Поглотительная способность почвы

Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ и НАУКИ РФ

АЛЬМЕТЬЕВСКИЙ ФИЛИАЛ

ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ

РЕФЕРАТ

по дисциплине:

«Физико-химические процессы в техносфере»

На тему: Поглотительная способность почвы

Альметьевск 2014 г.

1. Поглотительная способность почвы. Коллоиды почвы. Виды поглотительной способности почвы

1.1 Поглотительная способность почвы

Большинство процессов, протекающих в почве, связаны с перераспределением веществ между твердой, жидкой и газообразной фазами, составляющими почву. Главным процессом взаимодействия между фазами является сорбция - поглощение твердой фазой газов, паров и растворенных веществ из жидкой фазы. Способность почвы поглощать различные веществ была известна давно, но только в начале XX века К.К.Гедройц разработал учение о поглотительной способности почв. Поглотительные процессы в почве обусловлены преимущественно ее тонкодисперсной частью и особенно коллоидами.

Поглотительная способность -- способность почвы поглощать твердые, жидкие и газообразные вещества.

Поглощение почвой приходящих в соприкосновение с ней различного рода веществ представляет сложное явление, в котором могут принимать участие как химические, так и физические, физико-химические и биологические процессы.

Виды поглотительной способности почвы.

В зависимости от того, какой совершается при этом процесс, различают следующие виды поглотительной способности почв:

Механическую;

Молекулярную;

Химическую;

Физико-химическую;

Биологическую.

Механическое поглощение. Механическое поглощение почв представляет собой свойство почвы, как всякого пористого тела, не пропускать взмученные в воде частички (суспензии) крупнее почвенных пор.

При этом суспензии могут или поступать в почву извне, или же образовываться в самой почве при естественном или искусственном увлажнении ее водой.

Таким путем происходит накопление в поверхностных горизонтах почвы тонких механических элементов, а также аккумуляция в верхнем слое бактериальных плазм.

Эта способность почвы находится в тесной зависимости от ее механического состава. Чем тяжелее по механическому составу почва и чем, следовательно, мельче пронизывающие ее во всех направлениях поры, тем лучшей задерживающей способностью она обладает.

Механическая поглотительная способность почв значительно возрастает по мере увеличения количества гумуса в почве.

Молекулярная, или аполярная, адсорбция. Сущность этого явления заключается в способности почвы, обладающей большой поверхностной энергией частичек, адсорбировать пары воды и удерживать газообразные и растворенные в воде вещества.

В основе молекулярной адсорбции лежат электрические силы поверхности коллоидных частиц.

Молекулярная поглотительная способность почв связана обычно с явлениями изменения концентрации молекул, растворенных в почвенной воде соединений, на поверхности почвенных частиц. При этом изменяется только концентрация растворенного вещества, но качественный состав раствора не изменяется. Молекулы поглощенного вещества, облегая сплошным слоем твердые частички почвы, удерживаются на поверхности последних с огромной силой. При молекулярной адсорбции поглощаемое вещество не внедряется в твердую фазу почвы и не вступает с ней в химическую реакцию, а лишь скопляется или сгущается на поверхности раздела двух фаз -- твердой и жидкой, твердой и газообразной.

Способность почвы адсорбировать пары воды и газообразные вещества имеет большое практическое значение. Благодаря этому свойству в почве может удерживаться от потери в атмосферу такое в высшей степени важное для питания растений соединение, как аммиак, образующийся в почве в результате разложения органических веществ. Не меньшее значение в этом отношении имеет и способность почвы поглощать и удерживать в себе различного рода вещества из растворов. Такого рода поглощение, при котором молекулы того или иного вещества притягиваются из раствора твердыми почвенными частичками, концентрируясь у самой их поверхности, носит название положительной молекулярной адсорбции.

Однако в почве может иметь место и отрицательная молекулярная адсорбция, т. е. такого рода явление, при котором происходит уменьшение концентрации растворимых веществ на поверхности почвенных частиц.

К числу отрицательно адсорбируемых веществ в почве относятся соли азотной кислоты. Поэтому, применяя нитратные соединения в качестве удобрений, необходимо вносить их в почву во время посева сельскохозяйственных культур или после посева в виде подкормки и притом в небольшом количестве.

Химическое поглощение. Помимо поглощения целых молекул, легко растворимые соединения могут закрепляться в почве и иным путем.

