ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ И СВОЙСТВА ПОЧВЫ

Привет, Вы узнаете о том , что такое свойства почвы, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое свойства почвы , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Агрохимия и биохимия.

Учение о поглотительной способности почв создал К.К. Гедройц. Видную роль в разработке этого учения сыграли работы Г. Вигнера и С. Маттсона. Поглотительную способность почв обеспечивает почвенный поглощающий комплекс, под которым понимают совокупность минеральных, органических и органоминеральных частиц твердой фазы почвы, обладающих поглотительной способностью. Под поглотительной способностью почвы К.К. Гедройц понимал способность ee задерживать вещества, соприкасающиеся с ee твердой фазой через циркулирующие в ней воды. Задерживаться могут вещества, находящиеся в растворенном состоянии, минеральные или органические коллоидально-распыленные частицы, живые микроорганизмы и грубые суспензии. В зависимости от способа поглощения, характера совершаемого при этом процесса различают следующие виды поглотительной способности: механическую, физическую, физико-химическую (00- менную), химическую и биологическую. Механическая поглотительная способность почвы — это ее способность механически задерживать в своих порах частицы, взмученные в фильтрующейся через почву воде. При этом задерживаются грубые суспензии алюмосиликатных и органических частиц, коллоидально-распыленных веществ, что способствует сохранению ценной коллоидной фракции, некоторых удобрений, например фосфоритной муки и др. Интенсивность механического поглощения зависит от степени пористости почвы, размера пор, дисперсности вещества и т.д. Отсюда глинистые и суглинистые почвы обладают большей механической поглотительной способностью, чем песчаные и супесчаные. Этот вид поглотительной способности играет существенную роль и в распределении микроорганизмов в почвенном профиле. Физическая поглотительная способность — способность почвы удерживать на поверхности твердой фазы минеральные и органические вещества за счет адсорбционных сил, т.е. происходит поглощение (адсорбция) частицами почвы целых молекул растворенных в почве электролитов, а также основных продуктов гидролитического расщепления солей слабых кислот и оснований. Физическое поглощение обусловлено наличием в системе высокодисперсной фазы почвы «почва + почвенный раствор» часто значительной свободной поверхностной энергии. Благодаря этой энергии и происходит концентрирование растворенных в почве веществ у поверхности твердых частичек почвы с почвенной влагой. В крупнозернистых, например песчаных, почвах поверхностная энергия небольшая и не играет особой роли в почвенных процессах. С увеличением дисперсности почв, с увеличением количества ила, с ростом коллоидальной его фракции (частицы диаметром <0,25 мкм) поверхностная энергия возрастает. Дисперсная система почвы в соответствии с основным законом коллоидной химии стремится уменьшить свою свободную поверхностную энергию за счет понижения степени дисперсности (уменьшения величины общей поверхности дисперсной фазы) или снижения величины поверхностного натяжения дисперсионной среды, т.е. почвенного раствора. Вещества, уменьшающие поверхностное натяжение, адсорбируются на поверхности почвенных частичек. Повышение концентрации растворенного вещества в слое дисперсионной среды, непосредственно примыкающей к частицам фазы, называется положительной адсорбцией. Вещества, вызывающие поверхностное натяжение дисперсионной среды, вызывают обратное явление — отрицательную адсорбцию. При положительной адсорбции дисперсная фаза как бы притягивает из дисперсионной среды к своей поверхности растворенные вещества, а при отрицательной адсорбции — как бы отталкивает их от своей поверхности. Этот вид поглощения называется физическим, потому что поглощенное из раствора вещество продолжает находиться в растворе, но в слое жидкости, непосредственно соприкасающемся с твердыми частичками почвы. Положительно адсорбируются гидраты окисей металлов из солей сильных оснований и слабых кислот или из чистых растворов этих гидратов окисей. Анионы адсорбируются отрицательно. Учитывая сложность качественного состава почвы, а также постоянно изменяющуюся концентрацию веществ в почвенном растворе в зависимости от метеорологических и других условий, физическое поглощение почвы можно считать динамическим процессом, в результате которого создается различная концентрация солей в почве. Положительная адсорбция играет важную роль в почвенных процессах и в питании растений, так как растворенные в почвенной влаге вещества находятся в почве в связанном состоянии, оставаясь в растворе. Кроме этого, растворенные вещества удерживаются от вымывания из почвенных слоев вниз, тем самым сохраняется плодородие почвы. Благодаря физическому поглощению в почве создаются различные концентрации питательных элементов, и растения выбирают тот раствор, в котором концентрация