Учебно-методический комплекс дисциплины «Основы химико-педагогических исследований» для специальности 5В011200 — «Химия» (стр. 5 )

Цель: изучить значение почвенных коллоидов и их свойств в почвообразовательном процессе и почвенном плодородии.

Основные вопросы:

Значение почвенных коллоидов и их свойств в почвообразовательном процессе и почвенном плодородии. Размеры частиц и агрегатный состав почвенных коллоидов. Химический и минералогический состав почвенных коллоидов.

ЗНАЧЕНИЕ ПОЧВЕННЫХ КОЛЛОИДОВ И ИХ СВОЙСТВ В ПОЧВООБРАЗОВАТЕЛЬНОМ ПРОЦЕССЕ И ПОЧВЕННОМ ПЛОДОРОДИИ.

Важнейшую роль в выяснении значения почвенных коллоидов и их свойств в почвообразовательных процессах и почвенном плодородии сыграли работы выдающегося советского ученого академика (1872-1932). Гедройца, проведенные в первые десятилетия нашего века, были в большей части посвящены разработке вопроса о поглотительной способности почв - явления, открытого еще в середине ХIX столетия и привлекавшего внимание многих исследователей в нашей стране и за рубежом. Под поглотительной способностью почвы Гедройц понимал способность ее задерживать соединения или части их, находящиеся в растворенном состоянии, а также коллоидально распыленные частички минерального и органического вещества, живые микроорганизмы и грубые суспензии.

В зависимости от того, каким способом почва поглощает, какой при этом совершается процесс, Гедройц различал следующие виды поглотительной способности: 1) механическую; 2) физическую; 3) физико-химическую или обменную; 4) химическую и 5) биологическую.         Механической поглотительной способностью Гедройц называл «свойство почвы, как всякого пористого тела, не пропускать через себя, задерживать частицы, взмученные в фильтрующейся через почву воде, раз эти частицы больше некоторой величины». 

Физическая поглотительная способность почвы, по Гедройцу, связана с наличием свободной поверхностной энергии на поверхности соприкосновения твердых частичек почвы с почвенной влагой, которое вызывает притяжение или отталкивание поверхностью частиц целых молекул, а также основные продукты гидролитического расщепления солей слабых кислот и сильных оснований.

Физико-химическая, или обменная поглотительная, способность почвы, которую Гедройц называл поглотительной способностью в тесном смысле слова, заключается в том, что «почва способна обменивать некоторую часть содержащихся в твердой ее фазе катионов на эквивалентное количество катионов, находящихся в соприкасающемся с нею растворе».

Химическая поглотительная  способность почвы, по Гедройцу, «выражается в том, что те анионы растворенных солей, которые дают с катионами, находящимися в почвенном растворе, нерастворимые или малорастворимые соли, будут выпадать из раствора в виде соответствующих солей; выпадающий осадок будет примешиваться к твердой фазе почвы».

Биологическая поглотительная способность почвы «обязана своим существованием растениям  и  микроорганизмам, населяющим почвы. Те и другие в процессах жизнедеятельности поглощают из почвенного раствора различные вещества; эти вещества исчезают из раствора и перерабатываются в вещества тела поглощающих их организмов».

Наибольшее внимание уделял исследованию физико-химической, или обменной поглотительной, способности. Совокупность соединений, проявляющих способность к обменным реакциям, Гедройц назвал «почвенным поглощающим комплексом», который характеризуется с химической стороны как комплекс нерастворимых в воде алюмосиликатных, органических и органоминеральных соединений, а с физической стороны - как «совокупность тех почвенных соединений, которые находятся в почве в мелкораздробленном состоянии; это высокодисперсная часть почвы, ультрамеханическая ее часть по всей вероятности близко совпадает с коллоидальной частью почвы». Акад. Гедройц исследовал закономерности обмена катионов в почвах и влияние состава обменных катионов на свойства почв, определяющие условия  произрастания растений, разработал ряд методов изучения обменного поглощения катионов. На основе исследования состава поглощенных катионов в его работах даны характеристики основных почвенных типов и выявлена связь между свойствами почв и особенностями состояния их коллоидальной части; завершением этих исследований было создание классификации почв, построенной на коллоидно-химических признаках. Исследования акад. Гедройца были продолжены и развиты в нашей стране и за рубежом. Они послужили фундаментом для современных представлений о почвенных коллоидах и их роли в жизни почвы, имеющих важнейшее значение для почвоведения, агрохимии и смежных с ними наук.

РАЗМЕРЫ ЧАСТИЦ И АГРЕГАТНЫЙ СОСТАВ ПОЧВЕННЫХ КОЛЛОИДОВ

К коллоидальной фракции относят почвенные частицы, имеющие диаметр меньший, чем 0,2 мк.  Эта граница несколько отличается от принятой в коллоидной химии: обычно за верхнюю границу диаметра коллоидных частиц принимают 0,1 мк. Основанием дли этого изменения служит адсорбционная способность частиц различного диаметра, которая резко возрастает начиная с 0,2 мк  и ниже.

