Почва. Кислотность почвы
Дата публикации: 04.01.2016 2016-01-04
Статья просмотрена: 376 раз
Библиографическое описание:
Сергеев, М. А. Почва. Кислотность почвы / М. А. Сергеев, Л. В. Давыденко. — Текст : непосредственный // Юный ученый. — 2016. — № 1 (4). — С. 39-41. — URL: https://moluch.ru/young/archive/4/245/ (дата обращения: 11.12.2021).
Почва — не только среда размещения растений и резервуар элементов питания, но и сложный биологический организм, живущий по своим законам. В ней протекают физико-химические и биологические процессы превращения питательных элементов [1].
Газообразная часть почвы (почвенный воздух) характеризуется пониженным содержанием кислорода и большим содержанием углекислого газа (0,1 % до 3 %) по сравнению с атмосферой (0,03 %). Такая особенность связана с тем, что в почве при разложении органического вещества, дыхании корней постоянно потребляется кислород и выделяется углекислый газ. На состав почвенного воздуха влияет атмосферное давление, температура, тип растений и т. д.
В твердой части почвы содержатся основные запасы питательных элементов. Она состоит из минеральной (90–99 % массы) и органической частей (1–10 %). Минеральная часть почвы в свою очередь на 90 % состоит из трех элементов: кислорода, кремния и алюминия. Органические вещества подразделяются на две большие группы: негумифицированные и гумифицированный. Негумифицированные (подвижные) органические вещества — это отмершие, но еще не разложившиеся или полуразложившиеся остатки растений и микробов. Гумифицированные (перегнойные) органические вещества — это высокомолекулярные азотсодержащие соединения специфической природы (составляют 90 % органического вещества в почве).
Жидкая часть почвы (почвенный раствор). В почвенном растворе содержатся минеральные, органические и органоминеральные вещества, совершающие важные химические процессы. В среднем в почве содержится около 20 % воды от всей массы. От типа почвы зависит общее содержание ионов в почвенном растворе. Для питания растений особенно важно достаточное количество в растворе K+, Ca2+, Mg2+, NH4+, NO3-, H2PO4-, Cl-, SO42-, постоянное пополнение этих катионов и анионов.
HCO3- _ образуется в почве за счет микроорганизмов и корневой системы растений, оказывает большое влияние на pH среды почвы, вызывает щелочность почвы.
NO3- _ появляется в почве благодаря биологическому процессу нитрификации, связанного с жизнедеятельностью определенной группы микроорганизмов, заключающегося в окислении аммиака до нитритов, а затем до нитратов.
NO2- _ образуется в почве в результате жизнедеятельности нитритных бактерий, редко встречается в почве в большом количестве, так как быстро окисляется нитратными бактериями до NO3-.
Cl- _ содержится в почве в небольших количествах из-за быстрого растворения и вымывания в нижние слои горизонта за счет отрицательной адсорбции.
SO42-_ образуется в почве в результате растворения гипса [1, 2].
Наиболее благоприятная концентрация солей в почвенном растворе для растений — 1 г в 1 л (0,1 %), в почве концентрация солей ниже 0,5 г/л (0,05 %). Избыток солей в почве (больше 0,2 %) вреден для растений. Осмотическое давление почвенного раствора значительно ниже, чем в клеточном соке растений.
Реакция почвы — физико-химическое свойство почвы, связанное с содержанием ионов Н+ и ОН- в ее твердой и жидкой частях. Реакция почвы кислая, если в ней преобладают ионы Н+ и щелочная если ионы ОН-. Реакция почвы оказывает большое влияние на развитие растений и почвенных микроорганизмов, на эффективность удобрений, на химические и биохимические процессы в почве [1].
Содержание солей в почве влияет на ее кислотность. Соли, образованные слабым основанием и сильной кислотой, гидролизуются по катиону и дают кислую среду:
AlCl3 + H2O ↔ Al(OH)Cl2 + HCl
Al3+ + H2O ↔ AlOH2+ + H+
Соли, образованные сильным основанием и слабой кислотой, гидролизуются по аниону и дают щелочную среду:
Na2CO3 + H2O ↔ NaHCO3 + NaOH
CO32- + H2O ↔ HCO3- + OH-
Известкование — внесение в почву кальция и магния в виде карбоната, оксида или гидроксида для нейтрализации кислотности. Этот прим оказывает многостороннее влияние на улучшение агрохимических, агрофизических и биологических свойств почвы.
