Кислотность, щелочность и буферность почвы

1.Реакция почв и ее природа. рН почвы.

2. Кислотность почв и ее виды.

3. Щелочность почв и ее виды.

4. Буферность почв.

5. Сущность физиологических действий концентраций почвенного раствора на растения.

6. Окислительно-восстановительные процессы, их значение в генезисе и плодородии.

7. Методы регулирования реакции почв.

1. Кислотно-основные свойства (реакция среды) почвы имеют важное генетическое и агротехническое значение. Они определяют интенсивность внутрипочвенного выветривания, подвижность химических элементов и соединений, биологическую активность почвы, трансформацию органического вещества. Для выращивания с/х растений важно соответствие реакции среды почвенного раствора диапазону оптимальных значений рН, который различен для разных видов.

В почвенном растворе и ППК все катионы находятся в динамическом равновесии. Вода в почвенном растворе подвергается электролитической диссоциации и распадается на два иона: Н⁺ и ОН^-. В идеальных условиях концентрация Н и ОН равна 10^-7, т.е. реакция среды нейтральна. При добавлении к этому раствору кислоты, концентрация Н⁺ увеличивается и раствор будет подкисляться. При добавлении щелочи повышается концентрация ОН^- и раствор подщелачивается. рН – показатель концентрации водородных ионов рН = - lg 10^-7.

Реакция почвы зависит от многих факторов, и, прежде всего, от химического состава, состава обменно-поглощенных катионов, наличия солей, органических и минеральных кислот, жизнедеятельности организмов.

2. Под кислотностью почвы понимают ее способность подкислять почвенный раствор имеющимися в почве кислотами и обменно-поглощенными катионами Н, а так же Al способного при вытеснении из ППК образовывать гидролитически кислые соли.

В зависимости от реакции почвенного раствора различают строго определенные уровни кислотности и щелочности:

- сильнокислые 3-4

- кислые 4,1-5,5

- слабокислые 5,6-6,5

- нейтральные 6,6-7

- слабощелочные 7,1-7,5

- щелочные 7,6-8,0

- сильнощелочные 8,1-12

В зависимости от того, в каком состоянии находятся в почве ионы Н и Al, кислотность может быть активной или актуальной и потенциальной.

Под активной (актуальной) понимают концентрацию свободных водородных ионов в почвенном растворе.

Источником свободного Н в почвенном растворе могут быть растворимые органические кислоты, образующиеся после разложения органических остатков, и углекислота, при растворении углекислого газа в воде. Активная кислотность частично вызывается и десорбцией обменных ионов водорода поглощающим комплексом.

Факторами активной кислотности в почве могут быть и некоторые минеральные соли Al и Fe. Известно, что соли слабых оснований и сильных кислот в водных растворах гидролитически расщепляются освобождая кислоту. Примером может служить хлористый Al, который при взаимодействии с водой расщепляется специальным образом:

AlCl₃ + 3H₂O = Al (OH)₃ + 3HCl.

Образующаяся соляная кислота придает раствору кислую реакцию. Это явление наблюдаются в почвах, ненасыщенных основаниями. В почвах, насыщенных основаниями, активной кислотности нет.

Активная кислотность определяется в лабораториях в водной вытяжке из почвы. Количественно выражается символом рН_H2O или рН_вод.

Кислую реакцию имеют подзолистые, дерново-подзолистые и болотные почвы; нейтральную – главным образом чернозёмы; щелочную – каштановые, серозёмы и солонцы.

Потенциальная кислотность – обусловлена ионами Н и Al, находящиеся в поглощенном состоянии.

Потенциальная кислотность подразделяется на обменную и гидролитическую.

Обменная кислотность – та часть потенциальной кислотности, которая определяется при взаимодействии с почвой раствора гидролитически нейтральной соли КCl. При этом катион К вытесняет из ППК обменно – поглощенные катионы, среди которых H, Al, Fe подкисляют солевую вытяжку, образуя кислоту HCl.

