Лекция 1. Вводная (стр. 2 )

Химическое поглощение проявляется при внесении фосфорных удобрений:

Са(Н2РО4) + Са(НСО3)2 2СаНРО4 + 2Н2СО3

Суперфосфат

Са(Н2РО4) + 2Са(НСО3)2 Са3(РО4)2 + 4Н2СО3

(NН4)2НРО4 + Са(НСО3)2 СаНРО4 + 2NН4НСО3

аммофос

В кислых почвах, содержащих много полуторных окислов, химическое поглощение идет с образованием труднорастворимых фосфатов железа и алюминия. Учитывая свойство РО43- закрепляться химически необходимо вносить фосфора в почву больше, чем нужно растениям (в гранулированной форме).

Физико-химическая или обменная поглотительная способность – способность почвенных коллоидов обменивать свои ионы на ионы почвенного раствора.

Обменные реакции в основном протекают с катионами, т. к. коллоиды заряжены отрицательно. Если базоиды, то обмен происходит анионами.

Например:

ППК 2Nа + СаSО4 ППК Са + Nа2SО4 (растворимая соль)

ППК 2Н + СаСО3 ППК Са + Н2СО3 (Н2О и СО2)

ППК Са + 2NН4NО3 ППК 2NН4 + Са(NО3)2

Физико-химическое поглощение имеет ряд закономерностей:

1) Обмен происходит в строго эквивалентных количествах по законам обменных химических реакций;

2) Реакция обмена катионов происходит быстро (за 3-5 мин сорбируется 85 % катионов – по Гедройцу), но для установления динамического равновесия между катионами почвенного раствора и диффузного слоя необходимо 1-3 суток.

3) Любой поглощенный катион может быть вытеснен и заменен другим катионом почвенного раствора;

4) Энергия обменного поглощения различных катионов зависит от валентности, а при одинаковой валентности – от атомной массы иона. Она увеличивается с увеличением валентной и атомной массы. Исключением является водород, который хотя и имеет меньшую атомную массу, обладает высокой энергией поглощения и вытесняет другие катионы.

Li<Na<K<NH4<Mg<Ca<H<Al<Fe

внедрение вытеснение

5) Обменное поглощение – процесс в основном обратимый.

6) Интенсивность поглощения катионов зависит от концентрации раствора. Чем ниже концентрация, тем более активно поглощение катионов.

2. Емкость поглощения и состав обменно-поглощенных катионов различных типов почв.

В поглощенном состоянии в почве могут находится различные катионы: кальций, магний, калий, натрий, аммоний, водород, алюминий и др. Общее количество всех поглощенных катионов (по Гедройцу) называется емкостью поглощения (Е или ЕКО или Т), выражается в мг-экв\100 г почвы. ЕКО зависит от:

1) гранулометрического и минералогического состава;

Итак, большой емкостью поглощения обладают суглинистые и глинистые почвы (черноземы, луговые почвы – Е достигает до 30-70 мг-экв\100 г почвы). Почвы, имеющие легкий гранулометрический состав (песчаные, супесчаные, щебенчатые), а также почвы, богатые полуторными окислами (оксиды алюминия и железа), минералами каолинитовой группы, слюдами, имеют небольшую емкость поглощения (10-15 мг-экв\100 г почвы – это подзолистые, дерново-подзолистые почвы).

2) содержания в почве органических веществ;

Органические коллоиды почвы имеют емкость поглощения выше, чем минеральные. Например, Е гуминовых кислот – 350-500 мг-экв, а Е монтмориллонитовой глины – 80-120 мг-экв. Так как органических веществ в большинстве почв не более 5%, то Е обусловлена минеральными коллоидами. Чем выше содержание гумуса в почве, тем больше поглощение. Верхние горизонты почвы, содержащие больше органического вещества, обладают более высокой ЕКО, чем нижние горизонты.

3) реакции среды (при подщелачивании ЕКО увеличивается в 2 раза у каштановых почв; у черноземов – в 202,5 раза; у красноземов – в 4,5-5 раз).

Чем ниже концентрация ионов водорода в растворе, тем выше ЕКО. Кислая реакция, наоборот, уменьшает отрицательный заряд почвенных коллоидов и емкость поглощения катионов снижается.

