Глава 10. ПОЧВЕННЫЕ КОЛЛОИДЫ, ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОЧВ

М.А. Глазовская

Смотрите также:

Почва и почвообразование

Почвоведение. Типы почв

Фитоценология - геоботаника

Химия почвы

Книги Докучаева

Происхождение жизни

Геология

Основы геологии

Геолог Ферсман

Черви и почвообразование

Дождевые черви

Вернадский. Биосфера

Геохимия - химия земли

Минералогия

Земледелие. Агрохимия почвы

Справочник агронома

Происхождение растений

Ботаника

Биология

Эволюция биосферы

Земледелие

Геоботаника

Биографии биологов, почвоведов

Эволюция

Почвенный поглощающий комплекс

Понятие о почвенном поглощающем комплексе было введено в почвоведение К- К- Гедройцем. Он установил, что почвы содержат некоторое количество катионов, нерастворимых в дистиллированной воде, но легко переходящих в раствор при обработке определенной навески почвы нейтральной солью (раствором NH4CI, NaCl, ВаС12 и др.). При обработке часть катионов нейтральной соли поглощается почвой. Взамен поглощенной части в растворе появляются в эквивалентном количестве другие катионы, а в ряде случаев водородный ион. Свойством поглощения катионов из растворов обладают предкол- лоидная фракция и особенно коллоидная.

Всю массу присутствующих в данной почве органических и минеральных коллоидов вместе с поглощенными иМи ионами Гедройц предложил называть почвенным поглощающим комплексом. Он состоит из двух частей: адсорбентов-коллоидов и адсорбируемых веществ — различных катионов и анионов. В состав адсорбентов-коллоидов входят коллоидные вещества минеральной и органической природы.

Из минеральных почвенных коллоидов можно назвать следующие:

1.         Группа глинистых минералов (монтмориллонит, бейделлит, каолинит, галлуазит, аллофаны и др.) — отрицательно заряженные коллоиды. В состоянии золя они бесцветны, в виде геля дают белые и светло-серые осадки. Наиболее гидрофилен из них монтмориллонит.

2.         Гидрат окиси кремния БЮгпНгО — гидрофильный отрицательно заряженный коллоид. В состоянии золя он дает бесцветные, слабоопалесцирующие растворы, при переходе в гель образует белые студенистые осадки, по высыхании превращающиеся в тончайший белый порошок аморфного кремнезема (кремнеземистая присыпка) .

3.         Гидрат окиси марганца Мп203пН20 — отрицательно заряженный коллоид. В состоянии золя он имеет коричневато-бурый цвет. Гель его представляет темно-коричневый осадок, по высыхании превращающийся в темно-коричневые и иосиня-черные конкреции и пленки.

4.         Гидраты окиси железа Fe(0H)3nH20 — коллоид, обладающий амфолитоидностью. В кислой среде он заряжен положительно, в щелочной — отрицательно. Изоэлектрическая точка лежит около рН 7. В состоянии золя он имеет красновато-коричневый цвет. При выпадении в гель дает ржаво-красный осадок, по высыхании превращающийся в темно-бурые и темно-коричневые пленки.

5.         Гидраты окиси алюминия А1(0Н)3«Н20— также коллоид ам- фолитоид. Изоэлектрическая точка наступает при рН 7—8. В чистом виде он дает бесцветный золь и белый хлопьевидный осадок. В природе в чистом виде обычно не встречается, образует растворы и осадки совместно с гидратами окиси железа.

В состав органических почвенных коллоидов входят:

1.         Коллоиды гумусовых веществ и прежде всего гуминовой кислоты. Они заряжены отрицательно, гидрофильны, в состоянии золя имеют темный, красновато-коричневый цвет, в состоянии геля дают темно-коричневые, при высыхании чернеющие осадки.

2.         Тела некоторых очень мелких бактерий, обладающих свойством физико-химического поглощения и обмена. У белковых тел в зависимости от реакции среды заряд может быть отрицательным или положительным.

