تربة قلوية

+ → +

والذي يتحول بدوره إلى حمض الكربونيك وأيون الهيدروكسيل:

تحسين التربة

وفي هذا الصدد، لا تعاني الترب الطينية في المناطق ذات الأمطار السنوية العالية (أكثر من 100 سم) عادة من القلوية الشديدة لأن جريان الأمطار قادر على غسل الأملاح عند اتباع طرق مناسبة لـحصاد مياه الأمطار. وتُستعمل خطوط الصرف الجوفية "تايل لاينز" في بعض المناطق الزراعية لتسهيل الصرف وغسل الأملاح. ويؤدي الري بالتنقيط المستمر إلى تكوين ترب قلوية عند غياب الغسل والصرف من الحقل.

كذلك، ويمكن تقليل كربونات الصوديوم من خلال زراعة الساليكورنيا أو نباتات الملح أو الباريلا. تمتص هذه النباتات كربونات الصوديوم وتختزنها في أنسجتها، ويحتوي رمادها على كمية جيدة من كربونات الصوديوم يمكن استخلاصها تجاريًا بديلاً عن إنتاجها من الملح الشائع ذي الاستهلاك العالي للطاقة. وهكذا يمكن الحد من تدهور الأراضي القلوية بزراعة نباتات الباريلا التي تُعد مصدرًا غذائيًا ووقودًا حيويًا ومادة أولية لإنتاج كربونات الصوديوم والبوتاس وغيرها.

من جانب آخر، وعندما يتوفر اليوريا بأسعار زهيدة للمزارعين، تُستعمل لتقليل قلوية/ملوحة التربة أساسًا. ويستبدل أمونيوم الناتج من تحلل اليوريا، وهو كاتيون ذو انجذاب قوي، الكاتيون الصوديومي Na+ ضعيف الانجذاب من بنية التربة، فينطلق الصوديوم إلى الماء. لذلك تستهلك الترب القلوية كمية أكبر من اليوريا مقارنة بغيرها.

كذلك، يمكن كذلك استصلاح الترب القلوية بإضافة معادن مُحمِّضة مثل البيريت أو الشب أو كبريتات الألومنيوم.

إضافةً إلى ذلك، ويُعدّ الامتناع عن ريّ التربة بمياه رديئة الجودة أمرًا مهمًا. وفي زراعة الكروم طُرح اقتراح إضافة عوامل مخلبية طبيعية مثل حمض الطرطريك إلى مياه الري لإذابة كربونات الكالسيوم والمغنيسيوم في الترب الصودية.

وفي هذا السياق، كثيرًا ما تنتقل الأملاح إلى التربة السطحية من المصادر المائية الجوفية بدلًا من السطحية. وعندما يكون منسوب المياه الجوفية مرتفعًا وتتعرّض الأرض لإشعاع شمسي قوي، تتسرّب المياه الجوفية إلى السطح بفعل الخاصية الشعرية وتتطاير تاركة الأملاح الذائبة في الطبقة العليا. وإذا احتوت المياه الجوفية على أملاح مرتفعة ظهرت مشكلة ملوحة حادة. يمكن الحدّ من ذلك عبر استخدام الملش. كما يُنصح باستخدام البيوت البلاستيكية أو شبكات التظليل صيفًا في زراعة الخضروات لتخفيف الملوحة والحفاظ على الرطوبة. وتخفف البيوت البلاستيكية من شدة الإشعاع الشمسي في المناطق المدارية وتحمي النباتات من الإجهاد المائي واحتراق الأوراق.

من جهة ثانية، ويحتاج الاستصلاح الكامل للتربة إلى جرعات كبيرة جدًا من المحسّنات، لذا تُوجّه الجهود عادة إلى تحسين الطبقة السطحية فقط (نحو 10 سم) لأنها الأكثر تأثرًا بتدهور بنية التربة. وتحتاج المعالجات إلى تكرار كل بضع سنوات. وتتبع الأشجار والنباتات الجذبية، ويصعب على الأشجار ذات الجذور العميقة (قد تتجاوز 60 مترًا في الترب غير القلوية) البقاء في الترب القلوية.

في هذا الإطار، ويُستعمل كذلك كلوريد الكالسيوم في استصلاح الترب القلوية، إذ يحوّل CaCl2 كربونات الصوديوم إلى كلوريد الصوديوم مع ترسيب كربونات الكالسيوم. ويُزال NaCl بالغسل. ولـنترات الكالسيوم التأثير ذاته مع تكوّن نترات الصوديوم في ماء الغسل. ويمكن استخدام الأحماض المستهلكة (HCl، H2SO4 وغيرها) لتقليل كربونات الصوديوم الزائدة.

