Лекции по материалам каждого модуля демонстрируются учебные кинофильмы и только потом студенты сдают промежуточный экзамен отдельно по каждому модулю

Вопросы: 4. Кислотность и буферная способность почв

5. Агрохимическая характеристика основных типов почв РФ, РСО-Алания

Вопрос 4. Кислотность и буферная способность почв
Реакция почвенной среды оказывает сильное влияние на развитие растений и почвенных микроорганизмов, на скорость и направленность происходящих в ней химических и биохимических процессов. Усвоение растениями питательных элементов, деятельность почвенных микроорганизмов, минерализация органических веществ, разложение почвенных минералов, растворение труднорастворимых соединений, коагуляция и пептизация почвенных коллоидов и другие физико-химические процессы в сильной степени зависят от реакции почвы.

Кислотность почвы вызывается наличием в почвенном растворе свободных ионов водорода и в почвенно-поглощающем комплексе ионов водорода и алюминия, то есть реакция почвенного раствора зависит от соотношения в нем ионов водорода и гидроксила (таблица 1) поглощенных ППК ионов Н⁺ и Аl⁺.

Таблица 1

Зависимость реакции почвенного раствора от концентрации

ионов водорода и рН

Реакция	рН	Концентрация Н+-ионов, г/л
Сильнокислая Кислая Слабокислая Нейтральная Слабощелочная Щелочная Сильнощелочная	3-4 4-5 5-6 7 7-8 8-9 9-11	10-3-10-4 10-4-10-5 10-5-10-6 10-7 10-7-10-8 10-8-10-9 10-9-10-11

Если концентрация ионов Н⁺ = ОН¯ = 10^-7, то отрицательный логарифм 10^-7 = 7

В чистой дистиллированной воде Н⁺ = ОН¯ = 10^-7, следовательно для такой воды рН = 7. если же начинает преобладать концентрация ионов Н⁺, то реакция раствора (или воды) смещается в сторону кислой, потому что на столько же уменьшается концентрация ионов гидроксила (ОН¯).

Произведение концентрации ионов для воды является величиной постоянной:

Как видно из таблицы, абсолютные концентрации ионов очень малы (10^-7 = 0,0000007) и очень неудобны для обозначения, поэтому принято выражать концентрацию ионов водорода в виде отрицательного логарифма числа 10, обозначаемого символом рН. Для чистой воды отрицательный логарифм будет составлять 7, то есть рН = 7 (lg10^-7 = 7 ∙ lg10 = 7 ∙ 1 = 7). Поэтому вместо Н⁺ = 10^-7 пишут рН = 7.

Щелочную реакцию имеют почвы сухих степей, полупустынь и пустынь – южные черноземы, каштановые почвы (рН-7,5), сероземы (рН до 8,5) и солонцы (рН до 9 и более).

Близкая к нейтральной (рН 6,5-7) реакция раствора у обыкновенного и мощного черноземов. Выщелоченные черноземы и серые лесные почвы имеют слабокислую реакцию (рН 5,5-6,0), а дерново-подзолистые и некоторые торфяные почвы – кислую или сернокислую реакцию (рН 4-5 и ниже).

Кислые почвы занимают в нашей стране огромные площади (десятки млн. га, в СССР было более 60 млн. га). Их широко используют для выращивания зерновых, кормовых и овощных культур, а многие с.-х. культуры отрицательно относится к почвенной кислотности, поэтому важное значение имеет выяснение природы почвенной кислотности и разработка способов ее устранения.

Кислотность почвы бывает двух видов: актуальная и потенциальная. В свою очередь потенциальная делится на два вида: обменную и гидролитическую.

Повышенная актуальная кислотность вредна для растений и полезных почвенных микроорганизмов. Растения гибнут, если рН ниже 4 (прекращается синтез белков). Большинство культурных растений и почвенных микроорганизмов нормально развиваются при нейтральной и слабокислой реакции.

Актуальную кислотность почвенного раствора монет вызывать угольная кислота, минеральные и органические кислоты и их физиологически кислые соли, которые могут появиться в почве в результате внесения соответствующих удобрений. Однако в насыщенных основаниями (СА, Мg, Na) почвах происходит нейтрализация кислот, поэтому их реакция слабощелочная или нейтральная.

