Кислотность и щелочность почв

Реакция среды имеет существенное значение для направленности почвенных процессов и уровня почвенного плодородия. Кислотно-щелочные условия зависят от типов почв, их подтиповых, родовых различий и могут колебаться в широких пределах. Черноземы, коричневые почвы, сероземы характеризуются нейтральными усло­виями. Щелочная реакция наблюдается у солонцов и солонцеватых почв. Кислые условия типичны для почв влажных лесов (подзолистые, серые и бурые лесные, красноземы, желтоземы и др.). Кислотность почвы вызывается ионами водорода. Различают актуальную и потенциальную кислотность.

Актуальная кислотность почв — это концентрация ионов Н⁺ в почвенном растворе в граммах-эквивалентах (моль) на 1 литр. Часто она выражается величинами рН, где рН = -lg [H⁺]. Чистая вода неэлектропроводна, но тем не менее при 25°С из одного моля воды диссоциирует на ионы 0 1×10^-7 моль воды. В нейтральной среде pH=7. рН может изменятся от 1 до 14. За этими пределами вода не существует.

Доля участия в почвенном поглощающем комплексе обменных катионов водорода и алюминия, определяемых как обменная кислотность.

Актуальная кислотность характеризует активность свободных ионов Н+ и определяется в водной вытяжке или суспензии, в связи с чем к индексу рН добавляется буквенный индекс «в» или «Н₂О» (рН_в).

В почвах рН_в может находиться в пределах от 3 до 8 и более. Крайне низкие значения рН характерны для некоторых торфяно-болотных и болотно-подзолистых почв. Для подзолистых, дерново-подзолистых почв и красноземов рНс равен 4,5-5,6, для серых лесных оподзоленных – 5,5-6,5, черноземов, каштановых, сероземов – 6,5-7,5, в карбонатных почвах, солонцах, солончаках рНв может быть более 8,5.

Одной из наиболее распространенных в почве минеральных кислот является угольная кислота. В зависимости от термодинамических условий и биологической активности она может поддерживать рН почвы в пределах от 3,9 до 4,5-5,7. Режим углекислоты в почвах тесно связан с суточно-сезонными ритмами погоды, с активностью микроорганизмов.

В процессе своей жизнедеятельности растения, потребляя из почвы в различных пропорциях анионы и катионы, выделяя в почву эквивалентное количество ионов Н⁺, ОН^-, НСО₃^-, СО₃^2-, могут вызывать сдвиг реакции почвенного раствора в ту или иную сторону. Значительная роль в регулировании реакции почвенного раствора принадлежит микроорганизмам. Деятельность нитрификаторов может вызвать появление на короткое время в почвенном растворе азотной и азотистой кислот и снизить рН_в на 0,5-2,0. При разложении белков под воздействием микроорганизмов происходит поступление в раствор небольшого количества серной кислоты.

Для большинства с/х культур сильнокислая или сильнощелочная реакция водной вытяжки отрицательно сказывается на развитии растений. Так, для условий черноземов Алтайского Приобья (Бурлакова, 1984) из множества значений наиболее вероятная урожайность зерна яровой пшеницы находится в следующей зависимости от величины рНв пахотного слоя:

Кислая реакция почв неблагоприятна для большинства культурных растений и полезных микроорганизмов. Кислые почвы обладают плохими физическими свойствами. Из-за недостатка оснований органическое вещество в этих почвах не закрепляется, почвы обеднены питательными веществами. Степень отрицательного влияния кислой реакции почв на растения зависит от того, какой элемент является причиной почвенной кислотности — водород или алюминий. Алюминий оказывает на растения более сильное токсическое действие, чем водород. Его количество начинает возрастать с увеличением кислотности, начиная с рН=5,5. При повышении содержания обменного алюминия до 10-12 мг/100 г наблюдается выпадение клевера в посевах. Наличие в кислых почвах обменного алюминия может бытьпричиной гибели посевов озимых зерновых культур при перезимовке.

Актуальная щелочность обусловлена наличием в почвенном растворе гидролитически щелочных солей, при диссоциации которых образуется в значительных количествах гидроксильный ион. При характеристике актуальной щелочности природных вод и почвенных растворов различают общую щелочность, щелочность от нормальных карбонатов и щелочность от гидрокарбонатов. Щелочность почвы определяется путем титрования водной вытяжки или почвенного раствора кислотой в присутствии различных индикаторов и выражается в миллиграм-эквивалентах на 100 г почвы. Общая щелочность определяется титрованием по индикатору метиловому оранжевому.

Потенциальная кислотность. Потенциальная кислотность определяется количеством Н⁺ и А1³⁺, находящихся в почвенном поглощающем комплексе. Это кислотность твердой фазы почвы. Потенциальная кислотность подразделяется на обменную и гидролитическую. Обменная кислотность определяется количеством поглощенных Н⁺ и А1³⁺, вытесняемых из почвы катионами нейтральных солей:

Образующаяся соляная кислота характеризует обменную кислотность. Она может быть выражена в мг-экв на 100 г почвы, в рН_с, где «с» — дополнительный буквенный индекс, показывающий, что реакция определяется в солевой вытяжке почв. При обработке почвы раствором нейтральных солей не все поглощенные ионы водорода и алюминия вытесняются из почвен­ного поглощающего комплекса. Более полное вытеснение их про­исходит при действии раствора гидролитически щелочных солей.

Гидролитическая кислотность определяется количеством (мг-экв на 100 г почвы) по­глощенных Н⁺ и А1³⁺, вытесняемых гидролитически щелочной солью (CH3COONa).

Количество образующейся уксусной кислоты, эквивалентное количеству поглощенных водорода и алюминия в почве, определя­ет величину гидролитической кислотности, выражаемую в мг – экв. Н⁺ на 100 г почвы; обозначают ее Нг.

Потенциальная щелочность проявляется у почв, содержащих поглощенный натрий. При его взаимодействии с углекислотой появляется сода, которая подщелачивает раствор: [ППК^2–]2Na⁺+H₂CO₃<–>[ППК^2–]2H⁺+Na₂CO₃.

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

Для химической мелиорации щелочных содово-засоленных почв необходимы замещение обменного натрия на кальций и нейтрализация свободной соды:

[ППК^2–]2Na⁺+CaSO₄=[ППК^2–]Ca²⁺+Na₂SO₄

Na₂CO₃+CaSO₄=CaCO₃+Na₂SO₄

Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂

Химическая мелиорация щелочных почв производится путем внесения гипса, нитратов кальция или материалов, содержащих гипс, серную кислоту, сульфат железа, Буферностью называется способность почвы противостоять изменению ее актуальной реакции под воздействием различных факторов.

Различают буферность почв против кислотных и буферность против щелочных агентов. Буферные свойства почв связаны с поглощением и вытеснением ионов, с процессами перехода соединений в молекулярные или ионные формы, с нейтрализацией и выпадением в осадок образующихся в почве соединений. Буферность почвы определяется свойствами ее твердой фазы, главным образом почвенных коллоидов. Кислота или щелочь, появляющиеся в почвенном растворе, вступают во взаимодействие с почвенными коллоидами, что ослабляет сдвиг реакции.

Буферная способность является одним из элементов почвенного плодородия. Она позволяет сохранять благоприятные для растений свойства почв. Буферность почвы необходимо учитывать при проведении химической мелиорации (при известковании и гипсовании), так как при повышенной кислотности или щелочности почва, обладающая буферностью, сопротивляется изменению реакции, что требует внесения повышенных доз химических мелиорантов.

Дата добавления: 2014-01-15