Фракции гранулометрического состава почв обладающие наибольшей поглотительной способностью

Глава 6. ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОЧВ

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.

§1. Почвенные коллоиды, происхождение, строение и классификация

К почвенным коллоидам относятся частицы диаметром + ). К ним относятся глинистые минералы, гумусовые кислоты, органо-минеральные коллоиды, кремниевая кислота. Ацитоиды обладают способностью к поглощению и обмену катионов.

2) базоиды – коллоиды, несущие положительный заряд (в потенциалопределяющем слое катионы) и имеющие в диффузном слое анионы (ОН – ). К ним относятся гидраты окисей железа и алюминия. Базоиды способны к обмену анионов.

3) амфолитоиды – коллоиды, имеющие переменный знак, зависящий от реакции среды: в кислой – «+» заряд, в щелочной – «–» заряд. К ним относятся белковые органические вещества.

Большая часть почвенных коллоидов имеет отрицательный заряд, и, следовательно, способность почвы к поглощению и обмену катионов значительно больше, чем к анионам. Поэтому, говоря о поглотительной способности почв, имеют в виду именно поглощение катионов.

Поскольку почвенные частицы имеют заряд, они способны притягивать дипольные молекулы воды из окружающего раствора, образуя гидратные пленки. Толщина этой пленки зависит от величины заряда и состава поглощенных катионов. В связи с этим различают гидрофильные коллоиды (кремнекислота, глинистые минералы, органические коллоиды и коллоиды, насыщенные К, Na, Li), удерживающие многослойные пленки воды, и гидрофобные – слабогидратированные коллоиды (гидрооксид железа, коллоиды, насыщенные двух- и трехвалентными катионами). Гидрофильные коллоиды имеют сродство к воде, способны сильно набухать и оставаться устойчивыми в коллоидном растворе. Гидрофобные набухают незначительно, сворачиваются и выпадают в осадок.

Почвенные коллоиды могут находиться в двух разных физических состояниях: 1) в состоянии коллоидного раствора, или золя; 2) в состоянии студенистого, аморфного или хлопьевидного осадка, или геля. Переход коллоидов из состояния золя в состояние геля называется коагуляцией, или слипанием (свертыванием) коллоидов. Причиной данного перехода является потеря гидратной оболочки и заряда в результате следующих процессов: замораживания, высушивания, действия электролитов, взаимной коагуляции и тиксотропии.

Коагуляция коллоидов происходит главным образом при их взаимодействии с электролитами (растворами солей, кислот и щелочей), которые в растворе распадаются на ионы с «+» или «–» зарядом. Коллоиды с «+» зарядом коагулируются анионами, с «–» зарядом – катионами. Коагулирующая способность катионов различна и зависит от их валентности и атомной массы. Одновалентные катионы коагулируют слабее двухвалентных, а двухвалентные – слабее трехвалентных.

По степени коагулирующей способности К.К.Гедройц расположил все катионы в следующем порядке:

Li + + + + 2 + + 2 + 2 + 3 + 3 +

Коагуляция может быть обратимой и необратимой, т.е. золь, перешедший в гель, снова может перейти в раствор либо его обратный переход затруднен или невозможен. Обратимая коагуляция вызывается одновалентными, необратимая – двух- и трехвалентными катионами. Под действием двух- и трехвалентных катионов почвенные частицы склеиваются в комочки, имеющие большую устойчивость и водопрочность, почва становится более структурной, улучшается ее физическое состояние.

Особым явлением представляется процесс тиксотропии коллоидов, чаще всего встречается в криогенных почвах и вызывает их плывунность. Коллоиды находятся в таких почвах в скоагулированном состоянии геля благодаря их своеобразной гексагональной ориентации. Гель не отделяется от дисперсной среды, а застудневает вместе с ней. Полученный гель может быть переведен в золь путем механического воздействия (встряхивания и др.), по прекращении которого с течением времени золь опять переходит в гель.

Пептизация – процесс, обратный коагуляции, когда коллоиды переходят из состояния геля в состояние золя. Пептизация коллоидов отрицательно воздействует на почвообразовательные процессы, поскольку обусловливает разрушение структуры и вымывание коллоидов из верхних горизонтов, что резко снижает их поглотительную способность, ухудшаются физические и химические свойства почвы.

