Роль поглотительной способности почв в процессах почвообразования и формировании почвенного плодородия.

Поглотительная способность почвы — одно из ее важнейших свойств, в значительной степени определяющее плодородие почвы и характер процессов почвообразования. Она обеспечивает и регулирует питательный режим почвы, способствует накоплению многих элементов минерального питания растений, регулирует реакцию почвы, ее водно-физические свойства.

На свойства почвы и условия произрастания растений большое влияние оказывает состав обменных катионов. Так, у почв, насыщенных кальцием, реакция близка к нейтральной; коллоиды находятся в состоянии необратимых гелей и не подвергаются пептизации при избытке влаги; почвы хорошо оструктурены, обладают благоприятными физическими свойствами. Черноземы являются примером таких почв.

Почвы, у которых в составе обменных катионов в значительном количестве ионы натрия, имеют щелочную реакцию, отрицательно влияющую на состояние коллоидов и рост растений. Насыщенные натрием коллоиды легко пептизируются; содержащие их почвы плохо оструктурены, имеют неблагоприятные водно-физические свойства: повышенную плотность, плохую водопроницаемость, слабую водоотдачу, низкую доступность почвенной влаги (солонцы, солонцеватые почвы).

При наличии в почвенном поглощающем комплексе в составе обменных катионов значительного количества Н⁺ и Аl³⁺ коллоиды легко разрушаются в результате кислотного гидролиза, почвы плохо оструктурены.

Искусственное замещение этих катионов в поглощающем комплексе на кальций обязательно сопровождается значительным улучшением развития растений. Таким образом, необходимо известкование кислых почв, насыщенных, водородом и алюминием, а также гипсование засоленных щелочных почв, содержащих в избыточном количестве поглощенные магний и натрий.

Поглощение газов и паров- На поверхности частиц сухой почвы всегда имеется количество различных поглощенных газов. Энергия поглощения газов и паров зависит от свойств этих веществ и образует восходящий ряд: Н2<N2<0<С02<NH3<Н2 0 (водяной пар).

Величина поглощения почвой воздуха достигает 2—14 см3 на 100 г почвы; поглощение углекислоты больше, от 45 до 488 см3 на 100 г. Чем легче сгущаются газ или пары, тем легче и интенсивнее они поглощаются почвой. С повышением температуры интенсивность поглощения почвой газов и паров резко уменьшается и наоборот.

Поглощение газов сопровождается выделением некоторого количества тепла.

Влияние атмосферного давления обратно. С увеличением давления почва больше сорбирует газов. Уменьшение давления сопровождается десорбцией газов, их освобождением и поступлением в почвенный и наземный воздух. Имеется зависимость поглощения газов от механического и химического состава почв. Чем больше в почвах органического вещества (в частности, гумуса), чем больше они содержат гидратов окиси железа, тем интенсивнее они сорбируют газы.

Почва является довольно хорошим поглотителем дымных и газообразных отравляющих веществ (ОВ), хотя и значительно более слабым, чем, например, активированный уголь. Однако почву можно использовать в качестве подручного материала для защиты от ОВ.

Наличие поглощенных газов является причиной затрудненного смачивания сухих почв в момент ливня или полива. Требуется длительное время для замещения поглощенного воздуха водой, прежде чем произойдет полное смачивание почвы и наступит нормальное впитывание влаги.

При поливах почв или при проведении мелиоративных промывок солончаков

поглощенный воздух замещается влагой и десорбируется из почвы. Происходит как бы образование воздушного экрана, что существенно замедляет фильтрацию воды в нисходящем направлении. Для того чтобы обеспечить достаточную скорость фильтрации при промывках солончаков, затопление промываемых полей производится по полосам. Поилоливе затоплением десорбирующийся воздух, стремительно вырываясь из макро- и микроструктурных агрегатов почвы, разрушает их. Вследствие этого резко ухудшается структура почвы и усиливается склонность к заплыванию и образованию корки.

Для предохранения структуры поливаемых почв от разрушения вместо полива затоплением применяется медленный полив по бороздам, огда происходит равномерное постепенное смачивание почвы и постепенное вытеснение поглощенного воздуха водой. Полив почв методом дождевания, если он производится с относительно умеренной интенсивностью

водоподачи, также обеспечивает постепенную десорбцию поглощенного воздуха с сохранением структуры почв. Закрепление в почве парообразной воды в форме гигроскопической влаги является проявлени- «м поглотительной способности почвы в отношении паров. Поглощение

паров при этом сопровождается выделением тепла. Также происходит поглощение почвой углеводородов (метана, nponatfa и других).

