Физико химические свойства почв

 
 

  Содержание

1. Минеральный состав почвенных коллоидов  ( 7 ).

2. Поглотительная способность почвы ( 11 ).

3. Ёмкость катионного обмена и сумма поглощенных оснований ( 19 ).

4. Состав поглощенных катионов в различных типах почв ( черноземы, каштановые, солонцы, подзолистые, серые лесные, красноземны, солончаки, солоди) ( 23 ).

5. Токсичность солей и солеустойчивость растений ( 29 ).

6. Буферность почвы ( 36 ).

7. Динамика калийных соединений и степень их усвояемости ( 50 ).

 

Список  используемой литературы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Минеральный состав почвенных коллоидов.

Почвенные коллоиды - минеральные, органические и органоминеральные  частицы, имеющие размер меньше 0,0001 мм и обладают определенными свойствами.

Образуются 2 путями:

Диспергация (раздробление большой крупной частицы).

Конденсация (укрупнение молекул).  

Количество их в разных почвах неодинаково и  зависит от гранулометрического  состава почвы и содержания в  них гумуса.  

Чем тяжелее  почва и больше гумус, тем больше коллоидов и наоборот. Например: тяжелосуглинистые и глинистые  хорошо гумусирующие почвы содержат 20-30% коллоидов и больше, а песчаные и супесчаные мало гумусированные всего 1-3%.  

На содержание коллоидов большое влияние оказывает  характер почвообразовательного процесса: подзолообразование приводит к разрушению коллоидов в верхней части  профиля и вымыванию продуктов  разрушения вниз по профилю.  

При дерновом процессе в верхней части образуются и  накапливаются органические и органоминеральные  коллоиды. Коллоидные части имеют  следующее строение. Внутренняя часть  состоит из ядра, представляет собой  массу недиссоциированных молекул. К ядру примыкает потенциалопределяющийый слой, состоящий из ионов. Ядро + потенциалопределяющийый слой образует гранулу. За этим слоем расположен слой компенсирующих ионов. Часть ионов слоя компенсирующих ионов неподвижна и образует неподвижный слой компенсирующих ионов.  

Другая часть  ионов слоя компенсирующих ионов  отходит от внутреннего слоя на определенное расстояние, образуя диффузный слой.  

По отношению  к воде коллоиды делятся на гидрофильные, которые поглощают воду и гидрофобные  которые не способны поглощать молекулы воды.  

Коллоиды могут  находиться в 2х состояниях - Золя (коллоидного  раствора) и геле (коллоидного осадка). Существует 3 группы коллоидов:

Органические. Представлены в почве гумусовыми кислотами  и гуматами (фульватами и их солями). Это гидрофильные коллоиды - пептизируются под действием щелочных растворов и коагулируются под влиянием 2 и 3 валентных катионов.

Минеральные. Глинистые  минералы, гидроксиды железа и Al. Способны к коагуляции при воздействии 2х и 3х валентных катионов.

Органоминеральные. Почвенные коллоиды обладают способностью поглощать из почвенного раствора ионы и молекулы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Поглотительная способность почвы.

Поглотительная  способность почвы, свойство почвы  задерживать в себе (сорбировать) различные вещества, соприкасающиеся с её твёрдой фазой. Виды П. с. п.: механическая — поглощение высокодисперсных частиц почвенными порами; физическая — поглощение электролитов под влиянием поверхностной энергии; физико-химическая (обменное и необменное поглощение катионов) — обмен между катионами твёрдой фазы и почвенного раствора; химическая — образование малорастворимых и нерастворимых солей, которые выпадают в осадок и примешиваются к твёрдой фазе почвы; биологическая — сорбция веществ микроорганизмами и корнями растений. Количество всех сорбированных почвой обменных катионов (в мг/экв на 100 г почвы) составляет ёмкость поглощения; величина её может изменяться в зависимости от содержания почвенного поглощающего комплекса (в основном коллоидов почвы), реакции почвенного раствора, природы катионов и т.п. 

П. с. п. играет важную роль в процессах выветривания горных пород, выщелачивания почв, оказывает  большое влияние на все почвенные  процессы, тесно связана с продуктивностью  почвы. Учение о П. с. п. — теоретическая основа применения удобрений и химической мелиорации. Основы современного представления о П. с. п. создал советский учёный К. К. Гедройц в 1912—32. В дальнейшем исследования продолжались Б. П. Никольским, И. Н. Антиповым-Каратаевым, А. Н. Соколовским, Н. И. Горбуновым и др. 
 

3. Ёмкость катионного обмена и сумма поглощенных оснований.

Ёмкость катионного обмена (ЕКО) — общее количество катионов одного рода, удерживаемых почвой в обменном состоянии при стандартных  условиях и способных к обмену на катионы взаимодействующего с  почвой раствора. 

