Поглотительная способность почв

Размещено на http://www.allbest.ru/

Поглотительная способность почв



ВВЕДЕНИЕ

Что такое поглотительная способность почв?

Поглотительная способность почв - это способность поглощать различные вещества (твердые, пары воды и газы) из раствора, проходящего через нее и удерживать их.

Это свойство почвы играет большую роль в питании растений и превращении внесенных удобрений. Благодаря поглотительной способности почва удерживает легкорастворимые соединения, элементы питания, гумусовые вещества. У разных почв поглотительная способность различна и зависит от содержания коллоидов. Чем больше коллоидов в почве, тем выше поглотительная способность.



ВИДЫ ПОГЛОТИТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ ПОЧВ

плодородие почва биологический поглощение

Какие же виды поглотительной способности почвы существуют?

К.К. Гедройц различал пять видов поглотительной способности:

· биологическая;

· механическая;

· физическая;

· химическая;

· физико-химическая ли обменная.

Биологическая поглотительная способность связана с наличием в почве корней живых растений и микроорганизмов, которые избирательно поглощают из почвенного раствора необходимые элементы питания и переводят их в органические соединения своих тел. Тем самым эти питательные вещества предохраняются от вымывания из почвы (кальций, калий, нитраты, фосфаты и другие) и накапливаются в ней. После отмирания растений происходит постепенная их минерализация, содержащиеся в них питательные элементы переходят в доступную форму для новых поколений растений и микроорганизмов.

По мнению В.А. Ковды растения на каждом гектаре поглощают и возвращают в почвы сотни килограммов химических элементов. Емкость поглощения корней растений колеблется от 10 до 80 мг-экв/100 г почвы. Бобовые растения более активные сорбенты, чем злаки.

Биологическое поглощение зависит от: аэрации, влажности, состава органического вещества. Используя органические вещества в качестве источника пищи и энергетического материала, микроорганизмы разлагают их, переводят содержащиеся в них элементы питания в минеральную, доступную для растений форму. В то же время они сами потребляют некоторое количество питательных веществ (азот, фосфор, сера и другие) для построения своих тел, превращают их в органическую форму и являются конкурентами культурных растений. Но если процесс биологического поглощения питательных веществ микроорганизмами выражен слишком сильно, то это может неблагоприятно отразиться на питании культурных растений. Так, внесение в почву значительного количества богатого клетчаткой и бедного азотом органического вещества (соломы) вызывает быстрое размножение микроорганизмов, сопровождающееся усиленным потреблением минеральных форм азота и фосфора, что приводит к ухудшению питания растений и снижению урожая. Поэтому при внесении соломы мы должны учитывать биологическую поглотительную способность. Каждая тонна соломы способствует изъятию из почвы через биологическую поглотительную способность 10 кг азота. Поэтому необходимо вносить вместе с соломой азотные удобрения.

Биологическим путем поглощаются катионы и анионы. Из катионов это калий, кальций, магний и другие. Из анионов хорошо поглощаются фосфаты, частично - сульфаты и карбонаты, а хлориды и нитраты вообще не поглощаются без живых организмов.

Биологическое поглощение играет особенно большую роль в превращении нитратных форм азота в почве. Удобрения, содержащие нитратную группу лучше вносить весной - натриевая, калиевая, аммиачная, кальциевая селитры. А удобрения, содержащие хлор, лучше вносить осенью (хлористый аммоний).

Таким образом, в зависимости от конкретных условий, биологическое поглощение питательных веществ микроорганизмами может иметь положительное и отрицательное значение. Например, в паровых полях протекает процесс нитрификации, т.е. образование нитратного азота, который не закрепляется в почве и в последствии вымывается.

Но этими процессами можно регулировать - известкование кислых почв, внесение органических и минеральных удобрений.

Механическая поглотительная способность - это способность почвы как пористого тела задерживать мелкие частицы из фильтрующихся суспензий. Задерживаются те частицы, диаметр которых больше, чем диаметр пор почвы.

