5 chemische eigenschappen van de bodem

Zuurtegraad of pH van de bodem

- Reële, potentiële en totale zuurheid

- Definitie pH en betekenis van zuur en alkalisch

Hoe meer H+ ionen in een oplossing, hoe zuurder en hoe lager de pH. Dit komt tot uiting in de definitie:

[H]+ wijst op de protonenconcentratie uitgedrukt in ‘mol per liter oplossing of molair M’

De pH waarde varieert tussen 0 en 14 en de [H] tussen en .

• 0-7 = zuur
• 7=neutraal
• 7-14= basisch of alkalisch

Maar de pH waarde van een zure of basische grond hangt af van de grondsoort en de beoogde teelt! Dit heeft niets te maken met deze cijfers.

pH-water (reëel) versus pH-KCl (potentieel)

Er is 1 toestel dat de exacte waarde van de pH kan berekenen, dit is de pH-meter met een pH-elektrode. Hiermee kan zowel pH-water als pH-KCl gemeten worden. Er treedt bij deze meting geen chemische reactie op, er is een fysisch evenwicht. pH kan niet gemeten worden van een vaste stof, daarom gebeurt deze in een oplosmiddel. Deze heeft dan voor een genoeg lange tijd contact met de bodem, waardoor er een evenwichtstoestand is.

• Voor pH-water
• Bodemmonster in een waterige suspensie.
• De vrije H+ ionen worden gemeten of de reële zuurheid.
• Alleen het fysiologisch milieu van de plantenwortel wordt gemeten, niet de H+ionen die aan de klei- en humusdeeltjes gebonden zijn.
• Voor pH-KCl
• Bodemmonster in een KCl-oplossing
• KCl maakt de H+ionen die gebonden zijn aan de klei- en humusdeeltjes los, waardoor er een lagere pH gemeten kan worden.
• Dit is de potentiële zuurheid.
• Beide pH-waarden zullen variëren tussen 0,3 en 1,5. Het pH-water is ook afhankelijk van het zoutgehalte in de bodem, omdat deze doorheen het jaar flucteert, zal ook de pHwaarde schommelen.

De pH-KCl wordt niet bëinvloedt door water, ze is dan ook stabieler. Daarom is de pH-KCl een betere basis voor bekalkingsadviezen.

Bufferend vermogen van een bodem

Bij het neutraliseren van een bodemzuurheid, door bekalking bijvoorbeel, zal de pH maar heel geleidelijk toenemen. Bij elke nieuwe verwijdering van H+ ionen zal de grond reageren door via adsorptie een nieuwe voorraad H+ ionen te krijgen. Dit is het bufferend vermogen van de bodem. Dit geldt ook voor voedingskationen zoals K, Ca en Mg.

Bodemsuspensie titreren met een base:

bekomen van een totale zuurheid Hier laat en alle aanwezige H+ ionen reageren met toegevoegde OH- ionen van de titervloeistof. Zo wordt de totale zuurheid gemeten. Deze titratiecurven worden gemaakt om te weten hoeveel base er nodig is om de bestaande pH waarde van een grond te veranderen in een gewenste hogere waarde.

De richtingscoëfficiënt is hier omgekeerd evenredig met het bufferend vermogen. Dit is weer afhankelijk van de soort grond.

Invloed van de pH op de bodembestanddelen

Beschikbaarheid van nutriënten en toxische elementen

Lage pH waarden zijn gunstig voor het verweren van deze mineralen waardoor er verschillende ionen gaan vrijkomen zoals K, Ca, Cu en Al. De oplosbaarheid van de meeste zouten zijn ook groter bij lage pH-waarden. Hoe een lagere pH, hoe minder Al er geadsorbeerd wordt. Er is dus meer oplosbaar Al++ in een zure bodem. Omdat Al zeer fytotisch is, dus zeer schadelijke voor planten, moeten gronden met een hoog kleigehalte een streef pH hebben die groter is dan 6,5.

De concentratie van sporenelementen gaat ook toenemen bij een dalende pH als kationen. Deze concentratie gaat dalen bij een stijgende pH als anionen.

• P vindt men vooral bij een pH tussen 6 en 7
• Bij een lagere pH vinden we P als een Al en Fe fosfaat
• Bij een hogere pH vinden we P als een Ca fosfaat
• De gehaltes aan basische kationen, zoals Ca, Mg en K, zijn het hoogst bij hoge pH’s.
• Bij een te lage pH:
• Gebrek aan Fosfor, Magnesium en Molybdeen
• Overmaat aan Mangaan, aluminium en ijzer
• Er is meer uitspoeling van kalium en magnesium
• Het microleven gaat erop achteruit
• Bij een te hoge pH:
• Gebrek aan
• Ijzer, mangaan, boor, koper, zink en fosfor
• Een lage pH is toch minder schadelijk omdat het humusgehalte nog hoger is.