В зависимости от типа почвы ЕКО варьирует в разных пределах (по Кауричеву)

Почва	ЕКО, мг-экв\100 г почвы
Дерново-подзолистая: песчаная среднесуглинистая глинистая	3 – 6 10 – 20 15 - 30
Серая лесная среднесуглинистая	15 - 30
Чернозем: типичный тяжелосуглинистый южный суглинистый	30 – 70 20 - 50
Светло-каштановая суглинистая	20 - 40
Краснозем суглинистый	13 - 25
Серозем типичный суглинистый	8 - 20
Солонец степной	17 - 29

Поглотительная способность относится к одному из наиболее существенных свойств почвы, т. к. она участвует в процессах почвообразования и развития плодородия. Поглотительная способность регулирует питательный режим почвы, обуславливая накопление многих элементов питания растений и микроорганизмов, регулирует реакцию почвы, степень ее буферности, водно-физические свойства. При анализе поглотительной способности почв, ее отдельных генетических горизонтов мы сталкиваемся с широким разнообразием величины ЕКО. Это разнообразие можно сгруппировать по степени выраженности поглотительной способности.

Если ЕКО 3 – 5 мг-экв\100 г почвы – крайне низкая поглотительная способность (элювиальные горизонты подзолистых почв);

5 – 10 – очень низкая (малогумусные почвы, сероземы);

10 – 15 – низкая (для влажных тропиков и субтропиков);

15 – 25 – средняя (серые и бурые лесные почвы);

25 – 35 – повышенная (характерна для гумусовых горизонтов сухостепных и полупустынных почв);

35 – 45 – высокая (для большинства черноземов);

45 – 60 – очень высокая (среднегумусные и тучные черноземы);

Более 60 – крайне высокая (типично только для отдельных компонентов почвенной массы: гумусовые вещества, вермикулит (65-145 мг-экв) и т. д.).

Состав обменных оснований в различных типах почв.

Состав поглощенных катионов в разных почвах различен и зависит от типа почвообразования, состава материнских пород и состава грунтовых вод. Наиболее распространенными во всех почвах являются кальций, магний, водород, алюминий, калий, натрий, аммоний.

Подзолистые и дерново-подзолистые почвы содержат кальций, магний, водород и алюминий. Водород и алюминий приводят к кислой реакции среды. Такие почвы имеют низкую Е, особенно в горизонте А2.

В черноземах преобладают кальций и магний, причем кальция больше, чем магния. Одновалентных катионов (натрий, калий, водород и аммоний) в поглощенном состоянии содержат мало. Емкость поглощения высокая.

Каштановые содержат меньше гумуса, чем черноземы и меньшую Е. Основные катионы – кальций, магний и натрий (до 3 %).

Солонцы – кальций, магний, натрий (более 20 %). Благодаря натрию в почве коллоиды имеют высокий потенциал, при котором гели переходят в золи.

Сероземы имеют низкую Е, в составе ППК преобладают кальций, магний; содержание калия и натрия не превышает 10-15 % от Е.

Красноземы – почвы влажных субтропиков. Это кислые почвы. В составе ППК преобладают водород и алюминий (до 70 – 80 % от Е) и немного кальция и магния.

Болотные почвы – содержат кальций, магний, водород, алюминий и аммоний в большом количестве.

3. Значение катионов в агрономических свойствах почв.

выяснил отношение растений к различным катионам и подразделил их на три группы:

1) Катионы, которые насыщая почву полностью дают нормальный урожай растений. К ним относятся кальций и стронций, а т. к. Последний не имеет практического значения, то можно сказать, что кальций представляет собой единственный катион, который насыщая почву, создает для растений вполне благоприятные условия;

2) Катионы магния, марганца, железа, алюминия и водорода. При полном насыщении ими растения гибнут, но внесение извести в той или иной степени исправляет урожай;

3) Катионы, обладающие ядовитыми свойствами по отношению к растениям и внесение извести в этом случае бесполезно – это аммоний, натрий, калий, кадмий, барий, никель, кобальт, медь.

Тоз считает «идеальной» почву, имеющую следующий состав обменных катионов: кальций – 65 %, магний – 10 %, калий – 5 %, водород – 20 % и немного марганца, меди, кобальта, цинка, никеля и других катионов.

Необходимо, чтобы в почве все катионы были в оптимальном количестве, т. к. Растениям нужен не только кальций.

