Лекция 1. Вводная (стр. 1 )

Лекция 1. Вводная.

1. Предмет «Физико-химические свойства почв». Структура курса.

2. Связь дисциплины с другими предметами. Ученые и их вклад в развитие данного вопроса. Литература, необходимая для изучения дисциплины.

1. Предмет «Физико-химические свойства почв». Структура курса.

«Физико-химические свойства почв» - это дисциплина, изучающая физико-химические процессы в почве с помощью почвенных коллоидов, поглотительной способности, буферных, окислительно-восстановительных свойств, почвенных растворов, от которых зависят плодородие почв и выращивание с\х культур. Знания в этой области необходимы для разработки научно-обоснованных систем удобрений, севооборотов, проектов мелиорации земель в каждой конкретной зоне для определенного типа почв с учетом почвозащитных и энергосберегающих технологий.

Данная дисциплина изучается 1 семестр в количестве 62 часов, из которых 54 – аудиторных (18- лекции и 36- лабораторные) и 26 – самостоятельная работа.

Включает в себя 2 модуля:

1. Почвенные коллоиды и поглотительная способность почв.

2. Почвенный раствор. Кислотность, щелочность и буферность почв. Окислительно-восстановительные процессы.

Форма итогового контроля – зачет.

Лабораторные занятия 2-х часовые, один раз в неделю. Проходят в режиме: выполнение анализов, расчеты, выводы, решение практических задач. На основании этого в конце семестра проводится деловая игра, которая оформляется в виде реферата.

Кто хорошо занимается, не имеет пропусков – получают зачет автоматом. Менее 42 баллов – к зачету не допускаются; 43-59 – сдают зачет; более 60 – автомат. Пропуски по лекциям – отчитываются лектору.

2. Связь дисциплины с другими предметами. Ученые и их вклад в развитие данного вопроса. Литература, необходимая для изучения дисциплины.

Изучение курса «Физико-химические свойства почв» базируется на знаниях общей, органической, физической и коллоидной химии, физики, ботаники, физиологии растений, геологии и др. наук. И является основой для успешного освоения таких специальных дисциплин как агрохимия, земледелие, растениеводство
, кормопроизводство, с\х мелиорация, ландшафтный дизайн, землеустроительное проектирование, землеустройство, земельный кадастр и др.

В изучении разных разделов принимали участие многие ученые. Так первые представления о почвенных коллоидах появились в 18 веке. Академик одними из первых указал на значение свойств коллоидов в почвообразовании. Также коллоидами занимались , Антипов-, , Думанский, Борщов, , Келлерман. В.В., Малькаури, Вигнер, ,

Поглотительной способностью почв занимались англ. Ученый Уей, Маттсон, Гедройц.

Почвенный раствор изучали , , и др.

Окислительно-восстановительными процессами занимались , ,

Литература:

1.  Кауричев

2.  Муха

3.  Возбуцкая почв

4.  Горбунов коллоиды

5.  Орлов почв

Лекция 2. Тема. Почвенные коллоиды и их роль в плодородии почв (4 часа).

1. Понятие о почвенных коллоидах и краткие сведения о них.

2. Минералогический и химический составы почвенных коллоидов.

3. Строение коллоидной мицеллы. Электрокинетические свойства почвенных коллоидов. Гидрофильность и гидрофобность почвенных коллоидов.

4. Коагуляция и пептизация почвенных коллоидов и их значение в почвенном плодородии.

5. Тиксотропное состояние почв и его отрицательное значение в с\х производстве.

6. Роль коллоидов в создании почвенной структуры.

1. Понятие о почвенных коллоидах и краткие сведения о них.

Почва является сложной полидисперсной системой. Она состоит из твердой, жидкой и газообразной фаз, которые находятся в тесном взаимодействии между собой. Жидкая и газообразная фазы наиболее активны. Твердая фаза инертна, но ей принадлежит огромная роль в питании растений, т. к. она содержит основные элементы питания для растений.

Твердая часть почвы состоит из частиц различного размера. Большая роль в поглотительной способности в почве принадлежит ее тонкодисперсной части и в особенности коллоидам.

Коллоиды – это частицы, размер которых находится в пределах 0,0001-0,02 нм (или 0,001-0,2 мк).

