Поглотительная способность почвы курсовая

Поглотительная способность почвы

Виды поглотительной способности почвы, коллоиды. Краткая характеристика строения и свойств почвенного поглощающего комплекса. Необменное поглощение катионов. Понятие об актуальной и потенциальной кислотности. Емкость катионного и анионного обмена.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ и НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ

«Физико-химические процессы в техносфере»

На тему: Поглотительная способность почвы

Альметьевск 2014 г.

1. Поглотительная способность почвы. Коллоиды почвы. Виды поглотительной способности почвы

1.1 Поглотительная способность почвы

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.

Поглотительная способность — способность почвы поглощать твердые, жидкие и газообразные вещества.

Поглощение почвой приходящих в соприкосновение с ней различного рода веществ представляет сложное явление, в котором могут принимать участие как химические, так и физические, физико-химические и биологические процессы.

Виды поглотительной способности почвы.

В зависимости от того, какой совершается при этом процесс, различают следующие виды поглотительной способности почв:

Механическое поглощение. Механическое поглощение почв представляет собой свойство почвы, как всякого пористого тела, не пропускать взмученные в воде частички (суспензии) крупнее почвенных пор.

При этом суспензии могут или поступать в почву извне, или же образовываться в самой почве при естественном или искусственном увлажнении ее водой.

Таким путем происходит накопление в поверхностных горизонтах почвы тонких механических элементов, а также аккумуляция в верхнем слое бактериальных плазм.

Эта способность почвы находится в тесной зависимости от ее механического состава. Чем тяжелее по механическому составу почва и чем, следовательно, мельче пронизывающие ее во всех направлениях поры, тем лучшей задерживающей способностью она обладает.

Механическая поглотительная способность почв значительно возрастает по мере увеличения количества гумуса в почве.

Молекулярная, или аполярная, адсорбция. Сущность этого явления заключается в способности почвы, обладающей большой поверхностной энергией частичек, адсорбировать пары воды и удерживать газообразные и растворенные в воде вещества.

В основе молекулярной адсорбции лежат электрические силы поверхности коллоидных частиц.

Молекулярная поглотительная способность почв связана обычно с явлениями изменения концентрации молекул, растворенных в почвенной воде соединений, на поверхности почвенных частиц. При этом изменяется только концентрация растворенного вещества, но качественный состав раствора не изменяется. Молекулы поглощенного вещества, облегая сплошным слоем твердые частички почвы, удерживаются на поверхности последних с огромной силой. При молекулярной адсорбции поглощаемое вещество не внедряется в твердую фазу почвы и не вступает с ней в химическую реакцию, а лишь скопляется или сгущается на поверхности раздела двух фаз — твердой и жидкой, твердой и газообразной.

Способность почвы адсорбировать пары воды и газообразные вещества имеет большое практическое значение. Благодаря этому свойству в почве может удерживаться от потери в атмосферу такое в высшей степени важное для питания растений соединение, как аммиак, образующийся в почве в результате разложения органических веществ. Не меньшее значение в этом отношении имеет и способность почвы поглощать и удерживать в себе различного рода вещества из растворов. Такого рода поглощение, при котором молекулы того или иного вещества притягиваются из раствора твердыми почвенными частичками, концентрируясь у самой их поверхности, носит название положительной молекулярной адсорбции.

Однако в почве может иметь место и отрицательная молекулярная адсорбция, т. е. такого рода явление, при котором происходит уменьшение концентрации растворимых веществ на поверхности почвенных частиц.

К числу отрицательно адсорбируемых веществ в почве относятся соли азотной кислоты. Поэтому, применяя нитратные соединения в качестве удобрений, необходимо вносить их в почву во время посева сельскохозяйственных культур или после посева в виде подкормки и притом в небольшом количестве.

Химическое поглощение. Помимо поглощения целых молекул, легко растворимые соединения могут закрепляться в почве и иным путем.

Многие находящиеся в растворе вещества при взаимном соприкосновении или при соприкосновении с нерастворимой частью почвы способны вступать в химические реакции, давая при этом нерастворимые или мало растворимые соединения.

Образующиеся в результате такого взаимодействия нерастворимые соединения будут удерживаться в почве от вымывания.

Так, например, в почве могут находиться соли фосфорной кислоты в такой легко растворимой форме, как Na3PO4.

Будучи легкоподвижным соединением, эта соль, естественно, может в известной степени передвигаться в почвенной среде в глубокие горизонты, а вместе с тем, следовательно, возможна и потеря для растения такого ценного питательного вещества, как фосфор.