علاوةً على ذلك، يمكن استصلاح الترب القلوية المحتوية على كربونات الكالسيوم الصلبة عبر استخدام محاصيل الأعلاف، والكمبوست العضوي، ومخلّفات الشعر والريش، والنفايات العضوية، والورق المستهلك، والليمون أو البرتقال غير الصالح، وغير ذلك، مع ضمان دمج كميات وفيرة من المواد المُحمِّضة (غير العضوية أو العضوية) داخل التربة، وتعزيز الكالسيوم الذائب في ماء الحقل نتيجة انطلاق غاز ثاني أكسيد الكربون. يساعد الحرث العميق وخلط الطبقة الكلسية السفلية مع التربة السطحية في تحسين التربة كذلك.

إضافةً إلى ذلك، وبديلًا عن ذلك يمكن إضافة الجبس ( · 2 ) بوصفه مصدرًا لأيونات الكالسيوم Ca2+ لإزاحة الصوديوم من معقد التبادل. ويتفاعل الجبس كذلك مع كربونات الصوديوم ليحوّلها إلى كبريتات الصوديوم، وهي ملح متعادل لا يرفع قيمة pH. ويجب وجود صرف طبيعي كافٍ نحو العمق أو تركيب شبكات صرف جوفية صناعية للسماح بغسل الصوديوم الزائد بماء الأمطار و/أو الري عبر قطاع التربة.

في هذا الإطار، وعندما تكون نوعية المياه الجوفية غير قلوية أو غير مالحة ومنسوبها مرتفع، يُمكن تفادي تراكم الأملاح باستخدام الأرض على مدار العام لزراعة الأشجار أو المحاصيل الدائمة بمساعدة الريّ الرافع. وعند استخدام المياه الجوفية وفق عامل الغسل المطلوب لا تتراكم الأملاح.

وفي السياق ذاته، يُستحسن حرث الحقل مباشرة بعد حصاد المحصول لمنع هجرة الأملاح إلى السطح والحفاظ على رطوبة التربة خلال شهور الصيف الحادة، والهدف هو كسر المسام الشعرية التي تنقل الماء إلى السطح.

المشكلات الزراعية

وفي هذا السياق، تُصعِّب الترب القلوية إدخالها في الإنتاج الزراعي. تمتلك هذه الترب قدرة منخفضة على الاستيعاب المائي، ويؤدي ذلك إلى ركود مياه الأمطار بسهولة فوق سطحها. ويصبح الحرث في الفترات الجافة شبه مستحيل من دون كميات وفيرة من مياه الري ووجود شبكات صرف جيدة. يقتصر النشاط الزراعي على المحاصيل المتحمّلة لـتغدق المياه السطحي مثل الأرز والأعشاب، وتكون الإنتاجية عادة أقل.

→ 2 +

علاوةً على ذلك، يُعد الأيون قاعدة ضعيفة تميل إلى اكتساب بروتون، ولذلك يخضع لعملية التحلل المائي في الماء ليُنتج أيون البيكربونات وأيون الهيدروكسيل:

الأسباب

علاوةً على ذلك، تُنتج المراجل ومحطات توليد الطاقة العاملة بالفحم أو اللِّغنيت الغنيّ بـحجر الكلس رمادًا يحتوي على أكسيد الكالسيوم. يذوب CaO سريعًا في الماء ليكوّن ماء الجير، Ca(OH)2، وتحمله مياه الأمطار إلى الأنهار أو مياه الري. تؤدي عملية تليين المياه إلى ترسيب أيونات Ca2+ وMg2+ والتخلص من العسر، كما تُحوِّل بيكربونات الصوديوم في مياه الأنهار إلى كربونات الصوديوم. وتتفاعل كربونات الصوديوم (كربونة الغسيل) لاحقًا مع ما تبقّى من Ca2+ وMg2+ في الماء لإزالة العسر بالكامل. كما تزيد الأملاح الصوديومية الذائبة في الرماد من محتوى الصوديوم في المياه. بلغ الاستهلاك العالمي لـالفحم العالم 7.7 مليار طن في سنة 2011. وهكذا تصبح مياه الأنهار خالية من Ca2+ وMg2+ وغنية بـNa+ بفعل المراجل العاملة بالفحم.

