Свойство почвы задерживать поглощать твердые жидкие и газообразные вещества носит название
Обновлено: 19.09.2024
Поглотительная способность почвы
Поглотительная способность — способность почвы поглощать твердые, жидкие и газообразные вещества.
В зависимости от способа поглощения различают пять видов поглотительной способности: 1) биологическую, 2) механическую, 3) химическую, 4) обменную, 5) физическую.
Биологическое поглощение в почве — это поглощение растениями и почвенной микрофлорой элементов питания из почвенного раствора. Для этого вида поглощения характерна избирательная поглотительная способность, присущая растениям, а не почве. Биологическое поглощение существенно влияет и на другие виды поглощения.
Механическая поглотительная способность почвы — способность ее механически задерживать в своих порах частицы другого вещества. Она связана с пористостью почвы. Так происходит поглощение твердых частиц органических веществ и удобрений, коллоидов и др.
Особенно велико значение механической поглотительной способности почв в областях с обилием осадков и на почвах искусственно орошаемых. Этот вид поглощения широко используется в практике при очистке воды на водоочистительных станциях, очистке сточных вод.
Химическая поглотительная способность почвы. В это понятие входит способность почвы образовывать труднорастворимые вещества. Их образование связано с химической реакцией обмена солей в растворе или с твердой фазой почвы. Труднорастворимые и нерастворимые соединения выпадают в осадок и закрепляются почвой. Процессы химического поглощения особенно широко развиты по отношению к растворимым фосфатам.
В почвах, насыщенных основаниями, содержащих бикарбонаты и карбонаты кальция (в черноземах обыкновенных и южных), растворимый монокальцийфосфат превращается в малорастворимый трехзамещенный фосфат.
В почвах кислых, не насыщенных основаниями, фосфорная кислота растворимых фосфатов осаждается в виде фосфатов железа и алюминия.
Обменная поглотительная способность, почвы — свойство почвы удерживать на поверхности своих частиц ионы, способные к эквивалентному обмену. Обменная поглотительная способность основывается на реакции обмена между катионами диффузного слоя почвенных коллоидов и катионами почвенного раствора, соприкасающегося с ними. Подобный обмен может происходить и между анионами.
Обменная поглотительная способность — важнейший вид поглотительной способности, с ней связано превращение вносимых удобрений в почве. Химическая мелиорация (известкование, гипсование) также основана на обменной поглотительной способности почв.
Физическая поглотительная способность почвы — способность твердых частиц поглощать молекулы газов, паров и растворенных в почвенном растворе веществ. Поглощение целых молекул отдельных веществ связано с притяжением и концентрацией их вокруг коллоидной частицы. Объясняется это явление наличием свободной поверхностной энергии у коллоидов. Почвы суглинистые и глинистые с большим содержанием гумуса обладают повышенной физической поглотительной способностью по сравнению с почвами легкого механического состава.
Поглотительная способность почвы. Поглотительная способность — способность почвы поглощать твердые, жидкие и газообразные вещества.
В зависимости от способа поглощения различают пять видов поглотительной способности: 1) биологическую, 2) механическую, 3) химическую, 4) обменную, 5) физическую.
Биологическое поглощение в почве — это поглощение растениями и почвенной микрофлорой элементов питания из почвенного раствора. Для этого вида поглощения характерна избирательная поглотительная способность, присущая растениям, а не почве. Биологическое поглощение существенно влияет и на другие виды поглощения.
Механическая поглотительная способность почвы — способность ее механически задерживать в своих порах частицы другого вещества. Она связана с пористостью почвы. Так происходит поглощение твердых частиц органических веществ и удобрений, коллоидов и др.
Особенно велико значение механической поглотительной способности почв в областях с обилием осадков и на почвах искусственно орошаемых. Этот вид поглощения широко используется в практике при очистке воды на водоочистительных станциях, очистке сточных вод.
Химическая поглотительная способность почвы. В это понятие входит способность почвы образовывать труднорастворимые вещества. Их образование связано с химической реакцией обмена солей в растворе или с твердой фазой почвы. Труднорастворимые и нерастворимые соединения выпадают в осадок и закрепляются почвой. Процессы химического поглощения особенно широко развиты по отношению к растворимым фосфатам.
В почвах, насыщенных основаниями, содержащих бикарбонаты и карбонаты кальция (в черноземах обыкновенных и южных), растворимый монокальцийфосфат превращается в малорастворимый трехзамещенный фосфат.
В почвах кислых, не насыщенных основаниями, фосфорная кислота растворимых фосфатов осаждается в виде фосфатов железа и алюминия.
Обменная поглотительная способность, почвы — свойство почвы удерживать на поверхности своих частиц ионы, способные к эквивалентному обмену. Обменная поглотительная способность основывается на реакции обмена между катионами диффузного слоя почвенных коллоидов и катионами почвенного раствора, соприкасающегося с ними. Подобный обмен может происходить и между анионами.
Обменная поглотительная способность — важнейший вид поглотительной способности, с ней связано превращение вносимых удобрений в почве. Химическая мелиорация (известкование, гипсование) также основана на обменной поглотительной способности почв.
Физическая поглотительная способность почвы — способность твердых частиц поглощать молекулы газов, паров и растворенных в почвенном растворе веществ. Поглощение целых молекул отдельных веществ связано с притяжением и концентрацией их вокруг коллоидной частицы. Объясняется это явление наличием свободной поверхностной энергии у коллоидов. Почвы суглинистые и глинистые с большим содержанием гумуса обладают повышенной физической поглотительной способностью по сравнению с почвами легкого механического состава.
