Поглотительная способность почвы ее классификация

16. Виды поглотительной способности почв

Поглотительной способностью почв называется свойство ее компонентов (твердой, жидкой, газообразной и биологической фаз) о6менно или необменно поглощать из окружающей среды различные твердые, жидкие и газообразные вещества, отдельные молекулы, катионы и анионы.

Наиболее полно характеристика поглотительной способности почв изложена в работах К.К. Гедройца, который выделил пять ее видов: механическая, химическая, биологическая, физическая и физико-химическая.

Механическая поглотительная способность. Под механической поглотительной способностью понимают свойство почвы как пористого тела задерживать в своей толще твердые частицы, диаметр которых больше диаметра ее пор. Почва может задерживать и более мелкие частицы, если они попадают в искривление пор или в замкнутые поры. Механическое поглощение не является сорбционным процессом. Его величина (емкость) зависит главным образом от гранулометрического состава и сложения почв. Примером механической поглотительной способности может служить поглощение взвешенных в фильтрующейся через почву оросительной воде илистых частичек, что наблюдается при кальматировании каналов и водохранилищ.

Физическая (аполярная) поглотительная способность. Это способность почвы поглощать целые молекулы поверхностью дисперсных, преимущественно коллоидных частиц, т.е. поглощение поверхностью – адсорбция. Чем больше в почве коллоидных частиц и чем они дисперснее, тем выше физическая поглотительная способность. Физически или аполярно поглощаются водяной пар, молекулы газа, а также твердых веществ, целые бактерии. Энергия поглощения газов и паров снижается в следующей последовательности: водяной пар, NH₃, СО₂, О₂, N₂. Примером физического поглощения может служить гигроскопическая вода – это молекулы воды, адсорбированные вокруг коллоидных частиц почвы

Таким образом, физическая поглотительная способность основана на свойстве почвы изменять концентрацию молекул различных веществ на поверхности тонкодисперсных частиц. Молекулярная сорбция бывает положительной и отрицательной. Молекулы, притягивающиеся к поверхности высокодисперсных частиц, испытывают положительную физическую адсорбцию. Это в основном органические кислоты, алкалоиды, высокомолекулярные органические соединения. Молекулы, не увеличивающие свою концентрацию на поверхности высокодисперсных частиц, испытывают отрицательную физическую адсорбцию. Это многие минеральные соли, кислоты, щелочи, например нитраты, хлориды. Отрицательная физическая адсорбция приводит к тому, что почва их не поглощает, а из сорбированной воды они перемещаются в несорбированную, свободную воду, увеличивая в ней свою концентрацию.

Физическая поглотительная способность имеет большое экологическое значение, так как положительно сорбирует не только молекулы воды, но и молекулы газов и органических соединений, в том числе различных пестицидов, способствуя их закреплению и дальнейшему разложению.

Примером отрицательной физической сорбции могут служить хлориды и нитраты, концентрация которых понижается вблизи коллоидной части, а концентрация в более рыхло связанных слоях возрастает, что способствует вымыванию нитратов.

Химическая поглотительная способность обусловлена образованием в результате происходящих в почве химических реакций труднорастворимых соединений, выпадающих из раствора в осадок. Поступающие в почву в составе атмосферных, грунтовых, поливных вод катионы и анионы могут образовывать с солями почвенного раствора нерастворимые или трудно растворимые соединения. Например:

Химическая поглотительная способность связана с взаимодействием ионнодисперсных систем.

Биологическая поглотительная способность. Биологическое поглощение вызвано способностью живых почвообитающих организмов (корни растений, микроорганизмы) поглощать различные элементы. Биологическая поглотительная способность характеризуется большой избирательностью поглощения, обусловленной специфической для каждого вида потребностью живых организмов в элементах питания.

Физико-химическая (обменная) поглотительная способность. Это способность почвы поглощать преимущественно катионы в результате эквивалентного обмена катионов, находящихся в почвенном растворе, на катионы диффузного слоя коллоидов.

Реакция обмена может быть представлена следующей формулой: [ППК]Ca 2+ ,Mg 2+ , H + + 5NaCl → [ППК]5 Na + CaCl₂ + MgCl₂ + HCl

Поглощение преимущественно катионов обусловлено тем, что у большинства почв в поглощающем комплексе преобладают ацидоиды (отрицательно заряженные коллоиды), в диффузном слое которых в качестве противоионов находятся катионы, способные к эквивалентному обмену с катионами интрамицеллярного почвенного раствора. Особенно активно необменно поглощаются катионы калия и аммония.

Источник

11. Поглотительная способность почв, её виды, их природа и значение.

