Поглатительная способность почвы

Таблица 1. Состав поглощенных катионов и  емкость поглощения почв

(К.К.Гедройц 1942)

6. Поглощение почвам анионов

Поглощение  анионов почвами исследовано  менее детально по сравнению с  процессами поглощения катионов. Известно, что анионы  поглощают почвой в разной степени в зависимости  от природы аниона, составов коллоидов  и реакции среды. Практически не поглощаются почвой без участия живых организмов анионы Cl^- и NO₃^-, частично поглощаются SO₄^2- и CO₃^2-, хорошо поглощаются H₂PO₄^2-, HPO₄^2- и PO₄^3- (табл. 2).Чем больше в почве амфолитоидов (коллоидных форм полуторных окислов), тем энергичнее поглощаются почвой анионы. Кислые почвы энергичнее поглощают анионы по сравнению с почвами, имеющие нейтральную или щелочную реакцию, в связи с повышенным содержанием подвижных форм  полуторных оксидов. Основными видам поглощения анионов являются химическое и биологическое. Широко распространенной реакцией при поглощении анионов следует признать солеобразование – реакцию взаимодействия растворенных солей, при которой образуется новая нерастворимая водой соль, выпадающая в твердую фазу почвы. Таким путем поглощаются сульфаты, фосфаты и карбонаты. Особенно велико значение реакции солеобразования для поглощения анионов фосфорной кислоты, которая образуется с  Ca, Al, Fe и не растворимые фосфаты. (И.С. Кауричев 1982)

Таблица 2. Поглощение анионов почвами (м. - экв./100г)

(И.Н. Антипов-Каратаев 1925)

Образование трудно растворимых  основных фосфатов кальция возможно в почвах с реакцией, близкой к нейтральной, в результате обмена с катионами кальция, находящихся  в диффузном слое почвенных коллоидов:

[ППК^-]Ca⁺²+Ca(H₂PO₄)₂=[ППК^-] ^+↓2 CaHPO₄

В кислых почвах фосфат поглощается при взаимодействие с ионам железа, алюминия и марганца. Химическое осаждение фосфатов протекает по следующей схеме:

Al(OH)₃+ H₃PO₄=↓AlPO₄+3H₂O 

[ППК^-]+ Ca(H₂PO₄)₂₌[ППК^-] +↓AlPO₄

Таким путем в почве образуется сложная  смесь водных и безводных ди - и трифосфатов кальция, в различной  степени гидратированные фосфаты  алюминия и железа. Менее ясен механизм сорбции анионов почвенными коллоидами. Большинство исследователей считают, что анионы, не образующие с катионами нерастворимых солей, практически не сорбируются почвами, но некоторые ученые предполагают реальность такой схемы сорбции анионов, считая, что реакция обменной сорбции имеет место на положительно заряженных участках мицеллы:

[ППК^-] +K₃PO₄=[ППК^-] PO₄^-3 +3KOH 

2KOH+CO₂=K₂CO₃+H₂O

 Высокую степень поглощения аниона фосфорной кислоты, которая отмеченная многими учеными, можно объяснить хемосорбцией этого аниона на поверхности глинистых минералов за счет ионов Al, алюмокислородных октаэдров глинистых минералов, находящихся в краевой зоне кристаллической решетки, а потом и недонасыщенных валентно. Широко распространена в почвах хемосорбция анионов HPO₄^2- коллоидными формами полуторных окислов:

Al(OH)₃+(NH₄)₂ HPO₄=Al PO₄ + NH₄ OH₂

 Н.И.Горбунов указывает на следующие наиболее вероятные способы поглощения анионов фосфатов в почве:

1) образование  малорастворимых фосфатов при взаимодействии растворимых фосфатов с солями почвенного раствора;

2) образование  малорастворимых фосфатов  с катионами  кальция и алюминия почвенного  поглощающего комплекса;

3) поглощение  фосфат – ионов в результате  взаимодействия с минералами  – солями (гипсом, кальцитов, доломитом);

4) связывание  фосфат – ионов не силикатными гидрослюдами алюминия и железа;

5) поглощение фосфат – ионов глинистых и неглинистых алюмо - и феррисиликатами.