Примером физической поглотительной способности является сорбированная форма воды в почве (гигроскопическая и пленочная).
4. Формы почвенного воздуха, воздушно-физические свойства почв.
5. Почвенный раствор.
6. Кислотность почв.
Тонкодисперсная часть почвы.Почва – сложное образование, в состав которого входит твердое, жидкое и газообразное вещество. Каждая из этих составных частей почвы представлена различными формами.
По степени дисперсности (распыленности, раздробленности) выделяются две формы твердого вещества почвы. Первую группу образуют сравнительно крупные частицы, размер которых превышает 0,001 мм. Это крупнодисперсная масса почвы, она сложена обломками горных пород и слагающих их минералов, минеральными новообразованиями, малоизмененными органическими остатками. Вторую группу образуют высокодисперсные частицы размером от 0,001 мм и менее, активно участвующие в протекающих в почве процессах. Высокодисперсная (тонкодисперсная) часть почвы слагается частицами новообразованных и породообразующих, преимущественно глинистых минералов, специфическими почвенными органическими образованиями – гумусовыми соединениями.
Высокодисперсная часть почвы играет важную роль в режиме почвообразования. От содержания частиц менее 0,001 мм зависит ряд физических, физико-химических и водно-физических свойств почвы. Большое значение имеют высокодисперсные частицы для создания благоприятной почвенной структуры. Кроме того, высокодисперсная часть почвы в значительной мере обусловливает режим питания растений.
Дисперсные вещества образуют дисперсные системы, в которых различают дисперсную фазу и дисперсионную среду. Частицы дисперсной фазы как бы растворены в дисперсионной среде. Среди дисперсных систем выделяются грубодисперсные системы с частицами дисперсной фазы крупнее 0,1 мк и коллоидно-дисперсные системы (дисперсоиды) с частицами от 0,1 мк до 1 нм. Коллоидно-дисперсные системы могут быть представлены различными комбинациями дисперсионной среды и дисперсной фазы. Для процессов почвообразования особое значение имеют коллоидно-дисперсные системы, дисперсионной средой которых является жидкость (вода), а дисперсной фазой – твердое вещество. Эти системы носят название золей или коллоидных растворов. Они состоят из коллоидных частиц.
Коллоидная частица имеет двойной электрический слой и называется мицелла. Внутренняя часть мицеллы – ядро. Слой ионов, прилегающих к ядру, называется потенциалопределяющим, а внешний слой – компенсирующим. В компенсирующем слое выделяются внешний и внутренний слои. Внутренний слой называется неподвижным слоем компенсирующих ионов, так как он представлен неотдиссоциированными ионами, прочно соединенными с ионами потенциалопределяющего слоя. Внешний слой – диффузный. Он представлен отдиссоциированными ионами, менее прочно связанными с потенциалопределяющими ионами. Диффузный слой может существовать только при наличии дисперсионной среды, т. е. воды. Если почва высохнет, то ионы диффузного слоя переходят в неподвижный слой. Мицелла без диффузного слоя называется частицей.
В коллоидном растворе частицы какого-либо вещества обладают одинаковым зарядом и в силу этого отталкиваются друг от друга. Если создадутся условия для взаимного притяжения частиц, то возникнут агрегаты из нескольких частиц, состояние коллоидного раствора будет нарушено, а вещество, находившееся в состоянии дисперсной фазы коллоидного раствора, выпадет в виде рыхлого осадка. Процесс соединения отдельных коллоидных частиц и выпадение осадка называется коагуляцией. Осадок, возникший в результате коагуляции, называется гелем. Коагуляция происходит в результате нейтрализации коллоидных частиц. Переход геля в золь называется пептизацией.
Гели широко распространены в природе. Многие особенности почвы связаны с наличием гелей. Обладая в силу высокой дисперсности огромной поверхностью, гели могут поглощать (сорбировать) из раствора ионы различных химических элементов, не образуя с ними при этом химических соединений. Катионы раствора, поглощаясь коллоидными частицами, вытесняют ранее поглощенные катионы. Таким образом, в процессе поглощения имеет место своеобразный физико-химический обмен химических элементов. Тонкодисперсная часть почвы, которая способна содержащиеся в ней анионы и катионы удерживать или обменивать на другие анионы и катионы из почвенного раствора называется почвенно-поглощающий комплекс.
Диффузный слой коллоидных мицелл может быть полностью насыщен катионами (кальцием, магнием, натрием, калием) или частично занят ионами водорода. Количество поглощенных оснований и водорода называется емкостью поглощения или обмена. Процентное содержание суммы оснований (от емкости поглощения) называют степенью насыщенности коллоидов основаниям. Степень насыщенности основаниями в почвенных коллоидах колеблется от нескольких процентов до 100.
Поглотительная способность почвы –свойство почвы задерживать, поглощать твердые, жидкие и газообразные вещества, находящиеся в соприкосновении с твердой фазой почв. В зависимости от причин, определяющих явление поглощения, выделяют разные типы поглотительной способности почв [7].