ППК) Н, Al, Fe + 7KCl = ППК) K + HCl + AlCl₃ + FeCl₃

AlCl₃ + 3H₂O = Al(OH)₃ + 3HCl

Уровень обменной кислотности определяется значением рН солевой вытяжки (рН_KCl или рН_сол). Отмечено, что при рН_КCl <4 почвенная кислотность обусловлена в основном обменным Н, а при рН 4-4,5 обменным Al. В кислых почвах имеющих ион Н в ППК, обменная кислотность всегда больше актуальной т.е. рН_KCl меньше рН _Н2О.

Гидролитическая кислотность – это та часть потенциальной кислотности, которая определяется при взаимодействии с почвой раствора гидролитически щелочной соли СН₃СООNa с рН 8,2. в этом случае катион Na вытесняет обменно-поглощенный Н, Al и другие катионы в процессе эквивалентного обмена. При этом щелочная реакция раствора соли уксуснокислого Na способствует более интенсивному вытеснению из ППК обменно-поглощенных катионов.

ППК)Н, Al + 4CH₃COONa + 3H₂O = ППК)Na, 3Na + Al(OH)₃ + 4CH₃COOH

Нг выражается в мг экв/100 г почвы. Нг больше обменной.

3. Почвы, в поглощенном комплексе которых, находится Na имеют щелочную реакцию. Она обусловливается главным образом содой, образующейся в результате обмена поглощенного почвой Na на Н углекислоты.

Аналогично почвенной кислотности различают актуальную и потенциальную щелочность почвы. Актуальная щелочность обусловлена содержанием в почве гидролитически щелочных солей, это преимущественно карбонаты щелочных и щелочноземельных металлов: сода, гидрокарбонаты Са и Mg. Определяется актуальная щелочность значением рН водной вытяжки или путем титрования водной вытяжки кислотой с последующим выражением результатов в мг экв/100 г почвы.

Потенциальная щелочность определяется содержанием обменно-поглощенного катиона Na, который, переходя в раствор, подщелачивает его.

ППК)Na + Ca(HCO₃)₂ = ППК)Ca + 2 NaHCO₃.

Потенциальную щелочность отдельно не оценивают и щелочность почвы выражают по значению актуальной щелочности. При мелиорации солонцеватых и засоленных почв оценка щелочности почвы является одним из условий, учет которого необходим для эффективного повышения плодородия.

4. Под буферностью почвы понимают ее способность как полифункциональной системы, противостоять изменению концентрации почвенного раствора, особенно ее щелочно-кислотного и окислительно-восстановительного состояния. Буферные свойства почвы связаны с процессами физико-химического (обменного) поглощения ионов, перехода различных соединений в ионные или молекулярные формы, с нейтрализацией и выпадением в осадок вновь образующихся соединений. В основном буферность почвы определяется качеством ее твердой фазы, однако механизм работы буферных систем почвы весьма разнообразен и может обходиться без вовлечения элементов твердой фазы. Наиболее простым примером проявления буферности почв является нейтрализация попадающих в почву кислых и щелочных соединений в результате реакции обмена между ионами почвенного раствора и катионами ППК.

Изменение концентрации почвенного раствора проявляется при внесении в почву в виде удобрений водорастворимых солей, которые локально могут создавать токсичные для растений концентрации. Благодаря буферности почв это отрицательное действие высоких концентраций блокируется. В целом, чем большей емкостью поглощения обладает почва, тем выше ее буферная способность. Наименьшая буферность свойственна песчаным почвам и пескам. Величина буферности почв зависит от содержания почвенных коллоидов их качества (чем больше гумусовых веществ, тем больше), состава обменно-поглощенных катионов (наличие в ППК катионов Са, К, Na препятствует подкислению, Н – подщелачиванию.)

5. Реакция почв зависит от концентрации и состава почвенного раствора. При наличии в почвенном растворе большого количества кислот, она будет более кислой, а при наличии соды – щелочной. По отношению к концентрации солей в почвенном растворе растения делят на гликофиты и галофиты.

Гликофиты - растения, не приспособленные к высокой концентрации солей.

Галофиты - растения, которые выдерживают высокую концентрацию солей и осмотическое давление (солярос, солянка).

Повышенная концентрация солей приводит к разрушению дыхательной функции растений, к появлению травматических пятен на корнеплодах и корнях, т.к. разрушаются клетки.

