Физико химические свойства почв

  Содержание

1. Минеральный состав почвенных коллоидов  ( 7 ).

2. Поглотительная способность почвы ( 11 ).

3. Ёмкость катионного обмена и сумма поглощенных оснований ( 19 ).

4. Состав поглощенных катионов в различных типах почв ( черноземы, каштановые, солонцы, подзолистые, серые лесные, красноземны, солончаки, солоди) ( 23 ).

5. Токсичность солей и солеустойчивость растений ( 29 ).

6. Буферность почвы ( 36 ).

7. Динамика калийных соединений и степень их усвояемости ( 50 ).

Список  используемой литературы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Минеральный состав почвенных коллоидов.

Почвенные коллоиды - минеральные, органические и органоминеральные  частицы, имеющие размер меньше 0,0001 мм и обладают определенными свойствами.

Образуются 2 путями:

Диспергация (раздробление большой крупной частицы).

Конденсация (укрупнение молекул).  

Количество их в разных почвах неодинаково и  зависит от гранулометрического  состава почвы и содержания в  них гумуса.  

Чем тяжелее  почва и больше гумус, тем больше коллоидов и наоборот. Например: тяжелосуглинистые и глинистые  хорошо гумусирующие почвы содержат 20-30% коллоидов и больше, а песчаные и супесчаные мало гумусированные всего 1-3%.  

На содержание коллоидов большое влияние оказывает  характер почвообразовательного процесса: подзолообразование приводит к разрушению коллоидов в верхней части  профиля и вымыванию продуктов  разрушения вниз по профилю.  

При дерновом процессе в верхней части образуются и  накапливаются органические и органоминеральные  коллоиды. Коллоидные части имеют  следующее строение. Внутренняя часть  состоит из ядра, представляет собой  массу недиссоциированных молекул. К ядру примыкает потенциалопределяющийый слой, состоящий из ионов. Ядро + потенциалопределяющийый слой образует гранулу. За этим слоем расположен слой компенсирующих ионов. Часть ионов слоя компенсирующих ионов неподвижна и образует неподвижный слой компенсирующих ионов.  

Другая часть  ионов слоя компенсирующих ионов  отходит от внутреннего слоя на определенное расстояние, образуя диффузный слой.  

По отношению  к воде коллоиды делятся на гидрофильные, которые поглощают воду и гидрофобные  которые не способны поглощать молекулы воды.  

Коллоиды могут  находиться в 2х состояниях - Золя (коллоидного  раствора) и геле (коллоидного осадка). Существует 3 группы коллоидов:

Органические. Представлены в почве гумусовыми кислотами  и гуматами (фульватами и их солями). Это гидрофильные коллоиды - пептизируются под действием щелочных растворов и коагулируются под влиянием 2 и 3 валентных катионов.

Минеральные. Глинистые  минералы, гидроксиды железа и Al. Способны к коагуляции при воздействии 2х и 3х валентных катионов.

Органоминеральные. Почвенные коллоиды обладают способностью поглощать из почвенного раствора ионы и молекулы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Поглотительная способность почвы.

Поглотительная  способность почвы, свойство почвы  задерживать в себе (сорбировать) различные вещества, соприкасающиеся с её твёрдой фазой. Виды П. с. п.: механическая — поглощение высокодисперсных частиц почвенными порами; физическая — поглощение электролитов под влиянием поверхностной энергии; физико-химическая (обменное и необменное поглощение катионов) — обмен между катионами твёрдой фазы и почвенного раствора; химическая — образование малорастворимых и нерастворимых солей, которые выпадают в осадок и примешиваются к твёрдой фазе почвы; биологическая — сорбция веществ микроорганизмами и корнями растений. Количество всех сорбированных почвой обменных катионов (в мг/экв на 100 г почвы) составляет ёмкость поглощения; величина её может изменяться в зависимости от содержания почвенного поглощающего комплекса (в основном коллоидов почвы), реакции почвенного раствора, природы катионов и т.п. 

