Αλκαλιωμένα εδάφη

Περιεχόμενα

1 Εισαγωγή
2 Ταξινόμηση αλκαλιωμένων εδαφών
3 Γένεση των αλκαλιωμένων εδαφών
4 Επιπτώσεις της αλκαλίωσης στο έδαφος
- 4.1 Ερμηνεία της διασποράς του εδάφους από τη δράση του νατρίου
- 4.2 Διασπορά αργίλου
5 Φυσικές ιδιότητες αλκαλιωμένων εδαφών
6 Διαχείριση αλκαλιωμένων εδαφών
7 Αλατουχοαλκαλιωμένα εδάφη
8 Βελτίωση αλκαλιωμένων εδαφών
9 Σχετικές σελίδες
10 Βιβλιογραφία

Εισαγωγή

Τα αλκαλιωμένα εδάφη (Alkali Solis), γνωστά και ως νατριωμένα (sodic) εντάσσονται στην κατηγορία των προβληματικών εδαφών. Και τούτο διότι έχουν ένα βασικό περιοριστικό της φυτικής ανάπτυξης παράγοντα, που ανάλογα με το επίπεδό του καθιστά αντίστοιχα απαγορευτική την αξιοποίηση των εδαφών αυτών για την καλλιέργεια οιουδήποτε φυτού. Ο παράγοντας αυτός είναι το εναλλακτικό Na, το οποίο λόγω της υψηλής συγκέντρωσής του υποβαθμίζει τα χημικά και φυσικά χαρακτηριστικά του εδάφους και επιδρά τοξικά στην ανάπτυξη του φυτού, καθιστώντας το έδαφος ακατάλληλο περιβάλλον για την αύξηση των καλλιεργειών. Τα αλκαλιωμένα εδάφη, εκτός από το υψηλό επίπεδο του Na+, πολλές φορές έχουν και υψηλές συγκενντρώσεις ελεύθερων διαλυτών αλάτων, οπότε χαρακτηρίζονται ως ααλατουχοαλκαλωμένα. Ο συνδυασμός αλκαλίωσης και εναλάτωσης καθιστά το εδαφικό περιβάλλον ακόμη πιο δυσμενές και εχθρικό για τη φυτική ανάπτυξη. Ο όρος <<αλκαλιωμένα εδάφη>> καθιερώθηκε το 1954 από τους επιστήμονες του Εργαστηρίου Αλατούχων εδαφών του Υπουργείου Γεωργίας των ΗΠΑ. Οι ίδιοι επιστήμονες αργότερα καθιέρωσαν τον όρο <<Νατριωμένα εδάφη>> (Sodic Soils), ως περισσότερο αντιπροσωπευτικό των χαρακτηριστικών των υπόψη εδαφών. Στο παρόν σύγγραμμα έχουμε υιοθετήσει και τους δύο αυτούς όρους και τους χρησιμοποιούμε εναλλακτικά. Ειδικότερα, αναγνωρίζουμε το γεγονός ότι ο όρος <<Αλκαλιωμένα εδάφη>> χρησιμοποιήθηκε επί σειρά ετών, και για λόγους ιστορικούς κρίνουμε χρήσιμη τη διατήρησή του. Δεν παραθεωρούμε βέβαια ούτε παραγνωρίζουμε το γεγονός ότι η <<αλκαλίωση>> των υπόψη εδαφών οφείλεται κυρίως στην παρουσία του Na+, παρά την ύπαρξη και του Mg2+ ή Ca2+ Και ότι ορθώς χρησιμοποιείται ο όρος <<νατριωμένα>> (sodic) ή <<νατρίωση>> (sodicity) αντί του <<αλκαλιωμένα>> ή <<αλκαλίωση>> δεδομένου ότι το Na+ είναι το επιστατικό κατιόν των ανωτέρω εξεταζόμενων εδαφών. Τα αλκαλιωμένα ή νατριωμένα εδάφη αναγνωρίζονται ή ταυτοποιούνται από ορισμένα χαρακτηριστικά, τα οποία είναι τα εξής: α) ο βαθμός αλκαλίωσης ή Exchangeable Sodium Percent (ESP), β) η ηλεκτρική αγωγιμότητα ή Electrical Conductivity (EC), γ) το pH και δ) ο λόγος προσρόφησης του νατρίου (Sodium Adsorption Ratio (SAR)).