Образование коллоидов в почве происходит 2-мя путями:

1) В результате раздробления крупных частиц, в процессе физического и химического выветривания;

2) Конденсационным путем вследствие химического и физического соединения молекул или ионов.

Коллоиды принимают активное участие в физико-химических процессах. Их отдельно выделяют в почвенно-поглощающий комплекс (ППК).

(Коллоиды очень широко распространены в природе. Мы постоянно с ними встречаемся, часто не замечая этого, в быту, промышленности, сельском хозяйстве. Драгоценные камни, пищевые продукты, одежда, обувь, мутная вода в реках, почвах содержат коллоиды).

Вследствие малого размера коллоидные частицы имеют большую общую поверхность и большую поверхностную энергию, благодаря которой обладают способностью поглощения.

Количество коллоидов в почве колеблется от 1-2 до 30-40 % к массе почвы. Содержание их зависит от: 1) содержания гумуса и его качества; 2) гранулометрического состава.

По почвенному профилю коллоиды распределены неодинаково в зависимости от типа почв. В черноземных, каштановых и дерновых почвах коллоиды распределены по профилю равномерно; подзолистых, дерново-подзолистых и серых лесных почвах коллоиды накапливаются в горизонте В.

Так первые представления о почвенных коллоидах появились в 18 веке. Академик одними из первых указал на значение свойств коллоидов в почвообразовании. Также коллоидами занимались , Антипов-, , Думанский, Борщов, , Келлерман. В.В., Малькаури, Вигнер, ,

2. Минералогический и химический составы почвенных коллоидов.

Почвенные коллоиды состоят из минеральных, органических и органо-минеральных веществ.

Минеральные коллоиды представлены в основном вторичными минералами: глинистыми минералами (каолинит и монтмориллонит), полуторными окислами железа и алюминия, гидрослюдами.

Из первичных минералов в коллоидной фракции встречается в небольших количествах кварц и слюды. Кварц обладает значительной стойкостью и сохраняется даже при высокой степени выветривания, в отличие от других первичных минералов, таких, как полевые шпаты, которые в измельченном состоянии легко поддаются выветриванию и поэтому практически отсутствуют в мелких фракциях.

Чаще всего встречаются в почвах глинистые минералы (алюмосиликаты), которые обладают высокой емкостью поглощения, особенно монтмориллонит (Е – 80-120 мг-экв\100 г почвы), у каолинита Е =мг-экв\100 г почвы.

Глинистые минералы играют особое значение в плодородии почв.

Монтмориллонитовая группа встречается в основном в рыхлых почвах, имеет 3-х слойную кристаллическую решетку, состоящую из 2-х тетраэдров и 1 октаэдра. За счет этого строения связь химических элементов слабая, проникновение воды хорошее, что усиливает набухание, липкость, связность почв и их распыленность.

Каолинитовая группа состоит из 2-х слойной кристаллической решетки (октаэдра и тетраэдра). Это более прочная связь, вода проникает труднее и такие почвы не набухают. Глинистые минералы способны к коагуляции при воздействии с 2-х и 3-х валентными катионами и легко пептизируются при подщелачивании (натрий и калий).

Кремниевые кислоты – образуются за счет гидролиза силикатных минералов и при взаимодействии с кальцием и магнием образуют прочные соединения, которые обуславливают в почве цементирующее действие.

Химический состав минеральных коллоидов представлен: окись кремния от 40 до 60 %; окись алюминия – 10-25 %; окись железа – 5-10% и небольшое количество соединений кальция, магния, титана, марганца, калия, натрия, фосфора, серы и микроэлементов (бор, цинк, кобальт, медь и др.)

Количество указанных элементов зависит от породы и условий, в которых образовались коллоиды; климата, возраста почвы, растительности, микроорганизмов и др. причин.

Органические коллоиды образуются в результате разложения растительных и животных организмов. Они состоят из ГК, ФК, их солей, лигнина, протеина, клетчатки, смол, белковых веществ микроорганизмов и др. сложных соединений. Наиболее важными химическими элементами этих соединений являются углерод, водород, кислород, азот, сера и фосфор, а также они содержат небольшое количество оснований натрия, калия, кальция, магния, алюминия, железа, кремния.