П. с. п. играет важную роль в процессах выветривания горных пород, выщелачивания почв, оказывает  большое влияние на все почвенные  процессы, тесно связана с продуктивностью  почвы. Учение о П. с. п. — теоретическая основа применения удобрений и химической мелиорации. Основы современного представления о П. с. п. создал советский учёный К. К. Гедройц в 1912—32. В дальнейшем исследования продолжались Б. П. Никольским, И. Н. Антиповым-Каратаевым, А. Н. Соколовским, Н. И. Горбуновым и др. 
 

3. Ёмкость катионного обмена и сумма поглощенных оснований.

Ёмкость катионного обмена (ЕКО) — общее количество катионов одного рода, удерживаемых почвой в обменном состоянии при стандартных  условиях и способных к обмену на катионы взаимодействующего с  почвой раствора. 

Величину ёмкости  выражают в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы или её фракции. 

Термин по ГОСТу: 

Емкость катионного обмена почвы — максимальное количество катионов, которое может быть удержано почвой в обменном состоянии при  заданных условиях. 

Поглотит способ хар-ся суммой всех поглощён катионов. Е=ЕКО (ёмкость катионного объёма) (мг/экв/100 гр почвы).

Величина ёмкости  зависит от:

1. Гранулометрического состава почвы.

2. Содержан гумуса. Чем больше, тем больше ёмкость поглощения.

3. Минералогического состава.

Чем больше в  качестве глинистых минералов монтморилонитовой группы, тем больше ёмкость. Чем больше ёмкость, тем больше почва содержит элементов питания и выше буферность почвы (способность почвы противостоять измененным радиациям среды). Состав поглощен катионов в различных почвах различен. гидролиз, в зависимости от состоянии катионов, выдел почвы насыщен и ненасыщен основаниями. Сумма поглощен катионов - S - кол-во катионов, кот при выходе в р-р дают основания Са,Мg,К,NН_4. (мг). Катионы Н и Аl обособлены и обозначаются Н_г и Al. Са,Мg,К,NН₄}S; Н,Аl} Н_г. V - степень насыщенности почвы основаниями в % и рассчитывается по формуле. V=S/E·100%=S/S+Hr·100% 
 
 
 

4. Состав поглощенных катионов в различных типах почв ( черноземы, каштановые, солонцы, подзолистые, серые лесные, красноземы, солончаки, солоди).

Различные почвы  отличаются не только по емкости поглощения, и но по составу поглощенных катионов. Все почвы содержат в поглощенном состоянии катионы кальция и магния. В обыкновенных и мощных черноземах на эти катионы приходится 80—90 % емкости поглощения, а ионов водорода и алюминия — небольшое количество. В южных черноземах, сероземах и каштановых почвах среди поглощенных катионов преобладают кальций и магний, катионов натрия содержится обычно немного, водород отсутствует. В солонцах и солончаках наряду с кальцием и магнием в поглощенном состоянии содержится много натрия. В красноземах и дерново-подзолистых почвах среди поглощенных катионов, кроме кальция и магния, находятся ионы водорода и алюминия (иногда 50 % и более емкости поглощения). 
Калий и аммоний содержатся в поглощенном состоянии во всех почвах в небольших количествах. 
Состав поглощенных катионов оказывает большое влияние на физические и химические свойства почвы, на условия роста сельскохозяйственных культур и действие удобрений. От состава поглощенных катионов в значительной степени зависит состав почвенного раствора. При взаимодействии с почвенными растворами поглощенные почвой катионы вытесняются в раствор (в обмен на катионы растворимых солей). Если почва содержит в поглощенном состоянии много кальция, то при внесении растворимых удобрений будет вытесняться в почвенный раствор преимущественно кальций, а если поглощенного кальция мало и в поглощенном состоянии находится много ионов алюминия и водорода, то при внесении удобрений будут вытесняться в почвенный раствор алюминий и водород, что вызовет его подкисление. 
Состав поглощенных катионов влияет на состояние почвенного поглощающего комплекса, на его дисперсность, а в связи с этим — на физико-механические и физико-химические свойства почвы. Катионы осаждают (коагулируют) отрицательно заряженные почвенные коллоиды, причем коагулирующая способность их возрастает с увеличением заряда и атомной массы. Одновалентные катионы обладают меньшей коагулирующей способностью, чем двухвалентные, а двухвалентные — меньшей, чем трехвалентные. Исключение составляет ион водорода, который по энергии коагуляции приближается к двухвалентным катионам. 
С повышением кислотности среды коагулирующее действие катионов усиливается, а при щелочной реакции значительно ослабевает. Коагулирующее действие одновалентных катионов оказывается слабее диспергирующего влияния ОН- ионов, и поэтому при щелочной реакции эти катионы не вызывают коагуляцию почвенных коллоидов. 
Коагулирующее действие катионов кальция сильнее диспергирующего влияния ОН- ионов, поэтому в растворе, содержащем ионы кальция, коллоиды осаждаются даже при щелочной реакции. Магний в этом отношении занимает промежуточное место между одновалентными катионами и кальцием, но ближе к последнему. 
 
