ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОЧВЫ

По К. К. Гедройцу, поглотительная способность — это способность почвы задерживать соединения или их части, находящиеся в растворенном состоянии, а также коллоидально распыленные частички минерального и органического вещества, живые микроорганизмы и грубые суспензии.

Поглотительная способность обусловлена наличием почвенного поглощающего комплекса (ППК), основную часть которого составляет совокупность минеральных, органических и органоминеральных коллоидов и через который почва снабжает растения влагой, минеральными и частично органическими соединениями.

Виды поглотительной способности

В зависимости от характера поглощения К.К. Гедройц выделил пять видов поглотительной способности: механическую, физическую, химическую, физико-химическую (обменную или коллоидно-химическую) и биологическую.

Механическая поглотительная способность почвы обусловлена наличием в ней капилляров и пор, в которых задерживаются твердые частицы, крупнее, чем система пор, а благодаря строению капилляров в виде кривых и ломаных линий фильтруются суспензии. Поэтому можно не опасаться вымывания тонкоразмолотых удобрений. Способность почвы задерживать твердые частицы используется для заиливания (кольма- тажа, кольматирования) дна и стенок каналов с целью уменьшить потери воды. В природных условиях этот вид поглотительной способности обусловливает накопление и сохранение ила, приносимого вешними водами на заливные луга и пониженные части полей.

Физическая поглотительная способность — способность почвы поглощать из раствора целые молекулы растворенных минеральных и органических веществ и молекулы воды. Она обусловлена высокой поверхностной энергией, которая возрастает с увеличением площади суммарной поверхности частиц дисперсной фазы. Значительная часть этой энергии остается свободной и стремится к наибольшему сокращению. Это достигается укрупнением частиц или путем адсорбции некоторых веществ.

Различают положительную и отрицательную адсорбцию. Положительная адсорбция характерна для молекул многих органических кислот и оснований, спиртов, высокомолекулярных органических веществ, в том числе водорастворимых гумусовых кислот. Молекулы этих веществ притягиваются к поверхности частиц, поэтому вблизи ее создается повышенная концентрация раствора, а на некотором удалении от нее — пониженная. Для большинства растворов минеральных солей и кислот характерна, наоборот, отрицательная адсорбция. При взаимодействии с частицами почвы к поверхности притягиваются молекулы воды. Вследствие этого концентрация данных веществ уменьшается у поверхности и увеличивается в удалении от нее. Например, отрицательная адсорбция наблюдается при взаимодействии с почвой хлоридов и нитратов, которые не закрепляются почвой, а передвигаются вместе с почвенной влагой вниз по профилю и могут попадать даже в грунтовые воды. Таким образом, вещества с отрицательной адсорбцией вымываются легко, а с положительной — с большим трудом, что надо учитывать при внесении удобрений и пестицидов.

Физическая поглотительная способность определяет наличие молекулярно-связанной воды в почве, которая может сорбироваться как из парообразного, так и из жидкого состояния, образуя прочносвязанную (гигроскопическую) и рыхлосвязанную (пленочную) влагу. Сорбция воды почвой сопровождается выделением тепла, которое называется теплотой смачивания и характеризует гидрофильность. Максимальной теплотой смачивания обладают гумусовые вещества. Сухая почва сорбирует газы, при этом тоже выделяется тепло. Размеры сорбции зависят от температуры и давления, при этом прочность связи имеет ряд N2 < 02 < С02 < NH3 < Н20 (пар).

Химическая поглотительная способность (хемосорбция) связана с образованием в почвах в результате химических реакций нерастворимых или труднорастворимых соединений, выпадающих из раствора в осадок. Например:

Свежеосажденные фосфаты алюминия и железа могут усваиваться растениями, но со временем они кристаллизуются и становятся малодоступными. Ретроградация фосфатов (переход легкоусвояемых фосфатов в трудноусвояемые) в результате химического поглощения для разных почв проявляется в такой последовательности: чернозёмы < серозёмы < дерново-подзолистые почвы < краснозёмы, т.е. она проявляется прежде всего на кислых почвах. Поэтому на кислых почвах лучше вносить гранулированный суперфосфат, а порошковидный следует вносить локально, т.е. надо ограничить его взаимодействие с почвенными частицами.