солей наиболее соответствует их биологическим требованиям. Физическое поглощение в почве может возникать и в результате коагуляции коллоидных частиц. Этот процесс предотвращает вымывание илистой фракции почвы, а также питательных веществ из корнеобитаемого слоя. Выделить в почве физическое поглощение очень трудно, так как оно постоянно находится во взаимосвязи с химическим поглощением и обменной адсорбцией. Биологическое поглощение — поглощение растениями и почвенной микрофлорой питательных веществ из почвы, удобрений и воздуха. В результате деятельности растений и почвенных микроорганизмов накапливается органическое вещество, содержащее зольные элементы и азот. Этот вид поглотительной способности имеет большое значение в жизни почвы, в процессах почвообразования и играет существенную роль при внесении в почву удобрений. Одной из особенностей процесса поглощения организмами элементов минерального питания является избирательность этого процесса: корни растений и микроорганизмы усваивают из почвы главным образом те элементы, в которых они нуждаются. Большинство микроорганизмов потребляют те же элементы для питания и построения своих тел, что и растения. Количество же микробов может достигать нескольких тонн на 1 га. К биологическому виду поглотительной способности относится и усвоение свободного азота азотфиксирующими микроорганизмами. Некоторая часть питательных веществ, вносимых в почву в виде удобрений (N, P, $ и др.), потребляется микроорганизмами; если этот процесс сильно выражен, то он может отрицательно отразиться на питании культурных растений. В окультуренных дерново-подзолистых почвах в микробной плазме содержится около 125 кг М, примерно 40 кг РО; и около 25 кг K,O на 1 ra. В то же время в определенных условиях биологическое поглощение бывает полезным, так как поглощенные в этом случае питательные вещества предохраняются от вымывания и от передвижения к поверхности почвы. Исследования со стабильным изотопом PN показали, что в органической форме в почве закрепляется 10-20% азота нитратных и 20 - 40% азота аммиачных удобрений. Это особенно важно для нитратного азота, который благодаря усвоению его микроорганизмами закрепляется в почве и предохраняется от вымывания. Хотя этот процесс и положительный, но при активной микробиологической деятельности, высоком содержании в почве безазотистого органического материала и низком содержании азота в почве возможны отрицательные явления вследствие конкуренции за питательные вещества между растениями и микробами. На интенсивность биологического поглощения, зависящего от деятельности микроорганизмов, существенное влияние оказывают условия аэрации почвы, наличие в почве энергетического материала (органического вещества почвы, растительных остатков, органических удобрений). Легкодоступным источником энергетического материала для микроорганизмов в почве служат корневые выделения растений. Поэтому в зоне ризосферы (пространства, непосредственно прилегающего к корням растений) особенно интенсивно протекают микробиологические процессы. В питании растений большая роль принадлежит поселяющимся на корнях растений грибам, образующим микоризу. Грибы как аэробные организмы снабжаются через корни растения кислородом; они обладают способностью разлагать органическое вещество почвы и снабжать растение-хозяина элементами минеральной пищи, освобождаемой при этом разложении. Это приводит к тому, что питание растения в естественных условиях в сильной степени зависит от микробиологической деятельности в почве. Микробиологические процессы в почве можно регулировать внесением органических и минеральных удобрений, известкованием почвы, применением бактериального удобрения. Химическая поглотительная способность — это способность почвы удерживать некоторые ионы путем образования в результате химических реакций нерастворимых или труднорастворимых в воде соединений или способность почвы переводить анионы и катионы почвенного раствора в труднорастворимые соединения. Анионы азотной и соляной кислот (МО, и СТ ) ни с одним из катионов (Са?*, Ме, К’, А1*, NH," ) не образуют в воде труднорастворимых соединений, а следовательно, химически почвой не поглощаются. Анионы угольной и серной кислот (CO, SO) в почвах с большим количеством Са”, Mg? химически поглощаются, так как 0бразуют с ними труднорастворимые в воде соединения. Химическое поглощение фосфорной кислоты в почве происходит при образовании труднорастворимых или нерастворимых солей с двухвалентными и трехвалентными катионами (Са?*, Ме?', Fe¥*, A13"). В почвах с нейтральной или слабощелочной реакцией, содержащих обменно-поглощенный кальций, бикарбонаты кальция или магния в почвенном растворе, происходит химическое закрепление фосфорной кислоты в результате образования слаборастворимых фосфатов кальция и магния. Например, при внесении в почву с высоким содержанием кальция водорастворимого фосфорного удобрения (суперфосфата) идут следующие реакции. С бикарбонатом:

