Емкость поглощения почвы это общее количество поглощенных почвой катионов основания

Поглотительная способность почвы

Большую роль в питании растений и в превращении внесенных в почву удобрений играет ее поглотительная способность. Под поглотительной способностью понимается способность почвы поглощать различные вещества из раствора, проходящего через нее, и удерживать их. Основы современных представлений о поглотительной способности почвы были заложены работами академика К. К. Гедройца. Он различал пять видов поглощения в почве.

Биологическая поглотительная способность связана с жизнедеятельностью растений и почвенных микроорганизмов, которые избирательно поглощают из почвы необходимые элементы минерального питания, переводят их в органическую форму и предохраняют тем самым от выщелачивания. После отмирания корней, растительных остатков и тел микроорганизмов происходят их разложение и постепенная гумификация. Минерализация и последующее использование растениями ранее закрепленного в почве в органической форме азота, фосфора и серы протекают довольно медленными темпами.

Интенсивность биологического поглощения зависит от аэрации, влажности и других свойств почвы, от количества и состава органического вещества, служащего источником пищи и энергетического материала для преобладающих в почве гетеротрофных микроорганизмов. Внесение в почву значительного количества бедного азотом органического вещества (соломы или соломистого навоза) вызывает быстрое размножение микроорганизмов, сопровождающееся интенсивным биологическим, закреплением минеральных форм азота, что приводит к ухудшению азотного питания растений и снижению урожая. В то же время биологическое поглощение способствует закреплению нитратного азота, который никаким другим путем в почве не удерживается и может вымываться, особенно на легких почвах в зонах достаточного увлажнения и орошаемого земледелия.

Механическая поглотительная способность обусловлена свойством почвы, как всякого пористого тела, задерживать мелкие частицы из фильтрующихся суспензий. Механическим поглощением объясняется сохранение и характер распределения в почве илистых частиц и вносимых нерастворимых удобрений (фосфоритной муки, извести). Благодаря механической поглотительной способности они не вымываются из верхнего слоя почвы.

Физическая поглотительная способность — это положительная или отрицательная адсорбция частицами почвы целых молекул растворенных веществ. Положительная физическая адсорбция почвой растворимых минеральных солей неизвестна. Отрицательная абсорбация наблюдается при взаимодействии почвы с растворами хлоридов и нитратов, что обусловливает высокую подвижность их в почве и возможность вымывания из ее верхнего слоя при повышенной влажности. Это имеет положительное значение для Сl — иона (избыток которого вреден для некоторых растений), но для нитратов оно нежелательно.

Химическая поглотительная способность связана с образованием нерастворимых и труднорастворимых в воде соединений в результате химических реакций между отдельными растворимыми солями в почве (ионами в почвенном растворе).

Особую роль химическое поглощение играет в превращении фосфора в почве. При внесении водорастворимых фосфорных удобрений — суперфосфата, содержащего фосфор в виде монокальцийфосфата Са(H₂PO₄)₂, аммофоса NH₄H₂PO₄ и др.- в почвах происходит интенсивное химическое связывание фосфора. В кислых почвах (в подзолистых и красноземах), содержащих много полуторных окислов, химическое поглощение фосфора идет с образованием труднорастворимых фосфатов железа и алюминия. В почвах, насыщенных основаниями и содержащих бикарбонат кальция в почвенном растворе (черноземы, сероземы), химическое связывание фосфора происходит в результате образования слаборастворимых фосфатов кальция.

Химическое поглощение (фиксация) фосфора обусловливает слабую подвижность его в почве и снижает доступность растениям этого элемента из внесенных в почву легкорастворимых форм удобрений. По способности к фиксации фосфора почвы располагаются в следующем порядке: красноземы далее дерново-подзолистые почвы далее сероземы далее черноземы.

