Обменные катионы характерные для почв выпотного водного режима

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

Состав обменных катионов и анионов в различных почвах и их влияние на свойства почв

Почвы существенно различаются между собой составом обменных катионов. Эти различия обусловлены типом почвообразования, спецификой почвообразующих пород, водным и солевым режимами почв. Заметно влияют на этот показатель химические мелиорации.

Содержание обменных катионов в почве выражается как в абсолютных величинах (мг. экв/100 г почвы), так и в относительных (% от емкости обмена).

Основные обменные катионы в почве:

Ca 2+ , Mg 2+ , Na + , K + , NH₄ + , H + , Al 3+ , Fe 2+ , Mn 2+

Основные обменные анионы в почве:

Практически все почвы в составе обменных катионов содержат кальций и магний, причем в большинстве случаев Ca 2+ преобладает над Mg 2+ . Так же среди обменных катионов всегда содержатся K + и NH₄ + , но их доля в ППК не велика. Так, количество обменного калия чаще всего не превышает 2…5% от емкости обмена, содержание аммония еще меньше.

В географическом аспекте содержание обменных катионов почв варьирует в широких пределах и подчиняется определенным закономерностям.

Примерный состав обменных катионов в почвах:

Подзолистые – Ca 2+ , Mg 2+ , NH₄ + , H + , Al 3+

Серые лесные – Ca 2+ , Mg 2+ , K + , NH₄ + , H +

Чернозем обыкновенный, южный – Ca 2+ , Mg 2+ , K + , NH₄ + , Na +

Чернозем выщелоченный, оподзоленный – Ca 2+ , Mg 2+ , K + , NH₄ + , H +

Солонец – Ca 2+ , Mg 2+ , Na +

Каштановые – Ca 2+ , Mg 2+ , Na + , K +

Почвы полярной зоны — Ca 2+ , Mg 2+ , K + , Na +

Отдельные поглощенные катионы неравнозначны по результативной сущности в многообразных явлениях природы почв. Об экологической значимости отдельных обменных катионов дает представление следующая информация:

Ca 2+ – считается катионом хранителем плодородия в связи с его многогранной значимостью. Он присутствует во всех без исключения почвах, но в разных количествах и в разных соотношениях с другими катионами. Оптимум его содержания – 80-90% от ЕКО. Это величина характерна для черноземов. Присутствие кальция в таких количествах обеспечивает 99,9%-ную коагуляцию коллоидных систем, а, следовательно, создается необходимая предпосылка для высокого структурообразования при активной деятельности корневых систем травянистой растительности и достаточного содержания гумусовых веществ.

Однако, повышенные количества кальция в почвах, содержащих монтмориллонит и другие, набухающие интенсивно глинистые минералы, могут вызвать слитогенетические явления, противоположные зернистому и комковатому структурообразованию даже при оптимальном содержании ионов кальция.

Кальций способен к ионообменному поглощению корнями растений. Однако этот способ питания растений, как правило, не принимается во внимание, так как кальций всегда присутствует в почвенных растворах и не является в биосфере дефицитным.

Mg 2+ – магний всегда сопровождает кальций. Типичное соотношение Ca 2+ : Mg 2+ = 5:1. В таких количествах его действие аналогично действию кальция. Экологическая дисгармония почвенной среды может возникать в щелочных почвах при повышении количества магния в ППК за счет снижения содержания Ca 2+ , т.е. при изменении соотношения Ca :Mg в сторону магния. В этом случае сам магний вызывает повышение щелочности в связи с присутствием в почвенной среде карбонатов и бикарбонатов магния. Присутствие магния в ППК поддерживает свойства солонцеватости почв и даже приводит в отдельных случаях к образованию особых почв – магниевых солонцов.

При высоком содержании обменного магния возрастает растворимость гумусовых веществ и ухудшается структура почвы, снижается водопроницаемость, что отрицательно сказывается на водном режиме. При повышенном содержании обменного магния усиливается отрицательное действие обменного натрия при невысоком содержании последнего в почве.

Na + – натрий в количествах менее 3% от ЕКО – необходимый компонент оптимального для биоценозов функционирования почвенной системы. В этом случае натрий обеспечивает дисперсность коллоидов на уровне около 0,1%, что важно для подвижности, динамичности и первоочередной резервности для минерализации гумусовых веществ и обеспечения почвенных растворов биологически необходимыми компонентами. Однако следует признать, что эта роль натрия в почвоведении и агрохимии изучена недостаточно.

Натрий как обменный катион является активным пептизатором коллоидов при концентрации его в почвенном растворе ниже порога коагуляции. При этом в состояние золя переходят все коллоидные системы, почва приобретает свойства солонцеватости, становясь текучей, вязкой, бесструктурной. В растворах появляются щелочные соли, рН может достигать 9,5-10,0. Образуются особые соли – солонцы.

K + – в питании растений – основной источник доступного калия. Отмечена тенденция необменного поглощения калия из слоя компенсирующих противоионов в кристаллическую решетку минералов. Избыток калия может вызвать солонцеватость почв.

NH₄ + – ион аммония: единственная возможная аккумуляция доступного растениям азота. Поглощается коллоидами в процессе аммонификации. Легко используется корневыми системами растений. Не накапливается в количествах, превышающих 3% от ЕКО. Физическая и физико-химическая значимость не изучена. Повышенное содержание свидетельствует о недостатке азота.

H + – обменный водород – источник почвенной кислотности. Его присутствие фиксируется всегда в бескарбонатных почвах, т.е. в почвах, не содержащих CaCO₃.

В нейтральных почвах при рН от 6,5 до 7,2 водород присутствует в ППК в количествах менее 5% от ЕКО. В этих условиях обменный водород экологически нейтрален. В количествах более 5% от ЕКО начинают проявляться кислотные свойства почв. При этом кислотные свойства проявляются сильнее при повышении количества H + в коллоидно-поглощенном состоянии.

Максимум кислотности почвенной среды наступает когда среди обменных катионов водорода становится более 40-50%, рН почвы при этом становится кислой и сильнокислой (рН 3-5). Максимальное количество водорода в ППК может достигать 80% от ЕКО.

Al 3+ – алюминий в обменном состоянии – интенсивный коагулятор коллоидов. Является объектом пристального внимания в кислых почвах. При переходе в почвенный раствор образует гидролитически кислые соли, способствующие повышенной пептизации Al 3+ в почвенной среде, поэтому учитывается при определении кислотности почв, наравне с ионом водорода. Алюминий изучается как физиологически токсичный катион.

Fe 3+ – интенсивный коагулятор коллоидов, как и алюминий во влажных тропических почвах. Участвует в создании структурных микроагрегатов.

Принимая во внимание огромную роль обменных катионов в жизни растений, неоднократно предпринимались попытки обосновать их оптимальное содержание в почве. Так, Байер (1945) предложил модель почвы с «идеальным» соотношением обменных катионов: Ca 2+ — 65%, Mg 2+ — 10%, K + — 5%, H + — 20%.

Такие модели, несомненно, представляют интерес, но следует учитывать, что оптимальный состав обменных катионов может существенно меняться в зависимости от различных факторов – требований культуры, минералогического и гранулометрического составов почв и т.д.

В почвах со слабокислой, нейтральной и слабощелочной реакцией среды состав обменных катионов, как правило, благоприятен для большинства сельскохозяйственных культур. При высоком содержании в почвах обменных H + и Al 3+ или Mg 2+ и Na + состав обменных катионов регулируют с помощью химической мелиорации.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник