Поглотительная способность почвы

     Кроме свойств катионов, важную роль в  явлениях обменного поглощения играет минералогический и химический состав почвенных коллоидов. По данным П. Шахтшабеля (1940), катионы К⁺ и Н⁺ поглощаются слюдами сильнее, чем Са²⁺ и Mg²⁺. Сравнивая относительное поглощение Са²⁺ и NH₄⁺ гуминовой кислотой и различными минералами, П. Шахтшабель установил более высокую поглотительную способность Са²⁺ для ряда коллоидов, а для слюд - более высокую поглотительную способность аммония.

     Обменное  поглощение катионов происходит тем интенсивнее и полнее, чем выше концентрация раствора, воздействующего на почву (Н. И. Горбунов, 1967).

     Состав  и количество поглощенных катионов сильно влияют на физические и химические свойства почв. Так, кальций и натрий имеют большое значение в структурообразовании: кальций, являясь хорошим коагулятом, способствует свертыванию почвенных коллоидов и образованию водопрочных структурных агрегатов. Совершенно противоположное действие на образование структуры оказывает натрий. Ввиду того, что натрий отдиссоциирует от поверхности коллоидной частицы в большей степени, чем кальций, в диффузном слое количество ионов натрия оказывается больше, чем кальция, магния, калия. Обменный натрий в значительном количестве имеется в солонцах, в солонцеватых черноземах, поэтому эти почвы обычно имеют водопроницаемую структуру.

     Для улучшения солонцеватых почв в них  вносят гипс, чтобы натрий в поглощающем комплексе заменить на кальций гипса:

ПNa₂+CaSO₄           ПCa+Na₂SO₄

     Иногда  вместо гипса применяют известь, но СаСО₃ растворяется хуже, а в результате обмена образуется сода, поэтому эффект от нее меньше.

     Поглощенный магний при небольшом содержании (до 15% от емкости поглощения) не оказывает неблагоприятного действия на свойства почвы, но если его будет много, то по мнению ряда ученых, этот катион может вызвать солонцеватость почв.

     Особая  роль принадлежит поглощенному водороду и алюминию. Эти катионы определяют кислотность почвы.

     Поглощенного  калия в почве обычно мало. Только слишком большой избыток калия может вызвать солонцеватость почв подобно натрию. В.Р. Вильямс считал, что калий способствует обеструктуриванию почвы, но если принять во внимание, что калия обычно в почве мало, и он потребляется растениями, то чаще приходится заботиться о внесении калийных удобрений.

     В очень небольших количествах  в почвах находится поглощенный  аммоний. Повышенное содержание в почвах аммония иногда указывает на недостаток в почве кислорода, что наблюдается часто при заболачивании.

     Поглощенные кальций, магний и окиси алюминия и железа препятствуют вымыванию из почвы фосфорнокислых солей, так как они образуют с фосфат-ионами малорастворимые и нерастворимые соединения. Избыток кальция и магния в почвенном поглощающем комплексе и в растворе делает часть фосфатов трудноусваяемыми для растений.

     Поглощенные катионы являются ближайшим резервом пищи растений (Н. И. Горбунов, 1967).

3.5.3 Необменное поглощение катионов

     Небольшая часть поглощенных катионов переходит  в необменную форму. Необменнопоглощенные, или фиксированные, катионы не вытесняются при обработке почвы растворами нейтральных солей. Например, найдено, что в необменной форме могут находиться калий, магний, кальций, алюминий (Н. И. Горбунов, 1967). Наиболее выраженной способностью к необменному поглощению отличаются одновалентные ионы, имеющие большой радиус, - калий, алюминий. По С. Н. Алешину (1952), необменно поглощаться способен ион водорода. Необменное поглощение катионов происходит в слое потенциалопределяющих ионов. По прочности связи эти катионы занимают промежуточное положение между катионами кристаллической решетки и обменными катионами.

      Возможен переход катионов почвенных  коллоидов из одного состояния в    другое:     катионы     кристаллических      решеток                     катионы необменные             катионы обменные            катионы почвенного раствора.

     Переменное  высушивание и увлажнение почвы  способствует переходу обменных катионов в необменные. Поглощение катионов микроорганизмами также способствует переходу их в необменную форму. Катионы могут проникать в межплоскостные пространства таких минералов, как монтмориллонит, бейделлит, а затем в результате высыхания этих минералов или покрытия их пленками других коллоидов, например гидроокисей железа и алюминия, органических веществ, они не вытесняются из такого блокированного состояния. Только в течение длительного времени или в результате изменения почвенных условий катионы могут опять перейти в обменную форму.

