ХИМИЯ ПОЧВЫ

Методы определения состава обменных катионов и емкости поглощения почв

При изучении почвенных обменных катионов мы можем интересоваться:

а)         составом поглощенных катионов, т. е. количеством каждого из катионов в отдельности;

б)        емкостью поглощения (обмена) катионов, т. е. общим количеством катионов, которые почва способна удерживать в обменном состоянии;

в)         суммой поглощенных оснований.

Разница между понятиями емкость поглощения и сумма поглощенных оснований заключается в следующем: под суммой поглощенных оснований (S) понимают сумму Са + Mg + К + Na + NH+ и другие металлические катионы, но не включают в нее Н+, способный к обмену при нейтральной реакции, тогда как емкость обмена соответствует общему числу ионов, способных к обмену с нейтральными солями; таким образом, Е = S + Н обменный 1.

а) При определении состава обменных катионов их вытесняют из поглощенного состояния, действуя на почву растворами солей или кислот.

 В качестве вытесняющих растворов используют нормальные растворы NH4C1 (метод Гедройца) или CH3COONH4 (метод Шолленбергера), доведенные до рН 6,5. Навеску почвы на воронке многократно промывают вытесняющим раствором до исчезновения следов Са в фильтрате. Вытесненные из почвы катионы определяются в фильтрате каждый в отдельности и выражаются жг-эке/100 г почвы.

Поглощенные катионы могут быть вытеснены и методом электродиализа, при котором почва постепенно насыщается Н-ионами воды, а вытесненные катионы переносятся током в катодное отделение и затем определяются в собранных порциях катодной жидкости.

Указанные методы определения поглощенных оснований применимы к почвам, не засоленным растворимыми солями и не содержащим гипса и карбонатов. Если почва засолена легкорастворимыми солями, то в фильтрате оказываются не только поглощенные катионы, но и катионы солей. В этом случае вносятся поправки на содержание солей в водной вытяжке. Для определения поглощенных оснований в присутствии карбонатов применяются специальные методы (ГЦмука, Тюрина и др.). Для почв, содержащих гипс, пока не существует надежных методов определения состава поглощенных оснований.

Сравнение ряда методов определения обменных Са и Mg в карбонатных почвах и почвах, содержащих гипс, проведенное в Почвенном институте АН СССР, привело к выводу, что все эти методы имеют существенные недостатки и, по-видимому, в тех случаях, когда необходимость определения обменных катионов не вызывается специфическими задачами, целесообразно ограничиваться определением емкости поглощения (К. В. Веригина, 1964).

б)        Для определения емкости поглощения катионов (Е) распространенным методом является метод Бобко-Аскинази в модификации Грабарова и Уваровой. Почва насыщается на воронке барием из 0,1 н. забуференного раствора ВаС12 с рН = 6,5. После отмывания водой избытка реактива поглощенный барий, количество которого соответствует емкости поглощения навески, вытесняется слабым раствором соляной кислоты и в фильтрате определяется количественно. Присутствие растворимых солей не мешает определению емкости обмена по методу Бобко-Аскинази, так как эти соли вымываются в процессе насыщения почвы Ва. В случае карбонатных почв производится предварительная (до насыщения Ва) обработка НС1 для разрушения карбонатов и растворения гипса (Аринушкина, 1962).

в)         Сумма поглощенных оснований почвы может быть определена вычислением, если известно количество каждого из них (а также по данным для емкости обмена и обменного водорода: S = Е — Н+) или ее определяют непосредственно, пользуясь методом Каппена- Хильковица. Метод Каппена-Хильковица заключается в том, что навеска почвы (не содержащей карбонатов!) взбалтывается с 0,1 н. раствором НС1 (однократная обработка), фильтруется и определенная часть фильтрата титруется щелочью. По изменению титра кислоты в результате взаимодействия с почвой определяется количество вытесненных кислотой оснований. Точность этого метода невелика, так как однократной обработкой нельзя полностью (на 100%) вытеснить обменные катионы: в момент установления равновесия и на поверхности почвенных частиц, и в растворе присутствуют все ионы. Широкое соотношение между почвой и раствором, принятое в опыте (1:5 или 1 : 10), способствует полноте вытеснения и обеспечивает допустимую в массовых анализах точность (для не сильнокислых почв).

Состав обменных катионов и емкость поглощения в почвах СССР

Емкость поглощения и состав обменных катионов почвы, отражая весь ход почвообразовательного процесса, в то же время ярко характеризуют свойства почвы. К. К. Гедройц, как известно, положил именно этот признак почвы — качество и количество ее обменных катионов — в основу своей почвенной классификации.

Емкость поглощения почвы слагается из емкости поглощения ее минеральных и органических коллоидов, свойства которых очень разнообразны.

Как видно, в разных почвах и почвенных горизонтах органические коллоиды по-разному участвуют в поглощении катионов. Чем больше гумуса в данном горизонте ирчвы, дем больший процент от общей ёмкости поглощения связан с органическими коллоидами. Определенной связи между процентом гумуса в почве и емкостью ее поглощения, конечно, нет и не может быть, поскольку количество и состав минеральных коллоидов в почве чрезвычайно разнообразны. Почвы, которые содержат мало илистой фракции, легкие по механическому составу, имеют малую емкость поглощения по сравнению с тяжелыми глинистыми почвами. ^ В  67 приведены некоторые данные по составу обменных катионов и емкости поглощения основных почвенных типов СССР. Из этих данных видно, что наибольшей емкостью поглощения (и при этом медленно снижающейся с глубиной) отличаются черноземы. Обменными катионами в черноземах являются Са2+ и Mg2+, причём" кальция в несколько раз больше, чем Mg; одновалентных катионов (Na+, К+, NH+, Н+) в поглощенном состоянии черноземы содержат незначительное количество. Таким составом обменных катионов определяется низкий потенциал коллоидов черноземов (ниже критического), устойчивость их гелей. Благоприятная реакция и хорошие физические свойства дополняют положительную характеристику черноземов.

Дерново-подзолистые (и подзолистые) почвы отличаются сравнительно низкой емкостью поглощения, особенно сильно падающей в подзолистом горизонте А2. Кроме Са и Mg, в составе обменных катионов этих почв всегда присутствует в том или ином количестве Н+ (или А18+), обусловливающий кислую реакцию почвы. Чем кислее почва, тем менее она благоприятна для культурных растений и полезных микроорганизмов.

Каштановые почвы, содержащие меньше гумуса, чем черноземы, имеют и меньшую емкость поглощения ( 67). Основными обменными катионами здесь также являются Са и Mg; в небольших количествах присутствует Na.

Характерной особенностью солонцов является наличие среди обменных катионов Na, количество которого возрастает в столбчатом горизонте; кроме того, солонцы содержат относительно много Mg2+. Благодаря Na-иону коллоиды солонцов имеют повышенный потенциал. При влажном состоянии почвы они переходят в состояние золей, и, в случае наличия нисходящего тока воды, вымываются вглубь; в связи с этим верхние горизонты солонцов обеднены коллоидами. Высокий потенциал коллоидов приводит к ряду отрицательных физических свойств солонцов.

Сероземы содержат малые количества гумуса — около одного процента; с этим связана и небольшая емкость поглощения. В составе обменных катионов преобладают Са и Mg; содержание обменных К и Na не превышает 10—-15% от емкости.

Красноземы — почвы влажных субтропиков так же, как и дерново-подзолистые почвы северных влажных областей, относятся к кислым почвам: в числе их обменных катионов значительное место занимает Н (или А1), составляя для некоторых горизонтов 70—80% от емкости поглощения ( 67). В составе их коллоидной фракции большой вес имеют минёралы полуторных окислов, как аморфные, так и кристаллические (гётит, гиббсит); низкий отрицательный потенциал этих амфолитоидов еще более снижается кислой реакцией красноземов. Это определяет малую величину емкости поглощения катионов данных почв.