Ответы к экзамену
Почвоведение
1. Первичным и основным источником органических веществ, из которых образуется гумус, являются отмершие частирастенийв виде корней и наземного опада. Меньшее значение имеют остатки червей, насекомых и позвоночныхживотных. В пахотных почвах существенное значение для увеличения запасов гумуса приобретают органические удобрения — навоз, торф, компосты и др. Количество и химический состав органических веществ, поступающих в почву, зависят от типа растительности.Под травянистой растительностью, надземная часть которой в основном отчуждается, важнейшим источником органического веществапочвыявляются корни растений. Так, в степной зоне в метровом слое почвы масса корней составляет от 8 до 28 т/га, а под луговой растительностью таежно-лесной зоны от 6 до 13 т/га. Под многолетними сеяными травами в зависимости от их урожая масса корневых остатков составляет от 6 до 15 т/га, а под посевами однолетних культурных растений всего лишь 3...5 т/га. Кроме корневых систем растений источником органического вещества почвы являются пожнивные остатки на полях и оставшаяся часть трав на сенокосах и пастбищах.Почвенные беспозвоночныеживотные(черви и насекомые) также пополняют запасы органического вещества почвы. Их биомасса под естественной растительностью увеличивается от тундры к широколиственным лесам и уменьшается взоне сухих степейи пустынь.В лесных почвах основной источник образования гумуса — лесная подстилка из опавших листьев, хвои, веток и других отмирающих частей древесных растений. Корни деревьев живут долго, поэтому доля их участия в образовании гумуса невелика.Все отмершие растительные и животные организмы под воздействием почвенныхмикроорганизмовподвергаются сложным превращениям. Часть их минерализуется, а другая часть превращается в специфическое органическое вещество почвы — гумус.
2. Процессы превращения растительных остатков в почве: минерализация - разложение органического вещества за счет его окисления (больше воздуха - быстрее минерализация). Микробный синтез - процесс переработки органического вещества микроорганизмами и образование гумусовых кислот (в объеме 25 % от исходного материала). Гумификация - процесс образования гумусовых кислот и гумуса.
3. Важными факторами в гумусообразование является климат, рельеф, растительный покров. Климат – это средний многолетний показатель состояния атмосферы, характеризующий режимы погоды и воздействия атмосферных процессов на почву. Климат оказывает прямое воздействие на почвы и почвенный покров. Он определяет характер водно-теплового режима почв и энергетику процессов почвообразования. Важными факторами климата является: температура и осадки. Температура Наблюдается прямая зависимость температуры почвы и атмосферного воздуха от почвенно-биоклиматического пояса. Затраты энергии на процессы почвообразования зависят от количества солнечной энергии, поступающей на земную поверхность, и связаны с радиационным балансом и температурой воздуха. Поступающая в почву энергия расходуется на процессы разной природы: физического и химического выветривания, круговорота тепла и влаги в почвенной толще, биологического превращения и миграции веществ в почвенном профиле. Наибольшая доля энергии почвообразования (от 95,0 до 99,5 %) идет на испарение и транспирацию. Остальная энергия расходуется на циклические биологические процессы: синтез органического вещества в почве — от 0,5 до 5,0 %, разложение минералов почвообразующих пород — 0,01 %. Основным аккумулятором энергии Солнца в почвенной толще является гумус почвы. В почвенном гумусе связано до 1019 ккал солнечной энергии. Осадки Атмосферная влага (осадки, транспирация) служит основным источником увлажнения почв и образования жидкой фазы почвы. Для характеристики климата как главного фактора, определяющего годовой режим увлажненности почв. Наблюдается тесная связь между влажностью почв и коэффициентом увлажнения. Между распределением разных типов почв на земной поверхности, радиационным балансом, температурой воздуха и суммой осадков существует определенная связь. Рельеф – это совокупность неровностей твёрдой земной поверхности и иных твёрдых планетных тел, разнообразных по очертаниям, размерам, происхождению, возрасту и развития.