Механическая поглотительная способность проявляется при фильтрации воды, когда в почвенных порах и капиллярах задерживаются относительно крупные частицы, взвешенные в поверхностных водах. Механическая поглотительная способность почв и грунтов обусловливает чистоту ключевых грунтовых вод, формирующихся из поверхностных вод, мутных от большого количества механических примесей. Явление механической поглотительной способности широко используется при устройстве искусственных фильтров для очистки воды.
Молекулярно-сорбционная (физическая) поглотительная способность – увеличение концентрации молекул различных веществ в растворе у поверхности коллоидов. Это обусловливается притяжением отдельных молекул к поверхности твердых почвенных частиц в результате проявления поверхностной энергии.
Ионно-сорбционная (обменная) поглотительная способность заключается в обмене ионов, адсорбированных почвой, на ионы почвенного раствора.
Химическая поглотительная способность обусловлена образованием труднорастворимых химических соединений в результате реакций обмена в почвенном растворе.
Биологическая поглотительная способность связана с присутствием животных и растительных организмов в почве. В процессе своего жизненного цикла растения и животные избирательно накапливают некоторые химические элементы, необходимые для своей нормальной жизнедеятельности. Накопленные элементы частично задерживаются в почве. Таким образом, почва постепенно обогащается определенными элементами, например углеродом, азотом, фосфором и др.
Почвенный воздух, особенности состава. Наряду с твердой фазой важной составной частью почвы является почвенный воздух. Почва – пористая система, в которой практически всегда в том или ином количестве присутствует воздух, состоящий из смеси газов. Воздушная фаза – важная и наиболее мобильная составная часть почв, изменчивость которой отражает биологические и биохимические ритмы почвообразования.
Количество и состав почвенного воздуха оказывают существенное влияние на развитие и функционирование растений и микроорганизмов, на растворимость и миграцию химических соединений в почвенном профиле, на интенсивность и направленность почвенных процессов. Кроме того, почва является поглотителем, сорбирующим токсичные промышленные выбросы газов и очищающим атмосферу от техногенного загрязнения.
Атмосферный воздух представляет собой смесь газов, заполняющих свободное поровое пространство в почве и находящихся в постоянном взаимодействии друг с другом, а также с жидкой и твердой частями почвы. Попадая в почву, атмосферный воздух претерпевает значительные изменения вследствие процессов жизнедеятельности микроорганизмов, дыхания корней растений и почвенной фауны, а также в результате окисления органического вещества почв. Поэтому состав почвенного воздуха отличается от атмосферного.
Макрогазами почвенного воздуха являются азот, кислород, диоксид углерода. Азот один из важных элементов питания растений. Кислород обеспечивает необходимый уровень микробиологической деятельности, дыхания корней растений и почвенных животных. Диоксид углерода обеспечивает ассимиляционный процесс растений. В то же время избыток этого газа в составе почвенного воздуха (более 3%) угнетает развитие растений, замедляет прорастание семян, сокращает интенсивность поступления воды в растительные клетки. Велика почвенно-химическая и геохимическая роль диоксида углерода. Вода, насыщенная диоксидом углерода, растворяет многие труднорастворимые соединения, что вызывает миграцию карбонатов в почвенном профиле и в сопряженных геохимических ландшафтах.
Микрогазы почвенного воздуха представлены оксидами азота, моноксидом углерода, предельными и непредельными углеводородами (этилен, ацетилен, метан), водородом, сероводородом, аммиаком, фосфинами, спиртами, эфирами, парами органических и неорганических кислот и др. Происхождение микрогазов связывают с непосредственным метаболизмом микроорганизмов, с реакциями разложения и новообразования органических веществ в почве, с трансформацией в ней удобрений и гербицидов, с поступлением их в почву с продуктами техногенного загрязнения атмосферы. Концентрации микрогазов и летучих компонентов зачастую очень малы. Однако этого может быть вполне достаточно для ингибирующего действия на почвенные микроорганизмы и для снижения биологической активности почв.
Формы почвенного воздуха, воздушно-физические свойства почв.Почвенный воздух представлен разными формами. Свободный почвенный воздух – это смесь газов и летучих органических соединений, свободно перемещающихся по системам почвенных пор и сообщающихся с воздухом атмосферы. Свободный почвенный воздух обеспечивает аэрацию почв и газообмен между почвой и атмосферой. Защемленный почвенный воздух – воздух, находящийся в порах, со всех сторон изолированных водными пробками. Защемленный воздух неподвижен, практически не участвует в газообмене между почвой и атмосферой, существенно препятствует фильтрации воды в почве, может вызывать разрушение почвенной структуры при колебаниях температуры, атмосферного давления, влажности. Адсорбированный почвенный воздух – газы и летучие органические соединения, адсорбированные почвенными частицами на их поверхности. Растворенный воздух – газы, растворенные в почвенной воде. Растворенный воздух ограниченно участвует в аэрации почвы, так как диффузия газов в водной среде затруднена. Однако растворенные газы играют большую роль в обеспечении физиологических потребностей растений, микроорганизмов, почвенной фауны, а также в физико-химических процессах, протекающих в почвах.
