Поиск

Поглощение почвами анионов
28.10.2015

Поглощение анионов почвой вызывается положительным зарядом коллоидных частиц гидроокисей алюминия и железа, углекислого кальция или положительными зарядами атомов Si, Al, Fe, Mg на внешних краях обломков кристаллических решеток алюмосиликатных глинных минералов.
Выше отмечено, что почвенные коллоиды в большинстве являются амфолитоидами, они способны сорбировать анионы и приобретать положительный заряд в кислой среде. Степень амфолитоидности почвенных коллоидов варьирует. В одних и тех же горизонтах почвы имеются микроучастки, содержащие коллоиды повышенной и пониженной амфолитоидности.
С. Маттсон считает, что поглощение анионов зависит в наибольшей степени от соотношения кремнекислоты и полуторных окислов в коллоидных частицах минералов. Адсорбция анионов будет высокой при отношении SiO2:R2O3=1; при отношении SiO2:R2O3=2 поглощение анионов и катионов будет более или менее одинаковым; при отношении SiO2:R2O3=3 и выше поглощение анионов будет низким, а поглощение катионов — высоким.
Поглощение и обмен анионов проявляются также тем сильнее, чем больше в почвах двухслойных глинных минералов, чем больше в них аморфных соединений гидроокисей железа, алюминия, марганца и чем ниже pH среды. Особая роль принадлежит в этом отношении пленкам гидроокислов алюминия и железа, покрывающим другие минеральные частицы.
Имея в виду большую гетерогенность почвенной массы и изменчивость реакции почвенной среды, следует предположить, что при суммарном отрицательном заряде на огромной внутренней поверхности коллоидных почвенных систем всегда имеется много участков с положительным зарядом. Метаболиты почвенных организмов, выделяемые даже в небольших количествах, могут создавать местные подкисленные микроучастки, где амфолитоидность почвенных коллоидов может проявляться интенсивнее и где вследствие этого появляются частицы, сорбирующие анионы.

Поглощение почвами анионов

Физико-химическое поглощение анионов, и в частности аниона фосфорной кислоты, сопровождается эквивалентным обменом других анионов. Такими анионами могут быть SO4-2, SiO3-2, HCO3-, CO3-2, HO-, которые обычно присутствуют в почвах. Есть сведения о том, что поглощенные анионы фосфорной и серной кислот могут замещаться анионами мышьяковой, щавелевой и лимонной кислот.
В большинстве экспериментов установлено, что NO3- и Cl- не поглощаются, а отталкиваются частицами твердой фазы почв. Тем не менее даже эти анионы могут сорбироваться почвенными дисперсными системами красноземов, латеритов, иллювием подзолов, хотя далеко не так. выраженно и прочно, как анионы SO4 и PO4.
Намечается следующий общий ряд поглощения анионов почвами: ОН- > PO4-3 > SiO3-2 > SО4-2 > Cl - > NO3-. Этот ряд уменьшения сорбции анионов почвами не вполне последователен и закономерен. Нередко пары анионов меняются местами (особенно PO4-3 и SiO3-2). Однако в общем этот ряд отвечает последовательности уменьшения валентности анионов и растворимости солей, образуемых с этими анионами. He вполне ясны пределы поглотительной способности почв для различных анионов. По данным французских исследователей (рис. 85), емкость поглощения для РО4-3 достигает в почвах 10—40 мг-экв на 100 г.
Исследования, проведенные И.Н. Антиповым-Каратаевым с сотрудниками, показали, что почти все почвы Советского Союза способны в большей или меньшей степени поглощать различные анионы, особенно анионы фосфорной кислоты. Установлено, что поглощение анионов фосфорной кислоты наиболее энергично происходит в тех почвенных горизонтах, в которых содержится много подвижных полуторных окислов, извлекаемых вытяжкой Тамма.
На примере почв России подтверждено также положение, что способность почв поглощать анионы возрастает тем в большей степени, чем уже в составе их коллоидов отношение кремнезема к полуторным окислам, чем больше в них свободных окислов алюминия и железа и чем легче происходит перезарядка почвенных коллоидов. Связывание фосфорной кислоты возрастает от чернозема к подзолистой почве и особенно к красноземам. Так, если чернозем поглощает 1,19 г PgO5, то подзолистая почва — 1,49 г, а краснозем — 3,62 г. Это составляет соответственно 0,62, 0,76 и 1,88% к весу почвы,
В табл. 85 приведены результаты исследований И. Н. Антипова-Каратаева по поглощению анионов почвами.
Поглощение почвами анионов

