Поглотительная способность почв и её физико-химическая характеристика

Лекция 9. Почвенные коллоиды и поглотительная способность почв

Твердая фаза почвы представляет собой сложную полидисперсную систему, состоящую из частиц различных размеров от крупного (песка, гравия) до мельчайших (илистых и коллоидных). Благодаря содержанию тонкодисперсных частиц и пористости, почва способна удерживать те или иные вещества, приходящие с ней в соприкосновение.

Почвенными коллоидами называются частицы размером от 0,2 до 0,001μ. Их количество в почве различно – от 1-2 до 30-40% к массе почвы. Однако даже при незначительном содержании в почвах коллоидные частицы являются носителями сорбционных (поглотительных) свойств.

Коллоиды, обладающие кристаллической решеткой минералов, несущие только отрицательный заряд называется ацидоидами, только положительный – базоидами. Поверхность аморфных минералов, в частности группы гидроксидов, имеют переменный заряд и характеризуются pH зависимостью. Их иначе называют амфолитоидами. В кислой реакции почвенной среды они несут положительный заряд, а в щелочных – отрицательный. Аморфные формы минералов играют значительную роль в формировании сорбционных свойств почв, покрывая пленками кристаллические минералы.

Органические коллоиды представлены гумусовыми и белковыми веществами. Они являются амфолитоидами, однако у гумусовых веществ, более чем у белковых проявляются свойства ацидоидов. Для гумусовых коллоидов характерна высокая емкость катионного обмена, достигающая 400-500 мг-экв на 100г вещества.

Органические коллоиды, как правило, в почве находятся в коагулированном (осажденном) состоянии вследствие связывания поливалентными катионами. Их пептизация (переход в коллоидное состояние) происходит под влиянием щелочей, за счет образования гумусовых солей щелочных металлов.

Органо-минеральные коллоиды представлены соединениями гумусовых веществ с глинистыми минералами и осажденными полуторными окислами. Коллоиды, относящиеся к данной группе, имеют высокую емкость катионного обмена (до 100 мг-экв. на 100 г), но очень различную, в силу неоднородного состава данной группы. Скорость к пептизации тоже различна и зависит от природы и размера частиц минеральной компоненты.

Способность почв поглощать различные вещества известна давно. Этому вопросу посвящены целый ряд работ известных как отечественных, так и зарубежных исследователей. К ним относятся Гедройц, Вигнер, Маттсон, Гапон, Соколовский, Ремезов, Антипов-Каратаев, Горбунов и многие другие исследователи. Основателем современного учения о поглотительной способности почв является К.К.Гедройц.

Поглотительной способностью называется способность почвы поглощать из окружающей среды различные вещества. Частицы, молекулы, ионы, микроорганизмы. Поглощение почвы осуществляется почвенными коллоидами и частицами предколлоидной фракции (<1μ). Совокупность компонентов, обуславливающих поглотительную способность почвы, К.К. Гедройц назвал почвенным поглощающим комплексом (ППК), а известный почвовед А.Н. Соколовский, чтобы подчеркнуть особую роль в поглощении почвенных коллоидов назвал его почвенным коллоидальным комплексом (ПКК). Согласно К.К. Гедройца различают 5 видов поглотительной способности: механическую, биологическую, физическую, химическую и физико-химическую.

Механическая поглотительная способность. Под механической поглотительной способностью понимают свойство почвы как пористого тела задерживать в своей толще частицы, диаметр которых больше диаметра её пор. Почва может задерживать и более мелкие частицы, если они попадают в искривленные ходы пор или в замкнутые поры. Механическое поглощение не является сорбционным. Его величина зависит от гранулометрического состава. Глинистые почвы задерживают больше частиц, а песчаные и супесчаные почвы, а также крупноагрегированные характеризуются плохой механической поглотительной способностью.

Механическая поглотительная способность широко используется в технике. Например, водоочистка производится путем пропускания воды через песчаные отстойники, с помощью заиливания достигается уменьшение фильтрации воды через стенки и дно оросительных каналов (кольматаж).

Биологическая поглотительная способность выражается в поглощении почвенной биотой и растениями веществ, находящихся в почвенном растворе. Важнейшей особенностью этого поглощения является избирательное усвоение тех или иных питательных веществ в присутствии больших количеств других соединений. Процессы биологического поглощения, изменяя концентрацию и состав почвенного раствора, существенно влияют на многочисленные сорбционные равновесия, складывающиеся в почве, и способствуют накоплению фосфора, азота, калия и др. элементов в верхних слоях почвы.

Физическая поглотительная способность по К.К.Гедройцу представляет изменение концентрации молекул растворенного вещества на поверхности твердых частиц почвы. Эта поглотительная способность зависит от содержания почвенных коллоидов (т.е. от гранулометрического состава) и от их качества (первичные или вторичные минералы, органические коллоиды). Эта поглотительная способность обусловлена свободной поверхностной энергией почвенных частиц. Химическая поглотительная способность (хемосорбция) – способность почвы закреплять ионы в труднорастворимые соединения, например, в почвах, имеющих нейтральную или слабощелочную среду (черноземы, сероземы и др.) вносимые фосфорные удобрения закрепляются в результате реакции между бикарбонатом кальция и вносимым суперфосфатом:

2Ca(HCO₃)₂ + Ca(H₂PO₄)₂ → Ca₃(PO₄)₂ + 4 CO₂ +4 H₂O

В почвах, имеющих кислую реакцию, при наличии свободных гидратов окислов железа и алюминия в результате химического поглощения образуются труднорастворимые фосфаты железа

Fe(OH)₃ + H₃PO₄ → FePO₄ + 3H₂O

Физико-химическая поглотительная способность (обменная) - это способность почвы поглощать преимущественно катионы в результате эквивалентного обмена катионов раствора на катионы диффузного слоя коллоидов. Катионы, которые находятся на поверхности компенсирующего слоя коллоидных мицелл и способных к реакциям обмена получили название поглощенных или обменных.

Дата добавления: 2014-01-07