География почв с основами почвоведения учебно-методический комплекс (стр. 11 )

б) внешний слой, или диффузный. Внешний слой может существовать только при наличии воды. Если почва высохнет, то ионы диффузного слоя переходят в неподвижный слой.

В целом коллоидная частица электронейтральна. Но в водном растворе, когда часть ионов внешнего слоя отщепляется в окружающую воду, частица приобретает заряд.

По знаку заряда почвенные коллоиды разделяются на:

отрицательные – ацидоиды (минеральные коллоиды), положительные – базоиды (типичных базоидов в почве нет), коллоиды с переменным знаком заряда – амфолитоиды (гумусовые кислоты, гидраты оксида железа и алюминия).

Почва носит отрицательный заряд. На прошлой лекции мы с вами рассматривали химический состав почв, и рассматривали элемент необходимый для питания растений – N. Если азота в почве нахватает, то необходимо вносить удобрения. В этом случае наиболее часто вносят: аммиачную силитру (NH4)2 SO4  и натриевую силитру  NaNO3 . Одно из этих удобрений загрязняет почву, а другое нет. Какая форма легко поглотиться почвой, а какая будет отторгаться?

аммиачную силитру (NH4)2 SO4  поглотиться, т. к. почва заряжена отриц.

натриевую силитру  NaNO3 будет отторгаться, поэтому очень часто и говорят о нитратной загрязнении, а не об аммиачном.

Основными свойствами коллоидов являются:

гидрофильность и гидрофобность, коагуляция и пептизация.

Обладая зарядом, коллоидная частица активно взаимодействует с молекулами воды окружающего ее раствора и гидратируется. Вокруг частицы образуется гидратная пленка из диполей воды. Коллоиды, способные удерживать многослойные пленки воды, называют гидрофильными, а слабо гидротированные – гидрофобными.

К гидрофобным коллоидам относится кремнекислота, гумусовые кислоты, белки, монтмориллонит; к гидрофобным – гидрооксид железа, каолинит.

Пример: на севере нашей области (Шахунский, Уренский районы) почвы в своем составе содержат монтмориллонит, молекулы которого притягивают к себе молекулы воды. Поэтому осенью к нашим ногам прилипает большое количество почвы, на ногах как дополнительные галоши из грязи. А, например, в районе Сухуми почвы насыщены каолинитом, которые слабо притягивают молекулы воды и поэтому даже после очень сильных дождей мы с вами по почве будем ходить как по асфальту.

Гидратация коллоидной частицы и заряд обусловливают устойчивость коллоидной системы в виде золя и препятствуют слипанию и агрегации коллоидных частиц. Золи (коллоидальные растворы) могут перемещаться по профилю почвы и удаляться. Это, как правило, сопровождается снижением плодородия, однако в высокоплодородных почвах коллоиды находятся в виде рыхлых сгустков, которые называются гелями (гель).

Коагуляция – это переход золя в гель, обратный же процесс называют пептизацией.

Например:  золь  →  гель

  сырое яйцо  сваренное яйцо

Коагулирующая способность катионов возрастает с увеличением валентности, исключение составляет ион водорода, коагулирующая способность которого выше двухвалентных ионов.

Коагуляция

  Обратимая  Необратимая

обратимо коагулируют катионы  необратимо Ca2+, Mg2+, Fe3+, Al3+.

  Na+, K+, H+

(вспомните, когда было практическое занятие по качественному составу гумуса. Вначале к почве добавляли NaОН → фильтровали → в раствор перешли гуминовые и фульвокислоты → в фильтрат добавляли НСI →  гуминовые кислоты выпали в осадок, т. е. они скоагулировали с Н. Если бы мы с вами далее добавили снова щелочь, то осадок бы исчез и произошел обратный процесс).

Пептизацию почвенных коллоидов можно вызвать, воздействуя на почву водой и особенно гидратами щелочей.

Поглотительная способность,

ее роль в плодородии почв

В зависимости от причин, определяющих явление поглощения, выделил пять видов поглотительной способности: 1) механическую, 2) биологическую, 3) химическую, 4) физическую, 5) физико-химическую.

Механическое поглощение зависит от механического состава почв и их плотности. Проявляется при фильтрации воды, когда в почвенных порах и капиллярах задерживаются относительно крупные частицы. Механическая поглотительная способность почв и грунтов обуславливает чистоту ключевых грунтовых вод, которые формируются из поверхностных вод, мутных от большого количества примесей. Явление механического поглощения чрезвычайно широко используется при устройстве искусственных фильтров для очистки воды.

(пример механического поглощения, мы с вами рассматривали на практических занятиях, когда делали качественный анализ водной вытяжки и солянокислой).

Биологическое поглощение связано с присутствием в почве животных и растительных организмов. В процессе своей жизнедеятельности растения и животные  усваивают из почвы подвижные соединения азота, фосфора, серы, калия, переводят их в ткани собственного тела и этим сохраняют от вымывания.

Почвенные микроорганизмы, приближаясь по размерам к коллоидам, обладают многими их свойствами, особенно в том случае, если микроорганизмы мертвы. На их поверхности может совершаться обмен катионов и анионов, т. к. белок, входящий в состав организмов, имеет амфотерную природу.

Химическое поглощение связано с образованием в почве труднорастворимых и нерастворимых соединений, которые скапливаются в почве и не вымываются.

Сейчас мы проведем качественный анализ на фосфор. Перед вами два штатива в которые вставлены воронки с фильтрами. В одной воронке черная почва, в другой песок. Фильтруем через них раствор фосфорнокислого Nа. 3 пробирки: в первую наливаем непосредственно раствор фосфорнокислого Na, во вторую фильтрат после песка, в третью фильтрат из под черноземной почвы и добавляем в каждую пробирку по несколько капель сульфатмолибденовой жидкости. По выпадению осадка мы установим насколько полно через почву прошел фосфат-ион, т. е. фосфат-ион и выпадает в осадок.

