23. Показатели гумусного состояния почв, их роль в оцен­ке плодородия почв.

Для обобщенной характеристики почв и почвенного гумуса, систематизации получаемых данных и унификации диагностиче­ских критериев разработана единая система показателей. В число важнейших показателей входят уровни содержания и запасов гу­муса, профильное распределение гумуса в почве, обогащенность азотом, степень гумификации, тип гумуса, фракционный состав гумуса. Совокупность этих показателей характеризует гумусное состояние и типы гумуса почвы.

Приведенные показатели позволяют понять направление и темпы гумификации, оценить обеспеченность почв гумусом и азотом, качество гумуса.

Для всех показателей, кроме профильного распределения, присутствия пигмента Р и хлорофилла указаны градации вели­чин, позволяющие оценить степень выраженности того или иного признака: высокое, среднее, низкое, очень низкое и т.п. Уровней обычно немного (три-пять), что облегчает группировку почв по гумусному состоянию. Каждый из них выделяется в соответствии с реальными свойствами конкретных типов почв. Высокое со­держание гумуса, например, свойственно черноземам, низкое ­дерново-подзолистым почвам. Максимальная степень гумифика­ции характерна также для черноземов, минимальная - для тунд­ровых и многих болотных почв; лесные почвы занимают проме­жуточное положение.

Для хлорофилла и пигмента Р числовые параметры не приве­дены,

Содержание различных фракций гуминовых кислот характе­ризует активность, агрессивность органического вещества и связь его с минеральными компонентами почвы. При высоком содер­жании свободных гуминовых кислот в почвах низко содержание гуминовых кислот, связанных с кальцием. Эти признаки позволяют выделить почвы, где кальций играет большую роль в почвообразовании, и почвы, где роль гумусовых кислот в трансформации минеральных состав­ляющих почвенного профиля достаточно велика. Содержание прочно связанных гуминовых кислот обычно невелико и меняет­ся в сравнительно узких пределах.

Современные методы исследования позволяют легко изме­рить оптические свойства гумусовых кислот. Эта объективная характеристика органического вещества может служить как ди­агностическим, так и контролирующим признаком.

25. Функциональные группы гумусовых веществ и методы их определения.

Гумусовые кислоты содержат большой набор кислородсо­держащих функциональных групп. Экспериментально можно об­наружить спиртовые и фенольные гидроксильные группы, альде­гидные и кетонные группы, хиноидные карбонилы, карбоксиль­ные, метоксильные, сложноэфирные группы и гетероцикличе­ский кислород. Группы могут находиться в свободном состоянии или связаны внутримолекулярными и межмолекулярными водо­родными связями.

Наибольшее значение в реакциях органо-минерального взаимодействия имеют карбоксильные и фенольные группы. При взаимодействии с ионами металлов образуются соли (гуматы) или комплексные соединения.

Эти же группы играют важную роль и при взаимодействии ГК и ФК с минералами, например, при образовании сложных же­лезистых или железо-фосфатных мостиков между поверхностью частицы глинистого минерала и молекулой гумусовой кислоты.

Определение функциональных групп гуминовых кислот в теоретическом отношении представляет довольно сложную зада­чу. Они вступают в реакции нейтрализации или замещения при различных значениях рН. Наличие феноль­ных групп еще более осложняет задачу. Аналитические реакции протекают в гетерогенной среде, отсюда следует вероятная не­полнота реакции и побочные процессы, например, адсорбция.

Для определения общего количества кислых функциональ­ных групп применяют титриметрические методы. Для определе­ния карбоксильных групп используется их способность вступать в реакцию при нейтральной реакции среды, для этого применяет­ся метод Кухаренко - реакция гуминовых кислот с ацетатом кальция. Для разделения гидроксильных и карбоксильных групп применяют метилирование и ацилирование гуминовых кислот. Хиноидные группы можно найти по реакции восстановления гу­миновых кислот растворами хлорида олова (П) или хлорида тита­на (Ш). Разработаны и другие методы, например, высокочастот­ное титрование в неводных средах.

26. Общая характеристика сорбционных процессов. Процессы поглощения газов или растворенных веществ твер­дыми материалами или жидкостями могут протекать по различ­ным механизмам и носят общее название сорбции. Вещества­ поглотители называют сорбентами, поглощаемые газы или рас­творенные вещества - сорбатами или сорбтивами.

Различают четыре основных сорбционных процесса: абсорб­цию, адсорбцию, капиллярную конденсацию, хемосорбцию.

Абсорбцией называют поглощение газа или пара всем объе­мом твердого вещества или жидкости. Примером абсорбции слу­жит поглощение почвенным раствором углекислого газа, погло­щение твердой фазой почвы паров воды.

Адсорбция - самопроизвольное концентрирование на твердой или жидкой поверхности раздела фаз вещества с меньшим по­верхностным натяжением. Адсорбируемое вещество носит назва­ние адсорбата или адсорбтива, адсорбирующее - адсорбента. Ад­сорбция является поверхностным процессом, который заключа­ется во взаимодействии молекул или ионов адсорбата (газа или растворенного вещества) с поверхностью адсорбента за счет сил Ван-дер-Ваальса, водородных связей, электростатических сил. Как правило, скорость адсорбции высока.

Капиллярная конденсация представляет собой процесс сжи­жения пара в порах твердого сорбента. Конденсация зависит от температуры, упругости пара, диаметра капилляров, смачиваемо­сти поверхности твердого сорбента адсорбатом в жидком состоя­нии.

Хемосорбция - наиболее глубокое взаимодействие сорбента и адсорбата с образованием нового химического соединения и представляет собой химическую адсорбцию. Другие виды ад­сорбции относятся к физической адсорбции. Физическая адсорбция не носит специфического избирательного характера, является обратимым экзотермическим процессом. При повыше­нии температуры физическая адсорбция уменьшается, десорбция увеличивается.

Изотермы сорбции,

Важнейшей характеристикой сорбционного процесса являет­ся графическая зависимость количества сорбированного вещества Г от равновесной концентрации или давления при T=const, назы­ваемая изотермой сорбции

Для газов, растворов неэлектролитов и слабых электролитов, адсорбируемых твердыми адсорбентами, ход такой кривой для средних давлений и концентраций выражается эмпирическим уравнением Фрейндлиха:

где Г - величина адсорбции на единицу массы адсорбента; р ­равновесное давление газа над адсорбентом; С - равновесная концентрация раствора; К и l/п - константы адсорбции, характерные для данного процесса адсорбции в определенных пределах, значение которых можно найти из опытных данных.

Изотерма адсорбции имеет характер кривой насыщения.

Изотермы адсорбции широко используются в почвенных ис­следованиях при изучении процессов поглощения почвенными коллоидами различных веществ, находящихся как в газообраз­ном, так и в жидком состоянии. Величина Г_пред позволяет количе­ственно оценить способность почвы поглощать ионы. Почвенные коллоиды имеют преимущественно отрицательный заряд, поэто­му наиболее интенсивно происходит адсорбция катионов поч­венным поглощающим комплексом.