Однако в почвенном растворе наряду с Na3PO4 всегда могут быть в том или ином количестве и другие всевозможные соли, например СаС12, которые, вступая в обменную реакцию с Na3PO4, будут давать нерастворимые вещества:

Заключенная в трехкальциевом фосфате фосфорная кислота будет прочно удерживаться в почве.

Аналогичным путем могут закрепляться в почве также и искусственно вносимые удобрения.

Так, например, если в карбонатную почву внести суперфосфат, то некоторая его часть может перейти в трифосфат кальция, т. е. в трудно растворимою форму:

Так как этот вид поглотительной способности основан на чисто химической реакции взаимного обмена в растворе, то он носит название химического поглощения, или химической поглотительной способности почвы.

Следует добавить, что не все растворимые минеральные соединения могут химически поглощаться почвами. Среди легкоподвижных питательных веществ в почве имеются и такие соединения, которые в силу своих особенностей и свойств не могут быть химически поглощаемы почвой.

К этой категории относятся те легко растворимые вещества, которые при взаимодействии с другими соединениями не могут давать нерастворимых или трудно растворимых образований.

К числу химически непоглощаемых соединений относится весьма ценное в сельскохозяйственном отношении вещество — азотная кислота.

1.2 Физико-химическое поглощение, или обменная адсорбция

Емкость поглощения. Минеральные соли и кислоты в почвенном растворе в значительной степени диссоциированы на катионы и анионы. Поэтому при взаимодействии между почвенным раствором и твердой частью почвы последней поглощаются из раствора не только целые молекулы растворенных веществ, но и ионы. В связи с тем, что почвенные коллоиды заряжены главным образом отрицательно, очевидно, что поглощаться почвой из раствора будут преимущественно катионы.Поглощенные катионы удерживаются на поверхности коллоидальных частичек весьма прочно и могут быть вытеснены обратно в раствор лишь другими катионами. Вследствие этого процесс поглощения почвой ионов из раствора является по существу процессом обмена катионов на поверхности почвенных коллоидов. Процесс обмена катионов в почвенной среде происходит в эквивалентном количестве. Поэтому процесс обмена катионов при взаимодействии почвы с растворами солей в самом общем виде можно представить такими уравнениями:

Вместе с тем реакция обмена катионов является обратимой: любой поглощенный почвой катион при соответствующих условиях может снова перейти в раствор. В связи с этим реакцию обменной адсорбции следует изобразить так:

Сумма всех поглощенных катионов, выраженная в миллиэквивалентах на 100 г почвы, называется емкостью поглощения.

Емкость поглощения у различных почв неодинакова и в значительной степени зависит от содержания в почве илистой фракции, гумуса и от минералогического состава илистой фракции, поскольку разные минералы обладают даже при одинаковой степени дисперсности различной обменной способностью. Так, например, каолинит имеет емкость обмена от 3 до 15 м-экв, серицит— от 20 до 40 м-экв, монтмориллонит — от 60 до 100 м-экв на 100 г почвы. Очень большую емкость обмена имеют гуминовые кислоты. Поэтому, чем больше содержится в почве глинных минералов и гумуса, тем больше емкость поглощения.

Емкость поглощения любой почвы в значительной степени зависит от реакции раствора (рН), при которой ее определяют. При этом, чем выше рН раствора, при помощи которого происходит вытеснение и обмен катионов, тем выше емкость поглощения.

Энергия поглощения или обмена. Различные катионы обладают разной энергией поглощения: одни из них поглощаются сильнее, другие — слабее. Большей энергией поглощения отличаются двухвалентные (Са++,Mg++), меньшей — одновалентные катионы (Na+, NH4+, K+). Исключением из этого общего правила является лишь водородный ион, энергия поглощения которого во много раз превосходит энергию поглощения как одновалентных, так и двухвалентных катионов.

Поглощающий комплекс всякой почвы благодаря адсорбционной способности коллоидного комплекса всегда будет насыщен катионами.

Но состав поглощенных катионов в зависимости от условий почвообразования у различных почв неодинаков. У одних почв поглощающий комплекс будет насыщен главным образом Са++ и Mg++, у других — Na+, у третьих — среди поглощенных катионов будет находиться Н+, Аl+++ и т. д.

Почвы насыщенные и не насыщенные основаниями. В почвах встречаются различные обменные катионы: Са++, Mg++, Na+, Н+, К+, NH4+ Аl+++, Fe+++ и др.