Совокупность ряда физических свойств почв, определяющих состояние и поведение почвенного воздуха в профиле, называется воздушно-физическими свойствами почв. Наиболее важными из них являются воздухоемкость и воздухопроницаемость. Общей воздухоемкостью почв называют максимально возможное количество воздуха, которое содержится в почве ненарушенного строения при нормальных условиях. Воздухоемкость почв зависит от их гранулометрического состава, сложения, степени оструктуренности. Воздухопроницаемостью (газопроницаемостью) называют способность почвы пропускать через себя воздух. Воздухопроницаемость определяет скорость газообмена между почвой и атмосферой. Она зависит от гранулометрического состава почвы и ее оструктуренности, от объема и строения (конфигурации) порового пространства. Основным механизмом массопереноса газов в почве, а также газообмена между почвой и атмосферой является диффузия – перемещение газов под действием градиента концентраций.
Почвенный раствор.Основные химические и биологические процессы в почве могут совершаться только при наличии свободной воды. Почвенная вода является той средой, в которой осуществляется миграция и дифференциация химических элементов в процессе почвообразования. Многие вещества содержатся в свободной воде в виде истинных или коллоидных растворов, поэтому свободную почвенную воду правильнее называть почвенным раствором. Почвенный раствор играет важную роль в почвообразовании и питании растений.
Большая часть соединений в почвенном растворе находится в виде ионов. Основные анионы [НСО3] - , [NO2] - и [NO3] - поступают в почвенный раствор преимущественно в результате биологических процессов. Так, основная масса оксидов азота в почве связана с микробиологическими процессами нитрификации. Содержание фосфат-, хлор-, сульфат-ионов в почве связано с растворением соответствующих минералов и разрушением растительных остатков.Преобладающую часть анионов почвенного раствора незасоленных почв обычно составляет гидрокарбонат-ион. В засоленных почвах резко возрастает содержание хлоридов и сульфатов.
Среди катионов в почвенном растворе постоянно находятся в значительном количестве Са 2+, Mg 2+ , Na + , K + , NH 4+ , H + . В почвенном растворе некоторых почв содержатся Fe 3+ , Fe 2+ , Аl 3+ . В растворе засоленных почв резко увеличивается количество Na + и Mg 2+ , а из рассеянных химических элементов – Sr 2+ и В 3+ . Помимо минеральных соединений в почвенном растворе постоянно присутствуют водорастворимые органические соединения: фульвокислоты, органические кислоты, аминокислоты, сахара, спирты и пр. [12].
Кислотность почв. Состав и концентрация почвенного раствора обусловливают его активную реакцию, которая называется актуальной кислотностью. Она определяется концентрацией в растворе ионов Н + . Вода, в слабой степени подвергаясь электролитической диссоциации, распадается на два иона: Н + и ОН - . Концентрация этих ионов ничтожна: произведение [Н + ] • [ОН - ] = 10 -14 . В идеально чистой воде должно находиться равное количество обоих ионов: [Н] + = [ОН] - = 10 -7 . Иметь дело с такими малыми величинами неудобно, поэтому оперируют отрицательным десятичным логарифмом концентрации Н + -иона. Этот логарифм обозначают рН = -lg[H + ]. В нейтральных растворах рН = 7 , в щелочных – больше 7, в кислых – меньше 7.
рН почвенного раствора изменяется от 3 до 9, при этом по значению рН различают почвы разной степени кислотности [7]. Сильнокислые почвы имеют рН почвенного раствора 3-3,5, кислые – 3,5-5,5, слабокислые – 5,5-6,5, нейтральные – 6,5-7, слабощелочные – 7-7,5, щелочные – 7,5-8,5, сильнощелочные – 8,5 и более.
Степень кислотности почв является весьма важным показателем, так как характеризует многие генетические и производственные качества почвы. Различные растения нормально развиваются в определенных интервалах значения рН. Установлено влияние концентраций водородных ионов в почвенном растворе не только на высшие растения, но и на микробиологические процессы, а вместе с тем и на весь ход почвообразования.
Кроме актуальной кислотности существует такая форма кислотности как потенциальная. Потенциальная кислотность – способность почвы при взаимодействии с растворами солей проявлять себя как слабая кислота. Различают обменную и гидролитическую потенциальную кислотность. Обменная кислотность обнаруживается при взаимодействии с почвой растворов нейтральных солей. При этом происходит эквивалентный обмен катиона нейтральной соли на ионы водорода, алюминия и другие, находящиеся в поглощающем комплексе. Гидролитическая кислотность обнаруживается при воздействии на почву раствора гидролитически щелочной соли сильного основания и слабой кислоты, при котором происходит более полное вытеснение поглощенных водорода и других кислотных ионов.
В природе распространение кислых почв связано с определенными условиями почвообразования. Большое значение в образовании почв с той или иной реакцией имеет характер почвообразующей породы. Подзолистые почвы, бедные основаниями, в основном приурочены к выщелоченным, бескарбонатным породам. Характер почвообразовательного процесса откладывает существенный отпечаток на формирование реакции почв. В одних случаях этот процесс приводит к потере оснований и подкислению (подзолообразовательный процесс), в других наблюдается постепенное обогащение почвы основаниями (дерновый процесс). Влияют на формирование кислых почв и климатические условия. Промывной характер водного режима приводит к выносу солей из почвы, способствует выходу в раствор поглощенных Са 2+ , Mg 2+ в обмен на водородные ионы и их последующему выщелачиванию.
