4.2. Поглотительная способность почв

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

К.К. Гедройц выделил пять видов поглотительной способности:

 механическую – свойство почвы как всякого пористого тела задерживать в своей толще твердые частицы крупнее, чем система пор;

 физическую – изменение концентрации молекул растворенного вещества на поверхности твердых частиц почвы, обусловленное наличием на поверхности коллоидных частиц сил притяжения, способствующих сорбированию молекул воды, газов и органических веществ с образованием из них поверхностных пленок. Эту поглотительную способность называют молекулярной сорбцией;

 физико-химическую, или обменную, – способность обменивать некоторую часть катионов, содержащихся в твердой фазе на эквивалентное количество катионов, находящихся в соприкасающемся с нею растворе;

 химическую – способность анионов растворенных солей, взаимодействуя с катионами, образовывать нерастворимые соли, выпадающие в осадок (например, гипс по реакции Na₂SO₄ + CaCl₂  CaSO₄ + 2NaCl). К таким катионам относятся Ca²⁺, Al³⁺, Fe³⁺ и отчасти Mg²⁺;

 биологическую – способность (избирательная) микроорганизмов и растений поглощать из почвенного раствора различные вещества. Живые организмы поглощают, в первую очередь, катионы K⁺, , Ca²⁺, Fe³⁺, необходимые для построения своих тканей.

Совокупность твердых частиц почвы, обладающих абиотической катионной или анионной поглотительной способностью, К.К. Гедройц назвал 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.

Основной сорбент в почве – ее илистая фракция, в составе которой ведущую роль играют коллоиды. Крупные фракции почвы практически не обладают обменной поглотительной способностью.

Поглощение и закрепление веществ в твердой фазе почвы происходят как с помощью сорбции, так и путем адгезии – склеивания твердых частиц почвы с сорбированными на их поверхности или выпавшими в осадок минеральными, органическими и органо-минеральными веществами.

4.3. Ионный почвенный обмен

Поглощение катионов. Поглощение почвой катионов осуществляется путем ионной (обменной) сорбции и необменной фиксации, химического и биологического поглощения.

Обменная сорбция – способность катионов диффузного слоя почвенных коллоидов обмениваться на эквивалентное количество катионов соприкасающегося с ними раствора. Обмен протекает по уравнению

[ППК] + 5KCl  [ППК]5К⁺ + CaCl₅ + MgCl₂ + HCl.

Основные закономерности этой реакции следующие:

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

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

3. Энергия поглощения и вытеснения катионов зависит от валентности и атомной массы и толщины гидратационной оболочки. Наиболее распространенные в почве катионы дают следующий ряд:

.

чем меньше радиус ионов с одинаковой валентностью, тем в большей степени они гидратированы и тем меньшей энергией поглощения обладают. Например, способность катиона натрия к внедрению меньше, чем способность катионов аммония и калия. Гидроксоний (Н₃О⁺), имеющий больший радиус, поглощается почвенными коллоидами интенсивнее, чем другие одновалентные катионы.

4. Обменное поглощение носит обратимый характер.

5. Скорость обмена обусловлена строением ядер коллоидных частиц, свойствами и строением кристаллических решеток глинистых минералов. Емкость обменного поглощения катионов максимальна среди глинистых минералов группы монтмориллонита и вермикулита вследствие подвижной кристаллической решетки и значительных межпакетных промежутков, в которых также сорбируются катионы. Такой тип поглощения называется интрамицеллярным, и для него характерна мгновенная скорость обменной реакции. Минимальная емкость обменного поглощения катионов и замедленная скорость обмена минералов группы каолинита связана с тем, что поглощение катионов происходит только на наружной поверхности кристаллической решетки (экстрамицеллярный тип поглощения).

В составе обменных катионов всех почв присутствуют Ca²⁺, Mg²⁺ и в небольших количествах K⁺ и . Кроме того, в некоторых почвах содержится катион H⁺ и Al³⁺ или Na⁺. В зависимости от состава обменных катионов К.К. Гедройц разделил все почвы на две группы: почвы, насыщенные основаниями, в составе обменных катионов преобладают Ca²⁺, Mg²⁺ и Na⁺, и почвы, не насыщенные основаниями, содержащие наряду с Ca²⁺ и Mg²⁺ катионы H⁺ и Al³⁺.

Суммарное количество обменных катионов называется емкостью обменного поглощения катионов (емкостью поглощения почвы) и выражается в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы. емкость обменного поглощения характеризует количество коллоидов, их состав и поглотительную способность почвы и зависит от реакции среды, которая определяет общую величину -потенциала коллоидов. Для сравнительной характеристики почв используется емкость поглощения почвы при рН = 7 (табл.6 и 7).

Таблица 6