Природа почвенной кислотности и щелочности

Реакция среды имеет существенное значение для направленности почвенных процессов и уровня почвенного плодородия. Кислотно-щелочные условия зависят от типов почв, их подтиповых, родовых различий и могут колебаться в широких пределах. Черноземы, коричневые почвы, сероземы характеризуются нейтральными условиями. Щелочная реакция наблюдается у солонцов и солонцеватых почв. Кислые условия типичны для почв влажных лесов (подзолистые, серые и бурые лесные, красноземы, желтоземы и др.). Кислотность почвы вызывается ионами водорода. Различают актуальную и потенциальную кислотность.

Актуальная кислотность почв – это концентрация ионов Н⁺ в почвенном растворе в граммах-эквивалентах (моль) на 1 литр, выражаемая величинами pH, где pH = -lg [Н⁺].

Чистая вода неэлектропроводна, но тем не менее при 25 °С из одного моля воды диссоциирует на ионы 0,0000001 или 1x10-7 моль воды. Так как число ионов в чистой воде Н⁺=ОН^-, то диссоциацию воды характеризуют ионным произведением:

К = [Н⁺] х [ОН^-] = [1х10^-7] х [1х10^-7] = 10^-14.

Коэффициент К – константа показывает, что эта величина не изменяется при любых изменениях количества ионов Н⁺ и ОН^-. Допустим, что при добавлении щелочи концентрация ионов ОН^" стала равна 10^-4, значит концентрация ионов Н⁺ будет 10^-10. Другой случай: добавили кислоту. Концентрация ионов стала 10^-4, значит концентрация ионов ОН” будет 10^-10. Это ионное произведение воды, его сомножители принято обозначать показателем pH, причем отрицательным логарифмом (степень, в которую возводится 10, записывается с обратным знаком). Пишут: рН=6. Это значит, что в растворе концентрация [Н⁺]=10^-6 моль/л и, следовательно, концентрация [ОН^-] =10^-8 моль/л, т. е. ионов ОН^- в 100 раз меньшие, чем ионов Н⁺. Среда кислая. При рН=9 концентрация ионов водорода в растворе 10^-9, а гидроксид-ионов – 10^-5, т. е. их в 10000 раз больше, чем ионов Н⁺. Среда щелочная. Таким образом, за цифрами показателя pH необходимо научиться видеть и учитывать количество ионов Н⁺ и дополнительное к нему, согласно с ионному произведению воды, количество ионов ОН^-, представляемое в грамм-эквивалент (моль) на 1 литр.

Жизнь животных и растений может протекать при pH от 2,5-3 до 10-10,5. За пределами этих концентраций ионов водорода проявление жизни крайне ограничено. Этот же, даже несколько больший, размах pH мы встречаем и в почвах.

Величина pH является наиболее устойчивым генетическим показателем конкретной почвы. Варьирование pH в границах типичных значений составляет 5-10%. Всякое изменение реакции среды приводит к резкой смене характера почвообразования. Ряд почвенных процессов имеет строгую приуроченность к определенным пределам водородного показателя. Это солонцовый процесс, оподзоливание, пептизация и коагуляция коллоидов, ферраллитизация, микробиологические явления и т. д. Антропогенетические изменения pH происходят при окультуривании или деградации почв. Для всех почв величина их pH считается существенным диагностическим критерием.

Потенциальная кислотность – это количество обменных ионов Н⁺ и А1³⁺ в составе почвенного поглощающего комплекса (ППК), выражаемое в миллиграмм-эквивалентах на 100 граммов почвы (м.-экв. /100г).

В водной среде происходят реакции:

[ППК]Н⁺ + КСl ↔ [ППК]К⁺ + НСl,

[ППК]Аl³⁺ + 3KCl ↔ [ППК]ЗК⁺ + АlСl₃,

АlСl3 + ЗН₂O ↔ Аl(ОН)₃↓ + 3НСl.

В результате реакций обмена поглощенные ионы Н⁺ и Аl³⁺ определяют концентрацию ионов Н⁺ в почвенном растворе или его pH, т. е. потенциальная кислотность есть скрытая в ППК кислотность.

Потенциальная кислотность разделяется на обменную и гидролитическую. Обменная кислотность проявляется при взаимодействии с почвой нейтральных солей. Обычно для ее определения используют раствор КСl. Образующаяся в растворе кислота оттитровывается щелочью, а сама кислотность выражается в м.-экв на 100г почвы. При взаимодействии почв с нейтральной солью не все протоны переходят в раствор, так как в системе устанавливается динамическое равновесие:

[ППК]Н⁺ + КСl [ППК]К⁺ + НСl.

Гидролитическая кислотность обнаруживается при воздействии на почву гидролитически щелочной соли:

[ППК]Н⁺ + CH₃COONa ↔ [ППК]Nа⁺ + СН₃СООН.

Уксусная кислота, как слабогидролизуемая соль, практически связывает все водородные ионы и происходит практически полное вытеснение протонов из почвенного поглощающего комплекса. Поэтому во всех агромелиоративных расчетах пользуются данными определения гидролитической кислотности для установления доз СаСО₃ при ликвидации избыточной кислотности. Этот прием называют известкованием почв. В присутствии углекислоты известь переходит в растворимый бикарбонат и происходит необменное поглощение Н⁺:

СаСO₃ + Н₂O + СO₂ = Са(НСО₃)₂,

[ППК]2Н⁺ + Са(НСО₃)₂ ↔ [ППК]Са²⁺ + 2Н₂О + 2СО₂.

Нуждаемость почв в известковании определяют по степени насыщенности почв основаниями, по соотношению между поглощенными Са²⁺ + Mg²⁺ и Н⁺ + Аl³⁺.

Это степень насыщенности почв основаниями, выражается в процентах от емкости обмена:

V=S/E x 100=S/S+H x 100,

где V – степень насыщенности почв основаниями, %; S – сумма обменных оснований, м.-экв/100 г; Е – емкость поглощения, м.-экв/100 г; Н – гидролитическая кислотность, м.-экв/100 г.

На основании полевых опытов установлено следующая примерная шкала:

 

V	Нуждаемость в известковании
Ниже 50	Сильно нуждаются в извести
От 55 до 70	Средненуждаемые
70-80	Слабонуждаемые
Выше 80	Не нуждаются в извести

 

Различают также актуальную и потенциальную щелочность. Актуальная щелочность почв обусловлена присутствием в почве гидролитически щелочных солей: Na₂CO₃, NaHCO₃, Са(НСО₃)₂ МgСО₃, Мg(НСO₃)₂ и др.

Na₂CO₃ + 2НОН ↔ Н₂СО₃ + 2Na + 2OН^-

Эти соли увеличивают концентрацию ионов ОН^- в почвенном растворе, pH становится щелочной.

Потенциальная щёлочность характерна для почв солонцеватых, содержащих обменный натрий:

Na⁺ Н⁺

ППК + Н₂СО₃ ↔ ППК + Na₂CO₃.

Na⁺ Н⁺

Следовательно, потенциальная щелочность – не что иное как солонцеватость почв.

Значение солей, встречающихся в почвах, в формировании реакции почвенной среды иллюстрирует табл. 25:

Таблица 25

Реакция (pH) растворов соединений, встречающихся в почвах

Соединения	pH	Соединения	pH
Na2CO3	12-13	CaSO4	7,0
CaCO3 без СO2	10,2	Н2O	6,7-7,1
СаСO3+СO2	8,5	NaSO4, NaCl	6,5-6,8
МgСO3	11,5	NH4Cl	4,7
Са(НСO3)2	6,1-8,4	Н2СO3	3,9-5,7
NaHCO3	8,5-9,5	KAl(SiO4)2, AlCl3	2-4

 

Сильно кислую реакцию среды (pH 2-4) могут создавать при окислении различные сульфиды, которые содержатся в засоленных приморских болотах или в отвалах угольных карьеров и шахт:

4FeS₂ +15O₂+2Н₂O = 2Fe₂(SO₄)₃ + 2H₂SO₄.

В создании определенной реакции среды велика роль органических остатков. Лесная подстилка подзолистых и серых лесных почв имеет обычно pH 3,5-5,0. Гумусовые же вещества, образующиеся в этой подстилке, более кислы – 3,0-3,5. Особенно кислы продукты разложения мхов – pH 2,5-3,0. При разложении растительного опада в лесных биогеоценозах образуются и свободные органические кислоты типа уксусной, щавелевой, лимонной и др.

Антропогенные подкисления почв вызываются кислыми продуктами фабричных и заводских отходов, попадающих в атмосферу: хлор и соляная кислота, сероводород и сернистый ангидрид, окислы азота, соединения алюминия, углекислота. Западноевропейские и скандинавские исследователи отмечают pH атмосферных осадков 4,0,3,0,2,0.

 

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: