 |
Поглотительная способность почвы
|
|
|
|
Лекция 2. АГРОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ
Состав почвы.
Поглотительная способность почвы.
Кислотность и щелочность почв.
Степень насыщенности основаниями и буферность почв.
Состав почвы
Почва – это поверхностный слои земной коры, который образуется и развивается в результате взаимодействия растительности, животных, микроорганизмов, материнской породы и является самостоятельным природным образованием.
Основателем научного почвоведения является русский учёный В.В.Докучаев (1846-1903), который впервые дал определение понятиям: "почва" и "почвенный профиль", выявил главные отличительные свойства и раскрыл сущность почвообразовательного процесса. К пяти факторам почвообразования, установленным В.В. Докучаевым: материнской породе, климату, рельефу и времени, растительным и животным организмам - позже была добавлена вода (почвенная и грунтовая) и хозяйственная деятельность человека.
Любую почву можно рассматривать как гетерогенную систему, состоящую из трех фаз: твердой (минеральный скелет, органические и биологические компоненты), жидкой (почвенный раствор) и газообразной (почвенный воздух).
Твердая фаза почвы содержит основной запас питательных веществ для растений. Она состоит на 90 % и более из сложных минералов и примерно на 10 % и менее из органических веществ, которые играют очень важную роль в плодородии почвы. Почти половина твердой фазы почвы приходится на связанный кислород, одна треть – на кремний, более 10 % – на алюминий и железо, и только 7 % – на остальные элементы.
Совокупность мелкораздробленных (коллоидных) частиц почвы и органических веществ составляет почвенно-поглощающий комплекс (ППК). Суммарный заряд ППК большинства почв отрицательный, и тем самым он удерживает на своей поверхности в поглощенном состоянии в основном положительно заряженные ионы - катионы.
|
|
|
Почвенный раствор – наиболее подвижная и активная часть почвы, в которой совершаются разнообразные химические процессы и из которой растения непосредственно усваивают питательные вещества. Элементы питания, находящиеся в почвенном растворе, наиболее доступны для растений.
Почвенный воздух служит основным источником кислорода для дыхания корней растений. Он отличается от атмосферного повышенным содержанием углекислого газа и несколько меньшим – кислорода.
Строение почв характеризуют сочетанием генетических горизонтов. Генетическими называют те горизонты, которые образовались в результате общего почвообразовательного процесса, так что формирование каждого из присутствующих в почве горизонтов тесно связано (или даже обусловлено) формированием других горизонтов. Это проще всего проиллюстрировать на примере строения некоторых почв. Если заложить почвенный разрез (выкопать яму) с вертикальной передней стенкой, то на последней станет отчетливо видна последовательность генетических горизонтов.
В результате перемещения и превращения веществ почва расчленяется на отдельные слои, или горизонты, сочетание которых составляет профиль почвы.
А0 – подстилка или дернина
А1 – гумусовый горизонт
|
А2 – горизот вымывания (подзолистый
В – горизонт вмывания (иллювиальный)
|
С – материнская порода
Рис. 1. Профиль почвы
Поверхностный горизонт, подстилка или дернина, состоит большей частью из свежеопавших и частично разложившихся листьев, веток, останков животных, грибов и других органических веществ. Окрашен обычно в темный цвет – коричневый или черный. Лежащий под ним гумусовый горизонт А1, как правило, представляет собой пористую смесь частично разложившегося органического вещества (гумуса), живых организмов и некоторых неорганических частиц. Обычно он более темный и рыхлый, чем нижние горизонты. В этих двух верхних горизонтах сконцентрирована основная часть органического вещества почвы и корни растений. О почвенном плодородии многое может сказать ее цвет. Например, темно-коричневый или черный гумусовый горизонт богат органическими веществами и азотом. В серых, желтых или красных почвах органического вещества мало, и для повышения их урожайности требуются азотные удобрения.
|
|
|
В лесных почвах под горизонтом А1 залегает малоплодородный подзолистый горизонт А2, имеющий светлый оттенок и непрочную структуру. В черноземных, темно-каштановых, каштановых и других типах почв этот горизонт отсутствует. Еще глубже во многих типах почв расположен горизонт В -иллювиальный, или горизонт вмывания. В него вымываются и в нем накапливаются минеральные и органические вещества из вышележащих горизонтов. Чаще всего он окрашен в бурый цвет и имеет большую плотность. Еще ниже залегает материнская горная порода С, на которой формируется почва.