Biologische activiteit

• =het leven van de microflora en de meso- en macrofauna.
• De pH heeft invloed op:
• Mineralisatie van organische stof
• Luchtstikstofbinding
• Nitrificatie: proces waarbij ammonium wordt omgezet in nitraat
• Voorkomen van mycorrhiza: symbiose van plantenwortels en schimmels
• Voorkomen van de regenwormactiviteit
• Voorkomen van de activiteit van pathogene organismen
• Bij een lage pH is er dus een algemene remming van het bodemleven. Bij een te hoge pH neemt de afbraak van organische stof sterk toe.

Structuur

• Bekalking heeft een positief effect op een te zure grond:
• Stimulering van het micro-leven, ze gaan kitstoffen vormen. Deze gaan bodemdeeltjes aan elkaar kitten.
• Ontwikkeling van een rijkere vegetatie door verhoogde luchtstikstofbinding en omdat de groeicondities beter zijn.
• Meer wortelontwikkeling
• Hoger gehalte organische stof
• Vorming van CaCO³ slingers: gaan de bodemdeeltjes aaneenrijgen.
• Vorming van Ca-bruggen tussen kleimineralen en humusmoleculen.

Optimale pH-KCl afhankelijk van grond en teelt: tussen 4,8 en 7,5

• Zware gronden hebben een hogere pH dan lichte gronden. Gronden met een hoger gehalte aan organische stoffen kunnen beter een laag pH aan. Voor weilanden zijn de optimale pH-KCl waarden lager.
• De optimale pH is ook een compromis, er moet rekening gehouden worden met:
• Beschikbaarhei van de voedingselementen
• Bodemleven
• Structuur van de grond
• Risico’s van ziekten en plagen

Men kan de gewassen indelen naar hun zuurgevoeligheid:

• Zuurgevoelige gewassen
• Neutraal tot zwak basisch milieu
• Vele groenten, bieten, pinda’s
• Hebben een zeer goed Ca opnamevermogen, er is dus weinig calcium nodig.
• Matig zuurgevoelige gewassen
• Neutraal basisch tot zwak zuur milieu
• Maïs, tarwe, soja en haver
• Zuurminnende of zuurverdragende gewassen
• Zwak zuur milieu
• Aardappel, rogge, tabak
• Hebben een gering opnamevermogen van Ca, er moet dus veel Ca zijn vooraleer er genoeg calciumopname is

Op basis van kalkbehoeften kunnen de gewassen opgedeeld worden:

• Grote kalkbehoefte: bieten, luzerne, erwten, bonen
• Matige kalkbehoefte: tarwe, maïs, aardappelen
• Geringe kalkbehoefte: haver, raaigras
• Oorzaken van bodemverzuring

Regenneerslag

• Door de aanwezigheid van CO² in de lucht, is de pH van regen normaal 4-6,5 . In industriezones kan dit lager zijn door de stikstofoxiden in de lucht. Dit zorgt voor ontkalking van de bodem en uiteindelijk verzuring.

Oxidatie van organische stof

• Hierbij ontstaan H+, NO3-.. en zelfs het zwakke zuur H²CO³.

Toediening van sommige meststoffen

• Er zijn verschillende oorzaken waardoor meststoffen de pH kunnen beïnvloeden:
• Nitrificatie
• Ammonium wordt omgezet waardoor er H+ ionen vrijkomen.
• Verschil in opname kationen en anionen
• Als de plant meer anionen opneemt van de meststof dan zal die basisch zijn.
• Als de plant meer kationen opneemt dan zal die zuurder zijn.
• Sterkte van base en het zuur in het meststofzout
• Zouten van een sterke base en een sterk zuur zijn neutraal
• Zouten uit een zwak zuur en een sterke base zijn basisch
• Zouten uit een sterk zuur en een zwakke base zijn zuur

Vloeibare ammoniak, ureum en alle ammoniummeststoffen zijn zuurverwerkende meststoffen. Ze verzuren de grond door microbiologische nitrificatie. Bodemverzuring treedt ook vlugger op als de CEC lager is en zandgronden zijn er heel gevoelig voor.

