4.6. Поглотительная способность почв

Одним из наиболее важных свойств почвы является способность удерживать или поглощать вещества, приходящие в соприкосновение с ней. Такое свойство носит название поглотительной способности почв. Учение о поглотительной способности почв разработано К.К. Гедройцем. Он установил следующие виды поглотительной способно­сти почвы: механическую, физическую, химическую, биологическую и физико-химическую.

Механическая поглотительная способность связана с пористо­стью почвы, в результате чего в порах задерживаются частицы, взму­ченные в воде, если диаметр их больше, чем диаметр пор. Механиче­ское поглощение не связано с каким-либо изменением поглощаемого тела. При фильтрации воды через почву в почвенных порах и капил­лярах задерживаются относительно крупные частицы, взвешенные в поверхностных водах. Механическая поглотительная способность почвы обуславливает чистоту грунтовых вод, образующихся из по­верхностных вод, мутных от большого количества механических при­месей. Явление механической поглотительной способности использу­ется при устройстве искусственных фильтров для очистки воды.

Физическая поглотительная способность определяется свойством веществ повышать или понижать напряжение на поверхности тонко­раздробленных (коллоидальных) частиц, что обуславливается притя­жением отдельных молекул к поверхности твёрдых почвенных частиц в результате появления поверхностной энергии. Интенсивность появ­ления поверхностной энергии зависит от величины поверхности поч­венных частиц и обязана присутствию в почве тонкодисперсных час­тиц. Эти частицы могут притягивать молекулы газов (молекулы водя­ного пара из воздуха), молекулы жидких веществ. Например, наличие плёночной влаги вокруг почвенных частиц обусловлено поверхност­ными силами. В результате этого же явления происходит обесцвечи­вание водных ресурсов анилиновых красок (химических чернил) при прохождении их через почву.

Химическая поглотительная способность почвы связана с обра­зованием нерастворимых соединений в результате чисто химических реакций. Например, возникновение новообразований гипса в почве протекает следующим образом:

CaCl₂+Na₂SO₄=2NaCl+CaSO₄↓.

Образование нерастворимых химических соединений происходит в результате обменных реакций в почвенном растворе.

Под биологической поглотительной способностью почвы пони­мают поглощение из неё различных веществ растениями и микроор­ганизмами. Этот вид поглотительной способности определяет особую роль растений в почвообразовании вследствие способности их к изби­рательному поглощению. Биологическое поглощение имеет большое значение в отношении азота, который очень подвижен и не задержи­вается в почве иными формами поглотительной способности. Следует отметить, что микроорганизмы почвы также определяют биологиче­скую поглотительную способность, но вместе с тем и сами могут по­глощаться почвой.

Природа биологического поглощения выяснена ещё очень мало, так как она связана не только с физиологическими процессами пита­ния, но с процессами физико-химического, физического и химическо­го поглощения.

В результате исследований К.К. Гедройца в настоящее время су­ществует чёткое представление о физико-химической поглотительной способности почв, имеющей большое значение в процессах почвооб­разования и определения свойств почв.

Под физико-химической поглотительной или (обменной способ­ностью) почвы понимают её способность поглощать или задерживать ионы, имеющие положительный знак заряда: Са, Mg, Na, H, NH₄ и т.д. При таком поглощении происходит обмен ионов в эквивалентном количестве. Этот вид поглотительной способности К.К. Гедройц на­звал физико-химической поглотительной способностью, исходя из того положения, что энергией для неё является энергия поверхности, а поглощение происходит по правилам химических реакций. В настоя­щее время для этого вида поглотительной способности более широко применяется термин обменная поглотительная способность.

Обменная поглотительная способность есть результат присутствия в почве частиц в тонкораздробленном, коллоидальном состоянии. Сущность этого вида поглотительной способности заключается в том, что при воздействии на почву солевых растворов и кислот происходит обменная реакция. При этом почва поглощает катионы солевого раствора и взамен выделяет в раствор в эквивалентном количестве катионы, находящиеся в поглощенном состоянии на поверхности частиц. Так, если на чернозём действовать раствором хлористого калия, то почва поглотит калий, а в обмен в раствор перейдут в эквивалентном количестве Са и Mg (рис.4.5). При действии хлористого калия на подзолистую почву в раствор, кроме Са и Mg, перейдет и водород. При действии хлористого калия на солонец, кроме Са и Mg, в почву перейдет Na.

Таким образом, состав катионов, находящихся в почве в состоя­нии, способном к обмену, связан с характером почвообразования. Для чернозёма типична присутствие обменного кальция, для подзолистой ̶ обменного водорода, для солонца ̶ обменного натрия.

Если представить в виде круга частицу почвы с находящимися на её поверхности ионами кальция, магния и водорода, то при взаимодействии с раствором хлористого калия ионы калия займут места на поверхности частицы, а ионы кальция, магния и водорода перейдут в раствор. Обмен, как было сказано, происходит в эквивалентных ко­личествах, т.е. в раствор перейдет ровно вдвое меньшее число ионов кальция и магния, чем поглотится из него ионов калия (один двухва­лентный ион обменивается на два одновалентных). Таким образом, в растворе появятся неприменяемые в опыте хлористый кальций, хло­ристый магний и соляная кислота.

Рис. 4.5. Схема обменной кислотности (по Н.П. Ремезову, 1963г.)

Катионы, находящиеся на поверхности почвенных частиц и обладающие способностью к обмену на катионы соприкасающегося рас­твора, называются обменными или поглощенными, катионами, а та часть почвы, которая обладает способностью удерживать ионы в обменном состоянии, ̶ почвенным поглощающим комплексом (ППК).

Вообще, в состав катионов почвы, способных к обмену, могут входить различные элементы, обладающие свойствами металлической группы; наиболее типичным является присутствие Са, Mg. Na, H и NH₄. Известно, что в почвах обмениваются также К, Li, Mn, Rb, Cs, Ti и др. При поглощении реакции обмена обратимы.

Почвы и отдельные горизонты существенно отличаются по ко­личеству поглощенных катионов. Поглотительную способность почв характеризуют суммой поглощённых оснований и ёмкостью погло­щения. Суммой поглощённых оснований (S) называют общее количе­ство поглощённых оснований Са, Mg, Na, К, NH₄. Суммарное количе­ство способных к обмену поглощённых катионов (оснований и водо­рода) называется ёмкостью поглощения почвы (Е).

Не все почвы выделяют в раствор столько оснований, сколько поглощают из раствора. Существует обменная группа почв (подзолистые, краснозёмы и т.д.), способных поглощать оснований больше, чем отдавать в обмен. Эти почвы не насыщены основаниями, они способны удерживать в обменном состоянии больше оснований, чем фактически имеют. В таких почвах на поверхности коллоидных частиц содержится избыток ионов водорода (Н⁺), способных к обмену на основания солевых растворов. Поэтому говорят о степени насы­щенности коллоидов основаниями, т.е. о процентном содержании суммы оснований (от ёмкости поглощения). Степень насыщенности основаниями в почвенных коллоидах колеблется от нескольких про­центов до 100 и рассчитывается по формуле: V=(S/E)^.100%, где V ̶ степень насыщенности оснований, %; S ̶ сумма поглощённых основании; Е ̶ ёмкость поглощения почвы (основания + водород).

Почвы, имеющие V= 100-90%, считают практически насыщенны­ми основаниями.

Сумма поглощённых оснований и ёмкость поглощения могут быть выражены в процентах и в миллиграмм-эквивалентах. Последнее удобнее, так как при таком способе получаются более сравнимые цифры. Для вычисления содержания обменных катионов в милли­грамм-эквивалентах количество катионов, выраженное в граммах, умножают на тысячу и делят на эквивалентный вес (для водорода 1, для кальция 20, для магния 12, для натрия 23 и т.д.).

Полученную величину исчисляют на 100 г почвы. Таким образом, ёмкость поглощения изменяется в мг-экв на 100 г почвы. Характеристика поглотительной способности некоторых почв приведена в табл. .

Таблица
Поглотительная способность почв (по И.С. Куричеву, 1975)
	Почвы	Ёмкость поглощения (примерная величина), мг-экв на 100 г почвы	Степень насыщенности основаниями, %
	Дерново-подзолистые	10 ̶ 30	30 ̶ 40
	Серые лесные	20 ̶ 40	70 ̶ 80
	Чернозёмы	40 ̶ 60	100
	Каштановые	15 ̶ 30	100
	Серо-бурые	10 ̶ 20	100
	Краснозёмы	10 ̶ 18	5 ̶ 10

Величина ёмкости поглощения почв обуславливается содержани­ем и минералогическим составом тонкодисперсной части пород, на которых сформированы эти почвы, и содержанием в них гумуса. Гли­нистые тяжёлые почвы имеют большую ёмкость поглощения, чем пес­чаные. Органические коллоидные почвы имеют более высокую ём­кость поглощения, чем минеральные. В гумусовом горизонте почв на долю органических соединений приходится до 50 ̶ 70% ёмкости по­глощения. В нижней части почвы значение органических соединений для поглотительной способности значительно меньше.