Все горизонты почвы представляют собой смесь органических и минеральных элементов. Свыше 50 % минерального состава почвы составляет кремнезем (SiO2), остальную часть могут составлять глинозем, оксиды железа, магния, калия, фосфора, кальция. Органические вещества, поступающие в почву с растительным опадом, включают углеводы, белки, жиры, смолы, дубильные вещества. Органические остатки в почве минерализуются с образованием более простых веществ (вода, диоксид углерода, аммиак и др.) или превращаются в перегной, или гумус.
Посредством почвы – важнейшего компонента биосферы – осуществляются эко-логические связи живых организмов с литосферой, педосферой, атмосферой.
Важнейшим свойством почвы является плодородие. Плодородие почвы – это совокупность свойств почвы, обеспечивающая высокую урожайность сельскохозяйственных растений, а также биологическую продуктивность естественных фитоценозов. Плодородие почвы зависит от оптимального содержания в ней питательных веществ (азота, фосфора, калия, микроэлементов), степени увлажненности, правильных методов агротехники, отсутствия вторичного засоления, процессов эрозии и др. Плодородие почвы определяют по наличию в ней гумуса.
|
|
|
Гумус – высокомолекулярные темно-окрашенные органические вещества почвы. Состоит из гуминовых кислот, образуется в результате биохимического разложения растительных и животных остатков. Содержит элементы питания растений, которые после разложения гумуса переходят в доступную для них форму. От его качества зависит плодородие почвы.
Различают плодородие естественное и искусственное, естественное определяется, в основном природными факторами, а искусственное осуществляется внесением удобрений и проведением; комплекса агротехнических мероприятий (мелиорация, севообороты, снегозадержание, водосберегающие технологии полива и др.).
Почвенный покров Донецкой области характеризуется разнообразием и большой пестротой, которая обусловлена особенностями рельефа и климата, материнскими горными породами.
В области насчитывается 60 типов почв. Обычные черноземы занимают 92 % территории, дерновые – 4 %, луговые, болотные и выходы пород – по 1 %, засоленные и подзолистые – по 0,5 %.
Большую часть Донецкой области занимают обыкновенные черноземы. Они очень плодородны, хорошо насыщены азотом и калием. Мощность гумусового горизонта обыкновенных черноземов составляет 70 см, содержание гумуса – 4-6 %. Плодородность черноземов 65-100 баллов, (по 100-балльной шкале).
Более разнообразный почвенный покров характерен для Донецкого кряжа. Здесь хорошо прослеживается высотная поясность почв. У подножия Донецкого кряжа сформировались обычные или обыкновенные среднегумусные черноземы и деградированные черноземы. На более высоких частях кряжа – гладкие выщелоченные черноземы. На северных склонах образовались островки черноземов на твердых карбонатных отложениях. Эти подтипы черноземов отличаются мощностью горизонтов и содержанием гумуса, который колеблется от 3 до 6 %.
|
|
|
Черноземов на меловых породах и мергелях довольно много, в особенности в Артемовском и Славянском районах Донецкой области. Их мощность достигает 150 см, и количество перегноя увеличивается до 8-9 %, т.е. максимальное для черноземов.
На водоразделах залегают черноземы мощностью 60-90 см, содержащие перегноя 5-8 %. В верховьях рек Кальмиуса и Крынки вкраплены более мощные и более богатые перегноем участки чернозема.
