Виды поглотительной способности почв

 

 

 

Обменное поглощение анионов возможно при наличии в ППК положительно заряженных участков:

Закономерности обменного поглощения анионов те же, что и для обменного поглощения катионов. По способности поглощения анионы располагаются в следующий возрастающий ряд:

Cl– = NO3–<SO42–<PO43–(HPO42–, H2PO4–)<OH–.

Лучше других поглощаются анионы гидроксила и фосфат-ионы.

Состав почвенного поглощающего комплекса обусловливает химическое осаждение фосфатов. Например,

Поглощение анионов в почве усиливается при ее подкислении, так как происходит увеличение базоидной части почвенных коллоидов (подзолистые почвы, красноземы). Большое значение имеет содержание в почве оксидов железа и алюминия (R2O3) и соотношение SiO2: R2O3. Чем меньше это соотношение, т. е. чем больше в почвах амфолитоидов, тем выше в условиях кислой среды анионная емкость поглощения. Поскольку поглощение различных анионов в почве происходит физическим, химическим и физико-химическим путем, его важно учитывать при внесении минеральных удобрений (азотных и фосфорных). Так, анионы NO3–, Сl– испытывают слабое физическое и обменное поглощение. Фосфат-ионы, наоборот, испытывают сильное химическое и обменное поглощение.

 

 

 

 

 

 

Виды почвенной кислотности и щёлочности.

Состав поглощенных катионов определяет многие свойства почв; с ними связаны кислотность и щелочность.

Кислотность почвы — способность почвы подкислять воду, а также растворы солей. Различают два вида почвенной кислотности: актуальную и потенциальную.

Актуальная кислотность характеризует активность свободных ионов Н+ в почвенном растворе и вызвана наличием в нем свободных кислот, гидролитически кислых солей и степенью их диссоциации. Для большинства почв актуальная кислотность обусловлена угольной кислотой и ее солями. Величина актуальной кислотности выражается в мг • экв • Н+ на 100 г почвы или в рН (отрицательный логарифм активности ионов водорода). Нейтральную реакцию характеризует рН 7, кислую – рН < 7 и щелочную – рН >7 .

Актуальная кислотность определяется в водной вытяжке или суспензии, в связи с чем к индексу рН добавляется буквенный индекс «в» или «Н2O» (рНв или рНн2о)-

В почвах рНв может находиться в пределах от 4 до 8 и более. Крайне низкие значения рН характерны для некоторых торфяно-болотных и болотно-подзолистых почв. Для подзолистых, дерново-подзолистых почв и красноземов рНв равен 4,5—5,6, для серых лесных оподзоленных — 5,5—6,5, черноземов, каштановых, сероземов — 6,5—7,5, в карбонатных почвах, солонцах, солончаках рНв более 8,5.

Различные сельскохозяйственные культуры и микроорганизмы по-разному относятся к актуальной кислотности (табл. 28).

 

28. Значение рН, для развитая растений и микроорганизмов

(Прянишников, 1940; Ковда, 1973)

 

 

Растения	Оптимум рНв	Пределы рНв	Растения, микроорганизмы	Оптимум рНв	Пределы рНв
Пшеница	6-7	5-8	Чайный куст	4,5-6,0	–
Ячмень	—	6-7,2	Лен	5-8	4-7
Рожь	5-6	4-7	Табак	4,5-6,5	—
Овес	5-6	4-8	Люпин	4-5	4-6
Картофель	5	4-8	Горох	6-7	5-8
Люцерна	7-8	6-8	Грибы	3,5-6,0	—
Клевер	6,0-6,5	5-8	Азотобактер	6-8	—
Хлопчатник	6,0-7,3	6-8	Нитрификаторы	6,8-8,0	—
			Денитрификаторы	7,0-8,0	—

 

 

 

Для большинства культур сильнокислая или сильнощелочная реакция водной вытяжки отрицательно сказывается на развитии растений. Так, для условий черноземов Алтайского Приобья (Бурлакова, 1984) из множества значений наиболее вероятная урожайность зерна яровой пшеницы находится в следующей зависимости от величины рНв пахотного слоя:

pHв	Урожайность, т/га	рНв	Урожайность, т/га
<6,3	0,6-0,8	7,1-7,5	0,9-1,1
6,4-6,5	2,1—2,3	7,8-8,0	0,6-0,8
6,6-7,0	1,8-2,0	>8,1	<0,5

 

 

 

Потенциальная кислотность определяется количеством Н+ и А13+, находящихся в почвенном поглощающем комплексе. Это кислотность твердой фазы почвы. Потенциальная кислотность подразделяется на обменную и гидролитическую.