Величину ёмкости  выражают в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы или её фракции. 

Термин по ГОСТу: 

Емкость катионного обмена почвы — максимальное количество катионов, которое может быть удержано почвой в обменном состоянии при  заданных условиях. 

Поглотит способ хар-ся суммой всех поглощён катионов. Е=ЕКО (ёмкость катионного объёма) (мг/экв/100 гр почвы).

Величина ёмкости  зависит от:

1. Гранулометрического состава почвы.

2. Содержан гумуса. Чем больше, тем больше ёмкость поглощения.

3. Минералогического состава.

Чем больше в  качестве глинистых минералов монтморилонитовой группы, тем больше ёмкость. Чем больше ёмкость, тем больше почва содержит элементов питания и выше буферность почвы (способность почвы противостоять измененным радиациям среды). Состав поглощен катионов в различных почвах различен. гидролиз, в зависимости от состоянии катионов, выдел почвы насыщен и ненасыщен основаниями. Сумма поглощен катионов - S - кол-во катионов, кот при выходе в р-р дают основания Са,Мg,К,NН_4. (мг). Катионы Н и Аl обособлены и обозначаются Н_г и Al. Са,Мg,К,NН₄}S; Н,Аl} Н_г. V - степень насыщенности почвы основаниями в % и рассчитывается по формуле. V=S/E·100%=S/S+Hr·100% 
 
 
 

4. Состав поглощенных катионов в различных типах почв ( черноземы, каштановые, солонцы, подзолистые, серые лесные, красноземы, солончаки, солоди).

Различные почвы  отличаются не только по емкости поглощения, и но по составу поглощенных катионов. Все почвы содержат в поглощенном состоянии катионы кальция и магния. В обыкновенных и мощных черноземах на эти катионы приходится 80—90 % емкости поглощения, а ионов водорода и алюминия — небольшое количество. В южных черноземах, сероземах и каштановых почвах среди поглощенных катионов преобладают кальций и магний, катионов натрия содержится обычно немного, водород отсутствует. В солонцах и солончаках наряду с кальцием и магнием в поглощенном состоянии содержится много натрия. В красноземах и дерново-подзолистых почвах среди поглощенных катионов, кроме кальция и магния, находятся ионы водорода и алюминия (иногда 50 % и более емкости поглощения). 
Калий и аммоний содержатся в поглощенном состоянии во всех почвах в небольших количествах. 
Состав поглощенных катионов оказывает большое влияние на физические и химические свойства почвы, на условия роста сельскохозяйственных культур и действие удобрений. От состава поглощенных катионов в значительной степени зависит состав почвенного раствора. При взаимодействии с почвенными растворами поглощенные почвой катионы вытесняются в раствор (в обмен на катионы растворимых солей). Если почва содержит в поглощенном состоянии много кальция, то при внесении растворимых удобрений будет вытесняться в почвенный раствор преимущественно кальций, а если поглощенного кальция мало и в поглощенном состоянии находится много ионов алюминия и водорода, то при внесении удобрений будут вытесняться в почвенный раствор алюминий и водород, что вызовет его подкисление. 
Состав поглощенных катионов влияет на состояние почвенного поглощающего комплекса, на его дисперсность, а в связи с этим — на физико-механические и физико-химические свойства почвы. Катионы осаждают (коагулируют) отрицательно заряженные почвенные коллоиды, причем коагулирующая способность их возрастает с увеличением заряда и атомной массы. Одновалентные катионы обладают меньшей коагулирующей способностью, чем двухвалентные, а двухвалентные — меньшей, чем трехвалентные. Исключение составляет ион водорода, который по энергии коагуляции приближается к двухвалентным катионам. 
С повышением кислотности среды коагулирующее действие катионов усиливается, а при щелочной реакции значительно ослабевает. Коагулирующее действие одновалентных катионов оказывается слабее диспергирующего влияния ОН- ионов, и поэтому при щелочной реакции эти катионы не вызывают коагуляцию почвенных коллоидов. 
Коагулирующее действие катионов кальция сильнее диспергирующего влияния ОН- ионов, поэтому в растворе, содержащем ионы кальция, коллоиды осаждаются даже при щелочной реакции. Магний в этом отношении занимает промежуточное место между одновалентными катионами и кальцием, но ближе к последнему. 
 
 
 
 
 
 

5. Токсичность солей и солеустойчивость растений.