Физико-химическая, или обменная, поглотительная способность имеет особенно важное значение при взаимодействии удобрений с почвой. Физико-химическое поглощение — это способность мелкодисперсных (от 0, 2 до 0, 001 мкм) коллоидных частиц почвы поглощать из раствора различные катионы. Поглощение одних катионов сопровождается вытеснением в раствор эквивалентного количества других, ранее связанных твердой фазой почвы.

Вся совокупность органических и минеральных коллоидных частиц почвы (представленных гумусовыми веществами, глинистыми минералами и гидроксидами железа и алюминия), участвующих в обменном поглощении катионов, была названа К. К- Гедройцем почвенным поглощающим комплексом (ППК).

Способность органических и минеральных коллоидных частиц к обменному поглощению катионов обусловлена тем, что большая часть их имеет отрицательные заряды.

В естественном состоянии почвы всегда содержат определенное количество поглощенных катионов (Са 2+ , Mg 2+ , Н + , Аl 3+ , Na + , K + , NH₄ + и др.). Эти катионы могут обмениваться на другие катионы, находящиеся в растворе.

Обмен катионами между раствором и почвенным поглощающим комплексом происходит в строго эквивалентных количествах.

Реакция обмена катионов протекает быстро. При внесении в почву легкорастворимых удобрений (КСl, NH₄Cl, NH₄NO₃ и др.) они сразу же вступают во взаимодействие с ППК, катионы их поглощаются в обмен на катионы, ранее находившиеся в поглощенном состоянии.

Реакция обмена катионов обратима, так как поглощенный почвой катион может быть снова вытеснен в раствор:

В зависимости от концентрации раствора, его объема и природы обменивающихся катионов между катионами раствора и катионами почвенного поглощающего комплекса устанавливается некоторое подвижное равновесие. При изменении состава почвенного раствора это равновесие смещается, в результате одни катионы переходят из раствора в поглощенное состояние, а другие — из поглощенного состояния в почвенный раствор. При внесении минеральных удобрений, например KCl, концентрация почвенного раствора повышается, катионы удобрения вступают в обменную реакцию с катионами почвенного поглощающего комплекса и поглощаются почвой.

При усвоении какого-либо катиона растениями концентрация его в растворе уменьшается, он переходит из поглощенного состояния в раствор в обмен па другие катионы, содержащиеся в почвенном растворе. Чем выше степень насыщенности поглощающего комплекса данным катионом, тем легче и быстрее он вытесняется в раствор. Количество катионов, вытесняемых из поглощенного состояния в раствор, возрастает с повышением концентрации раствора, а при одинаковой концентрации — с увеличением объема раствора вытесняющей соли.

Разные катионы обладают неодинаковой способностью к поглощению. Чем больше заряд (валентность) катиона и его атомная масса, тем сильнее он поглощается и труднее вытесняется из поглощенного состояния другими катионами. Исключение из этого правила составляют ионы Н + , которые имеют наименьшую атомную массу, но обладают высокой энергией поглощения и способностью вытеснять другие катионы из ППК.

Емкость поглощения и состав поглощенных катионов у разных почв. Разные почвы содержат неодинаковое количество способных к обмену поглощенных катионов. Общее содержание в почве всех обменно-поглощенных катионов называется емкостью поглощения. Она обозначается буквой Т и выражается в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы. Например, если в 100 г почвы в поглощенном состоянии содержится 200 мг Са 2+ , 24 мг Mg 2+ и 9 мг NH₄ + , то емкость поглощения этой почвы будет равна;

(где 20—эквивалентная масса кальция, 12 — магния, 18 — аммония).

Величина емкости поглощения характеризует поглотительную способность почв. Она зависит от механического и минералогического состава почвы и содержания в ней органического вещества. Почвы с малым количеством коллоидной фракции (песчаные и супесчаные) имеют невысокую емкость поглощения. Чем больше в почве минеральных и органических коллоидных частиц, тем выше ее поглотительная способность. У глинистых и суглинистых почв емкость поглощения больше, чем у песчаных и супесчаных. Более богатые органическим веществом черноземные почвы отличаются значительно более высокой емкостью поглощения (30—60 мэкв на 100 г), чем подзолистые почвы и сероземы (10—15 мэкв на 100 г).