— способность поглощать или задерживать в себе газы, жидкости, солевые растворы, а так же твёрдые частички удерживать. Гедройц разработал учение о поглотительной способности почвы, он объединил фракции (менее 0,0001мм) и назвал их поглотительным комплексом почвы. Он выделил 5 видов поглотительной способности почв: механическое поглощение (обусловлено пористостью почвенных масс, величина зависит от гранулометрического состояния почвы, а также от её сложения; сам процесс – это изменение концентрации растворённого в почве вещества, поглощаемые вещества должны носить электрозаряд, также способность анионов давать с катионами нерастворимые соли, выпадающие в осадок), физическое, химическое, физико-химическое, биологическое (закрепление отдельных веществ в животных, растениях, микроорганизмах, они способны накапливать органику и минеральные вещества, способствуя плодородию почвы. Коллоиды определяют режимы питания, водный, воздушный, тепловой. От коллоидов зависит деятельность микроорганизмов и развитие с/х растений.).

Типы поглотительной способности:

1. Механическое.

2. Физико-химическое.

3. Биологическое.

4. Обменное или ионосорбционное.

1. Механическое – способность почвы, как пористого тела задерживать в своих порах различные соединения, размеры которых больше диаметра..

2. Физическое поглощение – способность тонкодисперсных частиц (илистых) удерживать на своей поверхности молекулы различных химических соединений за счет сил молекулярного сцепления.

3. Химическое поглощение – способность почв образовывать трудно растворимые соединения и закреплять различные питательные элементы в форме трудно-растворимых соединений.

4. Обменное или ионосорбционное – это обмен ионов находящихся в коллоидных частицах на ионы, присутствующие в почвенных растворах.

ППК –почвенный поглотительный комплекс – совокупность или множество коллоидных частиц.

+ Ca CO₃ ↔ + H₂CO₃

Реакции: 1.обратимы, 2. Идут в эквивалентных отношениях, 3. быстротечность.

4. Биологическое поглощение – способность растительных и животных организмов поглощать из почвы различные химические элементы, накапливать в своих тканях и возвращать в землю после отмирания.

12. Кислотность почв: её природа, виды и значение.

— свойство почвы, обусловленное наличием водородных ионов в почвенном растворе и обменных ионов водорода и алюминия в почвенном поглощающем комплексе.

H + — катион, носитель кислотных свойств.

(кислотный св-ва) (щелочная)

1. В почве присутствуют неорганические минеральные кислоты HCl, H₂SO₄, HNO₂ , и т.п.

HCl выделяется корнями растений. Они возникают в процессе выветривания (химического), а некоторые кислоты производятся растениями.

2. Присутствуют органические кислоты CH₃ COOH → H + + CH₃COO — (уксусная кислота). Образуются в результате разложения опада.

3. Специфические кислоты – Гуминовые и фульвокислоты, входящие в состав гумуса → они могут диссоциировать → появляется катион Н.

В лесных почвах много H + → они кислые т.к. много фульвокислоты.

На кислотность сильно влияет углекислота:

PH – это отрицательный логарифм концентрации катионов водорода.

[H + ] = [OH — ] = 10 -7 г/ион / л H₂O

[H + ] = 10 -7 г/ион / л H₂O

-Lg [H + ] = 7 РН – отрицательный логарифм концентрации водорода.

Пример: Рh = 3 и Рh = 6. Во сколько раз кислее? (ответ – в 1000 раз).

PH ∙ 7 = 10 -7 = 1/ 10000000

PH ∙ 6 = 10 -6 = 1/ 1000000

PH ∙ 3= 10 -3 = 1/ 1000

Кислота у почв земного шара меняется от 3 (кислая) до 11 (щелочная) – солончаки.

1. Актуальная (активная) кислотность обусловлена наличием свободных катионов водорода.

PH H₂O актуальная кислотность.

2. Обменная кислотность – обусловлена наличием, как свободных катионов водорода, так и поглощенных катионов.

Раствор KCl H₂O + KCl

(ППК) H+ + KCl (р-р) ↔(ППК) H+ K+ HCl

+ KCl↔ + HCl

3. Гидролитическая кислотность – обусловлена наличием, как свободных, так и всех поглощенных катионов водорода. Выражена в мг/экв. По ней определяют скольео надо внести извести.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Источник

Поглотительная способность почвы ее классификация

Глава 6. ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОЧВ

Большинство процессов, протекающих в почве, связаны с перераспределением веществ между твердой, жидкой и газообразной фазами, составляющими почву. Главным процессом взаимодействия между фазами является сорбция – поглощение твердой фазой газов, паров и растворенных веществ из жидкой фазы. Способность почвы поглощать различные веществ была известна давно, но только в начале XX века К.К.Гедройц разработал учение о поглотительной способности почв. Поглотительные процессы в почве обусловлены преимущественно ее тонкодисперсной частью и особенно коллоидами.

