development, impacts and management of soil …...curves are presented for hawaiian soils, also some...

17
Development, Impacts and Management of Soil Acidity in Hawaii N. V. Hue Department of Tropical Plant and Soil Sciences, College of Tropical Agriculture and Human Resources, University of Hawaii at Manoa, HI 96822, USA Abstract: Soil acidity is a serious constraint to crop production and ecosystem health. Acidification can occur naturally via the formation of carbonic acid (CO 2 +H 2 O Î H 2 CO 3 Î HCO 3 +H + ) and subsequent leaching of basic cations or through manmade processes. These include the formation of sulfuric and nitric acids by coal burning, automobile exhaust emission, and applying ammoniacal fertilizers. Given the warm temperatures and humid conditions, most Hawaii soils are acidic, having either aluminum (Al) and/or manganese (Mn) toxicities or calcium (Ca) deficiency. Aluminum toxicity usually damages the root system first; in contrast, Mn toxicity affects aboveground parts of a plant. Calcium deficiency shows up more clearly at growing points owing to the relative immobility of this nutrient. Productivity of these acid soils can be improved by either adding lime or planting acidtolerant crops. Several lime titration curves are presented for Hawaiian soils, also some acidity tolerant crops are discussed. Introduction: Soil acidity is a condition in which the pH of a soil has declined to less than 7.0 (most likely < 5.6, the pH of rainwater). The pH is the negative logarithm of the concentration of hydrogen ions (H + ) in the water contained in the soil, expressed on a scale from 1 to 14. A pH of 7.0 is neutral, values below 7.0 are acidic, and those above 7.0 are basic (alkaline). The lower is the pH, the more acid the soil. Because the pH scale is logarithmic, soil with a pH of 5 is 10 times more acidic than soil with a pH of 6 and is 100 times more acidic than soil with pH 7. Most Hawaii soils have pH ranging from 4 to 9 with a mean of 5.4. For comparison, pHs of some common liquids are: pure water (7.0); tap water (7.5 – 8.0, due to pretreatment with lime stone to prevent pipe corrosion); pristine rainwater (5.2 – 5.6, because of CO 2 presence); acid rain water (3.5 – 5.5, presence of sulfuric and nitric acids); lemon juice (2.2 – 2.4, presence of citric acid); vinegar (4.0 – 4.5, presence of acetic acid); fresh milk (6.3 – 6.6); and mild soap solution (8.5 – 10.0). Not only in Hawaii, but also in the Tropics, nearly 50% of all arable land is acid (Sanchez and Logan, 1992). More specifically, that percentage was 63% for the Southeast Asia (314 x 10 6 ha) and 52% for South America (916 x 10 6 ha) (Sumner and Noble, 2003). Acid soils are a serious constraint to food production and have adverse ecological impacts from cereal crop failure to forest decline (Bolan et al., 2005; Sumner and Noble, 2003).

Upload: others

Post on 19-Jul-2020

0 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Development, Impacts and Management of Soil …...curves are presented for Hawaiian soils, also some acidity tolerant crops are discussed. Introduction: Soil acidity is a condition

Development, Impacts and Management of Soil Acidity in Hawaii 

N. V. Hue 

Department of Tropical Plant and Soil Sciences, College of Tropical Agriculture and Human Resources, University of Hawaii at Manoa, HI 96822, USA 

 

Abstract: 

  Soil acidity is a serious constraint to crop production and ecosystem health. Acidification can occur naturally via the formation of carbonic acid (CO2 + H2O   H2CO3   HCO3

‐ + H+) and subsequent leaching of basic cations or through man‐made processes. These include the formation of sulfuric and nitric acids by coal burning, automobile exhaust emission, and applying ammoniacal fertilizers. Given the warm temperatures and humid conditions, most Hawaii soils are acidic, having either aluminum (Al) and/or manganese (Mn) toxicities or calcium (Ca) deficiency. Aluminum toxicity usually damages the root system first; in contrast, Mn toxicity affects above‐ground parts of a plant. Calcium deficiency shows up more clearly at growing points owing to the relative immobility of this nutrient. Productivity of these acid soils can be improved by either adding lime or planting acid‐tolerant crops. Several lime titration curves are presented for Hawaiian soils, also some acidity tolerant crops are discussed. 