Состав и количество обменных катионов сильно влияют на физические и химические свойства почв.

Кальций и натрий играют роль в структурообразовании. Кальций является хорошим коагулятором, способствует свертыванию почвенных коллоидов и образованию водопрочных агрегатов. Высокогумусированные почвы содержат в ППК кальция 98-99 %. Степень насыщенности почв кальцием определяется по формуле: VCa = SCa * 100/E * 100 %. Соколовский назвал кальций стражем структуры. Натрий имеет противоположное значение, приводит к пептизации почвенных коллоидов. Характерно для солонцовых почв. Они имеют неводопрочную структуру, большую твердость при высыхании и липкость при увлажнении.

Магний при небольшом содержании (до 15 % от Е) не оказывает неблагоприятные действия на свойства почв. Но если его много действует как натрий. Оптимальное соотношение кальция к магнию = 5 : 1.

Водород и алюминий обуславливают кислую реакцию среды.

Калий в поглощенном состоянии мало, но если много вызывает солонцеватость. Вильямс говорил, что калий приводит к обеструктуриванию почв.

Аммоний – это источник питания, но если много – это признак заболачивания, нехватка кислорода.

В последнее время в связи с применением физиологически кислых удобрений, выпадением кислотных дождей, потреблением кальция с\х культурами недостаток кальция наблюдается не только на кислых почвах, но и на нейтральных.

Градации степени насыщенности почв катионами, % (Pagel H., 1982)

Градации	Са	Mg	K	Na
Очень низкая	<5	<2	<0,5	<0,1
Низкая	5-20	2-10	0,5-1	0,1-2
Средняя	20-60	10-25	1-2,5	2-10
Высокая	60-90	25-40	2,5-10	10-25
Очень высокая	>90	>40	>10	>25

Сумма обменных оснований (S) – суммарное количество всех обменных катионов, кроме водорода и алюминия. Выражается в мг-экв\100 г почвы. Доля суммы поглощенных оснований от Е, выраженная в процентах называется степенью насыщенности почв основаниями. Почва, не содержащая водород и алюминий называется насыщенной основаниями и наоборот. Степень насыщенности почв основаниями определяется по формуле: V = S * 100\Е * 100%

Если V менее 50 % - сильно нуждается в известковании

50 – 70 % - средне нуждается

70 – 80 % - слабо нуждается

Более 80 % - не нуждается в известковании

4. Необменное поглощение катионов в почве.

Некоторые катионы могут частично закрепляться почвами в необменной форме. К ним относятся калий и аммоний, рубидий и цезий. Необменная фиксация этих катионов связана с закреплением их в кристаллической решетке некоторых минералов, имеющих трехслойную кристаллическую решетку (мусковит, вермикулит и монтмориллонит). Необменная фиксация обусловлена проникновением катионов в межпакетные пространства кристаллической решетки этих минералов. При последующем ее сокращении катионы оказываются в замкнутых гексогональных пространствах, образованных кислородными атомами двух кремнекислородных тетраэдрических слоев.

Необменная фиксация зависит от гранулометрического и минералогического составов. У черноземов она выражена сильнее, чем у подзолистых почв. Гумусовые вещества также обладают способностью необменно поглощать калий и аммоний. Поэтому это необходимо учитывать при внесении удобрений, так как снижается питание растений.

В последнее время трактуют о том, что этот процесс обратим.

Поглощение и обмен анионов в почве.

Почвенные коллоиды кроме катионов могут поглощать и анионы. Обменное поглощение анионов проявляется в сильнокислых подзолистых и дерново-подзолистых почвах из-за проявления базоидных свойств почвенных коллоидов. В почвах, имеющих слабокислую, нейтральную или щелочную реакцию обменное поглощение анионов выражено слабо или отсутствует

Лекция 4. Тема. Кислотность и щелочность почв.

1. Сущность кислотности, ее происхождение и формы.

2. Меры борьбы с кислотностью почв.

3. Щелочность почвы и ее формы.

4. Мероприятия по устранению щелочности почв.

5. Реакция среды основных типов почв.

Литература:

1.  Сущность кислотности, ее происхождение и формы.