Чем тяжелее почвы по гранулометрическому составу, тем тоньше поры и выше механическое поглощение. Оно предотвращает от вымывания из почвы илистые и коллоидные частицы. Это поглощение способствует образованию новых почв (например, пойменных).

Механически в почве закрепляются нерастворимые в воде удобрения (фосфоритная и костная мука) и частично мелиоранты (известь и гипс).

Отрицательное значение механической поглотительной способности заключается в заиливании почвенных пор, что ведет к заболачиванию.

Физическая поглотительная способность - это положительная или отрицательная адсорбция частицами почвы целых молекул растворенных веществ.

Она зависит от суммарной поверхности твердых частиц. Чем больше в почве тонкодисперсных частиц, тем выше физическое поглощение. Оно происходит за счет сил поверхностного натяжения. За счет свободной энергии притягиваются молекулы паров, газов, растворенные в воде вещества и целые бактерии. При этом изменяется концентрация на поверхности этих частиц, но не меняется химический состав.

На почвенных частицах удерживаются кислород, углекислый газ, азот, водород, пары воды, аммиак. Энергия поглощения газов снижается в следующей последовательности: пары воды, аммиак, углекислый газ, кислород, азот.

Физическое поглощение может быть положительным и отрицательным.

Положительное наблюдается тогда, когда молекулы растворенного вещества притягиваются к почвенным частицам сильнее, чем молекулы воды. Так поглощаются многие органические кислоты, алкалоиды, высокомолекулярные органические соединения.

Отрицательное физическое поглощение протекает у растворимых минеральных солей и неорганических кислот. Происходит обратный процесс. Молекулы воды закрепляются почвенными частицами сильнее, а растворенные вещества находятся в растворе (минеральные соли, кислоты, щелочи).

Для удобрений известна отрицательная адсорбция аниона хлора и нитратного азота, что обуславливает их сильную подвижность в почве и возможность вымывания из верхних слоев почвы при высокой влагообеспеченности. Такое вымывание хлора, вредного для большинства растений (особенно картофеля, табака, цитрусовых), имеет положительное значение, а для нитратного азота оно нежелательно. Поэтому это необходимо учитывать при внесении удобрений.

Физическая поглотительная способность имеет большое экологическое значение:

1) почва положительно сорбирует не только молекулы воды, но и молекулы газов и органических соединений, в том числе различных пестицидов, способствуя их закреплению и дальнейшему разложению;

2) на поверхности частиц удерживаются микроорганизмы. Чем тяжелее гранулометрический состав, чем больше гумуса, тем выше поглотительная способность по отношению к микроорганизмам. Бактерии при поглощении их почвой снижают свою биохимическую активность, благодаря чему улучшаются санитарные условия местности, очищаются воды колодцев и грунтовых вод.

Химическая поглотительная способность (хемосорбция) обуславливает образование нерастворимых или труднорастворимых соединений в результате химических реакций между отдельными растворимыми солями в почве.

Хемособрция наблюдается преимущественно при поглощении анионов.

Примеры хемосорбции:

1) В качестве примера хемосорбции обычно приводят поглощение аниона РО43- в процессе образования труднорастворимых солей с катионами кальция, железа, алюминия почв:



ППК2Са2+ + Са(Н2РО4)2 ППК 4Н+ + Са3(РО4)2

2) Осадочная сорбция фосфатов на поверхности почвенных частиц при взаимодействии анионов с катионами, находящиеся в поглощенном состоянии на поверхности гидроокислов железа и алюминия.

3) Комплексообразовательная сорбция - это алюмосиликатно-гумусово-железистые комплексы.

4) Образование при хемосорбционном и адгезионном взаимодействии органо-минеральных коллоидов или сорбционного гумусового комплекса.

Адгезия - склеивание или слипание поверхностей соприкасающихся друг с другом веществ различного состава и строения.

Этот вид поглощения лежит в основе прочного склеивания пленок гумусовых веществ с поверхностью минеральных коллоидов.

Следует отметить поглощение фосфатов с помощью механического захвата их аморфным кремнеземом. Этот процесс называется окклюдирование.

