6 Вбирна здатність, кислотність і лужність ґрунтів

6.1 Вбирна здатність ґрунтів та її типи

Здатність твердої фази ґрунту вбирати тверді, рідкі й газоподібні речовини називають вбирною здатністю. Ґрунт вбирає речовини з ґрунтового розчину і ґрунтового повітря.

Залежно від природи вбирання відомий ґрунтознавець К.К. Гедройц виділив такі типи вбирної здатності: механічну, фізичну, фізико-хімічну, хімічну та біологічну.

Механічна вбирна здатність – це здатність ґрунту як пористого тіла затримувати частки, розмір яких більший за діаметр капілярів і пор. Механічне вбирання відбувається під час фільтрації води крізь ґрунт.

Фізична або молекулярно-сорбційна вбирна здатність – це здатність ґрунту поглинати цілі молекули речовин завдяки електростатичному притяганню. Прикладом фізичного вбирання є адсорбція ґрунтом молекул води. Вода, увібрана колоїдами ґрунту, називається гігроскопічною. Молекулярною адсорбцією можна також пояснити опріснення солоної води під час пропускання її через ґрунт.

Фізико-хімічна ( обмінна ) або іонно-сорбційна вбирна здатність – це здатність ґрунту вбирати на поверхні колоїдних часток іони і обмінювати їх на еквівалентну кількість іонів ґрунтового розчину.

Хімічна вбирна здатність – це здатність ґрунту нагромаджувати нерозчинні у воді або ґрунтовому розчині сполуки, які випадають в осад. Катіони і аніони, які надходять у ґрунт з атмосферними опадами, добривами, взаємодіють із солями ґрунтового розчину. У результаті утворюються нерозчинні або важкорозчинні сполуки.

Біологічна вбирна здатність – це здатність ґрунту нагромаджувати зольні елементи і азот у результаті життєдіяльності рослин та мікроорганізмів. Після відмирання організмів засвоєні ними хімічні елементи акумулюються у верхньому шарі ґрунту у складі органічних речовин.

Біологічним шляхом поглинаються всі елементи, необхідні для живлення рослин або мікроорганізмів – K, P, S, Ca та ін. Проте особливо велика роль біологічного вбирання у поглинанні нітратів, які хімічним або будь-яким іншим способом не затримуються в ґрунті.

Таким чином, вбирна здатність ґрунту належить до однієї із найважливіших його властивостей, оскільки вона бере участь у процесах ґрунтоутворення і встановлення родючості. Вбирна здатність регулює поживний режим ґрунту, обумовлює нагромадження багатьох елементів живлення рослин і мікроорганізмів.

6.2 Ґрунтові колоїди і ґрунтовий вбирний комплекс

Засновник і перший директор Науково-дослідного інституту ґрунтознавства та агрохімії О.Н. Соколовський, досліджуючи склад і властивості гумусу, дійшов висновку: “який би не був хімічний склад гумусу, головна його властивість – колоїдність ”.

О.Н. Соколовський поділив гумус ґрунтів на дві групи: активний і пасивний. Зразок ґрунту оброблявся 0,1 н розчином NaCl ; гумус, який перейшов після обробки до розчину, він назвав активним – ця фракція гумусу може рухатися по профілю, покривати структурні відокремлення тоненькою плівкою. Та частина гумусу, яка не переходить (не пептизується) до розчину навіть після дії натрію (розчину NaCl) на ґрунтовий зразок, називається пасивною. Останній вид гумусу має важливе значеня для утворення агрономічно-цінної структури з розміром агрегатів від 0,25 мм до 7-10 мм. Особлива його здатність – забезпечення водостійкості структури, тобто здатності не руйнуватися під дією дощової води. Отже, О.Н. Соколовський обґрунтував роль і значення активного і пасивного гумусу або активних і пасивних колоїдів у житті ґрунту.

