Склад і властивості солей

Хімічний склад водорозчинних солей різноманітний. Найбільш поширеними в засолених ґрунтах України є солі соляної, сірчаної і вугільної кислот – хлориди, сульфати і карбонати кальцію, магнію та натрію, які за відповідного вмісту викликають пригнічення росту і розвитку або навіть загибель рослин.

Карбонати (солі вугільної кислоти) дуже поширені в ґрунтах, ґрунтотворних породах і підґрунтових водах сухостепової, степової і лісостепової зон України. Їх роль у засоленні ґрунтів і токсичності для рослин залежить від типу карбонату, його кількості і ступеня розчинності.

Карбонат кальцію (СаСО₃) – характеризується надто низькою розчинністю (0,065 г/л). У присутності вуглекислоти в результаті утворення бікарбонату кальцію розчинність зростає до 166 г/л. Реакція відбувається за схемою:

СаСО₃ + Н₂СО₃ = Са(НСО₃)₂

Карбонат кальцію, як сіль сильної основи і слабкої кислоти, чинить лужну гідролізуючу дію, а його розчини за відсутності вугільної кислоти набувають високої лужності (рН 10-10,2). Присутність СО₂ в порах ґрунту знижує лужність розчину до рН 7,5-8,5. Через низьку розчинність карбонат кальцію не спричиняє шкоди більшості сільськогосподарських культур. Він не дає ні осмотично, ні токсично небезпечних концентрацій. Проте рослини, адаптовані до кислих ґрунтів (озиме жито, картопля, льон, полин), повільніше розвиваються і не дають високих врожаїв на ґрунтах з високим вмістом СаСО₃.

Річкові і підґрунтові води містять значну кількість карбонатів кальцію. При високому рівні підґрунтових вод СаСО₃ накопичується в ґрунті за рахунок випаровування і транспірації. В посушливих умовах вміст карбонату кальцію досягає 10-20%. Ґрунти, які містять суцільні прошарки СаСО₃, зцементовані і непроникні для коренів і води.

Карбонат магнію (MgCО₃) має більшу розчинність (1,29 г/л) порівняно з карбонатом кальцію. Завдяки утворенню бікарбонату магнію розчинністьзростає до 190 г/л. Реакція відбувається за схемою:

MgCО₃ + Н₂СО₃ ® Mg(HCО₃)₂

В результаті гідролізу лужного типу утворюються розчини з рН 10-11. Присутність карбонату магнію в ґрунтах може чинити негативну дію на рослини, утворюючи сполуки у формі подвійного бікарбонату (CaCО₃MgCО₃) або конкрецій. Проте, вільний MgCО₃ в ґрунті зустрічається рідко, оскільки іон магнію адсорбується ґрунтовим вбирним комплексом.

Карбонат натрію (Na₂CО₃) добре розчинний у воді (178 г/дм³ при температурі 20°С). Відрізняється гідролізом лужного типу і утворює ґрунтові розчини з рН понад 12. Внаслідок високої лужності і доброї розчинності дуже токсичний для рослин. Наявність в ґрунті цієї сполуки викликає пептизацію колоїдів, руйнування структури і зниження водо- та повітропроникності, не піддається промиванню. Вміст вуглекислого натрію у кількості 0,05-0,1% знижує родючість ґрунту.

Бікарбонат натрію (Na₂HCО₃) менш розчинний, ніж карбонат натрію (99 г/л). В меншій мірі лужний і токсичний, внаслідок часткової нейтралізації вугільною кислотою. Утворюється бікарбонат натрію при взаємодії нормальної соди з вугільною кислотою за схемою:

Na₂CО₃ + Н₂СО₃ → 2NaHCО₃

Процес утворення бікарбонату натрію прискорюється при збільшенні вмісту СО₂ у ґрунтовому повітрі в умовах інтенсивного розкладу органічної речовини ґрунту і низької температури. Можливий і зворотній процес. Бікарбонат натрію легко перетворюється на карбонат при зменшенні вмісту СО₂ у ґрунтовому повітрі, при низькій мікробіологічній активності, низькому вмісті органічних речовин і підвищеній температурі ґрунтового розчину. Реакція протикає за схемою:

2NaHCО₃ → Na₂CО₃ +Н₂О + СО₂.

Подібні умови можуть створюватись у каштанових ґрунтах Сухого Степу, однак високий вміст Na₂CО₃ в них зустрічається дуже рідко через наявність гіпсу, у присутності якого сода перетворюється у карбонат кальцію. Реакція відбувається за схемою:

Na₂CО₃ + CaSО₄ ® СаСО₃ + Na₂SО₄

У солонцях і солончаках вміст соди може досягати 5%. В результаті зниження розчинності при температурі нижче 8ºС і низької водопроникності цих ґрунтів вимивання соди в холодний і вологий період року невелике. Завдяки цим властивостям карбонати і бікарбонати натрію накопичуються в ґрунті.

