανταλλάξιμης οξύτητας.

97 9.3. Η πορεία οξίνισης των εδαφών
Στο καθαρό νερό (χωρίς προσμίξεις) η συγκέντρωση των ιόντων του υδρογόνου είναι 10-7 mol.l-1 και το pΗ=7. Όταν το pΗ του καθαρού νερού προσδιορίζεται σε επαφή με τον ατμοσφαιρικό αέρα το CΟ2 διαλύεται στο νερό, οπότε σχηματίζεται το αραιό ανθρακικό οξύ και το pΗ έχει στην περίπτωση αυτή την τιμή 5,6 (pΗ = 5,6). Από τις μετρήσεις στο αποσταγμένο ή στο απιονισμένο νερό που έγινε στο εργαστήριο εδαφολογίας του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας το pΗ κυμαίνεται μεταξύ 5,5 και 5,6. Όταν το pΗ διαφέρει από την τιμή αυτή σημαίνει ότι στο καθαρό νερό υπάρχει οξύ ή βάση. Η όξινη βροχή περιέχει νιτρικό και θειικό οξύ που προέρχονται από τη διάλυση της αμμωνίας των οξειδίων του αζώτου καθώς και των οξειδίων του θείου στο νερό της βροχής. Η τιμή του pΗ της όξινης βροχής είναι μικρότερη από 5,6. Στην περίπτωση που η αμμωνία, τα οξείδια του αζώτου και τα οξείδια του θείου δε διαλύονται στο νερό της βροχής τότε οι ενώσεις αυτές πέφτουν

98 στο έδαφος και στα φυτά με την ξηρή μορφή τους
στο έδαφος και στα φυτά με την ξηρή μορφή τους. Οι ενώσεις αυτές διαλύονται στο νερό του εδάφους και με τα νερά της βροχής το νιτρικό και το θειικό οξύ, που προέρχονται από τα οξείδια του αζώτου και του θείου, μεταφέρονται στα βαθύτερα στρώματα της εδαφικής κατατομής με αποτέλεσμα την οξίνιση του εδάφους. Αναφέρθηκε ήδη, ότι οξίνιση στα εδάφη προκαλούν και τα αμμωνιακά λιπάσματα που χρησιμοποιούνται για τη λίπανση των καλλιεργειών, διότι κατά τη νιτροποίηση των αμμωνιακών ιόντων παράγονται και ιόντα υδρογόνου (Η+). Εκτός από τις παραπάνω εξωεδαφικές πηγές που προκαλούν οξίνιση στα εδάφη, υπάρχουν και άλλες πηγές, (ενδοεδαφικές πηγές) που προκαλούν οξίνιση στα εδάφη ως εξής :

99 Με την αναπνοή των ριζών και των μικροοργανισμών του εδάφους παράγεται CΟ2. Το CΟ2 διαλύεται στο εδαφικό διάλυμα και παράγεται ανθρακικό οξύ. Το ανθρακικό οξύ είναι ένα ασθενές οξύ το οποίο διαλύεται μόνο σε pΗ>5. Στα ουδέτερα και αλκαλιωμένα εδάφη το ανθρακικό οξύ είναι η κύρια πηγή ιόντων υδρογόνου (Η+). Ιόντα υδρογόνου (Η+) παράγονται κατά την αποσύνθεση της οργανικής ουσίας ως αποτέλεσμα της ανοργανοποίησης και νιτροποίησης των οργανικού αζώτου και στη συνέχεια από την έκπλυση, των παραγόμενων με τον τρόπο αυτό, νιτρικών ιόντων. Οι ρίζες των φυτών εκκρίνουν ιόντα υδρογόνου (Η+) ή ιόντα υδροξυλίου (ΟΗ-) προκειμένου να αποκατασταθεί η διαταραχθείσα κατάσταση χημικής ισορροπίας στο εδαφικό διάλυμα της ριζόσφαιρας κατά τη διάρκεια της πρόσληψης των θρεπτικών στοιχείων από αυτές. Τα ορυκτά του εδάφους είναι συνήθως όξινης αντίδρασης. Κατά την αποσάθρωση των ορυκτών αυτών ελευθερώνονται ιόντα υδρογόνου.

100 Τα ιόντα υδρογόνου που παράγονται με τους παραπάνω τρόπους δε σημαίνει ότι παραμένουν όλα στο εδαφικό διάλυμα. Πολλά από τα ορυκτά του εδάφους είναι βασικής αντίδρασης με αποτέλεσμα να αντιδρούν με το νερό και η τιμή του ρΗ του διαλύματος να είναι 7, ή υψηλότερη από το 7. Οι αντιδράσεις ανταλλαγής ιόντων που συμβαίνουν στα ορυκτά, γκιψίτη, γκαιτίτη και αιματίτη και στην οργανική ουσία, απομακρύνουν ιόντα υδρογόνου (Η+) από το εδαφικό διάλυμα. Με την έκπλυση απομακρύνονται και ιόντα του υδρογόνου (Η+) από το έδαφος.