С обменно-поглощенным кальцием в почве:

Образующиеся в результате подобных химических реакций малорастворимые соли осаждаются и переходят из почвенного раствора

в твердую фазу почвы. Поэтому такого типа процессы называют химическим поглощением. Если почвенный раствор имеет кислую реакцию, то образование нерастворимого в воде фосфата кальция затрудняется. Наоборот, при взаимодействии кислого раствора с твердой фазой, содержащей Са НРО, или Cay(PO,),, возникают процессы, прямо противоположные химическому поглощению, а именно процессы растворения. Подкисление может происходить в результате выделения углекислоты корнями растений и микро-организмами или в результате образования азотной кислоты в процессе нитрификации. Но в кислой среде могут образовываться и малорастворимые соли фосфорной кислоты при ее взаимодействии с гидратом окиси железа или гидратом окиси алюминия:

Образовавшиеся соли в отличие от фосфатов кальция малорастворимы в почвенном растворе с кислой реакцией среды. Поэтому в зависимости от реакции среды химическое поглощение фосфорной кислоты в почвах происходит по-разному. В почвах с кислой реакцией преимущественно образуются малорастворимые фосфаты полуторных окислов, а в почвах с нейтральной и щелочной реакцией химическое поглощение фосфорной кислоты может быть связано с образованием малорастворимых фосфатов кальция. В результате химического поглощения фосфор фосфорных удобрений переходит в менее доступную для растений форму. По возрастающей интенсивности химического поглощения фосфорной кислоты почвы располагаются в такой последовательности: черноземы < сероземы < дерново-подзолистые почвы < красноземы. Обменное поглощение катионов — это способность почвы удерживать на поверхности своих частиц ноны, способные к эквивалентному обмену, или способность мелкодисперсных коллоидов частиц почвы, как минеральных, так и органических, несущих отрицательный заряд, поглощать различные катионы из раствора. Обменное поглощение состоит в том, что из раствора в твердую фазу переходят одни катионы, а одновременно из твердой фазы в раствор вытесняется соответствующее количество других катионов, которые до этого находились в почве в поглощенном состоянии. К.К. Гедройц сформулировал основной закон, управляющий обменной адсорбцией почв: все почвы обладают способностью обменивать содержащиеся в их поглощающем комплексе поглощенные катионы (как металлические, так и водородные) на любые катионы электро

литов (как металлические, так и водородные), причем количество катионов, поглощенных почвой, эквивалентно количеству катионов, вытесненных из почвы в раствор. В обменном поглощении катионов, как и при физической поглотительной способности почв, существенную роль играет поверхностная энергия. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Однако если при физическом поглощении процесс ограничивается положительной или отрицательной концентрацией растворенного в слое жидкости у поверхности почвенных частиц, то при обменном поглощении электролиты почвенного раствора вступают в химическую реакцию с молекулами, расположенными на поверхности почвенных частиц. Такая химическая реакция возможна, с одной стороны, при наличии поверхностной энергии, а с другой стороны, заряженные отрицательно почвенные коллоидальные частицы притягивают к своей поверхности катионы электролитов почвенного раствора, где эти катионы и вступают в реакцию обмена с катионами молекул, расположенных на поверхности частичек. Эти обменные реакции имеют двойственную природу — физическую и химическую. Поэтому и поглотительная способность почв названа физико-химической. Важно отметить, что в отличие от химического поглощения (когда вследствие образования нерастворимых соединений изменяется состав и общая концентрация раствора) при обменном поглощении концентрация раствора не изменяется, но изменяется вследствие обмена состав катионов в растворе, а концентрация анионов почти не изменяется. При поглощении какого-либо катиона из раствора почва одновременно отдает в раствор эквивалентное количество другого катиона, который раньше находился в твердой фазе:

