Реакция среды основных типов почв

В природных условиях реакция почвенного раствора колеблется от рН 3 - 3,5 (в сфагновых торфах) до рН 9 – 10 (в солонцовых почвах) и рН 11 - 12 (в содовых солончаках), но чаще всего она не выходит за пределы рН 4-8.

Щелочную реакцию раствора имеют почвы сухих степей, полупустынь и пустынь – это южные черноземы и каштановые (рН = 7,2 – 8,5), сероземы (рН = 8,5), солонцы (рН = более 8,5).

Близкая к нейтральной (рН = 6,5 – 7,0) реакция раствора у выщелоченных, обыкновенных и типичных черноземов. Оподзоленные черноземы, темно-серые лесные почвы имеют слабокислую реакцию среды (рН = 6,0 – 6,5); дерново-подзолистые, подзолистые и болотные почвы имеют кислую и сильнокислую реакцию среды (рН = 4-5).

Кислые почвы занимают в нашей стране значительные площади и широко используются после окультуривания для выращивания зерновых, кормовых, овощных и технических культур.

Различные растения неодинаково относятся к реакции почв. Одни из них могут расти в очень широких пределах рН, а другие очень чувствительны к изменению среды. Большинство растений не могут развиваться при рН менее 3 и рН более 9.

Таблицу показать.

Лекция 5. Тема. Буферные свойства почв.

1. Понятие буферности почв.

2. Характеристика буферности различных типов почв.

3. Буферная емкость почв.

В результате биологических, химических и физико-химических процессов постоянно образуются соли, кислоты или основания и происходит изменение его реакции. Выделение углекислоты при дыхании корней, образование азотной кислоты при нитрификации и др. кислых продуктов в процессе жизнедеятельности микроорганизмов приводит к подкислению почвенного раствора. Реакция среды изменяется и при внесении удобрений. При использовании физиологически кислых удобрений – раствор подкисляется, а при использовании физиологически щелочных происходит нейтрализация кислотности или подщелачивание раствора, что оказывает влияние на развитие культурных растений и микроорганизмов. Однако, изменение реакции под действием указанных факторов на разных почвах будет неодинаковым – на одних меньшим, на других большим. Поэтому почва обладает буферностью – это способность почвы противостоять изменению концентрации почвенного раствора при прибавлении кислоты или щелочи.

Буферность почвы в основном определяется свойствами ее твердой фазы, т. е. коллоидами. Появляющиеся в растворе кислота или щелочь вступают во взаимодействие с почвенными коллоидами как наиболее активной частью твердой фазы, в результате чего часть кислоты или щелочи исчезает из раствора, нейтрализуется и сдвиг реакции ослабевает.

При взаимодействии почвы и кислоты происходит реакция обмена между обменными катионами почвы и водородом кислоты:

ППК Са, Nа + 3 HCl ППК 3Н + СаCl₂ + NаCl

Мы видим, что в результате взаимодействия с почвой кислота исчезает из раствора (нейтрализуется), ее водородный ион оказывается связанным с твердой фазой почвы, а в растворе появляются нейтральные соли, которые противостоят против подкисления.

При взаимодействии почвы со щелочью водород или алюминий компенсирующего слоя отрицательных коллоидов обмениваются с катионами щелочи:

ППК 3Н + 3 NaOH ППК 3Na + 3Н₂О

Или ППК Al + 3 NaOH ППК 3Na + Al(ОН)₃

Щелочь нейтрализуется, вместо нее появляется вода или выпадает осадок Al(ОН)₃.

Т. о., чем больше осуществляются эти реакции, тем полнее происходит нейтрализация, тем меньше сместится реакция почвы и тем большей буферностью обладает почва. Кроме почвенных коллоидов почва может иметь и другие факторы буферности – это малорастворимые простые соли – это карбонаты кальция и магния, присутствие которых не позволяет реакции сдвинуться в сторону кислотности. Смещению реакции в кислую среду противостоят поглощенные кальция, магния, калия, натрия, а в сторону щелочности – водород, алюминий.

Следовательно, буферность почвы зависит от:

1) состава поглощенных катионов;

2) емкости поглощения;

3) содержания гумуса;

4) гранулометрического состава.

Чем тяжелее почвы, гумусированнее, тем выше буферность. Легкие песчаные почвы с низким содержанием гумуса, низкой ЕКО не обладают буферностью и приближаются в этом отношении к песку. Поэтому на таких почвах необходимо быть осторожным при применении удобрений, особенно физиологически кислых удобрений, таких как хлористый аммоний, сульфат аммония или физиологически щелочных – натриевая селитра и др. Значение буферности заключается в том, что она предотвращает резкие сдвиги реакции при внесении удобрений.
2. Характеристика буферности различных типов почв.