Рельеф принадлежит к одному из важных факторов почвообразования. Влияет на почвообразование главным образом косвенно, перераспределяя воду, тепло и твердые частицы почвы. Влияние рельефа сказывается главным образом на перераспределении тепла и воды, которые поступают на поверхность суши. Значительное изменение высоты местности влечет за собой существенное изменение температурных условий, сравнительно незначительное изменение высоты сказывается на перераспределении атмосферных осадков, экспозиция склона имеет большое значение для перераспределения солнечной энергии, определяет степень воздействия на почву грунтовых вод. поверхностных и грунтовых вод. Главная функция перемещение взмученных веществ, растворенных соединений под влиянием гравитационных и капиллярных сил, гидролизу почвенных минералов; при застое воды развиваются глеевые и болотные процессы. Определенное влияние на почвообразование оказывают почвенно-грунтовые воды. Вода является средой, в которой протекают многочисленные химические и биологические процессы в почве. Для большей части почв на междуречных пространствах основным источником воды служат атмосферные осадки. Однако там, где грунтовые воды расположены неглубоко, они оказывают сильное воздействие на почвообразование. Под их влиянием меняется водный и воздушный режимы почв. Грунтовые воды обогащают почвы химическими соединениями, которые в них содержатся, в отдельных случаях вызывают засоление. В переувлажненных почвах содержится недостаточное количество кислорода, что обусловливает подавление деятельности некоторых групп микроорганизмов. В результате воздействия грунтовых вод формируются особые почвы. Зеленой растительности принадлежит главная роль в почвообразовании. На суше ежегодно образуется 15•1010 т биомассы, синтезируемой зелеными растениями за счет фотосинтеза. Часть биомассы в виде корневых остатков и наземного опада возвращается в почву. Растения в процессе своей жизнедеятельности синтезируют органическое вещество и определенным образом распределяют его в почве в виде корневой массы, а после отмирания надземной части – в виде растительного опада. После отмирания растений и разложения их остатков эти химические элементы остаются в почве, постепенно ее обогащая. зеленых растений – концентрация зольных элементов и азота. До 95 % массы сухого вещества растений приходится на углерод, кислород, водород и азот. Кроме того, в растениях накапливаются так называемые зольные элементы (около 5 %) – кальций, магний, калий, натрий, сера, хлор и др. – около 70 химических элементов. Многие химические элементы накапливаются в почве (в составе органических веществ) за счет биогенной аккумуляции. Высшие растения и микроорганизмы образуют определенные комплексы, под воздействием которых формируются различные типы почв. Каждой растительной формации соответствует определенный тип почв.
5. Гумусообразование - В современном понимании процесс превращения органических остатков в гумус (гумусообразование) представляет собой совокупность одновременно протекающих процессов разложения исходных органических остатков, синтеза вторичных форм (развитие микроорганизмов) и их гумификации. Общая схема гумусообразования по И. В. Тюрину имеет следующий вид: для регулирования гумуса в почвах применяются: приемы агротехники и мелиорации -обработка, чередование культур (севообороты), внесение навоза и компостов, зеленое удобрение, торфование, известкование, осушительная и оросительная мелиорация, применение искусственных органических и органо-минеральных удобрений.