101 9.4. Η προέλευση της οξύτητας των εδαφών
Εισαγωγή Οι επιδράσεις του pΗ του εδάφους στην αύξηση των φυτών προέρχονται αφενός από τις επιδράσεις του pΗ στη λειτουργία του ριζικού συστήματος και αφετέρου από τις επιδράσεις του pΗ στις χημικές ιδιότητες του εδάφους. Στα όξινα εδάφη οι χημικές ιδιότητες του αργιλίου έχουν μεγάλη σημασία για την ανάπτυξη των φυτών. Στα όξινα εδάφη το αργίλιο βρίσκεται στο εδαφικό διάλυμα με την υδατοδιαλυτή ιονική μορφή (ΑΙ3+) καθώς και με τη μορφή ανταλλάξιμων κατιόντων.

102 9.4.2.Το αργίλιο στο εδαφικό διάλυμα.
Η συγκέντρωση του αργιλίου στο εδαφικό διάλυμα εξαρτάται από: τη διαλυτότητα του γκιψίτη, τα προϊόντα υδρόλυσης του αργιλίου στο διάλυμα, την αντίδραση του αργιλίου με τις οργανικές διαλυτές συμπλοκές ενώσεις. Ο γκιψίτης διαλύεται και παράγονται ιόντα αργιλίου και υδροξυλίων ΑΙ(ΟΗ)3(s) > ΑΙ3+(aq) + 3OΗ-(aq) (9.1) Ο νόμος της δράσης των μαζών, για την ιονική αντίδραση (9.1) θα ισχύει με τη μορφή : (ΑΙ3+) (ΟΗ-)3 Κ = (9.2) ΑΙ(ΟΗ)3(s)

103 Η συγκέντρωση όμως της στερεής φάσης του γκιψίτη ΑΙ(ΟΗ)3(s) θεωρείται σταθερή. Επομένως το γινόμενο Κ [ΑΙ(ΟΗ)3 (s) θα είναι σταθερό. Το γινόμενο αυτό το παριστάνουμε με το Κsp ή L και το ονομάζουμε γινόμενο διαλυτότητας του γκιψίτη, δηλαδή : ΚSP = (ΑΙ3+) (ΟΗ-)3

104 Όσο μεγαλύτερο είναι το Κsp ενός ηλεκτρολύτη τόσο πιο διαλυτός είναι ο ηλεκτρολύτης.
Στην εικόνα (9.2) παρουσιάζεται η σχέση μεταξύ ενεργοτήτων των διαφόρων ιονικών μορφών του αργιλίου και της τιμής του pΗ στο διάλυμα στην κατάσταση της χημικής ισορροπίας του γκιψίτη. Στην εικόνα (9.2) παρουσιάζονται οι ενεργότητες των διαφόρων ιονικών μορφών του αργιλίου καθώς και, κατά προσέγγιση, οι συγκεντρώσεις των διάφορων ιονικών μορφών του ΑΙ. Η σχέση μεταξύ της τιμής των ενεργοτήτων (α) και της τιμής των συγκεντρώσεων (C) εξαρτάται από την ολική ιονική ισχύ του διαλύματος και από το σθένος του ιόντος. Σε ένα τυπικό (όχι αλατούχο) έδαφος για τα μονοσθενή ιόντα η τιμή της συγκέντρωσης (C) σχετίζεται με την τιμή ενεργότητας ως C = 1,1α, για τα δισθενή ιόντα C= 1,4α και για τα τρισθενή ιόντα C = 2α.

105 Εικόνα Η σχέση μεταξύ ενεργοτήτων των διάφορων μορφών του αργιλίου και του ρΗ στο διάλυμα στην κατάσταση ισορροπίας του γκιψίτη

106 ΑΙ3+ + Η2Ο ------------ΑΙ(ΟΗ)2+ + Η+ (9.2)
Τα ιόντα του αργιλίου (ΑΙ3+) αντιδρούν με το νερό οπότε παράγονται διάφορες υδροξυλιόμενες μορφές του αργιλίου όπως ΑΙΟΗ2+ και ΑΙ(ΟΗ)2+, ως εξής : ΑΙ Η2Ο ΑΙ(ΟΗ) Η+ (9.2) ΑΙ(ΟΗ)2+ + Η2 Ο ΑΙ(ΟΗ)2+ + Η* (9.3) Οι ενεργότητες των υδροξυλιόμενων μορφών ΑΙ(ΟΗ)2+ και ΑΙ(ΟΗ)2+ παρουσιάζονται στην εικόνα (9.2). Για το πρώτο στάδιο υδρόλυσης

107 ΑΙ3+ + Η2Ο -----ΑΙ(ΟΗ)2+ + Η*
ΑΙ Η2Ο -----ΑΙ(ΟΗ) Η*