В зависимости от концентрации раствора, его объема, природы обменивающихся катионов и свойств адсорбирующих частиц почвы между катионами раствора и поглощенными катионами твердой фазы почвы устанавливается некоторое подвижное равновесие. Изменение состава почвенного раствора при внесении удобрения, образование растворимых соединений в результате деятельности микроорганизмов в почве, выделение СО, и других веществ корнями высших растений — BCC эти факторы смещают подвижное равноВ зависимости от концентрации раствора, его объема, природы обменивающихся катионов и свойств адсорбирующих частиц почвы между катионами раствора и поглощенными катионами твердой фазы почвы устанавливается некоторое подвижное равновесие. Изменение состава почвенного раствора при внесении удобрения, образование растворимых соединений в результате деятельности микроорганизмов в почве, выделение СО, и других веществ корнями высших растений — BCC эти факторы смещают подвижное равновесие между твердой фазой почвы и почвенным раствором и вызывают переход одних катионов из раствора в поглощенное состояние и других из поглощенного состояния в почвенный раствор. Обменное поглощение в почвах впервые было глубоко и всесторонне исследовано К.К. Гедройцем. Всю совокупность мелкодисперсных почвенных частиц (минеральных и органических), являющихся HOCHтелем обменной поглотительной способности почвы, он предложил называть почвенным поглощающим комилексом. В состав его входят почвенные коллоиды, т.е. частицы от 0,00025 до 0,001 мм. Последние обладают значительно меньшей способностью к обменному поглощению. Почвенные коллоиды подразделяются на органические, минеральные и органо-минеральные (последние слабо изучены). Органические коллоиды представлены в основном гумусовыми веществами (гуминовые кислоты, фульвокислоты и их соли). В состав минеральных коллоидов входят кристаллические глинистые минералы каолинитовой и монтмориллонитовой групп, гидрослюды, а также аморфные соединения — гидраты полуторных окислов, кремниевая кислота и др. Все органические и минеральные коллоиды имеют отрицательный заряд, за исключением коллоидов гидроокисей алюминия и железа, заряженных положительно. Этим объясняется ярко выраженная способность большинства почв к поглощению катионов, а не анионов. Глинистые минералы каолинитовой группы при кислой реакции также могут приобретать положительные заряды. Гидроксильные ионы, связанные с алюминием в октаэдрическом слое, расположенном на внешней поверхности микрокристаллических частиц каолинита, при кислой реакции, т.е. при избытке в растворе ионов водорода, могут отщепляться, в результате чего на OTдельных участках коллоидной частицы возникают положительные заряды. Основные свойства таких коллоидов могут проявляться на сильнокислых дерново-подзолистых почвах и красноземах. Следовательно, у минералов каолинитовой группы при кислой реакции могут быть на разных участках одновременно положительный и отрицательный заряды. В этом случае они способны к поглощению из почвенного раствора анионов в обмен на ОН -. Поэтому, чем больше в поглощающем комплексе почвы минералов этой группы, а также гидроокисей алюминия и железа, тем ниже способность к обменному поглощению катионов, а способность к обменному поглощению анионов возрастает. Обменное поглощение катионов имеет свои закономерности.

1. Реакция обмена протекает в эквивалентных соотношениях и 0братима. При этом устанавливается подвижное равновесие между почвой и раствором. 2. При постоянной концентрации раствора количество катионов, вытесняемых из почвы в раствор, возрастает с увеличением объема раствора, а при постоянном объеме раствора количество катионов, вытесняемых из почвы в раствор, повышается с увеличением концентрации раствора вытесняющей соли. 3. Реакция обмена катионов протекает с большой скоростью, равновесие устанавливается в течение нескольких минут. 4. Разные катионы с неодинаковой энергией поглощаются почвой и удерживаются в поглощенном состоянии. В общем, чем выше относительная атомная масса и чем больше заряд катиона, тем сильнее он поглощается и труднее вытесняется из поглощенного состояния другим катионом.

Например, в ряду одновалентных катионов поглощение возрастает в следующем порядке:

с относительной атомной массой соответственно 6, 9, 23, 18, 39, 85.

Двухвалентные катионы располагаются в ряд (относительная атомная масса соответственно 24, 40, 59),

а трехвалентные: (относительная атомная масса 27 и 56).

Вместе с тем двухзарядные катионы магния поглощаются сильнее однозарядных катионов натрия, кальций поглощается сильнее калия и т.д. (при одинаковых примерно относительных атомных массах). Для характеристики неодинаковой сорбируемости различных катионов К.К. Гедройц ввел понятие «энергия поглощения катионов». Из общего правила есть существенные исключения. Так, ионы водорода, несмотря на наименьшую относительную атомную массу, обладают высокой способностью вытеснять другие катионы из поглощенного состояния. Энергия поглощения его в 4 раза больше, чем у кальция, и в 17 раз больше, чем у натрия. Возрастание энергии поглощения катионов с увеличением их атомной массы объясняется тем, что с ростом атомной массы и размера катиона уменьшается степень их гидратации. Слабо гидратированные катионы сильнее притягиваются поверхностью коллоида. Необходимо также отметить, что минералы группы каолинита поглощают катионы только наружной поверхностью кристалла, так как они имеют незначительное свободное пространство между пакетами кристаллической решетки (2,8 А). У минералов же группы монтмориллонита свободное пространство между пакетами значи

