لذلك فان كيمياء التربة تزورنا بالمعرفة بمسا ارت التفاعالت التي تتم عمى اسطح الحبيبات الغروية في التربة واىميا الطين

Transkript

1 كيمياء التربة: اذا الكيمياء البيئية المحاضرة الثالثة ىو العمم الذي يختص بد ارسة الخواص الكيميائية لعناصر التربة المختمفة مع محاولة تعديميا لزم االمر لتفي بمتطمبات النبات والعمل عمى تقميل كمية التموث الناجمة عن العناصر السامة الموجية لمتربة والمياه لذلك فان كيمياء التربة تزورنا بالمعرفة بمسا ارت التفاعالت التي تتم عمى اسطح الحبيبات الغروية في التربة واىميا الطين والدبال Clay Humlas )) وىو المركبات العضوية المتبقية بعد عمميات التحمل البيولوجي لممواد النباتية والحيوانية التي تضاف لالرض وىي البقايا العضوية المقاومة نسبيا لمتحمل في التربة(( حيث ان ىذه الغرويات تعتبر الجزء النشط كيميائيا في التربة مقارنة بغيرىا من حبيبات التربة الخشنة مثل الرمل كما تساىم كيمياء التربة في د ارسة التغي ارت في طبيعة العمميات الكيميائية التي تحدثيا العمميات الز ارعية في التربة لمكشف عن الظروف المثمى لنمو النباتات المختمفة في اال ارضي بانواعيا مكونات التربة: تتكون التربة من ثالث حاالت لممادة وىي : 1 -المكون الصمب :Solid phase يتكون اساسا من جزءين احدىما معدني ناتج عن م ارحل مختمفة من عمميات التجوية Weathering لمصخور االصمية واالخر عضوي ناتج من بقايا النباتات وجذورىا عالوة عمى نشاط الكائنات الحية والتي تضيف لالرض بقايا اجساميا المتحممة ويكون الجزء الصمب اكثر من نصف حجم التربة %75 من وزنيا 2 -المكون السائل: phase Liquid ويطمق عميو محمول التربة 3 -المكون الغازي واكثر من ىو ما تحتويو التربة من مياه والمكونات الذائبة فييا soil solution Gaseous :عبارة phase عن مجموعة الغا ازت التي تتواجد في الف ارغات البينية لمتربة ويطمق عميو ىواء التربة soil air وتشكل المكونات السائل والغازي معا نصف حجم التربة الكمي وتختمف نسبة كل منيا الى االخر حسب ظروف الري والجفاف نتيجة تسرب الماء بالصرف او استعمالو بواسطة النباتات

2 والمكونات الثالثة لمتربة في حالة تداخل وتفاعل مستمر نتيجة لمعمميات الفيزيائية والتفاعالت الكيميائية والبيروكيمائية تتكون التربة نتيجة عمميات تغير طويمة في مواد االصل وتحتوي التربة عادة عمى نواتج تجوية ىذه المواد وكذلك نواتج تحمل االحياء النباتية والحيوانية ونتيجة التفاعل والتاثير المتبادل بين المواد المعدنية والعضوية وبمشاركة االحياء يتكون المركب المعقد لمتربة soil complex ( ىو مادة التربة بما تحتويو من صور المادة المختمفة )صمبة وسائمة وغازية( وبما فييا من نشاط حيوي نباتي وحيواني( ان معرفتنا الحالية بالدور الكبير الذي يمعبو الجزء الغروي في التربة ))حبيبات والمادة العضوية التي يقل قطرىا عن الفيزياوية لأل ارضي مثل النفاذية واالحتفاظ المعادن 1 ميكرون( في كل من تغذية النباتات والخواص بالماء قد ادت الى االىتمام الكبير بد ارسة صفات ىذا الجزء الغروي من حيث التركيب المعدني والقواعد التي تتحكم في سموكو وكما سبق االشارة الى ان المكونات الصمبة لمتربة تتكون من جزئين احدىما معدني واالخر عضوي والىمية كل منيا سيتم التطرق ليا بشيء من التفصيل اوال : الجزء المعدني من المكون الصمب لمتربة : التركيب الكيمائي لمقشرة االرضية والتربة الناتجة عنيا: تتكون القشرة االرضية من 92 عنص ار من عناصر المجموعة االرضية Lithophile elements الشائعة في تركيب معادن السميكات في التربة وتدخل ىذه العناصر في تركيب اكثر من الفين من المركبات الكيميائية والمعادن اال انو ورغم وجود ىذا العدد اليائل من العناصر والمعادن فان عددا قميال منيا ىو الذي يكون الجزء االكبر من القشرة االرضية حيث ان ثمانية عناصر فقط تكون تقريبا %99 من وزن وحجم القشرة االرضية وىذه العناصر الثمانية ذات عدد ذري اقل من 39 وىذه العناصر ىي (, Na Fe,Al, Si, O, Mg, K, )Ca يكون االوكسجين %4772 من وزن القشرة و %من حجميا وياتي بعده السميكون ب %2776 من وزن القشرة االرضية وىكذا نالحظ ان االوكسجين والسميكون يكونان %75 من وزن القشرة االرضية وعميو فمن الطبيعي ان تكون معظم المعادن المكونة لمقشرة االرضية تحتوي عمى ىذين العنصرين وىذه العناصر تسمى السميكات وتكون اما بالصورة الحرة Sio2 او متحدة مع واحد او اكثر من العناصر الستة االخرى )او العناصر االخرى قميمة الوجود(

