Состав, свойства и динамика почвенных растворов
Поступающая в почвы атмосферная влага обычно содержит некоторое количество растворенных веществ. Это простые соли (гидрокарбонаты, сульфаты, хлориды) и растворенные газы (прежде всего кислород и углекислота, а в областях активного современного вулканизма и вблизи промышленных центров — оксиды азота и серы), сообщающие осадкам кислую реакцию. В нормальных геохимических условиях реакция атмосферных осадков близка к нейтральной.
При просачивании в почву влага атмосферных осадков взаимодействует с твердыми частицами почв, почвенным воздухом, обогащается продуктами метаболизма, выделяемыми корнями растений и микроорганизмами. Минерализация воды и химический состав растворенных веществ существенно изменяются, и она становится почвенным раствором.
Почвенные растворы представляют весьма подвижную систему: состав их изменяется по мере того, как они перемещаются из одного почвенного горизонта в другой, испарение воды или новое ее поступление влияет на концентрацию растворенных веществ, вызывает их выпадение или растворение. Состав растворов в значительной степени изменяется по сезонам года, что связано с режимом осадков и температур, с поступлением органических остатков и темпами их минерализации и гумификации.
Состав почвенного раствора и его концентрация определяются всей совокупностью происходящих в почве процессов и зависят как от источника поступления воды, так и водного и окислительно- восстановительного режимов почв. Если почвенный раствор образован влагой, попадающей в почву с атмосферными осадками, его минерализация обычно невелика — около 0,1—0,3 и редко достигает 1 г/л. Состав почвенного раствора в случае формирования его за счет просачивающихся атмосферных вод определяется в первую очередь подвижными продуктами минерализации и гумификации растительных остатков, имеет тесную связь с составом золы населяющих данную почву растений и составом почвенного гумуса. Новое поступление органических остатков и усиление микробиологической деятельности в теплые периоды года повышают концентрацию почвенных растворов. Однако в почвах гумидных областей с промывным или периодически промывным водным режимом концентрация почвенных растворов остается невысокой.
Если в образовании почвенного раствора участвуют минерализованные фунтовые воды, поднимающиеся по капиллярам внутри почвенной толщи и испаряющиеся у ее поверхности, концентрация солей может составлять несколько десятков и даже сотен граммов на литр и достигать предельного насыщения. В засоленных почвах аридных областей, по данным В.А. Ковды, концентрация солей в растворах в верхних горизонтах почв доходит до 300—400 г/л. При формировании растворов за счет грунтовых вод химизм их не имеет столь тесной связи с процессами минерализации и гумификации населяющих данную почву растений. Он представляет собой в некотором роде итог процессов выветривания и почвообразования всей водосборной (или солесборной) площади.
Состав веществ в почвенных растворах весьма разнообразен: в него входят минеральные, органоминеральные и органические соединения, находящиеся в состоянии молекулярных (или истинных) и коллоидальных растворов.
Органические соединения в почвенных растворах представлены водорастворимыми органическими кислотами и их солями. В почвенных растворах обнаруживают гуматы натрия, фульваты кальция, магния, а в условиях сильнокислой среды — фульваты железа и алюминия. В верхних горизонтах почв водорастворимые органические соединения обычно составляют основную массу веществ почвенного раствора.
Из минеральных веществ наиболее обычны простые соли следующих катионов и анионов: Са2+, Mg2+, Na+, К+, NH4+ (в некоторых почвах Fe2+), НСО", С03", С S042-, Si042~ и коллоидно-растворимые гидроксиды Si, Fe, Al, Mn.
Между общей концентрацией солей в растворах и соотношением отдельных ионов наблюдается определенная зависимость. В слабо концентрированных растворах преобладают двууглекислые соли кальция. По мере повышения концентрации растворов происходит накопление сернокислых и хлористых солей магния и натрия.
Такое изменение состава растворов связано с различной степенью растворимости солей: при увеличении концентрации в первую очередь начинает выпадать углекислый кальций, затем гипс, в то время как хорошо растворимые сернокислый магний, сернокислый натрий и в особенности хлористый магний и хлористый натрий в растворе относительно и абсолютно накапливаются.