тельно больше (в сухом состоянии 9,4 А, при набухании возрастает до 21 А), что делает возможным проникновение в это пространство даже сравнительно крупных ионов. В почве происходит и необменное поглощение катионов, в результате чего глинистыми минералами (мусковитом, вермикулитом, иллитом, монтмориллонитом), имеющими трехслойную кристаллическую решетку, которая может расширяться, закрепляются катионы (калия, аммония, цезия, рубидия). Предполагается, что катионы попадают в межпакетные пространства кристаллической решетки этих минералов. Необменное поглощение аммония и калия изменяется в очень широких пределах, в зависимости от генетических особенностей почв, их механического и минералогического состава. У черноземов оно выражено значительно сильнее, чем у дерново-подзолистых почв. Возрастает оно также при попеременном увлажнении и высушивании почв. Поэтому неглубокая заделка аммиачных и калийных солей в слои почвы, подверженной попеременному увлажнению и высушиванию, усиливает необменное поглощение аммония и калия, внесенных с удобрениями. Необменно-поглощенные почвой аммоний и калий медленнее освобождаются в доступные растениям формы, чем обменно-поглощенные. Емкость поглощения катионов почвой — максимальное количество обменных катионов, которые могут быть поглощены почвой. Ёмкость поглощения удобнее всего выражать в миллимолях на 100г почвы. Если, например, 100 г почвы содержат 500 мг поглощенного кальция (и больше никаких других катионов), то емкость поглощения такой почвы равна 500 : 20 = 25 ммоль/100 г почвы (эквивалентная масса кальция 40 : 2 = 20, поэтому | ммоль кальция равен 20 мг Са). Если весь кальций (500 мг) вытеснить NH,Cl, то вместо кальция поглотится 450 мг МН, и почва будет содержать 450 мг поглощенного аммония (эквивалент NH," = 18). Поэтому при обмене Ca на МНЦ на место 20 мг Са будет поглощено 18 мг аммония. Емкость же поглощения остается одинаковой; если выразить ее в миллимолях, то она опять будет равна 25 ммоль/100 г почвы, так как 450 : 18 = 25, т.е. емкость поглощения для конкретной почвы — величина постоянная. Величина емкости поглощения определяется рядом факторов: 1) содержанием высокодисперсных частиц в почве; 2) химическим и минералогическим составом почвенных коллоидов; 3) реакцией почвы (величиной рН). Почвы, содержащие в большом количестве высокодисперсные частицы, отличаются высокой емкостью по

глощения; емкость поглощения катионов у глинистых почв выше, чем у песчаных. Разные группы почвенных коллоидов резко отличаются по емкости поглощения. Из глинистых минералов наибольшей емкостью поглощения обладают минералы группы монтмориллонита. Эти минералы характеризуются высокой степенью дисперсности, соответственно этому емкость поглощения катионов у монтмориллонита сравнительно велика — 60 - 150 ммоль/100 г минерала. Каолинит отличается малой дисперсностью и небольшой активной поверхностью. Соответственно невысока и его емкость поглощения катионов — всего 3 - 15 ммоль/100 г минерала. Органические почвенные коллоиды — гумусовые вещества — обладают значительно большей поглотительной способностью по сравнению с минеральными. Отличия в емкости обмена катионов гуминовыми кислотами различного происхождения определяются разным содержанием функциональных групп: гуминовые кислоты подзолистых почв имеют емкость обмена около 350 ммоль/100 г вещества (при рН = 7,0), а у гуминовых кислот чернозема и каштановых почв при тех же условиях — 400-500 ммоль/100г. Поэтому черноземы имеют более высокую величину емкости поглощения (40 - 60 ммоль/100 г почвы) по сравнению с дерново-подзолистыми почвами (10-15 ммоль/100 г). Емкость поглощения третьей группы высоко-дисперсных почвенных частиц — аморфных минеральных коллоидов — зависит от соотношения в их составе SiO; : R,0;. Чем шире это отношение, чем больше ацидоидная часть, тем выше и величина емкости поглощения ими катионов. С повышением рН увеличивается и емкость поглощения, так как возрастает отрицательный заряд коллоидов и, следовательно, поглотительная способность по отношению к катионам. Обменная поглотительная способность зависит от состава почвенных коллоидов. Чем больше в составе мелкодисперсной фракции почвы органического вещества и минералов глин монтмориллонитовой группы, тем выше бывает емкость поглощения. Способность органического вещества почвы к адсорбции катионов обусловлена кислотной (ацидоидной) природой перегнойных веществ, благодаря которой органические почвенные коллоиды имеют отрицательный заряд. Отрицательный заряд органическим коллоидам сообщают карбоксильные группы по такой схеме:

Реакцию обмена катионов, поглощенных органическими почвенными коллоидами, можно представить следующим образом:

исперсной фракции почв также связана с отрицательным зарядом. Возникновение отрицательного заряда у почвенных минералов связано главным образом с наличием изоморфных замещений в силикатных и алюмосиликатных структурах (например, кремния на алюминий и др.), что можно объяснить следующим образом. Соединение состава (S10), нейтрально, но если в кремнекислородной структуре некоторая часть атомов кремния в тетраэдрической координации замещена на атомы алюминия, то такое замещение нарушает нейтральность и сообщает алюмосиликатному образованию отрицательный заряд. Схематически это можно представить так:

