Катионообменная способность почв. Селективность катионного обмена.

Катионообменная способность - это свойство почвы обменивать некоторую часть катионов, содержащихся в твердой фазе, на эквивалентное количество катионов, находящихся в соприкасающемся с ней растворе. Обменные катионы в почвах представлены главным образом химическими элементами 1-й и 2-й группы периодической системы Д.И. Менделеева. Кроме этого, в катионном обмене участвуют микроэлементы: Zn²⁺, Cu²⁺, Mn²⁺ и другие, а в кислых почвах - ионы Н⁺ и Al³⁺. Катионный обмен наиболее подробно изучен для катионов Ca⁺², Mg⁺², K⁺, Na⁺.

Катионообменная способность относится к числу фундаментальных свойств почв и ее значение можно охарактеризовать следующими положениями:

1. От состава обменных катионов зависит пептизируемость и агрегированность почв. Одновалентные катионы (в основном Na) вызывают пептизацию почвенных коллоидов, что приводит к ухудшению физических свойств почв. Двухвалентные катионы (Ca⁺², Mg⁺²) вызывают коагуляцию почвенных коллоидов, повышают степень агрегированности, способствуют формированию водопрочной структуры, что способствует улучшению свойств почвы.

2. В зависимости от состава обменных катионов реакции в почве между твердой частью и органическим веществом протекают по-разному, идет образование органо-минеральных соединений.

3. Реакции между обменными катионами и катионами почвенного раствора регулируют кислотности почвы (рН) и его солевой состав. Являются основным механизмом, определяющим кислотно-основные и буферные свойства почв.

4. Обменные катионы – источник элементов питания для растений.

5. Состав обменных катионов – важнейший диагностический признак для классификации и диагностики почв.

6. Законы катионного обмена являются теоретической основой для некоторых видов химической мелиорации (известкование и гипсование) почв.

Катионообменная способность почв характеризуется следующими показателями: 1) почвенным поглощающим комплексом (ППК), 2) емкостью катионного обмена (ЕКО) с подразделением на виды: специфическая и неспецифическая адсорбция. Для характеристики катионообменной способности почв выделяют также ряд понятий, таких как адсорбционные центры, обменные катионы, обменные основания, константа ионного обмена, коэффициент селективности и другие показатели.

Катионный обмен является обратимым процессом обмена ионами между двумя контактирующими фазами. Поглощающий комплекс почвы отдает в раствор катионы, а в обмен берет из раствора в эквивалентных количествах другие катионы. В общем виде реакцию катионного обмена можно представить следующим образом:

где: ППК – почвенный поглощающий комплекс.

Почвенный поглощающий комплекс – совокупность минеральных, органических и органоминеральных компонентов твердой фазы почвы, обладающих ионообменной способностью. При этом не все составляющие твердой фазы почв обладают обменной способностью. Проявление катионообменной способности почв зависит от минералогического состава, размеров и химических особенностей почвенных частиц. В обменных процессах практически не участвуют такие минералы, как кварц. Очень слабо эти процессы проходят в гранулометрических фракциях крупнее 2 мкм. Основные процессы обмена катионов происходят с участием илистой фракции почв.

В состав почвенного поглощающего комплекса также входят обменные катионы и основания. Обменные катионы – это катионы, входящие в состав почвенного поглощающего комплекса, которые могут быть замещены другими катионами из почвенного раствора. Термин ''обменные основания'' включает только обменные катионы: Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, Na⁺, в то время как в состав обменных катионов входят еще и H⁺, Al³⁺ и др.

Важнейшей характеристикой почв является емкость катионного обмена (ЕКО). Емкость катионного обмена – общее количество катионов одного рода, удерживаемых почвой в обменном состоянии при стандартных условиях, и способных к обмену на катионы взаимодействующего с почвой раствора.