Министерство сельского хозяйства

• 
  обменное поглощение – процесс в основном обратимый;
  
• 
  интенсивность поглощения катионов зависит от концентрации раствора. Чем ниже концентрация, тем более активно поглощение катионов.
  

В поглощенном состоянии в почве могут находится различные катионы: кальций, магний, калий, натрий, аммоний, водород, алюминий и другие. Общее количество всех поглощенных катионов (по К.К. Гедройцу) называется емкостью поглощения или емкостью катионного обмена. Обозначается сокращенно Е или ЕКО. Выражается в мг-экв/100 г почвы.

Емкость поглощения зависит от:

1) гранулометрического и минералогического состава.

Большой емкостью поглощения обладают суглинистые и глинистые почвы (черноземы, луговые почвы – емкость поглощения достигает до 30-70 мг-экв/100 г почвы). Почвы, имеющие легкий гранулометрический состав (песчаные, супесчаные, щебенчатые), а также почвы, богатые полуторными окислами алюминия и железа, минералами каолинитовой группы, слюдами, имеют небольшую емкость поглощения (10-15 мг-экв/100 г почвы – это подзолистые, дерново-подзолистые почвы).

2) содержания в почве органических веществ.

Органические коллоиды почвы имеют емкость поглощения выше, чем минеральные. Например, емкость поглощения гуминовых кислот – 350-500 мг-экв/100 г почвы, а монтмориллонитовой глины – 80-120 мг-экв/100 г почвы. Так как органических веществ в большинстве почв не более 5%, то емкость поглощения обусловлена минеральными коллоидами.

Верхние горизонты почвы, содержащие больше органического вещества, обладают более высокой ЕКО, чем нижние горизонты.

3) реакции среды.

Чем ниже концентрация ионов водорода в растворе, тем выше ЕКО. При подщелачивании ЕКО увеличивается в 2 раза у каштановых почв; у черноземов – в 2,5 раза; у красноземов – в 4,5-5 раз. Кислая реакция, наоборот, уменьшает отрицательный заряд почвенных коллоидов и емкость поглощения катионов снижается.

Поглотительная способность относится к одному из наиболее существенных свойств почвы, т.к. она участвует в процессах почвообразования и развития плодородия. Поглотительная способность регулирует питательный режим почвы, обуславливая накопление многих элементов питания растений и микроорганизмов, регулирует реакцию почвы, степень ее буферности, водно-физические свойства.

В зависимости от типа почвы ЕКО варьирует в разных пределах (табл. 1).

Таблица 1

Емкость катионного обмена в разных почвах (И.С. Кауричев)

Почва	ЕКО, мг-экв/100 г почвы
Дерново-подзолистая: песчаная среднесуглинистая глинистая	3 – 6 10 – 20 15 – 30
Серая лесная среднесуглинистая	15 – 30
Чернозем: типичный тяжелосуглинистый южный суглинистый	30 – 70 20 – 50
Светло-каштановая суглинистая	20 – 40
Краснозем суглинистый	13 – 25
Серозем типичный суглинистый	8 – 20
Солонец степной	17 – 29

При анализе поглотительной способности почв, ее отдельных генетических горизонтов, мы сталкиваемся с широким разнообразием величины ЕКО. Это разнообразие можно сгруппировать по степени выраженности поглотительной способности:

если ЕКО составляет 3-5 мг-экв/100 г почвы – крайне низкая поглотительная способность (элювиальные горизонты подзолистых почв);

5-10 – очень низкая (малогумусные почвы, сероземы);

10-15 – низкая (для влажных тропиков и субтропиков);

15-25 – средняя (серые и бурые лесные почвы);

25-35 – повышенная (характерна для гумусовых горизонтов сухостепных и полупустынных почв);

35-45 – высокая (для большинства черноземов);

45-60 – очень высокая (среднегумусные и тучные черноземы);

более 60 – крайне высокая (типично только для отдельных компонентов почвенной массы: гумусовые вещества, вермикулит).