Заряжены отрицательно. У органических коллоидов отрицательный заряд и способность к обменному поглощению катионов обусловлены карбоксильными группами (СООН), которые придают кислотные (ацидоидные) свойства, а также гидроксильными группами (ОН), водород которых может быть замещен другими катионами.

Характерной особенностью органических коллоидов является высокая емкость поглощения 100-200 мг-экв\100 г почвы. Органические коллоиды находятся в тесной связи с минеральными коллоидами и небольшая часть находится в свободном состоянии.

Органо-минеральные коллоиды представлены минеральными коллоидами, поверхность которых покрыта органической пленкой. Заряжены отрицательно. Характеризуются высокой емкостью поглощения (Но все же состав и строение изучены слабо).

3. Строение коллоидной мицеллы. Электрокинетические свойства почвенных коллоидов.

Чтобы понять свойства почвенных коллоидов, необходимо ознакомиться с их строением.

Коллоидная частица, вместе с находящимся на ее поверхности слоями ионов и молекул воды, называется коллоидной мицеллой ( по ).

Во влажном состоянии мицеллы могут быть (хотя и не всегда) отделены друг от друга раствором, который называется межмицеллярным или интермицеллярным раствором. Внутренняя часть мицеллы называется ядром, которое представляет собой агрегат недиссоциированных молекул какого-либо вещества (глинистые минералы, гуминовые кислоты, кремнезем, гидроксид алюминия и др.). На границе с дисперсной средой в результате диссоциации внешних молекул ядра или поглощения ионов из дисперсионной среды, на поверхности ядра формируется двойной электрический слой ионов (ионогенный слой). Внутренние, т. е. находящиеся на ядре, ионы называются потенциалопределяющими, а внешние – компенсирующие противоположнозаряженные. Потенциалопределяющие ионы обычно имеют отрицательный заряд, а компенсирующие – положительный. Компенсирующие ионы в почвоведении называют обменными или поглощенными катионами. Сумма этих катионов составляет емкость поглощения почв. Значительная часть поглощенных катионов расположена рядом с потенциалопределяющими ионами и образует неподвижный слой ионов. Над ним лежит диффузный слой ионов, постепенно сливающийся с интермицеллярным раствором. Ядро мицеллы вместе с потенциалопределяющими ионами называется гранулой. Гранула вместе с неподвижным слоем компенсирующих ионов называется частицей.

Схема строения коллоидной мицеллы

Таблица

В результате диффузии внешнего слоя между потенциалопределяющим и диффузным слоями возникает разность потенциала, которая обуславливает заряд коллоидной частицы и называется электрокинетическим или дзета-потенциалом. Величина его в разных почвах колеблется от 0 до 40-70 мВ в зависимости от природы коллоидов, поглощенных катионов, состава и концентрации солей в почвенном растворе. Когда электрокинетический потенциал равен 0, коллоид находится в электронейтральном или изоэлектрическом состоянии, называемом изоэлектрической точкой коллоида.

Величина потенциала имеет большое значение для свойств почвенных коллоидов. При высоком потенциале 60-70 мВ, когда силы электрического отталкивания между частицами велики, коллоиды при достаточной влажности почвы представлены золями. И такие почвы расплываются, вязкие и липкие. При низких значениях (30-40 мВ) потенциала силы притяжения между частицами выше и коллоиды представлены гелями.

В зависимости от состава ионов в потенциалопределяющем слое коллоиды могут иметь отрицательный, положительный или переменный заряд:

1) Ацидоиды – поверхность частиц заряжена отрицательно, обменными ионами являются катионами. К ним относятся минеральные, органические и органо-минеральные коллоиды, представленные гумусовыми кислотами, кремнекислотами, глинистыми минералами. Преобладают в черноземах, каштановых, дерновых, серых лесных почвах.

2) Базоиды – поверхность частиц заряжена положительно, обменными ионами являются гидроксильные ионы и другие анионы (гидрат окиси железа).

3) Амфолитоиды – поверхность частиц заряжена положительно или отрицательно в зависимости от рН среды. В кислой и нейтральной среде ведут себя как базоиды, а в щелочной – как ацидоиды. К амфолитоидам принадлежат гидроокиси железа и алюминия и органические коллоиды, представленные белковыми веществами, в основном плазмой микроорганизмов.