Кислотность почв – это способность почвы подкислять почвенный раствор или растворы солей вследствие наличия в составе почвы кислот, а также обменных ионов водорода и катионов, образующих при их вытеснении гидролитически кислые соли (преимущественно алюминий).

Различают актуальную и потенциальную кислотность.

Актуальная кислотность почв – это кислотность почвенного раствора, обусловленная повышенной концентрацией в нем ионов водорода; наличием свободных кислот (угольная кислота) и водорастворимых органических кислот, гидролитически кислых солей и степени их диссоциации.

(В почве постоянно образуется СО2. При растворении СО2 в почвенной влаге, образуется угольная кислота, которая диссоциирует на Н+ и НСО3-. При этом повышается концентрация ионов водорода в растворе и он подкисляется. Чем выше углекислого газа в почвенном воздухе, тем больше его растворяется в почвенной влаге и тем сильнее подкисляется раствор).

Актуальная кислотность определяется измерением рН водной суспензии или водной вытяжки из почвы. Она оказывает непосредственное влияние на развитие растений и почвенных микроорганизмов.

Если рНводн = 4-5 – резкокислая – градации по Валькову.

5,1 – 6,0 – сильнокислая

6,1 – 6,5 – слабокислая

6,6 – 7,5 – нейтральная и близкая к ней

Потенциальная кислотность (скрытая) – кислотность ППК, т. е. ионы водорода и алюминия находятся в ППК.

В гумусовых горизонтах потенциальная кислотность обусловлена водородом, в горизонте В – алюминием. Источником водорода являются органические кислоты, которые образуются при разложении органических остатков и угольная кислота. Источником алюминия является кристаллическая решетка глинистых минералов.

В зависимости от характера выраженности различают 2 формы потенциальной кислотности – это обменная и гидролитическая.

Обменная кислотность – это кислотность, обусловленная обменно-поглощенными ионами водорода и алюминия, которые извлекают из почвы при обработке ее раствором нейтральной соли КCl.

Обменная кислотность ярко выражена в подзолистых, дерново-подзолистых почвах, красноземах, а также проявляется в серых лесных почвах, выщелоченных и оподзоленных черноземах, имеющих кислую реакцию среды. В почвах со слабокислой, нейтральной и щелочной реакцией среды обменная кислотность не проявляется.

При действии нейтральной соли обменная кислотность переходит в актуальную, вредную для растений и микроорганизмов.

Обменную кислотность выражают величиной рНсол или в мг-экв\100 г почвы. В величину обменной кислотности входит актуальная кислотность, следовательно, обменная кислотность почвы всегда больше, чем актуальная, а рН солевой вытяжки ниже, чем рН водной вытяжки.

Если рНсол – менее 4,0 – очень сильно кислые почвы

4,1 – 4,5 – сильнокислые

4,6 – 5,0 – среднекислые

5,1 – 5,5 – слабокислые

5,6 – 7,4 – нейтральные

При обработке почвы нейтральной солью не все ионы водорода и алюминия переходят в почвенный раствор. Часть их прочно закрепляется почвенными коллоидами, их можно вытеснить гидролитически щелочной солью – уксусно-кислым натрием. Эта кислотность называется гидролитической. Она свойственна даже черноземам. Эта кислотность характеризует общую кислотность почвы (и почвенного раствора и ППК) и выражается в мг-экв\100 г почвы.

Потенциальную кислотность определяют для того, чтобы решить вопрос о применении косвенных удобрений, для установления доз извести и возможного применения фосфоритной муки.

Т. о., кислотность почвы обусловлена фульвокислотами, органическими кислотами, образующихся при разложении растительных остатков. При этом под хвойными лесами их больше, поэтому кислотность таких почв выше. Под травянистой растительностью кислотность ниже. Кислотность увеличивают вносимые в почву физиологически кислые удобрения. Кислотность усиливает связь фосфора с полуторными окислами и снижает его доступность растениям; приводит к закупорке сосудов корневой системы, что снижает поступление элементов питания в растения; приводит к разрушению структуры, что приводит к ухудшению водно-физических свойств почвы, угнетению растений и жизнедеятельности микроорганизмов.

