7.5. Лужність грунтів та її форми

Лужна реакція грунтових розчинів і водних витяжок може бути зумовлена різними за складом сполуками:

1) карбонатами і гідрокарбонатами лужних і лужноземельних елементів, силікатами, алюмінатами, гуматами натрію, Na₂СО₃, К,СО₃, СаСО₃,MgСО₃, -COONa;

2) згідно з теорією кислот і основ, лужна реакція може бути зумовлена аніонами слабких кислот, які переходять із твердої фази грунтів у грунтові розчини й водні витяжки і можуть виявляти основні властивості.

Визначальним моментом у створенні лужної реакції є присутність у грунті гідролітично-лужних солей слабких кислот і основ: карбонатів натрію і калію, гідрокарбонатів натрію і калію, карбонатів кальцію і магнію, гідрокарбонату кальцію і магнію. Так само себе ведуть гумати і фульвати лугів.

За аналогією з кислотністю, розрізняють актуальну (активну) іпотенційну лужності грунту.

Актуальна лужність зумовлена наявністю у грунтовому розчині гідролітично лужних солей, при дисоціації яких утворюється гідроксильний іон (ОН):

При характеристиці актуальної лужності природних вод і грунтових розчинів розрізняють загальну лужність, лужність від нормальних карбонатів і лужність від гідрокарбонатів. Ці види лужності розрізняють по граничних значеннях рН. Лужність грунту визначають шляхом титрування водної витяжки або грунтового розчину кислотою у присутності різних індикаторів і виражають у міліграм-еквівалентах на 100 г грунту .

Загальна лужність визначається титруванням за індикатором метилоранжем.Лужність від нормальних карбонатів є результатом обмінних реакцій в грунтах, які вміщують натрій. Вона проявляється також у результаті життєдіяльності сульфат-редукуючих бактерій, які відновлюють в анаеробних умовах і в присутності органічної речовини солі натрію з утворенням соди. Визначається вона титруванням у присутності фенолфталеїну.

Потенційна лужність проявляється у грунтах, що містять натрій. При взаємодії грунту з вуглекислотою поглинутий натрій у ГПК заміщується воднем і з'являється сода, яка підлуговує розчин:

Дуже лужна реакція несприятлива для більшості рослин. Висока лужність зумовлює низьку родючість багатьох грунтів, несприятливі фізичні та хімічні їх властивості. При рН біля 9-10 грунти відзначаються великою в'язкістю, липкістю, водонепроникністю у вологому стані, значною твердістю, зцементованістю і безструктурністю у сухому стані.

Для хімічної меліорації лужних грунтів необхідно замінити обмінний натрій на кальцій і нейтралізувати вільну соду:

Хімічна меліорація лужних грунтів відбувається шляхом внесення гіпсу, нітратів кальцію або матеріалів, які містять гіпс, сірчаної кислоти, сульфату заліза, піритових огарків або сірки. Сірка, окислюючись до сірчаної кислоти, взаємодіє з карбонатом кальцію грунтів, утворюючи сірчанокислий кальцій, який діє на соду і поглинутий натрій. Меліорація злісних содових солончаків проводиться методом кислування сірчаною кислотою з подальшими промиваннями при штучному дренажі.

7.6. Окисно-відновний режим грунтів

Грунт – це складна окисно-відновна (ОВ) система. В ньому проходять реакції окиснення й відновлення. Під окисненням розуміють: приєднання кисню, віддачу водню, віддачу електрона. В грунті існує багато окисно-відновних систем. Вони бувають:

а) зворотними (в яких у процесі зміни ОВ режиму не змінюється сумарний запас компонентів): Fe³⁺ —»Fe²⁺;Mn⁴⁺—»Mn²⁺;

б) незворотними (в процесі зміни ОВ режиму втрачається ряд речовин у вигляді газів, осаду): NO₃^- —»NО₂ —»N₂

Більша частина цих реакцій пов'язана з мікробіологічними процесами, має біохімічну природу. Головним окиснювачем у грунті є молекулярний кисень грунтового повітря й розчину.