В зависимости от состава поглощенных катионов все почвы подразделяются на почвы насыщенные и не насыщенные основаниями.

К первым относятся те почвы, поглощающий комплекс которых содержит в себе одни лишь металлические катионы, например Са++, Mg++, Na+, ко вторым — те почвы, в поглощающем комплексе которых наряду с другими катионами содержатся также и поглощенные Н+ и Аl+++.

Примерами почв, насыщенных основаниями, могут служить черноземы, а также каштановые почвы и сероземы, имеющие широкое распространение в степных и засушливых районах нашего Юго-Востока.

Представителями почв, не насыщенных основаниями, являются красноземы, дерново-подзолистые и болотные почвы.

Что же касается дерново-подзолистых и болотных почв, то их характерной особенностью является наличие в поглощающем комплексе обменных Н+ и А1+++.

Двухвалентные катионы (Са++, Mg++) коагулируют необратимо, т. е. придают агрегатам устойчивость против размывающего действия воды; одновалентные (Н+, Na+), наоборот, являются слабыми коагуляторами: образующиеся под воздействием этих катионов гели весьма непрочны и в соприкосновении с водой легко разрушаются, распадаясь на первоначальные составляющие их коллоидальные частички. При этом самым слабым коагулятором из всех одновалентных катионов является Na.

Необменное поглощение катионов. Наряду с обменным поглощением катионов в почве наблюдается также необменное поглощение, при котором поглощенные катионы прочно закрепляются в почве и становятся недоступными для питания растений.

Необменное поглощение катионов широко распространено в природе и присуще почти всем катионам, но в наибольшей степени это явление свойственно калию.

Наиболее мощным фактором, влияющим на переход катионов в необменную форму, является периодическое высушивание почвы, причем чем выше температура и продолжительнее высушивание, тем больше калия переходит в труднообменную форму.

Поглощение анионов. Наряду с поглощением катионов почвы обладают поглотительной способностью и в отношении анионов. Энергия и характер поглощения у разных анионов различны.

В этом отношении встречающиеся в почвах анионы могут быть разделены на 3 группы. К первой группе относятся анионы, которые хорошо поглощаются почвами химически, давая с катионами почвенного раствора нерастворимые соединения: анионы фосфорной кислоты (Н2РО4+, НРО4++, РО4+++), а также некоторых органических кислот, кремнекислоты. При взаимодействии почвенных растворов с такими катионами, как Са, Mg, эти анионы образуют осадки, которые и закрепляются в почве.

Ко второй группе могут быть отнесены анионы соляной, азотной и азотистой кислот (Cl, NO3, NO2), соли которых легко растворимы в воде; они не могут поглощаться ни химически, ни физико-химически, но о

Источник

Поглотительная способность почв

Виды поглотительной способности. Почвенный поглощающий комплекс и особенности обменного поглощения ионов. Поглотительная способность почв качественного урожая сельскохозяйственных культур. Расчет суммы ионов кальция и магния комплексометрическим методом.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет

имени императора Петра I»

Факультет агрономии, агрохимии и экологии.

Кафедра агрохимии и почвоведения.

На тему: « Поглотительная способность почв»

Выполнил студент АА-2-2а Мельникова М.А.

Руководитель: доцент, кандидат биологических наук Буданцев П.Б.

1. Виды поглотительной способности

2. Почвенный поглощающий комплекс и особенности обменного поглощения ионов

3. Поглотительная способность почв качественного урожая с/х культур

4. Определение суммы ионов кальция и магния комплексометрическим методом

Почва, естественное биокосное тело, является результатом взаимодействия различных экологических факторов: материнской породы, рельефа, климата, биоты и времени, прошедшего с момента выхода пород на поверхность и начала процессов выветривания и почвообразования.

Изучение закономерных соотношений между почвой и средой ее формирования, в их взаимодействии и развитии, является, согласно В.Р.Волобуеву (1963), содержанием особой научной дисциплины — экологии почв. И.А.Соколов (1982) назвал экологию почв учением о зависимости почв от факторов почвообразования, связывающим учение о генезисе с учением о географии почв.

Одной из наиболее актуальных и значимых проблем в экологии является проблема развития экосистем и, в частности, почвы. Совершенно очевидно, что без восстановления картины исторического хода естественного развития почв и почвенного покрова невозможно определение тенденции дальнейшего изменения изучаемых природных объектов и, следовательно, прогнозирование их состояния.