§2. Виды поглотительной способности почв

Поглотительной способностью почв называют способность почвы поглощать твердые взвешенные частицы, целые молекулы веществ или их часть и удерживать их в себе. Носителем поглотительной способности почв является почвенный поглощающий комплекс (ППК) – вся совокупность почвенных компонентов, способных участвовать в процессах поглощения и обмена. Главную часть его составляют почвенные коллоиды.

К.К.Гедройц выделил пять видов поглотительной способности почв, каждый из которых играет определенную роль в почвообразовании и формировании свойств почвы: механическая, биологическая, химическая, физическая и физико-химическая, из которых две последние связаны с ППК.

Механическая поглотительная способность – способность почвы как всякого пористого тела задерживать взвешенные твердые частицы из фильтрующихся суспензий крупнее почвенных пор. Механическое поглощение напрямую зависит от гранулометрического состава и сложения почвы. Так, глинистые и суглинистые почвы способны поглощать даже тонкодисперсные частицы, а песчаные, имеющие крупнопористое сложение, взвешенные частицы поглощают значительно хуже. Механическая поглотительная способность возрастает с увеличением количества гумуса в почве. Благодаря ей, в почве удерживаются от выноса наиболее ценные с точки зрения плодородия элементы. Большое значение это имеет в областях с искусственным орошением или обильными осадками. Почва может также удерживать и частицы меньше диаметра пор благодаря наличию замкнутых и извилистых пор.

Биологическая поглотительная способность почвы обусловлена жизнедеятельностью растений и микроорганизмов почвы, которые поглощают из нее необходимые для жизни элементы и переводят их в органические соединения своего тела. В таком виде элементы питания не вымываются из почвы. Особенностью этого вида поглотительной способности является избирательность – растения и микроорганизмы поглощают необходимые им вещества строго в соответствии со своими потребностями. Благодаря этой избирательности почва систематически обогащается биологически ценными элементами, которые извлекаются из глубоких слоев, после отмирания живых организмов накапливаются в верхних горизонтах и используются следующими поколениями организмов. В естественных условиях почва чем старше, тем плодороднее. Однако избирательность может иметь и отрицательные последствия: при внесении удобрений в результате поглощения только некоторых ионов в почве возникают физиологическая кислотность и щелочность.

Особенно большое значение этот вид поглотительной способности имеет в отношении нитратов, так как они поглощаются и закрепляются только биологическим путем.

Химическая поглотительная способность – это способность почвы закреплять нерастворимые соединения, образующиеся в результате химических обменных реакций в почвенном растворе или при взаимодействии с твердой частью почвы. При взаимодействии с катионами кальция, алюминия, железа и других элементов растворимые в воде сульфаты, карбонаты, фосфаты образуют нерастворимые соединения. В таком виде вещества закрепляются и не вымываются из почвы:

Таким же образом могут закрепляться в почве и удобрения. Например, при внесении фосфатных удобрений (суперфосфат) в карбонатную почву он переходит в нерастворимый трифосфат кальция:

Физическая поглотительная способность – это способность почвы поглощать и удерживать в себе целые молекулы веществ на поверхности своих частиц. Она обусловлена силами молекулярного притяжения (из-за наличия свободной энергии у поверхностных молекул), за счет которых на поверхности коллоидных частиц адсорбируются вещества из раствора или газы, причем изменяется только концентрация веществ, но качественный состав не изменяется (поглощенное вещество не внедряется в твердую фазу почвы и не вступает в химическую реакцию, а накапливается на границе раздела фаз).

Способность адсорбции присуща всем телам природы. Чем сильнее степень раздробленности частиц, тем больше их общая поверхность, где сорбируются молекулы многих веществ.

Различают положительную и отрицательную адсорбцию. При нормальной (положительной) адсорбции к поверхности почвенных частиц притягиваются молекулы растворенного вещества, и концентрация раствора уменьшается. Таким путем поглощаются органические соединения, газы, щелочи, некоторые токсины. При отрицательной адсорбции на поверхности частиц закрепляются молекулы растворителя, и концентрация раствора увеличивается. Такому явлению подвержены неорганические кислоты и некоторые другие минеральные соединения. Так, нитраты почвой не поглощаются ни физическим, ни химическим путем, а только биологическим, поэтому вносить азотные удобрения необходимо только в период интенсивного роста растений, когда они наиболее нуждаются в азоте. Это предотвратит загрязнение водоемов нитратами.