علاوةً على ذلك، يسبّب العامل الطبيعي وجود معادن تُنتج كربونات الصوديوم (Na2CO3) وبيكربونات الصوديوم (NaHCO3) عند حدوث تجوية للصخور.

كذلك، تُستعمل الكثير من الأملاح الصوديومية في التطبيقات الصناعية والمنزلية مثل كربونات الصوديوم وبيكربونات الصوديوم وكبريتات الصوديوم وهيدروكسيد الصوديوم وهيبوكلوريت الصوديوم بكميات ضخمة. وتُنتَج هذه الأملاح أساسًا من كلوريد الصوديوم (الملح الشائع). يدخل كل الصوديوم الناتج عن هذه الأملاح إلى الأنهار أو المياه الجوفية أثناء عمليات الإنتاج أو الاستهلاك، مما يزيد من قلوية المياه. بلغ الاستهلاك العالمي لكلوريد الصوديوم 270 مليون طن في سنة 2010، وهو ما يساوي على وجه التقريب الحمل الذائب في نهر الأمازون. وتُشكّل الأملاح الصوديومية البشرية المنشأ نحو 7% من إجمالي حمل الأملاح في جميع الأنهار. وتتفاقم المشكلة في مجاري الأنهار الواقعة أسفل المناطق الزراعية المكثّفة في الصين والهند ومصر وباكستان وغرب آسيا وأستراليا وغرب الولايات المتحدة وغيرها، بسبب تراكم الأملاح في المياه المتبقّية بعد التبخر والنتح.

تنشأ قلوية التربة بفعل أسباب طبيعية أو بشرية.

كذلك، وتتمثل الأسباب البشرية كذلك في استخدام المياه المليَّنة في ري الأراضي (سطحية أو جوفية) المحتوية على نسب مرتفعة من بيكربونات الصوديوم ونسب منخفضة من الكالسيوم والمغنيسيوم.

من جهة ثانية، ويُعَد وجود الأملاح الصوديومية الصناعية في محيط أبراج التبريد الرطبة العاملة بمياه البحر أحد مصادر الإضافة البشرية للأملاح الصوديومية إلى الأراضي الزراعية والمناطق الساحلية. وتُركَّب هذه الأبراج الضخمة في المصافي النفطية والمجمّعات البتروكيميائية ومصانع الأسمدة والكيماويات ومحطات الطاقة الحرارية والنووية وأنظمة HVAC المركزية وغيرها. وتحمل القطرات الدقيقة المنبعثة من الأبراج نحو 6% من كلوريد الصوديوم، مما يسبب ترسبه في المناطق المحيطة. وتتفاقم المشكلة عندما لا تُطبَّق لوائح السيطرة على الانبعاثات وفق المعايير الصناعية لأبراج التبريد العاملة بمياه البحر.

الكيمياء

وفي السياق ذاته، ترتبط قلوية التربة بوجود كربونات الصوديوم (Na2CO3) أو بيكربونات الصوديوم (NaHCO3) في التربة. ينشأ ذلك إمّا بفعل التجوية الطبيعية لجزيئات التربة أو نتيجة إدخال هذه الأملاح عبر مياه الري أو الفيضانات.

ومن جهة أخرى، يُعد هذا الملح شديد الذوبان، وعند حدوث تفاعل الإماهة له، ينفصل إلى:

غسل الترب الملحية الصودية

علاوةً على ذلك، تُعدّ الترب الملحية غالبًا صودية كذلك (الملح الغالب هو كلوريد الصوديوم)، لكنها لا تُظهر رقم pH مرتفعًا ولا قدرة نفاذية ضعيفة. وعند غسلها لا تتحول عادة إلى تربة قلوية صودية لأن أيونات Na+ تُزال بسهولة. ولهذا لا تحتاج الترب الملحية (الصودية) في الغالب إلى استخدام الجبس لاستصلاحها.

+ → +

ومن جهة أخرى، تتشابه التفاعلات السابقة مع ذوبان كربونات الكالسيوم، ويُعد الفرق الجوهري بينهما هو الذوبانية؛ إذ تُعد ذوبانية Na2CO3 أعلى بنحو مرة من CaCO3، مما يسمح بإذابة كميات أكبر من ورفع قيمة الأس الهيدروجيني إلى ما يزيد على 8.5، وهي قيمة أعلى من الحد الأقصى الممكن في حالة توازن كربونات الكالسيوم مع ثاني أكسيد الكربون الذائب في محلول التربة.

