Поглатительная способность почвы

 

Кроме того, существенное значение имеет минералогический и химический состав почвенных коллоидов. Катионы кальция сильнее поглощаются гуминовыми кислотами и монтмориллонитом, аммоний – мусковитом. (И.С. Кауричев 1982) 

8. Кислотность и щелочность почв

Реакция почвы  обусловлена наличием и соотношением в почвенном растворе водородных (Н⁺) и гидроксильных (ОН^¯) ионов и характеризуется величиной рН. Эта величина соответствует отрицательному логарифму активности водородных ионов в растворе. В зависимости от состава растворенных веществ и характера их взаимодействия с твердой фазой почв, определяющих соотношение между концентрациями    Н⁺ и ОН^¯ ионов в почвенном растворе, почвы могут иметь нейтральную рН=7, кислую рН < 7, щелочную рН > 7 реакцию.

Реакция почвы  зависит от совокупного действия ряда факторов:

1. Химического и минерального состава минеральной части почвы
2. Наличия свободных солей
3. Содержания и качества органического вещества
4. Состава почвенного воздуха
5. Влажности почвы
6. Жизнедеятельности организмов

Нейтральные, кислые, щелочные соли, переходя из твердой  фазы в раствор при увлажнении и обратно при иссушении, оказывают  влияние на реакцию почв. Одной из наиболее распространенных в почве минеральных кислот является угольная кислота. При окислении сульфидов в почвах может образовываться серная кислота. Значительное подкисление почвенного раствора  может вызвать ненасыщенные катионами ГК и ФК. Слаборазложившиеся остатки органического вещества лесной подстилки имеют кислую реакцию. В результате  жизнедеятельности грибов и бактерий, разложения растительного опада, выделения корнями или насекомыми в почву могут присутствовать свободные органические кислоты. (Н.П. Ремезов 1957) 

1. Кислотность почв

Различают актуальную и потенциальную кислотность.

Актуальная  кислотность обусловлена наличием водородных ионов в почвенном  растворе, активность которых зависит  от ионной силы раствора. Актуальная кислотность  определяется при взаимодействии почвы  с дистиллированной водой. Иногда рН почвы определяют непосредственно  в почве, но почва должна быть достаточно увлажненной.

Потенциальная кислотность – способность почвы  при взаимодействии с растворами солей проявлять себя как слабая кислота. Потенциальная кислотность  определяется свойствами твердой фазы почвы, обусловливающей появление  дополнительного количества протонов в растворе при взаимодействиях  с удобрениями. Потенциальная кислотность  подразделяется на обменную и гидролитическую.

Обменная  кислотность определяется при взаимодействии почвы с раствором нейтральных  солей. При этом происходит эквивалентный  обмен катионов нейтральной соли на ионы водорода, алюминия и др., находящиеся  в ППК. Обычно для определения  обменной кислоты почв используют 1 н раствор KCl. Природа     обменной кислотности зависит от состава и свойств почвенных коллоидов. Кислотность органических почвенных коллоидов (ГК, ФК) обусловлена главным образом обменным Н функциональных групп.  Источником его служат органические кислоты и угольная кислота.

Кислотность минеральных коллоидов связана  с наличием в ППК обменных ионов  Н⁺Al⁺⁺⁺, Fe⁺⁺⁺. Источником служат ионы кристаллической решетки глинистых минералов и гидроксидов, мобилизуемые органическими кислотами.

[ППК¯ ] Н⁺  + KCl →   [ППК] К + HCl

[ППК^3-] Al  ³⁺   + KCl → [ППК] Al +  AlCl₃

AlCl₃ + Н₂О    → HCl + (OH)₃

Гидролитическая кислотность обнаруживается при  воздействии на почву раствора гидролитически щелочной соли сильного основания и  слабой кислоты. При этом происходит более полное вытеснение поглощенного Н. Обычно используют 1 н р-р СН₃ СОО Na с рН 8,2. При взаимодействии уксуснокислого Na с почвой могут происходить реакции в зависимости от содержания в ней Al⁺⁺⁺ или Н⁺.

[ППК¯ ] Н⁺   + СН₃СООNa  → [ППК¯ ] Na⁺  + СН₃ СООН

Наличие потенциальной кислотности характерно для почв, обедненных основаниями (Са²⁺ , Mg²⁺).

Кислая  реакция почвы неблагоприятна для  большинства культурных растений и  полезных микроорганизмов. Кислые почвы  обладают неблагоприятными физическими  свойствами. Из-за недостатка оснований  органическое вещество в этих почвах не закрепляется, почвы обеднены питательными веществами.    Алюминий оказывает  токсическое действие на растения. При содержании его 10-12 мг=экв/100 г.п. наблюдается выпадение клевера  из состава растений. (А.Х. Газизуллин 2007) 

Доля  участия в ППК обменных катионов Н⁺ и Al⁺⁺⁺ характеризует ненасыщенность почв основаниями.

СНО = Са  + Mg/ ЕКО × 100 %

Основным  приемом повышения продуктивности кислых почв служит известкование. Количество извести, которое необходимо внести в почву, зависит от степени кислотности и гранулометрического состава почвы и исчисляется тоннами на гектар. По нуждаемости в известковании почвы разделяются в зависимости от величины pH_kcl на сильно- (pH<4,5), средне- (pH 4,6-5,0), слабо нуждающиеся (pH 5,1-5,5) и не нуждающиеся (pH>5,5). Для почв с pH 4,6-5,5 необходимо так же учитывать и степень насыщенности основаниями по следующей градации:  <50% - сильно нуждаются, 50-70 – средне; 70-80 – слабо и >80 – не нуждаются в известковании. (И.С. Кауричев 1982) 

2.   Щелочность почв

Обуславливается карбонатами и гидрокарбонатами щелочных и щелочноземельных элементов, силикатами, алюминатами, гуматами натрия, анионами слабых кислот.