Многие находящиеся в растворе вещества при взаимном соприкосновении или при соприкосновении с нерастворимой частью почвы способны вступать в химические реакции, давая при этом нерастворимые или мало растворимые соединения.

Образующиеся в результате такого взаимодействия нерастворимые соединения будут удерживаться в почве от вымывания.

Так, например, в почве могут находиться соли фосфорной кислоты в такой легко растворимой форме, как Na3PO4.

Будучи легкоподвижным соединением, эта соль, естественно, может в известной степени передвигаться в почвенной среде в глубокие горизонты, а вместе с тем, следовательно, возможна и потеря для растения такого ценного питательного вещества, как фосфор.

Однако в почвенном растворе наряду с Na3PO4 всегда могут быть в том или ином количестве и другие всевозможные соли, например СаС12, которые, вступая в обменную реакцию с Na3PO4, будут давать нерастворимые вещества:

Заключенная в трехкальциевом фосфате фосфорная кислота будет прочно удерживаться в почве.

Аналогичным путем могут закрепляться в почве также и искусственно вносимые удобрения.

Так, например, если в карбонатную почву внести суперфосфат, то некоторая его часть может перейти в трифосфат кальция, т. е. в трудно растворимою форму:

Так как этот вид поглотительной способности основан на чисто химической реакции взаимного обмена в растворе, то он носит название химического поглощения, или химической поглотительной способности почвы.

Следует добавить, что не все растворимые минеральные соединения могут химически поглощаться почвами. Среди легкоподвижных питательных веществ в почве имеются и такие соединения, которые в силу своих особенностей и свойств не могут быть химически поглощаемы почвой.

К этой категории относятся те легко растворимые вещества, которые при взаимодействии с другими соединениями не могут давать нерастворимых или трудно растворимых образований.

К числу химически непоглощаемых соединений относится весьма ценное в сельскохозяйственном отношении вещество -- азотная кислота.

1.2 Физико-химическое поглощение, или обменная адсорбция

Емкость поглощения. Минеральные соли и кислоты в почвенном растворе в значительной степени диссоциированы на катионы и анионы. Поэтому при взаимодействии между почвенным раствором и твердой частью почвы последней поглощаются из раствора не только целые молекулы растворенных веществ, но и ионы. В связи с тем, что почвенные коллоиды заряжены главным образом отрицательно, очевидно, что поглощаться почвой из раствора будут преимущественно катионы.Поглощенные катионы удерживаются на поверхности коллоидальных частичек весьма прочно и могут быть вытеснены обратно в раствор лишь другими катионами. Вследствие этого процесс поглощения почвой ионов из раствора является по существу процессом обмена катионов на поверхности почвенных коллоидов. Процесс обмена катионов в почвенной среде происходит в эквивалентном количестве. Поэтому процесс обмена катионов при взаимодействии почвы с растворами солей в самом общем виде можно представить такими уравнениями:

Вместе с тем реакция обмена катионов является обратимой: любой поглощенный почвой катион при соответствующих условиях может снова перейти в раствор. В связи с этим реакцию обменной адсорбции следует изобразить так:

Сумма всех поглощенных катионов, выраженная в миллиэквивалентах на 100 г почвы, называется емкостью поглощения.

Емкость поглощения у различных почв неодинакова и в значительной степени зависит от содержания в почве илистой фракции, гумуса и от минералогического состава илистой фракции, поскольку разные минералы обладают даже при одинаковой степени дисперсности различной обменной способностью. Так, например, каолинит имеет емкость обмена от 3 до 15 м-экв, серицит-- от 20 до 40 м-экв, монтмориллонит -- от 60 до 100 м-экв на 100 г почвы. Очень большую емкость обмена имеют гуминовые кислоты. Поэтому, чем больше содержится в почве глинных минералов и гумуса, тем больше емкость поглощения.

Емкость поглощения любой почвы в значительной степени зависит от реакции раствора (рН), при которой ее определяют. При этом, чем выше рН раствора, при помощи которого происходит вытеснение и обмен катионов, тем выше емкость поглощения.

Энергия поглощения или обмена. Различные катионы обладают разной энергией поглощения: одни из них поглощаются сильнее, другие -- слабее. Большей энергией поглощения отличаются двухвалентные (Са++,Mg++), меньшей -- одновалентные катионы (Na+, NH4+, K+). Исключением из этого общего правила является лишь водородный ион, энергия поглощения которого во много раз превосходит энергию поглощения как одновалентных, так и двухвалентных катионов.