     Установлено, что калий становится необменным в результате старения и частичной кристаллизации почвенных коллоидов, замещения катионов в межслоевых промежутках набухающих минералов при высушивании. По предположению некоторых исследователей, обменный калий может перейти в кристаллическую решетку слюд и гидрослюд, поэтому становится необменным. Каолинит поглощает катионы в необменной форме слабее. Необменное поглощение калия и аммония также обуславливается содержанием гумусовых веществ.

     У высокогумусовых почв (черноземов) оно выражено значительно слабее, чем у малогумусовых (дерново-подзолистых). В верхних, наиболее гумусированных горизонтах почв необменный алюминий составляет 1,5-8% от валового азота. На необменную фиксацию оказывает влияние механический состав почв. Более тяжелые почвы способны поглощать больше катионов.

     Необменное  поглощение обуславливается также  степенью окультуренности почв. Хорошо окультуренные почвы содержат больше фиксированных катионов, что связано с увеличением количества коллоидов, которые могут необменно поглощать ионы. Однако способность к дополнительной фиксации у них выражена меньше, чем у слабоокультуренных почв (Н. И. Горбунов, 1967). 
 
 

3.5.4 Состав обменных катионов и ёмкость поглощения почв

 
     Благодаря разнообразию природных условий и особенностей почвообразовательного процесса состав обменных катионов различных почвенных типов неодинаков. Так, обменными катионами в черноземах являются преимущественно кальций и магний. Подзолистые и дерновоподзолистые почвы содержат, кроме кальция и магния, обменные водород и алюминий.

     Для солонцов и солонцеватых почв характерно наличие среди обменных катионов поглощенного натрия (К. К. Гедройц, 1955). В болотных почвах может присутствовать водород, алюминий и аммоний. В кислых почвах: подзолистых, красноземах и желтоземах, кроме кальция и магния, присутствуют поглощенный водород и алюминий (табл. 2)

     Насыщенные  основаниями почвы в составе  поглощенных катионов не содержат водорода и алюминия (черноземы обыкновенные и южные, каштановые и некоторые другие). Не насыщенные основаниями почвы содержат, кроме кальция и магния, поглощенные водород и алюминий (подзолистые, дерново-подзолистые, красноземные и некоторые другие).

     Алюминий, обладающий амфотерными свойствами, после вытеснения из почвы дает соль слабого основания и сильной кислоты. После гидролитического расщепления этой соли выделяется кислота, которая обуславливает наряду с поглощенным водородом величину потенциальной кислотности почв, не насыщенных основаниями.

     Емкость поглощения почв колеблется в широких пределах. Она зависит от многих причин: содержания коллоидов и ила, минералогического состава, количества и качества органических веществ. Большую емкость поглощения имеют глинистые черноземы, так как они, как правило, содержат много минеральных и органических коллоидов, а минеральная часть содержит много монтмориллонита. Небольшую емкость поглощения имеют дерново-подзолистые почвы, сероземы, красноземы (К. К. Гедройц, 1918). 

     Таблица 2

Обменные катионы  и емкость поглощения главнейших типов почв мг-экв/100: 

     Вообще почвы, имеющие легкий механический состав (песчаные, щебнистые), а также почвы богатые полуторными окислами (Аl₂Оз, Fe₂О₃), минералами каолинитовой группы, слюдами, имеют небольшую емкость поглощения (Н. И. Горбунов, 1967).

     Вследствие  неодинакового строения кристаллической  решетки различные минералы характеризуются разной емкостью поглощения катионов - табл. 3. 

Таблица3

Строение  кристаллической решетки и емкость  поглощения катионов глинистых минералов (Н. П. Ремезов, 1957): 

 
 
     Органические коллоиды почвы имеют большую емкость поглощения, чем минеральные. Например, емкость поглощения гуминовой кислоты, изолированной от почвы, приблизительно разна 350 мг-экв/100 г, а емкость поглощения монтмориллонитовой глины – 80-120 мг-экв/100. так как органических веществ в большинстве почв не более 5%, то емкость поглощения почв часто обусловлена преимущественно минеральными коллоидами (табл. 4).

 
 
Таблица 4

Емкость поглощения органической и минеральной  части почв

(И. Н.  Горбунов, 1967):