Кислая реакция почв неблагоприятна для большинства культурных растений и полезных микроорганизмов. Кислые почвы обладают плохими физическими свойствами. Из-за недостатка оснований органическое вещество в этих почвах не закрепляется, почвы обеднены питательными веществами. Основным методом повышения продуктивности кислых почв, снижения их кислотности служит известкование. Сильнощелочная реакция также неблагоприятна для большинства растений. Высокая щелочность обусловливает низкое плодородие многих почв, неблагоприятные физические и химические их свойства. При рН около 9-10 почвы отличаются большой вязкостью, липкостью, водонепроницаемостью во влажном состоянии, значительной твердостью, цементированностью и бесструктурностью в сухом состоянии. Химическая мелиорация щелочных почв производится путем внесения гипса.
Все почвенные фазы (твердая, жидкая, газообразная и живая) тесно связаны между собой и находятся в сложном взаимодействии. Процессы сорбции-десорбции, растворения-дегазации в условиях изменяющихся концентраций газов, температур, давлений, влажности протекают постоянно. Система находится в состоянии подвижного равновесия, определяемого изменчивостью термодинамических условий и биологической активности. Благодаря этим явлениям почвенный воздух, раствор и поглощающий комплекс почвы образуют взаимосвязанную систему, создают свойственную почвам буферность.
Буферность – способность почвы противостоять изменению ее актуальной реакции под воздействием различных факторов. Буферность почвы зависит от: 1) количества почвенных коллоидов (чем больше коллоидов в почве, тем выше ее буферность; песчаные почвы почти не обладают буферностью); 2) состава почвенных коллоидов (чем выше в почвах содержание гумуса, монтмориллонита и почвенных коллоидов с широким отношением кремнезема к глинозему, тем выше их буферность по отношению к изменениям реакции как в кислом, так и в щелочном интервале; буферность возрастает параллельно увеличению емкости поглощения почв); 3) состава обменных катионов (наличие большого количества катионов Са 2+ , Mg 2+ , Na 2+ и других оснований создает значительную буферность в кислую сторону; почвы, имеющие в составе обменных катионов Н + или Аl 3+ и способные поглощать щелочь, обнаруживают буферность в щелочную сторону).
Высокой буферностью в отношении кислот и низкой против щелочей отличаются гумусированные маловыщелоченные, богатые углекислыми солями почвы степных, полупустынных и пустынных областей. Высокой буферностью против щелочных агентов обладают глинистые почвы, содержащие значительные количества обменных Н + и Аl 3+ и кислых гумусовых соединений. Буферная способность является одним из элементов почвенного плодородия. Она позволяет сохранять благоприятные для растений свойства почв.
1. Объясните значение тонкодисперсной части почвы в почвообразовании.
2. Раскройте строение коллоидной частицы.
3. Перечислите виды поглотительной способности почвы, их особенности.
4. Назовите формы почвенного воздуха, воздушно-физические свойства почв.
4. План
1.
2.
Поглотительная способность почвы
Состав обменных катионов,
кислотность,
щелочность и
буферность почв.
5. Поглотительная способность почвы
- свойство почвы задерживать, поглощать
твердые, жидкие и газообразные вещества,
находящиеся в соприкосновении с твердой
фазой почв, носит название поглотительной
способности.
В середине прошлого столетия (1850) английский
исследователь Уэй установит катионный обмен
между почвой и раствором и объяснил это явление
присутствием в почве цеолитов - минералов, для
которых типично наличие обменных катионов и
слабо связанной формы воды.
7. Ван Беммелен
8. К. К. Гедройц
9. Типы поглотительной способности почв
Типы поглотительной способности почв
Механическая поглотительная способность
проявляется при фильтрации воды, когда в
почвенных порах и капиллярах задерживаются
относительно крупные частицы, взвешенные в поверхностных водах,
- глинистые и
песчаные частицы,
органический
детрит.
Механическая поглотительная способность почв и
грунтов обусловливает чистоту ключевых грунтовых вод, формирующихся из поверхностных вод,
мутных от большого количества механических
примесей.
11. Типы поглотительной способности почв
Типы поглотительной способности почв
Молекулярно-сорбционная, или физическая,
поглотительная способность -увеличение
концентрации молекул различных веществ в
растворе у поверхности коллоидов. Это
обусловливается притяжением отдельных
молекул к поверхности твердых почвенных
частиц в результате проявления
поверхностной энергии.
При прохождении через почву навозной жижи
из последней поглощаются молекулы
органических соединений вследствие их
притяжения к поверхности тонких частиц.
Сорбированные молекулы не входят в состав
твердых частиц, а концентрируются у их
поверхности.
13. Типы поглотительной способности почв
Типы поглотительной способности почв
Ионно-сорбционная, или обменная, поглотительная
способность - обмен ионов, адсорбированных
почвой, на ионы
почвенного
раствора.
Почвы, поглощенный комплекс которых
представлен катионами металлов, называются
насыщенными. Это черноземы, каштановые,
сероземы и ряд других почв аридных
ландшафтов.
Почвы, содержащие в составе поглощающего
комплекса ион водорода, называются
ненасыщенными. Это подзолистые, красноземы
и другие почвы гумидных ландшафтов.
17. Степень насыщенности
Глинистые, тяжелые почвы имеют большую
емкость поглощения, чем песчаные.
Органические коллоиды почвы имеют более
высокую емкость поглощения, чем минеральные.
В гумусовом горизонте почв на долю
органических соединений приходится до 50—70%
емкости поглощения. В нижней части почвы
значение органических соединений для
поглотительной способности сильно
уменьшается.
