Полная версия

Главная arrow География arrow ГЕОГРАФИЯ ПОЧВ С ОСНОВАМИ ПОЧВОВЕДЕНИЯ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Почвенные коллоиды и поглотительная способность почвы

По степени дисперсности (раздробленности) выделяют две группы твердого вещества почвы:

  • 1) крупные частицы размером более 0,001 мм (обломки горных пород и слагающих их минералов, минеральные новообразования, малоизменен- ные органические остатки);
  • 2) тонкодисперсная часть почвы, представленная частицами новообразованных и породообразующих минералов, преимущественно глинистых, а также специфическими органическими соединениями. В состав этой группы входят частицы размеров менее 0,001 мм, образуя илистую фракцию, в пределах ее выделяют коллоидную — размером меньше 0,0001 мм. Содержание коллоидной фракции в почве может изменяться от 1—2% до 30—40% к массе почвы.

Твердые вещества в столь сильной дисперсии имеют большую удельную поверхность.

Удельная поверхность — это суммарная площадь поверхности почвенных частиц, отнесенная к единице почвенной массы (см2/г) или единице объема (см2/см3).

В табл. 6.8 представлены доли участия фракций в суммарной удельной поверхности среднесуглинистой почвы.

Таблица 6.8

Удельная поверхность среднесуглинистой почвы (по И. С. Кауричеву, 1989)

Диаметр частиц, мм

Доля общей поверхности, %

0, 25-0,05

0,2

0,05- 0,01

1,7

0,01-0,005

4,1

0,005-0,001

5,2

0, 001-0,0001

7,8

<0,0001

81,0

Из табл. 6.8 очевидно, что на коллоидную фракцию (15%) приходится 94,5% удельной поверхности почвы, а на долю песчаных и пылеватых фракций в суммарной удельной поверхности приходится менее 1%, хотя содержание их составляет 65% массы почвы. Удельная поверхность коллоидов зависит от типа почв, например, в гумусовом слое она составляет (м2/г): в дерново-подзолистых — 29, в серых лесных — 33, в черноземах — 48.

Природа поверхностей почвенных коллоидов зависит от их состава и строения. На рис. 6.4 представлена общая схема строения коллоидной частицы (мицеллы).

Строение почвенной мицеллы (по Н. И. Горбунову, 1967)

Рис. 6.4. Строение почвенной мицеллы (по Н. И. Горбунову, 1967)

Коллоидные частицы имеют сложное строение и состоят из ядра и слоев прилегающих ионов.

Ядро — внутренняя часть коллоидной частицы, представляющая собой сложное соединение аморфного или кристаллического строения различного химического состава.

Внутренний слой ионов, непосредственно прилегающий к ядру, несущий заряд, называется потенциалопределяющим, а внешний представлен неподвижным и диффузным слоями, образующими слой компенсирующих ионов.

Гранула — часть мицеллы (коллоида), состоит из ядра и слоя потенци- алопределяющих ионов. Между гранулой и раствором, окружающим коллоид, возникает термодинамический потенциал, под влиянием которого из раствора притягиваются ионы противоположного знака.

Мицелла — частица (коллоид), образованная скоплением молекул и находящаяся в состоянии устойчивого равновесия со средой благодаря электрическим зарядам. Мицелла = ядро + внутренний слой (потенциалопределя- ющий) + внешний слой (компенсирующий: неподвижный и диффузный).

Заряды потенциалопределяющего слоя и слоя компенсирующих ионов равны и имеют разные знаки, следовательно, коллоидная частица электро- нейтральна.

Коллоиды, имеющие в потенциалопределяющем слое отрицательно заряженные ионы и диссоциирующие в раствор Н+, называются ацидои- дами (кислотоподобными) (рис. 6.5).

Коллоиды, имеющие в потенциалопределяющем слое положительно заряженные ионы и диссоциирующие в раствор ионы ОН-, называются базоидами.

Коллоиды с двойной функцией называются амфотерными коллоидами, или амфолитоидами.

Вещество, которое находится в состоянии коллоидального раздробления, характеризуется как дисперсная фаза, а вещество, в котором находятся коллоиды, — дисперсионная среда. В почвах дисперсная фаза — твердое вещество, а дисперсионная среда (жидкая фаза) — почвенный раствор.

Коллоиды могут находиться в состоянии золя (взвеси или раствора) или геля {студнеобразного осадка).