Известь (CaCO3) практически нерастворима в воде. При внесении извести в почву она взаимодействует с угольной кислотой, тем самым происходит процесс нейтрализации:
CaCO3 + H2O + CO2 → Ca(HCO3)2.
Образовавшийся бикарбонат кальция распадается на ионы Ca2+ и 2HCO3- и частично подвергается гидролизу:
Ca(HCO3)2 + 2H2O ↔ Ca(OH)2 + 2H2O + 2CO2
Ca(OH)2 ↔ Ca2+ + 2OH-
Азотная кислота, образующаяся в процессе нитрификации, а также свободные органические (гуминовые) кислоты, подвергаются процессу нейтрализации известью:
2RCOOH + CaCO3 → (RCOO)2Ca + H2O + CO2↑
2HNO3 + CaCO3 → Ca(NO3)2 + H2O + CO2↑
Кальций, внесенный с известью, способствует образованию почвенных коллоидов, улучшает структуру почвы и повышает ее водопрочность. После известкования улучшается воздушный и водный режимы почвы, меньше образуется на поверхности корка, снижается содержание в почве подвижных соединений алюминия и марганца, они переходят в неактивное состояние и не оказывают вредного влияния на растения. Известкование влияет на подвижность и доступность для растений микроэлементов [1].
Большое значение имеют рН дождевой воды. Ведь кислотные дожди с низким значением рН (менее 5,6) губят растительность. Кислоты образуются в атмосфере из оксидов азота, серы, углерода, которые выбрасываются с отходами многочисленных производств, транспорта, котельных и ТЭЦ:
SO2 + H2O ↔ H2SO3
CO2 + H2O ↔ H2CO3
2NO2 + H2O ↔ HNO3 + HNO2
Образование таких дождей оказывают негативное воздействие на кислотность почв и рост растений, поэтому принимаются меры для очистки выхлопных газов автомобилей, выбросов заводов и фабрик.
Таким образом, по значению рН почвы можно судить о содержании в ней питательных веществ, а также о том, какие растения могут успешно расти на данной почве. Подкисление почвы часто угнетает растение. Для раскисления почв используют их известкование — внесение веществ, постепенно связывающих избыток кислоты, — мела, известняка, доломита (смесь CaCO3 и MgCO3) [3].
- Вильдфлуш И. Р., Кукреш С. П., Ионас В. А. Агрохимия [Текст]: учебник / И. Р. Вильдфлуш, С. П. Кукреш, В. А. Ионас. — 2-е изд., доп. и перераб. — Мн.: Ураджай, 2001. — 488 с.
- Минеев В. Г. Агрохимия [Текст]: учебник / В. Г. Минеев. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: МГУ, Издательство «КолосС», 2004. — 720 с.
- Леенсон И. А. Превращение веществ. Химия: Энциклопедия ОЛМА [Текст] / И. А. Леенсон. — М.: ОЛМА Медиа Групп, 2013. — 303 с.
Источник
Кислотность почвы: тенденции и борьба
Текст: В. Суховеркова, канд. биол. наук, ФГБНУ «Алтайский НИИ сельского хозяйства»
Повышение кислотности грунта — одна из важнейших современных агрохимических проблем. Причинами ее возникновения могут служить различные природные и антропогенные факторы, каждый из которых приводит к серьезным последствиям.
Понятие кислотности почвы относится к реакции почвенной среды, которая может быть как кислой, так и щелочной. Зависит она от концентрации ионов водорода и обозначается как pH. Если этот уровень выше семи, то реакция почвы щелочная, ниже семи — кислая. При этом кислые почвы классифицируются на несколько подвидов в зависимости от показателей уровня pH.