19. Типы поглотительной способности почв
Типы поглотительной способности почв
Химическая поглотительная способность
обусловлена образованием труднорастворимых
химических соединений в результате реакций
обмена в почвенном растворе.
20. Типы поглотительной способности почв
Типы поглотительной способности почв
Биологическая
поглотительная
способность
связана с присутствием животных и
растительных
организмов в почве.
21. Состав обменных катионов, кислотность, щелочность и буферность почв
Основные химические и
биологические процессы в
почве могут совершаться
только при наличии
свободной воды.
Большая часть соединений находится в
почвенном растворе в виде ионов.
Основные анионы [HCО3]-, [NО2]- и [NО3]поступают в почвенный раствор
преимущественно в результате биологических
процессов.
В тропиках некоторое количество (до 40 кг/га)
азотной кислоты попадает в почву из атмосферы,
где оксид азота образуется в результате грозовых
разрядов.
Основная масса оксидов азота в почве связана с
микробиологическими процессами нитрификации.
Содержание фосфат-, хлор- и сульфат-ионов
обусловлено преимущественно
растворением соответствующих
минералов и разрушением
растительных остатков.
Преобладающую часть анионов почвенного
раствора незасоленных почв обычно составляет
гидрокарбонат-ион. В засоленных почвах резко
возрастает содержание хлоридов и сульфатов.
Среди катионов в почвенном растворе постоянно
находятся в значительном количестве Са2+, Mg2+,
Na+, K+, NH4+, H+.
В почвенном растворе некоторых почв
содержатся Fe3+, Fe2+, Аl3+.
В растворе засоленных почв резко
увеличивается количество Na+ и Mg2+, а из
рассеянных химических элементов - Sr2+ и В3+.
Помимо минеральных соединений в почвенном
растворе постоянно присутствуют
водорастворимые органические соединения:
фульвокислоты, органические кислоты,
аминокислоты, сахара, спирты и др.
Осмотическое давление раствора определяется
количеством частиц, находящихся в единице
объема раствора. В засоленных почвах
осмотическое давление в 3-4 раза выше, чем в
незасоленных. Если осмотическое давление
почвенного раствора больше, чем клеточного
сока, то прекращается поступление воды в
корневые клетки и растение погибает от
физиологической сухости.
Состав и концентрация почвенного раствора
обусловливают его активную реакцию.
Активная реакция (актуальная кислотность)
определяется концентрацией в растворе ионов
Н+.
Вода, в слабой степени подвергаясь
электролитической диссоциации, распадается на
два иона: Н+ и ОН-.
Концентрация этих ионов ничтожна:
произведение [Н+] • [ОН-] = 10-14.
В идеально чистой воде должно находиться
равное количество обоих ионов: [Н]+ = [ОН]+ –
10-7 .
Добавление кислоты повышает концентрацию
Н+-ионов: [Н+] > 10-7.
В этом случае раствор обладает кислой
реакцией.
Присутствие оснований повышает
концентрацию ОН--ионов: [ОН-] > 10-7. Реакция
щелочная.
Сильнокислые 3,0—4,5
Кислые 3,5—5,5
Слабокислые 3,5—6,5
Нейтральные 6,5—7,0
Слабощелочные 7,0—7,5
Щелочные
7,5—8,5
Сильнощелочные 8,5 и более
В кислых почвах отсутствуют хлориды, сульфаты,
карбонаты. В нейтральных почвах присутствуют
карбонаты. В почвах с щелочной реакцией накапливаются не только карбонаты, но также
сульфаты и хлориды.
Почва обладает буферностью, т. е.
свойством сохранять свою реакцию при
сравнительно небольшом добавлении
кислот или щелочей.
При воздействии кислоты на почву с
нейтральной реакцией произойдет обмен
поглощенных оснований на ион водорода
кислоты, а в растворе образуется
нейтральная соль:
Са2+ + 2HNО3 = 2Н+ + Ca(NО3)2.
поглощенный поглощенные
При взаимодействии щелочной соли с кислой
почвой произойдет обмен между основаниями
солей и поглощенными ионами водорода, в
результате чего основания будут сорбированы, а вытесненные ионы водорода перейдут в
раствор и увеличат кислотность почв до
исходного уровня.
Поглотительная способность почв – свойство ее компонентов (твердой, жидкой, газовой, биологической фаз) обменно или необменно поглощать из окружающей среды вещества любого агрегатного состояния, отдельные молекулы, ионы.
Различают 5 видов поглотительной способности почв.
1. Механическая – свойство почв поглощать поступающие с водным или воздушным потоком твердые частицы, размеры которых превышают размеры почвенных пор. Почва действует как сито или губка, пропуская через себя все, что мельче почвенных пор. Водные суспензии освобождаются от взвесей. Почва, как всякое пористое тело, удерживает частицы, взмученные в фильтрующейся через почву воде. Это свойство почвы используют для первой стадии очистки питьевой и сточных вод.
Причины механического поглощения:
– частицы крупнее почвенных пор;
– частицы задерживаются в извилинах пор большего диаметра;
– контакт частиц взвеси и частиц, слагающие стенки пор.
2. Физическая (молекулярная) – способность почвы адсорбировать и удерживать растворенные в воде и газообразные вещества, концентрация или разжижение растворенных в почвенном растворе веществ у поверхности соприкосновения твердых частичек почвы с почвенной влагой, обусловленное поверхностной энергией твердых частиц. Она связана с изменением концентрации молекул, находящихся на поверхности твердых частиц почвы.