Заряд коллоидов легко обнаружить с помощью явлений электроосмоса и электрофореза.

Явление электроосмоса впервые наблюдал еще в 1807 году Рейс в Москве (этот способ обычно применяют для определения заряда у коллоидов почв и глин). В кусок влажной глины он вдавливал два отрезка стеклянной трубки в полученные таким образом стаканчики с глиняным дном насыпал хорошо промытый мелкий песок и потом наливал воду. Опустив в стаканчики с совершенно прозрачной водой электроды от вольтова столба и включив ток, Рейс наблюдал, что в трубке с положительным электродом вода постепенно становилась мутная, т. к. в нее через слой песка проникали частички глины. При этом уровень воды в данном стаканчике понижался, а в стаканчике с отрицательным электродом, наоборот, повышался, т. е. жидкость имеет положительный заряд, а почва – отрицательный.

Электроосмос – это движение жидкости через капилляры под действием электрического тока. Чем больше заряд почвенных коллоидов, тем быстрее будет двигаться жидкость.

Электрофорез – это движение диспергированных частиц в жидкости под действием электрического тока.

Если почвенную суспензию или коллоидный раствор гидроокиси железа поместить в согнутую У-образную трубку, в открытые концы которой опустить две пластинки, соединенные с источником постоянного электрического тока, то через некоторое время можно заметить, как возле одной из пластинок будут накапливаться коллоидные частицы, а возле другой раствор станет прозрачным. В этом случае, когда коллоидные частицы имеют отрицательный заряд, они будут двигаться к положительному полюсу и наоборот.

По строению почвенные коллоиды бывают аморфные, кристаллические и переходные от аморфных к кристаллическим.

Различное строение коллоидов сказывается на их свойствах и свойствах всей почвы.

Аморфными (изотропные) называют тела, которые во всех направлениях имеют одинаковые свойства (твердость, теплопроводность, оптические свойства и др.). В аморфных телах нет строгого расположения атомов, ионов, молекул, поэтому они не имеют определенной внешней формы. Аморфные коллоиды имеют большую поверхность и легче вступают во взаимодействие с водой, солями и друг с другом.

В кристаллических телах свойства будут различны в зависимости от направления, в котором свойство изменяется, поэтому они анизотропны. Например, кристаллы слюды раскалываются легко, в другом – трудно, т. е. в различных направлениях обладают различной механической прочностью. Разница объясняется различием в строении аморфных и кристаллических тел. В кристаллических телах ионы расположены относительно друг друга строго закономерно, образуя пространственную решетку. Кристаллические коллоиды имеют меньшую поверхность и труднее взаимодействуют с водой, солями и с другими коллоидами.

Гидрофильность и гидрофобность почвенных коллоидов.

По отношению к жидкой фазе почвенные коллоиды делятся на гидрофильные и гидрофобные коллоиды. Частицы первых адсорбируют на своей поверхности молекулы и гидротированные ионы жидкой фазы. Поэтому каждая частица гидрофильного коллоида окружена жидкой оболочкой (ГК, кремнекислота, монтмориллонит).

Частицы гидрофобных коллоидов не адсорбируют молекул жидкой фазы. Поэтому такие почвы характеризуются плохой смачиваемостью (гидроокиси железа и алюминия, каолинит).

4. Коагуляция и пептизация почвенных коллоидов и их значение в почвенном плодородии.

В зависимости от наличия или отсутствия заряда коллоиды могут находится в состоянии золя или геля.

Золь – коллоидный раствор. Обусловлен наличием заряда в коллоидной системе; представляет состояние коллоидно раздробленного вещества, рассеянного в дисперсионной среде.

Гель – коллоидный осадок. При отсутствии заряда в коллоидной системе дисперсная фаза укрепляется и отделяется от дисперсионной среды.

Благодаря наличию одноименных зарядов коллоидные частицы в растворе не могут сближаться, а находятся во взвешенном состоянии. При лишении заряда они сближаются, сталкиваются и слипаются друг с другом. Процесс соединения коллоидных частиц называется коагуляция, следующее за ним осаждение - седиментация. Минимальная концентрация солей, при которой наступает коагуляция коллоидов называется порогом коагуляции.