Состав поглощенных катионов в разных почвах различен и зависит от типа почвообразования, состава материнских пород и грунтовых вод. Наиболее распространенными во всех почвах являются кальций, магний, водород, алюминий, калий, натрий, аммоний.

Состав и количество обменных катионов сильно влияют на физические и химические свойства почв.

А.Н. Соколовский назвал кальций стражем структуры.

Натрий имеет противоположное значение, приводит к пептизации почвенных коллоидов, что характерно для солонцовых почв. Они имеют неводопрочную структуру, большую твердость при высыхании и липкость при увлажнении.

В последнее время в связи с применением физиологически кислых удобрений, выпадением кислотных дождей, потреблением кальция сельскохозяйственными культурами наблюдается его недостаток не только на кислых почвах, но и на нейтральных.

Таблица 2

V = 100%

Почва, не содержащая водород и алюминий называется насыщенной основаниями, а почва, содержащая эти катионы – ненасыщенной основаниями и требует известкования.

Если степень насыщенности почвы основаниями менее 50 %, то такая почва сильно нуждается в известковании;

50-70 % – средне нуждается;

70- 80 % – слабо нуждается;

более 80 % – не нуждается в известковании.

? Что такое необменное поглощение катионов в почве?

Некоторые катионы могут частично закрепляться почвами в необменной форме. К ним относятся калий, аммоний, рубидий и цезий. Необменная фиксация этих катионов связана с закреплением их в кристаллической решетке некоторых минералов, имеющих трехслойную кристаллическую решетку (мусковит, вермикулит и монтмориллонит). Необменная фиксация обусловлена проникновением катионов в межпакетные пространства кристаллической решетки этих минералов. При последующем ее сокращении катионы оказываются в замкнутых гексагональных пространствах, образованных кислородными атомами двух кремнекислородных тетраэдрических слоев.

Необменная фиксация зависит от гранулометрического и минералогического составов. У черноземов она выражена сильнее, чем у подзолистых почв. Гумусовые вещества также обладают способностью необменно поглощать калий и аммоний. Поэтому это необходимо учитывать при внесении удобрений, так как снижается питание растений.

? Что такое поглощение и обмен анионов в почве?

Почвенные коллоиды кроме катионов могут поглощать и анионы. Обменное поглощение анионов проявляется в сильнокислых подзолистых и дерново-подзолистых почвах из-за проявления базоидных свойств почвенных коллоидов. В почвах, имеющих слабокислую, нейтральную или щелочную реакцию обменное поглощение анионов выражено слабо или отсутствует.

1. Что называют поглотительной способностью почв? Назовите виды поглотительной способности почв.

2. В чем заключается сущность биологической поглотительной способности почв? Приведите примеры ее проявления.

3. Охарактеризуйте механическую поглотительную способность почв.

4. В чем заключается положительное и отрицательное физическое поглощения почв?

5. Приведите примеры проявления химической поглотительной способность почв.

6. В чем заключается сущность физико-химической поглотительной способности почв и ее значение в плодородии почв?

7. Что такое емкость поглощения почв?

8. Охарактеризуйте емкость поглощения разных типов почв.

9. Какие катионы называют поглощенными основаниями? Что такое сумма обменных оснований и степень насыщенности почв основаниями?

10. Каков состав обменных оснований в различных типах почв?

12. Какие почвы относят к насыщенным и ненасыщенным основаниями?

13. Каково значение поглощенных катионов в агрономических свойствах почв?

14. В чем заключается необменное поглощение катионов в почве?

• 
  Понятие о почвенном растворе.
  
• 
  Методы определения почвенного раствора.
  
• 
  Состав и концентрация почвенного раствора.
  
• 
  Растворимость минеральных и органических веществ почвы.
  
• 
  Свойства почвенного раствора.
  
• 
  Значение почвенного раствора в питании растений и плодородии почв.
  
• 
  Токсичность солей и солеустойчивость растений.
  

• 
  Изучить методы определения почвенного раствора.
  