Определяющим  моментом в создании щелочной реакции  является присутствие в почве  гидролитически щелочных солей слабых кислот и сильных оснований: Na₂СО₃, К₂СО₃, гидрокарбонатов Na и К, карбонатов Са и Mg, гидрокарбоната Са и др. Также ведут себя гуматы и фульваты щелочей. Различают актуальную и потенциальную щелочность.

Актуальная  щелочность появляется у почв, содержащих поглощенный натрий. При взаимодействии почвы с Н₂СО₃  поглощенный натрий замещается Н^* и появляется сода.

[ППК  ²¯]  2Na ⁺   + Н₂СО₃  → [ППК²¯] 2Н⁺  + Na₂СО₃

Сильнощелочная  реакция неблагоприятна для большинства  растений.  Высокая щелочность обусловливает  неблагоприятные физические и химические свойства. При рН 9-10 почвы отличаются  большой вязкостью, липкостью, водонепроницаемостью во влажном состоянии и твердостью, цементированностью и бесструктурностью  в сухом состоянии.

Для химической мелиорации содово-засоленных почв необходимы замещение обменного Na на Са и нейтрализация  свободной соды:

[ППК  ²¯]  2Na ⁺ + СаSО₄  =  [ППК²¯ ] Ca²⁺   + Na₂SО₄

Na₂CО₃ + CaSО₄   =  СаCО₄ + Na₂SО₄

Na₂CО₃ +H₂SО₄ = Na₂SО₄ + H₂O + CO₂

Химическая  мелиорация щелочных почв производится путем гипсования, внесения Са(NО₃)₂ или материалов, содержащих  Н₂SО_{4 ,} FeSО_4.

Поглотительная  способность (ПС) почв – способность  обменно или необменно поглощать  твердые, жидкие или газообразные вещества или увеличивать их концентрацию у поверхности коллоидных частиц. (А.Х. Газизуллин 2007) 

9. Экологическое значение поглотительной способности почв

Поглотительная  способность почвы – одно из ее важнейших свойств, в значительной степени определяющее плодородие почвы  и характер процессов почвообразования. Она обеспечивает и регулирует питательный  режим почвы, способствует накоплению многих элементов минерального питания  растений, регулирует ее реакцию и  водно-физические свойства. Поглотительная способность почвенных коллоидов  передается почвенной массе и  проявляется в отношении газов, жидкостей, особенно воды, молекул и  ионов веществ, находящихся в  почвенных растворах, и, наконец, бактерий и ферментов. Поглотительная способность почв имеет важное значения в геохимии земной коры, генезис и свойствах почв, в устойчивости почвенного плодородия. Она придает почвам важнейшие технические свойства: механическую стабильность и прочность, способность обеззараживания и очистки фильтрующихся вод, способность задерживать токсичные и радиоактивные вещества и т.д. В условиях интенсивного сельскохозяйственного использования почв роль сорбционных процессов и их регулирования возрастает, поскольку именно сорбционные процессы во многом определяет характер взаимодействия удобрений, химических мелиорантов, пестицидов с почвой и эффективность использования средств химизации в земледелии. Почвы со слабо выраженными сорбционными свойствами, т.е. низкой поглотительной способностью (песчаные), не способны использовать значительную часть минеральных удобрений, пестицидов и других веществ, что может привести к нежелательному загрязнению грунтовых вод, снижению эффективности средств химизации. Для увеличения поглотительной способности песчаных почв применяются такие приемы, как глинование, мергелевание, обогащение почв органическим веществом путем применения органических удобрений. (А.Х. Газизуллин 2007) 

10. Почвенно-поглощающий  комплекс (ППК)

Поглотительной  способностью обладают коллоиды (частицы 0,2 –0,001 мкм), предколлоидная фракция 1-0,2 мкм. Характерной особенностью их является большая удельная поверхность. Это  и определяет их высокую химическую активность.

Коллоиды  подразделяются на:

• минеральные
• органические

Часть минеральных коллоидов находится  в кристаллическом состоянии. Это  в основном минералы.

Другая  часть минеральных коллоидов  представляет собой аморфные вещества: к ним относятся аллофоны, свежеосажденные  гидраты полуторных оксидов ( Fe(OH)₃, Al (OH)₃, Mn (OH)₃ ),  гидраты кремнезема и их комплексные осадки (коагели).

Органическая  часть почвенных коллоидов –  аморфные гумусовые вещества, органоминеральные  комплексы, клетки мелких бактерий. В большинстве почв преобладают минеральные коллоиды и составляют 85-90% их общей массы. При физико-химической адсорбции поглощаются отдельные ионы (катионы    и  анионы). Адсорбция связана с наличием на поверхности коллоидных частиц положительного или отрицательного зарядов. Появление заряда на поверхности коллоидов, имеющих кристаллическое строение связано с некомпенсированностью зарядов ионов кристаллической решетки, расположенных на поверхности раздела  твердая частица - раствор. Появление заряда в кристаллических и аморфных коллоидах, может быть обязано диссоциации  ионов поверхностного слоя в окружающую среду.

    Основой коллоидной частицы является коллоидная мицелла (рис. 1). 

      

    

    

    

    

     IIIIIIIIV

    

    

    

      

    

                                  Потенциалопределяющие ионы 

                         Неподвижный слой компенсирующих  ионов  

                  Диффузный слой компенсирующих  ионов  

          Интрамицеллярный раствор 
 

    Рис. 1. Строение коллоидной мицеллы.

    I – ядро; II – гранула; III – частица; IV – мицелла

     Потенциалопределяющие ионы на поверхности  коллоида;