Физико-химическая (обменная) поглотительная способность почв – это способность почвы поглощать из раствора различные катионы или анионы, отдавая в обмен эквивалентное количество ионов твердой фазы (из диффузного слоя мицеллы). Так как большинство почвенных коллоидов заряжены отрицательно, то и поглощаться будут из почвенного раствора в основном катионы, которые называются обменными. Эта поглотительная способность напрямую связана с ППК. В общем виде процесс обмена катионов можно представить следующим образом:

почва] Н + + КСl ↔почва] К + НСl.

К.К.Гедройц установил следующие законы обменной адсорбции:

● закон эквивалентности – процесс обмена катионов происходит в эквивалентных отношениях по законам химии;

● закон обратимости – реакция обмена катионов является обратимой, т.е. любой поглощенный катион при соответствующих условиях может снова перейти в раствор;

● закон концентрации – чем выше концентрация иона-вытеснителя в почвенном растворе, тем интенсивнее он будет поглощаться почвой и займет больший вес в составе поглощенных катионов (при постоянном объеме). В случае если концентрация раствора постоянна, количество катионов, вытесняемых из почвы в раствор, возрастает с увеличением объема последнего;

● закон скорости – реакции обменной адсорбции происходят быстро (равновесие устанавливается в течение нескольких минут);

● закон энергии – энергия адсорбционного поглощения почвой разных катионов неодинаковая и зависит от их валентности, а в пределах одной валентности – от атомной массы и ионного радиуса. Ряд энергии поглощения катионов в большинстве почв следующий (К.К.Гедройц):

Li + + + + 2 + + 2 + 2 + 3 + 3 + .

Поглощение анионов идет всегда в обмен на ОН-группы почвенных коллоидов и зависит от природы аниона, реакции среды и состава коллоидов. Обмен анионов происходит в том случае, если в почве есть «+» заряженные коллоиды (гидроксиды полуторных оксидов) или «+» заряженные участки отрицательных коллоидов (минералы группы каолинита, вещества белковой природы). Поэтому в тех почвах, где много базоидов (дерново-подзолистые, красноземы), при уменьшении рН почвы или увеличении в почве содержания Fe и Al обмен анионов возрастает. В почвах, имеющих нейтральную или щелочную реакцию, обмен анионов выражен очень слабо.

В почвенном растворе присутствуют две группы анионов, которые отличаются по характеру поглощения: 1) NO₃ – , NO₂ – , Cl – – в пределах возможных в почвах реакций не поглощаются почвой, так как легкорастворимы, закрепляются только биологическим путем; 2) SO₄ 2– , CO₃ 2– , PO₄ 3– – поглощаются химическим и физико-химическим путем. Особенно большое значение имеет поглощение фосфат-иона почвой, так как, с одной стороны, он становится недоступным для растений, с другой стороны, он извлекается из геологического круговорота и удерживается в почве. Поэтому фосфорные удобрения вносят в почву в гранулированном виде.

§3. Состав поглощенных катионов, емкость катионного обмена и степень насыщенности почв основаниями

Почвенный поглотительный комплекс всегда насыщен катионами, но их состав и количество неодинаковы в разных почвах. Важнейшей характеристикой ППК и почвы в целом является емкость катионного обмена (емкость поглощения) (ЕКО) – общее количество поглощенных катионов, находящихся в почве и способных к обмену. Выражается в мг·экв/100 г почвы и обозначается Т (Е), зависит от типа почвы, минералогического состава, гранулометрического состава, количества гумуса и реакции среды. Чем больше в почве глинистых минералов и гумуса, чем ближе к нейтральной реакция почвы, тем больше ЕКО. Песчаные малогумусные почвы имеют самую низкую емкость поглощения – 1 – 5, супесчаные – 7 – 8, суглинистые – 15 – 18, глинистые – 25 – 30 мг·экв/100 г. В гумусовых горизонтах ЕКО выше, чем в нижележащих горизонтах. В верхнем горизонте черноземов она достигает 50 – 60 мг·экв/100 г, так как здесь много гуминовых кислот, ЕКО которых в чистом виде – 350 – 400 мг·экв/100 г.

