Изменение свойств почв при их деградации

Подкисление почв вызывает существенное изменение их свойств. Отмечается снижение минерализации органического вещества до углекислого газа, скорости аммонификации, существенное изменение подвижности железа, марганца, алюминия, вымывание из почв кальция, магния, калия, натрия; изменение емкости поглощения почв. При этом, характер происходящих изменений в разных почвах неодинаков.

При постепенном подкислении почв за счет кислых осадков последовательно протекают следующие химические процессы. При рН=5,6 происходят преимущественно реакции ионного обмена; при рН=3,5 – реакции ионного обмена с вероятным последующим гидролизом соединений алюминия и частичное растворение гидроксидов алюминия; при рН=2,5, кроме перечисленных реакций, происходит частичное разрушение алюмосиликатов и переход в раствор больших количеств алюминия, железа, марганца; при рН=1,5 дополнительно наблюдается адсорбция сульфатов и протонирование органических анионов (Елизарова Э.Г., Орлов Д.С.). По данным авторов, поступление кальция и магния в раствор после обработки почв кислыми осадками осуществляется в результате двух последовательных реакций: быстрой – обменной и медленной – трансформации решеток глинистых минералов. Однако, в разных типах почв преобладающие при подкислении реакции отличаются.

Характер взаимодействия кислотных осадков с почвой зависит от преобладания в почвах органических или минеральных компонентов, рН и Eh почв, генетических особенностей почв. В лесных подстилках подзолистых почв протон кислоты связывается с анионом угольной кислоты и органическими анионами. Способность почвенного раствора нейтрализовать кислоту может быть ориентировочно оценена по содержанию в растворе кальция, магния, калия.

При взаимодействии протона с лесными подстилками в отечественной и зарубежной литературе описаны следующие химические реакции: реакции катионного обмена, реакции растворения солей сильных оснований и слабых кислот с последующим протонированием аниона кислоты, реакции диссоциации органоминеральных комплексов, главным образом, железа и алюминия; реакции протонирования функциональных групп специфических органических почвенных кислот. Указывается на роль в буферных реакциях кальция, калия, марганца. Коробова Н.Л. отмечает, что основная часть протонной нагрузки (1200 мг-экв/100 г) вступает в буферную реакцию в пределах органогенных горизонтов и расходуется на увеличение необменной кислотности, растворение солей кальция и магния, органических кислот, на замещение протоном обменных оснований.

Методы оценки деградации

Важное практическое значение имеет разработка методов оценки устойчивости почв к подкислению. Для этих целей используют ориентировочную оценку на основании гранулометрического и минералогического состава почв, их емкости поглощения и гумусированности; оценку буферности почв в кислотно-щелочном интервале методом потенциометрического титрования; оценку буферности в кислотно-щелочном интервале, по данным модельных опытов; оценку буферности почв в кислотно-щелочном интервале по данным полевых исследований.

При оценке деградации почв под влиянием подкисления важное практическое значение имеет определение следующих показателей. 1) Значение рН, до которого может быть изменена конкретная почва до появления в ней такого количества токсикантов (свинца, кадмия, алюминия, марганца), которые вызывают сильную и необратимую деградацию почв. 2) Значения рН, которые в данной почве резко угнетают развитие растений, биоты, приводят к необратимой деградации водно-физических свойств почв, к недопустимой, с точки зрения экологии, миграции соединений в грунтовые воды. 3) Количество ионов водорода, которое может поступать в почву для достижения указанных значений рН. Очевидно, что для достижения разных степеней деградации почв требуется и различное количество поступающих в почву ионов водорода. 4) Количество лет, за которое может быть достигнута деградация почв при существующем уровне выпадения кислотных осадков (отдельно для разных почв и элементов рельефа). 5) Количество лет, за которое может быть достигнута деградация почв, за счет подкисления при применении существующей системы земледелия. 6) Допустимые дозы природного и антропогенного кислотного воздействия на почву, компенсируемые естественными процессами почвообразования.

Так, например, по данным Levina E., критерием считается количество лет, по прошествии которых (при воздействии кислых осадков) будет достигнут критический порог в изменении свойств почв, лишенных растительности. Автор выделяет следующие группы: до 30 лет, 30-60, 60-90 и более 90 лет. При этом почвы с максимальной буферной емкостью имели устойчивость к кислым осадкам до 774 лет. При прогнозе изменения почв под влиянием кислотных осадков большое значение имеет соотношение скорости освобождения катионов из минералов и скорости поступления в почву ионов водорода.