Почвенные коллоиды. Состав и свойства почв

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПО ЗЕМЛЕУСТРОЙСТВУ

КАФЕДРА ПОВОВЕДЕНИЯ, ЭКОЛОГИИ И ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ

Реферат

на тему: Почвенные коллоиды. Химический состав почв

Работу выполнила Прудовская Татьяна Борисовна

Преподаватель д.б.н. Ларина Галина Евгеньевна

Москва 2013 год

Содержание

Почвенные коллоиды и поглотительная способность почвы

Химический состав почв и почвообразующих пород

Почвенный раствор

Список используемой литературы

Почвенные коллоиды и поглотительная способность почвы (виды поглотительной способности, кислотность и щелочность, буферность)

Почвенные коллоиды - Способность почвы поглощать жидкости, газы, солевые растворы и удерживать твердые частицы называется поглотительной способностью почвы. Она обусловливает удерживание почвой различных растворимых соединений, в том числе биологи Почвенные коллоиды - Способность почвы поглощать жидкости, газы, солевые растворы и удерживать твердые частицы называется поглотительной способностью почвы. Она обусловливает удерживание почвой различных растворимых соединений, в том числе биологически важных для жизни растений и микроорганизмов элементов питания.

Решающее значение в явлениях поглотительной способности почв принадлежит тонкодисперсным частицам размером менее 0,2 мкм (0,0002 мм), так называемым коллоидам. При раздроблении (диспергировании) частиц нерастворимого вещества почвы резко возрастает их удельная поверхность. Так, у почвенных коллоидов удельная поверхность достигает 10 - 50 м2 и более на 1 г вещества. Этим, в частности, и объясняется высокая активность почвенных коллоидов при поглощении и других физико - химических процессах, происходящих в почве.

По составу почвенные коллоиды делят на минеральные, органические и органоминеральные. Минеральные коллоиды представлены преимущественно вторичными минералами (гидроокисями железа, алюминия, кремния, а также тонкодисперсной фракцией первичных минералов (кварц, слюда)). Органические коллоиды состоят из различных перегнойных веществ и имеют высокую степень дисперсности. Органоминеральные коллоиды возникают при взаимодействии перегнойных веществ со вторичными минералами.

Вокруг ядра расположен внутренний слой ионов, который называют слоем потенциалопределяющих ионов. Эти ионы, несущие электрический заряд, прочно удерживаются ядром и не могут быть отдиссоциированы. Ядро со слоем потенциалопределяющих ионов называют гранулой. К поверхности ее примыкает неподвижный слой компенсирующих ионов (противоионов), который прочно удерживается электростатическими силами. Этот слой, имеющий противоположный по знаку и обычно меньший по величине заряд, чем слой потенциалопределяющих ионов, вместе с гранулой образует коллоидную частицу. Коллоидную частицу окружает внешний слой компенсирующих ионов, который образует диффузный слой. Диффузный слой вместе с коллоидной частицей образует мицеллу. Заряд коллоидной мицеллы определяют ионы, находящиеся у поверхности ядра.

Между неподвижным слоем жидкости, примыкающим к ядру частицы, и диффузным слоем возникает разность потенциалов, называемая электрокинетическим потенциалом, или дзета - потенциалом.

Коллоиды подразделяют на ацидоиды, имеющие отрицательный заряд, и базоиды, заряд которых положительный.

Большинство почвенных коллоидов являются ацидоидами. К ним относятся гумусовые кислоты, глинистые минералы и крем - некислота в свободном состоянии. Они содержат в диффузном слое различные катионы и способны отдиссоциировать в раствор ноны Н+, Na+ К+, Са2+, Mg2+ и др.

Базоиды в почве представлены преимущественно гидратами" окиси алюминия, железа и белковыми веществами. Они способны отдиссоциировать в раствор анионы ОН- и содержат в диффузном слое различные анионы (Cl, SO4, NO2, РО4 и др.).