1) Наибольшей буферностью = как против подкисления, так и против подщелачивания обладают черноземы, дерновые почвы, т. к. содержат много кальция, магния и более гумусированы. Очень стойки к подкислению (небольшое количество кислоты сразу нейтрализуется;

2) Высокой буферностью против подкисления обладают каштановые почвы, солонцы, сероземы, т. к. содержат натрий в ППК и гидрокарбонаты в почвенном растворе;

3) Против подщелачивания высокой буферностью обладают подзолистые почвы и красноземы, т. к. в большом количестве содержат водород и алюминий. Они сами легко подкисляются. Поэтому, на подзолах применение физиологически кислых удобрений должно быть очень осторожным, а на черноземах они вреда не приносят.

Буферность почвы может проявляться по отношению к элементам питания растений, тогда она проявляется в способности почвы поддерживать активность ионов в почвенном растворе на сравнительно постоянном уровне. Чем меньше меняется активность иона при изменении внешних условий, тем выше буферность почвы, тем более стабильны условия питания растений. Различают потенциальную буферную способность (ПБС) по отношению к ионам калия, фосфора и т. д.

ПБС^К – способность почвы противостоять изменению калийного потенциала.

Т. о., буферная система поддерживает постоянно значение рН до определенного предела, т. е. до тех пор, пока количество добавленной кислоты или щелочи не превысит определенной величины. Этот предел характеризуется буферной емкостью.
3. Буферная емкость почв.

Буферная емкость почв – это количество миллимолей сильной кислоты или щелочи, которое надо добавить к одному килограмму почвы, чтобы изменить рН на единицу. Рассчитывается:

В = С V / (рН₁ – рН₀) m

В – буферная емкость, моль/кг почвы

С – концентрация HCl или NaOH

V – объем кислоты или щелочи, л

(рН₁ – рН₀) = 1

m – масса почвенной навески, кг

Строят кривую
Для того, чтобы улучшить буферность почвы необходимо:

1) Систематическое применение органических удобрений;

2) Посев многолетних трав;

3) Сидерация;

4) Химическая мелиорация;

5) Внесение минеральных удобрений.

1. Понятие о почвенном растворе.

2. Методы определения почвенного раствора.

3. Состав и концентрация почвенного раствора. Растворимость минеральных и органических веществ почвы.

4. Свойства почвенного раствора.

5. Значение почвенного раствора в питании растений и плодородии почв. Токсичность солей и солеустойчивость растений.

Литература по Кауричеву, 1989 г. Стр. – 243 – 245
1. Понятие о почвенном растворе.

Дождевая вода, поступающая в почву, содержит некоторое количество растворенных веществ (кислород, углекислый газ, азот, аммиак и др.) 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, Дояренко А.Г., Шмук А.А., Захаров С.А., Роде А.А., Крюков П.А., Комарова Н.А., Шилова Е.И.
2. Методы определения почвенного раствора

Изучение почвенного 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:

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

Сода, гидролитически расщепляясь, дает:

Na₂CO₃ + 2H₂O 2NaOH + H₂CO₃

(щелочная среда)

Хлористое железо, гидролизуясь, подкисляет реакцию среды:

FeCl₃ + 3H₂O Fe(OH)₃ + 3HCl

(кислая среда)
Важным вопросом для методики водных вытяжек является вопрос о соотношении между почвой и водой. Этим вопросом занимался Гедройц, который пришел к выводу, что с увеличением объема воды количество извлекаемых веществ растет для большинства почв.
3. Состав и концентрация почвенного раствора.

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 динамична.

Концентрация почвенного раствора невелика и не превышает нескольких граммов вещества на литр раствора. Исключение – это засоленные почвы, в которых содержание растворенных веществ достигают десятки и даже сотни 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 др.

Минеральная часть делится на анионы и катионы.

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 Ca, Mg, Na, K, NH4, H, Al, Fe, Mn, Zn, Cu, Co и др.

Анионы почвенного раствора:

А) HCO₃^- вместе с NO₃^- составляют в незасоленных почвах основную массу анионов почвенного раствора (до 90 % и больше). Количество HCO₃^- сильно варьирует в зависимости от интенсивности процессов окисления органического вещества и образования углекислоты, т. е. за счет жизнедеятельности микроорганизмов, дыхания корневой системы растений. HCO₃^- оказывает влияние на рН среды – вызывает щелочность.

