Какие обменные катионы улучшают структурное состояние почвы

Итак, размер ЕКО зависит от гранулометрического, минералогического состава почвы, содержания в нем органического вещества, реакции среды.

Емкость катионного обмена веществ в почве изменяется в очень широких пределах в зависимости от типа почвы и даже генетического горизонта. В гумусных слоях почвы ЕКО в большей степени связана с органическими веществами. Емкость органической части почвы в 10-30 раз выше ЕКО минеральной части. С емкостью катионного обмена связана устойчивость почв к антропогенному воздействию химического загрязнения.

Исходя из вышесказанного, емкость катионного обмена – важный параметр почвенного плодородия, который очень важно измерять. При этом, следует помнить, что существенную разницу на одном поле, где не представлены разные типы почв мы, скорее всего, не увидим.

Источник

ОБМЕННЫЕ КАТИОНЫ ПОЧВ

Состав обменных катионов почв является одним из важнейших по­казателей, используемых при диагностике и классификации почв. Так, например, в зависимости от содержания катионов Н + и А1 3+ все почвы можно разделить на две группы: почвы, насыщенные основаниями (не содержат Н + и А1 3+ ), и почвы, не насыщенные основаниями (содержат Н + и А1 3+ ).

Степень насыщения почв основаниями определяется по фор­муле:

V = · 100 (%), где

V — степень насыщения почв основаниями в % от ЕКО;

S — сум­ма концентраций обменных оснований (сумма концентраций катио­нов Са 2+ , Mg 2+ , Na + , K + );

ЕКО — стандартная емкость катионного обмена.

Почвы, не насыщенные основаниями, содержат некоторые коли­чества обменных катионов Н + и А1 3+ , и для них всегда S + . К ним относятся солонцева­тые почвы, солонцы, многие солончаки. Повышенное содержание обменного катиона натрия в солонцах, например, приводит к по­явлению таких отрицательных свойств почв, как высокая щелоч­ность, плотная слеживаемость в сухом состоянии, сильная трещиноватость мощной почвенной корки, что вызывает разрыв корневой системы растений и гибель всходов. Во влажном состоянии такие почвы отличаются плохими водно-физическими свойствами (вяз­кость, заплывание и липкость почвенной массы). Существуют три основные возможности засоления почвенной толщи: путем капиллярного поднятия солей с влагой снизу; по­верхностными водами; первичное засоление, обусловленное мор­ским генезисом почвообразующей породы. Первые два пути свя­заны с ошибками в сельскохозяйственном использовании земель, которые приводят к нарушению сложившихся в естественных усло­виях соотношений обменных катионов. Наибольшее влияние на со­став обменных катионов в почвах, используемых для сельского хо­зяйства, оказывает внесение минеральных удобрений, орошение и осушение полей, поскольку эти агротехнические мероприятия спо­собны вызвать изменение состава почвенных растворов.

Помимо состава почвенного раствора на количественный и ка­чественный состав обменных катионов значительное влияние ока­зывает природа почвенно-поглощающего комплекса (ППК). Почвы обладают различной способностью селективно поглощать катионы одного рода в ущерб катионам другого рода. Коэффициент селек­тивности катионного обмена K_S, количественно характеризующий это явление, может быть определен по формуле:

K_S = ,

где Mj и Mj — концентрации обменных катионов i-го и j-ro видов в ППК; Zi и Zj — их заряды; а_i и а_j— — активности соответствующих катионов в равновесном растворе.

Значение коэффициента селективности зависит от свойств кати­онов и химических особенностей компонентов ППК.В общем случае предпочтительнее связываются катионы с более высоким зарядом, а при равных зарядах — катионы с большей атомной массой.

Коэффициент селективности для пары обменных катионов, на­пример Ca 2+ -Na + , по данным различных авторов колеблется от 4 до 16. Однако, несмотря на способность почв преимущественно свя­зывать катионы кальция, при орошении почв в них возможно на­копление Na + . Это объясняется тем, что воды рек и водохранилищ, используемые для орошения в засушливых районах, содержат замет­ные количества натриевых солей. Доля Na + в составе растворенных солей по мере удаления по оросительным каналам от водохранилища постоянно повышается. При попадании в почву эти воды способны сместить установившееся равновесие в составе обменных катионов и способствовать возрастанию доли катионов Na + в почвенно-поглощающем комплексе.

В качестве одной из характеристик природных и сточных вод,применяемых для орошения, принято использовать показа­тель адсорбируемости натрия (в англоязычном варианте – sodium adsorption ratio – SAR), который позволяет оценить опасность за­соления и осолонцевания почв:

SAR = 1,41·,

где[Na + ], [Ca 2+ ], [Mg 2+ ] — концентрации соответствующих катио­нов в воде (мэкв/л).

