Группировка почв по емкости катионного обмена

Емкость катионного обмена почв и факторы, ее определяющие.

Ёмкостью поглощения или емкостью катионного обмена (ЕКО) называется общее количество катионов, которое может быть вытеснено из почвы. ЕКО характеризует физико-химическую поглотительную способность почв и зависит от минерального и гранулометрического состава почв, а также от содержания в них гумуса

Обменные катионы и анионы. Состав обменных катионов и емкость катионного обмена основных типов почв.

Влияние обменных катионов на свойства почв.

Обменные катионы – это катионы, способные к эквивалентному обмену на катион взаимодействующего с почвой раствора. Обменные катионы находятся на обменных позициях глинистых минералов и органического вещества, и их составов сильно различается в почвах разных природно-климатических зон.

Обменные анионы – анионы, способные эквивалентно обмениваться на анионы взаимодействующего с почвой раствора. Основная часть обменных анионов находится в почвах на поверхности гидроксидов железа и алюминия, которые в условиях кислой реакции имеют положительный заряд. Поглощение анионов почвами в неблагоприятных условиях может приводить к накоплению ряда токсичных веществ.

Основные обменные катионы в почве: (Ca) 2+ ; (Mg) 2+; (Na ) +; (NH4) +; (K) +; (H) +; (Al) 3+; (Fe) 2+; (Mn) 2+.

Основные обменные анионы в почве: (PO4) 3-; (HPO4) 2-; (H2PO4) -; (SiO3) 2-; (NO3) -; (Cl) -.

Емкость анионного обмена имеет тот же смысл, что и емкость катионного обмена. Но характеризует обменную способность почвы в отношении анионов. Емкость анионного обмена не имеет существенного значения для большинства типов почв, у которых основная масса частиц, способных к ионном обмене, несет отрицательный заряд.

Емкость анионного обмена возрастает по мере подкисления среды, с увеличением содержания в почве органического вещества, галлуазита и аморфных минералов.

· Величина ЕКО определяется числом отрицательных зарядов, приходящихся на единицу массы или поверхности почвенного поглощающего комплекса.

· Выражают ее в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы.

Величина емкости катионного обмена зависит от ряда факторов:

· Минералогического состава почвы;

· Содержания и состава органического вещества;

· природы и концентрации катиона раствора, используемого для определения ЕКО.

Группировка почв по емкости катионного обмена.

Обменные катионы выполняют в почве следующие экологические функции:

· Ca 2+ — присутствует во всех почвах, но в разных количествах и соотношениях с другими катионами, оптимальное содержание 80-90% ЕКО, способствует оструктуриванию, гумусообразованию, кислотно-основной буферности, способен к ионе обменному поглощению корнями растений.

· Mg 2+ — всегда сопровождает Ca 2+, при увеличении доли ППК вызывав повышение щелочности, присутствуя в ППК поддерживает солонцеватость случаях к образовании особых почв – магниевых солонцов.

· K + — играет важную роль в питании растений;

· Al 3+ — участвует в формировании потенциальной кислотности почв, играет важную роль в перераспределении веществ в почвенном профиле;

· H + — источник почвенной кислотности,

Состав поглощенных катионов в разных почвах различен и зависит от типа почвообразования, состава материнских пород и состава грунтовых вод. Наиболее распространенными во всех почвах являются кальций, магний, водород, алюминий, калий, натрий, аммоний.

· Подзолистые и дерново-подзолистые почвы содержат кальций, магний, водород и алюминий. Водород и алюминий приводят к кислой реакции среды. Такие почвы имеют низкую емкость поглощения, особенно в горизонте А2;

· В черноземах преобладают кальций и магний, причем кальция больше, чем магния. Одновалентных катионов (натрий, калий, водород и аммоний) в поглощенном состоянии содержат мало. Емкость поглощения высокая.

· Каштановые содержат меньше гумуса, чем черноземы и меньшую емкость поглощения. Основные катионы – кальций, магний и натрий (до 3%)

· Солонцы – кальций, магний, натрий (более 20%). Благодаря натрию в почве коллоиды имеют высокий потенциал, при котором гели переходят в золи.

