Поиск

Реакция почв и почвенных растворов
28.10.2015

Щелочно-кислотные условия почвенных растворов имеют исключительно большое значение в почвенном плодородии. В зависимости от типа почв, их свойств и динамики реакция почвенных растворов может колебаться в весьма широких пределах.
Нейтральная и слабощелочная реакция почвенного раствора характерна для сероземов, черноземов, почв прерий, луговых почв, коричневых почв, хлоридно-сульфатных солончаков. Щелочная реакция почвенного раствора характерна для почв, содержащих карбонаты щелочей и щелочных земель или повышенное количество обменного натрия и калия в поглощающем комплексе (южные черноземы, каштановые почвы, почвы саванн, содовые солоичаки, солонцы, такыры). Почвы влажных лесных областей севера или влажных тропических и субтропических областей (подзолистые и серые лесные почвы, красноземы, желтоземы, болотные торфяники) имеют кислую реакцию почвенного раствора.
Реакция почвенного раствора зависит от совокупного действия ряда разнообразных факторов. В их числе важнейшими являются находящиеся в почвах соли, кислоты, глинные минералы, коллоиды и деятельность организмов.

Почвенные соли

Соли являются одним из важнейших регуляторов реакции почвенного раствора. Растворы солей могут быть нейтральными, кислыми или щелочными. Нейтральные, кислые, щелочные соли могут придавать соответствующий характер реакции почвенного раствора.
Соли сильных оснований и сильных кислот NaNO3, NaCl, MgCl2, KCl, CaCl2, CaSO4, Na2SO4, MgSO4 поддерживают в почвенных растворах нейтральную реакцию. Накапливаясь в солончаковых почвах, почвенных растворах или грунтовых водах, соли сильных кислот и сильных оснований сообщают им реакцию, близкую к нейтральной, т. е. pH несколько меньше 7.
Соли сильных кислот и слабых оснований в результате гидролиза сообщают раствору кислую реакцию. Такие соли могут изредка встречаться в почвах и почвенно-грунтовых водах. Таковы квасцы [KAl(SO4) 212Н2O], хлористый алюминий (AlCl3), сернокислое железо (FeSO4). Квасцы, например, накапливаются в болотных и маршевых почвах морских побережий и дельт тропиков Америки, Азии и Африки, приморских низменностей и болот Нидерландов, Прибалтики, Скандинавии и вызывают резко выраженную кислую реакцию почвенного раствора этих почв (pH 4—2). Гидролиз квасцов при этом происходит следующим образом:
2КAl(SO4)2 + 6Н2O = K2SO4 + 3H2SO4 + 2Аl(OH)3.

Хлористый алюминий в почвах может появляться, например, в случаях взаимодействия калийных удобрений с кислыми почвами, содержащими обменный алюминий. Гидролиз хлористого алюминия протекает по следующей схеме:
AlCl3 + 3H2O = 3НСl + Al(OH)3.

Соли сильных оснований и слабых кислот вызывают щелочную реакцию среды. При гидролизе этих солей pH раствора может достигнуть 9—10.
Соли подобного типа часто накапливаются в почвах. Это карбонаты кальция и магния (CaCO3, MgCO3), способные даже при доступе атмосферной углекислоты подщелачивать почвенный раствор до pH 8,4—9; карбонаты и бикарбонаты щелочей (Na2CO3, K2CO3, NaHCO3), способные придать почвенному раствору pH порядка 9—11—12; силикаты кальция и натрия (CaSiO3, Na2SiO3), гуматы кальция, натрия, калия, Большая часть почв сухих степей, саванн, полупустынь и пустынь, а также засоленные почвы, содержащие карбонаты щелочных земель и особенно щелочей, силикаты, алюминаты и гуматы щелочей и щелочных земель, характеризуются щелочной и сильнощелочной реакцией.
Едкие щелочи в почвах, как правило, отсутствуют. Однако, судя по тому, что в некоторых сильнощелочных почвах pH достигает величин 12—13, можно полагать, что в этих случаях благодаря щелочному гидролизу образуется свободная NaOH, Иногда, по-видимому вследствие гидролиза магнезиальных солей, появляется Mg(OH)2, сообщающий сильнощелочную реакцию среде.
В табл. 87 приводятся обзорные данные о значении солей в формировании реакции почвенных растворов.
Реакция почв и почвенных растворов

