Реакція ґрунтового розчину

Реакція ґрунту відіграє важливу роль у розвитку рослин і ґрунтових мікроорганізмів, впливає на швидкість і напрямок перебігу у ньому хімічних і біохімічних процесів. Засвоєння рослинами елементів живлення, інтенсивність мікробіологічної життєдіяльності, мінералізація органічних речовин, розкладання ґрунтових мінералів і розчинення різноманітних важкорозчинних сполук, коагуляція і пептизація колоїдів та інші фізико-хімічні процеси великою мірою визначаються реакцією ґрунту.

Реакція ґрунтового розчину залежить від співвідношення у ньому іонів водню Н⁺ та гідроксилу ОН^-. Концентрацію іонів Н⁺ виражають величиною рН, яка дорівнює від'ємному десятковому логарифму концентрації водневих іонів у розчині: pH=-lg[H⁺]. Залежно від рН усі ґрунти поділяють на:

Кисла реакція властива дерново-підзолистим і болотним ґрунтам, нейтральна - чорноземам, лужна - каштановим ґрунтам, сіроземам та солонцям.

Кислотність ґрунту - це властивість, зумовлена наявністю іонів Н⁺ у ґрунтовому розчині та обмінних іонів Fe²⁺, Al³⁺ і Мn²⁺ у ґрунтовому вбирному комплексі.

Розрізняють два види кислотності ґрунту: актуальну і потенціальну.

Актуальна кислотність зумовлюється наявністю в ґрунтовому розчині органічних кислот, які виділяються у зовнішнє середовище кореневою системою рослин і внаслідок розщеплення вугільної кислоти (Н₂СО₃ →Н⁺+НСО₃^-). Крім того, ґрунтовий розчин можуть підкислювати гідролітично кислі солі алюмінію і заліза, що утворюють сильну кислоту внаслідок перебігу реакції гідролізу:

Проте підкислення ґрунтового розчину за наведеною схемою має місце в ґрунтах, не насичених основами. В таких грунтах, вбирний комплекс яких насичений катіонами Са²⁺, Мg²⁺, К⁺ тощо, актуальної кислотності не виявлено.

Отже, актуальна кислотність - це кислотність ґрунтового розчину, яка створюється органічними кислотами, вугільною кислотою та гідролітично кислими солями. Її можна визначити вимірюванням рН водної витяжки з ґрунту.

Потенціальна кислотність зумовлюється наявністю іонів Н⁺ та АІ³⁺, увібраних ґрунтовим вбирним комплексом. Потенціальна кислотність завжди більша за актуальну, бо вона складається з кислотності ґрунтового розчину і кислотності, що утворюється за рахунок увібраних ґрунтом іонів Н⁺, Мg²⁺, АІ³⁺. Це прихована, або зв'язана щодо ґрунтового розчину, кислотність, яка виявляється внаслідок перебігу обмінної реакції між ґрунтовим вбирним комплексом і ґрунтовим розчином. Потенціальна кислотність поділяється на обмінну і гідролітичну.

Обмінна кислотність зумовлюється наявністю іонів Н⁺ і АІ³⁺, які витісняє з ґрунтового вбирного комплексу нейтральна сіль сильної основи і сильної кислоти. Це має місце при внесенні хлориду калію на кислих ґрунтах:

Обмінна кислотність ґрунту визначається у КСІ-витяжці за допомогою рН-метра. Залежить вона як від кількості обмінних іонів Н⁺, так і від наявності у ґрунтовому вбирному комплексі обмінних іонів АІ³⁺, який, при гідролітичному розщепленні, підкислює ґрунт:

Обмінна кислотність може помітно збільшуватись на фоні добрив, особливо в разі застосування їх у значних дозах. Її підвищення за рахунок внесення мінеральних добрив значно погіршує умови росту й розвитку рослин, чутливих до кислотності ґрунту.

Визначаючи обмінну кислотність, одночасно враховують і ті іони водню, які перебувають у ґрунтовому розчині. Тому для одного і того самого ґрунтового зразка обмінна кислотність завжди більша, ніж актуальна.

Гідролітична кислотність - це та кислотність, яка виявляється при обробці ґрунту гідролітично лужними солями. При використанні нейтральної солі іони Н⁺ не повністю переходять у розчин. Частина їх залишається у ґрунтовому вбирному комплексі і може бути переведена в розчин тільки при обробці ґрунту розчином гідролітично лужної солі (наприклад CH₃COONa). Отже, кислотність СН₃СООNa-витяжки складатиметься з гідролітичної, обмінної та актуальної.

