ОБМЕННЫЕ КАТИОНЫ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА СВОЙСТВА ПОЧВЫ

ЗНАЧЕНИЕ ПОГЛОТИТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ

Поглотительная способность играет чрезвычайно важную роль в генезисе почв, формировании их свойств и уровня плодородия.

Среди разнообразных процессов поглощения, протекающих в почве, большое значение имеет сорбционное закрепление гумусовых веществ. Благодаря этому происходит формирование специфической поверхности почвенных частиц, составляющих основу ППК, образование и стабилизация гумусового профиля почвы с количественными и качественными характеристиками, соответствующими конкретному типу почвообразования.

Поглотительная способность играет важную роль в процессах профильной дифференциации разнообразных органических и неорганических веществ. В какой-то мере почвенный профиль представляет собой своеобразную хроматографическую колонку, в которой отдельные генетические горизонты, характеризующиеся своими индивидуальными составом и свойствами, выступают в качестве барьеров для тех или иных соединений, молекул и ионов, закрепляя одни в ущерб другим. Неоднородность сорбционных процессов по отношению к различным веществам отражается на скорости передвижения их по почвенному профилю.
В некоторых случаях проявление поглотительной способности вносит решающий вклад в процесс почвообразования. Так, например, в результате механической поглотительной способности, задерживающей взвешенные тонкодисперсные частицы, формируются профили пойменных и староорошаемых луговых почв.
От поглотительной способности во многом зависит питательный режим почв. Благодаря различным видам сорбции элементы минерального питания растений закрепляются в почвенном профиле, что предотвращает их активное вовлечение в миграционные процессы.

С поглотительной способностью непосредственно связаны реакция среды и химический состав почвенных растворов, различные виды и величина буферности почвы. С сорбционными процессами связано формирование состава обменных катионов, оказывающих огромное влияние на состояние почвенных коллдоидов и соответственно на физические и физико-механические свойства почвы.

 

 

Почвы существенно различаются между собой составом обменных катионов. Эти различия обусловлены типом почвообразования, спецификой почвообразующих пород, водным и солевым режимами почв. Заметно влияют на этот показатель химические мелиорации.

Содержание обменных катионов в почве выражается как в абсолютных величинах (мг-экв/100 г почвы), так и в относителъных (% от емкости обмена).
К числу важнейших обменных катионов относят Ca, Mg, Na, K, NH₄, Al, H.

Практически все почвы в составе обменных катионов содержат кальций и магний, причем в большинстве случаев Са преобладает над Mg. Также среди обменных катионов всегда содержатся К и NH₄, но их доля в ППК невелика. Так, количество обменного калия чаще всего не превышает 2...5%от емкости обмена, содержание аммония еще меньше.

В географическом аспекте содержание обменных катионов почв варьирует в широких пределах и подчиняется определенным закономерностям (табл.). ППК типичных черноземов, доминирующих в почвенном покрове центральной части лесостепной зоны, практически полностью насыщен обменными Са и Mg,
причем на долю кальция приходится 85...90% от емкости обмена. В северной части зоны выпадает больше осадков, усиливаются интенсивность промывания почвенного профиля и вынос из него оснований. Благодаря этому среди обменных катионов у черноземов выщелоченных и оподзоленных, темно-серых и серых лесных почв в небольших количествах появляется ион водорода. В таежно-лесной зоне почвенный покров сформировался в условиях промывного типа водного режима, на моренных отложениях, бедных основаниями, поэтому в составе обменных катионов подзолистых и дерново-подзолистых почв, распространенных здесь, важную роль играют ионы Н и А1, на долю которых приходится 50...70% от ЕКО.

К югу от типичных черноземов уменьшается количество атмосферных осадков, замедляется вынос из почвенного профиля продуктов выветривания и почвообразования, почвообразующие породы обогащены щелочными и щелочно-земельными основаниями. В связи с этим в составе обменных катионов обыкновенных и южных чернозёмов, темно-каштановых почв наряду с Са и Mg

в небольших количествах присутствует нон Na. У обычных разностей этих почв содержание Na не превышает 3-5% от емкости обмена. В более засушливых условиях содержание обменного Na в ППК почв возрастает вследствие засоления и развития солонцового процесса. В светло-каштановых и бурых полупустынных почвах количество обменного натрия часто находится на уровне 10...15% от емкости обмена. Увеличение доли иона Na в ППК почв происходит за счет обменного Са. Больше всего обменного натрия содержат солонцы, где его количество может превышать 40% от емкости обмена. Среди солонцов выделяют малонатриевые солонцы. Они содержат повышенное количество обменного Mg (40-60% от емкости обмена) на фоне невысокого содержания обменного Na.

В пределах почвенных зон встречаются почвы, существенно отличающиеся от зональных почв составом обменных катионов. Например, в таежно-лесной зоне среди подзолистых и дерново-подзолистых почв распространены ареалы дерново-карбонатных почв, ППК которых практически полностью насыщен Са² и Mg² при резком доминировании обменного кальция. Это связано с тем, что они формируются на элювии известняков или карбонатной морене, химический состав которых (свободные карбонаты) отражается на составе обменных катионов.
Аналогичный состав обменных катионов имеют дерново-глеевые и пойменные почвы, если в их образовании принимают участие жесткие грунтовые волы.
В подзоне светло-каштановых ночи по блюдцеобразным понижениям формируются лугово-каштановые (темноцветные) почвы, профиль которых часто отмыт от водорастворимых солей, а содержание обменного натрия не превышает 1-2% от емкости обмена.

