Поглотительная способность почв

Поглотительная способность почв – это способность поглощать пары, газы, задерживать растворенные и взмученные в почвенном растворе вещества, живые организмы.

На поглотительную способность почв люди обращали внимание уже давно (II век до н.э., Лукреций) и использовали для опреснения воды.

Теоретическое обоснование этого явления дал русский ученый К.К.Гедройц в начале 20 века. Он установил, что основная роль в поглотительной способности почвы принадлежит илистым и пылеватым частицам, где и сосредоточены коллоиды. Эту часть почвы Гедройц назвал почвенным поглощающим комплексом (ППК).

ППК содержит в себе как положительно заряженные минеральные и органические коллоиды, так и отрицательно заряженные. Однако суммарный заряд ППК всех почв отрицательный, и поэтому он задерживает на своей поверхности в основном положительно заряженные катионы.

[ ПРИМЕРЫ ППК для кислых почв, черноземов, засоленных.]

Гедройц выделил 5 типов поглотительной способности почв:

1. механическая,

2. биологическая,

3. физическая,

4. химическая, физико-химическая.

Механическая поглотительная способность – это свойство почвы как всякого твердого тела задерживать в своей толще твердые частицы крупнее, чем система пор почвы, т.е свойство почвы задерживать мелкие частицы из фильтрующихся суспензий. В первую очередь оно зависит от механического состава почвы, структурности, рыхлости почвы. Используется для очистки сточных и питьевых вод путем их фильтрации через почву

Биологическая поглотительная способность – проявляется в способности живых организмов (корни растений, микроорганизмы) поглощать из почвы различные вещества – анионы и катионы, усваивать их и закреплять в своих тканях.

Особенности этой поглотительной способности почв:

• растения обладают избирательной поглотительной способностью. Они усваивают вещества, наиболее потребные им для жизнедеятельности. Причем разные растения усваивают вещества в разном количестве и соотношении.

• Поглощенные вещества прочно закрепляются в тканях растений, прочнее, чем при других типах поглощения, т.к. идет перевод веществ в органическую форму

• Производится перекачка питательных веществ из нижних слоев почвы в верхние: корни потребляют питательные вещества из нижних слоев почвы, закрепляют в надземной части, а затем с опадом вещества вновь попадают в верхнюю часть почвенного профиля.

• Именно эта поглотительная способность почв лежит в основе малого биологического круговорота веществ в природе.

Биологическое поглощение играет важную агрономическую роль в повышении плодородия почвы:

• В почве удерживаются от вымывания весьма важные элементы питания – кальций, калий, фосфор, азот.

• Растения возвращают в почву сотни кг веществ химических элементов. Наиболее активными сорбентами являются бобовые, которые поглощают азот из воздуха.

Интенсивность биологического поглощения зависит от аэрации, влажности, количества и состава органического вещества.

Физическая поглотительная способность, или молекулярная адсорбционная – способность почв поглощать из почвенного раствора молекулы разных веществ. Могут поглощаться также газы, целые бактерии. Обусловлена эта поглотительная способность наличием у тонкодисперсных частиц поверхностных сил, которые и притягивают молекулы веществ. Пример этого типа поглотительной способности – гигроскопическая влага.

В основе этого явления лежит чисто физический процесс – сорбция, притяжение. Молекулы не взаимодействуют с почвенной частицей, химический состав не изменяется.

Различают положительную и отрицательную физическую сорбцию:

• Положительная сорбция наблюдается, когда молекулы притягиваются к поверхности частицы и их концентрация здесь увеличивается. Этой сорбции подвержены органические соединения.

• Отрицательная сорбция – молекулы не увеличивают свою концентрацию на поверхности частиц, они отталкиваются от них, переходя в свободную влагу. Это соли, основания, неорганические кислоты и др. То есть они слабо удерживаются почвой и могут вымываться из ее толщи.

Направление сорбции важно знать и учитывать при разработке агротехнических приемов. Например:

• в случае внесения в почву такого минерального удобрения, как KCl. Для большинства растений хлор ядовит. Но хлориды не притягиваются к почвенной частице (отрицательная сорбция), а калий – притягивается (положительная сорбция). То есть, внеся хлорид калия заранее, мы можем ожидать, что хлор улетучится.

• при внесении в почву нитратных удобрений, нитраты (NO₃^-) будут быстро вымыты из почвы и недоступны для растений, то есть потеря удобрений.

При физической сорбции идет также поглощение микроорганизмов, хотя здесь более удачным термином был бы «прилипание». Прилипая к почве, бактерии снижают свою активность, в результате улучшаются санитарные условия местности, очищаются поды колодцев.