3 ويحتل المرتبة الثالثة وال اربعة كل من االلمنيوم والحديد ويشكالن معا اكثر من %13 من وزن القشرة االرضية ويشكل كل من الكالسيوم والصوديوم والبوتاسيوم والمغنسيوم نسبة %3-2 وزنا من القشرة االرضية اما باقي العناصر فتوجد في القشرة االرضية بنسبة اقل من %1 من وزن القشرة االرضية ويدخل ضمنيا العناصر في تغذية النباتات مثل الكربون والييدروجين والنتروجين والكبريت والفسفور والمنغنيز وتوجد العناصر الصغرى او النادرة مثل النحاس والزنك والكوبمت والمولبدنيوم ( تعرف العناصر الصغرى عمى انيا العناصر الغذائية االساسية التي يحتاجيا النباتات بت اركيز ضئيمة إلكمال دورة حياتو ) بكميات قميمة التجوية ودورىا في انفراد العناصر الغذائية في التربة: تعرف التجوية Weathering بانيا العمميات الفيزياوية والكيمياوية التي تؤثر وتبدل بفيزياوية وكيمياوية الصخور المتواجدة عمى سطح االرض وتحتاج ىذه العمميات الى مصدر لمطاقة والمصدر ىنا ىو االشعة الشمسية فحركة المياه عمى السطح او خالل التربة او تجمدىا كل ىذا يرتبط بصورة مباشرة او غير مباشرة بالطاقة الشمسية والتجوية ىي احدى العمميات الميمة جدا الستم اررية الحياة المتطورة عمى سطح االرض اي ان التربة ىي حصيمة عمميات التجوية والتربة تعتبر االساس لنمو النباتات التي بدورىا تشكل عنص ار ميما من عناصر الدورة الحياتية عمى الكرة الضحمة أ- االرضية ىذا طبيعة كنتيجة باإلضافة لعمميات الى ان كثي ار من العناصر التجوية وتساعد االقتصادية كالطين وااللمنيوم ويمكن ايجاز انواع التجوية كاالتي: التجوية الفيزيائية والميكانيكية تنتقل من الصخور الى المياه التجوية كذلك عمى تكوين المعادن والرواسب Mechanism & Physical weathering ىي عبارة عن تيشم وتكسر صخور ومعادن اصل االرض بفعل العوامل الجوية المختمفة من ح اررة وامطار ورياح وتأثي ارتيا الميكانيكية مسببة تفتت الصخور الصمبة الى فئات يزداد معو مساحة السطوح لنفس الكتمة من الصخور مما يييئ الظروف لعمل التجوية الكيميائية ويجب مالحظة ان التجوية الفيزيائية ال يصاحبيا اي تغير في التركيب الكيميائي لمصخر االصمي وتتم التجوية الفيزيائية بواسطة العمميات التالية: 1 -التجمد واالذابة: حيث ان لتجزئة المعادن والصخور تجمد الماء يسبب ضغطا مقداره 146 g/cm2 وىذه القوة كافية