При гідролізі ацетату натрію створюється лужна реакція розчину:

Дисоціація лугу в розчині відбувається повніше, ніж слабкої оцтової кислоти, тому реакція розчину стає лужною (рН близько 8,5). При взаємодії з ґрунтом луг реагує з увібраними катіонами за такою схемою: [ГВК] Н⁺ + CH₃COONa = [ГВК] Na⁺ + СН₃СООН; [ГВК] АІ^з+ + 3CH₃COONa = [ГBK]3Na⁺ + АІ (СН₃СОО)₃ . АІ(СН₃СОО)₃ + ЗН₂О = АІ (ОН)₃ + ЗСН₃СООН.

Відтитрувавши у фільтраті оцтову кислоту, визначають безпосередньо кількість водневих іонів, відданих ґрунтом у процесі обміну з увібраного стану. Величину гідролітичної кислотності виражають в мг екв. на 100 г ґрунту. К.К. Гедройц на основі дослідження ґрунтової кислотності обґрунтував доцільність вапнування ґрунтів, застосування фосфоритного борошна на кислих ґрунтах.

Для розрахунку норми вапна поряд із такими показниками, як обмінна кислотність, ступінь насичення основами, гранулометричний склад ґрунту, слід визначити величину гідролітичної кислотності.

Лужна реакція ґрунту. При значенні рН=7 іони гідроксилу ОН^-переважають у ґрунтовому розчині над іонами водню Н⁺. Лужна реакція зумовлюється наявністю у розчині солей сильних основ та слабких кислот. З таких солей у ґрунті зустрічаються карбонати натрію і калію, гідрокарбонати натрію і калію, карбонати кальцію і магнію, ряд солей кремнієвої та органічних кислот.

Крім того, лужну реакцію мають ґрунти, які містять натрій в увібраному стані. При взаємодії такого ґрунту з водою за наявності вуглекислого газу, який завжди є у розчині, відбувається реакція за такою схемою:

Na⁺ H+

[ГВК] + 2Н₂О + СО₂ = [ГВК] + Na₂CO₃;
Na+ H⁺

Na₂CO₃ + H₂O = NaOH + NaHCO₃.

Карбонат натрію створює лужне середовище, оскільки під час його гідролізу у розчині гідроксильні іони ОН^- переважають над водневими, рН ґрунту зростає до 9-10.

Лужна реакція ґрунтового розчину може бути зумовлена також наявністю у ньому значної кількості вільного карбонату кальцію, який при взаємодії з водою за наявності вуглекислого газу перетворюється на гідрокарбонат:

СаСО₃ + Н₂О + СО₂ = Са (НСО₃)₂.

Наступний його гідроліз призводить до підлуговування ґрунту (рН=8,0...8,5). Сильна лужна реакція (рН=8,5...9) пригнічує рослини. За таких умов і наявності увібраного натрію погіршуються фізичні властивості і водний режим ґрунту, посилюється пептизація колоїдів.

У ґрунтовому моніторингу визначають вологість, вміст гумусу, обмінну здатність ґрунтового вбирного комплексу, рН, забруднення нітратами, пестицидами, нафтопродук­тами, важкими металами, активність ґрунтової фауни, яка має надзвичайно важливе зна­чення у формуванні ґрунту і забезпеченні його родючості.

Особливістю вивчення екологічного стану грунтів, на відміну від атмосфери і вод, є необхідність ранньої діагностики порушень: засолення, закислення, забруднення, зміни структурно-механічних характеристик.

Для ґрунтів характерна зональність — сусідні ділянки можуть мати різний хімічний склад, що зумовлено рослинністю, глибиною залягання ґрунтових вод, материнською породою, освітленістю тощо. Тому при аналізі ґрунтів відбирають середню пробу, що характеризує ґрунт на певній території.

Дистанційними методами користуються для отримання оперативних даних про тем­пературу, вологість, засоленість, вміст гумусу у вертикальному розрізі ґрунту, товщину снігового покриву, стан рослинності.

Інформація, яка отримана дистанційними методами, дає змогу визначити не лише стан ґрунтів, але й стан посівів: біомасу, площу покриття ґрунтів рослинністю, полягання, захворюваність, пошкодження шкідниками, забур'яненість, ступінь розвитку рослин.

За величиною зон та рівнем забруднення ґрунтів поділяється на фонове, локальне, регіональне, глобальне.

Фоновим вважається такий вміст забруднюючих речовин в ґрунті, який відповідає або близький до його природного складу.

Локальним вважається забруднення ґрунту поблизу одного або сукуп­ності декількох джерел забруднення.

Регіональним є таке забруднення ґрунту, яке виникає внаслідок пере­носу забруднюючих речовин на відстань не більше 40 км від техногенних та більше 10 км від сільськогосподарських джерел забруднення.

Глобальними називають забруднення ґрунту, які виникають внаслідок переносу забруднюючої речовини на відстань більше 1000 км від будь-яких джерел забруднення.