Оценка опасности засоления и осолонцевания почв носит пока эмпирический характер и зависит от общей минерализации воды и величины SAR.

Источник

ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ОБМЕННЫХ КАТИОНОВ НА СВОЙСТВА ПОЧВ

Для обсуждения влияния состава обменных катионов на физико-химические и структурно-механические свойства почв рассмотрим два крайних случая. Рассмотрим два типа почв, у одного из которых обменные катионы состоят только из катионов Na + , а у другого – только из катионов Са 2+ .

1. Оструктуривание почв.Оструктуривание – это способность почвенных коллоидов находиться в состоянии коагуляции. На коагуляцию почвенных коллоидов влияет величина ς-потенциала, которая опредеяется зарядом гранулы – комплекса ядра с адсорбционным слоем.

Если сравнит гранулы Са 2+ насыщенных и Na + насыщенных почв, то ς-потенциалы их будут совершенно разными. Катион Na + имеет толстую гидратную оболочку и плохо адсорбируется, а катион Са 2+ , наоборот, имеет тонкую и прочную гидратную оболочку и хорошо адсорбируется. Поэтому содержание катионов кальция в адсорбционном слое мицеллы в насыщенных кальцием почвах будет больше, чем катионов натрия в насыщенных натрием почвах. Если еще учесть, что заряд катиона кальция в два раза больше заряда катиона натрия, то нетрудно предположить, что в насыщенных кальцием почвах значение ς-потенциалабудет намного ниже, чем в почвах, насыщенных ионами натрия. Поэтому при насыщении почвы ионами кальция (известкование, гипсование) образуется прочная коагуляционная структура почвенных коллоидов – происходит оструктуривание почвы.

При плохом оструктуривании почвы коллоидные частицы легко переходят в состояние золя и легко вымываются из почвы при обильных дождях и вешними водами, что приводит снижению содержания ППК в составе почвы и ее поглощающей способности.

2. Влагоемкость.Она определяется количеством воды, которая связана с мицеллой почвенного коллоида. Так как катионы натрия имеют толстую гидратную оболочку, то в насыщенных натрием почвах будет содержаться значительное количества связанной воды. Такие почвы обычно легко заболачиваются. Насыщенные кальцием почвы имеют меньшую влагоемкость.

Рисунок 17 Вид гидратной оболочки частицы почвенного коллоида

При рассмотрении поведения частицы почвенного коллоида необходимо иметь в виду, что толщина слоя связанной воды неодинакова на разных участках ее поверхности (рисунок 17). Она тоньше на вершинах и ребрах сколов и толще на плоских участках поверхности.

3. Газо- и водопроницаемость.При росте и развитии растений необходимо, чтобы почвенный раствор постоянно мигрировал и поставлял питательные вещества к корневой системе растений. Кроме того, почва должна обладать хорошей газопроницаемостью для поступления кислорода воздуха, который создает соответствующий окислительно-восстановительный потенциала почвы, и для удаления образующихся в результате жизнедеятельности микроорганизмов газов. Из рисунка 18 видно, что в насыщенных кальцием почвах капилляры в коагуляционных структурах открыты для продвижения почвенного раствора, а в почвах, насыщенных натрием, они заполнены связанной водой. Через такие капилляры прохождение жидкости и газов затруднены.

Рисунок 18 Состояние капилляров у Na-насыщенных (а) и Са-насыщенных (б) почв

4. Буферность. Буферность почвы – это способность ее противодействовать к изменению рН почвенного раствора при изменении внешних условий. Буферность почвы обусловлена способностью почвенных коллоидов проявлять свойства как донора протона, так и акцептора протона (раздел 6.5). Появляющаяся в почвенном растворе по тем или иным причинам кислота или щелочь взаимодействуют с почвенными коллоидами. Механизм буферного действия почвенных коллоидов при появлении в составе почвы кислоты или щелочи можно описать следующими ионообменными процессами:

— при добавлении кислоты:

— при добавлении щелочей:

где ППК│Na + , H + — почвенный поглощающий комплекс с обменными катионами натрия и водорода .

Таким образом, при попадании в почву кислоты ионы водорода поглощаются ППК, который взамен отдает в почвенный раствор эквивалентное количество ионов натрия. В результате рН почвенного раствора остается без изменения.

Аналогичный процесс происходит при попадании в почву щелочи. Взамен поглощаемого иона натрия из ППК в почвенный раствор уходит ион водорода, который соединяясь с ОН — ионами образует воду. В итоге значение рН почвенного раствора остается неизменым.

Рассмотрение приведенных выше свойств почв показывает, что природа обменных катионов играет значительную роль в определинии их физико-химических и структурно-механических свойств.

Источник