Почвенный покров Приазовской низменности образовался под разреженной ковыльно-типчаковой растительностью степей в условиях умеренно засушливого климата. Здесь встречаются обыкновенные (среднегумусные) черноземы, реже встречаются южные (малогумусные) черноземы, темно-каштановые и солонцеватые почвы. Мощность гумусового горизонта в этих почвах колеблется в границах 20-45 см.
Гумусовый горизонт имеет бурый оттенок. Содержание гумуса низкое – около 3 %.
В южных районах области поверхность почвы испаряет влаги больше, чем получает атмосферных осадков, поэтому постоянно из нижних слоев вода поднимается на поверхность и испаряется. Так возникает осолонелые почвы в Приазовье.
Песчаные почвы в области занимают тысячи гектаров и имеют ряд преимуществ перед другими почвами. Они хорошо прогреваются и, поэтому, географическое По карте определите обработка песчаных почв более легкая в положение песчаных почв. сравнении с суглинистыми. К недостаткам песчаных почв следует отнести их более глубокое промерзание. Недостаточное количество питательных веществ песчаных почв восполняется систематическим внесением органических и минеральных удобрений.
Почвы других типов распространены по долинам рек, на речных террасах и вдоль побережья Азовского моря. Они сформировались в условиях близкого залегания грунтовых вод. Наиболее распространенным типом почв в таких условиях являются луговые почвы. Такие почвы богаты питательными веществами.
На северном побережье Азовского моря большие площади заняты ракушечно-песчаными, луговыми и болотно-луговыми почвами. Такими же почвами представлены и косы – Кривая и Белосарайская.
Согласно почвенно-климатическим условиям, территория Донецкой области разделена на четыре микрозоны.
1. Северная степная микрозона: представлена преимущественно черноземами: обычными среднегумусными, малогумусными, карбонатными и выщелоченными на лёссах. В долинах рек сформировались черноземы луговые, а также лугово-болотные почвы, значительная часть из которых - солончаковые и солонцеватые, также здесь встречаются дерновослабоподзолистые песчаные почвы.
|
|
|
2. Южная степная микрозона: представлена меньшим разнообразием почв. Здесь распространены черноземы обыкновенные среднегумусные, малогумусные на лёссах. Кроме того, на значительной площади данной зоны залегают черноземы и дерновые почвы на элювии магматических и карбонатных пород.
3. Восточная микрозона: имеет сложный рельеф территории, которая и является причиной большой пестроты почвенного покрова. На наиболее высоких выравненных участках Донецкого кряжа почвообразующим является легкоглинистий лёсс. Здесь сформировались наиболее плодородные почвы – черноземы мощные среднегумусные, черноземы обыкновенные.
4. Приазовская микрозона: представлена сравнительно спокойным рельефом, что сказалось на характере почвенного покрова. Здесь сформировались в основном обычные, малогумусные и маломощные черноземы на лёссах, а также переходящие в мощные, и черноземы на элювии гранитов и известняков.
Поглотительная способность почвы
Большинство процессов, протекающих в почве, связаны с перераспределением веществ между твердой, жидкой и газообразной фазами, составляющими почву. Главным процессом взаимодействия между фазами является сорбция – поглощение твердой фазой газов, паров и растворенных веществ из жидкой фазы. Способность почвы поглощать различные веществ была известна давно, но только в начале XX века К.К.Гедройц разработал учение о поглотительной способности почв. Поглотительные процессы в почве обусловлены преимущественно ее тонкодисперсной частью и особенно коллоидами.
Почвенные коллоиды, происхождение, строение и классификация
К почвенным коллоидам относятся частицы диаметром < 0,0001 мм, хотя явно выраженные свойства коллоидов имеют частицы менее 0,001 мм. Содержание коллоидных частиц колеблется от 1 до 40 % массы почвы в различных подтипах почв. Однако даже при небольшом содержании они играют очень важную роль в сорбционных процессах. Причины этого в том, что у почвенных коллоидов из-за малого размера частиц огромная суммарная поверхность и она имеет своеобразную природу, способствующую протеканию сорбционных процессов.
