Состав обменных катионов подзолистых почв

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)

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+H_гк.

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

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.

Читайте также:  Как правильно использовать биогумус для выращивания рассады

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