Химическое поглощение зависит:

1)от состава анионов. Анионы хлора и нитраты ни с какими катионами не образуют труднорастворимых соединений. Карбонаты, сульфаты и фосфаты с одновалентными катионами дают растворимые соли, а с двух- и трехвалентными - труднорастворимые.

2)от состава коллоидов и реакции среды. Чем больше в почве амфолитоидов и чем кислее реакция среды, тем сильнее выражено химическое поглощение анионов. Гумусовые вещества снижают интенсивность поглощения фосфатов.

Химическая поглотительная способность имеет большое значение в закреплении почвами анионов фосфорной кислоты, органического вещества и катионов поливалентных металлов.

Химическое поглощение проявляется при внесении фосфорных удобрений:

Са(Н2РО4)2 + Са(НСО3)2 2СаНРО4 + 2Н2СО3

суперфосфат

Са(Н2РО4)2 + 2Са(НСО3)2 Са3(РО4)2 + 4Н2СО3

суперфосфат

(NН4)2НРО4 + Са(НСО3)2 СаНРО4 + 2NН4НСО3

аммофос

В кислых почвах, содержащих много полуторных окислов, химическое поглощение идет с образованием труднорастворимых фосфатов железа и алюминия. Учитывая свойство РО43- закрепляться химически, необходимо вносить фосфора в почву больше, чем нужно растениям.

Физико-химическая или обменная поглотительная способность - способность почвенных коллоидов обменивать свои ионы на ионы почвенного раствора.

Обменные реакции в основном протекают с катионами, т.к. коллоиды заряжены отрицательно (ацидоиды). В случае базоидов происходит обмен анионами. Например:

ППК 2Nа+ + СаSО4 ППК Са2+ + Nа2SО4 (растворимая соль)

ППК 2Н+ + СаСО3 ППК Са2+ + Н2СО3(Н2О и СО2)

ППК Са2+ + 2NН4NО3 ППК 2NН4+ + Са(NО3)2

Физико-химическое поглощение имеет ряд закономерностей:

· обмен происходит в строго эквивалентных количествах по законам обменных химических реакций;

· реакция обмена катионов происходит быстро (за 3-5 мин сорбируется 85% катионов - по К.К. Гедройцу), но для установления динамического равновесия между катионами почвенного раствора и диффузного слоя необходимо 1-3 суток;

· любой поглощенный катион может быть вытеснен и заменен другим катионом почвенного раствора;

· энергия обменного поглощения различных катионов зависит от валентности, а при одинаковой валентности - от атомной массы иона. Она увеличивается с увеличением валентности и атомной массы. Исключением является водород, который хотя и имеет меньшую атомную массу, обладает высокой энергией поглощения и вытесняет другие катионы:

Li+<Na+<K+<NH4+<Mg2+<Ca2+<H+<Al3+<Fe3+

· обменное поглощение - процесс в основном обратимый;

· интенсивность поглощения катионов зависит от концентрации раствора. Чем ниже концентрация, тем более активно поглощение катионов.

ЕМКОСТЬ ПОГЛОЩЕНИЯ И СОСТАВ ОБМЕННО-ПОГЛОЩЕННЫХ КАТИОНОВ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ПОЧВ

Что такое емкость поглощения и от чего она зависит?

В поглощенном состоянии в почве могут находится различные катионы: кальций, магний, калий, натрий, аммоний, водород, алюминий и другие. Общее количество всех поглощенных катионов (по К.К. Гедройцу) называется емкостью поглощения или емкостью катионного обмена. Обозначается сокращенно Е или ЕКО. Выражается в мг-экв/100 г почвы.

Емкость поглощения зависит от:

1) гранулометрического и минералогического состава.

Большой емкостью поглощения обладают суглинистые и глинистые почвы (черноземы, луговые почвы - емкость поглощения достигает до 30-70 мг-экв/100 г почвы). Почвы, имеющие легкий гранулометрический состав (песчаные, супесчаные, щебенчатые), а также почвы, богатые полуторными окислами алюминия и железа, минералами каолинитовой группы, слюдами, имеют небольшую емкость поглощения (10-15 мг-экв/100 г почвы - это подзолистые, дерново-подзолистые почвы).