Introduction: 

Soil acidity is a condition in which the pH of a soil has declined to less than 7.0 (most likely < 5.6, the pH of rainwater). The pH is the negative logarithm of the concentration of hydrogen ions (H+) in the water contained in the soil, expressed on a scale from 1 to 14. A pH of 7.0 is neutral, values below 7.0 are acidic, and those above 7.0 are basic (alkaline). The lower is the pH, the more acid the soil. Because the pH scale is logarithmic, soil with a pH of 5 is 10 times more acidic than soil with a pH of 6 and is 100 times more acidic than soil with pH 7. Most Hawaii soils have pH ranging from 4 to 9 with a mean of 5.4. For comparison, pHs of some common liquids are: pure water (7.0); tap water (7.5 – 8.0, due to pre‐treatment with lime stone to prevent pipe corrosion); pristine rainwater (5.2 – 5.6, because of CO2 presence); acid rain water (3.5 – 5.5, presence of sulfuric and nitric acids); lemon juice (2.2 – 2.4, presence of citric acid); vinegar (4.0 – 4.5, presence of acetic acid); fresh milk (6.3 – 6.6); and mild soap solution (8.5 – 10.0). 

Not only in Hawaii, but also in the Tropics, nearly 50% of all arable land is acid (Sanchez and Logan, 1992). More specifically, that percentage was 63% for the Southeast Asia (314 x 106 ha) and 52% for South America (916 x 106 ha) (Sumner and Noble, 2003). Acid soils are a serious constraint to food production and have adverse ecological impacts from cereal crop failure to forest decline (Bolan et al., 2005; Sumner and Noble, 2003). 

 

 

 

Page 2: Development, Impacts and Management of Soil …...curves are presented for Hawaiian soils, also some acidity tolerant crops are discussed. Introduction: Soil acidity is a condition

Development of Soil Acidity: 

  Soil acidification can occur naturally and/or anthropogenically. 

• Naturally Occurring Acid Soils. Acid soils are common in humid regions. Wherever rainfall is substantial, acid soils develop. That 

is because rain is naturally acidic (pH 5.0 – 5.6) mainly because of dissolved atmospheric carbon dioxide (CO2) as shown below. 

  CO2 + H2O    HCO3‐ + H+ 

The hydrogen ions (H+ or proton) gradually displace other positively charged ions, such as Ca 2+, Mg 2+, and K+ (referred to as basic cations, which are essential to plant growth), from the soil. The H+ becomes a part of the soil’s solid surface, while an equivalent amount of basic cations is released into the soil solution and is subject to loss by leaching as illustrated below. 

 

Proton‐saturated soils are not stable and will be further weathered to more stable oxides of aluminum (Al), iron (Fe), manganese (Mn), and titanium (Ti) as shown by the transformation of smectite to kaolinite and eventually to gibbsite (Sposito, 1989). 

Al 0.3[Si 7.5 Al 0.5 ]Al 3.6 Mg 0.4 O 20(OH)4 + 0.8 H+ + 8.2 H2O   1.1[Si4 Al4 O10 (OH)8 ] + 3.1Si(OH)4 + 0.4Mg 2+ 

(smectite)            (kaolinite)     and 

Si4 Al4 O10 (OH)8  + 10 H2O   2 Al2(OH)6 + 4 Si(OH)4 (kaolinite)              (gibbsite) 

In fact, under acidic conditions, minerals such as kaolinite or even gibbsite can be dissolved to yield soluble Al 3+ (Sposito, 1989; Uchida and Hue, 2000). 

Si4 Al4 O10 (OH)8  + 12H+   4 Al 3+ + 4Si(OH)4 + 2H2O 

Al2(OH)6 + 6H+   2 Al 3+ + 6H2O 

 Another natural cause of soil acidity, that is pertinent to Hawaii, is the release of sulfur dioxide 

(SO2) by volcanoes. For example, the Kilauea volcano on the Big Island has recently been releasing over 1,000 metric tons/day of SO2 (Honolulu Star Bull., 2‐14‐2008). With water vapor, SO2 will form sulfuric acid (H2SO4): 

  SO2 + ½ O2 + H2O   2H+ + SO4 2‐ 

Although not common in Hawaii, soil acidification by H2SO4 can also occur when pyrite (FeS2, a component of coal and marine sediment) is oxidized: 

  FeS2 + 7.5/2 O2 + 7/2 H2O   Fe(OH)3 + 4 H+ + 2 SO4 

2‐ 

Page 3: Development, Impacts and Management of Soil …...curves are presented for Hawaiian soils, also some acidity tolerant crops are discussed. Introduction: Soil acidity is a condition

The oxidation of organic matter, particularly leaf litter in forest or thatch in pasture can also produce H+ and makes soils acidic (Bolan et al.,  2005): 

  Organic C   R‐COOH   R‐COO‐ + H+ 

• Anthropogenically Derived Acid Soils. 