Повышение кислотности земель — основное последствие антропогенных воздействий на почвенный покров агроландшафтов. В последнее время общая площадь кислых почв в России достигла 50 млн га, и это связано с тем, что темпы известкования в стране резко сократились — с 6,5 млн га в 1988 году до 266 тыс. га в 2011 году. Государственная поддержка работ снизилась, а большинство хозяйств не имеет достаточных финансовых ресурсов для их организации. Установлено, что кислые почвы на пахотных угодьях Российской Федерации составляют 32,8 процента.
В Алтайском крае 20,8 процента пашни имеет кислую реакцию почвенной среды. Большая часть приходится на слабокислые — 17,7 процента, меньшая — на средне- и сильнокислые — 4,1 процента. Ежегодно специалисты отмечают прирост подобных почв. Например, если в 1965 году они занимали 8,3 процента всей площади, то в 2007 году — уже 20,8 процента или 1223,2 тыс. га. При этом основными почвами в Алтайском крае являются черноземы, составляющие 72,5 процента, каштановые — 15,5, и серые лесные — 3,8, которые относятся к лучшим землям России. Тенденция подкисления почвенного покрова характерна не только для Алтайского края. Результаты мониторинга, который ведет Государственная агрохимслужба МСХ РФ, свидетельствуют, что большинство регионов страны имеют эту же нерешенную проблему. На кислых почвах ухудшается качество продукции: снижается на 0,5–1 процента содержание сырого протеина в зерне, на 0,5–2,2 — крахмала в клубнях картофеля, на 0,7–1 — сахара в сахарной свекле, на 10–15 процентов уменьшается выход перевариваемого протеина в кормовых культурах.
Некоторые территории РФ — Липецкая, Владимирская, Ярославская, Воронежская области, Республика Татарстан и другие, используя известкование, добились к 2000 году уменьшения площадей кислых почв. В 1990-е годы постановлением Правительства России запрещалось применение удобрений на кислых землях без предварительного известкования. После внесения извести обеспечивалась стабильность агрохимических показателей и структуры пашни в течение нескольких лет. Например, Липецкая область, где на черноземы приходится 92 процента, к 2002 году сумела уменьшить площади кислых почв с 73,7 до 65,2 процента. Средняя доза внесения составляла 6 т/га. Работы были начаты в 1970 году и проводились за счет государственного бюджета. В качестве известковых материалов использовали местные ресурсы известняка, доломита, отходы промышленных предприятий. Однако только с 1994 года стали видны результаты. Средневзвешенное значение pH повысилось с 5,1 до 5,4. Несмотря на резкое снижение количества удобрений и мелиорантов в последние годы, ухудшения агрохимических показателей почвы пока не произошло. В 1990 году, когда вносилось 187 кг минеральных удобрений, 5,6 т/га органических удобрений и 502 кг СаСО3, с одного гектара получали 32,9 ц/га. Позже в связи с сокращением элементов питания упала и продуктивность пашни, опустившись до 12–14 ц/га.
Во Владимирской области с преобладающими дерново-подзолистыми и серыми лесными почвами площадь пахотных земель с сильной кислой реакцией сократилась с 38 процентов в 1965 году до двух процентов в 2000 году, а pH изменился с 4,8 до 5,8 единиц. Для получения такого результата в среднем вносили 5,1 т/га известковых материалов. Опыт известкования в Республике Татарстан показал, что наибольшая окупаемость извести в пересчете на одну тонну мелиоранта отмечается при умеренных дозах — 4–6 т/га. Здесь среднегодовая прибавка от извести была 1,3–1,5 ц/га зерновых единиц. В Воронежской области затраты на выполнение работ окупились за два года, а последействие мелиорантов длилось 5–7 лет.
