Химические свойства почвы; поглотительная способность почв

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