К химическому виду поглощения относят адгезию — склеивание поверхностей различного состава и строения под действием разных сил и комплексообразовательную адсорбцию поливалентных катионов из почвенного раствора за счет образования координационных связей при их взаимодействии с сорбированным органическим веществом. В результате этих процессов образуется глиногумусовый комплекс, играющий важную роль в образовании органоминеральных коллоидов. К этому виду поглощения также относят окклюдирование — механический захват фосфатов аморфным кремнезёмом.

Физико-химическая (обменная) поглотительная способность, или коллоидно-химическая адсорбция, обусловлена наличием на поверхности коллоида электрического заряда. Так как в почве преобладают отрицательно заряженные коллоиды (ацидоиды), то сильнее выражена способность почвы к обменному поглощению катионов, нежели анионов. Обмен протекает по схеме

При этом виде поглощения концентрация почвенного раствора не изменяется, а меняется только его состав, в то время как при химическом поглощении изменяются и состав, и общая концентрация почвенного раствора.

Основные закономерности обмена.

  • 1. Обмен между катионами почвенного раствора эквивалентен обмену между поглощенными катионами, т.е. при поглощении почвой катиона из раствора в раствор из почвы переходит такое же количество вытесняемого катиона.
  • 2. Реакции обмена обратимы.
  • 3. Реакции обмена подчиняются закону действующих масс (Е.Н. Талон). Чем больше в растворе концентрация вытесняющего катиона (А) и чем меньше содержание вытесняемого (В), тем больше вытесняющего катиона поглотится почвой. Если обмениваются одновалентные катионы, то при установлении равновесия соотношения их в растворе пропорциональны их поглощенному состоянию:

где К — термодинамическая константа; аА, аВ — активность катионов в почве и растворе соответственно.

При обмене катионов с разными зарядами увеличение обшей концентрации раствора приводит к большему поглощению однозарядных, а при ее уменьшении — двузарядных катионов.

4. Энергия поглощения ионов возрастает с увеличением валентности, а внутри одновалентных ионов она растет с увеличением атомной массы. В соответствии с этим имеется следующий ряд поглощения:

  • (NH4 — исключение: имея меньшую массу, он занимает третье место после натрия).
  • 5. Реакции обмена протекают с большой скоростью, которая зависит от неоднородности состава почвенного поглощающего комплекса и катионов. Прочнее закрепляются и медленнее вытесняются катионы, обладающие большой энергией, т.е. двух- и трехвалентные по сравнению с одновалентными. Если насыщенность ППК тем или иным катионом выше, то он легче переходит в раствор. Труднее вытесняются катионы, поглощенные интрамицеллярно, чем экстрамицеллярно. Ин- трамицеллярный обмен происходит при наличии глинистых минералов с трехслойной кристаллической решеткой (монтмориллонит, мусковит, иллит и др.), которая может расширяться при увлажнении и внутрь которой вместе с водой проникают катионы. При сужении решетки они оказываются замкнутыми внутри нее. Происходит необменное поглощение катионов. Оно характерно для всех катионов, особенно калия и аммония. Чаше необменное поглощение возрастает при поверхностной заделке аммиачных и калийных удобрений и меньше проявляется при их заделке в постоянно влажные слои почвы.

Биологическая поглотительная способность присуща корневым системам и населяющим почву низшим растениям и микроорганизмам. Все вещества, вошедшие в состав их тел и необходимые для их жизнедеятельности, тем самым уже предохраняются от выщелачивания из почвы. Биологическая поглотительная способность может иметь как положительное, так и отрицательное значение. Положительным является связывание нитратов, не усвоенных растениями. На примере нитратов обнаруживается и отрицательное проявление биологического поглощения. Если внести в почву солому, то проявится азотное голодание растений, так как солома вызывает сильное размножение микробов, разлагающих клетчатку и отнимающих нитраты у высших растений. Вообще биологическая поглотительная способность характеризуется высокой избирательной способностью почвенной биоты и корневой системы растений к элементам питания.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >