Лекция 2б — Виды поглотительной способности почвы, их роль во взаимо-действии почвы с удобрениями и в питании растений
Поглотительная способностью почвы — способность ее поглощать различные вещества из раствора, проходящего через нее и удерживать их. К.К.Гедройц различал пять видов поглотительной способности почв: механическую, физическую (адсорбцию), химическую, физико – химическую (обменную) и биологическую.
Механическая поглотительная способность – свойство почвы, как пористого тела, не пропускать через себя частицы, находящиеся во взвешенном состоянии, если они больше, чем поры почвы. Механическое поглощение сохраняет от потерь наиболее ценную, коллоидную часть почвы. Чем тяжелее механический состав почвы, тем больше задерживается коллоидных частиц.
Физическая поглотительная способность возникает на границе почвенных коллоидных частиц и почвенного раствора и зависит от суммарной поверхности твердых частиц. Чем больше в почве мелкодисперсных частиц, тем больше суммарная поверхность и тем сильнее физическое поглощение. Различают положительную и отрицательную адсорбцию. При положительной молекулы растворенного вещества притягиваются частицами почвы сильнее, чем молекулы воды; на поверхности коллоидных частиц создается повышенная концентрация этого вещества. Физически поглощаются многие органические соединения — спирты, органические кислоты и основания. Из минеральных веществ — только щелочи. Отрицательная адсорбция характерна для растворимых минеральных солей и неорганических кислот, например при взаимодействии почвы с хлором и нитратами, что обусловливает их высокую подвижность. Для хлоридов это имеет положительное значение, так как их избыток вреден для растений. Поэтому хлорсодержащие удобрения предпочтительно вносить с осени, чтобы хлор хотя бы частично вымывался из пахотного слоя почвы. Для нитратов такое вымывание нежелательно, поэтому нитратные удобрения лучше вносить весной, незадолго до посева или в подкормку. Промываемость нитратов будет определяться структурой почвы. Наличие устойчивых капилляров ведет к потерям нитратов. При бороновании происходит разрушение капилляров и потери NО3 уменьшаются.
Химическая поглотительная способность связана с образованием трудно- или нерастворимых в воде соединений при взаимодействии ионов растворенных веществ (в т.ч. удобрений) с ионами почвы. Эти соединения выпадают в осадок и примешиваются к твердой фазе почвы. Химическое поглощение характерно для Н3РО4, ионов СО3 и SО4, катионов Са и Мg.
Минеральные кислоты, встречающиеся в почве, обладают различной способностью образовывать нерастворимые в воде соли. Анионы азотной и соляной кислот (NО3 — и Сl — ) с почвенными катионами (К, Са, Мg, Аl, Fе, NН4) не образуют нерастворимых в воде соединений, химически не поглощаются. С этим связана высокая подвижность NО3 и Сl в почве (соли КNО3, NН4Сl растворимы в воде). Анионы угольной и серной кислот (СО3 2- и SО4 2- ):
1) с одновалентными катионами образуют растворимые соли (К2SО4, Nа2СО3);
2) с двухвалентными катионами образуют труднорастворимые соединения (СаSО4, СаСО3). Поэтому в почвах с большим количеством кальция и магния (черноземы) эти анионы химически поглощаются.
Анионы фосфорной кислоты (Н2РО4 — , НРО4 2- , РО4 3- ) поглощаются почвой по-разному:
1)С одновалентными катионами образуют хорошо растворимые в воде соединения: КН2РО4 К2НРО4 К3РО4
2)С двухвалентными катионами образуют соли различной растворимости:
СаНРО4 — нерастворимое в воде, но растворимо в слабых кислотах
Са3(РО4)2 – нерастворимое в воде и слабых кислотах соединение
3)С трехвалентными катионами (Аl, Fе) образуют труднорастворимые соединения (АlРО4, FеРО4), доступные растениями только в свежеосажденном виде. Поскольку в почвах мало фосфорных соединений одновалентных катионов и однозамещенных солей двухвалентных катионов, следовательно, Н3РО4 хорошо поглощается химически. Это играет большую роль в превращении водорастворимых фосфорных удобрений в почве.
Химическое поглощение фосфорных соединений на различных почвах протекает по-разному:
1)В почвах с нейтральной и слабощелочной реакцией (черноземы, сероземы)
химическое поглощение фосфорной кислоты и ее водорастворимых солей
происходит в результате образования не растворимых в воде, но растворимых в слабых кислотах фосфатов кальция, которые усваиваются растениями:
2)Если в почвах много карбонатов, образуются трехзамещенные фосфаты кальция, не растворимые в воде и слабых кислотах — Са3(РО4)2
При подкислении почвенного раствора (например, под влиянием азотной кислоты, образующейся в результате нитрификации) трехзамещенные фосфаты снова переходят в однозамещенные, растворимые в воде и доступные для растений:
3)На кислых почвах, в которых много свободных полуторных окислов, поглощение Н3РО4 идет по пути образования фосфатов алюминия и железа:
Свежеосажденные фосфаты алюминия и железа аморфны и могут усваиваться растениями. По мере старения осадков образуются нерастворимые соединения. Поэтому фосфаты в дерново-подзолистых почвах и красноземах закрепляются значительно прочнее, чем в черноземах и сероземах. Интенсивное химическое поглощение солей фосфорной кислоты обусловливает слабую подвижность фосфатов в почве и снижение доступности фосфора для растений. С целью снижения этого процесса проводят грануляцию фосфорных удобрений и их локальное внесение.