 
 
 
 
 

5. Токсичность солей и солеустойчивость растений.

        Солеустойчивость растений способность растений проходить полный цикл развития на засоленных почвах, т. е. на почвах с содержанием солей (гл. обр. хлоридов, сульфатов и карбоната натрия) выше 0,2% от массы почвы. Наиболее солеустойчивы Галофиты, однако и они очень чувствительны к внезапному засолению. Любое растение приспосабливается к высокому содержанию солей в процессе онтогенеза в соответствии со своей наследственной природой. Адаптация растений зависит от вида засоления. При хлоридном засолении растения становятся мясистыми — суккулентами, при сульфатном — обычно приобретают ксероморфную структуру.

         Основная причина повреждения  растений на засоленных почвах  — токсичность солей, а не  высокое осмотическое давление, как считали до начале 20 в. С. р. при культивировании на почвах хлоридного, сульфатного и карбонатного (содового) засоления повышают путём адаптации растений в соответствующих солевых растворах (намачивание семян). При такой «закалке» снижается проницаемость протоплазмы для солей, повышается порог её коагуляции солями, меняется характер обмена веществ. На засоленных почвах у растений наблюдаются изменения нуклеинового, белкового, углеводного и фосфорного обмена.

         Чрезмерное поглощение растением ионов солей вызывает повышение осмотического давления и сопровождается нарушениями обмена веществ. С. р. обусловлена генетически и может увеличиваться в ходе адаптации растений к высокому содержанию солей. Механизмы С. р. сводятся к регуляции содержания солей и воды в клетках и защите биополимеров от обезвоживания и повреждения солями путём накопления спец. веществ — протекторов (например, пролина). Большинство растений не солеустойчивы (гликофиты). Наиболее солеустойчивы дикорастущие галофиты: соленакапливающие (солянки — солерос, сведа), солевыделяющие (кермек, тропич. растения морских побережий и устьев рек, образующие мангры), с низким поглощением солей (полыни). Культурные растения имеют различие устойчивость к избытку солей в почве. На сильнозасолённых почвах могут расти, например, сахарная свёкла , миндаль, спаржа. К среднему засолению устойчивы хлопчатник, подсолнечник, ячмень, томат, тыква и др. Пшеница мягкая более солеустойчива, чем твёрдая . С. р. минимальна в фазе проростков и во время образования генеративных органов. Важное значение имеет выведение солеустойчивых сортов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

6. Буферность почвы.

Буферность - уникальное и важное свойство почвы. Самое лучшее определение этого свойства дал В.Д. Муха: под кислотно-основной буферностью почвы (или просто буферностью) понимают способность последней как полифункциональной системы противостоять изменению концентрации почвенного раствора, особенно её щелочно-кислотного и окислительно-восстановительного состояния. Некоторые учёные объясняли это свойство по-другому: Буферностью почвы называют способность почвы противостоять изменению реакции почвенного раствора под воздействием кислотных и щелочных агентов (Н.Ф. Ганжара). Другие исследователи обобщили свои знания о буферности, как о способности почвы противостоять изменению её актуальной реакции под воздействием различных факторов (В.А. Ковда). Однако все учёные сходятся во мнении, что буферность почвы - целый комплекс взаимосвязанных свойств, зависящих от множества систем почвы.