Кислоты

Постоянное присутствие свободных сильных минеральных кислот в почвах и почвенных растворах отмечается сравнительно редко. Однако угольная кислота, являясь одной из наиболее распространенных минеральных кислот, постоянно присутствует в почвенных растворах и грунтовых водах в заметных количествах. В зависимости от давления и концентрации угольная кислота может сообщить раствору заметную кислотность, поддерживая pH в пределах 3,9—4,5—5,7.
В процессах окисления сернистые металлы (сульфиды), присутствующие в почвах и почвообразующих породах, образуют свободную серную-кислоту, которая может вызывать сильное подкисление почвенно-грунтовых вод. Так, известно, что шахтные воды Донбасса во многих случаях благодаря присутствию свободной серной кислоты имеют pH, равный 2—3. Почвы осушенных болот Нидерландов, болотные почвы Швеции (гитии), почвы морских побережий тропиков (особенно осушенные) содержат некоторое количество свободной серной кислоты вследствие окисления сернистого железа. Окисление свободной серы также может вызвать появление и накопление в почвах свободной серной кислоты. Так, А.Е. Ферсман установил накопление значительных количеств свободной серной кислоты в районах месторождений серы в песках Каракумов.
В специфических условиях близости к действующим вулканам и районам поствулканических газовыделений в почвенно-грунтовых водах могут появляться свободная соляная, серная и азотная кислоты.
В областях влажного климата при образовании лесных кислых почв в почвенных растворах могут появляться ненасыщенные гумусовые кислоты и наиболее активная из них группа фульвокислот. Гуминовые кислоты и фульвокислоты могут вызвать значительное подкисление почвенного раствора, снижая pH до 3—3,5. Малоразложившиеся остатки органического вещества, накапливающегося в лесах (лесная подстилка), имеют обычно pH 3,5—5, а мхи и продукты разложения вереска — 2,5—3.
Присутствие свободных органических кислот типа уксусной, щавелевой, лимонной и других может быть связано с разложением растительного опада, выделениями корней или насекомых, жизнедеятельностью грибов и бактерий. Кислые продукты могут попадать в почвы с фабричными и заводскими водами или с атмосферными осадками, которые растворяют сернистый ангидрид и окислы азота, поступающие в воздух через трубы заводов и электростанций.
В большинстве случаев в почвах происходит сравнительно быстрая нейтрализация кислот с превращением их в нейтральные или щелочные соли.
Обменные катионы почвы

Обменные катионы могут оказывать существенное влияние на реакцию почвенного раствора.
Подкисляют почвенный раствор обычно обменный водород и обменный алюминий (косвенно); проявление их характерно для лесных почв умеренно холодного, субтропического и тропического климата.
Сильно подщелачивают почвенный раствор обменный натрий, калий, аммоний, появление которых в больших количествах характерно для поглощающего комплекса содовых солончаков, такыров, солонцов и каштановых почв, а также для регуров и некоторых темных почв саванн и пампасов. Почвы, насыщенные обменным натрием на 25—35%, имеют pH до 9—9,5.
Слабо подщелачивают почвенный раствор поглощенные кальций и магний, значительное содержание которых характерно для поглощающего комплекса черноземных, луговых и сероземных почв.
Ниже приводятся данные И.Н. Антипова-Каратаева о влиянии обменных катионов 100%-ного насыщения на актуальную реакцию почвенных растворов чернозема:
Реакция почв и почвенных растворов

Для условий Франции также установлена связь между pH и степенью насыщенности почв водородом (данные Дюшофура):
Реакция почв и почвенных растворов

Деятельность организмов

Влияние организмов как фактора реакции почв чрезвычайно невелико. Растения влияют на реакцию почвенного раствора двояко. В процессе минерального питания, поглощая ионы, растения выделяют эквивалентное количество ионов Н, ОН, HCO3 и CO3. В зависимости от того, в какой пропорции потребляют растения анионы и катионы данного электролита, может происходить сдвиг реакции почвенного раствора в ту или иную сторону. Так, преимущественное потребление NO3- из натронной селитры обусловливает подщелачивание почвенного раствора, а преимущественное потребление калия из хлористого калия приводит к подкислению раствора. Пропорциональное потребление растением калия и азота из калийной селитры сохраняет реакцию почвенного раствора неизменной.
Корневая система растений, кроме того, обладает способностью прямого выделения в почвенные растворы слабых органических кислот типа щавелевой, муравьиной, яблочной, винной и т. д. Минерализация растительных остатков сопровождается поступлением в почвенные растворы как кислых, так и щелочных соединений.
В регулировании реакции почвенного раствора исключительно велико значение микроорганизмов. Известно, что с активностью микроорганизмов тесно связан режим углекислоты в почвах. Деятельность нитрификаторов может вызвать появление на короткое время в почвенном растворе свободной азотной и азотистой кислот и временно снизить pH на 0,5—2 интервала.
Разложение белков под воздействием микроорганизмов сопровождается поступлением в раствор небольшого количества серной кислоты. Жизнедеятельность микроорганизмов в анаэробных условиях может вызвать подщелачивание почвенного раствора в результате десульфирования и остаточного содержания щелочей и щелочных земель, в последующем переходящих в карбонаты.