Почвоведение Лес, СПС

ВИДЫ ПОГЛОТИТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ ПОЧВЫ

 

Способность почв поглощать и удерживать в своём составе различные соединения является её важнейшим свойством, которое определяет или оказывает значительное влияние на все остальные свойства и режимы почвы.

Процессы поглощения, протекающие в почвах, объединяют самые разнообразные явления как сорбционной природы, так и не связанные непосредственно с сорбцией на частицах почвы.

Сорбция – это процесс поглощения газов, паров и растворимых веществ твёрдыми телами и жидкостями, в результате которого происходит перераспределение растворённого вещества между фазами системы.  

О существовании сорбционных сил было известно давно, но современные представления сформировались только в 20-30 годы ХХ века в работах Гедройца, Матсона, и позднее Тюлина, Антипова-Каротаева, Горбунова.

Поглотительная способность - способность почвы поглощать и  задерживать в своём составе: ионы, молекулы, частицы и микроорганизмы.

Совокупность всех компонентов почвы, участвующих в процессах поглощения, называется почвенным поглощающим комплексом, или сокращенно ППК. Основную часть ППК составляют почвенные коллоиды.  К. К. Гедройц выделил 5 видов поглотительной способности: механическую, физическую, физико-химическую или обменную, химическую и биологическую. Эта классификация выдержала испытание временем, хотя в последующем и были исследованы многие неизвестные ранее стороны процессов поглощения вещества в почвах.

Рассмотрим подробнее с современных позиций основные виды поглотительной способности почв.

1.                Механическая поглотительная способность - это свойство почвы, как всякого пористого тела, задерживать в своей толще твердые частицы крупнее, чем система пор. При таком понимании механическое поглощение не относится к разряду сорбционных процессов. Однако в последние десятилетия исследован широкий круг так называемых внутридиффузионных процессов в почвах, например диффузия крупных молекул органических или органоминеральных соединений в поровые пространства почвенных частиц, межпакетные слои глинистых минералов и слюд и последующим механическим (или в сочетании с другими силами) удержанием молекул. Поскольку данные процессы приводят к перераспределению растворенного вещества между фазами системы, они с полным правом могут быть отнесены к сорбции. Особенности: 1) поглощаются частицы, реже молекулы; 2) их поглощает сложная система почвенных пор; 3) процесс поглощения может быть сорбционным и несорбционным.

2.                Физическая поглотительная способность представляет собой изменение концентрации молекул растворенного вещества на поверхности твердых частиц почвы. Особенности: 1) поглощаются молекулы; 2) поглощение осуществляется за счёт молекулярных сил (сил Ван-дер-Ваальса, дипольных, индукционных, водородных и др.); 3) большую роль в поглощении играют коллоиды; 4) носят сорбционный характер; 5) выделяют положительную и отрицательную сорбцию.  При положительной сорбции концентрация молекул на разделе фаз уменьшается (поглощение почвой молекул углекислого газа, аммиака, глюкозы и т.д.); при отрицательной – увеличивается, вследствие поглощения коллоидной частью молекул воды (отрицательная сорбция почвой хлоридов и нитратов).

3.                Физико-химическая (обменная) поглотительная способность состоит в свойстве почвы обменивать некоторую часть ионов, содержащихся в твердой фазе на эквивалентное количество ионов почвенного раствора. Особенности: 1) поглощаются ионы; 2) поглощаются в эквивалентном количестве; 3) полная обратимость обменных реакций; 4) большую роль в поглощении играют коллоиды. 

Необходимо отметить, что в этот вид поглотительной способности включается и необменное поглощение (сорбцию) катионов на минеральных сорбентах почвы вследствие изоморфных замещений. Оно обнаружено во всех типах почв и в различной степени проявляется, по-видимому, для всех катионов. Однако в наибольшей степени необменно сорбируются катионы калия и аммония. Для этих ионов сорбция достигает нескольких единиц ммоль на 100 г почвы, при этом часть элементов становится недоступной для растений. Экспериментально обнаружено необменное поглощение катионов Sг2+ и Сs+, поступающих в почву в микроколичествах, а также ионов кальция, магния и водорода.

Необменное поглощение на минеральных сорбентах почвы может происходить в результате изоморфных замещений, например, Аl³⁺ в сетке октаэдров на Мg²⁺, Fе²⁺ или Zn²⁺, а также в результате защемления катионов в межплоскостных пространствах слоистых минералов, что в ряде случаев приводит к появлению заряда на поверхности глинистых минералов.

4.                Химическая поглотительная способность (или хемосорбция) в почвах состоит в образовании труднорастворимых осадков при взаимодействии отдельных компонентов почвенного раствора или почвенного раствора с твердой фазой почвы. Особенности: 1) поглощаются ионы; 2) образуется новая твердая фаза; 3) большую роль в поглощении играют коллоиды.

Приведем примеры различного вида химической поглотительной способности в почвах.

1) Образование новой твердой фазы при взаимодействии разных частей почвенного раствора, например реакция в почвенном растворе с фосфат-ионом удобрения.

Аl³⁺ + СаНР0₄ → А1РО₄↓ + Са²⁺ +Н⁺

2) Образование осадков на поверхностях почвенных частиц при взаимодействии ионов, способных к взаимному осаждению, один из которых находится в поглощенном состоянии, другой в почвенном растворе. Например,  сорбция фосфатов на поверхности труднорастворимых гидроксидов.

[А1(ОН)₃]п + СаНР0₄ → [А1(ОН)₃]_П-1+А1Р0₄↓+Н₂О + Са(0Н)₂

3) Комплексообразовательная   сорбция с участием поливалентных катионов, находящихся в растворе, полуторных оксидов или гумуса, сорбированного на алюмосиликах, за счет образования координационных связей.

4) Образование сорбционного глиногумусового комплекса путем сочетания хемосорбционного и адгезионного взаимодействия. Под адгезией понимают склеивание поверхностей различного состава и строения под действием разнообразных сил. Адгезионные процессы играют большую роль при формировании почвенной структуры.

Этот тип взаимодействия играет важную роль в образовании органоминеральных коллоидов почв, он обусловливает прочное склеивание пленок гумусовых кислот и их солей с поверхностью минеральных коллоидов.

5.                   Биологическая поглотительная способность выражается в поглощении почвенной биотой и корнями растений веществ из почвенного раствора. Особенности: 1) поглощение осуществляют живые организмы; 2) поглощаются ионы, реже низкомолекулярные органические молекулы; 3) поглощение строго избирательно (поглощаются в основном элементы минерального питания). Процессы биологического поглощения, изменяя концентрацию и состав почвенного раствора, существенно влияют на многочисленные сорбционные равновесия, складывающиеся в почве, и состояние сорбционного комплекса почвы.

Необходимо отметить, что все виды поглощения в почве идут одновременно и очень часто одно и то же соединение может поглощаться различными механизмами. Например, поглощение фосфатов минеральных удобрений: их активно поглощают растения (биологическое поглощение), они легко образуют труднорастворимые осадки (химическое поглощение), в виде иона НРО₄ могут притягиваться коллоидами (физико-химическое поглощение), в виде гранулы застревать в поровом пространстве почвы (механическое поглощение).

Главную роль в трёх видах поглощения (из пяти)  играют почвенные коллоиды, они определяют величину и интенсивность процессов поглощения ионов и молекул из почвенного раствора.

Какой вид поглотительной способности обеспечивает удержание почвой частиц?