Neste artigo, mergulharemos nos blocos de construção da química do solo, juntamente com os principais processos químicos e reações que influenciam o crescimento das plantas e a saúde geral do ecossistema circundante.
Introdução
Solo tem uma grande responsabilidade na Terra. É uma mistura complexa de minerais, matéria orgânica, água e ar. Cada um de seus componentes desempenha um papel importante na maneira como funciona. A maneira como esses vários componentes são organizados dá ao solo sua estrutura, o que afeta a maneira como ele mantém água, armazena nutrientes e apóia a vida.
Uma das funções mais importantes do solo é sua capacidade de influenciar o movimento da água pelo meio ambiente. Ele impulsiona a retenção de água e os controles Recarga de água subterrâneaum processo importante para reabastecer nosso suprimento de água potável. A estrutura e a composição do solo permitem que a água seja liberada lentamente em suprimentos de água e água subterrânea, o que atenua eventos climáticos graves, como secas e inundações. Ao desacelerar o fluxo de água, o solo permite que a água permaneça durante os períodos de secura. Mais especificamente, sua capacidade de manter e gradualmente liberar a água evita o rápido escoamento superficial rápido e as inundações repentinas durante fortes chuvas.
Outra função importante do solo é sua capacidade de agir como um filtro pure através de suas propriedades de esponja. Quando a chuva cai, o solo absorve a chuva e filtra contaminantes. Esses contaminantes ficam ligados a componentes do solo, como matéria orgânica. Os contaminantes também podem ser quebrados por micróbios ou transformados através de reações químicas, o que ajuda a impedir que eles atinjam nosso suprimento de água próximo. O solo também desempenha um grande papel na mitigação das mudanças climáticas por meio de sua capacidade de armazenar carbono, pois a matéria orgânica no solo mantém carbono em formas estáveis, ajudando a mantê -lo fora da atmosfera. Além disso, o solo serve como base para a agricultura e apóia um habitat para muitos organismos acima e abaixo do solo.
Essas funções do solo são impulsionadas principalmente pela química. A composição e processos químicos afetam o pH, os nutrientes disponíveis para captação de plantas e a mobilidade dos compostos. Compreender a estrutura, a composição e a química do solo é essencial para entender como esse recurso important sustenta a vida e protege o meio ambiente.
Nosso solo – e, por sua vez, as funções que desempenha – são moldadas por suas propriedades e processos químicos.
Composição do solo
Então, do que é feito o solo? Bem, ele contém quatro partes principais: ar, água, minerais e matéria orgânica. Um solo típico é de aproximadamente 50% de partículas sólidas e 50% de espaços vazios, que podem ser preenchidos por ar ou água. Nós nos referimos a isso como solo porosidade. A porosidade desempenha um papel importante na maneira como a água, os nutrientes e os contaminantes se movem pelo perfil do solo. A composição química do solo é muito importante porque os muitos nutrientes nela são vitais para o crescimento das plantas. Nós os classificamos como Macronutrientes e micronutrientes.
Os macronutrientes primários incluem nitrogênio, fósforo e potássio, em oposição aos macronutrientes secundários, como cálcio, magnésio e enxofre. Os micronutrientes incluem ferro, manganês, zinco, níquel, cobre, boro e molibdênio. A diferença entre macronutrientes primários, macronutrientes secundários e micronutrientes é a quantidade necessária das plantas. As plantas precisam de macronutrientes primários nas maiores quantidades porque esses nutrientes são mais cruciais para o seu crescimento. Isto é seguido por macronutrientes secundários e micronutrientes, que eles exigem nas menores quantidades. Cada um desses nutrientes tem funções diferentes. Por exemplo, o nitrogênio, um macronutriente chave, é essencial para aminoácido e Síntese de proteínas bem como produção de clorofila. Enquanto isso, o micronutriente ferro é importante para o transporte de elétrons em fotossíntese.
