Емкость обменного поглощения катионов глинистых минералов

и других почвенных коллоидов при рН = 7

Коллоид	Емкость обмена, мг-экв/100 г	Коллоид	Емкость обмена, мг-экв/100 г
Каолинит	3-15	Минеральные коллоиды чернозема	70-90
Монтмориллонит	60-150	Гуминовые кислоты	400-500
Вермикулит	65-145	Органоминеральные коллоиды чернозема	150-250
Иллит	20-40

Емкость обмена рыхлых пород определяется ее гранулометрическим составом, минералогическим составом илистой фракции, а емкость обмена почв, кроме того, еще и содержанием гумуса. У песчаных почв емкость обмена обычно составляет 1-5 мг-экв/100 г, у супесчаных – до 7-8 мг-экв/100 г, у суглинистых – от 7-8 до 15-18 мг-экв/100 г, у глинистых – от 15-18 до 25-30 мг-экв/100 г и выше. Гумусовые горизонты почв имеют часто более высокую емкость обмена, чем материнская порода.

Таблица 7

Поглотительная способность почв

Почвы	Емкость поглощения, мг-экв/100 г почвы	Характерные поглощенные катионы
Дерново-подзолистые	10-30	Ca, H > Mg
Серые лесные	20-40	Ca > Mg > H
Черноземы	40-60	Ca > Mg
Каштановые	15-30	Ca > Mg > Na
Серо-бурые	10-20	Ca > Mg, Na, K
Красноземы	10-18	H > Mg > Ca

Состав обменных катионов оказывает большое влияние на свойства почвы, ее агрегатный состав и условия произрастания растений. Как показали исследования К.К. Гедройца, состав обменных катионов определяет реакцию и тип коагуляции коллоидов почвы, ее физические свойства и направление процесса структурообразования.

Необменная фиксация (поглощение катионов) происходит в почве постепенно, и часть обменных катионов переходит в необменную форму, т.е. не вытесняется в раствор при действии нейтральных солей. Наиболее интенсивно фиксируются ионы K⁺ и NH⁴⁺. Считается, что основной причиной фиксации является защемление катионов в межплоскостных пространствах кристаллической решетки глинистых минералов с расширяющимся типом (монтмориллонит, вермикулит) при высушивании почвы. Гумусовые вещества также способствуют необменному поглощению катионов, в частности, у высокогумусных черноземов оно сильнее, чем у малогумусных дерново-подзолистых почв.

При химическом поглощении катионы переходят в твердую фазу почвы в результате реакций солеобразования, при которых образуются нерастворимые в воде соединения. К таким катионам относятся Ca²⁺, Al³⁺, Fe³⁺ и отчасти Mg²⁺. При взаимодействии с растворимыми в воде сульфатами, карбонатами и фосфатами эти катионы образуют нерастворимые соединения и выпадают в осадок в твердой фазе почвы, например: [ППК^–]Ca²⁺ + + Na₂SO₄  [ППК^–]2Na⁺ + CaSO₄.

Некоторая часть катионов почвенного раствора поглощается в почве биологически вследствие усвоения их живыми организмами – растениями, микроорганизмами. Биологическое поглощение носит избирательный характер, так как живые организмы поглощают в первую очередь катионы (K⁺, , Ca²⁺, Fe³⁺), необходимые для построения своих тканей.

Поглощение анионов. Поглощение анионов обусловливается особенностями самих анионов, составом почвенных коллоидов, их электрическим потенциалом и реакцией среды. Нитраты и хлориды не образуют труднорастворимых солей и поэтому в результате химического поглощения в почвах не закрепляются. Сульфат-ион поглощается почвами в небольшом количестве. Широко распространено поглощение фосфатов.

Чем больше в почве глинистых минералов и коллоидов с базоидными свойствами, тем больше анионов она способна поглотить. Реакция среды меняет электрический потенциал коллоидов: подкисление способствует большему поглощению анионов, подщелачивание – наоборот. В частности, черноземы с реакцией, близкой к нейтральной, поглощают меньше анионов, чем кислые подзолистые почвы.

В природе наблюдается химическое, физико-химическое и биологическое поглощение анионов, а также их осаждение при коагуляции коллоидов.

Химическое осаждение является важнейшим в поглощении фосфат-ионов, которые закрепляются в почвах в форме высокоосновных фосфатов кальция и магния. Труднорастворимые фосфаты кальция образуются при рН = 7 в результате обмена с Ca²⁺, находящимся в диффузном слое почвенных коллоидов:

[ППК]Ca²⁺ + Ca(H₂PO₄)₂  [ППК]2H^– + 2CaHPO₄.

В кислых почвах фосфаты поглощаются при взаимодействии с ионами Fe, Al, Mn:

Al(OH)₃ + H₃PO₄  AlPO₄ + 3H₂O.

Органические коллоиды в поглощении анионов играют меньшую роль, чем минеральные, а более гумусированные почвы адсорбируют фосфат-ионы слабее, чем малогумусные.