Глава 12. ПОЧВЕННЫЙ РАСТВОР И ПОЧВЕННЫЙ ВОЗДУХ

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 раствор. Методы выделения почвенного раствора

Поступающие в почвы атмосферная влага, воды половодий и паводков, почвенно-грунтовые воды (участвующие в формировании почв грунтового увлажнения), проникая в почвенную толщу, взаимодействуют с твердыми частицами и воздухом почвы, приобретают особый химический состав и свойства и становятся почвенным раствором.

Большое значение воды в почве, а также состава почвенных растворов вызвали необходимость их изучения. Главная трудность изучения почвенных растворов — несовершенство методов их выделения из почвы. Для приближенного суждения о составе почвенного раствора используется водная вытяжка, но она дает лишь относительное представление о содержании в нем тех или иных водно-растворимых веществ. При специальных исследованиях почвенного раствора пользуются методами лизиметров, вытеснения и отпрессовывания.

Извлеченные тем или иным путем растворы подвергаются химическим анализам. В случае малого количества растворов, получаемых, например, методом вытеснения или отпрессовывания, и малой концентрации веществ при анализе применяются микрометоды. Для суждения об общей концентрации растворенных минеральных веществ определяется удельная электропроводимость растворов. Периодический отбор растворов и повторные анализы в различные периоды года позволяют судить о динамике растворимых веществ.

Химический состав почвенных растворов

 Почвенные растворы— весьма подвижная система: состав их изменяется по мере перемещения из одного почвенного горизонта в другой; испарение воды или новое ее поступление влияет на концентрацию растворенных веществ, вызывает их выпадение или растворение. Состав растворов в значительной степени изменяется по сезонам года. Это связано с сезонными изменениями режима осадков и температур, поступления органических остатков и темпов их минерализации и гумификации.

Состав почвенного раствора и его концентрация определяются всей совокупностью происходящих в почве процессов и зависят от характера поступления воды в те или иные горизонты почв.

Если почвенный раствор образован влагой, попадающей в почву с атмосферными осадками, его концентрация обычно невелика— около 0,1—0,3 г/л и редко достигает 1 г/л. Состав такого почвенного раствора определяется в первую очередь подвижными продуктами минерализации и гумификации растительных остатков, имеет тесную связь с составом золы населяющих данную почву растений и составом почвенного гумуса. Новое поступление органических остатков и усиление микробиологической деятельности в теплые периоды года резко повышают концентрацию почвенных растворов. Подвижные продукты выветривания в составе этих растворов участвуют в меньшей степени.

Если в образовании почвенного раствора участвуют минерализованные грунтовые воды, поднимающиеся по капиллярам внутри почвенной толщи и испаряющиеся у ее поверхности, концентрация солей может достигать нескольких десятков и даже сотен г/л и предельного насыщения. В засоленных почвах, по данным В. А. Ковды, концентрация солей в растворах в верхних горизонтах доходит до 300—400 г/л. Химический состав таких растворов не имеет тесной связи с процессами минерализации и гумификации населяющих данную почву растений. Они представляют собой в некотором роде итог процессов выветривания и почвообразования всей водосборной (или солесборной) площади.

Состав веществ в почвенных растворах весьма разнообразен. В него входят минеральные, органо-минеральные и органические соединения, находящиеся как в состоянии молекулярных (истинных) растворов, так и коллоидных.

Органические соединения в почвенных растворах представлены водно-растворимыми солями различных органических кислот, в том числе фульвокислот (гуматы натрия, фульваты кальция, магния, а в условиях сильно кислой среды — фульваты железа и алюминия). В верхних горизонтах водно-растворимые органические соединения обычно составляют основную массу веществ почвенного раствора. Из минеральных веществ наиболее обычны простые соли следующих катионов и анионов: Са, Mg, Na, К, NH4 (В некоторых почвах Fe), HC03, С03, CI, S04 Si02, N02 и N03 и коллоидно-раствори- мые гидраты окислов Si02, Fe203, А1203, МПО.

Между общей концентрацией солей в растворах и соотношением отдельных ионов наблюдается определенная зависимость. В слабо концентрированных растворах преобладают двууглекислые соли кальция. По мере повышения концентрации растворов происходит накопление сернокислых и хлористых солей магния и 10 20 30 40 50 натрия.

Реакция почвенного раствора. Концентрация и состав растворенных веществ обусловливают ту или иную реакцию почвенного раствора. В зависимости от состава растворенных веществ и характера взаимодействия его с твердой фазой почв реакция может быть кислой, щелочной или нейтральной.

Кислая реакция почвенного раствора обусловлена растворенной угольной кислотой, водно-растворимыми органическими кислотами, поступающими в раствор при разложении органических остатков (масляная, щавелевая и др.), а также водно-растворимыми фракциями фульвокислот.

Щелочная реакция обусловлена присутствием в растворе солей сильных оснований и слабых кислот, которые подвергаются гидролитическому расщеплению. Это углекислые соли щелочей и щелочных земель, соли органических кислот и кремнекис- лоты.

Общая кислотность и общая щелочность — это все количество кислот или щелочей в растворе независимо от того, находятся они в виде недиссоциированных молекул или в ионном состоянии. Определяются они непосредственным титрованием почвенного раствора щелочью или кислотой.

Актуальная кислотность, или щелочность, почв связана с присутствием в растворе диссоциированных ионов Н+ и ОН-. Они определяются электрометрически или колориметрически и обозначаются рН — отрицательным логарифмом концентрации водородных ионов.

По закону действующих масс произведение концентрации диссоциированных ионов к недиссоциированной части воды, выраженное в молях на 1 л воды, представляет постоянную величину и называется константой диссоциации К. Степень диссоциации воды чрезвычайно мала, поэтому концентрацию недиссоциированной части Н20 принимают за единицу. Н+-(ОН~)=К. При 22° С для чистой воды Л"=10-14. Так как количество диссоциированных ионов (<Н+) и (ОН-) для воды одинаково, то 10-14=(Н+)2. Отсюда (Н+) =уЛ10-14= Ю-7. Если прологарифмировать эту величину и взять ее с отрицательным знаком, значение рН для чистой воды получится равным 7. Это говорит о нейтральной реакции, т. е. одинаковом содержании в растворе и водородных и гидроксильных ионов.

При увеличении концентрации водородных ионов значения рН понижаются, а при уменьшении концентрации — повышаются. Значения рН ниже 7 указывают на кислую реакцию почвенного раствора, а выше 7 — на его щелочную реакцию. В почвах значения рН колеблются в пределах:

3.0—   4,5       — сильнокислые почвы 4,5—5,5 — кислые почвы

5.1—   5,5       — слабокислые почвы

5,5—6,0 — близкие к нейтральным 6,0—7,0—нейтральные почвы 7,0—7,5 — слабощелочные почвы

7,5—8,5 — щелочные почвы

8,5 и выше — сильнощелочные почвы

Кроме общей и актуальной кислотности почв различают еще обменную и гидролитическую кислотности почв.

Обменная кислотность обнаруживается при воздействии на твердую фазу почв ненасыщенных основаниями растворов нейтральных солей. В результате реакции обмена часть катионов нейтральной соли поглощается твердой фазой почвы, а взамен ее в растворе появляется эквивалентное количество ионов водорода и алюминия, находившихся в поглощающем комплексе. Например, при воздействии на почву КС1 в результате обменных реакций с поглощенным водородным ионом в растворе появляется соляная кислота, а при обмене с поглощенным алюминием — А1(С1)з. Это соль слабого основания и сильной кислоты, в воде она гидролитически расщепляется по реакции

А1 (С1)3 + ЗН+ • ОН- А1 (ОН)3 + ЗНС1

В результате в растворе также появляется соляная кислота, а гидрат окиси алюминия выпадает а осадок. Если почва обрабатывается раствором основной, гидролитически расщепляющейся соли (соли сильного основания и слабой кислоты, например уксуснокислым натрием), из поглощающего комплекса можно вытеснить еще некоторое, дополнительное количество обменного водорода по сравнению с вытесняемым нейтральной солью. Появляющаяся в результате этого кислотность называется гидролитической.

При внесении в почву различных удобрений в почвенном растворе в результате реакции обмена могут обнаруживаться и обменная и гидролитическая кислотности.

Устанавливая нормы внесения извести в кислые почвы, учитывают степень их кислотности (). При одних и тех же значениях рН нормы внесения извести в почвы тяжелого механического состава выше, чем в почвы более легкого механического состава.

Буферность почв

Почвы и почвенные растворы обладают свойством буферности, т. е. они в той или иной степени препятствуют смещению реакции при добавлении кислот, щелочей или изменении степени влажности. Буферность почв обусловлена присутствием в них коллоидов с обменными катионами и анионами. Если в коллоидной части почвы находится способный к обмену ион водорода, она буферна по отношению к щелочам: (Кол.) H++NaOH->- ->(Кол.) 1Ча++НгО. Если почва содержит способные к обмену основания (Са, Mg, К), она буферна по отношению к кислотам: (Кол.) Са2++Н2504->-(Кол.) 2H++CaS04. Органические вещества почвы, представляющие слабые кислоты, или некоторые минеральные слаборастворимые соли, находящиеся в почве и почвенном растворе (например, СаС03 и Са(НС03)2), — также обусловливают буферность растворов при их разбавлении или испарении.

Реакция почвы имеет важное значение для развития микробиологических процессов и роста культурных растений. Многие микроорганизмы наиболее хорошо развиваются при реакции почвенного раствора, близкой к нейтральной. Большинство культурных растений также чувствуют себя лучше в нейтральных почвах и лишь некоторые из них (например, чайный куст) явно предпочитают кислые почвы.

Реакцию почвенного раствора можно изменить в наиболее благоприятную сторону, внося различные минеральные вещества. Так, для уничтожения кислой реакции в почвы вносят известь, для уменьшения щелочности — промышленные отходы, содержащие серу (в почвах она под воздействием сульфуризующих бактерий превращается в серную кислоту), или чаще физиологически кислые удобрения: суперфосфат, сернокислый аммоний и нитрат аммония.

Внесением различных минеральных и органо-минеральных удобрений в почвенных растворах регулируется также состав веществ, достигаются максимально благоприятные условия для роста и развития растений. Почвы с высокой концентрацией солей в почвенном растворе (солончаки и солончаковатые почвы) подвергаются промывкам для удаления вредного для растений избытка солей.

Кислород в почвенных растворах

Дождевые и снеговые воды, просачивающиеся в почву, богаты кислородом. Если почва не переувлажнена, хорошо аэрируется, почвенный раствор содержит достаточно растворенного кислорода: более 50% от полного насыщения влаги кислородом при данной температуре. В переувлажненных почвах, особенно в почвах с водозастойным режимом, содержание кислорода в почвенной влаге понижается до 10% и ниже. В этом случае кислорода не хватает для нормального развития растений. даже приспособленных к избыточной влаге (например, в заболоченных лесах). При избытке влаги и недостатке кислорода необходимы осушительные мероприятия.

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