Лекция Вводная. Предмет «Физико-химические свойства почв»
жүктеу/скачать 281.5 Kb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 6. Тиксотропное состояние почв и его отрицательное значение в с\х производстве. Тиксотропия
- Причины тиксотропного состояния почв и пород, связанные
- 6. Роль коллоидов в создании почвенной структуры.
- Лекция 3. Тема. Поглотительная способность почв.
- Литература: 1. Понятие о поглотительной способности почв. Виды поглотительной способности почв и их характеристика с агрономической точки зрения.
- Поглотительная способность почв
- К.К. Гедройц различал пять видов поглотительной способности
- Биологическая поглотительная способность
- Механическая поглотительная способность
- Физическая (молекулярная) поглотительная способность
- Физическое поглощение может быть положительным и отрицательным. Положительное
- Отрицательное физическое поглощение
- Химическая поглотительная способность (хемосорбция)
- Химическое поглощение зависит: 1)
- Химическая поглотительная способность имеет большое значение
- Физико-химическая или обменная поглотительная способность
- Физико-химическое поглощение имеет ряд закономерностей
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.
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.
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 А.Н. Соколовский образно назвал их «живой плотью почвы».
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.
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. К.К. Гедройц 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.
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.
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. Химическое поглощение проявляется при внесении фосфорных удобрений: Са(Н2РО4) + Са(НСО3)2 2СаНРО4 + 2Н2СО3
Са(Н2РО4) + 2Са(НСО3)2 Са3(РО4)2 + 4Н2СО3 (NН4)2НРО4 + Са(НСО3)2 СаНРО4 + 2NН4НСО3 аммофос
В кислых почвах, содержащих много полуторных окислов, химическое поглощение идет с образованием труднорастворимых фосфатов железа и алюминия. Учитывая свойство РО43- закрепляться химически необходимо вносить фосфора в почву больше, чем нужно растениям (в гранулированной форме). Физико-химическая или обменная поглотительная способность – способность почвенных коллоидов обменивать свои ионы на ионы почвенного раствора. Обменные реакции в основном протекают с катионами, т.к. коллоиды заряжены отрицательно. Если базоиды, то обмен происходит анионами. Например: ППК 2Nа + СаSО4 ППК Са + Nа2SО4 (растворимая соль) ППК 2Н + СаСО3 ППК Са + Н2СО3 (Н2О и СО2) ППК Са + 2NН4NО3 ППК 2NН4 + Са(NО3)2 Физико-химическое поглощение имеет ряд закономерностей: 1) Обмен происходит в строго эквивалентных количествах по законам обменных химических реакций; 2) Реакция обмена катионов происходит быстро (за 3-5 мин сорбируется 85 % катионов – по Гедройцу), но для установления динамического равновесия между катионами почвенного раствора и диффузного слоя необходимо 1-3 суток. 3) Любой поглощенный катион может быть вытеснен и заменен другим катионом почвенного раствора; 4) Энергия обменного поглощения различных катионов зависит от валентности, а при одинаковой валентности – от атомной массы иона. Она увеличивается с увеличением валентной и атомной массы. Исключением является водород, который хотя и имеет меньшую атомную массу, обладает высокой энергией поглощения и вытесняет другие катионы. Li |