Поглощающий комплекс всякой почвы благодаря адсорбционной способности коллоидного комплекса всегда будет насыщен катионами.

Но состав поглощенных катионов в зависимости от условий почвообразования у различных почв неодинаков. У одних почв поглощающий комплекс будет насыщен главным образом Са++ и Mg++, у других -- Na+, у третьих -- среди поглощенных катионов будет находиться Н+, Аl+++ и т. д.

Почвы насыщенные и не насыщенные основаниями. В почвах встречаются различные обменные катионы: Са++, Mg++, Na+, Н+, К+, NH4+ Аl+++, Fe+++ и др.

В зависимости от состава поглощенных катионов все почвы подразделяются на почвы насыщенные и не насыщенные основаниями.

К первым относятся те почвы, поглощающий комплекс которых содержит в себе одни лишь металлические катионы, например Са++, Mg++, Na+, ко вторым -- те почвы, в поглощающем комплексе которых наряду с другими катионами содержатся также и поглощенные Н+ и Аl+++.

Примерами почв, насыщенных основаниями, могут служить черноземы, а также каштановые почвы и сероземы, имеющие широкое распространение в степных и засушливых районах нашего Юго-Востока.

Представителями почв, не насыщенных основаниями, являются красноземы, дерново-подзолистые и болотные почвы.

Что же касается дерново-подзолистых и болотных почв, то их характерной особенностью является наличие в поглощающем комплексе обменных Н+ и А1+++.

Двухвалентные катионы (Са++, Mg++) коагулируют необратимо, т. е. придают агрегатам устойчивость против размывающего действия воды; одновалентные (Н+, Na+), наоборот, являются слабыми коагуляторами: образующиеся под воздействием этих катионов гели весьма непрочны и в соприкосновении с водой легко разрушаются, распадаясь на первоначальные составляющие их коллоидальные частички. При этом самым слабым коагулятором из всех одновалентных катионов является Na.

Необменное поглощение катионов. Наряду с обменным поглощением катионов в почве наблюдается также необменное поглощение, при котором поглощенные катионы прочно закрепляются в почве и становятся недоступными для питания растений.

Необменное поглощение катионов широко распространено в природе и присуще почти всем катионам, но в наибольшей степени это явление свойственно калию.

Наиболее мощным фактором, влияющим на переход катионов в необменную форму, является периодическое высушивание почвы, причем чем выше температура и продолжительнее высушивание, тем больше калия переходит в труднообменную форму.

Поглощение анионов. Наряду с поглощением катионов почвы обладают поглотительной способностью и в отношении анионов. Энергия и характер поглощения у разных анионов различны.

В этом отношении встречающиеся в почвах анионы могут быть разделены на 3 группы. К первой группе относятся анионы, которые хорошо поглощаются почвами химически, давая с катионами почвенного раствора нерастворимые соединения: анионы фосфорной кислоты (Н2РО4+, НРО4++, РО4+++), а также некоторых органических кислот, кремнекислоты. При взаимодействии почвенных растворов с такими катионами, как Са, Mg, эти анионы образуют осадки, которые и закрепляются в почве.

Ко второй группе могут быть отнесены анионы соляной, азотной и азотистой кислот (Cl, NO3, NO2), соли которых легко растворимы в воде; они не могут поглощаться ни химически, ни физико-химически, но о<ни поглощаются живыми организмами, т. е. биологически.

К третьей группе принадлежат анионы SO4++, СО3++ и некоторых органических кислот, которые занимают промежуточное положение между двумя первыми группами; поглощение их в условиях нейтральной и щелочной среды обычно имеет характер химического поглощения. В частности, анион SO4++, связываясь в почвах кальцием, дает гипс (CaSO4•2H2O), анион СО3++ выпадает в виде СаСО3.

Кислотность и щелочность почвы. В зависимости от состава поглощенных катионов, а также от наличия в почве водно-растворимых кислот, их гидролитически кислых или щелочных солей и карбонатов кальция почвенный раствор может иметь кислую, щелочную или нейтральную реакцию.

Реакцию почвенного раствора выражают величиной рН, представляющей собой отрицательный логарифм концентрации водородных ионов в растворе. По величине рН почвы делят на следующие группы.

