Кислотность и щелочность почв.

Реакция почвы обусловлена наличием и соотношением в почвенном растворе водородных (Н⁺) и гидроксильных (ОН^–) ионов и измеряется величиной рН.

рН – отрицательным логарифмом активности водородных ионов в растворе (–lg а_Н⁺).

В почвенных растворах и вытяжках из почв чаще всего определяют не концентрацию того или иного иона, а их активность.

Это связано с рядом обстоятельств. Ионы и молекулы в растворе взаимодействуют друг с другом и проявляют свои свойства так, как будто концентрация их меньше, чем в действительности. Это явление получило название эффекта Вигнера, или суспензионного эффекта.

Суспензионный эффект одни объясняли тем, что вблизи отрицательно заряженных коллоидных частиц концентрируются положительные ионы Н⁺; поэтому при осаждении и расслоении суспензии в осадке должно быть больше Н⁺- ионов, чем в надосадочном растворе. Другие – тем, что при электрометрическом измерении рН возникает диффузионный потенциал, или потенциал жидкостного соединения. Размер диффузного потенциала невелик, но он может существенно возрастать под влиянием электрически заряженных почвенных коллоидов; последние могут избирательно связывать ион калия солевого мостика (индикаторного электрода и электрода сравнения), что приводит к увеличению скачка потенциала и появлению суспензионного эффекта.

В общем случае величина активности зависит от концентрации электролита. Эту зависимость выражают формулой

а = jC,

где а – активность; С – концентрация; j – коэффициент активности.

Коэффициенты активности ионов не зависят от состава электролита и определяются только зарядом и размером ионов.

Активность определяют в единицах концентрации.

Почвы могут иметь нейтральную (рН 7), кислую (рН < 7) или щелочную (рН > 7) реакцию.

Кислотность почв.

Под кислотностью почвы понимается ее способность подкислять воду и растворы нейтральных солей. Различают актуальную и потенциальную кислотность.

Актуальнаякислотность почвы обусловлена наличием свободных водородных ионов (протонов) в почвенном растворе.

Потенциальная кислотность, или кислотность твердой фазы почвы обусловлена наличием ионов Н⁺ и Al³⁺ в ППК. В зависимости от характера взаимодействующего с почвой раствора различают две ее формы – обменную и гидролитическую.

Обменная кислотность обозначается символом Н⁺ и проявляется при обработке почвы раствором нейтральной соли (1 н. KCl, рН 6,5).

Са²⁺ Ca²⁺

[ППК^8–] Mg²⁺ + 4KCl [ППК^8–] Mg²⁺ + HCl + AlCl₃.

Н⁺ 4K⁺

Al³⁺

Гидролитическое расщепление:

AlCl₃ + 3H₂O Al(OH)₃ + 3HCl.

При обработке почвы раствором нейтральной соли из ППК вытесняются не все поглощенные ионы водорода и алюминия. Более полно проявляется потенциальная кислотность при обработке почвы раствором гидролитически щелочной соли, например, уксуснокислого натрия (1 н. СН₃СООNa, рН 8,2):

[ППК^–] H⁺ + CH₃COONa [ППК^–] Na⁺ + CH₃COOH,

[ППК^3–] Al³⁺ + 3CH₃COONa [ППК^3–] 3Na⁺ + (CH₃COO)₃Al,

(CH₃COO)₃Al + 3H₂O Al(OH)₃ + 3CH₃COOH.

Количество образующейся уксусной кислоты характеризует гидролитическую кислотность,обозначаемую символом Н_г.

Гидролитическая кислотность в большинстве почв (за исключением красноземов и желтоземов) выше обменной.

Щелочность почв. Различают актуальную и потенциальную щелочность почв. Актуальная щелочность обусловлена наличием в поч-венном растворе гидролитически щелочных солей (Na₂CO₃, NaHCO₃, Ca(HCO₃)₂), при диссоциации которых образуется значительное количество гидроксильных ионов (ОН^–):

Na₂CO₃ + 2HOН H₂CO₃ + 2Na⁺ + 2OH^–.

