28.Химическая и механическая поглотительная способность.
Механическая поглотительная способность обусловливается свойством почвы не пропускать через себя частицы, взмученные в фильтрующейся воде. Даже при самом тяжелом механическом составе между механическими элементами и микроагрегатами почти всегда остаются пространства, образующие сложную сеть пор и канальцев. Эти отверстия имеют различную форму и диаметр, искривления; каналы нередко прерываются и заканчиваются тупиками. Поэтому почвой задерживаются не только частицы крупнее диаметра пор, но и более мелкие по размеру. Механическое поглощение увеличивается по мере заиливания почвы, после некоторого заполнения каналов частичками ее. Механическая поглотительная способность зависит от гранулометрического и агрегатного состава почвы, а также плотности сложения. Почвенные суспензии с диаметром взмученных частиц более 0,001 мм полностью задерживаются глинистой почвой. Песчанистые и крупноагрегатные рыхлые почвы обнаруживают плохую механическую поглотительную способность. Благодаря механической поглотительной способности в мелких почвенных порах задерживаются отдельные микроорганизмы размером >0,00025 мм. Механическая поглотительная способность широко используется в технике. Например, водоочистка производится фильтрованием воды
через песчанистые отстойники; с помощью заиливания достигают уменьшения фильтрации воды через стенки и дно оросительных каналов (кольматаж).
Химическая поглотительная способность связана с образованием нерастворимых и труднорастворимых в воде соединений в результате химических реакций между отдельными растворимыми солями в почве (ионами в почвенном растворе).
Особую роль химическое поглощение играет в превращении фосфора в почве. При внесении водорастворимых фосфорных удобрений — суперфосфата, содержащего фосфор в виде монокальцийфосфата Са(H2PO4)2, аммофоса NH4H2PO4 и др.- в почвах происходит интенсивное химическое связывание фосфора. В кислых почвах (в подзолистых и красноземах), содержащих много полуторных окислов, химическое поглощение фосфора идет с образованием труднорастворимых фосфатов железа и алюминия. В почвах, насыщенных основаниями и содержащих бикарбонат кальция в почвенном растворе (черноземы, сероземы), химическое связывание фосфора происходит в результате образования слаборастворимых фосфатов кальция.
Химическое поглощение (фиксация) фосфора обусловливает слабую подвижность его в почве и снижает доступность растениям этого элемента из внесенных в почву легкорастворимых форм удобрений. По способности к фиксации фосфора почвы располагаются в следующем порядке: красноземы далее дерново-подзолистые почвы далее сероземы далее черноземы.
29.Физико-химическая поглотительная способность. Обменное и необменное поглощение.
Физико-химическая, или обменная, поглотительная способность имеет особенно важное значение при взаимодействии удобрений с почвой. Физико-химическое поглощение — это способность мелкодисперсных (от 0, 2 до 0, 001 мкм) коллоидных частиц почвы поглощать из раствора различные катионы. Поглощение одних катионов сопровождается вытеснением в раствор эквивалентного количества других, ранее связанных твердой фазой почвы.
Вся совокупность органических и минеральных коллоидных частиц почвы (представленных гумусовыми веществами, глинистыми минералами и гидроксидами железа и алюминия), участвующих в обменном поглощении катионов, была названа К. К- Гедройцем почвенным поглощающим комплексом (ППК).
Способность органических и минеральных коллоидных частиц к обменному поглощению катионов обусловлена тем, что большая часть их имеет отрицательные заряды.
В естественном состоянии почвы всегда содержат определенное количество поглощенных катионов (Са2+, Mg2+, Н+, Аl3+, Na+, K+, NH4+ и др.). Эти катионы могут обмениваться на другие катионы, находящиеся в растворе.
Обмен катионами между раствором и почвенным поглощающим комплексом происходит в строго эквивалентных количествах.
Реакция обмена катионов протекает быстро. При внесении в почву легкорастворимых удобрений (КСl, NH4Cl, NH4NO3 и др.) они сразу же вступают во взаимодействие с ППК, катионы их поглощаются в обмен на катионы, ранее находившиеся в поглощенном состоянии.