Обратный процесс коагуляции, т. е. переход из геля в золь называется пептизация. Это связано с восстановлением заряда коллоидной системы, повышением дзета-потенциала. Не все коллоиды могут легко переходить из состояния геля в золь. Такие коллоиды называют необратимыми. Коллоиды, переходящие из золя в гель и обратно, называют обратимыми.

В природных условиях коагуляция происходит под влиянием периодического высушивания почвы, нагревания, увлажнения, промораживания, изменения реакции среды и других причин. Почвенные коллоиды теряют водную оболочку, электрический заряд, слипаются друг с другом и выпадают в осадок.

При насыщении ППК катионами натрия образуется золь, что приводит к распыленности почвы, увеличению заряда почвенных коллоидов и гидратации. Замещение натрия кальцием способствует переходу из золя в гель и образованию водопрочной структуры.

Коагулирующая способность катионов возрастает с увеличением их валентности и атомного веса:

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

Cl<SO4<PO4

Итак, чем выше валентность катиона, тем больше способность катиона к внедрению. При реакции обмена внедрение катионов из раствора во внешний слой коллоидных частиц сопровождается одновременным вытеснением эквивалентного количества катионов из компенсирующего слоя в раствор. Способность быть вытесненным так же, как и способность к внедрению, различна у разных катионов. Общее правило следующее: чем легче катион внедряется, тем с большим трудом он вытесняется. Одновалентные ионы могут быть легче вытеснены из поглощенного состояния, чем двухвалентные, а последние легче, чем трехвалентные.

Реакция почвы также влияет на состояние коллоидов. Кислая реакция способствует растворению некоторых коллоидов, таких как гидроокиси алюминия; щелочная реакция способствует выпадению в осадок коллоидов полуторных окислов и переходу в состояние золя органических коллоидов.

Сильно влияют на свойства почвы золи, несмотря на их малое содержание в почве в сравнении с гелями. Заполняя промежутки между крупными частицами почвы, золи делают почву труднопроницаемой для воды и воздуха, тем самым ухудшая водный, воздушный, тепловой и питательный режимы почвы.

В с\х производстве пептизация играет отрицательную роль. Почву весной необходимо обрабатывать только в спелом состоянии (когда она не пылит и не прилипает к орудиям). Это обосновано с точки зрения учения о свойствах коллоидов. Когда орудие раздвигает почву, имеющую высокую влажность, то его действие будет аналогично действию разминания, которое способствует пептизации коллоидов.

6. Тиксотропное состояние почв и его отрицательное значение в с\х производстве.

Тиксотропия – это изотермическое обратимое превращение золя в гель (это первоначальное определение затем было видоизменено и дополнено).

Тиксотропия – это особый вид коагуляции, при которой дисперсная фаза мицеллы коллоидной системы застудневает вместе с дисперсионной средой (интермицеллярным раствором).

Такая тесная связь мицеллы и жидкой фазы обычно происходит самопроизвольно. При механическом воздействии (например, при встряхивании или перемешивании при обработках) иногда золь переходит снова в гель. И наоборот.

Тиксотропные почвы встречаются в тундровой, таежно-лесной, степной, субтропической и тропической зонах. В яркой форме тиксотропия проявляется в слитных почвах и отдельных горизонтах подзолистых, черноземных, краноземных и других почвах.

Причины тиксотропного состояния почв и пород, связанные:

1) минералогическим составом. Значение его состоит в том, что более гидрофильные минералы (монмориллонит, вермикулит) легче образуют тиксотропные гели, чем гидрофобные.

2) дисперсностью. При повышении степени дисперсности гидрофильность минералов резко увеличивается.

3) гидрофильностью.

4) влажностью. Чем выше влажность, тем выше гидрофильность и тиксотропия.

5) составом обменных оснований. Поглощенные катионы играют существенную роль для образования тиксотропии. Тиксотропия сильнее развита в тех почвах, которые в ППК содержат больше натрия и калия, чем магния и кальция. Т. е. в солонцах тиксотропия развита сильнее, чем в слабосолонцеватых почвах. Но почвы, которые содержат кальций и магний, но имеющие высокую дисперсность и набухающие минералы тоже способны к тиксотропии, но в меньшей степени.

6) формой коллоидов. Удлиненные неправильной формы коллоидные частицы более склонны к образованию тиксотропных гелей, чем шарообразные.

Т. о., тиксотропное состояние почвы имеет отрицательное значение. Поскольку силы сцепления твердых частиц между собой очень слабые, то почва легко размывается при небольшом уклоне местности, образуя плывуны.

Поверхность тиксотропной почвы до механического воздействия ничем не отличается от почвы, не имеющей такого свойства. При обработке почвы она становится текучей, а оставление ее в покое снова приводит к увеличению вязкости и затвердеванию.

Тиксотропные почвы имеют плохой водный, воздушный, тепловой, питательный режимы почв, что приводит к протеканию восстановительных процессов и оглеению. Приостановление тиксотропных процессов сводятся к улучшению физических свойств:

1) осушение

2) внесение коагуляторов

3) минеральные удобрения

4) органические удобрения

5) посев многолетних трав

6) химическая мелиорация.

Коллоиды изменяются и без видимых причин: стареют. Под старением понимают самопроизвольное, направленное в сторону увеличения пассивности коллоидной системы. Старение не сопровождается изменением химического и минералогического состава, но свойства изменяются резко: коллоиды становятся более гидрофобными, коагулируют, утрачивают связь с дисперсионной средой, степень дисперсности уменьшатся, частицы кристаллизуются, адсорбция снижается.

6. Роль коллоидов в создании почвенной структуры.

Почвенные коллоиды – активный фактор структурообразования. Образование структурных агрегатов происходит за счет склеивания почвенных механических элементов почвенными коллоидами, как органическими, так и минеральными. В различных почвах отношение более крупных механических элементов к коллоидам различно: в легких почвах это отношение велико и коллоидов недостаточно для образования структуры; наоборот, в тяжелых почвах избыток глинистой фракции. Та и другая крайность создают неблагоприятные условия для структурообразования. Оптимум находится при среднем соотношении коллоидов и более крупных механических элементов. Кроме количества коллоидов, в образовании структуры играет их состав. Органические коллоиды обладают лучшими клеящими свойствами по сравнению с минеральными. Основную роль при этом играют специфические гумусовые коллоиды почвы.

На образование структуры оказывает состав обменных катионов: 2-х валентные катионы (кальций, магний) образуют агрегаты, обладающие высокой водопрочностью. При насыщении ППК натрием, придающего частицам высокий потенциал, прочные агрегаты не образуются. При увлажнении они распадаются и почвы заплывают. 3-х валентные катионы (алюминий, железо) в поглощенном состоянии оказывают в некоторых условиях хорошее структурообразующее действие (краснозем). Но этот вопрос изучен недостаточно.

Коллоиды ответственны за водный, воздушный, тепловой режимы почв. Коллоиды в почве в значительной степени обеспечивают поставку растениям азота, фосфора, серы, калия, кальция и др. элементов питания. А также влияют на доступность фосфора, обуславливают поглотительную способность почв.

Т. о., знание особенностей коллоидной части почв в агрономии является основой правильного подхода к построению агротехнических приемов, к мероприятиям по сохранению и повышению плодородия почв. Учитывая важное значение коллоидов в жизни почвы образно назвал их «живой плотью почвы».

Немецкими исследователями Флайгом, Шаррером и Шолем установлено влияние почвенных коллоидов на обмен углеводов в проростках зерновых культур. Некоторые фракции коллоидного гумуса участвуют в мобилизации и превращении закисных соединений, вовлеченных в процессы оглеения и подзолообразования.

Лекция 3. Тема. Поглотительная способность почв.

1. Понятие о поглотительной способности почв. Виды поглотительной способности почв и их характеристика с агрономической точки зрения.

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

3 Роль отдельных катионов в агрономических свойствах почв и развитии растений.

4. Необменное поглощение катионов в почве. Поглощение и обмен анионов в почве.

Литература:

1. Понятие о поглотительной способности почв. Виды поглотительной способности почв и их характеристика с агрономической точки зрения.

Поглотительная способность почв – это способность поглощать различные вещества (твердые, пары воды и газы) из раствора, проходящего через нее и удерживать их.

Это свойство почвы играет большую роль в питании растений и превращении внесенных удобрений. Благодаря поглотительной способности почва удерживает легкорастворимые соединения, элементы питания, гумусовые вещества. У разных почв поглотительная способность различна и зависит от содержания коллоидов. Связь между ними прямая.