Химическая поглотительная способность, или хемосорбция - способность растворимых веществ в почвенном растворе при взаимодействии друг с другом давать нерастворимые (труднорастворимые вещества), выпадающие в осадок. При этом изменяется химический состав почвенного раствора.

Хорошо химически поглощаются почвой анионы фосфатов, силикатов, плохо – хлориды, нитраты, нитриты. Последние не способны образовывать в почве труднорастворимые соли.

Особое значение имеет для закрепления в почве фосфорных удобрений. Фосфаты накапливаются в почве, но становятся труднодоступны для растений. Поэтому применяют гранулированные их формы, медленно растворяющиеся и отдающие фосфор постепенно.

Физико-химическая поглотительная способность, или обменная – способность почвенных коллоидов притягивать к себе катионы из почвенного раствора и вступать в обмен с этими катионами, на катионы, которые находятся в поглощенном состоянии на поверхности почвенных частиц.

Если потенциалопределяющий слой частицы заряжен отрицательно, то обмениваются катионы, а если положительно – то анионы. Чаще идет обмен катионов, так как почва заряжена отрицательно.

В поглощенном состоянии могут находится различные катионы: Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, Na⁺, H⁺, Fe²⁺ и др.

Вся совокупность органических и минеральных коллоидных частиц почвы (представленных гумусовыми веществами, глинистыми минералами и гидроксидами Fe и Al), участвующих в обменном поглощении катионов, была названа Гедройцем ПОЧВЕННЫМ ПОГЛОЩАЮЩИМ КОМПЛЕКСОМ (ППК).

Реакция обмена протекает быстро, при внесении в почву легко растворимых удобрений (KCl, NH₄Cl, NH₄NO₃), они сразу же вступают во взаимодействие с ППК, реакция обратима, т.к. поглощенный почвой катион может быть снова вытеснен в раствор:

(ППК)Са + 2KCl ⇄ (ППК)К₂ + CaCl₂

(ППК)Са + 2NH₄NO₃ ⇄ (ППК)(NH₄)₂ + Ca(NO₃)₂

В зависимости от концентрации раствора, его объема и природы обменивающихся катионов между катионами раствора и катионами ППК устанавливается некоторое подвижное равновесие. При изменении состава почвенного раствора это равновесие смещается, например, при усвоении какого-либо катиона растениями концентрация его в растворе уменьшается, он переходит из поглощенного состояния в раствор в обмен на другие катионы, содержащиеся в почвенном растворе. Чем выше степень насыщенности ППК данным катионом, тем легче он переходит в раствор.

Разные катионы обладают неодинаковой способностью к поглощению. Чем больше заряд катиона и его атомная масса, тем сильнее он поглощается и труднее вытесняется из почвенного комплекса другими катионами.

Физико-химическое поглощение характеризуется 3 показателями:

1. Сумма обменных оснований (поглощенных катионов) – S - показывает суммарное количество поглощенных катионов, кроме водорода и алюминия. Выражается в мг-экв на 100 г почвы.

2. Емкость поглощения (емкость катионного обмена) – Е (ЕКО) – количество катионов, способных к обмену. Выражается в мг-экв на 100 г почвы.

Е = S + Н⁺, где Н⁺ - гидролитическая кислотность.

По емкости поглощения все почвы делят на 3 группы:

• Почвы малой емкости – Е менее 15 мг-экв на 100 г почвы. Это подзолистые почвы, сероземы, красноземы. Так у песчаных почв Е может достигать 5 – 6 мг-экв на 100 г. почвы.

• Почвы средней емкости – Е = 15 – 30 мг-экв на 100 г почвы. Это серые лесные, хорошо окультуренные дерново-подзолистые, каштановые.

• Почвы высокой емкости – Е более 30 мг-экв на 100 г почвы.

Емкость поглощения и состав поглощенных ионов могут быть повышены путем известкования, внесения органических удобрений, торфа, зеленых удобрений и т.д.

Следует помнить, что на почвах низкой емкости нельзя вносить минеральные удобрения большими дозами, они их не поглотят. Все химически е вещества будут находиться в почвенном растворе, повышая его концентрацию.

ЕКО зависит от:

• рН

• механического состава почвы

• преобладания глинистых минералов

• содержания гумуса

Емкость органической части почвы в 10 – 30 раз превышает ЕКО минеральной части.

Катионный обмен происходит достаточно быстро и это обусловлено:

• поверхностным расположением обменивающихся катионов на частицах ППК

• участием в обмене катионов, удерживаемых функциональными группами

• высокой влажностью