10.1. Природа почвенной кислотности и щелочности

Реакция среды имеет существенное значение для направленно­сти почвенных процессов и уровня почвенного плодородия. Кислот­но-щелочные условия зависят от типов почв, их подтиповых, родо­вых различий и могут колебаться в широких пределах. Черноземы, коричневые почвы, сероземы характеризуются нейтральными усло­виями. Щелочная реакция наблюдается у солонцов и солонцеватых почв. Кислые условия типичны для почв влажных лесов (подзоли­стые, серые и бурые лесные, красноземы, желтоземы и др.). Кислот­ность почвы вызывается ионами водорода. Различают актуальную и потенциальную кислотность.

Актуальная кислотность почв - это концентрация ио­нов Н* в почвенном растворе в граммах-эквивалентах (моль) на 1 литр, выражаемая величинами рН, где рН = -Ig [H*].

Чистая вода неэлектропровод на, но тем не менее при 25°С из одно­го моля воды диссоциирует на ионы 0,0000001 или 1х10"⁷ моль воды. Так как число ионов в чистой воде Н⁺= ОН", то диссоциацию воды характеризуют ионным произведением:

К = [Н⁺] х [ОН^-] = [1х10^-7] х [l x 1O^-7] - 10 ^-14.

Коэффициент К - константа показывает, что эта величина не из­меняется при любых изменениях количества ионов Н⁺ и ОН". До­пустим, что при добавлении щелочи концентрация ионов ОН" ста­ла равна 10~⁴, значит концентрация ионов Н⁺ будет 10~¹⁰. Другой случай: добавили кислоту. Концентрация ионов стала 10~⁴, значит концентрация ионов ОН" будет 10~¹⁰. Это ионное произведение воды, его сомножители принято обозначать показателем рН, при­чем отрицательным логарифмом (степень, в которую возводится 10, записывается с обратным знаком). Пишут: рН=6. Это значит, что в растворе концентрация [H^t]=10~⁶ моль/л и, следовательно, концен­трация [ОН~] =10 "* моль/л, т. е. ионов ОН" в 100 раз меньшие, чем ионов Н*. Среда кислая. При рН=9 концентрация ионов водо­рода в растворе 10~⁹, а гидроксид ионов - 10~⁵, т. е. их в 10000 раз больше, чем ионов Н\ Среда щелочная. Таким образом, за цифрами показателя рН необходимо научиться видеть и учитывать количество ионов Н⁺ и дополнительное к нему, согласно с ионному произведению воды, количество ионов ОН", представляемое в грамм эквивалент (моль) на 1 литр.

Жизнь животных и растений может протекать при рН от 2,5-3 до 10-10,5. За пределами этих концентраций ионов водорода прояв­ление жизни крайне ограничено. Этот же, даже несколько больший, размах рН мы встречаем и в почвах.

Величина рН является наиболее устойчивым генетическим показателем конкретной почвы. Варьирование рН в границах типичных зна­чений составляет 5-10%. Всякое изменение реакции среды приводит к резкой смене характера почвообразования. Ряд почвенных процессов имеет строгую приуроченность к определенным пределам водородно­го показателя. Это солонцовый процесс, оподзоливание, пептизация и коагуляция коллоидов, ферраллитизация, микробиологические яв­ления и т. д. Антропогенетические изменения рН происходят при окультуривании или деградации почв. Для всех почв величина их рН считается существенным диагностическим критерием.

Потенциальная кислотность - это количество обменных ионов Н* и А1³* в составе почвенного поглощающего комплекса (ПЛК), выражаемое в миллиграмм-эквивалентах на 100 граммов почвы (м.-экв./100г).

В водной среде происходят реакции:

[ППК]Н⁺ + КС1 <-> [ППК]К⁺ + НС1,

1ППК]А1³⁺ + ЗКС1 <->[ППК]ЗК⁺ + А1С1₃,

А1С1₃ + ЗН₂О ♦-> А1(ОН)₃1 + 3 НС1.

В результате реакций обмена поглощенные ионы Н⁺ и А1³⁺ определяют концентрацию ионов Н⁺ в почвенном растворе или его рН, т. е. потенциальная кислотность есть скрытая в ППК кислотность.

Потенциальная кислотность разделяется на обменную и гидроли­тическую. Обменная кислотность проявляется при взаимодей­ствии с почвой нейтральных солей. Обычно для ее определения ис­пользуют раствор КС 1. Образующаяся в растворе кислота оттитровывается щелочью, а сама кислотность выражается в м.-экв на г почвы. При взаимодействии почв с нейтральной солью не все прото­ны переходят в раствор, так как в системе устанавливается динами­ческое равновесие:

[ППК]Н⁺ + КС1 <-» [ППК]К⁺ + НС1.

Гидролитическая кислотность обнаруживается при воздей­ствии на почву гидролитически щелочной соли:

[ППК]Н⁺ + CH₃COONa <-* [ППК]Nа⁺ + СНзСООН.

Уксусная кислота, как слабогидролизуемая соль, практически свя­зывает все водородные ионы и происходит практически полное вытес­нение протонов из почвенного поглощающего комплекса. Поэтому во всех агромелиоративных расчетах пользуются данными определения гидролитической кислотности для установления доз СаСО₃ при лик­видации избыточной кислотности. Этот прием называют известкова­нием почв. В присутствии углекислоты известь переходит в раство­римый бикарбонат и происходит необменное поглощение Н⁺:

СаСО₃ + Н₂О + СО₂= Са (НСОз)₂,

[ППК]2Н⁺ + Са (НСОз)₂ <-*[ППК]Са²⁺ + 2Н₂О + 2СО₂.

Нуждаемость почв в известковании определяют по степени насыщенности почв основаниями, по соотношению между поглощенными Са²⁺ + Mg²⁺ и Н⁺ + А1³⁺.

Это степень насыщенности почв основаниями, выражается в про­центах от емкости обмена:

V = * 100 =*100 ,

где V - степень насыщенности почв основаниями, %; S - сумма обмен­ных оснований, м.-экв/100г; Е - емкость поглощения, м.-экв/100г; Н - гидролитическая кислотность, м.-экв/100 г.

На основании полевых опытов установлено следующая пример­ная шкала:

V	Нуждаемость в известковании
Ниже 50	Сильно нуждаются в извести
От 55 до 70	Средненуждаемые
70-80	Слабонуждаемые
Выше 80	Не нуждаются в извести

Различают также актуальную и потенциальную щелочность. Ак­туальная щелочность почв обусловлена присутствием в почве гидролитически щелочных солей: Ыа₂СО₃, NaHCO₃, Са(НСОз)₂, МдСОз, Мд(НСО₃)_г и др.

Na₂CO₃ + 2HOH <-» Н₂СО₃ + 2Na + 2ОН".

Эти соли увеличивают концентрацию ионов ОН" в почвенном рас­творе, рН становится щелочной.

Потенциальная щелочность характерна для почв солонцева­тых, содержащих обменный натрий:

1 Na⁺ I H⁺

ППК I + Н₂СО₃<-> ППК I + Na₂CO₃.

J Na⁺ J H⁺

Следовательно, потенциальная щелочность - не что иное как солонцеватость почв.

Значение солей, встречающихся в почвах, в формировании реак­ции почвенной среды иллюстрирует табл. 25:

Таблица 25