Емкость катионного обмена варьирует в широких пределах и ее величина в различных типах почв представлена в таблице 6.

Различные почвы существенно отличаются друг от друга по качественному составу поглощенных катионов, который обусловлен условиями почвообразования, водно-солевым режимом почв и хозяйственной деятельностью человека. В составе ППК находятся практически все катионы, необходимые для питания растений, но их доля от общего количества поглощенных катионов невелика – несколько процентов. Общее содержание всех обменных катионов, кроме Н + и Al 3+ , называют суммой обменных оснований (S). В зависимости от наличия поглощенного водорода и алюминия почвы подразделяют на насыщенные и ненасыщенные основаниями.

Емкость катионного обмена в различных типах почв

Источник

Состав и поглотительная способность почвы

Глава 3. СВОЙСТВА ПОЧВЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПИТАНИЕ РАСТЕНИЙ И ПРИМЕНЕНИЕ УДОБРЕНИЙ

Состав и поглотительная способность почвы

Почва состоит из твердой, жидкой (почвенный раствор) и газообразной (почвенный воздух) фракций.

Почвенный воздух отличается от атмосферного повышенным содержанием углекислого газа (1, иногда 2 – 3 % и более) и меньшим – кислорода. Состав почвенного воздуха зависит от интенсивности газообмена между почвой и атмосферой. Образование углекислого газа в почве происходит в основном в результате разложения органического вещества микроорганизмами и дыхания корней. Образующаяся в почве углекислота частично выделяется в атмосферу, улучшая воздушное питание растений, а частично растворяется в почвенной влаге, образуя угольную кислоту (H₂CO₃), которая диссоциирует на ионы Н + и , вызывая подкисление почвенного раствора. В результате усиливается растворение минеральных элементов в почве, переход их в усвояемые для растений формы. При избыточном увлажнении и плохой аэрации почвы в почвенном воздухе содержание углекислоты повышается до 2 – 3 %, а кислорода – снижается, что отрицательно сказывается на развитии растений и микроорганизмов. При содержании кислорода в почвенном воздухе менее 8 – 12 % растения угнетаются, а при содержании меньше 5 % они погибают, в почве начинают преобладать анаэробные восстановительные процессы.

Почвенный раствор – это фракция почвы, из которой происходит поглощение растениями питательных элементов. Обычно содержание водорастворимых солей в почве составляет 0,05 %, а их концентрация 0,3 – 0,5 % может быть губительной для растений. В почвенном растворе содержатся минеральные и органические вещества, органоминеральные соединения, а также растворенные газы (СО₂, NH₃, О₂ и др.).

Из минеральных соединений в почвенном растворе могут быть анионы , , , , Cl — , и катионы Са 2+ , Mg 2+ , Na + , , K + , H + . Железо и алюминий содержатся в почвенном растворе в виде устойчивых комплексов с органическими веществами, а в кислых почвах – в виде катионов и гидратов полуторных окислов.

Из органических соединений в почвенном растворе могут быть водорастворимые вещества органических остатков и продукты их разложения, продукты жизнедеятельности растений и микроорганизмов (органические кислоты, сахара, аминокислоты, спирты, ферменты и др.).

Органоминеральные соединения представлены в основном комплексными соединениями, например гумусовых кислот, полифенолов с поливалентными катионами.

Состав и концентрация солей в почвенном растворе зависят от влажности почвы, интенсивности минерализации органического вещества, внесения удобрений, от взаимодействия раствора с твердой фазой почвы.

Твердая фракция почвы состоит из минеральной и органической частей, которые и являются основными источниками питания для растений. Около половины химического состава твердой фракции приходится на кислород, одна треть – на кремний, свыше 10 % – на алюминий и железо, лишь 7 % составляют остальные химические элементы. Азот практически полностью (95 – 97 %) содержится в органической части почвы; углерод, фосфор, сера, кислород и водород – как в минеральной, так и в органической части, калий – только в минеральной части почвы.

