Питання для самоконтролю
Дайте поняття «грунтові колоїди», опишіть їх речовинний склад, будову колоїдної міцели.
Охарактеризуйте основні властивості грунтових колоїдів.
Охарактеризуйте фізичний стан грунтових колоїдів (пептизація, коагуляція).
Що називається поглинальною здатністю грунту? Її види.
Дайте поняття грунтовий поглинальний комплекс, його характеристики.
Обґрунтуйте екологічне значення поглинальної здатності грунту.
Тема 2.5 Рідка і газова фази грунту
2.5.1 Стан і форми води в грунті
Вода в природі виконує дві функції: забезпечує багато фізичних і хімічних процесів; є потужною транспортною геохімічною системою, яка сприяє переміщенню речовин в просторі.
Стан і форми води, закони її переміщення та доступності для рослин, водоспоживання рослинами, водно-фізичні властивості та водний режим грунтів вивчали Г.М. Висоцький (1899), О.А. Роде (1965), Н.А. Качинський (1970) та інші.
Головним джерелом грунтової вологи є атмосферні опади. Кількість опадів залежить від клімату. Кількість вологи, що просочується у грунт і затримується в ньому, залежить від механічного складу і структури верхніх горизонтів. Іншим джерелом води в грунті є волога (пара) приґрунтових шарів атмосфери. Третє джерело – грунтові води (не глибше 5-7 м від поверхні грунту).
Існують три категорії вологи у грунті: пароподібна, зв’язана, вільна.
Пароподібною називається волога, яка знаходиться в грунтовому повітрі у вигляді водяної пари. Вона утримується у грунті в невеликій кількості й вільно пересувається від місць з більшою пружністю до місць з меншою пружністю. Поглинена поверхнею твердих частинок, переходить у зв’язану воду.
Зв’язаною називається вода, яку поглинули поверхні твердих частинок. Вода розділяється на гігроскопічну і плівкову.
Гігроскопічна вода утворює плівку безпосередньо на поверхні твердих частинок і дуже міцно пов’язана з грунтом силами молекулярного тяжіння. Кількість гігроскопічної води залежить від вмісту тонких органічних і мінеральних частинок, здатних утворювати навколо себе плівку.
Плівковою водою називається вода, яка розташовується поверх плівки гігроскопічної води і також утримується силами молекулярного тяжіння частинок.
Вільною називається вода, яка знаходиться в капілярах грунту. В залежності від характеру попадання води в грунт розрізняють капілярно-підвішену та капілярно-підперту воду.
Окрім перерахованих форм води, розрізняють ще одну форму вільної води – гравітаційну воду. Це вода, яка не може утримуватись в грунті й вільно рухається по порам під дією сили тяжіння. Це нестійка форма води й існує вона деякий час безпосередньо після випадіння опадів.
Рослини поглинають тільки вільну воду (продуктивний запас), інші види води не мають великого значення для живлення рослин. Сумарна кількість гігроскопічної й плівкової води складають мертвий запас (непродуктивна волога).
2.5.2 Грунтовий розчин
Грунтовий розчин – це рідка фаза грунтів, яка містить грунтову воду, розчинені в ній солі, органічні та органо-мінеральні сполуки, гази, колоїдні золі.
В.І. Вернадський вважав грунтові розчини «головним субстратом життя», «головним механізмом біосфери».
Джерелами грунтових розчинів є:
атмосферні опади;
грунтові води;
зрошувальні (поливні) води.
Склад грунтових розчинів залежить від:
кількості і якості атмосферних опадів;
складу твердої фази грунту;
кількості та якості органічної речовини рослинного походження;
життєдіяльності рослин.
Грунтові розчини характеризуються такими показниками: реакцією, концентрацією, осмотичним потенціалом.
Наявність у грунтовому розчині вільних кислот і лугів визначає актуальну реакцію грунтового розчину.
Реакція грунтового розчину визначається активністю вільних водневих (Н+) і гідроксильних (ОН-)іонів і вимірюється показником рН – від’ємним логарифмом концентрації іонів водню.