· Сероземы имеют низкую емкость поглощения, в составе преобладает кальций, магний, содержание калия и натрия не превышает 10-15% от емкости поглощения.

· Красноземы – почвы влажных субтропиков. Это кислые почвы. В составе ППК преобладают водород и алюминий (до 70-80% от емкости поглощения) и немного кальция и магния.

· Болотные почвы – содержат кальций, магний, водород, алюминий и аммоний в большом количестве.

Значение катионов в агрономических свойствах почв:

· Катионы, которые насыщая почву полностью дают нормальный урожай растений. К ним относятся кальци и стронций. Последний не имеет практического значения, то можно сказать, что кальций представляет собой единственный катион, который насыщая почву, создает для растений вполне благоприятные условия;

· Катионы магния, марганца, железа, алюминия и водорода. При полном насыщении ими растения гибнут, но внесение извести в той или иной степени исправляют урожай;

· Катионы, обладающие ядовитыми свойствами по отношению к растениям и внесение извести в этом случае бесполезно – это аммоний, натрий, калий, кадмий, барий, никель, кобальт, медь.

Дата добавления: 2019-07-17 ; просмотров: 1818 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник

Почвенно-поглощающий комплекс (ППК)

Материальным носителем обменной способности почв является почвенный поглощающий комплекс (ППК) — совокупность минеральных, органических и органо-минеральных соединений высокой степени дисперсности, нерастворимых в воде и способных к обменным реакциям.

Поглотительной способностью обладала коллоидные частицы (0,001—0,200 мкм) и в меньшей степени предколлоидная фракция (0,2—1,0 мкм). Основным механизмом обменной поглотительной способности почв является процесс сорбции. Природа и состав ППК связаны с типом почвообразования.

Строение почвенно-поглощающего комплекса (по Н.И. Горбунову, 1974): А — минеральная коллоидная частица; Б — органическая коллоидная частица

Общее количество поглощенных (обменных) катионов называется емкостью поглощения, или емкостью катионного обмена (ЕКО). Она зависит от содержания в почве илистой фракции, природы ППК и реакции среды.

Группировка почв по емкости катионного обмена

Емкость катионного обмена больше в почвах тяжелого гранулометрического состава, чем в легких. Органические коллоиды обладают более высокой ЕКО, чем минеральные. Минеральные коллоиды в почвах, содержащих монтмориллонит, характеризуются большим ЕКО, чем в почвах с преобладанием каолинита и гидрослюд.

В обменной форме находятся многие макро — и микроэлементы минерального питания растений. Наиболее важны для диагностики процессов почвообразования и плодородия почв обменные катионы почвенного поглощающего комплекса: Са 2+ , Mg 2+ , Na + , Н + , Аl 3+ .

Обменные катионы выполняют в почве следующие экологические функции:

Са 2+ — присутствует во всех почвах, но в разных количествах и соотношениях с другими катионами, оптимальное содержание — 80—90% ЕКО (чернозёмы), способствует оструктуриванию, гумусообразованию, кислотно-основной буферности, способен к ионе обменному поглощению корнями растений;

Мg 2+ — всегда сопровождает Са 2+ (типичное соотношение концентраций Са 2+ и Мg 2+ составляет 5:1, в этом случае действие Mg 2+ аналогично действию Са 2+ ), при увеличении доли в ППК вызывав повышение щелочности, присутствуя в ППК поддерживает солонцеватость почв и приводит в отдельных случаях к образовании особых почв — магниевых солонцов;

К + — играет важную роль в питании растений;

Аl 3+ — участвует в формировании потенциальной кислотности почв, играет важную роль в перераспределении веществ в почвенном профиле, способствует образованию труднодоступных фосфатов алюминия, при концентрации в растворе более 2 мг/л токсичен для растений, физиологически токсичен;

NH 4+ — единственная возможная аккумуляция доступного растениям азота, легко используется корневыми системами растений не накапливается в количествах, превышающих 3 % ЕКО;

