 |
Кислотность и щелочность почв
|
|
|
|
Всякая почва обладает определенной реакцией, которая проявляется при взаимодействии с водой или растворами солей и может быть кислой, нейтральной или щелочной.
Реакция почвы оказывает большое влияние на развитие растений и усвоение ими элементов питания, жизнедеятельность почвенных микроорганизмов, скорость и направленность химических и биохимических процессов: разрушение почвенных минералов, растворение труднорастворимых соединений, минерализацию органических остатков и гумификацию, коагуляцию и пептизацию коллоидов, на эффективность вносимых в почву удобрений.
Реакция почвы зависит от соотношения в ней свободных ионов Н+ и ОН–. Если в почвенном растворе концентрации этих ионов одинаковы, то реакция будет нейтральной, при Н+>ОН– реакция кислая, при Н+<ОН– щелочная. Для обозначения реакции почвы введен показатель рН – десятичный отрицательный логарифм концентрации ионов водорода в граммах на 1 л раствора, взятый с обратным знаком (если концентрация иона Н+ в 1 л равна 0,001 г, то рН = 3). Реакцию почв определяют с помощью приборов рН-метров или колориметрически по изменению окраски индикатора и сравнению ее со шкалой.
Реакция почвы может колебаться в пределах от рН 3,5 до 8-9 и для различных почв представлена в таблице 2 (для кислых почв – вытяжка 1 н KCl, для щелочных – водная).
Таблица 2
Реакция среды различных типов почв
| рН | Группа почв | Типы почв |
| <4.5 | Сильнокислые | Болотные, болотно-подзолистые, тропические |
| 4.5-5.0 | Кислые | Подзолистые, дерново-подзолистые, красноземы, тропические |
| 5.1-5.5 | Слабокислые | |
| 5.6-6.0 | Близкие к нейтральным | Окультуренные дерново-родзолистые и красноземы, серые лесные |
| 6.1-7.1 | Нейтральные | Серые лесные, черноземы |
| 7.2-7.5 | Слабощелочные | Черноземы южные, сероземы с признакими солонцеватости, каштановые |
| 7.6-8.5 | Щелочные | Солонцы, солончаки |
| >8.5 | Сильнощелочные | Содовые солонцы, солончаки |
|
|
|
Почвы, не насыщенные основаниями, обладают кислотностью, которая вызывается ионами водорода. Различают реакцию почвенного раствора и реакцию твердой фазы почвы, соответственно, существуют и два вида кислотности – актуальная и потенциальная (рис. 3).
 |
Рис. 3. Виды почвенной кислотности
Актуальная кислотность зависит от концентрации свободных ионов водорода в почвенном растворе. Их источником являются органические кислоты, образующиеся при разложении растительных остатков, угольная кислота, появляющаяся в почве при растворении диоксида углерода в воде, гидролитически кислые соли Al3+ и Fe3+, которые в водных растворах расщепляются и освобождают кислоту:
AlCl3 + 3 H2O = Al (OH)3 + 3 HCl→ Al (OH)3 + 3 H+ + 3 Cl–.
Эти явления наблюдаются только в почвах, не насыщенных основаниями. В почвах, где ППК содержит много Ca2+ и Mg2+, актуальной кислотности практически нет, так как ионы водорода обмениваются на катионы твердой фазы.
Для определения этой кислотности используют водную вытяжку из почвы (соотношение почва: вода = 1: 5), при этом в раствор переходят свободные ионы водорода, не связанные почвой. Обозначают рНвод или рН. Ионы водорода, извлекаемые водной вытяжкой, составляют небольшую часть всего количества ионов водорода в почве, поэтому ее величина небольшая (рН = 5-6) и ее редко используют в агрохимических исследованиях.
П отенциальная кислотность – это кислотность твердой фазы и обусловлена наличием ионов Н+ и Al3+ в обменно-поглощенном состоянии в ППК, которые подкисляют почвенный раствор в результате обменных реакций между почвенными коллоидами и почвенным раствором. В зависимости от способа вытеснения этих ионов из ППК выделяют о бменную и гидролитическую.
|
|
|
Обменная кислотность обусловлена содержанием обменно-поглощенных ионов H+и Al3+, которые вытесняются из ППК раствором нейтральной соли (образованы сильной кислотой и сильным основанием). Выявляется с помощью 1н раствора KCl или NaCl и обозначается рНсол или рН KCl. При этом ионы калия вытесняют ионы водорода или алюминия из ППК и занимают их место, а вышедшие в раствор ионы образуют соляную кислоту, которую определяют рН-метром:
ППК]Н+ + КСl ↔ ППК]К++ НСl,
ППК]Al3+ + 3 КСl ↔ ППК]3 К++ AlСl3,
AlСl3 + 3 H2О ↔ Al(ОН)3 + 3 НСl.
Обменная кислотность колеблется от 3 до 6, всегда меньше актуальной и наиболее ярко выражена в почвах подзолистых, красноземах. В почвах, имеющих слабокислую, нейтральную или щелочную реакцию, эта кислотность не проявляется. Обменную кислотность используют для массовых анализов реакции почвы.