Целью данной работы было выявление закономерностей формирования почвенного поглощающего комплекса. Поглотительная способность почв является их важнейшей характеристикой. Она определяет плодородие почв, обеспечивает один из механизмов устойчивости почв по отношению, в первую очередь, к химическому загрязнению, кислотным выпадениям за счет буферных свойств.

К.К.Гедройц указывал, что максимальная производительность почвы, т.е. величина урожая, который почва способна давать, находится в теснейшей зависимости от величины и свойств почвенного поглощающего комплекса, а процесс почвообразования состоит, главным образом, в изменении, создании и разрушении поглощающего комплекса почв (Гедройц, 1935; 1955). Вместе с тем, “плодородие как историческое понятие, развивающееся во времени и пространстве, нельзя рассматривать, игнорируя материю и энергию, заложенную в материнской породе, из которой образуется почва” (Чижиков, 1969, с.146). Плодородие почв обеспечивается составом почвообразующей породы, в первую очередь, содержанием Ca и Mg, определяется почвообразующим потенциалом породы и развивается по мере формирования почвенного поглощающего комплекса. Под почвообразующим потенциалом породы мы понимаем максимальную величину емкости поглощения, которую могут иметь сформированные на данной породе почвы (за исключением органических горизонтов и почв, развивающихся при значительном поступлении веществ из других источников).

поглотительный почва урожай ион

1. Виды поглотительной способности почв

Поглотительной способностью почвы называется её свойство обменно или необменно поглощать твёрдые, жидкие и газообразные вещества или увеличивать их концентрацию у поверхности содержащихся в почве коллоидных частиц. В почвоведении выделяют пять видов поглотительной способности.

Механическая поглотительная способность. Способность почвы поглощать, задерживать поступающие с водными или воздушными потоками твёрдые частицы, размер которых больше почвенных пор, т.е.dr dn, где dr — диаметр частиц, dn — диаметр пор почвы.

Физическая поглотительная способность. Способность почв увеличивать концентрацию молекул у поверхности тонкодисперсных частиц за счёт избыточной поверхностной энергии, что в конечном итоге меняет поверхностное натяжение почвенного раствора, окружающего почвенные частицы. Выраженность физического поглощения определяется как величиной и характером поверхности тонкодисперсной фазы, так и спецификой молекул.

Так, например, ряд, характеризующий энергию поглощения газов по степени её возрастания, выглядит следующим образом:

Биологическая поглотительная способность. Поглощение элементов или веществ живыми организмами (растениями, животными, микроорганизмами). Биологическое поглощение отличается высокой селективностью и, в основном, обуславливается процессами питания организмов, развивающихся в почве и на её поверхности (рис. 7.1).

Физико-химическая, или обменная, поглотительная способность. Способность почвы поглощать и обменивать ионы, находящиеся на поверхности твёрдой фазы, на эквивалентное количество ионов почвенного раствора.

2. Почвенный поглощающий комплекс и особенности обменного поглощения ионов

Это свойство почвы обусловлено наличием в её составе так называемого почвенного поглощающего комплекса (ППК), основными компонентами которого являются почвенные коллоиды.

Коллоиды — это частицы размером n*10 -7 см,имеющие высокую удельную поверхность и определённое строение, иначе называемые мицеллами. (рис.7.2.)

В зависимости от заряда потенциалопределяющего слоя мицеллы подразделяются на ацидоиды (отрицательный заряд), базоиды (положительный заряд) и амфолитоиды ( переменный заряд в зависимости от реакции серы).

Раньше предполагали, что коллоидные частицы имеют форму шара. Теперь доказано, что форма частиц может быть разнообразной: вытянутой в форме веретена, шарообразной или нитевидной. С помощью электронного микроскопа установлено, что золь окиси железа имеет нитевидную или листочкообразную форму частиц, каучук — веретенообразную форму, золото — многогранную.

При раздроблении любого тела сильно возрастает общая поверхность веществ, а вместе с ней и поверхностная энергия. Если 1 см 3 какого — либо вещества раздробить на мелкие кубики, то общая поверхность их сильно увеличится (табл.58).

Коллоидные системы, имеющие большую поверхность дисперсной фазы, обладают огромным запасом поверхностной энергии. В грубодисперсных системах эта энергия незначительна и ею можно пренебречь. Но в тонкодисперсных системах,когда отношение поверхности к объёму превышает -10 4 ,поверхностная энергия имеет огромное значение. Поэтому высокодисперсные системы, как правило, очень активны: они вступают в химические соединения, служат катализаторами и часто создают неустойчивые системы.