In plaatsen waar de neerslag de verdamping overtreft, is er uitspoeling van de kationen met hun bijhorende anionen. Maar de carbonaten in deze gronden vormen een onuitputtelijke buffer ter neutralisatie van de H+ionen.

• Kationenuitwisselingscapaciteit of CEC
• =afhankleijk van klei en humus

Herkomst van kationenuitwisselingscapaciteit

Colloïden zijn zeer kleine deeltjes die klein genoeg zijn om niet te zinken in een vloeistof. De colloïdale fase van de bodem bestaat uit:

• Kleimineralen
• Fe en Al hydroxiden
• Humusbestanddelen

Dit klei-humuscomplex bezit meestal een negatieve lading. De negatieve kleimineralen ontstaan vooral door isomorfe substitutie van kationen. Hierdoor ontstaat er een pH-onafhankelijke permanente negatieve lading.

Ze ontstaan ook door H+ dissociatie bij zwakke zuren. Dissociatie is het uiteen vallen in verschillende deeltjes. Dit is in de bodem van belang vor de organische fractie of humus.

Hierdoor ontstaat er een pH-afhankelijke veranderlijke negatieve lading.

De som van de permanente en veranderlijke deeltjes is een maat voor de CEC. De negatieve deeltjes worden geneutraliseerd door kationen.

Herkomst van kationen

• Verwering van primaire mineralen
• Als er voldoende negatieve lading in de bodem is, worden de kationen aangetrokken en vastgelegd
• Toediening van minerale meststoffen
• Kationen komen vrij bij het oplossen van deze meststoffen (Ca, Mg, K, NA en NH4)
• Ze worden ook aangetrokken door de negatieve ladingen
• De anionen worden:
• Opgenomen door het gewas
• Uitgespoeld door grondwater
• KAS= kalk, ammonium en salpeter
• Eigenlijke uitwisseling van kationen

Kationen kunnen door andere kationen verdrongen worden, dit is kationenuitwisseling.

Alle kationensoorten kunnen met elkaar uitgewisseld worden, maar de graad hangt af van de kracht waarmee het kation geadsorbeerd is.

• De binding is sterker naarmate de lading van de ionen groter is. (driewaardige zijn sterker gebonden dan 2waardige)
• Een gehydrateerd kation kan niet zo vast gebonden zijn door zijn hydratatiemantel.
• Hoe zwakker de adsorptie, dus hoe zwakker de binding, hoe gemakkelijker de uitwisseling.

Een overmaat aan Na+ ionen zal zo leiden tot een verslemping of structuurval van de bodem.

• CEC-waarde van de bodem

=de maximale hoeveelheid kationen, die per 100g grond geadsorbeerd kan worden.

Het is een permanente bodemeigenschap die door de aard en verhouding van de grond bepaald wordt.

• CECbodem= totale uitwisselingscapaciteit in cmol/ kg grond
• CECminerale fractie= totale uitwisselingscapaciteit in cmol/ kg minerale delen
• CECorganisch= tot. Uitw. In cmol/kgi organisch materiaal

Op basis van de CEC bodem-CEC organisch kan de CEC klei berekend worden=

• CEC anorganisch/% klei X100 cmol/kg klei

3 Basenverzadiging in de bodem

• Geeft de relatieve verhouding weer tussen de som van de 4 basische kationen (Ca, Mg, K en Na) t.o.v de CEC.

Geeft een indicatie van de hoeveelheid kationen er nog aan de bodem toegevoegd kunnen worden.

S is de som van de kationen, V is de basenverzadiging persentage van de adsorptiecapaciteit ingenomen door uitwisselbare basen.

Er is ook een lineair verband tussen de pH-H²O en de V-waarde.

4 Verband tussen kationen-samenstelling, pH en bodemstructuur

• 80% van de normale landbouwgrond bestaat uit Ca en Mg.
• Worden deze vervangen door H+ en AL+ dan worden de bodems zuur
• Worden ze vervangen door Na dan zijn ze alkalisch

Als Na meer dan 15% inneemt dan zijn het alkalibodems. Bodems met hoge hoeveelheden Na+ gaan verslempen. Bij verslemping gaat het boevenste grondlaagje het water goed afvoeren waardoor er een hardere korst ontstaat. Bodems met overwegend tweewaardige kationen op het complex vertonen een goede structuur omdat de kleipakketjes dichter bij elkaar kunnen komen. Op leem en zandleem gronden is er veel versleming gedurende de herfst en winter. Hier wordt de bodem meer en meer verstopt waardoor het weinig waterdoorlatend is. Goede beworteling kan dit proces tegengaan.