Поглотительная способность почвы оказывает большое влияние на превращение в ней минеральных удобрений, определяет степень подвижности их в почве. На почвах с малой поглотительной способностью (песчаных и супесчаных) при внесении легкорастворимых удобрений возможно вымывание питательных веществ и излишнее повышение концентрации раствора, поэтому азотные и калийные удобрения на таких почвах лучше вносить небольшими дозами и незадолго до посева. На почвах с высокой поглотительной способностью вымывания питательных веществ и избыючного увеличения концентрации раствора не происходит.

Разные почвы отличаются не только по общей емкости поглощения, но и по составу поглощенных катионов.

В большинстве почв в составе поглощенных катионов преобладает Са 2+ , второе место занимает Mg 2+ и в значительно меньших количествах находятся К + и NH₄ + . Сумма Са 2+ и Mg 2+ обычно составляет около 90% общего количества обменно-поглощенных катионов. В кислых почвах (подзолистых и красноземах) среди поглощенных катионов значительную часть занимают Н + и А1 3+ , а в солонцовых почвах — Na +

Состав поглощенных катионов оказывает большое влияние па свойства почвы и условия роста растений. Кальций коагулирует органические и минеральные коллоиды. Поэтому преобладание в составе поглощенных катионов Са 2+ , например на черноземах, способствует поддержанию прочной структуры и обусловливает хорошие физические свойства почвы. Насыщение почвы натрием (у солонцовых почв) вызывает пептизацию коллоидов, что приводит к их вымыванию, разрушению структурных агрегатов и ухудшению физических свойств почвы (плотное сложение, вязкость и т. д.). Кроме того, при наличии натрия в почвенном поглощающем комплексе происходит вытеснение его в раствор в обмен на другие катионы с образованием соды, что вызывает щелочную реакцию раствора, неблагоприятную для развития растений:

При большом содержании в почвенном поглощающем комплексе ионов водорода и алюминия они могут переходить в раствор и подкислять его.

Повышенная кислотность раствора и особенно высокое содержание в нем алюминия оказывают вредное действие на растения.

Источник

Лекция 2в — Емкость поглощения и состав поглощенных катионов в различных почвах

Емкость поглощения показывает, сколько катионов в поглощенном состоянии содержит данная почва и в значительной степени зависит от рН почвы, от количества и качественного содержания коллоидных фракций почвы. Она рассчитывается по формуле:

Т – емкость поглощения, мг . экв/100 г почвы

S – сумма поглощенных оснований, мг . экв/100 г почвы

Нг – гидролитическая кислотность, мг . экв/100 г почвы

Величина емкости поглощения характеризует поглотительную способность почв. Очень высокой Т обладают илистые почвы, меньшей — песчаные. Кислые почвы имеют низкую емкость поглощения, а нейтральные – более высокую. Почвы, содержащие в поглощенном состоянии Са 2+ , Мg 2+ , К + , Nа + , NН₄ +, называются насыщенными основаниями, а почвы, в которых наряду с перечисленными катионами в значительных количествах присутствуют Н + и Аl 3+ — ненасыщенными. В большинстве почв в составе поглощенных катионов преобладает Са 2+ , затем – Мg 2+ (в сумме они обычно составляют около 90% обменно-поглощенных катионов). В значительно меньших количествах представлены К + и NН₄ + _. В кислых почвах в составе поглощенных катионов много Н + и Al 3+ , а в солонцовых – Nа + .

От состава поглощенных катионов в значительной степени зависят свойства почвы и условия роста растений. Почвы, насыщенные кальцием (черноземы), обладают хорошими физическими свойствами, имеют хорошую структуру, водный и воздушный режимы. Насыщение почвы натрием (солонцы) приводит к разрушению структурных агрегатов, ухудшению физических свойств, обеднению питательными элементами.