    Burning coals for power has produced large quantities of SO2, thus the resultant H2SO4 as discussed previously. Much of the world’s coal used for energy contains approximately 2% S, half of which is FeS2 and the remainder is organic (Blake, 2005). Coal burning produces SO2, as follows. 

  4FeS2 + 11 O2   2 Fe2O3 + 8 SO2 

   Nitric oxide (NO) and nitrogen dioxide (NO2)—collectively called NOx—enter the atmosphere mainly from the burning of fossil fuels in motor vehicles and stationary furnaces. The formation of NO from N2 and O2 occurs at high temperatures: 

  N2 + O2   2 NO    and NO + ½ O2   NO2 

Once NOx has been formed, rapid cooling of exhaust gases prevents further reaction and traps the oxides in the atmosphere. (NO is also formed naturally in the atmosphere through reaction of O2 and  N2 caused by lightning.) In the presence of water vapor and O2, NO2 will be oxidized to HNO3, as follows. 

  2 NO2 + ½ O2 + H2O   2 HNO3 

Thus, acid rain, which is a combination of H2SO4 and HNO3 in the atmosphere, is resulted from the combustion of fossil fuels over the past two centuries. Severe forest decline due to acid rain has been reported in Europe and North America (Blake, 2005). 

Furthermore, under intensive agronomic crop production, the use of ammoniacal fertilizer N has acidified the soils considerably. Some responsible reactions are shown below. 

NH2‐CO‐NH2 + H2O   ======  2NH3 + CO2 (urea hydrolysis) 

(urea)               urease 

2 NH3 + 2 H2O  ======  2 NH4+ + 2 OH‐   (temporarily raises soil pH) 

2 NH4+ + 4 O2  ======  2 NO3

‐ + 4 H+ + 2H2O (nitrification) 

Net reaction:   NH2‐CO‐NH2 + 4 O2  =====  2 NO3‐ + 2 H+ + CO2 + H2O 

Thus, by adding urea or anhydrous NH3, the soil pH will temporarily (1 – 4 weeks) be increased, then will be lowered via nitrification, with a net effect of some H+ released, resulting in soil acidification. 

 

 

 

Page 4: Development, Impacts and Management of Soil …...curves are presented for Hawaiian soils, also some acidity tolerant crops are discussed. Introduction: Soil acidity is a condition

The release of NH3 from organic wastes (e.g., animal manure, green manure, compost) also acidifies soils beginning with a conversion of organic N to NH3 (Kuo et al., 2004). 

R‐CH‐NH2‐COOH + ½ O2  ==      R‐CO‐COOH + NH3 

Ex: CH3‐CH‐NH2‐COOH + ½ O2  ==        CH3‐CO‐COOH + NH3 

(alanine, an  amino acid)    (pyruvic, an organic acid) 

 

Organic acids themselves also contribute to soil acidification as shown below: 

CH3‐CO‐COOH  ==   CH3‐CO‐COO‐ + H+ 

Finally, sulfur powder can occasionally be used to lower pH of some soils, such as alkaline, calcareous or overlimed soils. The oxidation of S is rather slow (several months), however. 

  S + 3/2 O2 + H2O  ==  2 H+ + SO4 2‐ 

Impacts of Soil Acidity: 

Although soil acidity is indicated by pH <7.0, H+ ion itself would have minimal adverse effects until its concentration exceeds 10 ‐5 M (pH < 5.0) (Adams, 1984). More serious problems in acid soils come from Al and Mn toxicities, and Ca deficiency. Magnesium (Mg), molybdenum (Mo), and P deficiencies are also a strong possibility. 