Дослідженням вбирної (поглинальної) здатності ґрунтів займався К.К.Гедройц, який розв’язував цю проблему впродовж 1908-1932 рр. Поряд із механічною, хімічною, фізичною і біологічною вбирними здатностями ґрунтів він віділив найголовнішу – фізико-хімічну, яка зв’язана з властивостями ґрунтових колоїдів і залежить від їх речовинного складу.

Значну роль у фізико-хімічних процесах, що відбуваються в ґрунті, відіграє тонкодисперсна частина ґрунту (частинки розміром менше 0,001 мм). Найдрібніші частинки ґрунту (розміром менші за 0,0001 мм) називають ґрунтовими колоїдами. Цей термін введений англійським вченим Томасом Гремом. На основі досліджень К.К. Гедройца і О.Н.Соколовського речовинний склад ґрунтових колоїдів може бути органічним, мінеральним і органо-мінеральним. Склад і кількісне співвідношення цих колоїдів у ґрунті залежить від характеру ґрунтоутворюючих порід і типу ґрунтоутвореня.

Колоїди – це двофазна система, яка складається з дисперсної фази (колоїдні частки) та дисперсного середовища ( ґрунтовий розчин ).

Незалежно від походження колоїди несуть на своїй поверхні заряд. Уламки більшості глинистих мінералів мають кристалічну структуру. Всередині даного уламку енергетичні зв’язки між іонами чи атомами взаємно врівноважені, а на поверхні – вони частково ненасичені. Поверхневі іони кристалічної решітки діють на вільні іони ґрунтового розчину – відштовхують однойменні заряди або притягують іони з протилежним знаком. Явище притягання іонів колоїдною часткою називають сорбцією (лат. Sorbere – вбирання).

Сила сорбції окремого колоїду незначна. Проте при подрібненні уламків, коли різко зростає питома поверхня часток даної маси, сумарний ефект дії поверхневих іонів стає значним.

Якщо колоїдні частки знаходяться в розчині і взаємодіють з його іонами, то вони набувають певної будови.

Швейцарський вчений ґрунтознавець Г. Вігнер запропонував колоїдну частку називати колоїдною міцелою. Основою колоїдної міцели є ядро, яке являє собою складну сполуку аморфної або кристалічної будови різного хімічного складу.

На поверхні ядра розташований шар іонів, який визначає потенціал частки. Ядро міцели з шаром іонів називають гранулою. Між гранулою і розчином, що оточує колоїд, виникає електричний потенціал, завдяки якому з розчину вбираються іони з протилежним зарядом. Так формується шар компенсуючих іонів. Таким чином, навколо ядра міцели утворюється подвійний електронний шар.

Іони компенсуючого шару, в свою чергу, розташовані навколо гранули двома шарами. Внутрішній – нерухомий шар, іони якого міцно утримуються на поверхні гранули. Гранулу разом з нерухомим шаром називають колоїдною часткою. Зовнішній шар компенсуючих іонів називають дифузним. Іони цього шару можуть еквівалентно обмінюватись на іони ґрунтового розчину.

Сукупність мінеральних, органічних і органо-мінеральних колоїдів називають колоїдним або ґрунтовим вбирним комплексом (ГВК).

Ґрунтові колоїди утворюються в процесі вивітрювання гірських порід і ґрунтоутворення в результаті подрібнення крупних часток або шляхом з’єднання молекулярно подрібнених речовин. Їх стан підпорядкований законам фізичної і колоїдної хімії. В ґрунтових колоїдних розчинах вони становлять дисперсну фазу, де дисперсним середовищем є вода. Між дисперсною фазою і дисперсним середовищем постійно відбуваються процеси взаємодії, існує динамічна рівновага.

Фізичні властивості ґрунту і його родючість залежить від складу ГВК і кількості увібраних іонів. Здебільшого в ґрунтах містяться мінеральні колоїди груп монтморилоніту і каолініту, органічні колоїди представлені гуміновими кислотами.