       Основной принцип работы буферной системы почвы - нейтрализация кислот или оснований, кислых или щелочных солей, т.е. тех веществ, попавших в почву, которые могут изменить её реакцию среды (механизм работы буферных систем почвы будет описан далее).

        Буферные свойства связаны с процессами физико-химического (обменного) поглощения ионов, перехода различных соединений в ионные и молекулярные формы, с нейтрализацией и выпадением в осадок вновь образующихся соединений. Поэтому, прежде всего на буферность влияют качественный и количественный состав высокодисперсных частиц (Чем больше коллоидов в почве, тем выше её буферность; песчаные почвы не обладают буферностью), катионный состав почвенно-поглощающего комплекса (далее ППК), минеральный и органический состав почвы (далее перечисленные факторы будут рассмотрены подробнее). Чаще всего буферность почвы определяется качеством её твёрдой фазы, однако механизм буферных систем почвы весьма разнообразен и может обходиться без вовлечения твёрдой фазы.

        Многие учёные рассматривают буферность как часть природной системы устойчивости почвы. Например, в статье М.А. Глазовской было дано такое определение: устойчивость - потенциальный запас буферности исходных природных ландшафтов и почв, а также способность последних к восстановлению нормального функционирования.

         Кислотно-основная буферность почв является интегральным показателем. Она отражает качественное и количественное состояние гетерогенной почвенной системы и является одним из важнейших факторов устойчивости почв. В молодых почвах буферность находится на начальной стадии своего развития и зависит от формирования буферных систем, которые в зрелых почвах создаются сотни лет. Высокие показатели буферности определяются комплексным действием органических, органоминеральных и минеральных буферных систем. Самой крупной буферной системой “кислота-щёлочь” в зрелых почвах является почвенно-поглощающий комплекс: органическое вещество почв и минералы.

         В почвах техногенных ландшафтов  элементарные почвенные процессы  протекают под влиянием естественных  факторов почвообразования, но условия  их протекания отличаются от  почвообразовательных процессов  в природных “нормально развитых  почвах”. 

         Почвы, ненасыщенные основаниями, имеющие в составе ППК обменные катионы водорода и алюминия (подзолистые, краснозёмы), обладают повышенной буферностью к подщелачиванию, так как все ионы металла (например, натрия) поглощаются в обмен на водород ППК, и пониженной к подкислению. Наличие большого количества катионов Ca2+, Mg2+, Na+ и других оснований создаёт значительную буферность в кислую сторону; почвы, имеющие в составе обменных катионов H+ или Al3+ и способные поглощать щёлочь, обнаруживают буферность в щелочную сторону ). Чем больше в почвенном растворе солей сильных оснований и слабых кислот, тем более буферна почва по отношению к кислым удобрениям; соли слабых оснований и сильных кислот буферны к щелочным удобрениям. Так как раствор находится в постоянном взаимодействии с твёрдой фазой почвы, то последняя также оказывает существенное влияние на буферность. Чем больше коллоидных частиц и гумуса в почве и чем больше они содержат поглощённых оснований, тем буфернее почва по отношению к кислым удобрениям; поглощённый коллоидами водород способствует увеличению буферности почвы к щелочным удобрениям. Наиболее буферны почвы тяжёлого (глинистого) механического состава. Атмосферные осадки, грунтовая и оросительная вода могут изменить реакцию почвы, если последняя не обладает буферностью, и наоборот. Растения реагируют на изменение реакции почвы, поэтому Буферность почвы играет большую роль в их росте и развитии. Буферность почвы можно повысить внесением органических удобрений.

       В итоге, буферность почвы можно увеличить утяжелением гранулометрического состава, увеличением содержания гумуса, высокоёмкостных минералов, ёмкости поглощения.

