Химические свойства почвы; поглотительная способность почв
Выбери формат для чтения
Загружаем конспект в формате pdf
Это займет всего пару минут! А пока ты можешь прочитать работу в формате Word 👇
1
Химические свойства почвы. Поглотительная способность почв. Кислотность и
буферность почвы.
Почва представляет из себя четырехфазную природную систему (твердую,
жидкую, газообразную и живую фазы).
Жидкая и газообразная фазы почвы наиболее изменчивы.
Твердая фаза более инертна, так как состоит из частиц разных размеров – от
крупных (песок, гравий) до мельчайших (илистых и коллоидных). Инертность твердой
фазы обусловлена и тем, что большинство твердых частиц нерастворимы в воде.
Однако, некоторая доля твердой фазы способна принимать участие во многих
быстро протекающих процессах благодаря присущей ей большой удельной поверхности,
которая в свою очередь зависит от размера частиц (дисперсности) Мы уже говорили, что
чем меньше размер частиц, тем больше их суммарная поверхность.
Благодаря содержанию тонкодисперсных частиц и пористости, почва обладает
способностью удерживать те или иные вещества, приходящие с ней в соприкосновение.
Эта доля твердой фазы выделена из общей массы почвы под общим
наименованием почвенного коллоидного комплекса (почвенно - поглощающий комплекс
–ППК). В этот комплекс по своим физико – химическим свойствам включены и
микроорганизмы
Почвенный коллоидный комплекс (ППК), почвенный раствор и почвенный воздух
– являются самыми изменчивыми компонентами почвы.
Создание и развитие учения о почвенных коллоидах, составляющего один из
важнейших разделов почвоведения, связано с именем выдающего советского ученого
академика К.К. Гедройца. Он провел большие и тщательные исследования о
поглотительной способности почв, явления открытого еще в Х1Х веке (Т.Грема -1850,
П.А. Костычев -1886)
Константин Каэтанович Гедройц – сотрудник кафедры почвоведения нашего
университета. Первый получил звание академика наук. Был награжден в 1927 году
Орденом Красного знамени. Гедройц установил огромное влияние всех открытых явлений
на различные свойства почвы. Разработал новые методы исследования коллоидных
свойств почвы, состава обменных катионов и т.д. Он исследовал различные типы почв и
установил, что для каждого типа почв свойственен свой тип состава обменных катионов.
На основе его исследований разработана новая классификация почв на коллоидно –
химических признаках. Разработки Гедройца – это новая эпоха развития докучаевского
почвоведения. Это новое развитие смежных наук – агрохимии, геохимии и т.д.
По словам К.К. Гедройца почва обладает способностью «задерживать те или
другие вещества, приходящие в соприкосновения с ее твердой фазой через
циркулирующие в ней воды»
Гедройц предложил выделить пять видов поглотительной способности почв.
1. Механическая поглотительная способность почв – это способность почвы
поглощать (правильнее задерживать) в своих порах частицы, находящиеся в почвенном
растворе, если размер этих частиц более некоторой величины (с осадками, при помощи
ветра).
2. Физическая поглотительная способность почв – свойство почвы поглощать
целые молекулы растворенных электролитов в почвенной влаге.
3.Физико – химическая (обменная) это способность почвы катионы твердой фазы
обменивать на катионы почвенного раствора, в эквивалентных количествах.
1
2
В этом случае находящиеся в растворе катионы исчезают, а в раствор переходят из
твердой фазы новые катионы
[ППК]MgCaH +5Kl ` [ППК] +CaCl2 +MgCl2 + HCl
`
4. Химическая поглотительная способность анионов растворенных солей,
соединяться с катионами образуют нерастворимые или малорастворимые соли,
выпадающие из раствора в осадок. Химическое поглощение может происходить и тогда,
когда анионы раствора соединяются с ионами, находящимися на поверхности твердых
почвенных частиц
Например, ион фосфорной кислоты «РО4» может поглощаться почвой и с ионами
железа и алюминия находящимися на поверхности твердой фазы, давать фосфаты железа
или алюминия. Фосфатный ион при этом закрепляется на поверхности твердой фазы.
Ионы калия и магния по видимому могут поглощаться необменно, внедряясь в
кристаллическую решетку глинных минералов.
Al(OH)3 +H3PO4 =AlPO4 +3H2O
5. Биологическая поглотительная способность почв (обменная и обладает
избирательностью) – способность микроорганизмов и корней растений поглощать из
почвенного раствора различные вещества.
Например:K, P, Ca – растения поглощают из почвы
CО3, Cl, SO4 – растения выделяют в почву
Микроорганизмам и корням растений свойственна избирательность т.е. они усваивают
различные ионы в том количестве и те ионы, которые нужны им.
Почвенные коллоиды.
В различных почвах содержание коллоидов составляет от 1...2 до 30...40 % массы почвы.
Наибольшее количество коллоидов отмечено в глинистых и суглинистых почвах с
высоким содержанием гумуса, наименьшее — в песчаных и супесчаных почвах,
бедных гумусом.
Строение коллоидной частицы (мицеллы).
На рисунке показано строение коллоидной мицеллы.
Коллоидная частица состоит из:
1.
2.
Ядра- внутренней части каллоиды
двойного электрического слоя ионов состоящего из внутреннего потенциал
определяющего слоя неподвижных ионов, прочно связанных с ядром и внешнего_
компенсирующего слоя ионов имеющих противоположный заряд.
Ядро мицеллы — это внутренняя ее часть, состоящая из недиссоциированных молекул.
Оно может быть аморфным или кристаллическим. На поверхности ядра находится
двойной электрический слой ионов, соприкасающийся с дисперсной средой (почвенным
раствором): внутренний — потенциал определяющий слой неподвижных ионов, прочно
связанных с ядром, и внешний — компенсирующий слой ионов, имеющий
противоположный заряд.
2
3
Роль коллоидов в почве исключительно велика: от содержания коллоидной фракции
зависят связность, водопроницаемость, буферность и другие свойства почвы.
Поглотительная способность почв основана на работе почвенных коллоидов.
Коллоидными свойствами обладают частицы, размер которых меньше 0,0001мм.
Набор таких частиц (сумма) – это и есть почвенно-поглощающий комплекс (ППК)
В глинах ППК больше, чем в песках.
Коллоиды – это двухфазные системы и состоят из дисперсной фазы (масса
коллоидных частиц) и дисперсной среды (почвенный раствор).
Дисперсная фаза-представлена мелкими частицами.
Дисперсная среда – почвенный раствор.
Строение коллоидной частицы.
Почвенная каллоида (мицелла).
Она представляет из себя:
1.Ядро
2.потенциалопределяющий слой
3.– слой коипенсирующих ионов
3I –неподвижный слой
3II – диффузный слой
По заряду коллоиды могут быть:
Ацидоиды - отрицательно заряженные почвенные коллоиды (если слой из
анионов).
Базоиды - положительно заряженные почвенные коллоиды.
Амфолидоиды - почвенные коллоиды способные менять свой заряд в зависимости
от реакции среды .
Абсолютное большинство представлено ацидоидами, то есть отрицательно
заряженные коллоиды, содержащие в диффузном слое катионы
3
4
По происхождению коллоиды могут быть:
Минеральные (в качестве ядра минерал кристалл)
Органические (в качестве ядра бензольное кольцо гумуса)
Органо-минеральные (кристаллы обволакиваются гумусом)
1. Минеральные коллоиды – представлены глинистыми минералами, а также
коллоидными формама кремнезема и полуторных окислов.
Емкость обмена (ЕО мг. экв. на 100 г. почвы) поглощения различных
глинистых минералов зависит от особенности строения кристаллической решетки.
наиболее высокая ЕО - группы монтмориллонита – до 150 мг. экв. на 100 г.
минерала, Они имеют подвижную кристаллическую решетку, способную очень
сильно расширяться.
низкая ЕО - в группе каолинита – до 15 мг. экв. на 100 г. минерала, т.е.
кристаллическая решетка неподвижна.
Все глинистые минералы способны к коагуляции и легко пептизируются.
2. Органические коллоиды – представлены в почве прежде всего
гумусовыми кислотами и их солями (гуматами, фульфатами и алюмо – железисто –
гумусовыми соединениями). Все они легко меняют состояние, пептизируются и
коагулируют. В почве в основном встречаются в виде гелей.
3. Органо-минеральные коллоиды – белковые вещества, представлены в
виде плазмы микроорганизмов –широко распространены в верхних (гумусовых)
горизонтах практически всех почв.