Были предприняты попытки рассчитать количество почвенных коллоидов

в почве по величине поглощенных паров воды. По В. Робинсону, каждый грамм почвенных коллоидов сорбирует около 0,3 г паров воды. Однако в процессе сорбции парообразной воды имеют место явления, сходные с поглощением жидкости и смачиванием, поскольку часть парообразной воды в процессе сорбции переходит в форму молекулярно связанной или капиллярной конденсированной воды. Поэтому эти расчеты имеют качественный характер.__

Поглощение жидкостей Поглощение жидкости зависит от того, смачивает ли она почву или нет. Жидкости, обладающие меньшим поверхностным натяжением, чем вода, сорбируются почвой значительно слабее; таковы спирт, бензин, бензол. Жидкости, смачивающие почву после вытеснения ими ранее поглощенных газов, обычно поглощаются почвой интенсивнее. Смачивание почвы водой и ее поглощение сопровождается выделением определенного количества тепла (2—10—15 кал/г).

Способность поглощения воды очень сильно выражена у коллоидно- дисперсных минералов, имеющих подвижную кристаллическую решетку (монтмориллонит, некоторые хлориты). Молекулы воды сорбируются в этих минералах не только на поверхности частиц, но и между пакетами решетки.

Поэтому чем больше в почве содержится органических веществ и гидрофильных коллоидных минералов (аллофаны, монтмориллонит), тем в. большей степени почва обладает способностью поглощения и связывания воды. Гигроскопическая и пленочная вода в почвах является поглощенной водой. Некоторые вулканические почвы, содержащие большие количества аллофаноидных минералов, связывают до 300—400% воды по отношению к весу почвы.

Поглощение электролитов-Водная пленка, образующаяся вокруг высокодисперсных частиц

почвы, является сферой целого ряда тонких реакций, протекающих в почве. Пленка сорбированной воды имеет совершенно иную концентрацию электролитов, чем почвенный раствор.

Отношение различных электролитов к коллоидной частице с окружающей ее пленкой сорбированной воды может быть диаметрально противоположным. Молекулы некоторых электролитов поглощаются полностью коллоидальными частицами почвы. Эта так называемая положительная адсорбция электролитов имеет место в тех случаях, когда происходит одновременное поглощение как анионной, так и катионной части молекулы. Широко распространены случаи положительного поглощения солей фосфорной кислоты. То же отмечается в отношении углекислых или кремнекислых солей.

Химическое поглощение фосфатов особенно резко проявляется при взаимодействии суперфосфата с кислой почвой, насыщенной алюминием. Эта реакция сопровождается исчезновением из раствора и Са+2, и Н2Р04. - В подобных случаях сначала происходит поглощение анионов Р04^---,Н2РО4^---, С03^{- 2} или Si03^~2 внутренним, потенциалопределяющим слоем коллоидной частицы. Сорбированный анион в свою очередь удерживает катионную часть молекулы.

Однако некоторые электролиты, как, например, NaNОз, NaCl, проявляют эффект отрицательной адсорбции. Эти электролиты в почвенном растворе не сорбируются коллоидальными почвенными частицами, а, наоборот, как бы от них отталкиваются и повышают концентрацию внешней части почвенного раствора. В сущности происходит одностороннее

поглощение сухой почвой воды, с отталкиванием электролита в несорбированный водный раствор.

Явление отрицательной адсорбции и одновременно с этим протекающее явление поглощения почвенными коллоидами воды в форме так называемой связанной воды («нерастворяющего объема воды») оказывают весьма сильное влияние на концентрацию и состав растворов, циркулирующих в почвенных горизонтах. Происходит существенное возрастание концентрации почвенного раствора в той части, которая не поглощена коллоидными частицами. Возрастание концентрации почвенного раствор , может сопровождаться выпадением некоторых солей в осадок и сдвигами в физико-химической поглотительной способности. В результате явления отрицательной адсорбции соли азотной кислоты чрезвычайно легко выщелачиваются из почв атмосферными осадками. Поэтому не рекомендуется вносить всю норму азотных удобрений в почву под зиму. Отрицательная адсорбция хлоридов, наоборот, является положительным моментом с точки зрения мелиорации засоленных почв. Находясь во внешней, не сорбированной почвенными частицами порции почвенного раствора, хлориды при промывке засоленных почв относительно легко отмываются и уходят вместе с промывными нисходящими токами свободной гравитационной воды. Если бы хлориды натрия обладали эффектом положительной молекулярной адсорбции, мелиорация солончаковых почв методом промывок была бы несравненно труднее.

Явление поглощения молекул электролитов почвой может быть использовано, в случае необходимости, для частичной очистки питьевых вод от солей или ОВ. Однако вследствие слабого молекулярного поглощения электролитов почвой подобная очистка может бьггь произведена лишь почвенной колонной большой высоты.