§1. Почвенные коллоиды, происхождение, строение и классификация

К почвенным коллоидам относятся частицы диаметром + ). К ним относятся глинистые минералы, гумусовые кислоты, органо-минеральные коллоиды, кремниевая кислота. Ацитоиды обладают способностью к поглощению и обмену катионов.

2) базоиды – коллоиды, несущие положительный заряд (в потенциалопределяющем слое катионы) и имеющие в диффузном слое анионы (ОН – ). К ним относятся гидраты окисей железа и алюминия. Базоиды способны к обмену анионов.

3) амфолитоиды – коллоиды, имеющие переменный знак, зависящий от реакции среды: в кислой – «+» заряд, в щелочной – «–» заряд. К ним относятся белковые органические вещества.

Большая часть почвенных коллоидов имеет отрицательный заряд, и, следовательно, способность почвы к поглощению и обмену катионов значительно больше, чем к анионам. Поэтому, говоря о поглотительной способности почв, имеют в виду именно поглощение катионов.

Поскольку почвенные частицы имеют заряд, они способны притягивать дипольные молекулы воды из окружающего раствора, образуя гидратные пленки. Толщина этой пленки зависит от величины заряда и состава поглощенных катионов. В связи с этим различают гидрофильные коллоиды (кремнекислота, глинистые минералы, органические коллоиды и коллоиды, насыщенные К, Na, Li), удерживающие многослойные пленки воды, и гидрофобные – слабогидратированные коллоиды (гидрооксид железа, коллоиды, насыщенные двух- и трехвалентными катионами). Гидрофильные коллоиды имеют сродство к воде, способны сильно набухать и оставаться устойчивыми в коллоидном растворе. Гидрофобные набухают незначительно, сворачиваются и выпадают в осадок.

Почвенные коллоиды могут находиться в двух разных физических состояниях: 1) в состоянии коллоидного раствора, или золя; 2) в состоянии студенистого, аморфного или хлопьевидного осадка, или геля. Переход коллоидов из состояния золя в состояние геля называется коагуляцией, или слипанием (свертыванием) коллоидов. Причиной данного перехода является потеря гидратной оболочки и заряда в результате следующих процессов: замораживания, высушивания, действия электролитов, взаимной коагуляции и тиксотропии.

Коагуляция коллоидов происходит главным образом при их взаимодействии с электролитами (растворами солей, кислот и щелочей), которые в растворе распадаются на ионы с «+» или «–» зарядом. Коллоиды с «+» зарядом коагулируются анионами, с «–» зарядом – катионами. Коагулирующая способность катионов различна и зависит от их валентности и атомной массы. Одновалентные катионы коагулируют слабее двухвалентных, а двухвалентные – слабее трехвалентных.

По степени коагулирующей способности К.К.Гедройц расположил все катионы в следующем порядке:

Li + + + + 2 + + 2 + 2 + 3 + 3 +

Коагуляция может быть обратимой и необратимой, т.е. золь, перешедший в гель, снова может перейти в раствор либо его обратный переход затруднен или невозможен. Обратимая коагуляция вызывается одновалентными, необратимая – двух- и трехвалентными катионами. Под действием двух- и трехвалентных катионов почвенные частицы склеиваются в комочки, имеющие большую устойчивость и водопрочность, почва становится более структурной, улучшается ее физическое состояние.

Особым явлением представляется процесс тиксотропии коллоидов, чаще всего встречается в криогенных почвах и вызывает их плывунность. Коллоиды находятся в таких почвах в скоагулированном состоянии геля благодаря их своеобразной гексагональной ориентации. Гель не отделяется от дисперсной среды, а застудневает вместе с ней. Полученный гель может быть переведен в золь путем механического воздействия (встряхивания и др.), по прекращении которого с течением времени золь опять переходит в гель.

Пептизация – процесс, обратный коагуляции, когда коллоиды переходят из состояния геля в состояние золя. Пептизация коллоидов отрицательно воздействует на почвообразовательные процессы, поскольку обусловливает разрушение структуры и вымывание коллоидов из верхних горизонтов, что резко снижает их поглотительную способность, ухудшаются физические и химические свойства почвы.