Почвенные раздробленные частицы, как и любое раздробленное тело, обладают свободной поверхностной энергией, так как молекулы и атомы, расположенные на поверхности какого-либо вещества, находятся в иных условиях, чем атомы и молекулы внутри него. Молекулы внутри вещества испытывают одинаковое притяжение со всех сторон, поскольку окружены такими же молекулами.
Находящиеся на поверхности молекулы имеют различное притяжение снаружи и изнутри, так как соприкасаются с газообразной или жидкой средой. Поэтому они имеют некоторое количество свободной энергии, которая вызывает поверхностное натяжение на границе соприкосновения коллоидных частиц с внешней средой.
Чем больше удельная поверхность вещества, тем больше поверхностная энергия, которая и вызывает различные почвенные процессы и в значительной мере обусловливает поглотительные свойства почв. Следовательно, чем больше коллоидов в составе почвы, тем сильнее выражена ее поглотительная способность (в почвах более тяжелого механического состава).
Коллоиды различаются по происхождению, способу образования, заряду, составу.
Существуют два способа образования почвенных коллоидов:
1) диспергирование – измельчение в процессе выветривания крупных частиц (главным образом минеральные коллоиды);
2) конденсация – физическое или химическое соединение молекулярно раздробленных частиц (главным образом органические).
По составу или происхождению коллоиды делятся на:
1) минеральные – представлены частицами вторичных минералов, прежде всего глинистыми (монтмориллонит, каолинит, галуазит и др.), гидрооксидами Fe, Al, коллоидными формами кремнезема. Могут быть кристаллическими (глинистые минералы) или аморфными (полуторные гидроксиды). Составляют 80-90 % почвенного поглотительного комплекса (ППК);
2) органические – накапливаются в почве в результате разложения растительных остатков (различные гумусовые вещества). Обычно аморфные, составляют 5-10 % ППК.
3) органо-минеральные образуются при взаимодействии органического вещества почвы с глинистыми минералами и гидроксидами элементов с переменной валентностью (Fe, Mn), составляют около 5 % от ППК.
Коллоидная частица имеет сложное строение и называется мицеллой. В центре находится ядро, состоящее из недиссоциированных молекул аморфного или кристалл-лического вещества (рис.1).
На поверхности ядра распола-гается слой молекул, способных к диссоциации, который называется двойным электрическим слоем ионов. Внутренний – потенциал определяющий – слой состоит из неподвижных ионов, прочно связанных с ядром. Ядро мицеллы вместе с потенциало-пределяющим слоем ионов образует гранулу. Вокруг гранулы расположен внешний двойной слой ионов с противоположным зарядом – компенсирующий. Часть ионов неподвижна и прочно связанна с потенциалопределяющим слоем, часть – подвижна и способна обмениваться на ионы почвенного раствора – это диффузный слой мицеллы.
Рис. 1. Строение мицеллы
В зависимости от того, какие ионы – анионы или катионы – находятся в потенциало-пределяющем слое, заряд мицеллы будет «+» или «–».
С этой точки зрения все коллоидные частицы делятся на:
1) ацитоиды – коллоиды, несущие отрицательный заряд (в потенциало-пределяющем слое анионы) и имеющие в диффузном слое катионы (Н+). К ним относятся глинистые минералы, гумусовые кислоты, органо-минеральные коллоиды, кремниевая кислота. Ацитоиды обладают способностью к поглощению и обмену катионов.
2) базоиды – коллоиды, несущие положительный заряд (в потенциало-пределяющем слое катионы) и имеющие в диффузном слое анионы (ОН–). К ним относятся гидраты окисей железа и алюминия. Базоиды способны к обмену анионов.
3) амфолитоиды – коллоиды, имеющие переменный знак, зависящий от реакции среды: в кислой – «+» заряд, в щелочной – «–» заряд. К ним относятся белковые органические вещества.
