Всего на сайте:
282 тыс. 988 статей

Главная | Агрономия, Сельское хозяйство

Природа почвенной кислотности и щелочности  Просмотрен 1311

Реакция среды имеет существенное значение для направленности почвенных процессов и уровня почвенного плодородия. Кислотно-щелочные условия зависят от типов почв, их подтиповых, родовых различий и могут колебаться в широких пределах. Черноземы, коричневые почвы, сероземы характеризуются нейтральными условиями. Щелочная реакция наблюдается у солонцов и солонцеватых почв. Кислые условия типичны для почв влажных лесов (подзолистые, серые и бурые лесные, красноземы, желтоземы и др.). Кислотность почвы вызывается ионами водорода. Различают актуальную и потенциальную кислотность.

Актуальная кислотность почв – это концентрация ионов Н+ в почвенном растворе в граммах-эквивалентах (моль) на 1 литр, выражаемая величинами pH, где pH = -lg [Н+].

Чистая вода неэлектропроводна, но тем не менее при 25 °С из одного моля воды диссоциирует на ионы 0,0000001 или 1x10-7 моль воды. Так как число ионов в чистой воде Н+=ОН-, то диссоциацию воды характеризуют ионным произведением:

К = [Н+] х [ОН-] = [1х10-7] х [1х10-7] = 10-14.

Коэффициент К – константа показывает, что эта величина не изменяется при любых изменениях количества ионов Н+ и ОН-. Допустим, что при добавлении щелочи концентрация ионов ОН" стала равна 10-4, значит концентрация ионов Н+ будет 10-10. Другой случай: добавили кислоту. Концентрация ионов стала 10-4, значит концентрация ионов ОН” будет 10-10. Это ионное произведение воды, его сомножители принято обозначать показателем pH, причем отрицательным логарифмом (степень, в которую возводится 10, записывается с обратным знаком). Пишут: рН=6.

Это значит, что в растворе концентрация [Н+]=10-6 моль/л и, следовательно, концентрация [ОН-] =10-8 моль/л, т. е. ионов ОН- в 100 раз меньшие, чем ионов Н+. Среда кислая. При рН=9 концентрация ионов водорода в растворе 10-9, а гидроксид-ионов – 10-5, т. е. их в 10000 раз больше, чем ионов Н+. Среда щелочная. Таким образом, за цифрами показателя pH необходимо научиться видеть и учитывать количество ионов Н+ и дополнительное к нему, согласно с ионному произведению воды, количество ионов ОН- , представляемое в грамм-эквивалент (моль) на 1 литр.

Жизнь животных и растений может протекать при pH от 2,5-3 до 10-10,5. За пределами этих концентраций ионов водорода проявление жизни крайне ограничено. Этот же, даже несколько больший, размах pH мы встречаем и в почвах.

Величина pH является наиболее устойчивым генетическим показателем конкретной почвы. Варьирование pH в границах типичных значений составляет 5-10%. Всякое изменение реакции среды приводит к резкой смене характера почвообразования.

Ряд почвенных процессов имеет строгую приуроченность к определенным пределам водородного показателя. Это солонцовый процесс, оподзоливание, пептизация и коагуляция коллоидов, ферраллитизация, микробиологические явления и т. д. Антропогенетические изменения pH происходят при окультуривании или деградации почв. Для всех почв величина их pH считается существенным диагностическим критерием.

Потенциальная кислотность – это количество обменных ионов Н+ и А13+ в составе почвенного поглощающего комплекса (ППК), выражаемое в миллиграмм-эквивалентах на 100 граммов почвы (м.-экв. /100г).

В водной среде происходят реакции:

[ППК]Н+ + КСl ↔ [ППК]К+ + НСl,

[ППК]Аl3+ + 3KCl ↔ [ППК]ЗК+ + АlСl3,

АlСl3 + ЗН2O ↔ Аl(ОН)3↓ + 3НСl.

В результате реакций обмена поглощенные ионы Н+ и Аl3+ определяют концентрацию ионов Н+ в почвенном растворе или его pH, т. е. потенциальная кислотность есть скрытая в ППК кислотность.

Потенциальная кислотность разделяется на обменную и гидролитическую. Обменная кислотность проявляется при взаимодействии с почвой нейтральных солей. Обычно для ее определения используют раствор КСl. Образующаяся в растворе кислота оттитровывается щелочью, а сама кислотность выражается в м.-экв на 100г почвы. При взаимодействии почв с нейтральной солью не все протоны переходят в раствор, так как в системе устанавливается динамическое равновесие:

[ППК]Н+ + КСl [ППК]К+ + НСl.

