Физико-химические свойства почвы

1. Почвенно-поглощающий комплекс.

2. Емкость поглощения и сумма поглощенных оснований.

3. Состав обменных катионов ППК и их влияние на свойства почвы и развитие растений.

4. Поглощение анионов.

1. Почвенный поглощающий комплекс (ППК) представляет собой совокупность высокодисперсных минеральных, органических и органоминеральных частиц твердой фазы почвы, способных поглощать, удерживать и обменивать молекулы, ионы, различные вещества и соединения. Поскольку в почвах среди коллоидов преобладают ацидоиды, ППК в целом имеют отрицательный заряд.

Поглощающий комплекс любой почвы благодаря адсорбционной способности своих отрицательно заряженных коллоидных частиц всегда насыщен катионами. Но качественный состав зависит от условий почвообразования.

2. Под емкостью поглощения (Е) Гедройц понимал максимальное содержание катионов, которое может удержать в обменно-поглощенном состоянии. В настоящее время эту величину называют емкостью катионного обмена ЕКО, она выражается в мг-экв/100 г почвы. Наряду с ЕКО существует понятие «сорбционная ёмкость», которое включает максимальное количество веществ, сорбируемых почвой. Это связано с тем, что сорбция различных веществ, катионов может идти параллельно по разным видам поглощения (обменная сорбция, необменная сорбция, комплексообразование и т.д.), поэтому сорбционная емкость может достигать очень больших значений.

ЕКО подразумевает строго физико-химическое эквивалентное поглощение катионов.

Она зависит от количества и качества коллоидов, реакции почвенного раствора, влияющей на заряд коллоидных частиц и характера катионов. При увеличении степени дисперсности, количества коллоидно-дисперсных минералов, группы монтмориллонита с расширяющимися межплоскостными пространствами, возрастании ионизации функциональных групп гумусовых веществ и глинистых минералов, увеличивающих отрицательный заряд коллоидных частиц, ЕКО возрастает. Для получения стабильных результатов принята стандартизация метода определения ЕКО. В настоящее время ЕКО определяют в почвах по количеству поглощенного иона Ва (нейтральный катион, которого в почве крайне мало) при рН 6,5. в зависимости от типа почвы ЕКО может варьироваться в следующих пределах (Кауричев).

Дерново-подзолистая:

- песчаная 3-6

- среднесуглинистая 10-20

- глинистая 15-20

Серая лесная среднесуглинистая 15-30

Чернозем:

- типичный тяжелосуглинистый 30-70

- южный суглинистый 20-50

Светло – каштановая суглинистая 20-40

Краснозем суглинистый 13-25

Серозем типичный суглинистый 8-20

Сумма обменно-поглощенных катионов Са, Mg, K и Na называют суммой обменных оснований (S). ЕКО представляет собой сумму обменных оснований плюс сумма обменно поглощенного H и Al. Если почва не содержит в поглощенном состоянии Н или Н и Al, ее называют насыщенной основаниями, если содержит - ненасыщенной V= S* 100/T, T= S + Нг.

Таким образом, сумма поглощенных оснований представляет собой выраженное в % количество оснований по отношению к общей сумме обменных катионов (включая Н и Аl), находящихся в ППК.

3. Состав обменно-поглощенных катионов в разных почвах неодинаков и зависит от факторов и типа почвообразования, характера с/х использования почвы, степени ее окультуренности и т.д.

В поглощающем комплексе всех почв обязательно присутствует Ca и Mg. В почвах галогенного ряда при осолонцевании, значительное место среди обменно-поглощенных катионов занимает Na, в кислых почвах у подзолистого типа почвообразования – ионы Н и Al. Для черноземов характерно резкое преобладание в составе обменно-поглощенных катионов ППК Са и Mg. Следует отметить, что в почве имеются практически все катионы, необходимые для роста и развития растений, но содержание их невелико. Основными, насыщающими ППК являются Ca, Mg, K, Na, H, Al, NH₄. Именно их содержание и определяют при характеристике почв.

Влияние обменно-поглощенных катионов на генетические и агрономические свойства почв исключительно велико и различно.

Наиболее ценным с агрономической точки зрения является катион Са²⁺, который, способствуя коагуляции почвенных коллоидов, обуславливает закрепление гумуса и образование водопрочной агрономически ценной зернисто-комковатой структуры, следовательно, и благоприятные агрофизические свойства. Са способствует созданию физически уравновешенного почвенного раствора, благоприятствуя жизнедеятельности полезных почвенных микроорганизмов и растительности, блокирует поступление в растение тяжелых металлов, радиоактивных и фитотоксичных элементов, усредняет реакцию среды. Именно поэтому наиболее плодородные, высоко гумуссированные почвы (черноземы), содержат в ППК до 98-99 % обменно-поглощенного Са.