Από το επίπεδο ή το ύψος της τιμής των ως άνω χαρακτηριστικών μπορούμε να προσδιορίσουμε την έκταση της αλκαλίωσης του εδάφους και το βαθμό της προβληματικότητάς του, πέραν βεβαίως της ταυτοποίησής του ως νατριωμένου ή μη. Τα νατριωμένα εδάφη απαντούν σε περιοχές ξηροθερμικές όπου υποχρεωτικά εφαρμόζεται η αρδευόμενη γεωργία. Η υψηλή περιεκτικότητα Na+ των υπόψη εδαφών ενεργεί ανασταλτικά και πολλές φορές τοξικά στην ανάπτυξη των φυτών. Λόγω της υδρόλυσης του, το Na+ ανεβάζει την τιμή του pH μέχρι και 10, διασπείρει την άργιλο και συνέπεια αυτής υποβαθμίζει τα φυσικά χαρακτηριστικά του εδάφους σε βάρος της παραγωγικότητας του.

Ταξινόμηση αλκαλιωμένων εδαφών

Τα αλκαλιώμενα εδάφη ταξινομούνται στις εξής δύο κατηγορίες: α)στα αλκαλιωμένα ή νατριωμένα β)στα αλατουχοαλκαλιωμένα ή αλατουχονατριωμένα.

Η διάκριση μεταξύ αυτών γίνεται σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά τους, τα οποία αναφέρονται κατωτέρω.

Βαθμός αλκαλίωσης

Ο βαθμός αλακαλίωσης ή ESP αναφέρεται στο ποσοστό κορεσμού της εναλλακτικής ικανότητας των εδαφοσυμπλόκων με τα προσροφημένα κατιόντα του Na+. Εκφράζεται επί τοις εκατό και υπολογίζεται με τη σχέση:

ESP=Na/CEC*100, όπου: Na= εναλλακτικό σε cmol/kg εδάφους1 CEC= εναλλακτική ικανότητα σε κατιόντα cmol/kg εδάφους.

Τα νατριωμένα εδάφη έχουν τιμή ESP>15%, η οποία θεωρείται ως η οριακή τιμή του βαθμού κορεσμού του εδάφους με εναλλακτικό Na, πέραν από την οποία αρχίζει η εμφάνιση των προβλημάτων διασποράς του εδάφους και της τοξικότητας του Na+ σε βάρος των φυτών.

Αναλογία προσρόφησης του νατρίου

Ο λόγος προσρόφησης του Na+ αναφέρεται στο βαθμό κινδύνου νατρίωσης του εδάφους. Πολλοί ερευνητές προτιμούν τη χρήση του SAR ως δείκτη του βαθμού αλκαλίωσης του εδάφους αντί του ESP2. Αυτό βασίζεται στη γραμμική και στατιστικά σημαντική σχέση μεταξύ του SAR και ESP αφενός και αφετέρου στον ευκολότερο εργαστηριακό προσδιορισμό των παραμέτρων του SAR, ήτοι του Na+, Mg2+ και Ca2+ που γίνεται στο εκχύλισμα της πάστας κορεσμού με νερό, του εδάφους. Πράγματι ο προσδιορισμός του ESP είναι χρονοβόρος σε σύγκριση με εκείνον του SAR. Έτσι, ενώ ο SAR προσδιορίζεται ταχύτατα στο εκχύλισμα κορεσμού, κατά τον προσδιορισμό του ESP μπορεί, πέρα από τη χρονοβόρο διαδικασία να παρεμβαίνουν διάφοροι παράγοντες. -Ανεπαρκής απομάκρυνση αλάτων από το διάλυμα <<δείκτης>>, -Πιθανότητα υδρόλυσης των εναλλακτικών κατιόντων κατά την απομάκρυνση του εκχυλιστικού από τη στερεά φάση, δηλαδή το έδαφος, -Δέσμευση των αμμωνιακών ιόντων στο έδαφος, -Διαλυτοποίηση του CaCO3 και απελευθέρωση Ca2+.