Реакция обмена катионов обратима, так как поглощенный почвой катион может быть снова вытеснен в раствор:
В зависимости от концентрации раствора, его объема и природы обменивающихся катионов между катионами раствора и катионами почвенного поглощающего комплекса устанавливается некоторое подвижное равновесие. При изменении состава почвенного раствора это равновесие смещается, в результате одни катионы переходят из раствора в поглощенное состояние, а другие — из поглощенного состояния в почвенный раствор. При внесении минеральных удобрений, например KCl, концентрация почвенного раствора повышается, катионы удобрения вступают в обменную реакцию с катионами почвенного поглощающего комплекса и поглощаются почвой.
При усвоении какого-либо катиона растениями концентрация его в растворе уменьшается, он переходит из поглощенного состояния в раствор в обмен па другие катионы, содержащиеся в почвенном растворе. Чем выше степень насыщенности поглощающего комплекса данным катионом, тем легче и быстрее он вытесняется в раствор. Количество катионов, вытесняемых из поглощенного состояния в раствор, возрастает с повышением концентрации раствора, а при одинаковой концентрации — с увеличением объема раствора вытесняющей соли.
Разные катионы обладают неодинаковой способностью к поглощению. Чем больше заряд (валентность) катиона и его атомная масса, тем сильнее он поглощается и труднее вытесняется из поглощенного состояния другими катионами. Исключение из этого правила составляют ионы Н + , которые имеют наименьшую атомную массу, но обладают высокой энергией поглощения и способностью вытеснять другие катионы из ППК.
Обменным поглощением (обменной сорбцией) катионов называется способность катионов диффузного слоя коллоидов обмениваться на эквивалентное количество катионов почвенного раствора. В обменном состоянии в почвах обычно находятся Са2+, Mg2+, Na+, K+, H+, Al3+, NH4+, в незначительных количествах Fe2+, Mn2+, а также Li+, Sr+ и др. Энергия поглощения (относительное количество поглощения катионов почвами при одинаковой их концентрации) определяется валентностью иона, радиусом негидратированного иона, атомной массой иона. Общее количество всех поглощённых (обменных) катионов называется емкостью катионного обмена (ЕКО), которая выражается в милиграмм-эквивалентах на 100 г почвы. Состав поглощённых катионов в почвах зонального ряда определяется условиями почвообразования и, прежде всего, водным режимом.
Для почв экстрагумидных и гумидных областей с коэффициентом увлажнения (Ку)>1 в составе ППК основную роль играют катионы Са2+, Mg2+, Н+, Аl3+; для семигумидных с Ку<1 — са2+, mg2+ и для почв аридных областей с ку<0, 5 mg2+, na+, иногда существенным участием к+. Емкость катионного обмена (ЕКО) колеблется от нескольких мг-экв/100 г почвы в экстрагумидных и экстрааридных областях до 50-70 мг-экв/100 г почвы в чернозёмах семигумидных (полувлажных) областей. Зональные показатели ЕКО прежде всего связаны с содержанием гумуса (наибольшее в черноземах, оно постепенно понижается к северу и югу от зоны их распространения). Кроме того ЕКО сильно зависит от гранулометрического состава (чем тяжелее, тем выше ЕКО), от минералогического и химического состава почв (ЕКО глинистых минералов варьирует от 5мг-экв. до 100-150 мг-экв/100 г). Наконец, ЕКО тесно связано с величиной рН. С ростом рН возрастает ионизация функциональных групп ацидоидов, снижается положительный заряд базоидов и возрастает ЕКО. Необменное поглощение катионов происходит в слое потенциалопределяющих ионов. Такие катионы после взаимодействия с ППК не переходят в раствор при обработке почвы раствором нейтральных солей. Необменное поглощение катионов определяется как их видом, так и составом почвенных коллоидов. В практическом отношении заслуживают большого внимания процессы необменного поглощения элементов питания, в частности ионов калия и аммония. Установлена возможность перехода катионов в системе: катионы почвенного раствора — обменные — необменные — катионы кристаллических решёток минералов. В таком же порядке снижается доступность катионов для растений.