Кислотность, щелочность и буферность почв

Характерным свойством почвы является ее реакция. Она проявляется при взаимодействии почвы с водой или растворами солей и зависит от соотношения свободных ионов Н⁺ и ОН^– в почвенном растворе. Кислотно-щелочные условия обусловлены типом почв, их подтиповыми, родовыми различиями и могут колебаться в широких пределах. Концентрация свободных ионов Н⁺ выражается величиной рН, представляющей собой отрицательный логарифм концентрации ионов водорода: рН = 7 – нейтральная реакция; рН < 7 – кислая; рН > 7 – щелочная. Показатель рН почвенного раствора в различных почвах колеблется от 3,5 до 8-9 и выше. Наиболее кислая реакция у болотных почв верховых торфяников, у подзолистых и дерново-подзолистых почв рН меняется от 4 до 6, у черноземов реакция близка к нейтральной, наиболее щелочная реакция у солончаков, особенно содовых (рН от 8-9 и выше). Для сельскохозяйственных растений наиболее благоприятна слабокислая или слабощелочная реакция; наименее благоприятна сильнокислая и особенно сильнощелочная. В кислой среде преобладает грибная микрофлора, в нейтральной и слабощелочной – бактериальная.

Реакция почвы (кислотность, щелочность) в сильнейшей степени зависит от того, какие вещества поглощены ею. Если в ППК поглощены водород или алюминий, реакция будет кислой, если натрий – щелочной; почва, насыщенная кальцием, будет иметь нейтральную реакцию.

Кислотность почв связана с содержанием ионов водорода и выражается в способности почвы подкислять воду и растворы нейтральных солей. Для почвенного раствора характерна актуальная кислотность, для твердой фазы почвы – потенциальная. В почве сохраняется подвижное равновесие ионов водорода твердой фазы и почвенного раствора, но доминирует кислотность твердой фазы почвы.

Актуальная кислотность представляет собой концентрацию ионов H⁺ в почвенном растворе и выражается величиной pH. 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. Величина pH является наиболее устойчивым генетическим показателем конкретной почвы. Варьирование pH в границах типичных значений составляет 5-10 %. Всякие изменения реакции среды приводят к резкой смене характера почвообразования. Антропогенные изменения актуальной кислотности происходят при окультуривании и деградации почв. Поэтому величина pH для всех почв является существенным диагностическим критерием.

Потенциальная кислотность обусловлена количеством обменных ионов H⁺ и Al³⁺ в составе почвенного поглощающего комплекса. Источником обменного иона H⁺ являются органические кислоты, образующиеся при разложении и гумификации органических остатков, а также угольная кислота. Обменный Al³⁺ вытесняется в раствор из кристаллической решетки глинистых минералов при взаимодействии с растворами солей. Выделяемые в раствор катионы H⁺ и Al³⁺ подкисляют его:

[ППК^–]H⁺ + KCl ® [ППК^–]K⁺ + HCl;

[ППК^–]Al³⁺ + 3KCl ® [ППК^–]3K⁺ + AlCl₃.

Образующаяся в растворе соль хлористого алюминия относится к категории гидролитически кислых солей и в водном растворе расщепляется на кислоту и основание:

AlCl₃ + 3H₂O ® Al(OH)₃¯ + 3HCl.

Кислотность является резко отрицательным свойством почвы, так как она угнетает развитие большинства культурных растений, усиливает разрушение минералов почвы, вызывая оподзоливание последней. Кроме того, катионы алюминия в почвенном растворе токсичны для растений. Для устранения кислотности проводят известкование почвы:

CaCO₃ + H₂O + CO₂ = Ca(HCO₃)₂;

[ППК]2H⁺ + Ca(HCO₃)₂ « [ППК]Ca²⁺ + 2H₂O + 2CO₂.

Уменьшению кислотности способствует систематическое применение навоза, торфокомпостов в сочетании с агротехническими приемами окультуривания почв.

Щелочность почв представляет собой суммарное содержание в водной вытяжке карбонатных ионов и . Как и кислотность, различают щелочность актуальную и потенциальную. Актуальная обусловливается наличием в почвенном растворе гидролитически щелочных солей (Na₂CO₃, NaHCO₃, Ca(HCO₃)₂, MgCO₃ и др.), которые при диссоциации определяют преобладающую концентрацию гидроксил-ионов, например:

Na₂CO₃ + 2HOH « H₂CO₃ + 2Na + 2OH^–.

Эти соли увеличивают концентрацию ионов OH^- в почвенном растворе, реакция pH становится щелочной.

Потенциальная щелочность обнаруживается у почв, содержащих поглощенный натрий. При взаимодействии такой почвы с угольной кислотой, находящейся в почвенном растворе, происходит накопление соды и подщелачивание раствора:

[ППК^–]2Na⁺ + H₂CO₃ « [ППК^–]2Н⁺ + Na₂CO₃.

Щелочность угнетает развитие растений и микроорганизмов, усиливает пептизацию почвенных коллоидов и резко ухудшает физические свойства почвы. Избыточную щелочность устраняют гипсованием почвы: [ППК^–]2Na⁺ + СaSO₄ « [ППК^–]Сa²⁺ + Na₂SO₄.

Буферной способностью, или буферностью, называют способность почвы противостоять изменению реакции почвенного раствора. Буферные свойства почвенного раствора связаны, главным образом, с буферностью твердой фазы почвы, с которой раствор находится в постоянном взаимодействии. Чем выше емкость поглощения почвы, тем больше ее буферная способность. Наиболее высокой буферной способностью характеризуются тяжелые хорошо гумусированные почвы.

Почвы с высокой степенью насыщенности основаниями (черноземы, каштановые, дерновые, перегнойно-карбонатные и др.) обладают высокой буферной способностью против подкисления, а не насыщенные основаниями почвы (подзолистые, красноземы и др.) – способностью против подщелачивания, так как все ионы натрия поглощаются в обмен на водород ППК.

для повышения буферности песчаных, супесчаных, дерново-подзолистых и других почв рекомендуется увеличивать емкость поглощения систематическим внесением больших норм органических удобрений.

Жидкая фаза почвы

Нормальное развитие растений и почвенных микроорганизмов невозможно без достаточного количества влаги. Вода является терморегулирующим фактором, обеспечивает протекание химических, физико-химических и биологических процессов, обусловливает физико-механические свойства почв, а также проявление некоторых негативных процессов (эрозия, вынос из верхних слоев питательных элементов).