Como as plantas acessam nutrientes
Para que uma planta possa usar qualquer um desses nutrientes, eles devem estar presentes em uma forma solúvel e iônica. As plantas absorvem macronutrientes como nitrogênio, fósforo e potássio como íons. Por exemplo, O nitrogênio é absorvido como nitrato (No₃⁻) ou amônio (NH₄⁺), o fósforo é absorvido como íons fosfato (h₂po₄⁻ e hpo₄²⁻) e o potássio é absorvido como um cátion ok⁺. As plantas também tomam micronutrientes como íons, como ferro (Fe²⁺) e cobre (Cu²⁺). Os fertilizantes podem contribuir para as concentrações de nutrientes no solo, mas a geologia subjacente da rocha também os influencia fortemente. Por exemplo, os solos ricos em calcário têm níveis mais altos de carbonato de cálcio, o que aumenta o pH geral. (Na próxima seção, falaremos mais sobre por que o nível de pH é importante em primeiro lugar.)
A quantidade de matéria orgânica no solo também fornece muitos nutrientes, uma função important para o crescimento das plantas. Matéria orgânica refere -se a coisas como decompor materiais vegetais e animais. Esses materiais vêm em uma variedade de formas. Eles incluem biomoléculas como carboidratos que são ricos em amido e celulose, proteínas que são ricos em azotoe compostos mais complexos como a lignina. A decomposição libera moléculas menores que possuem vários grupos funcionais, como grupos carboxila e grupos de amina.
Alguns dos nutrientes fornecidos pela matéria orgânica estão presentes nas formas de sal iônico, como o amônio (NH₄⁺), que contribuem para a salinidade geral do solo. Os níveis de salinidade devem ser adequados para a planta que está crescendo no solo. Muito de qualquer coisa não é bom; portanto, se estiverem presentes em níveis extremamente altos, isso pode afetar negativamente a saúde do solo e das plantas.
O crescimento das plantas depende de uma variedade de condições do solo, como pH, salinidade e disponibilidade de nutrientes.
Como o pH molda o solo
Mencionamos o pH brevemente na seção anterior, mas como isso afeta a disponibilidade e a retenção de nutrientes? Em vários ph Valores, as cargas das partículas do solo mudam.
O crescimento very best da planta ocorre a um pH neutro de cerca de 6,0 – 7,5. A maioria das partículas do solo (como argila e matéria orgânica) é carregada negativamente. Essa carga negativa permite que essas partículas se mantenham em carga positiva cátions. Isso é importante porque certos nutrientes, como potássio, cálcio e magnésio, existem como cátions. No entanto, em um solo mais ácido, existe um excesso de hidrogênio e íons de alumínio carregados positivamente. Esses íons competem com os cátions de nutrientes por um native carregado negativamente na superfície das partículas. Isso significa que esses cátions de nutrientes são deslocados e é mais provável que ligue pelos poros do solo com o movimento da água.
Um alto grau de acidez (geralmente abaixo de um pH de 5,5) também diminui a atividade microbiana como nitrificação. Isso representa um problema porque, uma vez que a atividade microbiana diminui, há menos nitrogênio na forma que disponível planta, nitrato. Outros nutrientes, como o fósforo, podem reagir com ferro e alumínio, formando uma forma insolúvel que não está disponível para captação de plantas.
Os solos altamente alcalinos (geralmente acima de um pH de 8,5) vêm com seus próprios desafios. Em pH alto, nutrientes como ferro e manganês se tornam menos solúveis e precipitado Fora do solo, tornando -se indisponível para a captação de plantas. Portanto, um nível very best de pH ajuda o solo a reter os nutrientes necessários.
Capacidade de troca de cátions
Capacidade de troca de cátions (CEC) é outra propriedade -química do solo -chave que influencia a retenção de nutrientes. O CEC é a capacidade do solo de se manter em cátions carregados positivamente, como potássio, magnésio e cálcio. Como descrevemos acima, esses cátions se ligam a locais carregados negativamente em argila e matéria orgânica. Um CEC alto indica que o solo é capaz de armazenar e fornecer mais nutrientes às plantas.
O valor do CEC pode variar entre diferentes tipos de solo. Por exemplo, os mais arenosos geralmente têm um CEC relativamente baixo. Em outras palavras, eles não podem se apegar a tantos nutrientes e podem precisar de fertilização mais frequente. Por outro lado, os solos de argila geralmente têm um CEC mais alto e podem manter muitos nutrientes.