Согласно второму началу термодинамики эта свободная поверхностная энергия стремится перейти в потенциальную, что вызывает изменение дисперсной системы. Поэтому в коллоидных системах происходит постепенный, иногда очень длинный процесс объединения коллоидных частиц, их укрупнение. Но этому противодействует однозначность коллоидных зарядов. В связи с тем что гранулы коллоида заряжены однозначно ( например, у золя железа положительно, у гуминовой кислоты отрицательно), отдельные частицы отталкивают друг от друга, что создаёт стабилизацию коллоидной системы. Сохранению коллоидной дисперсной системы в дисперсном, золеобразние частиц, вызываемое движением молекул растворителя.

Наличие в почве коллоидов с разными зарядами приводит к их взаимодействию, взаимной коагуляции, в результате чего образуются коллоиды сложного состава. Благодаря низкому потенциалу они малоподвижны, не вымываются из почвы и накапливаются в значительных количествах.

Кроме кремнекислоты и полуторных окислов, в состав сложных почвенных гелей входят гуминовые кислоты, протеины; сочетания этих коллоидов дают комплексные гели разнообразного состава. Комплексные гели, являясь продуктом взаимной нейтрализации ацидоидов и базоидов (амфолитоидов), могут сохранять черты амфолитоидности.

Среди почвенных коллоидов обычно преобладают ацидоиды , а потому их суммарный заряд в большинстве случаев отрицательный. Однако с наличием в их составе амфотоидов необходимо считаться: оно имеет значение при поглощении анионов.

Следует отметить, что глинные минералы также правильнее рассматривать как амфолитоиды. В качестве положительно заряженных мест их поверхности могут рассматриваться ионы AI 3+ октаэдрического слоя, обнажающиеся на боковых поверхностях. Ионы AI 3+ октаэдрического слоя каолинита, не закрытые тетраидрическим слоем, как у минералов группы монтморилонита, могут проявлять свой положительный заряд не только на изломах кристаллов, но и на плоской поверхности слоя, привлекая к себе анионы в обмен на ионы OH — .

Из сказанного выше следует, что та или иная величина потенциала почвенных коллоидов не является неизменной. Изменения реакции среды, постоянно происходящие в почве в силу естественных процессов (например, известковые), в большей мере отражаются на потенциале коллоидов.

При резком подкислении может произойти и перезарядка, т.е. Переход заряда почвенных коллоидов из отрицательного в положительный. Но перезарядка имеет место лишь при достаточно узких соотношениях SiO₂:R₂O₃; если же ацидоидов много, никакое подкисление не может сделать коллоид положительным. Чернозёмы и солонцы сохраняю при всякой реакции отрицательный заряд; горизонты вмывания подзолистых почв и красноземы отличаются амфолитоидным характером своих коллоидов.

Наибольшее распространение средств ионов, которые входят в ППК почв, имеют катионы Na + ,K + , NH + ₄, Mg 2+ , Ca 2+ , Fe 3+ , AI 3+ , H + и анионы CI — ,NO — ₃, SO 2- ₄,PO 3- ₄, SiO 4- ₄ и OH — .

Поглощение и обмен катионов в почве при относительно постоянном pH происходит, в основном,эквивалентно.

Энергия поглощения катионов определяется величиной атомной массы катиона при одинаковой валентности, а при разной валентности — величиной последней, что можно проиллюстрировать следующей схемой:

По энергии сорбции располагаются в следующий ряд:

Способность почвы сорбировать максимально возможное количество катионов определяется как ёмкость поглощения почвы. Единица размерности ёмкости поглощения и количества обменных катионов мг-экв/100г почвы.

Величина емкости поглощения определяется реакцией почв, содержанием органического вещества, гранулометрическим и минералогическим составом. Как правило, уменьшение кислотности почв способствует увеличению ёмкости поглощения, особенно это выражено в гумусово — аккумулятивных горизонтах (рис.7.3). Кроме того, поглотительная способность почв практически всегда положительно связана с концентрацией гумуса в почве (рис.7.4), что обусловлено коллоидными составами гумуса. Четко прослеживается связь между ёмкостью поглощения почв и её гранулометрическим составом (рис.7.5). Чем легче почва по гранулометрическому составу, тем меньшей поглотительной способностью она обладает. Состав обменных катионов зависит от типа почвообразования (табл.59).

Рис. 7.5. Соотношение размеров частиц, общей поверхности и емкости поглощения ( В.А.Ковда, 1973)

Таблица 59. Содержание обменных катионов в ППК различных типов почв

Источник