Λόγος εναλλακτικού νατρίου

Για την ταξινόμηση των αλκαλιώμενων εδαφών ορισμένοι χρησιμοποιούν το λόγο του εναλλακτικού Na. (Exchangeable Sodium Ratio, ESR), o οποίος ουσιαστικά εκφράζει την ισορροπία μεταξύ των κατιόντων του διαλύματος και των εναλλακτικών κατιόντων του εδάφους. Ο SAR σχετίζεται με τον ESR με την ακόλουθη σχέση: ESR= 0,015 SAR Επίσης, ο SAR σχετίζεται με τον ESP με τη σχέση: ESP= (100*ESR)/(1+ESR) Τα αλκαλιωμένα εδάφη περιέχουν κυρίως ιόντα νατρίου, HCO3 και ΟΗ. Γι' αυτό, το pH τους έχει υψηλή τιμή. Σ' αυτό συμβάλλουν αφενός μεν η υδρόλυση του εναλλακτικου -Na+ και αφετέρου του Na2CO3 που πραγματοποιείται ως εξής: i) υδρόλυση εναλλακτικου Na Εδαφοσύμπλοκο-Na + H2O-Εδαφοσύμπλοκο-H + Na + OH ii) υδρόλυση Na2CO3 Na2CO3 + H2O- 2Na + HCO3 + OH H υδρόλυση του Na+ είναι εντονότερη, όταν λαμβάνει χώρα εν απουσία των ελεύθερων διαλυτών αλάτων, γι' αυτό, το pH σε τέτοιες περιπτώσεις μπορεί να λάβει ακόμη και την τιμή 10. Η υψηλή συγκέντρωση του Na+ στο εδαφοδιάλυμα των αλκαλιωμένων εδαφών οφείλεται στην κατακρήμνιση των κατιόντων του Ca2+ και Mg2+, η οποία συμβάλλει στη δημιουργία μικρής διαλυτότητας ανθρακικών αλάτων, λόγω βέβαια της παρουσίας των ανθρακικών ανιόντων. Η αύξηση του pH διαλυτοποεί την οργανική ουσία, η οποία δίκην λεπτού φίλμ ή επίστρωσης καλύπτει τα τεμαχίδια του εδάφους, με συνέπεια αυτό να προσλαμβάνει ένα μαύρο χρώμα, φαινόμενο που είναι πολύ συνηθισμένο στα αλκαλιωμένα εδάφη, τα οποία αποκαλούνται <<μαύρα αλκαλιωμένα εδάφη>> (Black alkali soils).

Γένεση των αλκαλιωμένων εδαφών

Η νατρίωση ή αλκαλίωση των εδαφών λαμβάνει χώρα υπό την επίδραση των νερών άρδευσης, που είναι πλούσια σε Na+ και ιδιαίτερα ευνοείται, όταν τα εδάφη είναι πλούσια σε μοντμοριλονίτη παρά σε καολινίτη ή σε οξείδια του Fe και Al. Βασικά το Na2CO3 είναι υπεύθυνο για τη δημιουργία των νατριωμένων εδαφών. Η γένεση τους συνδέεται με τα υπόγεια νερά που είναι πλούσια σε CO23 και HCO3. Τα αλκαλιωμένα εδάφη της Αιγύπτου σχηματίζονται σε ορισμένες περιοχές της χώρας, με την απομάκρυνση των αλάτων με τη διεργασία της εξαλάτωσης(desalinization) και κυρίως της απομάκρυνσης των δισθενών βάσεων, ενώ σε άλλες περιοχές (Δέλτα του ποταμού Νείλου) τα εδάφη αυτά σχηματίζονται υπό την επίδραση του νερού υψηλής περιεκτικότητας σε HCO3 και CO₃, της απονιτροποίησης και της αναγωγής των θεικών, κάτω από αναερόβιες συνθήκες, όπου όντως δημιουργείται το Na₂CO₃. Το Na συσσωρεύεται ως εξής: κατά τις υγρές εποχές, το νερό που περιέχει Al πυριτικής προέλευσης, συσσωρεύεται στις χαμηλές περιοχές. Κατα τις ξηρές εποχές, λόγω της αυξημένης εξάτμισης, το εδαφικό διάλυμα συμπυκνώνεται, γεγονός που καταλήγει στην κατακρήμνιση των δισθενών κατιόντων, προκαλώντας την αύξηση των μονοσθενών κατιόντων στα εδαφοδιάλυμα, καθώς και στο εδαφοσύμπλοκο, με ταυτόχρονη αύξηση του pH. Η συνεχής επανάληψη αυτής της διεργασίας στη διάρκεια του χρόνου συμβάλλει στο σχηματισμό των αλκαλιωμένων εδαφών. Επίσης, νατριωμένα εδάφη σχηματίζονται σε κλειστές λεκάνες που υπόκεινται σε αυξημένη εξάτμιση, η οποία είναι μεγαλύτερη από τη βροχόπτωση, υπό τον όρο ότι το εισερχόμενο νερό έχει θετική υπολειμματική νατρίωση. Τέλος, υπόγεια νερά με υπολειμματικό νάτριο μπορούν να συμβάλουν στο σχηματισμό των αλκαλιωμένων εδαφών, όταν ο φρεάτιος ορίζων είναι κάτω από την επιφάνεια του εδάφους και συμμετέχει στην εξάτμιση. Στη χώρα μας τα αλκαλιωμένα εδάφη καταλαμβάνουν μια σημαντική έκταση και απαντούν στις παράκτιες περιοχές, στο Δέλτα του Αξιού σε κλειστές λεκάνες, όπως π.χ. στην Καρδίτσα και στις βρωμολίμνες του Νομού Θεσσαλονίκης.

