 |
Кислотность и щелочность почв.
|
|
|
|
Реакция почвы обусловлена наличием и соотношением в почвенном растворе водородных (Н+) и гидроксильных (ОН–) ионов и измеряется величиной рН.
рН – отрицательным логарифмом активности водородных ионов в растворе (–lg а Н+).
В почвенных растворах и вытяжках из почв чаще всего определяют не концентрацию того или иного иона, а их активность.
Это связано с рядом обстоятельств. Ионы и молекулы в растворе взаимодействуют друг с другом и проявляют свои свойства так, как будто концентрация их меньше, чем в действительности. Это явление получило название эффекта Вигнера, или суспензионного эффекта.
Суспензионный эффект одни объясняли тем, что вблизи отрицательно заряженных коллоидных частиц концентрируются положительные ионы Н+; поэтому при осаждении и расслоении суспензии в осадке должно быть больше Н+- ионов, чем в надосадочном растворе. Другие – тем, что при электрометрическом измерении рН возникает диффузионный потенциал, или потенциал жидкостного соединения. Размер диффузного потенциала невелик, но он может существенно возрастать под влиянием электрически заряженных почвенных коллоидов; последние могут избирательно связывать ион калия солевого мостика (индикаторного электрода и электрода сравнения), что приводит к увеличению скачка потенциала и появлению суспензионного эффекта.
В общем случае величина активности зависит от концентрации электролита. Эту зависимость выражают формулой
а = jC,
где а – активность; С – концентрация; j – коэффициент активности.
Коэффициенты активности ионов не зависят от состава электролита и определяются только зарядом и размером ионов.
Активность определяют в единицах концентрации.
|
|
|
Почвы могут иметь нейтральную (рН 7), кислую (рН < 7) или щелочную (рН > 7) реакцию.
Кислотность почв.
Под кислотностью почвы понимается ее способность подкислять воду и растворы нейтральных солей. Различают актуальную и потенциальную кислотность.
Актуальная кислотность почвы обусловлена наличием свободных водородных ионов (протонов) в почвенном растворе.
Потенциальная кислотность, или кислотность твердой фазы почвы обусловлена наличием ионов Н+ и Al3+ в ППК. В зависимости от характера взаимодействующего с почвой раствора различают две ее формы – обменную и гидролитическую.
Обменная кислотность обозначается символом Н+ и проявляется при обработке почвы раствором нейтральной соли (1 н. KCl, рН 6,5).
Са2+ Ca2+
[ППК8–] Mg2+ + 4KCl [ППК8–] Mg2+ + HCl + AlCl3.
Н+ 4K+
Al3+
Гидролитическое расщепление:
AlCl3 + 3H2O Al(OH)3 + 3HCl.
При обработке почвы раствором нейтральной соли из ППК вытесняются не все поглощенные ионы водорода и алюминия. Более полно проявляется потенциальная кислотность при обработке почвы раствором гидролитически щелочной соли, например, уксуснокислого натрия (1 н. СН3СООNa, рН 8,2):
[ППК–] H+ + CH3COONa [ППК–] Na+ + CH3COOH,
[ППК3–] Al3+ + 3CH3COONa [ППК3–] 3Na+ + (CH3COO)3Al,
(CH3COO)3Al + 3H2O Al(OH)3 + 3CH3COOH.
Количество образующейся уксусной кислоты характеризует гидролитическую кислотность, обозначаемую символом Н г.
Гидролитическая кислотность в большинстве почв (за исключением красноземов и желтоземов) выше обменной.
Щелочность почв. Различают актуальную и потенциальную щелочность почв. Актуальная щелочность обусловлена наличием в поч-венном растворе гидролитически щелочных солей (Na2CO3, NaHCO3, Ca(HCO3)2), при диссоциации которых образуется значительное количество гидроксильных ионов (ОН–):
Na2CO3 + 2HOН H2CO3 + 2Na+ + 2OH–.