Некоторые коллоиды при изменении реакции среды меняют знак заряда. Такие коллоиды называют амфолитоидами. Свойствами амфолитоидов обладают многие базоиды.

Почвенные коллоиды, как и ионы растворимых веществ, могут гидратироваться, удерживая вокруг себя слои ориентированных молекул воды. Эта водная оболочка предохраняет коллоиды от слипания, придает устойчивость их растворам.

Способность к гидратации у разных коллоидов выражена неодинаково. Органические коллоиды, в том числе и гумусовые кислоты, как правило, сильно гидратируются и набухают в воде. Они называются гидрофильными. Многие минеральные коллоиды слабо набухают в воде, способны быстро выпадать в осадок. Они называются гидрофобными.

Коллоиды могут находиться в почве в форме коллоидного раствора (золь) или хлопьевидного осадка (гель). Состояние золя коллоиды сохраняют, в частности, при высокой степени гидратации или при наличии у них электрического заряда. При определенных условиях коллоидные частицы могут потерять водную оболочку или заряд, тогда первоначальная степень их дисперсности нарушается и они свертываются. Процесс агрегации коллоидов с образованием аморфного осадка называется коагуляцией.

Коагуляция почвенных коллоидов происходит при их «старении», обезвоживании (иссушении, вымораживании) и взаимном притяжении разноименно заряженных частиц. Однако наибольшее коагулирующее влияние на коллоиды оказывают электролиты (растворы кислот, щелочей, солей). Различают коагуляцию необратимую и обратимую. При обратимой коагуляции образовавшийся гель в определенных условиях способен вновь диспергироваться и перейти в коллоидный раствор. Этот процесс, противоположный коагуляции, называется пептизацией. Обратимая коагуляция может наблюдаться, когда осаждение коллоидов происходит при участии одновалентных катионов (Na+, К+, Н+, NH4 Li+). В данном случае удаление из почвы избытка этих катионов сопровождается диспергированием почвенных коллоидов. Следовательно, процесс коагуляции почвенных коллоидов под воздействием одновалентных катионов обратим и не может обеспечить создания водопрочной структуры почвы. Необратимая коагуляция происходит только под влиянием двухвалентных (Са2+, Mg2+) и трехвалентных (Al3+, Fe3+) катионов.

Поглотительная способность почв - это свойство почвы поглощать и удерживать твердые, жидкие и газообразные вещества.

Гедройц выделил 5 видов поглотительной способности почвы.

Механическая. Способность почвы как пористого тела механически удерживать твердые вещества из фильтрата через почву суспензий и коллоидных растворов. Задерживаются в почве частицы, размер которых больше диаметра пор почвы. Зависит от гранулометрического состава. Мех. поглотительная способность предотвращает от вымывания из почвы илистых и коллоидных частиц. Из пахотного слоя не вымывается плохо растворяющиеся в воде минеральные удобрения.

Физическая. Способность почвы удерживать на поверхности твердых частиц вещества за счет адсорбционных сил, которыми обладают частицы (она зависит от наличия этих частичек). Путем этой поглотительной способности в почве могут накапливаться H2O, газы и т.д. Значение невелико, т.к. количество Н2О и других веществ, поглощенной почвой, невелико.

Химическая. Способность почвы накапливать труднорастворимые в воде соединения, образующиеся в результате химических реакций, протекающих в почвенном растворе и на границе твердой фазы. Играет большую роль в накоплении и закреплении в почве фосфора, кальция, железа и алюминия. Благодаря химическому поглощению накапливаются в почве фосфаты.

Биологическая. Способность почвы накапливать в результате деятельности растений и микроорганизмов элементов зольного питания и N. Биологическое поглощение избирательно, - растения и микроорганизмы усваивают элементы питания не пропорционально содержанию их в почве, а исходя из физиологической потребности. Большая роль в накоплении нитратов.

