Состав обменных катионов
Состав обменных катионов зависит от типа почв. Он определяет физико-химические и химические свойства, например, реакцию среды, подвижность соединений в профиле почвы, степень дисперсности, и имеет важное значение для плодородия почвы.
В зависимости от состава поглощенных оснований все почвы К.К. Гедройц предложил разделить на две группы:
1 – насыщенные основаниями — много Са и Мg в ППК;
2 – не насыщенные основаниями — много Н+ в ППК.
Степень насыщенности почвы основаниями рассчитывают по гидролитической кислотности и сумме поглощенных оснований (Са, Мg), выражают в % :
где S — сумма обменных оснований, мг-экв на 100 г почвы; Нг — гидролитическая кислотность, мг·экв на 100 г почвы.
Как видно из табл. 19, степень насыщенности основаниями показывает, какая часть емкости обменного поглощения катионов приходится на Са, Мg. V — изменяется в почвах от 5-20 до 100%.
Почвы, насыщенные основаниями, не содержат в ППК Н+ и А13+, характеризуются нейтральной или щелочной реакцией среды, так как основную массу поглощенных катионов составляют Са2+ и Мg2+. Для этих почв характерна высокая емкость обменного поглощения катионов — до 500 мг·экв на 100 г почвы. Они отличаются хорошей в агрономическом плане структурой и благоприятными водно-физическими свойствами для роста и развития растений (табл. 18).
Состав обменных катионов в почвах СССР (Н.И. Горбунов); мг·экв на 100 г почвы
Емкость
поглощения E,
Не насыщенные основаниями почвы в основном содержат в ППК водород и алюминий и имеют кислую реакцию среды, низкую емкость поглощения (около 20-30 мг·экв на 100г). Эти почвы отличаются плохой структурностью и неблагоприятными водно-физическими свойствами, например, подзолистая почва. Почвы, в составе ППК которых отмечается большое количество натрия, также имеют неблагоприятные водно-физические свойства, щелочную реакцию среды.
Гумусовые и минеральные вещества диспергируют под действием высокого содержания натрия и вымываются в нижележащие горизонты. При этом солонцовые почвы характеризуются неблагоприятной в агрономическом отношении структурой, плохими механическими, физико-химическими и водно-физическими свойствами. В сухом состоянии верхние горизонты этих почв пылят, а аллювиальные горизонты отличаются большей прочностью. Таким образом, состав обменных катионов имеет очень важное значение при формировании агрономических свойств почвы и в значительной степени определяет ее плодородие. Существуют надежные способы регулирования состава обменных оснований. Для кислых почв необходимо известкование, т.е. внесение извести. При этом Са извести замещает водород из состава ППК:
[ППК] 
+ СаСОз →[ППК] Са + Н2СО3
Для регулирования состава обменных катионов в солонцах применяют внесение гипса:
[ППК] 
+ СаSО4 →[ППК] Са + Nа2SО4
Источник
Состав обменных катионов различных типов почв
Различные почвы существенно отличаются друг от друга по составу катионов, находящихся в обменном состоянии, что видно из ниже приведенной таблицы 1.
Таблица 1 — Состав обменных катионов и емкость обмена катионов некоторых почв (мг-экв на 100 г почвы)
| Почва | Глубина, см | Обменные катионы | Емкость поглощения | |||
| Ca ++ | Mg ++ | Na + | H + +Al +++ | |||
| Сильно подзолистая, глинистая | 2-5 5-30 30-40 60-70 | 13,9 2,6 7,8 11,2 | 1,1 1,7 3,1 3,3 | — — — — | 14,1 8,7 12,7 10,2 | 19,1 13,0 23,6 24,7 |
| Чернозем мощный | 0-10 20-30 60-70 | 39,1 34,6 27,2 | 6,0 3,4 2,7 | — — — | — — — | 45,1 38,0 29,9 |
| Солонец средний | 0-12 13-27 56-70 | 19,9 24,3 16,3 | 5,8 6,7 6,8 | 1,3 5,5 6,4 | — — — | 27,0 36,5 29,5 |
Помимо указанных в таблице, в составе ППК находятся практически все катионы, необходимые для питания растений: К, NH4, микроэлементы, но их доля в сумме обменных катионов невелика, порядка нескольких процентов. Состав обменных катионов зависит от типа почвообразования, состава материнской породы, иногда от состава грунтовых вод, если последние залегают близко к поверхности. Различные типы почв характеризуются определённым составом обменных катионов и ёмкостью поглощения, которые отчётливо отражают сочетание факторов почвообразования. Для целинных почв эти показатели устойчивы и характерны для данного почвенного типа. Любое же агротехническое мероприятие длительно применяемое на данной почве, так или иначе изменяет состав обменных катионов, поскольку они являются самой подвижной частью твёрдых фаз, легче всего вступающей во взаимодействие с почвенным раствором. При этом в некоторых случаях возникающие изменения повышают плодородие почвы (накопление Са, удаление Na и т.д.), а иногда мы наблюдаем и отрицательное действие (потери Са, накопление Н + и т.д.).
Наилучшие условия для питания растений создаются при преобладании в составе ППК Са 2+ и катионов, необходимых для питания растений. Неблагоприятные условия возникают при наличии в ППК значительных количеств обменных Н + и Al +++ , а также Na + , часто в сочетании с повышенным содержанием Mg ++ и присутствием в почве свободных карбонатов, щелочных и щелочноземельных металлов. Ионы Н + и Al +++ частично переходя в почвенный раствор, могут создавать значительную кислотность. Ионы Al подкисляют почвенный раствор вследствие гидролиза солей алюминия
AlCl3 + 3H2O Al(OH)3 + 3HCl
Ионы натрия в поглощенном состоянии оказывают резко негативное влияние на физические и водно-физические свойства почв вследствие пептизации почвенных коллоидов. Повышенная щелочность, также как и повышенная кислотность, оказывает неблагоприятное влияние на состояние растений.
Таким образом, для агрономической характеристики почв и повышения их плодородия необходимо знать состав обменных катионов, оценивать значение почвенной кислотности и щелочности, находить эффективные приемы их устранения. В черноземных почвах в составе обменных катионов доминируют Са ++ и Mg ++ . У таких почв РН близкая к нейтральной, коллоиды находятся в состоянии геля (осадка), почвы хорошо оструктурены и обладают благоприятными физическими свойствами (черноземы, темно-каштановые, дерновые почвы).
В подзолистых почвах в ППК наряду с Са ++ и Mg ++ присутствуют катионы Н + и Al +++ , в этих почвах РН кислая, они имеют плохие физические свойства, коллоиды разрушаются, почвы плохо оструктуриваются.
В солонцах в составе обменных катионов наряду с Са ++ и Mg ++ много ионов Na + . Эти почвы имеют плохие физические свойства, уплотнены, РН – щелочная, у них плохая структура, слабая водопроницаемость.
Понятие о ёмкости поглощения (обмена) почвы.Сумма катионов, входящих в ППК и способных к обмену называется емкостью поглощения почвы (емкость обмена). Ее величина, выражаемая в м-экв на 100г почвы, является важным показателем, характеризующим количество коллоидов, их состав и поглотительную способность почвы. В легких почвах она равна 5-10, а в черноземах может достигать 50-70 м – экв на 100 г почвы. В профиле почвы величина емкости поглощения уменьшается параллельно снижению количества гумуса.
По составу обменных катионов почвы подразделяют на насыщенные и ненасыщенные основаниями.
К насыщенным основаниями относят почвы, в ППК которых преобладают ионы Са 2+ и Mg 2+ и отсутствуют ионы Н + и Al 3+ . Такие почвы обладают водопрочной структурой, имеют слабокислую или нейтральную среду и благоприятные водно-физические свойства (черноземы, каштановые почвы). К ненасыщенным основаниями относят почвы, которые в поглощаемом состоянии наряду с ионами Са 2+ и Mg 2+ содержат ионы Н + и Al +++ . Структура таких почв неводопрочная, они склонны к заплыванию и образованию почвенной корки, обладают кислотностью (подзолистые, красноземы).
Доля участия в ППК поглощенных Н + и Al +++ определяет степень насыщенности почв основаниями.
Степень насыщенности почв основаниями – это количество поглощенных оснований (S), выраженное в % от емкости поглощения (Е), вычисляемая по формуле:
или 
где Е- емкость поглощения, у кислых почв она равна S+Hгк.
Степень насыщенности основаниями показывает, какая часть от емкости поглощения приходится на обменные основания, и в различных типах почв колеблется от 5 до 100%, и позволяет в определенной степени судить о нуждаемости почв в известковании.
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