Подвижности химических элементов в почвах.
Показатели и способы оценки
Контрольные вопросы.
1. Оценка группового состава химических соединений, различные подходы к их определению.
2. Показатели и методы оценки группового состава соединений железа.
3. Показатели и методы оценки группового состава соединений алюминия.
4. Показатели и методы оценки группового состава соединений фосфора.
Лекция 12.
Подвижность химических элементов в почвах характеризуется как их способность переходить из твердых фаз почвы в жидкую.
Подвижность характеризуется показателями, позволяющими получить представление
1) о концентрации (активности) компонента в жидкой фазе почвы;
2) о содержании соединений, способных переходить из твердых фаз почвы в жидкую и обеспечивать в ней свойственную почвенной системе концентрацию компонента;
3) о потенциальной буферной способности почвы (ПБС) противостоять изменению концентрации компонента в жидкой фазе при изменении внешних условий, выносе или поступлении компонента в почву.
В качестве показателей рассматривают концентрацию компонента в почвенных растворах (или в близких к нему по составу системах – водных или солевых вытяжках с низким содержанием электролита) или рассчитывают химический потенциал – мольное изменение энергии Гиббса.
В практике исследования почв определяют фосфатный, известковый, калийный, аммонийный, нитратный и др. потенциалы. Их расчет основан на представлении о доминирующем процессе, который контролирует концентрацию химического элемента в жидкой фазе почвы. Например, расчет калийного потенциала основан на оценке ионообменных процессов, расчет фосфатного потенциала – на оценке процессов осаждения-растворения фосфатов.
Концентрацию (мг/л, моль/л) элемента в жидкой фазе называют фактором интенсивности процесса, а содержание его в твердой фазе (мг\100г почвы, ммоль/100г почвы) – фактором емкости.
Для подвижных элементов важным свойством почвы является ее способность поддерживать концентрацию этих элементов на определенном уровне по мере потребления их растениями.Это свойство почвы называют буферностью.
Потенциальную буферную способность почвы (ПБС) часто оценивают по соотношению показателей емкости (Q) и интенсивности ( I ).
Рассмотрение совокупности этих показателей позволяет получить наиболее полную информацию о подвижности химического элемента в почве и может служить основой оценки возможной миграции элемента, поглощения его почвами, доступности растениям.
Рассмотрим это на примере подвижности фосфатов и калия.
Оценка подвижности почвенных фосфатов.
Фосфаты в почве присутствуют в виде труднорастворимых соединений. Легкорастворимые фосфаты самостоятельно существовать в почвах не могут, т.к. фосфат-, дигидрофосфат- и гидрофосфат-ионы реагируют со многими почвенными катионами сообразованием труднорастворимых соединений, наиболее растворимыми из которых являются фосфаты алюминия и железа, а также дигироортофосфат кальция.
Степень подвижности фосфатов оценивают по концентрации фосфат-ионов в водных или близких им по составу солевых вытяжках, по активности фосфат-ионов (Н2РО-4., НРО42-) в вытяжках или по величине фосфатного потенциала (0,5рСа +р Н2РО-4). Формально фосфатный потенциал выражает произведение растворимости Са(Н2РО4)2 и характеризует возможность перехода фосфат-ионов из твердых фаз почвы в почвенный раствор, т.е. является фактором интенсивности процесса. Его рассчитывают по результатам анализа вытяжек из почвы 0,01М раствором СаC12.
Подвижность фосфатов контролируется значением РН, поэтому предложены уравнения расчета фосфатного потенциала для разных значений кислотности.
Например, для РН=8
Ф.п. = 9/10рСа +1/5рН2РО-4 +4/5рНРО42-.
В кислых почвах концентрация фосфат-ионов может контролироваться растворением фосфатов алюминия или железа и тогда рекомендуется расчет по уравнениям:
Ф.п. = 1/3 рFe + pН2РО-4 или 1/3рAl + рН2РО-4
Однако при производственных обследованиях территорий подвижность элементов в почвах характеризуют, как правило, одним показателем – фактором емкости, оценивающим содержание подвижных соединений в почве. Для этого используют различные методы в зависимости от свойств почвы. Эти методы различаются составами экстрагирующих растворов и соотношениями почва- раствор.
Основываясь на сопоставлении запасов подвижных соединений фосфора в почвах с урожаями сельскохозяйственных культур и их отзывчивостью на внесение фосфорных удобрений для каждого метода установлены граничные содержания подвижных фосфатов, которые соответствуют той или иной обеспеченности почв фосфатами.
Оценка подвижности калия в почвах.
При оценке подвижности калия можно определить и фактор интенсивности и фактор емкости, но обычно определяют только первый.
Степень подвижности калия (фактор интенсивности) можно оценить по величине калийного потенциала. Переход калия в жидкую фазу зависит не только от его состояния в почве, но и от его способности обмениваться на другие катионы ППК. При проведении исследований обычно учитывают обмен ионов калия на катионы кальция и магния:
П – ½(Са2+ + Mg2+) + К+↔ П – К+ + ½(Са2+ + Mg2+)
В качестве калийного потенциала рассматривают мольное изменение стандартной свободной энергии Гиббса (∆G0):
∆G0 = -2,303RT (рК+ - 0,5рСа2+), где рК+=-lg aK+, pCa2+=-lg aCa2+
или при стандартных термодинамических условиях (Р=101,3кПа, Т=298оК)
∆G0 = - 1364 (рК+ - 0,5рСа2+) кал/моль.
Часто калийный потенциал выражают просто величиной (рК+ - 0,5рСа2+)
и считают, что оптимальным условиям калийного питания растений соответствуют ее значения, равные 1,8 – 2,2.
Увеличение калийного потенциала может привести к недостатку калия, уменьшение – к его избытку. При увеличении рК+ - 0,5рСа2+ равновесие реакции смещается в сторону образования продуктов реакции, калий входит в ППК, вытесняя кальций и магний в жидкую фазу; при уменьшении рК+ - 0,5рСа2+ калий переходит в жидкую фазу почвы, а ионы кальция и магния поглощаются твердыми фазами почвы.
Определение рК+ - 0,5рСа2+ можно провести потенциометрически с помощью ионоселективных электродов, которые позволяют оценить концентрации ионов калия и кальция в почвенных суспензиях и вытяжках из почв.