Обменная кислотность вызывается более подвижными ионами водорода и алюминия ППК и обнаруживается растворами нейтральных солей.

|ППК| Н + КCl = |ППК| К + НCl
Образовавшаяся НCl подкисляет почвенный раствор.

Кроме водорода в сильнокислых почвах в поглощенном состоянии имеется алюминий, который тоже вытесняется в раствор с образованием хлористого алюминия. Последний, гидролитический распадаясь тоже дает HCl и подкисляет среду.

|ППК| Аl + 3КСl = |ППК| + АlСl₃

Обменная кислотность выражается величиной рН КСl – вытяжки или в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы. В величину обменной кислотности входит и актуальная кислотность, следовательно, обменная кислотность всегда больше, чем актуальная кислотность.

Это более общая кислотность, которая включает актуальную, обменную и собственно гидролитическую кислотности. Объясняется это тем, что при определении гидролитической кислотности применяется гидролитически щелочная соль СН₃СООNа, раствор которой имеет рН 8,2, тогда как для определения обменной кислотности применяется раствор хлористого калия (КСl), имеющий рН 5,8-6,0.

При щелочной реакции раствора, то есть при избытке ОН ¯, последний будет способствовать вытеснению из ППК большего количества катионов водорода, чем при применении нейтральной соли КСl.

I. |ППК| + 11СН₃СООNа |ППК| 11Nа + 5СН₃СООН +

рН = 8,2

+ 2Cа(СН₃СОО)₂ + MgСН₃(СОО)₂

II. |ППК| + 8КСl |ППК| 2НСl + 2СаСl₂ + MgСl₂

рН = 5,8-6,0
В первом случае вытиснилось из ППК пять катионов Н⁺, в котором только два, поэтому гидролитическая кислотность, как правило, выше обменной.

Гидролитическую кислотность выражают в м.-экв. на 100 г почвы. Проявляется она в самом начале обеднения почв основаниями. При дальнейшем обеднении почвы основаниями появляются обменная и актуальная кислотности.

Гидролитическая кислотность присуща прежде всего дерново-подзолистым почвам, ее величина в этих почвах колеблется в широких пределах от 2-3 до 10-12 м.-экв. на 100 г почвы, столько же составляет (8-12 м.экв. на 100 г) у оподзоленных черноземов, значительно меньше у выщелоченных черноземов (3-4 м.экв.) и отсутствует у обыкновенных и южных черноземов.

Знание величины гидролитической кислотности необходимо для уточнения доз известкования и фосфорирования почв. Она должна учитываться и при определении степени насыщенности почв основаниями.

Возникает вопрос, вредна ли гидролитическая кислотность для растений, поскольку она включает в себя главным образом менее подвижную часть потенциальной кислотности. Ответ должен быть такой: если в почве выражена одновременно и обменная и гидролитическая кислотности (то есть там, где есть условия для ее перехода в обменную), то она вредна и ее нужно устранить известкованием; если же почва имеет только гидролитическую кислотность и не имеет обменной (например, многие черноземы), тогда она не представляет особого вреда для растений, так как находится в неактивной форме.

Поэтому не случайно нуждаемость почв в извести определяют по величине обменной кислотности (или рН солевой вытяжки), а дозы извести рассчитывают уже по гидролитической кислотности или по полной величине, или по ее какой-то доле.

Величина гидролитической кислотности используется также для прогноза действия фосфоритной муки. Голубев Б.А. установил, что положительное действие фосфоритной муки начинает проявляться при величине гидролитической кислотности не менее 2,5-3,0 м.-экв. на 100 г почвы.

Степень насыщенности почв основаниями
Реакция почвенного раствора зависит не только от размеров обменной и гидролитической кислотности, но и от степени насыщенности почв основаниями.

Если величину гидролитической кислотности почв обозначить буквой Н, а суммарное количество поглощенных оснований (Са, Mg, К, Nа и др.) буквой S, то сложение их дает общую емкость поглощения почвы (Т) в м.-экв. на 100 г почвы: Т = S + Н, м.-экв. на 100 г.

Степень насыщенности почв основаниями – это доля поглощенных оснований от общей емкости поглощения в %%.

