Время вытеснения поглощенного кальция

Состав поглощенных оснований в почвах достаточно разнооб­разен: в почвах обнаружены поглощенные Са, Mg, К, Na, NH₄, Н и А1. Этот перечень касается лишь наиболее распространенных ионов. В почвенном поглощающем комплексе присутствуют Li, Mn, Rb, Cs, Ti, Ni и др.

Прочность связи поглощенных ионов с коллоидными частица­ми поглощающего комплекса зависит от зарядности катиона, его атомной массы, степени гидратации иона, а также от свойств само­го коллоида. Так, в коллоидных частицах, сохранивших кристалли­ческое строение (как, например, в монтмориллоните), поглощен­ные катионы входят в межплоскостные расстояния кристалличес­кой решетки и вытесняются оттуда с трудом.

Физическое состояние почвенного поглощающего комплекса в зависимости от состава поглощенных оснований

Состав поглощенных оснований определяет устойчивость погло­щающего комплекса, т. е. его сопротивляемость распыляющему дей­ствию воды.

Катионы по их осаждающему действию образуют следующий ряд (в порядке возрастающего влияния):

Na⁺ < NH⁴⁺ < К⁺ < Н⁺ < Mg²⁺ < Са²⁺ < Ва²⁺ < А1³⁺ < Fe³⁺.

Порядок, который образуют катионы по их влиянию на сопро­тивляемость коллоидов распыляющему действию воды, тот же, в каком эти катионы располагаются по их коагулирующей способно­сти и энергии их вытеснения и поглощения.

Таким образом, почвы, насыщенные двух- и трехзарядными ка­тионами, обладают устойчивым поглощающим комплексом; колло­иды находятся здесь преимущественно в форме водоустойчивого геля, способного склеивать более крупные частицы; обычно такие почвы обладают хорошей структурой.

Почвы, насыщенные однозарядными катионами, особенно на­трием, легко подвергаются распыляющему действию воды: их кол­лоиды при увлажнении переходят в золь.

Даже при незначительном увлажнении состав поглощенных кати­онов резко сказывается на состоянии почвы благодаря различиям в степени гидратации ионов и коллоидов. В зависимости от состава по­глощенных катионов набухание почвы при увлажнении (выраженное в % от первоначального объема) изменяется в следующих парамет­рах: Н - 5; Са, Ва - 7,7; Mg - 9,3; К - 15,5; Na - 26,8; Li - 50,0.

Если принять степень набухания почвы при насыщении ее водо­родом за единицу, относительное набухание почвы при насыщении другими катионами выразится следующими величинами: Н — 1; Са, Ва - 1,5; Mg - 1,8; К - 3,1; Na — 5,3; Li - 10.

Почвы, насыщенные натрием, при увлажнении набухают, зап­лывают, делаются воздухо- и водонепроницаемыми, при высушива­нии, резком уменьшении объема они разбиваются вертикальными трещинами на отдельные блоки. Все эти явления не наблюдаются, если почвы насыщены Са и Mg, а тем более А1 и Fe.

В природе встречаются кислые почвы, у которых в поглощаю­щем комплексе присутствует большее или меньшее количество по­глощенного водорода. Это почвы, не насыщенные основаниями.

Процентное содержание водорода в общей сумме поглощенных ионов (выраженном в мг экв на 100 г) служит показателем степени ненасыщенности почвы.

Присутствие в поглощающем комплексе ионов водорода, алюми­ния и железа обусловливает появление в почвах обменной кислотно­сти, обнаруживаемой при воздействии на твердую фазу почв не на­сыщенных основаниями растворов нейтральных солей. В результате реакции обмена часть катионов нейтральной соли поглощается твер­дой фазой почвы, а взамен ее в растворе появляется эквивалентное количество ионов водорода и алюминия, находившихся в поглощаю­щем комплексе. Например, при воздействии на почву КС1 в резуль­тате обменных реакций с поглощенным водородным ионом в раство­ре появляется соляная кислота; реакция идет по схеме

(Кол.) Н+ + КС1 -4 (Кол.) К+ + НС1

При обмене с поглощенным алюминием (А1С13 — соль слабого основания и сильной кислоты) в воде она гидролитически расщеп­ляется по реакции

А1С13 + ЗН2ОА1(ОН)3 + ЗНС1

В результате в растворе появляется также соляная кислота, а гид­рат оксида алюминия выпадает в осадок. В случае если почва обра­батывается раствором основной, гидролитически расщепляющейся соли (соли сильного основания и слабой кислоты, например, уксус­нокислым натрием), из поглощающего комплекса можно вытеснить еще некоторое дополнительное количество обменного водорода по сравнению с вытесняемым нейтральной солью. Появляющаяся кис­лотность называется гидролитической.

