3.4. СТЕПЕНЬ НАСЫЩЕННОСТИ ОСНОВАНИЯМИ И БУФЕРНОСТЬ ПОЧВЫ
Реакция почвенного раствора наряду с величинами обменной и гидролитической кислотности (Нг) зависит от емкости поглощения (7) и степени насыщенности почвы основаниями (У). Если
сумму поглощенных катионов Са 2+ , Mg 2+ , К + , Na + , NH4 и других оснований (S) сложить с катионами Н + , Al 3+ , Fe 3+ , Мп 2+ , обусловливающими гидролитическую кислотность (Нг), то можно определить (в мг-экв/100 г почвы) ЕКО (7): Т = S + Нг. Сумму поглощенных оснований, выраженную в процентах от ЕКО (7), называют степенью насыщенности почвы основаниями (У):
Степень насыщенности почвы основаниями — второй важный показатель нуждаемости почв в известковании. Чем он ниже, тем выше нуждаемость и наоборот. Если гидролитическая кислотность (Нг) двух почв одинакова и составляет 5 мг • экв/100 г почвы, но ЕКО (7) первой равна 10, а второй 20 мг • экв/100 г, то степень насыщенности основаниями (V) первой почвы составит 50, а второй — 75 %. При равной величине гидролитической кислотности первая почва гораздо кислее, так как 50 % ЕКО у нее занято подкисляющими катионами и она в большей степени, чем вторая, нуждается в их замене на основания (в известковании). При равной же ЕКО в первую очередь в известковании будет нуждаться почва с большей гидролитической кислотностью, причем для нейтрализации ее потребуется и больше извести.
Буферностъ почвы — способность противостоять изменению реакции среды — обусловлена прежде всего величиной ЕКО (7) и составом поглощенных катионов, а также катионо-анионным составом почвенного раствора. Буферность почв чрезвычайно важна для обоснования оптимальных доз, форм, сроков и способов внесения удобрений и мелиорантов под конкретные сельскохозяйственные культуры. Чем больше ЕКО, тем выше буферность почвы. Буферные свойства против подкисления возрастают с ростом насыщенности почв основаниями (Са, Mg, Na, К и др.) и с переходом от нейтральных к щелочным почвам. Если в такой почве появляется кислота (например, HN03 в результате нитрификации или физиологической кислотности NH4NO3), то ионы водорода кислоты обмениваются с катионами ППК. В результате образуется нейтральная соль и реакция раствора не изменяется:
Буферные свойства против подщелачивания возрастают на нейтральных почвах с ростом гидролитической кислотности, со снижением степени насыщенности основаниями и с переходом от нейтральных к кислым почвам. Если в такой почве появляется щелочь [например, Са(ОН)2 в результате физиологической щелоч-. ности Ca(N03)2], то катион ее вытесняет из ППК эквивалентное количество ионов водорода, в результате чего образуется вода и реакция раствора не изменяется:
Гя
Почвенный раствор подкисляется под влиянием диоксида углерода, образующегося в результате разложения органического вещества почвы, органических удобрений, дыхания корней, кислых выделений растений и микроорганизмов, образования азотной кислоты при нитрификации аммиачных форм удобрений и почвы, при внесении физиологически кислых удобрений (NH4C1;
(NH4)2S04 и др.), а на кислых почвах — и под влиянием физиологически нейтральных удобрений.
Подщелачивание или нейтрализация кислого почвенного раствора происходит при внесении физиологически щелочных удобрений [NaN03, Ca(N03)2], а на щелочных почвах — и под влиянием нейтральных удобрений.
Под действием подкисляющих и подщелачивающих факторов реакция почвенного раствора может колебаться, однако скорость возможных изменений в почвах с низкой ЕКО (песчаные, супесчаные подзолы) гораздо выше, чем в высокоемких (суглинистые черноземы).
Концентрация, катионо-анионный и вещественный состав почвенного раствора зависят и определяются ЕКО и составом поглощенных катионов и могут изменяться под влиянием удобрений и мелиорантов. Поэтому буферные свойства почв проявляются через реакции, происходящие в почвенном растворе.
В почвенном растворе буферность создается находящимися в нем слабыми органическими (например, уксусная) и минеральными (например, угольная) кислотами и их солями:
Образующиеся в результате этих реакций нейтральные соли и. вода не могут изменить реакцию почвенного раствора.
Буферность почв проявляется и в устойчивости к временному повышению концентрации почвенного раствора, вызванному недостатком влаги, неравномерным и периодическим внесением удобрений и мелиорантов. Высокобуферные почвы с высокой ЕКО и разнообразным составом поглощенных ионов относительно легко удерживают в поглощенном состоянии максимально допустимые с экологической и экономической точек зрения разовые дозы не только мелиорантов и органических удобрений, но и водорастворимых минеральных удобрений без значительного повышения концентрации почвенного раствора.
Малобуферные, малоемкие почвы не могут без повышения концентрации почвенного раствора и увеличения потерь элементов за счет вымывания усваивать большие разовые дозы мелиорантов и удобрений и требуют дробного внесения водорастворимых форм минеральных удобрений.