Обменная. Способность почвенных коллоидов обменивать катионы диффузного слоя на катионы почвенного раствора. Обмен катионов происходит по схеме:

[почва] 2Ca + 4KCl = [почва]4K + 2CaCl2

Обменная поглотительная способность почв оказывает большое влияние на их питательный режим. Благодаря ей в почве удерживается от вымывания значительное количество катионов, вносимых в виде минеральных удобрений или освобождающихся из органических остатков и органических удобрений при разложении. Состав обменных катионов влияет на реакцию среды, структуру, деятельность микроорганизмов и в значительной степени влияет на ее водно-воздушный и питательный режимы.

Химический состав почв и почвообразующих пород

Химический состав почвы является отражением элементарного состава всех геосфер, принимающих участие в формировании почвы. Поэтому в состав всякой почвы входят те элементы, которые распространены или встречаются как в литосфере, так и в гидро-, атмо- и биосфере.

В состав почв входят почти все элементы периодической системы Менделеева. Однако подавляющее их большинство встречается в почвах в очень малых количествах, поэтому в практике приходится иметь дело всего с 15 элементами. К ним принадлежат прежде всего четыре элемента органогена, т. е. С, N, О и Н, как входящие в состав органических веществ, затем из неметаллов S, Р, Si и С1, а из металлов Na, К, Са, Mg, AI, Fe и Мn.

Перечисленные 15 элементов, составляя основу химического состава литосферы в целом, в то же время входят в зольную часть растительных и животных остатков, которая, в свою очередь, образуется за счет элементов, рассеянных в массе почвы. Количественное содержание в почве этих элементов различно: на первое место надо поставить О и Si, на второе -- А1 и Fe, на третье -- Са и Mg, а затем -- К и все остальные. Нормальный рост растений обусловлен содержанием в почве доступных форм зольных элементов и азота. Обычно растения усваивают из почвы N, Р, К, S, Са, Mg, Fe, Na, Si в достаточно больших количествах и эти элементы называются макроэлементами, а В, Mn, Mo, Сu, Zn, Со, F используются в ничтожных количествах и называются микроэлементами. К важнейшим из них относятся элементы, без которых невозможно образование белков,-- N, Р, S, Fe, Mg; такие элементы, как К, Сu, Mg, Na, оказывают огромное влияние на регуляцию работы клеток и формирование различных тканей растений.

Элементы питания, содержащиеся в почвах, находятся в различных минеральных и органических соединениях, и запасы их обычно значительно превышают ежегодную потребность. Однако большая часть их находится в форме, не доступной для растений: азот -- в органическом веществе, фосфор -- в фосфатах, железо, алюминий, кальций, калий -- в поглощенном состоянии, кальций и магний -- в форме карбонатов, т. е. в не растворимой в воде форме. Процесс усвоения растениями элементов питания происходит благодаря обменному поглощению. Формы соединений и биологическое значение химических элементов различны. Элементы входят в состав почв в форме различных химических соединений, характеризующих тип почвы, и имеют разное биологическое значение.

Кислород в свободном состоянии находится в почвенном воздухе, а в связанном входит в состав воды, окислов, гидратов, кислородных кислот и их солей. Он имеет важное значение, как элемент, необходимый для дыхания растений и животных, и как элемент-органоген.

Кремний входит в состав силикатов, т. е. солей кремниевых, алюмокремниевых и феррокремниевых кислот, а также встречается в виде кремнезема, как кристаллического (кварц), так и аморфного. Биологическое значение кремния не выяснено, но он всегда содержится в золе растений (в особенности камыша и тростника) и, по-видимому, необходим для образования клеток и тканей более твердых частей организмов.

Алюминий входит в состав алюмосиликатов, глинозема и гидратов глинозема. Биологического значения он не имеет.

Железо входит в состав ферросиликатов и других солей, как окисных, так и закисных, а также в состав гидратов железа. Биологическое значение его велико: с ним связано образование хлорофилла в зеленых растениях.

Кальций встречается преимущественно в виде солей разных кислот, чаще всего угольной. Он очень важен для растений, так как входит в состав стеблей, и обычно находится в растительных клетках в виде кристаллов щавелевокислого кальция.