Система соединений химических элементов почвенного индивидуума  является компонентом системы более  высокого иерархического уровня (ландшафта  биосферы) и в свою очередь может  быть расчленена на подсистемы более  низкого ранга (почвенного горизонта, фаз почвы, отдельных групп соединений любого химического элемента, ионов). Системообразующие отношения в каждом из уровней системы характеризуются специфическими масштабами переноса веществ и природой процессов взаимосвязи компонентов. Эти же процессы обусловливают и сохранение структуры и функционирования различных уровней системы почвенных соединений химических элементов и буферные свойства к внешнему воздействию почвы в целом.

       Основой буферности почвы в целом является буферность элементарных систем соединений отдельных химических элементов почвы. Каждая из элементарных систем представляет собой теоретически выделенную совокупность всех соединений любого химического элемента почвы в составе твёрдых, жидких, газообразных фаз почвы органической и неорганической природы, взаимосвязанных процессами трансформации и перераспределения вещества и энергии, протекающими на вещественно-фазовом уровне. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

7. Динамика калийных соединений и степень их усвояемости.

      Калий регулирует нормальное развитие растений, участвует в углеводном и белковом обменах; способствует устойчивости к пониженным и повышенным температурам, временному недостатку воды; стимулирует всхожесть семян и образование клеток; способствует поглощению азота; согласовывает деятельность ферментных систем; помогает в образовании жиров; повышает сопротивляемость болезням. Он также регулирует количество поглощаемой листьями тепловой солнечной радиации. Листьям, претерпевшим завядание, его требуется больше.

      Калия всегда больше там, где в растениях происходят преобразования. Он составляет самую значительную часть золы овощных культур.

Содержание калия  в почвах с глубиной снижается  незначительно. Он легко поглощается  почвами.

      Повышают усвоение калия растениями фосфор, бор и молибден. Наилучшая интенсивность поглощения его корнями лежит в интервале почвенной кислотности 5,5¬7,0 pH. Подкисление почв снижает его содержание в листьях растений, подщелачивание - повышает.

     Корневые и внекорневые подкормки калием - средство помощи растениям при аммиачном отравлении.

     Калийные удобрения. Калийные удобрения получают из калийных руд природных

месторождений. В России сосредоточены богатейшие залежи калийных солей.

Наибольшие запасы калия имеет Верхне-Камское месторождение, на базе которого

работают и  вновь строятся калийные комбинаты  в Соликамске и Березниках.

Сильвинит—это смесь солей хлористого калия  и хлористого натрия. Технология

его переработки  в калийное удобрение заключается  в освобождении от

балласта—хлористого натрия и многочисленных примесей путем растворения и

кристаллизации  при соответствующих температурах и концентрациях, а также

методом флотации.

      Хлористый калий—КС1 (60% К2О)—соль, хорошо растворимая в воде. Это самое

распространенное  калийное удобрение. Хлористый калий  составляет более 90% всех

источников калия  для растений в различных удобрениях, в том числе и сложных.

Разработка новых  технологических процессов с  получением крупнозернистого

продукта, обработка  специальными добавками позволили  свести к минимуму

слеживаемость хлористого калия при хранении и значительно упростить весь цикл

транспортировки удобрения от завода до поля.

      В небольшом количестве продолжается выпуск также смешанных калийных солей,

главным образом 40%-ной калийной соли, которую приготовляют, смешивая

хлористый калий  с непереработанным молотым сильвинитом.

В процессе переработки  сопутствующего сильвиниту минерала карналита получают

удобрение электролит (44% К2О, 3% Mg0).

     Продуктами переработки прикарпатских калийных месторождений являются

удобрения, содержащие в своем составе сернокислый  калий и сернокислый магний

и в меньшем  количестве хлористый калий. Это прежде всего калимагнезия (30%

К2О, 11% Mg0), калийномагниевый концентрат (18,5% К2О, 6% Mg0), сернокислый

калий (46% К2О), а  также каинит (10% К20, 5% Mg0) и ка­лийные  соли на его

основе. Все эти  удобрения имеют хорошие физические свойства. Они подлежат

длительному хранению и смешиванию с другими туками.

В незначительном количестве сельское хозяйство получает не­сколько видов.

Бесхлорных удобрений—побочных продуктов различных производств. Это сульфат

калия — отход  алюминиевой промышленности Закавказья, порошковидное

удобрение с  хорошими физическими свойствами. Поташ—К2СО3 (57—64% К20) —

щелочное, сильно гигроскопическое удобрение, отход  переработ­ки нефелина.

    Цементная пыль (10—14% К2О), конденсируемая на некоторых цементных заводах,

универсальное удобрение для кислых почв с неплохими  физическими свойствами.

    Результаты многочисленных полевых опытов показывают, что опасность применения

хлорсодержащих  солей и прежде всего хлористого калия в значительной степени

преувеличена. Во вся ком случае она значительно уменьшается по мере

окультуривання почвы. На зерновых, злаковых травах, большинстве овощных

культур, силосных культурах хлористый калий является наиболее эффективной

формой калийного  удобрения. На сахарной свекле и кормовых корнеплодах,

культурах, отзывчивых на натрий, лучше действуют низкопроцентные смешанные

соли калия.

    Установлено, что при систематическом применении хлорсодер­жащих калийных

удобрений снижается  содержание крахмала в клубнях картофеля, ухудшаются

свойства курительных  сортов табака, в некоторых районах  качество винограда, а

также урожай некоторых  крупяных культур, в частности гречихи. В этих случаях

следует отдавать предпочтение сернокислым солям  или чередо­вать их с

хлористыми. Важно  учитывать также, что хлор, внесенный  в составе удобрений с

осени, практически  полностью вымывается из корнеобитаемого  слоя почвы.

Все калийные удобрения  можно вносить в почву отдельно пли в смеси с другими

туками. При повышенной влажности их смешивают не раньше чем за 1—2 дня до

внесения. Обычно дозы калийных удобрений под зерновые, лен, травы составляют

45—60 кг К20 на 1 га; под картофель, кукурузу, овощи  эти дозы могут быть

удвоены и утроены  в зависимости от потребности  культуры в конкретных

почвенных условиях и доз сопутствующих удобрений. На почвах, менее

обеспеченных обменным калием, получивших в достаточном количестве другие

питательные вещества, действие калийных удобрений сильнее. Одни калийные

удобрения применяют  лишь на некоторых разновидностях торфяных почв, богатых

азотом и фосфором. Влияние калия усиливается с  извест­кованием. В севообороте

с культурами, выносящими много калия (картофель, сахарная свекла, клевер,

люцерна, корнеплоды), потребность в нем и эффективность  его выше, чем в

севооборотах лишь с зерновыми культурами. На фоне навоза, особенно в год его

внесения, эффективность  калийных удобрений снижается.

    Коэффициент использования калия из калийных удобрений колеблем тся от 40 до

80%, в среднем  в год внесения может быть  принят 50%. Последействие калийных

удобрений проявляется 1—2 года, а после систематического применения более

длительный срок.

    В большинстве случаев для оптимального питания сельскохо­зяйственных культур

в обычных почвенных  условиях требуется несколько элементов. Поэтому

агротехнически удобно и экономически выгодно применять питательные вещества

в определенном комплексе. При этом снижаются затраты  и, что особенно важно

для быстрого проведения весенних полевых работ, сокращается  время на

приготовление и внесение удобрений. В перспективе  намечено не менее 50%

потребляемых  туков использовать в виде комплексных  удобрений. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Список  используемой литературы: 

1. Возбуцкая А. Е. Химия почв\ А. Е. Возбуцкая. – М.: Высшая школа, 1964
2. Ковда В. А. Основы учения о почвах \ Ковда В. А. – М.: Наука, 1973
3. Муха В. Д. Агропочвоведение \ В. Д. Муха, Н. И. Картамышев, Д. В. Муха. – М.: Колос, 2003
4. Почвоведение \ И. С. Кауричев, Н. П. Панов, Н. Н. Розов и др; под ред. И. С. Кауричева. – М.: Агропромиздат, 1986
5. Ягодин Б. А. Агрохимия \ Ягодин Б. А., Жуков Ю. П., Кобзаренко В. И. – М.: Колос, 2002