Емкость обменного поглощения катионов глинистых минералов и других
почвенных коллоидов при рН =7
Название
Коллоида
Емкость обмена
Каолинит
Монтмироллонит
Иллит
Вермикулит
Минеральные коллоиды чернозема
Гуминовые кислоты
Органно – минеральные коллоиды
чернозема
3-15
60-150
20-40
65-145
70-90
400-500
150 – 25
мг.экв. на 100 г.
Коагуляция и пептизация.
Коллоиды могут находиться в двух состояниях:
в виде золя – коллоидный раствор
в виде геля – коллоидный осадок.
Коагуляция – это переход коллоида из состояния золя в состояние геля. При
этом коллоиды теряют заряд и происходит их слипание (склеивание) в агрегаты
4
5
Коагуляция вызывается действием электролитов, ионы которых несут
противоположный знак заряда.
По коагулирующей способности ионы следует расположить в следующий
ряд:
-
-катионы – Li ,< Na 8,0).
2 ) Потенциальная кислотность.
Различают две формы потенциальной кислотности:
а) Обменная кислотность
б) Гидролитическая кислотность (ГК)
а) Обменная кислотность – это кислотность твердой фазы почвы, которая
определяется наличием в почвенных коллоидах обменных катионов водорода (Н+) и
алюминия (Аl +3).
7
8
Обменная
кислотность
-
(рНKCl)
обусловлена
не
только
ионами
Н+,
находящимися в почвенном растворе в свободном состоянии, но также ионами Н+ (и Аl3+),
вытесненными из диффузного слоя почвенных коллоидов раствором нейтральной соли
(например, КС1):
проявляется при обработке почвы раствором нейтральных солей(KCL)
[ППК]H+ +КС1=[ППК]K+ +НС1.
б) Гидролитическая кислотность (ГК) относится к потенциальной (скрытой) кислотности
и измеряется количеством ионов водорода (и алюминия), находящихся и в диффузном и в
неподвижном слоях почвенных коллоидов.
при оброботке почвы раствором гидролитическищелочных солкй(уксусно кислым
натрием)- происходит более полное вытеснение водорода:
ППК] H+ +2СН3СОNa= [ППК]Na++2СНзСООН
г)гидролитическую кислотность рассчитать по следующей формуле:
ГК=1,75aN/m x 100, мг-экв на 100 г почвы,
где 1,75—коэффициент неполноты вытеснения ионов Н+ и А13+- при однократной
обработке почвы раствором уксуснокислого натрия; N—нормальность щелочи (указывает
учебный мастер); m—навеска почвы,
Измеряется мг-экв/100г почвы.
Щелочность почв.
Различают актуальную и потенциальную щелочность.
Актуальная щелочность обусловлена наличием в почвенном растворе
гидролитическищелочных солей(Na2CO4, NaHCO3 и др. ,которые при диссоциации
определяют преобразованную концентрацию гидроксил ионов OHПотенциальная щелоцность определяется содержанием в твердой фазе поглощенного
натрия.
Щелочность определяется в мг-экв на100г почвы. Слабощелочные 7,2 – 7,5
Щелочные 7,6 – 8,5
Сильнощелочные>8,5
Щелочность является крайне неблагоприятным свойством, т.к. угнетает развитие
растений.
Избыточную щелочность устраняют гипсованием (внесение гипса , ангидрида).
Вносится гипс поздней осенью или ранней весной, когда в почве есть влага.
Буферность почвы.
Мы уже знаем, что в почвенном растворе содержатся различные кислоты (щавелевая,
уксусная, лимонная и др.), а также растворенные формы гумусовых веществ, что вызывает
у раствора кислую реакцию.
Щелочную реакцию почвенному раствору создают соли сильных оснований со слабыми
кислотами. К ним относятся соли Ca, Mg, K, Na и др.
8
9
В почвенном растворе никогда или почти никогда не содержится сильных кислот и
сильных щелочей. Это явление не случайно и зависит от того, что почвенные растворы,
как и другие природные растворы, обладают особым свойством – способностью
сопротивляться изменению его реакции. Это свойство раствора называется буферностью.
Следовательно буферной способностью почвы называют способность почвы
противостоять изменению реакции почвенного раствора.
Различают буферную способность почв против изменения реакции в сторону подкисления
(почвы с высокой степенью насыщенности основаниями черноземы, каштановые,
дерновые, перегнойно-карбонатные).
И различают буферную способность почв против изменения реакции в сторону
подщелачивания (почвы с низкой степенью насыщенности основаниями подзолистые,
болотные).
9