Н + — источник почвенной кислотности, присутствует всегда бескарбонатных почвах, при pH от 6,5 до 7,2 присутствует в ПП в количествах менее 5 % ЕКО, при более высоком содержании начинают проявляться кислотные свойства почв, тем в большей степени, чем выше доля Н + в ППК, максимум кислотности достигается, когда доля водорода в ППК превышает 40—50 %, почва при этом становится кислой и сильнокислой (pH 3—5);

Na + — в количествах менее 3 % ЕКО является важным условием оптимального функционирования биоценозов, обеспечивает дисперсность коллоидов, подвижность гумусовых веществ и пополнение почвенных растворов биологически необходимыми компонентами, активный пептизатор коллоидов при концентрации в почвенном растворе ниже порога коагуляции — при этом коллоидный системы переходят в состояние золя, почва приобретает признаю солонцеватости, в растворах появляются щелочные соли, pH может достигать 9,5—10,0, образуются особые почвы — солонцы;

Fe 3+ — интенсивный коагулятор коллоидов, как и алюминий, во влажных тропических почвах, участвует в образовании труднорастворимых соединений, органо-минеральных комплексов, в реакциях окисления-восстановления, является причиной заохривания почв, ожелезненные почвы малопластичны, не набухают, склонны к образованию латеритов.

От состава обменных катионов зависят физические и химические свойства почвы. Обменный Na + вызывает пептизацию коллоидов, образование корки на поверхности почвы, ухудшение водной проницаемости почвы. Обменный Са 2+ способствует образованию водопрочных агрегатов, с ним связана нейтральная реакция почвы.

Большое содержание в ППК обменных Н + и Аl 3+ обусловливает кислую реакцию почвы. На физико-химической поглотительной способности почв основаны некоторые виды мелиорации: известкование кислых почв, гипсование солонцов.

Важной характеристикой ППК является степень насыщенности основаниями — суммарное количество обменных катионов Са 2+ и Мg 2+ , выраженное в процентах от емкости поглощения. По степени насыщенности основаниями определяют потребность почвы в известковании:

Потребность почвы в известковании

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник

Со знаком плюс: как катионы микроэлементов влияют на структуру почвы и плодородие

AGRONEWS продолжает рассказывать о плодородии почвы и влияющих на него факторах. Одна из них — способность к катионному обмену. Высокая способность означает, что почва может содержать много питательных веществ, необходимых растениям. При низком показателе питательные вещества не связаны частицами гумуса и глины, поэтому легко вымываются из почвы и уходят под пахотный слой.

При оценке способности почвы к катионному обмену учитываются три фактора: емкость катионного обмена (ЕКО), насыщенность питательными веществами и соотношение между катионами химических элементов в почве.

Емкость катионного обмена

Емкость катионного обмена (емкость поглощения) — общее количество катионов одного рода, которое может быть вытеснено из почвы. Чем показатель выше, тем почва плодороднее. Помимо минералогического и гранулометрического состава почвы, на ЕКО влияет содержание органических веществ, то есть значение в основном зависит от доли глины и гумуса в почве. Показатель также повышается при увеличении pH участка.

Насыщенность почвы основаниями

Глино-гумусовый комплекс может связывать как основания, полезные для питания растений (катионы Са2+, Mg2+, К+, Na), так и ионы Н+ и А13+. Степень насыщенности основаниями (V ) вычисляется как отношение суммы обменных оснований к общей емкости катионного обмена, выраженное в процентах. В зависимости от соотношения почвы делят на насыщенные (V> 80%) и ненасыщенные (V= 50-70%) основаниями.

Лучшими считаются почвы, насыщенные основаниями, например, черноземы с высоким содержанием Са2+ и Мg2+. Они имеют нейтральную или слабощелочную реакцию. В таких почвах органические и минеральные коллоиды сохраняются и накапливаются, что способствует увеличению общей емкости поглощения катионов.