Потенциальная щелочность обнаруживается у почв, содержащих поглощенный (обменный) натрий. При взаимодействии такой почвы с угольной кислотой, находящейся в почвенном растворе, происходит реакция замещения, результатами которой являются накопление соды и подщелачивание раствора:

[ППК^2–] 2Na⁺ + H₂CO₃ [ППК^2–] 2H⁺ + Na₂CO₃.

Щелочность почвенного раствора характеризуется в миллиграмм-эквивалентах кислоты, необходимой для нейтрализации гидроксильных ионов раствора, обусловленных ионами НСО₃^– (щелочность бикарбонатов), СО₃^2– (щелочность нормальных карбонатов) или их суммой (общая щелочность).

Величину щелочности также выражают показателем рН почвенного раствора или водной вытяжки, выделяя слабощелочную

(рН = 7,2–7,5), щелочную (рН = 7,6–8,5) и сильнощелочную (рН > 8,5) реакции.

Щелочность является крайне неблагоприятным свойством, так как она тормозит рост и развитие растений и микроорганизмов, резко ухудшает физические свойства почв.

Избыточную щелочность устраняют путем внесения гипса, нитратов кальция, материалов, содержащих гипс, серную кислоту, сульфат железа, пиритовые огарки или серу:

[ППК^2–] 2Na⁺ + CaSO₄ [ППК^2–] Ca²⁺ + Na₂SO₄.

Норму гипса определяют в зависимости от содержания в почве обменного натрия.

Доля участия в ППК поглощенных водорода и алюминия определяет степень насыщенности почв основаниями, обозначаемую символом V (в %):

V = S / ЕКО или S / (S + H_г),

где S – сумма поглощенных оснований (м-экв/100 г); Н_г – гидролитическая кислотность (м-экв/100 г); ЕКО – емкость катионного обмена (м-экв/100 г).

Почвы, имеющие степень насыщенности основаниями меньше 50%, обладают неблагоприятными свойствами и нуждаются в известковании, при котором происходит замещение поглощенного водорода на кальций. При внесении извести СаСО₃ при наличии избытка углекислоты переходит в растворимый Са(НСО₃)₂, который взаимодействует с почвой по следующей схеме:

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

Дозу извести рассчитывают по величине гидролитической кислотности почвы, но допускается и расчет по обменной кислотности, показателем которой служит рН солевой суспензии.

Буферность почв. Благодаря поглотительной способности, почвы обладают уникальным свойством – буферностью: способностью почвы противостоять изменению реакции почвенного раствора.

Различают буферность против кислотных и буферность против щелочных агентов. Буферные свойства почв связаны с поглощением и вытеснением ионов ППК, нейтрализацией и выпадением в осадок образующихся соединений.

Буферность зависит от химического, минералогического и гранулометрического составов (содержание гумуса, глинистых минералов), состава поглощенных катионов, ЕКО и свойств почвенного раствора. Наибольшей буферностью характеризуются тяжелые хорошо гумусированные почвы с высокой емкостью катионного обмена.

Почвы, насыщенные основаниями – V > 80% (черноземы, каштановые), обладают высокой буферностью против подкисления:

Ca²⁺

[ППК^4–] Mg²⁺ + 2H₂CO₃ [ППК^4–] 4H⁺ + CaCO₃ + MgCO₃.

Ненасыщенные основаниями почвы – V < 50% (подзолистые, красноземы) характеризуются повышенной буферностью против подщелачивания, так как все ионы натрия поглощаются ППК в обмен на ион водорода:

[ППК^2–] 2H⁺ + Na₂CO₃ [ППК^2–] 2Na⁺ + H₂O + CO₂ .

Буферная способность является одним из элементов почвенного плодородия, так как позволяет сохранять благоприятные для растений и микроорганизмов свойства почв.

Для увеличения буферности почв следует повышать ЕКО путем внесения органических удобрений или проведения мелиоративных мероприятий (глинование легких по гранулометрическому составу почв).