Большая часть почвенных коллоидов имеет отрицательный заряд, и, следовательно, способность почвы к поглощению и обмену катионов значительно больше, чем к анионам. Поэтому, говоря о поглотительной способности почв, имеют в виду именно поглощение катионов.
Поскольку почвенные частицы имеют заряд, они способны притягивать дипольные молекулы воды из окружающего раствора, образуя гидратные пленки. Толщина этой пленки зависит от величины заряда и состава поглощенных катионов. В связи с этим различают гидрофильные коллоиды (кремнекислота, глинистые минералы, органические коллоиды и коллоиды, насыщенные К, Na, Li), удерживающие многослойные пленки воды, и гидрофобные – слабогидратированные коллоиды (гидрооксид железа, коллоиды, насыщенные двух- и трехвалентными катионами). Гидрофильные коллоиды имеют сродство к воде, способны сильно набухать и оставаться устойчивыми в коллоидном растворе. Гидрофобные набухают незначительно, сворачиваются и выпадают в осадок.
Почвенные коллоиды могут находиться в двух разных физических состояниях:
1) в состоянии коллоидного раствора, или золя;
2) в состоянии студенистого, аморфного или хлопьевидного осадка, или геля. Переход коллоидов из состояния золя в состояние геля называется коагуляцией, или слипанием (свертыванием) коллоидов. Причиной данного перехода является потеря гидратной оболочки и заряда в результате следующих процессов: замораживания, высушивания, действия электролитов, взаимной коагуляции и тиксотропии.
Коагуляция коллоидов происходит главным образом при их взаимодействии с электролитами (растворами солей, кислот и щелочей), которые в растворе распадаются на ионы с «+» или «–» зарядом. Коллоиды с «+» зарядом коагулируются анионами, с «–» зарядом – катионами. Коагулирующая способность катионов различна и зависит от их валентности и атомной массы. Одновалентные катионы коагулируют слабее двухвалентных, а двухвалентные – слабее трехвалентных.
По степени коагулирующей способности К.К.Гедройц расположил все катионы в следующем порядке:
Li+< Na+ < NH+< K+< Mg2+ < H+< Ca2+< Ba2+< Al3+< Fe3+
Коагуляция может быть обратимой и необратимой, т.е. золь, перешедший в гель, снова может перейти в раствор либо его обратный переход затруднен или невозможен. Обратимая коагуляция вызывается одновалентными, необратимая – двух- и трехвалентными катионами. Под действием двух- и трехвалентных катионов почвенные частицы склеиваются в комочки, имеющие большую устойчивость и водопрочность, почва становится более структурной, улучшается ее физическое состояние.
Особым явлением представляется процесс тиксотропии коллоидов, чаще всего встречается в криогенных почвах и вызывает их плывунность. Коллоиды находятся в таких почвах в скоагулированном состоянии геля благодаря их своеобразной гексагональной ориентации. Гель не отделяется от дисперсной среды, а застудневает вместе с ней. Полученный гель может быть переведен в золь путем механического воздействия (встряхивания и др.), по прекращении которого с течением времени золь опять переходит в гель.
Пептизация – процесс, обратный коагуляции, когда коллоиды переходят из состояния геля в состояние золя. Пептизация коллоидов отрицательно воздействует на почвообразовательные процессы, поскольку обусловливает разрушение структуры и вымывание коллоидов из верхних горизонтов, что резко снижает их поглотительную способность, ухудшаются физические и химические свойства почвы.
Виды поглотительной способности почв
Поглотительной способностью почв называют способность почвы поглощать твердые взвешенные частицы, целые молекулы веществ или их часть и удерживать их в себе. Носителем поглотительной способности почв является почвенный поглощающий комплекс (ППК) – вся совокупность почвенных компонентов, способных участвовать в процессах поглощения и обмена. Главную часть его составляют почвенные коллоиды.