Преобладающее содержание ионов Н+ и А13+ в почвенном поглощающем комплексе (ППК) обуславливает высокую кислотность почвы и со временем приводит к разрушению минералов. Емкость поглощения катионов уменьшается, ухудшается структура. В таких почвах создается неблагоприятный водно-воздушный режим, на поверхности постепенно образуется корка.

Степень насыщенности основаниями используется при определении нуждаемости почв в известковании. При V более 80% известкование проводить не нужно, при V менее 50% — потребность в нем высокая, в промежутке — средняя и слабая.

Соотношение катионов

Соотношение катионов калия, магния и кальция влияет на потенциальную структуру почвы. Кальций делает структуру почвы рыхлой; он удерживает частицы глины на расстоянии друг от друга и действует как связующее вещество между глиной и органическим веществом. Магний действует аналогичным образом, но не является связующим элементом между органическим веществом и песком или глинистыми частицами. Слишком большое количество калия и натрия приводит к поверхностному уплотнению почвы.

Проиллюстрировать это можно с помощью структурного треугольника, который представляет соотношение между Ca+, Mg+ и ионами K, Na, H, AI, Fe. Он показывает фактическую структуру почвы.

Катионы натрия, кальция, калия и магния являются связывающими агентами: они сохраняют частицы почвы, но также обеспечивают достаточное расстояние между ними.

Оптимальная структура (синее пятно в треугольнике структуры) — это идеальный баланс ионов Ca, Mg и K, связанных с глиной и гумусом. Положение черной точки относительно темно-синей области определяет, какое удобрение требуется для улучшения почвы.

Если черная точка находится над синей областью, значит, в почве превышено содержание кальция и не хватает магния. Для улучшения структуры почвы необходимо использовать удобрения, содержащие магний.

Если черная точка находится ниже темно-синей области, значит, есть нехватка кальция и избыток магния. Желаемый результат даст применение известковых удобрений.

Меньшая доля катионов Ca+ и большая Mg+ не вызовет больших проблем напрямую (синие и голубые пятна). Магний удерживает частицы глины на расстоянии, как и кальций, но он связывается с органическим веществом. Однако слишком большое количество K+ делает почву восприимчивой к поверхностному уплотнению. Слишком малое количество K+, в свою очередь, приводит к снижению урожайности.

Состояние почвы ухудшается и при избыточной доле Na+ в составе обменных катионов: усиливается разрушение почвенной структуры, возрастет распыленность. Из-за уменьшения пористости, особенно некапиллярной, снижается скорость фильтрации воды вплоть до полной водонепроницаемости.

Лабораторный анализ емкости катионного обмена

Определить емкость катионного обмена и другие показатели в лабораторных условиях сегодня можно различными методами. Они отличаются предварительной обработкой образцов, видами солей и катионов, процедурой насыщения и извлечения, способами конечного определения ионов.

Однако большинство этих методов имеют большую или меньшую погрешность в результатах. Так, определить точный состав обменных катионов в некоторых видах почв сложно из-за содержания в них водорастворимых солей, карбонатов и гипса, так как они могут растворяться в применяемых реактивах и искажать результаты. Кроме того, на результат лабораторных исследований влияет человеческий фактор.

Еще большая погрешность у экспресс-тестов для определения ЕКО. Точность этого анализа зависит от правильного отбора и обработки пробы, качества реактивов (снижается при загрязнении, неправильном хранении и истечении гарантийного срока), правильности приготовления растворов потребителем, погрешностей при титровании и калибровке.

Вместе с тем, за рубежом становится все более популярной технология NIRS — спектроскопия ближнего инфракрасного излучения. Преимущество NIRS перед другими методами — в точных результатах и меньшем времени, которое требуется на анализ.

При NIRS-исследовании на образец оказывается воздействие ближним инфракрасным излучением. Современное оборудование за несколько секунд измеряет, волны какой длины отражаются от исследуемого материала, а какой — поглощаются. Полученный спектр содержит точную информацию о составе образца.

Благодаря результатам исследований NIRS сельхозпроизводитель может принять оперативные меры для улучшения структуры почвы. К слову, скоро эта технология анализа почвы станет доступна и для белорусских аграриев.

Источник