Поглощение  анионов фосфорной кислоты в  почве усиливается при кислой реакции и при высоком содержании полуторных окислов. Гумусовые вещества снижают интенсивность поглощения фосфатов вследствие  образования  с полуторными окислами комплексных  алюмо – и железогумусовых  соединений. Поглощение фосфатов почвой имеет  положительное и отрицательное значение, так как приводит к накоплению фосфора в почве, но снижает степень его доступности растениям. Поэтому рекомендуется внесение в почву не порошкообразных форм фосфорных удобрений, а гранулированных. Особенно необходим этот прием на кислых почвах, богатые полуторными окислами (подзолистые почвы, красноземы). Для анионов, как и для катионов, можно вычислить емкость  поглощения – суммарное количество анионов, способных к обмену. Эта величина выражается в миллиграмм-эквивалентах на 100г почвы. Используют эту величину редко. (И.С. Кауричев 1982)

7. Поглощение почвой катионов.

Поглощение почвой катионов осуществляется путем обменной ионной сорбции, необменной фиксации, физического и биологического поглощения.

Обменная сорбция  – способность катионов диффузного слоя почвенных коллоидов обмениваться на эквивалентное количество катионов соприкасающегося с ними раствора. Обмен протекает по уравнению:

[ППК^-]  +5KCl=[ППК^-]5K⁺+CaCl₂+MgCl₂+HCl

Основные закономерности, которым подчинятся эта реакция, - эквивалентность обмена для одно - двухвалентных катионов и полная обратимость ее. Обменные катионы могут быть вытеснены из диффузного слоя почвенных коллоидов катионами любой соли, находящейся почвенных растворах. На этой особенности основаны методы вытеснения обменных катионов  из почвы для определения их количества. Энергия внедрения и вытеснения катионов обусловлена валентностью и величиной гидратационной оболочки, и наиболее распространенные в почве катионы дают такой ряд:

Na⁺<NH4⁺, K⁺<Mg⁺², Ca⁺², H⁺ (H₃O⁺)<Al⁺³

Способность катионов к поглощению обуславливается  так же размером их гидратационных оболочек. Так как у ионов одинаковой валентности плотность электрического напряжения, а поверхности тем  больше, чем меньше ион, то ионы с  малым радиусом гидратируются сильнее, чем крупные. (И.С. Кауричев 1982)

Большая гидратационная оболочка обуславливает сорбционную  способность катионов. Поэтому среди  одновалентных катионов натрия (ионы радиусом 0,098 нм) поглощаются, слабея калия (ионы радиусом 0.133 нм).  У двухвалентных  катионов калия, имеется более крупные  ионный радиус (0.106 нм), поглощается  сильнее магния (ионы радиусом 0..78 нм). Ионы водорода в водном растворе присоединяют одну молекулы воды,  и образуется гидроксоний (H₃O⁺ ионный радиус 0.135 нм). Гидроксоний поглощается почвенными коллоидами сильнее, чем другие одновалентные ионы. Катионы, лучше поглощающиеся почвой, удерживают ее с большей силой , так как имеют большой электрический заряд и сильнее притягивают почвенными  коллоидными частицами. Среди поглощенных катионов важная роль принадлежит кальцию, который характеризуется высокой способность к внедрению в ППК и трудностью вытеснения из него. Исключительной способностью внедрения в ППК объясняется возможность поглощения ионов гидроксония из почвенного раствора, где концентрация водорода чрезвычайно мала. Ионы натрия поглощаются коллоидами лишь  при значительной  их концентрации в почвенном растворе. Катионы аммония и калия имеют большую способность к внедрению в ППК, чем натрий. Возможность поглощения почвой катионов железа и алюминия ограничивается слабой растворимостью их солей в почвенном растворе.

Скорость  обменной реакции обусловлена строением  кристаллической решетки глинистых  минералов. Она очень велика (мгновенна) для экстрамицеллярного типа поглощения и замедления при интрамицеллярном обменном поглощении. (И.С. Кауричев 1982)

Таблица 3. Поглощение Ca⁺² и NH₄⁺  из смешанного 0.005н. раствора уксуснокислого кальция и уксуснокислого аммония, _pH  7.

(Шахтшабель 1940г.)