8. Фульвокислоты — группа светло-окрашенных (от желтой до бурой) гумусовых кислот (креновые, апокреновые), сходных по составу и строению с гуминовыми кислотами, но имеющих ряд существенных отличий: - более выраженная периферическая часть молекулы и, в меньшей степени, ароматическая ядерная, более низкие молекулярные массы; - хорошо растворяются не только в щелочных растворах, но и в кислотах и в воде, на чем основано их отделение от гуминовых кислот в щелочных растворах; - в элементном составе — меньше С (40-52%), но больше кислорода (40-48%), примерно, такое же как у гуминовых кислот содержание азота и водорода, но гидролизуемого азота больше; - больше карбоксильных и фенолгидроксильных функциональных групп и более высокая емкость катионного обмена (до 1000 и более мг-экв на 100 г препарата); - обладают большей подвижностью в почвенном профиле и агрессивностью по отношению к минеральной части почв. При взаимодействии фульвокислот с катионами образуются соли — фульваты. Водные растворы фульвокислот обладают очень кислой реакцией (рН 2,6-2,8). Гумины (негидролизуемый остаток) — совокупность соединений гуминовых и фульвокислот, очень прочно связанных с минеральной частью почв. При выделении гуминов из почвы и разрушении этих связей происходит гидролитическое расщепление молекул гуминовых и фульвокислот, что не позволяет детально изучить состав этой группы соединений. Гидролитическое расщепление молекул происходит при выделении и очистке препаратов гуминовых кислот и фульвокислот под действием кислот и щелочей. К сожалению, прямых методов изучения состава и свойств гумусовых веществ, исключающих разрушение связей с минеральной частью почв, практически нет. В связи с этим интерпретация результатов исследования выделенных препаратов гуминовых и фульвокислот на состав и свойства природных гумусовых веществ не всегда корректна. В заключение этого раздела следует отметить, что прямых методов определения гумуса в почвах нет. Проводят определение содержания углерода, а в некоторых странах — азота с последующим пересчетом на гумус. По предложению И.В. Тюрина, принято, как среднее, содержание углерода в составе гумуса - 58%, поэтому пересчетный коэффициент с углерода на гумус равен 1,724. Однако, учитывая большую вариабельность углерода в составе гуминовых и фульвокислот, а также гуминовых и фульвокислот в разных почвах, в целях снижения ошибок, полученных за счет пересчета, многие авторы содержание и запасы гумуса представляют в виде содержания углерода.
10 – гуминовые и фульво к-ты ( состав, св-ва, строение). их роль в процессах почвообразования.Гуминовые кислоты (ГК) – темноокрашенные высокомолекулярные азотсодержащие органические кислоты, растворимые в щелочах и нерастворимые в кислотах. Гуминовые кислоты образуются при бактериальном разложении отмерших растительных остатков, а так же при длительном воздействии кислорода атмосферы или пластовых вод на органические вещества. Строение гуминовых кислот определяется наличием слабо конденсированных и замещенных ароматических ядер, связанных между собой участками неароматического характера. Фульвокислоты (ФК) - представляют собой светлоокрашенные (от соломенно-желтой до оранжевой окраски) высокомолекулярные азотсодержащие органические вещества. Они по сравнению с гуминовыми кислотами содержат больше кислорода и водорода и меньше углерода.
В почвах, покрытых травянистой растительностью, особенности и химический состав отмерших остатков другие, разлагаются они преимущественно бактериями, вследствие чего образуется больше малорастворимых гуминовых кислот, которые вступают в соединения с кальцием, магнием и другими катионами почвы, закрепляя в гумусе питательные вещества. Это способствует образованию хорошей структуры и других благоприятных физических свойств почвы. Решающую роль в этом имеют растительность и соответствующая ей микрофлора почвы, которая разлагает остатки этой растительности. Например, древесный опад хвойных лесов медленно разлагается преимущественно грибной микрофлорой почвы, вследствие чего образуется гумус с содержанием большого количества фульвокислот. Они растворяют минеральные вещества верхнего слоя почвы, и почвообразующий процесс идет по типу подзолообразования. Этому содействуют повышенная кислотность материнской породы (морена, моренные отложения), достаточное количество осадков.
11.Почвенные коллоиды. Их происхождение, состав и свойства.
Накопление в почве элементов питания растений связано с поглотительной способностью почв. Академик К. К. Гедройц предложил под поглотительной способностью почвы понимать способность ее поглощать жидкости, газы, солевые растворы и удерживать твердые частички, а также живые микроорганизмы. Поглотительные процессы в почве обусловлены преимущественно тонкодисперсной частью почвы и особенно коллоидами. Содержание коллоидов в почве редко превышает 30 % почвенной массы, но влияние их на свойства почвы и уровень плодородия исключительно велико.
В природных условиях коллоиды в почве образуются или в результате раздробления крупных частиц при выветривании или конденсации вследствие физического или химического соединения молекул или ионов.
Все почвенные коллоиды можно разделить на две группы: минеральные и органические.
В большинстве почв преобладают минеральные коллоиды, на долю которых приходится 85-90% их общей массы. Они состоят главным образом из частиц глинистых минералов, которые в почве могут быть унаследованы от материнской горной породы, но могут и создаваться вновь в процессе почвообразования.