4 2 -عممية الطحن )السحق(: عماية احتكاك الصخور المتحركة او حبيبات التربة ضد بعضيا البعض نتيجة فعل المياه او الرياح او الجميد او الجاذبية حيث ينتج تاثير تفتتي قوي 3 -تأثير االحياء, ( النباتات, الحيوانات, االنسان( :- حيث يكون لجذور النباتات النامية القدرة عمى شطر العديد من الصخور اضافة الى الدور الكبير الذي تمعبو الحيوانات الحفارة في التفتيت الفيزيائي وكذلك عممية التعجيل التي يسببيا االنسان في عمميات التجوية الفيزيائية البطيئة بواسطة الحرث والز ارعة ب- التجوية الكيمائية : weathering Chemical تعمل التجوية الكيميائية عمى اذابة المعادن وعمى حدوث تحوالت في بنائيا المعدني وتركيبيا الكيمائي مما يسبب سيولة تفتيتيا كما انا تسبب تغي ارت في التركيب الكيميائي لممادة نفسيا من خالل اضافة االوكسجين او ماء مما يسبب كذلك تغي ارت حجمية اضافة الى انو يصاحب ىذه العممية تكوين مواد جديدة لم تكن موجودة اصال وتتك التجوية الكيمائية بالطرق التالية: Solubility 1 -عممية االذابة : ىي اذابة جسم صمب قابل لمذوبان في سائل ما )غالبا الماء( وعميو فان المواد الصمبة المنعزلة NaCl + H 2 O تتحول الى ايونات ذائبة محاطة بجزئيات من السائل كما في المعادلة : Na + + Cl - + H 2 O 2 -عممية التميؤ Hydration ىي عممية ارتباط المادة الكيمائية الصمبة مثل المعدن او الممح بالماء ويرتبط التميؤ بالبناء المعدني مسببا زيادة حجمية وعميو يصبح المعدن اقل انضغاطا وانعم واسيل في انيدامو 2Fe 2 O 3 +3H 2 O 2Fe 2 O 3 3H 2 O ىيماتيت ليمونيت CaSo 4 + 2H 2 O CaSo 4 2H 2 O الييدريت جبس ومعدن الجبس الناتج يذوب نسبيا بسرعة في الماء باإلضافة الى التغيير في الحجم وىذه التحوالت الكيميائية في المعادن التي تكونت اثناء عممية التجوية تؤدي الى تكوين ما يعرف بالمعادن الثانوية : 3 -عممية التحمل المائي : Hydrolysis وىي سمسمة من التحوالت التي يحدث فييا تجزئة جزئي الماء فيي تفاعل المواد مع الماء لتكوين ىيدروكسيدات ومواد جديدة اخرى غالبا ما تكون اكثر ذوبانا من الحالة االصمية

5 4 -عممية االشباع بثاني اوكسيد ىي التفاعل مع حامض الكربونيك KALSi 3 O 8 + HOH KOH + HALSi 3 O 8 ارثوكالز طين سميكاتي حامض الكاربون: Carbonation H2CO3 Co2 ذلك الحامض الضعيف الذي ينتج من اذابة غاز في الماء وياتي ثاني اوكسيد الكاربون جزئيا من الجو ولكن اغمبو ياتي اثناء تحمل المادة العضوية ويعمل حامض الكربونيك عمى االس ارع من اذابة المعادن عن الماء بمفرده مكونا بيكربونات ذائبة وفقا لممعادالت التالية: CO 2 +H 2 O H 2 CO 3 CaCo 3 + H 2 CO 3 Ca (HCO 3 ) كاربونات الكالسيوم بيكربونات الكالسيوم وتعتبر ىذه العممية من اىم عمميات التجوية الكيميائية 5 -عممية االكسدة واالخت ازل: Oxidation Reduction وتتم نتيجة انتقال االلكترونات بين الذ ارت او االيونات والذرة او االيون الذي يفقد الكترون يكون في حالة اكسدة بينما الذي يكسب الكترون يكون في حالة اخت ازل M (n)+ + R (n)- M (n-1)+ + R (n+1)- العنصر بعد االخت ازل العنصر بعد االكسدة وتساىم ىذه التفاعالت في االس ارع من تحمل الصخور والمعادن والمركبات وتجعل مكوناتيا اكثر ذوبانا ومثال ذلك تاكسد معدن البايريت Pyrite )كبريتيد الحديدوز( في التربة 2FeS 2 + 7O 2 + 2H 2 O 2Fe So H + ايونات حديدوز كبريتات حديدوز 4Fe +2 + O 2 + 4H + ايون حديدوز 4Fe H 2 O ايون حديديك 2Fe H 2 O Fe 2 O 3 H 2 O + 6H + ايونات حديديك جيوثايت