Обменная емкость поглощающего комплекса почвы и состав обменных катионов определяют буферность почвы — ее способность нейтрализовать кислоты или щелочи и противодействовать измене­нию реакции почвенного раствора. Если в коллоидном поглощаю­щем комплексе почвы находится способный к обмену ион водоро­да, она буферна по отношению к щелочам:

(Кол.) Н⁺ + NaOH -» (Кол.) Na⁺ + Н₂0

если же она содержит способные к обмену основания (кальций, маг­ний, калий), она обладает буферностью по отношению к кислотам:

(Кол.) Са²⁺ +H₂S0₄ -» (Кол.) 2Н⁺ + CaS0₄

Буферность почв по отношению к действию кислот способству­ет также реакции необменного связывания водорода с почвенным гумусом в кристаллических решетках глинистых минералов.

Таким образом, состав поглощенных ионов определяет многие физические и химические свойства почв. Регулируя состав погло­щенных ионов, многие свойства почвы можно улучшить.

Известкование кислых ненасыщенных почв, внесение гипса в почвы, содержащие в поглощающем комплексе натрий, направле­ны на изменение состава поглощенных оснований, замену водород­ного иона (известкование) или иона натрия (гипсование) кальцием, благоприятно действующим на почвы.

Физическая и физико-химическая поглотительная способность почв имеет большое значение как фактор, удерживающий от вымы­вания различные вносимые в почвы минеральные удобрения.

К почвам легкого гранулометрического состава, обладающим малой естественной поглотительной способностью, применяются различные мелиорации, предусматривающие увеличение в них кол­лоидной фракции. Наиболее распространенные из них — это землевание и кольматаж, внесение навоза, компостов и торфа.

Основатель учения о почвенном поглощающем комплексе К. К. Гедройц предложил использовать его состав и свойства как основу гене­тической классификации почв. Им было выделено две главные груп­пы, объединяющие четыре типа почвообразования.

А. Насыщенные основаниями.

1. Черноземный поглощающий комплекс. Насыщен Са²⁺ и Mg²⁺. Характеризуется устойчивостью поглощающего комплекса и боль­шой долей органических коллоидов, свойствен степным областям.

2. Солонцовый. В поглощающий комплекс кроме Са²⁺ и Mg²⁺ вхо­дит натрий. Этот тип почвообразования представлен фазами солон­чаков, солонцов и солодей. В фазе солонцов и солодей коллоиды легко диспергируются, поглощающий комплекс неустойчив. Солон­цовый тип почвообразования распространен локально в степных, пустынно-степных и пустынных областях и характерен для почв, формирующихся на засоленных породах или при воздействии ми­нерализованных, содержащих Na₂C0₃ грунтовых вод.

Б. Ненасыщенные основаниями.

3. Подзолистый. Содержит в поглощающем комплексе водород­ный ион Н⁺ и ион поглощенного алюминия, а также остаточные катионы Са²⁺ и Mg²⁺. Поглощающий комплекс неустойчив, в кис­лой среде идет разрушение и растворение минеральных и органи­ческих коллоидов и вымывание их из верхних горизонтов почв. Почвы подзолистого типа с ненасыщенным и неустойчивым погло­щающим комплексом, приурочены к влажным лесным и таежным областям.

4. Латеритный (в современной терминологии — ферсиаллитный и ферраллитный). Водородный ион и ион поглощенного А1³⁺ преобладают в составе поглощенных катионов. Поглощающий ком­плекс неустойчив, легко распадается с энергичным выносом про­дуктов распада (оснований, Si0₂). Этот тип почвообразования свой­ствен влажным, субтропическим и тропическим лесным областям.