Отрицательный заряд в алюмосиликатах уравновешивается COответственным количеством таких катионов, как K*, №’, Са?* и др. У минералов глин, входящих в состав мелкодисперсной фракции почвы, эти катионы оказываются способными к диссоциации и 00- мену на другие катионы по схеме

Приведенная схема показывает, почему именно алюмосиликаты, а не свободная $1Ю,, оказываются носителями обменной поглотительной способности минеральной части почвы. Алюминий, входящий в состав кремнекислородной (тетраэдрической) структуры, замещающий в ней частично кремний, сообщает этой структуре кислотные свойства, которыми чистая SiO; He обладает. Среди почвенных минералов наиболее высокой обменной способностью, обусловленной указанными причинами, обладает монтмориллонит. Решетка монтмориллонита состоит из множества плоских пакетов, состав и строение которых схематически можно представить так:

Такая структура нейтральна, алюминий (в центральной части пакета) образует в ней слой с октаэдрической координацией, и в этом положении отрицательного заряда алюмосиликатной структуре он не сообщает. Однако заряд появляется, если алюминий частично заместит кремний в кремнекислородном слое, например:

Таким образом, влияние алюминия на заряд алюмосиликатной структуры связано с его положением в ней. Алюминий, образующий самостоятельный алюмокислородный или алюмогидроксильный слой с октаэдрической координацией, ацидоидными свойствами не обладает. Кроме частичного замещения кремния на алюминий у монтмориллонита причиной появления отрицательного заряда бывают и другие изоморфные замещения, например частичная замена алюминия в октаэдрической координации на магний:

Высокообменная способность минералов данного типа обусловлена также тем, что обмен катионов у них не ограничивается внешней поверхностью микрокристаллических частиц, но распространяется внутрь их вследствие того, что при набухании раствор проникает в межпакетные промежутки кристаллической решетки микрокристаллов. Другие минералы мелкодисперсной фракции почвы имеют более плотную упаковку, и поэтому обмен катионов происходит у них только на внешней поверхности микрокристаллов. К таким относятся, в частности, минералы группы каолинита, состав и строение пакетов KOторого можно представить так:

По сравнению с минералами монтмориллонитовой группы Kaoлинит отличается более высоким содержанием алюминия и меньшим — кремнекислоты. Алюминий в такой структуре не только не сообщает ацидоидных свойств минералу, a, наоборот, может проявить свои основные свойства за счет связанных с алюминием гидроксильных ионов выходящих на внешнюю поверхность микрокристаллических частиц:

Еще в большей степени проявляются основные (базоидные) свойства у свободных, не связанных с кремнекислотой полуторных окислов (алюминия и железа), которые в кислой среде реагируют преимущественно как основания:

По мере общего увеличения в составе мелкодисперсной фракции почв содержания алюминия и железа и уменьшения количества кремнекислоты наблюдаются, как правило, снижение способности к обмену катионов, уменьшение емкости поглощения.

Таким образом, емкость поглощения почвы зависит от общего содержания мелкодисперсной коллоидной фракции, от ее химического состава и связанного с ним строения адсорбирующих частиц. Малая емкость поглощения у легких песчаных и бедных органическим веществом почв объясняется вообще малым содержанием в них мелкодисперсной коллоидной фракции. Невысокая емкость поглощения дерново-подзолистых почв может быть обусловлена повышенным содержанием в мелкодисперсной фракции свободных полуторных оксидов, а среди алюмосиликатных минералов — глин с преобладанием структур типа каолина. Высокая емкость поглощения у почв черноземного типа обусловлена как повышенным содержанием у них тонкодисперсной фракции с большой долей органических веществ в ее составе, так и преобладанием среди минералов-глин монтмориллонита с высоким соотношением SiO; : (ALLO; + Ее,О,). На емкость поглощения влияет также реакция среды. Как органические, так и большинство минеральных почвенных коллоидов, обладающих ацидоидными свойствами, проявляют их в большей степени в условиях нейтральной и слабощелочной среды. При кислой реакции, наоборот, заряд почвенных коллоидов уменьшается, в результате чего емкость поглощения катионов несколько снижается. Состав поглощенных катионов. Большая часть емкости поглощения черноземных почв, как правило, занята кальцием (30-40 ммоль) и магнием (5-10 ммоль). В поглощающем комплексе солонцовых и засоленных почв (солонцах, солончаках) кроме кальция и магния содержатся катионы натрия, а подзолистых и латеритных — ионы алюминия и водорода. Состав поглощенных катионов оказывает на свойства почвы определенное влияние. 1. Вследствие обратимости реакции обмена катионов почва обладает способностью регулировать состав почвенного раствора (KCl на черноземе вытесняет Ca’, a на кислых почвах — АГ’ и H*). Состав поглощенных катионов может оказать существенное влияние на действие удобрений. 2. Состав поглощенных катионов влияет на состояние самого поглощающего комплекса (кальций и магний увеличивают емкость поглощения, улучшают физические свойства почвы, натрий ухудшает их). Ионы водорода создают кислотность почвы и вызывают постепенное разрушение минералов, входящих в состав поглощающего комплекса почвы. Поэтому вытеснение поглощенного кальция водо