В почвах присутствуют также многочисленные комплексные минеральные и органо-минеральные соединения коллоидной природы. Комплексный характер коллоидных веществ в почвах объясняется тем, что большинство коллоидов в почвах находится в скоагулиро- ванном состоянии, в виде клея между более крупными частицами почвы. При коагуляции весьма обычно совместное осаждение двух или нескольких веществ и образование <коагелей. Характерны крем- неглиноземные и кремнежелезистые коагели, железисто-марганцевые, гумусово-железисто-марганцевые, гумусово-глиноземные осадки и ряд других. Соотношение компонентов в коагелях варьирует в широких пределах, поэтому меняются и свойства последних.

Адсорбируемая часть поглощающего комплекса — это поглощенные коллоидами катионы и анионы. Большинство почвенных коллоидов несет отрицательный заряд и поэтому способно поглощать и обменивать преимущественно катионы. Лишь в условиях нейтральной и кислой среды некоторые коллоиды приобретают положительный заряд, и почва обнаруживает способность к поглощению анионов. Особенно это заметно при обильном содержании в почвах гидратов окиси железа и алюминия (красноземы, ферраллитные почвы).

Количество поглощенных катионов изменяется в зависимости от общего содержания коллоидов, от соотношения между органическими и минеральными коллоидами, от реакции среды.

Р. Е. Гримм (1953) приводит следующие величины емкости обмена глинистых минералов (в мг • экв на 100 г):

Каолинит       3—15 Хлорит            10—40

Галлуазит 2Н20 ... 5—10 Иллит     10—40

Галлуазит 4Н20 .... 40—50 Монтмориллонит . . . 80—150

Сепиолит-папыгорскит . 20—30 Вермикулит     100—150

Органические коллоиды обладают значительно большей поглотительной способностью, чем минеральные. Так, чистый коллоид гуминовой кислоты может поглотить оснований в количестве эквивалентном 350—450 мг • экв, а фульвокислоты — 600—700 мг • экв на 100 г. По данным К. К. Гедройца, в черноземе, содержащем 10% гумуса, около 50% емкости обмена обусловлено органической частью. В почве коллоиды составляют лишь часть ее массы (максимум до 25%). Содержание гумусовых веществ в почве исчисляется единицами процентов. Поэтому количество оснований, способных к поглощению и обмену в почвах, значительно ниже, чем в чистых коллоидах.

Максимальное количество поглощенных катионов, способных к обмену на другие катионы, выраженное в мг • экв на 100 г почвы, называется емкостью поглощения почв.

В почвах, богатых органическими коллоидами, емкость поглощения достигает 65 мг • экв на 100 г, но чаще составляет 25—35 мг • экв, в некоторых почвах она падает до 2 мг • экв.

Емкость поглощения одной и той же почвы — величина непостоянная: она изменяется в зависимости от реакций среды, в которой происходят вытеснение и обмен катионов, и от энергии катиона- вытеснителя.

Время воздействия .... Вытесненный Са2+ г . .

Реакция обмена при условии высокой влажности протекает с большой скоростью. К- К- Гедройц показал, что при взаимодействии почвы с 1 н. раствором хлористого аммония при различном времени воздействия последнего на почву вытесняется следующее количество Са2+:

1 мин 2,5 мин 5 мин 30 дней . 0,544 0,545 0,544 0,543

Таким образом, для полного вытеснения достаточно было 1 мин. Однако такое быстрое вытеснение происходит лишь при широком отношении раствора-вытеснителя в почве. По данным Н. И. Горбунова, при 38% влажности реакция обмена поглощенных Са п Mg на аммоний заканчивается лишь через 10 дней.

Состав поглощенных оснований в почвах разнообразен: в почвах обнаружены поглощенные Са, Mg, К, Na, NH4, Н, Al. Есть отдельные указания на присутствие в почвенном поглощающем комплексе Li, Мп, Rb, Cs, Ti, Ni.

Прочность связи поглощенных ионов с коллоидными частицами поглощающего комплекса зависит от валентности катиона, его атомной массы, степени гидратации иона и от свойств самого коллоида. Так, в коллоидных частицах, сохранивших кристаллическое строение (например, в монтмориллоните), поглощенные катионы входят в межплоскостные расстояния кристаллической решетки и вытесняются оттуда, с трудом.