• 
  Выявить состав и концентрацию почвенного раствора.
  
• 
  Определить растворимость минеральных и органических веществ почвы.
  
• 
  Изучить свойства почвенного раствора.
  

• 
  Подобрать метод изучения почвенного раствора.
  
• 
  Определять степень засоления почв и токсичность по анионам.
  
• 
  Разработать комплекс мероприятий по устранению засоленности почв.
  

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. 
   Хабаров А.В., Яскин А.А., Хабаров В.А. Почвоведение. – М.: КолосС, 2007. – 310 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. 
   Васильков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.М. Почвоведение. Учебник для ВУЗов. – М.: Ростов н/Д, 2006. – 495 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. 
   Муха Д.В. Агропочвоведение. – М.: Колос, 1994. – 528 с.
   
6. 
   Почва и почвообразование / под ред. В.А. Ковды, Б.Г. Розанова. 1-2 часть. – М.: Высшая школа, 1989. – 400 с.
   
7. 
   Почвоведение / под ред. Кауричева И.С. – М.: Агропромиздат, 1989. – 719 с.
   
8. 
   Савич В.И., Амергужин Х.А., Карманов И.И., Булгаков Д.С., Федорин Ю.В., Карманова Л.А. Оценка почв. – Астана, 2003. – 544 с.
   
9. 
   Синицына Н.Е., Гришин П.Н., Варюхин А.М., Кравченко В.В., Павлова Т.И. Почвенный покров Саратовской области и его агроэкологическая характеристика. – Саратов: ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2011. – 124 с.
   
10. 
    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.
    

Дождевая вода, поступающая в почву, содержит некоторое количество растворенных веществ (кислород, углекислый газ, азот, аммиак) и соединений, находящихся в воздухе в виде пыли. В почве она активно взаимодействует с твердой фазой, переводя в раствор отдельные ее компоненты. Следовательно, вода (свободная и рыхлосвязанная) в почве представляет собой почвенный раствор. Прочносвязанная вода не входит в состав почвенного раствора. Жидкая фаза, или почвенный раствор, представляет собой наиболее подвижную, изменчивую и активную часть почвы.

Почвенный раствор играет большую роль в почвообразовательных процессах, биохимических и физико-химических реакциях почвы, круговороте и обмене веществ и питании растений. Поэтому Г.Н. Высоцкий сравнивал почвенный раствор с кровью организмов. В почвенном растворе (или с его участием) происходят процессы разрушения и синтеза органических веществ, вторичных минералов и органоминеральных соединений. С передвижением жидкой фазы связано перемещение по почвенному профилю продуктов выветривания и почвообразования.

Почвенный раствор является непосредственным источником воды и питательных веществ, которые растения извлекают из почвы. Этим и определяется важнейшая роль жидкой фазы в питании растений.

Большой вклад в изучение состава, динамики почвенного раствора, в разработку методов выделения почвенного раствора внесли Гедройц К.К., Дояренко А.Г., Шмук А.А., Захаров С.А., Роде А.А., Крюков П.А., Комарова Н.А., Шилова Е.И.
1.3.1. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЧВЕННОГО РАСТВОРА

? Какие методы существуют для изучения почвенного раствора?

Изучение почвенного раствора осуществляется тремя путями:

Это дает возможность составить представление лишь о некоторых его свойствах – это концентрация почвенного раствора по его электропроводности или по точке замерзания, определение активности ионов водорода (рН), ионов хлора и натрия, определение ОВП. В большинстве случаев эти определения проводятся в почвах, предварительно увлажненных до состояния пасты.

Для выделения почвенного раствора используются различные методы:

а) выжимание (отпрессовывание) почвенного раствора. Осуществляется при помощи прессов, сложность конструкций которых увеличивается по мере увеличения заданной величины производимого ими давления; последнее достигает 20000 кг/см². Чем меньше влажность почвы и чем больше ее водоудерживающая сила, тем большее давление приходится применять для выделения почвенного раствора и наоборот.