или

Степень насыщенности почв основаниями является важным показателем для характеристики поглотительной способности и степени кислотности почв (рисунок 1).

Несмотря на равную величину Нг, первая почва с меньшей степенью насыщенности основаниями будет относительно более кислой. Она сильнее нуждается в устранении кислотности (известкованием), чем вторая почва, у которой кислотность составляет лишь небольшую часть всей емкости поглощения. Третья почва имеет такую же степень насыщенности (50%), как и первая, но емкость поглощения и гидролитическая кислотность у них различные. Несмотря на одинаковую степень насыщенности, третья почва с более высокой гидролитической кислотностью требует больше извести, чтобы реакция этой почвы сравнилась с реакцией первой почвы.

Буферность твердой фазы против подкисления обусловлена главным образом содержанием поглощенных оснований. Кислота при взаимодействии с такой почвой нейтрализуется, а вместо нее в растворе появляется нейтральная соль:

При этом водород кислоты поглощается почвой в обмен на поглощенный кальций. Чем больше в почве поглощенных оснований (Са, Mg, К, Nа), тем выше буферность против подкисления, что и наблюдается в черноземных почвах.

Наибольшая буферность способность против кислоты выражена у карбонатных почв, карбонаты которых нейтрализуют кислотность:

СаСО₃ + 2НСl = СаСl₂ + Н₂О + СО₂

В такие почвы можно без опасения вносить физиологически кислые удобрения.

Почвы тяжелого механического состава обладают более высокой буферностью, чем почвы легкого механического состава.

Буферность почвы против подщелачивания находится в прямой зависимости от величины гидравлической кислотности почвы. Чем выше гидролитическая кислотность, тем лучше будет связываться в ней щелочь, например: Са(ОН)₂ : | почва | 2Н + Са(ОН)₂ = | почва | Са + 2Н₂О

Слабо противостоят подщелачиванию песчаные почвы вследствие малой величины гидролитической кислотности, поэтому в такие почвы вносят уменьшенные дозы извести. Повышенные дозы могут вызвать сильную щелочную реакцию, не менее вредную для растений, чем кислая.

Буферные свойства почв можно улучшить внесением органических и минеральных удобрений.

При высоком содержании усвояемых питательных веществ в почве потребность в удобрениях снижается, а при низком – повышается. В зависимости от состава и свойств почвы общий запас и количество усвояемых питательных веществ в разных почвах неодинаковы, поэтому отзывчивость на удобрения и эффективность их на разных почвах различны. В связи с этим знание состава почвы, ее свойств и происходящих в ней физико-химических, химических и биологических процессов очень важно для понимания характера превращений в ней удобрений, особенностей действия их на разных почвах, в следовательно, для наиболее эффективного применения удобрений в соответствии с требованиями возделываемых растений и почвенно-климатических условий.

Для дерново-подзолистых почв характерно низкое содержание гумуса и как общих, так и подвижных форм азота, фосфора и калия.

Дерново-подзолистые почвы достаточно увлажнены, поэтому применение органических и минеральных удобрений дает на них высокий эффект.

Серые лесные почвы в зависимости от мощности гумусового горизонта, содержания гумуса и выраженности признаков оподзоливания подразделяются на светло-серые, серые и темно-серые (таблица2).

Таблица 2

Агрохимические свойства серых лесных почв

Подтип	Мощность гумусового горизонта, см	Гумус, %	рН-сол.	Нг	S	V,%	Р2О5	К2О
				м.-экв. на 100 г			мг на 100 г
Светло-серые Серые Темно-серые	15-25 25-30 40-60	1,6-3,4 2,2-4,7 3,5-7,0	4,8-5,4 5,2-5,7 5,5-6,0	2,3-3,8 2,9-3,5 2,3-5,4	10-18 14-25 20-36	72-82 76-87 80-86	6 8 12	10 13 15

От светло-серых к серым и темно-серым почвам увеличивается мощность гумусового горизонта, содержание гумуса, сумма обменных оснований и степень насыщенности основаниями, уменьшается кислотность. Серые лесные почвы обычно имеют невысокое содержание усвояемых соединений азота, подвижного фосфора и калия, но оно может сильно колебаться в зависимости от степени окультуренности и предшествующей удобренности почвы.