На кислотность почв могут влиять многие факторы, которые можно разделить на природные и антропогенные. Первые обусловлены естественными причинами. Реакция среды некоторых почв, например серых лесных, изначально кислая. Лесной опад, в том числе хвойный, в период образования этих земель существенно отличался от растительности степей и лугов, где формировались черноземы. Лигнин и смолы, слабо разлагаясь, обеспечивали фульватный состав гумуса и кислую реакцию среды. В почве могут присутствовать свободные органические кислоты типа уксусной, щавелевой, лимонной, образовавшиеся в результате жизнедеятельности микроскопических грибов и бактерий, разложения остатков растительности, корней и насекомых. В некоторых случаях, к примеру, при выветривании горных пород и минералов, образуются сильные минеральные кислоты — соляная, серная. Также кислая реакция почвенной среды возникает там, где климат влажный и часто идут дожди. В этом случае растворимые в воде минеральные вещества вымываются. Почвенный поглощающий комплекс постепенно разрушается, и происходит замена кальция и магния на водород. В зависимости от количества выпадающих осадков эти потери колеблются от 89 до 287 кг/га.
Один из основных антропогенных факторов — регулярное внесение большого количества минеральных удобрений, которые сильно подкисляют земли. Изменяют уровень pH и кислотные осадки: дождь, град, снег, туман. Оксиды серы в нижней тропосфере реагируют с водяными парами и дают серную кислоту. Подкисляются атмосферные осадки, а затем земли, водоемы: pH снижается до 4–5 единиц, в результате чего деградируют биоценозы. Под влиянием таких дождей ухудшаются свойства почв. Если в доиндустриальную эпоху pH дождевых вод составлял примерно 5,6, то сейчас во многих регионах нередко опускается ниже 4,5.
Оказывает существенное влияние на состояние грунта и техногенное воздушное загрязнение. Согласно расчетам ученых, на сушу за год выпадает более 6,3 млрд т веществ, включая твердые и жидкие аэрозоли. В результате происходит значительное подкисление многих почв. Немецкие ученые подсчитали, что нейтрализация ежегодно выпадающих по их стране с осадками кислот требует в среднем до 7 ц/га извести.
Не все растения одинаково реагируют на тот или иной уровень кислотности. Особенно чувствительны к повышенным значениям пшеница, ячмень, кукуруза, горох и сахарная свекла. Оптимальный для них показатель pH — 6–7 единиц. Более устойчивы овес, рожь, картофель. Многие овощные культуры предпочитают нейтральные почвы с рН в 7 единиц.
Несмотря на отрицательное действие кислых почв, большинство растений хорошо растет и развивается при слабокислой реакции среды в 5,5–6,5 единиц, так как в этих условиях увеличивается число доступных полезных элементов питания и не накапливается значительное количество вредных веществ. Однако в кислой среде усиливается растворение малорастворимых солей, при этом возрастает объем доступных форм железа, марганца, кобальта, меди, алюминия. Они накапливаются в земле, что приводит к отравлению растений их высокими концентрациями. При большой концентрации в культурах они препятствуют поступлению других, более полезных элементов, а также способствуют уменьшению содержания доступных форм азота, фосфора, кальция, молибдена и ванадия.
Сельхозпроизводители должны помнить, что каждой разновидности почвы и культуре свойственны свои оптимальные пределы рН. Поэтому у землепользователя должны быть почвенная карта и картограмма кислотности угодий хозяйства, ведь на кислых землях снижение эффективности минеральных удобрений достигает 40 процентов.
Применение физиологически кислых удобрений — аммиачной селитры, хлористого калия, азотнокислого аммония и других — работает в пользу повышения кислотности почв. Также следует учитывать, что щелочные подкормки, к которым относят нитратные удобрения — натриевую и кальциевую селитры, способствуют повышению уровня рН. На черноземах внесение подобных удобрений не изменяет их реакцию, но длительное и систематическое использование высоких доз натриевой селитры может привести к перенасыщению натрием — засолению.
Для изменения кислотности почвы в нашей стране применяют вещества, содержащие известь: известковую и доломитовую муку, гашеную известь, молотый мел, торфяную золу, гажу, сланцевую и древесную золу, цементную пыль. Другим важным и дешевым источником пополнения запасов природных известковых материалов являются отходы промышленности, к которым относятся некоторые виды шлаков, шламов, золы сланцев, бурых углей, отходный мел, известковые доломиты, дефекат и другие. Любые изменения величины pH свидетельствуют о необходимости известкования. Поэтому для получения максимального урожая и высокого качества продукции следует создавать и поддерживать оптимальную реакцию почвенной среды.
Источник