Анионы серной кислоты обнаруживают довольно заметную поглощаемость всеми тремя типами почв, особенно красноземом и подзолистой. Анионы азотной и соляной кислот в опытах И.Н. Антипова-Каратаева не поглощались почвами даже в условиях кислой среды.
По данным Н.И. Горбунова, устойчивые ацидоидные коллоиды и черноземные почвы поглощают фосфорную кислоту очень слабо, базоидиые коллоиды и почвы, наоборот, интенсивно.
Реакции поглощения и обмена анионов в общих чертах проходят сходно с реакциями поглощения и обмена катионов, однако в сорбции анионов чаще наблюдаются неполная эквивалентность и отклонения от установленных правил. Наибольшие отклонения проявляют анионы фосфорных кислот, которые легко переходят в необменные формы. Вообще явления сорбции анионов изучены гораздо меньше, чем катионов. Однако значение соединений фосфора, азота, серы в агрономии так велико, что их динамика в почвах неизменно привлекала внимание исследователей. Особенно много новых фактов в этой области появилось за последние 10 лет.
Барбье показал существование трех форм сорбции и фиксации аниона PO4 почвами — автодиффузионную, фиксированную и органическую. Две последние формы необменные. Только автодиффузионная форма сорбции PO4-3 является обменной; PO4-3 при этом удерживается; а) алюминием (гидроокисью, свободным, обменным или кристаллической решетки); б) железом (гидратами окиси или обменным); в) кальцием (дисперсным, углекислым или обменным).
Эта форма поглощения аниона PO4 обеспечивает полную, высокую и быструю мобильность и возобновляемость PO4-3 в почве. Особенно это относится к PO4-3, сорбированному кальцием.
Глинные минералы имеют на поверхности пакетов кристаллической решетки точки выхода алюминия и содержат поглощенный алюминий и поглощенный кальций, поэтому они способны поглощать и обменивать анион PO4 в весьма большой степени. Монтмориллонит может удержать из раствора до 0,1 %0 фосфора, каолинит — лишь 0,014%; еще значительнее поглощают Fe(OH)3 — около 4%о и Al(OH)3 — около 23—25%о.
Эти формы обменно-поглощенного аниона PO4 не следует смешивать с выпавшими в осадок нерастворимыми фосфатами железа и алюминия, образующимися в очень кислых почвах и в анаэробной среде при наличии ионов алюминия и двухвалентного железа. He является обменной также фосфорная кислота, связанная (закрепленная) внутри кристаллической решетки минералов.
Вытеснение сорбированных фосфат-анионов может быть осуществлено сульфат-анионом, гидроксил-ионом раствора едкого натрия, анионами органических кислот. Нитрат- и хлор-анионы, а также ацетат являются очень слабыми вытеснителями фосфат-аниона. Доступность поглощенного фосфат-аниона растениям пониженная, она возрастает только после значительного насыщения почв фосфат-анионом.
Анион SO4 поглощается теми же компонентами, что и PO4-3, и может легко вытесняться последним и обмениваться с ним, он не переходит в фиксированные и малодоступные для растений формы, как анион фосфорной кислоты. Поглощенный анион серной кислоты не извлекают ни водная, ни солянокислая вытяжки. Его позволяет обнаружить лишь солевая, ацетатная и фосфорнокислая вытяжки. Поглощение SO4-2, как и PO4-3, наибольшее у каолинита, затем у иллита и наименьшее у монтмориллонита.