§2. Виды поглотительной способности почв

Поглотительной способностью почв называют способность почвы поглощать твердые взвешенные частицы, целые молекулы веществ или их часть и удерживать их в себе. Носителем поглотительной способности почв является почвенный поглощающий комплекс (ППК) – вся совокупность почвенных компонентов, способных участвовать в процессах поглощения и обмена. Главную часть его составляют почвенные коллоиды.

К.К.Гедройц выделил пять видов поглотительной способности почв, каждый из которых играет определенную роль в почвообразовании и формировании свойств почвы: механическая, биологическая, химическая, физическая и физико-химическая, из которых две последние связаны с ППК.

Механическая поглотительная способность – способность почвы как всякого пористого тела задерживать взвешенные твердые частицы из фильтрующихся суспензий крупнее почвенных пор. Механическое поглощение напрямую зависит от гранулометрического состава и сложения почвы. Так, глинистые и суглинистые почвы способны поглощать даже тонкодисперсные частицы, а песчаные, имеющие крупнопористое сложение, взвешенные частицы поглощают значительно хуже. Механическая поглотительная способность возрастает с увеличением количества гумуса в почве. Благодаря ей, в почве удерживаются от выноса наиболее ценные с точки зрения плодородия элементы. Большое значение это имеет в областях с искусственным орошением или обильными осадками. Почва может также удерживать и частицы меньше диаметра пор благодаря наличию замкнутых и извилистых пор.

Биологическая поглотительная способность почвы обусловлена жизнедеятельностью растений и микроорганизмов почвы, которые поглощают из нее необходимые для жизни элементы и переводят их в органические соединения своего тела. В таком виде элементы питания не вымываются из почвы. Особенностью этого вида поглотительной способности является избирательность – растения и микроорганизмы поглощают необходимые им вещества строго в соответствии со своими потребностями. Благодаря этой избирательности почва систематически обогащается биологически ценными элементами, которые извлекаются из глубоких слоев, после отмирания живых организмов накапливаются в верхних горизонтах и используются следующими поколениями организмов. В естественных условиях почва чем старше, тем плодороднее. Однако избирательность может иметь и отрицательные последствия: при внесении удобрений в результате поглощения только некоторых ионов в почве возникают физиологическая кислотность и щелочность.

Особенно большое значение этот вид поглотительной способности имеет в отношении нитратов, так как они поглощаются и закрепляются только биологическим путем.

Химическая поглотительная способность – это способность почвы закреплять нерастворимые соединения, образующиеся в результате химических обменных реакций в почвенном растворе или при взаимодействии с твердой частью почвы. При взаимодействии с катионами кальция, алюминия, железа и других элементов растворимые в воде сульфаты, карбонаты, фосфаты образуют нерастворимые соединения. В таком виде вещества закрепляются и не вымываются из почвы:

Таким же образом могут закрепляться в почве и удобрения. Например, при внесении фосфатных удобрений (суперфосфат) в карбонатную почву он переходит в нерастворимый трифосфат кальция:

Физическая поглотительная способность – это способность почвы поглощать и удерживать в себе целые молекулы веществ на поверхности своих частиц. Она обусловлена силами молекулярного притяжения (из-за наличия свободной энергии у поверхностных молекул), за счет которых на поверхности коллоидных частиц адсорбируются вещества из раствора или газы, причем изменяется только концентрация веществ, но качественный состав не изменяется (поглощенное вещество не внедряется в твердую фазу почвы и не вступает в химическую реакцию, а накапливается на границе раздела фаз).

Способность адсорбции присуща всем телам природы. Чем сильнее степень раздробленности частиц, тем больше их общая поверхность, где сорбируются молекулы многих веществ.

Различают положительную и отрицательную адсорбцию. При нормальной (положительной) адсорбции к поверхности почвенных частиц притягиваются молекулы растворенного вещества, и концентрация раствора уменьшается. Таким путем поглощаются органические соединения, газы, щелочи, некоторые токсины. При отрицательной адсорбции на поверхности частиц закрепляются молекулы растворителя, и концентрация раствора увеличивается. Такому явлению подвержены неорганические кислоты и некоторые другие минеральные соединения. Так, нитраты почвой не поглощаются ни физическим, ни химическим путем, а только биологическим, поэтому вносить азотные удобрения необходимо только в период интенсивного роста растений, когда они наиболее нуждаются в азоте. Это предотвратит загрязнение водоемов нитратами.