Reações redox no solo
O oxigênio também afeta significativamente a disponibilidade de nutrientes e altera a química do solo por meio reações redox. Em um solo bem-humorado, os micróbios normalmente usam oxigênio como aceitador de elétrons primários durante a respiração aeróbica. Este é o processo mais eficiente e permite que a ciclagem de nutrientes, como a nitrificação. No entanto, em solos com baixos níveis de oxigênio (condições anaeróbicas), os micróbios devem usar outros elementos como aceitador de elétrons. A “disposição” dos micróbios de usar outros aceitadores de elétrons é baseada no parente do solo potencial de redução de oxidação (Eh). À medida que o EH é mais baixo e até negativo, os micróbios usam outros elementos de maneira passo a passo. Esta sequência de etapas é chamada de escada redox.
Um diagrama qualitativo da escada redox. As condições anaeróbicas levam os micróbios a usar aceitadores de elétrons além do oxigênio. A sequência da escada redox indica o aceitador de elétrons específico que é utilizado.
Depois que todo o oxigênio (O₂) é usado, os micróbios e depois mudam para o nitrogênio (não3–). Nós chamamos isso Micróbios desnitrificantes. Em seguida na sequência são micróbios conhecidos como Redutores de manganês (Mno2), então o Redutores de ferro (Fe (OH)3). Seguindo o ferro e o manganês são os Redutores de sulfato (ENTÃO42-). Por fim, nas condições mais redutoras são o Redutores de carbono que usam dióxido de carbono e produz metano (CO2). Nós chamamos esses micróbios metanógenos.
Um exemplo comum desses processos ocorre em solos de áreas úmidas, que geralmente permanecem saturadas por longos períodos de tempo, levando a condições anaeróbicas. Isso oferece aos redutores e metanógenos de carbono a oportunidade de se tornar ativo. Como resultado, as áreas úmidas podem ser uma fonte pure de emissões de metano.
As paisagens de áreas úmidas como este apresentam micróbios que usam aceitadores de elétrons mais adiante na escada redox.
Sorção e mobilidade
Neste ponto, conhecemos todos esses nutrientes e partículas do solo que têm cargas variadas. Também aprendemos sobre como essas propriedades químicas influenciam a retenção de um composto no solo. Mas, como medimos isso? Os cientistas usam o Coeficiente de adsorção do solotambém referido como Okdpara medir a tendência de um composto de se apegar às partículas do solo ou permanecer na solução da água do solo. Um alto okd valor significa que é mais provável que um composto grude nas partículas. Por outro lado, um Ok baixod O valor é exatamente o oposto: é mais provável que o composto permaneça na solução da água do solo e se mova por todo o perfil do solo.
Okd Os valores dependem significativamente do conteúdo da matéria orgânica. Por que? A resposta está no teor de carbono orgânico. Okd Os valores geralmente são proporcionais ao teor de carbono orgânico do solo. Matéria orgânica, como você deve se lembrar, é uma grande fonte de Carbono orgânico do solo (Soc). Como resultado, os solos com matéria orgânica mais alta geralmente têm maior okd valores.
O SOC pode formar laços com muitos compostos, especialmente aqueles que são mais hidrofóbicos, como PFAS por exemplo. Esses compostos amplamente hidrofóbicos, incluindo contaminantes, podem formar vínculos fortes com matéria orgânica do solo. Em termos mais simples, a matéria orgânica fornece mais locais vinculativos para os compostos se unirem. A extensão da ligação determinará se o composto permanece na solução da água do solo (alta okd valor) ou passa por ele (baixo okd valor).
Conclusão
O solo é extremamente importante e apóia a vida de todos os tipos. É elementary para fornecer alimentos para nossa população e atenuar as mudanças climáticas. Sua mistura de partículas como água, ar, argilas, matéria orgânica e outras desempenham um papel elementary na regulação do fluxo de água, além de influenciar a disponibilidade e retenção de nutrientes. O oxigênio também tem um papel significativo na disponibilidade e retenção de nutrientes do solo através de reações redox. Além disso, a matéria orgânica e as partículas carregadas mudam a maneira como um composto se transfer através do perfil do solo. Compreender a química do solo é essencial para entender todas as funções que nos fornece.