родом приводит к уменьшению емкости поглощения, что также ухудшает структуру почвы. Внесением удобрений можно регулировать соотношение поглощенных катионов в почве. Известкование дерново-подзолистых почв и гипсование солонцовых увеличивают содержание кальция в поглощающем комплексе. Реакция среды почвенного раствора — соотношение концентрации Н* и ОН” -uonoe в почвенном растворе, выраженное через pH водной или солевой вытяжки из почвы. Реакция почвы — существенный фактор, влияющий на высшие растения и микроорганизмы. Удобрения часто изменяют реакцию почвенного раствора (например, при известковании или внесении физиологически кислых солей). Физиологически кислым удобрением называется такое удобрение, при внесении которого подкисляется почва из-за преимущественного использования растениями катионов. Реакция почвенного раствора (как и всякого другого раствора) определяется концентрацией находящихся в нем ионов водорода (Н *) и гидроксила (ОНО. В чистой воде, имеющей нейтральную реакцию, концентрация ионов водорода равна концентрации ионов гидроксила. При электролитической диссоциации воды получается равное количество ионов H' и ОН. Степень диссоциации воды очень мала. Концентрация ионов водорода в чистой воде равна 1/107 г/л. Соляная и азотная кислоты в разведенном растворе диссоциируют полностью, поэтому если к 1 л воды добавить 1 ммоль НС, то в растворе будет около 1 ммоль HY, т.е. 0,001г = 1/10° H*. Упрощенно концентрацию ионов водорода выражают через рН (отрицательный логарифм концентрации ионов водорода). Так как в нейтральном растворе концентрация ионов водорода равна 0,0000001 = 1*10—, то pH = 7. Реакция почвенных растворов может колебаться в довольно значительных пределах, начиная от рН = 3-3,5 (это самая кислая реакция, которая характерна для сфагновых торфов и лесных подстилок сфагновых лесов) и кончая рН = 10 - 11 (такая щелочная реакция может быть у солонцов). Кислотность почвы — это свойство почвы, обусловленное наличием водородных ионов в почвенном растворе и обменных ионов водорода и алюминия в почвенном поглощающем комплексе. Раствор будет щелочным, если концентрация ионов ОН” больше концентрации H*, чем в чистой нейтральной воде. Следовательно, если показатель рН меньше 7 — это кислая реакция, рН равен 7 — нейтральная, pH больше 7 — щелочная.

Концентрации ионов водорода и гидроксила находятся в такой зависимости:

т.е. чем больше концентрация ионов гидроксила, тем меныше концентрация ионов водорода, и наоборот. В почвенном растворе всегда содержится углекислота, которая образуется в результате биологической деятельности. Она оказывает подкисляющее действие на почвенный раствор:

Однако эта кислотность подвергается нейтрализации поглощенными основаниями (кальция и магния) и карбонатами тех же металлов:

Если в поглощающем комплексе почвы содержится поглощенный натрий, то в растворе возможно образование бикарбоната или карбоната натрия:

Углекислые соли в растворе подвергаются гидролитической диссоциации:

Так как Ca(OH)2, и NaOH — сильные основания, a H2CO3 — очень слабая кислота, то при растворении углекислых солей в воде вследствие преобладания ОН — реакция смещается в щелочную сторону. Особенно резко подщелачивает раствор карбонат натрия, слабее — бикарбонат натрия и еще слабее — бикарбонаты магния и кальция. Таким образом, щелочность почвы — это способность ее проявлять свойства оснований. Реакция почвенного раствора разных почв зависит от состава поглощенных катионов и наличия в почве карбонатов. Если в поглощающем комплексе много натрия (солонцы, солончаки), то реакция почвенного раствора определяется наличием углекислых солей. У этих почв она бывает равной 8-8,5. При преобладании в поглощающем комплексе катионов кальция или присутствии карбонатов кальция и магния (карбонатные почвы, многие черноземы) реакция регулируется главным образом присутствием в почвенном растворе бикарбоната кальция; рН таких почв колеблется в пределах 7 - 8. Если же в почве кроме кальция и магния присутствуют алюминий и водород (выщелоченные и деградированные черноземы, дерново-подзолистые почвы), реакция почвенного раствора определяется одновременно присутствием свободной углекислоты и бикарбоната кальция

а также растворимых органических кислот и их солей. Чем меньше кальция и больше водорода, тем меньше будет

и больше свободной рН колеблется от 5 до 7.