• Aluminum Toxicity. In highly weathered acid soils, such as those in Hawaii, Al in solution is often controlled by 

gibbsite mineral (Al2(OH)6 but often written as Al(OH)3). Thus, Al activity as a function of pH can be predicted by the following reaction and its equilibrium constant (K eq) (Lindsay, 1979) 

Al(OH)3 + 3 H+  ==  Al 3+ + 3 H2O,   K eq = 10 

8.04 

Or     (Al 3+) = 10 8.04 (H+)3 

Thus, when soil pH drops by one unit (H+ increases by 10 fold), then (Al 3+) activity would be increased by 1,000 fold. In other words, in order to keep (Al 3+) at sub‐micromolar levels, soil pH must be maintained above 5.0. This is because trivalent form of Al is most toxic to plants and animals (Parker, 2005). Levels as low as 1 – 10 uM in soil solution would reduce growth of many crops (Miyasaka et al., 2006). 

In addition to soil solution Al, exchangeable Al ( as extracted with 1 M KCl) and Al saturation percentage (ratio of exchangeable Al to cation exchange capacity X 100) are often used to indicate Al toxicity in acid soils (Miyasaka et al., 2006). Exchangeable Al levels of 5 – 10 cmolc kg 

‐1 are not uncommon in acid Ultisols of Latin America and Southeastern US (Miyasaka et al., 2006). For comparison, Ultisols in Hawaii (e.g., Paaloa Series on Oahu, and Haiku Series on Maui) contain only about 2.0 cmolc kg 

‐1 of exchangeable Al (Hue et al., 1998). 

Aluminum toxicity usually damages the root system first. Aluminum‐affected roots tend to be shortened and swollen, having a stubby appearance (Figure 1). 

Page 5: Development, Impacts and Management of Soil …...curves are presented for Hawaiian soils, also some acidity tolerant crops are discussed. Introduction: Soil acidity is a condition

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 1. Roots of Sesbania seedlings as affected by soil Al and lime.  

 

• Manganese Toxicity. 

   Given their strongly weathered nature, some soils in Hawaii are very high in Mn. For example, the Wahiawa Oxisol in central Oahu contains 1.2 – 1.6% total Mn, even the Waialua Mollisol can have as much as 0.15 – 0.20% Mn. For comparison, most soils in the mainland US contain only about 0.02% Mn on average. The most stable (common) form of solid Mn is MnO2 (mainly birnessite). Under acidic conditions and with the supply of electrons (e‐) from soil organic matter, MnO2 will dissolve into soluble Mn 2+ according to the reaction: 

MnO2 + 4 H+ + 2e‐   ==  Mn 2+ + 2H2O 

Equilibrium constant of this reaction can be expressed as: 

K eq = (Mn 2+)/((H+)4(e‐)2) 

If we assume that the system is poised, meaning log (H+) + log (e‐) constant, which is often the case in soils (Lindsay, 1979), then: 

Log (Mn 2+) = constant – 2pH (Hue and Mai, 2002) 

This equation would predict that for every pH unit decrease, (Mn 2+) activity (and concentration) would be increased by 100 fold. A level of 36 uM (2 mg/L of Mn in the saturated paste extract has been reported to cause toxicity in watermelon (Citrullus lanatus cv. ‘Crimson Sweet’) grown on the Wahiawa Oxisol. The corresponding soil pH was 5.7 (Hue and Mai, 2002). 

Page 6: Development, Impacts and Management of Soil …...curves are presented for Hawaiian soils, also some acidity tolerant crops are discussed. Introduction: Soil acidity is a condition

             Unlike Al, Mn toxicity first shows up in plant tops. The symptoms vary among plant species, but often are specific for a given species. For example, stunted, crinkled and chlorotic leaves are the Mn toxicity symptoms in soybeans (Glycine max ) (Figure 2). In watermelon, Mn toxicity first appears as dark brown spots on leaves, then leaf margins dry up (necrosis), finally the entire leaf dries out and falls off 

just a few days after flowering (Hue et al., 1998). 

 

 

 

 

 

Figure 2. Visual symptom of Mn toxicity on soybean leaves 

• Calcium Deficiency. 