2) содержания в почве органических веществ.

Органические коллоиды почвы имеют емкость поглощения выше, чем минеральные. Например, емкость поглощения гуминовых кислот - 350-500 мг-экв/100 г почвы, а монтмориллонитовой глины - 80-120 мг-экв/100 г почвы. Так как органических веществ в большинстве почв не более 5%, то емкость поглощения обусловлена минеральными коллоидами.

Верхние горизонты почвы, содержащие больше органического вещества, обладают более высокой ЕКО, чем нижние горизонты.

3) реакции среды.

Чем ниже концентрация ионов водорода в растворе, тем выше ЕКО. При подщелачивании ЕКО увеличивается в 2 раза у каштановых почв; у черноземов - в 2,5 раза; у красноземов - в 4,5-5 раз. Кислая реакция, наоборот, уменьшает отрицательный заряд почвенных коллоидов и емкость поглощения катионов снижается.

Поглотительная способность относится к одному из наиболее существенных свойств почвы, т.к. она участвует в процессах почвообразования и развития плодородия. Поглотительная способность регулирует питательный режим почвы, обуславливая накопление многих элементов питания растений и микроорганизмов, регулирует реакцию почвы, степень ее буферности, водно-физические свойства.

В зависимости от типа почвы ЕКО варьирует в разных пределах (табл. 1).



Таблица 1

Емкость катионного обмена в разных почвах (И.С. Кауричев)

Почва	ЕКО, мг-экв/100 г почвы
Дерново-подзолистая: песчаная среднесуглинистая глинистая	3 - 6 10 - 20 15 - 30
Серая лесная среднесуглинистая	15 - 30
Чернозем: типичный тяжелосуглинистый южный суглинистый	30 - 70 20 - 50
Светло-каштановая суглинистая	20 -40
Краснозем суглинистый	13 - 25
Серозем типичный суглинистый	8 - 20
Солонец степной	17 - 29

При анализе поглотительной способности почв, ее отдельных генетических горизонтов, мы сталкиваемся с широким разнообразием величины ЕКО. Это разнообразие можно сгруппировать по степени выраженности поглотительной способности:

если ЕКО составляет 3-5 мг-экв/100 г почвы - крайне низкая поглотительная способность (элювиальные горизонты подзолистых почв);

5-10 - очень низкая (малогумусные почвы, сероземы);

10-15 - низкая (для влажных тропиков и субтропиков);

15-25 - средняя (серые и бурые лесные почвы);

25-35 - повышенная (характерна для гумусовых горизонтов сухостепных и полупустынных почв);

35-45 - высокая (для большинства черноземов);

45-60 - очень высокая (среднегумусные и тучные черноземы);

более 60 - крайне высокая (типично только для отдельных компонентов почвенной массы: гумусовые вещества, вермикулит).

? Каков же состав обменных катионов в различных типах почв?

Состав поглощенных катионов в разных почвах различен и зависит от типа почвообразования, состава материнских пород и грунтовых вод. Наиболее распространенными во всех почвах являются кальций, магний, водород, алюминий, калий, натрий, аммоний.

Подзолистые и дерново-подзолистые почвы содержат кальций, магний, водород и алюминий. Водород и алюминий приводят к кислой реакции среды. Такие почвы имеют низкую емкость поглощения, особенно в горизонте А2.

В черноземах преобладают кальций и магний, причем кальция больше, чем магния. Одновалентных катионов (натрий, калий, водород и аммоний) в поглощенном состоянии содержат мало. Емкость поглощения высокая.

Каштановые почвысодержат меньше гумуса, чем черноземы и меньшую емкость поглощения. Основные катионы - кальций, магний и натрий (до 3 %).

Солонцы содержат кальций, магний, натрий (более 20 %). Благодаря натрию в почве коллоиды имеют высокий потенциал, при котором гели переходят в золи.