Физическое состояние почвенного поглощающего комплекса в зависимости от состава поглощенных оснований. Состав поглощенных оснований определяет устойчивость поглощающего комплекса, т. е. сопротивляемость диспергирующему действию воды.

К- К- Гедройц показал, что выход коллоидной фракции при'об- работке почвы водой резко изменяется в зависимости от состава поглощенных оснований. Катионы по их осаждающему действию образуют следующий ряд (в порядке возрастающего влияния):

Na+<NH+ <K+<H+<Mg2+<Ca2+ <Ва2+<А53+ <Fe3+

Порядок, который образуют катионы по .их влиянию на сопротивляемость коллоидов диспергирующему действию воды, тот же, Е каком эти катионы располагаются по их коагулирующей способности и по энергии их вытеснения и поглощения. Следовательно, почвы, насыщенные трехвалентными и двухвалентными катионами, обладают устойчивым поглощающим комплексом; коллоиды находятся в них преимущественно в форме водоустойчивого геля, способного склеивать более крупные почвенные частицы. Обычно такие почвы обладают хорошей структурой. Почвы, насыщенные одновалентными катионами, особенно натрием, легко подвергаются диспергирующему действию воды: их коллоиды при увлажнении переходят в золь.

Благодаря различиям в степени гидратации ионов и коллоидов на состоянии почвы при увлажнении резко сказывается состав поглощенных катионов. В зависимости от состава поглощенных катионов набухание почвы при увлажнении (выраженное в процентах от первоначального объема) изменяется в пределах: Н — 5; Са, Ва — 7,7; Mg — 9,3; К — 15,5; Na — 26,8; Li — 50,0.

Если принять степень набухания почвы при насыщении ее водородом за 1, относительное набухание почвы при насыщении другими катионами выразится величинами: Н— 1; Са, Ва— 1,5; Mg — 1,8; К —3,1; Na — 5,3; Li — 10.

Почвы, насыщенные натрием, при увлажнении набухают, заплывают, делаются воздухо- и водонепроницаемыми; при высушивании и резком уменьшении объема они разбиваются вертикальными трещинами на отдельные блоки. Все эти явления не наблюдаются, если почвы насыщены Са и Mg, а тем более Fe и А1.

В природе встречаются кислые почвы, у которых в поглощающем комплексе присутствует большее или меньшее количество поглощенного водорода. Это почвы, не насыщенные основаниями.

Процентное содержание водорода в общей сумме поглощенных ионов служит показателем степени ненасыщенности.

Присутствие в поглощающем комплексе ионов водорода, алюминия и железа обусловливает появление в почвах обменной кислотности. При воздействии на почвы растворами нейтральных солей идут реакции обмена по схеме

Н+(кол.) + КС1 = НС1 + К+(кол.) и А13+(кол.) + + ЗКС1 = А1С13 + ЗК+(кот.)

Далее идет гидролиз.соли алюминия:

А1С13 + ЗН+ОН- = А1 (ОН)з + ЗНС1

Таким образом, состав поглощенных ионов определяет многие физические и химические свойства почв. Регулируя состав поглощенных ионов, можно улучшить многие свойства почвы.

Широко применяющиеся методы известкования почв, внесения в почвы гипса направлены на изменение состава поглощенных оснований в коллоидной части и замену водородного иона (известкование) или иона натрия (гипсование) кальцием, благоприятно действующими на почвы.

Физическая и физико-химическая поглотительная способность почв имеет большое значение как фактор, удерживающий от вымывания вносимых в почвы минеральных удобрений.

К почвам легкого механического состава, обладающим малой естественной поглотительной способностью, применяются различные мелиорации, предусматривающие увеличение в них коллоидной фракции. Наиболее распространенные из них — землевание и «ольматаж.

К содержанию книги: МАРИЯ АЛЬФРЕДОВНА ГЛАЗОВСКАЯ - Общее почвоведение и география почв