19. Почвенный и поглощающий комплекс методы изучения ппк

Почвенный поглощающий комплекс - совокупность минеральных, органических и органоминеральных компонентов твердой фазы почвы, обладающих ионообменной способностью. При этом не все составляющие твердой фазы почв обладают обменной способностью. Проявление катионообменной способности почв зависит от минералогического состава, размеров и химических особенностей почвенных частиц. В обменных процессах практически не участвуют такие минералы, как кварц. Очень слабо эти процессы проходят в гранулометрических фракциях крупнее 2 мкм. Основные процессы обмена катионов происходят с участием илистой фракции почв.

В состав почвенного поглощающего комплекса также входят обменные катионы и основания. Обменные катионы - это катионы, входящие в состав почвенного поглощающего комплекса, которые могут быть замещены другими катионами из почвенного раствора. Термин ''обменные основания'' включает только обменные катионы: Ca2+, Mg2+, K+, Na+, в то время как в состав обменных катионов входят еще и H+, Al3+ и др.

Важнейшей характеристикой почв является емкость катионного обмена (ЕКО). Емкость катионного обмена - общее количество катионов одного рода, удерживаемых почвой в обменном состоянии при стандартных условиях, и способных к обмену на катионы взаимодействующего с почвой раствора.

Для характеристики почвы по данному показателю в естественных условиях выделяют три вида емкости катионного обмена: стандартная, реальная, дифференциальная.

Стандартная емкость катионного обмена определяется с помощью буферных растворов при постоянном значении рН. Для этого почву насыщают ионами Ва+ из буферного раствора с рН 6,5. Емкость определяют по количеству поглощенного почвой Ва+. Реальная, или эффективная, емкость катионного обмена определяют путем обработки почвы не буферными растворами солей. Дифференциальная емкость катионного обмена характеризует приращение емкости катионного обмена с увеличением Н равновесного раствора: ЕКО/Н.

Единица изменения емкостикатионного обмена, употребляемая в литературе по почвоведению - миллиграмм-эквивалент на 100 г почвы. В Международной системе единиц (СИ) - сантимоли положительных зарядов в 1 кг почвы. Численно эти единицы совпадают. Плотность поверхностного заряда изменяется в довольно широких пределах: 1,2 – 3,2 мг-экв.м2. Внешняя емкость катионного обмена зависит от количества отрицательных зарядов на единицу массы или поверхности.

Емкость катионного обмена зависит от следующих факторов: гранулометрического и минералогического состава, а также содержания органического вещества. Влияние гранулометрического состава определяется изменением удельной поверхности и строением веществ, входящих в состав почвенного поглощающего комплекса. В сравнении с минералами крупных фракций, предилистые и илистые фракции состоят из слоистых алюмосиликатов, имеют повышенное содержание гумусовых кислот, что определяет более высокую плотность зарядов на единицу поверхности. Обычно в почвах преобладают отрицательные заряды поверхности, положительные присутствуют в значительно меньшем количестве.

ЕКО в почвах меняется в очень широких пределах от 0 до 900 мг-экв/100 г. Минимальной емкостью поглощения обладает кварц, максимальной – гуминовые кислоты. В гумусовых и эллювиальных горизонтах суглинистых дерновоподзолистых почв ЕКО колеблется от 5 до 20 мг-экв/100 г, в песчаных и супесчаных - 1-5 мг-экв/100 г.

Поглотительная способность. Во всех почвах содержатся коллоидные частицы (< 0,0001 мм). Они обладают многими специфическими свойствами. Поэтому от их количества зависит плодородие почвы. Содержанием коллоидных частиц прежде всего определяется поглотительная способность почвы - способность поглощать из окружающей среды и удерживать растворимые и взмученные в воде твёрдые вещества, пары воды и газа. Коллоидные и близкие к ним частицы почвы, обладающие способностью поглощения, называют почвенными поглощающим комплексом (ППК).

Учение о поглотительной способности почв разработано русским учёным К. К. Гедройцем (1872-1932). Различают несколько видов поглощения: механическое, физическое (молекулярное), химическое, физико-химическое и биологическое.

Механическое поглощение - способность почвы задерживать при фильтрации частицы, находящиеся во взвешенном состоянии, превышающее по диаметру почвенные поры. Механически задерживаются также частицы почвы, попадающие в трещины, образующиеся на поверхности почвы. Чем больше в почве тонких фракций механического состава, тем выше механическое поглощение.

Физическое поглощение (или молекулярная адсорбция) основано на способности коллоидов почвы притягивать к поверхности и удерживать на ней молекулы вещества (воды, растворов, газов, например аммиака), не изменяя их свойств.