К.К. Гедройц выделил пять видов поглотительной способности почв. Каждый играет определенную роль в почвообразовании и формировании свойств почвы: механическая, биологическая, химическая, физическая и физико-химическая, из которых две последние связаны с ППК.
1. Механическая поглотительная способность – способность почвы как всякого пористого тела задерживать взвешенные твердые частицы из фильтрующихся суспензий крупнее почвенных пор. Механическое поглощение напрямую зависит от гранулометрического состава и сложения почвы. Так, глинистые и суглинистые почвы способны поглощать даже тонкодисперсные частицы, а песчаные, имеющие крупнопористое сложение, взвешенные частицы поглощают значительно хуже. Механическая поглотительная способность возрастает с увеличением количества гумуса в почве. Благодаря ей, в почве удерживаются от выноса наиболее ценные с точки зрения плодородия элементы. Большое значение это имеет в областях с искусственным орошением или обильными осадками. Почва может также удерживать и частицы меньше диаметра пор благодаря наличию замкнутых и извилистых пор.
2. Биологическая поглотительная способность почвы обусловлена жизнедеятельностью растений и микроорганизмов почвы, которые поглощают из нее необходимые для жизни элементы и переводят их в органические соединения своего тела. В таком виде элементы питания не вымываются из почвы. Особенностью этого вида поглотительной способности является избирательность – растения и микроорганизмы поглощают необходимые им вещества строго в соответствии со своими потребностями. Благодаря этой избирательности почва систематически обогащается биологически ценными элементами, которые извлекаются из глубоких слоев, после отмирания живых организмов накапливаются в верхних горизонтах и используются следующими поколениями организмов. В естественных условиях почва чем старше, тем плодороднее. Однако избирательность может иметь и отрицательные последствия: при внесении удобрений в результате поглощения только некоторых ионов в почве возникают физиологическая кислотность и щелочность.
Особенно большое значение этот вид поглотительной способности имеет в отношении нитратов, так как они поглощаются и закрепляются только биологическим путем.
3. Химическая поглотительная способность – это способность почвы закреплять нерастворимые соединения, образующиеся в результате химических обменных реакций в почвенном растворе или при взаимодействии с твердой частью почвы. При взаимодействии с катионами кальция, алюминия, железа и других элементов растворимые в воде сульфаты, карбонаты, фосфаты образуют нерастворимые соединения. В таком виде вещества закрепляются и не вымываются из почвы:
3 CaCl2 + 2 Na3PO4 → Ca3(PO4)2↓+ 6 NaCl,
Na2SO4 + CaCl2 → 2 NaCl + CaSO4↓.
Таким же образом могут закрепляться в почве и удобрения. Например, при внесении фосфатных удобрений (суперфосфат) в карбонатную почву он переходит в нерастворимый трифосфат кальция:
2 CaCО3 +Ca(Н2PO4)2 → Ca3(PO4)2↓+ 2 Н2СО3.
4. Физическая поглотительная способность – это способность почвы поглощать и удерживать в себе целые молекулы веществ на поверхности своих частиц. Она обусловлена силами молекулярного притяжения (из-за наличия свободной энергии у поверхностных молекул), за счет которых на поверхности коллоидных частиц адсорбируются вещества из раствора или газы, причем изменяется только концентрация веществ, но качественный состав не изменяется (поглощенное вещество не внедряется в твердую фазу почвы и не вступает в химическую реакцию, а накапливается на границе раздела фаз).
Способность адсорбции присуща всем телам природы. Чем сильнее степень раздробленности частиц, тем больше их общая поверхность, где сорбируются молекулы многих веществ.
Различают положительную и отрицательную адсорбцию. При нормальной (положительной) адсорбции к поверхности почвенных частиц притягиваются молекулы растворенного вещества, и концентрация раствора уменьшается. Таким путем поглощаются органические соединения, газы, щелочи, некоторые токсины. При отрицательной адсорбции на поверхности частиц закрепляются молекулы растворителя, и концентрация раствора увеличивается. Такому явлению подвержены неорганические кислоты и некоторые другие минеральные соединения. Так, нитраты почвой не поглощаются ни физическим, ни химическим путем, а только биологическим, поэтому вносить азотные удобрения необходимо только в период интенсивного роста растений, когда они наиболее нуждаются в азоте. Это предотвратит загрязнение водоемов нитратами.