ومن ناحية أخرى، RSC = [ + ] − [Ca2+ + Mg2+] = /61 + /30 − {Ca2+/20 + Mg2+/12}

وفي هذا السياق، أثناء حساب SAR وRSC يجب أخذ جودة الماء الموجودة في منطقة الجذور بعين الاعتبار، نظرًا لتأثير الغسل في الحقل. كما تؤثر الضغوط الجزئية لثاني أكسيد الكربون الذائب عند الجذور في كمية الكالسيوم الذائب في ماء التربة. وتتبع وزارة الزراعة الأميركية (USDA) مؤشر SAR المُعدّل لحساب خطر القلوية في الماء.

كذلك، تكون مشكلات القلوية أكثر حدة في ترب الطين مقارنة بترب الطمي أو السلت أو الرمل. كما تتأثر الترب المحتوية على المونتموريلونيت أو السميكتايت (الطين المتمدد) بالقلوية بدرجة أكبر من ترب الإيلايت أو غادولينيت، وذلك بسبب المساحات السطحية الأكبر للنوع الأول وقدراته الأعلى على السعة التبادلية الكاتيونية.

علاوةً على ذلك، يُلاحظ أن Mg يلعب دورًا مشابهًا لدور Ca. يُفضّل ألّا تتجاوز قيمة نسبة امتزاز الصوديوم نحو 20، وأن تكون دون 10 قدر الإمكان. عند تعرض التربة لمياه ذات SAR ثابت لمدة، تميل قيمة ESP لأن تصبح مساوية على وجه التقريب لـ نسبة امتزاز الصوديوم.

وفي هذا السياق، في الماء المحتوي على أملاح، قد تتغير تراكيز الأيونين، لكن مجموع pH + pOH يبقى ثابتًا (= 14).

ملاحظات:

تُقاس جودة مياه الري من حيث خطر القلوية وفق مؤشرين:

وفي السياق ذاته، راجع الكربونات لمعرفة توازن نظام الكربونات–البيكربونات–ثاني أكسيد الكربون.

نسبة امتزاز الصوديوم (SAR)يُحسب مؤشر SAR وفق العلاقة:

كذلك، في الماء المتعادل تكون قيمة الأس الهيدروجيني (pH) مساوية لـ 7، وكذلك قيمة pOH. ويشير انخفاض pH درجة واحدة إلى زيادة تركيز H3O+ عشر مرات، والعكس بالنسبة لـ OH–.

كذلك، الماء ذو التركيز المرتفع من H3O+ يُسمَّى حمضيًا (pH < 7)، بينما الماء ذو التركيز المرتفع من OH– يُسمَّى قاعديًا (pH > 7). تُعد رطوبة التربة شديدة الحموضة عند pH < 4 وشديدة القلوية عند pH > 10.

وفي هذا السياق، تحت الظروف الملحية، تعمل كثرة الأيونات على منع التمدد، لذلك لا تُظهر الترب الملحية عادة خصائص فيزيائية سيئة. وتُعد الترب القلوية غير ملحية أساسًا، لأن مشكلة القلوية تزداد كلما انخفضت الملوحة.

إضافةً إلى ذلك، ويُفضَّل أن تكون قيمة RSC دون 1، ومن الأفضل أن تكون أقل من 0.5. يراعي هذا المؤشر وجود البيكربونات، وهي الصيغة الأكثر شيوعًا لذوبان الكربونات.

كذلك، تؤدي وفرة أيونات Na+ في محلول التربة وترسيب Ca2+ إلى زيادة امتصاص جزيئات الطين—ذات الشحنة السالبة—لأيونات الصوديوم ضمن «منطقة الامتصاص المنتشرة» (طبقة مزدوجة منتشرة / طبقة مزدوجة كهربائية). ويؤدي ذلك إلى تحرير Ca2+ وارتفاع «نسبة الصوديوم المتبادل» (ESP).

إضافةً إلى ذلك، يُعد حمض الكربونيك H2CO3 غير مستقر ويتحلل إلى ماء (H2O) وغاز ثاني أكسيد الكربون (CO2) الذي يتطاير إلى الجو، مما يفسّر بقاء القلوية (أو بالأحرى الأساسية) على هيئة هيدروكسيد الصوديوم عالي الذوبان والارتفاع الكبير في أس هيدروجيني.

في هذا الإطار، تُسمّى بعض المعادن الطينية المشبعة بالصوديوم بالكامل على وجه التقريب (نسبة صوديوم متبادل ≈ 100%) «البنتونيت»، ويُستعمل في الهندسة المدنية لصنع حواجز غير منفذة في التربة—مثل تلك الموجودة أسفل السدود—لمنع تسرب المياه.