Как вы думаете, где раствор будет более мутным, в какой пробирке больше всего содержится фосфора?

(в исходном, песок. Чернозем д. б. чистым)

Физическая поглотительная способность заключается в способности почвы адсорбировать пары воды, растворенные в воде вещества, а также газы. Молекулы поглощенного вещества, облегая сплошным слоем твердые частицы почвы, удерживаются на поверхности последних с огромной силой, это имеет огромное практическое значение.

Так, например, в почве задерживается важное для растений вещество NH3 . В почву вносится водный раствор аммиака NH4OH. В почве это соединение легко и очень быстро распадается на NH3 и Н2О.

(жаркий день, вы выложили кусок мяса и забыли про него до вечера, вечером мясо очень плохо начинает пахнуть аммиаком, метаноаммиаком и начинает разлагаться со всеми вытекающими запахами.

И, сколько органических веществ отмирает в почве, человек умирает закапывают в землю и никаких запахов мы не ощущаем. Почему это происходит, а потому что все выделяющиеся газы аккумулируются мельчайшими почвенными частицами). В этом и состоит физическая поглотительная способность. 

Физико-химическая (обменная) поглотительная способность объясняется присутствием в коллоидной частице слоя компенсирующих ионов, способных к реакциям обмена на ионы того же знака заряда. Процесс обмена ионов в почвенной среде происходит в эквивалентном количестве (т. е. суммы валентностей обменивающихся ионов равны). Обменному поглощению подвержены больше всего катионы, однако в почве имеет место и анионное поглощение.

Давайте с вами проведем такой опыт. Два штатива, с воронками, фильтры с почвой: черноземная и песчаная подзолистая. Через почвы мы фильтруем 5-% й раствор хлорида калия (КСI) и в фильтрате определяем присутствие Са действием щавелевокислого аммония. Сильное помутнение фильтрата свидетельствует о вытеснении катиона Ca К.

(ППК)Са + КСI = (ППК)К + СаСI2

(в исходном растворе чисто, в песке чисто или слабое помутнение, в черноземе много).

Физико-химическая поглотительная способность в значительной мере обеспечивает режим питания растений, поскольку в поглощенном состоянии находятся такие элементы как Ca2+, К+, Mg2+, некоторые редкие и рассеянные химические элементы.

Энергия внедрения и вытеснения  у разных катионов различна и зависит от их валентности и атомной массы: чем выше валентность катиона (а в пределах одной валентности атомная масса), тем выше энергия поглощения и внедрения. Все катионы по этим признакам расположил в следующий ряд: Na+ NH4+ K+ Mg2+ H+ Ca2+ Ba2+ Al3+ Fe3+. Исключением из этого правила является одновалентный катион водорода, который имея наименьшую среди ионов атомную массу (равную 1), находится между двухвалентными катионами – кальцием и магнием. Высокая энергия поглощения у водорода объясняется тем, что в водном растворе он присоединяет одну молекулу воды (Н2О) и образует гидроксоний (Н3О+), который поглощается сильнее, чем другие одновалентные катионы.

Физико-химические свойства почв

их оценка.

Физико-химическая поглотительная способность обуславливает физико-химические свойства почв, в т. ч. емкость поглощения (катионное, необменное, анионное поглощение), кислотность и щелочность, во многом определяет буферную способность почв.

Емкость поглощения. Сумму всех катионов, находящихся в диффузном слое почвенных коллоидов и способных к обмену, называют емкостью поглощения и выражают в мг-экв на 100г почвы. Звисит от количества и состава минеральных коллоидов, а также содержания гумуса. Например, в суглинистых черноземах, содержащих 8-10% гумуса, составляет 40-50 мг-экв на 100г почвы, а в дерново-подзолистых суглинистых почвах, имеющих всего 2-3% гумуса, 15-20 мг-экв на 100г почвы.

Обменное поглощение катионов. Обменным поглощением катионов называется способность катионов диффузного слоя коллоидов обмениваться на эквивалентное количество катионов почвенного раствора. В обменном состоянии в почвах обычно находятся Ca2+, Mg2+, Na+, K+, H+, Al3+, NH4+, в незначительных количествах – Fe2+, Mn2+, а также  Li+, Sr+ и др.

По составу обменных катионов почву можно разделить на 3 группы:

Почвы, в которых среди поглощенных катионов преобладает Н, имеют кислую среду, содержат мало гумуса. В гумусе преобладают фульвокислоты, такие почвы бесструктурны, легко образуют корку после дождя, обладают плохими свойствами (подзолистые почвы). Почвы в почвенно-поглощающем комплексе которых содержатся Са, Мg имеют реакцию близкую к нейтральной, содержат много гумуса, преобладают гумины. Почвы хорошо оструктурены, обладают хорошими вводно-воздушными свойствами (черноземные). Почвы с преобладанием Na имеют щелочную реакцию, гумус очень подвижен, его мало, бесструктурны или обладают столбчатой структурой, обладают плохими вводно-воздушными свойствами (солонцы).

Необменное поглощение катионов происходит в потенциалопределяющем слое коллоидов. Катионы прочно закрепляются в почве и становятся недоступными для растений. Необменное поглощение катионов широко распространено в природе и присуще почти всем катионам, но в наибольшей степени это явление свойственно K+ и NH4+. Необменное поглощение – явление неблагоприятное, так как ионы K+ и NH4+ исключаются из раствора и становятся в очень слабой степени доступными растениям и микроорганизмам. На способность к необменному поглощению катионов оказывает влияние механический состав, минералогический состав (очень сильная у монтмориллнита), богатство гумусом.