Основними характеристиками інтенсивності та напрямку ОВ процесів у грунті є:

1. Окисно-відновний потенціал (ОВП) – відображає сумарний ефект ОВ системи грунту в даний момент, різниця потенціалів, яка виникає між грунтовим розчином і електродом із інертного металу (платини), поміщеного в грунт:

де [Ox],[Red] – концентрація окиснювачів і відновлювачів у даній системі;R– універсальна газова постійна, Дж/(моль-К); Т – абсолютна температура, К ;F– число Фарадея, Кл; п – число зарядів, що переносяться іоном; Ео – нормальний потенціал, коли [Ox]:[Red]=l.

2.ОВП по відношенню до водню називається Eh.

Ehколивається від 100 до 800 мВ, інколи стає від'ємним. Його оптимальні значення – від 200 до 750 мВ. Якщо показники вищі, спостерігається аеробіозис в грунті (при цьому відчувається нестача заліза, марганцю, пригнічуються рослини, у них проявляється хвороба – хлороз). При зменшенніEhдо 200 і нижче розвиваються анаеробні процеси, втрачаються нітрати, появляються сірководень, метан, збільшується концентрація закисного заліза, відчувається дефіцит фосфору тощо.

3. Оскільки ОВП в певній мірі пов'язаний з рН, то для одержання порівняльних даних в середовищах з різною кислотністю Кларк запропонував використовувати показник rH₂:rH₂=Eh/30+2pH. ЯкщоrН₂ більше 27 – в грунті переважає окиснення, менше 27 – відновлення.

Залежність ОВП від режиму вологості. Вологість грунту, надлишкове зрошення, погіршення аерації, внесення свіжої органічної речовини призводить до зниження ОВП. ОВП може знизитися з 500-600 до 200-300 мВ, а при затопленні – до -100-200 мВ. Навпаки, при висиханні грунтів, поліпшенні аерації, газообміну потенціал грунту підвищується. З динамікою вологості зв'язана мікробіологічна діяльність, розкладання органічної речовини. Опади забезпечують надходження у грунт 0₂і ОВП не змінюється. Утворення кірки на поверхні спричиняє погіршення аерації і зниження ОВП. Зниження пористості аерації до 10% порушує надходження кисню до грунту і призводить до зниження ОВП. Вміст у грунтовому повітрі СО₂зумовлює виникнення у грунті відновних умов. Температурний режим опосередковано впливає і на зміну ОВП, і на мікроорганізми, утворюючи відповідні продукти їх життєдіяльності.

Роль ОВ процесів у грунтоутворенні і родючості грунтів. ОВ процеси зв'язані з процесами перетворення рослинних решток, накопичення гумусу. Надлишкове зволоження уповільнює розклад органічної речовини, утворюються фульвокислоти. При змінах зволоження і висушування, відновлення й окиснення виникають процеси розкладу органічної речовини, решток; дегуміфікації.

ОВ-режим впливає на співвідношення у грунті елементів з різним ступенем окиснення. При відновленні сполук заліза і марганцю підвищується їх розчинність, рухомість, вони мігрують по профілю.

За характером ОВ-режиму грунти поділяються на групи:

- грунти з абсолютним пануванням окиснювальної обстановки (автоморфні грунти степів, напівпустель, пустель – чорноземи, каштанові, сіро-коричневі, бурі напівпустельні, сіроземи тощо);

- грунти з пануванням окиснювальних умов при можливому прояві відновлювальних процесів в окремі вологі роки або сезони (автоморфні грунти тайгово-лісової зони, вологих субтропіків – підзолисті, дерново-підзолисті, червоноземи, жовтоземи тощо);

- грунти з контрастним ОВ-режимом (напівгідроморфні різновиди підзолистих, дерново-підзолистих, бурих лісових грунтів тощо);

- грунти зі стійким відновлювальним режимом (болотні, гідроморфні солончаки, солоді тощо).

З відновними явищами зв'язаний розвиток у сезонно надлишково зволожених грунтах елювіально-глейового процесу, формування елювіальних горизонтів. При зміні відновних умов на окисні виникають залізо-марганцеві новоутворення: ортштейни, бобовини, плівки і тощо. Поживний режим складається несприятливо як при різко окисних, так і при різко відновних умовах: анаеробіоз призводить до накопичення у грунтах NH₃,CH₄,H,Sі т.п. Головні прийоми регулювання ОВ-умов – оптимізація водно-повітряного режиму грунтів.