Физико-химическая (обменная) поглотительная способность почв – это способность почвы поглощать из раствора различные катионы или анионы, отдавая в обмен эквивалентное количество ионов твердой фазы (из диффузного слоя мицеллы). Так как большинство почвенных коллоидов заряжены отрицательно, то и поглощаться будут из почвенного раствора в основном катионы, которые называются обменными. Эта поглотительная способность напрямую связана с ППК. В общем виде процесс обмена катионов можно представить следующим образом:

почва] Н + + КСl ↔почва] К + НСl.

К.К.Гедройц установил следующие законы обменной адсорбции:

● закон эквивалентности – процесс обмена катионов происходит в эквивалентных отношениях по законам химии;

● закон обратимости – реакция обмена катионов является обратимой, т.е. любой поглощенный катион при соответствующих условиях может снова перейти в раствор;

● закон концентрации – чем выше концентрация иона-вытеснителя в почвенном растворе, тем интенсивнее он будет поглощаться почвой и займет больший вес в составе поглощенных катионов (при постоянном объеме). В случае если концентрация раствора постоянна, количество катионов, вытесняемых из почвы в раствор, возрастает с увеличением объема последнего;

● закон скорости – реакции обменной адсорбции происходят быстро (равновесие устанавливается в течение нескольких минут);

● закон энергии – энергия адсорбционного поглощения почвой разных катионов неодинаковая и зависит от их валентности, а в пределах одной валентности – от атомной массы и ионного радиуса. Ряд энергии поглощения катионов в большинстве почв следующий (К.К.Гедройц):

Li + + + + 2 + + 2 + 2 + 3 + 3 + .

Поглощение анионов идет всегда в обмен на ОН-группы почвенных коллоидов и зависит от природы аниона, реакции среды и состава коллоидов. Обмен анионов происходит в том случае, если в почве есть «+» заряженные коллоиды (гидроксиды полуторных оксидов) или «+» заряженные участки отрицательных коллоидов (минералы группы каолинита, вещества белковой природы). Поэтому в тех почвах, где много базоидов (дерново-подзолистые, красноземы), при уменьшении рН почвы или увеличении в почве содержания Fe и Al обмен анионов возрастает. В почвах, имеющих нейтральную или щелочную реакцию, обмен анионов выражен очень слабо.

В почвенном растворе присутствуют две группы анионов, которые отличаются по характеру поглощения: 1) NO₃ – , NO₂ – , Cl – – в пределах возможных в почвах реакций не поглощаются почвой, так как легкорастворимы, закрепляются только биологическим путем; 2) SO₄ 2– , CO₃ 2– , PO₄ 3– – поглощаются химическим и физико-химическим путем. Особенно большое значение имеет поглощение фосфат-иона почвой, так как, с одной стороны, он становится недоступным для растений, с другой стороны, он извлекается из геологического круговорота и удерживается в почве. Поэтому фосфорные удобрения вносят в почву в гранулированном виде.

§3. Состав поглощенных катионов, емкость катионного обмена и степень насыщенности почв основаниями

Почвенный поглотительный комплекс всегда насыщен катионами, но их состав и количество неодинаковы в разных почвах. Важнейшей характеристикой ППК и почвы в целом является емкость катионного обмена (емкость поглощения) (ЕКО) – общее количество поглощенных катионов, находящихся в почве и способных к обмену. Выражается в мг·экв/100 г почвы и обозначается Т (Е), зависит от типа почвы, минералогического состава, гранулометрического состава, количества гумуса и реакции среды. Чем больше в почве глинистых минералов и гумуса, чем ближе к нейтральной реакция почвы, тем больше ЕКО. Песчаные малогумусные почвы имеют самую низкую емкость поглощения – 1 – 5, супесчаные – 7 – 8, суглинистые – 15 – 18, глинистые – 25 – 30 мг·экв/100 г. В гумусовых горизонтах ЕКО выше, чем в нижележащих горизонтах. В верхнем горизонте черноземов она достигает 50 – 60 мг·экв/100 г, так как здесь много гуминовых кислот, ЕКО которых в чистом виде – 350 – 400 мг·экв/100 г.

Емкость катионного обмена варьирует в широких пределах и ее величина в различных типах почв представлена в таблице 6.

Различные почвы существенно отличаются друг от друга по качественному составу поглощенных катионов, который обусловлен условиями почвообразования, водно-солевым режимом почв и хозяйственной деятельностью человека. В составе ППК находятся практически все катионы, необходимые для питания растений, но их доля от общего количества поглощенных катионов невелика – несколько процентов. Общее содержание всех обменных катионов, кроме Н + и Al 3+ , называют суммой обменных оснований (S). В зависимости от наличия поглощенного водорода и алюминия почвы подразделяют на насыщенные и ненасыщенные основаниями.

Емкость катионного обмена в различных типах почв

Источник