Ионообменные свойства и

засоление почв

Существуют три основные возможности засоления почвенной толщи: 1)путем капиллярного поднятия солей с влагой снизу; 2)поверхностными водами;

3)первичным засолением, обусловленным морским генезисом почвообразующей породы.

Первые два пути связаны с ошибками в сельскохозяйственном использовании земель, которые приводят к нарушению сложившихся в естественных условиях соотношений обменных катионов. Наибольшее влияние на состав обменных катионов в почвах, используемых для сельского хозяйства, оказывает внесение минеральных удобрений, орошение и осушение полей, поскольку эти агротехнические мероприятия способны вызвать изменение состава почвенных растворов. Помимо состава почвенного раствора на количественный и качественный состав обменных катионов, значительное влияние оказывает природа

почвеннопоглощающего комплекса (ППК).

Почвы обладают различной способностью селективно поглощать катионы одного рода в ущерб катионам другого рода. Коэффициент селективности катионного обмена K, количественно характеризующий это явление, может быть определен по формуле

11

Ионообменные свойства и засоление почв

Значение коэффициента селективности зависит от свойств катионов и химических особенностей компонентов ППК. В общем случае предпочтительнее связываются катионы с более высоким зарядом, а при равных зарядах — катионы с большей атомной массой.

В качестве одной из характеристик природных и сточных вод, применяемых для орошения, принято использовать показатель адсорбируемости натрия (в англоязычном варианте — sodium adsorption ratio — SAR), который позволяет оценить опасность засоления и осолонцевания почв:

12

Соединения азота в почвах

Основное количество соединений азота сосредоточено в верхнем почвенном горизонте и представлено главным образом органическими соединениями. В среднем на долю азота приходится около 5 % от массы органического вещества почвы, что составляет обычно 0,02– 0,4 % от массы пахотного слоя почв. Помимо органических соединений (гумусовые вещества и растительные остатки), азот в почве присутствует в виде неорганических компонентов в почвенном воздухе, почвенном растворе и в обменном или фиксированном состоянии входит в состав твердой фазы почв.

Среди органических соединений азота от 20 до 50 % составляют аминокислоты, присутствуют также амиды, аминосахара и гетероциклические соединения. Около 50 % органических соединений азота остаются неидентифицированными. Все органические соединения азота можно разделить на легко разлагаемую и стабильную фракции. На долю первой приходится обычно менее одной трети всего органического азота почвы. В почвенном воздухе соединения азота представлены молекулярным азотом, аммиаком, гемиоксидом, оксидом и диоксидом азота.

При газовом обмене с атмосферным воздухом часть почвенного азота теряется. Внесение азотных удобрений увеличивает количество соединений азота, поступающих в атмосферу, что особенно заметно в первый год. Главными источниками образования газообразных соединений азота в почве являются протекающие при участии микроорганизмов процессы аммонификации, нитрификации и денитрификации

13

Соединения азота в почвах

Аммонификация — это процесс разложения органических веществ, протекающий с участием специфических аммонифицирующих микроорганизмов. В результате этого процесса в почвенном воздухе появляется газообразный аммиак, а в почвенном растворе — ионы аммония.

Ионы аммония вступают во взаимодействие с почвенно-поглощающим комплексом, причем часть ионов NH4+ в результате такого взаимодействия может потерять подвижность.

Способность минералов фиксировать ионы определяется их строением, степенью выветривания и степенью насыщения решетки катионами K+ и меняется от нескольких до 10–12 смоль (р+)/кг.

Нитрификация — микробиологический процесс окисления аммиака до азотистой кислоты или ее самой далее до азотной кислоты, что связано либо с получением энергии (хемосинтез, автотрофная нитрификация), либо с защитой от активных форм кислорода, образующихся при разложении пероксида водорода (гетеротрофная нитрификация).

Неорганические соединения азота присутствуют в почве в виде NH4+ и NO3-.

Там, где нет препятствий для нитрификации, бóльшая часть азота представлена нитратами, и их содержание в почвенном растворе изменяется от 50 до 150 мг/л.

14

Соединения азота в почвах

В процессе нитрификации в почву поступают ионы водорода:

Поэтому процессы нитрификации сопровождаются закислением почв и при длительном применении аммонийных удобрений необходимо предусматривать компенсирующее известкование почв.

Денитрификация — процесс восстановления, в результате которого происходит образование газообразных соединений азота, выделяющихся в атмосферу. Различают два пути денитрификации: косвенный, или химический, и прямой, или биологический.

Косвенный процесс денитрификации связан с протеканием следующих химических реакций:

Соединения азота в почвах

Разложение азотной и азотистой кислот следует отнести к основным процессам косвенной денитрификации в кислых почвах при рН < 5,5. Для таких почв отмечалось заметное увеличение содержания диоксида азота в почвенном воздухе.

Различают два типа процессов биохимической денитрификации: 1) специфическую, или диссимиляторную, и 2) неспецифическую денитрификацию. В процессе диссимиляторной денитрификации происходит восстановление нитратов до молекулярного азота в результате переноса электронов с субстрата (донора электронов) на нитраты, при этом высвобождается необходимая для микроорганизмов энергия.

Неспецифическая денитрификация не выполняет энергетических функций. В этом процессе нитраты восстанавливаются преимущественно до нитритов.

К неспецифической относят и ассимиляторную денитрификацию, при которой нитраты восстанавливаются до аммония. Неспецифическую денитрификацию часто рассматривают как первую стадию процесса денитрификации, при которой нитраты восстанавливаются до нитритов.

Дальнейшее восстановление происходит в результате диссимиляторной денитрификации и протекает при участии микроорганизмов из родов Pseudomonos, Achromobacter, Micrococcus, Bacillus, Thiobacillus. Эти бактерии используют нитраты как источник энергии в отсутствие кислорода. Энергетический эффект этого процесса оценивается в 1760 кДж/моль. Суммарно процесс можно представить уравнением:

16

Соединения фосфора в почвах