5. Физико-химическая (обменная) поглотительная способность почв – это способность почвы поглощать из раствора различные катионы или анионы, отдавая в обмен эквивалентное количество ионов твердой фазы (из диффузного слоя мицеллы). Так как большинство почвенных коллоидов заряжены отрицательно, то и поглощаться будут из почвенного раствора в основном катионы, которые называются обменными. Эта поглотительная способность напрямую связана с ППК. В общем виде процесс обмена катионов можно представить следующим образом: почва] Н+ + КСl ↔почва] К + НСl.
К.К.Гедройц установил следующие законы обменной адсорбции:
● закон эквивалентности – процесс обмена катионов происходит в эквивалентных отношениях по законам химии;
● закон обратимости – реакция обмена катионов является обратимой, т.е. любой поглощенный катион при соответствующих условиях может снова перейти в раствор;
● закон концентрации – чем выше концентрация иона-вытеснителя в почвенном растворе, тем интенсивнее он будет поглощаться почвой и займет больший вес в составе поглощенных катионов (при постоянном объеме). В случае если концентрация раствора постоянна, количество катионов, вытесняемых из почвы в раствор, возрастает с увеличением объема последнего;
● закон скорости – реакции обменной адсорбции происходят быстро (равновесие устанавливается в течение нескольких минут);
● закон энергии – энергия адсорбционного поглощения почвой разных катионов неодинаковая и зависит от их валентности, а в пределах одной валентности – от атомной массы и ионного радиуса. Ряд энергии поглощения катионов в большинстве почв следующий (К.К.Гедройц):
Li+< Na+ < NH+< K+< Mg2+ < H+< Ca2+< Ba2+< Al3+< Fe3+.
Поглощение анионов идет всегда в обмен на ОН-группы почвенных коллоидов и зависит от природы аниона, реакции среды и состава коллоидов. Обмен анионов происходит в том случае, если в почве есть «+» заряженные коллоиды (гидроксиды полуторных оксидов) или «+» заряженные участки отрицательных коллоидов (минералы группы каолинита, вещества белковой природы). Поэтому в тех почвах, где много базоидов (дерново-подзолистые, красноземы), при уменьшении рН почвы или увеличении в почве содержания Fe и Al обмен анионов возрастает. В почвах, имеющих нейтральную или щелочную реакцию, обмен анионов выражен очень слабо.
В почвенном растворе присутствуют две группы анионов, которые отличаются по характеру поглощения: 1) NO3–, NO2–, Cl– – в пределах возможных в почвах реакций не поглощаются почвой, так как легкорастворимы, закрепляются только биологическим путем; 2) SO42–, CO32–, PO43– – поглощаются химическим и физико-химическим путем. Особенно большое значение имеет поглощение фосфат-иона почвой, так как, с одной стороны, он становится недоступным для растений, с другой стороны, он извлекается из геологического круговорота и удерживается в почве. Поэтому фосфорные удобрения вносят в почву в гранулированном виде.
Состав поглощенных катионов, емкость катионного обмена и степень насыщенности почв основаниями
Почвенный поглотительный комплекс всегда насыщен катионами, но их состав и количество неодинаковы в разных почвах. Важнейшей характеристикой ППК и почвы в целом является емкость катионного обмена (емкость поглощения) (ЕКО) – общее количество поглощенных катионов, находящихся в почве и способных к обмену. Выражается в мг·экв/100 г почвы и обозначается Т (Е), зависит от типа почвы, минералогического состава, гранулометрического состава, количества гумуса и реакции среды. Чем больше в почве глинистых минералов и гумуса, чем ближе к нейтральной реакция почвы, тем больше ЕКО. Песчаные малогумусные почвы имеют самую низкую емкость поглощения – 1-5, супесчаные – 7-8, суглинистые – 15-8, глинистые – 25-30 мг·экв/100 г. В гумусовых горизонтах ЕКО выше, чем в нижележащих горизонтах. В верхнем горизонте черноземов она достигает 50-60 мг·экв/100 г, так как здесь много гуминовых кислот, ЕКО которых в чистом виде – 350-400 мг·экв/100 г.
Емкость катионного обмена варьирует в широких пределах и ее величина в различных типах почв представлена в таблице 1.
Различные почвы существенно отличаются друг от друга по качественному составу поглощенных катионов, который обусловлен условиями почвообразования, водно-солевым режимом почв и хозяйственной деятельностью человека. В составе ППК находятся практически все катионы, необходимые для питания растений, но их доля от общего количества поглощенных катионов невелика – несколько процентов. Общее содержание всех обменных катионов, кроме Н+ и Al3+, называют суммой обменных оснований (S). В зависимости от наличия поглощенного водорода и алюминия почвы подразделяют на насыщенные и ненасыщенные основаниями.
Таблица 1
Емкость катионного обмена в различных типах почв
| Почва | мг-экв/100 г |
| Дерново-подзолистая песчаная | 3-6 |
| Дерново-подзолистая среднесуглинистая | 10-20 |
| Дерново-подзолистая глинистая | 15-25 |
| Лесная серая среднесуглинистая | 15-30 |
| Чернозем типичный тяжелосуглинистый | 30-70 |
| Чернозем южный суглинистый | 30-50 |
| Светло-каштановая суглинистая | 20-40 |
| Серозем типичный суглинистый | 8-20 |
| Краснозем суглинистый | 13-25 |
К почвам, насыщенным основаниями, относятся черноземы, сероземы, каштановые почвы, в их ППК нет этих катионов. Ненасыщенные основаниями – подзолистая, дерново-подзолистая, серая лесная, тундрово-глеевая и другие почвы таежно-лесной и лесостепной зон, в составе ППК которых есть Н+ и Al3+.
Степенью насыщенности почв основаниями (V, %) называется отношение суммы обменных оснований к емкости поглощения почвы, выраженное в процентах:
где Н – гидролитическая кислотность в мг-экв/100 г. Чем больше емкость катионного обмена и степень насыщенности основаниями, тем лучше для почвы. В нейтральных и щелочных почвах V» 100 %, в сильнокислых – < 50 %, слабокислых около 80 %.
Состав поглощенных катионов в значительной степени определяет свойства почв. Почвы, насыщенные Са2+ и Мg2+, имеют нейтральную реакцию, благоприятные водно-физические свойства, так как хорошо структурированы, эти катионы способствуют сохранению коллоидов (в том числе и органических), закрепляют гумус, увеличивая тем самым емкость поглощения почвы и плодородие. К таким почвам относятся черноземы, пойменные дерновые и дерново-карбонатные.
В почвах, находящихся к северу от черноземов, кроме кальция и магния, в ППК присутствуют катионы Н+ и Al3+. Эти катионы обусловливают кислую реакцию среды, коллоиды находятся в состоянии непрочного геля, легко разрушаются в такой среде и вымываются. Почвы хуже структурированы, обладают менее благоприятным водно-воздушным режимом, емкость катионного обмена меньше, имеют невысокое естественное плодородие. К таким почвам относятся подзолистые, дерново-подзолистые, красноземы, серые лесные и др.
В почвах, находящихся к югу от черноземов, в ППК присутствует значительное количество Na+. Такие почвы имеют щелочную реакцию, наименее благоприятные водно-физические свойства, бесструктурные, коллоиды очень неустойчивые, легко пептизируются и вымываются. Во влажном состоянии они вязкие, при высыхании образуют очень плотные горизонты и растрескиваются. Типичным представителем являются солонцы.
|
|
|