Почвенные коллоиды в основном представлены гелями и только небольшая часть их находится в почве в виде золей. Почвенные гели в некоторой части связаны с более крупными частицами почвы, покрывая их поверхность оболочками (пленками).

ХИМИЧЕСКИЙ И МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОЧВЕННЫХ КОЛЛОИДОВ

Коллоидная фракция, как почва в целом, состоит из органической и минеральной части.

Почвенные органические вещества (гуминовые кислоты, фульвокислоты, гумин) имеют высокую степень дисперсности. Можно считать, что основная часть гумуса входит в состав предколлоидной и коллоидной фракции, т. е. имеет размеры частиц < 0,001 мм (<1 мк).

Минеральная часть, обычно преобладающая в составе почвенных коллоидов, в основном состоит из вторичных  минералов, имеющих кристаллическое строение, и из аморфных веществ. Из первичных минералов в коллоидной фракции в небольших количествах встречаются кварц и слюды. Как уже упоминалось выше, кварц обладает значительной химической 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.

К вторичным минералам  с кристаллической структурой, часто встречающимся в составе почвенной коллоидной фракции, принадлежат глинные минералы группы гидрослюд (иллит, гидробиотит), группы монтмориллонита (монтмориллонит, бейделит, ноннтронит), группы каолинита (каолинит, галлуазит), а также неглинные минералы группы полуторных окислов (гетит, гиббсит и др.). Наибольшей степенью дисперсности из алюмосиликатных минералов отличается группа монтмориллонита (в том числе бейделлит). В коллоидной фракции карбонатных почв и материнских пород содержится то или иное количество карбоната кальция.

Аморфные вещества коллоидной фракции представлены гидрооокисями железа, алюминия, кремния, а также продуктами их взаимодействия (как аллофаны).

Аморфные образования, в которых развивается кристаллизация, и разрушающиеся глинные минералы, теряющие свою кристаллическую структуру, создают промежуточные формы между кристаллическими и аморфными веществами почвенных коллоидов.

Относительное содержание кристаллических и аморфных веществ в коллоидной фракции весьма различно для разных почв. Благодаря сложности определения число таких данных невелико. Лаатш приводит в качестве примера почву из Саксонской Швейцарии, образованную на базальте и богатую минералами монтмориллонитовой группы: емкость поглощения катионов ее фракции < 1 мк  на 87% определялась кристаллической частью и на 13% - аморфной. По данным Пальмана и сотрудников (Раllmаnn, Frei и. Hamdi,), среди бурых лесных почв средней Европы встреечаются почвы, коллоидная фракция которых содержит больше аморфных гелей, чем кристаллических глинных минералов. На основании своих исследований считает, что более 10% минеральной части почвенной фракции с частицами менее 0,01 мм составляют некристаллические коллоиды.

Контрольные вопросы для самоподготовки:

Охарактеризуйте значение почвенных коллоидов и их свойств в почвообразовательном процессе и почвенном плодородии? Назовите и дайте характеристику видам почвенной поглотительной способности? Каковы размеры частиц и агрегатный состав почвенных коллоидов? Охарактеризуйте  химический состав почвенных коллоидов? Охарактеризуйте  минералогический состав почвенных коллоидов? Какие минералы называются первичными? Приведите примеры. Какие минералы называются вторичными? Приведите примеры. 

Литература:

Химия почвы. – М.: ВШ, 1968 Формы соединений тяжелых металлов в почвах средней полосы Восточного Казахстана (фоновый уровень) – Сем-ск, 1999. Химическая экология. – Сем-ск, 2002. Геохимия. – М.: ВШ, 1979. Химия почв. - М.: МГУ, 1985. Методы анализа почв и растений. – Рига : Зинатне, 1987. Сборник методических указаний по лабораторным исследованиям почв и растительности Республики Казахстан. – Алматы. 1998. Почвы Семипалатинской области. – Алма-Ата, Наука, 1968. Почвоведение. – М.: Колос, 1982. Агрохимические методы исследования почв. – М.: Наука, 1975. Руководство по химическому анализу почв. – М.: МГУ, 1970. Содержание и формы микроэлементов в почвах. – М.: МГУ, 1979.

Лекция № 9,10. Поглощение катионов и анионов почвой.

Цель: изучить состав катионов и факторы, влияющие на процессы поглощения катионов почвой.

Основные вопросы:

Поглощение катионов почвой. Емкость обмена катионов. Скорость обмена. Факторы, влияющие на реакцию обмена. Поглощение анионов почвой.

ПОГЛОЩЕНИЕ КАТИОНОВ ПОЧВОЙ.

Поглощение почвой катионов было первым свойством коллоидов, подмеченным еще ранними исследователями в середине прошлого столетия (Уэй, Ван Беммелен). С тех пор изучение катионного обмена быстро развивалось; огромное значение в этом направлении имели работы в нашей стране и Г. Вигнера и его школы за границей. В настоящее время обмен катионов представляет собой наиболее разработанную часть учения о почвенных коллоидах.

       Катионы внешнего раствора, поглощаясь почвой, одновременно вытесняют из слоя компенсирующих ионов эквивалентное количество катионов, которые переходят в раствор.