6 ويحدث االخت ازل تحت الظروف الغدقة اي عندما يغمر الماء سطح التربة لفترة طويمة ويقل تركيز االوكسجين الذائب نتيجة استيالكو بواسطة جذور النباتات وتنفس الكائنات الحية الدقيقة ج- التجوية البيروكيمائية : weathering Biochemical وىي تحمل الصخور والمعادن في التربة بواسطة المركبات العضوية العديدة التي تفرزىا الكائنات الحية الدقيقة والفطريات والطحالب ىذا باالضافة الى اف ار ازت جذور النباتات ال ارقية اثناء نشاطاتيا الحيوية المختمفة وتشمل ىذه االف ار ازت العديد من المركبات الكيمائية النشطة مثل االحماض العضوية organic acid والمركبات المنجمية Chelating compounds عالوة عمى بعض االنزيمات المتخصصة في تحويل عنصر بعينو من صورة الى اخرى عن طريق التحكم في جيد االكسدة واالخت ازل لوسط التفاعل ثانيا : الجزء العضوي من المكون الصمب لمتربة: تتكون المادة العضوية في التربة من البقايا النباتية والحيوانية المتحممة حيث تبدا االو ارق المتساقطة والجذور الميتة بالتحمل السريع الى ان تصبح جزء من دبال التربة وغالبا ما يتبقى اج ازء منيا دون تحمل لسنوات عديدة وبالطبع فان بقايا المحاصيل واالعشاب والحشائش واو ارق االشجار والديدان والبكتريا والفطريات تعتبر من الخميط العضوي وبالرغم من ان اال ارضي المزروعة تحتوي فقط عمى %5-1 مادة عضوية والتي غالبا ما تكون في الطبقة السطحية لمتربة )سمك ىذه الطبقة حوالي )25cm فان ىذه الكمية الصغيرة تكفي لتعديل الخواص الفيزيائية لمتربة وتؤثر بدرجة كبيرة عمى خواصيا الكيمائية والحيوية واثناء تحمل المادة العضوية تنفرد عدة عناصر غذائية في صورة مسيرة لمنبات ليعاود امتصاصيا وليذا فانو من وجيو النظر الكيمائية فان المادة العضوية ىي المصدر االرضي لكل النتروجين تقريبا ولحوالي %69-59 من الفسفور وربما حوالي نسبة تصل الى %89 من الكبريت ولجزء كبير من البورون والمولبدنيوم مكونات المادة العضوية االرضية تحتوي المادة العضوية في التربة عمى عدد ىائل من المركبات العضوية المتبانية في درجة تحمميا والمختمفة في تركيبيا الكيمائي حيث يشكل الكاربون حوالي نصف المادة العضوية

7 وكميات اقل من االوكسجين والييدروجين باالضافة الى كميات صغيرة من النتروجين والفسفور والكبريت وعناصر اخرى كثيرة وترتبط ذ ارت الكاربون مع بعضيا مكونة سالسل كاربونية باطوال وروابط عديدة مكونة االسس الييكمية لممركبات العضوية التي تدخل في تركيبيا باقي العناصر لتكون مجاميع المختمفة لمركبات المادة العضوية مثل البروتينات والمكنينات Lignins والكربوىيد ارت والزيوت والدىون والشمع ومركبات عضوية اخرى عديدة ويمكن تقسيم المادة العضوية في التربة الى جزئين عمى حسب درجة تحمميا: 1- مواد عضوية في طور التحمل وما ازلت عممية اليدم والتحمل بيا نشطة مواد عضوية في م ارحل متقدمة من التحمل او في ادوار التحمل النيائي الذي يميل الى -2 الثبات وىي ما يطمق عمييا الدبال (Humus وىو ذلك المعقد الذي يشكل المركبات المتبقية او المختمفة بعد عممية ىدم كيمائي وبايموجي شاممة لمبقايا النباتية والحيوانية مشكال حوالي 69- %79 من الكربون العضوي الكمي في التربة( : وبسبب تعقيد دبال التربة فانو غالبا مايقسم الى مكوناتو الرئيسية الثالثة وىي 1 -حامض الفولفيك -2 Fulvic acid حامض الييوميك -3 Humic acid الييومين Humin ويمكن الحصول عمى ىذه المكونات عن طريق معاممة الدبال Humus بمحمول الصودا الكاوية المخففة NaOH حيث تتم فصل الييومين غير الذائب بينما يذوب المكونان االخ ارن وعند معالجة الجزء الذائب بحامض مخفف فان حامض الييوميك يترسب ويبقى حامض الفولفيك ذائبا ونظ ار لطبيعة الدبال Humus المعقدة جدا فانو يحتوي ليس فقط عمى المركبات المذكورة اعاله بل توجد مركبات اخرى تدخل ضمن ىذا المقعد مثل االمينات السكرية, االحماض النووية الفوسفولبيدات والفيتامينات والميبيدات البكتيرية ىذا باالضافة الى السكريات المتعددة مثل النشا والسميموز العوامل البيئية واالرضية المؤثرة في تحمل المادة العضوية ph 6-8 درجة الح اررة رطوبة التربة المغذيات رقم حموضة التربة قوام التربة