Гидролитическая кислотность обнаруживается при воздействии на почву гидролитически щелочной соли:

[ППК]Н+ + CH3COONa ↔ [ППК]Nа+ + СН3СООН.

Уксусная кислота, как слабогидролизуемая соль, практически связывает все водородные ионы и происходит практически полное вытеснение протонов из почвенного поглощающего комплекса. Поэтому во всех агромелиоративных расчетах пользуются данными определения гидролитической кислотности для установления доз СаСО3 при ликвидации избыточной кислотности. Этот прием называют известкованием почв. В присутствии углекислоты известь переходит в растворимый бикарбонат и происходит необменное поглощение Н+:

СаСO3 + Н2O + СO2 = Са(НСО3)2,

[ППК]2Н+ + Са(НСО3)2 ↔ [ППК]Са2+ + 2Н2О + 2СО2.

Нуждаемость почв в известковании определяют по степени насыщенности почв основаниями, по соотношению между поглощенными Са2+ + Mg2+ и Н+ + Аl3+.

Это степень насыщенности почв основаниями, выражается в процентах от емкости обмена:

V=S/E x 100=S/S+H x 100,

где V – степень насыщенности почв основаниями, %; S – сумма обменных оснований, м.-экв/100 г; Е – емкость поглощения, м.-экв/100 г; Н – гидролитическая кислотность, м.-экв/100 г.

На основании полевых опытов установлено следующая примерная шкала:

 

V Нуждаемость в известковании
Ниже 50 Сильно нуждаются в извести
От 55 до 70 Средненуждаемые
70-80 Слабонуждаемые
Выше 80 Не нуждаются в извести

 

Различают также актуальную и потенциальную щелочность. Актуальная щелочность почв обусловлена присутствием в почве гидролитически щелочных солей: Na2CO3, NaHCO3, Са(НСО3)2 МgСО3, Мg(НСO3)2 и др.

Na2CO3 + 2НОН ↔ Н2СО3 + 2Na + 2OН-

Эти соли увеличивают концентрацию ионов ОН- в почвенном растворе, pH становится щелочной.

Потенциальная щёлочность характерна для почв солонцеватых, содержащих обменный натрий:

Na+ Н+

ППК + Н2СО3 ↔ ППК + Na2CO3.

Na+ Н+

Следовательно, потенциальная щелочность – не что иное как солонцеватость почв.

Значение солей, встречающихся в почвах, в формировании реакции почвенной среды иллюстрирует табл. 25:

Таблица 25

Реакция (pH) растворов соединений, встречающихся в почвах

Соединения pH Соединения pH
Na2CO3 12-13 CaSO4 7,0
CaCO3 без СO2 10,2 Н2O 6,7-7,1
СаСO3+СO2 8,5 NaSO4, NaCl 6,5-6,8
МgСO3 11,5 NH4Cl 4,7
Са(НСO3)2 6,1-8,4 Н2СO3 3,9-5,7
NaHCO3 8,5-9,5 KAl(SiO4)2, AlCl3 2-4

 

Сильно кислую реакцию среды (pH 2-4) могут создавать при окислении различные сульфиды, которые содержатся в засоленных приморских болотах или в отвалах угольных карьеров и шахт:

4FeS2 +15O2+2Н2O = 2Fe2(SO4)3 + 2H2SO4.

В создании определенной реакции среды велика роль органических остатков. Лесная подстилка подзолистых и серых лесных почв имеет обычно pH 3,5-5,0. Гумусовые же вещества, образующиеся в этой подстилке, более кислы – 3,0-3,5. Особенно кислы продукты разложения мхов – pH 2,5-3,0. При разложении растительного опада в лесных биогеоценозах образуются и свободные органические кислоты типа уксусной, щавелевой, лимонной и др.

Антропогенные подкисления почв вызываются кислыми продуктами фабричных и заводских отходов, попадающих в атмосферу: хлор и соляная кислота, сероводород и сернистый ангидрид, окислы азота, соединения алюминия, углекислота. Западноевропейские и скандинавские исследователи отмечают pH атмосферных осадков 4,0,3,0,2,0.

 

Предыдущая статья:Экологическое значение поглотительной способности почв Следующая статья:Экологическое значение кислотности и щёлочности почв
page speed (0.0159 sec, direct)