Министерство сельского хозяйства

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 сельскохозяйственном 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.

? Что такое тиксотропное состояние почв?
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, красноземных и других почв.

Причины тиксотропного состояния почв и пород:

1) Минералогический состав и гидрофильность. Гидрофильные коллоиды, представленные монтмориллонитом легче образуют тиксотропные гели, чем гидрофобные.

2) Дисперсность. При повышении степени дисперсности гидрофильность минералов резко увеличивается, что может привести к тиксотропии.

3) Влажность. Чем выше влажность, тем выше гидрофильность и тиксотропия.

4) Состав 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. Поэтому в солонцах тиксотропия развита сильнее, чем в слабосолонцеватых почвах. Почвы, содержащие кальций и магний, но имеющие высокую дисперсность и набухающие минералы тоже способны к тиксотропии, хотя и в меньшей степени.

5) Форма коллоидов. Удлиненные неправильной формы коллоидные частицы более склонны к образованию тиксотропных гелей, чем шарообразные.

Таким образом, 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, что приводит к протеканию восстановительных процессов и оглеению. Приостановление тиксотропных процессов сводятся к улучшению физических свойств. Это достигается следующими мероприятиями: осушение, внесение коагуляторов, минеральных и органических удобрений, посев многолетних трав, химическая мелиорация (известкование и гипсование).

Коллоиды изменяются и без видимых причин: стареют. Под старением понимают самопроизвольное, направленное в сторону увеличения пассивности изменение состояния 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.
1.1.4. АГРОНОМИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ПОЧВЕННЫХ

КОЛЛОИДОВ

? Каково же значение почвенных коллоидов?

Содержание коллоидов влияет на гранулометрический состав почв. Чем больше коллоидов в почве, тем тяжелее гранулометрический состав.

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 содержится 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 свойства почвы оказывает влияние состояние почвенных коллоидов. При коагуляции они склеиваются сами и, как цемент, склеивают более крупные частицы в агрегаты, оструктуривая почву. Если коагуляция необратима – структура водопрочная. Оструктуренная почва обладает благоприятными агрофизическими свойствами.

Коллоиды ответственны за водный, воздушный, тепловой режимы почв. Коллоиды в почве в значительной степени обеспечивают поставку растениям азота, фосфора, серы, калия, кальция и других элементов питания. Они также влияют на доступность фосфора, обуславливают поглотительную способность почв.

Таким образом, 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. Что такое почвенные коллоиды?

2. Как происходит образование коллоидов в почве?

3. Что называют почвенно-поглощающим комплексом (ППК)?

4. Каков минералогический и химический состав почвенных коллоидов?

5. Каково строение коллоидной мицеллы?

6. Приведите примеры проявления электрокинетических свойств почвенных коллоидов.

7. В чем проявляется гидрофильность и гидрофобность почвенных коллоидов?

8. В чем заключаются процессы коагуляции и пептизации почвенных коллоидов?

9. Тиксотропное состояние почв и его отрицательное значение в сельскохозяйственном производстве. Назовите причины тиксотропного состояния почв.

• 
  Виды поглотительной способности почв.
  
• 
  Емкость поглощения и состав обменно-поглощенных катионов различных типов почв.
  
• 
  Роль катионов в агрономических свойствах почв.
  
• 
  Поглощение и обмен анионов в почве.
  

• 
  Дать определение поглотительной способности почв.
  
• 
  Изучить различные виды поглотительной способности почв.
  
• 
  Провести анализ емкости поглощения различных типов почв.
  
• 
  Определить катионный состав различных типов почв.
  

• 
  Понимать механизмы поглощения элементов питания из удобрений.
  
• 
  Определить роль поглощенных катионов в плодородии почв и питании растений.
  
• 
  Вычислить степень насыщенности почвы основаниями с целью определения необходимости в химической мелиорации.
  

1. 
   Задачи, упражнения и тестовые задания по почвоведению и основам геологии: учебн. пособие для студентов высших учебных заведений, орбучающихся по направлениям «Агрохимия и агропочвоведение» и «Агрономия»/ П.Н. Гришин, В.В. Кравченко, В.И. Губов [и др.]. – Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2011. – 228 с.
   
2. 
   Мамонтов В.Г., Панов Н.П., Кауричев И.С., Игнатьев Н.Н. Общее почвоведение. – М.: КолосС, 2006. – 456 с.
   
3. 
   Орлов Д.С., Садовникова Л.К., Суханова Н.И. Химия почв. – М.: Высшая школа, 2005. – 558 с.
   

1. 
   Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Почвоведение: Учебник для вузов. – М.: ИКЦ «МарТ», Ростов н/Д: Издательский центр «МарТ», 2004. – 496 с.
   
2. 
   Возбуцкая А.Е. Химия почв. – М.: Высшая школа, 1968. – 427 с.
   
3. 
   Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А., Байбеков Р.Ф. Практикум по почвоведению. – М.: Агроконсалт, 2002. – 280 с.
   
4. 
   Жукова Н.Н., Суслова Т.А. Физико-химические процессы в почвах: Учебное пособие. – Сарат. гос. агр. ун-т им.Вавилова, Саратов, 2003. – 54 с.
   