К минеральным относятся глинистые минералы (каолинит, монтмориллонит, галлуазит, гидрослюда, иллит, вермикулит и др.); гидроксиды железа, алюминия, марганца, кремния и их комплексные соли – коагели.
К органическим относятся аморфные гумусовые вещества, некоторые полисахариды и клетки наиболее мелких бактерий.
Минеральные и органические коллоиды, вступая во взаимодействие между собой, могут давать коллоиды и более сложного состава – органоминеральные. Органоминеральные коллоиды представлены сложными образованиями гумусовых веществ с минеральными коллоидами и окончательно пока не изучены. Наличие коллоидов в почве полностью зависит от содержания в ней физической глины и гумуса.
Таким образом, большая часть почвенных коллоидов представлена минералами, имеющими кристаллическое строение. Однако в состав коллоидов входят и аморфные образования- гели гидратов окисей железа и алюминия, органического вещества.
Основное свойство коллоидов – способность к поглощению веществ из растворов как в виде молекул, так и в виде ионов. Поглощенные вещества могут обмениваться на другие, находящиеся в растворе, т.е. Коллоиды обусловливают поглотительную и обменную способность почв.
12). Поглотительные процессы в почве обусловлены преимущественно тонкодисперсной частью почвы и особенно коллоидами. Содержание коллоидов в почве редко превышает 30 % почвенной массы, но влияние их на свойства почвы и уровень плодородия исключительно велико.
Почва состоит из частиц различного размера. Почвенными коллоидами называют частицы диаметром от 0,2 до 0,001 мкм. Они образуются при диспергировании (раздроблении) крупных частиц или при конденсации вследствие физического или химического соединения молекул.
По происхождению почвенные коллоиды бывают минеральные, органические и органо-минеральные.
Минеральные коллоиды образуются при выветривании горных пород. Это глинистые минералы, коллоидные формы кремнезема и полуторные оксиды.
К органическим коллоидам относятся гумусовые вещества почвы, сформированные в процессе гумификации растительных и животных остатков.
Органо-минеральные коллоиды образуются при взаимодействии минеральных и органических коллоидов.
В различных почвах содержание коллоидов составляет от 1...2 до 30...40 % массы почвы. Наибольшее количество коллоидов отмечено в глинистых и суглинистых почвах с высоким содержанием гумуса, наименьшее — в песчаных и супесчаных почвах, бедных гумусом.
13). Строение коллоидной частицы (мицеллы). На рисунке показано строение коллоидной мицеллы. Ядро мицеллы — это внутренняя ее часть, состоящая из недиссоциированных молекул. Оно может быть аморфным или кристаллическим. На поверхности ядра находится двойной электрический слой ионов, соприкасающийся с дисперсной средой (почвенным раствором): внутренний — потенциал определяющий слой неподвижных ионов, прочно связанных с ядром, и внешний — компенсирующий слой ионов, имеющий противоположный заряд.
Рис. Схема строения коллоидной мицеллы (по Н. И. Горбунову)
Коллоиды, имеющие кристаллическое строение, приобретают заряд иным путем. Известно, что ионы кристаллических частиц, находящиеся на поверхности, не насыщены связями и поэтому могут притягивать ионы из растворов. При этом притягиваются ионы противоположного заряда, вследствие чего образуется диффузный слой коллоидной мицеллы.
Ядро мицеллы и потенциалопределяющий слой ионов образуют гранулу. За потенциалопределяющим слоем гранулы расположены компенсирующие ионы. Прочносвязанные ионы этого слоя образуют неподвижный слой компенсирующих ионов. Затем следует внешний, или диффузный, слой ионов, способных обмениваться на ионы почвенного раствора. Таким образом, коллоидная мицелла состоит из ядра и двух противоположно заряженных слоев ионов.
Почвенные коллоиды по знаку заряда потенциал определяющего слоя подразделяются на отрицательные (ацидоиды) и положительные (базоиды). К отрицательным коллоидам относятся кремниевая кислота, глинистые минералы и гумусовые кислоты, к положительным — гидроксиды железа и алюминия.
14-15). Большую роль в питании растений и в превращении внесенных в почву удобрений играет ее поглотительная способность. Под поглотительной способностью понимается способность почвы поглощать различные вещества из раствора, проходящего через нее, и удерживать их. Основы современных представлений о поглотительной способности почвы были заложены работами академика К. К. Гедройца. Он различал пять видов поглощения в почве.
Биологическая поглотительная способность связана с жизнедеятельностью растений и почвенных микроорганизмов, которые избирательно поглощают из почвы необходимые элементы минерального питания, переводят их в органическую форму и предохраняют тем самым от выщелачивания. После отмирания корней, растительных остатков и тел микроорганизмов происходят их разложение и постепенная гумификация. Минерализация и последующее использование растениями ранее закрепленного в почве в органической форме азота, фосфора и серы протекают довольно медленными темпами.
Интенсивность биологического поглощения зависит от аэрации, влажности и других свойств почвы, от количества и состава органического вещества, служащего источником пищи и энергетического материала для преобладающих в почве гетеротрофных микроорганизмов. Внесение в почву значительного количества бедного азотом органического вещества (соломы или соломистого навоза) вызывает быстрое размножение микроорганизмов, сопровождающееся интенсивным биологическим, закреплением минеральных форм азота, что приводит к ухудшению азотного питания растений и снижению урожая. В то же время биологическое поглощение способствует закреплению нитратного азота, который никаким другим путем в почве не удерживается и может вымываться, особенно на легких почвах в зонах достаточного увлажнения и орошаемого земледелия.
Механическая поглотительная способность обусловлена свойством почвы, как всякого пористого тела, задерживать мелкие частицы из фильтрующихся суспензий. Механическим поглощением объясняется сохранение и характер распределения в почве илистых частиц и вносимых нерастворимых удобрений (фосфоритной муки, извести). Благодаря механической поглотительной способности они не вымываются из верхнего слоя почвы.
Физическая поглотительная способность — это положительная или отрицательная адсорбция частицами почвы целых молекул растворенных веществ. Положительная физическая адсорбция почвой растворимых минеральных солей неизвестна. Отрицательная абсорбация наблюдается при взаимодействии почвы с растворами хлоридов и нитратов, что обусловливает высокую подвижность их в почве и возможность вымывания из ее верхнего слоя при повышенной влажности. Это имеет положительное значение для Сl- иона (избыток которого вреден для некоторых растений), но для нитратов оно нежелательно.
Химическая поглотительная способность связана с образованием нерастворимых и труднорастворимых в воде соединений в результате химических реакций между отдельными растворимыми солями в почве (ионами в почвенном растворе).
Особую роль химическое поглощение играет в превращении фосфора в почве. При внесении водорастворимых фосфорных удобрений — суперфосфата, содержащего фосфор в виде монокальцийфосфата Са(H2PO4)2, аммофоса NH4H2PO4 и др.- в почвах происходит интенсивное химическое связывание фосфора. В кислых почвах (в подзолистых и красноземах), содержащих много полуторных окислов, химическое поглощение фосфора идет с образованием труднорастворимых фосфатов железа и алюминия. В почвах, насыщенных основаниями и содержащих бикарбонат кальция в почвенном растворе (черноземы, сероземы), химическое связывание фосфора происходит в результате образования слаборастворимых фосфатов кальция.
Химическое поглощение (фиксация) фосфора обусловливает слабую подвижность его в почве и снижает доступность растениям этого элемента из внесенных в почву легкорастворимых форм удобрений. По способности к фиксации фосфора почвы располагаются в следующем порядке: красноземы далее дерново-подзолистые почвы далее сероземы далее черноземы.
Физико-химическая, или обменная, поглотительная способность имеет особенно важное значение при взаимодействии удобрений с почвой. Физико-химическое поглощение — это способность мелкодисперсных (от 0, 2 до 0, 001 мкм) коллоидных частиц почвы поглощать из раствора различные катионы. Поглощение одних катионов сопровождается вытеснением в раствор эквивалентного количества других, ранее связанных твердой фазой почвы.
Вся совокупность органических и минеральных коллоидных частиц почвы (представленных гумусовыми веществами, глинистыми минералами и гидроксидами железа и алюминия), участвующих в обменном поглощении катионов, была названа К. К- Гедройцем почвенным поглощающим комплексом (ППК)
Способность органических и минеральных коллоидных частиц к обменному поглощению катионов обусловлена тем, что большая часть их имеет отрицательные заряды.