Unlike most acid soils in the mainland US, which belong to the Ultisol order, and where Al toxicity is a serious problem, many acid soils in Hawaii are Oxisols characterized by high proportion of Fe and Al oxides, and variable charges. Thus, Oxisols are not necessarily the most acidic because, in the final stages of weathering, soil pH increases due to the high point of zero charge (> pH 7) of Fe and Al oxides. On the other hand, these soils have very low basic cation status, especially Ca. In fact, Ca deficiency is more common than Al toxicity in many acid soils of Hawaii. 

The Kapaa and Wahiawa Oxisols on Kauai and Oahu, respectively, are well recognized for their low Ca: exchangeable Ca (as extracted with 1 M NH4OAc, pH 7.0) concentrations of these soils—in their unamended state—range between 0.7 and 2.5 cmolc kg

‐1 (Soil Conservation Service, 1976), which are far below 7.5 cmolc kg

‐1 deemed adequate for the growth of most crops recommended by the State soil testing and plant analysis laboratory (Yost and Uchida, 2000). 

 

Figure 3. Visual symptom of Ca deficiency on taro leaves. 

Page 7: Development, Impacts and Management of Soil …...curves are presented for Hawaiian soils, also some acidity tolerant crops are discussed. Introduction: Soil acidity is a condition

Since Ca is fairly immobile inside the plant, its deficiency symptoms first appear at the growing points. In corn (Zea mays) and taro (Colocasia esculenta), Ca‐deficient plants are stunted; young leaves are unable to fully unfurl, then the leaf tips or margins soon die (Figure 3). 

Management of Soil Acidity: 

Soil acidity can be managed either by adding lime or planting acid tolerant crop (or a combination of both). 

• Liming.  Common liming materials are the oxides, hydroxides, carbonates, and silicates of Ca or Ca‐Mg 

mixtures. When lime (e.g., CaCO3) is added to a moist soil, the following reactions will occur: (1) Lime is dissolved (slowly) by moisture in the soil to produce Ca2+ and hydroxide (OH‐):    

 

(2) Newly produced Ca2+  will exchange with Al3+ and H+ on the surface of acid soils:  

 

            2Ca2+  +     +  Al3+  +  H+   

 

(3) Lime‐produced OH‐ will react with Al3+ to form solid Al(OH)3, or it will react with H+  to form 

H2O: 

            3OH‐    +    Al3+      Al(OH)3  (solid) 

           OH‐       +    H+                                    H2O 

CaCO3  +  H2O (in soil)                                  Ca2+    +   2OH‐   +   CO2  (gas) 

 Soil 

 particle 

Al3+

H+

 Soil 

 particle  Ca2+Ca2+

Thus, liming eliminates toxic Al3+ and H+ through the reactions with OH‐. Excess OH‐ from lime will raise the soil pH, which is the most recognizable effect of liming. Another benefit of liming is the added supply of Ca2+, as well as Mg2+ if dolomite [Ca,Mg(CO3)2] is used. 

                Commonly used liming materials and their relative neutralizing values are given in Table 1.  The 

neutralizing value, or calcium carbonate equivalent (CCE), is defined as the amount of acid a given quantity of the lime will neutralize when it is totally dissolved. The relative neutralizing value is expressed as a percentage of the neutralizing value of pure CaCO3, which is given a value of 100. 

      

Page 8: Development, Impacts and Management of Soil …...curves are presented for Hawaiian soils, also some acidity tolerant crops are discussed. Introduction: Soil acidity is a condition

Table 1. Common liming materials 

Liming material  Chemical name 

 

Relative neutralizing value 

Calcitic limestones  Calcium carbonate (CaCO3)  100 

Quicklime  Calcium oxide (CaO)  150‐175 

Hydrated lime   Calcium hydroxide (Ca(OH)2)  120‐135 

Dolomitic lime   Calcium‐magnesium carbonate  95‐108 

Slag  Calcium silicate (CaSiO3)  50‐70 

         Because lime dissolves very slowly, it must be finely ground to increase its reactive surface and 

to effectively neutralize soil acidity (Figure 4).   

 

 

Figure 4. Effect of particle size of lime (CaCO3) on soil pH.  