5. 
   Ковриго В.П., Кауричев И.С., Бурлакова Л.М. Почвоведение с основами геологии. – М.: Колос, 2000. – 415 с.
   
6. 
   Муха Д.В. Агропочвоведение. – М.: Колос, 1994. – 528 с.
   
7. 
   Савич В.И., Амергужин Х.А., Карманов И.И., Булгаков Д.С., Федорин Ю.В., Карманова Л.А. Оценка почв. – Астана, 2003. – 544 с.
   
8. 
   Синицына Н.Е., Гришин П.Н., Кравченко В.В., Губов В.И., Павлова Т.И. Почвы Саратовской области: Учебн. пособие. – Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2010. – 100 с.
   
9. 
   Синицына Н.Е., Пронько В.В., Медведев И.Ф., Палагина Т.Я., Павлова Т.И. Физико-химические свойства почв: Метод. указания к лабораторным занятиям. ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». – Саратов, 2006. – 54 с.
   

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. Чем больше коллоидов в почве, тем выше поглотительная способность.

К.К. Гедройц различал пять видов поглотительной способности:

• 
  биологическая;
  
• 
  механическая;
  
• 
  физическая;
  
• 
  химическая;
  
• 
  физико-химическая ли обменная.
  

По мнению В.А. 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. Используя органические вещества в качестве источника пищи и энергетического материала, 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 другие) для построения своих тел, превращают их в органическую форму и 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, что 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, кальций, магний и другие. Из анионов хорошо поглощаются фосфаты, 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 селитры. А удобрения, содержащие хлор, лучше вносить осенью (хлористый аммоний).

Таким образом, 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, который не закрепляется в почве и в последствии вымывается.

Но этими процессами можно регулировать – известкование кислых почв, внесение органических и минеральных удобрений.

! Механическая поглотительная способность – это способность почвы как пористого тела задерживать мелкие частицы из фильтрующихся суспензий. Задерживаются те частицы, диаметр которых больше, чем диаметр пор почвы.

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 (например, пойменных).

Механически в почве закрепляются нерастворимые в воде удобрения (фосфоритная и костная мука) и частично мелиоранты (известь и гипс).

Отрицательное значение механической поглотительной способности заключается в заиливании почвенных пор, что ведет к заболачиванию.

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 молекулы паров, газов, 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. Энергия поглощения газов снижается в следующей последовательности: пары воды, аммиак, углекислый газ, кислород, азот.

Физическое поглощение может быть положительным и отрицательным.

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) почва 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 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.

Хемособрция наблюдается преимущественно при поглощении анионов.

Примеры хемосорбции:

1) В качестве примера хемосорбции обычно приводят поглощение аниона РО₄^3- в процессе образования труднорастворимых солей с катионами кальция, железа, алюминия почв:

ППК 2Са²⁺ + Са(Н₂РО₄)₂  ППК 4Н⁺ + Са₃(РО₄)₂

2) Осадочная сорбция фосфатов на поверхности почвенных частиц при взаимодействии анионов с катионами, находящиеся в поглощенном состоянии 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.

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 окклюдирование.

Химическое поглощение зависит:

1) от состава анионов. Анионы хлора и нитраты ни с какими катионами не образуют труднорастворимых соединений. Карбонаты, сульфаты и фосфаты с одновалентными катионами дают растворимые соли, а с двух- и трехвалентными – труднорастворимые.

2) от состава коллоидов и реакции среды. Чем больше в почве амфолитоидов и чем кислее реакция среды, тем сильнее выражено химическое поглощение анионов. 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)₂ + Са(НСО₃)₂  2СаНРО₄ + 2Н₂СО₃

суперфосфат

Са(Н₂РО₄)₂ + 2Са(НСО₃)₂  Са₃(РО₄)₂ + 4Н₂СО₃

суперфосфат

(NН₄)₂НРО₄ + Са(НСО₃)₂  СаНРО₄ + 2NН₄НСО₃

аммофос

Обменные реакции в основном протекают с катионами, т.к. коллоиды заряжены отрицательно (ацидоиды). В случае базоидов происходит обмен анионами. Например:

ППК 2Nа⁺ + СаSО₄  ППК Са²⁺ + Nа₂SО₄ (растворимая соль)

ППК 2Н⁺ + СаСО₃  ППК Са²⁺ + Н₂СО₃ (Н₂О и СО₂)

ППК Са²⁺ + 2NН₄NО₃  ППК 2NН₄⁺ + Са(NО₃)₂

Физико-химическое поглощение имеет ряд закономерностей:

• 
  обмен происходит в строго эквивалентных количествах по законам обменных химических реакций;
  
• 
  реакция обмена катионов происходит быстро (за 3-5 мин сорбируется 85% катионов – по К.К. Гедройцу), но для установления динамического равновесия между катионами почвенного раствора и диффузного слоя необходимо 1-3 суток;
  
• 
  любой поглощенный катион может быть вытеснен и заменен другим катионом почвенного раствора;
  
• 
  энергия обменного поглощения различных катионов зависит от валентности, а при одинаковой валентности – от атомной массы иона. Она увеличивается с увеличением валентности и атомной массы. Исключением является водород, который хотя и имеет меньшую атомную массу, обладает высокой энергией поглощения и вытесняет другие катионы:
  

++4⁺2+2+

жүктеу/скачать 6.42 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: