Сущность поглощения. Весьма важным показателем почвенного плодородия является поглотительная способность почвы, которая представляет свойство почвы поглощать и удерживать растворенные в воде, а также взмученные вещества и газы. Так, если пропустить соленую или загрязненную воду через почву, то вода очищается и опресняется вследствие поглощения почвой растворенных в этой воде солей и взмученных частичек. Если навоз пересыпать мелкоземистой почвой, особенно богатой перегноем, то навоз перестанет выделять аммиак — он поглотится почвой.
Творцами учения о поглотительной способности почвы и почвенном поглощающем комплексе являются русские ученые П. С. Коссович и особенно К. К. Гедройц.
Б поглощающий почвенный комплекс входит мелкоземистая часть почвы — коллоиды с частицами от 0,1 микрона до 1 миллимикрона.
Коллоиды. Почвенные коллоиды образуются в результате сильного раздробления почвенных частиц, соединения молекул при образовании перегнойных веществ и химических реакций. Коллоиды бывают минеральные, органические и органо-минеральные.
Коллоиды обладают большой поверхностной свободной молекулярной энергией, проявляющейся на небольшом расстоянии. Чем большей удельной поверхностью обладает вещество, т. е. чем больше размельчено оно, тем большей поверхностной энергией обладают его частички. Песок практически не обладает поверхностной энергией, в суглинистых почвах она хорошо выражена и особенно хорошо проявляется в глинистых, содержащих перегной, так как в них имеется много коллоидов.
Коллоиды могут находиться в состоянии коллоидного раствора— золя или хлопьевидного осадка — геля. В состоянии золя коллоиды находятся до тех пор, пока они имеют электрический заряд. Коллоиды заряжены отрицательно.
Если в коллоидный раствор (золь) добавить какой-либо реактив (соль, щелочь, кислоту), катионы реактива, как заряженные положительно, будут соединяться с коллоидами, разряжая их. В результате коллоиды выпадают в осадок (коагулируют). При этом одновалентные катионы (К, Na, NH4) дают обратимый осадок, т. е. превращающийся под действием воды вновь в золь, а двухвалентные катионы (Са, Mg) дают осадок нерастворимый, водопрочный.
Коллоиды имеют большое значение в образовании структуры почвы и вообще в формировании физических свойств её (водных, воздушных, тепловых). Со свойствами коллоидов связана поглотительная способность почвы.
Виды поглощения. Различают механическое, молекулярное, физико-химическое (обменная адсорбция) и биологическое поглощение.
Механическое поглощение состоит в способности почвы задерживать взмученные частицы. Это — фильтрующая способность почвы. Чем мелкоземистее почва, тем сильнее выражено поглощение, как и все другие виды поглощения.
Молекулярное поглощение, или адсорбция, заключается в способности почвы благодаря силам молекулярного притяжения почвенных коллоидов притягивать и удерживать на своей поверхности молекулы воды, газа, растворов, не изменяя их. Молекулы, растворенные в пленочной воде веществ, как и сами водные пленки, притягиваются с колоссальной силой (несколько тысяч атмосфер), что удерживает соли от вымывания.
Физико-химическое поглощение происходит в результате обменной реакции, протекающей в водных пленках, расположенных вокруг почвенных коллоидов. На поверхности коллоидов хорошо проявляются молекулярные силы, притягивающие с огромной энергией водные пленки с находящимися в них растворами солей. Это физическая сторона поглощения.
Соль при погружении в почвенный раствор распадается на положительно заряженную часть — катион и отрицательно заряженный кислотный остаток—анион, например NaNO2 на катион Na и анион NO3. Катионы коллоидов могут вытесняться и замещаться лишь другими катионами, находящимися в почвенном растворе (химическое поглощение). Так, катион коллоида Са при внесении в почвенный раствор MgCO2 замещается катионом Mg по принципу обменной реакции. Реакция идет следующим образом: почва Са + MgCl2 → почва Mg + СаСl2, а при обработке почвы хлористым кальцием — почва Mg+СаСl2—>- почва Ca+MgCl2.