Переход коллоида из состояния золя в состояние геля называется коагуляция (свертывание), а из состояния геля в состояние золя — пептизация.

Причины перехода: изменение электрического потенциала коллоидных частиц и степени их гидратации.

Коллоиды способны гидратироваться, т.е. удерживать молекулы воды (рис. 6.6). Сильно гидратирующиеся коллоиды называются гидрофильными, а слабо — гидрофобными.

Коллоиды в почве представлены минеральными, органическими и орга- номиперальными соединениями. В большинстве почв преобладают минеральные коллоиды, на долю которых приходится 85—90% их общей массы.

Минеральные коллоиды могут находиться:

• в кристаллическом состоянии (глинистые минералы — каолинит, галлуазиг, гидрослюда, иллит, вермикулит, монтмориллонит и др.);

Строение ацидоида (по Н. И. Горбунову, 1967)

Рис. 6.5. Строение ацидоида (по Н. И. Горбунову, 1967)

• аморфном состоянии (аллофаны, гидроксиды алюминия, железа, марганца, гидраты кремнезема и др.).

Органические коллоиды — гумусовые вещества, а также клетки наиболее мелких бактерий, диаметр которых соответствует коллоидальной фракции.

Органоминеральные комплексы — алюмо- и железогумусовые, кремнегумусовые и глиногумусовые.

Значение почвенных коллоидов:

  • • являются носителями обменного поглощения ионов;
  • • задерживают в почвенных горизонтах важные элементы питания растений — Са, К, Р;
  • • в значительной степени способствуют осуществлению корневого питания растений, происходящего путем контакта корней и почвенных коллоидов;
  • • связывают значительное количество воды, поглощая ее и переводя в малоподвижное и недоступное для корневых систем растений состояние;
  • • влияют па тепловой режим почвы.

Почвенные коллоиды, как и всякое вещество в сильно раздробленном состоянии, обладает поглотительной (сорбционной) способностью.

Ориентированные диполи воды вокруг гидратированной частицы (но II.И. Горбунову, 1967)

Рис. 6.6. Ориентированные диполи воды вокруг гидратированной частицы (но II.И. Горбунову, 1967)

Поглотительная способность — способность почвы обменно или необменно поглощать различные твердые, жидкие и газообразные вещества или увеличивать их концентрацию у поверхности содержащихся в почве коллоидов.

Учение о поглотительной способности почвы разработано в трудах отечественных и зарубежных ученых — К. К. Гедройца, Г. Вигнера, С. Мат- тисона, Е. Н. Маттсона, Е. Н. Гапона, Б. П. Никольского, Н. П. Ремезова, И. Н. Антипова-Каратаева, Н. И. Горбунова.

Значение поглотительной способности почвы:

  • • в значительной степени определяет плодородие почвы;
  • • определяет характер процессов почвообразования;
  • • обеспечивает и регулирует питательный режим почвы;
  • • регулирует реакцию почвы;
  • • влияет на водно-физические свойства почва.

Наиболее полно характеристика поглотительной способности почв представлена в работах К. К. Гедройца. Он выделил пять ее видов.

  • 1. Механическая поглотительная способность — это свойство почв поглощать поступающие с водным или воздушным потоком твердые частицы, размеры которых превышают размеры почвенных пор.
  • 2. Химическая поглотительная способность обусловлена образованием в результате происходящих в почве химических реакций труднорастворимых соединений, выпадающих из раствора в осадок.
  • 3. Биологическое поглощение вызвано способностью живых почвообитающих организмов (корни растений, микроорганизмы) поглощать различные элементы.
  • 4. Физическая поглотительная способность (молекулярно-сорбционная) обусловлена притяжением отдельных молекул к поверхности твердых почвенных частиц в результате проявления так называемой поверхностной энергии.
  • 5. Физико-химическая, или обменная поглотительная способность (ионно-сорбционная) — способность почвы поглощать и обменивать ионы, находящиеся на поверхности коллоидных частиц, на эквивалентное количество ионов раствора, взаимодействующего с твердой фазой почвы.

Почвенные коллоиды обусловливают поглотительную и обменную способность почвы. На их поверхности сорбируются газовые частицы, молекулы воды и различные вещества, которые находятся в почвенном растворе — целые молекулы и отдельные ионы. В системе почвенный раствор — поверхность коллоида устанавливается динамическое равновесие. В результате изменения концентрации раствора и состава растворенных веществ между поверхностью частицы и раствором происходят обменные реакции — одни поглощенные вещества замещаются другими.