Потенциальная щелочность обнаруживается у почв, содержащих поглощенный (обменный) натрий. При взаимодействии такой почвы с угольной кислотой, находящейся в почвенном растворе, происходит реакция замещения, результатами которой являются накопление соды и подщелачивание раствора:
|
|
|
[ППК2–] 2Na+ + H2CO3 [ППК2–] 2H+ + Na2CO3.
Щелочность почвенного раствора характеризуется в миллиграмм-эквивалентах кислоты, необходимой для нейтрализации гидроксильных ионов раствора, обусловленных ионами НСО3– (щелочность бикарбонатов), СО32– (щелочность нормальных карбонатов) или их суммой (общая щелочность).
Величину щелочности также выражают показателем рН почвенного раствора или водной вытяжки, выделяя слабощелочную
(рН = 7,2–7,5), щелочную (рН = 7,6–8,5) и сильнощелочную (рН > 8,5) реакции.
Щелочность является крайне неблагоприятным свойством, так как она тормозит рост и развитие растений и микроорганизмов, резко ухудшает физические свойства почв.
Избыточную щелочность устраняют путем внесения гипса, нитратов кальция, материалов, содержащих гипс, серную кислоту, сульфат железа, пиритовые огарки или серу:
[ППК2–] 2Na+ + CaSO4 [ППК2–] Ca2+ + Na2SO4.
Норму гипса определяют в зависимости от содержания в почве обменного натрия.
Доля участия в ППК поглощенных водорода и алюминия определяет степень насыщенности почв основаниями, обозначаемую символом V (в %):
V = S / ЕКО или S / (S + H г),
где S – сумма поглощенных оснований (м-экв/100 г); Н г – гидролитическая кислотность (м-экв/100 г); ЕКО – емкость катионного обмена (м-экв/100 г).
Почвы, имеющие степень насыщенности основаниями меньше 50%, обладают неблагоприятными свойствами и нуждаются в известковании, при котором происходит замещение поглощенного водорода на кальций. При внесении извести СаСО3 при наличии избытка углекислоты переходит в растворимый Са(НСО3)2, который взаимодействует с почвой по следующей схеме:
[ППК2–] 2H+ + Ca(HCO3)2 [ППК2–] Ca2+ + 2H2O + 2CO2 .
Дозу извести рассчитывают по величине гидролитической кислотности почвы, но допускается и расчет по обменной кислотности, показателем которой служит рН солевой суспензии.
Буферность почв. Благодаря поглотительной способности, почвы обладают уникальным свойством – буферностью: способностью почвы противостоять изменению реакции почвенного раствора.
|
|
|
Различают буферность против кислотных и буферность против щелочных агентов. Буферные свойства почв связаны с поглощением и вытеснением ионов ППК, нейтрализацией и выпадением в осадок образующихся соединений.
Буферность зависит от химического, минералогического и гранулометрического составов (содержание гумуса, глинистых минералов), состава поглощенных катионов, ЕКО и свойств почвенного раствора. Наибольшей буферностью характеризуются тяжелые хорошо гумусированные почвы с высокой емкостью катионного обмена.
Почвы, насыщенные основаниями – V > 80% (черноземы, каштановые), обладают высокой буферностью против подкисления:
Ca2+
[ППК4–] Mg2+ + 2H2CO3 [ППК4–] 4H+ + CaCO3 + MgCO3.
Ненасыщенные основаниями почвы – V < 50% (подзолистые, красноземы) характеризуются повышенной буферностью против подщелачивания, так как все ионы натрия поглощаются ППК в обмен на ион водорода:
 |
[ППК2–] 2H+ + Na2CO3 [ППК2–] 2Na+ + H2O + CO2 .
Буферная способность является одним из элементов почвенного плодородия, так как позволяет сохранять благоприятные для растений и микроорганизмов свойства почв.
Для увеличения буферности почв следует повышать ЕКО путем внесения органических удобрений или проведения мелиоративных мероприятий (глинование легких по гранулометрическому составу почв).
|
|
|