Найбільш небезпечними для ґрунтів є хімічні забруднення, ерозія, засолення. За ступенем небезпеки хімічні речовини поділяються за Держстандартом 17.4.1.02-83 на три класи:

1клас — високонебезпечні речовини;

2клас — помірно небезпечні речовини;

3клас — малонебезпечні речовини.

Клас небезпеки встановлюється за показниками. (табл. 2)

Таблиця 2. Показники та класи небезпеки хімічних речовин.

Показник	Норми концентрації
1 клас	2 клас	3 клас
Токсичність, ЛД	До 200	200-1000	Понад 1000
Персистентність в ґрунті, міс.	Понад 12	6-12	Менше 6
ГДК в ґрунті, мг/кг	Менше 0,2	0,2-0,5	Понад 0,5
Персистентність в рослинах, міс.	3 і більше	1-3	Менше 1
Вплив на харчову цінність с-г продукції	сильний	помірний	немає

За ступенем забруднення ґрунти поділяються на сильнозабруднені, се-редньозабруднені, слабкозабруднені.

У сильнозабруднених ґрунтах кількість забруднюючих речовин в декілька разів перевищує ГДК. Вони мають низьку біологічну продуктивність та істотні зміни фізико-хімічних, хімічних та біологічних характеристик, внаслідок чого вміст хімічних речовин у вирощуваних культурах перевищує норми.

У середньозабруднених ґрунтах перевищення ГДК незначне, що не при­зводить до помітних змін його властивостей.

У слабкозабруднених ґрунтах вміст хімічних речовин не перевищує ГДК, але перевищує фон.

Для визначення ступеня забрудненості використовують такі характери­-
стики:

1) коефіцієнт концентрації забруднення ґрунту:

або де

С - загальний вміст забруднюючих речовин;

С_ср — середній фоновий вміст забруднюючих речовин;

С_гдк — гранично допустима кількість забруднюючих речовин;

2) інтегральний показник поелементного забруднення ґрунту:

де С_і— сума контрольованих забруднюючих речовин; С_фі— сума фонового вмісту забруднюючих речовин;

3) коефіцієнт зворотної реакції ґрунтів на динаміку забруднення:

, де А, А_ф — параметри, які контролюються у забрудненій і фоновій пробах.

За ступенем стійкості до хімічних забруднень та характером зворотної реакції ґрунти поділяються на дуже стійкі, середньостійкі, малостійкі. Ступінь стійкості ґрунтів до хімічних забруднень характеризується такими показни­ками, як гумусний склад ґрунту, кислотно-основні властивості, окисно-відновлювальні властивості, катіонно-обмінні властивості, біологічна ак­тивність, рівень ґрунтових вод, частка речовин, що знаходяться в розчинено­му стані.

При оцінці стійкості ґрунтів до хімічних забруднень слід враховувати показники, що характеризують короткотермінові (2—5 років), довготермінові (5-10 років) зміни ґрунтів та показники ранньої діагностики розвитку змін у ґрунтах.

Короткотермінові зміни властивостей ґрунтів діагностуються за динамікою вологості, величиною водневого показника рН, складом ґрунтових розчинів, диханням ґрунтів, вмістом поживних речовин.

Довготермінові зміни властивостей ґрунтів діагностуються за складом та запасом гумусу, відношенням вуглецю гумінових кислот до вуглецю фульво-кислот, втратами ґрунтів внаслідок ерозії, загальною лужністю, кислотністю, вмістом солей.

Функціонування промислових підприємств, транспорту та енергетичних установок викликає регіональне і навіть глобальне забруднення ґрунтів. Ре­гіональне забруднення ґрунтів може викликатися кислотними дощами, що випадають поблизу великих промислових підприємств, які викидають в атмосферу шкідливі гази. Природні процеси (міграція, перетворення, роз­клад, вимивання, вивітрювання, сонячна радіація, клімат) сприяють самоочищенню ґрунтів. Захисна здатність ґрунтів щодо самоочищення має певні межі, які слід враховувати при організації виробничої та господарсько-побутової діяльності.

Основними характеристиками ґрунтів щодо самоочищення є час само­очищення та захисна спроможність ґрунтів, яка характеризує їх здатність суттєво знижувати токсичність забруднюючих речовин. Час самоочищення — інтервал, протягом якого відбувається зменшення масової частки речо­вини, що забруднює ґрунт, на 96 % від початкового значення або до його фонового значення. Для самоочищення ґрунтів, а також для їх віднов­лення потрібно багато часу, витрати якого залежать від характеру забруд­нень та природних умов. Процес самоочищення ґрунтів триває від декількох днів до декількох років, а процес відновлення порушених земель — сотні років.

Дата добавления: 2014-10-23