 

               

Page 9: Development, Impacts and Management of Soil …...curves are presented for Hawaiian soils, also some acidity tolerant crops are discussed. Introduction: Soil acidity is a condition

Lime fineness is measured by using sieves with different mesh sizes. The standard mesh size numbers indicate the number of wires per inch. Thus, higher mesh size numbers signify smaller holes, which limit passage to finer particles. Note that 20‐30 mesh lime was not as effective in raising soil pH as the finer lime (Figure 4). Also, it seems that lime particles of 50‐100 mesh size would be adequately effective in neutralizing soil acidity. Finer grades (< 100 mesh) would waste money (also hard to spread), whereas coarser grades may not react quickly enough.  Furthermore, the full effect of liming might not be realized until 12‐18 months after application. 

In brief, the ability to neutralize soil acidity depends on both the CCE and the particle size of the liming materials. 

 • Lime Requirements of Acid Soils in Hawaii. 

Nearly all acid soils in Hawaii—and the Tropics—belong to three soil orders: Oxisol, Ultisol, and to a lesser extent, Andisols (Soil Survey Staff, 2006). Because these soils, as their classification implies, differ widely in properties ranging from mineralogy to organic matter content, their lime requirements – the amount of lime required to raise soil pH to a given value—are expected to vary from soil to soil. Thus, lime requirement curves should be constructed to individual soils, as many as possible (Table 2, and Figure 5). The data for these curves were obtained after equilibrating 0, 0.25, 0.5, 1, 2, 4, and 8 g CaCO3 with 100 g soil at field moisture capacity. Then the soils were air‐dried gradually for one week, re‐moistened, and dried again, so that the lime had enough time to react with the soil acidity. At the end of the second week, soil pH (20 g soil in 20 ml water) was measured. The utility of these curves can be illustrated in the following examples. 

(1) You wish to determine the amount of lime required to raise the pH of a soil in the Helemano area, Oahu (the Paaloa soil) from 4.5 to 6.2. You would look up the lime requirement curve of the Paaloa soil (graph no. 20 in Figure 5), and from that curve it is clear that 4 tons/acre of CaCO3 is needed to raise the soil pH from 4.5 to 6.2. 

(2) What if your soil of interest (say, the Akaka soil of the Big Island) is not one of those shown? Then substitute the curve of another Andisol with similar properties, such as the Kaiwiki soil, to estimate the lime requirement.  

(3) What if your soil is unknown, in terms of series name or location? Then use the generalized lime requirement curve (Figure 5, graph no. 24). This curve was constructed by combining data from 23 Hawaii soils; it is not exactly correct for any real soil, but it is not far wrong either. Be sure to keep in mind that the lime requirement estimated from this curve is just a first approximation. Use it with caution! 

(4) Finally, what if your soil has an initial pH of 4.3 instead of 4.8 as the generalized curve illustrates? Well, as long as your target pH is around 6.5, you can draw a curve parallel to the generalized curve, but start at 4.3, and read the lime requirement from that newly drawn curve. Alternatively, you can use the equation listed in Table 2 and solve for the amounts of lime (X) corresponding to pH 4.3 (a negative value, X1) and also for the target pH (a positive value, X2); then X3 = [X2 – X1] is the quantity of lime needed. 

 

• Acidity Tolerant Crops. Some plants can grow better on soils with low pH than others. One reason sugarcane 

(Saccharum officinarum) was successful in Hawaii might be related to its considerable tolerance to low Ca and high Al (Yost and Evensen, 1994). Pineapple (Ananas comosus) is another crop that is tolerant to and even thrives in acid soil. Tea (Camellia sinensis) is an Al accumulator, even requires rather high Al soils to produce better quality leaves (Miyasaka et al., 2006). Some wheat (Triticum aestivum) cultivars 

Page 10: Development, Impacts and Management of Soil …...curves are presented for Hawaiian soils, also some acidity tolerant crops are discussed. Introduction: Soil acidity is a condition

in Brazil (e.g., Frontana, Colonias, Frontiera, Rio Negro) are known for high Al tolerance (Garvin and Carver, 2003). Miyasaka et al. (1993) has reported differential response of two taro cultivars to Al. 

As in the case of Al tolerance, there are differences in Mn tolerance among plant species, even varieties within a species (Kamprath and Foy, 1985). Macadamia leaves can contain as much as 1% Mn without any apparent toxicity symptoms (Warner and Fox, 1972). Indeed, tropical biodiversity has contributed to the development of many tolerant species and cultivars that provide a viable alternative to the management of soil acidity. 