Двух- и трехвалентные катионы (Са, Mg, Fe) обладают большей энергией поглощения, чем одновалентные (К, Na, NH4), за исключением водорода, который обладает большей энергией поглощения, чем двухвалентные основания. На ход обменной адсорбции влияет не только валентность катионов, но и их концентрация. При увеличении концентрации любого катиона увеличивается его энергия поглощения. Так, при сильной концентрации одновалентные катионы могут приобрести большую энергию поглощения, чем двухвалентные.
Если в поглощающий комплекс не входят катионы и и А1, то такие почвы называют почвами с насыщенными основаниями, а если входят — с не насыщенными основаниями. Почва, не насыщенная основаниями, имеет кислую реакцию, так как при взаимодействии такой почвы с солями образуется кислота: почва и + КС1 → почва К + НС1. Эта почва обладает и плохой структурой. Почва, насыщенная такими основаниями, как Са и Mg, обладает нейтральной реакцией и хорошей структурой. Почва, насыщенная Na, К, имеет вредную для растений щелочную реакцию и самую плохую структуру.
Если водородные ноны свободны и находятся в почвенном растворе, то они характеризуют актуальную кислотность. Она определяется в водной вытяжке. При наличии поглощенных водородных попов кислотность будет потенциальной, её можно определить только по обменной реакции между поглощающим комплексом и почвенным раствором. Для замены водорода основаниями почвы известкуют.
Сумму поглощенных катионов, выраженную в миллиэквивалентах на 100 с почвы, называют емкостью поглощения. В почвах одинакового механического состава она тем больше, чем больше в них перегноя, так как первичные частицы последнего состоят из коллоидов. Чем больше емкость поглощения, тем плодороднее почвы. В богатых черноземных почвах емкость поглощения доходит до 90 миллиэквивалентов, а на песчаных подзолах— 1—2.
Анионы хорошо поглощаются почвой в тех случаях, когда при взаимодействии с катионами Са, Mg образуют труднорастворимые соли, которые закрепляются в почве. Например, анионы фосфорной кислоты (РО4) при взаимодействии с CaSO4 образуют не растворимую в воде соль Ca3(PO4)2:3CaSO4+2K3PO4 = Са3(РО4)2 + 3K2SO4 — происходит химическое поглощение анионов. Это следует учитывать при внесении в почву суперфосфата, так как порошковидный суперфосфат хорошо контактируется с почвой и в значительной части превращается в нерастворимые соединения. В гранулированном суперфосфате это не происходит.
Рассмотренные типы поглощения являются весьма важными свойствами почвы. Однако они еще полностью не характеризуют почву, так как ими может обладать и тонко размельченный рухляк. Но любой рухляк не обладает избирательной способностью концентрировать и накапливать питательные вещества для растений, особенно азотные. Такие свойства рухляк приобретает лишь с появлением растений и других организмов.
Только живые организмы, питаясь минеральными солями и синтезируя органические вещества, могут накапливать их в себе и удерживать от вымывания. Это биологическая поглотительная способность. Особенно велика здесь роль растений, благодаря которым в пахотном горизонте идет непрерывное накопление (концентрация) питательных веществ для растений.
Буферная способность почвы. Если в почву внести кислоту или щелочь, то реакция почвы изменится в меньшей мере, чем это соответствует внесенному количеству реактива. Происходит это потому, что всякая почва вследствие поглотительной способности в той или иной мере нейтрализует вносимые в нее кислые или щелочные вещества. Свойство почвы противостоять изменению реакции при внесении щелочных или кислых соединений называется буферной способностью. Это очень важное свойство почвы, и если бы его не было, то вносимые и ПОЧВУ кислые или щелочные удобрения резко изменяли бы почвенную реакцию вплоть до вредной для растений.
Буферностью в большей мере обладают мелкоземистые почвы, так как они имеют большую емкость поглощения, т. е. способны больше поглотить катионов из раствора. Буферность почв можно повышать увеличением количества перегноя, а также известкованием кислых почв и гипсованием щелочных.
Источяник: И.П. Карнаухов, Н.В. Бондаренко, К.Н. Вересов, В.К. Иванкин, К.Г. Шикишин. Основы сельского хозяйства М. 1962