рН грунтових розчинів змінюється від 2.5 (кислі сульфатні грунти) до 8-9 і вище (карбонатні засолені грунти), у солонцях і содових солончаках до 10-11.
Головним джерелом кислотності грунту є фульвокислоти, що утворюються в результаті розкладу залишків рослин. Тому умови, що сприяють утворенню фульвокислот, будуть збільшувати і кислотність грунту. В природних умовах велика кількість фульвокислот утворюється під час розкладу хвої або моху, тому величина кислотності у грунтах хвойних лісів завжди вища, ніж у грунтах інших лісів, або лук. В зораних грунтах велика кількість фульвокислот синтезується тоді, коли розклад рослинних залишків відбувається в умовах надлишкового зволоження. Ефективним джерелом грунтової кислотності в умовах сільськогосподарського виробництва є мінеральні добрива КСl, (NH4)2 ←SO4 та інші. Суттєвим джерелом кислотності в грунті є також вуглекислота, яка утворюється під час розчину СО2 у воді. В деяких випадках під час вивітрювання гірських порід і мінералів можуть з’являтися й сильні мінеральні кислоти – сірчана та соляна.
Підвищена кислотність грунту пригноблює або повністю пригнічує діяльність корисних мікроорганізмів. Внаслідок цього режим живлення грунту погіршується, відбувається закупорювання судин в кореневих волосках та уповільнюється доступ елементів живлення з грунтового розчину до рослин.
Основною мірою боротьби з надлишковою кислотністю є вапнування грунту.
Лужна реакція грунту відбувається при взаємодії поглиненого Na з вугільною кислотою або вуглекислими солями.
Солі, що утворились лужні.
Під впливом Na в зволоженому грунті відбувається пептизація органічних і мінеральних колоїдів. Луга розчиняє мінерали. Це приводить до руйнування колоїдної частини, структури і різкого погіршення фізичних властивостей.
Для ліквідації лужності проводять гіпсування грунту.
В залежності від величини рН грунти ділять на:
сильнокислі рН < 4.5
кислі рН = 4.5 – 5.5
слабокислі рН = 5.5 – 6.0
нейтральні рН = 6.1 – 7.0
лужні рН = 7.1 – 8.0
сильнолужні рН > 8.1
Концентрація грунтових розчинів невелика й коливається від десятків міліграмів до декількох грамів речовини на 1 л у різних типах грунтів:
у підзолистих – декілька десятків міліграм;
у грунтах вологих субтропіків (жовтоземи, червоноземи) – теж декілька міліграмів;
чорноземи, солонці – 1-3 г/л і більше.
Динаміка концентрації грунтового розчину пов’язана зі змінами
температури і вологості грунту, інтенсивності діяльності мікрофлори, мікрофауни грунтів, метаболізму вищих рослин, процесів розкладу органічних решток. Ці зміни визначають добову і сезонну динаміку концентрації грунтового розчину. Для більшості грунтів характерне поступове збільшення концентрації від весни до літа. В період осіньо-зимових дощів атмосферні опади розбавляють грунтовий розчин, концентрація знижується.
Дуже важливо те, що грунтові розчини – безпосереднє джерело живлення рослин. Склад речовини грунтового розчину визначає його осмотичний тиск, який зростає з підвищенням концентрації розчину. В різних типах грунтів осмотичний тиск може коливатися від 1-3 до 10-20 атмосфер. Рослини можуть споживати воду і поживні речовини за умови, коли осмотичний тиск розчину нижче осмотичного тиску клітинного соку кореневої системи рослини. За умови, коли осмотичний тиск розчину збільшується, рослини не можуть споживати воду і поживні речовини, що є загрозою її існування.
Людина в процесі сільськогосподарського використання грунтів регулює склад грунтового розчину шляхом зрошення і осушення, внесення добрив, тощо.
Грунтові розчини, як і грунти в цілому, володіють буферністю, яка виконує надважливу екологічну функцію.
Буферність грунтів – це здатність протистояти різкій зміні реакції середовища при надходженні кислих чи лужних речовин.
В більш широкому розумінні буферність – це здатність едафотопу зберігати свою організацію.