Таким образом, системное применение органических и минеральных удобрений в сочетании с периодическим внесением химических мелиорантов позволяет повышать ЕКО, регулировать состав поглощенных катионов, повышать буферность почв и, следовательно, регулировать продуктивность культур и плодородие почв в каждом конкретном случае с учетом экономических возможностей и экологических ограничений.
Источник
Почвы, насыщенные и ненасыщенные основаниями. Степень насыщенности почв основаниями.
В зависимости от содержания катионов Н+ и А13+ все почвы можно разделить на две группы: почвы, насыщенные основаниями (не содержат Н+ и А13+), и почвы, не насыщенные основаниями (содержат Н+ и А13+). Почвы, не насыщенные основаниями: подзолистые, дерново-подзолистые, болотные, серые и бурые лесные почвы, некоторые черноземы и почвы влажных субтропиков. Насыщенные основаниями почвы — это преимущественно степные почвы (черноземы, каштановые, сероземы, бурые и серо-бурые степные), а также почвы различных зон, сформированные при участии жестких грунтовых вод или на карбонатных породах.
Насыщенные основаниями – все южные почвы (черноземы, каштановые, сероземы). Содержат катионы кальция, магния, натрия.
Ненасыщенные основаниями – подзолистые, дерново-подзолистые, болотные, серые лесные, т.е. почвы таежно-лесной и тундровой зон. В этих почвах большее количество ионов водорода, которые создают кислую реакцию и разрушают структуру почвы.
Степень насыщенности почв основаниями,%:
V= (100*S)/(S+Hг), где S- сумма поглощенных оснований, Hг – гидролитическая кислотность (вся сумма ионов водорода).
Величина степени насыщенности почвы основаниями – важный показатель для характеристики поглотительной способности и степени кислотности почв. Ее определение позволяет точнее решать вопрос о необходимости (очередности) известкования. Следовательно, чем меньше степень насыщенности почвы основаниями (при одинаковой абсолютной величине кислотности). Тем сильнее ее нуждаемость в известковании.
Величина ЕКО зависит от механического состава почв, преобладающей группы минералов и , в первую очередь, от содержания гумусовых веществ в почвенно-поглощающем комплексе. Численное значение ЕКО меняется в широких приделаз : от нуля (главным образом, для обломков кварца) до 500-900 смоль (р+)/кг (для гуминовых кислот). Поглотительная способность почв определяется илистой фракцией.
Роль поглотительной способности почв в процессах почвообразования и формировании почвенного плодородия.
Поглотительная способность выполняет чрезвычайно важную роль в генезисе почв, формировании их свойств и уровня плодородия.
1. Среди разнообразных процессов поглощения, протекающих в почве, большое значение имеет сорбционное закрепление гумусовых веществ. Благодаря этому происходит формирование специфической поверхности почвенных частиц, составляющих основу ППК, образование и стабилизация гумусового профиля почвы с количественными и качественными характеристиками, соответствующими конкретному типу почвообразования.
2. Поглотительная способность играет важную роль в процессах профильной дифференциации разнообразных органических и неорганических веществ.
3. От поглотительной способности во многом зависит питательный режим почв. ППК- хранилище биофильных элементов, защищенное от вымывания атмосферными осадками.
4. Состав почвенного поглощающего комплекса определяет реакцию почвенной среды и ее стабильность.
5. Состояние коллоидной массы первостепенно детерминирует практически все физические характеристики почвы как целостной системы, и в первую очередь структурность, плотность, воздухоемкость, влагоемкость и поведение почвенной воды. Экологически оптимальное физическое состояние почв для большинства растений, животных и других организмов возникает в среде, когда 99,9% коллоидов находятся в состоянии геля и 0,1% — золя.
6. Почвенный поглощающий комплекс является геохимическим барьером для катионов-загразнителей тяжелых металлов и радионуклидов.
Количество коллоидов в почвах различно и составляет от 1-2 до 30-40 % массы почвы. Образуются коллоиды при раздроблении более крупных частиц в процессе выветривания, путем поликонденсации в процессах почвообразования и образования гумуса, а также при химических реакциях между продуктами выветривания и почвообразования. Коллоиды представляют собой наиболее дисперсную часть твердой фазы почвы. Их размеры колеблются в пределах от 0,2…0,001мкм. Важно, что при размере менее 0,1…0,2 мкм резко возрастает адсорбционная емкость почвенных частиц благодаря росту их удельной поверхности.
Обычно коллоидные свойства начинают проявляться у частиц размером меньше 1 мкм, поэтому выделяют еще предколлоидную фракцию, объединяющую частицы размером от 1 до 0,2 мкм. Коллоиды не только поглощают и удерживают ионы и органические вещества, но и служат цементом для более крупных частиц и агрегатов, влияя на структуру почвы, от которой зависит ее водно-воздушный режим. Небольшие размеры коллоидов определяют огромную суммарную и удельную поверхность. От размеров удельной поверхности зависит величина поверхностной энергии, с которой связаны явления сорбции паров воды, газов и молекул других веществ. С поверхностной энергией дисперсных тел связан тепловой эффект – выделение тепла при их смачивании, который называется теплотой смачивания.
