FOSFOR V PŮDĚ
Pedogeochemie 11. přednáška
v půdách běžně 0,08 (0,02 - 0,5) %
Formy výskytu:
apatit, minerální fosforečnany (Ca, Al, Fe) silikáty (substituce Si4+ v tetraedrech) organické sloučeniny (30-50 %)
inositolfosfáty, fosfolipidy nukleové kyseliny, fosforylované cukry
Zdroje P:
Koloběh P v půdě
mateční horniny – zvětrávání hnojiva – průmyslová i organická
Přeměny P v půdě Zvětrávání Sorpce a desorpce Rozpouštění a precipitace Mineralizace Imobilizace v OH Eroze, vyplavení, smyv
Sorpce fosforečnanů
Formy P v půdě v závislosti na pH
Saloidní vazba
R-OH + H+-OH- → R-OH2+-OHR-OH2-OH + H2PO4- → R-OH2-H2PO4 + OHještě vyměnitelné
Koloidní vazba
R-OH + H2PO4- → R-H2PO4 + OHobtížně vyměnitelné
Irreversibilní sorpce
krystalizace vytváření nerozpustných sloučenin s Fe (variscit), Al (strengit), Ca
zvrhávání P, retrogradace kys. fosforečné
1
Formy P v půdě podle stáří půdy
Formy půdního P
Apatity a Ca fosforečnany
Organický P
Adsorpce a desorpce P v půdě - idealizovaný průběh
Fosforečnany Fe a Al
desorpce
Adsorbovaný P
Poutání P v půdě v závislosti na pH
Rovnovážný diagram forem P
Hystereze
adsorpce
Rozpustný P
Doba vývoje půdy
Využitelnost a smyv P v půdě (dle McDowella et al., 2002) Hodnocení zásoby P v půdě z hlediska výnosu nízká optimální vysoká
vyluhování (rozpustný P) povrchový a podpovrchový smyv (rozpustný P a P v částicích) eroze (P v částicích)
Příčiny:
nadměrné hnojení nízká sorpční kapacita půd pro P
nízký obsah Ca, Mg, Fe, Al, jílu zvláště kyselé písčité půdy (podzoly)
vysoké srážky eroze, smyv, vyluhování
Relativní výnos plodiny (%)
Hlavní cesty ztráty:
Kritická hodnota pro výnos Kritická hodnota pro smyv?
Ztráta P smyvem
Ztráty fosforu z půdy
Koncentrace P
nízký střední vysoký hodnocení obsahu P v půdě z hlediska potenciálního smyvu
2
Transport P
Eutrofizace vod = zvýšení výživného stavu vod
Příčiny:
ztráty živin z půdy jiné zdroje N a P (prací prostředky, odpadní vody aj.) → narušená bilance teplota, světlo, soli…
Důsledky:
Prevence ztrát P (aj. živin) z půdy Přiměřené hnojení
formy a dávky hnojiv, doba a způsob aplikace
„Best management practices“ (BMP)
bezorebné hospodaření, obdělávání po vrstevnicích terasy, zasakovací pásy střídání plodin, krycí plodiny aj.
Přídavky do půdy:
materiály obsahující Ca, Mg, Fe nebo Al → snížení rozpustnosti a mobility P
Celkové zásoby S (109 t) a toky (106 t r-1)
nadměrný růst vodních rostlin → vyčerpání kyslíku → snížení druhové diverzity, hynutí ryb → omezení průhlednosti, splavnosti…
SÍRA V PŮDĚ
v půdách běžně 0,003 - 0,16 %
Zdroje:
mateční horniny suchá a mokrá depozice rostlinné zbytky hnojiva
Bilance (Pg): Atmosféra Hydrosféra 0,0036
1.300.000
Litosféra
Půda
Biosféra
24.100.000
260
7,6
Síra v půdě Formy výskytu:
sírany (SO42-) rozpuštěné, adsorbované, precipitované sádrovec aj. SO2 sulfidy (S2-) – v AN podmínkách elementární S – v AN podmínkách organické sloučeniny (70-99 %) S aminokyseliny (cystein, serin, methionin)
10-30 % celkové S
polysacharidy a lipidy vazby C-S-H, C-O-S, C-N-S
3
Koloběh S v půdě
Přeměny síry v půdě Adsorpce/desorpce SO42-:
zejména hydratované oxidy Fe a Al jílové minerály, organické komplexy vliv pH (max. při 3-4,5), formy Fe/Al minerálů a OH
Oxidace/redukce anorganické S:
vliv redox podmínek působení půdních mikroorganismů
Thiobacillus, Arthrobacter, Pseudomonas, Desulfovibrio
H2S + 2O2 ↔ H2SO4 ↔ 2H+ + SO422S + 3O2 + 2H2O ↔ 2H2SO4 ↔ 4H+ + 2SO42-
Formy S v závislosti na pH a pe
Přeměny síry v půdě Mineralizace/imobilizace organické S:
mikrobiální procesy mineralizace - enzymy sulfatázy
Precipitace sulfidů Volatilizace Odběr rostlinami Vyplavování, eroze, smyv
Rozdíl mezi smrkovým a bukovým porostem (Havel et al. 1996, in Hruška a Cienciala 2001) (kg S ha-1 r-1)
Srážky 15
15
Podkorunové srážky 65 !!! 23 Smrk
Buk
Celková atmosf. depozice S a N DEPOZICE S Nízká Střední Vysoká Velmi vys,
<10 kg ha-1 10-15 15-20 >20
DEPOZICE N Nízká Střední Vysoká Velmi vys,
<5 kg ha-1 10-10 10-15 >15
4
Koncentrace SO2 ve vzduchu v ČR
Těžba uhlí a emise SO2 v ČR Coal mining (milion of tons)
Coal mining SO2 emissions Proposed limit for 2010
60
2.0 1.5
45 1994
30
1.0
15
0.5
0 1860
SO 2 emission(milion of tons)
2.5
75
- roční průměry, mg m-3
0.0 1880
1900
1920
1940
1960
1980
2000
2020
Year Hruška et al. (2001)
Smědava 4
- g m-2 r-1
10 Rozdíl mezi aplikovanou a výslednou koncentrací (mg l -1 )
Roční depozice S v ČR
Desorpce síranů z lesních půd (Jizerské hory)
5 0 -5 -10 -15 -20 -25
0
40
80
100
150 -1
Aplikovaná koncentrace (mg l ) F H 5Ep Smědava
Bhs
Bs
Rozdíl mezi aplikovanou a výslednou koncentrací -1 (mg l )
20 15 10 5 0 -5 -10 -15
0
40
80
100
150 -1
Aplikovaná koncentrace (mg l ) F
Sádrovcové půdy
vysoký obsah sádrovce obvykle suché oblasti (S. Afrika, Střední Východ, Španělsko aj.) vysoká elektrická vodivost nízký osmotický potenciál (silně záporný) pH 4 - 9 vliv na chemické, fyzikální i biologické vlastnosti půdy obtížné využití
H
Ae
Bvs
Bv
Kyselé síranové půdy
vznikají při vysokém obsahu sulfidů (pyritu) jeho oxidací
mořská pobřeží (pod mangrovníky) rašeliny výsypky
4FeS2 + 15O2 + 14H2O → 8H2SO4 + 4Fe(OH)3 2FeS2 + 7O2 + 2H2O → 2H2SO4 + 2FeSO4
méně často vznikají v důsledku elementární S nebo jiných sulfidických minerálů extrémně kyselé půdy (pH 1 – 5)
5