В естественном состоянии почвы всегда содержат определенное количество поглощенных катионов (Са2+, Mg2+, Н+, Аl3+, Na+, K+, NH4+ и др.). Эти катионы могут обмениваться на другие катионы, находящиеся в растворе.
Обмен катионами между раствором и почвенным поглощающим комплексом происходит в строго эквивалентных количествах.
Реакция обмена катионов протекает быстро. При внесении в почву легкорастворимых удобрений (КСl, NH4Cl, NH4NO3 и др.) они сразу же вступают во взаимодействие с ППК, катионы их поглощаются в обмен на катионы, ранее находившиеся в поглощенном состоянии.
В зависимости от концентрации раствора, его объема и природы обменивающихся катионов между катионами раствора и катионами почвенного поглощающего комплекса устанавливается некоторое подвижное равновесие. При изменении состава почвенного раствора это равновесие смещается, в результате одни катионы переходят из раствора в поглощенное состояние, а другие — из поглощенного состояния в почвенный раствор. При внесении минеральных удобрений, например KCl, концентрация почвенного раствора повышается, катионы удобрения вступают в обменную реакцию с катионами почвенного поглощающего комплекса и поглощаются почвой.
При усвоении какого-либо катиона растениями концентрация его в растворе уменьшается, он переходит из поглощенного состояния в раствор в обмен па другие катионы, содержащиеся в почвенном растворе. Чем выше степень насыщенности поглощающего комплекса данным катионом, тем легче и быстрее он вытесняется в раствор. Количество катионов, вытесняемых из поглощенного состояния в раствор, возрастает с повышением концентрации раствора, а при одинаковой концентрации — с увеличением объема раствора вытесняющей соли.
Разные катионы обладают неодинаковой способностью к поглощению. Чем больше заряд (валентность) катиона и его атомная масса, тем сильнее он поглощается и труднее вытесняется из поглощенного состояния другими катионами. Исключение из этого правила составляют ионы Н + , которые имеют наименьшую атомную массу, но обладают высокой энергией поглощения и способностью вытеснять другие катионы из ППК.
16). Физико-химическая, или обменная, поглотительная способность имеет особенно важное значение при взаимодействии удобрений с почвой. Физико-химическое поглощение — это способность мелкодисперсных (от 0, 2 до 0, 001 мкм) коллоидных частиц почвы поглощать из раствора различные катионы. Поглощение одних катионов сопровождается вытеснением в раствор эквивалентного количества других, ранее связанных твердой фазой почвы.
Вся совокупность органических и минеральных коллоидных частиц почвы (представленных гумусовыми веществами, глинистыми минералами и гидроксидами железа и алюминия), участвующих в обменном поглощении катионов, была названа К. К- Гедройцем почвенным поглощающим комплексом (ППК).
Способность органических и минеральных коллоидных частиц к обменному поглощению катионов обусловлена тем, что большая часть их имеет отрицательные заряды.
В естественном состоянии почвы всегда содержат определенное количество поглощенных катионов (Са2+, Mg2+, Н+, Аl3+, Na+, K+, NH4+ и др.). Эти катионы могут обмениваться на другие катионы, находящиеся в растворе.
Обмен катионами между раствором и почвенным поглощающим комплексом происходит в строго эквивалентных количествах.
Реакция обмена катионов протекает быстро. При внесении в почву легкорастворимых удобрений (КСl, NH4Cl, NH4NO3 и др.) они сразу же вступают во взаимодействие с ППК, катионы их поглощаются в обмен на катионы, ранее находившиеся в поглощенном состоянии.
Реакция обмена катионов обратима, так как поглощенный почвой катион может быть снова вытеснен в раствор:
17.Физико-химическая, или обменная ,поглотительная способность ее значение в применении удобрений и мелиорации почвы.