Сероземы имеют низкую емкость поглощения, в составе ППК преобладают кальций, магний; содержание калия и натрия не превышает 10-15% от емкости поглощения.

Красноземы - почвы влажных субтропиков. Это кислые почвы. В составе ППК преобладают водород и алюминий (до 70 - 80 % от емкости поглощения) и немного кальция и магния.

Болотные почвы содержат кальций, магний, водород, в большом количестве алюминий и аммоний.

ЗНАЧЕНИЕ КАТИОНОВ В АГРОНОМИЧЕСКИХ СВОЙСТВАХ ПОЧВ

Какова роль катионов в агрономических свойствах почв?

Состав и количество обменных катионов сильно влияют на физические и химические свойства почв.

Кальций и натрий играют роль в структурообразовании. Кальций является хорошим коагулятором, способствует свертыванию почвенных коллоидов и образованию водопрочных агрегатов. Высокогумусированные почвы содержат в ППК кальция 98-99 %. Степень насыщенности почв кальцием определяется по формуле:

VCa = 100 %.

А.Н. Соколовский назвал кальций стражем структуры.

Натрий имеет противоположное значение, приводит к пептизации почвенных коллоидов, что характерно для солонцовых почв. Они имеют неводопрочную структуру, большую твердость при высыхании и липкость при увлажнении.

В последнее время в связи с применением физиологически кислых удобрений, выпадением кислотных дождей, потреблением кальция сельскохозяйственными культурами наблюдается его недостаток не только на кислых почвах, но и на нейтральных.

Магний при небольшом содержании (до 15 % от емкости поглощения) не оказывает неблагоприятные действия на свойства почв. Но если его много, то действует как натрий. Оптимальное соотношение кальция к магнию в почве 5 : 1.

Водород и алюминий обуславливают в почве кислую реакцию среды.

Калия в поглощенном состоянии мало, но если много, то вызывает солонцеватость. В.Р. Вильямс говорил, что калий приводит к обесструктуриванию почв.

Аммоний - это источник питания, но если его много - это признак заболачивания, нехватка кислорода.



Таблица 2

Градации степени насыщенности почв катионами, % (PagelH.)

Градации	Са	Mg	K	Na
Очень низкая	<5	<2	<0,5	<0,1
Низкая	5-20	2-10	0,5-1	0,1-2
Средняя	20-60	10-25	1-2,5	2-10
Высокая	60-90	25-40	2,5-10	10-25
Очень высокая	>90	>40	>10	>25

Что такое сумма обменных (поглощенных)оснований?

Сумма обменных (поглощенных) оснований (S) - суммарное количество обменных катионов кальция, магния, калия, аммония, натрия. Другими словами, это сумма всех катионов, кроме водорода и алюминия. Выражается в мг-экв/100 г почвы. Доля суммы поглощенных оснований от емкости поглощения, выраженная в процентах называется степенью насыщенности почв основаниями (V). Степень насыщенности почв основаниями определяется по формуле:

V = 100%

Почва, не содержащая водород и алюминий называетсянасыщенной основаниями, а почва, содержащая эти катионы - ненасыщенной основаниями и требует известкования.

Если степень насыщенности почвы основаниями менее 50 %, то такая почва сильно нуждается в известковании;

50-70 % - средне нуждается;

70- 80 % - слабо нуждается;

более 80 % - не нуждается в известковании.

Что такое необменное поглощение катионов в почве?

Некоторые катионы могут частично закрепляться почвами в необменной форме. К ним относятся калий, аммоний, рубидий и цезий. Необменная фиксация этих катионов связана с закреплением их в кристаллической решетке некоторых минералов, имеющих трехслойную кристаллическую решетку (мусковит, вермикулит и монтмориллонит). Необменная фиксация обусловлена проникновением катионов в межпакетные пространства кристаллической решетки этих минералов. При последующем ее сокращении катионы оказываются в замкнутых гексагональных пространствах, образованных кислородными атомами двух кремнекислородных тетраэдрических слоев.

