К ислотность и щелочность почв. (Кислотно-основная характеристика почвы. Кислотность почв. Щелочность почв. Буферность почвы. Окислительно восстановительные процессы в почвах)
Кислотно-основная характеристика почвы
Реакция почвы определяется соотношением ионов H+ и OH– в почвенном растворе и характеризуется pH. Нейтральная реакция - pH=7, кислая - pH<7, щелочная - pH>7. Значение pH колеблется от 3,5 до 8-9 и выше. Наиболее кислые почвы - болотные, наиболее щелочные - солончаки. Для большинства растений оптимальна слабокислая или слабощелочная реакция.
Кислотность почв
Кислотность почв определяется способностью подкислять воду и растворы солей, обусловленной содержанием ионов водорода. Выделяют актуальную кислотность (концентрация ионов H+ в почвенном растворе, выражается pH) и потенциальную кислотность (количество обменных ионов H+ и Al3+ в почвенном поглощающем комплексе - ППК). Источники обменного H+: органические кислоты и угольная кислота. Обменный Al3+ вытесняется из кристаллической решетки глинистых минералов. Катионы H+ и Al3+ подкисляют почвенный раствор. Кислотность угнетает развитие растений, усиливает разрушение минералов. Для устранения кислотности проводят известкование.
Щелочность почв
Щелочность почв обусловлена наличием в водной вытяжке карбонатных ионов (CO32-) и гидрокарбонатных ионов (HCO3-). Выделяют актуальную щелочность (присутствие гидролитически щелочных солей в почвенном растворе) и потенциальную щелочность (наличие поглощенного натрия). Щелочные соли увеличивают концентрацию ионов OH- в почвенном растворе, делая его щелочным. Щелочность угнетает развитие растений, усиливает пептизацию почвенных коллоидов и ухудшает физические свойства почвы. Для устранения щелочности проводят гипсование.
Буферность почвы
Буферность почвы — это способность противостоять изменению pH почвенного раствора. Буферность обусловлена солями сильных оснований и слабых кислот (к кислым удобрениям) и наоборот (к щелочным удобрениям). На буферность также влияет твердая фаза почвы (коллоидные частицы, гумус и поглощенные основания). Наиболее буферны почвы тяжелого механического состава. Буферность почвы играет важную роль в росте и развитии растений. Повысить буферность можно внесением органических удобрений.
Окислительно-восстановительные процессы в почвах
Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) протекают в жидкой фазе почвы. Перенос электронов требует контакта между восстановителями и окислителями, что наиболее вероятно в растворах. Вода может выступать как окислителем, так и восстановителем. Важнейшие ОВР: окисление серы, нитрификация, денитрификация. ОВР часто сочетаются с реакциями осаждения-растворения. К элементам, наиболее подверженным изменениям степени окисления, относятся N, S, Fe, Mn, H. Роль ОВР в химическом поведении элементов возрастает с увеличением номера группы элемента в периодической системе.
Поглотительная способность почв. (Виды поглотительной способности почв. Почвенный поглощающий комплекс (ППК) - рис. Почвенные коллоиды. Строение и заряд почвенных коллоидов. Сорбционные процессы в почвах. Физическое состояние почвенных коллоидов. Экологическое значение поглотительной способности)
Поглотительная способность почв - это свойство компонентов почвы обменно или необменно поглощать вещества из окружающей среды. Выделяют следующие виды: механическая, физическая (молекулярная), химическая (хемосорбция), биологическая и физико-химическая (обменная).
Механическое и физическое поглощение
Механическая поглотительная способность заключается в задержке твердых частиц, превышающих размеры почвенных пор, аналогично действию сита или губки. Используется для очистки воды. Физическая (молекулярная) поглотительная способность — это адсорбция и удержание веществ на поверхности частиц за счет поверхностной энергии, не сопровождающаяся химической реакцией. Различают положительную (поглощение аммиака) и отрицательную (вымывание нитратов) молекулярную сорбцию.
Химическое поглощение и биологическое поглощение
Химическая (хемосорбция) поглотительная способность заключается в удержании и закреплении ионов с образованием труднорастворимых соединений и комплексов, которые выпадают в осадок. Включает осадочную, комплексо-образовательную и адгезионную сорбцию. Биологическая поглотительная способность связана с поглощением веществ живыми организмами (растения, микроорганизмы).
Физико-химическая (обменная) поглотительная способность и ППК
Физико-химическая (обменная) поглотительная способность - способность почвы обменивать катионы твердой фазы на эквивалентное количество катионов из раствора. Материальным носителем этого свойства является почвенный поглощающий комплекс (ППК), включающий минеральные, органические и органоминеральные компоненты.
П
очвенные
коллоиды: строение и свойства
Почвенные коллоиды — это частицы размером 0,2–0,001 мкм (ил), образующиеся при выветривании и почвообразовании. Они обладают высокой дисперсностью, не оседают в воде, проходят через обычные фильтры. Различают минеральные, органические и органоминеральные коллоиды. По отношению к воде - гидрофильные (вязкие, набухающие) и гидрофобные. Коллоидная мицелла состоит из ядра, слоя потенциалопределяющих ионов, неподвижного слоя противоионов и диффузного слоя. Зета-потенциал определяет электрический заряд коллоидной частицы.
Заряд почвенных коллоидов и их физическое состояние
Коллоиды бывают ацидоидами (анионы в потенциалопределяющем слое, поглощение катионов), базоидами (катионы, поглощение анионов) и амфолитоидами (меняют заряд в зависимости от pH). Коагуляция - соединение коллоидных частиц с последующим осаждением. Пептизация - переход коллоидов в раствор. В основном коагуляция необратима.
Сорбционные процессы в почвах
Сорбция - основной механизм физико-химической поглотительной способности. Неспецифическая (обменная) сорбция катионов - обмен катионов диффузного слоя коллоидов на эквивалентное количество катионов из раствора. Обменные катионы: Ca2+, Mg2+, NH4+, Na+, Mn2+, Fe2+, Fe3+, H+, Al3+. Закономерности обмена: эквивалентность, энергия поглощения возрастает с валентностью и атомной массой иона, обратная зависимость от радиуса гидратированного иона.
Емкость катионного обмена (ЕКО) - общее количество поглощенных (обменных) катионов, которые могут быть вытеснены из почвы, измеряется в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы. ЕКО зависит от содержания коллоидов, строения их поверхности, природы ППК, pH среды. С ростом pH увеличивается ионизация и ЕКО.
Физическое состояние почвенных коллоидов – золь (суспензия) или гель – определяет свойства почвы. В золе коллоидные частицы подвижны, в геле – связаны в сетку, формируя структуру. Переход золь-гель обратим и влияет на поглотительную способность, водопроницаемость и доступность питательных веществ.
Экологическое значение поглотительной способности
Поглотительная способность регулирует питательный режим, способствует накоплению элементов питания, влияет на реакцию почвы и ее водно-физические свойства. Состав обменных катионов влияет на плодородие почвы. Например, почвы, насыщенные кальцием, имеют нейтральную реакцию и хорошие свойства. Почвы с избытком натрия - щелочную реакцию и неблагоприятные свой водно‐физические свойства.