Негативное влияние кислотности на растения проявляется через недостаток кальция и повышенную концентрацию токсичных для растений ионов алюминия, марганца и водорода. В кислых почвах повышается растворимость железа, марганца, алюминия, бора, меди, цинка. При избытке этих элементов продуктивность растений снижается. Высокая кислотность понижает доступность молибдена. Кислая среда угнетающе действует на процессы аммонификации, нитрификации, фиксации азота из воздуха, ухудшая азотный режим почвы. Оптимальные условия для развития микрофлоры, определяющей эти процессы лежат в пределах 6,5 – 8,0.

Чувствительность растений к повышенному содержанию подвижных алюминия и марганца различна. Повышенное количество подвижного алюминия в почве приводит к нарушению у растений обмена веществ, формирования генеративных органов и оплодотворения; тормозит развитие корневых систем. Особую проблему представляет наличие его в подпахотном горизонте почвы, где повышенную кислотность нельзя устранить известкованием.

По чувствительности к повышенному содержанию подвижного алюминия выделяет 4 группы растений:

1) высокоустойчивые – тимофеевка луговая, овес;

2) среднеусойчивые – люпин, кукуруза, просо;

3) повышенно чувствительные – горох, репа, фасоль, гречиха, ячмень, пшеница яровая, лен, турнепс;

4) высокочувствительные – клевер луговой, свекла столовая и сахарная, люцерна, озимая пшеница.

Установлены критические пределы содержания алюминия в почве для ряда культур.

Критические пределы содержания алюминия

в почве для с\х культур

Культура	Количество алюминия в мг-экв\100 г почвы, снижающее урожай на
25-50 %	50-100 %
Овес	11-14	15-18
Кукуруза	7-8	8-10
Ячмень	7-8	8-10
Пшеница яровая	8-10	10-12
Лен-долгунец	8-10	10-12

В кислых и переувлажненных почвах растения могут страдать от повышенного содержания подвижного марганца, негативно влияющего на углеводный, фосфатный и белковый обмен, развитие генеративных органов, но растения могут выдержать более высокие концентрации растворимого марганца, чем алюминия.

2. Меры борьбы с кислотностью почв:

1) Известкование – это внесение в почву кальция и магния в виде карбонатов, окиси или гидроокиси для нейтрализации кислотности почв.

Это прием химической мелиорации, направленный не только на нейтрализацию, но и на улучшение ее агрофизических, агрохимических и биологических свойств почвы, обеспечение растений кальцием и магнием, направленных на мобилизацию и иммобилизацию (перевод элементов питания из недоступных форм в доступные) макро - и микроэлементов в почве, на создание оптимальных условий для жизни культурных растений.

Доза извести устанавливается по рНсол и V или по Нг.

Если рНсол = менее 4,5 – почвы сильно нуждаются в известковании

4,6 – 5,0 – средне

5,1 – 5,5 – слабо

Более 5,5 – не требуется известкования

По степени насыщенности почв основаниями:

Если V менее 50 % - сильно нуждаются в известковании

50 – 70 % - средне

70 – 80 – слабо

Более 80 % не нуждаются

ДСаСО3 = 1,5 * Нг, (т\га)

Д = Нг * h * d * 50 / 1000 = 1,5 * Нг

50 – молярная масса СаСО3 в г/моль. При использовании Са(ОН)2 дозу умножают на коэффициент 1,11, а СаО – умножают на 0,84

Сроки известкования определяются в зависимости от культуры: в апреле – под культуры ярового сева; в июне – августе – пол озимые.

Главная задача – это равномерно распределить по полю известь. Через 2-3 года рН приближается к нейтральной

ППК 2Н + СаСО3 ППКСа + Н2СО3 Н2О и СО2

Известковые удобрения:

а) мергель; б) мел; в) доломит; г) жженная известь (СаО)и гашенная известь (Са(ОН)2); д) известковые туфы; е) отходы свеклосахарной промышленности –дефекат.

2) Внесение физиологически щелочных удобрений – это натриевая селитра, мочевина, аммиачная селитра, термофосфат, фосфатшлак, фосфоритная мука и др.

3. Щелочность почвы и ее формы.

Различают актуальную и потенциальную.

Актуальная щелочность обусловлена содержанием в почвенном растворе гидролитически щелочных солей: карбонатов и гидрокарбонатов щелочных и щелочноземельных металлов.

Актуальная щелочность может быть общей, включающей в себя щелочность от нормальных карбонатов и гидрокарбонатов.

Актуальная щелочность выражается рНводн.

Если рНводн 7,2 – 7,5 – слабощелочная

7,6 – 8,5 – щелочная

Ьолее 8,6 – сильнощелочная.

Потенциальная щелочность обусловлена содержанием катиона натрия в ППК. По натрию в ППК различают почвы по степени солонцеватости: если натрия в ППК менее 3 % - несолонцеватые почвы; 3 – 10 % - слабосолонцеватые; 10 – 15 % - среднесолонцеватые; 15 – 20 % - сильносолонцеватые; более 20 % - солонцы

Щелочность почвы вредна для растений, а также вызывает ухудшение физических свойств почв: пептизацию почвенных коллоидов (органических и минеральных), обесструктуривание, заплывание, уменьшение водопроницаемости, увеличение липкости во влажном состоянии и твердости при высушивании; угнетает жизнедеятельность микроорганизмов. Но щелочность менее вредна, чем кислотность.

4. Мероприятия по устранению щелочности почв.

1) Гипсование – это внесение в почву гипса для улучшения ее физико-химических, физических и биологических свойств. Гипс вносится в почву, если содержание натрия в ППК более 10 %. Гипсование эффективно в зонах со средним количеством осадков не менее 350 мм в год или при орошении (НВ= 70 – 80 %), т. к. образованная соль должна быть вымыта из корнеобитаемого слоя.

ППК 2Nа + CaSO4 ППК Са + Nа2SO4

Д CaSO4 = 0,086 * (Nа – 0,1 Е) * h * d (Т\га)

В качестве гипсующих веществ применяют гипс и фосфогипс.

2) Применение кислых минеральных удобрений – это хлористый аммоний, сульфат аммония, суперфосфаты, аммиачная селитра.

3) Внесение навоза

4) Внесение лигнина

5) Кислование. В качестве средств кислования можно применять отходы промышленности, содержащие сильные кислоты или серу; последняя с помощью бактерий окисляется до серной кислоты. Но экономически не эффективно.

5. Реакция среды основных типов почв.

В природных условиях реакция почвенного раствора колеблется от рН 3 - 3,5 (в сфагновых торфах) до рН 9 – 10 (в солонцовых почвах) и рНв содовых солончаках), но чаще всего она не выходит за пределы рН 4-8.

Щелочную реакцию раствора имеют почвы сухих степей, полупустынь и пустынь – это южные черноземы и каштановые (рН = 7,2 – 8,5), сероземы (рН = 8,5), солонцы (рН = более 8,5).

Близкая к нейтральной (рН = 6,5 – 7,0) реакция раствора у выщелоченных, обыкновенных и типичных черноземов. Оподзоленные черноземы, темно-серые лесные почвы имеют слабокислую реакцию среды (рН = 6,0 – 6,5); дерново-подзолистые, подзолистые и болотные почвы имеют кислую и сильнокислую реакцию среды (рН = 4-5).

Кислые почвы занимают в нашей стране значительные площади и широко используются после окультуривания для выращивания зерновых, кормовых, овощных и технических культур.

Различные растения неодинаково относятся к реакции почв. Одни из них могут расти в очень широких пределах рН, а другие очень чувствительны к изменению среды. Большинство растений не могут развиваться при рН менее 3 и рН более 9.

Таблицу показать.

Лекция 5. Тема. Буферные свойства почв.

1. Понятие буферности почв.

2. Характеристика буферности различных типов почв.

3. Буферная емкость почв.

1. Понятие буферности почв.

В результате биологических, химических и физико-химических процессов постоянно образуются соли, кислоты или основания и происходит изменение его реакции. Выделение углекислоты при дыхании корней, образование азотной кислоты при нитрификации и др. кислых продуктов в процессе жизнедеятельности микроорганизмов приводит к подкислению почвенного раствора. Реакция среды изменяется и при внесении удобрений. При использовании физиологически кислых удобрений – раствор подкисляется, а при использовании физиологически щелочных происходит нейтрализация кислотности или подщелачивание раствора, что оказывает влияние на развитие культурных растений и микроорганизмов. Однако, изменение реакции под действием указанных факторов на разных почвах будет неодинаковым – на одних меньшим, на других большим. Поэтому почва обладает буферностью – это способность почвы противостоять изменению концентрации почвенного раствора при прибавлении кислоты или щелочи.