Магний, как и кальций, встречается в виде аналогичных соединений. Он важен для растений, так как входит в состав хлорофилла.

Натрий и калий входят в состав солей различных кислот, причем натрий биологического значения не имеет, тогда как калий является одним из основных элементов питания растений и, в частности, играет большую роль в крахмалообразовании.

Фосфор входит в состав почвы в виде фосфатов и в виде различных органических соединений. Он содержится в ядре растительных клеток. Известно, что недостаток в почве фосфора отражается на качестве зерна. Он является одним из основных питательных элементов и необходим для развития растений так же, как и азот.

Азот -- исключительно важный для питания растений, элемент- органоген, входящий в состав молекулы белков основы растительной и животной клетки, Встречается в почве в форме различных органических соединений, аммиачных солей и солей азотной и азотистой кислот.

Сера также входит в состав молекулы белков. В почвах встречается в форме сульфатов, сернистых солей, сероводорода и различных органических соединений.

Водород важен для растений как органоген. Входит в состав воды, гидратов, разнообразных свободных кислот и их кислых солей.

Хлор биологического значения не имеет. В почве встречается в виде хлористых солей. Углерод входит в состав растительных остатков и составляет в среднем 45 % их массы. Как основа всех органических соединений он имеет исключительно большое значение. Встречается в почве также и в форме минеральных соединений углекислого газа и солей угольной кислоты.

Марганец, как предполагают, играет роль катализатора. Определенное биологическое значение имеют также и многие другие химические элементы, встречающиеся в почвах в очень малых количествах (например, медь, цинк, фтор, бор и другие), так называемые микроэлементы. Некоторые из них используются в качестве минеральных удобрений. Однако наибольшее значение для питания растений имеют соли калия, кальция, магния, железа и кислот -- азотной, фосфорной, серной и угольной.

Для характеристики плодородия почвы наибольшее значение имеет содержание гумуса, азота, фосфора и калия. Определение содержания в почве тех или других химических элементов и форм их соединений является задачей химического анализа почв.

Содержание гумуса в верхнем горизонте почв разного типа колеблется в широких пределах, но для каждого типа и подтипа почвы оно является достаточно устойчивым и поэтому характерным показателем. Для остальных элементов, наряду с их валовым содержанием (которое свидетельствует о той или иной степени плодородия почвы), необходимо знать содержание их форм растениями.

Валовое содержание в почвах азота и фосфора (в верхнем горизонте) обычно выражается в десятых долях процента, калия содержится до двух и более процентов. Содержание же их усвояемых форм не превышает тысячных долей процента и его принято выражать в миллиграммах на 100 г почвы.

Горные породы, из которых формируется почва, называют почвообразующими, или материнскими

Почвообразующая порода является материальной основой почвы и передает ей свой механический, минералогический и химический состав, а также физические, химические, физико-химические свойства, которые в дальнейшем постепенно изменяются в различной степени под воздействие почвообразовательного процесса.

Почвообразующие породы различаются по происхождению, составу строению и свойствам.

Твердая оболочка Земли, или литосфера, состоит из магматических, метаморфических и осадочных пород.

Магматические, или изверженные, породы образовались из силикатных расплавов, застывших в глубине земной коры (породы глубинные -интрузивные), или из магмы, излившейся на поверхность Земли (породы излившиеся- эффузивные). Магматические породы составляют 95% общей массы пород, слагающих литосферу, однако почвообразующими являются лишь в редких случаях, главным образом в горных областях.

Метаморфические - вторичные массивно кристаллические породы, образовавшиеся из магматических или осадочных в недрах земли в результате глубоких превращений (сланцы, гнейсы). Их значение также мало.

Осадочные породы - отложения продуктов выветривания массивно кристаллических пород или остатков различных организмов. Они подразделяются на обломочные, химические осадки и биогенные. Среди осадочных пород химического и биогенного происхождения важную роль в почвообразовании играют карбонатные отложения - известняки, мергели, доломиты, мел.

