УДК 631.414

Хорунжий  Е. О. Поглотительная способность почвы:

Курсовая  работа. – Пермь: ФГОУ ВПО Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д. Н. Прянишникова, 2008. –  43 с.

     В работе дан краткий обзор истории  изучения поглотительной способности почв. Описаны виды поглотительной способности почв и их природа. Приведены сведения о почвенных коллоидах и их влияние на свойства почвы. Описаны пути улучшения почвенного плодородия посредством изменения почвенного поглощающего комплекса некоторых почв. Библ. 6, табл. 9, рис. 1.

 

Содержание

 

Введение

 

     Твёрдая фаза почвы состоит из частиц разных размеров от крупных (песок, гравий) до мельчайших (илистых, коллоидных). Благодаря содержанию тонкодисперсных частиц и пористости почва способна задерживать вещества, приходящие с ней в соприкосновение. Почвой задерживаются вещества в молекулярном и ионном состоянии, тонкие и коллоидных суспензии. Явление поглощения и удержание веществ из почвенного раствора, а также коллоидно - расщепленных частиц, паров и живых микроорганизмов получило название поглотительной способностью почв. Поглотительная способность почв оказывает большое влияние на условия произрастания растений.

 

1. История развития учения о поглотительной способности почв

 

     Способность почвы удерживать из растворов некоторые вещества была известна более двух тысяч лет назад. Еще в трудах Аристотеля (384—322 гг. до н. э.) можно найти указания, что морская вода после соприкосновения с почвой утрачивает соленость и становится пригодной для питья. Позднее об этом же писал римский поэт-философ Тит Лукреций Кар (99—55 гг. до н. э.):

«Влага  морская становится сладкой и  пресной по вкусу

Там, где  сквозь толщу земли проникает  она в водоемы,

Там под  землей свои горькие части вода оставляет,

Так как  последним легко зацепиться в неровности почвы».

(Тит  Лукреций Кар «О природе вещей»).

     В приведенных словах дано правильное описание явления поглощения, но потребовался очень длительный период времени, пока это явление было всесторонне изучено и получило научное объяснение.

     Для изучения свойств почвы необходимо хорошо знать свойства составляющих её компонентов и характер их взаимодействия. Эти вопросы получили освещение в специальной литературе по почвоведению. Однако научно-популярной литературы по физико-химическим свойствам почв и почвенным коллоидам почти нет (Н. И. Горбунов, 1967). Явление поглощения получило научное обоснование благодаря трудам Д. Уэя (1850), Т. Греема (1860), Ван Беммелена (1876), П. А. Костычева (1886), К. К. Гедройца (1909, 1922). Дальнейшее развитие учения о поглотительной способности почв связано с работами В. Р. Вильямса, Г. Вигнера, И. Н. Антипова-Каратаева, С. Матсона, А. Н. Соколовского, Н. П. Ремезова и других исследователей.

     Наиболее  важные исследования поглотительной способности почв принадлежит русскому ученому К.К. Гедройцу. Его работы тесно связаны с практикой сельского хозяйства и теми вопросами, которые лежат в основе современного почвоведения.

     Начиная с экспедиции В.В.Докучаева, каждое исследование почв включает определение   поглотительной   способности.    Один из сотрудников

В. В. Докучаева - П.Ф. Бараков - в 1886 году писал, что поглотительная способность почв должна быть важным оценочным признаком при разделении почв на группы.

     Дальнейшее  развитие изучения почвенных коллоидов и поглотительной способности почв в бывшем СССР связано с работами И. Н. Антипова-Каратаева, Д. Л. Аскинази, С. Н. Алешина, Н. И. Горбунова, H.П. Карпинского, С. С. Ярусова и других советских ученых (Н. П. Ремезов, 1957).

 

2. Почвенные коллоиды

 

     Количество  коллоидов в почвах различно и составляет от 1—2 до 30—40 % массы почвы. Образуются почвенные коллоиды при раздроблении более крупных частиц в процессе выветривания, путем поликонденсации процессах почвообразования и образования гумуса, а также при химических реакциях между продуктами выветривания и почвообразования.

     Коллоиды  как двухфазная система состоят  из дисперсной фазы (коллоидные частицы) и дисперсионной среды (почвенный раствор). Свойства почвенных коллоидов обусловлены их размерами, составом и строением.

     Небольшие размеры коллоидов определяют огромную суммарную и удельную поверхность, что можно представить на примере суммарной и удельной поверхности при дроблении длины сторон куба (табл.1). 

Таблица 1

 
 

     От  размеров удельной поверхности зависит  величина  поверхностной энергии, с которой связаны явления  сорбции паров воды, газов и  молекул других веществ. С поверхностной энергией  дисперсных тел связан тепловой эффект — выделение тепла при их смачивании, который называется теплотой смачивания.

     Состав  почвенных коллоидов представлен минеральными, органическими и органо-минеральными соединениями.