Дата добавления: 2019-07-17 ; просмотров: 1468 ; Мы поможем в написании вашей работы!
Источник
Емкость поглощения, насыщенность и буферность почвы
Ёмкостью поглощения или емкостью катионного обмена (ЕКО) называется общее количество катионов, которое может быть вытеснено из почвы. Выражается в мг-эквивалент на 100 г почвы. ЕКО характеризует физико-химическую поглотительную способность почв и зависит от минерального и гранулометрического состава почв, а также от содержания в них гумуса. Емкость поглощения колеблется в широких пределах: она выше в суглинистых почвах, чем в песчаных, и выше в черноземах, чем в дерново- подзолистых. Органическая часть почвы обладает более высокой поглотительной способностью, чем минеральная. Поэтому несмотря на то, что в составе мелкодисперсной фракции преобладают минеральные коллоиды, ЕКО тем выше, чем больше в почве гумуса, а увеличение гумусированности почвы не влияет на емкость поглощения минеральной части. Различные почвы отличаются не только по ЕКО, но и по составу поглощенных катионов. Он разнообразен: все почвы содержат в поглощенном состоянии почти все катионы, среди них больше катионов кальция, магния, калия, аммония, присутствуют микроэлементы, катионы водорода и алюминия.
Общее содержание поглощенных катионов оснований (кроме Н+ и А13+) называют суммой обменных оснований. На их долю в черноземах приходится до 80—90%; в дерново-подзолистых почвах и красноземах иногда 50% и более от ЕКО приходится на ионы водорода и алюминия. В солонцах и солончаках наряду с кальцием и магнием в поглощенном состоянии присутствует натрий. Сумма обменных оснований (S), выраженная в процентах от общей емкости катионного обмена (ЕКО), называется степенью насыщенности основаниями (V), которую определяют по формуле V= S+ ЕКО х 100%. По этому показателю почвы делятся на насыщенные (V > 80%) и ненасыщенные (V 50—70%) основаниями. Наилучшие условия для растений создаются при V в пределах 80—90% от ЕКО. При этом, однако, важны уровни насыщения ППК отдельными обменными катионами, особенно кальцием, магнием и калием. Уровни определяются так же, как и степень насыщенности основаниями. Реакция почвенного раствора зависит не только от размеров обменной и гидролитической кислотности, но и от степени насыщенности почвы основаниями. Степень насыщенности показывает, какая часть общей емкости приходится на поглощенные основания и какая — на гидролитическую кислотность. Величина степени насыщенности основаниями — важный показатель для характеристики поглотительной способности и степени кислотности почвы.
Буферность почвы — способность почвы противостоять резкому изменению концентрации веществ в почвенном растворе путём протекающих обменных реакций в сторону кислого или щелочного интервала. Буферная способность зависит не только от состава почвенного раствора, но и от свойств твердой фазы почвы. Роль буферности почвенного раствора в общей буферной способности почвы обычно невелика. Более сильным фактором буферного действия является твердая фаза почвы, главным образом ее коллоидная часть. Среди этих свойств главные: количество и состав почвенных коллоидов, состав обменных катионов и емкость поглощения. Выше емкость — выше буферность — больше органического вещества в растворе. Если в почве, насыщенной основаниями, появляется кислота, то ионы водорода кислоты обмениваются с катионами поглощающего комплекса (водород переходит в поглощенное состояние, а в растворе образуется нейтральная соль) и реакция почвенного раствора изменяется мало. Буферность почвы в целом зависит от буферных свойств ее твердой и жидкой фаз. Буферная способность почвенного раствора обусловливается содержащимися в ней слабыми кислотами и их солями. Слабые кислоты диссоциируют не полностью, поэтому в растворе значительная часть их будет находиться в виде недиссоциированных молекул и лишь небольшое количество будет диссоциировано.
Способность почвы противостоять изменению реакции почвенного раствора имеет большое значение при внесении минеральных удобрений. На почвах, обладающих низкой буферностью (песчаных и супесчаных, многих дерново-подзолистых, бедных гумусом), при внесении кислых удобрений возможны резкие сдвиги реакции, которые могут оказать неблагоприятное влияние на развитие растений и почвенных микроорганизмов. На тяжелых и богатых гумусом почвах, обладающих высокой емкостью поглощения и значительным буферным действием, реакция раствора смещается слабо даже при систематическом внесении высоких норм кислых или щелочных минеральных удобрений. Против подкисления раствора особенно устойчивы почвы с высокой степенью насыщенности основаниями, а против подщелачивания — почвы с низкой степенью насыщенности. Систематическое внесение органических удобрений в сочетании с известкованием повышает емкость поглощения и степень насыщенности почвы основаниями, а, следовательно, увеличивает и ее буферность.
При одной и той же величине гидролитической кислотности почвы в зависимости от емкости поглощения могут иметь разную степень кислотности, а при равной емкости поглощения их степень насыщенности основаниями и степень кислотности определяется величиной гидролитической кислотности. Степень насыщенности почв основаниями — важный показатель для правильной оценки степени кислотности почвы и нуждаемости в известковании.
Источник