ملاحظة:

كذلك، وبسبب أن Na+ أكثر حركة وأقل شحنة من Ca2+، تزداد سماكة الطبقة المزدوجة المنتشرة بزيادة امتلائها بالصوديوم. كما تتأثر سماكة الطبقة بإجمالي تركيز الأيونات في محلول التربة؛ إذ تؤدي التراكيز الأعلى إلى انكماشها.

من جانب آخر، الكربونات المتبقية (RSC، ملي مكافئ/لتر)يُحسب مؤشر RSC وفق العلاقة:

إضافةً إلى ذلك، تؤدي تراكيز نسبة الصوديوم المتبادل المرتفعة (> 16) في وجود رطوبة غير ملحية إلى تمدد الطبقة المزدوجة، فيحدث تفكك لجزيئات الطين، وتتدهور بنية التربة، خصوصًا تكوّن القشرة السطحية وانضغاط الطبقة العليا. ينخفض معدل الاستيعاب المائي وتوافر الماء للنبات، بينما يزداد خطر تغدق السطح أو الجريان السطحي. ويتأثر الإنبات والإنتاج الزراعي سلبًا.

علاوةً على ذلك، يفضَّل التعبير عن التراكيز وفق النشاط الكيميائي، لكن ذلك لا يغيّر قيمة pH كثيرًا.

وعلى صعيد آخر، لا يخضع كامل كربونات الصوديوم الذائبة للتفاعلات السابقة؛ إذ تؤدي الكمية المتبقية من Na2CO3 ووجود أيونات إلى ترسيب CaCO3 قليل الذوبان على شكل كربونات الكالسيوم (الحجر الجيري)، وذلك لأن حاصل ضرب تركيز وتركيز Ca2+ يتجاوز الحد المسموح به، فتتثبت أيونات الكالسيوم.

وفي السياق ذاته، عند 25°م يكون ثابت تفكك الماء (Kw) مساوياً لـ 10−14. وبذلك يكون تركيز كل من H+ وOH– مساوياً لـ 10−7 مولي.

وعلى صعيد آخر، يتفكك الماء (H2O) جزئيًا إلى أيون الهيدرونيوم H3O+ (الهيدرونيوم) وأيون الهيدروكسيل OH– (الهيدروكسيل). يحمل الأول شحنة موجبة والثاني شحنة سالبة.

ملاحظة:

المعالجة والاستفادة عبر الاستزراع المائي

• انظر كذلك
• ملوحة التربة
• خصوبة التربة
• ري بالتنقيط
• سماد
• روثا ستوكسية

في هذا الإطار، وفي السنوات الأخيرة، أصبح الاستزراع المائي (أو «استزراع الأراضي المالحة–القلوية») نموذجًا اقتصاديًا وبيئيًا مناسبًا توصي به وزارة الزراعة والشؤون الريفية في الصين لتحويل الأراضي المالحة–القلوية واستثمارها بكفاءة. وأشارت منظمة الأغذية والزراعة في نشرتها الأخيرة إلى أن الأراضي القلوية تُعتبر من المجالات التي تتوفر فيها طرق مبتكرة وفرص واعدة لتوسيع الاستزراع المائي.

إضافةً إلى ذلك، تتطلب طرق الاستصلاح التقليدية غالبًا استخدام كميات كبيرة من المُحسّنات الكيميائية وبنية تحتية معقدة للصرف، بينما يوفّر الاستزراع المائي استراتيجية بديلة أو مكمّلة عبر استخدام المسطحات المائية لغسل الأملاح والمركّبات الضارة في التربة، وإدخال المادة العضوية، وتهيئة ظروف تحسّن من جودة التربة بيولوجيًا. ومنذ 1990 أجريت أبحاث وتجارب في الصين وغيرها لاستصلاح الأراضي القلوية واستثمارها من خلال الدمج بين الزراعة والاستزراع المائي، وقد حققت هذه الجهود نجاحات ملموسة وتراكماً في الخبرة. ورغم التحديات التقنية والإنشائية والإدارية فإن تقنيات الاستزراع المائي باستخدام المياه المالحة–القلوية الداخلية والأراضي غير الصالحة للزراعة باتت أكثر نضجًا، وتشمل نطاقًا واسعًا من الأنواع البحرية مثل الروبيان، والسرطان، والمحار، والأسماك ومنها القاروص والهامور.