4.Кислотность почвы – одна из основных ее агрохимических

характеристик

Реакция почвы имеет большое значение для развития растений и почвенных микроорганизмов. Она оказывает влияние на скорость процессов, протекающих в почве; на деятельность почвенных микроорганизмов; на усвоение питательных веществ; на минерализацию органического вещества и т.д. Кислотность почвы создается наличием ионов водорода в почвенном растворе и в поглощающем комплексе. Различают актуальную (активную) и потенциальную кислотность почвы.

Актуальная кислотность.

Реакция почвенного раствора зависит от соотношения в нем ионов Н + и ОН — . Произведение концентрации этих ионов есть величина постоянная и равна 10 -14 .

Актуальная кислотность, оказывающая непосредственное влияние на развитие растений и почвенных микроорганизмов, обусловлена повышенной концентрацией ионов водорода в почвенном растворе. Она определяется в водной вытяжке из почвы и измеряется величиной рН, которая обозначает отрицательный логарифм концентрации ионов Н + в растворе. Источником свободных ионов водорода является угольная кислота и ее кислые соли. При дыхании корней и разложении органического вещества образуется углекислый газ (СО₂). При его растворении образуется угольная кислота (Н₂СО₃), которая диссоциирует на ионы Н + и НСО₃ — . В результате повышается концентрация ионов водорода в почвенном растворе и он подкисляется.

При наличии в почве большого количества поглощенных оснований (Са, Мg) и карбонатов, угольная кислота может быть нейтрализована. При наличии же в почве большого количества поглощенного натрия образуются углекислые соли натрия (NаНСО₃, Nа₂СО₃ и др.) и раствор приобретает щелочную реакцию. В природных условиях реакция почвенного раствора колеблется от рН = 3 – 3,5 (сфагновые торфа) до рН=9 – 10 (солонцовые почвы), но в растениеводческой практике в основном используются почвы с рН от 4 до 8. По степени кислотности почвы подразделяются на сильнокислые (рН менее 4,5), кислые (рН 4,5 – 5,5), слабокислые (рН 5,5 – 6,5) и близкие к нейтральной (рН 6,5 – 7). Подзолистые и дерново – подзолистые почвы имеют кислую или сильнокислую реакцию; выщелоченные черноземы и серые лесные почвы – слабокислую; обыкновенные черноземы — близкую к нейтральной и щелочную реакцию имеют южные черноземы и каштановые почвы (рН 7,5), сероземы (рН до 8,5) и солонцы (рН до 9 и более).

С актуальной кислотностью тесно связана потенциальная (скрытая) кислотность, обусловленная наличием ионов Н + и Аl которая в свою очередь подразделяется на обменную и гидролитическую.

Обменная кислотность проявляется при обработке почвы раствором нейтральной соли (1 н. КСl) и обусловлена наличием в поглощенном состоянии ионов Н + и Аl 3+ , которые способны обмениваться на катионы нейтральной соли. Выражается в мг . экв/100 г почвы или величиной рН _ксl.

ППК] Н + + КСl = ППК]К + + НСl

В сильнокислых почвах в поглощенном состоянии присутствует много алюминия. Хлористый алюминий – гидролитически кислая соль, которая при диссоциации образует слабое основание и сильную кислоту:

Обменная кислотность свойственна кислым дерново – подзолистым, серым лесным почвам, выщелоченным и оподзоленным черноземам, красноземам. Отсутствует в щелочных почвах. Обменная кислотность имеет большое значение при внесении высоких доз растворимых минеральных удобрений. Особенно вредно действует переходящий в раствор алюминий. Во избежание подкисления почвенного раствора необходимо перед их применением известковать почву или нейтрализовать минеральные удобрения. При внесении извести необходимо нейтрализовать как актуальную, так и обменную кислотность.