В почвенной влаге присутствуют растворенные газы: кислород, углекислота и др. Дождевые и снеговые воды, просачивающиеся в почву, богаты кислородом. Если почва не переувлажнена и хорошо аэрируется, почвенный раствор содержит достаточно растворенного кислорода — более 50 % от полного насыщения влаги кислородом при данной температуре. В переувлажненных почвах, особенно с водозастойным режимом, содержание кислорода в почвенной влаге понижается до 30—10 % и ниже. В этом случае кислорода не хватает. Для нормального развития растений.
В зависимости от состава растворенных веществ и характера взаимодействия его с твердой фазой почв реакция может быть кислой, Щелочной или нейтральной.
Кислая реакция почвенного раствора обусловлена растворенной Угольной кислотой, водорастворимыми органическими кислотами, поступающими в раствор при разложении органических остатков (например, масляной, щавелевой и др.), а также водорастворимыми фракциями фульвокислот.
Щелочная реакция обусловлена присутствием в растворе солей сильных оснований и слабых кислот, которые подвергаются гидролитическому расщеплению, — это углекислые соли щелочей и щелочных земель (NaHCО3, Са(НСОэ)2 и др.) и кремнекислоты.
Различают следующие виды кислотности и щелочности почвенных растворов.
1. Общая кислотность и общая щелочность — это все количество кислот или щелочей в растворе независимо от того, находятся ли они в виде недиссоциированных молекул или в ионном состоянии. Определяются общие кислотность и щелочность непосредственным титрованием почвенного раствора щелочью или кислотой.
2. Актуальная кислотность, или щелочность почв, связана с присутствием в растворе диссоциированных ионов Н+ и ОН". Она определяется электрометрически или колориметрически и обозначается величиной рН (отрицательный логарифм концентрации водородных ионов). По закону действующих масс произведение концентрации диссоциированных ионов и недиссоциированной части воды, выраженное в грамм-молях на 1 л воды, представляет постоянную величину и называется константой диссоциации. Так как для воды степень диссоциации чрезвычайно мала, концентрацию недиссоциированной части Н20 принимают за единицу. Поэтому [Н+] - [ОН-] = К. При 22 оС для чистой воды К = 10-14. Так как количество диссоциированных ионов [Н+] и [ОН-] для воды одинаково, то 10-14 = [Н+]2. Отсюда [Н+] равно корню квадратный из 10-14 = 10-7. Если прологарифмировать эту величину и взять ее с отрицательным знаком, значение рН для чистой воды равно семи, что говорит о нейтральной реакции, т. е. одинаковом содержании в растворе и водородных и гидроксильных ионов.
При увеличении концентрации водородных ионов значения рН понижаются, а при уменьшении концентрации — повышаются. Значения рН ниже семи указывают на кислую реакцию почвенного раствора, а выше семи — на его щелочную реакцию. В почвах значения рН колеблются в следующих пределах:
Сильнокислые почвы........................................ 3,0—4,5
Нейтральные почвы........................................... 6,5—7,0
Кислые почвы.................................................... 4,5—5,5
Щелочные почвы.............................................. 7,5—8,5
Слабокислые почвы 5,5—6,5
Сильнощелочные почвы ... 8,5 и выше
3. Кроме общей и актуальной кислотности почв различают еще обменную и гидролитическую кислотность почв (см. гл. 9).
Для развития микробиологических процессов и роста культурных растений реакция почвенных растворов имеет важное значение. Многие микроорганизмы наиболее хорошо развиваются при реакции почвенного раствора, близкой к нейтральной. Большинство культурных растений также чувствуют себя лучше в нейтральных почвах и лишь некоторые из них (например, чайный куст) предпочитают кислые почвы.
Реакцию почвенного раствора можно изменить в наиболее благоприятную сторону, внося различные минеральные вещества. Так, для уничтожения кислой реакции в почвы вносят известь, а для уменьшения щелочности — промышленные отходы, содержащие серу (подвергаясь в почвах воздействию сульфуризирующих бактерий, она превращается в серную кислоту) или чаще физиологически кислые удобрения: суперфосфат, сернокислый аммоний и нитрат аммония.
Внесением различных минеральных и органоминеральных удобрений в почвенных растворах регулируется также состав веществ, в результате чего достигаются максимально благоприятные условия для роста и развития растений. Почвы с высокой концентрацией солей в почвенном растворе (солончаки и солончаковатые почвы) подвергаются промывкам с целью удаления вредного для растений избытка солей и понижения осмотического давления почвенного раствора.
Глава 11 ГАЗОВАЯ ФАЗА ПОЧВ.
Дата добавления: 2015-06-27; просмотров: 2287;