Минеральная часть составляет 90 – 99 % массы почвы и имеет сложный минералогический и химический состав. По химическому составу минералы подразделяются на кремнекислородные и алюмокремнекислородные соединения (силикаты и алюмосиликаты). Кроме того, в ее состав входят аморфные и кристаллические гидроокиси алюминия, железа, кремния, а также различные минеральные соли.

Наиболее распространен в почве первичный минерал кварц, который содержится в ней преимущественно в виде частиц песка (от 0,2 до 1 мм) и пыли (от 0,001 до 0,5 мм). Содержание его во всех почвах превышает 60 %, а в легких песчаных достигает 90 %.

Из первичных алюмосиликатных минералов в почве широко распространены полевые шпаты и слюды. Постепенно разрушаясь, эти минералы служат источником калия, кальция, магния и железа для растений. Полевые шпаты и слюды обычно присутствуют в почве в виде частиц пыли и реже – в виде илистых (меньше 0,001 мм) частиц.

Вторичные минералы образуются в процессе выветривания и почвообразования при изменении полевых шпатов и слюд. По своей химической природе они относятся к гидроалюмосиликатам и состоят главным образом из кремния, алюминия, кислорода и водорода. Кроме этого, они в небольшом количестве содержат также кальций, магний, калий, железо. Они находятся в почве преимущественно в виде мелкодисперсных илистых и коллоидных частиц и обладают большой суммарной поверхностью и высокой поглотительной способностью. В составе твердой фазы почвы всегда присутствуют в небольшом количестве труднорастворимые соли фосфорной кислоты (фосфаты кальция, магния, железа, алюминия), карбонаты кальция, магния, сульфата кальция.

Различные фракции почвы различаются не только по размеру частиц, но имеют неодинаковый минералогический и химический состав, содержание элементов питания.

В более крупных частицах почвы – песке и крупной пыли – преобладают кварц и полевые шпаты, поэтому такие частицы характеризуются высоким содержанием кремния, но меньшим – других элементов.

В состав мелкодисперсной коллоидной и илистой фракции входят преимущественно вторичные алюмосиликатные минералы, поэтому в ней больше содержится алюминия и железа, а также кальция, магния, калия, фосфора и других элементов питания растений. В связи с этим суглинистые почвы, в которых больше илистых и коллоидных частиц, богаче элементами питания, чем песчаные и супесчаные.

Мелкодисперсные минеральные частицы почвы (глинистые минералы) вместе с органическим веществом обусловливают адсорбционные процессы в почве, ее поглотительную способность, которая играет важную роль при взаимодействии удобрений с почвой. Следовательно, от гранулометрического состава почвы зависят многие важные ее свойства – содержание элементов питания, поглотительная способность и буферность, а также физические свойства (пористость, влагоемкость, водопроницаемость, воздушный и тепловой режимы).

Органическое вещество почвы составляет по массе небольшую часть твердой фазы почвы, но имеет важное значение для плодородия почвы и питания растений. Содержание органического вещества в дерново-подзолистых почвах колеблется от 0,5 до 3 %. Оно представлено в основном (85 – 90 %) гумусовыми веществами: гуминовыми и фульвокислотами — высокомолекулярными азотсодержащими соединениями специфической природы, и лишь небольшая часть – негумифицированными остатками растительного, микробного и животного происхождения.

Значение органического вещества почвы очень многообразно. Оно является важным источником элементов питания для растений. Известно, что в почве в органической форме содержится 98 % запасов азота, до 60 – фосфора, 80 % серы, а также большое количество других питательных элементов, необходимых для нормального роста и развития растений. При его минерализации азот, фосфор, сера и другие элементы питания растений переходят в усвояемую минеральную форму. Содержащиеся в почве гуминовые кислоты и фульвокислоты, а также углекислота, образующаяся при разложении органических веществ, оказывает растворяющее действие на труднорастворимые минеральные соединения фосфора, кальция, магния, в результате чего они переходят в доступную для растений форму.