Гидролитическая кислотность. Более полно ион водорода вытесняется из почвенного поглощающего комплекса (ППК) при действии на почву раствором гидролитически щелочной соли, чаще всего уксуснокислого натрия:

ППК]Н + + СН₃СООNа = ППК]Nа + + СН₃СООН

Следовательно, гидролитическая кислотность – это потенциальная кислотность почвы, обусловленная менее подвижными ионами водорода, вытесняемыми при обработке почвы гидролитически щелочной солью. Гидролитическую кислотность можно рассматривать как общую, суммарную кислотность почвы (актуальная, обменная, гидролитическая), выражая ее в мг . экв/100 г почвы. Гидролитическая кислотность присуща большинству почв, даже черноземам и отсутствует только в карбонатных и щелочных почвах. Так как она включает менее подвижную часть поглощенных ионов водорода, то при отсутствии обменной кислотности она не вредна для растений. Значение Н_г необходимо знать для установления дозы извести и возможности эффективного применения фосфоритной муки.

5.Степень насыщенности почв основаниями

Реакция почвенного раствора зависит не только от величины обменной и гидролитической кислотности, но и от того, какую долю от емкости поглощения почвы (Т, мг . экв/100 г) занимают поглощенные водород и алюминий, и какая доля приходится на остальные катионы (Са 2+ , Мg 2+ , Nа + , К + и др.). Количество всех поглощенных катионов, кроме водорода и алюминия называется суммой поглощенных оснований, обозначается буквой S и выражается в мг . экв/100 г почвы. Общую емкость поглощения дает сложение суммы поглощенных оснований (S) и поглощенного водорода (гидролитической кислотности):

Доля суммы поглощенных оснований (S) от емкости поглощения (Т), выраженная в процентах, называется степенью насыщенности почвы основаниями (V):

V=S/T х 100 V=S/S + H_г х 100

Величина степени насыщенности почвы основаниями – важный показатель для характеристики поглотительной способности и степени кислотности почв. Ее определение позволяет точнее решать вопрос о необходимости (очередности) известкования. Не всегда при большей абсолютной величине гидролитической кислотности почва сильнее нуждается в известковании и не всегда равные величины Н г свидетельствуют об одинаковой нуждаемости почв в известковании. В первую очередь известкуют почвы со степенью насыщенности основаниями менее 50 %, во вторую – 50 – 70%, почвы с V% более 70% — не известкуют. Следовательно, чем меньше степень насыщенности почвы основаниями (при одинаковой абсолютной величине кислотности), тем сильнее ее нуждаемость в известковании.

6. Буферная способность почв.

Буферная способность почвы – это способность почвы противостоять изменению реакции почвенного раствора в сторону подкисления или подщелачивания. Буферность почвы зависит от количества и качества органического вещества почвы, так как его карбоксильные группы (СООН) противостоят подщелачиванию, а аминогруппы (NН₂) – подкислению. Богатые органическим веществом почвы имеют высокую буферную способность против подкисления и подщелачивания одновременно.

Буферная способность почв зависит также от содержания и состава обменных катионов в почвенном поглощающем комплексе, т.е. от емкости поглощения и степени насыщенности почв основаниями. Чем больше емкость поглощения, тем больше буферность почвы и наоборот. Поглощенные основания (Са, Мg и др.) оказывают буферное действие против подкисления:

Поглощенный водород оказывает буферное действие против подщелачивания. Роль буфера в почве выполняют также слабые кислоты (угольная, уксусная и др.) и их соли. Почвы, богатые карбонатами – буферят против подкисления.

Буферная способность почв имеет большое значение при выборе форм и внесении в почву минеральных удобрений. На почвах с низкой буферностью при внесении кислых и щелочных удобрений возможны резкие сдвиги реакции почвенного раствора, что неблагоприятно сказывается на растениях и почвенной микрофлоре.

Источник