Б) NO₃^- появляется в почве в результате биологического процесса нитрификации, связанного с жизнедеятельностью определенной группы микроорганизмов и заключающегося в окислении аммиака до нитритов, а затем до нитратов.

Нитрификация – окислительный процесс, протекает только в аэробных условиях. Оптимальная влажность для образования NO₃^- 40-70 % от ПВ, оптимальная температура 30-37 ⁰, благоприятная реакция среды при рН = 6,0-7,5 (в кислых почвах этот процесс замедляется).

(Накопление NO₂^- в почве говорит о неблагополучии в отношении реакции среды и аэрации).

Количество одновалентных калия и натрия в растворе невелико по сравнению с двухвалентными.

В засоленных почвах наблюдается высокое содержание натрия и магния.

При изучении почвенных растворов обнаружилось, что с изменением влажности изменяется соотношение между 2-х и одновалентными катионами: чем выше влажность почвы, тем меньше 2-х валентных и больше одновалентных катионов в растворе.

Алюминий и железо в растворе встречаются в ничтожных количествах благодаря нерастворимости их соединений. Только в сильнокислых почвах полуторные окислы делаются более подвижными. Высокое содержание алюминия и железа определяют токсичное действие кислых почв на растения. Но недостаток железа приводит к хлорозу. Все эти катионы и анионы в почвенном растворе находятся в виде солей.

Органическое вещество почвенного раствора.

В почвенном растворе содержатся водорастворимые гумусовые кислоты (ФК), водорастворимые вещества органических остатков и промежуточных продуктов их разложения: сахара, органические кислоты, спирты, эфиры, аминокислоты, ферменты, витамины и др.

В течение вегетационного периода содержание органических веществ в растворе меняется и зависит от соотношения скорости процессов: минерализации и синтеза органического вещества. В почвах, богатых кальцием, где коллоиды скоагулированы, количество водорастворимых органических веществ ничтожно, а почвы, богатые водородом или натрием содержат много таких веществ.

Растворимость минеральных и органических веществ почвы увеличивается с повышением температуры. Углекислота увеличивает растворимость карбоната кальция, а содержание в растворе хлорида натрия повышает растворимость сульфата кальция.

Изучение почвенного раствора имеет важное значение при исследовании засоленных почв. Засоленные почвы обогащены карбонатами натрия, сульфатами натрия, магния, хлоридами кальция, магния, натрия. Состав и концентрация этих солей могут здесь быть ограничивающим фактором, делающим невозможным произрастание культурных растений.

Источники засоления почв – это близкое залегание засоленных грунтовых вод; засоленные материнские породы; соли, приносимые с осадками и пылью; оросительная вода и др.

(При сильном засолении растительность представлена солянками, полынями, приспособленными к высокой концентрации почвенного раствора. Благоприятные условия для культурных растений создают путем снижения концентрации солей при помощи промывок. В природе наблюдаются случаи, когда рассоление идет естественным путем, оно приводит к образованию солонцов).

Влияние засоления почв на растения проявляется по-разному в зависимости от увлажнения, температурных условий, физических свойств почвы, обеспеченности элементами питания. В холодном климате растения переносят более высокие концентрации солей, чем в жарком. На тяжелых почвах они меньше страдают от засоления, чем на легких. Повышает солеустойчивость растений высокое содержание гумуса.

Чаще биологическую солеустойчивость называют солевыносливостью, а агрономическую – собственно солеустойчивостью.

Все почвы в зависимости от солевого режима и состояния выращиваемых культур делятся на 5 групп.

Степень засоления почв и урожайность растений

(Базилевич И.И., Панкова Е.И.)

В земледельческой практике нет специальных агроприемов по регулированию состава и свойств почвенных растворов.

Мероприятия:

1) Внесение минеральных удобрений, направленное на создание в растворе оптимального количества элементов питания;

2) внесение в почву адсорбентов (цеолиты0, регулирующих катионную и анионную емкость поглощения, т. е. ионное равновесие между почвенным раствором и твердой фазой почвы;

3) внесение органических удобрений для улучшения ионного состава почв;

4) регулирование влажности почв, водного режима (обработками, орошением, мульчированием и т. д.);

5) химическая мелиорация;

6) внесение бактериальных препаратов (азотбактерин, ризоторфин, агрика, Байкал – М);

7) промывка засоленных почв.