Поглощенные вещества не внедряются в агрегаты и не вступают с ними в химические реакции, а скапливаются на поверхности раздела фаз – твердой, жидкой, газообразной. Иногда они отталкиваются.
Различают два вида адсорбции:
– положительная молекулярная сорбция – поглощение аммиака, притяжение катиона аммония;
– отрицательная молекулярная сорбция – вымывание нитратов, хлоридов, отталкивание анионов.
3. Химическая (хемосорбция) – свойство удерживать и закреплять ионы, поступающие из почвенного раствора с образованием трудно растворимых соединений и комплексов с органическими веществами, которые выпадают в осадок и примешиваются к твердой фазе почвы:
3CaSO4 + 2Na3PO4 → Ca3(PO) 4 + 3Na2SO4
Осадочная – образование осадков на поверхности частиц при взаимодействии ионов, один из которых находится в поглощенном состоянии (обменно-сорбированные катионы).
Комплексообразовательная сорбция поливалентных катионов из почвенного раствора при их взаимодействии с сорбированным органическим веществом за счет образования координационных связей. Приводит к формированию глиногумусовых комплексов и взаимодействию алюмосиликатов с гумусом.
Адгезионная – взаимодействие минеральных и гумусовых компонентов.
Адгезия – склеивание поверхностей различного состава и строения под действием разнообразных сил.
4. Биологическая – поглощение живыми организмами (корни растений, микроорганизмы) различных веществ из почвенного раствора, обусловливающая их жизнедеятельность (рис. 41, 42);
Рис. 41. Биологическая поглотительная способность почв с помощью корней растений
Рис. 42. Биологическая поглотительная способность почв при участии животных
5. Физико-химическая или обменная – свойство обменивать некоторую часть катионов, содержащихся в твердой фазе (находящихся на поверхности коллоидных частиц, глинистых минералов и связанных в функциональных группах гумусовых соединений), на эквивалентное количество катионов, находящихся в соприкасающемся с почвой растворе. Материальным носителем катионообменной способности почв является почвенно-поглощающий комплекс (ППК).
ППК – совокупность минеральных, органических и органо-минеральных компонентов твердой фазы почвы, обладающая ионнообменной способностью.
Скорость и соотношение обменивающихся катионов зависят от дисперсности ППК, органо-минерального состава, окислительно-восстановительных условий.
Реакция рассоления, мелиорация солонцов:
Экологические особенности ППК
1. Его состав определяет реакцию почвенной среды и ее стабильность. Нейтральные, кислые и щелочные условия напрямую зависят от состава обменных катионов.
2. ППК – доступное для растений хранилище биофильных катионов, защищенное от вымывания атмосферной влагой в грунтовые воды.
3. Состав ППК предопределяет структурность, плотность, воздухоемкость, влагоемкость, поведение почвенной воды.
4. ППК – геохимический барьер для катионов – тяжелых металлов и радионуклидов. В почвах с непромывным режимом поглощенные катионы обменно усваиваются растениями и поступают в цепи питания. В почвах, промываемых водой, неизбежно обменное вытеснение ТМ водородом и их миграция в ландшафте.
Емкость катионного обмена (ЕКО, мг-экв/100 г почвы) – максимальное количество катионов, удерживаемое почвой в обменном состоянии при конкретных условиях, важнейшая характеристика ППК.
ЕКО гумусовых кислот составляет 200--300 мг-экв/100 г, монтмориллонитов – 80–120, каолинитов – 3–20, гидроксидов железа и алюминия – 2–3, гидроксида кремния – 0 (рис. 41).
В серой лесной почве ЕКО изменяется в пределах 15–30, черноземе типичном – 30–70, черноземе южном – от 20 до 50, в светло-каштановой почве от 20 до 30, в сероземе типичном – 8–20 мг-экв/100 г.
При величине ЕКО меньше 20 мг-экв/100 г почвы наиболее подвержены загрязнению, больше 50 – устойчивы.
Крайне низкая, 3–5. В сильно элювиированных горизонтах подзолов, почти целиком состоящих из кремнезема и кварца.
Очень низкая, 5–10. Пески, песчаные и супесчаные почвы, карбонатные лессы с преобладанием пылеватых фракций, малогумусные сероземы.
Низкая, 10–15. В почвах легкого гранулометрического состава, с обилием окислов железа и алюминия. Характерна для влажных тропиков и субтропиков, глин и суглинков без смектитовых минералов.
Средняя, 15–25. В почвах с промывным водным режимом и невысоким гумуса (серые и бурые лесные).
Выше средней, 25–35. Гумусовые горизонты сухостепных и полупустынных почв, лессовидные, покровные глины, суглинки с относительно равномерным содержанием минералов, гидрослюд, каолинита.
Высокая, 35–45. Большинство черноземов, слитоземы, глины, обогащенные смектитами, слитогенетические и иллювиальные горизонты.
Рис. 43. Характеристика ЕКО
Очень высокая, 45–60. Среднегумусные и тучные черноземы, гумусово-аккумулятивные дерновые горизонты почв.
Крайне высокая. Более 60. Типична для отдельных компонентов почвенной массы: гумуса, смектитов, вермикулита.
Экологическое значение поглотительной способности почв
1) Количество поглощенных катионов равно количеству катионов, вытесненных из ППК в почвенный раствор.