различал пять видов поглотительной способности:

1) биологическая

2) механическая

3) физическая

4) химическая

5) физико-химическая ли обменная

Биологическая поглотительная способность связана с наличием в почве корней живых растений и микроорганизмов, которые избирательно поглощают из почвенного раствора необходимые элементы питания и переводят их в органические соединения своих тел. Тем самым эти питательные вещества предохраняются от вымывания из почвы (кальций, калий, нитраты, фосфаты и др.) и накапливаются в почве. После отмирания растений происходит постепенная их минерализация, содержащиеся в них питательные элементы переходят в доступную форму для новых поколений растений и микроорганизмов.

По мнению Ковды растения на каждом гектаре поглощают и возвращают в почвы сотни килограммов химических элементов. Емкость поглощения корней растений колеблется от 10 до 80 мг-экв\100 г почвы. Бобовые растения более активные сорбенты, чем злаки.

Биологическое поглощение зависит от: аэрации, влажности, состава органического вещества, служащего энергетическим материалом для микроорганизмов.

Используя в качестве источника пищи и энергетического материала органические вещества, микроорганизмы разлагают их, переводят содержащиеся в них элементы питания в минеральную, доступную для растений форму. В то же время они сами потребляют некоторое количество питательных веществ (азот, фосфор, сера и др.) для построения своих тел, превращают их в органическую форму т являются конкурентами культурных растений. Но если процесс биологического поглощения питательных веществ микроорганизмами выражен слишком сильно, то это может неблагоприятно отразиться на питании культурных растений. Так, внесение в почву значительного количества богатого клетчаткой и бедного азотом органического вещества (соломы) вызывает быстрое размножение микроорганизмов, сопровождающееся усиленным потреблением минеральных форм азота и фосфора, а это приводит к ухудшению питания растений и снижению урожая. Поэтому при внесении соломы мы должны учитывать биологическую поглотительную способность. Каждая тонна соломы способствует изъятию из почвы через биологическую поглотительную способность 10 кг азота. Поэтому необходимо вносить вместе с соломой азотные удобрения.

Биологическим путем поглощаются катионы и анионы. Из катионов – это калий, сера, кальций, железо и др. Из анионов – хорошо поглощаются РО4 кислот, частично – сульфаты и карбонаты, а хлориды и нитраты вообще не поглощаются без живых организмов.

Биологическое поглощение играет особенно большую роль в превращении нитратных форм азота в почве (удобрения, содержащие нитратную группу лучше вносить весной – натриевая, калиевая, аммиачная, кальциевая селитр). А удобрения, содержащие хлор лучше вносить осенью (хлористый аммоний).

Т. о., в зависимости от конкретных условий биологическое поглощение питательных веществ микроорганизмами может иметь положительное и отрицательное значение. Например, в паровых полях протекает процесс нитрификации, т. е. образование нитратного азота и этот азот не закрепляется в почве и в последствии вымывается.

Но этими процессами можно регулировать – известкование кислых почв, внесение органических и минеральных удобрений и др.

Механическая поглотительная способность – это способность почвы как пористого тела задерживать мелкие частицы из фильтрующихся суспензий. Задерживаются те частицы, диаметр которых больше, чем диаметр пор почвы.

Чем тяжелее почвы по гранулометрическому составу, тем тоньше поры и выше механическое поглощение. Оно предотвращает от вымывания из почвы илистые и коллоидные частицы. Это поглощение способствует образованию новых почв (пойменных).

Отрицательной значение – это заиливание почвенных пор, что ведет к заболачиванию.

Механически в почве закрепляются нерастворимые в воде удобрения и мелиоранты (фосфоритная мука, известь, гипс).

Физическая (молекулярная) поглотительная способность – это положительная или отрицательная адсорбция частицами почвы целых молекул растворенных веществ.

Она зависит от суммарной поверхности твердых частиц. Чем больше в почве тонкодисперсных частиц, тем выше физическое поглощение. Оно происходит за счет сил поверхностного натяжения. За счет свободной энергии притягиваются целые молекулы паров, газа, растворенные в воде вещества и целые бактерии. При этом изменяется концентрация на поверхности этих частиц, но не меняется химический состав.

