Поглотительная способность почв.

Поглотительная способность – это явление поглощения и удержания почвой веществ, растворенных в почвенном растворе, а также в виде коллоидных частиц, газов и паров. Поглотительная способность почвы зависит от ее гранулометрического состава, структурных свойств, содержащихся в ней химических соединений и живых организмов. Наиболее основательно проблемы поглотительной способности почв изучены академиком К.К. Гейдройцем. Под поглотительной способностью он понимал способность почв задерживать соединения или их части, находящиеся в растворенном состоянии, а также коллоидально распыленные частицы минерального и органического вещества, живые микроорганизмы и грубые суспензии.

Виды поглотительной способности.

Поглощение почвой веществ, которые соприкасаются с ней, происходит в результате целого ряда процессов: физических, химических, физико-химических и биологических. В зависимости от происходящего процесса различают механическую, физическую, химическую, физико-химическую и биологическую поглотительные способности. При этом физическое и физико-химическое поглощение связано с коллоидными частями почвы, остальные виды поглотительной способности обусловлены другими причинами.

Механическая поглотительная способность – свойство почвы задерживать взмученные частицы, содержащиеся в фильтрующейся через нее воде, размер которых крупнее почвенных пор. Эти частицы могут поступать в почву извне или образовываться в почве при ее увлажнении водой. Эта способность почвы зависит от ее механического состава и структурных свойств. Чем тяжелее по гранулометрическому составу почва и мельче пронизывающие ее поры, тем лучшей задерживающей способностью обладает эта почва. Суглинистые и глинистые почвы обладают большей сорбционной способностью, чем песчаные или каменистые почвы. По мере увеличения гумуса механическая поглотительная способность почв увеличивается.

Физическая поглотительная способность (молекулярная адсорбция) – это увеличение или уменьшение концентраций молекул растворенного вещества в пограничном слое раствора, который окружает почвенные коллоиды. Она связана со свойством почвы поглощать из почвенного раствора молекулы электролитов, газов, а также продуктов гидролиза слабых кислот и оснований. Возникает вследствие того, что на границе соприкосновения почвенных частиц и почвенного раствора появляется свободная поверхностная энергия, величина которой тем больше, чем выше степень раздробленности твердого вещества и больше удельная поверхность частиц. Она вызывает притяжение или отталкивание поверхностью частиц целых молекул, а также основных продуктов гидролитического расщепления солей слабых кислот и сильных оснований. При этом происходит чисто физическое поглощение почвой целых молекул без качественного их изменения.

Вследствие этого процесса некоторая часть растворимых соединений поглощается и закрепляется почвой. Поглощение, при котором молекулы вещества притягиваются из раствора твердыми почвенными частичками и концентрируются у самой их поверхности, называется положительной адсорбцией. При этом на границе раздела дисперсионной частицы и среды появляется повышенная концентрация молекул по сравнению с остальной средой. Положительная адсорбция характерна для органических кислот, спиртов, алкалоидов. В почве имеет место также отрицательная адсорбция, когда растворенные в воде вещества поглощаются почвой слабо или не поглощаются вообще. При этом на границе раздела дисперсионной фазы и среды появляется более низкая концентрация по сравнению с остальным раствором. К таким веществам относятся хлориды и нитраты. Вследствие низкого поглощения они легко мигрируют по почвенному профилю и выносятся из почвы с водой.

- физико-химическая (обменная) поглотительная способность – свойство обменивать некоторую часть содержащихся в твердых фазах почвы катионов на эквивалентное количество катионов, находящихся в почвенном растворе. Сущность этого процесса заключается в том, что соли и кислоты, присутствующие в почвенном растворе, в значительной степени диссоциированы на катионы и анионы. При этом каждый катион диссоциированной молекулы несет положительный заряд, каждый анион – отрицательный. Молекулы NaCl распадаются на Na⁺ и Cl^–, КCl на К⁺ и Cl^–, НCl на Н⁺ и Cl^–. При взаимодействии твердой фазы почвы с почвенным раствором почвенные коллоиды, заряженные в большинстве случаев отрицательно, поглощают положительно заряженные ионы – катионы. Поглощенные катионы удерживаются на поверхности почвенных частиц весьма прочно и могут быть вытеснены обратно в раствор только другими катионами. Вследствие этого, процесс поглощения ионов из раствора является процессом обмена катионов на поверхности коллоидов. При этом, реакция обмена катионов является обратимой. Любой поглощенный почвой катион при соответствующих условиях может снова перейти в раствор:

Изучая физико-химическую поглотительную способность почв, К.К.Гедройц установил следующие основные законы: 1) катионный обмен между почвой и раствором происходит в эквивалентных отношениях; 2) обмен катионов происходит очень быстро, почти мгновенно; 3) реакция обмена обратима.

Химическая поглотительная способность – это способность почвы закреплять поступающие в раствор ионы в форме труднорастворимых или нерастворимых соединений, которые выпадают в осадок и примешиваются к твердой фазе почвы.

Закрепление ионов в результате химического поглощения происходит в том случае, когда в почвенном растворе содержится растворенная соль. Она способна вступать в химические реакции с ионами и образовывать нерастворимые или малорастворимые соединения, которые будут удерживаться в почве от вымывания.

Например, химическая реакция между находящимися в почвенном растворе легкорастворимыми солями Na₃PO₄ и CaCl₂ дает нерастворимые соединения, прочно удерживаемые почвой.

Примером этого может служить также уравнение:

Однако не все растворимые минеральные соединения могут химически поглощаться почвами. К этой категории относятся вещества, которые при взаимодействии с другими соединениями не дают нерастворимых или труднорастворимых образований.

Биологическая поглотительная способность – это поглощение и закрепление в телах живых организмов различных веществ из почвенного раствора. Минеральные соли, находящиеся в почве или поступившие туда из вне в виде удобрений, используются микроорганизмами и растениями, что предохраняет их от вымывания. После отмирания организмов эти соединения как бы поглощаются почвой и могут быть использованы повторно. Кроме этого, корневые системы и микроорганизмы выделяют СО₂ и другие органические кислоты, которые растворяют нерастворимые в воде минералы и химические соединения. Особенностью этого поглощения является избирательность усвоения из растворов важнейших для организма веществ. При этом необходимые для организма вещества могут иметь минимальные концентрации по сравнению с другими соединениями. Поэтому в верхних горизонтах почв вместе с гумусом аккумулируется целый ряд химических элементов (азот, фосфор, кальций и др.), которые являются обязательными составляющими живой субстанции.