Page 11: Development, Impacts and Management of Soil …...curves are presented for Hawaiian soils, also some acidity tolerant crops are discussed. Introduction: Soil acidity is a condition

 

Table 2. Selected Hawaiian soils used in constructing lime requires curves, and their corresponding equations . 

Soil series  Soil order  Equation for lime requirementz 

Alealoa  Ultisol  pH= ‐ 0.85e‐0.98x + 7.7 

Haiku  Ultisol  pH= ‐ 2.6e‐0.46x + 7.3 

Halii  Oxisol  pH= ‐ 2.0e‐0.62x + 6.5 

Hamakuapoko  Ultisol  pH= ‐ 1.3e‐0.43x + 7.1 

Hilo  Andisol  pH= ‐ 1.5e‐0.33x + 7.0 

Honolua  Ultisol  pH= ‐ 2.8e‐0.21x + 7.5 

Kahanui  Oxisol  pH= ‐ 2.5e‐0.40x + 8.1 

Kaipoioi  Andisol  pH= ‐ 1.5e‐0.12x + 7.2 

Kaiwiki  Andisol  pH= ‐ 2.0e‐0.33x + 7.0 

Kalapa  Ultisol  pH= ‐ 2.8e‐0.29x + 7.6 

Kaneohe  Ultisol  pH= ‐ 2.0e‐0.39x + 6.8 

Kapaa  Oxisol  pH= ‐ 1.65e‐0.63x + 6.9 

Kokee  Ultisol  pH= 0.20 X + 4.9 

Leilehua  Ultisol  pH= ‐ 3.2e‐0.23x + 7.7 

Mahana  Oxisol  pH= ‐ 2.0e‐0.49x + 6.5 

Makawao  Ultisol  pH= ‐ 2.09e‐0.33x + 7.7 

Manana  Ultisol  pH= ‐ 2.7e‐0.33x + 7.7 

Niu  Oxisol  pH= ‐ 2.3e‐0.98x + 7.7 

Olinda  Andisol  pH= ‐ 2.1e‐0.15x + 7.6 

Paaloa  Ultisol  pH= ‐ 4.9e‐0.10x + 9.4 

Piihonua  Andisol  pH= ‐ 1.28e‐0.27x + 6.4 

Tantalus  Andisol  pH= ‐ 1.9e‐0.34x + 7.1 

Wahiawa  Oxisol  pH= ‐ 3.66e‐0.23x + 7.89 

Generalized  _______  pH= ‐ 2.56e‐0.25x + 7.4 

zX= tons (2000lb) of CaCO3 per acre 

Page 12: Development, Impacts and Management of Soil …...curves are presented for Hawaiian soils, also some acidity tolerant crops are discussed. Introduction: Soil acidity is a condition

Tons CaCO3/acre Tons CaCO3/acre 

Tons CaCO3/acre Tons CaCO3/acre 

 

Page 13: Development, Impacts and Management of Soil …...curves are presented for Hawaiian soils, also some acidity tolerant crops are discussed. Introduction: Soil acidity is a condition

 

 

 

 

 

 

Tons CaCO3/acre 

 

Page 14: Development, Impacts and Management of Soil …...curves are presented for Hawaiian soils, also some acidity tolerant crops are discussed. Introduction: Soil acidity is a condition

Tons CaCO3/acre 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 15: Development, Impacts and Management of Soil …...curves are presented for Hawaiian soils, also some acidity tolerant crops are discussed. Introduction: Soil acidity is a condition

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 5. Lime titration curves of some Hawaii soils. 

   

 

 

 

 

 

 

Page 16: Development, Impacts and Management of Soil …...curves are presented for Hawaiian soils, also some acidity tolerant crops are discussed. Introduction: Soil acidity is a condition

References: 

1. Adams, F. 1984. Crop response to lime in the Southern United States. p. 211‐265. In: Fred Adams (ed.), Soil acidity and liming. Soil Sci. Soc. Am., Inc. Madison, WI., USA. 

2. Blake, L. 2005. Acid rain and soil acidification. p. 1‐11. In: Daniel Hillel et al. (eds.) Encyclopedia of soils in the environment. Academic Press, New York, NY., USA. 

3. Bolan, N.S., D. Curtin, and D.C. Adriano. 2005. p. 11‐17. Acidity. In: Daniel Hillel et al. (eds.) Encyclopedia of soils in the environment. Academic Press, New York, NY., USA. 