Агрохимические свойства черноземов

Несмотря на высокое потенциальное плодородие черноземов, обеспеченность усвояемыми формами азота питательных элементов, особенно старопахотных и слабоудобрявшихся почв, очень части невысокая. Поэтому на них наблюдается высокая эффективность фосфорных, а при благоприятных условиях увлажнения и азотных удобрений.

Каштановые почвы делятся на темно-каштановые, каштановые и светло-каштановые, отличающиеся по агрохимическим свойствам (таблица 4).

Таблица 4

Агрохимические свойства каштановых почв

Подтип	Гумусовый горизонт, см	Гумус, %	Общий азот, %	Общий фосфор, %	рН сол.	S, м.-экв. на 100 г
Темно-каштановые Каштановые Светло-каштановые	35-45 30-40 25-30	4-5 3-4 2-3	0,2-0,3 0,15-0,20 0,10-0,15	0,1-0,2 0,1-0,2 0,08-0,15	7-7,2 7,2-7,5 7,4-8	30-35 20-23 12-15

Темно-каштановые почвы являются переходными от черноземов к каштановым, реакция у них слабощелочная гумусовый горизонт достигает 45 см.

У каштановых и светло-каштановых почв, которые распространены в более засушливых районах сухих степей, меньше мощности гумусовых горизонтов, ниже содержание гумуса и общего азота. Среди светло-каштановых почв много солонцеватых и сильно солонцеватых разностей.

Каштановые почвы богаты калием, но имеют низкую обеспеченность подвижными формами азота и фосфора. Однако эффективность удобрений на этих почвах из-за недостатка влаги обычно низкая. В условиях богарного земледелия рекомендуется внесение небольших доз фосфорных удобрений в рядки при посеве зерновых культур. При орошении эффективность азотных и фосфорных удобрений малоэффективна.

Сероземы характеризуются высокой карбонатностью, малогумусностью и низким содержанием азота. Гумуса в слое 0-20 см содержится в светлых 1,0-1,5%, типичных 0,5-3,0%, темных до 4-5%. Содержание общих форм азота соответстенно 0,07-0,12; 0,1-0,2; 0,35-0,40% фосфора 0,08-0,2; калия 2,5-3,0%.

Сероземы имеют слабощелочную реакцию (рН 7,2-8), низкую емкость поглощения (у светлых 8-10, типичных 12-15, темных 18-20 м.-экв. на 100 г). Из суммы обменно-поглощенных катионов до 90% занимает Са²⁺ и до 15% Мg²⁺, а К⁺ и N⁺ до 8%.

Для орошаемых сероземов характерна высокая биологическая активность и нитрификационная способность, но образующиеся нитраты интенсивно мигрируют при поливах по профилю почвы. Для повышения плодородия этих почв крайне важно систематическое применение органических и минеральных удобрений и выращивание в севооборотах люцерны.

В плоскостной части республики с севера на юг сменяют друг друга следующие природные зоны:

Почвы этих зона характеризуются следующими показателями (таблица 5).

Агрохимическая характеристика почв Северной Осетии-Алании

В почвах Северной Осетии-Алания с севера на юг снижается содержание доступных форм калия (с 60 до 8 мг на 100 г почвы), но повышается содержание азота (с 2 до 12 мг на 100 г) и фосфора (с 0,5 до 8-10 мг на 100 почвы). Одновременно повышается почвенная кислотность (рН с 8 до 5,5, а Нг с 0 до 12 м.-экв. на 100 г почвы).

На всех почвах с.-х культуры хорошо отзываются на внесение органических и минеральных удобрений, особенно на севере на каштановых почвах и обыкновенных черноземах при орошении, а на юге при известковании кислых дерново-глеевых и бурых лесных почв.

Лекция 8

1. 
   Проверка посещаемости
   
2. 
   Вопросы по предыдущей лекции
   

1. 
   Чем вызывается кислотность почвы, ее виды
   
2. 
   Что такое буферная способность почвы
   
3. 
   Что показывает степень насыщенности почв основаниями
   
4. 
   Чем отличается климатические условия и почвы разных зон плоскостной части РСО-Алания