11 Почвеные коллоиды

Почва – верхний плодородный слой земли. Плодородие – это совокупность свойств, которые влияют на интенсивность развития растений. Самым важным свойством почвы является способность ее удерживать питательные вещества и отдавать их растениям по мере реобхдимости. Это свойство почвы называется поглощающейспо собностью. Материальрым носителем поглощающей способностью является почиенный поглощающий комплекс (ППК). ППК – это совокупность минеральных, органических и органоминеральных компонентов почвы, частицы которой имеют спообность адсорбировать ионов из почвенного раствора. Способность почвы адсорбировать ионы обусловлена наличием в ней высокодисперсных коллоидных частиц (0,01…1 мкм). Более крупные частицы почвы практически не участвуют в процессе поглощения.

Содержание коллоидных частиц в различных почвах разное:

- в тяжелых глинистых почвах до 50%;

- в суглинистых почвах до 30%;

- в песчаных почвах до 3%

В каждой коллоидной системе имеется дисперсная фаза и дисперсионная среда. В почвах дисперсная фаза представлена приведенными выше твердыми коллоидными частицами различного состава, а дисперсионная среда – почвенным рствором.

11.1 Состав почвенных коллоидов

По своей природе почвенные коллоиды делятся на минеральные, органические и на органоминеральные (комплексные).

Минеральная часть состоит из вторичных глинистых минералов алюмосиликатов (каолинита, гидрослюды, монтмориллонита и другие). Она составляет большую часть почвенных коллоидов и образуется путем выветривания горных пород.

Органические почвенные коллоиды в основном образуются в результате окислительного и гидролитическрго разложения остатков растений (листья, стебли, корни и др.). Они представлены гумусовыми веществами.

Органоминеральная часть почвенных коллоидов представляют собой продукты взаимодействия гумусовых веществ с глинистыми минералами, катионами металлов и другие.

11.2 Строение и заряд частиц почвенных коллоидов

Поглощающая способность почвы в большинстве случаях зависит от наличия заряда на частицах почвенных коллоидов. По знаку заряда почвенные коллоиды делятся на две группы:

1. ацидоиды с отрицательно заряженными частицами;

2. базоиды с положительно заряженными частицами..

Базоиды встречаются, в основном, в зоне тропического климата и представлены ферралитными почвами.

Минеральные почвенные коллоиды. Возникновение отрицательного заряда на частицах минеральных почвенных коллоидов можно объяснить исходя из строения частиц. Они преимущественно состоят из алюмосиликатов, имеющих кристаллическое строение. Кристаллы их имеют слоистое строение, то есть, образованы из чередующихся слоев оксида алюминия (Al₂O₃)_m и оксида кремния (SiO₂)_n (рисунок 15).

Отрицательный заряд в кристаллах алюмосиликатов возникает в результате изоморфного замещения катионов Аl³⁺ на Мg²⁺ в слое (Аl₂O₃)_m и катионов Si⁴⁺ на Аl³⁺ в слое (SiO₂)_n в процессе кристаллизации минерала в момент его образования.

На рисунке 15а показано строение кристалла минерала каолинита. Он относится к слоистым минералам типа 1:1, то есть элементарный пакет состоит из одного слоя оксида алюминия и из одного слоя оксида кремния. В пакете слои связаны друг с другом химическими связями через атомы кислорода. Атом кислорода с одной стороны связан с атомом алюминия слоя (Аl₂O₃)_m , а с другой стороны – c атомом кремния слоя (SiO₂)_n. Элементарные пакеты взаимодействуют друг с другом с помощью водородных связей. Из-за водородных связей при взаимодействии кристалла каолинита с водой молекулы Н₂О не могут проникнуть в межпакетное пространство. Поэтому каолинит относится к ненабухающим минералам.

а б

Рисунок 15 Строение кристалла каолинита (а) и его схематическое изображение (б)

Гидрослюда и монтмориллонит относятся к минералам типа 2:1. Элементарные пакеты их кристаллов состоят из двух слоев оксида кремния и расположенного между ними одного слоя оксида алюминия. В межпакетном пространстве гидрослюды находятся катионы калия К ⁺, которые удерживают друг у друга соседние отрицательно заряженные элементарные пакеты. Так как катион калия гидратируется слабо, то в межпакетное пространство гидрослюды проникает небольшое количество молекул воды, что приводит к незначительному увеличению межпакетного расстояния. Поэтому гидрослюда относится к слабонабухающим минералам. У монтмориллонита в межпакетное пространство входят хорошо гидратируемые ионы типа Na⁺. При контакте с водой молекулы Н₂О входят в межпакетное пространство, отодвигая элементарные пакеты друг от друга. По этой причине монтмориллонит является хорошо набухающим глинистым минералом.

Органические почвенные коллоиды. Частицы их образуются в результате разложения растительных остатков в результате реакций окисления и гидролиза. Они содержат в своем составе множество карбоксильных (-СООН) и фнольных групп (-ОН). В результате электролитической диссоциации этих групп органические почвенные коллоиды также заряжены отрицательно.