Кроме СО2, и органических кислот почвенный раствор могут подкислять и соли алюминия:

до 3,5 - 4. Различают актуальную кислотность и потенциальную, которая подразделяется на обменную и гидролитическую. Актуальная кислотность почвенного раствора создается углекислотой (H2CO3) и частично растворимыми органическими кислотами и гидролитически кислыми солями. Обнаруживается она определением рН почвенного раствора или водной вытяжки из почвы. Обменная кислотность создается наличием ионов водорода и алюминия в обменном состоянии почвы, которые вытесняются при взаимодействии нейтральной соли с почвенным поглощающим комплексом:

Внесение удобрений Ha почвах с обменной кислотностью может вызвать еще большее подкисление, поэтому при применении удобрений с этим нужно считаться. Гидролитическая кислотность почвы образуется при действии гидролитически щелочной соли (CH;COONa) на почвенный поглощающий комплекс. Уксуснокислый натрий сообщает раствору щелочную реакцию:

Вышщелоченные и оподзоленные черноземы имеют гидролитическую кислотность. Определение гидролитической кислотности важно при решении практических задач, связанных с применением удобрений, известкованием, фосфоритованием почв и другими агрохимическими приемами. Степень насыщенности почв основаниями показывает, какая доля от общей емкости поглощения приходится на поглощенные основания:

где V — степень насыщенности основаниями (%); S — сумма поглощенных оснований (ммоль); Н — гидролитическая кислотность (ммоль); T — емкость поглощения. Существуют понятия буферность и кислотно-основная буферность почвы. У Т = $ + Н, Буферность почвы — это способность почвы противостоять изменению ее свойств при воздействии различных факторов, a кислотно-основная буферность почвы — ее способность противостоять изменению рН почвенного раствора при взаимодействии почвы с кислотами и основаниями.

Например:

Если к такому раствору прибавить щелочь, то равновесие сместится и часть молекул CH;COOH перейдет в диссоциированное состояние. Поэтому рН раствора изменится мало; раствор будет оказывать буферное действие против подщелачивания. Раствор смеси слабой кислоты и ee соли, например CH;COOH и CH;COONa, будет буферным также и по отношению к подкислению. Под влиянием электролитической диссоциации соли подавляется диссоциация и без того слабой кислоты:

Если к такой смеси прибавить сильную кислоту, то ионы Водорода будут соединяться с анионами CH;COO — и переходить в недиссоциированное состояние, поэтому рН будет изменяться мало — раствор будет буферить против подкисления. Подобного рода буферностью обладает почвенный раствор, так как в нем присутствуют слабые кислоты и их соли (например, углекислота, органические кислоты, фосфаты).

Буферность проявляется в том случае, если в почвенно-поглощающем комплексе присутствуют кальций, магний и другие элементы:

Чем больше емкость поглощения почвы и степень насыщенности почвы основаниями, тем более сильными буферными свойства-ми она обладает. Буферное действие против смещения реакции в щелочную сторону также связано с поглощающим комплексом, с обменной и гидролитической кислотностью:

Чем больше гидролитическая кислотность почвы, тем активнее почва будет противодействовать изменению реакции в сторону подщелачивания. Таким образом, буферное действие почвы в основном определяется степенью насыщенности почвы основаниями и величиной емкости поглощения. Чем больше степень насыщенности почвы основаниями и меныше гидролитическая кислотность, тем устойчивее почва против изменения реакции в кислую сторону. В случае низкой степени насыщенности, наоборот, особенно сильно проявляется сопротивляемость почвы против подщелачивания. Применение возрастающих количеств агрохимических средств в интенсивном земледелии существенно влияет на плодородие и свойства почвы, что в свою очередь определяет величину урожая сельскохозяйственных культур и качество продукции. Необходимы глубокие знания комплекса факторов и процессов, протекающих в системе почва - удобрение - растение, важнейшие из которых следующие: 1) изменение свойств и плодородия почвы при систематическом применении удобрений в сочетании с другими приемами агротехники; 2) круговорот и баланс питательных веществ и гумуса в почве и их регулирование; 3) исследование и создание комплекса оптимальных параметров основных показателей плодородия почв.

Исследование, описанное в статье про свойства почвы, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое свойства почвы и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Агрохимия и биохимия