Общее содержание всех обменных катионов, кроме Н и А1, называют суммой обменных оснований. Исходя из этого, все почвы разделяют на две большие группы: почвы, насыщенные основаниями, и почвы, не насыщенные основаниями. Первые не содержат в ППК ноны Н и А1. Обменные катионы в них представлены только обменными основаниями Са, Mg, Na, K, NH₄, количество которых соответствует реальной емкости обмена. Вторые всегда содержат некоторое количество обменных Н, А1 и поэтому сумма обменных оснований у них меньше емкости обмена.

Для относительной оценки количества обменных оснований, содержащихся в почвах, используют показатель степень насыщенности почвы основаниями. При сельскохозяйственном использовании таких почв степень насыщенности их основаниями изменяется в широких пределах, достигая 100 % в известкованных почвах.

Состав обменных катионов существенно влияет на агрономические характеристики почвы, обусловливающие уровень ее плодородия.

Влияние обменных катионов на физические и физико-механические свойства почвы. Обменные катионы непосредственно влияют на поверхностные свойства почвенных частиц. Поэтому от того, какие катионы и в каком количестве находятся в обменном состоянии, зависят характер почвенной структуры, водно-физические и физико-механические свойства почв.

Обменный натрий оказывает негативное влияние на физические и физико-механические свойства почв. По мере увеличения доли натрия в составе обменных катионов усиливается разрушение почвенной структуры, возрастают пептизация тонкодисперсных частиц, набухание, пластичность и липкость почвы, снижаются пористость, особенно некапиллярная, и скорость фильтрации. Аналогично, но более слабо влияют на физические свойства почв и неблагоприятные физические свойства имеют почвы с высоким содержанием обменного водорода, который способствует распылению почвенной массы.

В отличие от одновалентных катионов обменный Са оказывает на физические свойства почвы прямо противоположное влияние- Этот элемент служит главным действующим веществом химических мелиорантов (извести, гипса), используемых при улучшении кислых и щелочных почв. Обменный магний при невысоком его содержании в почве (до 40 % от ЕКО) влияет на физические свойства почвы аналогично обменному кальцию.

При высоком содержании обменного магния возрастает растворимость гумусовых веществ и ухудшается структура почвы, снижается водопроницаемость, что отрицательно сказывается на водном режиме. Кроме того, при повышенном содержании обменного магния усиливается отрицательное действие обменного натрия при невысоком содержании последнего в почве.

Влияние обменных катионов на химические и физико-химические свойства почвы. Обменные катионы, например Са²⁺, АI^з+, выступают в качестве связующих мостиков между гумусовыми кислотами и поверхностью почвенных частиц. Это сопровождается образованием органо-минеральных адсорбционных комплексов, играющих важную роль в формировании ППК. Насыщение ППК одновалентными катионами сопровождается увеличением заряда коллоидов и растворением
гумусовых соединений, что ведет к дегумификации почвы и
катионного обмена.

Обменные реакции с участием Са2, Мg2, Na, Н, А13 влияют на рН почвенного раствора, его ионный состав, кислотно-основную буферную способность почв. От количества поглощенных ионов Н и А1 зависит величина обменной и гидролитической кислотности почв, от количества обменного натрия — величина потенциальной щелочности.

Влияние обменных катионов на питательный режим. Обменные катионы служат ближайшим резервом элементов минерального питания растений, так как их легко поглощают корневые системы. Кроме макроэлементов в обменном состоянии содержатся и различные микроэлементы. Роль обменных катионов в питании растений проявляется и через регулирование состава почвенного раствора, с которым они находятся в динамическом равновесии и из которого растения поглощают практически все необходимые элементы, а также через их влияние на свойства почвы.

Среди обменных катионов по своему влиянию на растения особое место занимает кальций. При полном насыщении кальцием емкости обмена в почве сохраняются благоприятные условия для развития сельскохозяйственных культур. При незначительном содержании катионов Mg, Na, K, NH₄ в ППК повышается эффективность применения минеральных удобрений и лучше используются питательные вещества почвы в результате перевода их в состояние, доступное для растений, что благоприятно отражается на росте и развитии сельскохозяйственных культур. Однако когда содержание этих катионов в ППК слишком высокое, происходит не только существенное снижение урожая, но и полная гибель растений.
Принимая во внимание огромную роль обменных катионов в жизни растений, неоднократно предпринимались попытки обосновать их оптимальное содержание в почве.

В почвах со слабокислой, нейтральной и слабощелочной реакцией среды состав обменных катионов, как правило, благоприятен для большинства сельскохозяйственных культур. При высоком содержании в почвах обменных Н и АI3 или Na и состав обменных катионов регулируют с помощью химической мелиорации.