Физико-химическая, или обменная, поглотительная способность – это способность мелкодисперсных коллоидных частиц почвы (от 0,00025 мм до 0,001 мм), несущих отрицательный заряд, поглощать различные катионы из раствора, причем поглощение одних катионов сопровождается вытеснением в раствор эквивалентного количества других, ранее поглощенных твердой фракцией почвы. Совокупность мелкодисперсных почвенных частиц, обладающих обменной поглотительной способностью К. К. Гедройц назвал почвенным поглощающим комплексом (ППК).
Почвенные коллоиды подразделяются на органические, минеральные и органоминеральные. Органические коллоиды представлены гумусовыми веществами (гуминовые кислоты, фульвокислоты и их соли), минеральные – глинистыми минералами, как кристаллическими, так и аморфными соединениями (кремниевая кислота, гидраты полуторных окислов).
Способность органических коллоидов и минералов глин к обменному поглощению катионов обусловлена их отрицательным зарядом. Поэтому поглощаются катионы солей (удобрений). Положительный заряд имеют коллоидные гидроокиси железа и алюминия, тогда обменно поглощаются анионы NO3-, Н2РО4-, S04-2. 0бменно поглощаются в почве калийные и многие азотные удобрения.
Обменная поглотительная способность имеет большое значение для питания растений и применения удобрений. Поглощенные ППК катионы доступны для растений в обмен на Н+, получаемый при диссоциации Н2СО3 = СО3-+Н+ +НСО3-, которая выделяется при дыхании корней растений.
Поскольку поглощенный калий слабо вымывается из почвы, то дозы калийных удобрений можно вносить большие (в запас) и повышать содержание калия в почве.
Закономерности обменного поглощения катионов:реакция обмена между ППК и катионами солевых растворов протекает в эквивалентных соотношениях;реакция обмена катионов обратима, т. е. поглощенный катион может быть снова вытеснен в раствор:
(ППК) Н+КСl = (ППК) К+НСl,
(ППК) Са+2КСl = (ППК) К+CaCl2,
(ППК) H+NH4N03 = (ППK) NH4+HNO3;
при постоянной концентрации раствора количество катионов, вытесняемых из почвы в раствор, увеличивается с увеличением объема раствора;при постоянном объеме раствора количество катионов, вытесняемых из почвы в раствор, повышается с увеличением концентрации раствора вытесняющей соли;
реакции обменного поглощения в почвах подчиняются закону действующих масс: чем выше концентрация катионов в растворе и чем ниже содержание катионов в ППК, тем больше катионов поглотится почвой;реакции обмена катионов при взаимодействии почвы с раствором протекают с большой скоростью, так как обмен катионов происходит на поверхности коллоидных частиц почвы;разные катионы поглощаются почвой и удерживаются в поглощенном состоянии с неодинаковой энергией. Чем больше атомная масса и заряд катиона, тем сильнее он поглощается и труднее вытесняется из почвы другими катионами.
Двухвалентные и трехвалентные катионы несут большие, электрические, заряды и поэтому значительно сильнее притягиваются коллоидными частицами, чем одновалентные. При одинаковой валентности энергия поглощения катионов тем выше, чем больше их атомная масса, так как атомная масса и гидратация катиона находятся в обратной зависимости. Например, к Н+ присоединяется 1 молекула воды, к NH4+ – 4,4 молекулы воды, к Na 8,4 молекулы воды. Слабогидратированные катионы сильнее притягиваются поверхностью коллоида.По возрастающей способности к поглощению катионы располагаются в следующем порядке: Li; Na; NH4; К; Rb; Cs; Mg; Ca; Ba; Cd; Со; Al; Fe. Исключение составляет ион Н+. Он имеет наименьшую атомную массу, но обладает высокой энергией поглощения и способностью вытеснять из поглощающего комплекса другие катионы.