Обменная поглотительная способность почв (физико-химическое поглощение). Она имеет большое значение для поглощенных катионов, а анионы обменно практически не поглощаются. Обменное поглощение катионов – способность мелкодисперсных коллоидных частиц почвы, имеющих отрицательный заряд, поглощать различные катионы из раствора. При этом в раствор вытесняется эквивалентное количество ранее поглощенных твердой фазой почвы других катионов. Обменное поглощение катионов определяет физические и физико-химические свойства почвы: ее структуру, реакцию, буферность. Обменное поглощение связано с органическими и минеральными коллоидами почвы. Обменно поглощаются практически все минеральные удобрения.
Суть физического поглощения состоит в том, что происходит молекулярная адсорбция внесенных удобрений; а химическое поглощение заключается в том, что кальций и калий (в данном случае) обмениваются в эквивалентных количествах. Реакция обмена с ППК происходит очень быстро.
Разные катионы с неодинаковой энергией поглощаются почвой и удерживаются ею в поглощенном состоянии. Чем больше атомная масса и заряд катиона, тем сильнее он поглощается и труднее вытесняется из почвы другими катионами. Однако водород, имеющий наименьшую атомную массу и валентность, обладает высокой энергией поглощения и способностью вытеснять из ППК другие катионы.
Биологическая поглотительная способность почв – это свойство почвы задерживать и накапливать питательные вещества в корнеобитаемом слое в результате биологической деятельности живых организмов и корневой системы растений. Отличительная особенность биологического поглощения – его избирательность. Растения и микроорганизмы усваивают из почвы и удобрений те элементы, которые им необходимы для построения их тел. К биологическому поглощению относятся: 1)процессы переноса корнями ряда растений питательных элементов из нижних горизонтов почвы в верхний слой. Поэтому, в частности, в пахотном слое почвы содержится больше фосфора, чем в материнской породе. 2)Фиксация азота из воздуха свободноживущими и симбиотическими микроорганизмами. 3)Иммобилизация — закрепление питательных веществ в телах микроорганизмов в процессе их жизнедеятельности. Процесс этот обратимый, и после отмирания микроорганизмов и минерализации их плазмы питательные элементы возвращаются в почву. В зависимости от конкретных условий биологическое поглощение может играть положительную или отрицательную роль в питании растений. С одной стороны, временное закрепление нитратов корневой системой и микроорганизмами уменьшает их потери от вымывания. С другой – при усиленном размножении микроорганизмов происходит их конкуренция с высшими сельскохозяйственными растениями за элементы пищи. Поэтому не рекомендуется вносить в почву слаборазложившийся навоз.
Необменное поглощение. Наряду с вышеуказанными видами поглотительной способности почв имеется так называемое необменное поглощение катионов, которое в значительной мере определяется механическим и минералогическим составом почвы и имеет место у минералов группы монтмориллонита и гидрослюд с трехслойной кристаллической решеткой. Необменное поглощение характерно для NН4, К, Rb, Сs. Калий и аммоний в условиях попеременного увлажнения и высушивания переходят в необменно-поглощенное состояние, при этом аммоний слабо (на 10 – 20%) доступен нитрифицирующим бактериям. На черноземных почвах необменная фиксация выражена сильнее. Для уменьшения этого явления калийные и аммонийные удобрения следует вносить в слой постоянного увлажнения, предпочтительно локально – для уменьшения контакта с почвой.
Источник
Виды поглотительной способности почвы
Поглотительная способность — способность почвы задерживать соединения или части их, находящиеся в растворенном состоянии, а также коллоидально распылённые частички минерального и органического вещества, живые микроорганизмы и грубые суспензии.
Поглотительная способность почв имеет большое значение не только в образовании и эволюции почв, но и в практике земледелия. Она обуславливает удержание почвой различных растворимых соединений, в т.ч. биологически важных для жизни растений и микроорганизмов элементов питания.
К. К. Гедройц выделил 5 видов поглотительной способности: биологическая, механическая, физическая, физико-химическая (обменная) и химическая.
