Физическое состояние почвенного поглощающего комплекса в зависимости от состава поглощенных оснований

Состав поглощенных оснований определяет устойчивость поглощающего комплекса, т.е. его сопротивляемость распыляющему действию воды.

Катионы по их осаждающему действию образуют следующий ряд (в порядке возрастающего влияния):

Na⁺<NH₄⁺<K⁺<H⁺<Mg²⁺<Ca²⁺<Ba²⁺<Al³⁺<Fe³⁺[2].

Порядок, который образуют катионы по их влиянию на сопротивляемость коллоидов распыляющему действию воды, тот же, в каком эти катионы располагаются по их коагулирующей способности и энергии их вытеснения и поглощения.

Таким образом, почвы, насыщенные двух- и трехзарядными катионами, обладают устойчивым поглощающим комплексом; коллоиды находятся здесь преимущественно в форме водоустойчивого геля, способного склеивать более крупные частицы; обычно такие почвы обладают хорошей структурой.

Почвы, насыщенные однозарядными катионами, особенно натрием, легко подвергаются распыляющему действию воды: их коллоиды при увлажнении переходят в золь.

Даже при незначительном увлажнении состав поглощенных катионов резко сказывается на состоянии почвы благодаря различиям в степени гидратации ионов и коллоидов. В зависимости от состава поглощенных катионов набухание почвы при увлажнении (выражаемое в % от первоначального объема) изменяется в следующих параметрах: H-5; Ca, Ba – 7,7; Mg – 9,3; K – 15,5; Na – 26,8; Li – 50[5].

Если принять степень набухания почвы при насыщении ее водородом за единицу, относительное набухание почвы при насыщении другими катионами выразится следующими величинами: H – 1; Ca, Ba – 1,5; Mg – 1,8; K – 3,1; Na – 5,3; Li – 10[5].

Почвы, насыщенные натрием, при увлажнении набухают, заплывают, делаются воздухо- и водонепроницаемыми, при высушивании, резком уменьшении объема они разбиваются вертикальными трещинами на отдельные блоки. Все эти явления не наблюдаются, если почвы насыщенны Ca и Mg, а тем более Al и Fe.

В природе встречаются кислые почвы, у которых в поглощающем комплексе присутствует большее или меньшее количество поглощенного водорода. Это почвы, не насыщенные основаниями.

Процентное содержание водорода в общей сумме поглощенных ионов (выраженном в мг*экв на 100 г) служит показателем степени ненасыщенности почвы[3].

Присутствие в поглощающем комплексе ионов водорода, алюминия и железа обуславливает появление в почвах обменной кислотности, обнаруживаемой при воздействии на твердую фазу почв не насыщенных основаниями растворов нейтральных солей. В результате реакции обмена часть катионов нейтральной соли поглощается твердой фазой почвы, а в замен ее в растворе появляется эквивалентное количество ионов водорода и алюминия, находившихся в поглощающем комплексе. Например, при воздействии на почву KCl в результате обменных реакций с поглощенным водородным ионом в растворе появляется соляная кислота; реакция идет по схеме (Кол.)H⁺ + KCl = (Кол.)K⁺ + HCl

При обмене с поглощенным алюминием в воде она гидролитически расщепляется по реакции AlCl₃ + 3H₂O = Al(OH)₃ + 3HCl

В результате в растворе появляется также соляная кислота, а гидрат оксида алюминия выпадает в осадок. В случае если почва обрабатывается раствором основной, гидролитически расщепляющейся соли, из поглощающего комплекса можно вытеснить еще некоторое дополнительное количество обменного водорода по сравнению с вытесняемым нейтральной солью. Появляющаяся кислотность называется гидролитической.

Обменная емкость поглощающего комплекса почвы и состав обменных катионов определяют буферность почвы – ее способность нейтрализовать кислоты или щелочи и противодействовать изменению реакции почвенного раствора. Если в коллоидном поглощающем комплексе почвы находится способный к обмену ион водорода: (Кол.)H⁺ + NaOH = (Кол.)Na⁺ + H₂O, если же она содержит способные к обмену основания (кальций, магний, калий), она обладает буферностью по отношению к кислотам:

(Кол.) Ca²⁺ + H₂SO₄ = (Кол.) 2H⁺ + CaSO₄

Буферность почв по отношению к действию кислот способствует также реакции необменного связывания водорода с почвенным гумусом в кристаллических решетках глинистых минералов.

Таким образом, состав поглощенных ионов определяет многие физические и химические свойства почв. Регулируя состав поглощенных ионов, многие свойства почвы можно улучшить.

Известкование кислых ненасыщенных почв, внесение гипса в почвы, содержащие в поглощающем комплексе натрий, направлены на изменение состава поглощенных оснований, замену водородного иона (известкование) или иона натрия (гипсование) кальцием, благоприятно действующим на почвы.

Физическая и физико-химическая поглотительная способность почв имеет большое значение как фактор, удерживающий от вымывания различные вносимые в почвы минеральные удобрения.

К почвам легкого гранулометрического состава, обладающим малой естественной поглотительной способностью, применяются различные мелиорации, предусматривающие увеличение в них коллоидной фракции. Наиболее распространенные из них – это землевание и кольматаж, внесение навоза, компостов и торфа.

Основатель учения о почвенном поглощающем комплексе К.К. Гедройц предложил использовать его состав и свойства как основу генетической классификации почв. Им было выделено две главные группы, объединяющие четыре типа почвообразования[2].

А. Насыщенные основаниями.

1. Черноземный. Насыщен Ca²⁺и Mg²⁺. Характеризуется устойчивостью поглощающего комплекса и большой долей органических коллоидов, свойствен степным областям.

2. Солонцовый. В поглощающий комплекс кроме Ca²⁺ и Mg²⁺ входит натрий. Этот тип почвообразования представлен фазами солончаков, солонцов и солодей. В фазе солонцов и солодей коллоиды легко диспергируются, поглощающий комплекс неустойчив. Солонцовый тип почвообразования расположен локально в степных, пустынно-степных и пустынных областях и характерен для почв, формирующихся на засоленных породах или при воздействии минерализованных, содержащих Na₂CO₃ грунтовых вод.

Б. Ненасыщенные основаниями.

3. Подзолистый. Содержит в поглощающем комплексе водородный ион и ион поглощенного алюминия, а также остаточные катионы Ca²⁺ и Mg²⁺. Поглощающий комплекс неустойчив, в кислой среде идет разрушение и растворение минеральных и органических коллоидов и вымывание их из верхних горизонтов почв. Почвы подзолистого типа с ненасыщенным и неустойчивым поглощающим комплексом, приурочены к влажным лесным и таежным областям.

4. Латеритный. Водородный ион и ион поглощенного алюминия преобладают в составе поглощенных катионов. Поглощающий комплекс неустойчив, легко распадается с энергичным выносом продуктов распада (оснований, SiO₂). Этот тип почвообразования свойственен влажным, субтропическим и тропическим лесным областям.