По данным К. К. Гедройца, энергия поглощения Н+ в 4 раза больше, чем Са2+, и в 17 раз больше, чем Na+. Это связано с тем, что в водных растворах ион водорода присоединяет молекулы воды и образует ион гидроксония (H3O+), диаметр которого значительно меньше всех других гидратированных ионов. Катионы калия, аммония, рубидия и цезия могут частично закрепляться (фиксироваться) почвами в необменной форме. Это связано с тем, что они проникают внутрь кристаллической решетки минералов, входящих в поглощающий комплекс. Связано это с радиусом катиона. Радиус катиона К+ = 1,33 Ао, радиус NH4+= 1,43 Aо.Степень необменной фиксации катионов зависит от гранулометрического и минералогического состава почвы. У черноземов она значительно больше, чем у дерново-подзолистых почв. Необменная фиксация катионов возрастает при периодическом увлажнении и высушивании почвы. Поэтому калийные удобрения для уменьшения необменной фиксации калия рекомендуется заделывать вспашкой в глубокий, непересыхающий слой почвы или вносить лентами, перемешивая с меньшим объемом почвы. Предпочтительнее гранулированные калийные удобрения.
18.Физическая поглотительная способность почвы. Ее значение в плодородии почв и применение удобрений.
Физическая поглотительная способность — это положительная или отрицательная адсорбция частицами почвы целых молекул растворенных веществ. Физическое поглощение зависит главным образом от суммарной поверхности твердых частиц. Общая поверхность частиц резко увеличивается с уменьшением их размера. Поэтому чем больше в почве мелкодисперсных частиц, тем больше суммарная поверхность, на которой происходит поглощение.
Физическая поглотительная способность считается положительной, когда молекулы растворенного вещества притягиваются частицами почвы сильнее, чем молекулы воды, и отрицательной, если сильнее притягиваются молекулы воды. Положительное физическое поглощение аммиака почвой происходит при внесении безводного аммиака и аммиачной воды, отрицательное — нитратов (натриевой и кальциевых селитр и др.), хлоридов (хлористого калия и др.). Это обусловливает их высокую подвижность и передвижение с почвенной влагой. В связи с этим нитратные минеральные удобрения следует вносить незадолго до посева или использовать для подкормки, а содержащие много хлора для культур, чувствительных к хлору (картофель, лен, гречиха и др.), — с осени, чтобы к посеву произошло хотя бы частичное вымывание хлора.
19.Назовите виды поглотительной способности почвы по К.К. Гедройцу и охарактеризуйте роль биологического поглощения в концентрации зольной пищи растений и азота.
Большую роль в питании растений и в превращении внесенных в почву удобрений играет ее поглотительная способность. Под поглотительной способностью понимается способность почвы поглощать различные вещества из раствора, проходящего через нее, и удерживать их. Основы современных представлений о поглотительной способности почвы были заложены работами академика К. К. Гедройца.
К.К. Гедройц выделил пять видов поглотительной способности почв: механическую, физическую, физико-химическую, химическую и биологическую.
Биологическая поглотительная способность. Обусловлена избирательным поглощением растениями и микроорганизмами необходимых для их жизни элементов (азота, фосфора, калия и др.). Усваиваемые ими растворимые соединения превращаются в белковые вещества, нуклеиновые кислоты, клетчатку и другие компоненты живых тканей. Благодаря биологическому поглощению почва систематически обогащается органическим веществом, азотом и зольными элементами питания. При этом значительно уменьшается геохимический сток минеральных удобрений, внесенных в почву.
Она связана с наличием в почве корней живых растений и микроорганизмов, которые поглощают из почвенного раствора азот и зольные элементы и переводят их в различные органические соединения своих тел. Тем самым эти питательные вещества предохраняются от выщелачивания из почвы. В результате биологической деятельности в почве накапливается органическое вещество, содержащее необходимые для питания растений элементы: N, Р, S и др. Важная отличительная черта биологического поглощения - избирательность. Она выражается в том, что корни растений и микроорганизмы усваивают из почвы главным образом те элементы, в которых они нуждаются. Большинство микроорганизмов требует те же элементы для питания и построения своих тел, что и высшие растения. Количество микробов в почве огромно, общая масса их составляет несколько тони на 1 га. Особенно много микробов в зоне, где почва непосредственно соприкасается с корнями растений (ризосфере). Используя в качестве источника пищи и энергетического материала органические вещества, 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 (N, Р, S и др.) для построения своих тел, превращают их в органическую форму и в этом смысле являются конкурентами культурных растений. В почве наряду с минерализацией органических веществ и переводам их в доступные для растений минеральные соединения постоянно идет биологическое поглощение некоторого количества питательных веществ микроорганизмами