Почвенный раствор. Состав и концентрация раствора

Почвенный раствор - жидкая фаза почвы - служит источником питательных веществ для растений. Их рост и развитие зависят от его состава и концентрация. Изучением почвенного раствора занимались Гедройц, Шмук. Почвенный раствор имеет большое значение в перемещении продуктов почвообразования по профилю, участвует в динамике почвенных процессов, определяет реакцию среды в почве и буферные свойства почвы. Изучением почвенного раствора занимались Гедройц, Шмук. Источником почвенного раствора являются атмосферные осадки, грунтовые воды. Этот раствор включает все формы капиллярной, рыхло - и прочносвязанной влаги, поэтому количество выделяющегося почвенного раствора зависят от степени увлажнения почвы и ее водоудерживающей способности. Почвенный раствор -- подвижная система, состав которой меняется по сезонам года, что связано с сезонными изменениями тепла и влаги, поступлением органических остатков и процессов их трансформации. В почвенный раствор входят органические, минеральные и органоминеральные соединения в состоянии истинных и коллоидных растворов. Органическими: водорастворимыми солями органических кислот, фульвокислот, аминокислотами, сахарами и др. Минеральными: анионы НСОз, NОз, НзРО4; катионы н+, са2+, мg2+, к+, n3+, al3+ , ре, ре+, микроэлементы. Концентрация почвенного раствора около 0,1 -- 0,3 г/л и редко достигает 1 г/л. Наиболее низкая концентрация в растворах подзолистых и болотных, в черноземах и солонцах достигает 1--3 г/л, а в солончаках доходит до 300 -- 400 г/л. Между общей концентрацией солей в растворах и соотношением отдельных ионов наблюдается такая зависимость: в слабо концентрированных растворах преобладают двууглекислые соли кальция, а по мере повышения концентрации происходит накопление сернокислых и хлористых солей магния н натрия. Состав солей, соотношение между катионами и анионами определяют реакцию почвенного раствора (актуальную кислотность или актуальную щелочность и осмотическое давление, от которого зависит поступление воды в растение. Если оно равно осмотическому давлению клеточного сока растений или выше его, то поступление воды в него прекращается. Сосущая сила корней большинства растений не превышает 100 -- 120 мпа, при низких концентрациях почвенного раствора осмотическое давление составляет не больше 10 мпа. В сильно засоленных почвах оно мажет возрастать до 150 -- 260 мпа, больше при хлоридном, меньше при сульфатном засолении. Такие почвы нуждаются в химической мелиорации и промывке от солей (почвы тяжелого гранулометрического состава). Большое значение в регулировании почвенного раствора имеют орошение (разбавить концентрированные растворы) и осушение (понизить концентрацию оксидных соединений железа и др токсичных соединений). Оптимальная концентрация солей в почвенном растворе - 0,02 %.

почвенный коллоид химический питание

Список используемой литературы

· Боме Н.А. Почвоведение (краткий курс). Тюмень. Изд-во Тюменского государственного университета. 2002. 80 с.

· Ковда В.А. Основы учения о почвах. - М., 1973. Т.1-2.

· Монин С.А. География почв с основами почвоведения. - М., 1957. 286 с.

· Почвоведение. Учеб. для ун-тов. В 2 ч. / Под ред. В.А. Ковды, Б.Г. Розанова. Ч. 1. Почва и почвообразование /Г.Д. Белицина, В.Д. Васильевская, Л.А. Гришина и др. - М., 1988. 400 с.

· Почвоведение. Учеб. для высших с. - х. учебных заведений / Под ред. И.С. Кауричева. - М., 1989. 719 с.

· Абрамов Н.В. Земледелие Западной Сибири. Омск: Изд-во ОмГАУ, 1998. 304 с.

· Красницкий В.М. Агроэкотоксикологическая оценка агроценозов. Омск, 2001. 68 с.

Размещено на Allbest.ru