0. Поглотительная способность почв (семинар) Конспект теории

1. Понятие и виды поглотительной способности почв

Поглотительная способность почвы (ПСП) – свойство обменно или необменно поглощать различные твердые, жидкие и газообразные вещества или изменять их концентрацию у поверхности коллоидных частиц.

Совокупность почвенных компонентов, участвующих в процессах поглощения, К.К Гедройц назвал почвенно-поглощающим комплексом (ППК). Основную часть ППК составляют коллоиды.

К.К Гедройц выделил 5 видов поглотительной способности:

механическая - способность задерживать твердые частицы при фильтрации через почву коллоидных растворов и суспензий;

физическая – способность удерживать различные вещества на поверхности твердых фаз за счет адсорбционных сил. Это приводит к изменению концентрации молекул растворенного вещества на поверхности твердых частиц почвы. Например, органические кислоты, алколоиды, понижающие поверхностное натяжение, притягиваются к поверхности тонкодисперсных частиц, т.е. испытывают положительную физическую адсорбцию и увеличивают концентрацию. Нитраты, хлориды повышают поверхностное натяжение воды, вызывая явление отрицательной физической адсорбции, при котором концентрация данного вещества уменьшается по мере приближения к поверхности частиц. Они оказываются «вытолкнутыми» в раствор и не защищенными от миграции и вымывания;

биологическая выражается в поглощении микроорганизмами и корнями растений веществ из почвенного раствора;

химическая заключается в образовании труднорастворимых осадков при взаимодействии отдельных компонентов почвенного раствора: Na₂CO₃ + CaSO₄ = CaCO₃ + Na₂SO₄,

2 Сa(HCO₃)₂ + Ca(H₂PO₄)₂ = Ca₃(PO₄)₂ + 4 CO₂ + 4 H₂O;

физико-химическая – свойство почвы обменивать некоторую часть катионов, содержащихся в твердой фазе, на эквивалентное количество катионов почвенного раствора:

Cа⁺⁺

[ППК] Мg⁺⁺ + 5 КСl = [ППК]5К⁺ + СаСl₂ + MgCl₂ + HCl.

H⁺

2. Почвенные коллоиды ( происхождение, строение и свойства)

Почвенные коллоиды – это частицы размером 0,0001-0,0200 нм. Их присутствует в почвах от 1-2 до 30-40%. Они являются главными носителями сорбционных свойств почвы. Образуются в результате процессов выветривания и почвообразования способами:

• конденсационным (физического или химического соединения молекул и ионов),

• дисперсионным (механического или химического раздробления более крупных частиц).

По составу выделяют минеральные (глинистые минералы, коллоидные формы кремнезема и полутораоксиды), органические (вещества гумусовой и белковой природы) и органо-минеральные (соединения гумусовых веществ с глинистыми минералами и осажденными формами полутораоксидов). Преимущественное количество тех или других определяется минералогическим, гранулометрическим составом и содержанием гумуса.

Общая схема строения почвенных коллоидов приводится на рис. 12.

Рис.12. Строение почвенного коллоида

Свойства коллоидов:

• не оседают в воде;

• испытывают броуновское движение;

• находятся в состоянии золя (коллоиды, насыщенные одновалентными катионами) и геля (коллоиды, насыщенные 2-х и 3-х валентными катионами);

• способны к реакциям коагуляции (состояние перехода золя в гель);

• способны к реакциям пептизации (состояние перехода геля в золь);

• несут электрический заряд. Коллоиды, несущие только отрицательный заряд, называют ацидоидами (органические кислоты, кремнезем, глинистые минералы). Коллоиды, несущие только положительный заряд, называют базоидами (белки, полутораоксиды). Коллоиды, имеющие рН-зависимый заряд, называют амфолитоидами (Al(OH)₃ в щелочной среде ведет себя как кислота и приобретает отрицательный заряд);

• взаимодействуют с водой. Гидрофобными свойствами, проявляющимися в пониженной смачиваемости водой, отличаются коллоиды каолинитовой группы минералов, полутораоксиды. Гидрофильными свойствами – коллоиды монтмориллонитовой группы минералов, белки, гумусовые кислоты;

• определяют удельную поверхность почвы. Удельная поверхность определяет химическую активность почв, т.к. с увеличением степени дисперсности частиц их химическая активность возрастает.

3. Обменное поглощение катионов

Обменное поглощение катионов – способность катионов диффузного слоя почвенных коллоидов обмениваться на эквивалентное количество катионов раствора. Катионы, находящиеся в диффузном слое коллоидов, называются обменными: Са⁺², Mg⁺², К⁺, NH₄⁺, Na⁺, Mn⁺², Fe⁺², Fe⁺³, H⁺, Al⁺³, Li⁺, Sr⁺², Сs⁺.

Закономерности поглощения:

• эквивалентность обмена;

• энергия поглощения возрастает с увеличением валентности иона Na⁺ < NH₄⁺ < K⁺ < Mg⁺² < Ca⁺² < Al⁺³ < Fe⁺³;

• катион Н⁺ в 4 раза сильнее поглощается, чем Са⁺², и в 17 раз сильнее, чем Na⁺;

• внутри рядов ионов одной валентности энергия поглощения возрастает с увеличением атомной массы:

• одновалентные ⁷Li⁺ < ²³Na⁺ < ³⁹K⁺

• двухвалентные ²⁴Mg⁺² < ⁴⁰Ca⁺²

• трехвалентные ²⁷Al⁺³ < ⁵⁶Fe⁺³ ;

• реакции обратимы.

4. Показатели катионной емкости

Емкость катионного обмена (ЕКО) – максимальное количество катионов, удерживаемое почвой в обменном состоянии. Выражается в м-экв на 100 г почвы. Оценка ЕКО: <10 – низкая, 10-20 – средняя, 20-40 – высокая, >40 – очень высокая.

Сумма обменных оснований (S) – общее содержание всех обменныз катионов, кроме Н⁺ и Al⁺³. Измеряется в м-экв на 100 г почвы.

Степень насыщенности основаниями (V) – доля катионов-оснований от ЕКО, %. По этому показателю различают почвы насыщенные основаниями (V = 100%) и ненасыщенные основаниями (V < 100%). По величине степени насыщенности почвы основаниями определяют нуждаемость в известковании: <50% - сильная нуждаемость, 55-70% - средняя, 70-80% - слабая, >80% - почва не нуждается в известковании.

На количественные значения показателей катионной емкости влияют минералогический, гранулометрический состав, содержание гумуса.

5. Состав обменных катионов в разных почвах

Состав обменных катионов зависит от типа почвообразования, состава почвообразующих пород, иногда от состава грунтовых вод. Различные почвы характеризуются неодинаковым количеством и составом обменных катионов (табл. 32). В тундровых, подзолистых, бурых лесных почвах, красноземах преобладают Al⁺³ и H⁺, отчасти Са⁺². В черноземах, каштановых почвах, солончаках, солонцах, сероземах главную роль играют Са⁺², Mg⁺², отчасти Na⁺.

Таблица 32.