Катионы Н⁺, а также Al³⁺ обусловливают кислую реакцию почвенного раствора и разрушение почвенного тела, в результате чего затрудняется аккумуляция гумуса, ухудшаются агрофизические свойства почвы. Значительное количество обменно-поглощенного водорода и подвижного Al, содержат ненасыщенные основаниями кислые подзолистые и дерново-подзолистые почвы.

Главным условием повышения плодородия этих почв является замена обменно-поглощенных катионов Н (Н и Al) на катионы Са.

Содержание в ППК определенного количества (3-5 % ЕКО) обменных натрия и калия вызывает подщелачивание раствора и осолонцевание почвенной массы. Подобный эффект наблюдается и при повышенном содержании в ППК катионов Mg, особенно в сочетании с Na.

Насыщенные Mg ²⁺ и Na⁺ почвы малоплодородны, это солонцы и почвы различной степени солонцеватости, особенно характерны для зоны сухих степей и полупустынь. Улучшение этих почв и повышение их плодородия, также требует замены обменно-поглощенных катионов Na на катионы Ca.

Таким образом, для агрономической характеристики почв и повышения их плодородия необходимо знать состав обменных катионов, оценивать значения почвенной кислотности и щелочности, находить эффективные приемы их устранения.

4. Поглощение анионов обусловливается, прежде всего, особенностями самих анионов, составом почвенных коллоидов, их электрическим потенциалом и реакцией среды. По способности поглощения анионы располагаются в следующий ряд: Cl = NO₃ <= SO₄ < PO₄ < OH. Чем выше валентность аниона, тем больше его способность поглощаться почвой. Исключение составляет гидроксил ион, который обладает наибольшей активностью поглощения, несмотря на малую валентность.

В природных условиях нитрат-ион и хлор-ион поглощаются почвами в заметных количествах лишь в крайне редких случаях, когда в почве содержится большое количество не силикатных полуторных окислов и наблюдается очень кислая реакция. Сульфат-ион поглощается почвами в небольшом количестве. Поглощение фосфатов явление, широко распространенное в природных условиях.

Состав почвенных коллоидов в значительной мере влияет на поглощение анионов. Чем больше в почве содержится глинистых минералов и коллоидов с базоидными свойствами, тем больше анионов она способна поглотить.

Реакция среды обусловливает изменение электрического потенциала коллоидов. Подкисление среды способствует большому поглощению анионов, подщелачивание, наоборот вызывает ослабление поглощения анионов. Чернозёмы, характеризующиеся реакцией, близко к нейтральной, поглощают меньше анионов, чем кислые подзолистые и особенно красноземные почвы.

Поглощение анионов в природных условиях проявляется в нескольких формах. Различают химическое, физико-химическое и биологическое поглощение анионов, а так же осаждение их в результате механического захвата при коагуляции коллоидов.

Нитраты и хлориды не образуют трудно растворимых солей, и поэтому они в почвах не закрепляются в результате химического поглощения. Сульфат – ион дает с Са трудно растворимое в воде соединение, то есть поглощается химически. Реакции химического осаждения имеют большое значение в поглощении фосфат – ионов. Последние закрепляются в почвах в форме высокоосновных фосфатов Са и Mg. Образование трудно растворимых основных фосфатов Са возможно в почвах с реакцией близкой к нейтральной, в результате обмена с катионами Са находящимися в диффузном слое почвенных коллоидов.

ППК)Са²⁺ + Са(Н₂РО₄)₂ = ППК)Н⁺ + 2СаНРО₄

В кислых почвах фосфаты поглощаются в результате взаимодействия с ионами Fe, Al, Mn.

Фосфаты в природных условиях поглощаются преимущественно в результате физико-химической адсорбции. В адсорбции фосфатов принимают участие амфотерные почвенные коллоиды (гидраты окислов Fe и Al, почвенные белки, а так же некоторые глинистые минералы.)

Обменное поглощение фосфат-иона амфотерными коллоидами более ярко выражено у кислых почв. Глинистые минералы могут физико-химически поглощать фосфат-ионы благодаря наличию в кристаллической решетке гидроксил-ионов, способных к реакциям обмена. Гидроксил-ионы оказываются в диффузионном слое коллоидных частиц в местах излома минералов.

Органические коллоиды играют в поглощении анионов менее заметную роль по сравнению с минералами.

Более гумусированные почвы, содержащие много органического вещества, адсорбируют фосфат ионы сравнительно слабее, чем малогумусные почвы.

Прочность закрепления анионов, а прежде всего фосфат-иона играет важную роль в агрономической практике. Наиболее прочно связаны с почвой фосфат-ионы, поглощенные в результате химического осаждения, легче других обмениваются на другие ионы, фосфат-ионы, адсорбированные физико-химическим путем.

ЛЕКЦИЯ № 9 (2 часа)

Дата добавления: 2014-01-11