Обменная кислотность определяется количеством поглощенных Н+ и А13+, вытесняемых из почвы катионами нейтральных солей:

Образующаяся соляная кислота характеризует обменную кислотность. Она может быть выражена в мг • экв. на 100 г почвы, в рНKCl или в рНс, где «с» — дополнительный буквенный индекс, показывающий, что реакция определяется в солевой вытяжке почв. При обработке почвы раствором нейтральных солей не все поглощенные ионы водорода и алюминия вытесняются из почвенного поглощающего комплекса. Более полное вытеснение их происходит при действии раствора гидролитически щелочных солей.

Гидролитическая кислотность определяется количеством поглощенных Н+ и А13+, вытесняемых гидролитически щелочной солью (CH3COONa).

Количество образующейся уксусной кислоты, эквивалентное количеству поглощенных водорода и алюминия в почве, определяет величину гидролитической кислотности, выражаемую в мг • экв. Н+ на 100 г почвы; обозначают ее Нг.

Гидролитическую кислотность рассматривают как суммарную кислотность почвы, состоящую из актуальной и потенциальной кислотности. Ее величина обусловливает ненасыщенность почв основаниями. Емкость поглощения (7) в известной формуле определения степени насыщенности почв основаниями с учетом величины гидролитической кислотности может быть выражена как Т= S +Hг, тогда .

 

Щелочность почв различают актуальную и потенциальную.

Актуальная щелочность обусловлена наличием в почве гидролитически щелочных солей [Na2CO3, NaHCO3, Ca(HCO3)2 и др.], которые при диссоциации определяют повышенную концентрацию гидроксил-ионов:

Na2CO3 + 2HOH Н2СО3 + 2Na+ + 2OН–.

Актуальная щелочность выражается величиной рНв или величиной титровальной щелочности в мг • экв. на 100 г почвы.

Потенциальная щелочность обусловлена содержанием обменно-поглощенного Na, который может переходить в раствор и подщелачивать его.

Сильная щелочность почвы, как и кислотность, оказывает неблагоприятное действие на развитие растений и микроорганизмов (см. табл. 28), усиливает пептизацию почвенных коллоидов, ухудшает структурное состояние почвы и ее физические свойства.

 

 

 

 

 

 

 

Буферность почв.

В широком смысле она характеризует способность почвы противостоять изменению концентрации почвенного раствора, его щелочно-кислотного, окислительно-восстановительного состояний и др. Чаще под буферностью понимают способность почвы лишь противостоять изменению ее актуальной реакции под воздействием различных факторов.

Накопление в почве кислых продуктов разложения органического вещества, выделение углекислоты корневыми системами, образование азотной кислоты в процессе нитрификации, внесение физиологически кислых или физиологически щелочных минеральных удобрений приводят к изменению реакции почвенного раствора. Но в различных почвах вследствие их неодинаковой буферной способности это изменение происходит по-разному.

Буферность проявляется либо против подкисления, либо против подщелачивания. Кислота или щелочь, появляющаяся в почвенном растворе, вступает во взаимодействие с ППК, что уменьшает изменение реакции. Почвы, в ППК которых находятся Са2+ и другие катионы оснований, проявляют буферность против подкисления, а в ППК которых находится Н+ — против подщелачивания:

[ППК]Са2+ + 2НС1 = [ППК]2Н+ + СаСl2;

[ППК]2Н+ + Са(ОН)2 = [ППК]Са2+ + 2Н2O.

Буферность почвы определяется и другими свойствами ее твердой фазы, а также наличием в почвенных растворах буферных систем, состоящих из слабых кислот и их солей с основаниями. Например, Н2СO3 и Са(НСO3)2.

Буферность почвы измеряется количеством миллилитров кислоты или щелочи, которое необходимо внести в почву, чтобы изменить реакцию (рН) в почвенном растворе.

Буферность почвы обычно выражают графически с помощью кривых буферности чистого кварцевого песка (практически не имеющего буферности) и исследуемой почвы, изображающих изменение рН при добавлении кислот или щелочей. Если буферность песка принять за 1, то о размерах буферности разных почв можно судить по данным таблицы 29.

