Состав почвенного раствора.

Несмотря на большую роль почвенного раствора в функционировании почвы, данный вопрос в химии почв не отработан ни в теоретическом, ни в практическом значении. Даже в определении термина ''почвенный раствор'' имеются значительные расхождения. Например, А.Е. Возбуцкая считает синонимами понятия ''почвенный раствор'' и ''жидкая фаза почвы''. В ''Толковом словаре по почвообразованию'' термин ''почвенный раствор'' трактуется как ''вода, находящаяся в почве и содержащая в растворенном состоянии органические, минеральные вещества и газы''. Из этого определения не ясно, какие формы воды входят в состав почвенного раствора.

Более строгое определение дано Р.У.Пирсоном, согласно которому почвенный раствор является квазиравновесным раствором электролитов, который существует в почве при условии ее неполного насыщения влагой. Однако это определение также нельзя считать удовлетворительным, так как оно не определяет пределы насыщения влагой и параметры квазиравновесия. Д.С.Орлов предлагает принять значение термина ''почвенный раствор'' как жидкую часть почвы в природных условиях.

Выделение почвенного раствора из почвы связано с большими проблемами. Разработаны различные способы выделения почвенного раствора: а) получение раствора с помощью лизиметров, б) центрифугированием, в) отжиманием в специальных пресс-формах, г) вытеснение водой или другими жидкостями, д) имитация путем получения вытяжек. Все эти методы не лишены недостатков, так как с их помощью получение чистого ''почвенного раствора'' практически невозможно.

Состав почвенного раствора зависит от типа почв и условий почвообразования. В состав почвенного раствора входят главным образом легкорастворимые соединения: катионы представлены H⁺, Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, анионы - Clˉ, НСО₃ˉ, СО₃²ˉ, SO₄²ˉ.Кроме этого, раствор содержит фосфаты, гуматы, сахара и другие соединения.

В незасоленных почвах концентрация почвенного раствора находится в пределах от 5 до 150 мг-экв/л катионов и анионов. Наиболее распространенными катионами являются Ca²⁺, Mg²⁺, NH₄⁺, Na⁺, K⁺, ионы НСО₃ˉ, SO₄²ˉ, Clˉ, NО₃ˉ.В некоторых почвах существенное влияние могут иметь соединения кремния, железа, алюминия, гумусовых кислот и др. На концентрацию почвенного раствора большое влияние оказывает влажность почв. При этом изменение концентраций отдельных катионов происходит по разным законам.

Наиболее разбавленные почвенные растворы характерны для подзолистых, дерново-подзолистых и красноземных почв. Их концентрации составляют 0,5–1 г/л, в редких случаях – 2-5 г/л, в то же время в черноземах эта величина равна 2-4 г/л, в засоленных почвах – 350-420 г/л.

Концентрацию и динамику почвенных растворов определяют растворимость солей, величина рН и реакция ионного обмена, изменение влажности, что приводит разбавлению почвенного раствора. В этом случае концентрации компонентов уменьшаются обратно пропорционально объему раствора. Такой зависимости подчиняются соли, ионные произведения которых в почвенном растворе ниже произведения растворимости.

Часть катионов может поступать в почвенный раствор за счет диссоциации (гидролиза) почвенного поглощающего комплекса. Под степенью диссоциации компонентов ППК следует понимать процентное отношение катионов, перешедших из ППК в почвенный раствор, к общему количеству обменных катионов того же элемента. Например, почва содержит 11 мг-экв/100г обменного Na, а в водную фазу перешло 3 мг-экв Na⁺, следовательно, степень диссоциации обменного натрия составляет 27,3%.

Степень диссоциации обменных катионов при разбавлении почвенной суспензии сначала нарастает, и при дальнейшем разбавлении остается относительно постоянной. При разбавлении также могут происходить обменные реакции.

В почвах, содержащих труднорастворимые соли и гидроксиды (фосфаты, соединения Si, Fe, Al и др.) формирование состава почвенного раствора подчиняется общим законам теории растворов.

В случае, когда ионное произведение превышает произведение растворимости, соль выпадает в осадок, если оно меньше, то осадок растворяется. Растворимость труднорастворимых солей зависит от ионной силы раствора. Если в почвенном растворе преобладают легкорастворимые соли, то они повышают ионную силу раствора и снижают коэффициент активности. При этом для достижения равновесного состояния между твердой фазой и почвенным раствором требуется значительный промежуток времени.

Однако концентрация составляющих почвенный раствор веществ недостаточна для его характеристики. Кроме концентрации катионов, важное значение имеет форма их нахождения в почвенном растворе – нейтральные молекулы, ионные пары и другие формы. Например, в реакции Са²⁺ + СО₃²ˉ ↔СаСО₃⁰ возникает нейтральная молекула, а в реакции Na⁺ + SO₄²ˉ↔NaSO₄ˉ образуется соединение, несущее заряд.

Константа диссоциации ионной пары записывается следующим образом (квадратные скобки обозначают активности ионов):

В почвенных растворах главным образом содержатся катионы металлов первой и второй групп, а анионы представлены в большей степени Clˉ, НСО₃ˉ, СО₃²ˉ, SO₄²ˉ. Положительно заряженный Са образует с анионами нейтральные ионные пары: СаSO₄⁰, СаСО₃⁰, а также заряженные пары СаНСО₃⁺, СаОН⁺, СаCl⁺. Это характерно и для других химических элементов.