Общие свойства почвенного раствора.

Одним из важнейших свойств почвенного раствора, влияющего на состояние почвы и направленность происходящих в ней процессов, является кислотно-щелочные условия почвенных растворов. В зависимости от типа почв и динамики реакция почвенных растворов может колебаться в широких пределах. Она зависит от находящихся в почвах солей, кислот, глинистых минералов, коллоидов и живых организмов.

Почвенные соли. Соли являются одним из важных регуляторов реакции почвенного раствора. Растворы солей могут быть нейтральными, кислыми и щелочными. Нейтральную реакцию почвенного раствора поддерживают соли сильных оснований и сильных кислот: NaNO₃, NaCl, MgCl₂, KCl, CaCl₂, CaSO₄, Na₂SO₄, MgSO₄. Кислая реакция формируется в результате гидролиза солей сильных кислот и слабых оснований: хлористый алюминий AlCl₃, сернокислое железо FeSO₄ и др. Щелочную реакцию среды вызывают соли сильных оснований и слабых кислот. При гидролизе этих солей рН раствора может достигнуть 9-10. К ним относятся карбонаты кальция и магния, которые даже при доступе атмосферной углекислоты подщелачивать почвенный раствор до рН 8,4-9, карбонаты и бикарбонаты щелочей, силикаты кальция и натрия, гуматы кальция, натрия, калия.

Кислоты. Постоянное присутствие в почвах и почвенных растворах свободных сильных кислот отмечается сравнительно редко. Наиболее распространенной минеральной кислотой, присутствующей в значительных количествах, является угольная кислота. В зависимости от давления и концентрации она может сообщать раствору кислотность, поддерживая рН в пределах 3,9 – 5,7. Свободная серная кислота, которая образуется в процессе окисления сульфидов, подкисляет почвенный раствор до рН = 2-3. Окисление свободной серы также может вызвать появление и накопление в почвах серной кислоты.

В областях влажного климата при образовании лесных кислых почв в почвенных растворах могут появляться ненасыщенные гумусовые кислоты. Они могут вызвать значительное подкисление почвенного раствора, снижая рН до 3-3,5. Присутствие свободных органических кислот типа уксусной, щавелевой, лимонной может быть связано с разложением растительного опада, жизнедеятельностью организмов, а также антропогенного происхождения. В большинстве случаев в почвах происходит достаточно быстрая нейтрализация кислот, с превращением их в нейтральные или щелочные соли.

Реакция почвенного раствора определяет кислотные свойства почв. Кислотность почвы – это способность почвы подкислять почвенный раствор или растворы солей вследствие наличия в составе почвы кислот, обменных ионов водорода и катионов, образующих при их вытеснении гидролитически кислые соли. Она обусловлена наличием обменного водорода и обменного алюминия. В высокогумусированных почвах и кислом торфе преобладает обменный водород, в кислых глинах нередко преобладает обменный алюминий. Водород десорбируется основаниями легче и быстрее, чем алюминий. Предполагают, что обменный алюминий является главным носителем скрытой кислотности почв, которая выявляется при обработке почвы щелочными препаратами или при внесении удобрений.

Различают следующие виды кислотности: потенциальную, активную, обменную и гидролитическую.

Потенциальная кислотность – характеризует суммарную концентрацию кислот и кислотных агентов, существующих в данной почве. Определяется путем титрования почвенного раствора или суспензии раствором щелочью определенной концентрации. Она выражается количеством миллиграм-эквивалентов раствора щелочи, израсходованным на титрование.

Обменная форма кислотности является разновидностью потенциальной формы кислотности. Она обязана наличию в почвенном поглощающем комплексе обменного водорода и обменного алюминия. Обнаруживается при взаимодействии твердой фазы почв с нейтральными солями, при котором происходит обменное поглощение катиона нейтральной соли с вытеснением поглощенного водорода или алюминия. Обменное вытеснение водорода и алюминия сопровождается появлением в растворе кислоты. Реакция, ведущая к проявления обменной кислотности, идет по схеме (при использовании хлористого калия):

а)

б)

в)

Свободная кислота, образующаяся в результате взаимодействия почвы с раствором нейтральной соли, может быть оттитрована и выражена количеством миллиграмм-эквивалентов раствора щелочи, пошедшем на титрование этой кислоты.

Активная кислотность определяется присутствием свободных ионов водорода, отдиссоциированных кислотой. Величина активной кислотности будет зависеть от степени диссоциации кислоты, применяемой для ее определения. В связи с большим разнообразием соединений, обуславливающих кислую реакцию в почвах, при одинаковой потенциальной кислотности, активная кислотность может быть различна. Однако именно активная кислотность определяет жизнедеятельность микроорганизмов и растений.

Гидролитическая кислотность используется для характеристики максимально возможных количеств обменных водорода и алюминия, находящихся в обменном состоянии в почве. Для ее определения используют ацетат натрия (СН₃СООNa). При взаимодействии ацетата натрия с кислотой почвы последняя отщепляет в раствор значительно большее количество поглощенного водорода, чем при взаимодействии с нейтральной солью.

Величины рН колеблются от 0 до 14, при этом рН=7 соответствует нейтральности. Кислые почвы имеют рН ниже 5, щелочные почвы, или карбонатные, имеют щелочную реакцию, где величины рН больше 7.

Несмотря на большое количество свободных ионов Н⁺ в почвенных растворах по сравнению с их общим содержанием в поглощающем комплексе, между ними существует равновесие.

[Почва] Н ↔ [Почва] + Н⁺

Чем выше кислотность и ниже рН, тем менее насыщен поглощающий комплекс, то есть в нем содержится больше обменных ионов Н.

Металлические обменные катионы стремятся повысить рН. Часть их уходит из поглощающего комплекса и в результате гидролиза образуются ионы ОН:

[Почва] К + Н₂О ↔ [Почва] Н + К⁺ + ОНˉ.

В общем можно считать, что рН приблизительно указывает на степень насыщенности поглощающего комплекса.

По величине рН выделяют группы почв, различающихся по степени кислотности. По значениям рН солевых вытяжек (1 М KCl) выделяются следующие градации почв (для кислых почв - по М.Ф.Корнилову, для щелочных – по Б.А. Зимовцу) (табл. 8.3.1):

Таблица 8.3.1. Градации почв по кислотно-щелочным условиям.