29. Сравнительная буферность почв и песка.

 

 

Почвы	Буферность
	против кислот	против щелочей
Подзолы и красноземы	1—2	10
Слабоподзолистые	2—3	5—8
Черноземы и сероземы	5—8	2—3
Каштановые	8—10	2
Солонцовые	10	1
Пески	1	1

 

 

 

 

 

На величину буферности оказывают влияние минералогический и гранулометрический составы почвы, содержание гумуса, емкость поглощения, состав обменных катионов.

Чем больше в почве вторичных минералов (особенно монтмориллонита), чем тяжелее гранулометрический состав и чем больше в почве коллоидов, гумуса и выше емкость поглощения, тем выше буферность почвы.

Буферность почв - один из важнейших элементов почвенного плодородия. Она позволяет сохранять благоприятные для растений свойства почв (у черноземов) или оказать сопротивление приемам по регулированию реакции почвенного раствора и твердой фазы почвы (у подзолов, красноземов, солонцов).

Для преодоления буферности почв требуется внесение повышенных доз химических мелиорантов.

Почвы с низкой буферностью, способные резко изменять реакцию почвенного раствора при внесении, например физиологически кислых и физиологически щелочных удобрений, нуждаются в систематическом внесении высоких доз органических удобрений для увеличения их емкости поглощения и буферной способности.

 

 

 

 

 

 

 

 

Поглотительная способность и её роль в плодородии.

Поглотительная способность почв, состав обменных катионов и связанные с ними свойства (сорбционные, кислотность, щелочность, буферность и др.) в значительной степени определяют характер почвообразования и формирования почвенного плодородия.

Исследованиями К. К. Гедройца, О. К. Кедрова-Зихмана и других ученых доказаны доступность всех поглощенных катионов растениям и большое значение ионов в питании растений.

В стационарных опытах К. К. Гедройца с полным насыщением почв каким-либо одним катионом установлена огромная роль поглощенного Са2+ для роста, развития и продуктивности растений. На почвах, искусственно насыщенных одним из катионов Mg2+, Mn2+, Fe3+, А13 , Н+, растения гибнут. Внесение извести (СаСO3) улучшает развитие растений, особенно на почвах с кислой реакцией, насыщенных А13+ или Н+. На почвах, насыщенных одним из катионов NH+, Na+, K+, Cd2+, Ba2+, Ni2+, Co2+, Cu2+, растения гибнут. Первые три катиона вызывают щелочную реакцию, остальные ядовиты для растений.

Избыток этих катионов, попадающих в почву с техногенными выбросами, вызывает не только снижение продуктивности сельскохозяйственных культур, но и в значительной степени ухудшает качество продукции, так как эти элементы вредны для животных и человека. Это создает экологическую проблему борьбы с химическим загрязнением почв и производства экологически безопасных продуктов питания.

Поглотительная способность почв задерживает попадающие в них загрязняющие вещества (тяжелые металлы и др.), препятствуя их поглощению растениями и просачиванию в грунтовые воды. Нередко образующиеся при этом соединения обладают низкой подвижностью и слабой доступностью растениям, что снижает токсичное действие различных соединений, накапливаемых при загрязнении почв. Например, токсичное действие соединений свинца, поступающего в почву извне, проявляется при значительно меньших концентрациях на малогумусных, с более низкой емкостью катионного обмена дерново-подзолистых почвах, чем на черноземах, обладающих высокой емкостью катионного обмена.

Однако природная сопротивляемость почв, их естественная буферность, способствующая снижению негативного влияния загрязняющих веществ на растительные и животные организмы, не беспредельна. Чем тяжелее гранулометрический состав, чем выше гумусированность почв и емкость их катионного обмена, тем выше буферность почв, снижающая токсический эффект от поступающих в почву загрязняющих веществ.

Таким образом, емкость катионного обмена и состав обменных катионов во многом определяют плодородие почв. Для уравновешивания почвенного раствора как питательной среды необходимо, чтобы в ППК находился не только поглощенный Са2+, но и в небольшом количестве имелись бы Mg2+, K+, NH4+, Na+ или Н+, а также необходимые для растений микроэлементы Mn2+, Cu2+, Co2+,Zn+2, Ni2+ и др.