Наличие в почвенном растворе одних элементов способствует или усилению проникновения других элементов или снижению. Процесс усиления поступления одних элементов в почвенном растворе при наличии других называется синергизмом.

Так при наличии катионов NH₄ усиливается поступление в растения фосфат иона, а при преобразовании нитрат иона усиливается поступление катионов Са. Повышенное содержание Са в растениях сдерживает поступление в них К и St.

Антогонизм ионов проявляется только при некотором избытке концентраций некоторых ионов. Уравновешенным составом почвенного раствора является состав, соответствующий требованиям растений и без большого избытка других элементов.

6. Почвенный раствор, содержащий различные органические и минеральные соединения, способен их окислять и восстанавливать, поэтому состав и свойства его изменяются. Окислительные процессы усиленно развиваются при превращении органических соединений.

К основным окислителям относятся молекулярный кислород почвенного воздуха и раствора, а также продукты жизнедеятельности почвенных организмов. Их содержание тесно связано с аэрацией почвы, поэтому окислительно-восстановительные процессы зависят от свойств почв, определяющих газообмен и влажность. Уплотнение почв и повышенная влажность ухудшают аэрацию и приводят к ослаблению окислительных процессов. Наименее выражены окислительные процессы в сильно увлажненных почвах, для этих почв характерны процессы восстановления.

Для количественной характеристики окислительно-восстановительных процессов в почве определяют величину окислительно-восстановительного потенциала Е, которая выражается в милливольтах, используя потенциометрический метод, как и при определении рН. В дерново-подзолистых почвах нормального увлажнения величина ОВ-потенциала в течение лета колеблется в пределах 550-750 мв, в черноземах 400-600, в сероземах 350-450 мв.

ОВ условия влияют на жизнедеятельность микроорганизмов, превращение растительных остатков, темпы накопления и состав образующихся органических веществ, превращение соединений N₂, фосфаты Se, Fe, Al и формирования почвенного профиля. При величине потенциала 200 мв и ниже интенсивнее развиваются восстановительные процессы, что приводит к образованию закисных соединений Fe и подвижных форм марганца, который может накапливаться в растворе в токсичных для растений концентрациях. Низкое значение ОВ-потенциала способствует замедленному разложению растительных остатков, образованию подвижных и активных форм органических веществ, превращению гуминовых кислот в фульвокислоты. Кроме того, если восстановительные процессы сочетаются с промывным водным режимом, происходит разрушение почвенных минералов и вымывание продуктов разрушения.

Таким образом, ОВ-потенциал 200 мв и ниже неблагоприятно влияет на плодородие почв и указывает на необходимость проведения мероприятий по регулированию ОВ-режима почвы.

7. Почвы, в коллоидном комплексе которых значительное количество занимают катионы Н и Al или Na отличаются плохими агрономическими свойствами и нуждаются в химической мелиорации. Для улучшения почв необходимо обменно-поглощенные катионы Н, Al, Na заменить на катионы Са, которые во – первых: снизят кислотность кислых почв подзолистого типа почвообразования и уменьшает щелочность солонцовых почв; во – вторых: закрепляет гумусовые вещества и другие коллоиды, сформируют агрономически ценную водопрочную структуру и улучшают агрофизические свойства почвы; в – третьих повысят биологическую активность почв, улучшают в целом и питательный режим растений. Обогащение Са нуждающихся в улучшении почв на практике осуществляют при помощи известкования и гипсования.

Известкование – это прием внесения извести, доломитовой муки, дефеката и др. известковых материалов на кислых подзолистых и дерново-подзолистых, а также на серых и бурых лесных почвах.

Помимо перечисленного положительного влияния на почву, известкование, устраняя избыточную кислотность, так же снижает подвижность и токсичность Al, повышает эффективность удобрений.

Гипсование – внесение гипса и фосфогипса на щелочных и солонцеватых почвах и солонцах для замены Na на Са.

Са, входя в коллоидный комплекс солонцовых почв, обусловливает коагуляцию почвенных коллоидов, улучшает агрофизические и химические свойства, а вытесненный Na образует с анионами SO₄ гидролитически нейтральную и хорошо растворимую соль. В результате снижается щелочность почвенного раствора и Na вымывается.

Лекция 10 (2 часа)

Дата добавления: 2014-01-11