2) Чем меньше радиус катиона, тем слабее он связывается.
3) В ряду разновалентных катионов поглощение растет с увеличением валентности:
Li+ Pb > Zn > Hg. При снижении рН возрастает способность поглощать катионы в ряду: As > Se > Sb > Mo.
8) Почвы тяжелого гранулометрического состава (глинистые и тяжелосуглинистые) больше удерживают привнесенных веществ, чем почвы легкого гранулометрического состава (песчаные и супесчаные).
9) Главная функция ППК с точки зрения охраны почв: участие в обменных реакциях с тяжелыми металлами. Реакции обмена протекают в эквивалентных количествах и обратимы, если не сопровождаются хемосорбцией.
10) Защитная функция ППК – способность нейтрализовать кислотные осадки и ограничивать миграцию тяжелых металлов.
11) При одном и том же уровне содержания тяжелых металлов в почве признаки угнетения растений, проявляются в тех почвах, в которых в ППК мало активных центров, способных к обменным реакциям и низкое значение ЕКО.
12) В лесных экосистемах (деревья) накопление поллютантов значительно выше, чем в степных (травостой).
Поглотительная способность обуславливает накопление элементов питания растений, микроэлементов, регулирует реакцию почвы, буферность, водно-физические свойства, интенсивность накопления гумуса.
Экологическая значимость катионов
Макроэлементы – соединения, содержание которых в почвах превышает 0,1%. Почти половина приходится на кислород (49), треть – кремний (33), алюминий – 7,15, железа –3,8.
Кислород входит в состав большинства почвенных минералов, один из основных элементов органической части почв.
Кальций – хранитель плодородия. Он есть во всех почвах, оптимум – 80–90 % от ЕКО в типичных черноземах. Обеспечивает почти целиком коагуляцию коллоидных систем, что служит предпосылкой для структурообразования при активной деятельности корней и достаточной доле гумуса.
Магний. Всегда сопровождает кальций. Типичное их соотношение 5:1. В таких количествах его действие аналогично кальцию. Магний вызывает повышение щелочности в связи с наличием в почвенной среде карбонатов и бикарбонатов магния, в ППК поддерживает солонцеватость и может приводить к образованию особых почв – магниевых солонцов.
Калий. В питании растений – основной источник доступного калия.
Натрий. В количестве менее 3 % от ЕКО – необходимый компонент оптимального состояния почв, обеспечивает дисперсность коллоидов. Обменный натрий – активный пептизатор коллоидов при его концентрации в почвенном растворе ниже порога коагуляции.
Обменный водород – источник почвенной кислотности. Всегда есть в бескарбонатных почвах. Если поглощенного водорода более 5 %, то появляются кислотные свойства почв.
В обменном состоянии алюминий – интенсивный коагулятор коллоидов. При переходе в почвенный раствор образует гидролитически кислые соли, способствующие повышенной пептизации 3-х валентного А1.
Железо 3-х валентное. Интенсивный коагулятор коллоидов, как и А1 во влажных тропических почвах. Ожелезненные почвы малопластичны, не набухают.
Ион аммония – единственная возможная аккумуляция доступного растениям азота.
Микроэлементы – это соединения, содержание которых меньше 1•10-3 %: бор, марганец, молибден, медь, цинк, кобальт, йод, фтор и др. Они входят в состав ферментов, гормонов, витаминов. Микроэлементы играют важную физиологическую и биохимическую роль в жизни биоты. Установлена тесная связь между содержанием микроэлементов в почве и урожайностью, продуктивностью животных.
Количество их определяется содержанием в породе и влиянием почвообразовательного процесса на их перераспределение. В почве они содержатся в кристаллической решетке минералов в виде изоморфной подмеси, в форме солей и окисей, в составе органических соединений, в ионообменном состоянии и в растворимой форме в почвенном растворе.
В почвах коллоидными свойствами обладают частицы размером менее 0,001 мм (ил). Они образуются при выветривании и почвообразовании (в основном минеральные). Происходит процесс преобразования и изменения состава коллоидов материнской породы. Основное явление при формировании коллоидов: дробление крупных частиц и соединение молекулярно раздробленных.
Минеральные коллоиды – глинистые минералы, коллоидные формы кремнезема и полуторооксиды. Органические коллоиды – гумусовые и белковые соединения, полисахариды в коллоидно-дисперсном состоянии. Органо-минеральные коллоиды – соединения гумуса с глинистыми минералами и осажденными полуторооксидами.
По степени сродства к воде различают гидрофильные (высокое сродство) и гидрофобные. Гидрофильными являются коллоиды некоторых глинистых минералов, монтмориллонита, органические. Почвы с такими коллоидами вязкие, пластичные, сильно набухают при увлажнении, липкие. Гидрофобные – это коллоиды, содержащие железо и алюминий.
Коагуляция – соединение коллоидных частиц друг с другом с образованием более крупных коллоидов, дальнейшее осаждение – седиментация. Из раствора они выпадают в осадок под воздействием высыхания или увеличения концентрации простых солей в почвенном растворе. Частицы коллоидов сцепляются между собой, образуют пространственную структуру, в ячейках которой удерживается вода.
Обратный процесс переход коллоидов в раствор, геля в золь – пептизация. В основном коагуляция необратима и менее 0, 1 % коллоидов пептизируется. Для солонцов чередование коагуляции и пептизации – сущность почвообразовательного процесса.
Читайте также: