Глава 9 почвенные коллоиды и поглотительная способность почв

Почвенная масса слагается твердыми частицами разного размера. Наименьший диаметр частиц имеет илистая фракция (< 0,001 мм), а в ее пределах — коллоидная фракция (<0,0001 мм). Твердые веще­ства в состоянии столь сильной дисперсии имеют большую удель­ную поверхность. Удельная поверхность — это суммарная площадь поверхности почвенных частиц, отнесенная к единице почвенной массы (см²/г) или к единице объема (см²/см³).

Произведенные различными методами расчеты удельной повер­хности почв и слагающих их гранулометрических фракций показа­ли, что по мере уменьшения размеров частиц их удельная поверх­ность увеличивается на несколько порядков: от десятков и первых сотен квадратных сантиметров на граммы в песчаных и крупнопылеватых фракциях до десятков квадратных метров на граммы во фракциях тонкой пыли, сотен квадратных метров на граммы в или­стой фракции и квадратных километров на грамм в коллоидной фракции (табл. 9.1). Если имеются данные гранулометрического анализа почвы и известна доля участия каждой фракции в сложе-

Таб л и ца 9.1

Удельная поверхность легкоглинистой почвы (по Н.А. Качинскому)

Диаметр частиц, мм	Удельная поверхность, см2/г	Содержание фракции в почве, %	Удельная поверхность фракции в почве, мг/г	Доля участия фракций в сум­марной удельной поверхности, %
1-0,25	37,0	5,0	1,8	0,002
0,25-0,05	1,5 ×102	10,0	15,0	0,008
0,05-0,01	7,6 ×102	20,0	1,5×102	0,07
0,01-0,005	3,1 ×103	10,0	3 ×102	0,12
0,005-0,001	7,6 103	15,0	1,1 ×103	0,06
0,001-0,0005	3,1 × 104	15,0	4,6× 105	1,8
0,0005 -0,0001	7,6 ×104	10,0	7,6 ×103	2,9
0,0001-0,00001	4,4 ×105	10,0	4,4 ×104	15,8
0,00001-0,000001	4,4×106	5,0	2,2 ×105	78,7

почвенной массы, можно подсчитать, как это сделано в табл. 9.1, ^Н долю участия отдельных фракций в удельной поверхности по­чвенной твердой фазы в целом. Содержание 15 % коллоидной фрак­ции < 0,0001 мм определяет 94,5 % удельной поверхности данной _почвы. На долю фракции ила (0,001—0,0001 мм), составляющую 25 % почвенной массы, приходится лишь 4,7 % ее удельной поверх­ности. Доля участия пылеватых и песчаных фракций в суммарной удельной поверхности не превышает 1 %, хотя содержание их со­ставляет 65 % массы почвы. Таким образом, удельная поверхность почвы именно вследствие присутствия илистой и коллоидной фрак­ций очень велика.

Состав и строение почвенных коллоидов

В состав почвенных коллоидов входят минеральные, органоминеральные и органические вещества.

Часть минеральных коллоидов находится в кристаллическом состоянии — это ранее рассмотренные глинистые минералы: као­линит, галлуазит, гидрослюда, иллит, вермикулит, монтмориллонит и др. В коллоидной фракции обнаруживаются и некоторые раздроб­ленные до коллоидального состояния первичные минералы, чаще всего кварц.

Другая часть минеральных коллоидов — это аморфные веще­ства. К ним относятся: аллофаны, свежеосажденные гидроксиды алюминия, железа, марганца, гидраты кремнезема и их комплекс­ные осадки — коагели.

Органическая часть почвенных коллоидов — это гумусовые ве­щества, в том числе и органо-минеральные комплексы, а также клет­ки наиболее мелких бактерий, диаметр которых лежит в пределах коллоидной фракции.

В большинстве почв преобладают минеральные коллоиды, со­ставляющие 85—90 % их общей массы.

Почвенные коллоиды, как и всякое вещество в сильно раздроб­ленном состоянии, обладают запасом поверхностной энергии, ко­торая реализуется в различных реакциях, происходящих на поверх­ности коллоидных частиц при соприкосновении их с почвенной влагой и воздухом.

Коллоиды обладают сорбционной способностью, на их поверхнос­ти сорбируются газовые частицы, молекулы воды и различные на­ходящиеся в почвенном растворе вещества — целые молекулы и отдельные ионы. В системе почвенный раствор—поверхность кол­лоида устанавливается динамическое равновесие. Изменение концентрации раствора и состава растворенных веществ, температуру давления вызывает нарушение равновесия, в результате чего между поверхностью частицы и раствором происходят обменные реакции одни поглощенные вещества замещаются другими. Присутствие коллоидов обусловливает поглотительную и обменную способность почв.

Различают два вида поглощения (адсорбции), связанные с при­сутствием в почве коллоидных веществ, — это физическая и физи­ко-химическая адсорбция.