Биологическое поглощение — способность почвенных микроорганизмов и растений усваивать из почвы и воздуха различные вещества и переводить их в органические соединения своего тела. Благодаря такому поглощению в почве аккумулируются элементы зольной и азотной пищи, изменяется концентрация и состав почвенного раствора. Почва обогащается органическим веществом, а это способствует увеличению поглощающего комплекса почвы (бобовые культуры, клубеньковые бактерии, фосфоробактерин и т.д.).
Механическое поглощение — свойство почвы, как всякого пористого тела, задерживать в своей толще твердые частицы крупнее, чем система пор. Почвы тяжелые, богатые гумусом или плотные, лучше задерживают взмученные частицы, чем почвы песчаные, содержащие мало органического вещества, или рыхлые. С механическим поглощением в известной мере связано накопление в верхних слоях почвы тел микроорганизмов, заиливание почв и образование в них плотных прослоек (плужная подошва, иллювиальный горизонт).
Механическая поглотительная способность используется при кольматировании (заилении) песчаных почв, дна и стенок каналов и очистке бытовых и технических сточных вод путем их фильтрации через почву.
Физическое поглощение. В основе этого поглощения лежит свойство почвенных частиц, обладающих свободной поверхностной энергией, адсорбировать на поверхности различные вещества (газы, пары, органические соединения, пестициды и растворенные соединения). Величина физического поглощения почвы находится в прямой зависимости от количества в ней коллоидов, илистой и пылеватой фракции. Физическое поглощение всех вышеперечисленных соединений играет важную роль в стабилизации свойств почвы, выполнением её важных санитарно-защитных функций. Физическое поглощение предохраняет водорастворимые вещества от вымывания, оно выше у суглинистых почв и слабее у песчаных.
Химическое поглощение. Оно связано с тем, что находящиеся в почвенном растворе вещества могут химически взаимодействовать друг с другом или с твёрдой фазой почвы. При этом образуются труднорастворимые или нерастворимые в воде соединения, которые выпадая в осадок, закрепляются в почве (закрепление питательных веществ, препятствует их вымыванию, но с другой стороны может закрепляться часть легкодоступных соединений в недоступную для растений форму). Химическая поглотительная способность имеет большое значение в сорбции почвами анионов фосфорной кислоты, органического вещества, а также катионов поливалентных металлов за счет комплексообразования на органических поверхностях твёрдой фазы почвы.
Физико-химическое (обменное) поглощение — способность обменивать некоторую часть катионов, содержащихся в твердой фазе на эквивалентное количество катионов, находящихся в соприкасающемся с нею растворе.
Катионный обмен в почве протекает по следующей схеме:
 |
ППК Mg 2+ + 5 KCl ППК]5К + + CaCl2 + MgCl2 + HCl
 |
Установлены следующие закономерности физико-химического поглощения.
1. Взаимный обмен катионами между почвой и раствором осуществляется в эквивалентных количествах.
2. Реакции обмена катионами обратимы.
3. Реакции обмена подчиняются закону действующих масс (Е.Н. Гапон). Чем больше в растворе концентрация вытесняющего катиона и чем меньше вытесняемого, тем больше вытесняющего катиона поглотится почвой. Если обмениваются одновалентные катионы, то при установлении равновесия соотношения их в растворе пропорциональны их поглощенному состоянию. Интенсивность обмена, или энергия поглощения различных катионов различна. Энергия поглощения катионов увеличивается в прямой зависимости от величины атомной массы, валентности катионов и их гидратированности. Поэтому по интенсивности поглощения они располагаются в следующий ряд:
Высокая энергия поглощения иона H + объясняется его слабой гидратированностью.
4. Энергия поглощения катионов возрастает с повышением их концентрации в растворе.
В поглощенном состоянии в почве могут находиться различные катионы: Са 2+ , Мg 2+ , К, Na, NH4, Н, Аl 3+ , Fe 3+ и др.
Общее количество всех поглощенных катионов, По К.К. Гедройцу, называется емкостью поглощения почвы (Т). Ее характеризуют с некоторойусловностью емкостью катионного обмена (ЕКО) и выражают в мг-экв на 100 г почвы.
Суммарное количество всех обменных катионов, за исключением Н + и Al 3+ , называют суммой обменных оснований (S), которая также выражается в мг – экв на 100 г почвы.
Фиксирующая способность почв по отношению к катионам зависит от гранулометрического состава, содержания гумуса. Чем больше гумуса и тяжелее почва, тем выше способность почв поглощать катионы.
При наличии в ППК положительно заряженных участков возможно и обменное поглощение анионов. Закономерности обменного поглощения анионов те же, что и для обменного поглощения катионов. Лучше других поглощаются анионы гидроксила и фосфат-ионы.
Поглощение анионов в почве усиливается при ее подкислении, так как происходит увеличение базоидной части почвенных коллоидов (подзолистые почвы, красноземы). Большое значение имеет содержание в почве оксидов железа и алюминия (R2O3) и соотношение (SiO2 : R2O3).
Источник