На почвенных частицах удерживаются кислород, углекислый газ, азот, водород, пары воды, аммиак. Наиболее энергично поглощается вода и аммиак, менее – углекислый газ, кислород и азот. Энергия поглощения газов снижается в следующей последовательности: пары воды, аммиак, углекислый газ, кислород, азот.

Физическое поглощение может быть положительным и отрицательным.

Положительное наблюдается тогда, когда молекулы растворенного вещества притягиваются к почвенным частицам сильнее, чем молекулы воды. Так поглощаются многие органические кислоты, алкалоиды, высокомолекулярные органические соединения.

Отрицательное физическое поглощение протекает у растворимых минеральных солей и неорганических кислот. Происходит обратный процесс. Молекулы воды закрепляются почвенными частицами сильнее, а растворенные вещества находятся в растворе (минеральные соли, кислоты, щелочи).

Для удобрений известна отрицательная адсорбция аниона хлора и нитратного азота, что обуславливает их сильную подвижность в почве и возможность вымывания из верхних слоев почвы при высокой влагообеспеченности. Такое вымывание хлора, вредного для большинства растений (особенно картофеля, табака, цитрусовых), имеет положительное значение, а для нитратного азота оно нежелательно. Поэтому это необходимо учитывать при внесении удобрений.

Физическая поглотительная способность имеет большое экологическое значение: 1) положительно сорбирует не только молекулы воды, но и молекулы газов и органических соединений, в том числе различных пестицидов, способствуя их закреплению и дальнейшему разложению; 2) на поверхности частиц удерживаются разные микроорганизмы. Различные почвы обладают неодинаковой способностью поглощать микроорганизмы. Чем тяжелее гранулометрический состав, чем больше гумуса, тем выше поглотительная способность по отношению к микроорганизмам. Бактерии при поглощении их почвой снижают свою биохимическую активность, благодаря чему улучшаются санитарные условия местности, очищаются воды колодцев и грунтовых вод.

Химическая поглотительная способность (хемосорбция) обуславливает образование нерастворимых или труднорастворимых соединений в результате химических реакций между отдельными растворимыми солями в почве.

Хемосорбция – поглощение преимущественно анионов в результате образования труднорастворимых соединений в процессе взаимодействия различных компонентов почвенного раствора.

Виды хемосорбции:

1) В качестве примера хемосорбции обычно приводят поглощение аниона РО43- в процессе образования труднорастворимых солей с катионами кальция, железа, алюминия почв.

(Почва) Са2+ + Са(Н2РО4)2 (Почва) 4Н+ + Са3(РО4)2

2) Осадочная сорбция фосфатов на поверхности почвенных частиц при взаимодействии анионов с катионами, находящиеся в поглощенном состоянии, например, на поверхности гидроокислов железа и алюминия

3) Комплексообразовательная сорбция – это алюмосиликатно-гумусово-железистые комплексы.

4) Образование при хемосорбционном и адгезионном взаимодействии органо-минеральных коллоидов или сорбционного гумусового комплекса.

Адгезия – склеивание или слипание поверхностей соприкасающихся друг с другом веществ различных состава и строения.

Этот вид поглощения лежит в основе прочного склеивания пленок гумусовых веществ с поверхностью минеральных коллоидов.

Следует отметить поглощение фосфатов с помощью механического захвата их аморфным кремнеземом. Этот процесс называется акклюдирование.

Химическое поглощение зависит:

1) от того, какие анионы находятся в почве. Анионы хлора и нитратный азот ни с какими катионами не образуют труднорастворимых соединений. Карбонаты и сульфаты с оновалентными катионами дают растворимые соли, а с 2-х и 3-х валентными – труднорастворимые. Фосфаты с одновалентными дают растворимые соли, а с 2-х и 3-х валентными – труднорастворимые.

2) состава коллоидов и реакции среды. Чем больше в почве амфолитоидов и чем кислее реакция среды, тем сильнее выражено химическое поглощение аниона. Гумусовые вещества снижают интенсивность поглощения фосфатов.

Химическая поглотительная способность имеет большое значение в закреплении почвами анионов фосфорной кислоты, органического вещества и катионов поливалентных металлов.