Обменная поглотительная способность почв обусловлена наличием почвенно-поглощающего комплекса. Основным механизмом обменной поглотительной способности является процесс адсорбции.

Почвенно-поглощающий комплекс (ППК) — это совокупность минеральных, органических и органоминеральных соединений высокой степени дисперсности, нерастворимых в воде и способных поглощать и обменивать поглощенные ионы.

Понятие о почвенно-поглощающем комплексе было введено в почвоведение К. К. Гедройцем. Большинство почвенных коллоидов несет отрицательный заряд и поэтому поглощаются и обмениваются катионы.

В естественных почвах коллоиды содержат в поглощенном состоянии следующие основные катионы: Са2+, Mg2+, Na+, К+, NH4+, Н А13+ (табл. 6.9).

Почвы можно разделить на две группы:

  • 1) насыщенные основаниями. В составе обменных катионов присутствуют Са2+, Mg2+, Na+;
  • 2) ненасыщенные основаниями. Почвы наряду с Са2+ и Mg2+, в обменном комплексе содержат также Н+, А13+.

Состав почвенно-поглощающего комплекса разных почв (по Н. И. Горбунову, 1967)

Почва

Состав ППК

Подзолистые

Н, Al, Са, Mg, (небольшое кол-во Fe)

Черноземы, каштановые

Са, Mg

Сероземы

Са, Mg ( небольшое кол-во К, Na)

Солонцы

Na, Са, Mg

Максимальное количество поглощенных катионов или анионов (мг-экв/100 г почвы или ммоль/100г почвы), способных к обмену на другие катионы, называется емкостью катионного обмена (ЕКО), или емкостью поглощения.

В глинистых почвах, богатых органическими коллоидами, ЕКО достигает 60—65 мг-экв/100г почвы, в песчаных почвах, бедных коллоидами, не превышает 2—3 мг-экв/100г почвы. В большинстве почв емкость поглощения составляет 15—35 мг-экв/100г почвы (табл. 6.10).

Таблица 6.10

Емкость катионного обмена для разных почв (по Т. П. Марчик, А. Л. Ефремову, 2006)

Почва

ЕКО, мг-экв/100 г

Дерново-подзолистая песчаная

3-6

Дерново-подзолистая среднесуглинистая

10-20

Дерново-подзолистая глинистая

15-25

Серая лесная среднесуглинистая

15-30

Чернозем типичный тяжелосуглинистый

30-70

Чернозем южный суглинистый

20-50

Светло-каштановая суглинистая

20-40

Серозем типичный суглинистый

8-20

Краснозем суглинистый

13-25

Величина емкости поглощения определяется рядом факторов: содержанием высокодисперсных частиц в почве; химическим и минералогическим составом почвенных коллоидов; реакцией почвы (pH).

Емкость поглощения одной и той же почвы — величина непостоянная. Она изменяется в зависимости от реакции среды, при которой происходят вытеснение и обмен катионов. В щелочной среде емкость коллоидов-аци- тоидов увеличивается, в кислой — понижается. У коллоидов с положительным зарядом (базоидов), наоборот, повышение электростатического потенциала и емкости поглощения анионов увеличивается в кислой среде.

Поглотительная способность органических коллоидов значительно выше, чем минеральных. У почв, насыщенных Са2+ и Mg2+, реакция близка к нейтральной, коллоиды находятся в состоянии необратимых гелей и не подвергаются пептизации при избытке влаги, почвы хорошо острук- турены и обладают хорошими физическими свойствами.

Почвы, содержащие в составе обменных катионов значительное количество Na+, характеризуются щелочной реакцией и солонцеватостыо, которая отрицательно влияет на состояние коллоидов и рост растений. Коллоиды в этих почвах легко пептизируются, так как находятся в состоянии обратимых гелей, почвы плохо структурированы и обладают неблагоприятными водно-физическими свойствами (повышенная плотность сложения, плохая водопроницаемость).

Почвы, не насыщенные основаниями, имеют кислую реакцию, в них коллоиды легко разрушаются.

По сумме всех обменных катионов почвы принято выделять три группы:

  • 1) с малой ЕКО ППК — не более 20 ммоль/100 г почвы;
  • 2) со средней — от 20 до 40;
  • 3) с высокой — более 40 ммоль/100г почвы.
 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>