Органическое вещество почвы положительно влияет на структуру почвы, ее влагоемкость, водо- и воздухопроницаемость, тепловой режим. Вместе с наиболее мелкодисперсной частью минеральных веществ твердой фазы почвы органическое вещество участвует в процессах поглощения и обмена, имеющих большое значение при взаимодействии удобрений с почвой. Даже невысокое содержание гумуса в почве повышает ее поглотительную способность, буферность, благоприятно влияет на реакцию среды.

Органическое вещество служит источником питания и энергетическим материалом для большинства почвенных микроорганизмов, которые, разлагая его, обеспечивают растение необходимыми водорастворимыми питательными элементами. Учитывая значительную минерализацию органического вещества почвы, для поддержания его положительного баланса в почве в Беларуси необходимо вносить ежегодно на пахотных суглинистых почвах не менее 12 – 13, а на супесчаных и песчаных – не менее 15 – 18 т/га органических удобрений.

Большую роль в питании растений и превращении удобрений в почве играет ее поглотительная способность. Основы современных представлений о поглотительной способности почвы были заложены работами академика К. К. Гедройца (1872 – 1932). Под поглотительной способностью понимают способность почвы поглощать различные вещества из раствора, проходящего через нее, и удерживать их. К. К. Гедройц выделял пять видов поглотительной способности почв: механическую, физическую, химическую, физико-химическую, или обменную, и биологическую.

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 нерастворимых удобрений (фосфоритной муки, извести). Благодаря механической поглотительной способности эти удобрения не вымываются из верхнего слоя почвы, в ней сохраняется также наиболее ценная коллоидная фракция.

Физическая поглотительная способность почвы – это способность ее положительно или отрицательно адсорбировать газы, молекулы солей, спиртов, щелочей и других веществ. Интенсивность физического поглощения прямо зависит от количества мелкодисперсных частиц в почве и считается положительной, когда молекулы растворенного вещества притягиваются частицами почвы сильнее, чем молекулы воды, и отрицательной, если сильнее притягиваются молекулы воды. Положительное физическое поглощение аммиака почвой происходит при внесении безводного аммиака или аммиачной воды, отрицательное – растворов нитратов и хлоридов. Это обусловливает высокую подвижность последних в почве, что необходимо учитывать при внесении нитратных и хлорсодержащих минеральных удобрений. Нитратные и нитратсодержащие минеральные удобрения следует вносить ближе к севу или в подкормку, а содержащие много хлора – с осени, чтобы произошло хотя бы частичное вымывание хлора, так как большинство культур отрицательно реагируют на хлор.

Химическая поглотительная способность почвы – это способность почвы удерживать некоторые ионы путем образования труднорастворимых или нерастворимых в воде соединений в результате химических реакций, происходящих в почве. Так, ионы угольной и серной кислот с двухвалентными катионами кальция и магния дают труднорастворимые в воде соли: CaSО₄, СаСО₃ и MgCО₃, выпадающие в осадок.

Особое значение химическое поглощение имеет в превращении фосфорных удобрений в почве. При внесении водорастворимых фосфорных удобрений – суперфосфата Са(Н₂РО₄)₂, аммофоса NH₄H₂PО₄ и др. – в почвах происходит интенсивное химическое связывание фосфора.

Физико-химическая, или обменная, поглотительная способность – это способность мелкодисперсных коллоидных частиц почвы (от 0,00025 мм до 0,001 мм) поглощать различные катионы из раствора, причем поглощение одних катионов сопровождается вытеснением в раствор эквивалентного количества других, ранее поглощенных твердой фазой почвы:

(почва)Са 2+ + 2КС1 (почва) + CaCl₂

Совокупность мелкодисперсных частиц почвы, как органических (представленных гумусовыми веществами), так и минеральных (главным образом глинистые минералы), участвующих в обменном поглощении катионов, была названа К. К. Гедройцем почвенным поглощающим комплексом, или сокращенно ППК.

Способность органических и минеральных коллоидных частиц к обменному поглощению катионов обусловлена их отрицательным зарядом – поэтому поглощаются катионы солей (удобрений). Положительный заряд имеют коллоидные гидроокиси железа, алюминия, тогда обменно поглощаются анионы , , . Обменно поглощаются в почве калийные и многие азотные удобрения.