При випаровуванні підґрунтових вод, які містять карбонат натрію, в ґрунті осаджуються і накопичуються кристали подвійної солі Na₂СО₃×NaНСО₃×2Н₂О (трони). Остання, маючи високу розчинність, підвищує лужність ґрунтового розчину до рН 9-10.

Річкові і підґрунтові води на Поліссі та Лісостепу мають концентрацію солей 0,5-3 г/дм³, з підвищеним вмістом карбонату натрію. Тому ґрунти, які формуються за участю таких вод, мають лужну реакцію.

Карбонат калію (К₂СО₃) – зустрічається в ґрунтах значно рідше карбонату натрію. Має значну розчинність (1110 г/дм³) і характеризується властивостями, близькими до соди: гідролізом лужного типу і високою лужністю ґрунтового розчину, що є токсичною для рослин; пептизує ґрунтові колоїди і руйнує структуру ґрунту.

Сульфати (солі сірчаної кислоти) присутні у різній кількості майже в усіх типах ґрунтів.

Сульфат кальцію (CaSО₄) – важкорозчинна сіль (1,76 г/дм³), у великих кількостях міститься в ґрунтах і ґрунтотворних породах сухостепової зони України. Накопичується у вигляді гіпсу (CaSО₄×2H₂О), що кристалізується у різноманітних формах: у вигляді тонких прозорих кристалів, включень, конкрецій, платівок. Для рослин фізіологічно не шкідливий.

У ґрунтах з високим вмістом гіпсу формуються суцільні гіпсові горизонти у вигляді ущільненої маси. Це обумовлює їх сильну зцементованість і, як наслідок, зупиняє проникнення коренів, води і повітря.

За особливо сухих кліматичних умов гіпс збезводнюється, перетворюючись на борошнисту масу напівгідрату (CaSО₄∙¹/₂Н₂О). Разом із хлоридами гіпс та інші сульфати присутні в засолених ґрунтах півдня України. Гіпс широко використовують для меліорації солонців і солонцевих ґрунтів, які містять соду.

Сульфат магнію (MgSО₄) – типовий компонент засолених ґрунтів. Через високу розчинність (700 г/л) він є однією з найбільш токсичних для рослин солей. У вигляді епсоміту (MgSО₄∙7H₂О) міститься у підґрунтових водах і солених озерах півдня України і північної частини Криму. Сульфат магнію ніколи не накопичується в ґрунті у чистому вигляді, а тільки у сполученні з іншими легкорозчинними солями. Ґрунти, які містять у своєму складі сульфат магнію, відносяться до низькопродуктивних.

Сульфат натрію (Na₂SО₄) – типовий компонент засолених ґрунтів, підґрунтових вод і солених озер. Токсичність його у два-три рази менша, ніж сульфату магнію, а ступінь розчинності (529 г/дм³) змінюється прямо пропорційно температурі. З цієї причини сульфат натрію в теплий період року разом з іншими водорозчинними солями (MgSО₄, MgCl₂, NaCl) мігрує за профілем до поверхні ґрунту, в той час як у холодні періоди через понижену розчинність він є нерухомий і не вимивається низхідними токами води.

Осаджуючись, сульфат натрію утворює прозорі кристали мірабіліту (Na₂SО₄∙10H₂О). В міру підвищення температури мірабіліт дегідратується, перетворюючись у білий пил тенардиту (Na₂SО₄). Іноді сульфат натрію кристалізується разом з сульфатом кальцію і утворює глауберит (CaSО₄×Na₂SО₄), який накопичується у вигляді пухкого пилу на поверхні солончаків.

Сульфат калію (K₂SО₄) – має аналогічні властивості з сульфатом натрію, але його токсичність, у зв^’язку з меншою розчинністю (100 г/дм³) набагато нижча.

Хлориди – солі соляної кислоти також нерідко накопичуються у ґрунтах південних широт. Вони разом з сульфатами належать до найбільш поширених солей, які входять до складу засолених ґрунтів і соляних озер. Характеризуються високою розчинністю (342-745 г/дм³) і токсичністю. Хлориди найчастіше зустрічаються на території узбережжя Сиваша, Чорного і Азовського морів.

Хлорид кальцію (СаСl₂) – рідко зустрічається в ґрунтах у присутності Na₂SО₄ і Na₂CO₃. Він легко осаджується і переходить у CaSО₄, СаСО₃. Тому хлориди кальцію знаходяться в ґрунтах і водах соляних озер лише в дуже високих концентраціях (400-550 г/дм³). Значних концентрацій досягає його вміст у глибокозалягаючих підземних водах. СаСl₂ дуже токсичний для рослин, хоча поступається за даною характеристикою хлоридам магнію і натрію.