Гидролитическая кислотность обусловлена как обменными, так и прочносвязанными ионами H+ и Al3+, которые можно вытеснить из ППК с помощью гидролитически щелочной соли (образована сильным основанием и слабой кислотой). Такие соли имеют повышенную активность катиона и при их гидролизе образуется щелочная среда, что способствует полному вытеснению прочносвязанных ионов водорода и алюминия из твердой фазы почвы. Для определения этой кислотности используют 1 н раствор уксуснокислого натрия (или кальция) с рН = 8,2. В водной среде эта соль распадается с образованием щелочи и слабой уксусной кислоты. При взаимодействии с почвой натрий щелочи вытесняет поглощенный ион водорода или алюминия из твердой фазы и вступает в ППК:
ППК] Н+ + СН3СООNa ↔ ППК] Na++ СН3СООH,
ППК] Al3+ + 3 СН3СООNa + 3 H2О ↔ ППК] 3 Na++ 3 СН3СООH + Al(ОН)3.
Вытесненные ионы связываются в уксусную кислоту, количество которой определяется титрованием и характеризует гидролитическую кислотность. Она выражается в мг-экв/100 г почвы и обозначается НГ (или Н). При обработке почвы гидролитически щелочными солями из ППК вытесняется больше ионов водорода, чем при обработке нейтральной солью. Катионы этих солей вытесняют из твердой фазы почвы ионы H+, которые способны к обмену при кислой и нейтральной реакции, а также те, которые дополнительно диссоциируют при щелочной реакции. Поэтому гидролитическая кислотность является полной, или суммарной, включающей актуальную и обменную формы. Иногда НГ оказывается меньше обменной за счет поглощения почвой анионов уксусной кислоты и вытеснения ионов ОН–, в результате чего уменьшается кислотность вытяжек.
|
|
|
Гидролитическая кислотность характерна для почв в самом начале обедненения их основаниями, при дальнейшей их потере появляются обменная и актуальная кислотности. Поэтому в черноземах ее практически нет, в дерново-подзолистых – она значительна.
Гидролитическая кислотность вместе с суммой обменных оснований составляют емкость поглощения (ЕКО) почвы: Н + S = Т.
Почвенная кислотность неблагоприятна для развития растений и микроорганизмов, плодородия почв, что обусловлено недостатком кальция, повышением концентрации в почвенном растворе токсичных элементов (Al, Мn), изменением доступности для растений элементов питания, ухудшением физических свойств. Чтобы сменить состав поглощенных катионов и избавиться от повышенной кислотности, применяют такой вид химической мелиорации, как известкование (внесение известковых удобрений – мел, доломитовая мука, известняк).
Щелочность почв
Аналогично почвенной кислотности различают актуальную и потенциальную щелочность почвы.
Актуальная щелочность обусловлена содержанием в почве гидролитически щелочных солей, это преимущественно карбонаты щелочных и щелочноземельных металлов: сода, поташ, гидрокарбонаты кальция и магния и др. Определяется актуальная щелочность значением рН водной вытяжки или путем титрования водной вытяжки кислотой с последующим выражением результатов в мг экв на 100 г почвы.
Потенциальная щелочность определяется содержанием обменно-поглощённого катиона натрия, который переходя в раствор подщелачивает его.
Кислую реакцию имеют подзолистые, дерново-подзолистые и болотные почвы; нейтральную – главным образом чернозёмы; щелочную – каштановые, серозёмы и солонцы.
Химический состав материала, из которого формируется почва, – определяющий фактор ее кислотности. Например, почвы, сформированные на известковых сланцах или известняке, имеют высокое изначальное значение рН. Для того чтобы они стали кислыми, нужно больше времени, чем для тех, которые образовались на гранитах и песчанике. Кроме того, на кислотно-щелочной баланс (рН) почвы влияет геологический возраст ландшафта – время, в течение которого из исходного материала формировалась почва.
|
|
|
Чем длиннее период воздействия погодных условий и чем интенсивнее этот процесс, тем больше будет удалено из почвы исходного материала и, следовательно, будет ниже рН.
Там, где годовой уровень осадков превышает годовую норму испарения и влага накапливается в почве, существует высокий потенциал выщелачивания растворимых солей и основных минералов вниз по профилю почвы, за пределы корневой зоны. Постепенно почва становится более кислой. Выщелачивание в процессе орошения может также стать причиной повышения кислотности почвы, в зависимости от интенсивности применения воды и ее щелочного баланса (рН).
Почвы становятся кислыми вследствие вытеснения ионами водорода H+ катионов кальция, магния, натрия и калия. Процесс этот обратимый, pH почвы можно повысить внесением этих элементов. Но наиболее экономично использовать кальций.
Кальций наиболее экономичен для повышения pH почвы, кроме того, он:
- является очень важным элементом питания растений,
- улучшает структуру почвы,
- делает ее рассыпчатой, гранулированной,
- стимулирует развитие полезных почвенных микроорганизмов, особенно бактерий обогащающих почву азотом.
Подобными свойствами обладает и магний, часто эти элементы используют вместе. Внесение кальциевомагниевых соединений приводит к значительному улучшению роста растений. Внесение кальция или кальциевомагниевых соединений с целью снижения кислотности называется известкованием. Известкование проводят с целью довести pH почвы до слабокислой (pH 6,5).
|
|
|
