Виды поглотительной способности почв

Способность почвы поглощать пары, газы, задерживать раство­ренные или взмученные в почвенном растворе вещества или части их, живые организмы называется поглотительной способностью.

К. К. Гедройц выделил пять видов поглотительной способнос­ти — четыре абиотических вида: механическая, физическая, физи­ко-химическая, или обменная, химическая и пятый вид — биоло­гическая поглотительная способность.

Совокупность частиц почвы, обладающих абиотической катионной или анионной поглотительной способностью, называется, по К. К. Гедройцу, почвенным поглощающим комплексом (ППК).

С физической точки зрения, ППК представляет собой совокуп­ность веществ в тонкодисперсном состоянии (коллоиды). В хими­ческом отношении это нерастворимые в воде солеобразные алюмосиликатные, органические и органоминеральные соединения.

Механическая поглотительная способность — это свойство по­чвы задерживать (подобно фильтру) твердые частицы, взмученные в фильтрующейся воде, размеры которых превышают размеры по­чвенных пор.

Это свойство зависит от размера и формы почвенных пор, кото­рые обусловлены гранулометрическим, агрегатным составами, плотностью почвы. Песчаные, крупноагрегатные, рыхлые почвы обладают слабой механической поглотительной способностью. Наоборот, глинистые почвы способны полностью поглощать из почвенных суспензий частицы размером более 0,001 мм.

В природе механическое поглощение взвешенных в почвенной воде частиц происходит при промывном режиме пористых и тре­щиноватых почв.

Явление механического поглощения используют для очистки питьевых и сточных вод путем их фильтрации через почву, для заи­ливания (кольматирования) дна и стенок каналов, водохранилищ в целях уменьшения потерь воды на фильтрацию.

Физическая поглотительная способность — это поглощение це­лых молекул газов, вещества, растворенного в воде, изменение его концентрации на поверхности твердых почвенных частиц. Эту по­глотительную способность еще называют молекулярной адсорбцией.

Физическая поглотительная способность протекает на границе твердой и жидкой фаз. Она обусловлена наличием большой сво­бодной поверхностной энергии, которая равна произведению по­верхностного натяжения раствора на суммарную величину повер­хности частиц.

Известно, что всякая дисперсная система стремится уменьшить свою поверхностную энергию. Она может быть уменьшена, во-первых, за счет укрупнения дисперсной фазы (коагуляция) и, во-вторых, за счет уменьшения поверхностного натяжения раствора.

Вещества, способные понижать поверхностное натяжение сис­темы (поверхностно-активные вещества), концентрируются на поверхности твердых частиц почвы и испытывают положительную физическую адсорбцию. К таким веществам относятся органичес­кие кислоты, спирты, алкалоиды, высокомолекулярные органи­ческие соединения.

Чем длиннее углеводородная цепь, тем сильнее понижение по­верхностного натяжения системы, тем выше поглощение, так как свободная энергия поверхностного слоя насыщается за счет свя­зывания поглощенного вещества.

Вещества, способные повышать поверхностное натяжение сис­темы, отталкиваются от почвенных частиц и испытывают отрица­тельную физическую адсорбцию. К таким веществам относятся не­органические кислоты, соли, основания, органические вещества с большим количеством гидроксильных групп (сахара).

Из этого следует, что такие соли, как нитраты, хлориды и дру­гие, слабо удерживаются в почве и могут вымываться за пределы корнеобитаемого слоя, а в условиях промывного водного режи­ма — и за пределы почвенного профиля. К физическому поглощению относится также поглощение поч­вой паров, газов из газообразной фазы почвы. Легче всего поглощаются водяные пары. При этом выделяется теплота смачивания, которая тем выше, чем больше в почве орга­нического вещества и глинистых частиц.

Газы могут поглощаться лишь сухими участками почвенных ча­стиц. Из газов наиболее высокой энергией поглощения отличают­ся аммиак и диоксид углерода.

Химическая поглотительная способность (хемосорбция) — это способность почвы закреплять в форме труднорастворимых со­единений ионы, поступающие в раствор.

В результате химических реакций в почвенном растворе образу­ется труднорастворимая соль, которая определяет закрепление в почве химически как катионов, так и анионов почвенного ра­створа:

Кроме образования новой твердой фазы (труднорастворимого осадка) химическая поглотительная способность может осуществ­ляться за счет осадочной сорбции фосфатов на поверхности труд­норастворимых гидроксидов, комплексообразовательной сорб­ции, хемосорбционного и адгезионного взаимодействия при воз­никновении сорбционных глиногумусных комплексов, играющих роль в образовании органоминеральных почвенных коллоидов.

Химическая поглотительная способность имеет большое значе­ние в закреплении почвами анионов фосфорной кислоты, а также органического вещества и катионов поливалентных металлов. По­глощение фосфатов приводит к накоплению фосфора в почве, но снижает его доступность растениям. В связи с этим при внесении особенно фосфорных удобрений учитывают взаимодействие их с почвой, способность к химическому поглощению. Для уменьше­ния химического поглощения используют гранулированные удоб­рения, применяют способы внесения, обеспечивающие их контакты с корневыми системами растений.

Биологическая поглотительная способность проявляется в воз­можности живых почвенных организмов (корни растений, микро­организмы) поглощать из почвы различные вещества, катионы и анионы

Особенностью этой поглотительной способности является ее избирательность, т. е. усвоение ионов, жизненно необходимых ве­ществ, специфичных для каждого вида организмов. Благодаря из­бирательной способности осуществляются биологическая транс­формация, миграция и аккумуляция веществ, приводящие со вре­менем к формированию почвенного плодородия.

Таким образом, биологическая поглотительная способность иг­рает важную роль в плодородии почв и имеет большое агрономи­ческое значение.

Благодаря биологическому поглощению в почве удерживаются от вымывания весьма важные элементы питания растений: нитраты и др.

При минерализации органических веществ био­логически поглощенные соединения вновь поступают в почвен­ный раствор и становятся доступными новым поколениям расти­тельных и животных организмов. Ежегодно растения на каждом гектаре поглощают и возвращают в почвы сотни килограммов хи­мических элементов.

Физико-химическая, или обменная, поглотительная способ­ность— это способность почвы поглощать и обменивать ионы, находящиеся на поверхности коллоидных частиц (в диффузном слое), на ионы почвенного раствора.

Если потенциалопределяющий слой почвенных коллоидов за­ряжен отрицательно, то обмениваются катионы, если заряд поло­жительный — обмениваются анионы.

Основные закономерности обменного поглощения катионов заключаются в следующем.

1. Обмен происходит в эквивалентных количествах по законам обменных химических реакций.

2. Любой поглощенный катион может быть вытеснен и заменен любым другим катионом почвенного раствора.

3. Энергия поглощения и вытеснения катионов различна и за­висит от величины валентности и атомной массы.