        Солеустойчивость растений способность растений проходить полный цикл развития на засоленных почвах, т. е. на почвах с содержанием солей (гл. обр. хлоридов, сульфатов и карбоната натрия) выше 0,2% от массы почвы. Наиболее солеустойчивы Галофиты, однако и они очень чувствительны к внезапному засолению. Любое растение приспосабливается к высокому содержанию солей в процессе онтогенеза в соответствии со своей наследственной природой. Адаптация растений зависит от вида засоления. При хлоридном засолении растения становятся мясистыми — суккулентами, при сульфатном — обычно приобретают ксероморфную структуру.

         Основная причина повреждения  растений на засоленных почвах  — токсичность солей, а не  высокое осмотическое давление, как считали до начале 20 в. С. р. при культивировании на почвах хлоридного, сульфатного и карбонатного (содового) засоления повышают путём адаптации растений в соответствующих солевых растворах (намачивание семян). При такой «закалке» снижается проницаемость протоплазмы для солей, повышается порог её коагуляции солями, меняется характер обмена веществ. На засоленных почвах у растений наблюдаются изменения нуклеинового, белкового, углеводного и фосфорного обмена.

         Чрезмерное поглощение растением ионов солей вызывает повышение осмотического давления и сопровождается нарушениями обмена веществ. С. р. обусловлена генетически и может увеличиваться в ходе адаптации растений к высокому содержанию солей. Механизмы С. р. сводятся к регуляции содержания солей и воды в клетках и защите биополимеров от обезвоживания и повреждения солями путём накопления спец. веществ — протекторов (например, пролина). Большинство растений не солеустойчивы (гликофиты). Наиболее солеустойчивы дикорастущие галофиты: соленакапливающие (солянки — солерос, сведа), солевыделяющие (кермек, тропич. растения морских побережий и устьев рек, образующие мангры), с низким поглощением солей (полыни). Культурные растения имеют различие устойчивость к избытку солей в почве. На сильнозасолённых почвах могут расти, например, сахарная свёкла , миндаль, спаржа. К среднему засолению устойчивы хлопчатник, подсолнечник, ячмень, томат, тыква и др. Пшеница мягкая более солеустойчива, чем твёрдая . С. р. минимальна в фазе проростков и во время образования генеративных органов. Важное значение имеет выведение солеустойчивых сортов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

6. Буферность почвы.

Буферность - уникальное и важное свойство почвы. Самое лучшее определение этого свойства дал В.Д. Муха: под кислотно-основной буферностью почвы (или просто буферностью) понимают способность последней как полифункциональной системы противостоять изменению концентрации почвенного раствора, особенно её щелочно-кислотного и окислительно-восстановительного состояния. Некоторые учёные объясняли это свойство по-другому: Буферностью почвы называют способность почвы противостоять изменению реакции почвенного раствора под воздействием кислотных и щелочных агентов (Н.Ф. Ганжара). Другие исследователи обобщили свои знания о буферности, как о способности почвы противостоять изменению её актуальной реакции под воздействием различных факторов (В.А. Ковда). Однако все учёные сходятся во мнении, что буферность почвы - целый комплекс взаимосвязанных свойств, зависящих от множества систем почвы.

       Основной принцип работы буферной системы почвы - нейтрализация кислот или оснований, кислых или щелочных солей, т.е. тех веществ, попавших в почву, которые могут изменить её реакцию среды (механизм работы буферных систем почвы будет описан далее).

        Буферные свойства связаны с процессами физико-химического (обменного) поглощения ионов, перехода различных соединений в ионные и молекулярные формы, с нейтрализацией и выпадением в осадок вновь образующихся соединений. Поэтому, прежде всего на буферность влияют качественный и количественный состав высокодисперсных частиц (Чем больше коллоидов в почве, тем выше её буферность; песчаные почвы не обладают буферностью), катионный состав почвенно-поглощающего комплекса (далее ППК), минеральный и органический состав почвы (далее перечисленные факторы будут рассмотрены подробнее). Чаще всего буферность почвы определяется качеством её твёрдой фазы, однако механизм буферных систем почвы весьма разнообразен и может обходиться без вовлечения твёрдой фазы.

        Многие учёные рассматривают буферность как часть природной системы устойчивости почвы. Например, в статье М.А. Глазовской было дано такое определение: устойчивость - потенциальный запас буферности исходных природных ландшафтов и почв, а также способность последних к восстановлению нормального функционирования.

         Кислотно-основная буферность почв является интегральным показателем. Она отражает качественное и количественное состояние гетерогенной почвенной системы и является одним из важнейших факторов устойчивости почв. В молодых почвах буферность находится на начальной стадии своего развития и зависит от формирования буферных систем, которые в зрелых почвах создаются сотни лет. Высокие показатели буферности определяются комплексным действием органических, органоминеральных и минеральных буферных систем. Самой крупной буферной системой “кислота-щёлочь” в зрелых почвах является почвенно-поглощающий комплекс: органическое вещество почв и минералы.