4. Garvin, D.F. and B.F. Carver. 2003. Role of the genotype in tolerance to acidity and aluminum toxicity. p. 387‐406. In: Zdenko Rengel (ed.), Handbook of soil acidity. Marcel Dekker, Inc. New York, NY., USA. 

5. Hue, N.V. and Y. Mai. 2002. Manganese toxicity in watermelon as affected by lime and compost amended to a Hawaiian soil. Hort. Sci. 37:656‐661. 

6. Hue, N.V., J.A. Silva, G. Uehara, R.T. Hamasaki, R. Uchida, and P. Bunn. 1998. Managing manganese toxicity in former sugarcane soils on Oahu. SCM‐1. Coll. Tropical Agric. Human Res., Univ. Hawaii. Honolulu, HI. 

7. Kamprath , E.J. and C.D. Foy. 1985. Lime‐fertilizer‐plant interactions in acid soils. In: O. Englestad (ed.), Fertilizer technology and use. 3rd. ed. Soil Sci. Soc. Am., Inc., Madison, WI., USA. 

8. Kuo, S., M. Ortiz‐Escobar, N.V. Hue, and R.L. Hummel. 2004.Composting and compost utilization for agronomic and container crops.  p. 451‐513. In: S. Pandalai (ed.), Recent Res. Develop. Environ. Biol. Vol. 1, Kerala, India. 

9. Lindsay, W.L. 1979. Chemical equilibria in soils. John Wiley & Sons., New York, NY., USA. 

10. Miyasaka, S.C., N.V. Hue, and M.A. Dunn. 2006. Aluminum. p. 439‐497. In: A. V. Barker and D. J. Pilbeam (eds.), Handbook of plant nutrition. CRC Press, Boca Raton, FL., USA. 

11. Miyasaka, S.C., C.M. Webster, and N.V. Hue. 1993. Differential response of two taro cultivars to aluminum. I: plant growth. Commun Soil Sci. Plant Anal. 24:1197‐1211. 

12. Parker, D.R. 2005. Aluminum speciation. p. 50‐56. In: Daniel Hillel et al. (eds.) Encyclopedia of soils in the environment. Academic Press, New York, NY., USA. 

13. Sanchez, P.A. and T.J. Logan. 1992. Myths and science about the chemistry and fertility of soils in the Tropics. p. 35‐46. In: R. Lal and P.A. Sanchez (eds.), Myths and science of soils in the Tropics. Soil Sci. Soc. Am. Spec. Publ. No. 29, Madison, WI., USA. 

14. Soil survey staff. 2006. Keys to soil taxonomy. 10th. ed. USDA, Washington DC. 

15. Soil conservation service. 1976. Soil survey laboratory data and descriptions for the soils of Hawaii. No. 29. USDA. Washington, DC. 

16. Sumner, M.E. and A.D. Noble. 2003. Soil acidification: the world story. p. 1‐28. In: Zdenko Rengel (ed.), Handbook of soil acidity. Marcel Dekker, Inc. New York, NY., USA. 

Page 17: Development, Impacts and Management of Soil …...curves are presented for Hawaiian soils, also some acidity tolerant crops are discussed. Introduction: Soil acidity is a condition

17. Uchida, R. and N.V. Hue. 2000. Soil acidity and liming. p. 101‐111. In:  J. Silva and R. Uchida. (eds.), Plant nutrient management in Hawaii’s soils. Coll. Tropical Agric. Human Res., Univ. Hawaii. Honolulu, HI. 

18. Warner, R.M. and R.L. Fox. 1972. Concentration and distribution of S, Mg, and five micronutrients in macadamia in relation to yields. Hawaii macadamia producers Assoc. Proc. 12th. Annual Mtg. p. 26‐37. 

19. Yost, R.S. and R. Uchida. 2000. Interpreting soil nutrient analysis data. p. 87‐89. In: J. Silva and R. Uchida. (eds.), Plant nutrient management in Hawaii’s soils. Coll. Tropical Agric. Human Res., Univ. Hawaii. Honolulu, HI. 

20. Yost, R.S. and C. Evensen. 1994. Liming sugarcane soils in Hawaii. In: Hawaii sugarcane technologists conf. Nov. 1993. Honolulu, HI.