Необменная фиксация зависит от гранулометрического и минералогического составов. У черноземов она выражена сильнее, чем у подзолистых почв. Гумусовые вещества также обладают способностью необменно поглощать калий и аммоний. Поэтому это необходимо учитывать при внесении удобрений, так как снижается питание растений.

Что такое поглощение и обмен анионов в почве?

Почвенные коллоиды кроме катионов могут поглощать и анионы. Обменное поглощение анионов проявляется в сильнокислых подзолистых и дерново-подзолистых почвах из-за проявления базоидных свойств почвенных коллоидов. В почвах, имеющих слабокислую, нейтральную или щелочную реакцию обменное поглощение анионов выражено слабо или отсутствует.



Контрольные вопросы и задания

1. Что называют поглотительной способностью почв? Назовите виды поглотительной способности почв.

2. В чем заключается сущность биологической поглотительной способности почв? Приведите примеры ее проявления.

3. Охарактеризуйте механическую поглотительную способность почв.

4. В чем заключается положительное и отрицательное физическое поглощения почв?

5. Приведите примеры проявления химической поглотительной способность почв.

6. В чем заключается сущность физико-химической поглотительной способности почв и ее значение в плодородии почв?

7. Что такое емкость поглощения почв?

8. Охарактеризуйте емкость поглощения разных типов почв.

9. Какие катионы называют поглощенными основаниями? Что такое сумма обменных оснований и степень насыщенности почв основаниями?

10. Каков состав обменных оснований в различных типах почв?

12. Какие почвы относят к насыщенным и ненасыщенным основаниями?

13. Каково значение поглощенных катионов в агрономических свойствах почв?

14. В чем заключается необменное поглощение катионов в почве?

15. В чем особенность поглощения и обмена анионов в почве?



Основная литература

1. Задачи, упражнения и тестовые задания по почвоведению и основам геологии: учебн. пособие для студентов высших учебных заведений, орбучающихся по направлениям «Агрохимия и агропочвоведение» и «Агрономия»/ П.Н. Гришин, В.В. Кравченко, В.И. Губов [и др.]. - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2011. - 228 с.

2. Мамонтов В.Г., Панов Н.П., Кауричев И.С., Игнатьев Н.Н. Общее почвоведение. - М.: КолосС, 2006. - 456 с.

3. Орлов Д.С., Садовникова Л.К., Суханова Н.И. Химия почв. - М.: Высшая школа, 2005. - 558 с.

Дополнительная литература

1. Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Почвоведение: Учебник для вузов. - М.: ИКЦ «МарТ», Ростов н/Д: Издательский центр «МарТ», 2004. - 496 с.

2. Возбуцкая А.Е. Химия почв. - М.: Высшая школа, 1968. - 427 с.

3. Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А., Байбеков Р.Ф. Практикум по почвоведению. - М.: Агроконсалт, 2002. - 280 с.

4. Жукова Н.Н., Суслова Т.А. Физико-химические процессы в почвах:Учебное пособие. - Сарат. гос. агр. ун-т им.Вавилова, Саратов, 2003. 54с.

5. Ковриго В.П., Кауричев И.С., Бурлакова Л.М. Почвоведение с основами геологии. - М.: Колос, 2000. - 415 с.

6. Муха Д.В. Агропочвоведение. - М.: Колос, 1994. - 528 с.

7. Савич В.И., Амергужин Х.А., Карманов И.И., Булгаков Д.С., Федорин Ю.В., Карманова Л.А. Оценка почв. - Астана, 2003. - 544 с.

8. Синицына Н.Е., Гришин П.Н., Кравченко В.В., Губов В.И., Павлова Т.И. Почвы Саратовской области: Учебн. пособие. - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2010. - 100 с.

9. Синицына Н.Е., Пронько В.В., Медведев И.Ф., Палагина Т.Я., Павлова Т.И. Физико-химические свойства почв: Метод указания к лабораторным занятиям. ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2006. - 54 с.

Размещено на Allbest.ru

...