Химическое поглощение. Вещества, входящие в почвенный раствор и твёрдую фазу почвы, вступают в химическое взаимодействие с находящимися в почве солями с образованием слаборастворимых или нерастворимых в воде соединений.

Физико-химическое поглощение, или обменная адсорбция (обменная поглотительная способность). Она основана на способности почвенных коллоидов поглощать из почвенного раствора и удерживать на поверхности катионы в обмен на другие катионы в ППК.

Энергия поглощения разных катионов зависит от их валентности и атомной массы: чем выше валентность, а в пределах одной валентности чем выше атомная масса, тем выше и энергия поглощения. Исключением является водород (Н). В порядке возрастающей энергии поглощения катионы располагаются в следующей последовательности:

Na < NH < K < Mg < H < Ca < Al < Fe

Количество катионов, которое способна поглотить почва, называется ёмкостью катионного поглощения, или ёмкостью обмена и выражается в миллиграмм-эквивалентах (мг-экв.) на 100 г почвы. Величина ёмкости поглощения (Т) у разных почв неодинакова и зависит от наличия минеральных и органических коллоидов почвы. Так, у супесчаных почв она составляет всего 5-10 мг-экв., у суглинистых малогумусных - 15-20, а у суглинистых чернозёмов - 40-50 мг-экв. и выше.

Чем больше в ночве глинистых частиц и гумуса, тем больше емкость поглощения.

Очень большое значение для плодородия почв имеет и состав поглощенных оснований. В нем могут быть кальций, магний, во­дород, калий, натрии, аммоний, железо и алюминий. Двухвалент­ные катионы (Са^, Mg^+) хорошо коагулируют коллоиды, способствуют 1от_(х)1)1^ом^1ию_с11^'кту11ь1, создают нр.йтря.цБную или близкую к ней реакцию почвы. В агрономическом отношении это наиболее ценные катионы.

Одновалентные катионы (К+, _Ма+) диспергир_уют_. цочведные коллоиды, разрушают лочвр'нные. яг.рега_ц)и-.-а_с_ними и структуру, при большом количестве вызывают щелочную реакцию. .

Поглощенный водород разрушает почвенные коллоттТГы и под­кисляет почву. Подкисляющее действие может оказывать на поч­ву II алюминий. Будучи вытесненным:.; из поглощенного состояния, он в почвенном растворе переходит в соединение АlСlз, которое !! результате взаимодействия с водой образует соляную кис­лоту.

В зависимости от наличия в поглощенном состоянии, с одной стороны, водорода (II) и алюминия (Аl), а с другой—двухва­лентных катионов (Са и Mg) различают почвы, насыщенные. осно­ваниями и не насыщенные ими. К первым относятся ночвы, в по­глощающем комплексе которых ; '.находятся

только катионы каль­ция, магния, калия и отсутствует водород; ко вторым - почвы, в поглощающий комплекс которых наряду с другими катионами входят водород, алюминий. Насыщены основаниями черноземы, каштановые почвы, сероземы, а не насыщены дерново-подзолистые почвы, красноземы, болотные. Почвами с высокой насыщенностью натрием являются солонцы. Они бесструктурны, расплываются от дождя, а при высыхании сплываются в плотную массу.

Для характеристики агрохимических свойств почвы важное значение имеет сумма поглощенных оснований (S). При ее определении учитывают количество содержащихся в .поглощенном состоянии катионов, (в дерново-подзолистых почвах Са, Mg), за исключением водорода. Этo количество выражают также в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы. У разных почв оно колеблется от 2 до 50 мг-экв. и выше. Например, на легких дерново-подзолистых почвах S может быть всего 2-5 мг-экв., на легкосуглиннстых— 5-10, на тяжелых суглинках - 15-20, на лесостепных почвах и черноземах: от 20 до 50 мг-экв. Чем больше S, тем агрономически ценнее ночва.

С суммой поглощенных оснований связано вычисление степени насыщенности почвы основаниями (V). Она показывает, какую часть от емкости поглощения почвы занимают поглощенные основания, выражается в процентах от общей емкости поглощения, включающей содержание ионов водорода (Н), и вычисляется по формуле:

V= S *100% /S+Нг

Биологическое поглощение. Этот вид поглощения в почве осуществляется жизнедеятельностью растений и микроорганизмов. Одной из важных особенностей биологического поглощения является избирательная способность микроорганизмов и растений, проявляющаяся в том, что они берут из почвы преимущественно те вещества, которые им необходимы для построения своего тела, для жизни.