почва кислотность коллоид катион

Кислую реакцию имеют дерново-подзолистые и болотные почвы, нейтральную -- черноземные почвы, щелочную -- каштановые почвы, сероземы и солонцы.

В почвоведении различают две формы кислотности -- актуальную и потенциальную.

Под актуальной кислотностью разумеется концентрация свободных водородных ионов в почвенном растворе, т. е. в жидкой фазе почвы.

Под потенциальной кислотностью понимается кислотность, обусловленная наличием ионов водорода и алюминия в поглощенном состоянии.

Буферная способность почв и ее значение. С поглотительной способностью почв тесно связана буферность почв.

Под буферной способностью почв понимается способность их противостоять резким изменениям актуальной реакции при введении в них кислот или щелочей и кислых или щелочных солей.

Это свойство почв наглядно проявляется в том, что если вводить в почвы слабые растворы кислот или щелочей, а также кислых или щелочных солей, то реакция почвенного раствора (рН) будет изменяться не соответственно количествам внесенных веществ, а в значительно меньшей степени. Всякая почва, таким образом, по отношению к вводимым в нее кислым или щелочным соединениям является в известной степени нейтрализатором, снижающим действие этих веществ.

Буферная способность почв представляет собой довольно сложное явление, обусловленное рядом процессов.

Биологическая поглотительная способность почв. В поглощении и закреплении от вымывания питательных веществ в почве весьма важную роль играет биологическая поглотительная способность. Биологическое поглощение вызывается жизнедеятельностью населяющих почву микроогранизмов и растений, которые, усваивая из почвы подвижные соединения азота, фосфора, серы, калия и других элементов, переводят их в ткани собственного тела. В таком виде питательные элементы и удерживаются в почве от вымывания их атмосферными осадками.

После отмирания и минерализации отмерших частей растений и микроорганизмов заключенные в них питательные вещества снова переходят в почву, создавая тем самым благоприятные пищевые условия для новых поколений растений.

Биологическое поглощение, связанное с жизнедеятельностью микроорганизмов, в значительной степени включает в себя физическое, физико-химическое и химическое поглощение.

Почвенные микроорганизмы, приближаясь по размерам к коллоидам, обладают многими их свойствами, особенно в том случае, когда микроорганизмы мертвы. На их поверхности может совершаться обмен катионов, не исключается также и обмен анионов, так как белок, входящий в состав организмов, имеет амфотерную природу.

Биологическое поглощение имеет огромное практическое значение во всех почвенных зонах: биологический фактор в почвообразовании является ведущим фактором, определяющим в конечном счете агропроизводственную ценность почвы.

Но особенно велика роль биологического поглощения в областях с влажным климатом и притом на почвах легких, песчаных и супесчаных, где в силу чрезмерной промываемости биологическое поглощение является единственным надежным способом удерживания и накопления необходимых для растений питательных веществ, а следовательно, и поддержания почвенного плодородия на высоком уровне.

1.3 Коллоиды почвы

Коллоиды почв - это наиболее мелкие частицы почвы. В свободном состоянии - в почвенном растворе они образуют: устойчивые взвеси (суспензии) и коллоидные растворы (золи). В таком виде коллоиды почв могут выноситься из одного слоя почвы в др. и отлагаться в нём, образуя различно уплотнённые слои, какплотный солонцовый слой в почвах сухих степей. Однако почвенные коллоиды обычно соединены в комки или агрегаты. Из агрегатов и комков коллоидные частицы могутбыть переведены в суспензию. Методами механического анализа взвешенные в воде частицы могут быть разделены на ряд фракций. Частицы размером от 0,5 до 0,001 м составляют коллоидную фракцию почвы, содержание которой, в различных почвах колеблется от 2% (в лёгких почвах) до 30 - 50% (в тяжёлых почвах). Агрономическое значение коллоидов почвы очень велико: они поглощают из почвенных растворов такие вещества, как аммоний, калий, фосфаты и предохраняют их от вымывания.

Коллоидная фракция почвы состоит из двух основных групп соединений: органических - перегноя (см.), 2) минеральных - глины (см.). Главная масса органического вещества почвы представлена в виде коллоидов. Почвы различного типа почвообразования различаются по составу коллоидной фракции. В краснозёмах и верхних слоях подзолистых почв господствуют глинистые минералы каолинитовой группы, а также группы гидратов окисей железа и алюминия; в остальных почвах - минералы группы монтмориллонита и гидрослюд. В соответствии с указанными различиями в минералогическом составе валовой состав коллоидной фракции в почвах различных типов также неодинаков.

Коллоидные частицы почвы в большинстве случаев несут отрицательный электрический заряд. Вследствие этого в растворе они отталкиваются друг от друга; отталкивание препятствует соединению частиц в более крупные агрегаты и осаждению из раствора. При прибавлении к суспензии (или золю) к.-л. соли положительно заряженные ионы (катионы) последней поглощаются (адсорбируются) частицами, вследствие чего происходит либо ослабление электрической заряженности (электрокинетического потенциала) коллоидной частицы, либо её повышение. В первом случае сила взаимного отталкивания частиц уменьшается, и они при приближении друг к другу соединяются, образуют более крупные частицы (агрегаты, зёрна); этот процесс носит название коагуляции. В результате увеличения размеров частиц последние оседают из раствора (седиментируют), образуя осадок (коагель). В том же случае, когда прибавление соли повышает электрокинетический потенциал частиц, устойчивость суспензии (золя) увеличивается, т. е. коллоидные частицы не коагулируют. Прибавление таких веществ к коагелю (осадку) приводит к его диспергированию и образованию суспензии (или золя). Этот процесс называется пептизацией. Коагуляция является одним из факторов, ведущих к образованию микроструктурных агрегатов почвы; процесс же пептизации разрушает структуру почв. Коагуляция наступает при определённых концентрациях солевого раствора: низшая концентрация коагулятора получила название порога коагуляции. Порог коагуляции для разных солей (электролитов) различен; его величина для одного и того же электролита зависит от природы К. п. По энергии коагулирующего действия на К. п. наиболее часто встречающиеся в почвах катионы располагаются в след.ряд: Na<NH4<K<Mg<H<Ca<Al<Fe. Следовательно, они подчиняются след.закономерностям: 1) по мере повышения валентности катиона увеличивается его коагулирующая сила (правило Шульце-Гарди); 2) в ряду катионов с одинаковой валентностью менее гидратированные катионы (т. е. катионы, к-рые в водном растворе солей связывают меньше молекул воды) коагулируют лучше, чем более гидратированные (гидратационный ряд); 3) исключение составляет ион водорода, к-рый по силе коагулирующего действия занимает первое место даже среди двухвалентных катионов. В зависимости от катиона, вызвавшего коагуляцию, последняя м. б. обратимой или необратимой. Это значит, что образовавшийся коагель по устранении причины, вызвавшей его образование и осаждение, может при прибавлении воды или дать снова коллоидный раствор (золь или суспензию), и это будет обратимая коагуляция; или образования золя не последует, что бывает при необратимой коагуляции. Растворы солей с одновалентными катионами вызывают обратимую коагуляцию, катионы Са, Mg, Н, а также Аl и Fe - необратимую.

Кроме электролитной (солевой) коагуляции К. п., необходимо ещё различать взаимную их коагуляцию. Положительно заряженные гидраты окиси железа и алюминия при известных условиях могут коагулироваться вместе с отрицательно заряженными золями кремнекислоты или перегноя. При этом образуются сложныекоагели, сначала аморфные, а затем приобретающие кристаллическое строение. Эти соединения свойственны более глубоким иллювиальным горизонтам почв. В более сложных случаях взаимная коагуляция коллоидов ускоряется ещё электролитной их коагуляцией. Образование агрономически ценной структуры в верхних горизонтах почв, достигаемое в условиях травопольных севооборотов, повидимому, зависит от сложного процесса взаимной коагуляции, или цементации минеральных коллоидных частиц почвы при помощи её органических перегнойных веществ в результате действия таких коагуляторов-электролитов, как соединения кальция. Электролитная коагуляция почвенных коллоидов солями кальция происходит при известковании и гипсовании почв. Она хотя и устраняет явление пептизации и выноса коллоидов почвы в её нижние горизонты, но не приводит к образованию прочной крупнозернистой её структуры. Пептизация почвенных коллоидов из свёрнутого агрегатного их состояния также бывает двоякого рода: 1) вследствие замены поглощённых двухвалентных катионов одновалентными, чаще всего натрием (солонцы и солоди); 2) вследствие пептизирующего действия коллоидных растворов, чаще всего золей и истинных растворов органических веществ, В дерново-подзолистых кислых почвах пептизатором железа и алюминия являются кислые органические вещества. В основном этот процесс обусловливает образование подзолистого горизонта почв, из к-рого железо и алюминий выносятся в нижние слои.

От состояния К. п. зависит не только структурность почв и поглотительная способность почв к электролитам, но и др. важные агрономические свойства почв, а именно: кислотность, солонцеватость, водные свойства и др. Кислотность дерново-подзолистых почв и краснозёмов зависит от поглощённых ими ионов алюминия и водорода. Известкование почв приводит к замещению их ионами кальция и к устранению отрицательных кислых свойств почвы, Солонцеватость же почв сухих степей обусловлена поглощёнными ионами натрия, что приводит, как указано выше, к распаду агрегатов (зёрен, комков) почвы, набуханию почвы, образованию суспензий, Всё это приводит к резкому ухудшению агрономических свойств почвы. Улучшение солонцов достигается гипсованием, глубокой пахотой для "самогипсования", "самоизвесткования", что вызывает необратимую коагуляцию коллоидов почвы. Водные свойства почв в значительной степени зависят от содержания в них коллоидов. Чем больше в почве коллоидных частиц, тем больше её влагоёмкость и тем больше воды связывает она в недоступном для р-нии состоянии.

2. Ионообменная способность почвы. Строение и свойства почвенного поглощающего комплекса. Емкость катионного и анионного обмена

2.1 Ионообменная способность почвы

Способность к ионному обмену в значительной степени определяет функционирование и плодородие почв, которые являются сложной дисперсной системой, содержащей высокодисперсные нерастворимые силикаты и алюмосиликатыи органоминеральные соединения, образующиеся при разложении органических остатков. Состав почв, их способность к ионному обмену и их плодородие в большой мере зависят от климатических условий. Выветривание горных пород приводит к образованию различных глинистых минералов, способных к обмену катионов, при емкости обмена до 1 г-экв/кг.?

Почва способна поглощать и удерживать определенные ионы, например катионы К и NH4, содержащиеся в удобрениях и необходимые для питания растении. Взамен этих катионов почва выделяет эквивалентные количества других катионов, например Са + и Анионы, как, например, СГ, NO3, SOf, почти не поглощаются почвой. Согласно К. К- Гедройцу (1933 г.), детально исследовавшему явление обмена ионов в почве, поглощать основания способен так называемый поглощающий комплекс-высокодисперсная смесь нерастворимых алюмосиликатов и органоминеральных соединений. От природыпоглощенных ионов в значительной мере зависят физические и агротехнические свойства почвы.

Ионный обмен наблюдается при удобрении почв и в процессе почвообразования. Измерения, проведенные Гедройцем, показали, что величина в известной мере характеризует агротехническую ценность почвы. Так, для бедных почв (подзол, суглинки) д составляет всего 0,05--0,2, для каштановых -- 0,3--0,4, для чернозема -- 0,6--0,8 экв/кг.

Между почвенным раствором и твердой частью почвы происходит обмен ионов. Корневые волоски имеют свойство усваивать питательные вещества из почвенного раствора, а также ионы, которые находятся в адсорбированном состоянии. Благодаря физико-химической поглотительной способности питательные элементы, в том числе и внесенные с минеральными удобрениями, не вымываются с почвы, а удерживаются на поверхности почвенных частиц и используются растениями.

Соли, содержащиеся в почвенном растворе, диссоциируют, то есть распадаются на частички, заряженные положительно (катионы) и отрицательно (анионы). Между почвенным поглощающим комплексом и почвенным раствором происходит обмен катионов.

Если в почве много ионов калия, то из почвенного поглощающего комплекса в раствор будут поступать катионы кальция, а при внесении извести в раствор вытесняется одновалентный катион калия. Таким образом, ионы питательных веществ могут находиться как в поглощенном состоянии, так и в почвенном растворе.

2.2 Строение и свойства почвенного поглощающего комплекса

В состав почвенного поглощающего комплекса входят почвенные коллоиды, т. е. частицы меньше 0,00025 мм и более крупные частицы -- до 0,001 мм, имеющие некоторые свойства, сходные со свойствами коллоидов, хотя и обладающие гораздо меньшей физико-химической поглотительной способностью. Почвенные коллоиды подразделяют на органические, минеральные и органоминеральные (состав и строение последних изучены мало). Органические коллоиды представлены преимущественно гумусовыми веществами (гуминовые кислоты, фульвокислоты и их соли). В состав минеральных коллоидов входят как кристаллические соединения, главным образом глинистые минералы (каолинитовой и монтмориллонитовой групп и группы гидрослюд), так и аморфные (кремниевая кислота, гидраты полуторных окислов и др.).

Способность органических коллоидов и минералов глин к обменному поглощению катионов обусловлена их отрицательным зарядом. Положительный заряд имеют коллоидные гидроокиси железа и алюминия. Остальные почвенные коллоиды заряжены отрицательно. Поэтому способность большинства почв к обменному поглощению катионов выражена сильнее, чем к поглощению анионов.

У органических коллоидов (гумусовых веществ) отрицательный заряд и способность к обменному поглощению катионов обусловлены карбоксильными группами (СООН), которые придают им кислотные (ацидоидные) свойства, и фенольными гидроксильными (ОН) группами; водород их может быть замещен другимикатионами.

Четыре карбоксильные группы в молекуле гуминовой кислоты могут диссоциировать ионы Н+ и обменивать их на другие катионы при разных значениях рН -- первый ион Н+ замещается при рН 4,5, второй -- при рН 7, третий и четвертый -- при рН 9 и выше. Водород фенольных гидроксилов может вытесняться основаниями только при сильнощелочной реакции среды. Следовательно, при кислой и нейтральной реакциях в обменном поглощении участвуют только две карбоксильные группы молекулы гуминовой кислоты.Водород их при рН ниже 7 способен отщепляться и замешаться другими катионами с образованием соответствующих гуматов. Связанные гумусовыми веществами основания при взаимодействии с почвенным раствором могут обмениваться на любые другие катионы.

Из минеральных коллоидных частиц отрицательным зарядом и способностью к обменному поглощению катионов обладают алюмосиликатные минералы, особенно вторичные (глинистые) минералы каолинитовой и монтмориллонитовой групп и гидрослюды.

Катионы, которые входят в состав почвенно-поглощающего комплекса и могут быть замещены в процессе ионного обмена, называют обменными катионами. Наиболее часто в реакции обмена принимают участие катионы Са2+, Mg2+, K+, Na+, H+, А13+.

Одной из важнейших характеристик почвенно-поглощающего комплекса является емкость катионного обмена (ЕКО). В настоящее время различают стандартную, реальную и дифференциальную ЕКО.

Стандартная ЕКО - общее количество катионов одного рода, удерживаемых почвой при стандартных условиях и способных к об­мену на катионы взаимодействующего с почвойраствора. При опре­делении стандартной ЕКО почву насыщают ионами Ва2+ из буфер­ного раствора с рН = 6,5. После насыщения емкость определяют по количеству поглощенного почвой Ва2+ и выражают в смоль(р+)/кг (сантимолях положительных зарядов в 1 кг почвы).

Реальную, или эффективную, ЕКО определяют при обработке почвы небуферными растворами солей. О реальной емкости катионного обмена можно судить по сумме обменныхкатионов.

Дифференциальную ЕКО характеризует приращение емкости катионного обмена с увеличением рН равновесного раствора: ?ЕКО/?рН. Для определения дифференциальной ЕКО почву насыщают катионами одного рода из буферных растворов с различными значениями рН (например, 6,5 и 8,2), а затем рассчитывают или общее приращение ЕКО, или ее приращение на единицу рН.

Влияние рН на ЕКО особенно заметно для органической части почв, поскольку в нейтральной и кислой средах в реакциях обмена будет участвовать только водород карбоксильных групп, а в щелочной среде становится подвижным и водород фенольных ОН-групп.

Величина ЕКО зависит от механического состава почв, пре­обладающей группы минералов и, в первую очередь, от содержания гумусовых веществ в почвенно-поглощающем комплексе. Численное значение ЕКО меняется в широких пре­делах: от нуля (главным образом, для обломков кварца) до 500-900 смоль (р+)/кг (для гуминовых кислот). Поглощающая способность почв определяется илистой фракцией. Структурные элементы почв с размерами более 0,2-0,5 мм практически лишены способности к катионному обмену.

Размещено на Allbest.ru