В естественном состоянии почвы всегда содержат определенное количество поглощенных катионов Са 2+ , Mg 2+ , H + , Аl 3+ , Na + , и др. Эти катионы могут обмениваться на другие катионы, находящиеся в растворе. Обмен катионами между раствором и почвенным поглощающим комплексом происходит в эквивалентных количествах.

Реакция обмена катионов проходит очень быстро. При внесении в почву легкорастворимых удобрений (КС1, NH₄NО₃ и др.) они сразу вступают во взаимодействие с ППК, катионы их поглощаются из раствора почвой в обмен на катионы, ранее находившиеся в ней в поглощенном состоянии.

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

(ППК)Са 2+ + 2NH₄NO₃ (ППК) + Са(NО₃)₂.

В зависимости от концентрации раствора, его объема и природы обменивающихся катионов между катионами раствора и катионами ППК устанавливается некоторое подвижное равновесие. При изменении состава и концентрации почвенного раствора это равновесие смещается, в результате чего одни катионы переходят из раствора в поглощенное состояние, а другие – из поглощенного состояния в почвенный раствор. При усвоении какого-либо катиона растениями концентрация его в растворе уменьшается, этот катион из поглощенного состояния переходит в раствор в обмен на другие катионы, содержащиеся в почвенном растворе. Чем выше степень насыщенности поглощающего комплекса данным катионом, тем легче и быстрее он вытесняется в раствор, и наоборот. Количество катионов, вытесняемых из поглощенного состояния в раствор, увеличивается с увеличением концентрации раствора, а при одинаковой концентрации – с увеличением объема раствора вытесняющей соли.

Разные катионы обладают неодинаковой способностью к поглощению. Чем больше атомная масса и заряд катиона, тем сильнее он поглощается и труднее вытесняется из поглощенного состояния другими катионами. В порядке возрастающей способности к поглощению катионы располагаются в такой последовательности: одновалентные: Li + + + ; двухвалентные: Mg 2+ 2+ ; трехвалентные: Аl 3+ 3+ . Исключение составляет катион , который по своей массе среди одновалентных катионов занимает второе место, а по энергии поглощения – третье, а также ионы Н + , которые имеют наименьшую атомную массу, но обладают высокой энергией поглощения и способностью вытеснять другие катионы из поглощенного состояния.

Биологическая поглотительная способность связана с жизнедеятельностью растений и микроорганизмов, которые избирательно поглощают из почвенного раствора необходимые элементы минерального питания, переводят их в органические соединения своих тел и тем самым предохраняют от вымывания из почвы. Биологическое поглощение играет большую роль в превращении азотных удобрений в почве. Исследованиями установлено, что в результате биологического поглощения в почве закрепляется в органической форме 20 – 40 % азота аммонийных и 10 – 20 % азота нитратных удобрений. Особенно важное значение биологическое поглощение имеет для нитратного азота, поскольку он никаким другим способом в почве не удерживается. Не усвоенный растениями и микроорганизмами нитратный азот может вымываться или под действием микроорганизмов подвергаться денитрификации и теряться из почвы в газообразной форме. После отмирания растений и микроорганизмов закрепленные в органическую форму элементы питания в результате минерализации органического вещества вновь становятся доступными для растений. В среднем на площади 1 га микроорганизмы могут удерживать до 125 кг азота, 40 – фосфора и 25 кг калия.

Интенсивность биологического поглощения зависит от аэрации, влажности и других свойств почвы, от количества и состава органического вещества. Если в почву вносится много богатого клетчаткой, но бедного азотом органического вещества (солома, соломистый плохо разложившийся навоз), то, как отмечалось, микроорганизмы, будучи конкурентами растений, используя клетчатку в качестве энергетического материала, будут интенсивно размножаться и потреблять много азота, а также фосфора из почвы, что приведет к ухудшению питания растений и снижению урожая. Поэтому при запашке соломы на удобрение в почву необходимо вносить бесподстилочный навоз или на каждую тонну навоза 10 – 12 кг минерального азота.

Известкование кислых почв, совместное внесение органических и минеральных удобрений позволяют регулировать интенсивность микробиологических процессов.

Источник