Επιπτώσεις της αλκαλίωσης στο έδαφος

Ο βαθμός αλακαλίωσης (ESP) αποτελεί το δείκτη της νατρίωσης του εδάφους. Εδάφη που δέχονται νερά υφάλμυρα και πλούσια σε Na+, υπόκεινται στη νατρίωση. Κατ' αυτή τη νατρίωση τα κατιόντα του Na+, που αφθονούν στο εδαφοδιάλυμα, αντικαθιστούν τις βάσεις (Ca2+, Mg2+) που είναι προσροφημένες στις επιφάνειες των εδοφοσυμπλοκών (κολλοειδών) και με την πάροδο του χρόνου κορεννύουν το κολλοειδές σύστημα του εδάφους. Όταν το ποσοστό ξεπεράσει το 15% της CEC, τότε αρχίζει η εμφάνιση των προβλημάτων. Πράγματι, το ποσοστό αυτό είναι μία οριακή τιμή και ισχύει στην πλειοψηφία των εδαφών. Όταν, λοιπόν, ο κορεσμός του εδαφοσυμπλόκου με Na+ ή, ακριβέστερα, της CEC, φθάσει την τιμή του 15%, τότε ακριβώς αρχίζει βαθμιαία η άνοδος του pH λόγω της υδρόλυσης του Na2CO3 και του Να+, η οποία ευνοείται ιδιαίτερα, όταν απουσιάζουν τα ελεύθερα διαλυτά άλατα. Επίσης κατά το στάδιο αυτό αρχίζει και η διασπορά των συσσωματωμάτων του εδάφους και ασφαλώς η υποβάθμιση των φυσικών χαρακτηριστικών του. Κατά την πραγματοποιούμενη διασπορά λαμβάνει χώρα και η συσσώρευση της αργίλου η οποία έχει ως συνέπεια τη δημιουργία συμπαγούς και αδιαπέρατης στρώσης. Η αύξηση του pH και η διασπορά επιτείνουν έτι περαιτέρω την αλκαλίωση του εδάφους. Σημειώνεται ότι η δημιουργία αδιαπέρατης συμπαγούς στρώσης συμβάλλει στη συγκέντρωση του νερού στην επιφάνεια του εδάφους, όπου κατά την εξάτμισή του συντείνει στη συμπύκνωση των αλάτων και στη δημιουργία των γνωστών "Slick spots". Όλα τα εδάφη δεν εμφανίζουν την ίδια διασπορά σ' αυτό το επίπεδο του ESP. π.χ. τα μοντμοριλλονιτικά εδάφη, παρουσία του Na+ διασπείρονται πιο εύκολα από τα καολινιτικά εδάφη. Τα τελευταία διασπείρονται σε υψηλά επίπεδα ESP, κυμαινόμενα μεταξύ 25 και 35% . Γενικά, υπάρχουν σημαντικές διαφορές στο βαθμό διασποράς των διαφόρων εδαφών σε σχέση με την τιμή του ESP. Υπάρχουν εδάφη που διασπείρονται σε χαμηλές τιμές του ESP, που κυμαίνονται μεταξύ 9 και 10%. Αντίθετα, ορισμένα εδάφη είναι τόσο ανθεκτικά στη διασπορά, που διασπείρονται σε υψηλά επίπεδα του ESP μεγαλύτερα του 45-50%, με τα αμμώδη εδάφη να διασπείρονται σε ακόμη μεγαλύτερες τιμές του ESP, λόγω της καλής περατότητάς τους και του μεγάλου μεγέθους των πόρων τους.