Хлористий магній (MgCl₂) зустрічається в засолених ґрунтах, підґрунтових водах і соляних озерах частіше за хлорид кальцію. Накопичується у значних кількостях в умовах сильної засоленості. Маючи високу розчинність (до 1600 г/дм³) хлорид магнію сильно токсичний для рослин. У поверхневих горизонтах сильнозасолених ґрунтів і солончаків він утворюється і накопичується внаслідок обмінних реакцій між ґрунтовим розчином, збагаченим хлоридом магнію і ґрунтовим вбирним комплексом.

Хлористий магній – сіль з високою гігроскопічністю і, навіть при низькій температурі, вона поглинає пароподібну вологу з водяної пари атмосфери. За таких умов кристалічні осади хлористого магнію швидко розчиняються і перетворюються на концентрований розчин. Тому ґрунти, що містять на поверхні MgCl₂, тривалий час після дощу залишаються вологими або вбирають росу (мокрі солончаки). Ґрунти з високим вмістом хлористого магнію дуже важко піддаються освоєнню.

Хлористий натрій – галіт (NaCl) – постійний і найбільш розповсюджений компонент засолених ґрунтів півдня України. Висока його розчинність (357 г/л)зумовлює високу токсичність для більшості рослин. За вмісту 0,1% у рослин порушується нормальний розвиток, а ґрунти з вмістом хлористого натрію 2-5% вважаються непридатними для вирощування сільськогосподарських культур.

Хлористий калій – сильвін (КС1) – утворюється при осадженні у водоймах, басейнах, розташованих в районах із спекотним і сухим кліматом, часто поруч з галітом. За властивостями (розчинність 342 г/л) дуже близький до хлористого натрію, однак в засолених ґрунтах у значних кількостях зустрічається рідко. При високій концентрації токсичність КС1 така ж висока, як і у NaCl. Родовища хлористого калію використовують для виробництв калійних добрив.

Нітрати – солі азотної кислоти (НNО₃) в різній кількості присутні в усіх ґрунтах. Вони мають високу розчинність (KNO₃ – 316 г/л; Mg(NО₃)₂ – 678; NaNO₃ – 880; Ca(NО₃)₂ – 1260 г/л), не сорбуються ґрунтом і тому їх вміст, як правило, не перевищує 0,05%. Завдяки цьому нітрати не відновлюються до токсичних для рослин солей.

Проте нітрати легко вимиваються водами поверхневого стоку, мігрують за профілем ґрунту до підґрунтових вод, спричиняючи їх забруднення. Значна кількість нітратів потрапляє до водойм викликаючи їх евтрофікацію, відмирання фауни, погіршення питних і технічних якостей води.

Підвищений вміст нітратів у ґрунті спричиняє інтенсивне накопичення їх у рослинах, які з їжею надходять до організму людини. Внаслідок бактеріальних перетворень нітрати трансформуються у нітрити та нітрозаміни, – що викликають метагемоглобінею – хворобу, що може переходити в рак і призводити до летального кінця.

Борати – солі метаборатної (НВО₃) і ортоборатної (Н₃ВО₃) кислот. Їх утворення і накопичення пояснюється вивітрюванням турмаліну, який присутній у вулканічних породах. Скупчення бору в ґрунтах спостерігаються поблизу вулканів. Навіть в дуже незначній концентрації бор високотоксичний для рослин.

Борнокислі солі володіють достатньою розчинністю і рухомістю. Основними солями, що беруть участь в процесах засолення ґрунтів, є бура (Na₂B₄О₇∙10H₂О), борацит (Mg₇C₂B₁₆O₃₀), солеманіт (Са₂В₉О₁₁×5Н₂О), боронатрокальцит (NaCaB₅O₉×8Н₂О).

У ґрунтах багато й інших солей. Однак, у більшості випадків їх вміст настільки малий, що не викликає засолення ґрунтів. Крім того, навіть при високому вмісті, як показано раніше, не всі солі шкідливі для рослин.

За ступенем токсичності для сільськогосподарських культур легкорозчинні солі можна розташувати у зменшуваний ряд:

Na₂CО₃→NaHCО₃→NaCl→NaNО₃→CaCl₂→Na₂SО₄→MgCl₂→MgSО₄

Так, якщо умовно шкідливість Na₂SО₄ прийняти за одиницю, то у інших солей вона буде дорівнювати: NaHCО₃ – 3; MgSО₄ і MgCl₂ – 3-5; NaCl – 5-6, а у соди Na₂CО₃ – 10. Шкідлива дія хлоридів і сульфатів починає проявлятися при концентрації 0,1% від маси ґрунту; при вмісті 0,3-0,5% культурні рослини нормально не розвиваються. Найбільш шкідливою є нормальна сода. Максимально допустима межа її вмісту в ґрунті становить 0,005%, а при більшій кількості – рослини гинуть.