б) центрифугирование (для почв с высокой влажностью, приближающейся к полной влагоемкости). Используются специальные стаканчики из плексиглаза в центрифуге, дающей 600 оборотов в минуту; почвенный раствор собирается в поддонник, отделенный от почвы решеткой с фильтром.

в) замещение (вытеснение) другой жидкостью. Для замещения используют этиловый спирт. Узкие высокие трубки из стекла или пластмассы наполняют на 1/8 часть длины почвой; сверху в трубку наливается вытесняющая жидкость. Просачиваясь под влиянием силы тяжести в почву эта жидкость вытесняет почвенный раствор, который собирается в приемник у нижнего конца трубки. Различные жидкости обладают различной вытесняющей способностью в зависимости от их физических свойств: удельного веса, вязкости, диэлектрической постоянной, поверхностного натяжения. Этиловый спирт обладает высокой вытесняющей способностью. Скорость вытеснения почвенного раствора зависит от гранулометрического состава почвы, ее пористости и влажности. Чем тяжелее и влажнее почва, тем медленнее вытесняется почвенный раствор.

г) лизиметрический метод. Его сущность заключается в получении из того или иного горизонта почвы почвенного раствора, вытесняемого в естественных условиях дождевой или талой водой, и собирающегося широкими плоскими воронками (лизиметрами), заложенными на определенной глубине. Недостаток этого метода является то, что с помощью его можно извлекать раствор только при большой влажности почвы, когда через нее фильтруется избыток воды и концентрация почвенного раствора понижена.

К основным видам воздействия воды на почвенные соединения при получении водных вытяжек относятся:

а) растворение. Вода растворяет простые соли (легко-, средне- и труднорастворимые), сложные соли (алюмо- и феррисиликаты), органические соединения почвы.

б) гидролиз. Вода гидролизует находящиеся в почве соли сильных кислот и слабых оснований или слабых кислот и сильных оснований, придавая раствору в первом случае кислую, а во втором – щелочную реакцию. Сода при гидролизе дает щелочную реакцию среды:

Na₂CO₃ + 2H₂O → 2NaOH + H₂CO₃.

Хлорное железо, гидролизуясь, подкисляет реакцию среды:

FeCl₃ + 3H₂O → Fe(OH)₃ + 3HCl.

Важным вопросом для методики водных вытяжек является вопрос о соотношении между почвой и водой. Этим вопросом занимался Гедройц К.К., который пришел к выводу, что с увеличением объема воды количество извлекаемых веществ растет для большинства почв.

Состав и концентрация почвенного раствора являются результатом целого ряда процессов: биологических, физико-химических и физических, которые протекают в почве в тесной зависимости от ее температуры, влажности и аэрации. Темп и направление указанных процессов подвержены значительной сезонной изменчивости и поэтому состав и концентрация почвенного раствора очень динамичны.

Концентрация почвенного раствора невелика и не превышает нескольких граммов вещества на литр раствора. Исключением являются засоленные почвы, в которых содержание растворенных веществ достигает десятков и даже сотен граммов на литр. В подзолистых почвах концентрация почвенного раствора составляет 2-3 г/л, в черноземах – 4-6, в солончаках – от 10 до 300 г/л. Оптимальная концентрация для большинства с/х культур 3-6 г/л. (Для сравнения – концентрация солей в воде реки Дон – 0,5, а в морской воде – 35 г/л).

В почвенном растворе содержатся минеральные, органические и органо-минеральные вещества, представленные в виде ионных, молекулярных и коллоидных форм, а также присутствуют растворенные газы: углекислый газ, кислород и другие.

Минеральная часть представлена анионами и катионами.

Анионы – это HCO₃^-, NO₃^-, NO₂^-, Cl^-, SO₄^2-, H₂PO₄^-, HPO₄^2-, PO₄^3-. Большинство из них играют роль в питании растений.

Катионы (все те, которые входят в ППК) – это Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺, NH₄⁺, H⁺, Al³⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Mn²⁺, Zn²⁺, Cu²⁺, Co²⁺ и другие.