     К минеральным коллоидам относятся  глинные минералы,  коллоидные формы  кремнезема, оксиды железа и алюминия.  Органические коллоиды представлены в основном веществами гумусовой и белковой природы. В коллоидно-дисперсном состоянии могут находиться полисахариды и другие органические соединения. Органо-минеральные коллоиды представлены преимущественно соединениями гумусовых веществ с глинными минералами и осажденными формами оксидов железа и алюминия.

     Поглотительная  способность этих трех групп соединений  проявляется в разной степени  и обусловлена не только удельной  поверхностью, но и строением коллоидов, наличием двойного электрического слоя ионов на границе раздела между дисперсной фазой и дисперсионной средой. Общая схема строения коллоида  приведена на рисунке 1.  

     

     Рис.1.Схема  строения коллоидной мицеллы 

     Коллоидную  частицу, по предложению Г. Вигнера, называют мицеллой. Ядро мицеллы представляет собой агрегат недиссоциированных молекул какого-либо вещества. Например, глинные минералы (каолинит, монтмориллонит и др.), гуминовые кислоты, коллоидные формы  кремнезема и др. На границе с дисперсионной средой в результате диссоциации внешних молекул ядра или поглощения ионов из дисперсионной среды, на поверхности ядра формируется двойной электрический слой ионов (ионогенный слой). Он состоит из внутреннего потенциалопределяющего слоя прочно связанных с ядром неподвижных ионов и внешнего слоя  компенсирующих противоположно заряженных ионов. Ядро с потенциалопределяющим слоем ионов называется гранулой, гранула и слой компенсирующих ионов — частицей. Часть ионов компенсирующего слоя прочно связана с потенциалопределяющим слоем, часть его диффундирует в почвенный раствор, образуя внешний, или диффузный, слой.

     В результате диффузии внешнего слоя между потенциалопределяющим и диффузным слоями возникает разность потенциалов, которая обусловливает заряд коллоидной частицы и называется электрокинетическим или дзета-потенциалом. Величина дзета-потенциала колеблется от 0 до 40—60 мВ. Когда электрокинетический потенциал равен 0, коллоид находится в электронейтральном, или изоэлектрическом, состоянии, называемом изоэлектрической точкой коллоида.

     В зависимости от состава ионов в потенциалопределяющем слое коллоиды могут иметь отрицательный, положительный или переменный заряды. Коллоиды, содержащие в потенциалопределяющем слое анионы, заряжены отрицательно и называются ацидоидами, содержащие в потенциалопределяющем слое катионы заряжены положительно и называются базоидами. Коллоиды, способные менять характер диссоциации молекул двойного электрического слоя ионов в зависимости от реакции среды, имеют переменный заряд и ведут себя как базоиды или как ацидоиды. Такие коллоиды получили название амфолитоидов.

     Согласно  правилу Маттсона, если два соединения при диссоциации дают один общий ион, то они взаимно подавляют диссоциацию друг друга.

     В условиях кислой среды, когда в растворе много Н⁺ -ионов и мало ОН^--ионов, амфолитоиды ведут себя как основания:

Al(OH)        Al(OH)₂⁺ + OH^-

            При щелочной реакции, наоборот, высокая активность ОН^- -ионов в растворе будет подавлять диссоциацию по основному типу и тот же коллоид А1(ОН)₃ диссоциирует как кислота:

       Al(OH)       AlO(OH)^-₂ + OH^-

            Так же ведут себя при изменении реакции и коллоиды гидроксидов железа.

            При определенной реакции  среды диссоциация амфолитоидов идет в равной степени как по основному, так и по кислотному типу. Коллоидная система в этом случае будет электронейтральной, а величина рН называется изоэлектрической.

      Считается, что большинство почвенных коллоидов — ацидоиды, в диффузном слое которых находятся катионы, способные к обменным реакциям; присутствуют амфолитоиды; типичных базоидов в почве нет.

      К ацидоидам относят большинство  минеральных,  органических и органо-минеральных коллоидов. Это глинные минералы, коллоидные формы кремнезема, гумусовые кислоты, соединения гумусовых кислот и их производных с минеральной частью почвы.

      К амфолитоидам относят группы минеральных высокодисперсных форм гидроксидов железа и алюминия, некоторых глинных минералов (монтмориллонит и др.), а также органических коллоидов, представленных белковыми веществами, в основном плазмой микроорганизмов, изоэлектрическая величина рН которых равна 4-4,5, для гидроксидов железа -7,1 и для гидроксидов  алюминия-8,1.

            Наличие заряда обусловливает  электрокинетические свойства почвенных  коллоидов. К ним относят коагуляцию и пептизацию коллоидной системы.

      В зависимости от наличия или отсутствия заряда коллоиды  могут находиться в состоянии золя или геля.

     Коллоиды  почвы обладают способностью поглощать  молекулы воды. Эта способность называется гидратацией коллоида. Гидрофобные коллоиды практически не гидратируются, почвы характеризуются плохой смачиваемостью, при насыщении почвы высокогидратированными катионами происходит пептизация почвенных коллоидов (Н. П. Ремезов, 1957).

 

3. Виды поглотительной способности почв